JP4111875B2 - 光センサで射出素子を作動させる流体射出システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体射出システムに関する。より詳細には、本発明は、光センサで射出素子を作動させる、流体射出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリントの技術は、比較的よく開発されている。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、および多機能装置等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術により実施されている。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装置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、インク滴を施すタイミングは、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意図される。
【０００３】
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）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、媒体はこの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度に、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。
【０００４】
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、この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。次に発射抵抗器を作動させて、発射抵抗器に接するインクを加熱し、気泡が形成されるようにする。すると、この気泡のために、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。
【０００５】
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た圧電セラミック材料から成っている。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。次に圧電セラミック材料を作動させて、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。
【０００６】
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が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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、流体射出アセンブリを含む流体射出システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
流体射出アセンブリは、複数の光センサと、第１の流体射出素子のアレイとを含む。各流体射出素子は、作動すると流体が射出されるよう構成されている。各光センサはn-p接合形であって、該各光センサは、前記流体射出素子のそれぞれに結合して、該流体射出素子のそれぞれを作動させる。第１の光源が光線を放射する。制御システムが前記流体射出アセンブリを横切って光線をスキャンして、前記光センサに選択的に光を当て、それによって光を受けた前記光センサに結合した前記流体射出素子を作動させる。
そして、前記第１の流体射出素子のアレイと略同じに構成された第２、第３、および第４の流体射出素子のアレイをさらに含み、前記光線は、前記流体射出素子の４つのアレイのそれぞれの光センサに同時に光を当て、前記流体射出素子の４つのアレイに結合し、該４つのアレイのうちの選択したものをイネーブルおよびディスエーブルにするマルチプレクサをさらに含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
【００１２】
本発明の一実施形態において、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、光学的に作動する。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。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による、ＰＷＡインクジェットプリンタおよびスキャナ装置等の流体射出およびスキャン装置１００の側面図であり、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、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、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。
【００１４】
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 platten）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。
【００１５】
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、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が移動するのと同時に、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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の一実施形態において、光源１０６からミラー１１２、１１４、１１８を通ってアセンブリ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。
【００１８】
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は媒体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。
【００１９】
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取り込む（capture）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。
【００２０】
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には、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、結晶粒界をできる限り少なくして、アモルファスシリコンの電子移動度特性を高める。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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に関して移動する際に、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）のみが作動して、流体滴を射出して所望のマーキングを行う。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（＝０．０２０９５５ｍｍ）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。
【００３８】
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に隣接してあと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）。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
それぞれのアレイ２００は、複数の感光性作動素子７００を含む。それぞれの作動素子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。
【００４３】
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が発生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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
光源１０６からの光によって作動素子７００が作動すると、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が抵抗器７０２に通電する（excite）駆動電流を供給するので、この抵抗器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は、流体のうちの少なくともいくらかが押しのけられて、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。
【００４７】
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、作動素子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。
【００４８】
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。
【００４９】
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というピッチの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。
【００５０】
図６Ｂは、本発明の一実施形態による図５に示す作動素子７００のうちの１つの主要な構成要素を示す、概略電気回路図／ブロック図である。図５に示すように、図６Ｂに示す単一の作動素子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における作動素子７００およびスキャンアレイ素子７１２（図７に示す）の数を示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
それぞれの作動素子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。作動素子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。
【００５３】
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を発射させる。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。
【００５４】
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における作動素子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。
【００５５】
図８Ａは、本発明の一実施形態による単一の作動素子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。
【００５６】
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。.
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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が放射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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、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すべてにおける作動素子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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、エ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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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発生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の真の位置を感知するのに用いる。
【００７６】
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と略同じであるが、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。
【００７７】
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を放射する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放射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。
【００７８】
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。
【００７９】
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に示し図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の透明な窓４０２を通り抜けて、アレイ２００Ａ〜２００Ｄの光センサ７１０にも当たる。
【００８０】
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は画像データを取り込んで、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が画像データを取り込む。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。
【００８１】
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。
【００８２】
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（oriented）。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、完全な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。
【００８３】
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、感知した光をベースにして信号を発生し、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（イメージプロセッサ、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表、ならびにモータ６２０、６２２のモータ特性も記憶する。
【００８６】
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。所与の作動素子７００についてのドットデータは１ビットであり、その作動素子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、その作動素子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。
【００８７】
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を選択的に作動して、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を作動させる一方法によれば、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。
【００８８】
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。作動素子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。
【００８９】
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作動素子７００に対してさまざまな試験が行われて、それぞれの作動素子７００の特性を表すデータがアレイ装置上のアキューメン（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作動素子７００については、そのような作動素子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、そのような作動素子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を選択的に作動させるとともに、ある作動素子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、作動素子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、滴堆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。
【００９０】
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。
【００９１】
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つがエ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。
【００９２】
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。
【００９３】
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内の作動素子７００に光源１０６が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を作動停止するのにも用いる。
【００９４】
スキャン中、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
アレイ２００、２０２における光センサ７１０、７１１は、スキャン光線１１０が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発生する。
【００９８】
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（mismatch）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。
【００９９】
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、ぎょうの前進（line advance）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のそれぞれの位置および／または速度を示す。
【０１００】
一実施形態において、アセンブリ１２６は、他の同様に構成した装置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。
【０１０１】
【発明の効果】
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、より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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による、ページ幅のアレイの（ＰＷＡ）インクジェットプリンタおよびスキャナの多機能複合機（multi-function product）（ＭＦＰ）等の流体射出およびスキャン装置の側面図であり、装置の主要な内部構成要素を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドおよびスキャンアセンブリ等の流体射出およびスキャン装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドおよびスキャンアセンブリ等の流体射出およびスキャン装置の簡略端面図または側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドアセンブリ等の流体射出アセンブリの簡略端面図または側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による流体射出アレイの一部の主要な構成要素を示す、図２の断面線４Ａ−４Ａから見た断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアレイの一部の主要な構成要素を示す、図２および図８の断面線４Ｂ−４Ｂから見た断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるスキャンアレイおよび複数の流体射出アレイの主要な構成要素を示す概略電気回路図（electrical schematic diagram）である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による光センサ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の一部の概略電気回路図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による流体射出アレイの作動素子の主要な構成要素を示す、概略電気回路図／ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態によるスキャンアレイおよび流体射出アレイをブロックの形で示す、流体射出およびスキャン装置の図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による作動素子の電極のレイアウトを示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアレイ素子の電極のレイアウトを示す図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンアセンブリを横切る、光源からの光線のスキャンを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアセンブリを横切る、第２の光源からの光線のスキャンを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンアセンブリの、図２の断面線１０−１０から見た簡略断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンシステムの主要な構成要素を示す、電気ブロック図（electrical block diagram）である。
【符号の説明】
１００ スキャン装置
１０６ 光源
１０８ 変調器
１１０ 光線
１１４，１１８ 偏向ミラー
１１６ レンズ
１１２ ポリゴンミラー
１２２ 流体供給源
１２６ 流体射出アセンブリ
１３０ 媒体
２００ 流体射出アレイ
２０２ スキャンアレイ
６０６ マルチプレクサ
６１２ コントローラ
６１４ 光源ドライバ
６１６ プロセッサ
６２８ ＲＯＭ
７０２ 流体射出素子
７１０，７１１ 光センサ
９１０ ノズルチャンバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体射出システムに関する。より詳細には、本発明は、光センサで射出素子を作動させる、流体射出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリントの技術は、比較的よく開発されている。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、および多機能装置等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術により実施されている。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装置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、インク滴を施すタイミングは、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意図される。
【０００３】
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）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、媒体はこの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度に、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。
【０００４】
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、この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。次に発射抵抗器を作動させて、発射抵抗器に接するインクを加熱し、気泡が形成されるようにする。すると、この気泡のために、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。
【０００５】
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た圧電セラミック材料から成っている。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。次に圧電セラミック材料を作動させて、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。
【０００６】
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が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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、流体射出アセンブリを含む流体射出システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
流体射出アセンブリは、複数の光センサと、第１の流体射出素子のアレイとを含む。各流体射出素子は、作動すると流体が射出されるよう構成されている。各光センサはn-p接合形であって、該各光センサは、前記流体射出素子のそれぞれに結合して、該流体射出素子のそれぞれを作動させる。第１の光源が光線を放射する。制御システムが前記流体射出アセンブリを横切って光線をスキャンして、前記光センサに選択的に光を当て、それによって光を受けた前記光センサに結合した前記流体射出素子を作動させる。
そして、前記第１の流体射出素子のアレイと略同じに構成された第２、第３、および第４の流体射出素子のアレイをさらに含み、前記光線は、前記流体射出素子の４つのアレイのそれぞれの光センサに同時に光を当て、前記流体射出素子の４つのアレイに結合し、該４つのアレイのうちの選択したものをイネーブルおよびディスエーブルにするマルチプレクサをさらに含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
【００１２】
本発明の一実施形態において、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、光学的に作動する。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。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による、ＰＷＡインクジェットプリンタおよびスキャナ装置等の流体射出およびスキャン装置１００の側面図であり、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、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、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。
【００１４】
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 platten）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。
【００１５】
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、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が移動するのと同時に、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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の一実施形態において、光源１０６からミラー１１２、１１４、１１８を通ってアセンブリ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。
【００１８】
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は媒体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。
【００１９】
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取り込む（capture）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。
【００２０】
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には、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、結晶粒界をできる限り少なくして、アモルファスシリコンの電子移動度特性を高める。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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に関して移動する際に、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）のみが作動して、流体滴を射出して所望のマーキングを行う。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（＝０．０２０９５５ｍｍ）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。
【００３８】
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に隣接してあと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）。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
それぞれのアレイ２００は、複数の感光性作動素子７００を含む。それぞれの作動素子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。
【００４３】
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が発生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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
光源１０６からの光によって作動素子７００が作動すると、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が抵抗器７０２に通電する（excite）駆動電流を供給するので、この抵抗器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は、流体のうちの少なくともいくらかが押しのけられて、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。
【００４７】
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、作動素子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。
【００４８】
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。
【００４９】
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というピッチの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。
【００５０】
図６Ｂは、本発明の一実施形態による図５に示す作動素子７００のうちの１つの主要な構成要素を示す、概略電気回路図／ブロック図である。図５に示すように、図６Ｂに示す単一の作動素子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における作動素子７００およびスキャンアレイ素子７１２（図７に示す）の数を示す。
【００５１】
【表１】
それぞれの作動素子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。作動素子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。
【００５３】
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を発射させる。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。
【００５４】
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における作動素子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。
【００５５】
図８Ａは、本発明の一実施形態による単一の作動素子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。
【００５６】
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。.
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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が放射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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、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すべてにおける作動素子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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、エ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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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発生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の真の位置を感知するのに用いる。
【００７６】
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と略同じであるが、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。
【００７７】
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を放射する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放射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。
【００７８】
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。
【００７９】
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に示し図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の透明な窓４０２を通り抜けて、アレイ２００Ａ〜２００Ｄの光センサ７１０にも当たる。
【００８０】
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は画像データを取り込んで、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が画像データを取り込む。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。
【００８１】
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。
【００８２】
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（oriented）。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、完全な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。
【００８３】
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、感知した光をベースにして信号を発生し、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（イメージプロセッサ、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表、ならびにモータ６２０、６２２のモータ特性も記憶する。
【００８６】
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。所与の作動素子７００についてのドットデータは１ビットであり、その作動素子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、その作動素子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。
【００８７】
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を選択的に作動して、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を作動させる一方法によれば、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。
【００８８】
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。作動素子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。
【００８９】
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作動素子７００に対してさまざまな試験が行われて、それぞれの作動素子７００の特性を表すデータがアレイ装置上のアキューメン（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作動素子７００については、そのような作動素子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、そのような作動素子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を選択的に作動させるとともに、ある作動素子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、作動素子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、滴堆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。
【００９０】
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。
【００９１】
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つがエ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。
【００９２】
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。
【００９３】
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内の作動素子７００に光源１０６が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を作動停止するのにも用いる。
【００９４】
スキャン中、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
アレイ２００、２０２における光センサ７１０、７１１は、スキャン光線１１０が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発生する。
【００９８】
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（mismatch）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。
【００９９】
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、ぎょうの前進（line advance）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のそれぞれの位置および／または速度を示す。
【０１００】
一実施形態において、アセンブリ１２６は、他の同様に構成した装置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。
【０１０１】
【発明の効果】
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、より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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による、ページ幅のアレイの（ＰＷＡ）インクジェットプリンタおよびスキャナの多機能複合機（multi-function product）（ＭＦＰ）等の流体射出およびスキャン装置の側面図であり、装置の主要な内部構成要素を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドおよびスキャンアセンブリ等の流体射出およびスキャン装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドおよびスキャンアセンブリ等の流体射出およびスキャン装置の簡略端面図または側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、ＰＷＡプリントヘッドアセンブリ等の流体射出アセンブリの簡略端面図または側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による流体射出アレイの一部の主要な構成要素を示す、図２の断面線４Ａ−４Ａから見た断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアレイの一部の主要な構成要素を示す、図２および図８の断面線４Ｂ−４Ｂから見た断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるスキャンアレイおよび複数の流体射出アレイの主要な構成要素を示す概略電気回路図（electrical schematic diagram）である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による光センサ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の一部の概略電気回路図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による流体射出アレイの作動素子の主要な構成要素を示す、概略電気回路図／ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態によるスキャンアレイおよび流体射出アレイをブロックの形で示す、流体射出およびスキャン装置の図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による作動素子の電極のレイアウトを示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアレイ素子の電極のレイアウトを示す図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンアセンブリを横切る、光源からの光線のスキャンを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態によるスキャンアセンブリを横切る、第２の光源からの光線のスキャンを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンアセンブリの、図２の断面線１０−１０から見た簡略断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態による流体射出およびスキャンシステムの主要な構成要素を示す、電気ブロック図（electrical block diagram）である。
【符号の説明】
１００ スキャン装置
１０６ 光源
１０８ 変調器
１１０ 光線
１１４，１１８ 偏向ミラー
１１６ レンズ
１１２ ポリゴンミラー
１２２ 流体供給源
１２６ 流体射出アセンブリ
１３０ 媒体
２００ 流体射出アレイ
２０２ スキャンアレイ
６０６ マルチプレクサ
６１２ コントローラ
６１４ 光源ドライバ
６１６ プロセッサ
６２８ ＲＯＭ
７０２ 流体射出素子
７１０，７１１ 光センサ
９１０ ノズルチャンバ
Claims (8)
- 複数の光センサと第１の流体射出素子のアレイとを含み、前記各流体射出素子は、作動すると流体が射出されるよう構成され、
前記各光センサはn-p接合形であって、該各光センサは、前記各流体射出素子のそれぞれに結合して該流体射出素子を作動する流体射出アセンブリと、
光線を放射する第１の光源と、
前記流体射出アセンブリを横切って前記光線をスキャンして、前記光センサに選択的に光を当て、それによって、光を受けた前記光センサに結合された前記流体射出素子を作動させる制御システムとを含み、
前記第１の流体射出素子のアレイと略同じに構成された第２、第３、および第４の流体射出素子のアレイをさらに含み、
前記光線は、前記流体射出素子の４つのアレイのそれぞれの光センサに同時に光を当て、前記流体射出素子の４つのアレイに結合し、該４つのアレイのうちの選択したものをイネーブルおよびディスエーブルにするマルチプレクサをさらに含むことを特徴とする光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。 - 前記流体射出アセンブリ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ことを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
- 前記第１の光源はレーザー光源であることを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
- 前記制御システムは前記第１の光源を変調する変調器を含むことを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
- 前記流体射出アセンブリの特性を表す特性データを記憶するメモリ装置をさらに含み、
前記制御システムは、前記記憶している特性データをベースにして前記第１の光源を振幅およびパルス幅変調するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。 - 前記制御システムは、回転するよう構成されかつ前記光線を偏向するよう構成されたポリゴンミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
- 前記制御システムは、前記偏向光線を前記流体射出アセンブリ上に向けるｆθ特性を有するレンズを含むことを特徴とする請求項６に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
- 前記光線は、一度に、前記流体射出素子の４つのアレイのうちの１つの光センサに当たり、前記制御システムは、回転するよう構成されかつ前記光線を偏向するよう構成されたポリゴンミラーを含み、該ポリゴンミラーは、それぞれ該ポリゴンミラーの中心軸に関して互いに異なる角度に配置され前記４つのアレイのうちの異なるものの前記光センサ上に前記光線を偏向する複数の反射面を含むことを特徴とする請求項１に記載の光センサで射出素子を作動させる流体射出システム。
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