KR102309733B1 - 이미징 장치 - Google Patents

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Abstract

개별적으로 제어가능한 레이저 빔들을 기준 X-방향으로 이미징 장치에 대해 이동가능한 이미징 표면 상으로 투사하기 위한 이미징 장치가 제시된다. 상기 이미징 장치는 복수의 반도체 칩을 포함하고, 각 반도체 칩은 M개의 행 및 N개의 열의 2차원 메인 어레이로 배열된 복수의 레이저 빔 방출 소자를 포함한다. 각 행 내의 상기 소자들은 균일한 간격(Ar)을 갖고, 각 열 내의 상기 소자들은 균일한 간격(ac)을 갖는다. 상기 칩들은, 상기 X-방향에 대해 횡방향인 기준 Y-방향으로 서로 인접한 각 쌍의 칩들이 상기 X-방향으로 서로 오프셋되고, 연속적으로 활성화될 때, 상기 쌍의 상기 2개의 칩들의 방출된 레이저 빔들이 상기 이미징 표면 상에서 상기 X-방향으로 연장되고 상기 Y-방향으로 실질적으로 균일하게 이격된 평행한 라인들의 세트를 추적하는 방식으로 상기 지지부 상에 장착된다. 상기 메인 어레이의 소자들의 M개의 행 및 N개의 열에 더하여, 각 칩은 상기 메인 어레이의 각 측면에 적어도 하나의 추가적인 열을 포함하고, 각 열은 상기 지지부 상에서 상기 인접한 칩들을 상대적으로 위치시킬 때 상기 Y-방향으로의 임의의 오정렬을 보상할 수 있는 적어도 하나의 선택적으로 동작가능한 레이저 방출 소자를 포함한다.

Description

이미징 장치
본 발명은 복수의 개별적으로 제어가능한 레이저 빔을 이미징 장치에 대해 이동가능한 표면 상으로 투사하기 위한 이미징 장치에 관한 것이다. 본 이미징 장치는 디지털 인쇄 시스템에서 응용하는 것에 대하여 주로 설명될 것이지만, 그 사용이 이러한 응용으로 제한되는 것은 아니다.
US 7,002,613은 본 발명의 이미징 장치가 적용가능한 디지털 인쇄 시스템을 설명한다. 특히, 상기 특허 명세서의 도 8에는, 본 발명에 가장 가까운 종래 기술을 나타내는 것으로 생각되는 이미징 장치(84)가 도시되어 있다. 이미징 장치는 복수의 개별적으로 제어가능한 레이저 빔을 본 명세서에서 이미징 표면이라고 언급되는 표면 상으로 투사하여 이 표면 상에 에너지 이미지를 생성하는 기능을 한다. 레이저 이미지는 다양한 목적을 위해 사용될 수 있는데, 단지 몇 가지 예를 들면, 예를 들어, US 7,002,613에서 설명된 바와 같이 기재 상에 2차원 인쇄된 이미지를 생성하기 위해, 3D 인쇄할 때, 그리고 임의의 표면 상에 이미지를 에칭할 때 사용될 수 있다.
상업적 인쇄 또는 3D 리소그래피와 같은 높은 처리량에 응용하기 위해서는, 초당 이미징되어야 하는 픽셀의 수는 매우 높아서, 이미징 장치에 병렬화를 요구한다. 본 발명의 레이저 이미징 장치는 높은 파워(power)의 에너지 빔들을 요구하는 응용에 의도된다. 따라서, 픽셀을 순차적으로 노출시키기 위해 단일 레이저 빔으로 이미징 표면을 단순히 스캔할 수는 없다. 대신에, 이미징 장치는 이미징 표면의 이미지 영역의 각 픽셀(화상 소자)에 대해 별개의 레이저 방출 소자를 갖는 것이 요구된다.
허용가능한 인쇄 품질을 달성하기 위해, 가능한 한 높은 픽셀 밀도를 갖는 것이 중요하다. 예를 들어, 1200 dpi(dot per inch)를 갖는 것과 같은 고해상도 이미지는, 균일한 인쇄 품질을 달성하기 위해 레이저 소스(laser source)들 사이에 필요한 오버랩(overlap)의 양으로 인해, 레이저 방출 소자들이 모두 직선 라인 내에 있는 경우, 달성 가능하지 않는 레이저 방출 소자의 밀도를 요구한다. 이러한 높은 패킹 밀도를 달성하는 것이 물리적으로 가능하지 않은 것과는 별도로, 인접한 소자들은 서로 열적으로 간섭할 수 있다.
M개의 행 및 N개의 열의 어레이에서 레이저 광의 빔을 방출하는 반도체 칩이 알려져 있다. US 7,002,613에서, 행 및 열은 서로 정확히 수직이지만, 칩들은, 이 특허 명세서의 도 1에 도시된 방식으로, 각 행이 선행하는 행(들)의 누락된 픽셀들을 채울 수 있도록 기울어져 장착되어 있다. 이러한 방식으로, 이러한 어레이는 칩의 폭에 걸쳐서만 고해상도 이미지를 달성할 수 있고, 그 길이를 따라 스트라이프(stripe) 없이 인쇄된 이미지를 달성하려는 경우, 이 칩들은 그 측방향 에지(lateral edge)들에 충분히 가까이 위치된 레이저 방출 소자를 가질 수 없기 때문에 이러한 칩들은 단순히 나란히 장착될 수는 없다.
US 7,002,613은, 이 특허 명세서의 도 8에 도시된 방식으로, 이러한 칩들을 2개의 행으로 배열함으로써 이러한 문제를 회피한다. 각 행 내의 칩들은 하나의 행 내의 각 칩이 다른 행 내의 2개의 인접한 칩들에 의해 스캔되지 않고 남아 있는 갭을 스캔하도록 이 쌍의 다른 행 내의 칩들에 대해 스태거(staggered)된다.
정확한 정렬을 달성하기 위해 현미경을 사용하여 청정 실험실 조건 하에서 지지부 상에 칩들의 행들이 장착되는 것이 예상된다 하더라도, 2개의 행 내 칩들을 상대적으로 정렬하는 것이 인쇄된 이미지의 해상도 내에서 정확하다는 것을 보장할 수는 없다. 임의의 오정렬은 이미지에 스트라이프 또는 다른 원치 않는 결함을 초래할 수 있다.
US 2010/080594 및 US 2008/0181667은, (레이저 소스로부터가 아니라) LED의 어레이로부터 오는 광이 이미지 표면 상에 투사되고, 어레이들 사이의 임의의 오정렬을 보상하는 단계들을 취할 수 있는 방법을 제시하는 시스템을 설명한다. 각 경우에, 인접한 어레이들에 의해 생성된 이미지들은 서로 오버랩되고 2개의 어레이들 중 하나의 어레이 또는 다른 어레이로부터 선택된 LED들은 2개의 어레이들 사이의 경계에서 이미지 연속성을 유지하도록 활성화된다. US 2010/080594의 경우에, 이러한 오버랩은 도 14에 명확히 도시되어 있고, US 2009/0181667에서는, 예를 들어, 도 9a 및 도 9b로부터 명백하다.
본 발명에서, 개별적으로 제어가능한 레이저 빔들을 이미징 장치에 대해 기준 X-방향으로 이동가능한 이미징 표면 상으로 투사하기 위한 이미징 장치로서, 상기 이미징 장치는 복수의 반도체 칩을 포함하고, 각 반도체 칩은 M개의 행 및 N개의 열의 2차원 메인 어레이로 배열된 복수의 개별적으로 제어가능한 레이저 빔 방출 소자를 포함하고, 각 행 내의 상기 소자들은 균일한 간격(Ar)을 갖고, 각 열 내의 상기 소자들은 균일한 간격(ac)을 갖고, 상기 칩들은, 상기 X-방향에 대해 횡방향인 기준 Y-방향으로 서로 인접한 각 쌍의 칩들이 상기 X-방향으로 서로 오프셋되고, 연속적으로 활성화될 때, 상기 쌍의 2개의 칩의 방출된 레이저 빔들이 상기 이미징 표면 상에서 상기 X-방향으로 연장되고 상기 Y-방향으로 실질적으로 균일하게 이격된 2·M·N개의 평행한 라인들을 추적(trace)하는 방식으로 지지부 상에 장착되고, 각 칩의 상기 레이저 빔들은 다른 칩의 라인들의 세트와 오버랩하지 않는 M·N개의 라인들의 세트를 추적하며, 상기 메인 어레이의 상기 M개의 행 및 N개의 열에 더하여, 각 칩은 상기 메인 어레이의 각 측에 적어도 하나의 추가적인 열을 포함하고, 각 추가적인 열은 상기 M·N개의 라인들의 두 세트 사이에 놓이는 적어도 하나의 추가적인 라인을 추적하는 것에 의해 상기 지지부 상에 상기 인접한 칩들을 상대적으로 위치시킬 때 상기 Y-방향으로의 임의의 오정렬을 보상할 수 있는 적어도 하나의 선택적으로 동작가능한 레이저 방출 소자를 포함하는, 상기 이미징 장치가 제안된다.
상기 메인 어레이의 상기 M개의 행 및 N개의 열의 레이저 방출 소자들이 보통 여분(redundant)의 임의의 소자들을 포함하지 않는다고 가정하면, 상기 세트 내의 인접한 라인들 사이의 간격은 Ar/M, 즉 각 행 내의 상기 인접한 소자들의 간격을 상기 행들의 수로 나눈 것과 같을 것이다. 나아가, 본 발명에서는, 임의의 2개의 인접한 칩들에 의해 추적되는 상기 M·N개의 라인들의 두 세트 사이에 오버랩이 없으므로, 상기 두 칩들에 의해 추적되는 라인들의 총 수는, 상기 칩들이 동일한 수의 행과 열을 갖는 경우, 2·M·N, 즉, 각 칩 내의 행의 수과 열의 수의 곱의 2배와 같을 것이다.
본 제안에서, 상기 메인 어레이들에 의해 생성된 이 균등하게 이격된 라인들에 더하여, 단지 칩의 오정렬을 보상하기 위해 의도된 추가적인 레이저 방출 소자들이 각 어레이의 두 단부에 제공된다. 인접한 칩들이 정확히 정렬되면, 상기 추가적인 열들의 상기 소자들은 여분의 것이며, 통전(energized)되지 않을 것이다. 그러나, 인접한 칩들에 의해 추적되는 상기 라인들 사이에 갭이 남아 있어야 한다면, 상기 추가적인 소자들은 상기 메인 어레이들에 의해 추적되는 상기 라인들의 균일한 간격에 근사한 위치에서 상기 갭을 채우기 위해 추가적인 라인들을 도입할 수 있다. US 2010/080594 및 US 2008/0181667의 제안과 달리, 상기 추가적인 소자들에 의해 추적되는 상기 라인들은 상기 메인 어레이들에 의해 추적되는 상기 M·N개의 라인들의 임의의 세트의 라인들 사이에 놓이지 않고 (즉, 상기 라인들과 인터레이스되지 않고) 상기 M·N개의 라인들의 두 세트 사이의 임의의 갭 내에만 놓인다.
인접한 칩들의 상기 소자들에 의해 추적되는 상기 M·N개의 라인들의 두 세트 사이에 오버랩이 있는 경우에, 상기 메인 어레이들의 상기 소자들 중 일부는 스위치 오프(switch off)될 수 있고, 만약 필요한 경우, 균일하게 이격된 라인들을 갖는 래스터(raster)의 외관을 유지하기 위해 상기 추가적인 열들의 소자에 의해 대체될 수 있다.
한편, 인접한 칩들의 상기 소자들에 의해 추적되는 상기 2 M·N개의 라인들 사이에 갭이 존재한다면, 상기 추가적인 열들은 균일하게 이격된 라인들을 갖는 래스터의 외관을 유지하도록 활성화될 수 있다.
상기 추가적인 소자들 중 하나의 추가적인 소자는 그 위치가 상기 래스터를 균일하게 하는 라인과 일치하는 경우 자체적으로 활성화될 수 있다. 대안적으로, 상기 소자들이, 예를 들어, 가우시안(Gaussian) 또는 정현파(sinusoidal) 분포와 유사한 대칭적인 에너지 프로파일을 갖는 경우, 두 소자들을 활성화시키는 것에 의해, 상기 이미징 표면 상에서 인접한 스팟(spot)들을 조사하고 각 소자의 전력을 개별적으로 조절하여, 상기 2개의 칩의 상기 메인 소자들의 상기 래스터 라인들로부터 조절가능한 거리에서 단일 래스터 라인을 생성할 수 있다. 상기 인접한 스팟들이 서로 유한한 시간 내에 조사된다면 이러한 효과는 열적으로 동적이고 가산적인 것임을 유의하여야 한다. 다시 말해, 상기 이미징 표면은 상기 2개의 레이저 펄스들 사이의 간격으로 상기 제1 레이저 펄스의 에너지를 발산할 시간을 갖지 않아야 한다.
유리하게, 동일한 추가적인 열 내의 소자들에 의해 추적되는 상기 라인들은 서로 균일하게 이격되고, 상기 추가적인 열의 상기 소자에 의해 추적되는 상기 라인들 사이의 간격은 메인 어레이의 상기 소자들에 의해 추적되는 상기 라인들의 간격과 상기 추가적인 열 내의 소자들의 개수의 몫(quotient)과 실질적으로 같다.
레이저 방출 소자들의 상기 메인 어레이들의 행 및 열은, US 7,002,613에 제시된 바와 같이, 서로 수직인 칩들을 사용할 수 있지만, 이것은 상기 칩들이 Y-방향에 대해 각지게 배치될 것을 요구한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 각 칩의 각 행 내의 상기 소자들은 상기 Y-방향에 평행한 라인 상에 놓이고, 각 칩의 각 열 내의 상기 소자들은 상기 X-방향에 대해 각지게 경사진 직선 라인 상에 놓인다. 다시 말해, 정사각형인 상기 어레이의 윤곽 대신에, 상기 어레이는 평행사변형으로 형성된다. 이러한 배열은 칩 영역에 관한 한 약간 낭비되는 것으로 고려될 수 있으나, 조립 과정 면에서는 유리할 수 있다.
상기 칩들은 상기 지지부 상에 적어도 한 쌍의 행으로 배열되고, 상기 2개의 행들 각각 내에 있는 모든 상기 칩들의 대응하는 레이저 방출 소자들은 상기 Y-방향으로 서로 일렬로 놓이는 것이 유리하다. "대응하는 소자들"이란 개별 레이저 방출 소자들이 각 칩들 내에 동일한 행 및 열의 위치들을 차지해야 한다는 것을 의미한다. 상기 X-방향 및 상기 Y-방향으로 서로 인접한 상기 한 쌍의 행들에 있는 3개의 칩들의 임의의 그룹 내에 대응하는 소자들은 합동 등변 삼각형들의 정점(apex)들에 놓이는 것이 유리하다. 이것은 상기 이미징 표면 상에 상기 레이저 빔을 집속(focus)하는데 필요한 렌즈 시스템의 구성을 간소화할 수 있다.
하나의 칩에 의해 방출되는 모든 레이저 빔이, ±1의 배율을 갖는, 공통 단일 렌즈 또는 직렬로 배열된 공통 렌즈 세트에 의해 상기 이미징 표면에 집속되는 것이 특히 유리한 것으로 발견되었다. 다시 말해, 상기 이미징 표면 상에 레이저 소자들의 상기 어레이(즉, 도트의 어레이)의 이미지는 상기 칩 상에 있는 상기 어레이와 동일한 크기를 가져야 하지만, 이는 역전(inverted)될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 렌즈의 광축에 수직인 XY 평면에서 GRIN 로드(Gradient-Index rod) 렌즈와 같은 렌즈에 약간의 오정렬이 있더라도, 상기 이미징 표면 상에 조명된 레이저 스팟의 위치는 상기 레이저 어레이 칩 상의 상기 레이저 방출 소자의 위치에만 의존하기 때문에 변치 않게 유지될 것이다. 레이저 방출 소자들은 표준 반도체 제조 기술을 사용하여 모든 레이저 어레이 칩에 매우 높은 정밀도로 위치될 수 있다.
상기 렌즈 시스템은 각 칩과 관련된 단일 GRIN 로드를 포함할 수 있지만, 대안적으로 상기 렌즈 시스템은 서로 직렬로 배열되어 접힌 광 경로(folded light path)를 형성하는 복수의 GRIN 로드를 포함할 수 있다. 후자의 경우에, 모든 칩에 공통인 프리즘이 하나의 GRIN 로드 소자로부터 각 직렬 내 그 다음 GRIN 로드 소자로 상기 레이저 빔들을 지향시키는 기능을 할 수 있다.
이러한 접힌 광 경로 구성에서, 상기 프리즘은 상기 GRIN 로드들보다 더 높은 굴절률을 갖는 유리로 만들어지는 것이 바람직하다.
각 칩이 상기 메인 어레이 내에 동일한 개수의 행 및 열의 레이저 빔 방출 소자(즉, M = N)를 갖는 것이 렌즈 어레이의 사이즈를 최소화시키기 때문에 유리하다.
각 칩 내에서, 상기 레이저 소자들 사이의 분리 거리는 인접한 레이저 방출 소자들 사이의 열적 간섭을 회피할 만큼 충분히 커야 한다.
상기 칩 어레이들에 대한 상기 지지부는, 상기 칩들에 의해 생성될 수 있는 열을 발산시키는 것을 돕기 위해 유체로 냉각될 수 있다.
나아가, 상기 지지부는 강성의 금속성 또는 세라믹 구조일 수 있고, 상기 지지부는 전기 절연 표면으로 형성되거나 또는 코팅될 수 있고, 상기 전기 절연 표면은 상기 칩들에 전기 신호 및 전력을 공급하는 막(film) 전도체를 지지한다.
일부 실시예에서 상기 칩은 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 칩 어레이이다.
일부 실시예에서, 각 소자에 의해 방출되는 상기 레이저 빔의 세기는 연속적으로 (아날로그 방식으로) 조절되거나 또는 이산 단계로 (디지털 방식으로) 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 칩들은 디지털 제어 신호를 수신하도록 D/A 변환기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔의 세기는 4개, 8개, 16개, 32개 또는 최대 4096개의 이산 단계로 조절될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 개별적으로 제어가능한 레이저 빔들을 본 발명의 상기 이미징 장치를 사용하여 이미징 장치에 대해 이동가능한 이미징 표면 상으로 투사하는 방법이 제공된다.
일부 실시예에서, 동일한 어레이로부터 선택되거나 또는 2개의 인접한 어레이들 각각으로부터 선택된 적어도 한 쌍의 레이저 소자들은, 상기 2개의 레이저 소자의 상기 이미지들의 중심들 중 적어도 하나의 중심에서의 상기 이미징 표면의 온도를 미리 결정된 임계값을 넘어 상승시킴이 없이, 상기 이미징 표면에서 상기 2개의 레이저 소자의 상기 이미지들의 중심들의 중간 지점에서 상기 이미징 표면의 온도를 미리 결정된 임계값을 넘어 증가시키도록 그 에너지들이 상기 이미징 표면 상에서 결합되는 방식으로 제어된다.
이미징 장치의 일부 실시예는 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 본 상세한 설명은 도면과 함께 비-제한적인 예로서 본 발명의 내용을 실시할 수 있는 방식을 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백히 제시할 것이다. 도면은 예시적인 설명을 위한 것이며, 본 발명을 기본적으로 이해하는데 필요한 것보다 더 상세히 실시예에 대한 구조적인 상세를 제시하려고 의도된 것이 아니다. 명료함과 간략함을 위해, 도면에 도시된 일부 요소들은 축척에 맞는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 사용하는 디지털 인쇄 시스템의 개략도이다;
도 2는 지지부 상에 장착된 VCSEL 칩들의 세트를 포함하는 이미징 장치의 일부를 도시한다;
도 3은 2개의 VCSEL 칩의 레이저 방출 소자들 및 이들 소자들이 상대적으로 이동하는 이미징 표면 상에서 추적할 수 있는 라인들의 개략도이다;
도 4는 방출된 레이저 빔을 이미징 표면 상으로 집속시키기 위한 렌즈로서 사용되는 GRIN 로드와 VCSEL 칩 사이에 정렬을 한 쌍의 행으로 나타내는 개략도이다;
도 5a는 칩의 오정렬을 보정하기 위한 종래 기술의 제안들을 도시한다;
도 5b는 본 발명이 칩의 오정렬을 보상하는 방식을 도시한다;
도 6은 2개의 측방향으로 위치된 레이저 소자를 사용하여 단일 라인을 추적할 수 있는 방식을 예시하기 위해 2개의 인접한 어레이의 단부들에 있는 레이저 소자들에 의해 생성된 에너지 프로파일들을 도시하며, 여기서, 각 어레이에 대해 메인 어레이의 3개의 소자들 및 추가적인 소자들 중 하나의 추가적인 소자가 제시된다;
도 7a는 메인 어레이의 2개의 인접한 레이저 소자의 에너지들이 레이저 소자들 중 어느 하나의 레이저 소자의 중심 라인 상에 놓이지 않는 추가적인 도트를 생성하기 위해 이미징 표면 상에서 결합될 수 있는 방식을 나타내기 위해 도 6과 유사한 에너지 다이아그램이다;
도 7b는 도 7a에 도시된 방식으로 메인 어레이의 4개의 레이저 소자를 활성화함으로써 생성된 이미징 표면 상의 도트 패턴을 도시한다;
도 8a는 도 7b의 도트 패턴이 안티-에일리어싱(anti-aliasing)을 돕는 방식을 도시한다;
도 8b는 도 8a와 비교하기 위해 비스듬한 라인을 인쇄할 때 보통 발생하는 지그재그형 에지(jagged edge)를 도시한다; 및
도 9는 인쇄 시스템에서 보다 콤팩트한 패키징을 가능하게 하기 위해 접힌 광 경로를 갖는 도 1에 도시된 것에 대한 대안적인 렌즈 시스템을 도시한다.
예시적인 인쇄 시스템의 전반적인 설명
도 1은 이미징 표면으로 기능하는 외부 표면(12)을 갖는 드럼(10)을 도시한다. 드럼이 시계방향으로 회전할 때, 화살표로 도시된 바와 같이, 드럼은 코팅 스테이션(14) 아래를 통과하고, 여기서 드럼은 미세 입자의 단일 층 코팅(monolayer coating)을 획득한다. 코팅 스테이션(14)을 빠져나간 후, 이미징 표면(12)은 본 발명의 이미징 장치(15) 아래를 통과하고, 여기서 이미징 표면(12)의 선택된 구역들은 레이저 복사선에 노출되고 레이저 복사선은 표면(12)의 선택된 구역들 상에 있는 입자 코팅을 점착성(tacky)으로 되게 한다. 다음으로, 표면은 압인 스테이션(impression station)(19)을 통과하고 여기서 기재(20)가 드럼(10)과 압인 실린더(22) 사이에서 압축된다. 이에 의해, 대응하게 언급되는 이미징 스테이션에서 이미징 장치(15)에 의해 레이저 복사선에 노출됨으로써 점착성으로 된 이미징 표면(12) 상에 있는 코팅의 선택된 구역들이 이미징 표면(12)으로부터 기재(20)로 전사된다.
본 명세서에서 사용된 "점착성"이라는 용어는 복사선 조사된 입자 코팅이 터치에 반드시 점착성이 있는 것을 의미하는 것이 아니라 압인 스테이션(19)에서 기재로 눌릴 때 기재의 표면에 부착될 수 있을 정도로만 충분히 연화(soften)되는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
기재로 전사된 선택된 점착성 영역들에 대응하는 이미징 표면(12) 상의 구역들은 그 결과 노출되어, 입자들이 전사되는 것에 의해 고갈된다. 이후, 이미징 표면은 코팅 스테이션(14)으로 복귀함으로써 그 사이클을 완료할 수 있고, 여기서 이전에 도포된 입자들이 압인 스테이션(19)에서 기재(20)로 전사되어 노출된 구역들에만 새로운 단일 층 입자 코팅이 도포된다.
본 제안에서, 입자들이 서로 부착되는 것보다 더 강하게 이미징 표면에 부착되기 때문에, 입자 층 또는 코팅이라고도 상호 교환 가능하게 언급되는 입자들의 도포된 코팅은 실질적으로 단일 층이다. 입자들 사이에 일부 오버랩이 발생할 수 있지만, 이 층은 표면 면적의 대부분에 걸쳐 단지 하나의 입자 깊이만 있을 수 있고, 입자들 전부는 아니더라도 대부분이 이미징 표면과 적어도 일부 직접 접촉할 것이다. 따라서, 단일 층의 평균 두께는 이 층을 형성하는 개별 입자들의 평균 두께로 근사될 수 있고, 또는 입자들이 오버랩되는 일부 구역들에서는, 오버랩의 유형과 정도에 따라 구성 입자들의 치수의 낮은 배수만큼 근사될 수 있다. 따라서, 단일 층은 관련된 입자들에 대해 가장 얇은 치수 특성(예를 들어, 박편(flake) 형상에 대해서는 입자의 두께 또는 구형 형상에 대해서는 본질적으로 입자의 직경)의 최대 약 3배에 대응하는 최대 두께(T)를 가질 수 있다.
입자들을 실질적으로 단일 층 모자이크로 형성하는 것은 접착 테이프가 표면으로부터 분말을 픽업하는데 사용될 때 분말 입자의 하나의 층만을 픽업할 수 있다는 것과 동일한 이유로 발생한다. 접착 테이프가 여전히 신선할(fresh) 때, 분말은 전체 테이프 표면을 덮을 때까지 접착제에 달라붙는다. 그러나, 일단 접착제가 분말로 덮여지면, 분말 입자들이 서로 강하게 달라붙지 않고 테이프로부터 단순히 떨어지거나 날아갈 수 있기 때문에 테이프는 더 이상 분말을 픽업하는데 사용될 수 없다. 유사하게, 본 명세서에서 단일 층은 이미징 표면과 충분히 접촉하는 입자들로부터 형성되므로, 통상적으로 단일 입자 두께이다. 입자가 코팅 장치의 출구에서 이미징 표면에 부착된 채 유지될 수 있을 때 충분히 접촉한다고 말할 수 있다.
유리하게는, 입자들의 단일 층은 본 발명에 따른 이미징 장치의 레이저 소자들에 의해 방출된 복사선을 표적으로 전달하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이것은, 선택적으로 복사선 조사된 입자들이 단일 한정된 층 상에 존재할 때, 이미징 장치 및 공정의 제어를 용이하게 할 수 있다. 인쇄 시스템에서 사용하기 위해 고려될 때, 단일 층을 표적으로 하는 이미징 장치는 바람직하게는 기재로 전사시 약 균일한 두께 및/또는 상대적으로 한정된 윤곽의 도트를 형성하도록 레이저 복사선을 집속시킬 수 있다.
단일 층을 갖는 것의 다른 장점은, 입자(예를 들어, 인쇄용 안료 또는 염료를 포함하는 중합체)들과, 입자들이 코팅된 이미징 표면 사이에 우수한 열적 결합을 제공할 수 있다는 것이다. 아래에서 설명된 바와 같이, 이미징 표면은 열 흡수 기재일 수 있고, 또는 적절한 열 흡수 재료로 제조될 수 있어서, 이에 따라 입자를 점착성으로 되게 하는 에너지가 이미징 표면으로부터 중합체 입자(들)로 전달되는 것을 용이하게 한다. 입자들의 두께는 매우 작기 때문에, 레이저 에너지의 대부분은 흡수되지 않고 입자들을 통과할 수 있다는 것이 주목된다. 입자들을 직접 가열하는 대신에, 레이저 복사선은 이미징 표면을 가열시키는 경향이 있고, 입자들은 간접적으로 가열된다.
코팅 스테이션
코팅 스테이션(14)으로 되돌아가면, 코팅 스테이션은 드럼(10)의 축을 따라 서로 정렬된 복수의 스프레이 헤드(1401)를 포함할 수 있고 도 1에서는 단 하나만이 도시되어 있다. 스프레이 헤드들의 스프레이(1402)는 벨 하우징(1403) 내에 구속(confined)되고, 그 하부 림(1404)은 벨 하우징(1403)과 드럼(10) 사이에 좁은 갭만을 남기고 이미징 표면에 근접하여 순응하도록 형성된다. 스프레이 헤드(1401)는 공통 공급 레일(1405)에 연결되고 공통 공급 레일은 이미징 표면(12)을 코팅하는데 사용되는 미세 입자들이 내부에 현탁되어 있는 가압 유체 담체(가스 또는 액체)를 스프레이 헤드(1401)에 공급한다. 본 발명에서, "내부에 현탁된"이라는 용어 및 그 변형어는, 선택적으로 원하는 제어된 온도로 유지될 수 있는 임의의 특정 유체에 동일한 상(phase) 또는 상이한 상의 재료들이 혼합된 임의의 특정 유형의 혼합물을 말하는 것이 아니라 "~에 의해 운반된" 및 이와 유사한 용어로서 이해되어야 한다.
필요한 경우, 현탁된 입자들은, 특히 스프레이 헤드(들)에 공급하기 전에 규칙적으로 또는 일정하게 혼합될 수 있다. 입자들은, 예를 들어, 0.1 내지 10 리터/분의 흐름률(flow rate) 범위 내에서 또는 0.3 내지 3 리터/분의 범위 내에서 코팅 장치에서 순환될 수 있다. 하우징(1403)의 내부 공간에 의해 형성된 플레넘(plenum)(1406) 내에 구속된 스프레이 헤드(1401)로부터 유체 및 잉여(surplus) 입자들은 화살표로 도시되는 적절한 소스에 연결된 출구 파이프(1407)를 통해 추출되고, 스프레이 헤드(1401)로부터 되순환될 수 있다. 본 명세서에서 스프레이 헤드라고 언급되지만 공통 공급 파이프 또는 도관을 따라 입자가 현탁된 유체를 공급할 수 있는 임의의 다른 유형의 노즐 또는 오리피스가 포함된다.
입자들 및 그 담체를 이미징 표면 상에 직접 분사하는 것에 대한 대안으로서, 이미지 표면에 입자들을 도포하는 회전 브러시 또는 스폰지와 같은 도포기 상으로 입자들 및 그 담체가 분사될 수 있다. 이미징 표면의 포괄적인 커버 범위(comprehensive coverage)를 위해, 일부 이러한 도포기가 코팅 스테이션에 포함될 수 있고, 코팅 스테이션은 이미징 표면이 코팅 스테이션을 떠나기 전에 이미징 표면을 건조시키기 위한 추가적인 스폰지를 가질 수 있다.
하우징(1403)과 드럼(10)의 이미징 표면(12) 사이에 필수적으로 유지되어야 하는 좁은 갭을 통해 스프레이 유체 및 미세 입자들이 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 하우징(1403)과 이미징 표면(12) 사이에 효과적인 밀봉을 달성하는 것이 중요하다. 이러한 밀봉을 달성하는 상이한 방법들이 도면에 개략적으로 도시되어 있다.
밀봉의 가장 단순한 형태는 와이퍼 블레이드(wiper blade)(1408)이다. 이러한 밀봉은 이미징 표면과 물리적으로 접촉하고, 하우징(1403)의 출구 측에 사용되는 경우, 다시 말해, 스프레이 헤드(1401)의 하류 측에 사용되는 경우, 도포된 코팅을 스코어링(score)할 수 있다. 이러한 이유로 이러한 밀봉이 사용되는 경우, 이러한 밀봉은 스프레이 헤드(1401)의 상류에만 및/또는 하우징(1403)의 축방향 단부들에 위치되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 사용된 용어 "상류" 및 "하류"는 이미징 표면이 상이한 스테이션들을 통해 순환하기 때문에 이미징 표면(12) 상의 지점들을 기준으로 한다.
도 1은 또한, 부재가 이미징 표면(12)과 접촉함이 없이 하우징(1403)과 드럼(10) 사이의 밀봉 갭으로부터 입자들이 현탁된 유체들이 유출되는 것을 방지할 수 있는 방법을 도시한다. 하우징(1403)의 전체 외주(circumference) 둘레로 연장되는 갤러리(1409)는 갤러리(1409)와 밀봉 갭 사이에 유체 연통을 수립하기 위해 하우징(1403)의 전체 림 주위에 연장되는 미세 통로(1410)의 세트에 의해 연결된다.
제1 실시예에서, 갤러리(1409)는 출구(1407)에 연결된 것과 동일한 흡입 소스 또는 다른 흡입 소스일 수 있는 잉여 추출 시스템의 흡입 소스에 연결된다. 이 경우, 갤러리는 유체가 하우징(1403)을 빠져나가기 전에 갭을 통과하는 유체를 추출하는 기능을 한다. 낮은 압력은 또한 이미징 표면(12)과 직접 접촉하지 않는 임의의 입자를 드럼(10)으로부터 흡입하고, 스프레이된 유체가 액체인 경우, 액체가 코팅 스테이션(14)을 떠나기 전에 코팅을 적어도 부분적으로 건조시키기 위해 갤러리는 또한 잉여 액체를 흡입한다. 잉여 액체는 대안적으로 그리고 추가적으로 코팅 장치의 출구 측에 위치된 (예를 들어, 액체 흡수 표면을 구비하는) 액체 추출 롤러에 의해 제거될 수 있다. 입자 코팅을 건조시키는 임의의 이러한 수단(예를 들어, 송풍기, 가열기, 액체 추출기 등)이, 만약 존재한다면, 코팅 장치(14) 내부에 (즉, 하우징(1403)의 플레넘(1406) 내에) 존재할 수 있고, 또는 대안적으로 코팅이 실질적으로 건조되는데 필요한 스테이션의 상류에 유지되는 한, 코팅 스테이션의 하류에 위치될 수 있다. 건조 소자는, 만약 존재하는 경우, 유리하게는 입자 층과 상용될(compatible) 수 있고, 예를 들어, 입자들에 부정적인 영향을 주지 않고, 및/또는 입자들로부터 형성된 층의 완전성에 부정적인 영향을 주지 않는다.
대안적인 실시예에서, 갤러리(1409)는 플레넘(1406) 내의 압력보다 더 높은 압력에 있는 가스 소스(140)에 연결된다. 스프레이 헤드(1401)를 통해 플레넘으로의 유체 공급률 및 출구(1407)를 통한 추출률에 따라, 플레넘(1406)은 주위 대기 압력 위 또는 아래의 압력에 있을 수 있다.
플레넘이 대기압 아래에 있는 경우, 갤러리(1409)는 주위 압력에 있는 것만으로 충분하고, 또는 사실상 갤러리가 존재할 필요가 없다. 이 경우, 밀봉 갭 내의 압력은 플레넘(1406) 내의 압력을 초과할 것이기 때문에, 갭을 통한 가스 흐름은 유체 유출의 위험이 없이 하우징의 내부를 향할 것이다.
플레넘이 대기압 위에 있는 경우, 갤러리(1409)는 가압된 가스 공급, 바람직하게는 공기에 연결될 수 있다. 이 경우, 공기는 통로(1410)를 통해 압력 하에 밀봉 갭 내로 가압되고, 2개의 스트림으로 분할될 것이다. 하나의 스트림은 플레넘(1406)을 향해 흐를 것이고, 입자들이 현탁되어 있는 유체가 유출되는 것을 방지할 것이다. 이 스트림은 또한 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 변위(dislodge)시키거나 및/또는 동반(entrain)할 것이고, 담체 유체가 액체라면 코팅을 건조시키는 것을 도울 것이다. 제2 스트림은 현탁된 입자 없이 청정한 공기만이 있기 때문에 문제를 야기함이 없이 코팅 스테이션으로부터 빠져나올 것이다. 제2 가스 스트림은 또한 이미징 표면이 코팅 스테이션(14)을 떠나기 전에 이미징 표면(12) 상에 있는 입자 코팅이 더 건조하는 것을 도울 수 있다. 원하는 경우, 가스 스트림은 이러한 건조를 용이하게 하도록 가열될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 전술된 갤러리(1409)는 모든 측면에서 플레넘(1406)을 밀봉하기 위해 하우징의 전체 외주 둘레로 연장되는 것은 아니다. 이 갤러리는 드럼의 축에 수직인 방향으로 스프레이 헤드들의 측방향 에지들 상에 및/또는 드럼의 축에 평행하게 스프레이 헤드들의 상류 또는 하류에 위치된 (음 또는 양의 흐름을 갖는) 하나 이상의 에어 나이프(air knife)의 조합 또는 "부분적인" 갤러리일 수 있다. 일부 실시예에서, 출구 측에 있는 "부분적인" 갤러리는 추가적으로 또는 대안적으로 입자들이 건조되는 것을 용이하게 하는 가스 송풍기(예를 들어, 저온 공기 또는 고온 공기)로서 기능할 수 있고, 이 경우 통로(1410)는 충분한 흐름률을 제공하도록 적응될 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 표면에 도포되는 현탁된 입자들을 운반하는 유체의 유형과는 독립적으로, 코팅 장치(14)의 출구 측에 및 통상적으로 외부 하류 위치에는 가열기가 포함되는데 이 가열기는 이미징 표면이 이미징 스테이션(160)에 도달하기 전에 이미징 표면과 입자 층의 온도를 상승시킬 수 있다. 입자들 및 이미징 표면의 온도는 이러한 방식으로 주위 온도로부터 30℃, 또는 40℃, 또는 심지어 50℃를 넘어 상승되어, 이에 의해 입자들을 점착성으로 되게 하는데 필요한 레이저 에너지의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나, 가열 그 자체는 입자들을 점착성으로 되게 하지 않아야 하고, 그 온도를 80℃를 넘어 또는 가능하게는 70℃를 넘어 상승시키지 않아야 한다. 입자들 및 이미징 표면을 이렇게 가열하는 것은 원하는 온도의 유체 담체를 사용함으로써 더 용이하게 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 코팅 장치(14)의 입구 측에 및 통상적으로 외부 상류 위치에는 냉각기가 포함될 수 있고 이 냉각기는 이전에 노출된 구역들에 입자 층이 보충되기 전에 이미징 표면의 온도를 낮출 수 있다. 40℃ 미만 또는 30℃ 미만, 또는 심지어 20℃ 미만이지만 통상적으로 0℃ 초과, 또는 심지어 10℃ 초과 온도의 이미징 표면은 노출된 구역들에 이웃한 입자들의 온도를 감소시켜, 이미징 표면이 보충되는 시간까지, 이렇게 냉각된 입자들이 "잔류 점착성"을 갖지 않거나 또는 감소된 "잔류 점착성"을 가질 수 있도록 하는, 다시 말해, (예를 들어, 인쇄 기재로 전사하는) 후속 단계에 불충분한 부분적인 연화를 가질 수 있도록 하는 것으로 생각된다. 냉각된 코팅은 이미징 표면의 노출된 구역들 상에 새로이 침착된 입자들과 동일한 방식으로 거동한다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 개시된 이미징 장치의 칩의 임의의 레이저 소자에 의해 선택적으로 표적으로 된 입자들만이 후속 전사 단계 동안 충분히 점착성으로 되게 된다. 입자들 및 이미징 표면을 이렇게 냉각시키는 것은 원하는 온도의 유체 담체를 사용함으로써 더 용이하게 수행될 수 있다.
코팅 장치(14)의 입구 측에 냉각기를 제공하고 출구 측에 가열기를 제공하며, 각 냉각기 및 가열기는 전술된 바와 같이 동작하는 것이 가능하다. 추가적으로, 드럼(10)은 드럼의 내부에 적절한 냉각/가열 수단에 의해 온도 제어될 수 있고, 이러한 온도 제어 수단은 만약 존재한다면 이미징 표면의 외부 표면을 임의의 원하는 온도로 유지할 수 있는 방식으로 동작될 수 있다.
이미징 표면
일부 실시예에서 이미징 표면(12)은, 일반적으로 실리콘-기반 재료로부터 준비된 본 명세서에 개시된 바와 같은 특성을 갖도록 맞출(tailored) 수 있는 통상적으로 엘라스토머로 만들어진 소수성(hydrophobic) 표면이다. 입자들이 복사선에 노출되는 것에 의해 점착성으로 된 후 소수성은 이미징 표면으로부터 입자들이 분리되는 것을 도와주어 입자들이 분할됨이 없이 기재로 청정하게 전사될 수 있게 한다.
표면은, 또한, 젖음 각도(wetting angle) 또는 접촉 각도(contact angle)라고도 언급되는, 액체/공기/고체 계면에서 메니스커스(meniscus)에 의해 형성된 각도가 90°를 초과할 때 소수성이라고 말하며, 여기서 기준 액체는 통상적으로 증류수이다. 고니오미터(goniometer) 또는 점적 형상 분석기(drop shape analyzer)로 종래에 측정되고, 코팅 공정의 동작 조건과 관련하여 주어진 온도 및 압력에서 평가될 수 있는 이러한 조건 하에서, 물은 비드(bead)로 되는 경향이 있고 표면에 젖지 않아서 표면에 부착되지 않는다.
이미징 표면(12)은 입자들이 코팅 스테이션(14)의 표면에 도포될 때 입자들에 강한 결합을 제공하기에 적합한 임의의 쇼어 경도(Shore hardness)를 가질 수 있고, 이 결합은 입자들이 서로 부착되는 경향보다 더 강하다. 적합한 경도는 이미징 표면의 두께 및/또는 결합하도록 의도된 입자들의 두께에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 약 60 쇼어 A 내지 약 80 쇼어 A의 상대적으로 높은 경도가 이미징 표면에 적합하다. 다른 실시예에서, 60, 50, 40, 30 또는 심지어 20 쇼어 A 미만의 중간-낮은 경도가 만족스럽다. 특정 실시예에서, 이미징 표면은 약 40 쇼어 A의 경도를 갖는다.
유리하게는, 본 명세서에 개시된 이미징 장치와 함께 사용하기에 적합한 이미징 표면은, 드럼에 장착될 만큼 충분히 가요성일 수 있고, 충분한 내마모성을 가질 수 있고, 사용되는 입자 및/또는 유체에 대해 비활성일 수 있고, 및/또는 관련 있는 임의의 동작 조건(예를 들어, 복사선 조사, 압력, 열, 장력 등)에 저항성이 있을 수 있다.
원하는 선택된 영역들을 노출시키기 위해 이미징 스테이션에 의해 간헐적으로 생성되는 복사선과 상용되기 위해, 이미징 표면은, 예를 들어, 복사선에 상대적으로 저항성이 있거나 및/또는 복사선에 대해 비활성일 수 있고, 및/또는 복사선을 흡수할 수 있고, 및/또는 복사선에 의해 생성된 열을 보유할 수 있다.
도면에서 이미징 표면(12)은 드럼(10)의 외부 표면이지만, 이 외부 표면은 대안적으로, 가이드 롤러에 걸쳐 안내되고 코팅 스테이션을 통과하는 동안 적절한 장력 하에 유지되는 벨트의 형태를 갖는 순환 전사 부재의 표면일 수도 있기 때문에 이것은 필수적인 것은 아니다.
입자
입자들은 임의의 재료로 만들어질 수 있고, 적어도 입자 코팅이 요구되는 시간 기간 동안 이미징 표면과 충분한 접촉 영역을 제공하기에 적합한 임의의 형상 및/또는 치수를 가질 수 있다. 유리하게는, 입자의 재료는 선택적으로 전사되기 위하여 레이저 소자들에 의해 충분히 점착성으로 될 수 있다.
입자들의 형상 및 조성은 실제 입자들의 층의 의도된 용도에 의존하고, 인쇄 시스템의 비-제한적인 예의 맥락에서, 기재(20)의 표면에 적용될 효과의 특성에 의존한다. 입자들은, 예를 들어, 열가소성 중합체 및 선택적으로 착색제(예를 들어, 안료 또는 염료)를 포함할 수 있고 거의 구형 형상을 가질 수 있다. 입자들은, 레이저 소자에 의해 방출되는 파장에 동조되고, 필요한 경우, 스펙트럼의 가시 부분에서 실질적으로 흡광도(absorbance)를 갖지 않는, 바람직하게는 입자의 원하는 색상에 영향을 주지 않는 연화 촉진제(예를 들어, 적외선 흡수 염료)를 더 포함할 수 있다. 고품질의 인쇄를 위해, 입자들은 도포된 단일 층 코팅의 입자들 사이의 간극을 최소화하기 위하여 가능한 한 미세한 것이 바람직하다. 입자 크기는 원하는 이미지 해상도에 의존하며, 일부 응용에서 10 ㎛(마이크로미터)의 입자 크기(예를 들어, 직경)가 적절한 것으로 판명될 수 있다. 그러나, 향상된 이미지 품질을 얻기 위해, 입자 크기는 수 마이크로미터인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 약 1 ㎛ 미만인 것이다. 일부 실시예에서, 적합한 입자는 100 nm 내지 4 ㎛, 특히 500 nm 내지 1.5 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있다.
따라서, 입자의 선택 및 이상적인 크기의 결정은 입자들의 의도된 용도, 추구되는 효과(예를 들어, 인쇄의 경우 시각적 효과), 및 본 발명에 따른 코팅 장치와 이미징 장치가 통합되어야 하는 관련 시스템의 동작 조건에 의존할 것이다. 파라미터의 최적화는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자가 일상적인 실험에 의해 경험적으로 수행될 수 있다.
입자의 조성 및/또는 입자들이 받는 공정에 따라, 입자들은 만약 있다면 상이한 정도의 친수성과 함께 소수성이 있을 수 있다. 입자들의 소수성과 친수성 사이의 균형은 시간에 따라 변할 수 있으므로, 입자들의 소수성 특성이 우세하다면, 공정은 효율적으로 유지될 것으로 예상된다. 추가적으로, 입자들은 고유하게 친수성인 재료로 만들어질 수 있고, 이 경우, 입자들은 적절한 입자 코팅을 도포하는 것에 의해 소수성으로 될 수 있다.
입자들이 이미징 표면 상에 또는 중간 도포기(들) 상에 도포될 때 입자들은 기체 또는 액체 유체에 의해 운반될 수 있다. 입자들이 액체 내에 현탁될 때, 비용을 감소시키고 환경 오염을 최소화하기 위해, 액체는 수성인 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 입자들을 형성하거나 코팅하는 데 사용되는 중합체 또는 재료가 소수성인 것이 바람직하다. 소수성 입자들은 수성 담체로부터 더욱 용이하게 분리되어, 이미징 표면에 부착되고 코팅되는 경향을 용이하게 한다. 이 입자들이 그 담체를 향하고 서로를 향하는 것이 아니라, 코팅 장치의 표면을 향하는 이러한 우선적인 친화성은 특히 유리한 것으로 간주된다. (언급된 바와 같이 바람직하게는 소수성 이미징 표면 상의 소수성 입자들에 의해 형성될 수 있는) 입자 코팅 위로 가스 스트림을 송풍하는 것은 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 이동시켜 이미징 표면 상에 입자 코팅을 건조시키는 기능을 할 수 있다.
상기 설명은 전체 디지털 인쇄 시스템의 동작에 대한 포괄적인 설명을 제공하기 위해 의도된 것이 아니다. 이러한 인쇄 시스템을 성공적으로 구현하는데 중요한 많은 상세는 본 발명과 관련된 것이 아니다. 그러나, 도 1의 인쇄 시스템에 대한 상기 설명은 본 발명의 이미징 장치에 의해 기능할 수 있는 예시적인 기능을 이해하는데 충분한 것으로 생각된다. 나아가, 이미징 장치는 다른 목적에, 예를 들어, 접착제의 구역들을 선택적으로 활성화시키는 것, 이미징 표면에 의해 운반되는 금속 호일을 에칭하는 것, 또는 3D 인쇄 시스템에서 중합체를 경화시키는 것에 사용될 수 있다는 것이 주목될 수 있다.
이미징 장치
도 1의 이미징 장치(15)는 레이저 빔을 방출하는 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 칩과 같은 레이저 소스의 어레이를 운반하는 지지부(16), 및 이 레이저 빔을 이미징 표면(12) 상에 집속하는 대응하는 렌즈(18)의 어레이로 구성된다. 도 2 내지 도 4는 칩들 및 이 칩들이 지지부 상에 장착되고 렌즈(18)와 정렬되는 방식에 대한 더 상세한 설명을 제공한다.
도 2는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명된 바와 같이 서로에 대해 정확히 미리 결정된 위치에 2개의 행으로 배열된 복수의 VCSEL 칩(30)이 장착된 지지부(16)를 도시한다.
지지부(16)는 냉각 유체가 내부 공동을 통해 흐를 수 있는 커넥터(34)가 끼워지는 강성이고 적어도 부분적으로 중공 세장형 몸체이다. 지지부의 몸체는 적절한 세라믹과 같은 전기 절연 재료로 만들어지고 또는 지지부의 몸체는 금속으로 만들어질 수 있고, 칩(30)들이 장착된 적어도 표면(36)은 전기 절연체로 코팅될 수 있다. 이것은 박막 전도체(도면에 도시되지 않음)로 만들어진 회로 기판이 표면(36) 상에 형성될 수 있게 한다. 칩(30)들은 이 회로 기판 상의 접촉 패드에 솔더링되고, 지지부(16)의 하부 에지로부터 돌출되는 커넥터(32)는 제어 및 전력 신호를 칩(30)들에 인가할 수 있게 한다. 각 칩(30)의 레이저 방출 소자(40)는 개별적으로 어드레싱될 수 있고, 서로 열적으로 간섭되지 않도록 충분히 넓게 이격된다.
일부 실시예에서, 각 칩의 개별적으로 제어가능한 레이저 소자들은 이산 단계로 바람직하게는 디지털적으로 제어가능한 가변 에너지를 갖는 레이저 빔을 방출하여, 이 레이저의 세기가 4개, 8개, 16개, ..., 최대 4096개의 레벨들 중 임의의 레벨로 설정될 수 있게 한다. 최하위 에너지 레벨은 개별 레이저 소자가 활성화되지 않는 0으로 한정되고, 최상위 에너지 레벨은 1로 한정될 수 있다 이러한 이산 레벨들은 인쇄 분야에서 "그레이 레벨(grey level)"과 유사한 것으로 고려될 수 있고, 각 레벨은 점진적으로 변하는 세기(예를 들어, 착색된 출력을 고려할 때 음영(shade))를 제공한다. 예를 들어, 16개의 활성화 레벨을 갖는 레이저 빔 방출 소자를 취하면, 레벨(0)은 압인이 수행되지 않는 것을 초래할 것이고(예를 들어, 기재 그대로 남아 있을 수 있고 또는 원래 백색인 경우 백색으로 남아 있을 수 있다), 레벨(1)은 최대 에너지로 조사된 입자에 의해 형성된 점착성 막의 전사를 초래할 것이다(예를 들어, 입자들이 흑색으로 착색된 경우에 완전 흑색 도트를 형성할 것이다). 이전의 예시적인 실시예에서, 레벨(1/16, 2/16, 3/16 등)은 백색(0)과 흑색(1) 사이에 포함된 점점 더 강한 그레이 음영에 대응할 수 있다. 통상적으로, 에너지 레벨들은 균일하게 이격되어 있다.
대안적인 실시예에서, 칩의 개별적으로 제어가능한 레이저 소자들은 연속적인 아날로그 방식으로 변조될 수 있는 가변 에너지를 갖는 레이저 빔을 방출할 수 있다.
일단 이미징 표면의 구역이 입자들이 점착성으로 되게 하는 온도에 도달하면, 임의의 추가적인 온도 증가는 기재로 전사하는 것에 어떠한 영향도 미치지 않을 것이다. 그러나, 또한 레이저의 세기가 증가됨에 따라 점착성으로 되는 도트의 크기도 또한 증가된다는 것이 주목된다.
각 도트의 에너지 프로파일은 도 6에 도시된 플롯과 유사하며, 다시 말해, 이 에너지 프로파일은 테이퍼링된 측면들을 갖는 대칭이다. 정확한 프로파일은 분포가 가우시안(Gaussian), 정현파(sinusoidal) 또는 심지어 역 V자 형상일 수 있기 때문에 중요하지 않다. 임의의 이러한 프로파일에서, 피크의 세기가 증가함에 따라, 베이스가 넓어지고 입자 코팅이 점착성으로 되게 하는 임계값과 프로파일이 교차하는 영역의 직경이 또한 증가된다. 이러한 에너지 분포의 결과는 임의의 하나의 레이저 방출 소자의 중심선과 정렬되지 않는 이미징 표면의 지점들이 인접한 소자들로부터 에너지를 수신할 것이라는 것이다. 2개의 가까운 소자들이 소자들의 중심선 상에 있는 코팅 입자들이 점착성으로 되게 하는데 필요한 레벨 미만으로 통전될 수 있지만, 2개의 중심선 사이의 오버랩 구역에서 누적된 에너지는 코팅 입자들을 점착성으로 되게 하는데 필요한 레벨을 넘어 상승할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 소자들의 중심선들과 일치하는 래스터 라인들에 더하여 또는 이 래스터 라인들에 대안으로, 레이저 라인들의 중심선들 사이에 잠재적인 래스터 라인들을 생성하는 것이 가능하다. 인접한 소자들로부터 오는 에너지들을 결합하는 이러한 능력은 아래에 설명된 바와 같이 상이한 효과들을 달성하는데 사용된다. 이들 효과는, 복사선 조사 시간들 사이에 약간의 차이가 존재한다 하더라도 상이한 레이저 소자들로부터 수신된 에너지들을 결합하는 이미징 표면의 능력에 의존한다.
도 3은, Y-방향으로 서로 인접하지만 상이한 행들에 위치된 VCSEL 칩(30)들의 2개의 레이저 방출 소자 어레이(130a, 130b)들의 상대적인 위치를 매우 확대된 축척으로 개략적으로 도시한다. 각 칩은 원형 도트로 표현되는 전술된 바와 같은 MxN개의 레이저 방출 소자(40)의 규칙적인 어레이를 갖는다. 도시된 예에서, M과 N은 동일하고, 9개의 행과 9개의 열이 존재한다. 행 내의 소자들 사이의 간격(Ar)과 열 내의 소자들 사이의 간격(ac)은 서로 다른 것으로 도시되어 있지만, 이들 간격은 서로 동일할 수 있다. 어레이는 열과 행이 서로 수직이 되지 않도록 약간 기울어진 것으로 도시되어 있다. 대신에, 행들은 Y-방향에 평행하게 놓이는 반면, 열들은 X-방향에 대해 약간 각지게 놓인다. 이것은, 이미징 표면 상에 소자(40)들에 의해 추적되는 라인(44)들과 같은 라인들이, 만약 연속적으로 통전되는 경우, 충분히 서로 가까이 있어서 고해상도 이미지가 인쇄될 수 있게 할 수 있다. 도 3은 각 행의 단부에 있는 소자가 각 인접한 행의 대응하는 소자에 의해 추적되는 라인으로부터 거리(Ar/M)만큼 떨어진 라인을 추적하는 것을 도시하고, 여기서 이들 라인 사이의 분리 거리는 이미징 해상도(Ir)이다. 따라서, Ar = M x Ir 수식에 기초하여, 원하는 이미지 해상도에 따라 Ar 및 M이 선택된다.
열들이 행들에 수직인 정사각형 어레이로 소자들이 놓일 수 있다는 것이 주목된다. 이 경우에, 칩들은 그 지지부 상에 기울어져 장착될 필요가 있고, 개별 소자들을 통전하는데 사용되는 제어 신호의 타이밍에 보상을 적용할 필요가 있을 것이다.
도 3, 및 또한 추적되는 라인을 더 큰 축척으로 도시하는 도 5b로부터 명백한 바와 같이, 어레이(130b)의 위치는 이상적으로는 또한 좌측 하부 소자(40)에 의해 추적되는 라인이 어레이(130a)의 우측 상부 소자에 의해 추적되는 라인으로부터 Ar/M의 거리만큼 이격되도록 이루어진다. 따라서, 두 어레이(130a, 130b)의 모든 소자(40)들이 통전될 때, 이들 어레이는 어떠한 갭(gap)도 없이 인접한 라인들 사이에 거리(Ar/M)만큼 모두 균등하게 이격될 수 있는 2·M·N개의 라인을 추적할 것이다.
결함 소자들에 대한 보상을 제공하기를 원하는 경우, 어레이는 레이저 방출 소자(40)들의 추가적인 행들을 포함할 수 있으나, 대안적으로 2개의 인접한 평행한 라인을 추적하는 레이저 방출 소자들에 의해 생성되는 레이저 빔들의 세기를 증가시키는 것에 의해 결함 소자를 보상할 수 있다.
MxN개의 소자(40)의 어레이에 더하여, 각 칩은 메인 어레이의 각 측면 상에 배열된 2개의 추가적인 열을 갖고, 각 추가적인 열은 각 추가적인 소자(42)를 포함한다. 이들 추가적인 소자(42)는 메인 어레이 소자(401a)와 구별하기 위해 도 3에 별표로 도시된다. 각 어레이의 각 측면 상에 있는 추가적인 레이저 소자들은 렌즈에 의해 이미징 표면 상으로 이미징되는 추적되는 라인들 사이의 간격의 1/3 거리에 위치될 수 있다. 나아가, 인접한 어레이들 사이의 간격 에러들을 보정할 때 더 높은 감도가 달성되도록 명목상 Ar/M의 거리에 걸쳐 있는 2개의 어레이들 사이의 갭 내에 추가적인 소자들이 배치될 수 있다.
도 3 및 도 5b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 활성화될 때, 이들 소자(42)는 2개의 어레이(130a, 130b)의 소자(40)들에 의해 각각 추적되는, 균일하게 이격된 평행한 라인(44a, 44b)들의 2개의 세트 사이에 2개의 추가적인 라인(46)을 추적한다.
추가적인 라인(46)들 중 하나의 추가적인 라인은, 예를 들어, 도 3의 어레이(130a)에 의해 추적되는 마지막 인접한 라인(44a)으로부터 거리(Ar/3M)만큼 이격되고, 다른 추가적인 라인은, 예를 들어, 어레이(130b)에 의해 추적되는 제1 인접한 라인(44b)으로부터 거리(Ar/3M)만큼 이격된다. 2개의 어레이(130a, 130b) 사이에 오정렬이 있는 경우에, 이들 소자(42)는, 메인 어레이들의 소자(40)들에 더하여 또는 그 일부 대신에, 오버랩으로부터 초래되는 갭(gap) 또는 어두운 라인(dark line)인 스트라이프를 인쇄된 이미지에 생성하는 경향이 있는, 어레이(130a, 130b)들 사이의 임의의 오정렬을 보상하도록 통전될 수 있다. 도 5b와 유사한 도 5a는 칩의 오정렬을 보상하기 위해 종래 기술에서 제안된 대안적인 접근법을 도시한다. 종래 기술에서, 각 칩은, 추가적인 행의 소자들의 추적되는 라인들이 인접한 칩의 추적되는 라인들과 인터레이스되어 매우 높은 중복도(redundancy)를 초래한다.
본 제안에서 2개의 추가적인 소자(42)는 2개의 개별 라인(46)을 추적하는 것으로 도 3 및 도 5b에 도시되어 있으나, 이들 2개의 소자의 에너지들은, 각 추가적인 소자(42)에 의해 방출되는 에너지를 적절히 설정하는 것에 의해 제어가능한 위치를 갖는 단일 라인을 형성하도록, 전술된 바와 같이, 이미징 표면 상에서 결합될 수 있다. 이것은 라인(44a, 44b)들의 에너지 프로파일들이 각각 94a 및 94b로 표시되고 추가적인 라인(46)들의 에너지 프로파일들이 96a 및 96b로 표시되는 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서, (점선으로 도시된) 프로파일(96a 및 96b)들 중 그 어느 것도 코팅 입자들이 점착성으로 되게 할 만큼 충분한 에너지를 갖지는 않지만 2개의 어레이 사이의 중심선에서 실선 어두운 라인(96)으로 도시된 누적된 에너지는 입자 코팅을 연화시켜 2개의 메인 어레이들의 추적 라인(44a, 44b)들 사이의 갭을 채우는 추적 라인을 생성할 만큼 충분하다.
도 6에서는 2개의 추가적인 소자의 에너지 프로파일들이 매칭(matched)되어 있지만, 추가적인 레이저 소스들에 의해 방출되는 2개의 빔의 상대적인 세기를 변화시켜 결합된 에너지의 중심선을, 메인 어레이들의 추적으로부터 상이한 거리에 위치시킬 수도 있다.
도 7a는 레이저 소자들의 에너지 프로파일들의 중심선들 상에 놓이지 않는 도트들을 생성하는 능력이 안티-에일리어싱(anti-aliasing)을 달성하는데 유리하게 사용될 수 있는 방식을 도시한다. 도 7a는 메인 어레이의 4개의 인접한 소자의 에너지 프로파일들을 도시한다. 2개의 제1 프로파일(a 및 b)은 중간 그레이에 대응하는 원하는 레벨, 예를 들어, (16개 중에서) 8로 설정된다. 다른 한편으로 에너지 프로파일(c 및 d)들은 예를 들어 12 및 4로 각각 설정된다. 이미징 표면 상에 생성된 결과적인 도트 패턴은 도 7b에 도시되어 있다. 이것은 도 7a에서 프로파일(a 및 b)들의 대칭 라인과 정렬된 2개의 규칙적인 크기의 도트(A 및 B)들, 에너지 프로파일(c)의 중심선과 정렬된 더 큰 크기의 도트(C), 및 프로파일(c, d)들의 중심선들 사이의 어딘가에 놓여 있는 더 작은 도트(D)를 포함하는 것으로 볼 수 있다.
이러한 도트 패턴을 대각선으로 반복한 결과는 도 8a에 도시되어 있다. 이 이미지가 안티-에일리어싱 단계들이 수행되지 않은 도 8b와 비교될 때, 규칙적인 래스터 라인 사이의 작은 도트들은 더 큰 이미지 해상도를 갖는 인쇄 시스템에 의해 달성할 수 있는 것과 필적하는 이미지를 생성하고, 감소된 지그재그형을 갖는 비스듬한 에지들을 생성하는 것을 볼 수 있을 것이다.
가까운 레이저 소자들로부터의 에너지들의 상호작용은 2개의 인접한 래스터 라인들을 생성하는 소자들을 사용하여 이 소자들 사이의 갭을 채우기 위해 전술된 바와 같은 방식으로 결합할 수 있다는 점에서 누락된 소자들을 보상하는데 또한 사용될 수 있다.
도 3에서 어레이(130a, 130b)가 전술된 바와 같이 정확히 기능하기 위해서는 Y-방향으로 상대적 위치가 중요하다. 방출된 레이저 빔들을 이미징 표면 상에 집속하는 기능을 하는 렌즈 시스템의 구성을 간소화하기 위해, 도 4에 도시된 구성을 채택하여 한 쌍의 칩 행들에 대응하는 2개의 렌즈 행들을 자가-정렬하는 것이 유리하다.
도 4는 각 렌즈(18)와 정렬되어 각각 도시된 7개의 인접한 어레이(130)를 도시한다. 어레이(130)는 전술된 바와 같이 추가적인 레이저 소자(42)들을 포함할 수 있지만, 이는 본 도면에는 도시되어 있지 않다. 각 렌즈(18)는 GRIN(Gradient-index) 로드로 구성되고, 이것은 반경 방향으로 점진적으로 변하는 굴절률을 갖는 실린더로서 형성된 알려진 유형의 렌즈이다. 도 4에 도시된 기하학적 형상의 경우, 임의의 3개의 양 방향으로 인접한 어레이(130)들의 대응하는 소자들은 등변 삼각형들의 정점들 상에 놓이고, 여기서 3개의 삼각형(50)이 도면에 도시되어 있다. 모든 삼각형(50)은 합동이라는 것이 주목된다. 그 결과, GRIN 로드들의 직경이 이제 등변 삼각형(50)의 변의 길이 또는 동일한 행 내 인접한 VCSEL 칩(30)들의 대응하는 레이저 방출 소자들 사이의 거리인 2·N·Ar와 같도록 선택되면, 가장 콤팩트한 구성으로 적층될 때 렌즈(18)들은 각 칩과 정확히 자동으로 정렬될 것이다.
렌즈(18)는 개별적인 GRIN 로드인 것으로 도 1(측면도) 및 도 4(단면도)에 개략적으로 도시되어 있지만, 도 9에 도시된 대안적인 실시예에서, 각 칩의 레이저 빔은 직렬로 연결된 렌즈에 의해 투과될 수 있다. 도 9의 경우, 단일 GRIN 로드(18)가 2개의 상호 경사진 GRIN 로드(18a, 18b)로 대체되고, 하나의 로드로부터 나온 광은 접힌 경로(folded path)를 따르도록 고굴절률 유리의 프리즘(87)에 의해 다른 로드로 안내된다. 이러한 구성은 컬러 인쇄 시스템 내의 코팅 스테이션이 더 컴팩트한 구성으로 서로 더 가까이 배열될 수 있게 한다. 이러한 접힌 광 경로는 배율 및 광 투과율의 모든 요구조건을 만족시키면서 상이한 구성을 채택할 수 있다. 이러한 방식으로 광 경로를 분할하기 위해, 도 9에 도시된 광선에 의해 도시된 바와 같이 광이 로드(18a)를 떠나 로드(18b)에 진입할 때 광이 시준되도록 GRIN 로드들의 길이가 선택된다.
칩으로부터 거리(WDo)에 배열된 근위 단부를 갖는 GRIN 로드(18a)에 의해 안내되는 복사선은 대응하는 GRIN 로드(18b)에 의해 캡처될 수 있고, 이 로드는 동일한 광 경로 상에서 로드(18a)로부터 나오는 시준된 광을 수집하고 이 광을 제2 GRIN 로드(18b)의 원위 단부로부터 거리(WDi)에 집속시킬 수 있다. 2개의 GRIN 로드가 동일한 재료 및 동일한 반경 방향 구배 프로파일로 만들어지고 WDo = WDi일 때, M=+1의 배율이 획득될 수 있다.
GRIN 로드(18a)의 길이방향 축으로부터 떨어져 있는 레이저 소자들은 GRIN 렌즈의 원위 단부가 축에 대해 각진 상태로 시준되게 할 것이다. 특정 경우에, 2개의 로드(18a, 18b) 사이의 거리가 커서, 제1 로드 세그먼트를 빠져 나가는 축외에 시준된 빔이 제2 세그먼트를 부분적으로 또는 전체적으로 벗어나게 하는 것이 필요하다. 스넬(Snell)의 법칙을 이용하여, 제1 로드를 빠져나가는 빔이 고굴절률을 갖는 유리를 통해 이동하여, 시준된 빔이 광 축과 이루는 각도가 감소하고 제1 로드를 떠나는 시준된 빔들이 제2 로드의 입구를 벗어나기 전에 로드들 사이를 더 크게 분리시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서, "포함하는", "구비하는" 및 "갖는"이라는 동사 각각 및 그 활용어는 동사의 목적어 또는 목적어들이 동사의 주어 또는 주어들의 멤버, 구성 요소, 요소, 단계 또는 부분을 전부 나열한 것이 아니라는 것을 나타내는데 사용된다. 이들 용어는 "~로 구성된" 및 "본질적으로 ~로 구성된"이라는 용어를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 단수 형태의 요소 및 "상기" 요소는 복수의 요소를 포함하고, 문맥 상 명확히 달리 지시하지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다.
"더 높은", "더 낮은", "오른쪽", "왼쪽", "하부", "아래", "낮아진", "낮은", "상부", "위에", "상승된", "높은", "수직", "수평", "후방", 전방", "상류" 및 "하류"와 같은 위치 또는 움직임 용어 및 그 문법적 변형어는 예시적인 목적만을 위해 본 명세서에서 특정 구성 요소의 상대적인 위치, 배치 또는 변위를 예시하기 위해, 본 예시에서 제1 및 제2 구성 요소를 나타내기 위해, 또는 이 둘 모두를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어는, 예를 들어, "하부" 구성 요소가 반드시 그러한 방향으로 "상부" 구성 요소 아래에 있다는 것을 나타내는 것은 아니고, 이 구성 요소들 또는 이 둘 모두는, 뒤집히거나, 회전되거나, 공간 이동되거나, 대각선 배향이나 위치에 배치되거나, 수평으로 또는 수직으로 배치되거나, 유사하게 변경될 수 있다는 것을 나타낸다.
달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 선택을 위한 옵션 목록의 마지막 두 멤버 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션들 중 하나 이상을 선택하는 것이 적절하고 수행될 수 있음을 나타낸다.
본 명세서에서, 달리 언급하지 않는 한, 본 기술의 실시예의 특징 또는 특징들의 조건 또는 관계 특성을 변경하는 "실질적으로" 및 "약"과 같은 형용사는 조건 또는 특성이 의도된 응용을 위한 실시예의 동작에 허용 가능한 허용 오차 내에서 정의된다.
본 발명은 특정 실시예 및 일반적으로 관련된 방법과 관련하여 설명되었지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 실시예 및 방법의 변경 및 치환이 자명할 것이다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 개별적으로 제어가능한 레이저 빔을 이미징 장치에 대해 기준 X-방향으로 이동가능한 이미징 표면 상으로 투사하기 위한 상기 이미징 장치로서,
    상기 이미징 장치는 복수의 반도체 칩을 포함하고, 각 반도체 칩은 M개의 행 및 N개의 열의 2차원 메인 어레이로 배열된 복수의 개별적으로 제어가능한 레이저 빔 방출 소자를 포함하고, 각 행 내의 상기 소자는 균일한 간격(Ar)을 갖고, 각 열 내의 상기 소자는 균일한 간격(ac)을 갖고, 상기 칩은, 상기 X-방향에 대해 횡방향인 기준 Y-방향으로 서로 인접한 각 쌍의 칩이 상기 X-방향으로 서로 오프셋되고, 연속적으로 활성화될 때, 상기 쌍의 2 개의 칩의 방출된 레이저 빔이 상기 이미징 표면 상에서 상기 X-방향으로 연장되고 상기 Y-방향으로 균일하게 이격된 2·M·N 개의 평행한 라인을 추적하는 방식으로 지지부 상에 장착되고, 각 칩의 상기 레이저 빔은 다른 칩의 라인의 세트와 중첩되지 않는 M×N 개의 라인의 세트를 추적하고, 상기 메인 어레이의 소자의 M 개의 행 및 N 개의 열에 더하여, 각 칩은 상기 메인 어레이의 측면에 적어도 하나의 추가적인 열을 포함하고, 각 추가적인 열은 상기 M·N 개의 라인의 2 개의 세트 사이에 놓여 있는 적어도 하나의 추가적인 라인을 추적하는 것에 의해 상기 지지부 상에 인접한 칩을 상대적으로 위치시킬 때 상기 Y-방향으로 임의의 오정렬을 보상할 수 있는 적어도 하나의 선택적으로 동작가능한 레이저 방출 소자를 포함하는,
    이미징 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추가적인 열 각각은 2개 이상의 소자를 포함하는,
    이미징 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 추가적인 열의 추가적인 레이저 방출 소자 중 하나에 의해 추적된 라인과 상기 메인 어레이의 인접한 라인 사이의 거리는 (i) 상기 메인 어레이의 소자에 의해 추적되는 라인의 간격과 (ii) 추가적인 열 내의 소자의 개수의 몫(quotient)과 같은,
    이미징 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 칩의 각 행 내의 소자는 상기 Y-방향과 평행한 라인에 놓여 있고, 각 칩의 각 열 내의 소자는 상기 X-방향에 대해 각지게 경사진 직선 라인 상에 놓여 있는,
    이미징 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 칩은 상기 지지부 상에 행의 쌍으로 배열되고, 2 개의 행 각각 내의 모든 칩의 대응하는 레이저 방출 소자는 상기 Y-방향으로 서로 일렬로 놓이는,
    이미징 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 쌍의 2 개의 행으로 상기 칩을 정렬하는 것은 상기 X-방향 및 Y-방향으로 3 개의 인접한 칩의 임의의 그룹 내 대응하는 소자가 합동 등변 삼각형의 정점에 놓이도록 이루어지는,
    이미징 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    관련된 칩의 모든 소자에 의해 방출되는 상기 레이저 빔을 상기 이미징 표면 상으로 집속시키기 위해 개별 렌즈가 각 칩에 제공되는,
    이미징 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    각 렌즈는 단일 GRIN 로드(rod)에 의해 형성되는,
    이미징 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    각 렌즈는 직렬로 연결된 2 개 이상의 상호 경사진 GRIN 로드로 형성되는,
    이미징 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    각 GRIN 로드로부터의 광은 프리즘에 의해 상기 직렬 내 그 다음 GRIN 로드로 안내되는,
    이미징 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프리즘은 상기 GRIN 로드보다 더 높은 굴절률을 갖는,
    이미징 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 렌즈 또는 직렬로 연결된 렌즈는 ±1의 배율을 갖는,
    이미징 장치.
  13. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 GRIN 로드는 각 행 내 인접한 칩의 대응하는 소자 사이의 거리인 2·N·Ar과 동일한 직경을 갖는,
    이미징 장치.
  14. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 칩은 상기 메인 어레이 내에 동일한 개수의 행 및 열의 레이저 빔 방출 소자를 갖는,
    이미징 장치.
  15. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    칩 상의 상기 레이저 빔 방출 소자 사이의 간격은 인접한 소자 사이의 열 간섭을 회피하는데 충분한,
    이미징 장치.
  16. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 유체로 냉각되는,
    이미징 장치.
  17. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 강성의 금속성 또는 세라믹 구조로 구성된,
    이미징 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지지부의 표면은 전기 절연체로 형성되거나 코팅되고, 상기 전기 절연체의 표면 상에는 상기 칩에 전기 신호 및 전력을 공급하기 위해 박막 전도체가 형성되는,
    이미징 장치.
  19. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칩은 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 칩 어레이인,
    이미징 장치.
  20. 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 개별적으로 제어가능한 레이저 빔 소자는 4 개 이상의 에너지 레벨 또는 8 개 이상의 에너지 레벨, 또는 16 개 이상의 에너지 레벨, 또는 심지어 32 개 이상의 에너지 레벨을 갖는 레이저 빔을 방출할 수 있는,
    이미징 장치.
  21. 개별적으로 제어가능한 레이저 빔들을 제1항, 제2항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 이미징 장치를 사용하여 이미징 장치에 대해 상대적으로 이동가능한 이미징 표면 상으로 투사하는 방법.
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