JP2018518392A - 画像化装置 - Google Patents
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Abstract
画像化装置に対して基準X方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置について開示する。画像化装置は、複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、M行及びN列である2次元のアレイに配列した個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子を有する。各行における素子は均一間隔Arを有し、また各列における素子は均一間隔acを有する。チップは支持体に備え付け、この備え付けは、X方向に交差する基準Y方向に互いに隣接する各チップ対が、X方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における2つのチップで発生したレーザービームが、X方向に延在し、またY方向にほぼ均一に離間する平行ラインのセットを画像化面上でトレースするように行う。チップは支持体上に少なくとも1対の行にして配列し、またこの行対内におけるチップは、X方向及びY方向に互いに隣接する3つのチップの任意なグループにおける対応素子が合同正三角形の頂点に位置するように整列するものとし、画像化装置は、さらに、複数個のレンズ系を備え、各レンズ系は、それぞれに対応する1つのチップにおけるすべてのレーザー素子のレーザービームをレーザービーム間の離間量が変化させることなく画像化表面上に合焦させるよう作用する。各レンズ系は、単一の屈折率分布型(GRIN:gradient index)ロッド、又は互いに直列的に配列した複数個のGRINロッドを有することができる。【選択図】図4
Description
本発明は、画像化装置に対して移動可能な表面に個別制御可能な複数のレーザービームを投射するための画像化装置に関する。本明細書において、この画像化装置はデジタル印刷システムにおける用途を参照することによって説明するが、その使用は、このデジタル印刷用途に限定するものではない。
特許文献1(米国特許第7,002,613号)は、本発明画像化装置を適用可能なデジタル印刷システムについて記載している。とくに、特許文献1の図8には本発明に対する直近の従来技術であると考えられる画像化装置84が示されている。この画像化装置は、本明細書では画像化表面と称している表面上に個別制御可能な複数のレーザービームを投射して、その表面上にエネルギー画像を生成するよう作用する。レーザー画像は様々な目的に使用することができ、その2、3の例としては基板上での2次元印刷画像を生成すること、例えば、特許文献1において教示されているような、任意な表面上の3D印刷及び画像エッチングがある。
商業的印刷又は3Dリソグラフィのような高処理能力用途に対して、毎秒画像化すべきピクセル数は極めて多く、画像化装置において並列処理が必要となる。本発明レーザー画像化装置は、高パワーのエネルギービームを必要とする用途向けを意図する。したがって、単に単独のレーザービームで画像化表面を走査してピクセルを順次に露光することはできない。その代わりに、画像化装置は、画像化表面における画像領域の各ピクセル(画素)に対して個別のレーザー発光素子を有することを必要とする。
容認可能な印刷品質を得るためには、できるだけ高いピクセル密度を有することが重要である。例えば、1200dpi(ドット・パー・インチ)のような高解像度画像は、一様な印刷品質を得るためレーザー光源間に必要なオーバーラップ領に起因して、レーザー発光素子のすべてが直線上に位置する場合には得られないレーザー発光素子密度を必要とする。このような高詰込み密度を得るのは物理的に不可能であるという事実は別として、隣接素子は互いに熱的に干渉する。
半導体チップはM行及びN列のアレイでレーザー光のビームを発生することが知られている。特許文献1において、行列は、互いに正確に直交するが、チップは、特許文献1の図1に示されているように斜めに備え付けられ、各行は先行する行の欠けているピクセルを埋めることができるようにする。このようにして、このようなアレイは、チップの幅に渡ってのみであるが高解像度を得ることができ、また長さに沿うストライプなしに印刷画像を得る場合には、このようなチップは単に並置する備え付けはできず、これはすなわち、チップをレーザー発光素子の側端縁を十分に密接させて位置決めすることができないからである。
特許文献1は、2つの行におけるこのようなチップを特許文献1の図8に示すように配列することによって、この問題を回避する。各行のチップは、対における他方の行のチップに対して互い違いにし、これにより1つの行における各チップが他方の行における2つの隣接するチップによって走査されずに残るギャップを走査する。
特許文献1は、チップ上の素子によって発生するレーザービームをビーム整形する必要性を認識しており、また微小光学コンポーネント(VCSELバーの1つ又はそれ以上のレーザービームにのみ作用する)及び/又はマクロ光学コンポーネント(VCSELバーのレーザービームすべてに作用する)の使用を提案している。とくに、個別コンポーネント間の間隔が2つのレーザー発光器の間隔又はその間隔の倍数に対応する、微小光学コンポーネントのアレイ、例えばマイクロレンズのアレイが提案されている。
本発明において、画像化装置に対して基準のX方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置を提供し、この画像化装置は複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、M行及びN列である2次元のアレイに配列した個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子を有し、各行における素子は均一間隔Arを有し、各列における素子は均一間隔acを有し、前記チップは支持体に備え付け、この備え付けは、前記X方向に交差する基準のY方向に互いに隣接する各チップ対が、前記X方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における2つの前記チップで発生したレーザービームが、前記X方向に延在し、また前記Y方向にほぼ均一に離間する平行なラインのセットを前記画像化面上でトレースし、前記チップは前記支持体上に少なくとも1対の行の対として配列し、前記行の対でのチップの整列は、前記X方向及びY方向における3つの互いに隣接するチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置するように整列し、また前記画像化装置は、さらに、それぞれに対応する各チップにおけるすべてのレーザー素子によるレーザービームを、レーザービーム間の離間量を変化させることなく前記画像化表面上に合焦するよう作用する複数個のレンズ系を備え、各レンズ系は少なくとも1個の屈折率分布型(GRIN:gradient-index)のロッドを有する。
レンズ系は各チップに関連して単一のGRINロッドを有することができるが、代案として、互いに直列的に配列され、かつ折り曲げ光路を形成する複数個のGRINロッドを有することができる。後者の場合、すべてのチップに共通のプリズムは1つのGRINロッド素子からのレーザービームを各直列状態にある次のGRINロッドに指向させるように作用することができる。
このような折り曲げ光路構成において、プリズムはGRINロッドよりも高い屈折率を有するガラスで形成するのが望ましい。
チップアレイにおけるレーザー発光素子のM行及びN列が通常は冗長であるいかなる素子をも含まないと仮定する場合、ラインセットにおける隣接ライン間の間隔は、Ar/M、すなわち各行における隣接素子の間隔の商に等しくなる。さらに、本発明においては任意な2つの隣接チップによってトレースされるライン間に何らの意図的オーバーラップがないと仮定するならば、2個のチップによってトレースされるラインの総数は、チップが等しい行数及び列数を有する場合、2×M×N、すなわち各チップにおける行数と列数との積の2倍に等しくなる。
当然のことながら、高処理能力用途に対しては、このような画像化装置は比較的多数のチップを必要とし、各チップは列及び行に配列した多重のレーザービーム発生素子を有する。このことは、とくに、レーザー信号の精密かつ正確な伝送が望ましい(例えば、印刷システムで高品質印刷を得るために)とき、光学系をこのように大量のレーザー素子に関連させるには困難さを生ずる。
特許文献1で提案された微小光学的解決法又はマクロ光学解決法のいずれも実用的ではない。ビームあたり1個のレンズを有するレンズ系において、容認可能なレンズ品質及び均一性を得ることは問題が多く、またマクロレンズをレーザー発光素子に正確に整列させることには深刻な困難性がある。同一レンズを用いて異なるチップにおける同一チップからの複数のレーザービームを合焦させるどんなシステムにおいても、ビーム放出の様態に起因して、単独の従来型レンズではすべてのビームを平坦な画像化表面上に歪みなく合焦させることはできず、なぜなら、軸線から外れて位置するビームは側方に変位するからである。複雑な多重素子レンズを使用することも明らかに実用的ではない。これとは逆に、本発明が提案するGRINロッドの使用は、適切なレンズ系設計に対する実用的な解決法を提供する。
本発明における行の対又は各対内におけるチップの整列は、X方向及びY方向における3つの互いに隣接するチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置するように行う。この場合、GRINロッドが同一行の隣接チップにおける対応素子間の距離である2×N×Arに等しい直径を有する場合、より都合よくは、GRINロッドは、行の少なくとも1つの対として配列し、対の各行におけるGRINロッドの円筒形表面が互いに接触し、また各行における各レンズの円筒形表面が、さらに、前記対の他方の行における隣接する2つのGRINロッドの円筒形表面にも接触するように配列する。このような構成において、レンズ系の構造はとくに簡素化され、これはすなわち、ロッドを最もコンパクトな形態となるよう単に積み重ねるだけでロッドを対応チップに正確に整列させることを自動的に保証するからである。
本発明において、レンズ系は±1の倍率を有する、換言すれば、画像(すなわちドットのアレイ)は反転されるが、画像は被写体サイズと同一サイズを有しているべきである。倍率値が+1である場合、レンズ光軸に直交するXY平面でGRINロッドレンズに僅かな誤整列が存在する場合でも、画像化表面上に照射されたレーザースポットの位置は、レーザーアレイチップにおけるレーザー発光素子の位置にのみ依存するため、不変のままである。レーザー発光素子は、標準の半導体製造技術を用いてあらゆるレーザーアレイチップ上に極めて高度な正確さで位置決めすることができる。
代替的に−1の光学的倍率も使用することができるが、GRINロッドレンズの位置決め及び整列により多くの注意を払う必要があり得る。
各チップは、レーザービーム発生素子の行及び列が同数有する(すなわち、M=Nとする)のが好適であり、これはすなわち、レンズアレイのサイズを最小にするからである。
各チップ内でレーザー素子間の離間量は、隣接するレーザー発光素子間での熱干渉を回避するのに十分な大きさであるべきである。
前記チップアレイの支持体は流体冷却して、チップが発生する熱を消散させるのに役立てるようにすることができる。
さらに、前記支持体は剛体金属又はセラミック構体とすることができ、また前記支持体はフィルム導体を支持するよう電気絶縁表面を形成又はコーティングし、電気信号及び電力を前記チップに供給できるようにする。
幾つかの実施形態におけるチップは、垂直キャビティ面発光レーザー(VCSEL)チップアレイである。
幾つかの実施形態において、各素子が発生するレーザービームの強度は、連続的(アナログ的)又は離散段階的(デジタル的)に調整することができる。1つの実施形態において、チップはD/Aコンバータを有し、デジタル制御信号を受け取ることができるようにする。このようにして、レーザービーム強度は、4、8、16、32、又は4096までもの個別段階で調整することができる。
画像化装置の幾つかの実施形態を以下に添付図面につき説明する。図面とともにこれらの記載は、当業者に対して非限定的な実施例として本発明の教示をどのように実施するかを明らかにするであろう。図面は説明的詳述目的であり、また本発明の基本的理解に必要以上に実施形態の構造的詳細を細密に示そうとするものではない。分かり易く簡潔にするため、図面に示される幾つかの対象物は縮尺通りではない。
例示的印刷システムの概説
図1は画像化表面として作用する外表面12を有するドラム10を示す。ドラムが矢印で示すように時計方向に回転するとき、微粒子の単層コーティングを取得するコーティングステーション14の下方を通過する。コーティングステーション14を退出した後、画像化表面12は本発明による画像化装置15の下方を通過し、この画像化装置15において、画像化表面12の選択された領域がレーザー照射で露光され、画像化表面12の選択された領域における粒子コーティングを粘着性のあるものにする。次に、表面は、基板(サブストレート)20がドラム10と圧胴22との間で圧迫される印象ステーション19を通過する。このことにより、画像化ステーションと称される画像化装置によるレーザー照射での露光によって粘着性のあるものにされた画像化表面12のコーティングにおける選択された領域が画像化表面12から基板20に転写させる。
図1は画像化表面として作用する外表面12を有するドラム10を示す。ドラムが矢印で示すように時計方向に回転するとき、微粒子の単層コーティングを取得するコーティングステーション14の下方を通過する。コーティングステーション14を退出した後、画像化表面12は本発明による画像化装置15の下方を通過し、この画像化装置15において、画像化表面12の選択された領域がレーザー照射で露光され、画像化表面12の選択された領域における粒子コーティングを粘着性のあるものにする。次に、表面は、基板(サブストレート)20がドラム10と圧胴22との間で圧迫される印象ステーション19を通過する。このことにより、画像化ステーションと称される画像化装置によるレーザー照射での露光によって粘着性のあるものにされた画像化表面12のコーティングにおける選択された領域が画像化表面12から基板20に転写させる。
本明細書に使用する用語「粘着性のある(tacky)」は、照射された粒子コーティングが、必ずしも接触に対して粘着性を示すだけではなく、印象ステーション19で基板に圧着するとき基板の表面に付着できるに十分なように柔軟化されるものも意味することを意図する。
結果として基板に転写される選択した粘着性のエリアに対応する画像化表面12における領域は、粒子転写によって消尽して露出することになる。この後画像化表面は、コーティングステーション14に復帰することによってそのサイクルを完了することができ、このコーティングステーション14において、新たな単層粒子コーティングが、先に塗布された粒子が印象ステーション19で基板20に転写されて露出した領域にのみ塗布される。
本発明において、粒子は粒子相互が付着するよりも一層強力に画像化表面に付着することから、粒子層又はコーティングとしても互換的に称される粒子の塗布コーティングは、ほぼ単層である。粒子相互間で何らかのオーバーラップが生ずるものの、表面における大部分の面積にわたり層は単に1つの粒子分の深さとなることができ、全部でなくとも粒子の大部分が画像化表面に少なくとも何らかの直接接触する。したがって、単層の平均厚さは、層を形成する個別粒子の平均厚さによって、又はオーバーラップする幾つかの領域においてはオーバーラップのタイプ及び程度に基づいて構成粒子の寸法の低位倍数によって概算することができる。したがって、単層は、含まれる粒子に対して最小寸法特性(例えば、フレーク状粒子の厚さ、又は球形粒子の粒径)の約3倍までに対応する最大厚さ(T)を有することができる。
ほぼ単層の粒子モザイク形成は、粘着テープが表面からのパウダーをピックアップするのに使用されるとき、粘着テープがパウダー粒子を1層のみピックアップするのと同じ理由で生ずる。粘着テープが依然として新鮮であるとき、パウダーは、テープ表面全体をカバーするまで粘着面に付着する。しかし、粘着面がパウダー粒子でカバーされた後には、テープを使用してより多くのパウダーをピックアップすることができず、これはすなわち、パウダー粒子は粒子相互間で強力に付着することがなく、また単にテープからブラシで払い落とされる又は吹き飛ばされるからである。同様に、本発明における単層は、画像化表面に対して十分に接触する粒子から形成され、またそれ故に代表的に単一粒子厚さとなる。粒子がコーティング装置の出口で画像化表面に付着した状態のままでいることができるとき、接触は十分であると言える。
有利にも、単層粒子は、本発明による画像化装置のレーザー素子によって発生する照射の標的送達を容易にする。このことにより、選択的に照射された粒子が明確な単層に存在するとき、画像化装置の制御及びプロセスを容易にすることができる。印刷システムでの使用を考慮するとき、単層を標的にする画像化装置はレーザー照射を合焦させて、基板への転写の際にほぼ均一幅及び/又は比較的明確な輪郭のドッドを形成することができる。
単層を有することの他の利点は、粒子(例えば、印刷用途向けの顔料又は染料を含むポリマー)と粒子がコーティングされる画像化表面との間における良好な熱的結合をもたらす点である。以下に説明するように、画像化表面は、熱吸収基板とする又は適当な熱吸収材料で形成することができ、これにより画像化表面から粘着性を持つようになるポリマー粒子へのエネルギー転移を容易にする。粒子の厚さが極めて小さいことにより、レーザーエネルギーの大部分が吸収されることなく粒子を通過することができる。粒子を直接加熱する代わりに、レーザー照射は画像化表面を加熱する傾向にあり、また粒子は間接的に加熱される。
コーティングステーション
コーティングステーション14に戻って説明すると、複数個のスプレーヘッド1401を備え、これらスプレーヘッド1401はドラム10の軸線に沿って互いに整列し、したがって、図1の断面では1個のスプレーヘッドのみが見えている。スプレーヘッドのスプレー1402は、ベル状のハウジング1403内に閉じ込められ、ハウジングの下側リム1404は、画像化表面に対してぴったり合う形状にし、ベル状のハウジング1403とドラム10との間に狭いギャップのみが残るようにする。スプレーヘッド1401は共通の供給レール1405に接続し、この供給レール1405はスプレーヘッド1401に加圧流体キャリヤ(ガス状又は液体)を供給し、この加圧流体キャリヤ内には、画像化表面12をコーティングするのに使用すべき微粒子を懸濁させる。本発明において、用語「〜に懸濁した(suspended in)」及びその変化形は、「〜で搬送される(carried by)」及び同様の用語として理解されるべきであり、任意な特定流体内で同一又は異なる相である材料の任意な特別タイプの混合物に言及するものではなく、随意的に、所望の制御温度に維持することができる。
コーティングステーション14に戻って説明すると、複数個のスプレーヘッド1401を備え、これらスプレーヘッド1401はドラム10の軸線に沿って互いに整列し、したがって、図1の断面では1個のスプレーヘッドのみが見えている。スプレーヘッドのスプレー1402は、ベル状のハウジング1403内に閉じ込められ、ハウジングの下側リム1404は、画像化表面に対してぴったり合う形状にし、ベル状のハウジング1403とドラム10との間に狭いギャップのみが残るようにする。スプレーヘッド1401は共通の供給レール1405に接続し、この供給レール1405はスプレーヘッド1401に加圧流体キャリヤ(ガス状又は液体)を供給し、この加圧流体キャリヤ内には、画像化表面12をコーティングするのに使用すべき微粒子を懸濁させる。本発明において、用語「〜に懸濁した(suspended in)」及びその変化形は、「〜で搬送される(carried by)」及び同様の用語として理解されるべきであり、任意な特定流体内で同一又は異なる相である材料の任意な特別タイプの混合物に言及するものではなく、随意的に、所望の制御温度に維持することができる。
必要であれば、懸濁粒子は、とくに、スプレーヘッドへの供給前に定期的又は絶え間なく混合させることができる。粒子は、例えば、0.1〜10リットル/分又は0.3〜3リットル/分の流量範囲においてコーティング装置内で循環させることができる。ハウジング1403の内部空間によって形成されるプレナム1406内に閉じ込められるスプレーヘッド1401からの流体及び余剰粒子は、出口パイプ1407から抽出し、この出口パイプ1407は、矢印で示される適当な吸引源に接続し、スプレーヘッド1401に再循環させることができる。本明細書でスプレーヘッドに言及したが、共通供給パイプ又は導管に沿って流体懸濁粒子を供給できる任意な他のタイプのノズル又はオリフィスも含まれる。
粒子及びそのキャリヤを画像化表面に直接スプレーすることの代案として、回転するブラシ又はスポンジのようなアプリケータにそれらをスプレーすることができ、このアプリケータが粒子を画像化表面に塗布することができる。画像化表面の全体的コーティングを行うため、数個のこのようなアプリケータをコーティングステーションに収容し、このコーティングステーションは、画像化表面がコーティングステーションを退去する前に画像化表面を乾燥させるための付加的スポンジを有することができる。
ハウジング1403と画像化表面12との間に有効なシールを確保し、ハウジング1403とドラム10の画像化表面12との間にほぼ維持しなければならない狭いギャップからスプレー流体及び微粒子が漏れ出るのを防止できるようにすることは重要である。このようなシールを達成する異なるやり方を図面で概略的に示す。
シールの最も簡単な形態はワイパーブレード1408である。このようなシールは、画像化表面と物理的に接触し、またハウジング1403の出口側、すなわち、スプレーヘッド1401の下流側に使用する場合、塗布されたコーティングに擦り痕を付けることがあり得る。この理由から、このようなシールを用いる場合、スプレーヘッド1401の上流側及び/又はハウジング1403の軸線方向端部のみに配置するのが好ましい。本明細書に使用する用語「上流」及び「下流」は、異なるステーションを通過して循環するとき、画像化表面12におけるポイントを基準にする。
図1は、さらに、画像化表面12に接触する部材なしに、どのようにして粒子が懸濁した流体のハウジング1403とドラム10との間におけるギャップからの流出を阻止できるかを示す。ハウジング1403の周囲全体にわたり延在するギャラリー(屋根付き通路)1409を、ハウジング1403のリム全体にわたり延在してギャラリー1409と封止ギャップとの間で流体連通を確立する1組の微小通路1410のセットによって接続する。
第1実施形態において、ギャラリー1409は、余剰物抽出システムの吸引源に接続し、この余剰物抽出システムは、出口107に接続するのと同一の吸引源又は異なる吸引源とすることができる。この場合、ギャラリーは、ハウジング1403を退去する前にギャップを通過する流体を抽出する作用を行う。低圧でも画像化表面12に直接接触しない如何なる粒子をもドラム10から吸引し、またスプレーされる流体が液体である場合、余剰液体を吸引して、コーティングステーション14から退去する前にコーティングを少なくとも部分的に乾燥させる。余剰液体は、コーティング装置の出口側に配置した液体抽出ローラ(例えば、液体吸収表面を有する)によって代替的かつ付加的に取り除くことができる。粒子コーティングを乾燥する任意のこのような手段(例えば、ブロワ、ヒータ、液体抽出器等)は、もしあるとしたら、コーティング装置14の内部(すなわち、ハウジング1403のプレナム1406内)に存在させる、又はコーティングがほぼ乾燥状態であることが必要であるステーションの上流に留まる限り、代替的にコーティングステーションの下流に配置することができる。乾燥素子は、もしあるとしたら、粒子層と共存可能であることが有利であり、例えば、粒子及び/又は粒子から形成される層の完全性に悪影響を及ぼさないものとする。
代替的実施形態において、ギャラリー1409はプレナム1406内の圧力よりも高い圧力のガス源に接続する。スプレーヘッド1401を経由するプレナムへの流体供給流率及び出口1407を経由する抽出流率に基づいて、プレナム1406は周囲大気圧より高い又は低いかのいずれかの圧力であるものとすることができる。
プレナムが大気圧より低い圧力である場合、ギャラリー1409は周囲大気圧で十分であり、又は実際的にギャラリーは存在させる必要がない。この場合、封止ギャップ内の圧力はプレナム1406内の圧力を超えているため、ギャップ経由のガスフローは、流体流出のリスクなくハウジング内部に向かう。
プレナムが大気圧より高い圧力である場合、ギャラリー1409は加圧したガス源、好適には加圧空気源に接続することができる。この場合、空気は加圧下により封止ギャップに通路1410経由で強制的に送り込み、また2つの流れに分れる。一方の流れは、プレナム1406に向かって流れ、また粒子が懸濁する流体の流出を阻止する。その流れは画像化表面に直接接触していない粒子を除去及び/又は同伴し、またキャリヤ流体が液体である場合、コーティングを乾燥するのを補助する。第2の流れは、何ら懸濁粒子がないクリーンな空気だけであるため何の問題もなくコーティングステーションから抜け出る。第2ガス流は、さらに、コーティングステーション14を退出する前に画像化表面12上の粒子コーティングを乾燥するのを補助する。所望に応じて、ガス流はこのような乾燥を促進するよう加熱することができる。
代替的実施形態において、上述のギャラリー1409は、プレナム1406を側面全体で封止するようハウジングの全周にわたり延在させないでおく。「部分的」ギャラリーとする、又はスプレーヘッドの下流又は上流のいずれかでドラム軸線に平行に配置した、及び/若しくはドラム軸線に直交する方向にスプレーヘッドの側端縁に配置した1つ又はそれ以上のエアナイフ(負又は正のフローを有する)の組合せとすることができる。出口側の「部分的」ギャラリーは、幾つかの実施形態において、付加的又は代替的に粒子の乾燥を促進するガスブロワ(例えば、冷たい又は熱い空気)として作用し、この場合、通路1410は、十分な流率を生ずるのに適合させることができる。
一実施形態において、また画像化表面に塗布される懸濁粒子を搬送する流体タイプとは無関係に、コーティング装置14の出口側、代表的には外部下流位置に、粒子層及び画像化表面の温度を、画像化ステーション16に達する前に上昇させることができるヒータを設ける。粒子及び画像化表面の温度は、このようにして、周囲温度から30℃又は40℃を超える又は50℃すらも超える温度に上昇させることができ、粒子を粘着性があるものにするのに必要なレーザーエネルギー量を低減することができる。しかし、加熱それ自体は粒子を粘着性があるものにするのではなく、80℃又は70℃を超える温度まで上昇させるものであってはならない。粒子及び画像化表面のこのような加熱は、所望温度の流体キャリヤを用いることによって一層促進することができる。
幾つかの実施形態において、コーティング装置14の入口側、代表的には外部上流位置に、先に露出した領域に粒子層が補充される前に画像化表面の温度を低下させることができる冷却器を設けることができる。40℃未満又は30℃未満の温度、又は20℃すらよりも低い温度、しかし、代表的には0℃より高い、又は10℃すらよりも高い温度の画像化表面は、露出した領域に隣接する粒子の温度を低下させることができ、これにより画像化表面が補充される時までにこのように冷却された粒子は、「残留」粘着性がない、又は減少したものとなることができる、すなわち、後続ステップ(例えば、印刷基板への転写)には不十分な部分的軟化状態となる。冷却されたコーティングは、粒子が新たに画像化表面の露出領域に堆積されるのと同一の挙動をする。このようにして、本発明のような画像化装置のチップにおける任意のレーザー素子によって選択的に標的となる粒子のみが、後続の転写ステップのための十分な粘着性があるものになる。粒子及び画像化表面のこのような冷却は、所望温度の流体キャリヤを用いることによって一層促進することができる。
コーティング装置14の入口側のクーラー及び出口側のヒータの双方を設け、各クーラー及びヒータを上述のように動作させることができる。さらに、ドラム10は、ドラムの内部における適当な冷却/加熱手段によって温度制御することができ、このような温度制御手段は、もしあるとすれば、画像化表面の外表面を任意な所望温度に維持するのと同じように動作させることができる。
画像化表面
幾つかの実施形態において、画像化表面12は、代表的にはエラストマーで形成した疎水性表面とし、この表面は、概してシリコーンをベースとした材料から調合し、本明細書に記載の特性を有するよう調整することができる。疎水性は、照射での露光によって粘着性を有するようにされた後に、粒子が画像化表面から剥離するのを補助し、分裂することなく基板にきれいに粒子を転写できるようにする。
幾つかの実施形態において、画像化表面12は、代表的にはエラストマーで形成した疎水性表面とし、この表面は、概してシリコーンをベースとした材料から調合し、本明細書に記載の特性を有するよう調整することができる。疎水性は、照射での露光によって粘着性を有するようにされた後に、粒子が画像化表面から剥離するのを補助し、分裂することなく基板にきれいに粒子を転写できるようにする。
表面は、参照液体が一般的には蒸留水である液体/空気/固体の界面におけるメニスカスによって形成される、ぬれ角又は接触角とも称される角度が90゜を超えるとき疎水性であると言える。普通はゴニオメータ又は液滴アナライザで測定され、またコーティングプロセスの動作条件に関連する所定温度及び圧力で評価できるこのような条件の下で、水はビードになる傾向があり、表面に対してぬれを生ずることがなく、したがって、付着することがない。
画像化表面12は、粒子がコーティングステーション14で表面に塗布されるとき、粒子に対する強い結合をもたらすのに適した任意のショア硬度を有するものとすることができ、この結合は、粒子相互が付着する傾向よりも強い。この適当な硬度は、結合しようとする画像化表面及び/又は粒子の厚さに依存し得る。幾つかの実施形態において、約60ショアA〜約80ショアAの間における比較的高い硬度が画像化表面に好適である。他の実施形態において、60、50、40、30ショアA未満の中・低硬度、又は20ショアA未満の硬度でさえも満足のいくものである。特別な実施形態において、画像化表面は約40ショアAの硬度を有する。
有利には、本明細書に記載する画像化装置に使用するのに適した画像化表面は、ドラムに備え付けるのに十分な可撓性があり、十分な耐摩耗性を有し、採用する粒子及び/又は流体に対して不活性であり、関連するいかなる動作条件(照射、圧力、熱、張力等)にも耐性を有するものとすることができる。
所望の選択したエリアを露光するため画像化ステーションによって間欠的に発生する放射と共存可能であるようにするため、画像化表面は、例えば、照射に対して耐性がある及び/又は不活性である、及び/又は照射を吸収することができる、及び/又は照射によって発生する熱を保持できる。
図面における画像化表面12はドラム10の外表面であるが、これは必須ではなく、なぜなら、代案として、少なくともコーティングステーションを通過する間に案内ローラ上で案内され、また適切な張力の下に維持されるベルト形態の無端転写部材の表面とすることができるからである。
粒子
粒子は、任意の材料で形成することができ、また少なくとも粒子コーティングが望まれる期間にわたり画像化表面との十分な接触面積を生ずるのに適した任意の形状及び/又は寸法を有するものとすることができる。有利には、粒子材料は、選択的転写を生ずるようレーザー素子によって十分な粘着性を持つようにされることができる。
粒子は、任意の材料で形成することができ、また少なくとも粒子コーティングが望まれる期間にわたり画像化表面との十分な接触面積を生ずるのに適した任意の形状及び/又は寸法を有するものとすることができる。有利には、粒子材料は、選択的転写を生ずるようレーザー素子によって十分な粘着性を持つようにされることができる。
粒子の形状及び組成は、実際上粒子層の意図する用途、印刷システムの非限定的実施例の背景、基板20の表面に塗布される効果の性質に依存する。例えば、粒子は、熱塑性ポリマー、及び随意的に着色剤(例えば、顔料又は染料)を含み、また球形に近い形状を有することができる。粒子は、さらに、レーザー素子が発生する波長に対して調整され、また好適には、粒子の所望の色に影響を及ぼすことなく、スペクトルの可視部分での吸収がほとんどないよう調整された軟化促進剤(例えば、IR吸収染料)を含有できる。高品質印刷のためには、粒子はできる限り微細であり、塗布される単層コーティングの粒子相互間の隙間を最小化するものが望ましい。粒径は所望解像度に依存し、また幾つかの用途では、10μm(マイクロメートル)の粒径(例えば、直径)が適切であることが分かっている。しかし、向上した画像品質のためには、粒径は2、3マイクロメートル、及びより好適には、約1μm未満である。幾つかの実施形態において、適当な粒子は100nm〜4μmの間、とくには500nm〜1.5μmの間における平均直径を有することができる。
このように、粒子選択及び理想サイズ決定は、粒子の意図する用途、求められる効果(例えば、印刷の場合での視覚的効果)、本発明によるコーティング装置及び画像化装置が組み込まれる関連システムの動作条件に依存する。パラメータの最適化は、経験的に、日常実験により、また当業者によって行うことができる。
粒子組成及び粒子が受けるプロセスに基づいて、粒子は、親水性がある場合には異なる程度の親水性とともに、疎水性であるものとすることができる。時間とともに粒子の疎水性と親水性との間のバランスはシフトするため、粒子の疎水性の性質が優位である場合、プロセスは効率的である状態を維持することが期待される。さらに、粒子は、本来的に親水性の材料で形成することができ、この場合には、粒子は適当な粒子コーティングを施すことによって疎水性にすることができる。
粒子は、画像化表面上又は中間アプリケータに塗布されるときガス状流体又は液状流体のいずれかによって搬送することができる。コスト低減及び環境汚染最小化の双方のため、粒子が液体に懸濁するとき、液体は水性であることが望ましい。このようなケースにおいて、使用するポリマー又は材料は疎水性となるよう粒子を形成又はコーティングするのが望ましい。疎水性粒子は、水性キャリヤからより容易に分離し、画像化表面に対する付着及びコーティングする傾向を促進する。キャリヤに対する及び粒子相互に対するよりも、コーティング装置の表面に対するこのような粒子の優先的親和性は、とくに有利であると考えられる。粒子コーティングに対するガス流の吹き付けは、画像化表面に直接接触しない粒子を脱落させること、また画像化表面上の粒子コーティングを乾燥することの双方の作用をする。
上述の記載は、デジタル印刷システム全体の動作を包括的に説明することは意図しない。このような印刷システムの成功をもたらす実現に重要な多くの詳細は本発明に関連しない。しかし、図1の印刷システムにおける上述の記載は、本発明画像化装置によって供される例示的機能を理解できるようにするのに十分であると考えられる。さらに、画像化装置は他の目的にも使用でき、例えば、接着剤領域を選択的に活性化する、画像化表面が担持する金属フォイルをエッチングする、又は3D印刷システムにおけるポリマーを硬化させるのにも使用できることを強調しておきたい。
画像化装置
図1における画像化装置15は、レーザービームを発生するVCSEL(vertical cavity surface emitting laser)チップのようなレーザー源のアレイ、及びレーザービームを画像化表面12上に合焦させる対応のレンズ18のアレイを担持する支持体16を備える。図2〜4は、チップ、及びチップが支持体に備え付けられまたレンズ18に整列させられる様態をより詳細に示す。
図1における画像化装置15は、レーザービームを発生するVCSEL(vertical cavity surface emitting laser)チップのようなレーザー源のアレイ、及びレーザービームを画像化表面12上に合焦させる対応のレンズ18のアレイを担持する支持体16を備える。図2〜4は、チップ、及びチップが支持体に備え付けられまたレンズ18に整列させられる様態をより詳細に示す。
図2は、図3及び4につきより詳細に説明するように、互いに正確な所定位置をとるよう2行にして配列されるVCSELチップ30を複数個備え付ける支持体16を示す。
支持体16は、剛性で少なくとも部分的に中空である細長の本体であり、この本体は、内部キャビティに冷却水を流すことが可能であるコネクタ34を装着する。支持体の本体は、適当なセラミックのような電気的絶縁材料で形成する、又は金属で形成しかつ少なくともチップ30を備え付ける表面36を電気絶縁体でコーティングすることができる。これにより薄膜導体(図面には示されない)で形成した回路板を表面36上に形成することができる。チップ30は回路板上における接点パッドにはんだ付けし、また支持体16の下端縁から突出するコネクタ32は制御信号及び電力信号をチップ30に供給することができる。各チップ30のレーザー発光素子40は、個別にアドレス指定可能であり、互いに熱的干渉を受けない程度に広く離間する。
幾つかの実施形態において、チップの個別制御可能なレーザー素子は、可変エネルギーを有するレーザービームを発生することができ、このエネルギーは、別個のステップでデジタル的に制御可能であるのが好ましく、レーザー強度は、4、8、16…、4096までものレベルのうち任意なレベルに設定できるようにする。最下位エネルギーレベルは個別レーザー素子が不作動である0として定義し、最上位エネルギーレベルは1と定義することができる。このような個別レベルは、印刷の分野で「グレイレベル」に類似のものとして考えられ、各レベルは漸進的個別強度(例えば、着色出力を考慮するときの陰影)をもたらす。例えば、16の作動レベルを有するレーザービーム発生素子を考慮するとき、レベル0は印象がない(例えば、基板が素のままで残る又はオリジナルが白であれば白)結果となり、レベル1は最大エネルギーで照射された粒子によって形成される粘着性フィルムの転写を生ずる(粒子が着色されている場合、フルブラックのドットを形成する)結果となる。上述した実施例において、レベル1/16、2/16、3/16等々は、白(0)と黒(1)との間を構成する徐々に濃くなるグレイ陰影に対応する。代表的にはエネルギーレベルは等間隔とする。
代替的実施形態において、チップの個別制御可能なレーザー素子は、連続的なアナログ式に変調できる可変エネルギーを有するレーザービームを発生することができる。
画像化表面の領域が粒子を粘着性のあるものにする温度に達した後、それ以上のいかなる温度上昇も基板への転写には何ら影響しない。しかし、レーザー強度が強くなるにつれて、粘着性のあるドッドのサイズも増大することも付記する。
各ドットのエネルギー輪郭は、図6に示すプロットグラフに類似し、すなわち、側面にテーパが付いた対称形状となる。分布がガウス曲線、正弦曲線、又は反転V字曲線でさえもあるとき、正確なプロファイルは重要でない。任意のこのようなプロファイルにおいて、ピーク強度が増加するにつれ、基底が広くなり、粒子コーティングを粘着性のあるものとする閾値を有するプロファイルの交差区域も直径が増加する。このエネルギー分布の因果関係は、任意な1つのレーザー発光素子の中心線に整列しない画像化表面におけるポイントは隣接素子からエネルギーを受け取る。2つの近接する素子は、素子の中心線におけるコーティング粒子を粘着性のあるものとするのに必要なレベル未満までエネルギー付勢するが、2つの中心線間でオーバーラップする領域における蓄積エネルギーに関してはコーティング粒子を粘着性のあるものとするのに必要なレベルより高いレベルに上昇する。このようにして、レーザー素子の中心線に一致するラスター線に対して付加的に又は代替的に、レーザー線の中心線間に潜在的なラスター線を付加的に生ずることができる。隣接素子からのエネルギーを結集するこの能力を利用して、以下に説明するように異なる効果を得る。これら効果は、照射時間の相互間で僅かな相違があるにしても、異なるレーザー素子から受け取るエネルギーを結集する画像化表面の能力に依存する。
図3は、Y方向に互いに隣接するが異なる行に配置されるVCSELチップ30における2つのレーザー発光素子アレイ130a及び130bの相対的位置決めを概略的にまた拡大スケールで示す。各チップは、上述したように、円形ドットで示すM×N個のレーザー発光素子40の規則的なアレイを有する。図示の実施例において、M及びNは互いに等しく、9行及び9列である。行における素子間の間隔Ar及び列における素子間の間隔acは、互いに異なるものとして示すが、同一とすることもできる。アレイは、列及び行が互いに直交しないよう僅かに斜めになっているものとして示す。行はY方向に平行にし、列はX方向に対して僅かに角度をなすよう配置する。このことにより、連続的にエネルギー付勢される場合に素子40によって画像化表面上にトレースされるライン44のようなラインが互いに十分隣接して、高解像度画像を印刷できるようになる。図3は、各行の端部における素子が、各隣接行の対応素子がトレースするラインから距離Ar/M離れるラインをトレースし、これらライン間の分離量が画像の解像度Irであることを示す。このようにして、Ar及びMは、等式Ar=M×Irに基づく所望解像度に従って選択される。
素子は列が行に直交する方形アレイとして配置できることを言及すべきである。この場合、チップは支持体に対して斜めに備え付ける必要があり、個別素子をエネルギー付勢する制御信号のタイミングに対して補償を適用する必要がある。
図3、及びトレースしたラインをより大きなスケールで示す図5Bから明らかなように、アレイ130bの位置決めは、アレイ130bの底部左の素子40によってトレースされるラインが、理想的にはアレイ130aの頂部右の素子によってトレースされるラインからAr/Mに等しい距離だけ離間するように行う。したがって、アレイ130a及びアレイ130b双方のすべての素子40をエネルギー付勢するとき、これら素子は2×M×N個のラインをトレースし、これらラインは、すべて隣接ライン間に何らのずれもなく距離Ar/Mだけ均等に離間する。
欠陥素子を補償したい場合、アレイはレーザー発光素子40の行を追加的に設けることができるが、代案として、2つの隣接する平行ラインをトレースするレーザー発光素子によって生ずるレーザービームの強度を増加することによって欠陥素子を補償することができる。
素子40のM×N個のアレイに加えて、各チップは、主アレイの各側方サイドに1つずつ配列した2つの付加的な列を有し、各列はそれぞれに対応する他の素子42を含む。これら他の素子42は、主アレイ素子40から区別できるよう図3で星印によって示す。各アレイの各側方サイドにおける付加的なレーザー素子は、レンズによって画像化表面上に画像化されるトレースしたライン間における間隔の1/3の距離に位置決めすることができる。さらに、付加的な素子は、公称的にAr/Mの距離のスパンがある2つのアレイ間のギャップ内に配置することができ、隣接アレイ間の間隔の誤差を補正する点でより高い感度が得られる。
図3及び図5Bから分かるように、これら素子42は、作動時に2つのアレイ130a及び130bそれぞれの素子40によってトレースされる等間隔平行ライン44a及び44bの2セット間における2つの付加的ライン46をトレースする。
一方の付加的ライン46は、例えば、図3のアレイ130aによってトレースされた直近隣接ライン44aから距離Ar/3Mだけ離れ、他方の付加的ライン46は、例えば、アレイ130bによってトレースされた第1隣接ライン44bから距離Ar/3Mだけ離れる。2つのアレイ130a及び130b間に誤整列がある場合、これら素子42を主アレイにおける素子に対して付加的に又はそのいくつかの代わりにエネルギー付勢して、アレイ130a及び130b間のいかなる誤整列をも補償することができ、この誤整列は、印刷画像におけるストライプ(縞)を生ずる傾向があり、このストライプはオーバーラップから結果として生ずるギャップ又は暗線である。図5Bに類似の図5Aは、従来技術で提案されたチップの誤整列を補償する代替的手法を示す。この従来技術において、各チップは、隣接チップのトレースラインに対して交絡されるトレースラインを生ずる素子の付加的な行を有し、これは極めて高度な冗長性をもたらす結果となる。
本発明の提案による2つの付加的素子は図3及び図5Bにおいて2つの個別ライン46をトレースするものとして示すが、これら2つの素子のエネルギーは、上述したように画像化表面上で結集されて単一ラインを形成し、この単一ラインの位置は各付加的な素子によって発生するエネルギーの適切な設定によって制御することができる。このことを図6で示し、この図6において、ライン44a及び44bのエネルギープロファイルは符号94a及び94bでそれぞれ示し、また付加的ライン46のエネルギープロファイルは符号96a及び96bで示す。図6において、プロファイル96a及び96b(点線で示す)のいずれも、コーティング粒子を粘着性のあるものとするのに十分なエネルギーを有していないが、2つのアレイ間の中心線において、太実線96で示すような蓄積エネルギーが粒子コーティングを軟化させ、2つの主アレイにおけるトレースライン44a及び44b間のギャップを埋めるトレースラインを生ずるのに十分である。
図6において2つの付加的な素子のエネルギープロファイルは整合しているが、付加的なレーザー源によって発生する2つのビームの相対的強度を変化させることによって、結集エネルギーの中心線を主アレイのトレースから異なる距離に位置決めすることができる。
図7Aは、レーザー素子のエネルギープロファイルの中心線には当たらないドットを生ずる能力をどのように使用して、アンチエイリアス処理を得るのに役立てるかを示す。図7Aは、主アレイの4つの隣接素子のエネルギープロファイルを示す。2つの第1プロファイルa及びbは所望レベル、例えば、中間グレイに対応するレベル8(16レベルのうち)に設定する。他方エネルギープロファイルc及びdは、それぞれ例えば、レベル12及び4に設定する。画像化表面上に結果として生ずるドットパターンを図7Bに示す。この図7Bでは、図7Aにおけるプロファイルa及びbの対称ラインに整列した正規サイズの2つのドットA及びB、エネルギープロファイルcの中心線に整列するより大きなサイズのドットC、及びプロファイルc及びdの中心線間のどこかに位置するより小さいドットDを有することが分かる。
このようなドットパターンが対角線方向に繰り返される結果を図8Aに示す。この画像を、アンチエイリアス処理ステップをとらない図8Bと比較すると、正規ラスターライン間にある小さいドットがぎざぎざを少なくされた傾斜端縁を生じ、またより高い解像度を有する印刷システムによって得られるのに匹敵する画像を生ずる。
さらに、近接レーザー素子からのエネルギーの相互作用を使用して、欠損素子を補償することができ、この場合、2つの隣接ラスターラインを生ずる素子を使用して、上述したようなそれらの間のギャップを埋めるのと同一様態で結合することができる。
図3におけるアレイ130a及び130bを上述したように適正に機能させるため、これらアレイのY方向での相対的位置決めは厳密である。発生したレーザービームを画像化表面上に合焦させるよう作用するレンズ系の構成を簡素化するためには、1対のチップ行に対応する2つのレンズ行を自己整列させることができる図4に示す形態を採用するのが有利である。
図4は7つの隣接アレイ130を示し、各アレイ130はそれぞれに対応のレンズ18と整列させて示す。アレイ130は上述したように付加的レーザー素子42を有することができるが、このような素子はこの図4には示さない。各レンズ18は、GRIN(Gradient-Index)ロッドとして構成し、このロッドは半径方向に屈折率が段階的に変化するシリンダの形状である既知のタイプのレンズである。図4に示すジオメトリの場合において、任意な2方向に隣接する3つのアレイ130の対応素子が正三角形の頂点に位置し、このような3つの三角形を図面で符号50により示す。すべての三角形50は合同であることに留意されたい。この結果、GRINロッドの直径が、正三角形50の長さ又は同一行における隣接VCSELチップ30の対応するレーザー発光素子間の距離である2×N×Arに等しいものと選択する場合、最もコンパクトな形態で積み重ねるとき、レンズ18は対応するチップに対して自動的に正確に整列する。
レンズ18は図1(側面図)及び図4(断面図)では概略的に個別GRINロッドとして示したが、図9に示す他の実施形態においては、各チップのレーザービームは一連のレンズによって伝送することができる。図9の場合、単一GRINロッド18は相互に角度をなす2つのGRINロッド18a及び18bに置換し、一方のGRINロッドからの光を高屈折率ガラスのプリズム87によって他方のGRINロッドに指向させ、光を折り曲げ経路に追従させる。このような形態によれば、カラー印刷システムにおけるコーティングステーションをよりコンパクトな形態で互いに一層接近させて配置することができる。このような折り曲げ光路は、倍率及び光透過のすべての要件を満足させつつ、異なる形態を採用することができる。このように光路を分割できるようにするため、GRINロッドの長さは、図9で描かれた光線で示すように光がロッド18aを出射し、またロッド18bに入射する際にコリメートされるよう選択する。
基端部がチップから距離WD0に配列されるGRINロッド18aによって案内される放射は、対応のGRINロッド18bによって捕捉することができ、このGRINロッド18bは同一光路でロッド18aから発生するコリメートされた光を集光し、第2GRINロッド18bの末端部から距離WD1に合焦する。2つのGRINロッドを同一材料及び同一半径方向勾配プロファイル、並びにWD0=WD1にして形成するとき、M=+1の倍率を得ることができる。
GRINロッド18aの長手方向軸線から離れるレーザー素子は、GRINレンズの末端部からコリメートされて出射するが、その軸線に対して角度をなす。若干のケースにおいて、2つのロッド18a及び18b間の距離を大きくし、軸線から離れてコリメートされるビームを第1ロッドセグメントから出射させ、第2セグメントを部分的又は全体的に外れるようにすることが必要である。スネルの法則を活用することができ、第1ロッドから出射するビームを高屈折率のガラスに通過させ、したがって、コリメートしたビームが光軸となす角度を減少させて、第1ロッドから出射するコリメートビームが第2ロッドに入射し損なう前にロッド間の分離をより大きくすることができる。
本明細書の記載及び本発明の特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」及び「有する(have)」のそれぞれ、並びにそれらの変化形を使用して、動詞の目的語が、必ずしも部材、コンポーネント、素子、ステップ又は動詞における主語の一部の完全なリストではないことを示す。これら用語は「からなる」及び「ほぼからなる」を包含する。
本明細書で使用する単数形「a」、「an」、「the」は複数形があることにも言及し、文脈でそれ以外を明示しない限り、「少なくとも1つ(at least one)」又は「1つ又はそれ以上(one or more)」を意味する。
位置的又は運動的な用語、例えば、「上側(upper)」、「下側(lower)」、「右(right)」、「左(left)」、「底部(bottom)」、「下方(below)」、「低下した(lowered)」、「低い(low)」、「頂部(top)」、「上方(above)」、「上昇した(elevated)」、「高い(high)」、「垂直方向の(vertical)」、「水平方向の(horizontal)」、「後方に(backward)」、「前方に(forward)」、上流(upstream)」、「下流(downstream)」、並びにそれらの文法的な変化形は、単に例示としての目的のために使用し、若干のコンポーネントの相対的な位置決め、配置又は変位を説明し、その説明における第1及び第2のコンポーネントを示すものである。このような用語は、必ずしも例えば、「底部(bottom)」コンポーネントが「頂部(top)」コンポーネントの下方にあることを示すものではなく、なぜなら、このような方向、コンポーネント又はその双方は、空間内で反転、回転、若しくは移動する、対角線方向の向き若しくは位置に配置される、水平方向若しくは垂直方向に配置される、又は同様の変更を加えられるからである。
他に明示しない限り、選択の選択肢リストにおける最後の2つの部材間において「及び/又は(and/or)」を使用することは、挙げられた選択肢のうち1つ又はそれ以上の選択が適切であることを示し、またそうすることができる。
本明細書において、他に明示しない限り、本発明の実施形態における特徴の条件又は関係特性を修飾する「ほぼ(substantially)」及び「約(about)」のような形容詞は、条件又は特性は意図する用途のための実施形態の動作に容認可能な公差範囲内に規定されることを意味すると理解すべきである。
本発明は、若干の実施形態及び全体的に関連した方法につき説明したが、実施形態及び方法を変更及び置換できることは当業者には明らかであろう。本発明は本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されるものではないと理解すべきである。
Claims (12)
- 画像化装置に対して基準のX方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置であって、複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、M行及びN列である2次元のアレイに配列した個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子を有し、各行における素子は均一間隔Arを有し、各列における素子は均一間隔acを有し、前記チップは支持体に備え付け、この備え付けは、前記X方向に交差する基準のY方向に互いに隣接する各チップ対が、前記X方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における2つの前記チップで発生したレーザービームが、前記X方向に延在し、また前記Y方向にほぼ均一に離間する平行なラインのセットを前記画像化面上でトレースし、前記チップは前記支持体上に少なくとも1対の行の対として配列し、前記行の対でのチップの整列は、前記X方向及びY方向における3つの互いに隣接するチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置するように整列し、また前記画像化装置は、さらに、それぞれに対応する各チップにおけるすべてのレーザー素子によるレーザービームを、レーザービーム間の離間量を変化させることなく前記画像化表面上に合焦するよう作用する複数個のレンズ系を備え、各レンズ系は少なくとも1個の屈折率分布型(GRIN)である、画像化装置。
- 請求項1記載の画像化装置において、各レンズ系は、互いに直列的に配列された複数個のGRINロッドを有する、画像化装置。
- 請求項2記載の画像化装置において、各レンズ系の前記GRINロッドは、互いに傾斜して折り曲げ光路を形成し、各GRINロッドからの光は、反射素子又は屈折素子によって次のGRINロッドに直列的に指向される、画像化装置。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載の画像化装置において、異なるチップに関連する異なるレンズ系の対応GRINロッドは、少なくとも1対の行のアレイとして配列し、この配列は、任意な対の各行におけるGRINロッドの円筒形表面が互いに接触し、また各行における各レンズの円筒形表面が、さらに、他方の行における隣接する2つのGRINロッドの円筒形表面にも接触するように行い、前記GRINロッドは、同一行の隣接チップにおける対応素子間の距離である2×N×Arに等しい直径を有する、画像化装置。
- 請求項1〜4のうちいずれか一項記載の画像化装置において、各チップは、レーザービーム発生素子が等しい行数及び列数を有する、画像化装置。
- 請求項1〜5のうちいずれか一項記載の画像化装置において、チップにおけるレーザービーム発生素子間の間隔は、隣接素子間で熱干渉を回避するに十分なものである、画像化装置。
- 請求項1〜6のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記支持体は流体冷却される、画像化装置。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記支持体は剛体金属又はセラミック構体で形成される、画像化装置。
- 請求項8記載の画像化装置において、前記支持体の表面は電気絶縁体で形成又はコーティングされ、また薄いフィルム導体が前記電気絶縁表面上に形成され、電気信号及び電力を前記チップに供給できるようにする、画像化装置。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記チップは、垂直キャビティ面発光レーザー(VCSEL)チップアレイである、画像化装置。
- 請求項1〜10のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記アレイにおける素子が前記M行及び前記N列であることの他に、各チップは、前記アレイの各側方サイドに少なくとも2つの付加的な列を有し、前記付加的な列のそれぞれは、前記支持体における隣接チップの相対位置決めに関する前記Y方向のいかなる誤整列をも補償できる少なくとも1つの選択的に動作可能なレーザー発光素子であって、前記補償は、2つのM×N個のラインセット間に存在する少なくとも1つの付加的ラインをトレースすることによって行う、該レーザー発光素子を有するものである、画像化装置。
- 請求項1〜11のうちいずれか一項記載の画像化装置において、個別制御可能な各レーザービーム発生素子は、4個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は、8個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は16個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は32個若しくはそれ以上のエネルギーレベルを有するレーザービームを発生することができる、画像化装置。
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