專(zhuān)利名稱(chēng)：具有光傳感器激活噴射元件的流體噴射和掃描組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體噴射系統(tǒng)。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有光傳感器激活噴射元件的流體噴射和掃描組件。
一種頁(yè)面寬度陣列(PWA)的打印頭組件橫跨頁(yè)面的整個(gè)寬度(例如，8.5英寸，11英寸，A4寬度)，相對(duì)于媒介的行程是固定的。一個(gè)PWA打印頭組件包括一種具有幾千個(gè)噴嘴的PWA打印頭，這些噴嘴能夠橫跨整個(gè)頁(yè)面寬度。這種PWA打印頭組件的取向通常和紙的走向垂直。運(yùn)作時(shí)，該P(yáng)WA打印頭組件固定，而媒介在組件的下方移動(dòng)。隨著頁(yè)面相對(duì)組件移動(dòng)，該P(yáng)WA打印頭組件一次可進(jìn)行一行或多行的打印。
PWA打印頭組件中的每個(gè)噴嘴膛通常包括噴射元件、膛層和襯底。當(dāng)一種耐火電阻器用作噴射元件時(shí)，該耐火電阻器要位于膛內(nèi)的襯底上面。運(yùn)作時(shí)，噴嘴膛通過(guò)入口管道從墨汁供應(yīng)器接收墨汁。耐火電阻器隨后被激活，以加熱其上的墨汁，并導(dǎo)致形成蒸汽泡。然后蒸汽泡通過(guò)噴嘴將墨汁以小滴形式噴射到媒介上(例如紙、透明膠片)。墨汁小滴從相應(yīng)的噴嘴中以可重復(fù)的速度、體積和方向噴射出來(lái)，在媒介上有效地打印出字符、圖形和照相圖象。
壓電類(lèi)型的PWA打印頭組件中的噴射元件通常包括一種壓電層。該壓電層由噴嘴膛的一種柔韌的壁構(gòu)成，在相對(duì)該膛的外側(cè)附著著一種壓電材料。運(yùn)作時(shí)，噴嘴膛通過(guò)入口管道從墨汁供應(yīng)器接收墨汁。壓電材料隨后被激活，使膛壁發(fā)生形變而壓向膛內(nèi)。由此產(chǎn)生的壓力通過(guò)噴嘴將墨汁以小滴形式噴射到媒介上(例如紙、透明膠片)。墨汁小滴從相應(yīng)的噴嘴中以可重復(fù)的速度、體積和方向噴射出來(lái)，在媒介上打印出有效的字符、圖形和照相圖象。
由于PWA打印頭組件中有大量的噴嘴，還由于組件通常一次打印一行或多行頁(yè)寬，所以在一個(gè)給定的時(shí)間發(fā)出的定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)基本上要比給掃描型打印頭組件的信號(hào)更多。為了要實(shí)現(xiàn)多行打印，和打印多種字符相反，必須使幾千多個(gè)噴嘴的起火受到控制。還必須把信號(hào)傳送給這些噴嘴的幾千多個(gè)耐火電阻器。
通常的PWA噴墨打印機(jī)中，電子學(xué)線(xiàn)路復(fù)雜，需要將它們相互連接起來(lái)以產(chǎn)生必須的信號(hào)，并把它們發(fā)送到恰當(dāng)?shù)牟课?。有些PWA噴墨打印機(jī)利用附屬于打印頭組件的一種靈活多變的打印電路(“可變電路”)，包括能把信號(hào)從打印處理器傳送到被編址的耐火電阻器的信號(hào)電路。
還有一個(gè)要求是希望用有效的成本生產(chǎn)出可靠的、產(chǎn)額高的、頁(yè)面寬度的陣列。
圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的流體噴射和掃描組件，如一種PWA打印頭和掃描組件，的平面圖。
圖3A是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的流體噴射和掃描組件，如一種PWA打印頭和掃描組件，的簡(jiǎn)化端視圖或側(cè)面圖。
圖3B是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的流體噴射組件，如一種PWA打印頭組件，的簡(jiǎn)化端視圖或側(cè)面圖。
圖4A是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案部分流體噴射陣列主要零部件的截面圖，是從圖2斷面線(xiàn)4A-4A處看出的透視圖。
圖4B是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案部分掃描陣列主要零部件的截面圖，和圖8一樣，是從圖2斷面線(xiàn)4B-4B處看出的透視圖。
圖5是電子學(xué)原理框圖，用以說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，一種掃描陣列和多個(gè)流體噴射陣列的主要零部件。
圖6A是圖5所示的部分掃描陣列的電子學(xué)原理框圖，用以細(xì)致說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的光傳感器之間的間距。
圖6B是電子學(xué)原理/方塊圖，用以說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于流體噴射陣列激活元件的主要零部件。
圖7是一種流體噴射和掃描組件圖，用框圖形式說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的掃描陣列和流體噴射陣列。
圖8A是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明用于激活元件的電板布局圖。
圖8B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明用于掃描陣列元件的電極布局圖。
圖9A是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案圖，說(shuō)明光源發(fā)出的一束光流體噴射和掃描組件的光束進(jìn)行的掃描。
圖9B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案圖，說(shuō)明從第二個(gè)光源發(fā)出的多束光對(duì)掃描組件進(jìn)行的掃描。


圖10是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，流體噴射和掃描組件的簡(jiǎn)化截面圖，是從圖2斷面線(xiàn)10-10處看出的透視圖。
圖11是按照本發(fā)明一的個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明流體噴射和掃描組件主要零部件的電子線(xiàn)路框圖。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，流體噴射元件，如一種頁(yè)面寬度陣列(PWA)打印頭組件中的噴墨元件，是受光而激活的。在該實(shí)施方案中，隨著光束在PWA打印頭組件上的掃描，光束受到調(diào)制，選擇性地將所需要的噴墨元件啟動(dòng)，使四種彩色平面(即青色、紫紅色、黃色和黑色)的每一個(gè)平面產(chǎn)生出所期望的光柵圖案，從而生成所要求的圖象。本發(fā)明的一個(gè)形式中，一種具有單個(gè)的PWA打印頭組件既可用作打印頭又可用作圖象掃描器，而且費(fèi)用增額較小。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖1是一種流體噴射和掃描器件，如PWA噴墨打印機(jī)和掃描器器件，的側(cè)視圖，100說(shuō)明的是器件100內(nèi)部的主要零部件。器件100包括側(cè)導(dǎo)板102A和102B的媒介饋送器102，光源106，調(diào)制器108，轉(zhuǎn)動(dòng)多邊形鏡112，偏轉(zhuǎn)鏡114和118，透鏡116，流體供應(yīng)器122，流體噴射和掃描組件126，輥120，124，140和142，星輪128以及打印電路組件(PCA)138。一疊媒介104(例如紙、透明膠片)由饋送器102支撐。在該具體實(shí)施方案中，加熱元件150在打印媒介通過(guò)媒介出口送出之前對(duì)它們進(jìn)行干燥。
在一個(gè)實(shí)施方案中，輥120，124，140和142以及星輪128是常速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的一部分，它們借助組件126用一個(gè)基本上固定的速度傳送媒介。通常恒定速度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)要比不連續(xù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更好控制。另一個(gè)實(shí)施方案利用真空壓紙輥筒以連續(xù)方式運(yùn)送媒介。媒介連續(xù)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)包括帶寬減小，能更好更準(zhǔn)確地布點(diǎn)，所以打印質(zhì)量更好。在另一個(gè)實(shí)施方案中可以采用媒介不連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。
在一個(gè)實(shí)施方案中，組件126在長(zhǎng)度上至少延伸一個(gè)頁(yè)面寬度(例如，8.5英寸，11英寸或A4寬度)，組件126基本上是固定的，隨著媒介130向126運(yùn)動(dòng)，組件126就將流體小滴噴到130上面。在一個(gè)實(shí)施方案中，流體供應(yīng)器122為組件126提供流體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，組件126包括一種或多種內(nèi)置流體供應(yīng)器。本發(fā)明的一種形式將多種組件126結(jié)合在一起，形成了一種更大和/或更快的組件。
在PCA138上至少安裝一種輸入/輸出端口134和多個(gè)電子芯片136A-136B，用來(lái)完成這里所描述的不同處理和控制功能。電纜132和輸入/輸出端口134相連接，而且在本發(fā)明的一種形式中被配置為與主計(jì)算機(jī)(未顯示)相連接。盡管為簡(jiǎn)化示圖，圖1中只畫(huà)出了單獨(dú)一個(gè)輸入/輸出端口134和電纜132，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，像工業(yè)上其它通信協(xié)議通常采用的，器件100可以和許多種不同類(lèi)型傳統(tǒng)的輸入/輸出端口進(jìn)行組合，包括電話(huà)端口，中心端口，小巧型媒介存儲(chǔ)器件，固體存儲(chǔ)系統(tǒng)，紅外的和/或其它的無(wú)線(xiàn)端口。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，光從光源106通過(guò)鏡112，114和118到達(dá)組件126，形成光徑110。為使光徑彎曲以減小器件100的尺寸，安裝了偏轉(zhuǎn)鏡114和118。如果對(duì)尺寸大小沒(méi)有要求，則鏡114和118可以省去。
圖2是描述組件126一種方案的平面圖。所顯示的組件126位于媒介130的上方，媒介130上面的箭頭指出媒介的運(yùn)動(dòng)方向。在一個(gè)實(shí)施方案中，除了掃描陣列202之外，組件126還包括四個(gè)流體噴射陣列，例如圖2上用200A-200D各線(xiàn)表示的打印陣列，這里都統(tǒng)稱(chēng)為流體噴射陣列200。在一個(gè)實(shí)施方案中，流體噴射陣列200A是用于噴射黑顏色墨汁小滴的黑色打印陣列，流體噴射陣列200B是用于噴射紫紅顏色墨汁小滴的紫紅色打印陣列，流體噴射陣列200C是用于噴射黃顏色墨汁小滴的黃色打印陣列，流體噴射陣列200D是用于噴射青顏色墨汁小滴的青色打印陣列。
掃描陣列202被配置為能夠捕獲圖象數(shù)據(jù)以便產(chǎn)生媒介的數(shù)字圖象。如果不是彩色打印而是黑白打印時(shí)，200可以是單個(gè)的流體噴射陣列。顏色的順序可以根據(jù)墨汁類(lèi)型和其它的書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)要素而變化。
圖3A是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的組件126的簡(jiǎn)化端視圖或側(cè)面圖。流體噴射陣列200和掃描陣列202在襯底310上形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，透明窗402在掃描陣列202內(nèi)形成。組件126包括兩個(gè)相對(duì)的表面126A和126B。
按照本發(fā)明的一個(gè)形式，在打印模式中，媒介130被傳送到靠近組件126的表面126B，流體從位于表面126B上的陣列200噴到媒介130上面。本發(fā)明的一個(gè)形式中，組件126包括保護(hù)蓋306，用來(lái)防止掃描陣列202受到流體噴射陣列200噴出的離散流體滴的污染。
按照一個(gè)實(shí)施方案的掃描模式，媒介130被傳送到靠近組件126的表面126B，以便掃描陣列202感受到打印圖象。在一個(gè)實(shí)施方案中，保護(hù)蓋306是可移動(dòng)的，對(duì)圖象進(jìn)行掃描時(shí)被移走。在一個(gè)實(shí)施方案中，保護(hù)蓋306里面包括一種白色校準(zhǔn)表面，用于對(duì)掃描器象素逐一校準(zhǔn)。
圖3B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，組件126的簡(jiǎn)化端視圖或側(cè)面圖。圖3B除了不包括掃描組件或掃描陣列202外，其余和圖3A相似，其中，同樣的數(shù)字表示的是同樣的圖符。
流體噴射陣列200在襯底310上形成。組件126包括相對(duì)的兩個(gè)表面126A和126B。按照本發(fā)明的一個(gè)形式，在打印模式中，媒介130被傳送到靠近組件126的表面126B，并且流體從位于表面126B上的陣列200噴到媒介130的上面。
圖4A是從圖2斷面線(xiàn)4A-4A處看出的透視圖，用以說(shuō)明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案部分流體噴射陣列200D的主要零部件。在一個(gè)實(shí)施方案中，流體噴射陣列200A-200C的構(gòu)造方式基本上與在這里圖示和描述的流體噴射陣列200D是一樣的。本發(fā)明的一個(gè)形式中，流體噴射陣列200D包括孔板902，流體管道908，噴嘴膛910，阻擋層912，電阻器保護(hù)層914，電阻器電極916和918，電極920，柵氧化物層922，通路924，電阻器材料926，多晶硅層928，摻雜阱930和932，光傳感器電極933，SiO2鈍化層934以及襯底310。
一個(gè)實(shí)施方案中，襯底310是一種透明的玻璃襯底，以及陣列200和202用薄膜技術(shù)(TFT)和非晶硅制成，下面還將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述。另一個(gè)實(shí)施方案中，襯底310是一種基本上透明的聚合物，或是其它基本上透明材料。
SiO2鈍化層934在襯底310上形成，用來(lái)防止襯底310的雜質(zhì)到達(dá)多晶硅層928。電阻器材料926在SiO2鈍化層934上形成。電阻器電極916和918在電阻器材料926的每個(gè)端點(diǎn)上形成。
在形成多晶硅層928的時(shí)候，首先將非晶硅沉積在SiO2鈍化層934上。然后利用激光使非晶硅再結(jié)晶。沉積硅的溫度局部上升后，再使其慢慢冷卻，從而使硅再結(jié)晶。這個(gè)方法可使顆粒邊界減到最小，使非晶硅的電子遷移特性增強(qiáng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，利用石英玻璃作為襯底310，它基本上有更高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，從而允許硅928爐內(nèi)再結(jié)晶。再結(jié)晶后，即將柵氧化物層922沉積在多晶硅層928的頂部，然后進(jìn)行蝕刻為摻雜劑的擴(kuò)散提供通道。摻雜劑擴(kuò)散到多晶硅層928里面形成摻雜阱930和932。一個(gè)實(shí)施方案中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管802和806(示于圖5)位于驅(qū)動(dòng)電路區(qū)940，由摻雜阱930和周?chē)亩嗑Ч?28形成。一個(gè)實(shí)施方案中，光傳感器710(示于圖5)位于光靈敏區(qū)942內(nèi)，由摻雜阱930和周?chē)亩嗑Ч?28形成。一種鋁金屬層沉積在柵氧化物層922上，然后對(duì)它進(jìn)行蝕刻以形成電極920。
一個(gè)實(shí)施方案中，多晶硅層928是一種P-型半導(dǎo)體材料，摻雜阱930和932是利用在多晶硅層928中擴(kuò)散N-型摻雜劑形成的。另一個(gè)實(shí)施方案中，多晶硅層928是一種N-型半導(dǎo)體材料，摻雜阱930和932是利用在多晶硅層928中擴(kuò)散P-型摻雜劑形成的。
在電阻器接點(diǎn)916和918，電阻器材料926，電極920以及柵氧化物層922的上面形成電阻器保護(hù)層914。在電阻器保護(hù)層914上形成的阻擋層912并界定了噴嘴膛910的范圍。在阻擋層912上并在噴嘴膛910和流體管道908的上方形成孔板902。在一個(gè)實(shí)施方案中，孔板902和阻擋層912是集成在一起的。噴孔904為噴嘴膛910內(nèi)的流體提供一種如箭頭906所示的出口途徑。
流體噴射(或掃描)過(guò)程中媒介130被饋送到靠近組件126的表面126B。一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)媒介130移向組件126時(shí)，流體小滴從噴嘴或 噴孔904噴出，形成描繪字符或圖象的斑紋。一個(gè)實(shí)施方案中，組件126在其長(zhǎng)度上包括幾千個(gè)噴嘴904，但是只是有選擇的噴射元件(例如電阻器材料926)在給定的時(shí)間被激活而噴射出流體小滴產(chǎn)生出所希望的斑紋。
圖4B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，部分掃描陣列202主要零部件的截面圖，是從圖2斷面線(xiàn)4B-4B處看出的透視圖。一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202包括在襯底310上形成的多重薄膜層403-408，摻雜阱410A-410D以及電極412A-412H。本發(fā)明的一個(gè)形式中，層403是透明的SiO2層，層404是金屬的，層405是透明的SiO2絕緣層，層406是多晶硅，層407是透明的柵氧化物，層408是透明的SiO2保護(hù)層。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，掃描陣列202的各層403，404，406和407是用同樣材料形成的，分別相應(yīng)于流體噴射陣列200的各層934，933，928和922(如圖4A所示)。在一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202和流體噴射陣列200中相應(yīng)的各個(gè)層次是在同一時(shí)刻沉積的，進(jìn)行適當(dāng)?shù)难谀ず臀g刻步驟，使陣列200和202形成如圖所示和這里所描述的各種各樣的特征。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，SiO2層403在襯底310上形成。金屬層404在SiO2層403上形成，被蝕刻后形成下面將詳細(xì)描述的透明窗402。該方案中，在金屬層404和層403上方形成SiO2絕緣層405。多晶硅層406在絕緣層405上形成。通過(guò)將摻雜劑擴(kuò)散到多晶硅層406中，在多晶硅層406中形成摻雜阱410A-410D。電極412A-412H在多晶硅層406上形成，并被柵氧化物層407包圍。SiO2保護(hù)層408在柵氧化物層407上形成。
一個(gè)實(shí)施方案中，多晶硅層406和摻雜阱410A-410D的形成方式與前面所描述的多晶硅層928和摻雜阱932和930的形成方式相同。一個(gè)實(shí)施方案中，多晶硅層406是一種P一型半導(dǎo)體材料，并且摻雜阱410A-410D是利用在多晶硅層406中擴(kuò)散N-型摻雜劑形成的。另一個(gè)實(shí)施方案中，多晶硅層406是一種N-型半導(dǎo)體材料，摻雜阱410A-410D是利用在多晶硅層406中擴(kuò)散P-型摻雜劑形成的。
該實(shí)施方案中，透明窗402由貫穿基本是透明的層310，403，405和408而形成。一個(gè)實(shí)施方案中，窗402的寬度在每英寸的點(diǎn)數(shù)(DPI)為100時(shí)約為0.01英寸，對(duì)于300 DPI約為0.0033英寸，對(duì)于600DPI約為0.00166英寸，對(duì)于1200 DPI約為0.000833英寸。一個(gè)實(shí)施方案中，媒介130和組件126的表面126B之間的間隔約為0.1毫米或更小。
兩個(gè)光傳感器711由摻雜阱410A-410D和周?chē)亩嗑Ч?06形成。為簡(jiǎn)化示圖，在圖4B中只顯示了兩個(gè)光傳感器711，一個(gè)實(shí)施方案中，同一基本光傳感器的構(gòu)形(在媒介紙面范圍內(nèi))要重復(fù)多次來(lái)形成覆蓋整個(gè)頁(yè)面寬度的掃描陣列202。另外，雖然圖4A顯示的是一個(gè)光靈敏區(qū)942(光傳感器710在其中形成)，但是在一個(gè)實(shí)施方案中，在圖上所示的光傳感器710附近，有三個(gè)之多的光傳感器710，而且在媒介紙面范圍內(nèi)的光傳感器還要更多。本發(fā)明的一個(gè)形式中，每個(gè)光傳感器710和711的激活部分近似為39微米寬(對(duì)于600DPI)。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，掃描陣列202中的光傳感器711分成400A和400B兩個(gè)組，每個(gè)組有不同的空間頻率。從400A和400B兩個(gè)組發(fā)出的信號(hào)隨后都被進(jìn)行退卷積來(lái)提高分辨率。一個(gè)實(shí)施方案中，組400B的空間頻率是組400A空間頻率的百分之九十五。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，掃描陣列202的光傳感器711的體系結(jié)構(gòu)及其制造步驟都和流體噴射陣列200的光傳感器710的類(lèi)似。
圖5是電子學(xué)原理框圖，用來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，流體噴射陣列200和掃描陣列202的主要零部件。掃描陣列202包括多個(gè)光傳感器711，它們被分成400A和400B兩個(gè)組。在圖5所示的實(shí)施方案中，光傳感器711為光二極管。每個(gè)光傳感器711在電壓源(Vps)705和總地線(xiàn)708之間相互連接。被光照射的光傳感器711的輸出信號(hào)幅度隨入射到光傳感器711上的光強(qiáng)而變化。
每個(gè)陣列200包括多個(gè)光靈敏激活元件700。每個(gè)激活元件700包括一種噴射元件702，諸如熱噴墨(TIJ)元件或一種壓電噴墨(PIJ)元件，以及光觸發(fā)電路703。在圖上所示的實(shí)施方案中，噴射元件702是熱噴墨電阻器。每種光觸發(fā)電路703包括放大器706，鎖存器807和光傳感器710。一個(gè)實(shí)施方案中，鎖存器807是一種T-型觸發(fā)器。
光傳感器710把輸入的光束110轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如下面所描述的，流體噴射陣列200中的光傳感器710產(chǎn)生的電信號(hào)用來(lái)觸發(fā)和光傳感器710耦合的噴射元件702。
放大器706包括晶體管802和806。一個(gè)實(shí)施方案中，晶體管802和806是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)。由于非晶硅的電子遷移率比結(jié)晶硅的低，所以在該實(shí)施方案中，在玻璃襯底310上制作的晶體管802和806的尺寸要比在硅襯底上制作的可能要寬。一個(gè)實(shí)施方案中，晶體管802的長(zhǎng)度約為2-3微米，寬度約為100-500微米；晶體管806的長(zhǎng)度約為1-2微米，寬度約為200-1000微米；電阻器702的阻值約在30-1500歐姆范圍內(nèi)。在其它的實(shí)施方案中，光觸發(fā)電路703有可能利用另外的結(jié)構(gòu)和零部件尺寸。
每個(gè)光傳感器710與電壓源(Vref)704相連接。每個(gè)光傳感器710的輸出級(jí)與相應(yīng)鎖存器807的一個(gè)輸入相連接。每個(gè)鎖存器807的輸出(Q)與相應(yīng)晶體管802的柵極相連接。每個(gè)晶體管802的漏極與電壓源704相連接，每個(gè)晶體管802的源極與相應(yīng)晶體管806的柵極相連接。每個(gè)晶體管806的漏極與電壓源704相連接，每個(gè)晶體管806的源極與相應(yīng)的電阻器或噴射元件702相連接。每個(gè)電阻器702連接在相應(yīng)晶體管806的源極與總地線(xiàn)708之間。
當(dāng)激活元件700受到光源106發(fā)出的光激活時(shí)，光傳感器710開(kāi)始導(dǎo)電。當(dāng)光傳感器710受到光照射開(kāi)始導(dǎo)電并使鎖存器807接通晶體管802時(shí)，晶體管802使晶體管806接通。該實(shí)施方案中，晶體管802作為一種電壓控制接通的FET，而晶體管806作為一種電流控制驅(qū)動(dòng)的FET。晶體管806隨后為激發(fā)電阻器702提供驅(qū)動(dòng)電流，而又使電阻器702加熱，并且流體隨即從相應(yīng)的噴嘴膛中噴出。一個(gè)實(shí)施方案中，至少有些流體被置換形成小滴而噴出。一個(gè)實(shí)施方案中，鎖存器807隨后被光觸發(fā)的光傳感器710的第二次脈沖還原，從而使電路斷開(kāi)。
一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)陣列200在陣列200的起始端和終端至少包括一種虛擬象素206。圖5上虛擬象素206的配置基本上和激活元件700的相同，只是不包括噴射元件702或鎖存器807。這些虛擬象素206為控制電路提供一種時(shí)間及位置的同步信號(hào)。
圖5所示的實(shí)施方案中，光傳感器710是光二極管。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中，光傳感器710用一種光三極管，因此晶體管802被取代。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中，光傳感器710用一種光三極管，噴墨加熱電阻器元件702利用的是一種長(zhǎng)寬比特殊的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而不是利用的分離TIJ電阻器。
圖6A是圖5所示的部分掃描陣列202的電子學(xué)原理框圖，用來(lái)仔細(xì)說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中各光傳感器711之間的間距。在圖示的實(shí)施方案中，組400A的各光傳感器711之間的間距用X表示的話(huà)，則組400B的各光傳感器711間的間距為0.95X。例如，假設(shè)組400A的各光傳感器711之間的間隔為300 DPI間距，則組400B的各光傳感器711間的間隔是300 DPI間距的0.95倍，或314 DPI間距。一個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)相鄰的光傳感器711(即，一個(gè)是組400A的光傳感器711，相鄰的是組400B的光傳感器711)在這里被統(tǒng)稱(chēng)為掃描陣列元件712(如圖7所示)。
圖6B是電子學(xué)原理/方塊圖，用來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，如圖5所示的激活元件700當(dāng)中一個(gè)的主要零部件。如圖5所示，要形成流體噴射陣列200，需要將圖6B所示的單個(gè)的激活元件700重復(fù)很多次。重復(fù)的次數(shù)取決于所要求的分辨率、噴射冗余和器件100的寬度。下面表I給出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在不同分辨率情況下，組件126的激活元件700(示于圖7)和掃描陣列元件712的數(shù)目表I

每個(gè)激活元件700包括與光觸發(fā)電路703串聯(lián)的噴射元件702。激活元件700的光觸發(fā)電路703包括光傳感器710和放大器706。光傳感器710與放大器706和電壓源704相連接。一個(gè)實(shí)施方案中，電壓源704是一種12伏電源。放大器706與電壓源704、噴射元件702以及總地線(xiàn)708相連接。
光觸發(fā)電路703的作用是一種光開(kāi)關(guān)，當(dāng)光源106發(fā)出的光射向光傳感器710時(shí)，便將噴射元件702接通。光傳感器710在一連串光子的撞擊下開(kāi)始導(dǎo)電，輸給放大器706一種相對(duì)低的電壓輸出信號(hào)。放大器706把接收到的信號(hào)放大，并給噴射元件702發(fā)送出相應(yīng)的脈沖，將元件702啟動(dòng)。放大器706給噴射元件702發(fā)送出必要的接通能量(TOE)。
圖7是組件126的框圖，用來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的掃描陣列202和流體噴射陣列200。光傳感器711的組400A和光傳感器711的組400B基本上是由透明窗402分開(kāi)的。一個(gè)實(shí)施方案中，流體噴射陣列200里的激活元件700的排列方式為如圖7所示的多行和多列的形式。
圖8A是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明單個(gè)激活元件700(圖7中以框圖形式表示)零部件的布局圖。一個(gè)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，要形成流體噴射陣列200，圖8A上所示的布局將被重復(fù)很多次。圖8A是從電阻器保護(hù)層914(示于圖4A)朝向玻璃襯底310透視觀察電極的視圖。
如圖8A所示，光傳感器710的電極由兩種蜿蜒形狀的電極933A和933B組成(統(tǒng)稱(chēng)為電極933)。電極933B與電壓源線(xiàn)704相連接。電極933A與電極920相連接。電極920與晶體管802的柵極相連接，該晶體管802由摻雜阱930和周?chē)亩嗑Ч?28形成。一個(gè)實(shí)施方案中，電極920通過(guò)通路924(示于圖4A)將場(chǎng)效應(yīng)晶體管802的柵極與光傳感器的電極933A相連接。
摻雜阱932與電極933A是電連接的，和電極933A基本上一樣具有蜿蜒形狀。在摻雜阱932的周?chē)嵌嗑Ч?28。一種蜿蜒形的N-P結(jié)1100在多晶硅928與蜿蜒形的摻雜阱932的分界處形成。該蜿蜒形的N-P結(jié)1100位于蜿蜒形的電極933A和933B之間。蜿蜒形的N-P結(jié)1100與蜿蜒形的電極933A和933B基本上形成一種固體光二極管，被稱(chēng)為光位(photosite)或光傳感器710。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管802的電極由電極1002，920和1004組成。電極1002與場(chǎng)效應(yīng)晶體管802的漏級(jí)相連接，電極920與場(chǎng)效應(yīng)晶體管802的柵級(jí)相連接，電極1004與場(chǎng)效應(yīng)晶體管802的源級(jí)相連接。場(chǎng)效應(yīng)晶體管806的電極由電極1002，1004和918組成。電極1002與場(chǎng)效應(yīng)晶體管806的漏級(jí)相連接，電極1004與場(chǎng)效應(yīng)晶體管806的柵級(jí)相連接，電極918與場(chǎng)效應(yīng)晶體管806的源級(jí)相連接。
電阻器702(由電阻器材料926形成)的電極由電極916和918組成。電極918把電阻器702與晶體管806的源級(jí)相連接，而電極916把電阻器702與地線(xiàn)708相連接。
圖8B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，說(shuō)明用于單個(gè)掃描陣列元件712(用框圖示于圖7)的電極布局圖。一個(gè)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，為了形成掃描陣列202，示于圖8B的布局要被重復(fù)許多次。圖8B是從SiO2層408(示于圖4B)朝向襯底310透視觀察電極的視圖。圖4B是從圖8B和圖2上的截線(xiàn)4B-4B處觀察得到的視圖。
在圖4B所描繪的截面圖上，電極412A和412C看起來(lái)是兩個(gè)分開(kāi)的電極，實(shí)際上是一個(gè)單獨(dú)的C-形電極412A/412C，它與多晶硅層406電連接。與此類(lèi)似，電極412B和412D是一個(gè)單獨(dú)的W-形電極412B/412D，摻雜阱410A和410B是一個(gè)單獨(dú)的摻雜阱410A/410B，其形狀基本上和電極412B/412D的相同。電極412B/412D與摻雜阱410A/410B電連接。電極412A/412C通過(guò)通路810與總地線(xiàn)708相連接。電極412B/412D與電壓源線(xiàn)705相連接。
一種蜿蜒形的N-P結(jié)820在多晶硅層406和與摻雜阱410A/410B之間的交界處形成。該蜿蜒形的N-P結(jié)820位于電極412A/412C和電極412B/412D之間。蜿蜒形的N-P結(jié)820，電極412A/412C和電極412B/412D基本上形成了一種固體光二極管，被稱(chēng)為光位或光傳感器711。
在圖8B所示的實(shí)施方案中，電極412E-412H以及摻雜阱410C和410D的結(jié)構(gòu)基本上與電極412A-412D以及摻雜阱410A和410B相同，形成了第二光傳感器711。圖8B所示的這兩個(gè)光傳感器711由透明窗402分隔開(kāi)。
圖9A說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，從光源106發(fā)出的光束110對(duì)組件126進(jìn)行的掃描。為簡(jiǎn)化對(duì)光束110掃描的圖示和解釋?zhuān)瑘D9A中省略了偏轉(zhuǎn)鏡114和118(示于圖1)。
在圖9A所示的實(shí)施方案中，光源106發(fā)射的光束被調(diào)制器108調(diào)制后射到轉(zhuǎn)動(dòng)的多邊形鏡112上。一個(gè)實(shí)施方案中，光源106是一種脈沖化的激光光源，光源106發(fā)出的光束由準(zhǔn)直透鏡(未畫(huà)出)準(zhǔn)直。為加速流體噴射過(guò)程，在本發(fā)明的一個(gè)形式中用的是多個(gè)光源106。光束被調(diào)制器108按照點(diǎn)陣圖象數(shù)據(jù)調(diào)制。一個(gè)實(shí)施方案中，多邊形鏡112包括六、八或更多的反射面113，并用固定的角速度ω圍繞其中軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便光束110對(duì)組件126的表面126A進(jìn)行掃描。多邊形鏡112將光束110偏向透鏡116。透鏡116把光束110導(dǎo)向組件126的表面126A上。本發(fā)明的一個(gè)形式中，對(duì)表面126A進(jìn)行掃描的光束或光徑110選擇性地把所要求的流體噴射陣列200的噴射元件702接通。對(duì)此，這里要進(jìn)行詳細(xì)的描述。
一個(gè)實(shí)施方案中，透鏡116用的是一種標(biāo)準(zhǔn)的″f-θ″光學(xué)設(shè)計(jì)，其特征與傳統(tǒng)的電子照相打印機(jī)的光學(xué)相同，能把以固定角速度對(duì)組件126的掃描轉(zhuǎn)換為沿著線(xiàn)性?huà)呙栊幸怨潭ㄐ兴俣鹊膾呙瑁?duì)可變光程差予以修正，這是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道的。對(duì)透鏡116的設(shè)計(jì)是，要使得對(duì)透鏡光軸以角度θ入射的光束被聚焦到表面126A上距離透鏡116光軸為fθ的地方，f為表面126A與透鏡116之間的距離，即透鏡116的焦距。這種功能與傳統(tǒng)的電子照相系統(tǒng)的是一樣的。
本發(fā)明的一個(gè)形式采用的技術(shù)類(lèi)似于電子照相激光打印機(jī)的技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用多邊形鏡和一種″f-θ″透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)光束掃描。一個(gè)實(shí)施方案中，射向組件126的表面126A的光束110的形狀與通常用于電子照相激光打印機(jī)的光來(lái)形狀不同。電子照相激光打印機(jī)通常應(yīng)用點(diǎn)照明，而本發(fā)明的一個(gè)形式應(yīng)用的是行照明，能夠同時(shí)照明所有四種噴射陣列200的激活元件700以及掃描陣列202的光傳感器711。圖9A表示了三束直線(xiàn)形狀光束的“足跡”204A-204C，用以說(shuō)明光束110從左到右在組件126的表面126A上的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)實(shí)施方案中，光束足跡204A-204C具有的寬度“W”大約為3微米，具有的長(zhǎng)度比組件126的高度稍長(zhǎng)些。
在一個(gè)實(shí)施方案中利用具有一種寬度(例如3微米)的掃描光束110，可以極為靈活地對(duì)光源106的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間的和脈沖寬度的調(diào)制，這種寬度要比每個(gè)光位的寬度(例如39微米)窄很多。
光源106被用來(lái)觸發(fā)通過(guò)陣列200的流體噴射，并且，在本發(fā)明的一個(gè)形式中，同樣的光源還被用做掃描光源，使硬拷貝的圖象數(shù)字化，從而只需增加最小的成本、占用最小的空間，而使器件100增加更多的功能。
一個(gè)實(shí)施方案中，四種流體噴射陣列200和掃描陣列202是電多路復(fù)用的(如圖11所示以及根據(jù)圖11的解釋)，在任何給定時(shí)刻，都能使四種流體噴射陣列200當(dāng)中的一種或掃描陣列202接通。在一種打印模式的實(shí)施方案中，在光束110每次掃描通過(guò)時(shí)，一種彩色(即，黑色、紫紅色、黃色、或青色)平面的光柵行被打印。在一種掃描模式的實(shí)施方案中，在光束110每次掃描經(jīng)過(guò)時(shí)，媒介的一行被掃描。本發(fā)明的一個(gè)形式中，光束110四次連續(xù)掃描通過(guò)將打印出青色光柵行1，黃色光柵行1+n，紫紅色光柵行1+2n和黑色光柵行3+n，這里n代表DPI的整數(shù)倍，該DPI為噴嘴陣列中每種彩色平面相對(duì)其它彩色平面在同步打印時(shí)的基本間距。
另一個(gè)實(shí)施方案中，在光束110一次掃描通過(guò)時(shí)，所有四種流體噴射陣列200同時(shí)運(yùn)作。再一個(gè)實(shí)施方案中，為使流體噴射陣列200中的單個(gè)陣列得到照明，在光束110一次掃描通過(guò)時(shí)，器件100利用的是點(diǎn)照明，而不是行照明。本發(fā)明的一個(gè)形式中，當(dāng)利用點(diǎn)照明時(shí)，為使流體噴射陣列200中不同的陣列得到照明，在光束110每次掃描通過(guò)時(shí)，多邊形鏡112的各反射表面113相對(duì)于多邊形鏡112中軸的角度不同。另一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，器件100利用的是具有多個(gè)光點(diǎn)的點(diǎn)照明，可以在光束110一次掃描通過(guò)時(shí)，將四種流體噴射陣列200全部同時(shí)照明。四種光或激光點(diǎn)或光點(diǎn)由一種位于光源前方的光束分裂器(未予圖示)產(chǎn)生。在另一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，四種光或激光點(diǎn)由四種不同的光源106產(chǎn)生。
在多邊形鏡112轉(zhuǎn)動(dòng)使光束110對(duì)表面126A進(jìn)行掃描的過(guò)程中，媒介130由輥120，124，140和142以及星輪128(示于圖1)帶動(dòng)，或被其它的媒介傳送系統(tǒng)帶動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方向由圖9A上媒介130上方的箭頭所示。
如下面要詳細(xì)描述的，由于組件126噴射流體小滴的恰當(dāng)時(shí)刻取決于鏡112的角速度，而且媒介的運(yùn)動(dòng)影響到墨點(diǎn)在媒介上布局的準(zhǔn)確性，所以媒介傳送系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動(dòng)多邊形鏡112的角速度是同步的。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，器件100的掃描和打印不是同時(shí)進(jìn)行的，可以把器件100設(shè)置為能在多邊形鏡112的兩種不同角速度下運(yùn)作，一種角速度用于打印，第二種角速度用于掃描。而在另一個(gè)實(shí)施方案中，打印和掃描用的是同一種角速度。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，陣列200和202當(dāng)中的每一個(gè)陣列在其起始端包括多個(gè)元件206，如前面對(duì)圖5所描述的，它們被稱(chēng)為“虛擬象素”。如圖9A上顯示的，每個(gè)陣列200和202的專(zhuān)用于虛擬象素206的數(shù)量用字母“D”表示，其長(zhǎng)度隨所要求的虛擬象素206的數(shù)量而改變。另一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)陣列200和202在其起始端和終端都包括虛擬象素206。虛擬象素206用來(lái)產(chǎn)生一種鎖存該光柵行數(shù)據(jù)的信號(hào)，利用該信號(hào)可對(duì)光束110進(jìn)行調(diào)制。可以用虛擬象素206做時(shí)間修正，以補(bǔ)償在一種特定的組件126內(nèi)位置的變化，以及從一種組件126到另一種組件的變化。在一個(gè)實(shí)施方案中，虛擬象素206是非打印元件，被用來(lái)感知光束110的真實(shí)位置。
圖9B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案圖，說(shuō)明從光源630發(fā)出的光束111A-111C(統(tǒng)稱(chēng)為光束111)對(duì)掃描組件126進(jìn)行的掃描。圖9B和圖9A基本上相同，只是增加了第二光源630，為媒介的彩色掃描提供照明。
圖9B說(shuō)明的實(shí)施方案中，光源630是一種RGB(紅-綠-藍(lán))光源，用來(lái)發(fā)射紅色光束111A，綠色光束111B和藍(lán)色光束111C。另一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，該第二光源630是一種多譜光發(fā)射二極管(LED)桿，用來(lái)發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色的光。本發(fā)明的一個(gè)形式中，光源630是脈沖寬度調(diào)制的，可以為紅光、綠光和藍(lán)光提供不同的脈沖寬度。其脈沖寬度的調(diào)制基于光傳感器711的特殊吸收特征，從而使得色彩平衡達(dá)到最優(yōu)化。另一個(gè)實(shí)施方案中，光源106或630中的一種可以用來(lái)干燥已經(jīng)噴射到媒介130上的流體，或者，為了這個(gè)目的可以給器件100增加一種附加光源。
一個(gè)實(shí)施方案中，光束111對(duì)組件126的表面126A的掃描方式基本上和前面對(duì)光源106的光束110所描述的方式相同。圖9B說(shuō)明的實(shí)施方案中，光源630的光束111與本發(fā)明一個(gè)形式中的光束110不同，光束111的光束足跡204A-204C比用于照明掃描陣列202的光源106光束110的光束足跡短，不能讓四種流體噴射陣列200和掃描陣列202同時(shí)得到照明，如同本發(fā)明的一個(gè)形式中光束110的照明那樣。
圖10是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案組件126的簡(jiǎn)化截面圖，是從圖2斷面線(xiàn)10-10處看出的透視圖。光源106的光束110被導(dǎo)向到組件126的表面126A上。一個(gè)實(shí)施方案中，如圖9A所顯示和描述的，光束110從表面126A的一端到其對(duì)面一端的掃描方向是與陣列200和202平行的。一個(gè)實(shí)施方案中，光束110的傳播為通過(guò)組件126的襯底310，穿過(guò)掃描陣列202的透明窗402，并撞擊到陣列200A-200D的光傳感器710上。
透明窗402位于光傳感器組400A與400B之間，可以讓光源106的光束110穿過(guò)透明窗來(lái)照明媒介130的一部分。射到媒介130上的光被反射到光傳感器711上，該光傳感器捕獲圖象數(shù)據(jù)，用以產(chǎn)生媒介130的數(shù)字表示。一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202內(nèi)的光傳感器711在光源106(或630)每次掃描過(guò)程中捕獲圖象數(shù)據(jù)。在光傳感器711上形成的金屬層404有助于避免光傳感器711直接受到光源106(或630)的反向照射。一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202是一種一對(duì)一的圖象放大器件，用類(lèi)似于傳統(tǒng)飛點(diǎn)掃描器的方式進(jìn)行掃描。
一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202被配置為黑白圖象掃描。另一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202被配置為彩色掃描。還有一個(gè)實(shí)施方案中，掃描陣列202被配置為彩色和黑白兩種掃描。
組件126內(nèi)的掃描器還能夠覺(jué)察到將接收?qǐng)D象媒介的前沿和兩個(gè)邊緣。根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何，利用邊緣數(shù)據(jù)可以決定媒介的方位和寬度。該實(shí)施方案中，為了能察覺(jué)媒介的兩個(gè)邊緣，組件126的寬度要比媒介的稍寬些。一但發(fā)現(xiàn)前沿和輸入歪斜，光柵文件即被數(shù)字化標(biāo)度，轉(zhuǎn)換和定向，以便能完整地進(jìn)行邊到邊和頂?shù)降椎拇蛴?。一旦知道媒介的物理尺寸，借助圖象的擴(kuò)大或縮小可以完成邊到邊的打印，以得到最理想的邊緣空白管理?xiàng)l件。一個(gè)實(shí)施方案中，媒介傳送的機(jī)械裝置能提供在媒介四周邊緣的附加打印區(qū)，以便能完整地進(jìn)行邊到邊和頂?shù)降椎拇蛴　?br> 如圖10所示，光束110除了穿行透明窗402之外，也穿過(guò)襯底310將流體噴射陣列200的光傳感器710照明。被照明的光傳感器710依據(jù)感知的光產(chǎn)生信號(hào)，在一個(gè)實(shí)施方案中，該信號(hào)由電極933攜載，并通過(guò)電阻器材料926送出相應(yīng)的電流。通過(guò)電阻器材料926的電流使噴嘴膛910里的流體加熱并形成蒸汽泡。然后蒸汽泡通過(guò)孔板904將流體以小滴的形式噴射到媒介130上。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已經(jīng)熟知光傳感器，例如光傳感器710和711，的運(yùn)作理論，而且許多半導(dǎo)體物理的技術(shù)書(shū)籍也描述了其基本運(yùn)作。幾個(gè)例子如下Charles Kittel，固體物理導(dǎo)論，笫七版，1996，John Willy & Sons公司出版；Michael Shur，半導(dǎo)體器件物理，1990，Prentice-Hall公司出版；Donald A.Neamen，半導(dǎo)體物理和器件，第二版，1997，McGraw-Hill公司出版。
圖11是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案器件100主要零部件的電子學(xué)框圖。器件100包括存儲(chǔ)器602，流體噴射陣列如打印陣列200，掃描陣列202，圖象處理器610，多路復(fù)用器(MUX)606，控制器612，光源驅(qū)動(dòng)器614，處理器616，調(diào)制器108，光源106，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器618，傳送馬達(dá)620，鏡馬達(dá)622，多邊形鏡112，輥140，編碼器621，623，624和626，只該存儲(chǔ)器(ROM)628以及掃描器光源630。器件100還包括一種控制系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)鐘，為簡(jiǎn)化器件100的示圖，圖中未予顯示。一個(gè)實(shí)施方案中，控制器612是一種專(zhuān)用集成電路(ASIC)，用來(lái)執(zhí)行器件100大多數(shù)計(jì)算方面的強(qiáng)化任務(wù)，包括器件和存儲(chǔ)器的控制運(yùn)作。一個(gè)實(shí)施方案中，圖象處理器610，也是一種ASIC。ROM 628為控制器612和處理器616以及器件100內(nèi)其它零部件的引導(dǎo)和初始化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。ROM 628還為圖象處理器610存儲(chǔ)彩色映象和查尋表，為馬達(dá)620和622存儲(chǔ)馬達(dá)的特征。
在常規(guī)流體噴射作業(yè)中，例如在打印作業(yè)過(guò)程中，圖象數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、照相數(shù)據(jù)或其它格式的數(shù)據(jù)從主機(jī)和/或I/O器件輸出到控制器612，并被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器602中?？刂破?12將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為“點(diǎn)陣數(shù)據(jù)”。點(diǎn)陣數(shù)據(jù)在這里指的是和要打印點(diǎn)陣圖案相應(yīng)的一種數(shù)據(jù)格式，這種圖案和輸入數(shù)據(jù)要求打印到媒介上的符號(hào)標(biāo)記相對(duì)應(yīng)。給定激活元件700的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的一個(gè)位，處于第一邏輯態(tài)時(shí)，指示激活元件700啟動(dòng)流體；處于第二邏輯態(tài)時(shí)，指示激活元件700不要啟動(dòng)流體。點(diǎn)陣數(shù)據(jù)確定了輸出點(diǎn)陣的行數(shù)。
控制器612向調(diào)制器108和光源驅(qū)動(dòng)器614輸出控制信號(hào)，根據(jù)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)來(lái)控制光源106的運(yùn)作，從而選擇性地激活不同的噴射元件702噴射流體小滴。一個(gè)實(shí)施方案中，調(diào)制器108的作用象一種電子快門(mén)，當(dāng)光源106的光束對(duì)組件126進(jìn)行掃描，選擇性地照明組件126內(nèi)所希望的光傳感器710的時(shí)候，調(diào)制器108使光源106發(fā)出脈沖。按照一種將流體噴射陣列200內(nèi)的噴射元件702激活的方法，初始時(shí)噴射元件702為關(guān)閉狀態(tài)。隨著光源106的光束對(duì)組件126進(jìn)行掃描，選擇性地照明組件126內(nèi)所希望的光傳感器710，光源106發(fā)出脈沖。一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)光傳感器710的照明使得與之耦合的噴射元件702被驅(qū)動(dòng)。該噴射元件702引起流體小滴啟動(dòng)。然后噴射元件702被關(guān)閉。此后，該循環(huán)重復(fù)進(jìn)行直到打印作業(yè)完成為止。
在制造PWA的過(guò)程中，一些TIJ電阻器層在整個(gè)陣列上的分布可能是不均勻的。假如某個(gè)TIJ電阻器層的尺寸不合適，啟動(dòng)時(shí)其加熱的程度就達(dá)不到它應(yīng)該達(dá)到的程度，從而造成一種“弱噴嘴”。激活元件700的特征還可能會(huì)有其他的變化，包括接通能量，運(yùn)作電壓，電流，噴射方向性，阻抗以及其它的變化。
一個(gè)實(shí)施方案中，在制造和再填充過(guò)程中，對(duì)組件126里每個(gè)激活元件700要進(jìn)行多方面的試驗(yàn)，把代表每個(gè)激活元件700特征的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在陣列組件的敏感部分，然后加載到ROM 628中。在器件100的啟動(dòng)過(guò)程中，控制器612從ROM 628中讀出該特征數(shù)據(jù)，然后根據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)調(diào)制光源106。例如，對(duì)于被認(rèn)為是“弱噴嘴”的激活元件700，控制器612將對(duì)這些激活元件700增加光源106的幅度和寬度，從而給這些激活元件700增加了通過(guò)噴射元件702的電流，以及/或者使更大量的流體噴射出來(lái)。這樣，一個(gè)實(shí)施方案中，除了把光源106脈沖化，選擇性地激活噴射元件702之外，光源106光束110的強(qiáng)度和脈沖寬度還依據(jù)元件700的激活情況隨不同的激活元件700而變化。這種幅度調(diào)制改變著發(fā)送到單個(gè)噴射元件702的能量，提供了一種控制小滴體積以及半色調(diào)改善形貌的手段。
可以對(duì)驅(qū)動(dòng)功能以及電子快門(mén)脈沖寬度的調(diào)制進(jìn)行修改來(lái)對(duì)掃描光束110的幅度、脈沖寬度和形狀進(jìn)行調(diào)整。對(duì)光束110的這種調(diào)整有助于給噴射元件702輸送出合適的接通能量(TOE)，有助于器件100多功能性的增加以及總效率的提高。本發(fā)明的一個(gè)形式中，光源106脈沖化的時(shí)間也是基于儲(chǔ)存的特征數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)的，目的是控制3微米寬的光束110撞擊在每個(gè)39微米寬的光位710上的位置。
一個(gè)實(shí)施方案中，四種流體噴射陣列200是電多路復(fù)用的，在任何給定的時(shí)刻陣列200中的一種都能接通。一個(gè)實(shí)施方案中，光源106每次掃描完成之后，控制器612便發(fā)出一種控制信號(hào)給多路復(fù)用器606，多路復(fù)用器606立即使當(dāng)前選通的這個(gè)陣列200關(guān)閉，并選通下一個(gè)合適的陣列200。一個(gè)實(shí)施方案中，陣列200和202中的虛擬象素206能夠指出光束110在什么時(shí)候完成了一次掃描，因而依據(jù)對(duì)陣列200和202中虛擬象素206的監(jiān)控，控制器612可以決定向多路復(fù)用器606發(fā)送控制信號(hào)的恰當(dāng)次數(shù)。
為進(jìn)行圖象掃描運(yùn)作，在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器612向多路復(fù)用器606發(fā)送一種使打印陣列200關(guān)閉、掃描陣列202選通的控制信號(hào)。
為執(zhí)行多路復(fù)用，按照一個(gè)實(shí)施方案，每個(gè)陣列200的總地線(xiàn)708(示于圖5)連接到一種3-位模擬多路復(fù)用器606，除了陣列200中一個(gè)所要求的陣列之外，多路復(fù)用器606把其余所有陣列200的總地線(xiàn)708設(shè)置為開(kāi)路。對(duì)于被多路復(fù)用器606設(shè)置為開(kāi)路的陣列200，沒(méi)有能量傳遞給這些陣列200的噴射元件702。啟動(dòng)能量只傳遞給那個(gè)未被設(shè)置為開(kāi)路的陣列200的噴射元件702，當(dāng)這個(gè)陣列200內(nèi)的激活元件700被光源106照明時(shí)，啟動(dòng)能量進(jìn)行傳遞。并且當(dāng)掃描功能執(zhí)行后，還用這同一個(gè)多路復(fù)用器606使所有的陣列200退活化。
掃描過(guò)程中，光源630由處理器616控制。掃描陣列202中的光傳感器711向圖象處理器610輸出行圖象數(shù)據(jù)。一個(gè)實(shí)施方案中，圖象處理器610執(zhí)行信號(hào)補(bǔ)償運(yùn)作、圖象增強(qiáng)運(yùn)作、彩色平衡運(yùn)作以及其它根據(jù)行圖象數(shù)據(jù)的圖象處理運(yùn)作，以生成表征被掃描媒介的數(shù)字圖象數(shù)據(jù)。該數(shù)字圖象數(shù)據(jù)提供給控制器612。
除了在掃描過(guò)程中對(duì)光源106進(jìn)行控制外，處理器616還在器件100內(nèi)完成各種不同的高水平運(yùn)作，包括對(duì)特征位以及其它狀態(tài)信息的監(jiān)控，以協(xié)助控制器612對(duì)器件100的控制?？刂破?12和處理器616對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器618進(jìn)行控制，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器618向傳送馬達(dá)620和鏡馬達(dá)622提供馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。傳送馬達(dá)620啟動(dòng)輥120，124，140和142以及星輪128，使媒介通過(guò)器件100向前運(yùn)動(dòng)。為簡(jiǎn)化圖解，在圖11中只顯示了一個(gè)單獨(dú)的輥140。鏡馬達(dá)622和多邊形鏡112耦合，使鏡112以基本固定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
器件100內(nèi)運(yùn)動(dòng)的各種恰當(dāng)速度，例如媒介通過(guò)器件100的傳送速度，取決于多邊形鏡112轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。多邊形鏡112角速度的變化和誤差將造成媒介上點(diǎn)陣布局的誤差。一個(gè)實(shí)施方案中，器件100利用不同形式的反饋和閉環(huán)控制以獲得最佳的打印質(zhì)量。一個(gè)實(shí)施方案中，控制器612利用掃描光束110以及組件126任一端的、或其兩端的虛擬象素206來(lái)觸發(fā)時(shí)間和同步控制信號(hào)以提高打印質(zhì)量。
因?yàn)殛嚵?00和202中的光傳感器710和711被掃描光束110照明時(shí)提供一種信號(hào)，所以可以利用有關(guān)該掃描光束110所在處的位置信息?？刂破?12以閉環(huán)方式利用該位置信息來(lái)控制多邊形鏡112的角速度以及光源106的調(diào)制時(shí)間，其方法類(lèi)似于傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)中應(yīng)用編碼器條安排筆的啟動(dòng)時(shí)間和控制掃描軸的方法?？刂破?12利用位置信息使調(diào)制的時(shí)間與掃描光束110的位置同步，從而發(fā)出一串空間位置準(zhǔn)確的脈沖去觸發(fā)光源106使之脈沖化。
一個(gè)實(shí)施方案中，專(zhuān)用光傳感器(例如，虛擬象素206)用來(lái)為同步和時(shí)間提供位置信息。另一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，用于觸發(fā)噴射元件702和/或用于圖象掃描目的的光傳感器710/711也被用來(lái)鑒別掃描光束110的位置。如果要求更準(zhǔn)確的位置信息，可以制造光傳感器710/711的多個(gè)陣列，制造時(shí)人為造成位置錯(cuò)配，產(chǎn)生一種基本上是固態(tài)的編碼器，類(lèi)似于傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)的編碼器傳感器使用的轉(zhuǎn)象差板。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，為了進(jìn)一步提高同步和時(shí)間的準(zhǔn)確性，編碼器621，623，626以及624的輸出信號(hào)被用來(lái)分別決定下列零部件的位置信息和/或速度信息馬達(dá)620和622，多邊形鏡112，一個(gè)和多個(gè)輥120，124，140和142以及星輪128。一個(gè)實(shí)施方案中，編碼器621和624給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器618輸出同步信號(hào)，使打印紙驅(qū)動(dòng)軸的換行更精確，編碼器623和626給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器618輸出信號(hào)，分別指出鏡馬達(dá)622和多邊形鏡112的位置和/或速度。
一個(gè)實(shí)施方案中，組件126被配置得可與其它類(lèi)似結(jié)構(gòu)的組件互換，從而當(dāng)組件126的流體用完時(shí)，用戶(hù)可以把組件126退還給授權(quán)單位，并取得另外一個(gè)灌滿(mǎn)流體的組件126。退還的組件126然后被送到一個(gè)授權(quán)的充灌站。其充灌方法與現(xiàn)有電子照相調(diào)色劑盒的克灌方法類(lèi)似，而且每次充灌后可以對(duì)將使用的組件126進(jìn)行試驗(yàn)和校準(zhǔn)，以保證它能正確運(yùn)作，并有助于避免由于多次充灌可能發(fā)生的性能退化。
和現(xiàn)有的PWA打印頭組件相比，本發(fā)明的各種實(shí)施方案具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供一種觸發(fā)和驅(qū)動(dòng)PWA打印頭組件中噴墨元件的方法，該方法把傳統(tǒng)的觸發(fā)和驅(qū)動(dòng)PWAs的方法所遭遇的復(fù)雜性和困難降低到最小程度。一個(gè)實(shí)施方案利用了不太復(fù)雜的電子學(xué)，與過(guò)去的PWAs相比打印頭的效率更高、速度更快。本發(fā)明的一個(gè)形式應(yīng)用成本低的噴墨打印技術(shù)(熱或壓電)，提供了比現(xiàn)有的PWA系統(tǒng)更好的總體性能。一個(gè)實(shí)施方案提供一種小型的打印機(jī)，其打印速度比得上現(xiàn)有電子照相打印機(jī)的速度，而且成本較低，功率消耗較小。一個(gè)實(shí)施方案提供一種高速、高檔、具有多個(gè)PWAs的PWA系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)的生產(chǎn)量，每個(gè)PWA都帶有多個(gè)寫(xiě)激光器和鏡。顯而易見(jiàn)，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這里描述的技術(shù)可以應(yīng)用于許多不同的設(shè)備配置，包括低檔的和高檔的彩色(或黑白)打印機(jī)，小型的和非小型的打印機(jī)以及其它設(shè)備。
由于應(yīng)用了光觸發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)形式中PWA的基本體系結(jié)構(gòu)和支持電子學(xué)的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比現(xiàn)有PWAs的低。由于去除了將啟動(dòng)信號(hào)運(yùn)送到噴射元件的相互連接物，因而在PWA中節(jié)省出更多的空間，可以用于其它用途，例如用于對(duì)傳送給噴射元件功率的追蹤。玻璃襯底的應(yīng)用除了使光觸發(fā)和圖象掃描容易之外，還具有許多其它優(yōu)點(diǎn)。通常，玻璃襯底的成本低，比硅片襯底更具有可用性。由于玻璃成本相對(duì)低，所以可以用玻璃襯底形成更厚、更強(qiáng)、成本有效的PWA。玻璃襯底或其它的透明襯底允許利用可見(jiàn)光波長(zhǎng)來(lái)實(shí)施計(jì)量操作。此外，玻璃制造工業(yè)基礎(chǔ)好，能夠以成本有效的方式生產(chǎn)出高質(zhì)量的光學(xué)級(jí)玻璃，而且尺寸和表面粗糙度嚴(yán)格在規(guī)定的公差之內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)形式中，生產(chǎn)頁(yè)面寬度掃描陣列202的方法和流體噴射陣列200的生產(chǎn)方法相同，因此形成一種單塊的輸入/輸出陣列。一個(gè)實(shí)施方案中，由于利用的照明源已經(jīng)是流體噴射系統(tǒng)的一部分，所以增加的掃描器功能實(shí)現(xiàn)起來(lái)基本上不需成本。在單個(gè)的PWA組件內(nèi)，流體噴射和掃描功能的結(jié)合有助于生產(chǎn)出功能很強(qiáng)的產(chǎn)品，包括集打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)和掃描器功能于一體的多功能產(chǎn)品(MFPs)。
由于一個(gè)實(shí)施方案的掃描陣列202提供一對(duì)一的放大倍率，傳感器基可以做得比傳統(tǒng)的CCD(電荷-耦合器件)傳感器大很多，其集成面積可以大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。集成面積越大，集成時(shí)間就越快，信噪比也越好，從而動(dòng)態(tài)范圍和掃描質(zhì)量也越好。例如通常的CCD傳感器基的尺寸近似為10微米×10微米，而借助掃描陣列202一比一放大倍率，對(duì)于300 DPI的分辨率，傳感器基的尺寸能夠大到70微米×70微米，其集成面積幾乎是前者的49倍。
此外，目前可利用的、成本極低、頁(yè)面寬度掃描器的光源在一個(gè)時(shí)刻照明的是整個(gè)頁(yè)面，而本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案利用的掃描光源與此相反，它能夠把更多的光集中在每個(gè)單獨(dú)的光傳感器711上，比利用現(xiàn)有這種頁(yè)面寬度掃描器可能更經(jīng)濟(jì)。為達(dá)到所希望的掃描速度，現(xiàn)有低成本頁(yè)面寬度的掃描器要利用相當(dāng)高的勒克司水平來(lái)照明整個(gè)頁(yè)面。而本發(fā)明一個(gè)形式利用更高的集中掃描光源，可以達(dá)到更快的掃描速度。
為了描述優(yōu)選的實(shí)施方案，這里對(duì)一些具體的實(shí)施方案給予了圖示和描述，但是那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)同，各種各樣其它的和/或相當(dāng)?shù)姆桨?，只要不偏離本發(fā)明的范圍，都可以替代這里所顯示的和所描述的具體實(shí)施方案。那些在化學(xué)、機(jī)械、電機(jī)、電子和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員將樂(lè)意認(rèn)同，本發(fā)明能夠以各種各樣的實(shí)施方案執(zhí)行。這項(xiàng)申請(qǐng)有意向涵蓋對(duì)這里討論的優(yōu)選實(shí)施方案所進(jìn)行的任何修改或改變。所以，本發(fā)明僅由該權(quán)利要求和與其相當(dāng)?shù)囊笏薅?，這意向是顯見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種流體噴射和掃描組件(126)，所述組件包括小滴噴射元件(702)，該元件在被激活時(shí)能使流體從相關(guān)的噴嘴膛(910)中噴射；第一光傳感器(710)，該光傳感器與噴射元件耦合，其被配置成能在第一光傳感器被光源(106)照明時(shí)使噴射元件激活；和第二光傳感器(711)，該光傳感器根據(jù)從媒介(130)反射的光捕獲圖象數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1的流體噴射和掃描組件，其進(jìn)一步包括多個(gè)小滴噴射元件(702)，該元件在被激活時(shí)能使流體從相關(guān)的噴嘴膛(910)中噴射；第一多個(gè)光傳感器(710)，該光傳感器與相關(guān)的噴射元件耦合，其被配置成能在第一多個(gè)光傳感器被光源照明時(shí)使噴射元件激活；和第二多個(gè)光傳感器(711)，該光傳感器根據(jù)從媒介反射的光捕獲圖象數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求2的流體噴射和掃描組件，其中第二多個(gè)光傳感器分成具有不同空間頻率的兩個(gè)光傳感器組(400A和400B)。
4.權(quán)利要求2的流體噴射和掃描組件，進(jìn)一步包括保護(hù)蓋(306)以覆蓋第二多個(gè)光傳感器。
5.權(quán)利要求1的流體噴射和掃描組件，其中該組件是一種頁(yè)面寬度陣列打印頭和掃描組件。
6.一種打印頭和掃描器組件(126)，所述組件(126)包括有第一面(126B)的襯底(310)；在襯底上形成的噴射元件(702)陣列，該陣列使流體從襯底第一面噴射；和在襯底上形成的光傳感器(711)陣列，該陣列捕獲從媒介(130)反射到襯底第一面上的光。
7.權(quán)利要求6的打印頭和掃描器組件，進(jìn)一步包括在襯底上形成的光傳感器(710)的第二陣列，該陣列使噴射元件激活并捕獲襯底第二面(126A)上的光，該第二面與第一面相對(duì)。
8.一種啟動(dòng)打印頭組件(126)流體的方法，以及用該打印頭組件掃描媒介(130)的方法，打印頭組件包括一種激活元件(700)，該激活元件能使流體從相關(guān)的噴嘴膛(910)中噴射，該方法包括當(dāng)與噴射元件(700)耦合的第一多個(gè)光傳感器(710)被光源(106)照明時(shí)，產(chǎn)生一種激活信號(hào)；根據(jù)該激活信號(hào)使激活元件激活，從而被激活的激活元件使流體噴射；和根據(jù)從媒介反射的光，利用第二光傳感器(711)捕獲圖象數(shù)據(jù)。
9.權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括鎖存(807)該激活信號(hào)；放大(706)被鎖存的激活信號(hào)；和根據(jù)被放大的激活信號(hào)使激活元件激活。
10.權(quán)利要求8的方法，其中打印頭組件是一種頁(yè)面寬度陣列打印頭組件。
全文摘要
一種流體噴射和掃描組件(126)包括一種小滴噴射元件(702)，該元件在被激活時(shí)使流體從相關(guān)的噴嘴膛(910)中噴射；一種與該噴射元件耦合的第一光傳感器(710)，當(dāng)該光傳感器被光源(106)照明時(shí)，其配置能夠激活噴射元件。一種第二光傳感器(711)根據(jù)從媒介(130)反射的光捕獲圖象數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04N1/034GK1467088SQ03110220
公開(kāi)日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者M·M·薩米, M M 薩米 申請(qǐng)人:惠普公司