DE60319030T2 - Gerät zum Ausstossen von Flüssigkeit mit durch Photosensor angesteuertem Ausstosselement - Google Patents

Gerät zum Ausstossen von Flüssigkeit mit durch Photosensor angesteuertem Ausstosselement Download PDF

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  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidausstoßsysteme. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Fluidausstoßsystem mit einer Photosensoraktivierung eines Ausstoßelements.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Das Gebiet der Tintenstrahltechnik ist relativ gut entwickelt. Handelsübliche Produkte, wie z. B. Computerdrucker, Graphikplotter, Faksimilemaschinen und Multifunktionsgeräte wurden mit der Tintenstrahltechnik zum Erzeugen gedruckter Medien implementiert. Im Allgemeinen wird ein Tintenstrahlbild nachfolgend zu einer präzisen Platzierung von Tintentropfen auf einem Druckmedium gebildet, die durch eine Tintentropfenerzeugungsvorrichtung ausgestoßen werden, die als eine Tintenstrahldruckkopfanordnung bekannt ist. Eine Tintenstrahldruckkopfanordnung umfasst zumindest einen Druckkopf. Tintenstrahldrucker weisen zumindest einen Tintenvorrat auf. Ein Tintenvorrat umfasst einen Tintenbehälter mit einem Tintenreservoir. Der Tintenvorrat kann zusammen mit der Tintenstrahldruckkopfanordnung untergebracht sein oder kann separat untergebracht sein. Einige herkömmliche Tintenstrahldruckkopfanordnungen sind über einen begrenzten Teil einer Seitenbreite gespannt und werden über die Seite bewegt. Die Tintenstrahldruckkopfanordnung wird auf einem beweglichen Wagen getragen, der die Oberfläche des Druckmediums überquert und gesteuert wird, um Tintentropfen zu entsprechenden Zeiten auszustoßen, auf einen Befehl eines Mikrocomputers oder anderer Steuerungseinrichtungen hin, wobei die Zeitgebung der Aufbringung der Tintentropfen einem Muster aus Pixeln des Bildes entsprechen soll, das gedruckt wird.
  • Eine Seitenbreite-Array-Druckkopf-Anordnung (PWA-Druckkopfanordnung; PWA = page-wide-array) überspannt eine gesamte Seitenbreite (z. B. 8,5 Zoll, 11 Zoll, A4-Breite), und ist relativ zu dem Medienweg fest. Eine PWA-Druckkopfanordnung umfasst einen PWA-Druckkopf mit Tausenden von Düsen, die die gesamte Seitenbreite überspannen. Die PWA-Druckkopfanordnung ist üblicherweise orthogonal zu dem Papierweg orientiert. Während der Operation ist die PWA-Druckkopfanordnung fest, während das Medium unter der Anordnung bewegt wird. Die PWA-Druckkopfanordnung druckt eine oder mehrere Zeilen gleichzeitig, wenn sich die Seite relativ zu der Anordnung bewegt.
  • Jede Düsenkammer in einer PWA-Druckkopfanordnung umfasst üblicherweise ein Ausstoßelement, eine Kammerschicht und ein Substrat. Wenn ein Abfeuerwiderstand als das Ausstoßelement verwendet wird, ist der Abfeuerwiderstand innerhalb der Kammer auf dem Substrat angeordnet. Während der Operation empfängt die Düsenkammer Tinte von einem Tintenvorrat durch einen Einlasskanal. Der Abfeuerwiderstand wird dann aktiviert, um die Tinte darauf zu erwärmen und zu verursachen, dass sich eine Dampfblase bildet. Die Dampfblase stößt dann die Tinte als ein Tröpfchen durch die Düse und auf ein Medium aus (z. B. Papier, Transparentmedium). Tröpfchen mit wiederholbarer Geschwindigkeit, Volumen und Richtung werden aus entsprechenden Düsen ausgestoßen, um effektiv Zeichen, Graphiken und photographische Bilder auf ein Medium aufzudrucken.
  • Das Ausstoßelement bei einer PWA-Druckkopfanordnung vom piezoelektrischen Typ umfasst üblicherweise eine piezokeramische Schicht. Die piezokeramische Schicht besteht aus einer flexiblen Wand, an die ein piezokeramisches Material auf der Seite außerhalb der Kammer angebracht ist. Während der Operation empfängt die Düsenkammer Tinte von einem Tintenvorrat durch einen Einlasskanal. Das piezokeramische Material wird dann aktiviert, um die Wand in die Kammer zu deformieren. Der Druck, der erzeugt wird, stößt dann die Tinte als ein Tröpfchen durch die Düse und auf ein Medium (z. B. Papier, Transparentmedium) aus.
  • Tröpfchen mit wiederholbarer Geschwindigkeit, Volumen und Richtung werden aus entsprechenden Düsen ausgestoßen, um effektiv Zeichen, Graphiken und photographische Bilder auf ein Medium aufzudrucken.
  • Aufgrund der großen Anzahl von Düsen bei einer PWA-Druckkopfanordnung und da die Anordnung üblicherweise eine oder mehrere Seitenbreite-Zeilen gleichzeitig druckt, werden wesentlich mehr Zeitgebungs- und Steuersignale gleichzeitig erzeugt als für eine Druckkopfanordnung vom Abtasttyp (Scantyp). Um mehrere Zeilen (Linien) im Gegensatz zu mehreren Zeichen zu drucken, muss das Abfeuern von Tausenden mehr Düsen gesteuert werden. Signale müssen zu den Tausenden mehr Abfeuerwiderständen solcher Düsen übertragen werden.
  • Bei typischen PWA-Tintenstrahldruckern wurden komplexe Elektronik und Verbindungen verwendet, um die notwendigen Signale zu erzeugen, um sie zu den entsprechenden Orten zu leiten. Einige PWA-Tintenstrahldrucker verwenden eine flexible gedruckte Schaltung („Flex-Schaltung"), die an eine Druckkopfanordnung angebracht ist, die Signalwege zum Tragen von Signalen von einem Druckprozessor zu adressierten Abfeuerwiderständen umfasst.
  • Es besteht ferner ein Wunsch zum Erzeugen zuverlässiger Hochertrags-Seitenbreite-Arrays auf kostengünstige Weise.
  • Die JP 2001353875 offenbart einen Tintenstrahldrucker mit einer Mehrzahl von Kanälen in dem Körper des Druckers. Die Tinte, die in der Vorrichtung verwendet wird, enthält ein Wärme absorbierendes Material und jeder Tintenkanal wird selektiv mit Laserlicht bestrahlt, abhängig von einem Bild, das gedruckt werden soll. Tinte, die mit Laserlicht bestrahlt wird, wird durch das Wärme absorbierende Material erwärmt und Tinte in dem Kanal, die derart bestrahlt wurde, wird aus einem Düsenloch ausgestoßen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Form der vorliegenden Erfindung schafft ein Drucksystem, wie hierin nachfolgend beansprucht wird. Ein Verfahren zum Abfeuern von Fluidausstoßelementen wird ebenfalls geschaffen, wie hierin nachfolgend beansprucht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Seitenansicht einer Fluidausstoß- und Abtastvorrichtung, wie z. B. eines Seitenbreite-Array-(PWA-)Tintenstrahl-Drucker- und -Scanner-Multifunktionsprodukts (MFP; multi-function product), die die internen Hauptkomponenten der Vorrichtung darstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Draufsicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Fluidausstoß- und Abtastanordnung darstellt, wie z. B. einer PWA-Druckkopf- und -Abtast-Anordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 3A ist eine vereinfachte End- oder Seitenansicht einer Fluidausstoß- und -Abtastanordnung, wie z. B. einer PWA-Druckkopf- und -Abtast-Anordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 3B ist eine vereinfachte End- oder Seitenansicht einer Fluidausstoßanordnung, wie z. B. einer PWA-Druckkopfanordnung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 4A ist eine Querschnittsansicht aus der Perspektive der Schnittlinien 4A-4A in 2, die Hauptkomponenten eines Teils eines Fluidausstoßarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4B ist eine Querschnittsansicht aus der Perspektive der Schnittlinien 4B-4B in 2 sowie in 8, die Hauptkomponenten eines Teils eines Abtastarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 ist ein elektrisches, schematisches Diagramm, das Hauptkomponenten eines Abtastarrays und einer Mehrzahl von Fluidausstoßarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6A ist ein elektrisches, schematisches Diagramm eines Teils des Abtastarrays, das in 5 gezeigt ist, das die Beabstandung zwischen Photosensoren detaillierter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6B ist ein elektrisches, schematisches/Block-Diagramm, das Hauptkomponenten eines Aktivierungselements für ein Fluidausstoßarray gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 ist ein Diagramm einer Fluidausstoß- und Abtastanordnung, das ein Abtastarray und Fluidaussto ßarrays in Blockform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8A ist ein Diagramm, das das Layout von Elektroden für ein Aktivierungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8B ist ein Diagramm, das das Layout von Elektroden für ein Abtastarrayelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9A ist ein Diagramm, das das abtastende Bewegen eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle über eine Fluidausstoß- und Abtastanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9B ist ein Diagramm, das das abtastende Bewegen von Lichtstrahlen von einer zweiten Lichtquelle über eine Abtastanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 10 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das eine Fluidausstoß- und Abtastanordnung aus der Perspektive der Schnittlinien 10-10 in 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 11 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das Hauptkomponenten eines Fluidausstoß- und Abtastsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Beschreibung
  • In der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen darstellend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinn genommen werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Fluidausstoßelemente, wie z. B. Tintenstrahlelemente, bei einer Seitenbreite-Array-(PWA-)Druckkopfanordnung optisch aktiviert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Lichtstrahl moduliert, wenn der Strahl über die PWA-Druckkopfanordnung abgetastet wird, um selektiv gewünschte Tintenstrahlelemente abzufeuern, wodurch ein gewünschtes Rastermuster für jede der vier Farbebenen erzeugt wird (d. h. Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) wodurch somit das gewünschte Bild erzeugt wird. Bei einer Form der Erfindung funktioniert eine einzelne PWA-Druckkopfanordnung sowohl als ein Druckkopf als auch ein Bildscanner mit dem Zusatz von relativ geringen zusätzlichen Kosten.
  • 1 ist eine Seitenansicht einer Fluidausstoß- und Abtastvorrichtung, wie z. B. einer PWA-Tintenstrahl-Drucker- und -Scannervorrichtung 100, die interne Hauptkomponenten der Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Medienzuführeinrichtung 102 mit Seitenführungen 102A und 102B, eine Lichtquelle 106, einen Modulator 108, einen sich drehenden Polygonalspiegel 112, Ablenkspiegel 114 und 118, eine Linse 116, Fluidvorräte 122, eine Fluidausstoß- und -Abtastanordnung 126, Rollen 120, 124, 140 und 142, ein Sternrad 128 und eine gedruckte Schaltungsanordnung (PCA; printed circuit assembly) 138. Ein Medienstapel 104 (z. B. Papier, Transparentmedien), wird durch die Zuführeinrichtung 102 gehalten. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel trocknet das Heizerelement 150 das bedruckte Medium, bevor es durch den Medienauslass ausgestoßen wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Rollen 120, 124, 140 und 142 und das Sternrad 128 Teil eines Konstantbewegungssystems, das Medien durch die Anordnung 126 bei einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit transportiert. Ein Konstantbewegungssystem ist üblicherweise genauer und besser steuerbar als ein Einzelbewegungssystem. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Medienbewegung durch eine Vakuumplatte auf kontinuierliche Weise erreicht werden. Vorteile einer kontinuierlichen Medienbewegung umfassen eine reduzierte Banderzeugung und eine bessere Punktplatzierungsgenauigkeit für eine bessere Druckqualität. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Einzelbewegungsmedientransportmechanismus verwendet werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Anordnung 126 zumindest eine Seitenbreite in der Länge (z. B. 8,5 Zoll, 11 Zoll oder A4-Breite), und stößt Fluidtröpfchen auf das Medium 130 aus, wenn das Medium 130 relativ zu der im Wesentlichen stationären Anordnung 126 bewegt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Fluid zu der Anordnung 126 von dem Fluidvorrat 122 geliefert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 126 einen oder mehrere interne Fluidvorräte. Bei einer Form der Erfindung sind die mehreren Anordnungen 126 kombiniert, um eine größere und/oder schnellere Anordnung zu bilden.
  • Zumindest ein Eingangs-/Ausgangsport 134 und eine Mehrzahl von elektronischen Chips 136A–136B zum Ausführen verschiedener Verarbeitungs- und Steuerfunktionen, die hierin beschrieben werden, sind an einer PCA 138 befestigt. Ein Kabel 132 ist mit dem Eingangs-/Ausgangsport 134 gekoppelt und ist bei einer Form der Erfindung konfiguriert, um mit einem Hostcomputer gekoppelt zu sein (nicht gezeigt). Obwohl für eine einfache Darstellung ein einzelner Eingangs-/Ausgangsport 134 und ein Kabel 132 in 1 gezeigt sind, wird ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die Vorrichtung 100 eine Anzahl von unterschiedlichen Typen von herkömmlichen Eingangs-/Ausgangsports umfassen kann, was einen Telefonport, einen Centronics-Port, intelligente Medienspeichervorrichtungen, Festkörperspeicherungssysteme, Infrarot- und/oder andere drahtlose Ports sowie andere Kommunikationsprotokolle umfasst, die üblicherweise in der Industrie erhältlich sind.
  • Bei einer Form der Erfindung ist ein optischer Weg 110 von der Lichtquelle 106 durch die Spiegel 112, 114 und 118 zu der Anordnung 126 gebildet. Ablenkspiegel 114 und 118 sind installiert, um den Lichtweg zum Zweck des Reduzierens der Größe der Vorrichtung 100 zu krümmen. Spiegel 114 und 118 können weg gelassen werden, wenn eine solche Größenreduzierung nicht erwünscht ist.
  • 2 ist eine Draufsicht, die ein Ausführungsbeispiel der Anordnung 126 darstellt. Die Anordnung 126 ist über dem Medium 130 positioniert gezeigt, wobei die Richtung der Medienbewegung durch einen Pfeil über dem Medium 130 angezeigt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 126 vier Fluidausstoßarrays, wie z. B. Druckarrays, die durch Linien 200A–200D in 2 dargestellt sind und kollektiv als Fluidausstoßarrays 200 bezeichnet werden, sowie ein Abtastarray 202. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Fluidausstoßarray 200A ein Schwarz-Druckarray zum Ausstoßen von Punkten schwarzfarbiger Tinte, das Fluidausstoßarray 200B ist ein Magenta-Druckarray zum Ausstoßen von Punkten magentafarbiger Tinte, das Fluidausstoßarray 200C ist ein Gelb-Druckarray zum Ausstoßen von Punkten gelbfarbiger Tinte und das Fluidausstoßarray 200D ist ein Cyan-Druckarray zum Ausstoßen von Punkten cyanfarbiger Tinte.
  • Das Abtastarray 202 ist konfiguriert, um Bilddaten zum Erzeugen eines digitalen Bildes auf einem Medium zu erfassen. Zum Schwarz-und-Weiß-Drucken im Gegensatz zum Farbdrucken ist ein einzelnes Fluidausstoßarray 200 erwünscht. Die Reihenfolge der Farben kann sich abhängig von Tintentypen und anderen Schreibsystemfaktoren ändern.
  • 3A ist eine vereinfachte End- oder Seitenansicht der Anordnung 126 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fluidausstoßarrays 200 und das Abtastarray 202 sind auf dem Substrat 310 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein freies Fenster 402 in dem Abtastarray 202 gebildet. Die Anordnung 126 umfasst gegenüberliegende Oberflächen 126A und 126B.
  • In einem Druckmodus gemäß einer Form der Erfindung wird das Medium 130 benachbart zu der Oberfläche 126B der Anordnung 126 transportiert und Fluid wird aus den Arrays 200 an der Oberfläche 126B auf das Medium 130 ausgestoßen. Bei einer Form der Erfindung umfasst die Anordnung 126 eine Schutzabdeckung 306, die dabei hilft, zu verhindern, dass das Abtastarray 202 durch Streutröpfchen eines Fluids verschmutzt wird, das durch die Fluidausstoßarrays 200 ausgestoßen wird.
  • In einem Abtastmodus wird gemäß einem Ausführungsbeispiel das Medium 130 benachbart zu der Oberfläche 126B der Anordnung 126 transportiert, um das Erfassen des gedruckten Bildes durch das Abtastarray 202 zu erlauben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Schutzabdeckung 306 entfernbar und wird zum Bildabtasten entfernt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Innenseite der Abdeckung 306 eine weiße Kalibrierungsoberfläche zur Pixel-zu-Pixel-Kalibrierung des Scanners.
  • 3B ist eine vereinfachte End- oder Seitenansicht der Anordnung 126 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3B ist ähnlich zu 3A, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Symbole bezeichnen, außer dass 3B die Abtastanordnung oder das Abtastarray 202 nicht umfasst.
  • Fluidausstoßarrays 200 sind auf dem Substrat 310 gebildet. Die Anordnung 126 umfasst gegenüberliegende Oberflächen 126A und 126B. In einem Druckmodus gemäß einer Form der Erfindung wird das Medium 130 benachbart zu der Oberfläche 1268 der Anordnung 126 transportiert und Fluid wird aus den Arrays 200 an der Oberfläche 1268 auf das Medium 130 ausgestoßen.
  • 4A ist eine Querschnittsansicht aus der Perspektive der Schnittlinien 4A-4A in 2, die Hauptkomponenten eines Teils des Fluidausstoßarrays 200D gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Fluidausstoßarrays 200A–200C im Wesentlichen auf dieselbe Weise aufgebaut, wie dargestellt ist und hierin für das Fluidausstoßarray 200D beschrieben ist. Bei einer Form der Erfindung umfasst das Fluidausstoßarray 200D eine Lochplatte 902, einen Fluidkanal 908, eine Düsenkammer 910, eine Barriereschicht 912, eine Widerstandsschutzschicht 914, Widerstandselektroden 916 und 918, eine Elektrode 920, eine Gateoxidschicht 922, ein Durchgangsloch 924, Widerstandsmaterial 926, eine Polysiliziumschicht 928, dotierte Wannen 930 und 932, Photosensorelektroden 933, eine SiO2-Passivierungsschicht 934 und ein Substrat 310.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 310 ein transparentes Glassubstrat und die Arrays 200 und 202 sind unter Verwendung einer Dünnfilmtechnik (TFT; thin film technology) und amorphem Silizium hergestellt, wie nachfolgen detaillierter beschrieben wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Substrat 310 ein im Wesentli chen transparentes Polymer oder ein anderes im Wesentlichen transparentes Material.
  • Die SiO2-Passivierungsschicht 934 ist auf dem Substrat 310 gebildet, um zu verhindern, dass Unreinheiten von dem Substrat 310 die Polysiliziumschicht 928 erreichen. Das Widerstandsmaterial 926 ist auf der SiO2-Passivierungsschicht 934 gebildet. Die Widerstandselektroden 916 und 918 sind auf jedem Ende des Widerstandsmaterials 926 gebildet.
  • Die Polysiliziumschicht 928 wird dadurch gebildet, dass zuerst eine Dünnfilmschicht aus amorphem Silizium auf die SiO2-Passivierungsschicht 934 aufgebracht wird. Das amorphe Silizium wird dann durch einen Laser rekristallisiert. Die Temperatur des aufgebrachten Siliziums wird lokal erhöht und darf lokal langsam abkühlen, wodurch das Silizium rekristallisiert wird. Dieser Prozess minimiert die Korngrenzen und verbessert die Elektronenmobilitätscharakteristika des amorphen Siliziums.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Quarzglas für das Substrat 310 verwendet, das eine wesentlich höhere Glasübergangstemperatur aufweist und eine Ofenrekristallisierung des Siliziums 928 erlaubt. Nach der Rekristallisierung wird eine Gateoxidschicht 922 auf die Polysiliziumschicht 928 aufgebracht und wird dann geätzt, um Wege für eine Diffusion von Dotiermitteln bereitzustellen. Die Dotiermittel werden in die Polysiliziumschicht 928 diffundiert und bilden dotierte Wannen 930 und 932. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Feldeffekttransistoren 802 und 806 (gezeigt in 5) in der Antriebsschaltungsregion 940 positioniert und werden aus der dotierten Wanne 930 und dem umliegenden Polysilizium 928 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Photosensor 710 (gezeigt in 5) in der photoempfindlichen Region 942 positioniert und ist aus der dotierten Wanne 932 und dem umliegenden Polysilizium 928 gebildet. Eine Aluminium metallschicht wird auf die Gateoxidschicht 922 aufgebracht und wird dann geätzt, um die Elektrode 920 zu bilden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Polysiliziumschicht 928 ein P-Typ-Halbleitermaterial, und die dotierten Wannen 930 und 932 werden durch Diffundieren von N-Typ-Dotiermitteln in die Polysiliziumschicht 928 gebildet. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Polysiliziumschicht 928 ein N-Typ-Halbleitermaterial, und die dotierten Wannen 930 und 932 werden durch Diffundieren von P-Typ-Dotiermitteln in die Polysiliziumschicht 928 gebildet.
  • Die Widerstandsschutzschicht 914 ist über die Widerstandskontakte 916 und 918, das Widerstandsmaterial 926, die Elektrode 920 und die Gateoxidschicht 922 gebildet. Die Barriereschicht 912 ist auf der Widerstandsschutzschicht 914 gebildet und definiert eine Düsenkammer 910. Die Lochplatte 902 ist auf der Barriereschicht 912 und über der Düsenkammer 910 und dem Fluidkanal 908 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Lochplatte 902 und die Barriereschicht 912 einstückig. Das Loch 904 liefert einen Ausgangsweg für Fluid in der Düsenkammer 910, wie durch den Pfeil 906 angezeigt ist.
  • Das Medium 130 wird während des Fluidausstoßes (oder Abtastens) benachbart zu der Oberfläche 126B der Anordnung 126 geführt. Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn sich das Medium 130 relativ zu der Anordnung 126 bewegt, werden Fluidtröpfchen aus den Düsen oder Öffnungen 904 ausgestoßen, um Markierungen zu bilden, die Zeichen oder Bilder darstellen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 126 Tausende von Düsen 904 über ihre Länge hinweg, aber nur Auswahlausstoßelemente (z. B. Widerstandsmaterial 926) werden zu einer gegebenen Zeit aktiviert, um Fluidtröpfchen auszustoßen, um die gewünschten Markierungen zu erreichen.
  • 4B ist eine Querschnittsansicht aus der Perspektive der Schnittlinien 4B-4B in 2, die Hauptkomponenten eines Teils des Abtastarrays 202 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Abtastarray 202 eine Mehrzahl aus Dünnfilmschichten 402–40B, die auf dem Substrat 310 gebildet sind, dotierte Wannen 410A–410D und Elektroden 412A–412H. Bei einer Form der Erfindung ist die Schicht 403 eine transparente SiO2-Schicht, die Schicht 404 ist ein Metall, Schicht 405 ist eine transparente SiO2-Isolierschicht, Schicht 406 ist Polysilizium, Schicht 407 ist ein transparentes Gateoxid und Schicht 408 ist eine transparente schützende SiO2-Schicht.
  • Bei einer Form der Erfindung sind die Schichten 403, 404, 406 und 407 des Abtastarrays 202 aus demselben Material gebildet und entsprechen den Schichten 934, 933, 938 und 922 (gezeigt in 4A) bei den Fluidausstoßarrays 200. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die entsprechenden Schichten bei dem Abtastarray 202 und den Fluidausstoßarrays 200 gleichzeitig aufgebracht, und entsprechende Maskier- und Ätzschritte werden ausgeführt, um die verschiedenen Merkmale der Arrays 200 und 202 zu bilden, die in den Figuren dargestellt sind und hierin beschrieben werden.
  • Bei einer Form der Erfindung ist die SiO2-Schicht 403 auf dem Substrat 310 gebildet. Die Metallschicht 404 ist auf der SiO2-Schicht 403 gebildet und wird geätzt, um ein freies Fenster 402 zu bilden, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die SiO2-Isolierschicht 405 über der Metallschicht 404 und der Schicht 403 gebildet. Die Polysiliziumschicht 406 ist auf der Isolierschicht 405 gebildet. Die dotierten Wannen 410A–410D sind in der Polysiliziumschicht 406 durch Diffundieren von Dotiermitteln in die Polysiliziumschicht 406 gebildet. Die Elektroden 412A–412H sind auf der Polysiliziumschicht 406 gebildet und von der Gateoxidschicht 407 umge ben. Die schützende SiO2-Schicht 408 ist auf der Gateoxidschicht 407 gebildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Polysiliziumschicht 406 und die dotierten Wannen 410A–410D auf dieselbe Weise gebildet, wie oben für die Polysiliziumschicht 928 und die dotierten Wannen 930 und 932 beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Polysiliziumschicht 406 ein P-Typ-Halbleitermaterial, und die dotierten Wannen 410A–410D werden durch Diffundieren von N-Typ-Dotiermitteln in die Polysiliziumschicht 406 gebildet. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Polysiliziumschicht 406 ein N-Typ-Halbleitermaterial, und die dotierten Wannen 410A–410D werden durch Diffundieren von P-Typ-Dotiermitteln in die Polysiliziumschicht 406 gebildet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das freie Fenster 402 im Wesentlichen durch die transparenten Schichten 310, 403, 405, 407 und 408 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Breite des Fensters 402 ungefähr 0,01 Zoll für 100 Punkte pro Zoll (DPI; dots per inch), 0,0033 Zoll für 300 DPI, 0,00166 Zoll für 600 DPI und 0,000833 Zoll für 1.200 DPI. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Trennung zwischen dem Medium 130 und der Oberfläche 126B der Anordnung 126 ungefähr 0,1 Millimeter oder weniger.
  • Zwei Photosensoren 711 sind aus dotierten Wannen 410A–410D und dem umliegenden Polysilizium 406 gebildet. Obwohl zwei Photosensoren 711 in 4B gezeigt sind, um die Darstellung zu vereinfachen, wird bei einem Ausführungsbeispiel dieselbe grundlegende Photosensorkonfiguration viele weitere Male (in das Papier) repliziert, um ein Abtastarray 202 zu bilden, das eine gesamte Seitenbreite umspannt. Zusätzlich dazu, obwohl eine photoempfindliche Region 942 (in der ein Photosensor 710 gebildet ist) in 4A gezeigt ist, gibt es bei einem Ausführungsbeispiel drei weitere Photosensoren 710 benachbart zu dem dargestellt Photosensor 710 und viele weitere Photosensoren 710 in das Papier. Bei einer Form der Erfindung ist der aktive Teil von jedem der Photosensoren 710 und 711 ungefähr 39 Mikrometer breit (für 600 DPI).
  • Bei einer Form der Erfindung sind die Photosensoren 711 in dem Abtastarray 202 in zwei Gruppen 400A und 400B organisiert, wobei jede Gruppe eine unterschiedliche räumliche Frequenz aufweist. Die Signale von beiden Gruppen 400A und 400B werden dann entfaltet, um eine verbesserte Auflösung zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die räumliche Frequenz der Gruppe 900B 95% der räumlichen Frequenz der Gruppe 900A.
  • Bei einer Form der Erfindung sind die Photosensoren 711 für das Abtastarray 202 in ihrer Architektur ähnlich zu und mit denselben Herstellungsschritten gebildet wie die Photosensoren 710 für die Fluidausstoßarrays 200.
  • 5 ist ein elektrisches, schematisches Diagramm, das Hauptkomponenten der Fluidausstoßarrays 200 und des Abtastarrays 202 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Abtastarray 202 umfasst eine Mehrzahl von Photosensoren 711, die in Gruppen 400A und 400E organisiert sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 5 sind die Photosensoren 711 Photodioden. Jeder Photosensor 711 ist zwischen eine Spannungsversorgung (Vps) 705 und eine Massebusleitung 708 gekoppelt. Beleuchtete Photosensoren 711 geben ein Signal aus, das in der Größe basierend auf der Intensität des Lichts variiert, das auf den Photosensor 711 einfällt.
  • Jedes Array 200 umfasst eine Mehrzahl von lichtempfindlichen Aktivierungselementen 700. Jedes Aktivierungselement 700 umfasst ein Ausstoßelement 702, wie z. B. ein thermisches Tintenstrahlelement (TIJ-Element; TIJ = thermal inkjet), oder ein piezoelektrisches Tintenstrahlelement (PIJ-Element; PIJ = piezoelectric inkjet) und eine optische Auslöseschaltung 703. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausstoßelemente 702 thermische Tintenstrahlwiderstände. Jede optische Auslöseschaltung 703 umfasst einen Verstärker 706, einen Latch 807 und einen Photosensor 710. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Latch 807 ein T-Typ-Flip-Flop.
  • Photosensoren 710 wandeln einen Eingangslichtstrahl 110 in ein elektrisches Signal um. Wie nachfolgend beschrieben wird, werden die elektrischen Signale, die durch die Photosensoren 710 in den Fluidausstoßarrays 200 erzeugt werden, verwendet, um Ausstoßelemente 702 auszulösen, die mit den Photosensoren 710 gekoppelt sind.
  • Der Verstärker 706 umfasst Transistoren 802 und 806. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 802 und 806 Feldeffekttransistoren (FETs). Aufgrund der niedrigeren Elektronenmobilität von amorphem Silizium im Vergleich zu dem von kristallinem Silizium sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Transistoren 892 und 806 für Glassubstrat 310 breiter hergestellt als sie es für ein Siliziumsubstrat wären. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Transistor 802 eine Länge von ungefähr 2 bis 3 Mikrometern und eine Breite von ungefähr 100 bis 500 Mikrometern auf; der Transistor 806 weist eine Länge von ungefähr 1 bis 2 Mikrometern und eine Breite von ungefähr 200 bis 1.000 Mikrometern auf; und der Widerstand 702 weist eine Widerstandsfähigkeit mit einem Bereich von ungefähr 30 bis 1.500 Ohm auf. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere Konfigurationen und Komponentenabmessungen für die optische Auslöseschaltung 703 verwendet werden.
  • Jeder Photosensor 710 ist mit der Spannungsversorgung (Vref) 704 gekoppelt. Die Ausgangsstufe jedes Photosensors 710 ist mit einem Eingang des entsprechenden Latches 807 gekoppelt. Ein Ausgang (Q) jedes Latches 807 ist mit dem Gate des entsprechenden Transistors 802 gekoppelt. Der Drain jedes Transistors 802 ist mit der Spannungsversorgung 704 gekoppelt und die Source jedes Transistors 802 ist mit dem Gate des entsprechenden Transistors 806 gekoppelt. Der Drain jedes Transistors 806 ist mit der Spannungsversorgung 704 gekoppelt, und die Source jedes Transistors 806 ist mit dem entsprechend Widerstand oder Ausstoßelement 702 gekoppelt. Jeder Widerstand 702 ist zwischen die Source des entsprechenden Transistors 806 und die Massebusleitung 708 gekoppelt.
  • Wenn das Aktivierungselement 700 durch Licht von der Lichtquelle 106 aktiviert wird, wird der Photosensor 710 leitfähig. Wenn der Photosensor 710 beleuchtet ist und leitfähig wird, und den Latch 807 einstellt, um den Transistor 802 einzuschalten, verursacht der Transistor 802, dass auch der Transistor 806 einschaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Transistor 802 als ein spannungsgesteuerter Einschalt-FET und der Transistor 806 wirkt als ein stromgesteuerter Antriebs-FET. Der Transistor 806 liefert dann einen Antriebsstrom, um den Widerstand 702 zu erregen, der sich seinerseits erwärmt und Fluid aus einer entsprechenden Düsenkammer ausstößt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zumindest ein Teil des Fluids verdrängt, um als ein Tröpfchen ausgestoßen zu werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Latch 807 nachfolgend durch einen zweiten Lichtpuls zurückgesetzt, der den Photosensor 710 trifft, der verursacht, dass die Schaltung abgeschaltet wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst jedes Array 200 zumindest ein Scheinpixel 206 am Anfang und Ende des Arrays 200. Die Scheinpixel 206 von 5 sind im Wesentlichen genau so konfiguriert wie die Aktivierungselemente 700, umfassen aber kein Ausstoßelement 702 oder Latch 807. Diese Scheinpixel 206 liefern der Steuerschaltungsanordnung ein Zeit- und Positions-Synchronisierungssignal.
  • Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Photosensoren 710 Photodioden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Photosensor 710 als ein Phototransistor implementiert und der Transistor 802 ist durch denselben ersetzt. Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem der Photosensor 710 als ein Phototransistor implementiert ist, wird ein spezieller Aspektverhältnisfeldeffekttransistor als das Tintenstrahlerwärmungswiderstandselement 702 verwendet und ein separater TIJ-Widerstand wird nicht verwendet.
  • 6A ist ein elektrisches, schematisches Diagramm eines Teils des Abtastarrays 202, das in 5 gezeigt ist, das die Beabstandung zwischen Photosensoren 711 detaillierter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Photosensoren 711 in der Gruppe 400A sind um eine Distanz X bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beabstandet, und die Photosensoren 711 in der Gruppe 400B sind um eine Distanz 0,95 X beabstandet. Wenn die Photosensoren 711 in der Gruppe 400A z. B. in einer Weite von 300 DPI beabstandet wären, wären die Photosensoren 711 in Gruppe 400B in einer Weite von 0,95 mal 300 DPI oder einer Weite von 314 DPI beabstandet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden zwei benachbarte Photosensoren 711 (d. h. ein Photosensor 711 aus Gruppe 400A und ein benachbart Photosensor 711 aus Gruppe 400B) hierin als ein Abtastarrayelement 712 bezeichnet (gezeigt in 7).
  • 6B ist ein elektrisches, schematisches/Block-Diagramm, das Hauptkomponenten von einem der Aktivierungselemente 700 darstellt, die in 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Wie in 5 gezeigt ist, ist das einzelne Aktivierungselement 700, das in 6B gezeigt ist, viele Male wiederholt, um die Fluidausstoßarrays 200 zu bilden. Der Grad der Wiederholung hängt von der gewünschten Auflösung, der Strahlredundanz und der Breite der Vorrichtung 100 ab. Tabelle I unten zeigt die Anzahl von Aktivierungselementen 700 und Abtastarrayelementen 712 (gezeigt in 7) in Anordnung 126 für verschiedene Auflösungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung: Tabelle I
    Auflösung (Schwarz & Weiß) Anzahl von Aktivierungselementen (Farbe) Anzahl von Aktivierungselementen Anzahl von Abtastarrayelementen Gesamtanzahl von Elementen
    100 DPI 875 3.500 875 4.375
    300 DPI 2.625 10.500 2.625 13.125
    600 DPI 5.250 21.000 5.250 26.250
    1.200 DPI 10.500 42.000 10.500 52.500
  • Jedes Aktivierungselement 700 umfasst das Ausstoßelement 702, das in Reihe mit der optischen Auslöseschaltung 703 geschaltet ist. Die optische Auslöseschaltung 703 des Aktivierungselements 700 umfasst einen Photosensor 710 und einen Verstärker 706. Der Photosensor 710 ist mit dem Verstärker 706 und dem Spannungsvorrat 704 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Spannungsversorgung 704 eine 12-Volt-Versorgung. Der Verstärker 706 ist mit der Spannungsversorgung 704, dem Ausstoßelement 702 und mit der Massebusleitung 708 gekoppelt.
  • Die optische Auslöseschaltung 703 wirkt als ein Photoschalter, der das Ausstoßelement 702 einschaltet, wenn Licht von der Lichtquelle 106 auf den Photosensor 710 gerichtet wird.
  • Der Photosensor 710 wird nach dem Auftreffen eines Photonenstrahls leitfähig und gibt ein relativ niedriges Spannungsausgangssignal an den Verstärker 706 aus. Der Verstärker 706 verstärkt das empfangene Signal und liefert einen entsprechenden Puls zu dem Ausstoßelement 702, um das Element 702 abzufeuern. Der Verstärker 706 liefert die notwendige Einschaltenergie (TOE; turn-on-energy) zu dem Ausstoßelement 702.
  • 7 ist ein Diagramm der Anordnung 126, das das Abtastarray 202 und die Fluidausstoßarrays 200 in Blockform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Gruppe 400A aus Photosensoren 711 ist von der Gruppe 400B aus Photosensoren 711 durch das im Wesentlichen freie Fenster 402 getrennt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Aktivierungselemente 700 in den Fluidausstoßarrays 200 in einer Mehrzahl von Zeilen und einer Mehrzahl von Spalten angeordnet, wie in 7 dargestellt ist.
  • 8A ist ein Diagramm, das das Layout der Komponenten eines einzelnen Aktivierungselements 700 (gezeigt in Blockform in 7) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass das Layout, das in 8A gezeigt ist, viele Male vervielfältigt wird, um ein Fluidausstoßarray 200 zu bilden. 8A ist eine Ansicht der Elektroden aus der Perspektive der Widerstandsschutzschicht 914 (gezeigt in 4A) gesehen hin zu dem Glassubstrat 310.
  • Wie in 8A gezeigt ist, bestehen die Elektroden für den Photosensor 710 aus zwei serpentinenförmigen Elektroden 933A und 933B (die kollektiv als Elektroden 933 bezeichnet werden). Die Elektrode 933B ist mit der Spannungsversorgungsleitung 704 gekoppelt. Die Elektrode 933A ist mit der Elektrode 920 gekoppelt. Die Elektrode 920 ist mit dem Gate des Transistors 802 gekoppelt, das aus einer dotierten Wanne 930 und umliegendem Polysilizium 928 gebildet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel koppelt die Elektrode 920 das Gate des Feldeffekttransistors 802 mit der Photosensorelektrode 933A mit Hilfe einer Durchkontaktierung 924 (gezeigt in 4A).
  • Die dotierte Wanne 932 ist elektrisch mit der Elektrode 933A gekoppelt und weist im Wesentlichen dieselbe Serpentinenform auf wie die Elektrode 933A. Das Polysilizium 928 umgibt die dotierte Wanne 932. Ein serpentinenförmiger N-P- Übergang 1100 ist an der Schnittstelle zwischen dem Polysilizium 928 und der serpentinenförmigen, dotierten Wanne 932 gebildet. Der serpentinenförmige N-P-Übergang 1100 ist zwischen den serpentinenförmigen Elektroden 933A und 933B positioniert. Der serpentinenförmige N-P-Übergang 1100 und die serpentinenförmigen Elektroden 933A und 933B bilden im Wesentlichen eine Festkörperphotodiode, die als Photosite oder Photosensor 710 bezeichnet wird.
  • Die Elektroden für den Feldeffekttransistor 802 bestehen aus Elektroden 1002, 920 und 1004. Die Elektrode 1002 ist mit dem Drain, die Elektrode 920 mit dem Gate und die Elektrode 1004 mit der Source des Feldeffekttransistors 802 gekoppelt. Die Elektroden für den Feldeffekttransistor 806 bestehen aus Elektroden 1002, 1004 und 918. Die Elektrode 1002 ist mit dem Drain, die Elektrode 1004 mit dem Gate und die Elektrode 918 mit der Source des Feldeffekttransistors 806 gekoppelt.
  • Die Elektroden für den Widerstand 702 (gebildet aus Widerstandsmaterial 926) bestehen aus Elektroden 916 und 918. Die Elektrode 918 koppelt den Widerstand 702 mit der Source des Transistors 806 und die Elektrode 916 koppelt den Widerstand 702 mit der Masseleitung 708.
  • 8B ist ein Diagramm, das das Layout der Elektroden für ein einzelnes Abtastarrayelement 712 (gezeigt in Blockform in 7) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würde verstehen, dass das in 8B gezeigte Layout viele Male vervielfältigt wird, um das Abtastarray 202 zu bilden. 8B ist eine Ansicht der Elektroden aus der Perspektive der SiO2-Schicht 408 (gezeigt in 4B) betrachtet hin zu dem Substrat 310. Die Ansicht aus 4B ist durch Schnittlinien 4B-4B in 8B sowie in 2 dargestellt.
  • Die Elektroden 412A und 412C, die als zwei separaten Elektroden erscheinen, wenn sie im Querschnitt dargestellt sind, wie in 4B gezeigt ist, sind eigentlich eine einzelne, C-förmige Elektrode 412A/412C, die in elektrischem Kontakt mit der Polysiliziumschicht 406 ist. Auf ähnliche Weise sind die Elektroden 412B und 412D eine einzelne, W-förmige Elektrode 412B/412D, und die dotierten Wannen 410A und 410B sind eine einzelne dotierte Wanne 410A/410B, die im Wesentlichen dieselbe Form aufweist wie die Elektrode 412B/412D. Die Elektrode 412B/412D ist in elektrischem Kontakt mit der dotierten Wanne 410A/410B. Die Elektrode 412A/412C ist mit der Massebusleitung 708 durch die Durchkontaktierung 810 verbunden. Die Elektrode 412B/412D ist mit der Spannungsversorgungsleitung 705 verbunden.
  • Ein serpentinenförmiger N-P-Übergang 820 ist an der Schnittstelle zwischen der Polysiliziumschicht 406 und der dotierten Wanne 410A/410B gebildet. Der serpentinenförmige N-P-Übergang 820 ist zwischen der Elektrode 412A/412C und der Elektrode 412B/412D positioniert. Der serpentinenförmige N-P-Übergang 820, die Elektrode 412A/412C und die Elektrode 412B/412D bilden im Wesentlichen eine Festkörperphotodiode, die als Photosite oder Photosensor 411 bezeichnet wird.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel von 8B gezeigt ist, sind die Elektroden 412E–412H und die dotierten Wannen 410C und 410D im Wesentlichen genau so konfiguriert wie die Elektroden 412A/412D und die dotierten Wannen 410A und 410B, um einen zweiten Photosensor 711 zu bilden. Die zwei Photosensoren 711, die in 8B dargestellt sind, sind durch ein freies Fenster 402 getrennt.
  • 9A ist ein Diagramm, das das abtastende Bewegen eines Lichtstrahls 110 von der Lichtquelle 106 über die Anordnung 126 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Um die Darstellung und Erklärung des abtastenden Bewegens des Lichtstrahls 110 zu vereinfachen, sind die Ablenkspiegel 114 und 118 (gezeigt in 1) aus 9A weg gelassen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 9A gezeigt ist, emittiert die Lichtquelle 106 einen Lichtstrahl, der durch den Modulator 108 moduliert ist, auf den sich drehenden Polygonalspiegel 112. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Quelle 106 eine Laserlichtquelle, die gepulst ist, und der Lichtstrahl, der durch die Lichtquelle 106 emittiert wird, wird durch eine Kollimatorlinse (nicht gezeigt) gebündelt. Bei einer Form der Erfindung werden mehrere Lichtquellen 106 verwendet, um den Fluidausstoßprozess zu beschleunigen. Der Lichtstrahl wird durch den Modulator 108 gemäß Punktbilddaten moduliert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Polygonalspiegel 112 sechs, acht oder mehr reflektierende Oberflächen 113 und wird in einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω um seine Mittelachse zum abtastenden Bewegen des Lichtstrahls 110 über die Oberfläche 126A der Anordnung 126 gedreht. Der Polygonalspiegel 112 lenkt den Lichtstrahl 110 hin zu der Linse 116 ab. Die Linse 116 richtet den Lichtstrahl 110 auf die Oberfläche 126A der Anordnung 126. Bei einer Form der Erfindung schaltet der Lichtstrahl oder der optische Weg 110, der über die Oberfläche 126A abgetastet wird, die gewünschten Ausstoßelemente 702 der Fluidausstoßarrays 200 selektiv, wie hierin detaillierter beschrieben wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Linse 116 ein standardmäßiger „f-θ" optischer Entwurf und ihre Charakteristika sind identisch zu einer herkömmlichen elektrophotographischen Druckeroptik, die das abtastende Bewegen bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit in das abtastende Bewegen bei einer konstanten Liniengeschwindigkeit entlang der linearen Abtastlinie umwandelt, sowie die Differenzen des variablen optischen Wegs korrigieren, über die Anordnung 126, wie Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Die Linse 116 ist so entworfen, dass ein Strahl, der auf die Linse in einem Winkel θ mit seiner optischen Achse einfällt, auf die Oberfläche 126A fokussiert ist, weg von der Linse 116, um die Brennweite f der Linse 116, an einer Position fθ weg von der optischen Achse der Linse 116, was dieselbe Funktion ist, die durch eine Optik bei herkömmlichen elektrophotographischen Systemen ausgeführt wird.
  • Eine Form der Erfindung verwendet ähnliche Techniken zu jenen, die auf dem Gebiet von elektrophotographischen Laserdruckern zur Lichtstrahlabtastung unter Verwendung eines Polygonalspiegels und einer f-θ-Linse verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Form des Lichtstrahls 110, der auf die Oberfläche 126A der Anordnung 126 gerichtet ist, unterschiedlich zu der Form des Lichtstrahls, der üblicherweise bei elektrophotographischen Laserdruckern verwendet wird.
  • Elektrophotographische Laserdrucker verwenden üblicherweise eine Punktbeleuchtung, wohingegen eine Form der vorliegenden Erfindung eine Linienbeleuchtung verwendet, um gleichzeitig die Aktivierungselemente 700 in allen vier Fluidausstoßarrays 200 und Photosensoren 711 in dem Abtastarray 202 zu beleuchten. Drei linienförmige Lichtstrahl-„Ausleuchtzonen" 204A–204C sind in 9A gezeigt, die die Bewegung des Lichtstrahls 110 von links nach rechts über die Oberfläche 126A der Anordnung 126 darstellen. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Lichtstrahlausleuchtzonen 204A–204C eine Breite „W" auf, die ungefähr drei Mikrometer beträgt, und eine Länge, die etwas größer ist als die Höhe der Anordnung 126.
  • Durch Verwenden eines Abtastlichtstrahls 110 mit einer Breite (z. B. drei Mikrometer), die bei einem Ausführungsbeispiel viel schmaler ist als die Breite jeder Photosite (z. B. 39 Mikrometer), wird eine beträchtliche Menge an Flexibilität für die Zeitgebung und Pulsbreitenmodulation des Signals aus der Quelle 106 bereitgestellt.
  • Die Lichtquelle 106 wird zum Auslösen des Fluidausstoßes durch die Arrays 200 verwendet, und bei einer Form der Erfindung wird dieselbe Lichtquelle 106 ferner als eine Scannerlichtquelle zum Digitalisieren von Druckkopiebildern verwendet, wodurch mehr Funktionalität zu der Vorrichtung 100 hinzugefügt wird, mit minimalen zusätzlichen Kosten und Raumaufwand.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden die vier Fluidausstoßarrays 200 und das Abtastarray 202 elektronisch gemultiplext (wie in 11 gezeigt ist und Bezug nehmend auf 11 beschrieben wird), wobei eines der vier Fluidausstoßarrays 200 oder das Abtastarray 202 zu jeder gegebenen Zeit aktiviert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Druckmodus wird eine Rasterzeile von einer der Farbebenen (d. h. Schwarz, Magenta, Gelb oder Cyan) während jedes Abtastdurchlaufs des Lichtstrahls 110 gedruckt. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Abtastmodus wird eine Linie eines Mediums während jedes Durchlaufs des Lichtstrahls 110 abgetastet. Bei einer Form der Erfindung drucken vier aufeinander folgende Abtastdurchläufe des Lichtstrahls 110 eine Cyanrasterzeile 1, eine Gelbrasterzeile 1 + n, eine Magentarasterzeile 1 + 2n und eine Schwarzrasterzeile 1 + 3n, wobei „n" ein ganzzahliges Mehrfaches der DPI-Grundbeabstandung für ein synchrones Drucken jeder Farbebene im Hinblick auf die anderen Farbebenen in dem Düsenarray bezeichnet.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden alle vier Fluidausstoßarrays 200 gleichzeitig während eines Abtastdurchlaufs des Lichtstrahls 110 betrieben. Bei einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel verwendet die Vorrichtung 100 eine Punktbeleuchtung und keine Linienbeleuchtung, um ein einzelnes der Fluidausstoßarrays 200 während eines Abtastdurchlaufs des Lichtstrahls 110 zu beleuchten. Bei einer Form der Erfindung, wenn eine Punktbeleuchtung verwendet wird, sind die Reflexionsoberflächen 113 des Polygonalspiegels 112 in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf die Mittelachse des Polygonalspiegels 112 positioniert, um ein unterschiedliches der Fluidausstoßarrays 200 während jedes Abtastdurchlaufs des Lichtstrahls 110 zu beleuchten. Bei einem anderen, alternativen Ausführungsbeispiel verwendet die Vorrichtung 100 eine Punktbeleuchtung mit mehreren Lichtpunkten, um gleichzeitig alle vier Fluidausstoßarrays 200 während eines Abtastdurchlaufs des Lichtstrahls 110 zu beleuchten. Die vier Licht- oder Laserpunkte oder Lichtflecken werden durch einen Strahlteiler (nicht gezeigt) erzeugt, der vor der Lichtquelle 106 positioniert ist. Bei einem anderen, alternativen Ausführungsbeispiel werden die vier Licht- oder Laserpunkte durch vier unterschiedliche Lichtquellen 106 erzeugt.
  • Während des abtastenden Bewegens des Lichtstrahls 110 über die Oberfläche 126A durch die Drehung des Polygonalspiegels 112 wird das Medium 130 durch die Rollen 120, 124, 140 und 142 und das Sternrad 128 (gezeigt in 1) oder über ein anderes Medientransportsystem in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil über dem Medium 130 in 9A gezeigt ist.
  • Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist das Medientransportsystem mit der Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Polygonalspiegels 112 synchronisiert, da die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels 112 die geeignete Zeitgebung für den Fluidtropfenausstoß durch die Anordnung 126 bestimmt und die Medienbewegung die Genauigkeit der Punktplatzierung auf dem Medium beeinflusst.
  • Bei einer Form der Erfindung tritt das abtastende Bewegen und Drucken nicht gleichzeitig in der Vorrichtung 100 auf, und die Vorrichtung 100 ist konfiguriert, um mit zwei unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten des Polygonalspiegels 112 zu arbeiten – einer Winkelgeschwindigkeit zum Drucken und einer zweiten Winkelgeschwindigkeit zum Abtasten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird dieselbe Winkelgeschwindigkeit zum Drucken und Abtasten verwendet.
  • Bei einer Form der Erfindung umfasst jedes einzelne der Arrays 200 und 202 eine Mehrzahl von Elementen 206 am Anfang des Arrays, die als „Scheinpixel" bezeichnet werden, wie vorangehend Bezug nehmend auf 5 beschrieben wurde. Wie in 9A gezeigt ist, ist die Menge jedes Arrays 200 und 202, die für Scheinpixel 206 zweckgebunden ist, durch den Buchstaben „D" dargestellt, und variiert in der Länge, abhängig von der gewünschten Anzahl von Scheinpixeln 206. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst jedes Array 200 und 202 Scheinpixel 206 am Anfang und am Ende des Arrays. Scheinpixel 206 sind bereitgestellt, um ein Signal zu erzeugen, um die Rasterzeilendaten zwischenzuspeichern, die bei der Modulation des Lichtstrahls 110 verwendet werden. Scheinpixel 206 ermöglichen, dass Zeitgebungskorrekturen ausgeführt werden, um Positionsveränderungen innerhalb einer bestimmten Anordnung 126 und Abweichungen von einer Anordnung 126 zu einer anderen zu kompensieren. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Scheinpixel 206 Nicht-Druck-Elemente und werden zum Erfassen der wahren Position des Lichtstrahls 110 verwendet.
  • 9B ist ein Diagramm, das das abtastende Bewegen von Lichtstrahlen 111A–111C (kollektiv bezeichnet als Lichtstrahlen 111) von der Lichtquelle 630 über die Anordnung 126 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 9B ist im Wesentlichen dieselbe wie 9A, aber es wurde eine zweite Lichtquelle 630 hinzugefügt, um eine Beleuchtung zum Farbabtasten eines Mediums bereitzustellen.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 9B ist die Lichtquelle 630 eine RGB-(Rot-Grün-Blau-)Lichtquelle zum Emittieren eines roten Lichtstrahls 111A, eines grünen Lichtstrahls 111B und eines blauen Lichtstrahls 111C. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die zweite Lichtquelle 630 ein Multispektralbalken einer lichtemittierenden Diode (LED; light emitting diode) zum Emittieren von rotem, grünem und blauem Licht. Bei einer Form der Erfindung ist die Lichtquelle 630 pulsbreitenmoduliert, um unterschiedliche Pulsbreiten für Rot, Grün und Blau bereitzustellen. Die Pulsbreitenmodulation wird basierend auf den bestimmten Absorptionscharakteristika der Photosensoren 711 ausgeführt, um den Farbabgleich zu optimieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine der Lichtquellen 106 oder 630 zum Trocknen des Fluids verwendet werden, das auf ein Medium 130 ausgestoßen wurde, oder eine zusätzliche Lichtquelle kann zu diesem Zweck zu der Vorrichtung 100 hinzugefügt werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Lichtstrahlen 111 über die Oberfläche 126A der Anordnung 126 im Wesentlichen auf dieselbe Weise abgetastet, wie oben für den Lichtstrahl 110 aus der Lichtquelle 106 beschrieben wurde. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 9B dargestellt ist, sind die Lichtstrahlausleuchtzonen 204A–204C der Lichtstrahlen 111 aus der Lichtquelle 630 kürzer als für den Lichtstrahl 110 aus der Lichtquelle 106, um das Abtastarray 202 zu beleuchten, und nicht gleichzeitig die vier Fluidausstoßarrays 200 und das Abtastarray 202 zu beleuchten, wie es der Lichtstrahl 210 bei einer Form der Erfindung tut.
  • 10 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das die Anordnung 126 aus der Perspektive der Schnittlinien 10-10 in 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Lichtstrahl 110 von der Lichtquelle 106 ist auf die Oberfläche 126A der Anordnung 126 gerichtet. Wie gezeigt und im Hinblick auf 9A beschrieben ist, wird der Lichtstrahl 110 von einem Ende der Oberfläche 126A zu einem gegenüberliegenden Ende bei einem Ausführungsbeispiel abgetastet, in einer Richtung parallel zu den Arrays 200 und 202. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 110 durch das Substrat 310 der Anordnung 126 übertragen, geht durch das freie Fenster 402 des Abtastarrays 202 und trifft auch die Photosensoren 710 der Arrays 200A–200D.
  • Das freie Fenster 402, das zwischen den Photosensorgruppen 400A und 400B positioniert ist, ermöglicht, dass der Lichtstrahl 110 von der Lichtquelle 106 durch einen Teil des Mediums 13C verläuft und es beleuchtet. Das Licht, das auf das Medium 130 trifft, wird auf die Photosensoren 711 reflektiert, die Bilddaten zum Erzeugen einer digitalen Darstellung des Mediums 130 erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel erfassen die Photosensoren 711 innerhalb des Abtastarrays 202 Bilddaten während jedes Abtastdurchlaufs der Lichtquelle 106 (oder 630). Die Metallschicht 404, die auf den Photosensoren 711 gebildet ist, hilft beim Verhindern, dass die Photosensoren 711 direkt durch die Lichtquelle 106 (oder 630) rückbeleuchtet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Abtastarray 202 eine Eins-zu-Eins-Vergrößerungs-Bilderzeugungsvorrichtung, und das abtastende Bewegen wird auf eine Weise ähnlich zu der von herkömmlichen Fliegender-Fleck-(flying dot)Abtasteinrichtungen ausgeführt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Abtastarray 202 für eine Schwarz-und-Weiß-Bildabtastung konfiguriert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Abtastarray 202 für ein Farbabtasten konfiguriert. Bei einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel ist das Abtastarray 202 sowohl für Farb- als auch Schwarz-und-Weiß-Abtasten konfiguriert.
  • Mit der Scannerfunktionalität in der Anordnung 126 wird auch das Erfassen der Vorderkante und der zwei Seiten des Mediums ermöglicht, das das Bild erhält. Durch einfache Geometrie werden die Ausrichtung und die Breite des Mediums unter Verwendung der Kantendaten bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel, um die zwei Seiten eines Mediums zu erfassen, ist die Anordnung 126 etwas breiter als die Breite des Mediums. Sobald die Vorderkante und der Eingangsversatz bekannt sind, wird die Rasterdatei digital skaliert, translatiert und für ein volles Kante-zu-Kante- und Oben-zu-Unten-Drucken ausgerichtet. Sobald die physi schen Abmessungen des Mediums bekannt sind, wird ein Kante-zu-Kante-Drucken erreicht durch Vergrößern oder Reduzieren des Bildes, um den optimalen Rand-Verwaltungs-Zustand zu erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Medientransportmechanismus Überdruckzonen um die Kante des Mediums, um ein vollständiges Kante-zu-Kante- und Oben-zu-Unten-Bedrucken zu ermöglichen.
  • Wie in 10 gezeigt ist, wird der Lichtstrahl 110, zusätzlich dazu, dass er durch das freie Fenster 402 geht, durch das Substrat 310 übertragen und beleuchtet die Photosensoren 710 in den Fluidausstoßarrays 200. Beleuchtete Photosensoren 710 erzeugen ein Signal basierend auf dem erfassten Licht, das bei einem Ausführungsbeispiel durch die Elektrode 933 getragen wird, und ein entsprechender Strom wird durch das Widerstandsmaterial 926 gesendet. Der Strom durch das Widerstandsmaterial 926 verursacht, dass sich ein Fluid in der Düsenkammer 910 erwärmt und eine Dampfblase bildet. Die Dampfblase stößt dann das Fluid als ein Tröpfchen durch die Öffnung 904 und auf das Medium 130 aus.
  • Die Theorie der Operation der Photosensoren, wie z. B. der Photosensoren 710 und 711, ist Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt, und die grundlegende Operation ist in vielen Büchern über Halbleiterphysik beschrieben. Einige Beispiele umfassen: Introduction to Solid State Physics von Charles Kittel, siebte Auflage, 1996, John Wiley & Sons, Inc.; Physics of Semiconductor Devices von Michael Shur, 1990, Prentice-Hall, Inc.; Semiconductor Physics & Devices von Donald A. Neamen, zweite Auflage, 1997, The McGraw-Hill Companies, Inc.
  • 11 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das elektronische Hauptkomponenten der Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Speicher 602, Fluidausstoßarrays, wie z. B. Druckarrays 200, ein Abtastarray 202, einen Bildprozessor 610, einen Multiplexer (MUX) 606, eine Steuerung 612, einen Lichtquellentreiber 614, einen Prozessor 616, den Modulator 108, die Lichtquelle 106, einen Motorantrieb 618, einen Transportmotor 620, einen Spiegelmotor 622, einen Polygonalspiegel 112, eine Rolle 140, Codierer 621, 623, 624 und 626, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 628 und eine Scannerlichtquelle 630. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Uhr zum Steuern der Systemzeitgebung, die nicht gezeigt ist, um die Darstellung der Vorrichtung 100 zu vereinfachen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 612 eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (ASIC; application integrated specific circuit), die die meisten der rechentechnisch intensiven Aufgaben der Vorrichtung 100 ausführt, einschließlich Vorrichtungs- und Speichersteuerungsoperationen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Bildprozessor 610 auch eine ASIC. Der ROM 628 speichert Daten zum Hochladen und Initialisieren der Steuerung 612 und des Prozessors 616 sowie anderer Komponenten innerhalb der Vorrichtung 100. Der ROM 628 speichert ferner Farbabbildungen und Nachschlagtabellen für den Bildprozessor 610 und Motorcharakteristika der Motoren 620 und 622.
  • Während eines normalen Fluidausstoßauftrags, wie z. B. eines Druckauftrags, werden Bilddaten, Textdaten, photographische Daten oder Daten eines anderen Formats aus einem Hostcomputer und/oder anderen I/O-Vorrichtungen zu der Steuerung 612 ausgegeben und werden in dem Speicher 602 gespeichert. Die Steuerung 612 wandelt die empfangenen Daten in „Fleckdaten" um. Fleckdaten, wie hierin verwendet, bezeichnet ein Datenformat, das dem Fleckmuster entspricht, das gedruckt werden soll, um Medienmarkierungen zu erreichen, die gegebenen Eingangsdaten entsprechen. Fleckdaten für ein gegebenes Aktivierungselement 700 sind ein Bit mit einem ersten logischen Zustand, der anzeigt, dass das Aktivierungselement 700 ein Fluid abfeuern soll, oder einem zweiten logischen Zustand, der anzeigt, dass das Aktivie rungselement 700 das Fluid nicht abfeuern soll. Die Fleckdaten definieren Linien von Ausgangsflecken.
  • Die Steuerung 612 gibt Steuersignale zu dem Modulator 108 und dem Lichtquellentreiber 614 aus, um die Operation der Lichtquelle 106 basierend auf den Fleckdaten zu steuern, und aktiviert dadurch selektiv verschiedene Ausstoßelemente 702, um Fluidtröpfchen auszustoßen. Bei einem Ausführungsbeispiel wirkt der Modulator 108 als ein elektronisches Schließelement zum Pulsen der Lichtquelle 106, wenn ihr Lichtstrahl über die Anordnung 126 zum selektiven Beleuchten der gewünschten Photosensoren 710 in der Anordnung 126 abgetastet wird. Gemäß einem Verfahren zum Aktivieren von Ausstoßelementen 702 in Fluidausstoßarrays 200, werden die Ausstoßelemente 702 anfänglich deaktiviert. Die Lichtquelle 106 wird gepulst, wenn ihr Lichtstrahl 110 über die Anordnung 126 abgetastet wird, um die gewünschten Photosensoren 710 in den Arrays 200 selektiv zu beleuchten. Bei einem Ausführungsbeispiel verursacht die Beleuchtung eines Photosensors 710, dass das Ausstoßelement 702, das mit dem Photosensor 710 gekoppelt ist, getrieben wird. Das Ausstoßelement 702 verursacht, dass Fluidtröpfchen abgefeuert werden. Die Ausstoßelemente 702 werden dann deaktiviert. Der Zyklus wird dann wiederholt, bis der Druckauftrag abgeschlossen ist.
  • Während der Herstellung einer PWA sind einige der TIJ-Widerstandsschichten möglicherweise über das Array hinweg nicht einheitlich. Wenn eine TIJ-Widerstandsschicht nicht die entsprechenden Abmessungen aufweist, erwärmt sie sich möglicherweise nicht so weit, wie sie es sollte, wenn sie abgefeuert wird, was zu einer „schwachen" Düse führt. Es können auch andere Abweichungen bei den Charakteristika der Aktivierungselemente 700 vorliegen, was Einschaltenergien, Betriebsspannungen, Ströme, Ausstoßrichtwirkung und Impedanzen sowie andere Abweichungen umfasst.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden während des Herstellungs- und Wiederauffüll-Prozesses verschiedene Tests an jedem Aktivierungselement 700 in der Anordnung 126 ausgeführt und Daten, die die Charakteristika jedes Aktivierungselements 700 darstellen, werden auf einen Acumen auf der Arrayanordnung gespeichert und dann in den ROM 628 geladen. Während des Hochfahrens der Vorrichtung 100 liest die Steuerung 612 die Charakteristikadaten aus dem ROM 628 und moduliert dann die Lichtquelle 106 basierend auf den gespeicherten Daten. Zum Beispiel erhöht die Steuerung 612 für Aktivierungselemente 700, die als „schwache Düsen" betrachten werden, die Amplitude und die Pulsbreite der Lichtquelle 106 für diese Aktivierungselemente 700, was den Strom durch die Ausstoßelemente 702 für diese Aktivierungselemente 700 erhöht und/oder verursacht, dass eine größere Menge an Fluid ausgestoßen wird. Somit wird bei einem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem Pulsen der Lichtquelle 106 zum selektiven Aktivieren von Ausstoßelementen 702 die Intensität und die Pulsbreite des Lichtstrahls 110 aus der Lichtquelle 106 an einem Aktivierungselement 700 durch eine Basis des Aktivierungselements 700 variiert. Diese Amplitudenmodulation ändert die Energie, die zu individuellen Ausstoßelementen 702 geliefert wird, und stellt ein Werkzeug zur Tropfenvolumensteuerung und Halbtongebung bereit, was die Merkmale verbessert.
  • Die Amplitude, Pulsbreite und Form des Abtaststrahls 110 kann durch Modifizieren der Antriebsfunktion und Pulsbreitenmodulation des elektronischen Schließelements abgestimmt werden. Dieses Abstimmen des Lichtstrahls 110 ermöglicht das Liefern der geeigneten Einschaltenergie (TOE) für Ausstoßelemente 702, trägt zu der Vielseitigkeit der Vorrichtung 100 bei und verbessert den Gesamtertrag. Bei einer Form der Erfindung wird die Zeitgebung des Pulses der Lichtquelle 106 ebenfalls basierend auf den gespeicherten Charakteristikadaten eingestellt, um die Position zu steuern, wo der drei Mikrometer breite Lichtstrahl 110 jede 39 Mikrometer breite Photosite 710 trifft.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden die vier Fluidausstoßarrays 200 elektronisch gemultiplext, wobei jeweils eines der Arrays 200 zu jeder gegebenen Zeit aktiviert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet die Steuerung 612 nach jedem Abtastdurchlauf der Lichtquelle 106 ein Steuersignal zu dem Multiplexer 606, was verursacht, dass das gegenwärtig aktivierte Array 200 deaktiviert wird, und das nächste geeignete Array 200 aktiviert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 612 die geeigneten Zeiten zum Senden von Steuersignalen zu dem Multiplexer 606, durch Überwachen der Scheinpixel 206 in den Arrays 200 und 202, die anzeigen, wann der Lichtstrahl 110 einen Abtastdurchlauf abgeschlossen hat.
  • Für Bildabtastoperationen sendet die Steuerung 612 bei einem Ausführungsbeispiel ein Steuersignal zu dem Multiplexer 606, was verursacht, dass Druckarrays 200 deaktiviert und das Abtastarray 202 aktiviert werden.
  • Um das Multiplexen gemäß einem Ausführungsbeispiel auszuführen, wird die Massebusleitung 708 (gezeigt in 5) jedes Arrays 200 mit einem 3-Bit-Analog-Multiplexer 606 verbunden, der die Massebusleitung 708 zu einer Leerlaufschaltung für alle Arrays 200 außer ein gewünschtes der Arrays 200 einstellt. Für die Arrays 200, die durch den Multiplexer 606 auf eine Leerlaufschaltung eingestellt sind, wird keine Energie zu den Ausstoßelementen 702 dieser Arrays 200 geliefert. Eine Abfeuerenergie wird zu den Ausstoßelementen 702 für das Array 200 geliefert, das nicht auf eine Leerlaufschaltung eingestellt ist, wobei die Abfeuerenergie geliefert wird, wenn die Aktivierungselemente 700 innerhalb dieses Arrays 200 durch die Lichtquelle 106 beleuchtet sind. Derselbe Multiplexer 606 wird ebenfalls zum Deaktivieren aller Arrays 200 verwendet, wenn die Abtastfunktion ausgeführt wird.
  • Die Lichtquelle 630 wird durch den Prozessor 616 während des Abtastens gesteuert. Rohbilddaten werden aus den Photosensoren 711 in dem Abtastarray 202 zu dem Bildprozessor 610 ausgegeben. Bei einem Ausführungsbeispiel führt der Bildprozessor 610 Signalkompensationsoperationen, Bildverbesserungsoperationen, Farbabgleichsoperationen und andere Bildverarbeitungsoperationen an den Rohbilddaten aus, um digitale Bilddaten zu erzeugen, die ein abgetastetes Medium darstellen. Die digitalen Bilddaten werden zu der Steuerung 612 geliefert.
  • Zusätzlich zum Steuern der Lichtquelle 630 während des Abtastens führt der Prozessor 616 ferner verschiedene Operationen auf hoher Ebene innerhalb der Vorrichtung 100 aus, was das überwachen von Flags und anderen Statusinformationen umfasst, um der Steuerung 612 beim Steuern der Vorrichtung 100 zu helfen. Die Steuerung 612 und der Prozessor 616 steuern den Motorantrieb 618, der Motorantriebssignale zu dem Transportmotor 620 und dem Spiegelmotor 622 liefert. Der Transportmotor 620 verursacht, dass die Rollen 120, 124, 140 und 142 und das Sternrad 128 das Medium durch die Vorrichtung 100 weiterbewegen. In 11 ist eine einzelne Rolle 140 gezeigt, um die Darstellung zu ereinfachen. Der Spiegelmotor 622 ist mit dem Polygonalspiegel 112 gekoppelt und treibt den Spiegel 112 mit einer im Wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit.
  • Die geeigneten Bewegungsgeschwindigkeiten der Vorrichtung 100, wie z. B. die Geschwindigkeit des Transports eines Mediums durch die Vorrichtung 100, werden durch die Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Polygonalspiegels 112 bestimmt. Variationen und Fehler bei der Winkelgeschwindigkeit des Polygonalspiegels 112 führen zu Punktplatzierungsfehlern auf dem Medium. Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet die Vorrichtung 100 verschiedene Formen der Rückkopplung und Steuerung mit geschlossenem Regelkreis, um eine optimale Druckqualität zu erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der Abtastlichtstrahl 110 und Schein- Pixel 206 an einem Ende oder an beiden Enden der Anordnung 126 durch die Steuerung 612 verwendet, um Zeitgebungs- und Synchronisationssteuersignale auszulösen, um die Druckqualität zu verbessern.
  • Da Photosensoren 710 und 711 in den Arrays 200 und 202 ein Signal liefern, wenn sie durch den Abtastlichtstrahl 110 beleuchtet werden, sind Positionsinformationen über den Ort des Abtastlichtstrahls 110 verfügbar. Die Positionsinformationen werden in der Weise eines geschlossenen Regelkreises durch die Steuerung 612 verwendet, um die Winkelgeschwindigkeit des Polygonalspiegels 112 und die Zeitgebung der Modulation der Lichtquelle 106 zu steuern, auf eine Weise ähnlich zu der Weise, wie Codiererstreifen verwendet werden, um das Stiftabfeuern und die Steuerung der Abtastachse bei herkömmlichen Tintenstrahldruckern zu steuern. Die Steuerung 612 verwendet die Positionsinformationen, um die Zeitgebung der Modulation mit der Position des Abtastlichtstrahls 110 zu synchronisieren und dadurch einen räumlich genauen Pulszug zum Auslösen des Pulsens der Lichtquelle 106 zu erzeugen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel werden zweckgebundene Photosensoren (z. B. Scheinpixel 206) verwendet, um die Positionsinformationen für Synchronisierung und Zeitgebung zu liefern. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die Photosensoren 710/711, die zum Auslösen der Ausstoßelemente 702 und/oder für Bildabtastzwecke verwendet werden, ferner zum Identifizieren der Position des Abtastlichtstrahls 110 verwendet. Wenn genauere Positionsinformationen erwünscht sind, können die mehreren Arrays aus Photosensoren 710/711 mit einer beabsichtigten Positionsfehlübereinstimmung hergestellt werden, um im Wesentlichen einen Festkörpercodierer zu erzeugen, der ähnlich zu Quadraturplatten ist, die bei Codierersensoren für herkömmliche Tintenstrahldrucker verwendet werden.
  • Bei einer Form der Erfindung, um eine weitere Synchronisierung und Zeitgebungsgenauigkeit bereitzustellen, geben Codierer 621, 623, 626 und 624 Signale aus, die zum Bestimmen von Positions- und/oder Geschwindigkeitsinformationen im Hinblick auf die Motoren 620 und 622, den Polygonalspiegel 112 und eine oder mehrere der Rollen 120, 124, 140 und 142 bzw. das Sternrad 128 verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel geben die Codierer 621 und 624 Synchronisationssignale an den Motorantrieb 618 für die Papierantriebsachse für eine bessere Linienvorschubgenauigkeit aus, und die Codierer 623 und 626 geben Signale zu dem Motorantrieb 618 aus, um die Position und/oder Geschwindigkeit des Spiegelmotors 622 bzw. des Polygonalspiegels 112 anzuzeigen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung 126 konfiguriert, um mit anderen ähnlich konfigurierten Anordnungen austauschbar zu sein, so dass, wenn der Anordnung 126 das Fluid ausgeht, der Benutzer die Anordnung 126 zu einer autorisierten Einrichtung zurückbringen kann und eine andere Anordnung 126 erhalten kann, die mit Fluid gefüllt ist. Die zurückgebrachte Anordnung 126 wird dann zu einem autorisierten Wiederauffüllort geliefert. Dieser Wiederauffüllprozess ist ähnlich zu dem Prozess zum Wiederauffüllen von bestehenden elektrophotographischen Tonerkassetten und ermöglicht, dass ein Testen und eine Kalibrierung der Anordnung 126 nach jedem Wiederauffüllzyklus ausgeführt wird, um eine ordnungsgemäße Operation sicherzustellen und zu helfen, jegliche Verhaltensverschlechterung zu verhindern, die aufgrund mehrerer Füllzyklen auftreten könnte.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten PWA-Druckkopfanordnungen. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert ein Verfahren zum Auslösen und Treiben von Tintenstrahlelementen bei einer PWA-Druckkopfanordnung, das Komplexitäten und Schwierigkeiten minimiert, die mit herkömmlichen Verfahren zum Auslösen und Treiben von PWAs angetroffen werden. Ein Ausführungsbeispiel verwendet eine weniger komplexe Elektronik, liefert einen größeren Kopfertrag und erhöht die Geschwindigkeit gegenüber früheren PWAs. Eine Form der Erfindung liefert ein besseres Durchsatzverhalten als bestehende PWA-Systeme unter Verwendung einer kostengünstigen Tintenstrahldrucktechnik (thermisch oder piezoelektrisch). Ein Ausführungsbeispiel liefert einen Drucker mit kompakter Größe mit einer Geschwindigkeit, die mit existierenden elektrophotographischen Druckern vergleichbar ist, mit geringeren Kosten und niedrigerem Leistungsverbrauch. Ein Ausführungsbeispiel liefert ein Hochgeschwindigkeits-, High-End-PWA-System mit mehreren PWAs und mehreren Schreiblasern und Spiegeln für jede PWA, um den Durchsatz des Systems zu steigern. Für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet ist es ohne weiteres offensichtlich, dass die hierin beschriebenen Techniken an viele unterschiedliche Vorrichtungskonfigurationen angewendet werden können, was Low- und High-End-Farbdrucker (oder Schwarz-und-Weiß-Drucker) kompakte und nicht kompakte Drucker sowie andere Vorrichtungen umfasst.
  • Bei einer Form der Erfindung ist die grundlegende Architektur der PWA und der unterstützenden Elektronik viel weniger komplex als bei bestehenden PWAs, aufgrund des optischen Auslösens. Ein Beseitigen der Verbindungen, die Abfeuersignale zu den Ausstoßelementen tragen, gibt zusätzlichen Raum in der PWA frei, der für andere Zwecke verwendet werden kann, wie z. B. für die Spuren, die zum Liefern von Leistung zu den Ausstoßelementen verwendet werden. Zusätzlich zum Ermöglichen des optischen Auslösens und Bildabtastens liefert die Verwendung eines Glassubstrats zahlreiche andere Vorteile. Glassubstrate kosten im Allgemeinen weniger und haben eine größere Verfügbarkeit als Siliziumwafersubstrate. Aufgrund der relativ niedrigen Kosten von Glas können dickere und robustere PWAs kostengünstig unter Verwendung eines Glassubstrats gebildet werden. Ein Glassubstrat oder ein anderes transparentes Substrat ermöglicht, dass eine Metrologie unter Verwendung von sichtbaren Lichtwellenlängen ausgeführt wird. Zusätzlich dazu ist die Glasherstellungsindustrie gut etabliert und in der Lage, hoch qualitatives Glas optischer Qualität mit engen Größen- und Oberflächenrauheitstoleranzen auf kostengünstige Weise herzustellen.
  • Bei einer Form der vorliegenden Erfindung wird ein Seitenbreite-Scanner-Array 202 durch dieselben Prozesse wie die Fluidausstoßarrays 200 erzeugt, wodurch ein monolithisches Eingangs-/Ausgangsarray gebildet wird. Die zusätzliche Scannerfunktionalität wird bei einem Ausführungsbeispiel ohne wesentliche Kosten durch Verwenden der Beleuchtungsquelle realisiert, die bereits ein Teil des Systems für Fluidausstoßzwecke ist. Die Kombination der Fluidausstoß- und Abtastfunktionalität in einer einzelnen PWA-Anordnung ermöglicht, dass leistungsstarke Produkte erzeugt werden, was Multifunktionsprodukte (MFPs; multi-function products) umfasst, die Drucker-, Fax-, Kopierer- und Scannerfunktionen kombinieren.
  • Da das Abtastarray 202 bei einem Ausführungsbeispiel eine Eins-zu-Eins-Vergrößerung liefert, können die Sensororte sehr groß hergestellt werden im Vergleich zu herkömmlichen CCD-Sensoren (CCD = charge coupled device), mit einem um Größenordnungen größeren Integrationsbereich. Der größere Integrationsbereich führt zu einer schnelleren Integrationszeit sowie zu besseren Signal-zu-Rauschen-Verhältnissen und somit einem besseren dynamischen Bereich und einer besseren Abtastqualität. Zum Beispiel ist die Größe eines typischen CCD-Sensororts ungefähr 10 Mikrometer mal 10 Mikrometer, wohingegen mit der Eins-zu-Eins-Vergrößerung des Abtastarrays 202 die Größe der Sensororte bis zu 70 Mikrometer mal 70 Mikrometer für eine Auflösung von 300 DPI betragen kann, was ungefähr 49 mal den Integrationsbereich ergibt.
  • Zusätzlich dazu, da bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Abtastlichtquelle verwendet wird, im Gegensatz zu den Lichtquellen bei den meisten kostengünstigen Seitenbreite-Scannern, die heute erhältlich sind, die jeweils eine gesamte Seite beleuchten, kann mehr Licht auf jeden individuellen Photosensor 711 konzentriert werden, als es wirtschaftlich mit solchen existierenden Seitenbreite-Scannern möglich ist. Die existierenden kostengünstigen Seitenbreite-Scanner beleuchten die gesamte Seite mit einem relativ hohen Luxpegel, um die gewünschten Abtastgeschwindigkeiten zu erreichen. Mit der höher konzentrierten Abtastlichtquelle einer Form der Erfindung können höhere Abtastgeschwindigkeiten erreicht werden.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin zu Zwecken der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine große Vielzahl von alternativen und/oder entsprechenden Implementierungen für die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Fachleute auf dem Gebiet der Chemie-, Mechanik-, Elektromechanik-, Elektrik- und Computertechnik werden ohne weiteres erkennen, dass die vorliegende Erfindung in einer großen Vielzahl von Ausführungsbeispielen implementiert sein kann. Daher ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims (10)

  1. Ein Drucksystem (100), das folgende Merkmale aufweist: eine Seitenbreite-Array-Druckkopf-Anordnung (126), die eine Mehrzahl von Fotosensoren (710) und ein erstes Seitenbreite-Array von Fluidausstoßelementen (702) umfasst, wobei jeder Fotosensor konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, wenn derselbe beleuchtet ist, wobei jedes der Fluidausstoßelemente konfiguriert ist, um zu bewirken, dass ein Fluid ausgestoßen wird, wenn das Fluidausstoßelement aktiviert ist, wobei jeder der Fotosensoren mit einem jeweiligen der Fluidausstoßelemente über einen Mehrtransistorverstärker zum Aktivieren des Fluidausstoßelements gekoppelt ist; eine erste Lichtquelle (106), die einen Lichtstrahl (110) emittiert; ein Steuersystem (112, 116, 612, 616, 618 und 622), das den Lichtstrahl abtastend über die Druckkopfanordnung bewegt und das die Fotosensoren selektiv beleuchtet, wodurch die Fluidausstoßelemente aktiviert werden, die mit den beleuchteten Fotosensoren gekoppelt sind; und wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um die Position des Lichtstrahls basierend auf Ausgaben der Mehrzahl von Fotosensoren zu identifizieren.
  2. Das Drucksystem gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist.
  3. Das Drucksystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Steuersystem einen Modulator (108) zum Modulieren der ersten Lichtquelle umfasst.
  4. Das Drucksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Speichervorrichtung (628) zum Speichern von Charakteristikadaten, die Charakteristika der Druckkopfanordnung darstellen; und wobei das Steuersystem konfiguriert ist, um an der ersten Lichtquelle eine Amplituden- und Pulsbreitenmodulation basierend auf den gespeicherten Charakteristikadaten durchzuführen.
  5. Das Drucksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuersystem einen polygonalen Spiegel (112) umfasst, der zum Drehen konfiguriert ist und zum Ablenken des Lichtstrahls konfiguriert ist.
  6. Das Drucksystem gemäß Anspruch 5, bei dem das Steuersystem eine Linse (116) mit fθ-Charakteristika zum Lenken des abgelenkten Lichtstrahls auf die Druckkopfanordnung umfasst.
  7. Das Drucksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner folgende Merkmale aufweist: ein zweites, ein drittes und ein viertes Seitenbreite-Array von Fluidausstoßelementen, die im Wesentlichen genauso wie das erste Seitenbreite-Array von Fluidausstoßelementen konfiguriert sind.
  8. Das Drucksystem gemäß Anspruch 7, bei dem der Lichtstrahl gleichzeitig Fotosensoren für jedes der vier Seitenbreite-Arrays von Ausstoßelementen beleuchtet, wobei das System ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Multiplexer (606), der mit den vier Seitenbreite-Arrays von Ausstoßelementen zum Freigeben und Sperren ausgewählter der vier Arrays gekoppelt ist.
  9. Das Drucksystem gemäß Anspruch 7, bei dem der Lichtstrahl zu einem Zeitpunkt Fotosensoren für ein einziges der vier Seitenbreite-Arrays von Ausstoßelementen beleuchtet und bei dem das Steuersystem einen polygonalen Spiegel (112) umfasst, der zum Drehen konfiguriert ist und zum Ablenken des Lichtstrahls konfiguriert ist, wobei der polygonale Spiegel eine Mehrzahl von Reflexionsoberflächen (113) umfasst, die jeweils in einem unterschiedlichen Winkel in Bezug auf eine zentrale Achse des polygonalen Spiegels positioniert sind, um den Lichtstrahl auf Fotosensoren für unterschiedliche der vier Seitenbreite-Arrays abzulenken.
  10. Ein Verfahren zum Abfeuern von Fluidausstoßelementen (126) einer Seitenbreite-Array-Druckkopf-Anordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Emittieren eines Lichtstrahls (110) zu einer Mehrzahl von Fotosensoren (710) hin, wobei jeder Fotosensor mit einem jeweiligen der Fluidausstoßelemente über einen Mehrtransistorverstärker gekoppelt ist, wobei jeder Fotosensor konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal basierend auf erfasstem Licht zu erzeugen; abtastendes Bewegen des Lichtstrahls über die Druckkopfanordnung; Modulieren (108) des Lichtstrahls, während derselbe über die Druckkopfanordnung abtastend bewegt wird, um gewünschte der Fotosensoren selektiv zu beleuchten, wodurch verstärkte elektrische Signale erzeugt werden und die Fluidausstoßelemente, die mit den beleuchteten Fotosensoren gekoppelt sind, aktiviert werden und Fluid ausgestoßen wird; und Identifizieren der Position des Lichtstrahls an der Druckkopfanordnung basierend auf Ausgaben der Mehrzahl von Fotosensoren.
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