(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ焼結の間に、レーザ光源の照射により材料の粒子を融解させ、三次元像を形成するために、目標物にエネルギを供給する前記レーザ光源を使用するレーザ焼結装置であって、
複数のレーザ光源を備えるレーザ光源装置であって、前記複数のレーザ光源が、これらレーザ光源のレーザビームが目標物の表面と移動方向に沿う異なる目標点において交差するように配置されたレーザ光源装置と、
前記目標物及び前記レーザ光源を前記移動方向において互いに移動させる移送機構と、
前記レーザ光源及び／又は前記移送機構を、像データに基づいて、目標点のエネルギレベルが前記移動方向に沿う少なくとも２つの異なるレーザ光源の照射により段階的に増加されるように制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は前記レーザ光源を、前記レーザ光源が、これらレーザ光源の最大出力パワーの一部である既定のパワー動作点で動作されるように制御する、
レーザ焼結装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記レーザ光源の制御が前記目標物の移動に同期されるようにする請求項１に記載のレーザ焼結装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記レーザ光源の部分集合のみが前記像データに基づいて個別に制御されるようにする請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項４】
前記移送機構は、前記目標物及び前記レーザ光源を互いに、各レーザ光源が同一の目標点を１回だけ照射するように移動させる請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項５】
前記レーザ光源装置はレーザ光源の部分集合を有し、前記部分集合は、これら部分集合のレーザビームが前記移動方向に直交する方向において目標点を照射するように配置される請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記レーザ光源の少なくとも１つの部分集合が単一の主体として制御されるようにする請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記レーザ光源のうちの少なくとも第１レーザ光源が前記目標物を連続的に照射する一方、少なくとも第２レーザ光源が前記像データに基づいて個別に制御されるようにする請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項８】
前記複数のレーザ光源が、複数のサブレーザ光源をそれぞれ有し、
少なくとも１つの目標点において、前記複数のサブレーザ光源のレーザビームが光学的に重ね合わされる請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項９】
前記レーザ光源のうちの少なくとも１つが、ＶＣＳＥＬを有する請求項１又は請求項２に記載のレーザ焼結装置。
【請求項１０】
レーザ焼結の間に、レーザ光源の照射により材料の粒子を融解させ、三次元像を形成するために、目標物にエネルギを供給する前記レーザ光源を使用するレーザ焼結装置を制御する方法であって、
前記目標物及び前記レーザ光源が、相対的に、これらレーザ光源のレーザビームが前記目標物の表面と移動方向に沿う異なる目標点で交差するように移動されるようにするステップと、
前記目標物が、像データに基づいて、目標点のエネルギレベルが前記移動方向に沿う少なくとも２つの異なるレーザ光源の照射により段階的に増加されるように照射されるようにするステップと、
を有し、
前記レーザ光源は、前記レーザ光源が、これらレーザ光源の最大出力パワーの一部である既定のパワー動作点で動作されるように制御される、
レーザ焼結装置を制御する方法。
【請求項１１】
前記レーザ光源のうちの少なくとも第１レーザ光源が前記目標物を連続的に照射する一方、少なくとも第２レーザ光源が前記像データに基づいて個別に制御される請求項１０に記載のレーザ焼結装置を制御する方法。
【請求項１２】
熱負荷が、個別に制御可能なレーザ光源の部分集合間で所定の負荷分散規則に従って分散される請求項１０又は請求項１１に記載のレーザ焼結装置を制御する方法。
【請求項１３】
故障したレーザ光源の不足する出力パワーが他のレーザ光源により補償され、該他のレーザ光源は同一の目標点を所定の補償規則に従って増加された出力パワーで照射する請求項１０又は請求項１１に記載のレーザ焼結装置を制御する方法。
【請求項１４】
個別に制御可能なレーザ光源の光出力パワーレベル及び／又はパルス幅が、所定の像品質規則に従って個別に制御される請求項１０又は請求項１１に記載のレーザ焼結装置を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像を形成するために目標物にエネルギを供給するレーザ光源を使用するレーザ型（レーザに基づく）印刷装置であって、複数のレーザ光源を有するレーザ光源装置と、移送機構と、これらレーザ光源装置及び移送機構に接続された制御装置とを有する印刷装置に関する。本発明は、レーザ型印刷装置を制御する方法にも関する。これによれば、"印刷"なる用語は、この発明の文脈では、結果としての像が二次元であるか三次元であるかによらず、像を生成するために使用される。種々の間接的及び直接的印刷技術が存在する。間接的技術の一例は、荷電された目標物、例えば回転する感光ドラム又はベルトを像データに基づいてレーザビームにより照射し、これにより、その電気特性を変化させるものである。上記目標物の荷電された領域は、次いで、例えばインク粒子を静電的に捕捉し、次に、これらインク粒子は、例えば用紙等の最終的印刷媒体に印刷される。直接的印刷技術の一例は、実際に最終的印刷媒体でもある目標物の照射（即ち、加熱）である。この技術は熱活性化インクを加熱するために使用することができるか、又はレーザ焼結の間においてレーザ光源が、粉末化された物質の小さな粒子を三次元像へと直接融解させる。
【背景技術】
【０００２】
レーザ印刷は、パッケージ上への印刷、オフセット版書込及び三次元構造体のレーザ焼結を含む多くの応用分野において益々興味あるものとなっている。
【０００３】
レーザが目標物を照射し、電気的特性を変化させ又は単に該目標物を加熱するレーザ印刷に関する文献が存在する。例えば、米国特許出願公開第２００４／００４６８６０号公報は、複数の個別に制御可能なレーザ光源を有する印刷インク担体にエネルギを入力する装置及び対応する方法を開示している。
【０００４】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ等の小型レーザ光源の容易な制御可能性及び費用効果性が、これらアレイを印刷装置で使用するための理想的な候補にさせている。残念ながら、これら光源のパワー密度は相対的に低い。他方、印刷過程において目標物（例えば、用紙、物品）を高速で移動させるために、レーザ照射のための期間は非常に限られている。従って、殆どの場合、比較的に高いレーザパワー密度が必要とされる。
【０００５】
一つの可能性のある解決策は、幾つかのレーザ光源のビームを当該目標物の１つの点で重ね合わせる（重畳させる）ことである。しかしながら、この解決策は、レーザ光源の特別な光学配置及び／又は追加のレンズの使用を必要とする。幾何学的制約は重畳することができるレーザビームの数を制限し、立体角及びエタンデューの点で一般的な制限が存在する。更なる問題点は、側面から到来するレーザビームが非垂直な入射角を有し、従って異なるように吸収され得ると共に歪んだ照明パターンを示し得ることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、像を形成する装置及び方法であって、複雑な光学装置の必要性なしに、経済的且つ直截な方法で目標物に十分なエネルギを供給することを可能にするような装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、請求項１に記載の印刷装置及び請求項１１に記載の方法により達成される。
【０００８】
本発明による印刷装置は、複数のレーザ光源を備えるレーザ光源装置を有し、上記複数のレーザ光源は、これらレーザ光源のレーザビームが目標物の表面と移動方向に沿う異なる目標点で交差するように配置される。該印刷装置は、更に、上記目標物とレーザ光源とを照射に適した位置にするために、これら目標物及びレーザ光源を互いに移動方向に移動させる移送機構を有する。本発明の文脈において、"目標物"なる用語は、目標像を直接的に又は間接的に印刷するために上記レーザ光源により照射される物体に対して使用される。間接的とは、照射された後の上記目標物が完全な像の部分の表現のみを含み、斯かる表現が次いで更なる処理ステップを介して目標物像へと変換されねばならないことを意味する。本発明の文脈において、"目標点"とは、印刷過程の間において当該目標物のうちの上記レーザ光源により照射される点に対して使用される。各目標点は、目標像の像点に対応する。本発明の文脈において、"照射"とはレーザ光源により電磁放射として放射される光パワーを意味するものと理解されるべきである。
【０００９】
如何なる種類の目標物が扱われるかに依存して、当該目標物のみを移動させる一方、レーザ光源は静止状態にするか、若しくはその逆にするか、又は目標物及びレーザ光源の両方を移動させることが有利であり得る。好ましくは、上記レーザ光源及び目標物の両方の如何なる種類の運動（即ち、位置及び／又は向きの変化）も考えられ得る。例えば、ライン若しくは曲線に沿う運動又は回転も考えることができ、これにより、移動方向を定める。
【００１０】
前記移送機構及びレーザ光源を有するレーザ光源装置は、制御装置に接続される。該制御装置は、前記レーザ光源装置のレーザ光源及び／又は前記移送機構を、像データに基づいて、目標点のエネルギレベルが前記移動方向に沿う少なくとも２つの異なるレーザ光源の照射により目標像を印刷するために要する所望の量まで段階的に（ステップ状に）増加されるように制御するように実現される。この目的のために、該制御装置は前記レーザ光源の出力パワーを制御するためのパワー制御モジュールを有することができる。
【００１１】
従って、このような印刷装置を制御する方法において、前記目標物及びレーザ光源は、相対的に、これらレーザ光源のレーザビームが前記目標物の表面と移動方向に沿う異なる目標点で交差するように移動され、且つ、前記目標物は、像データに基づいて、目標点のエネルギレベルが前記移動方向に沿う少なくとも２つの異なるレーザ光源の照射により段階的に増加されるように照射される。目標点のエネルギレベルを所望の量（以下、"最終エネルギレベル"と称する）まで増加させることにより、当該目標物の更なる印刷処理のために必要な物理的反応が引き起こされる。該最終エネルギレベルは、当該目標物のテクスチャ、及び例えば電気的特性を変化させる又は単に加熱する等の適用される印刷技術に依存する。
【００１２】
目標点のエネルギレベルを上昇させるために、前記制御装置は前記移送機構及び／又はレーザ光源を、前記目標物及び／又はレーザ光源が適切な位置に移動され、且つ、レーザ光源が目標点を、当該目標物の冷却及び熱拡散が該目標点のエネルギレベルを大幅に低下させる前に再度照射するように制御する。これによれば、上記制御装置は、照射強度を、目標物及び／又はレーザ光源の動き、目標物のテクスチャ並びに適用される印刷技術に従って、目標点が十分に照射されるように調整する。好ましくは、低熱伝導度の目標物（例えば、紙、プラスチック等）を使用することができる。各目標点は複数回照射されるので、単一のレーザ光源は目標点を必ずしも閾値エネルギ以上で照射する必要はない。従って、当該印刷装置は有利にも高速又はハイスピード生成処理において使用することができる。同様の理由により、余り強力でない、従って一層費用効果的なレーザ光源を適用することができ、複数照射によりパワー制限を克服する。レーザの複雑な光学的配置及び／又は追加のレンズの使用は必要とされないので、本発明は柔軟且つ簡素なシステム設計を可能にし得る。また、本発明は、幾何学的制限又は不釣り合いな複雑さ及び費用が複雑な光学装置及び／又は追加のレンズの配備を妨げるような印刷応用分野に対しても有利に適用することができる。更に、上記目標点におけるエネルギレベルは、光学的重ね合わせの限界を超えてさえ、増加させることができる。これは、有利には、印刷のためにレーザビームの高パワー密度が必要とされ、当該目標物がやや低い熱伝導度を特徴とするような応用分野に対して用いることができる。
【００１３】
従属請求項及び後の記載は、本発明の特に有利な実施例及びフィーチャを開示する。種々の実施例のフィーチャは、適宜、更なる実施例を形成するように組み合わせることができる。
【００１４】
当該印刷装置の好ましい実施例において、前記制御装置は、レーザ光源の制御が目標物の移動に同期されるように実現される。従って、該制御装置は、レーザ光源に従う目標物の位置データを必要とする。該制御装置は、上記位置データを基本的には前記移送機構によりなされる動きから導出することができる。これによれば、目標物及び／又はレーザ光源の速度及び移動方向が考慮される。位置データは、レーザ光源に従う目標物の位置を測定する追加の位置センサにより得ることもできる。斯かるセンサは、レーザ光源の一部とすることができる。このように、前記制御装置による移送機構の制御は陳腐なものとなり得る。何故なら、レーザ光源及び／又は目標物は、連続して且つ像データとは無関係に移動させることができるからである。この場合、印刷は、像データ及び上記位置センサから得られる位置データに基づいて実施することができる。
【００１５】
有利な実施例において、当該印刷装置の制御装置は、前記レーザ光源の部分集合（小グルーブ）のみが像データに基づいて個別に制御されるように、即ち前記レーザ光源の一部を別個にアドレス指定することができるように実現することができる。このフィーチャの有利な使用例において、上記制御装置はレーザ光源を、よりエネルギ効率的に動作させるために、前記目標物の必要とされる領域のみが、照射されるように制御することができる。
【００１６】
印刷処理のために、上記制御装置は像データを適切なインターフェースを介して入力する。該像データは、上記制御装置に既に適したフォーマットのもの、又は種々の標準像フォーマット（例えば、ＣＡＤファイル、アドビ・ポストスクリプト、ＨＰプリンタコマンド言語）のうちの１つのものの何れかであり、該制御装置は、これらを、印刷に先立ち適切な内部データフォーマットに変換する。
【００１７】
当該印刷装置は、前記移送機構が前記目標物及び／又はレーザ光源を、同一の目標点が同一のレーザ光源により何回か照射されるように、移動させるように設計することができる。しかしながら、当該印刷装置の更なる発展例では、上記移送機構は目標物及びレーザ光源を互いに、各レーザ光源が同一の目標点を１回のみ照射するように、移動させる。このようにして、該移送機構により殆ど又は全く後方への移動を行う必要がなくなる。従って、このフィーチャは、高速印刷生成のための有利に使用することができる。
【００１８】
当該印刷装置の好ましい実施例において、前記制御装置はレーザ光源を、これらレーザ光源が、該レーザ光源の最大出力パワーの一部である既定のパワー動作点で動作するように、制御する。該動作点は、良好な印刷品質のための当該目標物の適切な照射を達成するために、標準の印刷動作の間においてレーザ光源により供給される出力パワーの量である。好ましくは、上記制御装置は、該制御装置が像データに基づく所望の値のレーザ光暴露（露光）を、適用される目標物のテクスチャに依存して当該レーザ光源のための適切な動作点に変換するように、実現される。上記レーザ光暴露の値は、適用される目標物のテクスチャに従って調整することができ、例えば印刷装置の製造者により入力することができる。このフィーチャは、当該印刷装置の使用に際して一層の柔軟性を可能にする。
【００１９】
当該印刷装置を制御するための好ましい方法において、故障したレーザ光源の不足した又は喪失した出力パワーは、他の適切に動作する又は完全に機能するレーザ光源を駆動することにより補償され、これらの適切に動作する又は完全に機能するレーザ光源（"対応するレーザ光源"）は印刷過程の間において同一の目標点を、既定の補償規則に従って増加されたパワーレベルで照射する。好ましくは、レーザ光源の前記動作点は最大出力パワーの"(n-1/n)"と定義することができ、ここで"ｎ"は対応するレーザ光源の数である。この場合、故障したレーザ光源は、対応するレーザ光源を最大パワーで駆動することにより補償することができる。
【００２０】
当該印刷装置の他の好ましい実施例において、レーザ光源は、これらレーザ光源のうちの或る１つにより照射される目標物の領域が他のレーザ光源により照射される近隣の領域とインターリーブしないように配置される。使用されるレンズに依存して、レーザダイオードの照射領域は、通常、円形又は楕円形形状を呈する。目標物における斯様な照射領域のインターリーブは、過熱につながり得る。即ち、目標点が、印刷過程において得るべきであるよりも、大幅に多くのエネルギを得ることになる。結果として、当該目標物の歪又は破壊さえも起こりえる。従って、このフィーチャは、印刷された像品質を最適にするために有利に用いることができる。このフィーチャの好ましい実施例において、照射される領域は密に、即ち本質的に照射ギャップを伴わずに配置される。これによれば、レンズ又は光学コリメータ等の光学装置は、レーザビームを、照射領域をインターリーブすること無しで配置されたレーザ光源に一層適した形態で形成するために使用することができる。特に、長方形断面を有するレーザビームを形成することにより、レーザビームを、一群の隣接するレーザビームを有するレーザビーム束の全体の断面がレーザビームの間に殆ど又は全くギャップを示さないように調整することができる。このフィーチャの他の簡略化された実施例においては、移動方向に対して直交方向に照射領域をインターリーブすることのみが回避されるようにする。何故なら、移動方向において照射領域をインターリーブすることは、容認可能であるからである。
【００２１】
当該印刷装置の好ましい実施例において、前記レーザ光源装置はレーザ光源の部分集合を有し、これら部分集合は、これら部分集合のレーザビームが前記移動方向に直交するラインに沿う目標点を照射するように配置される。このことは、レーザ光源及び／又は目標物の各移動により、2以上の新たな目標点を同時に照射することができることを意味する。このフィーチャは、複数の像点を同時に印刷することができるので、印刷処理を高速化する。構築上の理由により、レーザ光源を、例えば、これらレーザ光源が長方形のアレイを形成するように行及び列に配列されたレーザ光源のマトリクス等のモジュールとして構成することが有利であろう。好ましくは、斯かるマトリクスは、レーザ光源の行が移動方向に対して直交し、これに応じて、これらレーザ光源の列が移動方向に平行となるように配向することができる。このようにして、行のレーザ光源は1ラインの目標点のエネルギレベルの段階的上昇の間において単一ステップの照射を担うことができる一方、列のレーザ光源は単一の目標点を段階的に照射することができる。このように、レーザ光源の該システムアーキテクチャ及び制御可能性を簡素化することができ、製造コストが低減される。
【００２２】
完全なレーザ光源装置は、レーザ光源のマトリクスを形成するために、複数の斯様なレーザ光源モジュールを有することができ、これによれば、列は移動の方向に対して平行に配置され、これらレーザ光源モジュールにより形成される行は実質的に移動方向に対して直角に配置される。しかしながら、個々のレーザ光源の配置は、長方形のパターンに限定されるものではない。インターレースするための追加のラインを使用することにより印刷解像度を上昇させるために、六角形状の若しくは他のタイル貼り配置又は代替形状を使用することも望ましいであろう。
【００２３】
当該印刷装置の有利な実施例において、前記制御装置は、前記レーザ光源のうちの少なくとも第１レーザ光源が目標物を連続的に照射する一方、少なくとも第２レーザ光源が像データに基づいて個別に制御されるように実現することができる。このように、目標点は少なくとも１つの第１レーザ光源により"予備加熱"される。即ち、該目標点は、印刷に必要とされる変化が現れる特定のレベル（以下、"エネルギ閾"と称する）より僅かに低いエネルギレベルまで照射される。該エネルギ閾値は、当該目標物のテクスチャ及び適用される印刷技術に依存する。これは、前記制御装置に記憶することができる。次に、少なくとも１つの第２レーザ光源が、上記予備加熱された目標点を、像データに基づいて、上記エネルギ閾値を越えて最終エネルギレベルに向かって照射する。予備加熱により、上記第２レーザ光源からは、より少ない光パワー供給、従って、より少ない照射時間しか必要とされない。このことは、より高速な印刷処理を可能にし得る。
【００２４】
このフィーチャは、当該目標物の固有の特性が線形応答を示さず、従って予備加熱のために使用することができるような応用例に対して有利に用いることもできる。時間的な熱拡散の回避による更なる利点は、前記エネルギ閾値より上での短時間の照射による、像の鮮鋭度の点での良好な像品質であろう。このフィーチャの他の有利な実施例において、前記制御装置は、最終エネルギレベルを達成しながら、少なくとも１つの第２レーザ光源の照射時間が可能な限り短く維持されるようにして実現される。この構成は、目標物及び／又はレーザ光源が移動している間のレーザビームの強度のスミアリング（smearing）を防止することができる。上記予備加熱は、準エネルギ閾の温度となるので、余り厳しくはない。他の実施例において、前記レーザ光源のうちの少なくとも第３レーザ光源は当該目標物を連続的に照射する、即ち事後加熱する。
【００２５】
一般的に、像を印刷するためにレーザ光源を像データに従って個別に制御することが有効である。ここで、当該印刷装置の有利な実施例において、前記制御装置は、レーザ光源の少なくとも１つの部分集合が１つとして、即ち単一の主体として、制御されるように実現される。このことは、該制御装置の単一の制御動作が２以上のレーザ光源に同時に同様の態様で影響を及ぼす（又はこれらレーザ光源を制御する）ことを意味する。結果として、全てのレーザ光源が別個にアドレス指定される必要がなくなり、これは、アドレス処理及びシステムアーキテクチャを簡単にし得る。このフィーチャは、複数の予備加熱レーザ光源を１つとして制御することができるので、目標点の予備加熱（前述を参照）を簡略化することができる。このフィーチャの有利な実施例において、１つとして制御されるレーザ光源は、制御手段に対して物理的に１つとして接続することができ、これによりシステム設計を簡素化する。このフィーチャの他の有利な実施例において、目標点を移動方向に対して直交方向において照射するレーザ光源を、１つとして制御することができる。
【００２６】
当該目標物の熱伝導度が非常に高い、もっと一般的には、１つの目標点において且つ１つの特定の時点において単一のレーザ光源の最大出力パワーよりも高いレーザパワーを有することが望ましい場合が存在し得る。従って、当該印刷装置の強化された実施例においては、追加の手段として、少なくとも１つの連続的に照射するレーザ光源のレーザビームが、少なくとも１つの目標点において少なくとも１つの個別に制御されるレーザ光源のレーザビームとの光学的重畳を行うように作用する。該重畳するレーザ光源は適切な幾何学的配置で取り付けられ、及び／又は追加のレンズが使用される。このフィーチャの有利な実施例において、重畳レーザ光源の少なくとも１つの構成は、予備加熱レーザ光源及び"印刷レーザ光源"、即ち印刷のための最終エネルギレベルまで不足する光パワーを追加する個別に制御可能なレーザ光源を有する。
【００２７】
当該印刷装置の有利な実施例において、前記レーザ光源の少なくとも１つは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を有する。好ましくは、全てのレーザ光源がＶＣＳＥＬを有することができる。制御することが容易であると共に費用効果的である以外に、ＶＣＳＥＬは比較的大きな出力開口を提供する。ＶＣＳＥＬは、出力ビームの比較的小さな発散角及び少ない閾電流を生じ、結果として、電力消費が小さくなると共に大きな固有変調帯域幅を可能にする。しかしながら、ＶＣＳＥＬは、それでも、比較的小さな発光パワーしか有さず、この問題は本発明により対処され解決される。
【００２８】
このような印刷装置を制御するための有利な方法において、熱負荷は、所定の負荷分散規則に従って個別に制御可能なレーザ光源の部分集合間で分散される。例えば、全てのレーザ光源又はレーザ光源モジュールが同じタイプのものであり、且つ、同様の費用で交換可能である場合、熱負荷はレーザ光源の間で均一に分散される。このようにして、レーザ光源の過熱が防止される。上記負荷分散規則は、前記制御装置に記憶することができる。
【００２９】
このような印刷装置を制御するための他の有利は方法において、個別に制御可能なレーザ光源の光出力パワーレベル及び／又はパルス幅は、所定の像品質規則に従って個別に制御される。これによれば、斯かる像品質規則は、印刷された像の品質を最適化する（例えば、スミアリングを防止する）ために、光出力パワー及び／又はパルス幅の値が前記目標物のテクスチャに従って選択されるように定めることができる。
【００３０】
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施例から明となり、斯かる実施例を参照して解説されるであろう。
【００３１】
尚、図面において、同様の符号は全図を通して同様の対象を示す。また、各図における構成物品は必ずしも実寸で描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、光学的重畳のみによる従来技術の解決策の概念図である。
【図２】図２は、本発明による印刷装置の一実施例を概念的に示す。
【図３】図３は、図２に示す印刷装置により発生される強度プロファイルを示す。
【図４】図４は、予備加熱による印刷のためのレーザ光源装置を概念的に示す。
【図５】図５は、図４に示すレーザ光源装置により発生される強度プロファイルを示す。
【図６】図６は、予備加熱による印刷のための他のレーザ光源装置を概念的に示す。
【図７】図７は、図６に示すレーザ光源装置により発生される強度プロファイルを示す。
【図８】図８は、光学的重畳及び予備加熱を用いる他のレーザ光源装置を概念的に示す。
【図９ａ】図９ａは、図８に示されたレーザ光源装置の行により発生される強度プロファイルを示す。
【図９ｂ】図９ｂは、図８に示されたレーザ光源装置の行により発生される他の強度プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
各図における空間的向きを一層良好に理解するために、これら図は右下に小さなデカルト座標を含んでいる。
【００３４】
図１は、光の重畳のみによる従来の解決策の概念図である。３つのレーザ光源３００が、これらレーザ光源のレーザビーム３０５、３０６が目標物１２０の表面１２１における１つの目標点３０２で重畳されるように配置されている。このように、目標点３０２におけるパワー密度は、単一の各レーザビームのパワー密度の約３倍高くすることができる。このことは、ＶＣＳＥＬ等の低パワー密度を持つレーザ光源の欠点を克服する助けとなり得る。しかしながら、この方法は、図１に示されるようなレーザ光源の特定の幾何学的配置及び／又は追加のレンズの使用を必要とし、このことは、一層大幅に複雑な、従って余り費用効果的でないシステムアーキテクチャに関わることになる。更に、図１から、幾何学的制約が、重畳することが可能なレーザビームの数を制限することが明らかとなる。また、立体角及びエタンデューに関する一般的な限界も良く知られている。加えて、横方向から到来するレーザビーム３０５は、垂直でない入射角を有し、従って異なるように吸収され得、歪んだ照明パターンを示し得る。
【００３５】
図２は、本発明による印刷装置１００の一実施例を概念的に示す。図示されているものは、直接的印刷、即ち最終印刷媒体上への印刷である。該印刷装置１００は、レーザ光源装置１１０と、移送機構１３０と、これらレーザ光源装置１１０及び移送機構１３０に電気的に接続された制御装置１４０とを有している。移送機構１３０は目標物１２０を移動方向１２２に、レーザ光源１１１、１１２、１１３による照射のための適切な位置まで移動させる。移送機構１３０の運動機械構造は、運動の精度及び正確さが所望の印刷解像度及び像品質にとり十分なものとなるように実現される。ここでは、目標物１２０は、最終印刷媒体、即ちレーザ光による印刷に適した特別な表面１２１を備える平面用紙でもある。ここでは概念的にのみ示された移送機構１３０は、例えば、転写ローラにより実現することができる。
【００３６】
レーザ光源装置１１０は、ｘ方向に配列された行の形態の複数のレーザ光源を３組有している。これによれば、各行につき１つずつの、３つのレーザ光源は、移動方向１２２に平行なレーザ光源列を形成する。図２には、１つのレーザ光源列１１１、１１２、１１３が明示的に図示されている。図２には明示的に図示されていない当該装置の残りのレーザ光源列も、同じ原理で動作する。ｘ方向における光パワー出力の隙間を防止するために、レーザ光源は密に接近した状態で取り付けることができる。ここでは、当該レーザ光源は、費用効果的で且つ簡単に制御可能な半導体レーザダイオード、即ち垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬとするが、他の種類のレーザ光源も同様に適用することができる。各行のレーザ光源は、独立の配線を備えるサブモジュールとして構成することができ、保守及び修理を簡単にするために各サブモジュールを容易に交換することができるようにする。隣接するレーザ光源行も、例えば印刷回路基板上に、一緒に接近して配置することができ、レーザ光源モジュールを構築する。隣接するレーザ光源行は、１つの同一の半導体チップ上にモノリシックに構築することもできる。
【００３７】
レーザ光源１１１、１１２、１１３により放出されたレーザビーム１１４は、マイクロレンズ１１５により目標物１２０の表面１２１上に収束される。ＶＣＳＥＬ等の典型的な半導体レーザの出力は、その小さな直径のために、開口を離れると殆ど直ぐに、５０度までのどんな角度でも発散する。しかしながら、このような発散ビームは、レンズにより、収束されたビームに変換することができる。例えば、パッケージ上への印刷、オフセット版書込又はレーザ焼結等の印刷用途に依存して、レーザ光源１１１、１１２、１１３は異なる種類の目標表面を照射する。これによれば、各種類の目標表面上では、例えば電気的特性の変化、又はプラスチック、金属、セラミック若しくはガラス等の粉末材料の小さな粒子の溶融等の、異なる物理的効果が生ぜられる。従って、レーザ光源は、十分な解像度での目標物の効果的な照射が保証され得るように、物理的特性に従って目標表面１２１に対して適切な位置で取り付けられる。
【００３８】
制御装置１４０は、像データインターフェース１４１と、像データ変換器１４３と、パワー制御モジュール１４２とを有している。パワー制御モジュール１４２は、前記レーザ光源の電源１６０を制御する。該電源は、レーザ光源に電気エネルギ又は他のタイプのエネルギを供給する。図２では、該電源は１つのモジュールとして示されているが、実際には、個別に制御される各レーザ光源に対して異なる電源が存在し得る。同じパワーを必要とする、連続的に照射するレーザ光源のグルーブは、単一の電源を共用することができる。前記パワー制御モジュールは、ゼロから最大パワーの範囲内でパワーの調整を行うことが有利であろう。しかしながら、当該システムを簡素に維持するために、二進的オン／オフ調整も同様に考えることができる。制御装置１４０は、移送機構１３０を制御して、目標物１２０を移動方向１２２に移動させる。図２は、印刷過程の間の３つの異なる段階における１つの目標点１２３、１２４、１２５を図示している。これによれば、目標点１２３、１２４、１２５は、３つの影響されるレーザ光源１１１、１１２、１１３のレーザビームの焦点を、次から次へと通過する。ここで、目標点１２３、１２４、１２５は、像点でもある。何故なら、図示されているのは、最終印刷媒体上への印刷であるからである。目標点が、影響されるレーザ光源を通過するやいなや、像データ１５０に基づいて、パワー制御モジュール１４２は所定の制御アルゴリズムに従って当該レーザ光源の電源１６０を駆動し、該目標点に光パワーを供給する。レーザ光源列における第１レーザ光源１１１が当該目標点を最初に照射し、第２レーザ光源１１２が該目標点を２番目に照射し、第３レーザ光源１１３が該目標点を最後に照射する。このようにして、該目標点のエネルギレベルは、３つの段階内で、当該像を印刷するのに適した所望のレベルまで増加される。上記制御アルゴリズムは、制御装置１４０に記憶することができる。
【００３９】
当該印刷装置１００の制御装置１４０は、像データインターフェース１４１を介して、例えばＣＡＤファイル、アドビ・ポストスクリプト、テキストのみのデータ又はビットマップ等の１つの又は如何なる数の特別な記述言語若しくはフォーマットで符号化された像データ１５０を得る。像データ変換器１４３は、上記レーザ光源を適切に制御するために、像データ１５０を当該制御装置に適した内部印刷フォーマットに変換する。他の例として、斯かる変換は、印刷処理の前に、何らかの外部バックグラウンドシステムにより実行することもできる。言い換えると、当該制御装置は、像データ変換器１４３を全く使用することなく、既に内部印刷フォーマットの像データを受けることもできる。
【００４０】
図３は、印刷過程の間において、図２に示した印刷装置１００のレーザ光源装置１１０により発生される強度プロファイル２００の一例を示している。該図は、目標表面１２１を像データ１５０に基づいて照射するために、制御装置１４０がレーザ光源をパワー制御モジュール１４２を介して如何にして制御するかを示している。該強度プロファイルは、当該レーザ光源装置１１０の３つの行のレーザ光源１１１、１１２、１１３に関係する、ｘ方向の黒い及び白い領域の３つの帯（bar）を有している。白い領域２０５は、その時点で、当該レーザ光源装置のレーザ光源が目標表面１２１上に如何なる光出力パワーも供給していない場所を示している。黒い領域２０４は、その時点で、当該レーザ光源装置１１０のレーザ光源が目標表面１２１上に全光出力パワーを供給している場所を示している。該強度プロファイル２００からは、この実施例では、レーザ光源装置１１０の全ての行が個別に制御されるレーザ光源１１１、１１２、１１３を有していることが分かる。このように、印刷される像ラインの最終的エネルギは、図示された強度プロファイルに従うレーザ光源１１１、１１２、１１３の３つの全ての行の光出力パワーの合計量により決定される。
【００４１】
図４は、図２による印刷装置の、予備加熱による印刷のための実施例のレーザ光源装置４００を概念的に示し、図５は該レーザ光源装置４００により発生される例示的な強度プロファイル５００を示す。レーザ光源装置４００は、ｘ方向に配列された行４０１、４０３、４０５の形態の複数のレーザ光源の３つの部分集合を有している。各行につき１つずつの、３つのレーザ光源４０２、４０４、４０６は、移動方向１２２に平行なレーザ光源列５０３を形成する。図４には明示的に示されていない残りのレーザ光源列も、同じ原理で動作する。レーザ光源列５０３のレーザ光源４０６は、像データ１５０に従って個別に制御可能である。即ち、該レーザ光源４０６は"印刷レーザ光源"である。第１及び第２レーザ光源４０２及び４０４は、目標物１２０の表面１２１を予備加熱している。予備加熱レーザ光源４０２、４０４の行は、単一の主体として又は別個のラインとして制御される。何故なら、これらレーザ光源は同じ態様で動作するからである。即ち、これらレーザ光源は同時に同じ出力パワーを供給し、かくして、当該制御及びシステムアーキテクチャを簡素化する。印刷過程の間において、目標物はｙ方向１２２に移動され、各目標点４１２、４１４、４１６は３つのレーザ光源４０２、４０４、４０６の各レーザビームの焦点を、次から次へと通過する。図４は、印刷処理の間の３つの異なる段階における１つの目標点４１２、４１４、４１６を示す。これによれば、第１レーザ光源４０２は、目標点４１２、４１４、４１６を予備加熱する第１ステップを担っており、第２レーザ光源４０４は、目標点４１２、４１４、４１６を予備加熱する第２ステップを担っている。最後に、最後のレーザ光源４０６が当該像点を印刷する。即ち、該レーザ光源４０６は目標点４１２、４１４、４１６を前記エネルギ閾値を越えて像データ１５０に基づく最終エネルギレベルまで照射する。このように、最終目標像を決定するのは、印刷レーザ光源４０６の行４０５である。当該予備加熱は、予備加熱の第２ステップを実行するレーザ光源４０４が、目標点４１２、４１４、４１６を、目標表面１２１の冷却及び熱拡散が該目標点４１２、４１４、４１６のエネルギレベルを著しく低下させる前に再び照射するように実行される。
【００４２】
図５に示される強度プロファイル５００は、図３におけるものと同様に表されている。目標物１２０は、ｙ方向に移動される。図３に示された強度プロファイル２００と比較して、図５では、強度プロファイル５００は２つの完全に黒い帯５０２を示しており、これらは、図４におけるレーザ光源装置４００の予備加熱レーザ光源４０２、４０４の２つの行４０１、４０３を表す。このように、印刷される像ラインの最終エネルギレベルは、図示された強度プロファイルによる、予備加熱レーザ光源４０２、４０４の２つの行４０１、４０３及び印刷レーザ光源４０６の行４０５の光出力パワーの合計量により決定される。
【００４３】
図６は図４に示されたレーザ光源装置４００の他の実施例を概念的に示し、図７は該レーザ光源装置６００により発生される例示的な強度プロファイル７００を示す。図４におけるレーザ光源装置４００と比較して、このレーザ光源装置６００は、小さな予備加熱レーザ光源４０２、４０４の２つの行４０１、４０３の代わりに、より大きな面積の予備加熱レーザ光源６０４の１つの行６０１を有している。より大きな面積のレーザ光源は、有利にも、加熱する場合に複数の小さなレーザ光源を置換することができる。予備加熱することは、目標点６１２を照射するというよりは、目標表面１２１の領域６１０のエネルギレベルを大体増加させることである。予備加熱するために大きな面積のレーザ光源６０４を使用することは、当該システムアーキテクチャを簡素化することができ、従って一層費用効果的となり得る。何故なら、各レーザ光源装置６００全体に対して、より少ないレーザ光源しか必要とされないからである。図４に示されたレーザ光源装置４００と同様に、ｙ方向におけるレーザ光源６０６は印刷レーザ光源である。即ち、該レーザ光源６０６は像データ１５０に従って目標点６１６を前記エネルギ閾値を越えて照射する。
【００４４】
図７に示される強度プロファイル７００は、図３におけるものと同様に表されている。目標物１２０は、ｙ方向に移動される。図５に示された強度プロファイル５００と比較して、図７では、強度プロファイル７００は、図５に示された２つの狭い帯５０２の代わりに、１つの一層広い完全に黒い帯７０２を示している。該広い黒い帯７０２は、図６におけるレーザ光源装置６００の大面積予備加熱レーザ光源６０４の行６０１を表している。このように、この強度プロファイル７００によれば、当該レーザ光源装置６００は、更なる印刷のために１つの広い面積を予備加熱し、像データ１５０の１つのラインを目標表面上に印刷する。
【００４５】
図８は、光学的重畳及び"オフセット加熱"、即ち像データ１５０とは独立した基本的加熱を用いたレーザ光源のサブモジュール８００を概念的に示す。該サブモジュールは、図１、図４又は図６のレーザ光源装置１１０、４００、６００内の単一のレーザ光源を置換することができる。レーザ光源行における１つのレーザ光源の代わりに、３つのレーザ光源８０８、８１０（又は３行の斯様なレーザ光源８０８、８１０）が、当該サブモジュール８００内に、これらレーザ光源のレーザビーム８０５、８０６が目標物１２０の表面１２１上の１つの目標点８０２において重なり合う（重畳される）ように配置される。目標表面１２１を垂直に照射する１つの中央のレーザ光源８０８は、印刷レーザ光源として使用される。該中央のレーザ光源８０８の両側に配置された２つの傾斜されたレーザ光源８１０は、目標表面１２１を同時にオフセット加熱する。これら２つの傾斜されたレーザ光源８１０は、オフセット加熱するのみで"印刷"はしないので、図１で述べた非垂直入射角による歪んだ照明パターンを生じる問題は、ここでは関係しない。
【００４６】
図９ａ及び図９ｂは、図８に図示したレーザ光源サブモジュール８００の、ｘ方向に延びる行により印刷の間に発生される例示的な強度プロファイル９０１、９０２を示す。強度プロファイル９００、９０１は、図３におけるのと同様に表されている。図９ａの強度プロファイルは、傾斜されたオフセット印刷レーザ光源８１０を備える図８によるレーザ光源サブモジュール８００の行により発生される。これによれば、前記制御装置１４０は、当該行の全ての傾斜されたオフセット加熱レーザ光源８１０をオンにする。このように、目標表面１２１上の領域は、印刷レーザ光源によっては照射されないにも拘わらず、オフセット加熱される。従って、図９ａにおける関連する強度プロファイルはグレイの領域９０６も示し、これらは、前記エネルギ閾値より低いオフセット加熱のみが最終的印刷なしで生じたことを示す。この構成は、システムアーキテクチャの簡単さの点で、従って費用の点で有利であり得る。
【００４７】
他の例として、図９ｂは、図８に示した２つの行の傾斜されたオフセット加熱レーザ光源８１０の代わりに、２つの行の傾斜された個別に制御されるレーザ光源を備えたレーザ光源サブモジュール８００の行により発生される強度プロファイルを示す。これによれば、前記制御装置１４０は、目標点を照射する印刷レーザ光源８０８を支援する傾斜されたレーザ光源のみをアドレス指定する。このように、目標表面１２１における印刷レーザ光源８０８により照射されない領域は、オフセット加熱されることはない。このことは、図９ｂにおける強度プロファイルから分かるが、該プロファイルは活性されない白い領域９０７又は３つの全レーザ光源の全光パワー出力による黒い領域９０８の何れも示している。この方法は、必要とされる領域のみが照射されるので、一層エネルギ効率的である。
【００４８】
尚、明瞭化のために、この出願を通して単数形の使用は複数を排除するものではなく、"有する"なる用語の使用は他のステップ又は構成要素を排除するものではないと理解されるべきである。また、"ユニット"又は"モジュール"は、複数のユニット又は複数のモジュールを、各々、有することができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。
【００４９】
また、当該印刷装置を制御する方法による該印刷装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実施化することができる。
【００５０】
また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくは該ハードウェアの一部として供給される固体媒体等の適切な媒体で記憶／分配することができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の他の形態で分配することもできる。
【００５１】
また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものとみなしてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005944330.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005944330.tif 000008
【図８】
0005944330.tif 000009
【図９ａ】
0005944330.tif 000010
【図９ｂ】
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