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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldrucktechnologie und auf Laserabtasttechnologie, wo ein Laser verwendet wird, um Bilddaten zu übertragen.
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Zwei üblicherweise verwendete Technologien zur Bilderzeugung sind derzeit Laser-(hierin auch bezeichnet als „elektrophotographische”)Systeme und Tintenstrahlsysteme. Bei beiden diesen Systemen werden digitale Bilddaten, die durch einen Computer oder dergleichen erzeugt werden, zu dem Drucker übertragen, der diese Daten als ein sichtbares Bild auf einem Medium aufbereitet. Bei den meisten Computer- und Druckersystemen sind die Bilddaten für den Drucker digitale Daten, die in einem Computerspeicher gespeichert werden. Dies ist der Fall für Tintenstrahl- und Laserdrucker, einschließlich sowohl farbig als auch einfarbig. Die Daten werden in einer Matrix oder einem „Raster” gespeichert, das die Position und Farbe jedes Pixels identifiziert, das das Gesamtbild umfaßt. Die Rasterbilddaten können durch Abtasten eines originalen analogen Dokuments und Digitalisieren des Bildes in Rasterdaten erhalten werden, oder durch Lesen einer bereits digitalisierten Bilddatei. Das erste Verfahren ist üblicher bei Fotokopierern, während das letztere Verfahren üblicher ist beim Drucken von Computerdateien unter Verwendung eines Druckers. Folglich ist die Technologie, auf die sich die nachfolgende Erfindung bezieht, entweder für Fotokopierer oder Drucker anwendbar. Die jüngste Technologie hat diese Unterscheidung beendet, so daß eine einzige Druckvorrichtung entweder als ein Kopierer oder als ein Drucker für Computerdateien verwendet werden kann. Diese Vorrichtungen sind als Multifunktionsdrucker („MFPs” = Multifunction Printers) bekannt, ein Begriff, der die Fähigkeit anzeigt, als ein Fotokopierer, ein Drucker oder als eine Faksimilemaschine zu wirken. Folglich sollte der Ausdruck „Drucker” nicht als beschränkend auf ein Gerät zum Drucken einer Datei von einem Computer angesehen werden, sondern sollte auch einen Fotokopierer umfassen, der in der Lage ist, ein digitalisiertes Bild eines Originaldokuments zu drucken. „Originaldokumente” umfassen nicht nur bereits digitalisierte Dokumente, wie z. B. Text- und Bilddateien, sondern auch Photographien und andere Bilder, einschließlich kombinierten Text-Bild-Dokumenten, die abgetastet werden und in Rasterdaten digitalisiert werden.
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In jedem Fall wird das Bild, das auf einem greifbaren Medium gedruckt werden soll, als eine digitale Bilddatei gespeichert. Die digitalen Bilddaten werden dann verwendet, um ein Druckelement anzutreiben, um ein Bild zu erzeugen. Die Rasterbilddatendatei ist im wesentlichen in einer zweidimensionalen Matrix organisiert, die durch den Drucker in ein Bild auf dem Medium übersetzt wird. Das Bild umfaßt eine Anzahl von Linien, wobei jede Linie eine Anzahl von einzelnen Punkten oder Pixeln über die Linie umfaßt. Jedem Pixel in dem Bild ist ein binärer Wert in der Datendatei zugewiesen, der sich auf Informationen bezieht, die die Farbe und mögliche andere Attribute desselben, wie z. B. Dichte, betreffen. Die Kombination von Linien und Pixeln bildet das resultierende Bild.
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Wie es beschrieben wurde, sind die Rasterdaten in einem computerlesbaren Speicher als ein Rasterbild gespeichert. Das heißt, das Bild wird pro Linie katalogisiert, und jede Zeile wird durch jedes Pixel in der Linie katalogisiert. Ein Computerprozessor liest die Rasterbilddaten Linie um Linie und betätigt den Drucker. Für Laserdrucker umfaßt dies die Betätigung eines Lasers, der eine photoempfindliche Oberfläche abtastet, um selektiv ein Pixel auf der Oberfläche zu belichten, auf der Basis des Vorliegens oder der Abwesenheit einer Färbung und des Grads der Färbung für das Pixel. Typische Pixeldichten für Bilder sind in dem Bereich von 300 bis 1.200 Pixel pro Zoll in jeder Richtung.
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Für Tintenstrahldrucker umfaßt die Betätigung des Drucker die selektive Betätigung einer Tintenstrahldüse, um auf der Basis des Vorliegens oder der Abwesenheit einer Färbung auf einer Medienoberfläche Pixel zu bilden.
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Abtasten bei Laserdruckern
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Bei Laserdruckern ist das Verfahren zum Übertragen der digitalen Rasterdaten auf einen Photoleiter über einen Laser, mehrere Laser oder LEDs als der Bildabtastprozeß oder der Abtastprozeß bekannt. Der Abtastprozeß wird durch einen Abtastabschnitt oder eine Abtastsektion des elektrophotographischen Druckers durchgeführt. Der Prozeß des Anziehens von Toner an den Photoleiter ist als Entwicklungsprozeß bekannt. Der Entwicklungsprozeß wird durch den Entwicklerabschnitt des Druckers durchgeführt. Die Bildqualität hängt von beiden diesen Prozessen ab. Die Bildqualität hängt damit sowohl von dem Abtastabschnitt des Druckers, der das Rasterdatenbild auf den Photoleiter überträgt, als auch von dem Entwicklerabschnitt des Druckers ab, der die Übertragung des Toners zu dem Photoleiter verwaltet.
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Bei dem Abtastprozeß wird ein Laser von einer Kante des Photoleiters zu der gegenüberliegenden Kante bewegt und wird selektiv auf einer Pixel-um-Pixel-Basis betätigt oder nicht betätigt, um eine Zeile des Bildes auf den Photoleiter abzutasten. Der Photoleiter bewegt sich vor und die nächste Linie des Bildes wird durch den Laser auf den Photoleiter abgetastet. Bei einem Mehrfachlaserdrucker kann mehr als ein Laser gleichzeitig betätigt werden, um das vollständige Bild schneller auf dem Photoleiter zu erzeugen. Das Seite-Zu-Seite-Abtasten jedes Lasers wird herkömmlicherweise unter Verwendung eines speziell zugewiesenen mehrseitigen oder facettierten Drehspiegels erreicht. Ein solcher Spiegel ist hierin als ein „Polygon” bezeichnet, aufgrund der Polygonform des Spiegels. Die reflektierende Oberfläche der Spiegel ist typischerweise mattes und poliertes Aluminium. Der Laserstrahl trifft auf eine Facette des Polygonalspiegels auf und wird zu einem sekundären oder Deflektorspiegel reflektiert, der den Laserstrahl zu einer eindeutigen relativen linearen Position auf der lichtempfindlichen Oberfläche des Photoleiters richtet. Mit „relativ” ist gemeint, daß sich der Photoleiter bezüglich der linearen Position bewegt, aber die Position im Raum festbleibt. Während sich der Polygonalspiegel dreht, ändert sich der Einfallswinkel und somit der Reflektionswinkel des Laserstrahls. Dies bewirkt, daß der Laserstrahl, an der eindeutigen relativen linearen Position von einer ersten Kante zu einer zweiten Kante des Photoleiters über den Photoleiter bewegt wird. Während sich der Spiegel zu einer Kante des Polygon zwischen Facetten dreht, wird der Laser im wesentlichen auf die erste Kante des Photoleiters zurückgesetzt, um das Abtasten einer neuen Linie auf den Photoleiter zu beginnen. Diese Spiegel neigen dazu, sich bei sehr hohen Geschwindigkeiten zu drehen, oft bei über 20.000 Umdrehungen pro Minute.
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Beispiele von Laserabtastsystemen, die bei Laserdruckern verwendet werden, sind in den
U.S.-Patenten 5,691,759 ;
5,745,152 ;
5,760,817 ;
5,870,132 ;
5,920,336 ;
5,929,892 und
6,266,073 offenbart, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Tintenstrahldruckköpfe
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Die meisten handelsüblichen Tintenstrahldrucker verwenden ein bewegliches (oder abtastendes) Druckkopfsystem, bei dem ein Druckkopf, der Tintendüsen umfaßt, über die Oberfläche eines Mediums bewegt (oder abgetastet) wird. Während sich der Druckkopf über die Oberfläche bewegt, wird jede Tintendüse selektiv aktiviert, um einen Tintenstrahl oder ein Tintentröpfchen auszustoßen, um ein Pixel auf dem Medium zu bilden, während der Kopf über die Oberfläche verläuft.
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Um das Tröpfchen auszustoßen, wird Tinte unter Druck zu einem Druckkopfdüsenbereich geliefert. Gemäß einem Verfahren wird die Tinte erwärmt, wodurch bewirkt wird, dass sich in einer Düse eine Dampfblase bildet, die dann die Tinte als ein Tröpfchen ausstößt. Tröpfchen mit wiederholbarer Geschwindigkeit und Volumen werden von jeweiligen Düsen ausgestoßen, um wirksam Zeichen und graphische Markierungen auf einen Ausdruck abzudrucken.
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Ein Tintenstrahldruckkopf wird durch ein Substrat plus mehreren Schichten gebildet, die mehrere Düsenbereiche definieren. Die Substrat- und Schichtqualitäten und -abmessungen sind ausgewählt, um gewünschte thermodynamische und hydrodynamische Bedingungen innerhalb jeder Düse zu erreichen. Verschiedene Patente lehren Aspekte der Druckkopfherstellung, einschließlich der
U.S.-Patente 4,513,298 (Scheu);
4,535,343 (Wright u. a.);
4,794,410 (Taub u. a.);
4,847,630 (Bhaskar u. a.);
4,862,197 (Stoffel); und
4,894,664 (Tsung Pan), die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Herkömmliche Tintenstrahldruckköpfe erstrecken sich über einen begrenzten Abschnitt einer Seitenbreite und bewegen sich über die Seite. Dies steht im Gegensatz zu einem Seitenbreit-Array-(„PWA” = Page-Wide-Array)Druckkopf, der sich über eine gesamte Seitenbreite (z. B. 21, 59 cm (8,5''), 27,95 cm (11''), A4-Breite) erstreckt und bezüglich des Medienwegs befestigt ist. Der PWA-Druckkopf ist auf einem länglichen Druckstab gebildet und umfaßt Tausende von Düsen. Der PWA-Druckstab ist im allgemeinen orthogonal zu dem Papierweg ausgerichtet. Während dem Betrieb sind der Druckstab und der PWA-Druckkopf fest, während eine Seite benachbart zu demselben eingeführt wird und sich unter dem Druckkopf bewegt. Der PWA-Druckkopf druckt eine oder mehrere Zeilen zu einem Zeitpunkt, während sich die Seite bezüglich des Druckkopfs bewegt. Dies ist vergleichbar mit dem Drucken mehrerer Linien zu einem Zeitpunkt, wie es durch Bewegungstypdruckköpfe erreicht wird.
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Bei einem PWA-Tintenstrahldruckkopf umfaßt der Druckkopf eine flexible gedruckte Schaltung („Flex-Schaltung”), die mit dem Druckstab gekoppelt ist. An der Flex-Schaltung sind Siliziumsubstrate befestigt, in denen Düsenkammern mit Abfeuerungswiderständen gebildet sind. Die Flex-Schaltung mit Siliziumsubstraten ist haftend an dem Druckstab befestigt. Der Druckstab umfaßt ausgenommene Bereiche zum Aufnehmen jeweiliger Siliziumsubstrate. Signalwege in der Flex-Schaltung tragen Signale zu den Abfeuerungswiderständen. Ein adressierter Abfeuerungswiderstand erwärmt Tinte in einer entsprechenden Düsenkammer auf, was zu einem Ausstoß eines Tintentröpfchens führt.
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Der Druckkopf eines PWA-Tintenstrahldruckers umfaßt Tausende von Düsen. Für einen 11-Zoll-Druckkopf, der bei 600 dpi druckt, gibt es zumindest 6.600 Düsen entlang dem Druckkopf. Tinte wird von einem systemeigenen Reservoir zu einer Düsenkammer jeder Düse geliefert. Während dem Betrieb ist das Druckerelement fest, während eine Seite durch ein Medienhandhabungsuntersystem benachbart zu dem Druckkopf zugeführt wird. Während dem Drucken wird ein Abfeuerungswiderstand in einer Düsenkammer aktiviert, um die Tinte in demselben zu erwärmen, und um zu bewirken, daß sich eine Dampfblase bildet. Die Dampfblase stößt dann die Tinte als ein Tröpfchen aus. Tröpfchen von wiederholbarer Geschwindigkeit und Volumen werden jeweiligen Düsen ausgestoßen, um wirksam Zeichen und graphische Markierungen auf ein Medienblatt aufzudrucken. Der PWA-Druckkopf druckt eine oder mehrere Linien zu einem Zeitpunkt, während sich die Seite bezüglich des Druckkopfs bewegt. Beispiele von PWA-Druckersystemen sind in den
U.S.-Patenten 5,589,865 ;
5,719,602 ;
5,734,394 ;
5,742,305 ; und
6,135,586 offenbart, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Der PWA-Druckkopf steht im Gegensatz zu den beweglichen Druckköpfen, bei denen sich Bewegungstypdruckköpfe über eine Seite bewegen, während die Seite intermittierend durch ein Medienhandhabungsuntersystem bewegt wird. Ein PWA-Druckerelement ist analog zu dem beweglichen Druckkopf, da beide Tintentropfen auf eine Medienoberfläche ausstoßen, die eine relative Bewegung zu dem Druckkopf aufweist. Der PWA weist jedoch wesentlich mehr Düsen auf und ist in seiner Position fest. Es gibt eine relative Bewegung zwischen dem Druckkopf und dem Medium, sowohl bei PWA- als auch Bewegungsdruckkopfsystemen, was einige Ähnlichkeiten beim Aufbau begründet. Ein PWA-Druckkopf ist jedoch fest und typischerweise viel größer als ein beweglicher Druckkopf. Ein PWA-Druckerelement kann mehrere Tausend Düsen umfassen, die sich entlang der Länge einer Seitenbreite erstrecken, während das eines herkömmlichen beweglichen Druckkopfs normalerweise zwischen 100 und 300 Düsen aufweist, die sich um einen Abstand von etwa 0,38 cm bis 1,27 cm (0,15 bis 0,50 Zoll) erstrecken.
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Eine der antreibenden Motivationen zum Erzeugen eines Seitenbreit-Array-Druckkopfs ist es, schnellere Druckgeschwindigkeiten zu erreichen. Insbesondere ist es wünschenswert, daß ein PWA-Druckkopf bei einer Druckgeschwindigkeit läuft, die sich der Düsengeschwindigkeit annähert. Die Düsengeschwindigkeit ist die höchste Frequenz, bei der eine Düse abfeuern kann, wie es durch die Düsentechnologie begrenzt ist, die bei aktuellen Technologien 1.500 Hz für herkömmliche Tintenstrahldrucker und bis zu 6.000 bis 8.000 Hz für bestimmte hochauflösende Tintenstrahldrucker erreicht. Die Druckgeschwindigkeit in einem PWA ist direkt verwandt mit der Frequenz, bei der die Düsen während einem Druckbetrieb tatsächlich abgefeuert werden. Die Druckgeschwindigkeit ist typischerweise geringer als die maximale Düsengeschwindigkeit, aufgrund von Beschränkungen bei der Datenhandhabung (d. h. Datendurchsatz) und der Medienhandhabung. Mit mehr Düsen sollte das PWA-Druckerelement viel schneller drucken als ein kleinerer Bewegungsdruckkopf, aber aufgrund der Beschränkungen, insbesondere bei der Datenhandhabung, wurde die potentielle Geschwindigkeit von PWA-Systemen noch nicht erreicht. Es ist denkbar, daß die Druckgeschwindigkeit mit einem schnelleren Datendurchsatz schneller sein könnte als viele Laserdrucker. Unter der Voraussetzung einer 1.000-Hz-Abfeuerungsrate für die Tintenstrahldüsen, was gut innerhalb der Rate liegt, die üblicherweise bei aktuellen Tintenstrahldruckern erreicht wird, könnte die Druckgeschwindigkeit 35,05 cm (13,8 Zoll) pro Sekunde über die Breite der Seite für eine Auflösung von 600 dpi sein. Im Grunde sollte ein PWA-Druckkopf in der Lage sein, eine gesamte Seite in etwa dem gleichen Zeitrahmen zu drucken, den ein beweglicher Druckkopf benötigt, um eine Bewegung über eine Seite durchzuführen. Falls die Datenhandhabung für die vielen Tausende von Düsen in einem PDA in dem gleichen Zeitrahmen erreicht werden kann, wie die Datenhandhabung für die relativ wenigen Düsen in einem herkömmlichen beweglichen Druckkopf, kann die potentielle Geschwindigkeit des PWA noch genauer realisiert werden.
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Ein Teil der Datenhandhabungsprobleme bei einem PWA ist es, sicherzustellen, daß Pixel oder Punktdaten an jeder Düse rechtzeitig verfügbar sind. Mit Tausenden mehr Düsen als ein herkömmlicher beweglicher Druckkopf ist die schnelle Datenübertragung zum Erreichen eines solchen Datendurchsatzes eine wesentliche Herausforderung. Das direkte Verbinden der Rasterdatenspeicherspeicherung und des Prozessors auf parallele Weise könnte es denkbar machen, daß eine schnelle Datenübertragung erreicht wird, aber aufgrund der hohen Anzahl von Düsen und der hohen Anzahl von getrennten Leitern und Verbindern, die dies erfordern würde, ist ein solcher Lösungsansatz nicht praktisch. Eine Lösung dieses Problems ist es, die Anzahl von Leitern zu reduzieren und jedes einer Anzahl von Multiplexschemata zu verwenden, wobei die Abfeuerungssignale verarbeitet werden und Abfeuerungssignale für mehrere Düsen seriell über einen gemeinsamen Leiter gesendet werden. Obwohl diese Systeme die Anzahl von Leitern wesentlich reduzieren, die für die Datenübertragung erforderlich sind, und einen PWA-Aufbau praktisch machen, verlangsamt die beteiligte Datenverarbeitung und die inhärent langsamere Kommunikationsrate für eine serielle im Vergleich zu einer parallelen Kommunikation die Datenübertragungsrate wesentlich. Somit ist eine Herausforderung, die noch nicht erreicht wurde, die Datenübertragungsrate für die Tausende von Düsen innerhalb der Raumbeschränkung eines Druckkopfs zu erhöhen.
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Aus der
EP 0829356 A2 ist bereits ein Tintenstrahldrucker bekannt, der eine Lichtquelle, eine Abbildungsoptik zum Abbilden eines von der Lichtquelle beleuchteten Originals auf einen Schlitz einer Lichtsteuerplatte und einen unter der Lichtsteuerplatte angeordneten Druckkopf aufweist. Der Druckkopf besteht seinerseits aus einer transparenten Elektrode, die auf einem transparenten Substrat ausgeführt ist, einem photoleitfähigen Film, einer Einrichtung zum Zuführen von Tinte auf den photoleitfähigen Film und eine Elektrode zum Erzeugen einer Spannung, die Tintentropfen von dem photoleitfähigen Film entsprechend der Belichtung in einem elektrischen Feld abziehen lässt.
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Aus der
JP H02-22065 A ist ein Tintenstrahldruckkopf bekannt, der eine gesteuerte Lichtquelle hat, deren abgegebenes Licht über eine Optik auf ein photoleitfähiges Bauglied gerichtet wird, das mit einer Spannung beaufschlagt ist und sich nur an belichteten Bereichen erwärmt. Die so von dem Licht örtlich steuerbare Erwärmung des Photobauglieds wird verwendet, um in einer an das Photobauglied angrenzenden Tintenkammer Tröpfchen durch eine Düse zu ejizieren.
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Aus der
EP 0861724 A2 ist ein Druckkopf bekannt, der eine auf einem Substrat ausgebildete photoleitfähige Schicht, eine auf dieser gebildete Elektrode und eine Einrichtung zum Zuführen von Tinte auf den Photoleiter umfasst. Eine Leistungsquelle legt eine Spannung zwischen die Elektrode und eine Gegenelektrode an, die jenseits eines Druckmediums bezogen auf den Druckkopf angeordnet ist, wodurch mit Licht aktivierte Bereiche des Druckkopfes zur Abgabe eines Tintentröpfchens in das so gebildete elektrische Feld bewirken.
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Aus der
JP H10-16258 A ist ein Druckkopf bekannt, der eine Fotoleiterschicht aufweist, die auf einer Seite mit einer Elektrodenschicht zum Anlegen einer Spannung und auf der gegenüberliegenden Seite über Leiter mit Widerständen gekoppelt, die jeweiligen Düsen zugeordnet sind. Durch selektives Beleuchten der Fotoleiterschicht mit einem Laserstrahl können einzelne Düsen adressiert werden.
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Aus der
US 5 742 305 A ist ein Tintenstrahldruckkopf bekannt, bei dem ein Speicher über eine Flex-Schaltung mit einem Düsenarray gekoppelt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf, der mit herkömmlichen Druckelementen ausgestattet sein kann und dennoch eine hohe Datenübertragungsrate ermöglicht, und ein Drucksystem mit einem solchen Druckkopf zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Druckkopf gemäß Anspruch 1 und ein Drucksystem gemäß Anspruch 5 gelöst.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Medienbeförderungsvorrichtung zum Befördern von Medien durch eine Druckzone, einen Seitenbreit-Array-Tintenstrahldruckkopf und ein Photodetektorarray umfaßt, das dem PWA-Druckkopf zugeordnet ist, der angepaßt ist, um Daten von einer Laserabtastvorrichtung zu empfangen. Die Medienbeförderungsvorrichtung ist jedes geeignete System, das in der Technik für die Verwendung mit dem PWA-Tintenstrahlsystem bekannt ist, so daß ein PWA-Druckkopf bezüglich des Mediums angeordnet ist, um das Medium mit einem Bild zu versehen, während dasselbe durch die Druckzone befördert wird. Der PWA-Druckkopf umfaßt eine Mehrzahl der Tintenstrahldüsen, die durch einen elektrischen Impuls betätigt werden. Wenn dieselben betätigt sind, erzeugen die Düsen alphanumerischen Text, Graphik und/oder Bilder, durch selektives Aufbringen von Tintentröpfchen auf ein Pixelgitter auf der Medienoberfläche, während dasselbe unter der Düse verläuft. Das Photodetektorarray ist dem PWA-Druckkopf zugeordnet und umfaßt eine Mehrzahl von Photodetektoren, wobei jeder Photodetektor des Photodetektorarrays mit einer der Düsen elektrisch verbunden ist. Auf die Lichtaktivierung hin erzeugt der Photodetektor den elektrischen Puls, um die Düse zu aktivieren.
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Die Laserabtastvorrichtung ist so angeordnet und aufgebaut, daß dieselbe einen Abtastlaser auf das Photodetektorarray richtet. Durch Modulieren des Laserstrahls ist es möglich, selektiv jeden Photodetektor zu aktivieren, um die zugeordnete Düse desselben abzufeuern. Die Laserabtastvorrichtung ist mit Rasterdaten programmiert, die das Ein/Aus-Pixelmuster der Tintentröpfchen definieren, die auf das Medium aufgebracht werden sollen. Die Verwendung eines Laserstrahls zum Übertragen der Rasterdaten eliminiert die Verwendung mehrerer Verbindungen, die typischerweise durch getrennte elektrische Verbinder gebildet werden, die jeden Düsenwiderstand des Druckkopfs mit dem Datenprozessor verbinden. Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die einzigen elektrischen Verbindungsleiter, die für den Druckkopf erforderlich sind, eine Leistungsleitung und eine Masseleitung.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von Laserabtasttechnologie erreicht werden, die für elektrophotographische Drucksysteme gut entwickelt ist. Der PWA-Druckkopfaufbau verwendet einen bekannten PWA-Aufbau, wobei der Unterschied bei dem System für die Datenübertragung liegt. Daten werden durch ein Laserabtastsystem an den PWA-Druckkopf übertragen, das ähnlich ist wie dasjenige, das bei elektrophotographischen Systemen verwendet wird. Die Laserabtastvorrichtung tastet ein Array von Photodetektoren auf dem Druckkopf ab. Jeder Photodetektor ist einem einzigen Abfeuerungswiderstand einer Tintenstrahldüse zugeordnet und mit demselben elektrisch verbunden. Somit wird eine Tintenstrahldüse betätigt, wenn die Laserabtastvorrichtung moduliert ist, um seinen zugeordneten Photodetektor zu aktivieren.
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Es gibt keine physikalische elektrische Verbindung zwischen dem Druckkopf und der Druckdatenquelle für eine Datenübertragung, da die Daten nun durch den beweglichen modulierten Laserstrahl übertragen werden. Der Datenstrom ist überwiegend der gleiche wie bei einem Laserdrucker, wobei der Datenstrom verwendet wird, um ein Rasterbild auf einer photoelektrischen (d. h. photoleitfähigen) Oberfläche zu erzeugen. Anstatt ein unentwickeltes elektrostatisches Bild zu erzeugen, aktiviert die Laserabtastvorrichtung bei der vorliegenden Erfindung jedoch selektiv einzelne Photodetektoren, was durch die Aktivierung von Tintenstrahlen zu einer selektiven Erzeugung von Tintenpixeln auf dem Medium führt, um ein Bild zu erzeugen. Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, kann der Datenstrom und somit die Modulationen des Laserstrahls identisch sein zu demjenigen, der verwendet wurde, um einen Laser in einem elektrophotographischen System zu modulieren. Der Datenstrom kann jedoch auch wie gewünscht modifiziert werden, um unterschiedliche Entwürfe für den PWA-Druckkopf und das Photoleiterarray unterzubringen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die mechanische Einfachheit. Zusätzlich zum Eliminieren mehrerer Leiter und Verbinder ist die Menge an beweglichen Teilen minimiert. Bei einem Aspekt der Erfindung ist der einzige bewegliche Teil für den Stift oder Druckkopf der Abtastspiegel für die Laserabtastvorrichtung. Im wesentlichen sind die einzigen anderen beweglichen Teile bei dem Medienübertragungssystem beteiligt. Im Gegensatz dazu erfordern Laserdruckersysteme bewegliche photoempfindliche Riemen oder Trommeln und Tonerübertragungs- und Fixiersysteme, während Tintenstrahldrucken Wagensysteme für den Druckkopf mit zugeordneten Indexier- und Steuersystemen erfordert.
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Die vorliegenden Erfindung kann ohne weiteres entweder für ein einfarbiges Drucksystem oder für ein Mehrfarbendrucksystem angepaßt werden. Farbe kann ohne weiteres implementiert werden, beispielsweise unter Verwendung von Variationen von Mehrkammertintenstrahlentwürfen, die in der Technik bekannt sind.
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Die vorliegende Erfindung kann als optisches Multiplexsystem angesehen werden, bei dem die Daten durch ein optisches System zu dem PWA übertragen werden, wobei die Leistung zum Abfeuern der Tintenstrahlwiderstände durch elektrische Leiter zu dem PWA getragen wird. Die einzigen elektrischen Verbindungen, die erforderlich sind, sind für die Leistungsverbindung, da die Daten, die die Betätigung der Widerstände steuern, durch die optischen Systeme übertragen werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schema eines Drucksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Schema eines weiteren Drucksystems der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Schema eines weiteren Drucksystems der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Schema eines Druckkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ein weiteres Schema eines Druckkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Schema, das ein Düsenarray in einem Druckstab gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein schematischer Querschnitt, der einen Druckkopf mit Photodetektoren und Tintenstrahlen zeigt;
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8 ein Schema, das einen alternativen Druckkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ein Schema, das das Abbilden von Photodetektoren in einem Photodetektorarray auf Tintenstrahldüsen auf einem Druckstab zeigt;
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10A bis 10D Schemata, die Abtastwege der Laserabtastvorrichtung zum Abtasten von Photodetektoren eines Photodetektorarrays zeigen; und
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11 ein Schema eines Mehrfarben-Druckkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drucksystem 101, das ein Laserabtastsystem 103 und einen Druckkopf 105 mit einem optischen Seitenbreite-Array 107 (PWA) umfaßt, das ein abtastbares Array 109 von Photodetektoren 111 umfaßt.
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Laserabtastsystem
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Im allgemeinen können die Laserabtastsysteme, die in der Laserdrucktechnologie verwendet werden, bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Bei Laserdruckern tastet der Laser eine photoempfindliche Oberfläche auf einer Trommel oder einem Riemen ab. Während dem Abtasten wird der Laser moduliert, um ein nichtentwickeltes elektrostatisches Bild von Pixeln auf der Oberfläche zu bilden, wo der Laser auf die Oberfläche auftrifft. Die photoempfindliche Oberfläche wird bezüglich der Abtastlinie des Lasers bewegt, um zu ermöglichen, daß ein Teil oder ein volle Seite von Rasterabtastlinien auf die photoempfindliche Oberfläche abgebildet wird. Das nichtentwickelte Bild von Rasterlinien wird dann durch Kontaktieren der Oberfläche mit Toner entwickelt. Das Tonerbild wird dann zu einem Medium übertragen und das Tonerbild wird auf dem Medium fixiert.
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Bei der vorliegenden Erfindung tastet ein Laser ein Array von Photodetektoren ab, wobei jeder Photodetektor durch ein „Pixel” auf dem Pixelgitter identifiziert ist. Während der Laser moduliert wird, werden nur ausgewählte Kombinationen von Photodetektoren durch den Laser aktiviert. Somit stellt das „Bild”, das auf das Photodetektorarray abgetastet wird, ein zweidimensionales Muster von „Ein”- oder „Aus”-Pixeln dar, die aktivierten bzw. nichtaktivierten Photodetektoren zugeordnet sind. Wie es hierin näher beschrieben wird, löst ein Photodetektor, wenn er aktiviert ist, seine zugeordnete Tintenstrahldüse aus, die dann ein Tintentröpfchen auf einer Medienoberfläche ausstößt. Das Photodetektorarray bewegt sich nicht bezüglich der Abtastlinie oder dem Abtastweg des Lasers. Statt dessen wird vorzugsweise das Medium bezüglich der Tintenstrahldüsen bewegt. Somit wird das Photodetektorarray bei einer Druckoperation gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch die Laserabtastvorrichtung abgetastet, und die Abtastvorrichtung wird moduliert, um selektiv Photodetektoren in dem Array zu aktivieren, und die Tintenstrahldüsen, die den aktivierten Photodetektoren zugeordnet sind, bringen ein Pixelbild auf das Medium auf, während das Medium vorgeschoben wird. Dieser Prozeß des Laserabtastens, des Tintenausstoßes und des Medienvorschubs wird fortgesetzt, bis die gesamte Seite auf das Medium aufgebracht ist.
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Folglich kann ein bekanntes Laserabtastsystem für die vorliegenden Erfindung modifiziert werden, durch Einsetzen eines Arrays von Photodetektoren, die einem Tintenstrahldruckkopf zugeordnet sind, als dem Laserziel. Die Laserentwickler- und Lasertonerfixiersysteme sind dadurch bei der vorliegenden Erfindung eliminiert. Statt dessen wird ein Tintenstrahldrucksystem verwendet, um das Bild auf das Medium aufzubringen. Somit wird die Abtastvorrichtung bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung moduliert, um selektive Photodetektoren des Arrays zu aktivieren, die zugeordnete Tintenstrahldüsen auslösen. Die Tintenstrahldüsen stoßen dann Tintentröpfchen aus, die das Bild auf dem Medium bilden. Kein nichtentwickeltes photoelektrisches Bild oder anderes Zwischenbild wird gebildet. Statt dessen tastet das Abtastsystem ein Bildmuster direkt auf das Array ab, um die entsprechenden Tintenstrahldüsen auszulösen.
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Nachfolgend wird erneut auf 1 Bezug genommen, die ein Schema eines Druckersystems 101 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. Ein Laser 113 des Laserabtastsystems 103 emittiert einen Lichtstrahl auf einen drehenden Polygonalspiegel 115. Der Laser 113 wird durch eine Steuereinheit 119 moduliert, und während sich der Spiegel 115 dreht, wird der modulierte Strahl 116 über eine Reihe von Photodetektoren 111 in einem Photodetektorarray 109 bewegt. Während der Laser 113 bewegt und moduliert wird, werden die Photodetektoren 111 selektiv durch das Laserlicht aktiviert, oder bleiben nicht aktiviert. Während sich der Spiegel 115 dreht, trifft der modulierte Laserstrahl 116 auf eine andere Facette des Spiegels, was die Bewegung (das Abtasten) des Strahls auf der rechten Seite der Figur beginnt, und den Strahl entlang einer Reihe von Photodetektoren nach links bewegt (abtastet).
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Falls alle Facetten des Spiegels identisch sind, tastet der Strahl wiederholt die gleiche Reihe von Photodetektoren ab, was für ein Array mit nur einer Reihe von Photodetektoren geeignet ist. Um ein Array mit zwei oder mehr Reihen von Photodetektoren abzutasten, können benachbarte Facetten auf dem Drehspiegel in einem unterschiedlichen Winkel bezüglich der Drehachse des Spiegels angeordnet werden. Somit kann eine Facette gewinkelt angeordnet werden, um eine Reihe über oder unter der vorher beschriebenen abzutasten, wie es durch die gepunktete Laserstrahllinie in der Figur gezeigt ist. Folglich können r Reihen eines Photodetektorarrays unter Verwendung eines Spiegels mit f Facetten abgetastet werden, wobei f = rXn, wobei n eine Ganzzahl ist. In 1 stellt der modulierte Laserstrahl 116a den Laserstrahl dar, der von einer Spiegelfacette bei einem etwas anderen Winkel reflektiert wird als für den Strahl 116, so daß der Strahl 116a die zweite Reihe von Photodetektoren abtasten kann. Eine dritte und andere nachfolgende Reihen von Photodetektoren können gleichartig dazu abgetastet werden.
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Der Laser 113 wird gemäß dem Programmieren der Steuereinheit 117 programmiert, um die Photodetektoren 111 selektiv zu aktivieren. Wenn er aktiviert ist, aktiviert ein Photodetektor eine zugeordnete Tintenstrahldüse des PWA 107, um ein Tintentröpfchen auf die Oberfläche des Mediums auszustoßen, während sich dasselbe unter dem PWA 107 bewegt. Der Druckkopf 105 mit dem PWA 107 ist stationär, während die Medien 107 durch einen geeigneten Beförderungsmechanismus 108 unter dem PWA 117 befördert werden.
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Nachfolgend wird auf
2 Bezug genommen, die ein Schema eines Druckersystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, das ein Array
119 von mehreren Lasern
121 verwendet, das verwendet wird, um mehr als eine Reihe von Photodetektoren auf einem Array
109 abzutasten. Das Laserabtastsystem
103 ist im wesentlichen so, wie es in dem
U.S.-Patent 5,870,132 beschrieben ist, wird aber bei der vorliegenden Erfindung mit einem PWA-Tintenstrahlsystem angewendet. Bei
2 umfaßt ein Halbleiterlaserarray
119 eine Mehrzahl von lichtemittierenden Abschnitten
121, die zweidimensional auf einem Bauelementsubstrat angeordnet sind. Die modulierten Laserstrahlen
116, die von den lichtemittierenden Abschnitten
121 emittiert werden, werden durch eine Kollimatorlinse
123 zu Laserstrahlen mit einem vorbestimmten Strahldurchmesser kollimiert. Die Beleuchtung und die Lichtmenge jedes lichtemittierenden Abschnitts
121 wird durch eine Steuereinheit
117 gesteuert, um die Laserstrahlen
116 zu modulieren, um einen Photodetektor
111 zu aktivieren oder unaktiviert zu lassen. Die Laserstrahlen werden in eine Facette eines drehenden Polygonspiegels
115 eingeführt. Während sich der Polygonspiegel
115 dreht, werden diese Laserstrahlen abgelenkt. Die Laserstrahlen, die durch eine Bilderzeugungslinse
125 laufen, werden zu Photodetektoren
111 auf dem Photodetektorarray
109 gerichtet. Die Abtastsysteme können auch eine Kippwinkelkompensationslinse umfassen, die hierin der Einfachheit halber weggelassen ist.
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Wie es in dem
U.S.-Patent 5,870,132 näher beschrieben ist, richtet die Steuereinheit
117 die Laserstrahlen von den lichtemittierenden Abschnitten
121, um entlang getrennten Rasterabtastlinien abzutasten. Wenn diese Fähigkeit zum Abtasten getrennter Abtastlinien bei dieser Erfindung angewendet wird, ermöglicht sie es, daß der Strahl von jedem lichtemittierenden Abschnitt
121 eine andere Reihe von dem Photodetektorarray
109 des Druckkopfs
105 abtastet.
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Die Laserabtastvorrichtung 103 wird gemäß der Programmierung der Steuereinheit 117 moduliert, um die Photodetektoren selektiv zu aktivieren. Wenn er aktiviert ist, aktiviert ein Photodetektor eine zugeordnete Tintenstrahldüse in dem PWA 107, um ein Tintentröpfchen auf die Oberfläche des Mediums auszustoßen, während sich dasselbe unter dem PWA 107 bewegt. Der Druckkopf 105 und das PWA 107 sind stationär, während das Medium 106 durch einen geeigneten Beförderungsmechanismus 108 unter dem PWA befördert wird.
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Nachfolgend wird auf
3 Bezug genommen, die ein Schema eines Druckersystems der Erfindung
101 ist, das einen einzigen Laser
113 und einen Zweiachsendeflektor
129 verwendet. Bei diesem Aspekt der Erfindung liefert die Abtastvorrichtung einen periodischen Trajektorienabtastweg für einen Laserstrahl über das Photodetektorarray. Dieses Laserabtastsystem ist im wesentlichen so, wie es in dem
U.S.-Patent 5,929,892 beschrieben ist, aber anstatt daß die Abtastvorrichtung verwendet wird, um eine photoempfindliche Oberfläche abzutasten, tastet dieselbe bei der vorliegenden Erfindung ein Photodetektorarray eines PWA ab.
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Der Laser 113 richtet den Laserstrahl 116 durch den Strahldeflektor 129, der eine strahlablenkende Fähigkeit liefert. Der Strahldeflektor 129 kann ein Einachsen- oder ein Zweiachsendeflektor sein (wie es gemäß Systementwurfszielen bestimmt ist). In dem Fall eines Zweiachsendeflektors ist eine äquivalente Alternative zwei Einachsendeflektoren (nicht gezeigt), die in dem Laserstrahlweg angeordnet sind, so daß die resultierenden Ablenkungen orthogonal sind, und alle Bezugnahmen hierin auf einen Zweiachsenstrahldeflektor gelten gleichermaßen für zwei orthogonal angeordnete Einachsendeflektoren.
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Vorzugsweise ist der Strahldeflektor 129 zwischen dem Laser 113 und dem Polygonabtastspiegel 115 positioniert, um die Aperturgröße zu beschränken, die bei dem Deflektor erforderlich ist. Ein solcher Strahldeflektor kann im Prinzip von der Art her mechanisch sein, und beispielsweise durch mechanisches Verschieben des Lasers bezüglich seiner Sammellinse, oder durch Kippen eines Strahlsteuerungsspiegels arbeiten. Vorzugsweise ist der Deflektor 129 jedoch ein elektrooptischer (E-O-)Strahldeflektor, der in der Technik gut bekannt ist und eine geeignete Kombination von Frequenzantwort, Ablenkungswinkel, Ablenkungsbereich, Effizienz und Betriebsflexibilität liefert. Der Deflektor 129 wird durch den Formatierer 139 gesteuert, um Amplituden-, Frequenz- und Phasenbeziehungen zwischen der Ablenkung des Strahls, der Modulation des Lasers 113 und der Drehung des Polygonabtastspiegels 115 beizubehalten.
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Der drehende Polygonabtastspiegel 115 bewegt den Strahl durch die Linse 133, über einen Faltspiegel 135 und über das Photodetektorarray 109 des Druckkopfs 105. Die Laserstrahlen 116a und 116b sind gezeigt, um die Endpunkte des Wegs des Laserstrahls darzustellen, während derselbe ansprechend auf den drehenden Polygonspiegel 115 über das Photodetektorarray 109 abtastet. Die Strahlen 116c und 116d sind gezeigt, um die mehreren Strahlwege darzustellen, die durch die periodische Trajektorie vorgesehen sind. Der Deflektor 129 liefert in Zusammenarbeit mit einem drehenden Polygonabtastspiegel 115 einen Periodische-Trajektorie-Abtastweg über das Photodetektorarray 109. Die Periodische-Trajektorie-Abtastung beschreibt im allgemeinen eine gebogenen Weg, der über einige Abstände sogar rückwärts sein kann. Durch Abtasten dieser gebogenen Trajektorie mit einer richtig zeitlich gesteuerten Laserstrahlmodulation hat der Drucker jedoch Zugriff auf ein Gitter von Photodetektoren 111 auf dem Photodetektorarray. Bei diesem Beispiel kann ein geradliniges Gitter von Photodetektoren mit einheitlichen Intervallen in der Primärgitterrichtung zwischen den Photodetektoren, einschließlich rechteckiger Gitter mit einheitlicher Beabstandung in der x-(Bewegungs-) und y(Prozeß-)Richtung, abgetastet werden. Die Photodetektoren in Rasterreihen des Gitters können auch versetzt sein, der Abstand der Photodetektoren kann über die Reihe variieren, und die Reihen können nichtlinear sein. Dies kann angemessen sein, falls die Oberfläche, die das Laserarray trägt, nicht flach ist. Der Laser kann tatsächlich moduliert sein oder auch nicht, um einen Photodetektor an einer bestimmten Gitterposition zu aktivieren. Wo der Laser moduliert ist, sind dies die Positionen, wo ein Photodetektor aktiviert wird, falls es erforderlich ist, daß das Bild gebildet wird. Wie es nachfolgend weiter beschrieben wird, werden an Gitterpositionen, die Tintenstrahlen über weißen Zwischenräumen eines Bildes zugeordnet sind, keine Photodetektoren aktiviert.
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Der Periodische-Trajektorie-Abtastweg bewirkt, daß eine Mehrzahl von Reihen des Arrays in einem einzigen Abtastdurchlauf des Laserstrahls über das Detektorarray abgeschlossen werden, um die Druckgeschwindigkeit zu verbessern. Die Druckgeschwindigkeit wird verbessert, weil mehrere Reihen von Photodetektoren in einem Abtastdurchlauf abgetastet werden, wodurch es ermöglicht wird, daß ein breiteres Photodetektorarray mit mehreren Reihen verwendet wird. Dies eliminiert den Bedarf an mehreren Durchläufen mit einer schnelleren Drehung des Polygonabtastspiegels. Wie es nachfolgend bei der Beschreibung des Photoleiterarrays ausführlicher beschrieben ist, ermöglicht es ein Zweiachsen-Deflektorsystem, daß ein Periodische-Trajektorie-Weg hergestellt wird, der es ermöglicht, daß mehrere Reihen eines Photodetektorarrays in nur einem Durchlauf abgedeckt werden.
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Die Laserabtastvorrichtung 103 wird gemäß der Programmierung der Steuereinheit 117 moduliert, um die Photodetektoren selektiv zu aktivieren. Wenn er aktiviert ist, aktiviert ein Photodetektor einen zugeordneten Tintenstrahl in einem PWA 107, um ein Tintentröpfchen auf die Oberfläche des Mediums auszustoßen, während sich dasselbe unter dem Druckkopf bewegt, um ein Bild 110 zu erzeugen. Das PWA 107 ist stationär, während das Medium 106 durch einen geeigneten Beförderungsmechanismus 108 unter dem Druckkopf befördert wird.
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Seitenbreit-Array-Druckkopf mit Photodetektorarray
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Der Druckkopf gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfaßt ein PWA-Druckerelement mit einem Array von Photodetektoren. Der Druckerkopf umfaßt auch eine flexible Schaltung zum Liefern einer elektrischen Verbindung von Photodetektoren des Arrays mit den Abfeuerungswiderständen des PWA.
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Nachfolgend wird auf 4 Bezug genommen, die ein Schema ist, das einen Druckkopf 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Druckkopf 105 gemäß der Erfindung umfaßt einen PWA-Druckstab 107, der mit einem Array von Tintenstrahlern auf einem Substrat 139 aufgebaut ist. Der Einfachheit halber sind bei der Figur nur die Abfeuerungswiderstände 141 zusammen mit den Verbindungsanschlußflächen 143a, 143b der Tintenstrahlen gezeigt.
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Bei einem Array 109 von Photodetektoren 111 ist jedem Abfeuerungswiderstand 141 ein Photodetektor zugeordnet. In der Figur sind die dargestellten Photodetektoren Photo-Darlington-Transistoren. Eine Flex-Schaltung 145 verbindet die Photodetektoren mit den Abfeuerungswiderständen mit leitfähigen Streifen 147, die jeden Abfeuerungswiderstand 141 mit einem Photodetektor 111 durch einen seiner Verbindungsanschlußflächen 143a parallel schalten. Um eine Schaltung zu liefern, sind Leistungsversorgungsschienen 149 mit einer Potentialdifferenz zwischen denselben vorgesehen, wobei eine durch eine andere Verbindungsanschlußfläche 143b mit den Abfeuerungswiderständen verbunden ist, und eine mit den Photodetektoren 111, wie es dargestellt ist.
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Die Photo-Darlington-Photoleiter 111 liefern eine offene Schaltung, wenn kein Licht auf den Detektor scheint. Wenn Licht auf den Detektor scheint, ist die Schaltung geschlossen, und Strom fließt durch den zugeordneten Abfeuerungswiderstand, der den Tintenstrahl aktiviert, um ein Tintentröpfchen auszustoßen. Die Photodetektoren können unter Verwendung jedes geeigneten Systems zum Befestigen solcher elektrischer Komponenten auf einem Bauelementsubstrat auf der Flex-Schaltung befestigt sein, wobei das Bauelementsubstrat die Flex-Schaltung ist.
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Andere Photodetektorsysteme werden durch die Erfindung in Betracht gezogen. Beispielsweise könnten mehrere Tintenstrahldüsen selektiv gleichzeitig aktiviert werden, durch Laserlicht von der Laserabtastvorrichtung, das auf einen zugeordneten Photodetektor scheint, wie z. B. durch Verwenden unterschiedlicher Kombinationen elektrischer Verbindungen und andere Kommunikationsverbindungen zwischen der/den Tintenstrahldüsen) und dem Photodetektor. Geeignete Photodetektoren umfassen beispielsweise jeden von verschiedenen Chip-Bauelement-Photodetektoren, wie z. B. Photodioden, Phototransistoren, Photo-FETs oder Photo-Darlington-Schaltungen.
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Das Druckerelement
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Das Druckerelement, das in
1 als ein PWA
107 gezeigt ist, kann gemäß bekannter PWA-Technologie aufgebaut werden. Das Druckerelement wird dann durch jedes geeignete System mit einem Photodetektorarray verbunden, das die Modifikation des Druckerelements erfordern kann oder nicht. PWA-Drucksysteme sind beispielsweise in den
U.S.-Patenten 5,719,602 ;
5,734,394 ;
5,742,305 und
6,135,586 offenbart, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Nachfolgend wird auf 5, 6 und 7 Bezug genommen. 5 zeigt einen Druckkopf 105 mit einem Tintenstrahl-Seitenbreit-Array-(„PWA”)Druckerelement. Das Druckerelement erstreckt sich zumindest eine Seitenbreite in der Länge (z. B. 21, 59 cm (8,5 Zoll), 27,95 cm (11 Zoll) oder A4) und stößt flüssige Tintentröpfchen von den Düsengruppen 163 auf ein Medienblatt aus. Wenn es in einem Drucker gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung installiert ist, ist das Druckerelement vorzugsweise fest. Das Medienblatt wird während dem Drucken benachbart zu einer Druckkopfoberfläche 151 des Druckerelements zugeführt. Während sich das Medienblatt bezüglich des PWA-Druckkopfs 105 bewegt, werden Tintentröpfchen von den Tintenstrahldüsen 153 (siehe 6 und 7) ausgestoßen, um Pixelmuster oder andere Markierungen zu bilden, die Zeichen oder Bilder darstellen. Der PWA-Druckkopf 105 druckt eine oder mehrere Linien von Punkten zu einem Zeitpunkt über die Seitenbreite. Der Druckkopf 105 kann Tausende von Düsen 153 über seine Länge umfassen, aber nur ausgewählte Punkte werden zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiviert, um die gewünschten Markierungen zu erreichen. Eine feste Linie entlang einer Reihe würde beispielsweise unter Verwendung aller Düsen gedruckt, die zwischen den Endpunkten einer solchen Linie positioniert sind. Bei einem Ausführungsbeispiel hat ein 27,95-cm-(11-Zoll-)Druckkopf mit einer 600-dpi-Auflösung zumindest 6.600 Düsen. Es können mehr Düsen vorliegen, falls mehr Düsensätze vorliegen, um mehr als eine Reihe zu einem Zeitpunkt zu drucken. Ein Düsensatz wird bevorzugt, wo es gewünscht wird, die Komplexität zu verringern und die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Mehr als ein Düsensatz für einen einfarbigen Drucker wäre vorzuziehen, um eine höhere Druckgeschwindigkeit, ein verflochtenes Druckmuster (Zwischenzeilenverfahren) oder mehr Nachfüllzeit für die Tintendüsen zu erreichen. Dies geschieht jedoch auf Kosten einer höheren Komplexität und einer langsameren Datenübertragung.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Druckerelement 107 einen Druckstabkörper 139, eine flexible gedruckte Schaltung („Flex-Schaltung”) 145 und eine Düsenschaltungsanordnung. Der Druckkopf 105 wird durch eine erste oder Druckkopfoberfläche 151, die Düsenschaltungsanordnung und die Flex-Schaltung 145 gebildet. Der Druckstab 139 dient als Körper für das Druckerelement 107, an dem andere Komponenten befestigt sind. Bei einem Aspekt der Erfindung ist der Druckstab 139 etwa 31,75 cm (12,5 Zoll) mal 2,54 cm (1 Zoll) mal 3,81 (1,5 Zoll), und eine erste Oberfläche 151 ist mit etwa 31,75 cm (12,5 Zoll) mal 2,54 cm (1 Zoll) definiert. Der Körper 139 definiert außerdem eine interne Kammer 159 zum Halten eines Tintenvorrats. Bei einigen Ausführungsbeispielen, dient die Kammer 159 als systemeigenes Reservoir. Die Kammer kann der einzige Tintenvorrat sein oder mit einer externen Tintenquelle verbunden sein, die in dem Drucker positioniert ist, aber von dem Druckstabkörper 139 getrennt ist.
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An dem Druckstab 139 an der ersten Oberfläche 151 ist die Flex-Schaltung 145 befestigt. Die Flex-Schaltung 145 ist eine gedruckte Schaltung, die aus einem flexiblen Basismaterial besteht, das mehrere leitfähige Streifen 147 aufweist (siehe 4). Die Flex-Schaltung 145 erstreckt sich über die zweite Oberfläche 161 und die leitfähigen Wege 147 laufen von jedem Photodetektor 111 auf dem Photodetektorarray 109, zu einer entsprechenden Düse 153. Die Düsen können in jeder geeigneten Konfiguration angeordnet sein. Wie es in den Figuren dargestellt ist, sind die Düsen in den Düsengruppen 163. Bei einem Aspekt der Erfindung ist die Flex-Schaltung 145 aus einem Basismaterial, das aus Polyamid oder einem anderen flexiblen Polymermaterial besteht (z. B. Polyester, Polymethylmethacrylat), und leitfähigen Wegen gebildet, die aus Kupfer, Gold oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. Die Flex-Schaltung 145 nur mit dem Basismaterial und den leitfähigen Wegen ist erhältlich von der 3M Company in Minneapolis, Minn. Die Düsengruppen 163 und das Photoleiterarray 109 werden dann hinzugefügt.
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6 ist ein Diagramm einer Düsengruppe
163. Die Düsengruppen können als ein Substratstruktur gemäß herkömmlicher Praxis aufgebaut sein. Subastratstrukturen zum Drucken über ein breites Band, während das Medium unter der Struktur verläuft, werden in Betracht gezogen. Solche Strukturen sind in dem
U.S.-Patent 5,984,464 offenbart, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in
5 und
6 umfaßt jede Düsengruppe
163 zwei Reihen
165,
167 von Druckkopfdüsen
153. Flex-Schaltung-Leiter treffen sich mit Düsengruppenleitern, um einen Schaltungsweg zu definieren. Bei einem Ausführungsbeispiel für einen 27,95-cm-(11-Zoll-)Druckkopf mit einer 600-dpi-Auflösung gibt es 32 Düsengruppen
163 und 16 Gruppen pro Reihe von Düsengruppen
169,
171. Jede Gruppe erstreckt sich in etwa 1,27 cm (0,5 Zoll) und ist von benachbarten Gruppen
163 in der anderen Reihe versetzt. Jede Düsengruppe umfaßt zwei Reihen
165,
167 von Druckkopfdüsen
153. Jede Reihe umfaßt zumindest 150 Druckkopfdüsen
153. Die Düsen
153 in einer bestimmten Reihe
165 oder
167 sind versetzt oder genau ausgerichtet. Ferner sind die Düsen
153 in allen Reihen
169 oder
171 der Düsengruppe
163 versetzt oder genau ausgerichtet. In
5 bis
6 sind vier Linien von Düsen
153 in der Düsengruppe
163 in den Reihen
169,
171 dargestellt, die ein PWA-Düsenarray umfassen, das zum Drucken einer Linie von etwa 6.600 Punkten verwendet wird.
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Mit besonderer Bezugnahme auf 7 definiert ein Siliziumsubstrat 173 bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Düsenschaltungsanordnung. Falls angemessen, können auch andere Schaltungselemente hinzugefügt werden. Wenn Licht auf einen Photodetektor 111 scheint, wird der Photodetektor aktiviert und sendet ein Abfeuerungssignal, das bewirkt hat, daß die Schaltung einen Widerstand 141 erregt, der wiederum die Tinte 175 in einer Düsenkammer 177 erwärmt. Ein Teil der Tinte verdampft und ein Teil der Tinte wird verschoben, um als ein Tröpfchen ausgestoßen zu werden, das ein bekanntes wiederholbares Volumen und eine solche Form aufweist.
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In 7 ist eine Druckkopfdüse 153 mit Tinte 175 geladen. Bei einem Aspekt der Erfindung definiert ein Siliziumsubstrat 173 mit zusätzlichen Schichten eine oder mehrere Düsen 153 in der Düsengruppe, die an den Druckstab 139 und der Flex-Schaltung 145 angebracht ist. Eine Düse 153 empfängt Tinte 175 über einen Kanal 177 von einem Druckstabreservoir. Die Tinte fließt in eine Düsenkammer 177. Die Düsenkammer 177 ist durch einen Barrierefilm 179, eine Düsenplatte 181 und eine Passivierungsschicht 183 definiert. Zusätzliche Schichten sind zwischen dem Substrat 173 und der Passivierungsschicht 183 gebildet, einschließlich isolierender Schichten 185, 187, einer weiteren Passivierungsschicht 189 und einer leitfähigen Filmschicht 191. Die leitfähige Filmschicht 191 definiert einen Abfeuerungswiderstand 141.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Düsenplatte 181 an der Flex-Schaltung 145 mit der Düsenschaltungsanordnung befestigt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel bildet die Flex-Schaltung die Düsenplatte 181. Gemäß dem Flex-Schaltungs-Ausführungsbeispiel für die Düsenplatte 181 sind jeweilige Öffnungen lasergebohrt, um einen genauen Bereich, eine genaue Ausrichtung und Position bezüglich der Düsenkammern 177 zu erreichen. Die Düsenöffnung weist einen einheitlichen Durchmesser für jede Düse auf. Bei verschiedenen Aspekten kann die Düsenöffnung zwischen 10 und 50 Mikrometer im Durchmesser reichen.
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Das Substrat 173 definiert typischerweise eine Düsenschaltungsanordnung für mehrere Düsen. Bei einem Ausführungsbeispiel definiert ein Substrat eine Düsenschaltungsanordnung für eine bestimmte Düsengruppe 163. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel definiert ein Substrat das gleiche für mehrere Düsengruppen 163.
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Der Photodetektor 111 ist durch geeignete Systeme zum Befestigen eines Bauelements an einem Flex-Schaltung-Substrat in der Flex-Schaltung 145 befestigt. Wie es in 4 dargestellt ist, weist die Flex-Schaltung leitfähige Streifen zwischen dem Widerstand 141 und dem Photodetektor 111 auf.
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Nachfolgend wird auf
8 Bezug genommen, die einen alternativen Aspekt der Erfindung zeigt. Das Photodetektorarray
109 ist auf einer oder mehreren getrennten gedruckten Schaltungsplatinen
193 positioniert, die an dem Druckstab
139 befestigt sind. Der Druckkopf
105 umfaßt den Druckstab
139, eine flexible gedruckte Schaltung (Flex-Schaltung)
145, Düsengruppen
163 mit Düsen und Düsenschaltungsanordnung, und Photodetektorarrayschaltungsplatinen („Photo-PCB”)
193. Die Befestigung der Schaltungsplatine kann beispielsweise durch Anpassen des Druckstabs aufgebaut werden, der in dem
U.S.-Patent 5,742,305 offenbart ist, der befestigte Speicherplatinen aufweist.
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Der Druckkopf 105 umfaßt einen Druckstab 139 mit der ersten Oberfläche 157, der eine Düsenschaltungsanordnung und die Flex-Schaltung 145 aufweist. Eine Photo-PCB 193 ist an einer zweiten Oberfläche 161 befestigt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Photo-PCB 193 dauerhaft befestigt, unter Verwendung eines Haftungs-, Verbindungs-, Löt-, Schweiß- oder anderen Befestigungsprozesses. Zusätzlich dazu, daß dieselbe an dem Druckstab 139 befestigt ist, ist die Photo-PCB 193 auch an der Flex-Schaltung 145 befestigt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kontakte der Photo-PCB in physikalischer und elektrischer Kommunikation mit jeweiligen Peripheriekontaktgruppen 195 der Flex-Schaltung 145. Die Photo-PCB 193 umfaßt ein oder mehrere Photoleiterarrays 109 mit Photodetektoren 111. Leitfähige Wege erstrecken sich von den Photodetektoren 111 zu Photo-PCB-Kontakten. Somit sind Signalwege von den Photoleitern 111 entlang der Flex-Schaltung 145 und zu den Druckkopfdüsen 153 definiert.
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Das Photodetektorarray
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Nachfolgend wird auf 9 Bezug genommen, die Schemata einer Düsengruppe 163 und eines Photodetektorarrays 109 zeigt. Jeder Photodetektor 111 in dem Array entspricht einer Tintenstrahldüse 111 in dem Druckkopf. Entsprechend sind die Programmierung der Laserabtastvorrichtung, die Anordnung der Photodetektoren, die Bewegung des Mediums und andere Faktoren koordiniert, so daß jede Tintenstrahldüse einem geeigneten Moment aktiviert wird, um das Medium zu bebildern. Bei einem Aspekt der Erfindung sind die Druckkopfdüsen in einem Ein-Reihen-Array angeordnet, mit Düsen, die sich entlang einer einzigen Achse entlang der Länge der PWA erstrecken, und die Photodetektoren befinden sich gleichartig dazu in einem Ein-Zeilen-Array. Bei dieser Anordnung sind alle Tintenstrahlen, die erforderlich sind, um eine einzige Rasterabtastung von Punkten auf das Medium abzubilden in einer einzigen Abtastung der Laserabtastvorrichtung aktiviert. In einem solchen Fall ist die Laserabtastvorrichtung ähnlich programmiert wie bei einem elektrophotographischen Bilderzeugungssystem, da die Daten, die verwendet werden, um auf der photoempfindlichen Oberfläche zu schreiben, gleich sind wie diejenigen, die verwendet werden, um das Photodetektorarray abzutasten und die Tintenstrahlen zu aktivieren. Gleichartig dazu, falls die Düsen des PWA in einem geradlinigen Array und die Photodetektoren in einem entsprechenden Array sind, können die Daten gleich sein wie diejenigen für ein elektrophotographisches System.
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PWA-Druckköpfe sind jedoch häufig mit Düsenplatten in Untereinheiten aufgebaut, mit den Düsen in Gruppen und Untergruppen auf getrennten Substraten sind, wie es oben beschrieben ist. Ein PWA-Druckkopf mit einem vollen geradlinigen Düsenarray auf einem einzigen Substrat kann schwierig aufzubauen sein. Folglich kann es sein, daß die relativen Positionen der Photodetektoren in dem Photodetektorarray nicht den Positionen der Düsen in dem PWA entsprechen. Folglich ist die Programmierung der Laserabtastvorrichtung modifiziert, um diese Unterschiede auszugleichen. Faktoren, die bei der Programmierung berücksichtigt werden, sind die Anordnung der Photodetektoren in dem Photodetektorarray und die Zeitgebung der Abfeuerung für jede Düse, unter Berücksichtigung von Themen bezüglich der Abfeuerungssequenzierung und -zeitgebung, der Bewegung des Mediums, der Abtastrate des Lasers und andere Themen, die in der Technik bekannt sind. Die Programmierung kann auch Medienabbildungs- und Bewegungssensoren umfassen, die in geeigneten Rückkopplungssystemen eingebaut sind. Grundsätzlich ist es das Ziel, die Laserabtastvorrichtung zu programmieren, um das Array abzutasten und die richtige Düse zum richtigen Zeitpunkt abzufeuern. Eine geeignete Programmierung der Laserabtastvorrichtung liegt innerhalb der Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet.
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Da die Programmierung beliebig modifiziert werden kann, muß das Photodetektorarray den relativen Positionen der Düsen nicht ähnlich sein. Folglich kann das Photodetektorarray aufgebaut sein, um die Effizienz des Abtastens zu erhöhen, durch Berücksichtigen von Düsensequenzierung und -zeitgebung, und zum Vereinfachen des Aufbaus des elektrischen Wegs zwischen allen Photodetektoren und deren zugeordneten Tintenstrahldüse. Ein Lösungsansatz wäre, sich hauptsächlich auf das Vereinfachen und Verkürzen der elektrischen Wege zu konzentrieren. In einem solchen Fall, der in 9 dargestellt ist, kann es bei der ersten Überprüfung erscheinen, als sei die Düsenzuweisung der Photodetektoren 111 in dem Array 109 zufällig. In 9 ist ein beispielhaftes Zuweisungsschema gezeigt (das als 1A, 1B, 2A, 2B bezeichnet ist), das einen Teil eines Düsenarrays oder einer Gruppe 163 mit Düsen 153 zeigt, die wie in 6 in Reihen 165, 167 angeordnet sind, die auf das Photodetektorarray 109 mit fünf Reihen von Photodetektoren 111 abgebildet werden.
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Nachfolgend wird auf
10A,
10B,
10C und
10D Bezug genommen, die Aspekte von Photodetektorarrays gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und die Abtaststruktur der Laserabtastvorrichtung zeigen. Der Aufbau des Photodetektorarrays in jeder geeigneten Anordnung von Photodetektoren, ist für Abtasten durch die Laserabtastvorrichtung anpassbar.
10 zeigt ein lineares Photodetektorarray, das durch eine Laserabtastvorrichtung abgetastet werden kann, wie es in
1 dargestellt ist, der einen geraden Abtastweg
197 zeigt. Mehrreihenphotoleiterarrays können durch Laserabtastsysteme abgetastet werden, wie sie in
1,
2 und
3 dargestellt sind.
10B zeigt ein Mehrreihenphotodetektorarray, das gerade Abtastwege für jede Reihe zeigt, unter Verwendung einer Laserabtastvorrichtung gemäß
1, die einen Spiegel mit verschiedenen Facetten verwendet, oder einer Mehrstrahllaserabtastvorrichtung gemäß
2.
10C zeigt ein 10-Reihen-Array, bei dem fünf Reihen gleichzeitig abgetastet werden, mit einem Mehrfachfrequenzomegawellenabtastweg
197, der von einer Laserabtastvorrichtung mit einem Zweiachsendeflektor gemäß
3 erhalten wird.
10D zeigt ein nichtgeradliniges Photodetektorarray
109, das gemäß einem anderen Aspekt einer Zweiachsenlaserabtastvorrichtung wie in
3 abgetastet werden kann, unter Verwendung eines Dreieckwellenabtastweges
197. Geeignete Zweiachsen-Abtastsysteme sind in dem
U.S.-Patent 5,929,892 offenbart. Jedes geeignete Trajektorienverfahren und jede geeignete Modulationsprogrammierung des Lasers wird durch die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen.
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Im allgemeinen werden der Entwurf eines Laserabtastvorrichtungs- und Photodetektorarrays, die Größe der Lichterfassungsöffnung des Photodetektors, der Abstand der Photodetektoren auf dem Array und die Laufzeit des Abtastlaserstrahles über das Array eingestellt, um einen Tintenstrahlwiderstand zu aktivieren, der typischerweise etwa 4–5 μsec. beträgt. Die Photodetektoren können größer sein als ein Zielpixel, das durch eine Laserabtastvorrichtung auf einer photoempfindlichen Trommel in einem Laserdrucker aktiviert wird. Die Photodetektoren können in einer geradlinigen Weise auf dem Array befestigt sein. Aufgrund der größeren Größe werden jedoch Arrays von Photodetektoren in Betracht gezogen, die konfiguriert sind, um die Größe des Arrays zu reduzieren, wie z. B. eine versetzte Anordnung. Die Oberfläche des Photodetektorarrays, auf der die Photodetektoren befestigt sind, kann flach sein, oder um irgend einen Betriebs-, Abstands- oder Herstellungsvorteil zu erreichen, kann das Array von jeder geeigneten Form oder Konfiguration sein, und auf einer gebogenen oder flachen Oberfläche befestigt sein.
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Das vorliegende System kann sowohl an einfarbigen als auch an Farbtintenstrahlsysteme angepasst werden. Um einen PWA-Druckkopf mit Bezugnahme auf
11 für eine Farbe anzupassen, können Düsengruppen in getrennte Farbgruppen gruppiert werden, wobei jede Farbgruppe eine getrennte Kammer für Tinte aufweist. Für eine erste Farbe liefert eine Tintenkammer
159a Düsengruppen
163a in einer ersten Farbgruppe
199a. Für die zweite Farbgruppe
199b liefert die zweite Tintenkammer
159b zweite Düsengruppen
163b. Der Einfachheit halber sind in der Figur nur zwei Gruppen für zwei Farben gezeigt, aber die meisten Ausführungsbeispiele würden entweder drei oder vier Farben aufweisen. Im allgemeinen können bekannte Mehrkammerentwürfe für Tintenstrahlköpfe durch Ausdehnen der Mehrkammerentwürfe auf eine PWA-Abmessung angepaßt werden. Geeignete Mehrkammerentwürfe, die für die vorliegende Erfindung angepaßt werden können, sind in dem
U.S.-Patent 4,812,859 offenbart, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Photodetektoren
111 in dem Photodetektorarray können auf jede geeignete Weise auf die Düsen in den Düsengruppen
163a,
163b abgebildet werden. Alternativ kann eine getrennte Druckmaschine mit Laserabtastvorrichtung und PWA mit Photodetektorarray für jede Farbe verwendet werden. Mehrkammer- und Mehr-Druckmaschine-Entwürfe können auch in einem einfarbigen System verwendet werden, beispielsweise um die Auflösung oder die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen.
