JP2008110616A - 光センサによって駆動される流体射出デバイスの射出素子およびその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
ページ幅のアレイ(PWA)を有するプリントヘッドアセンブリの信号伝達を容易にする。
【解決手段】
駆動素子700が、駆動されるときに関連するノズルチャンバから流体が射出されるようにする射出素子702を含んでいる。射出素子702には、光センサ710が結合している。光センサ710は、光源106からの光110を受けると、光センサ710に結合した射出素子702を駆動するよう構成されている。
【選択図】 図6B
ページ幅のアレイ(PWA)を有するプリントヘッドアセンブリの信号伝達を容易にする。
【解決手段】
駆動素子700が、駆動されるときに関連するノズルチャンバから流体が射出されるようにする射出素子702を含んでいる。射出素子702には、光センサ710が結合している。光センサ710は、光源106からの光110を受けると、光センサ710に結合した射出素子702を駆動するよう構成されている。
【選択図】 図6B
Description
本発明は流体射出デバイスに関する。より詳細には、本発明は、光センサによって駆動する流体射出デバイスの射出素子に関する。
インクジェットプリントの技術は、比較的盛んに開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックプロッタ、ファクシミリ機、および多機能機等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術によって実現されている。一般的に、インクジェット画像は、インクジェットプリントヘッドアセンブリとして知られているインク滴生成アセンブリが放出するインク滴をプリント媒体上に正確に配置することによって形成される。インクジェットプリントヘッドアセンブリは、少なくとも1つのプリントヘッドを含む。インクジェットプリンタは、少なくとも1つのインク供給源を有する。インク供給源は、インク槽を有するインク容器を含む。インク供給源は、インクジェットプリントヘッドアセンブリとともに収容しても、インクジェットプリントヘッドアセンブリとは別個に収容してもよい。従来のインクジェットプリントヘッドアセンブリのなかには、ページ幅のうちの限られた部分のみにわたり、ページを横切ってスキャンするものもある。インクジェットプリントヘッドアセンブリは、プリント媒体表面の上方を横切る可動キャリッジ上に支持され、マイクロコンピュータやその他のコントローラのコマンドに従って適切な時点においてインク滴を噴出するよう制御される。この場合、インク滴を付着させるタイミングは、プリントしている画像の画素のパターンに対応するように意図される。
ページ幅のアレイ(PWA)を有するプリントヘッドアセンブリは、ページ幅(例えば、8.5インチ、11インチ、A4幅)の全体にわたり、媒体経路に関して固定されている。PWAプリントヘッドアセンブリは、ページ幅全体にわたる数千個のノズルを有するPWAプリントヘッドを含む。PWAプリントヘッドアセンブリは通常、紙経路に直交する向きになっている。動作中において、PWAプリントヘッドアセンブリは固定され、媒体はアセンブリの下で移動する。ページがPWAプリントヘッドアセンブリに関して移動する際に、そのアセンブリは1つまたはそれよりも多い行を一度にプリントする。
PWAプリントヘッドアセンブリ内のノズルチャンバはそれぞれ、通常、射出素子、チャンバ層、および基板を含む。射出素子として発射抵抗器を用いる場合には、発射抵抗器は基板上のチャンバ内に配置される。動作中において、ノズルチャンバは、インク供給源から入口チャネルを経由するインクを受け取る。次に発射抵抗器を駆動し、発射抵抗器に接するインクを加熱して蒸気の気泡を形成させる。するとその気泡のために、インクがノズルを通って滴となり、媒体(例えば、紙、透明シート)上へと射出される。速度、体積、および向きを繰り返し再現可能な滴がそれぞれのノズルから射出されて、文字、グラフィックス、および写真画像が媒体上に効果的に刷り込まれる。
圧電タイプのPWAプリントヘッドアセンブリにおける射出素子は、通常圧電セラミック層を含む。圧電セラミック層は、チャンバの外になる側にある柔軟性を有する壁に取り付けられた圧電セラミック材料から成っている。動作中には、ノズルチャンバは、インク供給源から入口チャネルを経由するインクを受け取る。次に圧電セラミック材料を駆動して、壁をチャンバ内へと変形するようにする。すると、生成する圧力によって、インクがノズルを通って滴となり、媒体(例えば、紙、透明シート)上へと射出される。速度、体積、および向きを繰り返し再現可能な滴がそれぞれのノズルから射出されて、文字、グラフィックス、および写真画像が媒体上に効果的に刷り込まれる。
PWAプリントヘッドアセンブリにおいては多数のノズルがあるため、また、このようなアセンブリは通常1回にページ幅の行を1つまたはそれよりも多くプリントするため、所与の時間に生成するタイミング信号および制御信号は、スキャンタイプのプリントヘッドアセンブリのものよりも実質的に多い。多数の文字ではなく、多数の行をプリントするには、さらに数千個多いノズルの発射を制御しなければならない。信号はそのようなノズルの数千個多い発射抵抗器に伝送されなければならない。
通常のPWAインクジェットプリンタにおいては、複雑な電子技術および相互接続を用いて必要な信号を生成し、適切な場所にルーティングしてきた。PWAインクジェットプリンタのなかには、プリントヘッドアセンブリに取り付けられ、プリントプロセッサからアドレスした発射抵抗器へと信号を搬送する信号経路を含む、フレキシブルプリント回路(フレックス回路)を用いるものもある。
また、信頼性が高く歩留まりが高いページ幅のアレイを費用効果的な方法で製造することも、要求されている。
本発明の目的は、流体射出デバイスの駆動素子を提供することである。
駆動素子は、駆動されるときに関連するノズルチャンバから流体が射出されるようにする射出素子を含む。射出素子には、光センサが結合している。光センサは、光源からの光を受けると、光センサに結合した射出素子を駆動するよう構成されている。
本発明の各実施形態は、従来のPWAプリントヘッドアセンブリよりも優れた利点を多数提供する。本発明の一実施形態は、従来のPWAをトリガおよび駆動する方法が直面する複雑さおよび問題を最小限にする、PWAプリントヘッドアセンブリにおけるインクジェット素子をトリガおよび駆動する方法を提供する。一実施形態は、従来のPWAと比較して、用いる電子技術がより簡単で、ヘッドの歩留まりを高くし、速度が速い。本発明の一実施形態は、低コストのインクジェットプリント技術(熱または圧電)を用いる既存のPWAシステムと比較して、よいよいスループット性能を提供する。一実施形態は、より低コストおよびより低消費電力で既存の電子写真式プリンタに匹敵する速度の、コンパクトサイズのプリンタを提供する。一実施形態は、システムのスループットを高速化するために、多数のPWAを有し、それぞれのPWAについて多数の書込みレーザおよびミラーを有する、高速で上位モデルのPWAシステムを提供する。当業者には、本明細書において説明する技術を、下位モデルおよび上位モデルのカラー(またはモノクロ)プリンタ、コンパクトおよびコンパクトでないプリンタ、およびその他の装置を含む、多くの異なる装置構成に適用することができることが容易に明白であろう。
本発明の一実施形態において、PWAおよび支援する電子技術の基本的構成は、光学的トリガを用いているため、既存のPWAよりもはるかに簡単である。発射信号を射出素子に伝える相互接続をなくすことによって、PWA内でさらなるスペースが空く。このスペースを、射出素子に電力を送出するのに用いるトレース用等、他の目的に用いることができる。ガラス基板を用いることによって、光学的トリガおよび画像スキャンを容易にすることに加えて、その他多数利点が提供される。ガラス基板は一般的に、シリコンウエハー基板よりも、低価格で可用性が高い。ガラスは比較的低価格なので、ガラス基板を用いて、費用効果的により厚く頑健なPWAを形成することができる。ガラス基板、またはその他透明な基板であれば、可視光波長を用いて計測を行うことができる。さらに、ガラス製造産業は十分確立しており、最小限のサイズおよび表面粗さが許容範囲である高品質の光学グレードのガラスを、費用効果的な方法で製造することができる。
本発明の一実施形態において、流体射出アレイ200と同じプロセスでページ幅のスキャンアレイ202を製造し、それによってモノリシックの入出力アレイを形成する。付け加えたスキャナ機能は、一実施形態において、流体射出の目的のために既にシステムの一部である光源を用いることによって、実質的なコストなしで実現される。単一のPWAアセンブリにおいて流体射出およびスキャン機能を組み合わせることによって、プリンタ、ファクシミリ、複写機、およびスキャナの機能を組み合わせた多機能複合機(MFP)を含む、強力な製品を製造することができる。
一実施形態において、スキャンアレイ202は倍率が1対1なので、何桁も大きい積分面積で(with orders of magnitude larger integration area)、センサのサイトを、従来のCCD(電荷結合素子)センサと比較して非常に大きくとることができる。積分面積が大きいほど、積分時間が高速になり、信号対雑音比が向上する結果になるので、ダイナミックレンジおよびスキャン品質が改善される。例えば、典型的なCCDセンサ場所のサイズは、約10マイクロメートル×10マイクロメートルであるのに対し、スキャンアレイ202の倍率が1対1であれば、センサ場所のサイズは、解像度が300DPIの場合70マイクロメートル×70マイクロメートルもの大きさにすることができ、積分面積が約49倍になる。
さらに、現在利用できる低コストのページワイドスキャナの大部分における、一度にページ全体に光を当てる光源とは対照的に、本発明の一実施形態においてはスキャン光源を用いているので、そのような既存のページワイドスキャナで経済的に可能なものよりもはるかに多くの光を、それぞれの個々の光センサ711に集束することができる。既存の低コストのページワイドスキャナは、かなり高い照度レベルでページ全体に光を当てて、所望のスキャン速度を達成する。本発明の一実施形態の、より集束したスキャン光源で、より速いスキャン速度を達成することができる。
以下の詳細な説明において、添付図面を参照する。添付図面は、説明の一部を形成し、添付図面において、例示として、本発明を実施してもよい具体的な実施形態が示される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的または論理的変更を行ってもよいことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で考えてはならず、本発明の範囲は、併記の特許請求の範囲によって規定される。
本発明の一実施形態において、ページ幅のアレイの(PWA)プリントヘッドアセンブリにおけるインクジェット素子等の流体射出素子は光学的に駆動する。本実施形態において、光線は、PWAプリントヘッドアセンブリの上をスキャンするときに変調され、所望のインクジェット素子を選択的に発射し、それによって4つのカラープレーン(すなわち、シアン、マゼンタ、イエロー、およびブラック)のそれぞれについて所望のラスタパターンを生成し、そうして所望の画像を生成する。本発明の一形態において、比較的少しの追加コストで、単一のPWAプリントヘッドアセンブリが、プリントヘッドとイメージスキャナの両方の機能を果たす。
図1は、PWAインクジェットプリンタおよびスキャナ装置等における流体射出およびスキャン装置100の側面図であり、本発明の一実施形態による装置100の主要な内部構成要素を示す。装置100は、側面ガイド102A、102Bを有する媒体フィーダ102、光源106、変調器108、回転ポリゴンミラー112、偏向ミラー(deflection mirrors)114および118、レンズ116、流体供給源122、流体射出およびスキャンアセンブリ126、ローラ120、124、140および142、スターホイール128、およびプリント回路アセンブリ(PCA)138を含む。フィーダ102は、媒体のスタック104(例えば、紙、透明シート)を保持する。この特定の実施形態において、プリントした媒体は、媒体出口を通って射出される前に、ヒータ素子150によって乾燥される。
一実施形態において、ローラ120、124、140、142、およびスターホイール128は、アセンブリ126によって略一定の速度で媒体を搬送する定速移動(constant motion)システムの一部である。定速移動システムは、通常、不連続移動(discrete motion)システムよりも正確かつ制御可能である。他の実施形態において、媒体移動は、真空プラテン(vacuum platen)によって連続的な方法で行われてもよい。連続媒体移動の利点としては、バンディングが低減しドット配置の精度が上がることによって、プリント品質が上がることを含む。他の実施形態において、不連続移動媒体搬送機構を用いてもよい。
一実施形態において、アセンブリ126は、長さが少なくともページ幅(例えば、8.5インチ、11インチ、あるいは、A4幅)にわたっており、略静止しているアセンブリ126に対して媒体130が移動する際に、媒体130上に流体滴を射出する。一実施形態において、流体は、流体供給源122からアセンブリ126に供給される。他の実施形態において、アセンブリ126は、1つまたはそれよりも多い内部流体供給源を含む。本発明の一形態において、多数のアセンブリ126が組み合わさって、より大きいおよび/またはより高速のアセンブリが形成される。
PCA138上には、少なくとも1つの入出力ポート134と、本明細書において説明するさまざまな処理および制御機能を果たす複数の電子回路チップ136A〜136Bとが搭載されている。入出力ポート134にはケーブル132が結合しており、本発明の一実施形態において、ケーブル132は、ホストコンピュータ(図示せず)に結合するよう構成されている。説明を簡単にするために、図1には入出力ポート134とケーブル132とを1つずつ示しているが、当業者であれば、装置100は、電話ポート、セントロニクスポート、スマートメディアメモリデバイス、固体記憶システム、赤外線および/またはその他のワイヤレスポート、および当該産業において通常利用できるその他の通信プロトコル等、多数のさまざまなタイプの従来の入出力ポートを組み込んでもよいことが理解されるであろう。
本発明の一実施形態において、光源106からミラー112、114、118を経由してアセンブリ126まで、光路110が形成される。偏向ミラー114、118は、装置100のサイズを小さくする目的で、光路を曲げるよう取り付けられている。このようにサイズを小さくすることが所望されない場合には、ミラー114、118はなくてもよい。
図2は、アセンブリ126の実施形態を示す平面図である。アセンブリ126を媒体130の上方に配置して示し、媒体移動の向きを、媒体130の上方にある矢印によって示す。一実施形態において、アセンブリ126は、図2において線200A−200Dで表す、プリントアレイ等の4つの流体射出アレイを含み、これらを総称して、流体射出アレイ200と呼ぶ。アセンブリ126は、1つのスキャンアレイ202も含む。一実施形態において、流体射出アレイ200Aは、ブラックのカラーのインクのドットを射出する、ブラックのプリントアレイであり、流体射出アレイ200Bは、マゼンタのカラーのインクのドットを射出する、マゼンタのプリントアレイであり、流体射出アレイ200Cは、イエローのカラーのインクのドットを射出する、イエローのプリントアレイであり、流体射出アレイ200Dは、シアンのカラーのインクのドットを射出する、シアンのプリントアレイである。
スキャンアレイ202は、媒体のデジタル画像を生成する画像データをキャプチャーするよう構成されている。カラープリントではなくモノクロプリントの場合には、単一の流体射出アレイ200が所望される。カラーの順番は、インクのタイプその他書込みシステムの要因次第で変更してもよい。
図3Aは、本発明の一実施形態によるアセンブリ126の簡略端面図または側面図である。流体射出アレイ200およびスキャンアレイ202は、基板310上に形成される。一実施形態において、スキャンアレイ202に透明な窓402が形成される。アセンブリ126は、互いに対向する表面126A、126Bを含む。
本発明の一形態によるプリントモードにおいて、媒体130は、アセンブリ126の表面126Bに近接して搬送され、表面126Bにおけるアレイ200から媒体130上に流体が射出される。本発明の一形態において、アセンブリ126は保護カバー306を含む。保護カバー306は、流体射出アレイ200が射出する流体の滴がそれてスキャンアレイ202を汚染してしまうことを防止する助けになる。
一実施形態によるスキャンモードにおいて、媒体130は、アセンブリ126の表面126Bに近接して搬送され、プリントした画像をスキャンアレイ202で検知することができるようにする。一実施形態において、保護カバー306は着脱式であり、取り外して画像スキャンを行う。一実施形態において、カバー306の内部は、スキャナを画素ごとに(pixel−to−pixel)較正する、ホワイトの較正表面を含む。
図3Bは、本発明の一実施形態によるアセンブリ126の簡略化した端面図または側面図である。図3Bは図3Aと同様であり、同じ参照番号は同じ記号を示すが、図3Bはスキャンアセンブリまたはスキャンアレイ202を含まないという点が異なる。
基板310上に流体射出アレイ200が形成される。アセンブリ126は、互いに対向する表面126A、126Bを含む。本発明の一実施形態によるプリントモードにおいて、媒体130は、アセンブリ126の表面126Bに近接して搬送され、表面126Bにおけるアレイ200から媒体130上に流体が射出される。
図4Aは図2の断面線4A−4Aから見た断面図であり、本発明の一実施形態による流体射出アレイ200Dの一部の主要な構成要素を示している。一実施形態において、流体射出アレイ200A〜200Cは、流体射出アレイ200Dについて図示し本明細書において説明するのと略同じ方法で構成されている。本発明の一実施形態において、流体射出アレイ200Dは、オリフィス板902、流体チャネル908、ノズルチャンバ910、バリアー層912、抵抗器保護層914、抵抗器電極916、918、電極920、ゲート酸化物層922、バイア924、抵抗器材料926、ポリシリコン層928、ドープしたウェル930、932、光センサ電極933、SiO2パッシベーション層934、および基板310を含む。
一実施形態において、基板310は透明のガラス基板であり、アレイ200、202は、薄膜技術(TFT)およびアモルファスシリコンを用いて製造される。これについては以下でさらに詳細に説明する。他の実施形態において、基板310は略透明のポリマー、またはその他略透明の材料である。
SiO2パッシベーション層934は、基板310上に形成されて、基板310からの不純物がポリシリコン層928に達しないようにする。抵抗器材料926は、SiO2パッシベーション層934の上に形成される。抵抗器電極916、918は、抵抗器材料926のそれぞれの端部に形成される。
ポリシリコン層928は、まずSiO2パッシベーション層934上にアモルファスシリコンの薄膜層を堆積することによって形成される。次にこのアモルファスシリコンをレーザーによって再結晶化させる。堆積したシリコンの温度が局所的に上昇し、除冷され、それによってシリコンが再結晶する。このプロセスは、結晶粒界を出来得る限り少なくし、アモルファスシリコンの電子移動度特性を高める。
本発明の他の実施形態において、基板310に石英ガラスを用いる。石英ガラスは高いガラス転移温度を有し、シリコン928をオーブン内で再結晶させることができる。再結晶化の後に、ポリシリコン層928の上にゲート酸化物層922を堆積し、次にこのゲート酸化物層922をエッチングして、ドーパントが拡散する経路を設ける。ドーパントは、ポリシリコン層928内へと拡散し、ドープしたウェル930、932を形成する。一実施形態において、電界効果トランジスタ802、806(図5に示す)が、駆動回路領域940内に配置されており、ドープしたウェル930とその周囲のポリシリコン928とから形成される。一実施形態において、光センサ710(図5に示す)が、感光性領域942に配置されており、ドープしたウェル932とその周囲のポリシリコン928とから形成される。ゲート酸化物層922上にアルミニウム金属層を堆積し、次にエッチングして電極920を形成する。
一実施形態において、ポリシリコン層928はP型の半導体材料であり、ドープしたウェル930、932は、ポリシリコン層928内にN型のドーパントを拡散することによって形成される。他の実施形態において、ポリシリコン層928はN型の半導体材料であり、ドープしたウェル930、932は、ポリシリコン層928内にP型のドーパントを拡散することによって形成される。
抵抗器保護層914は、抵抗器電極916、918、抵抗器材料926、電極920、およびゲート酸化物層922の上方に形成される。バリアー層912は、抵抗器保護層914の上に形成されており、ノズルチャンバ910を画定する。オリフィス板902は、バリアー層912上でノズルチャンバ910および流体チャネル908の上方に形成される。一実施形態において、オリフィス板902とバリアー層912とは一体になっている。オリフィス904は、矢印906で示すように、ノズルチャンバ910内の流体に出口経路を提供する。
流体射出(またはスキャン)中には、アセンブリ126の表面126Bに近接して媒体130が供給される。一実施形態において、媒体130がアセンブリ126に対して移動する際に、ノズルすなわちオリフィス904から流体滴が射出され、文字または画像を表すマーキングを形成する。一実施形態において、アセンブリ126は、その長さにわたり数千個のノズル904を含むが、所与の時間において、選択された射出素子(例えば、抵抗器材料926)のみが駆動されて、流体滴を射出して所望のマーキングを行う。
図4Bは、図2の断面線4B−4Bから見た断面図であり、本発明の一実施形態によるスキャンアレイ202の一部の主要な構成要素を示す。一実施形態において、スキャンアレイ202は、基板310上に形成された複数の薄膜層403〜408、ドープしたウェル410A〜410D、および電極412A〜412Hを含む。本発明の一実施形態において、層403は透明のSiO2層であり、層404は金属であり、層405は透明のSiO2絶縁層であり、層406はポリシリコンであり、層407は透明のゲート酸化物であり、層408は透明の保護SiO2層である。
本発明の一実施形態において、スキャンアレイ202の層403、404、406、407は同じ材料から形成されており、それぞれ、流体射出アレイ200における層934、933、928、922(図4Aに示す)に対応する。一実施形態において、スキャンアレイ202と流体射出アレイ200の対応する層は同時に堆積され、適切なマスクおよびエッチング段階が行われて、図示し本明細書において説明するアレイ200、202のさまざまな特徴が形成される。
本発明の一実施形態において、基板310上にSiO2層403が形成される。SiO2層403の上に金属層404が形成され、この金属層404をエッチングして透明な窓402を形成する。これについては以下により詳細に説明する。本実施形態において、金属層404および層403の上にSiO2絶縁層405が形成される。絶縁層405上にポリシリコン層406が形成される。ポリシリコン層406内にドーパントを拡散することによって、ポリシリコン層406内にドープしたウェル410A〜410Dが形成される。ポリシリコン層406上に電極412A〜412Hが形成され、これらの電極をゲート酸化物層407が取り囲む。ゲート酸化物層407上に保護SiO2層408が形成される。
一実施形態において、ポリシリコン層406とドープしたウェル410A〜410Dとは、ポリシリコン層928とドープしたウェル930、932とについて上述したのと同じ方法で形成される。一実施形態において、ポリシリコン層406はP型の半導体材料であり、ドープしたウェル410A〜410Dは、ポリシリコン層406内にN型のドーパントを拡散することによって形成される。他の実施形態において、ポリシリコン層406はN型の半導体材料であり、ドープしたウェル410A〜410Dは、ポリシリコン層406内にP型のドーパントを拡散することによって形成される。
本実施形態において、透明な窓402は、略透明な層310、403、405、407、408を貫いて形成される。一実施形態において、窓402の幅は、1インチ(=2.54cm)当たり100ドット(100DPI)の場合は約0.01インチであり、300DPIの場合は約0.0033インチ(=0.08382mm)であり、600DPIの場合は約0.00166インチ(=0.04191mm)であり、1200DPIの場合は約0.000833インチ(=0.020955)である。一実施形態において、媒体130とアセンブリ126の表面126Bとの間の距離は約0.1ミリメートル以下である。
ドープしたウェル410A〜410Dとその周囲のポリシリコン406とから、2つの光センサ711が形成される。説明を簡単にするために図4Bにおいては光センサ711を2つだけ示すが、一実施形態において、同じ基本的な光センサ構成が(図面の紙の平面と垂直な方向に(into the paper))さらに多く何度も繰り返され、ページ幅全体にわたるスキャンアレイ202を形成する。さらに、図4Aにおいては感光性領域942(ここに光センサ710が形成される)を1つ示すが、一実施形態において、図示の光センサ710に近接してあと3つ光センサ710があり、さらに多く光センサ710が図面の紙の平面と垂直な方向にある。本発明の一実施形態において、光センサ710、711のそれぞれの活性領域は、幅が約39ミクロンである(600DPIの場合)。
本発明の一実施形態において、スキャンアレイ202における光センサ711は、2つのグループ400A、400Bにまとまっており、グループごとに異なる空間周波数を有する。両方のグループ400A、400Bからの信号は逆コンボリューションされて(deconvolved)、高い解像度が得られる。一実施形態において、グループ400Bの空間周波数は、グループ400Aの空間周波数の95パーセントである。
本発明の一実施形態において、スキャンアレイ202の光センサ711は、流体射出アレイ200の光センサ710と構造が同様であり、同じ製造工程で形成される。
図5は、本発明の一実施形態による流体射出アレイ200およびスキャンアレイ202の主要な構成要素を示す概略の電気回路図である。スキャンアレイ202は、グループ400A、400Bにまとまった複数の光センサ711を含む。図5に示す実施形態において、光センサ711はフォトダイオードである。それぞれの光センサ711は、電源(Vps)705と接地バスライン708との間に結合している。光センサ711は、光を受けると信号を出力し、この信号は、光センサ711に入射する光の強さに基づいて大きさが変わる。
それぞれのアレイ200は、複数の感光性駆動素子700を含む。それぞれの駆動素子700は、熱インクジェット(TIJ)素子や圧電インクジェット(PIJ)素子等の射出素子702と、光学的トリガ回路703とを含む。図示の実施形態において、射出素子702は熱インクジェット抵抗器である。それぞれの光学的トリガ回路703は、増幅器706、ラッチ807、および光センサ710を含む。一実施形態において、ラッチ807はT型フリップフロップである。
光センサ710は、入力した光線110を電気信号に変換する。後述するように、流体射出アレイ200における光センサ710が生成する電気信号を用いて、光センサ710に結合した射出素子702をトリガする。
増幅器706は、トランジスタ802、806を含む。一実施形態において、トランジスタ802、806は電界効果トランジスタ(FET)である。アモルファスシリコンの電子移動度は結晶シリコンと比べて低いので、本実施形態において、シリコン基板である場合と比較してガラス基板310の場合には、トランジスタ802、806の幅を広くしている。一実施形態において、トランジスタ802は長さが約2〜3マイクロメートル、幅が約100〜500マイクロメートルである。トランジスタ806は長さが約1〜2マイクロメートル、幅が約200〜1000マイクロメートルであり、抵抗器702の抵抗は、約30〜1500オームの範囲である。他の実施形態において、光学的トリガ回路703に他の構成や構成要素寸法を用いてもよい。
それぞれの光センサ710は、電源(Vref)704に結合している。それぞれの光センサ710の出力段は、対応するラッチ807の入力に結合している。それぞれのラッチ807の出力(Q)は、対応するトランジスタ802のゲートに結合している。各トランジスタ802のドレインは電源704に結合しており、各トランジスタ802のソースは対応するトランジスタ806のゲートに結合している。各トランジスタ806のドレインは電源704に結合しており、各トランジスタ806のソースは対応する抵抗器すなわち射出素子702に結合している。各抵抗器702は、対応するトランジスタ806のソースと接地バスライン708との間に結合している。
光源106からの光によって駆動素子700が駆動されると、光センサ710が導通する。光センサ710が光を受けて導通し、トランジスタ802をオンにするようラッチ807をセットすると、トランジスタ802は、トランジスタ806もオンになるようにする。本実施形態において、トランジスタ802は、電圧で制御された(電圧制御、voltage controlled)ターンオンFETの役割を果たし、トランジスタ806は、電流で制御された(電流制御、current−controlled)駆動FETの役割を果たす。するとトランジスタ806は、抵抗器702に通電する(excite)駆動電流を供給し、すると抵抗器702が加熱されて対応するノズルチャンバ内から流体が射出される。一実施形態において、流体のうちの少なくともいくらかが動かされて、滴として射出されるようになっている。一実施形態においては、それに続いて、光センサ710に入射する第2の光パルスによってラッチ807がリセットされ、それによって回路がオフになる。
一実施形態において、それぞれのアレイ200は、アレイ200の最初と最後に少なくとも1つのダミー画素206を含む。図5のダミー画素206は、駆動素子700と略同じに構成されているが、射出素子702またはラッチ807は含まない。このようなダミー画素206によって、時間および位置同期信号での制御回路が提供される。
図5に示す実施形態において、光センサ710はフォトダイオードである。本発明の他の実施形態において、光センサ710はフォトトランジスタとして実施され、それによってトランジスタ802は置き換えられる。フォトトランジスタとして実現する光センサ710を有する他の実施形態において、アスペクト比が特別の電界効果トランジスタをインクジェット加熱抵抗器素子702として用い、別個のTIJ抵抗器は用いない。
図6Aは、本発明の一実施形態による光センサ711同士の間の間隔をより詳細に示す、図5に示すスキャンアレイ202の一部の概略の電気回路図である。図示の実施形態において、グループ400Aの光センサ711同士は距離Xだけ互いに間隔を置いて配置されており、グループ400Bの光センサ711同士は距離0.95Xだけ互いに間隔を置いて配置されている。例えば、グループ400Aの光センサ711同士が300DPIというピッチで互いに間隔を置いて配置されているとすると、グループ400Bの光センサ711は、300DPIのピッチの0.95倍のピッチ、すなわち314DPIというピッチで互いに間隔を置いて配置されることになる。一実施形態において、2つの互いに隣接する光センサ711(すなわち、一方の光センサ711はグループ400Aで、隣接する光センサ711はグループ400B)を、本明細書においてスキャンアレイ素子712(図7に示す)と呼ぶ。
図6Bは、本発明の一実施形態による図5に示す駆動素子700のうちの1つの主要な構成要素を示す、概略電気図/ブロック図である。図5に示すように、図6Bに示す単一の駆動素子700が何度も繰り返され、流体射出アレイ200を形成する。繰り返しの程度は、所望の解像度、ジェットの冗長さ(jet redundancy)、および装置100の幅に依存する。以下の表1は、本発明の一実施形態によるさまざまな解像度についてのアセンブリ126における駆動素子700およびスキャンアレイ素子712(図7に示す)の数を示す。
それぞれの駆動素子700は、光学的トリガ回路703と直列に接続した射出素子702を含む。駆動素子700の光学的トリガ回路703は、光センサ710および増幅器706を含む。光センサ710は、増幅器706および電源704に結合している。一実施形態において、電源704は12ボルト電源である。増幅器706は、電源704、射出素子702、および接地バスライン708に結合している。
光学的トリガ回路703は、光源106からの光が光センサ710上に向けられると射出素子702をオンにする光スイッチの役割を果たす。光センサ710は、光子の流れが当たると導通し、増幅器706に比較的低い電圧出力信号を出力する。増幅器706は、受け取った信号を増幅し、対応するパルスを射出素子702に送出して素子702を発射する。増幅器706は、必要なターンオンエネルギー(TOE)を射出素子702に送出する。
図7は、アセンブリ126の図であり、本発明の一実施形態によるスキャンアレイ202および流体射出アレイ200をブロックの形で示している。グループ400Aの光センサ711は、略透明な窓402によって、グループ400Bの光センサ711から隔てられている。一実施形態において、図7に示すように、流体射出アレイ200における駆動素子700は、複数の行および複数の列になるよう配置されている。
図8Aは、本発明の一実施形態による単一の駆動素子700(図7にブロックの形で示す)の構成要素のレイアウトを示す図である。当業者には、図8Aに示すレイアウトを何度も繰り返して流体射出アレイ200を形成することが理解されよう。図8Aは、抵抗器保護層914(図4Aに示す)からガラス基板310の方を見たときの、電極の図である。
図8Aに示すように、光センサ710の電極は、2つの蛇行形状の電極933A、933B(総称して電極933と呼ぶ)から成っている。電極933Bは電源ライン704に結合している。電極933Aは電極920に結合している。電極920は、トランジスタ802のゲートに結合している。トランジスタ802は、ドープしたウェル930とその周囲のポリシリコン928とから形成されている。一実施形態において、電極920は電界効果トランジスタ802のゲートを、バイア924(図4Aに示す)を経由して光センサの電極933Aに結合している。
ドープしたウェル932は、電極933Aに電気的に接続されており、電極933Aと略同じ蛇行形状を有する。ポリシリコン928は、ドープしたウェル932を取り囲んでいる。ポリシリコン928と蛇行形状のドープしたウェル932との境界面において、蛇行形状のN−P接合1100が形成される。蛇行形状のN−P接合1100は、蛇行形状の電極933Aと933Bとの間に配置されている。蛇行形状のN−P接合1100と蛇行形状の電極933A、933Bとは、本質的に(essentially)固体フォトダイオードを形成している。これはフォトサイト(photosite)または光センサ710と呼ばれる。
電界効果トランジスタ802の電極は、電極1002、920、1004から成っている。電極1002は電界効果トランジスタ802のドレインに、電極920はゲートに、電極1004はソースに結合している。電界効果トランジスタ806の電極は、電極1002、1004、918から成っている。電極1002は電界効果トランジスタ806のドレインに、電極1004はゲートに、電極918はソースに結合している。
抵抗器702(抵抗器材料926で形成)の電極は、電極916、918から成っている。電極918は抵抗器702をトランジスタ806のソースに結合し、電極916は抵抗器702を接地ライン708に結合している。
図8Bは、本発明の一実施形態による単一のスキャンアレイ素子712(図7にブロックの形で示す)の電極のレイアウトを示す図である。当業者には、図8Bに示すレイアウトを何度も繰り返してスキャンアレイ202を形成することが理解されよう。図8Bは、SiO2層408(図4Bに示す)から基板310の方を見たときの、電極の図である。図4Bは、図8Bおよび図2の断面線4B−4Bから見た断面図である。
図4Bに示す断面図では2つの別個の電極のように見える電極412A、412Cは、実際には単一のC字型の電極412A/412Cである。電極412A/412Cは、ポリシリコン層406と電気的に接触している。同様に、電極412B、412Dは、単一のW字型の電極412B/412Dであり、ドープしたウェル410A、410Bは、電極412B/412Dと略同じ形状の、単一のドープしたウェル410A/410Bである。電極412B/412Dは、ドープしたウェル410A/410Bと電気的に接触している。電極412A/412Cは、バイア810によって接地バスライン708に接続されている。電極412B/412Dは、電源ライン705に接続されている。
ポリシリコン層406とドープしたウェル410A/410Bとの境界面において、蛇行形状のN−P接合820が形成される。蛇行形状のN−P接合820は、電極412A/412Cと電極412B/412Dとの間に配置されている。蛇行形状のN−P接合820、電極412A/412C、および電極412B/412Dは、本質的に固体フォトダイオードを形成している。これはフォトサイトまたは光センサ711と呼ばれる。
図8Bの実施形態に示すように、電極412E〜412Hおよびドープしたウェル410C、410Dは、電極412A〜412Dおよびドープしたウェル410A、410Bと略同じに構成されて、第2の光センサ711を形成する。図8Bに示す2つの光センサ711は、透明な窓402によって互いから隔てられている。
図9Aは、本発明の一実施形態によるアセンブリ126を横切る、光源106からの光線110のスキャンを示す図である。光線110のスキャンの説明を簡単にするために、図9Aからは偏向ミラー114、118(図1に示す)を省いている。
図9Aに示す実施形態において、光源106が光線を発し、その光を変調器108が変調して回転ポリゴンミラー112上に送出する。一実施形態において、光源106はパルス状のレーザー光源であり、光源106が発する光線をコリメーターレンズ(図示せず)が平行化する。本発明の一実施形態において、多数の光源106を用いて流体射出プロセスを高速化する。ドット画像データに従って、変調器108が光線を変調する。一実施形態において、ポリゴンミラー112は6つ、8つ、またはそれよりも多い反射面113を含み、アセンブリ126の表面126Aを横切って光線110をスキャンさせるべく、中心軸の周囲を一定の角速度ωで回転している。ポリゴンミラー112は、光線110をレンズ116に向かって偏向させる。レンズ116は、光線110をアセンブリ126の表面126A上に向ける。本発明の一実施形態において、表面126Aを横切ってスキャンする光線または光路110は、流体射出アレイ200の所望の射出素子702を選択的に切り替える。これについては本明細書においてさらに詳細に説明する。
一実施形態において、レンズ116は標準の「f−θ」の光学設計(optical design)であり、レンズ116の特性は、一定の角速度でのスキャンを、直線のスキャンラインに沿った一定の直線速度(line speed)のスキャンに変換し、当業者に既知のようにアセンブリ126全体にわたってさまざまな(変わりやすい、variable)光路の相違に対する補正を施す、従来の電子写真式プリンタ光学素子と同一である。レンズ116は、その光軸に対して角度θをなして入射する光線が、レンズ116の焦点距離fだけレンズ116から離れた表面126A上の位置であって、レンズ116の光軸からfθ離れた位置において焦点が合うように設計されている。これは、従来の電子写真式システムにおいて光学素子が果たす機能と同じである。
本発明の一実施形態は、ポリゴンミラーとf−θレンズを用いる光線をスキャンさせる電子写真式レーザープリンタの技術において用いられているものと同様の技術を用いる。一実施形態において、アセンブリ126の表面126A上に向けられる光線110の形状は、電子写真式レーザープリンタにおいて通常用いられる光線の形状とは異なる。電子写真式レーザープリンタは通常はポイント照明(point illumination)を用いるが、本発明の一実施形態はライン照明(line illumination)を用いて、4つの流体射出アレイ200すべてにおける駆動素子700およびスキャンアレイ202における光センサ711に同時に光を当てる。図9Aに、3つのライン状の光線の「跡(footprints)」204A〜204Cを示す。光線跡204A〜204Cは、光線110が左から右へとアセンブリ126の表面126Aを横切って移動するのを示す。一実施形態において、光線跡204A〜204Cの幅「W」は約3ミクロンであり、長さはアセンブリ126の高さよりもわずかに大きい。
一実施形態においてそれぞれのフォトサイトの幅(例えば、39ミクロン)よりもはるかに狭い幅(例えば、3ミクロン)を有するスキャン光線110を用いることによって、光源106からの信号のタイミングおよびパルス幅変調が非常にフレキシブルになる。
光源106を用いて、アレイ200による流体射出をトリガする。本発明の一実施形態において、同じ光源106を、ハードコピー画像をデジタル化するスキャナの光源としても用い、それによって、最小限の追加コストおよびスペース使用で、装置100により多くの機能を付け加える。
一実施形態において、4つの流体射出アレイ200およびスキャンアレイ202は電子的に多重化され(図11に示し図11を参照して説明する)、いかなる所与の時間においても、4つの流体射出アレイ200のうちの1つまたはスキャンアレイ202が、イネーブルになっている。プリントモードの一実施形態において、光線110のそれぞれのスキャンパス(scan pass)の間に、カラープレーンのうちの1つ(すなわち、ブラック、マゼンタ、イエロー、またはシアン)のラスタ行が1つプリントされる。スキャンモードの一実施形態において、光線110のそれぞれのパスの間に、媒体の1ラインがスキャンされる。本発明の一実施形態において、光線110を4回連続してスキャンパスすることによって、シアンのラスタ行1、イエローのラスタ行1+n、マゼンタのラスタ行1+2n、およびブラックのラスタ行1+3nがプリントされる。ただし「n」は、ノズルのアレイにおける他のカラープレーンに関するそれぞれのカラープレーンの同期プリントのDPIの基本的な間隔(DPI fundamental spacing)の整数倍を示す。
他の実施形態において、光線110の1回のスキャンパスの間に、4つの流体射出アレイ200がすべて同時に動作する。さらに他の実施形態において、装置100は、ライン照明ではなくポイント照明を用いて、光線110の1回のスキャンパスの間に、流体射出アレイ200のうちの1つに光を当てる。本発明の一実施形態において、ポイント照明を用いる場合には、ポリゴンミラー112の各反射面113をポリゴンミラー112の中心軸に関して互いに異なる角度に配置して、光線110のそれぞれのスキャンパスの間に、流体射出アレイ200のうちの異なる1つに光を当てる。他の実施形態において、装置100は多数の光ポイント(ライトポイント、light points)を有するポイント照明を用いて、光線110の1回のスキャンパスの間に、4つの流体射出アレイ200すべてに同時に光を当てる。この4つの光ポイントすなわちレーザーポイントすなわち光ドットは、光源106の前に配置されたビームスプリッター(図示せず)が生成する。他の実施形態において、4つの光ポイントすなわちレーザーポイントは、4つの互いに異なる光源106が生成する。
ポリゴンミラー112の回転によって光線110が表面126Aを横切ってスキャンする間、ローラ120、124、140、142およびスターホイール128(図1に示す)によって、または他の媒体搬送システムによって、図9Aにおいて媒体130の上方にある矢印で示す方向に、媒体130が移動する。
以下にさらに詳細に説明するように、媒体搬送システムは、回転ポリゴンミラー112の角速度に同期する。ミラー112の角速度は、アセンブリ126が流体滴を射出する適切なタイミングを決定し、媒体移動は、媒体上へのドット配置の精度に影響を及ぼすからである。
本発明の一実施形態において、装置100においてスキャンとプリントとは同時には行われず、装置100は、一方の角速度はプリント用、第2の角速度はスキャン用である、2つのポリゴンミラー112の互いに異なる角速度で動作するよう構成されている。他の実施形態において、プリントにもスキャンにも同じ角速度を用いる。
本発明の一実施形態において、アレイ200、202のうちのそれぞれの1つは、アレイの最初に、図5に関して前述した「ダミー画素」と呼ばれる複数の素子206を含む。図9Aに示すように、ダミー画素206に割り当てられたそれぞれのアレイ200、202の量を、文字「D」で表す。Dの長さは、所望するダミー画素206の数によって異なる。他の実施形態において、それぞれのアレイ200、202は、アレイの最初と最後にダミー画素206を含む。ダミー画素206は、線110の変調において用いるラスタラインデータをラッチする信号を生成するために設けられている。ダミー画素206によって、特定のアセンブリ126内での位置のばらつきおよびアセンブリ126間のばらつきを補償するタイミング補正を行うことができる。一実施形態において、ダミー画素206はプリントを行わない(non−printing)素子であり、光線110の真の位置を検知するのに用いる。
図9Bは、本発明の一実施形態によるアセンブリ126を横切る、光源630からの光線111A〜111C(総称して光線111と呼ぶ)のスキャンを示す図である。図9Bは図9Aとほぼ同じであるが、媒体のカラースキャン用の光を当てる第2の光源630を付け加えている。
図9Bに示す実施形態において、光源630は、レッドの光線111A、グリーンの光線111B、およびブルーの光線111Cを発するRGB(レッド−グリーン−ブルー)光源である。他の実施形態において、第2の光源630は、レッド、グリーン、およびブルーの光を発するマルチスペクトルの発光ダイオード(LED)バーである。本発明の一実施形態において、光源630はパルス幅変調されて、レッド、グリーン、およびブルーのさまざまなパルス幅を提供する。パルス幅変調は、光センサ711の個別の吸収特性をベースにして行われ、カラーバランスを最適化している。他の実施形態において、光源106または630の一方を用いて、媒体130上に射出した流体を乾燥してもよく、この目的のために装置100にさらなる光源を付け加えてもよい。
一実施形態において、光源106からの光線110について上述したのと略同じ方法で、光線111がアセンブリ126の表面126Aを横切ってスキャンする。図9Bに示す実施形態において、本発明の一実施形態において光線110が行うように4つの流体射出アレイ200とスキャンアレイ202とに同時に光を当てるのではなく、光源630からの光線111の光線跡204A〜204Cは、スキャンアレイ202に光を当てる光源106からの光線110よりも短い。
図10は、本発明の一実施形態による図2の断面線10−10から見たアセンブリ126を示す簡略断面図である。光源106からの光線110は、アセンブリ126の表面126A上に向けられる。図9Aに関して説明するように、一実施形態において、表面126Aの一方の端から反対側の端までアレイ200、202と平行な方向に光線110でスキャンする。一実施形態において、光線110はアセンブリ126の基板310を通過し、スキャンアレイ202透明な窓402を通り抜けて、アレイ200A〜200Dの光センサ710にも当たる。
光センサのグループ400Aと400Bとの間に配置されている透明な窓402によって、光源106からの光線110が通り抜けて媒体130の一部に光を当てることができる。媒体130に入射した光は光センサ711に反射し、光センサ711は画像データをキャプチャーして、媒体130をデジタルで表したものを生成する。一実施形態において、光源106(または630)のそれぞれのスキャンパスの間に、スキャンアレイ202内の光センサ711が画像データをキャプチャーする。光センサ711上に形成された金属層404が、光源106(または630)が後ろから直接光センサ711に光を当てないようにする助けになる。一実施形態において、スキャンアレイ202は倍率が1対1の撮像装置であり、スキャンは、従来のフライングドットスキャナ(flying dot scanners)と同様の方法で行われる。
一実施形態において、スキャンアレイ202はモノクロ画像スキャン用に構成されている。他の実施形態において、スキャンアレイ202はカラースキャン用に構成されている。さらに他の実施形態において、スキャンアレイ202はカラースキャンとモノクロスキャンの両方用に構成されている。
アセンブリ126内にスキャナ機能を有することによってまた、画像を受け取る媒体の前縁と2つのサイド(側面、sides)とを検出することもできる。簡単な構造(geometry)によって、このようなエッジデータを用いて媒体の向きおよび幅が求められる。本実施形態において、媒体の2つのサイドを検出するために、アセンブリ126の幅は媒体の幅よりもわずかに広い。いったん前縁と入力スキュー(input skew)とがわかれば、ラスタファイルがデジタルスケーリングされ、変換され、完全なエッジからエッジまで(edge−to−edge)および上から下まで(top−to−bottom)のプリントに合わせて向きが調整される。いったん媒体の物理的寸法がわかれば、画像を拡大または縮小し最適なマージン管理状態を達成することによって、エッジからエッジまでのプリントが行われる。一実施形態においては、媒体搬送機構が媒体のエッジ付近にオーバープリントゾーンを設けておいて、フルのエッジからエッジまでおよび上から下までのプリントができるようにする。
図10に示すように、光線110は、透明な窓402を通り抜ける他に、基板310を通過して、流体射出アレイ200における光センサ710に光を当てる。光を受けた光センサ710は、検知した光をベースにして信号を生成し、この信号は、一実施形態において、電極933が搬送し、対応する電流が送られて抵抗器材料926を通る。抵抗器材料926を通る電流によって、ノズルチャンバ910内の流体が加熱され気泡を形成する。するとこの気泡によって、流体が滴として、オリフィス904を通り媒体130上へと射出される。
光センサ710、711等の光センサの動作理論は当業者に既知であり、基本的動作は半導体物理学に関する多くの教科書において説明されている。少数の例を挙げれば、Solid State Physics, by Charles Kittel, Seventh Edition,1996,John Wiley & Sons, Inc.、Physics of Semiconductor Devices, by Michael Shur,1990,Prentice−Hall,Inc.、Semiconductor Physics & Devices, by Donald A.Neamen, Second Edition,1997,The McGraw−Hill Companies, Inc.等である。
図11は、本発明の一実施形態による装置100の主要な電子的構成要素を示す、電気ブロック図である。装置100は、メモリ602、プリントアレイ200等の流体射出アレイ、スキャンアレイ202、画像プロセッサ(IP;image processor)610、マルチプレクサ(MUX)606、コントローラ612、光源ドライバ614、プロセッサ616、変調器108、光源106、モータドライバ618、搬送モータ620、ミラーモータ622、ポリゴンミラー112、ローラ140、エンコーダ621、623、624、626、リードオンリメモリ(ROM)628、およびスキャナ光源630を含む。装置100はまた、システムのタイミングを制御するクロックも含む。装置100の説明を簡単にするために、クロックは図示していない。一実施形態において、コントローラ612は、装置およびメモリ制御動作を含む装置100の計算集約的タスクの大部分を行う、特定用途向け集積回路(ASIC)である。一実施形態において、画像プロセッサ610もまたASICである。ROM628は、コントローラ612、プロセッサ616、ならびに装置100内のその他の構成要素を立ち上げて初期設定するためのデータを記憶する。ROM628はまた、画像プロセッサ610用のカラーマップおよびルックアップテーブル、ならびにモータ620、622のモータ特性も記憶する。
プリントジョブ等、通常の流体射出ジョブの間、画像データ、テキストデータ、写真データ、またはその他のフォーマットのデータが、ホストコンピュータおよび/またはその他の入出力デバイスからコントローラ612に出力され、メモリ602に記憶される。コントローラ612は、受け取ったデータを「ドットデータ」に変換する。本明細書において用いられる「ドットデータ」とは、所与の入力データに対応する媒体マーキングを行うのにプリントするドットパターンに対応するデータフォーマットを意味する。所与の駆動素子700についてのドットデータは1ビットであり、その駆動素子700が流体を発射することになっているということを示す第1の論理状態と、その駆動素子700が流体を発射しないことになっているということを示す第2の論理状態とを有する。ドットデータは、出力ドットの各ライン(lines)を規定する。
コントローラ612は、変調器108および光源ドライバ614に制御信号を出力して、ドットデータをベースにして光源106の動作を制御し、それによってさまざまな射出素子702が選択的に駆動されて、流体滴を射出する。一実施形態において、変調器108は電子シャッターの役割を果たして、106の光線がアセンブリ126を横切ってスキャンするときに光源106を脈動させ、アセンブリ126における所望の光センサ710に選択的に光を当てる。流体射出アレイ200における射出素子702を駆動する一方法によれば、射出素子702は最初ディスエーブルになっている。光源106の光線110がアセンブリ126を横切ってスキャンするときに光源106を脈動させ、アレイ200における所望の光センサ710に選択的に光を当てる。一実施形態において、光センサ710に光を当てることによって、その光センサ710に結合した射出素子702が駆動される。射出素子702によって、流体滴が発射される。するとすべての射出素子702がディスエーブルになる。そしてこのサイクルが、プリントジョブが完了するまで繰り返される。
PWAの製造中、TIJ抵抗器層のなかには、アレイ全体を通して一様ではないものがあるかもしれない。あるTIJ抵抗器層の寸法が適切でない場合には、そのTIJ抵抗器層は、発射するときに加熱されるはずのレベルまで加熱されず、その結果「弱いノズル」が生じてしまうかもしれない。駆動素子700の特性には、ターンオンエネルギー、動作電圧、電流、射出方向性、インピーダンス、ならびに他のばらつきもまたあるかもしれない。
一実施形態において、製造および詰め替え(refilling)プロセスの間、アセンブリ126におけるそれぞれの駆動素子700に対してさまざまな試験が行われて、それぞれの駆動素子700の特性を表すデータがアレイアセンブリ上のアキューメン(acumen)上に記憶され、次にROM628に読み込む。装置100の起動中、コントローラ612がROM628から特性データを読み出し、次に記憶データをベースにして光源106を変調する。例えば、「弱いノズル」であると考えられている駆動素子700については、そのような駆動素子700についての光源106の振幅およびパルス幅をコントローラ612が増大し、それによって、そのような駆動素子700について射出素子702を通る電流が増大する、および/または、より大量の流体が射出される。したがって、一実施形態において、光源106を脈動させて射出素子702を選択的に駆動するとともに、ある駆動素子700に当たる光源106からの光線110の強さおよびパルス幅が、駆動素子700をベースにして変更される。この振幅変調によって、個々の射出素子702に送出されるエネルギーが変化し、滴体積を制御するためのツールおよびハーフトーニングを改良する特徴が提供される。
スキャン光線110の振幅、パルス幅、および形状は、駆動機能(駆動関数、driving function)を変更し電子シャッターをパルス幅変調することによって、調整することができる。このように光線110を調整することによって、射出素子702に適当なターンオンエネルギー(TOE)を送出することが容易になり、装置100の多機能性が増大し、全体の歩留まりが高まる。本発明の一実施形態において、光源106の脈動のタイミングもまた、記憶している特性データをベースにして調整され、幅が3ミクロンの光線110が幅がそれぞれ39ミクロンのフォトサイト710に当たる位置を制御する。
一実施形態において、4つの流体射出アレイ200は電子的に多重化され、いかなる所与の時間においても、アレイ200のうちの1つがイネーブルになっている。一実施形態において、光源106のそれぞれのスキャンパスの後に、コントローラ612がマルチプレクサ606に制御信号を送り、それによって、現在イネーブルになっているアレイ200がディスエーブルになり、次の適切なアレイ200がイネーブルになる。一実施形態において、コントローラ612は、アレイ200、202におけるダミー画素206を監視することによって、制御信号をマルチプレクサ606に送る適切な時を求める。ダミー画素206は、光線110がスキャンパスを完了したときを示す。
一実施形態における画像スキャン動作について、コントローラ612は制御信号をマルチプレクサ606に送り、それによってプリントアレイ200がディスエーブルになり、スキャンアレイ202がイネーブルになる。
一実施形態による多重化を行うには、それぞれのアレイ200の接地バスライン708(図5に示す)が3ビットのアナログマルチプレクサ606に接続される。マルチプレクサ606は、アレイ200のうちの所望の1つを除くすべてのアレイ200について、接地バスライン708を開回路にする。マルチプレクサ606が開回路にしたアレイ200については、そのようなアレイ200の射出素子702にはエネルギーが送出されない。開回路にしていないアレイ200の射出素子702には発射エネルギーが送出され、この発射エネルギーは、そのアレイ200内の駆動素子700が光源106からの光を受けると送出される。同じマルチプレクサ606はまた、スキャン機能を果たしているときにすべてのアレイ200を駆動停止するのにも用いられる。
スキャン中には、光源630はプロセッサ616によって制御される。スキャンアレイ202における光センサ711から画像プロセッサ610へと生の画像データが出力される。一実施形態において、画像プロセッサ610は、信号補償動作、画像品質向上動作、カラーバランス動作、生の画像データに関するその他の画像処理動作を行って、スキャンする媒体を表すデジタルの画像データを生成する。このデジタルの画像データは、コントローラ612に提供される。
プロセッサ616は、スキャン中に光源630を制御する他に、フラグその他ステータス情報の監視を含む、装置100内でのさまざまな高レベル動作もまた行い、コントローラ612が装置100を制御するのを援助する。コントローラ612およびプロセッサ616はモータドライバ618を制御し、モータドライバ618は、搬送モータ620およびミラーモータ622にモータ駆動信号を供給する。搬送モータ620によって、ローラ120、124、140、142およびスターホイール128が媒体を、装置100を通って前進させる。図11においては、説明を簡単にするためにローラ140を1つだけ示す。ミラーモータ622はポリゴンミラー112に結合しており、ミラー112を略一定の角速度で駆動する。
媒体が装置100を通る搬送速度等、装置100における動きの適切な速度は、回転ポリゴンミラー112の角速度によって決定される。ポリゴンミラー112の角速度がばらついたり誤差があると、その結果、媒体上でのドット配置に誤差が生じる。一実施形態において、装置100はさまざまな形のフィードバックおよび閉ループ制御を用いて、最適のプリント品質を達成する。一実施形態において、コントローラ612が、スキャン光線110と、アセンブリ126のどちらかの端または両端のダミー画素206とを用い、タイミングおよび同期制御信号をトリガして、プリント品質を高める。
アレイ200、202における光センサ710、711は、スキャン光線110からの光を受けると信号を供給するので、スキャン光線110の位置に関する位置情報が利用できる。この位置情報をコントローラ612が閉ループの方法で用いて、ポリゴンミラー112の角速度および光源106の変調のタイミングを制御する。これは、従来のインクジェットプリンタにおいて、エンコーダのストリップを用いてペンの発射のタイミングをとりスキャン軸を制御するのと、同様の方法である。コントローラ612は、位置情報を用いて、変調のタイミングをスキャン光線110の位置と同期させ、それによって、光源106の脈動をトリガする空間的に正確なパルス列を生成する。
一実施形態において、専用の光センサ(例えば、ダミー画素206)を用いて、同期およびタイミング用の位置情報を提供する。他の実施形態において、射出素子702をトリガするのに用いるおよび/または画像をスキャンする目的の光センサ710/711もまた用いて、スキャン光線110の位置を識別する。より正確な位置情報が所望される場合には、光センサ710/711の多数のアレイを意図的に位置の不整合を有した状態で製造し、本質的に固体エンコーダを作成してもよい。このエンコーダは、従来のインクジェットプリンタのエンコーダセンサにおいて用いる方形プレートと同様である。
本発明の一実施形態において、同期およびタイミングをさらに正確にするために、エンコーダ621、623、626、624は、モータ620、622、ポリゴンミラー112、ローラ120、124、140、142のうちの1つまたはそれよりも多く、およびスターホイール128、のそれぞれに関する位置情報および/または速度情報を求めるのに用いる信号を出力する。一実施形態において、エンコーダ621、624は、紙駆動軸用のモータドライバ618に同期信号を出力して、行の前進(line advance)をより正確にし、エンコーダ623、626は、モータドライバ618に信号を出力して、ミラーモータ622およびポリゴンミラー112それぞれの位置および/または速度を示す。
一実施形態において、アセンブリ126は、同様に構成した他のアセンブリと互換性を有するよう構成されており、アセンブリ126の流体がなくなると、ユーザがそのアセンブリ126を正規の施設(facility)に返却し、流体を充填した別のアセンブリ126を入手することができるようになっている。すると返却されたアセンブリ126は、正規の詰め替え場所に送られる。この詰め替えプロセスは、既存の電子写真式トナーカートリッジを詰め替えるプロセスと同様であり、それぞれの詰め替えサイクル後にアセンブリ126の試験および較正を行うことができ、適切な動作を保証して、充填サイクルを多数回行うために生じるかもしれないいかなる性能低下も防止するのに役立つ。
好ましい実施形態を説明する目的のために、具体的な実施形態を本明細書において示し説明したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、広くさまざまな代替的および/または均等な実施を、説明した具体的な実施形態の代わりにしてもよいことは理解されるであろう。化学、機械、電気機械、電気、およびコンピュータ技術の当業者であれば、本発明を非常に幅広くさまざまな実施形態に実施することができることが容易に理解されるであろう。本出願は、本明細書において説明する好ましい実施形態のいかなる改作または変形も網羅するよう意図される。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
Claims (2)
- 駆動されたときに、関連するノズルチャンバから流体を射出させる射出素子と、
該射出素子に接続され、光源からの光を受けると前記光センサに接続された前記射出素子を駆動する光センサであって、N−P接合を含む光センサと
を含んでなる流体射出デバイスの駆動素子。 - 前記流体射出デバイスは、ページ幅のアレイのプリントヘッドアセンブリである、請求項1に記載の駆動素子。
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