Устройство формирования изображения
Владельцы патента RU 2676988:
ЛАНДА ЛЭБС (2012) ЛТД. (IL)
Предложено устройство формирования изображения для проецирования управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность формирования изображения, подвижную по отношению к устройству в заданном направлении по оси X. Устройство содержит множество полупроводниковых микросхем, каждая из которых содержит множество испускающих лазерные лучи элементов, расположенных в двумерной основной матрице с М строк и N столбцов. Элементы в каждой строке расположены через равные интервалы Аr, а элементы в каждом столбце расположены через равные интервалы ас. Микросхемы установлены на опоре таким образом, что каждая пара микросхем, которые расположены рядом друг с другом в заданном направлении по оси Y, поперечном направлению по оси X, смещены относительно друг друга в направлении по оси X, и, при непрерывном активировании, испускаемые лазерные лучи двух микросхем указанной пары проводят на поверхности формирования изображения набор из параллельных линий, которые проходят в направлении по оси X и расположены по существу через равные интервалы в направлении по оси Y. В дополнение к М строк и N столбцов элементов основной матрицы каждая микросхема содержит по меньшей мере один дополнительный столбец на каждой стороне основной матрицы, каждый столбец содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью выборочного приведения в действие испускающий лазерное излучение элемент, выполненный с возможностью компенсации какого-либо перекоса в направлении по оси Y в относительном расположении расположенных рядом микросхем на опоре. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству формирования изображения для проецирования множества управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность, выполненную подвижной по отношению к устройству формирования изображения. Устройство формирования изображения будет описано в настоящем документе в основном со ссылкой на его применение в системах цифровой печати, однако его использование не ограничено данной областью применения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В US 7,002,613 описана система цифровой печати, в которой может быть применено устройство формирования изображения в соответствии с настоящим изобретением. В частности, на фиг. 8 указанного патентного документа показано устройство формирования изображения, обозначенное позицией 84, которое рассматривается в качестве ближайшего уровня техники для настоящего изобретения. Устройство формирования изображения предназначено для проецирования множества управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность, называемую в настоящем документе поверхностью формирования изображения, для создания энергетического изображения (energy image) на указанной поверхности. Лазерное изображение можно использовать для множества назначений, некоторыми примерами которых являются получение двумерного печатного изображения на подложке, как раскрыто например в US 7,002,613, в трехмерной печати и в вытравливании изображения на любой поверхности.
Для высокопроизводительных областей применения с большими объемами производства, например печати коммерческой продукции или трехмерной литографии, каждую секунду необходимо отображать очень большое количество пикселей, в связи с чем требуется принцип параллельности в устройстве формирования изображения. Лазерное устройство формирования изображения в соответствии с настоящим изобретением предназначено для применения там, где требуются энергетические лучи высокой мощности. Таким образом, нельзя просто просканировать всю поверхность формирования изображения одним лазерным лучом для того, чтобы подвергнуть пиксели воздействию последовательно. Вместо этого, необходимо, чтобы устройство формирования изображения имело отдельный испускающий лазерное излучение элемент для каждого пикселя (элемента изображения) области изображения поверхности формирования изображения.
Для достижения приемлемого качества печати важно иметь максимально возможно высокую плотность пикселей. Для изображения высокого разрешения, например изображения, имеющего разрешение 1200 dpi (точек на дюйм), требуется такая плотность испускающих лазерное излучение элементов, которой не достичь просто расположив все испускающие лазерное излучение элементы на прямой линии, вследствие величины перекрытия между источниками лазерного излучения, для достижения постоянного качества печати. Тем более, что физически невозможно достигнуть такой высокой плотности компоновки из-за того, что расположенные рядом элементы будут термически влиять друг на друга.
Известны полупроводниковые микросхемы, которые испускают лучи лазерного излучения в матрице с М строк и N столбцов. В US 7,002,613 строки и столбцы строго перпендикулярны друг другу, однако микросхемы установлены под наклоном таким образом, как показано на фиг. 1 указанного патента, так что каждая строка может заполнять пропущенные пиксели предыдущей строки (строк). Таким образом, благодаря такой матрице можно получить изображение высокого разрешения, но только в пределах ширины микросхемы, которые, в свою очередь, нельзя просто установить бок о бок, в случае, если необходимо получить печатное изображение без полос по его длине, так как микросхемы не могут иметь испускающие лазерное излучение элементы, расположенные необходимо близко к их боковым краям.
В решении по US 7,002,613 данной проблемы удается избежать посредством расположения микросхем в две строки таким образом, как это показано на фиг. 8 указанного патента. Микросхемы в каждой строке установлены в шахматном порядке по отношению к микросхемам в другой строке в паре, так что каждая микросхема в одной строке сканирует промежуток, оставленный не пройденным двумя расположенными рядом микросхемами в другой строке.
Несмотря на то, что предполагается, что строки микросхем будут установлены на опоре в чистых лабораторных условиях с использованием микроскопа для достижения их правильного выравнивания, невозможно гарантировать, что относительное выравнивание микросхем в двух строках будет точным в пределах разрешения печатного изображения. Любое несоответствие приведет к тому, что изображение будет иметь полосы или другие нежелательные эффекты.
В US 2010/080594 и US 2008/181667 раскрыты системы, в которых излучение от матрицы светоизлучающих диодов (LED) (вместо источников лазерного излучения) проецируют на поверхность изображения, а также в них раскрыто, какие меры можно предпринять для компенсации какого-либо несоответствия между матрицами. В каждом случае, изображения, полученные посредством расположенных рядом матриц, перекрываются и выбранные светоизлучающие диоды из одной или другой из двух матриц приводятся в действие для поддержания непрерывности изображения на границе между двумя матрицами. В случае, раскрытом в US 2010/080594, указанное перекрывание ясно показано на фиг. 14, а в US 2009/181667 оно видно, например, из фиг. 9А и 9В.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложено устройство формирования изображения для проецирования управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность формирования изображения, подвижную по отношению к устройству в заданном направлении по оси X, при этом устройство содержит множество полупроводниковых микросхем, каждая из которых содержит множество управляемых по отдельности испускающих лазерные лучи элементов, расположенных в двумерной матрице с М строк и N столбцов, элементы в каждой строке расположены через равные интервалы (Ar) и элементы в каждом столбце расположены через равные интервалы (ас), при этом микросхемы установлены на опоре таким образом, что каждая пара микросхем, которые расположены рядом друг с другом в заданном направлении по оси Y, поперечном направлению по оси X, смещены друг относительно друга в направлении по оси X, и, при непрерывном активировании, испускаемые лазерные лучи двух микросхем указанной пары проводят на поверхности формирования изображения 2*M*N параллельных линий, которые проходят в направлении по оси X и расположены по существу через равные интервалы в направлении по оси Y, лазерные лучи каждой микросхемы проводят набор из M*N линий, которые не перекрываются с набором линий другой микросхемы, при этом в дополнение к М строк и N столбцов элементов основной матрицы каждая микросхема содержит по меньшей мере один дополнительный столбец на каждой стороне основной матрицы, каждый из столбцов содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью выборочного приведения в действие испускающий лазерное излучение элемент, выполненный с возможностью компенсации какого-либо несоответствия в направлении по оси Y в относительном размещении расположенных рядом микросхем на опоре, проводя по меньшей мере одну дополнительную линию, которая расположена между двумя наборами из M*N линий.
Принимая, что М строк и N столбцов испускающих лазерное излучение элементов основной матрицы не содержат каких-либо избыточных элементов, интервал между расположенными рядом линиями в наборе будет равен Ar/M, а именно, интервал между расположенными рядом элементами в каждой строке, разделенный на количество строк. Кроме того, так как в настоящем изобретении отсутствует перекрывание между двумя наборами из M*N линий, проведенных любыми двумя расположенными рядом микросхемами, общее количество линий, проведенных указанными двумя микросхемами будет равно 2*M*N, а именно удвоенному произведению количества строк и количества столбцов в каждой микросхеме, если микросхемы имеют равное количество строк и столбцов.
Согласно настоящему изобретению, в дополнение к данным расположенным через равные интервалы линиям, полученным посредством основных матриц, на обоих концах каждой матрицы обеспечены дополнительные испускающие лазерное излучение элементы, предназначенные только для компенсации несоответствия микросхем. Если расположенные рядом микросхемы выровнены надлежащим образом, элементы дополнительного столбца будут излишними и их питание не будет обеспечено. Однако, если будет оставаться промежуток между линиями, проведенными расположенными рядом микросхемами, дополнительные элементы могут вносить дополнительные линии для заполнения промежутка в положении, обеспечивающем приближение к расположению линий, проведенных основными матрицами через равные интервалы. Следует отметить, что в отличии от решений, раскрытых в US 2010/080594 и US 2008/181667, линии, проведенные дополнительными элементами, не попадают между линий (т.е. не чередуются с ними) любого набора из M*N линий, проведенных основными матрицами, а только попадают в какой-либо промежуток между двумя наборами из M*N линий.
В случае какого-либо перекрытия двух наборов из M*N линий, проведенных элементами расположенных рядом микросхем, некоторые из элементов основных матриц могут быть выключены и, при необходимости, заменены элементом из дополнительных столбцов для поддержания появления растрового изображения с равномерным распределением линий.
С другой стороны, в случае, если есть промежуток между двумя линиями M*N, проведенными элементами расположенных рядом микросхем, могут быть приведены в действие дополнительные столбцы для поддержания появления растрового изображения с равномерным распределением линий.
Один из дополнительных элементов может быть активирован сам по себе, если его положение совпадает с линией, которая обеспечит равномерность растрового изображения. В качестве альтернативы, если элементы имеют симметричный энергетический профиль, соответствующий, например, распределению Гаусса или синусоидальному распределению, то можно посредством приведения в действие обоих элементов для облучения расположенных рядом пятен на поверхности формирования изображения и регулировки мощности каждого элемента по отдельности получить одну строку растрового изображения на регулируемом расстоянии от строк растрового изображения основных элементов двух микросхем. Следует отметить, что данный эффект является динамическим и суммируемым с термической точки зрения при том, что расположенные рядом пятна облучены в течение определенного промежутка времени друг относительно друга. Другими словами, поверхность формирования изображения не должна успевать рассеивать энергию первого лазерного импульса в интервале между двумя лазерными импульсами.
Для удобства, линии, проведенные элементами в одном дополнительном столбце, расположены через равные интервалы друг от друга, интервал между линиями, проведенными элементами дополнительного столбца, по существу равен частному интервала между линиями, проведенными элементами основной матрицы, и количества элементов в дополнительном столбце.
Хотя возможно использовать микросхемы, в которых строки и столбцы основных матриц испускающих лазерное излучение элементов перпендикулярны друг другу, как раскрыто в US 7,002,613, для этого требуется, чтобы микросхемы были расположены под углом относительно направления по оси Y. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения элементы в каждой строке каждой микросхемы расположены по линии, параллельной направлению по оси X, а элементы в каждом столбце каждой микросхемы расположены по прямой линии, расположенной под углом к направлению по оси Y. Другими словами, вместо того, чтобы контур матрицы представлял собой квадрат, матрица выполнена в форме параллелограмма. Такое расположение, которое может рассматриваться как слегка нерациональное в отношении площади микросхемы, может иметь преимущества в отношении процесса сборки.
Микросхемы удобно располагать по меньшей мере в одной паре строк на опоре при том, что соответствующие испускающие лазерное излучение элементы всех микросхем в каждом из двух строк расположены по линии друг относительно друга в направлении по оси Y. Под термином «соответствующие элементы» понимается, что отдельные испускающие лазерное излучение элементы должны занимать одно и то же положение в строке и столбце в их соответствующих микросхемах. Для соответствующих элементов, расположенных рядом друг с другом в направлениях по осям X и Y в любой группе из трех микросхем в паре строк, преимуществом является то, что они расположены на вершинах конгруэнтных равносторонних треугольников. Это облегчает построение системы линз, которая необходима для фокусировки лазерных лучей на поверхность формирования изображения.
Было обнаружено, что особенно предпочтительной для всех лазерных лучей, испускаемых одной микросхемой, является их фокусировка на поверхности формирования изображения посредством обычной одной линзы или обычного набора линз, расположенных последовательно, имеющего степень увеличения ±1. Другими словами, изображение матрицы лазерных элементов на поверхности формирования изображения (т.е. матрица точек) должно иметь такой же размер, что и матрица на микросхеме, хотя она может быть инвертированной. В таком случае, даже если имеется небольшое несоответствие линз, например стержневых линз с градиентным показателем преломления (GRIN) в плоскости XY, перпендикулярной оптической оси линзы, то положение облучаемого лазерного пятна на поверхности формирования изображения будет оставаться неизменным, так как оно зависит только от положения испускающего лазерное излучение элемента на микросхеме с лазерной матрицей. Предшествующие элементы могут быть расположены с большой точностью на каждой микросхеме с лазерной матрицей с использованием обычных технологий производства полупроводников.
В то время как система линз может содержать один стержень с градиентным показателем преломления, связанный с каждой микросхемой, в качестве альтернативы она может содержать множество стержней с градиентным показателем преломления, расположенных последовательно друг относительно друга с образованием изогнутого пути излучения. В последнем случае общая для всех микросхем призма может служить для направления лазерных лучей от одного стержневого элемента с градиентным показателем преломления к следующему в каждой последовательности.
В такой конфигурации с изогнутым путем излучения требуется, чтобы призма была выполнена из стекла, имеющего более высокий показатель преломления, чем стержни с градиентным показателем преломления.
Будет удобно, если каждая микросхема будет иметь в основной матрице равное количество строк и столбцов испускающих лазерные лучи элементов (т.е. M=N), так как таким образом можно достичь минимального размера матрицы линз.
В каждой микросхеме разделение между лазерными элементами должно быть достаточно большим для того, чтобы избежать термического взаимодействия между расположенными рядом испускающими лазерное излучение элементами.
Опора для матриц микросхем может охлаждаться текучей средой для облегчения рассеивания тепла, которое может вырабатываться микросхемой.
Кроме того, опора может представлять собой жесткую металлическую или керамическую конструкцию, и она может быть выполнена из электроизоляционного материала или покрыта электроизоляционным материалом, несущим пленочные проводники для подачи электрических сигналов и питания к микросхемам.
Микросхемы в некоторых вариантах реализации представляют собой матрицы микросхем с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL).
В некоторых вариантах реализации интенсивность лазерного луча, испускаемого каждым элементом, может регулироваться непрерывно (аналоговым образом) или дискретными шагами (цифровым образом). В одном варианте реализации микросхемы могут содержать цифроаналоговые преобразователи для приема цифровых управляющих сигналов. Таким образом интенсивность лазерного луча может регулироваться 4, 8, 16, 32 или до 4096 дискретными шагами.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ проецирования управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность формирования изображения, подвижную по отношению к устройству формирования изображения, при этом в способе используется устройство формирования изображения по настоящему изобретению.
В некоторых вариантах реализации по меньшей мере одной парой лазерных элементов, которые выбраны из одной матрицы или из каждой из двух расположенных рядом матриц, управляют таким образом, что их энергии комбинируются на поверхности формирования изображения для превышения ее температурой определенного порогового значения в точке, расположенной между центрами изображений двух лазерных элементов на поверхности формирования изображения, без повышения температуры поверхности формирования изображения по меньшей мере в одном из указанных центров изображений двух лазерных элементов выше указанного порогового значения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые варианты реализации устройства формирования изображения раскрыты в настоящем описании со ссылкой на прилагаемые чертежи. Описание в сочетании с фигурами обеспечивают специалисту в данной области техники понимание того, как информация из описания может быть реализована на практике, при помощи неограничивающих примеров реализации. Фигуры приведены в целях иллюстративного описания и не предполагается, что на них показаны конструктивные особенности варианта реализации в больших подробностях, чем это требуется для общего понимания изобретения. Для ясности и простоты некоторые объекты, показанные на фигурах, выполнена не в масштабе.
На фигурах:
на фиг. 1 показано схематическое представление системы цифровой печати, в которой используется устройство формирования изображения согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 2 показана часть устройства формирования изображения, содержащая совокупность микросхем с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором VCSEL), установленную на опору;
на фиг. 3 показано схематическое представление испускающих лазерное излучение элементов двух микросхем с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL) и линии, которые они могут проводить на относительно перемещающейся поверхности формирования изображения;
на фиг. 4 показано схематическое представление, на котором в одной паре строк показано выравнивание между микросхемами с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL) и стержнями с градиентным показателем преломления, используемыми в качестве линз для фокусировки испускаемых лазерных лучей на поверхность формирования изображения;
на фиг. 5А показаны решения из уровня техники, предназначенные для корректировки несоответствия микросхем;
на фиг. 5В показано, каким образом в настоящем изобретении компенсировано несоответствие микросхем;
на фиг. 6 показаны энергетические профили, полученные посредством лазерных элементов на концах двух расположенных рядом матриц, для иллюстрации того, как одна линия может быть проведена с использованием двух расположенных сбоку лазерных элементов, при этом для каждой матрицы показано три элемента из основной матрицы и один из дополнительных элементов;
на фиг. 7А показана схожая с фиг. 6 диаграмма энергии для того, чтобы показать, как энергии двух расположенных рядом лазерных элементов основной матрицы могут быть комбинированы на поверхности формирования изображения для получения дополнительной точки, которая не попадает на среднюю линию любого из лазерных элементов;
на фиг. 7В показан точечный рисунок на поверхности формирования изображения, полученный посредством приведения в действие четырех лазерных элементов из основной матрицы тем способом, который показан на фиг. 7А;
на фиг. 8А показано, как точечный рисунок по фиг. 7В помогает обеспечивать сглаживание;
на фиг. 8В показан, для сравнения с фиг. 8А, ступенчатый край, который обычно возникает при печати наклонной линии; и
на фиг. 9 показана система линз, приведенная в качестве альтернативы системе, показанной на фиг. 1, которая имеет изогнутый путь излучения для обеспечения более компактного размещения в системе печати.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Общее описание приведенной в качестве примера системы печати
На фиг. 1 показан барабан 10, имеющий внешнюю поверхность 12, которая служит в качестве поверхности формирования изображения. При повороте барабана по часовой стрелке, как изображено стрелкой, он проходит под секцией 14 для нанесения покрытия, где он получает однослойное покрытие из мелкодисперсных частиц. После выхода из секции 14 для нанесения покрытия поверхность 12 формирования изображения проходит под устройством 15 формирования изображения по настоящему изобретению, где выбранные области поверхности 12 формирования изображения подвергаются воздействию лазерного излучения, которое делает покрытие из частиц в выбранной области поверхности 12 клейким. Далее поверхность проходит через печатную секцию 19, где подложку 20 сжимают между барабаном 10 и печатным цилиндром 22. Это приводит к тому, что выбранные области покрытия на поверхности 12 формирования изображения, которые были выполнены клейкими посредством подвергания воздействию лазерного излучения устройством 15 формирования изображения в соответствующим образом названной отображающей секции, переносятся с поверхности 12 формирования изображения на подложку 20.
Предполагается, что термин «клейкий», используемый в настоящем документе, означает не то, что облученное покрытие из частиц обязательно является клейким при касании, а только то, что оно смягчено достаточно для обеспечения возможности приклеивания к поверхности подложки при прижатии к ней в печатной секции 19.
Участки на поверхности 12 формирования изображения, соответствующие выбранным клейким областям, перенесенным на подложку, затем становятся открытыми после их опустошения переносом частиц. Поверхность формирования изображения затем может завершить свой цикл посредством возвращения в секцию 14 для нанесения покрытия, где наносят свежее однослойной покрытие из частиц только на открытые участки, с которых ранее нанесенные частицы были перенесены на подложку 20 в печатной секции 19.
В настоящем изобретении, так как частицы приклеиваются к поверхности формирования изображения сильнее, чем друг к другу, нанесенное покрытие из частиц, также называемое слоем частиц или покрытием, является по существу однослойным. Хотя может возникнуть некоторое наложение между частицами, указанный слой может иметь высоту только в одну частицу на большей части области поверхности и большинство частиц, если не все частицы, будут находиться в непосредственном контакте с поверхностью формирования изображения. Таким образом, средняя толщина одиночного слоя может быть приблизительно равна средней толщине отдельных частиц, образующих его, или, на некоторых участках, где частицы накладываются, меньшему кратному размеров составляющих частиц, в зависимости от типа и величины наложения. Одиночный слой таким образом может иметь максимальную толщину (Т), соответствующую приблизительно утроенному наименьшему параметру размера задействованных частиц (например, толщина частиц для хлопьеобразных частиц или по существу диаметр частиц для сферических частиц).
Образование по существу однослойной мозаики из частиц происходит по той же причине, по которой адгезивная лента, при использовании для поднятия порошка с поверхности, поднимет только один слой частиц порошка. Когда адгезивная лента все еще свежая, порошок будет прилипать к адгезиву до тех пор, пока не покроет всю поверхность ленты. Однако, после того как адгезив был покрыт порошком, пленку нельзя использовать для поднятия большего количества порошка, так как частицы порошка не прилипнут надежно друг к другу и могут быть просто удалены или сдуты с ленты. Аналогичным образом одиночный слой согласно настоящему описанию образован из частиц, находящихся в достаточном контакте с поверхностью формирования изображения и, таким образом, имеет толщину в одну частицу. Подразумевается, что контакт является достаточным, когда он позволяет частице оставаться прикрепленной к поверхности формирования изображения на выходе из устройства для нанесения покрытия.
Преимущество состоит в том, что одиночный слой частиц способствует целенаправленной доставке излучения, испущенного лазерными элементами устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению. Это может облегчить управление устройством формирования изображения и процесс, так как выборочно облученные частицы расположены в одном заданном слое. Когда рассматривается для применения в системах печати, устройство формирования изображения, направленное на одиночный слой, предпочтительно может фокусировать лазерное излучения для образования, при переносе на подложку, точки приблизительно равномерной толщины и/или с относительно определенным контуром.
Другое преимущество одиночного слоя заключается в том, что он может обеспечить хорошее тепловое соединение между частицами (например, полимерами, включая пигменты или краски, для областей применения, связанными с печатью) и поверхностью формирования изображения, на которую частицы нанесены. Как будет описано ниже, поверхность формирования изображения может представлять собой поглощающую тепло подложку или быть выполнена из подходящего поглощающего тепло материала, таким образом облегчая перенос энергии от поверхности формирования изображения к полимерной частице (частицам), что делает из клейкими. Следует отметить, что вследствие очень малой толщины частиц большая часть лазерной энергии может пройти через них без поглощения. Вместо непосредственного нагрева частиц лазерное излучение проявляет тенденцию к нагреву поверхности формирования изображения и частицы нагреваются опосредованно.
Секция для нанесения покрытия
Возвращаясь к секции 14 для нанесения покрытия, она может содержать множество распылительных головок 1401, выровненных друг с другом вдоль оси барабана 10, вследствие чего только одна из них видна на сечении по фиг. 1. Струи 1402 распылительных головок ограничены в колоколообразном корпусе 1403, нижний край 1404 которого имеет такую форму, чтобы близко соответствовать поверхности формирования изображения, оставляя только узкий промежуток между колоколообразным корпусом 1403 и барабаном 10. Распылительные головки 1401 соединены с обычным питающим каналом 1405, который подает к распылительным головкам 1401 носитель в виде текучей среды (газообразный или жидкий), содержащий взвешенные мелкодисперсные частицы, предназначенные для использования при покрытии поверхности 12 формирования изображения. В настоящем раскрытии термин «взвешенный в» и его вариации следует понимать, как «переносимые» и т.п., безотносительно какого-либо конкретного типа смеси материалов в одинаковых или разных фазах в какой-либо конкретной текучей среде, температура которой, при необходимости, может поддерживаться при требуемом контролируемом значении.
При необходимости взвешенные частицы могут периодически или постоянно перемешиваться, в частности перед их подачей в распылительную головку (головки). Частицы, например, могут циркулировать в устройстве для нанесения покрытия с мгновенным расходом, составляющим от 0,1 до 10 литров в минуту, или от 0,3 до 3 литров в минуту. Текучая среда и излишние частицы из распылительных головок 1401, которые ограничены в камере 1406, образованной внутренним пространством корпуса 1403, извлекаются через выходную трубу 1407, которая соединена с подходящими всасывающими средствами, изображенными стрелкой, и может быть рециркулирована обратно к распылительным головкам 1401. В настоящем документе под распылительными головками также понимается любой другой тип форсунки или отверстия вдоль обычной подающей трубы или трубопровода, обеспечивающий нанесение взвешенных в текучей среде частиц.
В качестве альтернативы прямому распылению частиц и их носителя на поверхность формирования изображения, их можно распылять на средство нанесения, такое как поворотная щетка или губка, которое затем наносит частицы на поверхность формирования изображения. Для полного покрытия поверхности формирования изображения секция для нанесения покрытия может содержать несколько таких средств нанесения, которые могут представлять собой дополнительные губки для осушения поверхности формирования изображения перед тем, как она покинет секцию для нанесения покрытия.
Важным является обеспечение возможности достижения эффективного уплотнения между корпусом 1403 и поверхностью 12 формирования изображения для предотвращения выхода распыляемой текучей среды и мелкодисперсных частиц через узкий промежуток, который по существу должен оставаться между корпусом 1403 и поверхностью 12 формирования изображения барабана 10. Различные способы достижения такого уплотнения схематически показаны на чертеже.
Наиболее простой формой уплотнения является счистящая лопатка 1408. Такое уплотнения физически контактирует с поверхностью формирования изображения и может оставлять следы на нанесенном покрытии при использовании на выходной стороне корпуса 1403, иными словами, на стороне, расположенной после распылительных головок 1401 в технологической цепочке. По этой причине, если используется такое уплотнение, предпочтительным является, чтобы оно было расположено только раньше распылительных головок 1401 в технологической цепочке и/или на осевых концах корпуса 1403. Термины «раньше в технологической цепочке» и «после в технологической цепочке», использованные в настоящем документе, относятся к точкам на поверхности 12 формирования изображения при ее циклическом прохождении через различные секции.
На фиг. 1 также показано, как вытекание текучей среды, в которой взвешены частицы, из уплотненного промежутка между корпусом 1403 и барабаном 10 может быть предотвращено без наличия элемента, контактирующего с поверхностью 12 формирования изображения. Канал 1409, проходящий по всей периферии корпуса 1403, соединен посредством совокупности узких проходов 1410, проходящих вокруг всего края корпуса 1403, для установления сообщения по текучей среде между каналом 1409 и уплотнительным промежутком.
В первом варианте реализации канал 1409 соединен с всасывающими средствами системы извлечения излишних частиц, которые могут представлять собой те же всасывающие средства, которые соединены с выходом 1407, или другие всасывающие средства. В данном случае указанный канал служит для извлечения текучей среды, проходящей через промежуток, перед тем как она покинет корпус 1403. Низкое давление также обеспечивает высасывание с барабана 10 каких-либо частиц, которые не находятся в непосредственном контакте с поверхностью 12 формирования изображения и, если распыляемая текучая среда представляет собой жидкость, оно также обеспечивает всасывание излишней жидкости по меньшей мере для частичного осушения покрытия перед тем, как оно покинет секцию 14 для нанесения покрытия. Излишняя жидкость, в качестве альтернативы и в дополнение, может быть удалена посредством ролика для извлечения жидкости (например, имеющего поверхность, поглощающую жидкость), расположенного на выходной стороне устройства для нанесения покрытия. Любые такие средства осушения покрытия из частиц (например, нагнетатель воздуха, нагреватель, средство для извлечения жидкости и т.д.), если имеются, могут быть расположены внутри устройства 14 для нанесения покрытия (т.е. в камере 1406 корпуса 1403) или, в качестве альтернативы, могут быть расположены в технологической цепочке после секции для нанесения покрытия, поскольку обеспечено их расположение в технологической цепочке раньше секции, в которой необходимо, чтобы покрытие было по существу сухим. Осушающий элемент, если имеется, преимущественно совместим со слоем из частиц и, например, не оказывает отрицательного воздействия на частицы и/или целостность образованного из них слоя.
В альтернативном варианте реализации канал 1409 соединен с источником газа под давлением, превышающим давление в камере 1406. В зависимости от скорости подачи текучей среды в камеру через распылительные головки 1401 и скорости извлечения через выход 1407, камера 1406 может находиться под давлением как большим, так как меньшим, чем давление окружающей среды.
Если давление в камере ниже атмосферного, то достаточно, если давление в канале 1409 равно давлению окружающей среды, или даже наличие канала не обязательно. В данном случае, так как давление в уплотнительном промежутке будет превышать давление в камере 1406, поток газа через указанный промежуток будет направлен к внутренней части корпуса без риска вытекания текучей среды.
Если давление в камере выше атмосферного, то канал 1409 может быть соединен с источником газа под давлением, предпочтительно, воздуха. В данном случае воздух будет нагнетаться в уплотнительный промежуток под давлением через проходы 1410 и будет разделяться на два потока. Один поток будет течь в направлении камеры 1406 и будет предотвращать вытекание текучей среды, в которой взвешены частицы. Этот поток будет также вытеснять и/или увлекать за собой частицы, не находящиеся в непосредственном контакте с поверхностью формирования изображения, и способствовать осушению покрытия, если несущая текучая среда является жидкостью. Второй поток будет покидать секцию для нанесения покрытия без причинения каких-либо проблем, так как он представляет собой только чистый воздух без каких-либо взвешенных частиц. Второй поток газа может также способствовать дополнительному осушению покрытия из частиц на поверхности 12 формирования изображения до того, как он покинет секцию 14 для нанесения покрытия. При необходимости поток газа может быть нагрет для способствования такому осушению.
В альтернативном варианте реализации указанный выше канал 1409 не проходит по всей периферии корпуса так, чтобы уплотнять камеру 1406 со всех сторон. Он может представлять собой «частичный» канал или комбинацию одного или более воздушных ножей (с отрицательным или положительным потоком), расположенный раньше или после в технологической цепочке относительно распылительных головок параллельно оси барабана и/или на боковых краях распылительных головок в направлении, перпендикулярном оси барабана. «Частичный» канал на выходной стороне в некоторых вариантах реализации может служить в качестве нагнетателя газа (например холодного или горячего воздуха) в дополнение или в качестве альтернативы способствованию осушения частиц, в случае чего проходы 1410 могут быть выполнены с возможностью обеспечения достаточной скорости потока.
В одном варианте реализации, независимо от типа текучей среды, несущей взвешенные частицы, наносимые на поверхность формирования изображения, на выходной стороне устройства 14 для нанесения покрытия и, как правило, во внешнем местоположении, находящемся позже в технологической цепочке, содержится нагреватель, обеспечивающий подъем температуры слоя частиц и поверхности формирования изображения до их достижения отображающей секции 16. Температура частиц и поверхности формирования изображения может таким образом быть поднята от температуры окружающей среды для температуры выше 30°С, 40°С или даже 50°С так, чтобы снизить количество лазерной энергии, необходимой для обеспечения клейкости частиц. Однако, нагревание не должно само по себе делать частицы клейкими и не должно поднимать их температуру выше 80°С или, возможно, выше 70°С. Такому нагреванию частиц и поверхности формирования изображения может дополнительно способствовать использование носителя в виде текучей среды при необходимой температуре.
В некоторых вариантах реализации на всей стороне устройства 14 для нанесения покрытия и, как правило, во внешнем местоположении, находящемся раньше в технологической цепочке, может содержаться охладитель, обеспечивающий снижение температуры поверхности формирования изображения до того, как слой частиц будет пополнен на открытых ранее участках. Предполагается, что поверхность формирования изображения при температуре, меньшей чем 40°С, или меньшей чем 30°С, или даже меньшей чем 20°С, но обычно выше 0°С, или даже выше 10°С, может обеспечить снижение температуры частиц, расположенных рядом с открытыми участками таким образом, что к тому времени, как поверхность формирования изображения будет пополнена, охлажденные таким образом частицы могут не иметь «остаточной клейкости» или иметь сниженную «остаточную клейкость», иными словами, частичное умягчение, недостаточное для последующего этапа (например, переном на печатную подложку). Охлажденное покрытие проявляет такое же поведение, что и частицы, только что осажденные на открытые участки поверхности формирования изображения. Таким образом, только частицы, на которые выборочно направлен какой-либо лазерный элемент микросхемы устройства формирования изображения, как раскрыто в настоящем документе, станут достаточно клейкими для последующего этапа переноса. Такому нагреванию частиц и поверхности формирования изображения может дополнительно способствовать использование носителя в виде текучей среды при необходимой температуре.
Можно обеспечить наличие охладителя на входной стороне устройства 14 для нанесения покрытия и нагревателя на выходной стороне, причем охладитель и нагреватель работают так, как описано выше. Кроме того, барабан 10 быть выполнен с возможностью управлению его температурой посредством подходящих охлаждающих / нагревательных средств, выполненных внутри барабана, такие средства управления температурой, при их наличии, работают таким образом, чтобы обеспечить возможность поддержания требуемой температуры внешней поверхности поверхности формирования изображения.
Поверхность формирования изображения
В некоторых вариантах реализации поверхность 12 формирования изображения представляет собой гидрофобную поверхность, выполненную, как правило, из эластомера, который может быть выполнен таким образом, чтобы обладать раскрытыми в настоящем документе свойства, в целом выполненный из материала на основе силикона. Гидрофобность способствует отделению частиц от поверхности формирования изображения после придания им клейкости посредством воздействия излучения так, чтобы обеспечить точный перенос частиц на подложку без разделения.
Поверхность является гидрофобной, когда угол, образованный мениском на границе раздела жидкость/воздух/твердое вещество, также называемый краевым углом или углом контакта, превышает 90°, стандартной жидкостью обычно является дистиллированная вода. При таких условиях, которые обычно измеряются при помощи гониометра или устройства для анализа формы капли и могут быть оценены при заданной температуре и давлении, релевантными для рабочих условий процесса нанесения покрытия, вода проявляет тенденцию к скапливанию в виде капель и не смачивает поверхность и, следовательно, не задерживается на ней.
Поверхность 12 формирования изображения может иметь твердость по шкале Шора, подходящую для обеспечения надежной связи с частицами, когда они нанесены на поверхность в секции 14 для нанесения покрытия, причем указанная связь сильнее, чем тенденция частиц к приклеиванию друг к другу. Подходящая твердость может зависеть от толщины поверхности формирования изображения и/или частиц, которые должны быть связаны. В некоторых вариантах реализации для поверхности формирования изображения подходит относительно высокая твердость, составляющая приблизительно от 60 единиц до 80 единиц по шкале Шора А. В других вариантах реализации подходит средне-малая твердость, составляющая менее 60, 50, 40, 30 или даже 20 единиц по шкале Шора А. В предпочтительном варианте реализации поверхность формирования изображения имеет твердость приблизительно 40 единиц по шкале Шора А.
Преимущественно, поверхность формирования изображения, подходящая для использования с устройством формирования изображения, раскрытом в настоящем документе, может быть достаточно гибкой для того, чтобы быть установленной на барабан, иметь достаточное сопротивление износу, быть инертной по отношению к используемым частицам и/или текучим средам и/или быть стойкой к любым релевантным условиям работы (например, облучению, давлению, теплу, растяжению и тому подобным).
Для того, чтобы быть совместимой с излучением, с периодичностью вырабатываемым отображающей секцией для воздействия на требуемые выбранные области, поверхность формирования изображения может, например, быть относительно стойкой к излучению, и/или иметь возможность поглощения излучения, и/или иметь возможность удерживать тепло, вырабатываемое излучением.
Поверхность 12 формирования изображения на чертеже является внешней поверхностью барабана 10, но это не является существенным, так как, в качестве альтернативы, она может представлять собой поверхность непрерывного передаточного элемента, имеющего форму ремня, направляемого по направляющим роликам и удерживаемого при подходящем растяжении по меньшей мере, пока он проходит через секцию для нанесения покрытия.
Частицы
Частицы могут быть выполнены из любого материала и иметь любые формы и/или размеры, которые подходят для обеспечения достаточной области контакта с поверхность формирования изображения, по меньшей мере в течение периода времени, в который необходимо обеспечить покрытие из частиц. Преимущественно материалу и частицам может быть обеспечена достаточная клейкость посредством лазерных элементов так, чтобы обеспечить выборочный перенос.
Форма и состав частиц на практике будет зависеть от предполагаемого использования слоя частиц, и в контексте неограничивающего примера системы печати, от природы эффекта, который необходимо применить к поверхности подложки 20. Частицы могут, например, содержать термопластический полимер и, при необходимости, окрашивающее вещество (например, пигмент или краску) и иметь приблизительно сферическую форму. Частицы могут также содержать способствующее умягчению вещество (например, поглощающее инфракрасное излучение краску), приспособленное к длине волны, испускаемой лазерным элементом и, предпочтительно, не оказывающее влияние на требуемый цвет частицы и, при необходимости, по существу не поглощающее в видимой части спектра. Для высококачественной печати требуется, чтобы частицы были настолько мелкодисперсными, насколько возможно, для минимизации промежутков между частицами наносимого однослойного покрытия. Размер частиц зависит от требуемого разрешения изображения и в некоторых случаях применения размер частиц (например, диаметр), составляющий 10 мкм, может оказаться достаточным. Однако, для улучшенного качества изображения предпочтительным является размер частиц, составляющий несколько микрометров, и, более предпочтительно, менее 1 мкм. В некоторых вариантах реализации подходящие частицы могут иметь средний диаметр от 100 нм до 4 мкм, в частности от 50 нм до 1,5 мкм.
Таким образом, выбор частиц и определение наиболее подходящего размера будут зависеть от предполагаемого использования частиц, ожидаемого эффекта (например, визуального эффекта в случае печати) и условий работы релевантной системы, в которую должно быть интегрировано устройство для нанесения покрытия и устройство формирования изображения согласно настоящему раскрытию. Оптимизация параметров может быть выполнена опытным путем посредством запланированных экспериментов специалистом в данной области техники.
В зависимости от их состава и/или процессов, воздействию которых они подвергаются, частицы могут быть гидрофобными с различными степенями гидрофильности, при наличии. Так как баланс между гидрофобной и гидрофильной природой частиц со временем может сместиться, предполагается, что процесс останется эффективным, если преобладает гидрофобная природа частиц. Кроме того, частицы могут быть выполнены по существу из гидрофильных материалов, в случае чего им может быть придана гидрофобность посредством нанесения подходящего покрытия частиц.
Частицы могут переноситься газообразной или жидкой текучей средой, когда их наносят на поверхность формирования изображения или на промежуточное средство (средства) нанесения. Когда частицы взвешены в жидкости для уменьшения стоимости и минимизации загрязнения окружающей среды, то желательно, чтобы жидкость была на водной основе. В таком случае требуется, чтобы полимер или материал, используемый для образования или покрытия частиц, был гидрофобным. Гидрофобные частицы более легко отделяются от носителя на водной основе, что способствует их тенденции к прикреплению к поверхности формирования изображения и к ее покрытию. Такая селективная тяга частиц к поверхности устройства для нанесения покрытия, а не к их носителю и друг к другу, считается особенно преимущественной. Нагнетание потока газа на покрытие из частиц (которое, как указано, предпочтительно может быть образовано гидрофобными частицами на гидрофобной поверхности формирования изображения) будет служить для вытеснения частиц, не находящихся в непосредственном контакте с поверхностью формирования изображения и для осушения покрытия из частиц на поверхности формирования изображения.
Приведенное выше описание не предназначено для предоставления исчерпывающего объяснения работы всей системы цифровой печати. Множество деталей, важных для успешной реализации такой системы печати, не являются релевантными для настоящего изобретения. Однако, предполагается, что приведенное выше описание системы печати по фиг. 1 будет достаточным для обеспечения понимания приведенной в качестве примера функции, которая может быть использована в устройстве формирования изображения по настоящему изобретению. Кроме того, следует также подчеркнуть, что устройство формирования изображения выполнено с возможностью использования по другим назначениям, например, для выборочного приведения в действие участков адгезива, гравировки металлической фольги, переносимой поверхностью формирования изображения или отверждение полимера в системе трехмерной печати.
Устройство формирования изображения
Устройство 15 формирования изображения по фиг. 1 содержит опору 16, несущую матрицу источников лазерного излучения, таких как микросхемы с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL), которые испускают лазерные лучи, и совокупность соответствующих линз 18, которые фокусируют лазерные лучи на поверхность 12 формирования изображения. Фиг.2 и 4 приведены для более подробного описания микросхем и того, каким образом они установлены на опоре и выровнены с линзами 18.
На фиг. 2 показана опора 16, на которой установлено множество микросхем 30 с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL), расположенных в две строки с точностью в заданных положениях относительно друг друга, как будет более подробно описано со ссылкой на фиг. 3 и 4.
Опора 16 является жестким по меньшей мере частично полым удлиненным элементом, оснащенным соединителями 34 для обеспечения течения охлаждающей текучей среды через внутреннюю полость. Указанный элемент опоры может быть выполнен из электроизоляционного материала, такого как подходящая керамика, или он может быть выполнен из металла, а по меньшей мере его поверхность 36, на которой установлены микросхемы 30, может быть покрыта электроизоляционным материалом. Это обеспечивает возможность выполнения схемной платы, выполненной из тонких пленочных проводников (не показана на чертежах), на поверхности 36. Микросхемы 30 припаяны к контактным площадкам на указанной схемной плате, и соединитель 32, выступающий от нижнего края опоры 16, обеспечивает возможность подачи на микросхемы 30 сигналов управления и питания. Испускающие лазерное излучение элементы 40 каждой микросхемы 30 выполнены так, что доступ к ним может осуществляться по отдельности, и разнесены друг от друга на достаточное расстояние, чтобы не оказывать тепловое воздействие друг на друга.
В некоторых вариантах реализации управляемые по отдельности лазерные элементы микросхемы могут испускать лазерные лучи, имеющие переменную энергию, которая предпочтительно управляется цифровым образом дискретными шагами, что обеспечивает возможность установки интенсивности лазерного излучения по 4, 8, 16 … и до 4096 уровням. Наиболее низкий уровень энергии задан как 0, на нем отдельный лазерный элемент не приведен в действие, наиболее высокий уровень энергии может быть задан как 1. Такие отдельные уровни могут рассматриваться аналогичными «уровням серого» в области печати, каждый уровень обеспечивает пошагово отдельную интенсивность (например, оттенок при рассмотрении цветового выхода). Возьмем, например, испускающий лазерные лучи элемент, имеющий 16 уровней приведения в действие, уровень 0 приведет к отсутствию отпечатка (например, приведет к тому, что подложка останется пустой или белой, если она изначально была такой), а уровень 1 приведет к переносу клейкой пленки, образованной частицами, облученными при максимальной энергии (например, с образованием полностью черной точки в случае, если частицы имеют такой цвет). В предыдущем иллюстративном примере уровни 1/16, 2/16, 3/16 и так далее будут соответствовать все более насыщенному оттенку серого в диапазоне от белого (0) и черного (1). Обычно энергетические уровни равноудалены друг от друга.
В альтернативном варианте реализации управляемые по отдельности лазерные элементы микросхемы могут испускать лазерные лучи, имеющие переменную энергию, которая может быть модулирована непрерывным аналоговым способом.
После того как температура участка поверхности формирования изображения достигла значения, при котором частицы становятся клейкими, любое дальнейшее повышение температуры не будет влиять на перенос на подложку. Однако, следует также отметить, что при увеличении интенсивности лазерного излучения размер точки, которой придана клейкость, также увеличивается.
Энергетический профиль каждой точки схож с графиками, показанными на фиг. 6, иными словами, он является симметричным с сужающимися сторонами. Точный профиль не важен, так как распределение может представлять собой распределение Гаусса, синусоиду или даже форму перевернутой буквы V. В любом таком профиле при повышении пиковой интенсивности основание расширяется и область пересечения профиля с границей, на которой покрытие из частиц становится клейким, также увеличивается в диаметре. Последствия такого распределения энергии заключаются в том, что точки поверхности формирования изображения, которые не выровнены со средней линией какого-либо испускающего лазерное излучение элемента, будут получать энергию от расположенных рядом элементов. Возможно, чтобы к двум соседним элементам подавалась энергия ниже уровня, необходимого для придания клейкости частицам покрытия на средней линии элементов, при том, что совокупная энергия в области перекрывания между двумя средними линиями превышает уровень, необходимый для придания клейкости частицам покрытия. Таким образом возможно создать потенциальные растровые линии между средними линиями лазерных линий в дополнение к растровым линиям, совпадающим со средними линиями лазерных элементов, или как альтернативу им. Возможность совмещения энергий от расположенных рядом элементов используется для достижения различных эффектов, как будет описано ниже. Указанные эффекты зависят от способности поверхности формирования изображения комбинировать энергии, принятые от различных лазерных элементов, даже если имеется небольшая разница между интервалами облучения.
На фиг. 3 схематически, и с большой степенью увеличения, показано относительное расположение двух матриц 130а и 130b испускающих лазерное излучение элементов в виде микросхем 3- с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL), которые расположены рядом друг с другом в направлении по оси Y, но расположены в различных строках. Каждая из микросхем имеет одинаковую матрицу из M*N испускающих лазерное излучение элементов 40, как описано выше, которые представлены круглыми точками. В показанном примере М и N равны, то есть имеется девять строк и девять столбцов. Интервалы между элементами в строке, обозначенные как Ar, и интервалы между элементами в столбце, обозначенные как ас, показаны отличными друг от друга, но они могут быть равны. Массив показан слегка наклонным, так что столбцы и строки не перпендикулярны друг другу. Вместо этого строки расположены параллельно направлению по оси Y, а столбцы расположены под небольшим углом к направлению по оси X. Это обеспечивает возможность проведения линий, таких как линии 44, элементами 40 на поверхности формирования изображения, при непрерывном питании, так, чтобы они расположены достаточно близко друг к другу для обеспечения возможности печати изображений высокого разрешения. На фиг. 3 показано, что элемент на конце каждой строки проводит линию, которая расположена на расстоянии Ar/М от линии, проведенной соответствующим элементом каждой расположенной рядом строки, разделение между указанными линиями представляет собой разрешение U изображения. Таким образом А и М выбраны в зависимости от требуемого разрешения изображения на основании уравнения Ar=М×lr.
Следует упомянуть, что возможно, чтобы элементы располагались в квадратной матрице, в которой столбцы перпендикулярны строкам. В данном случае микросхемы необходимо будет устанавливать с перекосом на их опоре и будет требоваться компенсация согласования по времени сигналов управления, используемых для питания отдельных элементов.
Как ясно видно на фиг. 3, а также на фиг. 5В, на которой показаны проведенные линии в увеличенном масштабе, расположение матрицы 130b таково, что линия, проведенная ее нижним левым элементом 40, должна также быть идеально разнесена с линией, проведенной верхним правым элементом матрицы 130а, на расстояние, равное Ar/М. Таким образом, когда обеспечено питание элементов 40 обеих матриц 130а и 130b, они будут проводить 2*M*N линий, которые будут расположены через равные интервалы друг от друга с расстоянием Ar/М между расположенными рядом линиями без каких-либо промежутков.
Если требуется обеспечить компенсацию неисправных элементов, матрица может содержать дополнительные строки испускающих лазерное излучение элементов 40, но, в качестве альтернативы, можно компенсировать неисправные элементы путем повышения интенсивности лазерных лучей, вырабатываемых испускающими лазерное излучение элементами, которые проводят расположенные рядом параллельные линии.
В дополнение к матрице из M*N элементов 40 каждая микросхема имеет два дополнительных столбца, которые расположены по одному на каждой стороне основной матрицы, каждый из которых содержит соответствующий дополнительный элемент 42. Указанные дополнительные элементы 42 представлены на фиг. 3 в виде звездочек для того, чтобы отличать их от элементов 40 основной матрицы. Дополнительные лазерные элементы с каждой стороны каждой матрицы могут быть расположены на расстоянии, равном 1/3 интервала между проведенными линиями, которые изображены линзами на поверхности формирования изображения. Кроме того, дополнительные элементы могут быть расположены в промежутке между двумя матрицами, который номинально простирается на расстояние Ar/М, так что достигнута большая чувствительность корректировки ошибок в интервалах между расположенными рядом матрицами.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 5В, когда приведены в действие, элементы 42 проводят две дополнительные линии 46 между двумя наборами параллельных линий 44а и 44b, расположенных через равные интервалы и проведенных элементами 40 двух матриц 130а и 130b соответственно.
Одна из дополнительных линий 46 расположена на расстоянии Ar/3М от последней расположенной рядом линии 44а, проведенной, например, посредством матрицы 130а по фиг. 3, а другая расположена на расстоянии Ar/3М от первой расположенной рядом линии 44b, проведенной, например, посредством матрицы 130b. В случае несоответствия между двумя матрицами 130а и 130b к указанным элементам 42 может быть подано питание в дополнение к некоторым из элементов 40 основных матриц, или вместо них, для компенсации какого-либо несоответствия между матрицами 130а и 130b, которые проявляют тенденцию к созданию полосы на печатном изображении, будь она промежутком или темной линией, полученной в результате перекрывания. На фиг. 5А, которая схожа с фиг. 5В, показан альтернативный подход для компенсации несоответствия микросхем, предложенный в уровне техники. В уровне техники каждая микросхема имеет дополнительную строку элементов, которая создает проведенные линии, которые переплетены с проведенными линиями расположенной рядом микросхемы, что приводит к очень высокой степени избыточности.
В то время как два дополнительных элемента 42 по настоящему изобретению показаны на фиг. 3 и фиг. 5В как проводящие две отдельные линии 46, энергии указанных двух элементов могут быть комбинированы на поверхности формирования изображения, как описано выше, для получения одной линии, положением которой можно управлять посредством подходящих настроек энергий, испускаемых каждым из дополнительных элементов 42. Это показано на фиг. 6, на которой энергетические профили линий 44а и 44b обозначены как 94а и 94b соответственно, а энергетические профили дополнительных линий 46 обозначены как 96а и 96b. На фиг. 6 ни один из профилей 96а и 96b (показанные пунктирными линиями) не обладает достаточной энергией для придания частицам покрытия клейкости, но на средней линии между двумя матрицами совокупной энергии, показанной как толстая сплошная линия 96, достаточно для умягчения покрытия их частиц и для создания проведенной линии, заполняющей промежуток между проведенными линиями 44а и 44b двух основных матриц.
Хотя на фиг. 6 энергетические профили двух дополнительных элементов сопоставлены, посредством изменения относительной интенсивности двух лучей, испускаемых дополнительными источниками лазерного излучения, можно обеспечивать расположение средней линии, комбинированной на различном расстоянии от оттисков от основных матриц.
На фиг. 7А показано, как возможность создавать точки, которые не попадают на средние линии энергетических профилей лазерных элементов, может быть с преимуществом использована для достижения сглаживания. На фиг. 7А показаны энергетические профили четырех расположенных рядом элементов основной матрицы. Первые два профиля а и b установлены на требуемом уровне, например 8 (из шестнадцати), что соответствует среднему серому. Энергетические профили с и d, с другой стороны, установлены, например, на уровне 12 и 4 соответственно. Полученный в результате на поверхности формирования изображения точечный рисунок показан на фиг. 7В. Как показано, он может содержать две точки А и В обычного размера, выравненные с линией симметрии профилей а и b по фиг. 7А, точку С большего размера, выравненную со средней линией энергетического профиля с, и меньшую точку D, которая расположена где-то между средними линиями профилей end.
Результат повторения такого точечного рисунка по диагонали показан на фиг. 8А. Когда данное изображение сравнивают с фиг. 8В, на которой не предприняты действия для обеспечения сглаживания, то видно, что малые точки между обычными растровыми линиями обеспечивают наклонную линию с меньшей зубчатостью и обеспечивают получение изображения, сравнимого с изображением, которое можно получить благодаря системе печати, имеющей большее разрешение изображения.
Взаимодействие энергий от соседних лазерных элементов также может быть использовано для компенсации недостающих элементов таким образом, что элементы, обеспечивающие получение двух расположенных рядом растровых линий, могут быть комбинированы таком же образом, как описан выше, для заполнения промежутка между ними.
Чтобы матрицы 130а и 130b по фиг. 3 работали корректно, как описано выше, их относительное положение в направлении по оси Y является критически важным. Для упрощения конструкции системы линз, предназначенных для фокусировки испускаемых лазерных лучей на поверхности формирования изображения, преимуществом является использование конфигурации, показанной на фиг. 4, которая обеспечивает возможность самовыравнивания двух строк линз, соответствующих паре строк микросхемы.
На фиг. 4 показаны семь расположенных рядом матрицы 130, каждый из которых показан выравненным с соответствующей линзой 18. Хотя матрицы 130, как указано выше, могут содержать дополнительные элементы 42, они не показаны на указанной фигуре. Каждая линза 18 выполнена в виде стержня с градиентным показателем преломления (GRIN), который является известным типом линз, выполненных в форме цилиндра, имеющего градиентный в радиальном направлении показатель преломления. В случае конфигурации, показанной на фиг. 4, соответствующие элементы любых трех двунаправленных расположенных рядом строк 130 лежат на вершинах равностороннего треугольника, три таких треугольника обозначены позицией 50 и показаны на чертеже. Следует отметить, что все три треугольника 50 являются конгруэнтными. В результате, если диаметр стержней с градиентным показателем преломления выбран равным 2*N*A, который представляет длину сторон равностороннего треугольника 50 или расстояние между соответствующими испускающими лазерное излучение элементами расположенных рядом микросхем 30 с вертикально-излучающими лазерами (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL) в одной строке, то при расположении их в наиболее компактной конфигурации линзы 18 будут автоматически корректно выровнены с соответствующей им микросхемой.
Хотя линзы 18 схематически показаны на фиг. 1 (вид сбоку) и фиг. 4 (вид в сечении) как представляющие собой отдельные стержни с градиентным показателем преломления, в альтернативном варианте реализации, показанном на фиг. 9, лазерные лучи каждой микросхемы могут передаваться через последовательность линз. В случае фиг. 9, отдельный стержень 18 с градиентным показателем преломления заменен двумя взаимно наклоненными стержнями 18а и 18b с градиентным показателем преломления и излучение от одного направляется в другой посредством призмы 87 из стекла с высоким показателем преломления, так что излучение проходит по изогнутому пути. Такая конфигурация обеспечивает расположение секций для нанесения покрытия в системе цветной печати ближе друг к другу в более компактной конфигурации. Такой изогнутый путь излучения может иметь различные конфигурации для соответствия всем требованиям увеличения и передачи излучения. Для обеспечения разделения пути излучения таким образом, длина стержней с градиентным показателем преломления выбрана такой, что излучение коллимируется при выходе из стержней 18а и входит в стержни 18b, как показано лучами излучения, изображенными на фиг. 9.
Излучение, направляемое стержнем 18а с градиентным показателем преломления, ближний конец которого расположен на расстоянии WDo от микросхемы, может быть захвачено соответствующим стержнем 18b с градиентным показателем преломления, который может собрать коллимированое излучение, выходящее из стержня 18а, на том же пути излучения и фокусировать его на расстоянии WDi от дальнего конца второго стержня 18b с градиентным показателем преломления. Когда два стержня с градиентным показателем преломления выполнены из одного и того же материала с одним и тем же градиентным профилем в радиальном направлении и WDo=WDi, то может быть получено увеличение М=+1.
Лазерные элементы, которые удалены от продольной оси стержня 18а с градиентным показателем преломления, выйдут из дальнего конца линзы с градиентным показателем преломления коллимированными, но под углом к оси. В некоторых случаях необходимо, чтобы расстояние между двумя стержнями 18а и 18b было большим, что приводит к тому, что внеосевые коллимированные лучи, выходящие из первого участка стержня, частично или полностью не попадут во второй участок. Можно использовать преимущество закона Снеллиуса и вынуждать луч, выходящий из первого стержня, проходить через стекло с высоким показателем преломления, таким образом обеспечивая уменьшение угла коллиморованного луча относительно оптической оси и обеспечивая большее разделение между стержнями перед тем, как коллимированные лучи, выходящие из первого стержня, не попадут во второй стержень.
В описании и формуле настоящего изобретения каждый из терминов «содержит», «включает» и «имеет», а также их производные, используется для указания того, что объект или объекты, к которым относится указанный термин, не обязательно являются закрытым перечнем элементов, компонентов, деталей, этапов или частей субъекта, или субъектов, данного термина. Указанные термины также распространяются на термины «состоящий из» и «по существу состоящий из».
В настоящем описании грамматическая конструкция, указывающая на единственное число, также включает и множественное число и означает «по меньшей мере один» или «один или более», если в контексте явным образом не указано обратное.
Термины, относящиеся к положению или перемещению, такие как «верхний», «нижний», «правый», «левый», «нижняя часть», «под», «пониженный», «низ», «верх», «над», «поднятый», «высокий», «вертикальный», «горизонтальный», «обратно», «вперед», «раньше в технологической цепочке» и «позже в технологической цепочке», а также их грамматические вариации могут быть использованы только в описательных целях для иллюстрации относительного положения, размещения или смещения конкретных компонентов, для обозначения первого и второго компонента на текущей иллюстрации или для того и другого одновременно. Такие термины не обязательно указывают на то, что «нижний» компонент находится под «верхним» компонентом, сами по себе направления и/или компоненты могут быть поменяны местами, повернуты, перемещены в пространстве, размещены диагонально, горизонтально или вертикально, или схожим образом изменены.
Если не указано обратное, использование выражения «и/или» между последними двумя элементами из списка возможных вариантов для выбора указывают на то, что выбор одного или более из приведенных вариантов подходит и может быть сделан.
В настоящем раскрытии, если не указано обратное, такие термины как «по существу» и «приблизительно», которые задают характеристику условия или отношения признаков варианта реализации настоящей технологии, следует понимать так, что условие или характеристика определена с допуском, который является приемлемым для работы варианта реализации для случая применения, на который он направлен.
Хотя настоящее изобретение описано в отношении конкретных вариантом реализации и в целом соответствующих способов, изменения и преобразования указанных вариантов реализации и способов будут очевидны специалисту в данной области техники. Настоящее раскрытие следует рассматривать как не ограниченное конкретными вариантами реализации, раскрытыми в настоящем документе.
1. Устройство формирования изображения для проецирования управляемых по отдельности лазерных лучей на поверхность формирования изображения, выполненную подвижной по отношению к устройству в заданном направлении по оси X,
при этом устройство содержит множество полупроводниковых микросхем, каждая из которых содержит множество управляемых по отдельности испускающих лазерные лучи элементов, расположенных в двумерной основной матрице из М строк и N столбцов,
элементы в каждой строке расположены через равные интервалы (Аr), а элементы в каждом столбце расположены через равные интервалы (ас),
микросхемы установлены на опоре таким образом, что каждая пара микросхем, которые расположены рядом друг с другом в заданном направлении по оси Y, поперечном направлению по оси X, смещены относительно друг друга в направлении по оси X, и
при непрерывном активировании испускаемые лазерные лучи двух микросхем указанной пары проводят на поверхности формирования изображения 2*M*N параллельных линий, которые проходят в направлении по оси X и расположены по существу через равные интервалы в направлении по оси Y,
лазерные лучи каждой микросхемы проводят набор из M*N линий, которые не перекрываются с набором линий другой микросхемы,
при этом в дополнение к М строк и N столбцов элементов основной матрицы каждая микросхема содержит по меньшей мере один дополнительный столбец на каждой стороне основной матрицы,
каждый из столбцов содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью выборочного приведения в действие испускающий лазерное излучение элемент, выполненный с возможностью компенсации какого-либо несоответствия в направлении по оси Y в относительном расположении расположенных рядом микросхем на опоре посредством проведения по меньшей мере одной дополнительной линии, которая расположена между двумя наборами из M*N линий.
2. Устройство формирования изображения по п. 1, в котором каждый из указанных двух столбцов содержит два или более элементов.
3. Устройство формирования изображения по п. 2, в котором линии, проведенные элементами дополнительных столбцов, расположены через равные интервалы друг от друга,
интервал между линиями, проведенными элементами дополнительного столбца или дополнительных столбцов, по существу равен частному интервала между линиями, проведенными элементами основной матрицы, и количества элементов в каждом дополнительном столбце.
4. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором элементы в каждой строке каждой микросхемы лежат на линии, параллельной направлению по оси X, а элементы в каждом столбце каждой микросхемы лежат на прямой линии, расположенной под углом к направлению по оси Y.
5. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором микросхемы расположены в две строки на опоре, а соответствующие испускающие лазерное излучение элементы всех микросхем в каждой из двух строк лежат в одной линии друг с другом в направлении по оси Y.
6. Устройство формирования изображения по п. 5, в котором микросхемы в указанных двух строках из пары выровнены таким образом, чтобы соответствующие элементы любой группы из трех расположенных рядом микросхем в направлениях по осям X и Y лежали на вершинах конгруэнтных равносторонних треугольников.
7. Устройство формирования изображения по п. 6, в котором каждая микросхема обеспечена соответствующей линзой для фокусировки лазерных лучей, испускаемых на поверхность формирования изображения всеми элементами соответствующей микросхемы.
8. Устройство формирования изображения по п. 7, в котором каждая линза образована одним стержнем с градиентным показателем преломления.
9. Устройство формирования изображения по п. 7, в котором каждая линза образована последовательностью из двух или более взаимно наклоненных стержней с градиентным показателем преломления.
10. Устройство формирования изображения по п. 9, в котором излучение от каждого стержня с градиентным показателем преломления направлено посредством призмы к следующему в последовательности стержню с градиентным показателем преломления.
11. Устройство формирования изображения по п. 10, в котором призма имеет более высокий показатель преломления, чем стержни с градиентным показателем преломления.
12. Устройство формирования изображения по любому из пп. 8-11, в котором каждая линза или последовательность линз имеет степень увеличения ±1.
13. Устройство формирования изображения по п. 12, в котором стержни с градиентным показателем преломления имеют диаметр, равный 2*N*Ar, представляющий собой расстояние между соответствующими элементами расположенных рядом микросхем в каждой строке.
14. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором каждая микросхема имеет равное количество строк и столбцов испускающих лазерные лучи элементов в основной матрице.
15. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором расстояние между испускающими лазерные лучи элементами в микросхеме достаточно для исключения теплового взаимодействия между расположенными рядом элементами.
16. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором обеспечено охлаждение опоры посредством текучей среды.
17. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором опора выполнена из жесткой металлической или керамической конструкции.
18. Устройство формирования изображения по п. 17, в котором поверхность опоры выполнена из электроизоляционного материала или покрыта им, а тонкие пленочные проводники выполнены на электроизоляционной поверхности для подачи электрических сигналов и питания к микросхемам.
19. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором микросхемы представляют собой матрицы вертикально-излучающих лазеров (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, VCSEL).
20. Устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый управляемый по отдельности испускающий лазерные лучи элемент выполнен с возможностью испускать лазерный луч, имеющий 4 энергетических уровня или более, 8 энергетических уровней или более, 16 энергетических уровней или более или даже 32 энергетических уровня или более.
21. Способ проецирования управляемых по отдельности лазерных лучей на подвижную по отношению к устройству формирования изображения поверхность формирования изображения, согласно которому используют устройство формирования изображения по любому из предшествующих пунктов.
