BR112017025261B1 - Dispositivo de imagem - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE IMAGEM. Um dispositivo de imagem é descrito para projetar feixes de laser controláveis individualmente sobre uma superfície de imagem que é móvel em relação ao dispositivo em uma direção X de referência. O dispositivo inclui uma pluralidade de chips semicondutores, cada um dos quais compreende uma pluralidade de elementos emissores de feixes de laser arranjados em uma matriz principal bidimensional de linhas M e colunas N. Os elementos em cada linha têm um espaçamento uniforme Ar e os elementos em cada coluna têm um espaçamento uniforme. Os chips são montados em um suporte de modo que cada par de chips que é adjacente um ao outro em uma direção Y de referência, transversal à direção X, estão deslocados um do outro na direção X e, quando ativados continuamente, os feixes de laser emitidos dos dois chips do referido par traçam sobre a superfície de imagem um conjunto de linhas paralelas que se estendem na direção X e são substancialmente uniformemente espaçadas na direção Y. Além das linhas M e colunas N de elementos da matriz principal, cada chip compreende pelo menos uma coluna adicional em cada lado da matriz principal, cada coluna contendo pelo menos um elemento emissor de laser operável seletivamente capaz de compensar qualquer desalinhamento na direção Y no posicionamento relativo dos chips adjacentes no suporte.

Description

CAMPO

[001] A presente descrição refere-se a um dispositivo de imagem para projetar uma pluralidade de feixes de laser controláveis individualmente sobre uma superfície que é móvel em relação ao dispositivo de imagem. O dispositivo de imagem será aqui descrito principalmente por referência à sua aplicação em sistemas de impressão digital, mas seu uso não está limitado a este pedido.

ANTECEDENTES

[002] US 7.002.613 descreve um sistema de impressão digital ao qual é aplicável o dispositivo de imagem da presente descrição. Em particular, na Figura 8 da última especificação da patente, é mostrado um dispositivo de imagem designado 84 que se acredita que representa a técnica anterior mais próxima da presente descrição. O dispositivo de imagem serve para projetar uma pluralidade de feixes de laser controláveis individualmente sobre uma superfície, aqui denominada uma superfície de imagem, para gerar uma imagem de energia sobre essa superfície. A imagem do laser pode ser usada para vários fins, apenas alguns exemplos são para produzir uma imagem impressa bidimensional em um substrato, como ensinado, por exemplo, na US 7.002.613, na impressão em 3D e na gravação de uma imagem sobre qualquer superfície.

[003] Para aplicações de alto rendimento, tais como impressão comercial ou litografia em 3D, o número de pixéis a serem convertidos em imagem a cada segundo é muito alto, exigindo paralelismo no dispositivo de imagem. O dispositivo de imagem a laser da presente descrição destina-se a aplicações que requerem feixes de energia de alta potência. Não se pode, portanto, simplesmente escanear a superfície de imagem com um único feixe de laser, de modo a expor os pixéis de forma sequencial. Em vez disso, o dispositivo de imagem é necessário para ter um elemento emissor de laser separado para cada pixel (elemento de imagem parada) da área de imagem da superfície de imagem.

[004] Para obter uma qualidade de impressão aceitável, é importante ter uma densidade de pixel tão alta quanto possível. Uma imagem de alta resolução, por exemplo, uma tendo 1200 dpi (pontos por polegada), requer uma densidade de elementos emissores de laser que não seja alcançável se os elementos emissores de laser estiverem em linha reta, devido à quantidade de sobreposição necessária entre as fontes de laser para obter uma qualidade de impressão uniforme. Além do fato de que não é fisicamente possível conseguir uma densidade de acondicionamento tão alta, os elementos adjacentes interfeririam termicamente um com o outro.

[005] São conhecidos chips de semicondutores que emitem feixes de luz de laser em uma matriz de linhas M e colunas N. Em US 7.002.613, as linhas e as colunas são exatamente perpendiculares entre si, mas os chips são montados inclinados, da maneira mostrada na Figura 1 da última patente, de modo que cada linha possa preencher os pixéis faltantes da(s) linha(s) anterior(es). Desta forma, tal matriz pode atingir uma imagem de alta resolução, mas somente em toda a largura do chip e esses chips não podem simplesmente ser montados lado a lado, se um for conseguir uma imagem impressa sem listras ao longo do seu comprimento, porque os chips não podem ter elementos emissores de laser posicionados suficientemente próximos das bordas laterais.

[006] US 7.002.613 evita esse problema arranjando esses chips em duas linhas, da maneira mostrada na Figura 8 da última patente. Os chips em cada linha são escalonados em relação aos chips na outra linha do par de modo que cada chip em uma linha escaneie o interstício deixado não escaneado pelos dois chips adjacentes na outra linha.

[007] Embora seja esperado que as linhas de chips sejam montadas em um suporte sob condições laboratoriais limpas usando um microscópio para alcançar seu alinhamento correto, não é possível garantir que o alinhamento relativo dos chips nas duas linhas seja exato dentro da resolução da imagem impressa. Qualquer desalinhamento resultará na imagem tendo listras ou outros defeitos indesejados.

[008] US 2010/080594 e US 2008/181667 descrevem sistemas nos quais a luz de matrizes de LED’s (em vez de fontes de laser) é projetada sobre uma superfície de imagem e ensina como as etapas podem ser tomadas para compensar qualquer desalinhamento entre as matrizes. Em cada caso, as imagens produzidas por matrizes adjacentes são sobrepostas e os LEDs selecionados de uma ou outra das duas matrizes são ativados para manter a continuidade da imagem no limiar entre as duas matrizes. No caso de US 2010/080594, essa sobreposição é mostrada claramente na Figura 14 e US 2009/181667 é evidente, por exemplo, nas Figuras 9A e 9B.

SUMÁRIO

[009] Na presente descrição, é proposto um dispositivo de imagem para projetar feixes de laser controláveis individualmente sobre uma superfície de imagem que é móvel em relação à mesma na direção X de referência, o dispositivo incluindo uma pluralidade de chips semicondutores, cada um dos quais compreende uma pluralidade de elementos emissores de feixes de laser controláveis individualmente arranjados em uma matriz principal bidimensional de linhas M e colunas N, os elementos em cada linha tendo um espaçamento uniforme (Ar) e os elementos em cada coluna tendo um espaçamento uniforme (ac), em que os chips são montados em um suporte de tal maneira que cada par de chips que são adjacentes uns aos outros em uma direção Y de referência, transversais à direção X, são deslocados um do outro na direção X e, quando ativados continuamente, o laser emitido os feixes dos dois chips do referido par traçam sobre a superfície de imagem linhas paralelas 2»M»N que se estendem na direção X e são substancialmente espaçadas uniformemente na direção Y, os feixes de laser de cada chip traçando um conjunto de linhas M»N que não se sobrepõem ao conjunto de linhas do outro chip, em que além das linhas M e colunas N de elementos da matriz principal, cada chip compreende pelo menos uma coluna adicional em cada lado da matriz principal, cada um contendo pelo menos um elemento emissor de laser que pode ser operado seletivamente capaz de compensar qualquer desalinhamento na direção Y no posicionamento relativo dos chips adjacentes no suporte pelo traçamento de pelo menos uma linha adicional que fica entre os dois conjuntos de linhas M»N.

[0010] Supondo que as linhas M e colunas N de elementos emissores de laser da matriz principal não incluam elementos que normalmente sejam redundantes, o espaçamento entre linhas adjacentes no conjunto será igual a Ar/M, ou seja, o espaçamento dos elementos adjacentes em cada linha dividida pelo número de linhas. Além disso, porque na presente descrição não há sobreposição entre os dois conjuntos de linhas M»N traçadas por quaisquer dois chips adjacentes, o número total de linhas traçadas pelos dois chips será igual a 2»M»N, ou seja, o dobro do produto do número de linhas e o número de colunas em cada chip, se os chips tiverem números iguais de linhas e colunas.

[0011] Na presente proposta, além dessas linhas uniformemente espaçadas produzidas pelas matrizes principais, os elementos adicionais emissores de laser são proporcionados em ambas as extremidades de cada matriz destinada apenas a compensar o desalinhamento de chips. Se os chips adjacentes estiverem corretamente alinhados, os elementos das colunas adicionais serão redundantes e não serão energizados. No entanto, se um interstício permaneça entre as linhas traçadas por chips adjacentes, os elementos adicionais podem introduzir linhas adicionais para preencher esse interstício em uma posição que se aproxima ao espaçamento uniforme das linhas traçadas pelas matrizes principais. Note-se que, em contraste com as propostas em US 2010/080594 e US 2008/181667, as linhas traçadas pelos elementos adicionais não caem entre (ou seja, não estão entrelaçadas com) as linhas de qualquer conjunto de linhas M»N traçadas pelas matrizes principais e apenas se enquadram em qualquer interstício entre os dois conjuntos de linhas M»N.

[0012] No caso de uma sobreposição entre os dois conjuntos de linhas M»N traçadas pelos elementos de chips adjacentes, alguns dos elementos das matrizes principais podem ser desligados e, se necessário, substituídos por um elemento das colunas adicionais para manter a aparência matricial com linhas uniformemente espaçadas.

[0013] Por outro lado, se houver um interstício entre as duas linhas M»N traçadas pelos elementos de chips adjacentes, as colunas adicionais podem ser ativadas para manter a aparência matricial com linhas uniformemente espaçadas.

[0014] Um dos elementos adicionais pode ser ativado por conta própria se sua posição coincida com uma linha que tornaria a imagem matricial uniforme. Alternativamente, se os elementos tiverem um perfil de energia simétrico, semelhante, por exemplo, a uma distribuição gaussiana ou sinusoidal, é possível, ativando ambos os elementos para irradiar pontos adjacentes na superfície de imagem e ajustando separadamente a potência de cada elemento, para produzir uma única linha de linha matricial a uma distância ajustável das linhas matriciais dos elementos principais dos dois chips. Deve ser notado que este efeito é termicamente dinâmico e aditivo desde que os pontos adjacentes sejam irradiados dentro de um tempo finito um do outro. Em outras palavras, a superfície de imagem não deve ter tempo para dissipar a energia do primeiro pulso de laser no intervalo entre os dois pulsos de laser.

[0015] Convenientemente, as linhas traçadas por elementos na mesma coluna adicional são espaçadas uniformemente umas das outras, o espaçamento entre as linhas traçadas pelo elemento da coluna adicional sendo substancialmente igual ao quociente do espaçamento das linhas traçadas pelos elementos da principal matriz e o número de elementos na coluna adicional.

[0016] Embora seja possível usar chips em que as linhas e as colunas das matrizes principais de elementos emissores de laser são perpendiculares entre si, como ensinado no US 7.002.613, isso requer que os chips sejam colocados em um ângulo em relação à direção Y. Em algumas modalidades da presente descrição, os elementos em cada linha de cada chip estão em uma linha paralela à direção Y e os elementos em cada coluna de cada chip situam-se em uma linha reta inclinada em um ângulo na direção X. Em outras palavras, em vez de o contorno da matriz ser quadrado, a matriz é moldada como um paralelogramo. Este arranjo, que pode ser considerado um pouco desperdício no que diz refere à área de chip, pode ser vantajoso em termos de procedimento de montagem.

[0017] É conveniente que os chips sejam arranjados em pelo menos um par de linhas no suporte, com os elementos emissores de laser correspondentes de todas os chips em cada uma das duas linhas que se encontram em linha com a outra na direção Y. Por “elementos correspondentes” entende-se que os elementos individuais emissores de laser devem ocupar as mesmas posições de linha e coluna dentro dos respectivos chips. É vantajoso para os elementos correspondentes em qualquer grupo de três chips no par de linhas que são adjacentes uma a outra nas direções X e Y para situar-se nos ápices de triângulos equiláteros congruentes. Isso simplifica a construção de um sistema de lentes que é necessário para focalizar os feixes de laser na superfície de imagem.

[0018] Verificou-se particularmente vantajoso para todos os feixes de laser emitidos por um chip serem focalizados na superfície de imagem por uma única lente comum, ou um conjunto de lentes comuns arranjadas em série, com uma ampliação de ± 1. Em outras palavras, a imagem da matriz de elementos de laser na superfície de imagem (isto é, uma matriz de pontos) deve ter o mesmo tamanho que a matriz no chip, embora possa ser invertida. Nesse caso, mesmo que haja um leve desalinhamento das lentes, tais como lentes de haste GRIN (Gradiente de Índice), no plano XY perpendicular ao eixo óptico da lente, a posição do ponto laser iluminado sobre a superfície de imagem permanecerá inalterada, pois depende apenas da posição do elemento emissor de laser no chip da matriz a laser. Os elementos formadores podem ser posicionados com uma precisão muito alta em cada chip da matriz de laser usando técnicas padrão de fabricação de semicondutores.

[0019] Enquanto o sistema de lentes pode compreender uma única haste de GRIN associada a cada chip, ela pode, alternativamente, compreender uma pluralidade de hastes de GRIN arranjadas em série entre si e formando um trajeto de luz flexionado. No último caso, um prisma comum a todos os chips pode servir para direcionar os feixes de laser de um elemento de haste de GRIN para o próximo em cada série.

[0020] Em uma tal configuração de trajeto de luz flexionado, é desejável que o prisma seja feito de um vidro tendo um índice de refração superior ao das hastes de GRIN.

[0021] É conveniente para cada chip ter na matriz principal um número igual de linhas e colunas de elementos emissores de feixe de laser (isto é, M = N), pois isso minimiza o tamanho da matriz de lentes.

[0022] Dentro de cada chip, a separação entre os elementos de laser deve ser suficientemente grande para evitar interferências térmicas entre elementos emissores de laser adjacentes.

[0023] O suporte para as matrizes de chips pode ser resfriado por fluido para ajudar a dissipar o calor que pode ser gerado pelos chips.

[0024] Além disso, o suporte pode ser uma estrutura metálica ou cerâmica rígida e pode ser formado, ou revestido com, um condutor de película de suporte de superfície eletricamente isolante para fornecer sinais elétricos e energia para os chips.

[0025] Os chips em algumas modalidades são matrizes de chips de laser emissoras de superfície de cavidade vertical (VCSEL).

[0026] Em algumas modalidades, a intensidade do feixe de laser emitido por cada elemento pode ser ajustável de forma contínua (de forma analógica) ou em etapas discretas (digitalmente). Em uma modalidade, os chips podem incluir conversores D/A de modo a receber sinais de controle digitais. Desta forma, a intensidade do feixe de laser pode ser ajustada em 4, 8, 16, 32 ou até 4096 etapas discretas.

[0027] Em um outro aspecto da presente descrição, um método é proporcionado para projetar feixes de laser controláveis individualmente em uma superfície de imagem que é móvel em relação a um dispositivo de imagem que utiliza o dispositivo de imagem da presente descrição.

[0028] Em algumas modalidades, pelo menos um par de elementos de laser, selecionados da mesma matriz e de uma de cada uma das duas matrizes adjacentes, é controlado de tal maneira que suas energias são combinadas sobre a superfície de imagem para aumentar a temperatura da superfície de imagem acima de um limiar predeterminado em um ponto intermediário dos centros das imagens dos dois elementos de laser na superfície de imagem, sem elevar a temperatura da superfície de imagem em pelo menos um dos centros das imagens dos dois elementos de laser acima do último limiar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] Algumas modalidades do dispositivo de imagem são aqui descritas com referência aos desenhos anexos. A descrição, juntamente com as figuras, torna evidente para uma pessoa tendo conhecimentos comuns na técnica como os ensinamentos da descrição podem ser praticados, a título de exemplos não limitativos. As figuras são para fins de discussão ilustrativa e nenhuma tentativa é feita para mostrar detalhes estruturais de uma modalidade com mais detalhes do que é necessário para uma compreensão fundamental da descrição. Por uma questão de clareza e simplicidade, alguns objetos descritos nas figuras não estão em escala.

[0030] Nas Figuras: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de impressão digital que utiliza um dispositivo de imagem de acordo com uma modalidade da presente descrição; A Figura 2 mostra parte de um dispositivo de imagem que compreende um conjunto de chips de VCSEL montados em um suporte; A Figura 3 é uma representação esquemática dos elementos emissores de laser de dois chips de VCSEL e as linhas que eles podem traçar em uma superfície de imagem relativamente móvel; A Figura 4 é uma representação esquemática que demonstra em um par de linhas, o alinhamento entre os chips de VCSEL e as hastes de GRIN usadas como lentes para focalizar os feixes de laser emitidos na superfície de imagem; As Figuras 5A mostram propostas da técnica anterior para a correção do desalinhamento do chip; A Figura 5B mostra a maneira pela qual a presente descrição compensa o desalinhamento do chip; A Figura 6 mostra os perfis de energia produzidos pelos elementos de laser nas extremidades de duas matrizes adjacentes, para ilustrar como uma única linha pode ser traçada usando dois elementos de laser posicionados lateralmente, sendo mostrado para cada matriz três elementos da matriz principal e um dos elementos adicionais; A Figura 7A é um diagrama de energia semelhante à Figura 6 para mostrar como as energias de dois elementos de laser adjacentes da matriz principal podem ser combinadas na superfície de imagem para produzir um ponto adicional que não caia na linha central de nenhum dos elementos de laser; A Figura 7B mostra o padrão de pontos na superfície de imagem produzida por ativação de quatro elementos de laser da matriz principal da maneira mostrada na Figura 7A; A Figura 8A mostra como o padrão de pontos da Figura 7B auxilia no anti-serrilhamento; A Figura 8B mostra para comparação com a Figura 8A a borda dentada que normalmente ocorre ao imprimir uma linha oblíqua; e A Figura 9 mostra um sistema de lente alternativo ao mostrado na Figura 1 que possui um trajeto de luz flexionado para permitir um acondicionamento mais compacto em um sistema de impressão.

DESCRIÇÃO DETALHADA Descrição geral de um sistema de impressão exemplificativo

[0031] A Figura 1 mostra um tambor 10 tendo uma superfície externa 12 que serve como uma superfície de imagem. À medida que o tambor gira no sentido horário, como representado por uma seta, ele passa por uma estação de revestimento 14 onde adquire um revestimento monoclonal de partículas finas. Depois de sair da estação de revestimento 14, a superfície de imagem 12 passa abaixo de um dispositivo de imagem 15 da presente descrição, onde as regiões selecionadas da superfície de imagem 12 são expostas à radiação laser que torna o revestimento de partículas nas regiões selecionadas da superfície 12 pegajoso. Em seguida, a superfície passa através de uma estação de impressão 19 em que um substrato 20 é comprimido entre o tambor 10 e um cilindro de impressão 22. Isso faz com que as regiões selecionadas do revestimento sobre a superfície de imagem 12 que tenham sido tornadas pegajosas por exposição à radiação laser pelo dispositivo de imagem 15 na estação de imagem correspondente designada para transferir a partir da superfície de imagem 12 para o substrato 20.

[0032] O termo “pegajoso” como aqui usado pretende significar que o revestimento de partículas irradiadas não é necessariamente pegajoso ao toque, mas apenas que é suavizado o suficiente para poder aderir à superfície de um substrato quando pressionado contra a mesma na estação de impressão 19.

[0033] As regiões na superfície de imagem 12 que correspondem às áreas pegajosas selecionadas transferidas para o substrato tornam-se expostas, sendo esgotadas pela transferência de partículas. A superfície de imagem pode então completar o seu ciclo retornando à estação de revestimento 14, em que um revestimento de partícula de monocamada recente é aplicado apenas às regiões expostas a partir das quais as partículas previamente aplicadas foram transferidas para o substrato 20 na estação de impressão 19.

[0034] Na presente proposição, porque as partículas aderem à superfície de imagem mais fortemente do que as outras, o revestimento aplicado de partículas, também indiferentemente denominado camada de partículas ou revestimento, é substancialmente uma monocamada. Embora possa ocorrer alguma sobreposição entre as partículas, a camada pode ser apenas uma partícula profunda sobre uma grande proporção da área da superfície e a maioria, se não todas, das partículas terá pelo menos algum contato direto com a superfície de imagem. Assim, a espessura média da monocamada pode ser aproximada pela espessura média das partículas individuais que a formam ou, em algumas regiões onde as partículas se sobrepõem, por um múltiplo baixo da dimensão das partículas constituintes, dependendo do tipo e d extensão da sobreposição. Uma monocamada pode, portanto, ter uma espessura máxima (T) correspondente a até cerca de três vezes a característica de dimensão mais fina para as partículas envolvidas (por exemplo, a espessura das partículas para partículas em forma de flocos ou essencialmente o diâmetro de partícula para partículas em forma esférica).

[0035] A formação de um mosaico de partículas em monocamadas substancial ocorre pelo mesmo motivo que uma fita adesiva, quando usada para retirar um pó de uma superfície, só irá pegar uma camada de partículas de pó. Quando a fita adesiva ainda está fresca, o pó aderirá ao adesivo até cobrir toda a superfície da fita. No entanto, uma vez que o adesivo foi coberto com pó, a fita não pode ser usada para coletar mais pó porque as partículas de pó não se aderem fortemente entre si e podem simplesmente ser escovadas ou sopradas para fora da fita. De modo semelhante, a monocamada aqui é formada a partir das partículas em contato suficiente com a superfície de imagem e, portanto, tem tipicamente uma única espessura de partícula. O contato é dito ser suficiente quando permite que a partícula permaneça afixada à superfície de imagem na saída do dispositivo de revestimento.

[0036] Vantajosamente, uma monocamada de partículas facilita a distribuição direcionada de radiação como emitida pelos elementos de laser de um dispositivo de imagem de acordo com os ensinamentos presentes. Isso pode facilitar o controle do dispositivo de imagem e processar, uma vez que as partículas irradiadas seletivamente residem em uma única camada definida. Quando considerado para uso em um sistema de impressão, um dispositivo de imagem que alveja uma monocamada pode preferencialmente focalizar a radiação laser para se formar na transferência para um substrato de um ponto de espessura aproximadamente uniforme e/ou contorno relativamente definido.

[0037] Outra vantagem de ter uma monocamada é que pode proporcionar um bom acoplamento térmico entre as partículas (por exemplo, polímeros incluindo pigmentos ou corantes, para aplicações de impressão) e a superfície de imagem sobre a qual as partículas são revestidas. Como se descreverá abaixo, a superfície de imagem pode ser um substrato absorvente de calor ou constituída por um material adequadamente absorvente de calor, facilitando assim a transferência de energia da superfície de imagem para a(s) partícula(s) de polímero que as tornam pegajosas. Deve ser mencionado que devido à espessura muito pequena das partículas, a maior parte da energia do laser pode passar por elas sem serem absorvidas. Em vez de aquecer as partículas diretamente, a radiação laser tende a aquecer a superfície de imagem e as partículas são aquecidas indiretamente.

A estação de revestimento

[0038] Voltando para a estação de revestimento 14, pode compreender uma pluralidade de cabeças de pulverização 1401 que estão alinhadas uma com a outra ao longo do eixo do tambor 10 e apenas uma é, portanto, vista na seção da Figura 1. As pulverizações 1402 das cabeças de pulverização são confinadas dentro de um alojamento tipo cavidade 1403, do qual o rebordo inferior 1404 é moldado para se conformar próximo à superfície de imagem, deixando apenas um interstício estreito entre o alojamento tipo cavidade 1403 e o tambor 10. As cabeças de pulverização 1401 são conectadas a um trilho de suprimento comum 1405 que supre às cabeças de pulverização 1401 um transportador de fluido pressurizado (gasoso ou líquido) tendo em suspensão dentro do mesmo as partículas finas a serem usadas no revestimento da superfície de imagem 12. Na presente descrição, o termo “em suspensão” e suas variações devem ser entendidas como “transportados por” e termos semelhantes, não se referindo a nenhum tipo particular de mistura de materiais da mesma ou diferente fase em qualquer fluido particular, o que pode ser opcionalmente mantido a uma temperatura controlada desejada.

[0039] Se necessário, as partículas suspensas podem ser misturadas regularmente ou constantemente, em particular antes do suprimento à(s) cabeça(s) de pulverização. As partículas podem, por exemplo, ser circuladas no aparelho de revestimento dentro de uma faixa de vazão de 0,1 a 10 litros/minuto, ou na faixa de 0,3 a 3 litros/min. O fluido e as partículas excedentes das cabeças de pulverização 1401, que são confinados dentro de um compartimento 1406 formado pelo interstício interno do alojamento 1403, são extraídos através de um tubo de saída 1407, que está conectado a uma fonte de sucção adequada representada por uma seta, e pode ser reciclado de volta para as cabeças de pulverização 1401. Embora aqui referido como cabeças de pulverização, qualquer outro tipo de bocal ou orifício ao longo do tubo de suprimento comum ou conduto que permite a aplicação das partículas em suspensão de fluido é abrangido.

[0040] Como alternativa à pulverização direta das partículas e seu suporte na superfície de imagem, é possível que elas sejam pulverizadas sobre um aplicador, tal como, uma escova ou esponja rotativa que então aplica as partículas à superfície de imagem. Para uma cobertura abrangente da superfície de imagem, vários desses aplicadores podem estar contidos na estação de revestimento, o que pode ter esponjas adicionais para secar a superfície de imagem antes de sair da estação de revestimento.

[0041] É importante conseguir uma vedação eficaz entre o alojamento 1403 e a superfície de imagem 12, de modo a evitar que o fluido de pulverização e as partículas finas escapem através do interstício estreito que deve permanecer essencialmente entre o alojamento 1403 e a superfície de imagem 12 do tambor 10. Diferentes formas de alcançar tal vedação são mostradas esquematicamente no desenho.

[0042] A forma mais simples de vedação é uma lâmina raspadora 1408. Tal vedação faz contato físico com a superfície de imagem e pode marcar o revestimento aplicado se usado no lado de saída do alojamento 1403, isto é, no lado a jusante das cabeças de pulverização 1401. Por esta razão, se tal vedação for usada, é preferível que seja localizada apenas a montante das cabeças de pulverização 1401 e/ou nas extremidades axiais do alojamento 1403. Os termos “a montante” e “a jusante”, como usado aqui são referenciados a pontos na superfície de imagem 12 à medida que ele percorre as diferentes estações.

[0043] A Figura 1 também mostra como o egresso do fluido dentro do qual as partículas são suspensas a partir do interstício de vedação entre o alojamento 1403 e o tambor 10 pode ser evitada sem que um membro contacte a superfície de imagem 12. Uma galeria 1409 que se estende em torno de toda a circunferência do alojamento 1403 é conectada por um conjunto de passagens finas 1410 que se estende em torno de todo o rebordo do alojamento 1403 para estabelecer comunicação fluida entre a galeria 1409 e o interstício de vedação.

[0044] Em uma primeira modalidade, a galeria 1409 é conectada a uma fonte de sucção de um sistema de extração excedente, que pode ser a mesma fonte de sucção que está conectada à saída 1407 ou a uma outra diferente. Neste caso, a galeria serve para extrair o fluido que passa através do interstício antes de sair do alojamento 1403. A baixa pressão também suga do tambor 10 quaisquer partículas que não estejam em contato direto com a superfície de imagem 12 e, se o fluido pulverizado for um líquido, também suga o excesso de líquido para secar pelo menos parcialmente o revestimento antes de sair da estação de revestimento 14. O líquido excedente pode alternativamente e adicionalmente ser removido por meio de um rolo de extração de líquido (por exemplo, tendo uma superfície de absorção de líquido) posicionado no lado de saída do aparelho de revestimento. Qualquer meio desse tipo de secagem do revestimento de partículas (por exemplo, um ventilador, um aquecedor, um extrator de líquido, etc.), se presente, pode ser interno ao dispositivo de revestimento 14 (isto é, dentro do compartimento 1406 do alojamento 1403), ou pode ser alternativamente posicionado a jusante da estação de revestimento, desde que permaneça a montante de uma estação onde o revestimento precisa ser substancialmente seco. O elemento de secagem, se presente, é vantajosamente compatível com a camada de partículas e, por exemplo, não afeta negativamente as partículas e/ou a integridade da camada formada a partir da mesma.

[0045] Em uma modalidade alternativa, a galeria 1409 é conectada a uma fonte de gás a uma pressão superior à pressão no compartimento 1406. Dependendo da taxa de suprimento de fluido para o compartimento através das cabeças de pulverização 1401 e da taxa de extração através da saída 1407, o compartimento 1406 pode estar a uma pressão acima ou abaixo da pressão atmosférica ambiente.

[0046] Se o compartimento estiver na pressão subatmosférica, basta que a galeria 1409 esteja na pressão ambiente, ou mesmo que nenhuma galeria precise estar presente. Neste caso, porque a pressão dentro do interstício de vedação excederá a pressão no compartimento 1406, o fluxo de gás através do interstício será em direção ao interior do alojamento sem risco de egresso de fluido.

[0047] Se o compartimento estiver na pressão atmosférica acima, então a galeria 1409 pode estar conectada a um suprimento de gás pressurizado, de preferência, ao ar. Neste caso, o ar será forçado para dentro do interstício de vedação sob pressão através das passagens 1410 e será dividido em duas correntes. Uma corrente escoará para o compartimento 1406 e impedirá o egresso do fluido dentro do qual as partículas são suspensas. Essa corrente também irá desalojar e/ou arrastar partículas que não estão em contato direto com a superfície de imagem e auxiliar na secagem do revestimento se o fluido transportador for um líquido. A segunda corrente escapará da estação de revestimento sem apresentar um problema, pois é apenas ar limpo sem partículas em suspensão. A segunda corrente de gás também pode auxiliar na secagem adicional do revestimento de partículas na superfície de imagem 12 antes de sair da estação de revestimento 14. Se desejado, a corrente de gás pode ser aquecida para facilitar tal secagem.

[0048] Em uma modalidade alternativa, a galeria 1409 acima mencionada não se estende ao redor de toda a circunferência do alojamento, de modo a vedar o compartimento 1406 em todos os lados. Pode ser uma galeria “parcial” ou uma combinação de uma ou mais facas pneumáticas (com fluxo negativo ou positivo) posicionadas a jusante ou a montante das cabeças de pulverização em paralelo ao eixo do tambor e/ou nas bordas laterais das cabeças de pulverização em uma direção perpendicular ao eixo do tambor. Uma galeria “parcial” no lado de saída pode, em algumas modalidades, servir como ventilador de gás (por exemplo, ar frio ou quente), adicionalmente ou alternativamente, facilitando a secagem das partículas, caso em que as passagens 1410 podem ser adaptadas para proporcionar suficiente vazão.

[0049] Em uma modalidade, e independentemente do tipo de fluido que transporta as partículas em suspensão serem aplicadas à superfície de imagens, é incluído no lado de saída do aparelho de revestimento 14 e, tipicamente, em uma localização externa a jusante, um aquecedor que permite a temperatura da camada de partículas e da superfície de imagem serem elevadas antes de atingir a estação de imagem 160. A temperatura das partículas e da superfície de imagem podem ser assim elevadas da temperatura ambiente para acima de 30°C ou 40°C ou mesmo 50°C, de modo a reduzir a quantidade de energia laser necessária para tornar as partículas pegajosas. No entanto, o aquecimento não deve tornar as partículas pegajosas e não deve elevar a temperatura acima de 80°C ou possivelmente acima de 70°C. Esse aquecimento das partículas e da superfície de imagem pode ser ainda mais facilitado usando um transportador de fluido na temperatura desejada.

[0050] Em algumas modalidades, pode ser incluído no lado de entrada do aparelho de revestimento 14, e tipicamente em uma localização externa a montante, um resfriador que permite baixar a temperatura da superfície de imagem antes da camada de partículas ser reabastecida nas regiões previamente expostas. Acredita-se que uma superfície de imagem a uma temperatura menor que 40°C, ou menor que 30°C, ou mesmo menor que 20°C, mas tipicamente acima de 0°C, ou mesmo acima de 10°C, pode reduzir a temperatura das partículas vizinhas às regiões expostas, de modo que, no momento em que a superfície de imagem está sendo reabastecida, as partículas resfriadas podem ter ou não “pegajosidade residual”, isto é, um amolecimento parcial insuficiente para uma etapa subsequente (por exemplo, transferência para um substrato de impressão). O revestimento resfriado comporta-se do mesmo modo que as partículas recentemente depositadas nas regiões expostas da superfície de imagem. Desta forma, apenas as partículas seletivamente alvejadas por qualquer elemento de laser de um chip de um dispositivo de imagem como aqui descrito tornar-se-ão suficientemente pegajosas para uma etapa de transferência subsequente. Esse resfriamento das partículas e da superfície de imagem pode ser ainda mais facilitado usando um transportador de fluido na temperatura desejada.

[0051] É possível fornecer um resfriador no lado de entrada do aparelho de revestimento 14 e um aquecedor no lado de saída, cada resfriador e aquecedor operando como descrito acima. Além disso, o tambor 10 pode ser controlado por temperatura por meios adequados de resfriamento/aquecimento internos ao tambor, esses meios de controle de temperatura sendo operados, se presente, de modo a permitir que a superfície externa da superfície de imagem seja mantida a qualquer temperatura desejada.

A superfície de imagem

[0052] A superfície de imagem 12 em algumas modalidades é uma superfície hidrofóbica, feita tipicamente de um elastômero que pode ser adaptado para ter propriedades como aqui descritas, geralmente preparadas a partir de um material à base de silicone. A hidrofobia auxilia na separação das partículas da superfície de imagem depois de terem sido tornadas pegajosas por exposição à radiação de modo a permitir que as partículas se transfiram limpamente ao substrato sem separação.

[0053] Diz-se que uma superfície é hidrofóbica quando o ângulo formado pela intersecção na interface líquido/ar/sólido, também denominado ângulo de umectação ou ângulo de contato, excede 90°, o líquido de referência sendo tipicamente água destilada. Sob tais condições, que são medidas convencionalmente com um goniômetro ou um analisador de forma de gota e podem ser avaliadas a uma dada temperatura e pressão de relevância para as condições operacionais do processo de revestimento, a água tende a pelotar e não umedecer, portanto não aderir, à superfície.

[0054] A superfície de imagem 12 pode ter qualquer dureza Shore adequada para proporcionar uma ligação forte às partículas quando elas são aplicadas na superfície na estação de revestimento 14, a ligação sendo mais forte do que a tendência das partículas de aderir uma a outra. A dureza adequada pode depender da espessura da superfície de imagem e/ou das partículas destinadas a serem ligadas. Em algumas modalidades, uma dureza relativamente alta entre cerca de Shore A de 60 e cerca de Shore A de 80 é adequada para a superfície de imagem. Em outras modalidades, uma dureza média-baixa menor que 60, 50, 40, 30 ou mesmo Shore A de 20 é satisfatória. Em uma modalidade particular, a superfície de imagem tem uma dureza de cerca de Shore A de 40.

[0055] Vantajosamente, uma superfície de imagem adequada para uso com um dispositivo de imagem aqui descrito pode ser suficientemente flexível para ser montada em um tambor, ter resistência à abrasão suficiente, ser inerte para as partículas e/ou os fluidos que estão sendo empregada(o)s e/ou ser resistente a qualquer condição de operação de relevância (por exemplo, irradiação, pressão, calor, tensão e similares).

[0056] Para ser compatível com a radiação gerada intermitentemente pela estação de imagem para expor as áreas selecionadas desejadas, a superfície de imagem pode, por exemplo, ser relativamente resistente e/ou inerte à radiação, e/ou capaz de absorver a radiação e/ou capaz para reter o calor gerado pela radiação.

[0057] A superfície de imagem 12 no desenho é a superfície externa de um tambor 10, mas isso não é essencial, pois pode ser alternativamente a superfície de um membro de transferência sem fim tendo a forma de uma correia guiada sobre rolos de guia e mantida sob uma tensão apropriada pelo menos enquanto passa pela estação de revestimento.

As partículas

[0058] As partículas podem ser feitas de qualquer material e têm quaisquer formas e/ou dimensões adequadas para proporcionar uma área de contato suficiente com a superfície de imagem, pelo menos durante um período de tempo, o revestimento de partículas é desejado. Vantajosamente, o material das partículas pode ser tornado suficientemente pegajoso pelos elementos do laser de modo a transferir seletivamente.

[0059] A forma e a composição das partículas dependerão, na prática, do uso pretendido da camada de partículas e, no contexto de um exemplo não limitativo de um sistema de impressão, sobre a natureza do efeito a ser aplicado na superfície do substrato 20. As partículas podem, por exemplo, compreender um polímero termoplástico e, opcionalmente, um agente colorante (por exemplo, um pigmento ou um corante) e têm uma forma quase esférica. As partículas podem incluir adicionalmente um agente facilitador de amaciamento (por exemplo, um corante absorvente de IR) sintonizado ao comprimento de onda emitido pelo elemento de laser e, de preferência, não afeta a cor desejada da partícula, tendo, se necessário, substancialmente nenhuma absorbância na parte visível do espectro. Para a impressão de alta qualidade, é desejável que as partículas sejam tão finas quanto possível para minimizar os interstícios entre as partículas do revestimento de monocamada aplicado. O tamanho de partícula é dependente da resolução de imagem desejada e, para algumas aplicações, um tamanho de partícula (por exemplo, um diâmetro) de 10 μm (micrômetros) pode ser adequado. No entanto, para melhorar a qualidade da imagem, é preferido que o tamanho das partículas seja de alguns micrômetros e mais preferencialmente menor que cerca de 1 μm. Em algumas modalidades, partículas adequadas podem ter um diâmetro médio entre 100 nm e 4 μm, em particular, entre 500 nm e 1,5 μm.

[0060] Assim, a seleção de partículas e a determinação do tamanho ideal dependerão do uso pretendido das partículas, do efeito procurado (por exemplo, efeito visual no caso da impressão) e das condições de operação do sistema relevante em que um dispositivo de revestimento e dispositivo de imagem de acordo com para os ensinamentos atuais deve ser integrado. A otimização dos parâmetros pode ser feita empiricamente, por experimentação de rotina, por um habilitado na técnica.

[0061] Dependendo da sua composição e/ou dos processos que sofrem, as partículas podem ser hidrofóbicas com diferentes graus, se houver, de hidrofilicidade. Como o equilíbrio entre a natureza hidrofóbica e hidrofílica das partículas pode mudar com o tempo, espera-se que o processo permaneça eficiente se a natureza hidrofóbica das partículas predomine. Adicionalmente, as partículas podem ser feitas de materiais intrinsecamente hidrofílicos, caso em que podem ser tornados hidrofóbicos por aplicação de um revestimento de partículas adequado.

[0062] As partículas podem ser transportadas por um fluido gasoso ou líquido quando são aplicadas sobre a superfície de imagem ou sobre o(s) aplicador(es) intermediário(s). Quando as partículas são suspensas em um líquido, para reduzir o custo e minimizar a poluição ambiental, é desejável que o líquido seja aquoso. Nesse caso, é desejável que o polímero ou material uado para formar ou revestir as partículas seja hidrofóbico. As partículas hidrofóbicas se separam mais prontamente de um transportador aquoso, facilitando a sua tendência de afixar e revestir a superfície de imagem. Essa afinidade preferencial das partículas em relação à superfície do dispositivo de revestimento, em vez de para seu transportador e para um outro, é considerada particularmente vantajosa. O sopro de uma corrente de gás sobre o revestimento de partículas (que como mencionado pode, de preferência, ser formado por partículas hidrofóbicas em uma superfície de imagem hidrofóbica) servirá para desalojar partículas que não estão em contato direto com a superfície de imagem e para secar o revestimento de partículas na superfície de imagem.

[0063] A descrição acima não se destina a fornecer uma explicação abrangente sobre a operação de todo o sistema de impressão digital. Muitos detalhes que são importantes para uma implementação bem sucedida de um tal sistema de impressão não são relevantes para a descrição atual. Contudo, acredita-se que a descrição acima do sistema de impressão da Figura 1 seja suficiente para permitir a compreensão da função exemplificativa que pode ser servida pelo dispositivo de imagem da presente descrição. Além disso, deve ser enfatizado que o dispositivo de imagem pode ser usado para outros fins, por exemplo, ativando seletivamente as regiões de um adesivo, gravando uma folha metálica transportada pela superfície de imagem ou curando um polímero em um sistema de impressão em 3D.

O dispositivo de imagem

[0064] O dispositivo de imagem 15 na Figura 1 é composto de um suporte 16 que transporta uma matriz de fontes de laser, tais como, chips de VCSEL (laser emissor de superfície de cavidade vertical) que emitem feixes de laser e uma matriz de lentes correspondentes 18 que focalizam os feixes de laser na superfície de imagem 12. As Figuras 2 a 4 fornecem mais detalhes sobre os chips e a maneira como eles estão montados sobre o suporte e alinhados com as lentes 18.

[0065] A Figura 2 mostra o suporte 16 no qual é montada uma pluralidade de chips de VCSEL 30 arranjada em duas filas em posições predeterminadas com precisão uma em relação a outra, como será descrito em mais detalhes por referência às Figuras 3 e 4.

[0066] O suporte 16 é um corpo alongado rígido pelo menos parcialmente oco equipado com conectores 34 para permitir que um fluido de resfriamento escoa através da sua cavidade interna. O corpo do suporte pode ser feito de um material eletricamente isolante, tal como, uma cerâmica adequada, ou pode ser feito de um metal e pelo menos a sua superfície 36, sobre a qual os chips 30 são montados, pode ser revestido com um isolante elétrico. Isto permite que uma placa de circuito feita de condutores de película fina (não mostrados no desenho) seja formada na superfície 36. Os chips 30 são soldados para blocos de contato nesta placa de circuito e um conector 32 que se projeta a partir da borda inferior do suporte 16 permite que os sinais de controle e de potência sejam aplicados aos chips 30. Os elementos emissores de laser 40 de cada chip 30 são endereçáveis individualmente e são espaçados de forma suficientemente ampla para não interferir termicamente um com o outro.

[0067] Em algumas modalidades, os elementos de laser controláveis individualmente de um chip podem emitir feixes de laser com energia variável que, de preferência, são controláveis digitalmente em etapas discretas, permitindo que a intensidade do laser seja ajustada em qualquer um dos 4, 8, 16 até 4096 níveis. O nível mais baixo de energia é definido como 0, em que o elemento de laser individual não é ativado, o nível mais alto de energia pode ser definido como 1. Tais níveis distintos podem ser considerados análogos no campo de impressão para “níveis de cinza”, cada nível proporcionando uma intensidade gradualmente distinta (por exemplo, sombra ao considerar uma saída colorida). Tomando, por exemplo, um elemento emissor de feixe de laser tendo 16 níveis de ativação, o nível 0 resultaria em falta de impressão (por exemplo, deixando um substrato não revestido ou branco, se assim originalmente), e o nível 1 resultaria na transferência de uma película pegajosa formada por uma partícula irradiada a máxima energia (por exemplo, formando um ponto preto completo no caso de as partículas estarem tão coloridas). No exemplo ilustrativo anterior, os níveis 1/16, 2/16, 3/16 e assim por diante corresponderiam a tons cada vez mais fortes de cinza, compreendidos entre branco (0) e preto (1). Normalmente, os níveis de energia estão uniformemente espaçados.

[0068] Em uma modalidade alternativa, os elementos de laser controláveis individualmente de um chip podem emitir feixes de laser tendo energia variável que podem ser modulados de forma analógica contínua.

[0069] Uma vez que uma região da superfície de imagem atingiu uma temperatura na qual as partículas tornam-se pegajosas, qualquer aumento adicional da temperatura não terá qualquer efeito na transferência para o substrato. No entanto, também deve ser notado que, à medida que a intensidade do laser é aumentada, o tamanho do ponto que se torna aderente também aumenta.

[0070] O perfil de energia de cada ponto se assemelha aos pontos mostrados na Figura 6, ou seja, é simétrico aos lados afilados. O perfil exato não é importante porque a distribuição pode ser gaussiana, sinoidal ou mesmo um V invertido. Em qualquer perfil, à medida que a intensidade do pico aumenta, a base se amplia e a área de interseção do perfil com um limiar, em que o revestimento de partículas é tornado pegajoso, também aumenta em diâmetro. Uma consequência dessa distribuição de energia é que os pontos da superfície de imagem que não estão alinhados com a linha central de qualquer elemento emissor de laser receberão energia a partir de elementos adjacentes. É possível que dois elementos próximos sejam energizados abaixo do nível necessário para tornar as partículas de revestimento na linha central dos elementos pegajosos, ainda que a energia acumulada na região de sobreposição entre as duas linhas centrais eleva-se acima do nível necessário para tornar as partículas de revestimento pegajosas. Desta forma, é possível criar possíveis linhas de linha matricial entre as linhas centrais das linhas de laser, além de, ou como alternativa, as linhas matriciais que coincidem com as linhas centrais dos elementos de laser. Essa habilidade para combinar as energias dos elementos adjacentes é usada para alcançar diferentes efeitos, como será descrito abaixo. Esses efeitos dependem da capacidade da superfície de imagem para combinar energias recebidas de diferentes elementos de laser, mesmo que haja uma ligeira diferença entre os tempos de irradiação.

[0071] A Figura 3 mostra esquematicamente, e a uma escala muito ampliada, o posicionamento relativo de duas matrizes de elementos emissores de laser 130a e 130b de chips de VCSEL 30 que são adjacentes uns aos outros na direção Y, mas estão localizados em linhas diferentes. Cada um dos chips possui uma matriz regular de elementos emissores de laser 40 M por N, como descrito previamente, que são representados por pontos circulares. No exemplo ilustrado, M e N são iguais, sendo nove linhas e nove colunas. O espaçamento entre os elementos em uma linha, designada Ar, e o espaçamento entre os elementos em uma coluna, designada ac, são mostrados como sendo diferentes um do outro, mas podem ser os mesmos. A matriz é mostrada como um pouco inclinada para que as colunas e as linhas não sejam perpendiculares entre si. Em vez disso, as linhas ficam paralelas à direção Y enquanto as colunas estão em um pequeno ângulo com a direção X. Isso permite que as linhas, como as linhas 44, traçadas pelos elementos 40 na superfície de imagem, se energizadas continuamente, sejam suficientemente próximas para permitir a impressão de imagens de alta resolução. A Figura 3 mostra que o elemento no final de cada linha traça uma linha que é uma distância Ar/M longe da linha traçada pelo elemento correspondente de cada linha adjacente, a separação entre essas linhas sendo a resolução de imagem Ir. Assim, Ar e M são selecionados em função da resolução de imagem desejada, com base na equação Ar = M x Ir.

[0072] Deve ser mencionado que é possível que os elementos se encontrem em uma matriz quadrada, onde as colunas são perpendiculares às linhas. Nesse caso, os chips precisariam ser montados inclinados e a compensação deveria ser aplicada ao tempo dos sinais de controle usados para energizar os elementos individuais.

[0073] Como é claro a partir da Figura 3, e também a Figura 5B que mostra as linhas traçadas para uma escala maior, o posicionamento da matriz 130b é de modo que a linha traçada pelo seu elemento esquerdo inferior 40 deva estar idealmente também espaçada da linha traçada pelo elemento direito superior da matriz 130a por uma distância igual a Ar/M. Portanto, quando todos os elementos 40 de ambas as matrizes 130a e 130b são energizados, elas irão traçar linhas 2»M»N que serão separadas uniformemente por uma distância Ar/M entre linhas adjacentes, sem quaisquer interstícios.

[0074] Se alguém quiser compensar elementos defeituosos, a matriz pode incluir linhas adicionais de elementos emissores de laser 40, mas é alternativamente possível compensar um elemento defeituoso aumentando a intensidade dos feixes de laser gerados pelos elementos emissores de laser que traçam duas linhas paralelas adjacentes.

[0075] Além da matriz M por N de elementos 40, cada chip tem duas colunas adicionais que estão arranjadas em cada um dos lados da matriz principal, cada uma contendo um outro elemento adicional 42. Esses elementos adicionais 42 são representados na Figura 3 por estrelas, para distingui- los dos elementos de matriz principal 40. Os elementos de laser adicionais em cada lado de cada matriz, podem ser posicionados a uma distância de 1/3 do espaçamento entre as linhas traçadas que são convertidas em imagem pelas lentes sobre a superfície de imagem. Além disso, elementos adicionais podem ser colocados no interstício entre duas matrizes que abrangem nominalmente uma distância de Ar/M, de modo que uma maior sensibilidade seja alcançada na correção dos erros de espaçamento entre matrizes adjacentes.

[0076] Como pode ser visto a partir da Figura 3 e da Figura 5B, quando ativados, esses elementos 42 traçam duas linhas adicionais 46 entre os dois conjuntos de linhas paralelas que se espaçam uniformemente 44a e 44b traçadas pelos elementos 40 das duas matrizes 130a e 130b, respectivamente.

[0077] Uma das linhas adicionais 46 é espaçada por uma distância Ar/3M da última linha adjacente 44a traçada, por exemplo, pela matriz 130a na Figura 3 e a outra está espaçada por uma distância Ar/3M a partir da primeira linha adjacente 44b traçada, por exemplo, pela matriz 130b. No caso de um desalinhamento entre as duas matrizes 130a e 130b, estes elementos 42 podem ser energizados, além de, ou em vez de alguns, dos elementos 40 das matrizes principais para compensar qualquer desalinhamento entre as matrizes 130a e 130b que tende a criar uma tira na imagem impressa, seja um interstício ou uma linha escura resultante de uma sobreposição. A Figura 5A, que é semelhante à Figura 5B, mostra a abordagem alternativa proposta na técnica anterior para compensar o desalinhamento do chip. Na técnica anterior, cada chip tem uma linha adicional de elementos que produz linhas traçadas que estão entrelaçadas com as linhas traçadas do chip adjacente, resultando em um alto grau de redundância.

[0078] Enquanto os dois elementos adicionais 42 na presente proposta são mostrados na Figura 3 e na Figura 5B como traçando duas linhas separadas 46, as energias destes dois elementos podem ser combinadas na superfície de imagem, como descrito anteriormente, para formar uma única linha da qual a posição é controlável pelo ajuste apropriado das energias emitidas por cada um dos elementos adicionais 42. Isto é mostrado nas Figuras 6 nas quais os perfis de energia das linhas 44a e 44b são designados 94a e 94b, respectivamente, e os perfis de energia das linhas adicionais 46 são designadas 96a e 96b. Na Figura 6, nenhum dos perfis 96a e 96b (mostrado em linhas pontilhadas) tem energia suficiente para tornar as partículas de revestimento pegajosas, mas na linha central entre as duas matrizes, a energia acumulativa, mostrada como uma linha sólida escura 96, é suficiente para amaciar o revestimento de partículas e para criar uma linha de traço que enche o interstício entre as linhas de traço 44a e 44b das duas matrizes principais.

[0079] Enquanto na Figura 6 os perfis de energia dos dois elementos adicionais são correspondentes, é possível variando a intensidade relativa dos dois feixes emitidos pelas fontes laser adicionais para posicionar a linha central da energia combinada a uma distância diferente dos traços das matrizes principais.

[0080] A Figura 7A mostra como a capacidade de criar pontos que não caem nas linhas centrais dos perfis de energia dos elementos de laser pode ser usada para obter o anti-serrilhamento. A Figura 7A mostra os perfis de energia de quatro elementos adjacentes da matriz principal. Os primeiros dois perfis a e b são definidos no nível desejado, digamos 8 (em dezesseis), correspondendo a intermediários de cinza. Os perfis de energia c e d, por outro lado, são configurados para dizer 12 e 4, respectivamente. O padrão de pontos resultante produzido sobre a superfície de imagem é mostrado na Figura 7B. Isso pode ser visto como dois pontos de tamanho regular A e B alinhados com a linha de simetria dos perfis a e b na Figura 7A, um ponto de maior tamanho C alinhado com a linha central do perfil de energia c, e um ponto menor D que se encontra em algum lugar entre as linhas centrais dos perfis c e d.

[0081] O resultado da repetição de tal padrão de pontos diagonalmente é mostrado na Figura 8A. Quando esta imagem é comparada com a Figura 8B, onde não foram tomadas etapas anti-serrilhamento, verificar-se-á que os pequenos pontos entre a linha de imagem matricial regular produzem bordas oblíquas que reduziram o denteamento e produzem uma imagem que seja comparável com uma possível por um sistema de impressão tendo uma maior resolução de imagem.

[0082] A interação de energias a partir de elementos de laser próximos também pode ser usada para compensar elementos faltantes, na medida em que os elementos que produzem as duas linhas matriciais adjacentes podem ser usados para combinar da mesma maneira que explicado anteriormente para preencher um interstício entre os mesmos.

[0083] Para as matrizes 130a e 130b na Figura 3 para funcionar corretamente como descrito acima, sua posição relativa na direção Y é crítica. A fim de simplificar a construção do sistema de lentes que serve para focalizar os feixes de laser emitidos sobre a superfície de imagem, é vantajoso adotar uma configuração mostrada na Figura 4 que permite que as duas linhas de lentes correspondentes a um par de linhas de chip sejam auto- alinhadas.

[0084] A Figura 4 mostra sete matrizes adjacentes 130, cada uma mostrada alinhada com uma respectiva lente 18. Embora as matrizes 130 possam, como acima mencionado, incluir elementos de laser adicionais 42, tais como não são mostrados na figura presente. Cada lente 18 é construída como uma haste de GRIN (Índice de Gradiente), este sendo um tipo conhecido de lente que é moldado como um cilindro tendo um índice de refração graduado radialmente. No caso da geometria mostrada na Figura 4, os elementos correspondentes de quaisquer três matrizes adjacentes bidirecionalmente 130 situam-se nos ápices de um triângulo equilátero, três desses triângulos 50 sendo mostrados no desenho. Note-se que todos os triângulos 50 são congruentes. Como resultado, se o diâmetro das hastes de GRIN for agora selecionado para ser igual a 2»N»Ar, que é o comprimento dos lados dos triângulos equiláteros 50, ou a distância entre correspondentes elementos emissores de laser de chips de VCSEL adjacentes 30 na mesma linha, então, quando empilhados em suas configurações mais compactas, as lentes 18 serão alinhadas automaticamente de modo correto com seu respectivo chip.

[0085] Embora a lente 18 tenha sido ilustrada esquematicamente na Figura 1 (vista lateral) e na Figura 4 (vista em secção transversal) como sendo uma haste de GRIN individual, em uma modalidade alternativa mostrada na Figura 9, os feixes de laser de cada chip podem ser transmitidos por uma série de lentes. No caso da Figura 9, a haste única de GRIN 18 é substituída por duas hastes de GRIN mutuamente inclinadas 18a e 18b e a luz de uma é direcionada para a outra por um prisma 87 de vidro de alto índice de refração, de modo que a luz segue um trajeto flexionado. Uma tal configuração permite que as estações de revestimento em um sistema de impressão a cores sejam arranjadas mais próximas umas das outras em uma configuração mais compacta. Esse trajeto de luz flexionado pode adotar diferentes configurações enquanto cumpre todos os requisitos de ampliação e transmissão de luz. Para permitir que o trajeto da luz seja dividido desta maneira, o comprimento das hastes de GRIN é selecionado de modo que a luz seja colimada ao deixar as hastes 18a e entrar nas hastes 18b como mostrado pelos raios de luz desenhados na Figura 9.

[0086] A radiação guiada pela haste de GRAN 18a, cuja extremidade proximal é arranjada a uma distância WDo do chip, pode ser capturada pela haste de GRIN correspondente 18b que pode coletar a luz colimada emergente da haste 18a no mesmo trajeto de luz e focalizá- la a uma distância WDi da extremidade distal da segunda haste de GRIN 18b. Quando as duas hastes de GRIN são feitas do mesmo material e o mesmo perfil de gradiente radial e WDo = WDi pode ser obtida uma ampliação de M = + 1.

[0087] Os elementos de laser, que estão longe do eixo longitudinal da haste de GRIN 18a, deixarão a extremidade distal da lente GRIN colimada, mas com um ângulo em relação ao eixo. Em certos casos, é necessário que a distância entre as duas hastes 18a e 18b seja grande, fazendo com que os feixes colimados fora do eixo que saem do primeiro segmento da haste percam parcialmente ou inteiramente o segundo segmento. É possível aproveitar a lei de Snell e fazer com que o feixe que sai da primeira haste percorra um vidro com um alto índice de refração, fazendo com que o ângulo que o feixe colimado faz com o eixo óptico diminua e permita uma maior separação entre as hastes antes que os feixes colimados que saem da primeira haste percam a entrada da segunda haste.

[0088] Na descrição e nas reivindicações da presente descrição, cada um dos verbos, “compreender” “incluir” e “ter”, e conjugados dos mesmos, são usados para indicar que o objeto ou os objetos do verbo não é(são) necessariamente uma listagem completa de membros, componentes, elementos, etapas ou partes do objeto ou objeto do verbo. Estes termos abrangem os termos “consistindo em” e “consistindo essencialmente em”.

[0089] Como aqui utilizado, a forma singular “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências plurais e significam “pelo menos um” ou “um ou mais”, a menos que o contexto dite claramente o contrário.

[0090] Os termos posicionais ou motivacionais, como “superior”, “inferior”, “direita”, “esquerda”, “de fundo”, “abaixo”, “abaixado”, “baixo”, “topo”, “acima”, “elevado”, “alto”, “vertical”, “horizontal’, “para trás’, “para frente”, “a montante’ e “a jusante”, bem como as suas variações gramaticais, podem ser aqui usados apenas para fins exemplares, para ilustrar o posicionamento relativo, colocação ou deslocamento de certos componentes, para indicar um primeiro e um segundo componentes nas ilustrações presentes ou para fazer ambos. Tais termos não indicam necessariamente que, por exemplo, um componente “de fundo” está abaixo de um componente “de topo”, pois tais direções, componentes ou ambos podem ser virados, girados, movidos no espaço, colocados em uma orientação ou posição diagonal, colocados horizontal ou verticalmente, ou modificados de forma semelhante.

[0091] Salvo indicação em contrário, o uso da expressão “e/ou” entre os dois últimos membros de uma lista de opções de seleção indica que uma seleção de uma ou mais das opções listadas é apropriada e pode ser feita.

[0092] Na descrição, a menos que indicado de outra forma, os adjetivos, tais como, “substancialmente” e “cerca de” que modificam uma condição ou relação característica de uma característica ou características de uma modalidade da presente tecnologia, devem ser entendidos como significando que a condição ou característica é definida dentro de tolerâncias que são aceitáveis para a operação da modalidade para uma aplicação para o qual se destina.

[0093] Embora esta descrição tenha sido descrita em termos de determinadas modalidades e métodos geralmente associados, as alterações e permutações das modalidades e dos métodos serão evidentes para os habilitados na técnica. A presente descrição deve ser entendida como não limitada pelas modalidades específicas aqui descritas.

Claims (21)

1. Dispositivo de imagem para projetar feixes de laser controláveis individualmente sobre uma superfície de imagem que é móvel em relação a ela em uma direção de referência X, o dispositivo caracterizado pelo fato de que inclui uma pluralidade de chips semicondutores (30), cada um dos quais compreende uma pluralidade de elementos emissores de feixe de laser (40) controláveis individualmente arranjados em uma matriz principal bidimensional de linhas M e colunas N, os elementos em cada linha tendo um espaçamento uniforme Ar e os elementos em cada coluna tendo um espaçamento uniforme ac, em que os chips são montados sobre um suporte (16) de modo que cada par de chips, que são adjacentes uns aos outros em uma direção de Y de referência, transversais à direção X, esteja deslocado um do outro na direção X e, quando são ativados continuamente, os feixes de laser emitidos dos dois chips do referido par traçam sobre a superfície de imagem 2»M»N, linhas paralelas que se estendem na direção X e são substancialmente espaçadas uniformemente na direção Y, os feixes de laser de cada chip traçando um conjunto de linhas M x N s que não se sobrepõem ao conjunto de linhas do outro chip, em que, além das linhas M e colunas N de elementos da matriz principal, cada chip compreende pelo menos uma coluna adicional em um lado da matriz principal, cada uma contendo pelo menos um elemento emissor de laser (42) seletivamente operável capaz de compensar qualquer desalinhamento na direção Y no posicionamento relativo dos chips adjacentes no suporte pelo traçamento de pelo menos uma linha adicional que fica entre os dois conjuntos de linhas M»N.

2. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada coluna adicional compreende dois ou mais elementos.

3. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a distância entre a linha traçada por um dos elementos emissores de feixe de laser adicionais e a linha adjacente da matriz principal é igual ao quociente de (i) espaçamento das linhas traçadas pelos elementos da matriz principal e (ii) um número maior por um que o número de elementos nas colunas adicionais.

4. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os elementos, em cada linha de cada chip, se situam em uma linha paralela à direção Y e os elementos em cada coluna de cada chip se situam em uma linha reta inclinada a um ângulo para a direção X.

5. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os chips são arranjados em par de linhas sobre o suporte, correspondentes elementos emissores de laser de todos os chips em cada uma das duas linhas que estão de acordo com uma outra na direção Y.

6. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o alinhamento dos chips dentro das duas filas do par é de modo que os elementos correspondentes em qualquer grupo de três chips adjacentes nas direções X e Y estejam nos ápices de triângulos equiláteros congruentes.

7. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma respectiva lente é proporcionada para cada chip para focalizar os feixes de laser emitidos por todos os elementos do chip associado sobre a superfície de imagem.

8. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada lente é formada por uma única haste de GRIN.

9. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada lente é formada por uma série de duas ou mais hastes de GRIN mutuamente inclinadas.

10. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a luz de cada haste de GRIN é direcionada para a próxima haste de GRIN na série por um prisma.

11. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o prisma tem um índice de refração maior que o das hastes de GRIN.

12. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que cada lente ou série de lentes tem uma ampliação de ± 1.

13. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que as hastes de GRIN têm um diâmetro igual a 2»N»Ar, sendo a distância entre elementos correspondentes de chips adjacentes em cada linha.

14. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que cada chip tem um número igual de linhas e colunas de elementos emissores de feixe de laser na matriz principal.

15. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o espaçamento entre os elementos emissores de feixe de laser sobre um chip é suficiente para evitar interferências térmicas entre elementos adjacentes.

16. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o suporte é resfriado por fluido.

17. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o suporte é construído de uma estrutura metálica ou cerâmica rígida.

18. Dispositivo de imagem, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a superfície do suporte é formada de, ou revestida com, condutores isolantes elétricos e de película fina para fornecer sinais elétricos e energia aos chips.

19. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que os chips são matrizes de chips de laser emissoras de superfície de cavidade vertical (VCSEL).

20. Dispositivo de imagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que cada elemento de feixe de laser controlável individualmente pode emitir um feixe de laser tendo 4 níveis de energia ou mais, ou 8 níveis de energia ou mais, ou 16 níveis de energia ou mais, ou mesmo 32 níveis de energia ou mais.

21. Método para projetar feixes de laser controláveis individualmente caracterizado pelo fato de que é sobre uma superfície de imagem que é móvel em relação a um dispositivo de imagem que utiliza o dispositivo de imagem como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20.

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