KR20140005874A - 액적 검출기 어셈블리 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
액적 검출기 어셈블리는 유체 액적을 토출하도록 기판상에 형성된 토출 소자와, 유체 액적의 산란광을 검출하도록 기판상에 형성된 광 검출기를 포함한다. 투명 노즐 플레이트에 형성된 노즐로부터 토출된 유체 액적은 투명 노즐 플레이트를 통해 검출된 광을 산란시킨다.
Description
잉크젯 프린터는 예컨대 종이 한 장처럼 하나의 프린트 매체에 이미지를 프린트하기 위해 프린트헤드 노즐을 통해 유체 액적(fluid droplets)을 요구불 분사 방식(drop-on-demand)으로 토출하는 유체 토출 장치(a fluid ejection device)이다. 잉크 노즐은 막히게 되어 올바른 동작을 중단할 수 있으며, 예정된 때에 잉크를 적절하게 토출하지 않는 노즐은 가시적인 프린트 결함을 생성할 수 있다. 이러한 프린트 결함을 흔히 누락 노즐 프린트 결함이라고 한다.
멀티 패스 프린트 모드(multi-pass printmodes)에서, 누락 노즐 프린트 결함은 한 페이지의 한 구역(section)을 잉크젯 프린트헤드가 여러 번 지나가도록 함으로써 다루어지는데, 이렇게 하면 몇 개의 노즐이 한 페이지의 동일한 부분에 잉크를 분사하는 기회를 제공하여 하나 이상의 누락된 노즐의 영향을 최소화할 수 있다. 이러한 결함을 다루는 다른 방식은 추측성 노즐 정비로서, 이 방식에서는 프린터가 잉크를 서비스 스테이션에 토출하도록 함으로써, 노즐의 프린트 결함 발생 여부와 무관하게 노즐을 연습시켜서 향후의 기능을 보장한다. 싱글 패스 프린트 모드(single-pass printmodes)에서는, 누락 노즐 프린트 결함이 누락 노즐과 동일한 페이지 영역을 표시할 수 있는 프린트헤드상의 여분 노즐의 사용을 통해 다루어지거나 혹은 누락 노즐이 제 기능으로 복구되도록 정비함으로써 다루어진다. 그러나, 특히 싱글 패스 프린트 모드에서 이러한 해결법들이 성공하기 위해서는 누락된 노즐이 적시에 식별되는 것이 요구된다.
문제 및 해결법 개요
전술한 바와 같이, 잉크젯 프린터에서 누락 노즐 프린트 결함에 대한 서로 다른 해결법들이 성공하기 위해서는 누락 노들을 적시에 식별하는 것이 필요하다. 이것은 특히 싱글 패스 프린트 모드에서 해당되며, 예컨대 페이지 전체 배열(PWA;page-wide array) 프린팅 장치에서는 잉크젯 프린트헤드가 한 페이지의 한 구역을 여러 번 지나가는 옵션이 일반적으로 존재하지 않는다.
최근의 잉크젯 프린팅 시장은 프린트 품질의 저하없이 더 높은 페이지 처리량을 요구하고 있다. 이러한 성능은 상당히 큰 프린트헤드를 이용하여 PWA 프린터로 한번만 통과하여 프린팅함으로써 달성가능하다. 그러나, 싱글 패스 PWA 프린팅법으로 인해, 누락 노즐에 대한 종래의 멀티 패스 프린팅 해법은 이용할 수 없게 된다.
싱글 패스 PWA 프린팅에서, 사용되는 프린트 노즐의 수는 상당히 증가했고, 그에 상응하여 노즐의 건전성(healthy)을 유지하기 위해 요구되는 시간과 잉크량도 증가하였다. 싱글 패스 프린트 모드에서의 누락 노즐 프린트 결함 해결법은, 누락 노즐과 동일한 페이지의 영역을 표시할 수 있는 프린트헤드상의 추가 노즐인 여분 노즐의 사용과, 누락 노즐을 제 기능으로 복구시키도록 정비하는 것을 포함한다.
누락 노즐 프린트 결합에 대한 이러한 해결법이 싱글 패스 프린트 모드에서 유효하기 위해서, 누락 노즐은 적절한 시기에 식별되어져야 한다. 누락 노즐을 식별하는데 이용되는 한 가지 기술이 광 산란 액적 검출기(LSDD;light scatter drop detector)를 이용하는 방법이다. 일반적으로, LSDD 기술은 노즐로부터 토출된 유체 액적의 반사광을 모니터함으로써 노즐 기능을 평가할 수 있게 한다. LSDD 기술은 누락 노즐을 식별하는 비용 효율적인 확장성 액적 검출법으로, 프린트 결함을 초래하기 전에 프린터가 누락 노즐을 바로 잡을 수 있게 한다. LSDD 기술은 싱글 패스 프린팅 및 PWA 프린트헤드를 활용하는 최근의 고속 프린팅 시장에서 요구되는 높은 페이지 처리량 및 프린트 품질 성능을 가능하게 한다.
본원의 실시예들은 프린트헤드 실리콘 다이에 광 검출기를 통합시킴으로써 이전의 LSDD 기술을 개선한다. 통합된 광 검출기는 잉크젯 노즐을 빠져 나온 액적의 존재 혹은 부재에 대응하는 광학 신호(즉, 산란광)의 캡쳐를 가능하게 하는 방식으로 배열된다. 통합된 광 검출기는 PWA 프린트헤드를 활용하는 싱글 패스 프린터에 대해 실시간 액적/노즐 상태 검출 및 개선된 이미지 프린팅 품질을 가능하게 한다. 통합된 LSDD는 멀티 패스 프린터의 이미지 프린트 품질 개선에도 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 예컨대 액적 검출기 어셈블리는 유체 액적을 토출하기 위해 다이 기판상에 형성된 토출 소자를 포함한다. 마찬가지로 기판상에 형성된 광 검출기는 유체 액적의 반사광을 검출하도록 구성된다. 기판상에 형성된 검출기 회로는 검출된 광과 연계된 신호를 발생하도록 구성되며, 이때 이 신호는 토출된 유체 액적의 상태를 나타낸다. 다른 일 실시예에서, 유체 토출 장치에서 유체 액적 토출을 검출하는 방법은 투명 노즐 플레이트내에 형성된 노즐로부터 유체 액적을 토출하는 것과, 이 투명 노즐 플레이트를 통해 유체 액적의 산란광을 검출하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 액적 표시 신호(a drop indicator signal) 및 암도 신호(a dark value signal)를 발생하는 것과, 노즐이 적절히 기능하는지를 결정하기 위해 이들의 차이를 발견하는 것을 포함한다. 또다른 예시적인 실시예로, 액적 검출 시스템은 다이 기판에 통합된 유체 액적 토출 소자 및 다이 기판에 통합된 광 검출기를 구비하는 유체 토출 어셈블리를 포함한다. 유체 액적을 토출하는 토출 소자를 제어하고, 유체 액적이 광 빔을 통과할 때 유체 액적으로부터 산란된 광을 검출하는 광 검출기를 제어하도록 전자 제어기가 구성된다.
이제부터 본 실시예들은 아래의 첨부도면들을 참조하여 예시로서 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라 본원에 개시된 액적 검출기 어셈블리를 포함하기에 적합한 예시적인 유체 토출 장치의 저면도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따라 부분적인 액적 검출기 어셈블리의 측단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따라 도 2의 도면과 관련하여 부분적인 액적 검출기 어셈블리의 오프셋 단면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따라 다이 기판상의 광 검출기를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따라 액적 검출기 어셈블리의 전반적인 블록도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따라 기본적인 유체 토출 장치의 블록도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따라 유체 토출 장치내의 유체 액적 토출을 검출하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따라 본원에 개시된 액적 검출기 어셈블리를 포함하기에 적합한 예시적인 유체 토출 장치의 저면도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따라 부분적인 액적 검출기 어셈블리의 측단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따라 도 2의 도면과 관련하여 부분적인 액적 검출기 어셈블리의 오프셋 단면도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따라 다이 기판상의 광 검출기를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따라 액적 검출기 어셈블리의 전반적인 블록도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따라 기본적인 유체 토출 장치의 블록도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따라 유체 토출 장치내의 유체 액적 토출을 검출하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
예시적인
실시예들
도 1은 일 실시예에 따라 본원에 개시된 액적 검출기 어셈블리(102)를 통합하기에 적합한 예시적인 유체 토출 장치(100)의 저면도를 도시한다. 이 실시예에서, 유체 토출 장치(100)는 예컨대 열 잉크젯 프린터 혹은 압전 방식 잉크젯 프린터같은 잉크젯 프린터이다. 잉크젯 프린터(100)는 프린트 노즐 배열을 운반하는 프린트헤드 바(104)를 포함한다. 프린트헤드 바(104)는 두 개의 엇갈린 행에 배열된 다수의 다이(106)를 포함하고, 각각의 다이는 다수의 개별 프린트 노즐(108)를 포함한다. 프린트헤드 바(104)와 프린트 노즐 배열은 프린트 존(112)의 폭(110)으로 전반적으로 확장되어 있어, 프린트 매체(222)(예컨대 종이 한 장, 도 2 참조)는 프린트 존(112)의 폭(110)에 대해 수직인 방향(114)으로 노즐 배열을 지나갈 수 있다. 각각의 프린트 노즐(108)은, 프린트 매체(222)가 정지된 프린트헤드 바(104)에 대해 수직 방향(114)으로 움직일 때 이 프린트 매체상에 문자, 부호 및/또는 다른 그래픽이나 이미지가 프린트되도록 순차 방식으로 잉크를 토출하도록 구성된다. 따라서, 이 실시예에서, 유체 토출 장치(잉크젯 프린터)(100)는 고정형 또는 정지형 프린트헤드 바(104) 및 프린트 노즐 배열을 구비하는 PWA 프린터로 지칭할 수 있다. 그러나, 잉크젯 프린터(100)가 본원에서 PWA 프린터인 것으로 전반적으로 설명될지라도, 이것이 PWA 프린터로 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는 예컨대 스캐닝 타입 잉크젯 프린팅 장치로 구성될 수도 있다.
유체 토출 장치(100)는 또한 예컨대 평행광 공급원같은 광원(116)을 포함한다. 광원(116)은 발광 다이오드(118) 혹은 레이저일 수 있으며, 예를 들면, 이것은 렌즈나 곡면경 같은 광학 렌즈나 시준기(a collimator)(120)를 포함할 수도 있다. 광원(116)은 광 빔(122)을 노즐과 프린트 매체(222) 사이의 공간에 프린트헤드 바(104)의 프린트 노즐(108)의 배열 전체에 투사하도록 구성된다. 어떠한 형상의 광 빔(122)도 사용될 수 있지만, 설명된 실시예에서는 구형의 단면 형상을 갖는 광 빔(122)이 예시를 위해 도시되어 있다(도 2 참조). 전술한 것처럼, 토출된 유체 액적에서 반사된 광을 광 검출기로 보내기 위해 광원(116)은 일반적으로 액적 검출기 어셈블리(102)의 일부로서 기능하거나 혹은 액적 검출기 어셈블리와 연계하여 기능한다. 비록 단 하나의 광원(116)만이 예시 및 설명되어 있지만, 다른 실시예는 예컨대 광원의 전력, 노즐(108)로부터 토출된 유체 액적가 적절한 광 반샤를 제공하는데 필요한 광의 세기 등등에 따라 추가 광원을 포함할 수 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 부분적인 액적 검출기 어셈블리(102)의 측단면도를 도시한다. 액적 검출기 어셈블리(102)는 일반적으로 액적 검출기 어셈블리(102)를 함께 구성하는 추가적인 액적 검출기 소자들을 구비하는 유체 토출 어셈블리를 포함한다. 그러므로, 액적 검출기 어셈블리(102)는 유체 슬롯(20)이 형성되어 있는 다이 기판(200)을 포함한다. 유체 슬롯(202)은 도 2의 평면 속으로 뻗어있는 가늘고 긴 슬롯으로, 예컨대 유체 저장조처럼 유체 공급원(도시되지 않음)과의 사이에 유체가 왕래한다. 기판(200)은 실리콘 다이 기판으로, 당업자에게 공지된 표준 미세 가공 프로세스(예컨대, 전기 주조법(electroforming), 레이저 융제(laser ablation), 이방성 에칭, 스퍼터링, 건식 에칭, 포토리소그래피, 주조법, 몰딩, 스탬핑(stamping), 기계가공(machining))로 SOI(sillicon on insulator) 웨이퍼로 형성될 수 있다. 그러므로, 기판(200)은 유체 슬롯(202) 같은 피처(features)를 가공하는 동안에 정확한 에칭 깊이를 달성하기 위한 메커니즘을 제공하는 실리콘 이산화물(SiO2)층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
기판(200)상에 배치된 챔버 층(204)은 유체 액적(208)의 토출 이전에 유체 슬롯(202)으로부터 토출 유체(예컨대, 잉크)를 담아두도록 형성되어 있는 챔버(206)를 포함한다. 노즐 플레이트(210)는 챔버 층 상부에 배치되어 챔버(206)의 상부를 형성한다. 노즐 플레이트(210)는 노즐(108)을 포함하고, 이 노즐을 통해 유체 액적이 토출된다. 챔버 층(204)과 노즐 플레이트(210)는 반도체 장치 제조에서 흔히 포토레지스트 마스크로 이용되는 투명 SU8 재료로 형성된다. 챔버(206)의 하부면쪽 기판(200)에 형성된 토출 소자(212)는 유체의 액적(208)이 챔버(206)를 빠져나와 노즐(108)을 통해 토출되도록 작동된다. 토출 소자(212)는 예컨대 열 저항기(a thermal resistor) 혹은 압전 액추에이터(a piezoelectric actuator)처럼 유체 액적(208)을 대응하는 노즐(108)을 통해 토출하도록 동작할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 예시된 실시예에서, 토출 소자(212)는 기판(200)의 상부에 제조된 박막 스택(a thin film stack)으로 형성된 열 저항기이다. 박막 스택은 일반적으로 산화물층, 토출 소자(212)를 규정하는 금속층, 도전성 트레이스(conductive traces) 및 패시베이션 층을 포함한다(개별적으로 도시되어 있지는 않음).
액적 검출기 어셈블리(102)는 다이 기판(200)상에 제조된 광 검출기(214)도 포함한다. 광 검출기(214)는 투명 노즐 플레이트(210)의 아래이면서 투명 챔버 층(204)의 아래이기도 한 곳에 위치된다. 다른 실시예에서, 광 검출기(214)는 예컨대 포토 디텍터(a photodetector), 전하 결합 소자(CCD) 또는 다른 유사한 광 감지 장치일 수 있다. 광 검출기(214)는 일반적으로 유체 액적(208)으로 반사된 산란광을 수신하여, 산란광을 나타내는 전기 신호를 발생하도록 구성된다. 광 검출기(214)의 일 예는 도 4를 참조하여 아래에 상세히 설명된다.
검출기 회로(216)는 각각의 광 검출기(214)와 연계되며, 각각의 광 검출기(214)를 지지하는 기판(200)에 형성된다. 광원(116)은 도 2의 평면의 안에서 밖으로 독자(the viewer)를 향한 방향으로 광 빔(122)을 투사한다. 전술한 바와 같이, 예시된 광 빔(122)은 구형의 단면 형상을 갖는다. 광 빔(122)은 노즐(108)과 프린트 매체(222) 사이의 공간내에서 프린트 노즐(108)의 배열을 가로질러 프린트헤드 바(104)의 길이를 따라 이동한다(프린트 매체(222)는 광 빔(122) 및 프린트헤드 바(104)(도1 참조)에 대해 수직인 방향9114)으로 이동한다). 토출된 유체 액적(208)이 광 빔(122)을 통과해 이동함에 따라, 광은 액적(208)으로부터 반사되고, 광원(116)을 향해 되돌아 가는 방향으로 산란한다. 이러한 후방 산란광의 일부(점선 화살표(218)로 전반적으로 도시됨)는 투명 노즐 플레이트(210)와 챔버 층(204)을 관통하여 광 검출기(214)에 흡수 또는 캡처된다. 액적 검출기 어셈블리(102)는 또한 기판(200)상에 형성된 타이밍 및 버스 회로(220)를 포함하는데, 이것은 검출기 회로(216)를 통한 후반 산란광의 캡처와 검출기 회로(216)로부터의 데이터 독출을 위한 타이밍 선정을 가능하게 한다.
유체 액적(108)으로부터의 후방 산란광을 흡수 또는 캡처하기 위해, 광 검출기(214)가 광원(116)과 유체 액적(108)을 토출하는 노즐(108) 사이의 어디쯤의 위치에서 기판(200)상에 위치되어야 함은 자명하다. 따라서, 도 2의 광 검출기(214)가 노즐(108)과 동일한 평면내의 어느 위치에서 기판(200)상에 있는 것처럼 보일지라도, 정확하게는 광 검출기가 노즐(108)보다는 광원(116)에 더 근접한 어느 위치에서 노즐(108)의 약간 뒤에(즉, 도 2의 평면 안쪽으로 설정됨) 있다. 광원(116), 검출기(214) 및 노즐(108)의 상대적인 위치는 이하에 논의되는 도 3에 더 명확하게 보여진다.
도 2에 예시된 실시예는 또한 각각의 노즐(108)을 모니터하기 위해 기판(200)상에 배치된 별개의 광 검출기(214)(예컨대 각각의 노즐(108)을 위한 광 검출기(214))를 도시하는 것처럼 보인다. 이러한 구성이 가능하기는 하지만, 각각의 검출기(214)와 그 연관된 검출기 회로(216)를 제조하는 비용의 증가와, 각각의 검출기(214)와 그 연관 검출기 회로(216)를 수용하는데 필요한 공간의 증가 때문에 이러한 많은 개수의 광 검출기(214)가 반드시 필요한 것은 아니며 일반적으로 바람직하지도 않다. 그러므로, 도 2의 예시는 각각의 노즐(108)이 별개의 연관 광 검출기(214)를 가짐을 반드시 나타내기 위해서라기 보다는 본원 설명을 돕기위해 도시되었다. 따라서, 추가적인 구현예가, 예를 들면 복수의 노즐(108), 즉 노즐(108)의 프리미티브 그룹핑(500)(도 5 참조)을 모니터하기 위해 기판(200)상에 배치된 단일 광 검출기(214)를 구비하는 것을 포함할 수 있다. 노즐(108)의 프리미티브 그룹핑(500)은 예컨대 8 내지 16개 노즐을 포함할 수 있고, 이로써 단일 광 검출기(214)가 노즐의 프리미티브 그룹내의 모든 노즐(108)을 모니터하도록 배치될 수 있다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따라, 도 2의 A-A선을 향해 들여다 본 부분적인 액적 검출기 어셈블리(102)의 오프셋 단면도를 도시한다. 이 도면은 액적 검출기(102) 구성요소(즉, 광 검출기(214), 광 검출기 회로(216), 타이밍 및 버스 회로(220), 유체 챔버(206), 토출 소자(212))를 예시하기 위해 투명하게 들여다 본 도면인 것으로 의도되어 있으며, 일반적으로 도 2에 도시된 검출기 어셈블리(102)의 도면과 직교한다. 도 3에 도시된 이 구성요소들(즉, 광 검출기(214), 광 검출기 회로(216), 타이밍 및 버스 회로(220), 유체 챔버(206), 토출 소자(212))이 모두 동일 평면상에 있지는 않음을 유의하자. 일반적으로, 광 검출기(214)는 복수의 다이(106)(도 1) 사이에 프린트헤드 바(104)의 길이를 따라 배열되고, 이로써 이 검출기들은 잉크젯 노즐(108)을 빠져 나오는 유체 액적(208)의 존재 혹은 부재에 대응하는 광학 신호(즉, 산란광)를 최대로 캡처한다. 그러나, 도 3에서 액적 검출기 어셈블리(102)의 직교 단면도는 어셈블리(102)내의 광원(116), 검출기(214) 및 노즐(108)의 상대적인 위치를 더 잘 예시한다. 이 도면에서, 도 3의 좌측의 광원(116)은 프린트헤드 바(104)(도 1)의 한쪽 종단부에 있다. 프린트 매체(222)는 광 빔(122)과 프린트헤드 바(104)(도 1)에 대해 수직 방향(114)(즉, 도 3의 평면 안으로 들어가는 방향이나 밖으로 나오는 방향)으로 이동함을 유의하라. 유체 액적(208)에서 반사된 후방 산란광(218)을 검출하는 검출기(214)는 노즐(108)과 광원(116) 사이에 위치된다. 도 3의 노즐(108)의 우측 멀리에 검출기(214)가 마찬가지로 모니터할 수 있는 추가 노즐(108)이 있을 수 있다. 그러나, 요점은, 특정 검출기(214)에 의해 모니터되는 노즐(108)이 광원(116)과 노즐(108) 사이의 기판(200)상에 위치되어져한다는 것인데, 그 이유는 이 노즐(108)로부터의 유체 액적(208)의 반사광이 광원(116)을 향해 되돌아(즉, 도 3의 좌측을 향해) 반사되며 광원으로부터 멀어지는 방향으로(즉, 도 3의 우측을 향해) 반사되지는 않기 때문이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 다이 기판(200)상의 광 검출기(214)를 도시한다. 전술한 바와 같이, 광 검출기(214)는 기판상에 제조되므로, 투명 노즐 플레이트(210)와 투명 챔버 층(204) 모두의 아래에 위치된다. 검출기(214)는 표준 CMOS 프로세스 단계를 이용하여 구현되며, 일 실시예(예컨대 도 4)에서, 이 프로세스는 비용 절감을 위해 저 저항 기판 상의 EPI 대신에 고 저항성 기판을 이용한다. 이러한 기판에서의 긴 수명시간과 긴 확산 길이로 인해, 본 실시예의 검출기는 N웰-p도핑 다이오드를 이용한다. 이때 N웰은 기판에 대해 역바이어스되도록 바이어스된다. 이것은 기판의 다른 곳에서 발생된 캐리어들이 도 4에 "+5V"로 도시되어 있는 +5V 전원 연결부로 이동되는 광전류로서 캡처되게 한다. 검출기 소자는 "out" 단자와 N웰 사이의 접합이다. "out" 단자는 예컨대 0V~2.5V로 바이어스된다. 이 바이어스 레벨은 바이어스에 비례하는 접합의 캐패시턴스를 줄이기 위해 충분한 역 바이어스를 보장한다. N웰에서 발생된 캐리어는 검출기 접합에 의해 캡처되고, 검출기(214)의 "out" 단자에서 감지 광전류로 입수 가능하다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 액적 검출기 어셈블리(102)의 전반적인 블록도를 도시한다. 에셈블리(102)내의 각각의 노즐 프리미티브 그룹(500)에 대해, 대응하는 광 검출기(214) 및 검출기 회로(216)가 존재하고, 이들은 모두 프린트헤드 다이 기판(200)상에 형성된다. 타이밍 및 버스 회로(220) 역시 다이 기판(200)상에 형성된다. 각각의 프리미티브(500)는 예컨대 8개의 노즐(108)의 그룹과 이들 노즐의 액적 토출 기능을 제어하기 위한 관련 회로를 나타낸다. 타이밍 발생기(502)는 타이밍 신호들을 제공하는데, 광 검출기(214)가 유체 액적으로부터 반사된 후방 산란광(218)을 캡처 또는 흡수하므로, 이 타이밍 신호는 각각의 검출기 회로(216)가 언제, 그리고 얼마 동안 대응 광 검출기(214)로부터 광전류를 통합할 것인지 제어한다. 타이밍 발생기(502)는, 소정 순간에 프리미티브(500)의 어느 노즐(108)이 유체 액적(208)을 토출하고 있는지를 타이밍 발생기(502)에게 공지하는 프린터 제어기(600)(도 6 참조)로부터의 프린트 데이터(608)(도 6 참조)에 기반하여 광전류 통합 시간을 제어한다. 통합 기간 동안, 검출기 회로(216)는 광전류를 통합하여 이것을 전압으로 변환한다. 이후, 타이밍 발생기(502)가 이 전압을 검출기 회로(216)로부터 판독하여 아날로그 버스로 보낸다. 결국, 특정 프리미티브(500)내의 노즐(108)이 유체 액적(208)을 토출하는 적절한 시간에, 타이밍 회로(502)는 적절한 검출기 회로(216)를 리셋하고, 이 검출기 회로(216)에 대해 통합 기간을 시작 및 종료하며, 이 검출기 회로(216)로부터 전압을 판독하여 아날로그 버스로 보낸다.
또한 타이밍 발생기(502)는 각각의 검출기 회로(216)로부터의 출력 전압을 아날로그 버스에 제공하는 타이밍을 맞추고 제어한다. 아날로그 버스에 제공된 각각의 전압은 아날로그-대지털 변환기(ADC)(504)에 의해 변환된다. 각각의 검출기 회로(216)로부터의 디지털 값은 레지스터(506)에 제공되고, 직렬 링크(508)를 통해 프린터 제어기(600)로 전송된다. (프린터 제어기(600)로부터의 프린트 데이터와 상관(correlation)을 통해) 유체 액적(208)의 토출이 예측되는 시점에 대응하는 적절한 타이밍에서 후방 산란광(218)을 모집하여 모니터하거나 혹은 후방 산란광의 부재를 모니터함으로써, 노즐(108)이 유체 액적(208)을 토출중인지에 대한 결정이 행해질 수 있다. 결국, 예컨대 노즐이 막혔는지에 대한 결정이 행해질 수 있다. 또한, 후방 산란광(218)으로부터 수집된 정보는 노즐의 건전성 정도를 나타낼 수 있는 유체 액적(208)의 사이즈와 품질에 대한 결정도 가능하게 한다. 예를 들어, 이 정보는 노즐이 부분적으로 막혔는지 여부를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 프린터 제어기(600) 혹은 프린터 기입 시스템은 예컨대 프린트 결함 은폐 알고리즘(print defect hiding algirithms)을 이용함으로써, 성능이 저하되거나 작동하지 않는 프린트 노즐을 보완하도록 시정 조치(corrective action)를 취할 수 있다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 기본적인 유체 토출 장치(100)의 블록도를 도시한다. 유체 토출 장치(100)는 액적 검출기 어셈블리(102)와 전자 프린터 제어기(600)를 포함한다. 액적 검출기 어셈블리(102)는 추가적인 액적 검출 소자들을 구비하는 유체 토출 어셈블리를 포함하고, 이들 추가적인 액적 검출 소자들은 일반적으로 함께 액적 검출기 어셈블리(102)를 구성한다. 프린터 제어기(600)는 전형적으로 프로세서와 펌웨어를 포함하고, 또한 유체 액적을 정밀하게 토출하고 유체 액적의 토출을 검출하기 위해 액적 검출기 어셈블리(102)와 통신하고 이 액적 검출기 어셈블리를 제어하는 다른 전자 장치도 포함한다.
일 실시예에서, 유체 토출 장치(100)는 잉크 프린팅 장치이다. 이런 맥락에서, 유체 토출 장치(100)는 또한 액적 검출기 어셈블리(102)에 유체를 공급하기 위한 유체/잉크 공급원 및 어셈블리(602), 토출된 유체 액적의 패턴을 수취하는 매체를 제공하기 위한 매체 공급 어셈블리(604) 및, 전원(606)을 포함한다. 일반적으로, 프린터 제어기(102)는 컴퓨터 같은 호스트 시스템으로부터 프린트 데이터(608)를 수신한다. 프린트 데이터(608)는, 예를 들면, 프린트될 서류 및/혹은 파일을 나타내고, 하나 이상의 프린트 작업 커맨드 및/또는 커맨드 파라미터를 포함하는 프린트 작업을 형성한다. 프린트 데이터(608)로부터, 프린터 제어기(600)는 토출할 액적의 패턴을 정의하고, 이 액적의 패턴은 문자, 기호 및/또는 다른 그래픽이나 이미지를 형성한다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따라, 유체 토출 장치의 유체 액적 토출을 검출하는 예시적인 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 본 방법(700)은 도 2 내지 도 6의 실시예와 관련하여 전술한 액적 검출기 어셈블리(102)의 일 실시예와 연관된다. 비록 본 방법(700)이 특정 순서로 기재된 단계들을 포함하고 있을지라도, 이 단계들이 이런 특정 순서나 혹은 다른 임의의 특정 순서로 수행되는 것으로 한정하는 것은 아님을 이해해야 한다.
본 방법(700)은 투명 노즐 플레이트에 형성된 노즐로부터 유체 액적을 토출하는 블록(702)에서 시작한다. 유체 액적을 토출하는 노즐은 투명 노즐 플레이트에 형성되고, 다른 노즐들과 프리미티브로 그룹화된다. 유체 액적은 투명 노즐 플레이트의 기저를 이루고 있는 프린트헤드 다이 기판에 배치된 토출 소자를 작동시킴으로써 토출된다. 유체 액적을 토출하는 것은 액적의 산란광이 유발되도록 광 빔을 통해 유체 액적을 토출하는 것이다.
본 방법(700)은 유체 액적의 반사된 산란광을 투명 노즐 플레이트를 통해 검출하는 블록(704)으로 계속된다. 산란광의 검출은 투명 노즐 플레이트의 기저를 이루고 있는 다이 기판상에 배치 또는 통합된 광 검출기를 이용하여 행해진다. 따라서, 산란광은 투명 노즐 플레이트를 통해 이동하여 검출기에 도달한다. 산란광은 또한 투명 챔버 층을 통해 검출기에 도달하도록 이동한다. 일반적으로, 이러한 검출은 프린트헤드 바를 따라 위치되어 다이 기판에 통합된 광 검출기의 컬럼을 모니터링하는 것을 포함한다. 각각의 통합된 광 검출기는 모니터링중인 연관된 노즐 프리미티브를 가지며, 각각의 통합된 검출기는 유체 액적에서 반사된 후방 산란광을 투명 노즐 플레이트를 통해(그리고 투명 챔버 층을 통해) 캡처하도록 구성된다.
산란광을 검출하는 프로세스는 또한 유체 액적의 토출 이전에 검출기 회로를 리셋하는 것과, 검출기 회로를 이용하여 산란광으로부터 광 검출기에 의해 발생된 광전류를 통합하는 것을 포함한다. 프린터 제어기로부터의 프린트 데이터는 다이 기판에 통합된 타이밍 발생기에게 특정 프리미티브내의 특정 노즐이 언제 유체 액적을 토출하기도록 스케쥴되어 있는지를 통지한다. 타이밍 발생기는 액적 토출에 대비하여 적절한 광 검출기와 연계된 검출기 회로를 리셋한 다음, 검출기 회로를 통해 광전류의 통합을 시작함으로써 적절한 시간에 토출 유체 액적의 후방 산란광의 모니터링을 시작한다. 검출기 회로는 광 검출기로부터 광전류를 통합하여 이것을 전압으로 변환한다. 타이밍 발생기는 통합 기간을 종료하고, 검출기 회로로부터 전압을 독출하여 아날로그 버스에 보낸다.
본 방법(700)은 아날로그 버스로 출력된 검출기 회로 전압으로부터 액적 표시 신호를 발생하는 블록(706)으로 진행한다. 이 전압은 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 액적 표시 신호로 변환된다. 액적 표시 신호는 유체 액적의 상태를 나타낸다. 액적 표시 신호는 레지스터에 위치되었다가 직렬 링크를 통해 프린터 제어기로 전송된다.
본 방법(700)은 유체 액적이 토출되지 않을 때 광을 검출하는 블록(708)으로 진행한다. 유체 액적이 토출되지 않을 때 광을 검출하는 것은 토출 유체 액적으로부터 산란광을 검출하는 것과 관련하여 논의된 것과 동일한 일반적인 프로세스를 따른다. 블록(710)에서, 유체 액적이 토출되지 않은 때 검출된 광으로부터의 검출기 회로 전압에 기반하여 ADC를 통해 암도 신호가 발생된다. 일반적으로, 타이밍 발생기는 암도 신호의 발생을 제어하는데, 이것은 액적 표시 신호와의 비교를 위해 프린터 제어기로 전송된다. 암도 신호는 광 빔을 통과하는 유체 액적이 전혀 없을 때 존재하는 배경 광의 척도이다.
본 방법(700)의 블록(712)에서, 액적 표시 신호와 암도 신호는 그 둘 사이의 차이를 찾아내기 위해 비교 및/또는 감산된다. 블록(714)에서, 프린터 제어기 또는 기입 시스템은 이러한 차이에 기반하여 노즐이 적절히 기능하는지를 결정한다. 일반적으로, 이러한 노즐의 건전성을 결정하는 프로세스는 각각의 프리미티브내의 모든 노즐마다 반복되어 각 노즐의 건전성을 결정할 수 있으며, 예컨대 프린트 결함 은폐 알고리즘을 실행하는 것과 같은 시정 조치가 성능이 저하되거나 작동하지 않는 프린트 노즐을 보완하도록 구현될 수 있다.
Claims (15)
- 유체 액적(a fluid drop)을 토출(eject)하도록 기판상에 형성된 토출 소자(an ejection element)와,
상기 유체 액적의 산란광을 검출하도록 상기 기판상에 형성된 광 검출기를 포함하는
액적 검출기 어셈블리(drop detector assembly).
- 제1항에 있어서,
상기 검출된 산란광과 연계된 신호―상기 신호는 상기 토출된 유체 액적의 상태를 표시함―를 제공하도록 상기 기판상에 형성된 검출기 회로를 더 포함하는
액적 검출기 어셈블리.
- 제2항에 있어서,
상기 토출 소자를 제어하고, 상기 신호에 기반하여 상기 토출된 유체 액적의 상태를 판정하며, 상기 상태를 상기 토출 소자와 상관시키는 제어기를 더 포함하는
액적 검출기 어셈블리.
- 제2항에 있어서,
상기 신호는 전류이고, 상기 검출기 회로는 상기 전류를 통합하고 상기 전류를 전압으로 변환하도록 구성되며,
검출기 회로 통합 시간을 제어하며, 상기 전압을 아날로그 버스를 통해 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 전달하는 타이밍 발생기와,
상기 전압을 디지털 신호로 변환하는 상기 ADC를 더 포함하는
액적 검출기 어셈블리.
- 제1항에 있어서,
상기 유체 액적으로부터 광을 산란시키기 위해 광 빔을 투사하는 광원을 더 포함하는
액적 검출기 어셈블리.
- 제5항에 있어서,
상기 광 검출기는 상기 액적 토출 소자와 상기 광원 사이에 위치되는
액적 검출기 어셈블리.
- 유체 토출 장치에서 유체 액적 토출을 검출하는 방법으로서,
투명 노즐 플레이트에 형성된 노즐로부터 유체 액적을 토출하는 단계와,
상기 투명 노즐 플레이트를 통해, 상기 유체 액적에서 반사된 산란광을 검출하는 단계를 포함하는
방법.
- 제7항에 있어서,
상기 유체 액적의 상태를 표시하는 액적 표시 신호(a drop indicator signal)를 발생하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 제8항에 있어서,
상기 유체 액적이 토출되지 않을 때 광을 검출하는 단계와,
상기 유체 액적이 토출되지 않을 때 검출된 광에 기반하여 암도 신호(a dark value signal)을 발생하는 단계와,
상기 액적 표시 신호와 상기 암도 신호 사이의 차이를 구하는 단계와,
상기 차이에 기반하여 노즐이 적절히 기능하는지를 결정하는 단계를 포함하는
방법.
- 제7항에 있어서,
상기 유체 액적을 토출하는 단계는 상기 산란광이 유발되도록 하기 위해 상기 유체 액적을 광 빔을 통해 토출하는 단계를 포함하는
방법.
- 제7항에 있어서,
상기 산란광을 검출하는 단계는 상기 투명 노즐 플레이트의 기저를 이루는 기판상에 배치된 광 검출기를 이용하는 단계를 포함하는
방법.
- 제7항에 있어서,
상기 유체 액적을 토출하는 단계는 상기 투명 노즐 플레이트의 기저를 이루는 기판상에 배치된 토출 소자를 작동시키는 단계를 포함하는
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 광 검출기로부터의 전류를 전압으로 변환시키는 단게를 더 포함하는
방법.
- 제7항에 있어서,
상기 산란광을 검출하는 단계는
상기 유체 액적을 토출하는 단계 이전에 검출기 회로를 리셋하는 단계와,
상기 산란광으로부터 상기 광 검출기에 의해 발생된 전류를 통합하는 단계와,
상기 전류를 전압으로 변환하는 단계와,
아날로그-디지털 변환기를 통해 상기 전압을 액적 표시 신호로 변환하는 단계와,
상기 액적 표시 신호를 프린터 제어기로 전송하는 단계를 포함하는
방법.
- 다이 기판상에 통합된 유체 액적 토출 소자를 갖는 유체 토출 어셈블리와,
상기 다이 기판상에 통합된 광 검출기와,
유체 액적을 토출하도록 상기 유체 토출 소자를 제어하고, 상기 유체 액적이 광 빔을 통과할 때 상기 유체 액적의 산란광을 검출하도록 상기 광 검출기를 제어하는 전자 제어기를 포함하는
액적 검출 시스템.
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