(57)【要約】画像化装置に対して基準Ｘ方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置について記載する。画像化装置は、複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、Ｍ行及びＮ列である２次元の主アレイに配列した複数個のレーザービーム発生素子を有する。各行における素子は均一間隔Ａｒを有し、また各列における素子は均一間隔ａｃを有する。チップは支持体に備え付け、この備え付けは、Ｘ方向に交差する基準Ｙ方向に互いに隣接する各チップ対が、Ｘ方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における２つのチップで発生したレーザービームが、Ｘ方向に延在し、またＹ方向にほぼ均一に離間する平行ラインのセットを画像化面上でトレースするように行う。主アレイにおける素子がＭ行及びＮ列であることの他に、各チップは、主アレイの各サイドに少なくとも１つの付加的な列を有し、これら列それぞれは、支持体における隣接チップの相対位置決めに関するＹ方向のいかなる誤整列をも補償できる少なくとも１つの選択的に動作可能なレーザー発光素子を含む。【選択図】図３
2018520905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像化装置に対して基準のＸ方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置であって、複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、Ｍ行及びＮ列である２次元の主アレイに配列した個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子を有し、各行における素子は均一間隔Ａｒを有し、各列における素子は均一間隔ａｃを有し、前記チップは支持体に備え付け、この備え付けは、前記Ｘ方向に交差する基準のＹ方向に互いに隣接する各チップ対が、前記Ｘ方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における２つの前記チップで発生したレーザービームが、前記Ｘ方向に延在し、また前記Ｙ方向にほぼ均一に離間する２×Ｍ×Ｎ個の平行なラインのセットを前記画像化面上でトレースし、各チップのレーザービームが他方のチップにおけるラインのセットとはオーバーラップしないＭ×Ｎ個のラインのセットをトレースするように行い、前記主アレイにおける素子が前記Ｍ行及び前記Ｎ列であることの他に、各チップは、前記主アレイの各側方サイドに少なくとも１つの付加的な列を有し、前記付加的な列のそれぞれは、前記支持体における隣接チップの相対位置決めに関する前記Ｙ方向のいかなる誤整列をも補償できる少なくとも１つの選択的に動作可能なレーザー発光素子であって、前記補償は、２つのＭ×Ｎ個のラインセット間に存在する少なくとも１つの付加的ラインをトレースすることによって行う、該レーザー発光素子を有する、画像化装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像化装置において、前記付加的な２列のそれぞれは、２つ又はそれ以上の素子を有する、画像化装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像化装置において、前記付加的な列における素子によってトレースされるラインは、互いに均等に離間し、前記付加的な列における素子によってトレースされるライン間の間隔は、前記主アレイの素子によってトレースされるライン間隔及び各付加的な列における素子数の除算商にほぼ等しいものである、画像化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記各チップの各行における素子は前記Ｙ方向に平行なライン上に存在し、また前記前記各チップの各列における素子は前記Ｘ方向に角度をなすよう傾斜する直線的ライン上に存在する、画像化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記チップは前記支持体上で行の対として配列し、２つの行それぞれにおけるチップすべての対応のレーザー発光素子は前記Ｙ方向に互いに一列に整列する、画像化装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像化装置において、前記対の前記２行における前記チップの整列は、前記Ｘ方向及びＹ方向における３つの互いに隣接するチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置するように整列するものである、画像化装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像化装置において、各チップには、関連チップのすべての素子が発生するレーザービームを前記画像化表面上に合焦するレンズがそれぞれ設けられる、画像化装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像化装置において、各レンズは、単一ＧＲＩＮロッドによって形成される、画像化装置。
【請求項９】
請求項７記載の画像化装置において、各レンズは、２個又はそれ以上の互いに傾斜する一連のＧＲＩＮロッドによって形成される、画像化装置。
【請求項１０】
請求項９記載の画像化装置において、各ＧＲＩＮロッドからの光は、プリズムによって次のＧＲＩＮロッドに直列的に指向される、画像化装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像化装置において、前記プリズムは、ＧＲＩＮロッドよりも高い屈折率を有する、画像化装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のうちいずれか一項記載の画像化装置において、各レンズ又は一連のレンズは、±１の倍率を有する、画像化装置。
【請求項１３】
請求項８又は９に従属する請求項１２記載の画像化装置において、前記ＧＲＩＮロッドは、各行の隣接チップにおける対応素子間の距離である２×Ｎ×Ａｒに等しい直径を有する、画像化装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の画像化装置において、各チップは、主アレイにおけるレーザービーム発生素子が等しい行数及び列数を有する、画像化装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか一項記載の画像化装置において、チップ上のレーザービーム発生素間の間隔は、隣接素子間で熱干渉を回避するに十分なものである、画像化装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記支持体は流体冷却される、画像化装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記支持体は剛体金属又はセラミック構体で形成される、画像化装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の画像化装置において、前記支持体の表面は電気絶縁体で形成又はコーティングされ、また薄いフィルム導体が前記電気絶縁表面上に形成され、電気信号及び電力を前記チップに供給できるようにする、画像化装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のうちいずれか一項記載の画像化装置において、前記チップは、垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）チップアレイである、画像化装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のうちいずれか一項記載の画像化装置において、個別制御可能な各レーザービーム発生素子は、４個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は、８個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は１６個若しくはそれ以上のエネルギーレベル、又は３２個若しくはそれ以上のエネルギーレベルを有するレーザービームを発生することができる、画像化装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のうちいずれか一項記載の画像化装置を利用して、画像化装置に対して移動可能な画像化表面上に個別制御可能なレーザービームを投射する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像化装置に対して移動可能な表面に個別制御可能な複数のレーザービームを投射するための画像化装置に関する。本明細書において、この画像化装置はデジタル印刷システムにおける用途を参照することによって説明するが、その使用は、このデジタル印刷用途に限定するものではない。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（米国特許第７，００２，６１３号）は、本発明画像化装置を適用可能なデジタル印刷システムについて記載している。とくに、特許文献１の図８には本発明に対する直近の従来技術であると考えられる画像化装置８４が示されている。この画像化装置は、本明細書では画像化表面と称している表面上に個別制御可能な複数のレーザービームを投射して、その表面上にエネルギー画像を生成するよう作用する。レーザー画像は様々な目的に使用することができ、その２、３の例としては基板上での２次元印刷画像を生成すること、例えば、特許文献１において教示されているような、任意な表面上の３Ｄ印刷及び画像エッチングがある。
【０００３】
商業的印刷又は３Ｄリソグラフィのような高処理能力用途に対して、毎秒画像化すべきピクセル数は極めて多く、画像化装置において並列処理が必要となる。本発明レーザー画像化装置は、高パワーのエネルギービームを必要とする用途向けを意図する。したがって、単に単独のレーザービームで画像化表面を走査してピクセルを順次に露光することはできない。その代わりに、画像化装置は、画像化表面における画像領域の各ピクセル（画素）に対して個別のレーザー発光素子を有することを必要とする。
【０００４】
容認可能な印刷品質を得るためには、できるだけ高いピクセル密度を有することが重要である。例えば、１２００dpi（ドット・パー・インチ）のような高解像度画像は、一様な印刷品質を得るためレーザー光源間に必要なオーバーラップ領に起因して、レーザー発光素子のすべてが直線上に位置する場合には得られないレーザー発光素子密度を必要とする。このような高詰込み密度を得るのは物理的に不可能であるという事実は別として、隣接素子は互いに熱的に干渉する。
【０００５】
半導体チップはＭ行及びＮ列のアレイでレーザー光のビームを発生することが知られている。特許文献１において、行列は、互いに正確に直交するが、チップは、特許文献１の図１に示されているように斜めに備え付けられ、各行は先行する行の欠けているピクセルを埋めることができるようにする。このようにして、このようなアレイは、チップの幅に渡ってのみであるが高解像度を得ることができ、また長さに沿うストライプなしに印刷画像を得る場合には、このようなチップは単に並置する備え付けはできず、これはすなわち、チップをレーザー発光素子の側端縁を十分に密接させて位置決めすることができないからである。
【０００６】
特許文献１は、２つの行におけるこのようなチップを特許文献１の図８に示すように配列することによって、この問題を回避する。各行のチップは、対における他方の行のチップに対して互い違いにし、これにより１つの行における各チップが他方の行における２つの隣接するチップによって走査されずに残るギャップを走査する。
【０００７】
クリーンな研究所条件の下に顕微鏡を用いて正確な整列が得られるようチップの行を支持体に備え付けることが予想されるが、２つの行におけるチップの相対的整列状態を印刷した画像の解像度内で正確となることを保証するのは不可能である。いかなる誤整列も、ストライプを有する画像又は他の望ましくない欠陥を生ずる結果となる。
【０００８】
特許文献２（米国特許出願公開第２０１０／０８０５９４号）及び特許文献３（米国特許出願公開第２００８／１８１６６７号）は、ＬＥＤのアレイからの光を画像面上に投射するシステムについて記載しており、またアレイ間のいかなる誤整列をも補償するステップをどのようにとるのかを教示している。各場合において、隣接アレイによって生成される画像はオーバーラップし、また２つのアレイにおける一方又は他方から選択されたＬＥＤを作動させ、２つのアレイ間の境界における画像の連続性を維持する。特許文献２の場合このオーバーラップは図１４にはっきりと示されており、特許文献３では、例えば図９Ａ及び９Ｂから分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，００２，６１３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０８０５９４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／１８１６６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明において、画像化装置に対して基準のＸ方向に移動可能な画像化表面に個別制御可能なレーザービームを投射するための画像化装置を提供し、この画像化装置は、複数個の半導体チップを備え、これら半導体チップそれぞれは、Ｍ行及びＮ列である２次元の主アレイに配列した個別制御可能な複数個のレーザービーム発生素子を有し、各行における素子は均一間隔（Ａｒ）を有し、各列における素子は均一間隔（ａｃ）を有し、前記チップは支持体に備え付け、この備え付けは、前記Ｘ方向に交差する基準のＹ方向に互いに隣接する各チップ対が、前記Ｘ方向に互いにオフセットし、また連続的に作動するとき、各対における２つの前記チップで発生したレーザービームが、前記Ｘ方向に延在し、また前記Ｙ方向にほぼ均一に離間する２×Ｍ×Ｎ個の平行なラインのセットを前記画像化面上でトレースし、各チップにおけるレーザービームが他方のチップにおけるラインのセットとはオーバーラップしないＭ×Ｎ個のラインのセットをトレースするように行い、前記主アレイにおける素子が前記Ｍ行及び前記Ｎ列であることの他に、各チップは、前記主アレイの各側方サイドに少なくとも１つの付加的な列を有し、前記付加的な列のそれぞれは、前記支持体における隣接チップの相対位置決めに関する前記Ｙ方向のいかなる誤整列をも補償できる少なくとも１つの選択的に動作可能なレーザー発光素子であって、前記補償は、２つのＭ×Ｎ個のラインセット間に存在する少なくとも１つの付加的ラインをトレースすることによって行う、該レーザー発光素子を有する。
【００１１】
主アレイにおけるレーザー発光素子のＭ行及びＮ列が通常は冗長であるいかなる素子をも含まないと仮定する場合、ラインセットにおける隣接ライン間の間隔は、Ａｒ／Ｍ、すなわち各行における隣接素子の間隔を行数で割った値に等しくなる。さらに、本発明においては任意な２つの隣接チップによってトレースされるＭ×Ｎ個ラインの２セット間にオーバーラップがないため、２個のチップによってトレースされるラインの総数は、チップが等しい行数及び列数を有する場合、２×Ｍ×Ｎ、すなわち各チップにおける行数と列数との積の２倍に等しくなる。
【００１２】
本発明の提案においては、主アレイによってこれら均等間隔ラインを生ずることの他に、付加的なレーザー発光素子は、チップ誤整列を補償することのみを意図して各アレイの双方端部に設ける。隣接チップが正確に整列する場合、付加的な列の素子は冗長であり、エネルギー付勢しない。しかし、隣接チップによってトレースされるライン間にギャップが残存する場合、付加的な素子が付加的なラインを導入して、主アレイによってトレースされるラインの均一間隔に近似する位置でそのギャップを埋めることができる。特許文献２及び特許文献３における提案とは大いに異なって、付加的な素子によってトレースされるラインは、主アレイによってトレースされるＭ×Ｎ個ラインのいずれかのセットにおけるライン間には収まらず、Ｍ×Ｎ個ラインの２つのセット間の何らかのギャップ内に収まる。
【００１３】
隣接チップの素子によってトレースされるＭ×Ｎ個ラインの２セット間にオーバーラップがある場合、主アレイの素子のうち幾つかをスイッチオフし、必要であれば付加的な列における素子に置換し、均一間隔ラインを有するラスターの様相を維持することができる。
【００１４】
他方、隣接チップの素子によってトレースされるＭ×Ｎ個ライン間にギャップが存在する場合、付加的な列を作動させて均一間隔ラインを有するラスターの様相を維持することができる。
【００１５】
付加的な素子のうち１つは、その位置がラスター均一性をもたらすラインに一致する場合、それ自体を作動させることができる。代案として、素子が、例えばガウス分布又は正弦波状分布に類似する対称的エネルギープロファイルを有する場合、双方の素子を作動させて画像化表面上に隣接スポットを照射し、また個別に各素子のパワーを調整することによって、２つのチップにおける主素子のラスターラインから調整可能な距離に単一ラスターラインを生ずるようにすることができる。この効果は、隣接スポットが互いに有限時間内に照射されるという条件で、熱力学的及び熱付加的であることに留意されたい。換言すれば、画像化表面は、２つのレーザーパルス間の時間的間隔内で第１レーザーパルスのエネルギーを消散させる時間を持つべきではない。
【００１６】
好適には、前記付加的な列における素子によってトレースされるラインは、互いに均等に離間し、前記付加的な列における素子によってトレースされるライン間の間隔は、前記主アレイの素子によってトレースされるライン間隔及び各付加的な列における素子数の除算商にほぼ等しいものである。
【００１７】
レーザー発光素子の主アレイにおける行及び列が互いに直交する特許文献１に記載のようなチップを使用することができるが、この場合、チップはＹ方向に角度をなすよう配置することを必要とする。本発明の幾つかの実施形態において、前記各チップの各行における素子は前記Ｙ方向に平行なライン上に存在し、また前記前記各チップの各列における素子は前記Ｘ方向に角度をなすよう傾斜する直線的ライン上に存在する。換言すれば、アレイの外形が方形である代わりに、アレイは平行四辺形の形状である。チップ面積に関する限り僅かにムダであるかもしれないこの構成は、手順を似せる点で有利であり得る。
【００１８】
好都合には、前記チップは前記支持体上で行の対として配列し、２つの行それぞれにおけるチップすべての対応のレーザー発光素子は前記Ｙ方向に互いに一列に整列する。「対応素子」は、個別レーザー発光素子がそれぞれに対応のチップ内で同一の行位置及び列位置をとることを意味する。前記Ｘ方向及びＹ方向に互いに隣接する行の対における３つのチップの任意なグループの対応素子が、合同な正三角形の頂点に位置すると有利である。このことは、レーザービームを画像化表面上に合焦するのに必要なレンズ系の構成を簡素化する。
【００１９】
１つのチップによって発生するレーザービームのすべてにとっては、±１の倍率を有する共通の単一レンズ又は直列に配列したレンズの共通セットによって画像化表面上に合焦されるのがとくに有利であることが分かっている。換言すれば、画像化表面におけるレーザー素子のアレイ画像（すなわちドットのアレイ）は、反転されるが、チップのアレイと同一サイズを有しているべきである。このような場合、ＧＲＩＮ（Gradient-Index：屈折率分布型）ロッドレンズのようなレンズにおけるレンズ光軸に直交するＸＹ平面での僅かな誤整列が存在する場合であっても、画像化表面における照射されたレーザースポットの位置は、レーザーアレイチップ上の位置にのみ依存するため、変化しないままとなる。前者の素子は、標準の半導体製造技術を用いてすべてのレーザーアレイチップ上に極めて高精度で位置決めすることができる。
【００２０】
レンズ系は各チップに関連して単一のＧＲＩＮロッドを有することができるが、代案として、互いに直列に配列して折り曲げ光路を形成する複数個のＧＲＩＮロッドからなるものとすることができる。後者の場合、すべてのチップに共通のプリズムがレーザービームを各直列における一方のＧＲＩＮロッド素子から次のＧＲＩＮロッドに指向させる作用をする。
【００２１】
このような折り曲げ光路構成において、前記プリズムは、ＧＲＩＮロッドよりも高い屈折率を有することが望ましい。
【００２２】
各チップは、主アレイにおいてレーザービーム発生素子の行及び列が同数有する（すなわち、Ｍ＝Ｎとする）のが好適であり、これはすなわち、レンズアレイのサイズを最小にするからである。
【００２３】
各チップ内でレーザー素子間の離間量は、隣接するレーザー発光素子間での熱干渉を回避するのに十分な大きさであるべきである。
【００２４】
前記チップアレイの支持体は流体冷却して、チップが発生し得る熱を消散させるのに役立てるようにすることができる。
【００２５】
さらに、前記支持体は剛体金属又はセラミック構体とすることができ、また前記支持体はフィルム導体を支持するよう電気絶縁表面を形成又はコーティングし、電気信号及び電力を前記チップに供給できるようにする。
【００２６】
幾つかの実施形態のチップは、垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）チップアレイとする。
【００２７】
幾つかの実施形態において、各素子が発生するレーザービームの強度は、連続的（アナログ的）又は離散段階的（デジタル的）に調整することができる。１つの実施形態において、チップはＤ／Ａコンバータを有し、デジタル制御信号を受け取ることができるようにする。このようにして、レーザービーム強度は、４、８、１６、３２、又は４０９６までもの個別段階で調整することができる。
【００２８】
本発明の他の態様において、本発明の画像化装置を利用して、画像化装置に対して移動可能な画像化表面上に個別制御可能なレーザービームを投射する方法を提供する。
【００２９】
幾つかの実施形態において、２つの隣接するアレイの同一アレイ双方から又は一方から選択された、レーザー素子の少なくとも１対を制御し、この制御は、それらのエネルギーを画像化表面上に結集し、画像化表面上の２つのレーザー素子画像における中心間のポイントで画像化表面の温度を所定閾値よりも高い温度に上昇させ、２つのレーザー素子画像の中心の少なくとも一方における画像化表面の温度を所定閾値よりも高い温度に上昇させることがないように行う。
【００３０】
画像化装置の幾つかの実施形態を以下に添付図面につき説明する。図面とともにこれらの記載は、当業者に対して非限定的な実施例として本発明の教示をどのように実施するかを明らかにするであろう。図面は説明的詳述目的であり、また本発明の基本的理解に必要以上に実施形態の構造的詳細を細密に示そうとするものではない。分かり易く簡潔にするため、図面に示される幾つかの対象物は縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による画像化装置を利用するデジタル印刷システムの概略図である。
【図２】支持体に備え付けた１組のＶＣＳＥＬチップのセットを備える画像化装置の一部を示す。
【図３】２つのＶＣＳＥＬチップにおけるレーザー発光素子、及び相対的に移動する画像化表面上でトレースできるラインを示す概略図である。
【図４】１対の行において、ＶＣＳＥＬチップと、発生したレーザービームを画像化表面上に合焦させるレンズとして使用するＧＲＩＮロッドとの間における整列状態を示す概略図である。
【図５Ａ】チップ誤整列を補正する従来技術の提案を示す図である。
【図５Ｂ】チップ誤整列を補償する本発明の手法を示す図である。
【図６】２つの隣接アレイの端部におけるレーザー素子によって生ずるエネルギープロファイルを示し、２つの側方に位置するレーザー素子を用いてどのように単一ラインをトレースすることができるかを示し、各アレイに関して主アレイの３つの素子及び追加素子のうち１つの素子を示す。
【図７Ａ】主アレイにおける２つの隣接するレーザー素子のエネルギーがどのように画像化表面上で組み合わされて、どちらかのレーザー素子の中心ライン上に収まらない追加ドッドを生ずるかを示す図６と同様のエネルギー図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示すようにして主アレイにおける４つのレーザー素子を作動させることによって生ずる画像化表面上におけるドッドパターンを示す。
【図８Ａ】図７Ｂのドットパターンがどのようにしてアンチエイリアス処理を支援するかを示す。
【図８Ｂ】斜めラインを印刷するときに通常生ずるギザギザのある端縁を図８Ａとの比較のために示す。
【図９】図１に示したシステムに対する代替的レンズシステムであって、印刷システムを一層コンパクトなパッケージにすることができる折り曲げ光路を有するレンズシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
例示的印刷システムの概説
図１は画像化表面として作用する外表面１２を有するドラム１０を示す。ドラムが矢印で示すように時計方向に回転するとき、微粒子の単層コーティングを取得するコーティングステーション１４の下方を通過する。コーティングステーション１４を退出した後、画像化表面１２は本発明による画像化装置１５の下方を通過し、この画像化装置１５において、画像化表面１２の選択された領域がレーザー照射で露光され、画像化表面１２の選択された領域における粒子コーティングを粘着性のあるものにする。次に、表面は、基板（サブストレート）２０がドラム１０と圧胴２２との間で圧迫される印象ステーション１９を通過する。このことにより、画像化ステーションと称される画像化装置によるレーザー照射での露光によって粘着性のあるものにされた画像化表面１２のコーティングにおける選択された領域が画像化表面１２から基板２０に転写させる。
【００３３】
本明細書に使用する用語「粘着性のある（tacky）」は、照射された粒子コーティングが、必ずしも接触に対して粘着性を示すだけではなく、印象ステーション１９で基板に圧着するとき基板の表面に付着できるに十分なように柔軟化されるものも意味することを意図する。
【００３４】
結果として基板に転写される選択した粘着性のエリアに対応する画像化表面１２における領域は、粒子転写によって消尽して露出することになる。この後画像化表面は、コーティングステーション１４に復帰することによってそのサイクルを完了することができ、このコーティングステーション１４において、新たな単層粒子コーティングが、先に塗布された粒子が印象ステーション１９で基板２０に転写されて露出した領域にのみ塗布される。
【００３５】
本発明において、粒子は粒子相互が付着するよりも一層強力に画像化表面に付着することから、粒子層又はコーティングとしても互換的に称される粒子の塗布コーティングは、ほぼ単層である。粒子相互間で何らかのオーバーラップが生ずるものの、表面における大部分の面積にわたり層は単に１つの粒子分の深さとなることができ、全部でなくとも粒子の大部分が画像化表面に少なくとも何らかの直接接触する。したがって、単層の平均厚さは、層を形成する個別粒子の平均厚さによって、又はオーバーラップする幾つかの領域においてはオーバーラップのタイプ及び程度に基づいて構成粒子の寸法の低位倍数によって概算することができる。したがって、単層は、含まれる粒子に対して最小寸法特性（例えば、フレーク状粒子の厚さ、又は球形粒子の粒径）の約３倍までに対応する最大厚さ（Ｔ）を有することができる。
【００３６】
ほぼ単層の粒子モザイク形成は、粘着テープが表面からのパウダーをピックアップするのに使用されるとき、粘着テープがパウダー粒子を１層のみピックアップするのと同じ理由で生ずる。粘着テープが依然として新鮮であるとき、パウダーは、テープ表面全体をカバーするまで粘着面に付着する。しかし、粘着面がパウダー粒子でカバーされた後には、テープを使用してより多くのパウダーをピックアップすることができず、これはすなわち、パウダー粒子は粒子相互間で強力に付着することがなく、また単にテープからブラシで払い落とされる又は吹き飛ばされるからである。同様に、本発明における単層は、画像化表面に対して十分に接触する粒子から形成され、またそれ故に代表的に単一粒子厚さとなる。粒子がコーティング装置の出口で画像化表面に付着した状態のままでいることができるとき、接触は十分であると言える。
【００３７】
有利にも、単層粒子は、本発明による画像化装置のレーザー素子によって発生する照射の標的送達を容易にする。このことにより、選択的に照射された粒子が明確な単層に存在するとき、画像化装置の制御及びプロセスを容易にすることができる。印刷システムでの使用を考慮するとき、単層を標的にする画像化装置はレーザー照射を合焦させて、基板への転写の際にほぼ均一幅及び／又は比較的明確な輪郭のドッドを形成することができる。
【００３８】
単層を有することの他の利点は、粒子（例えば、印刷用途向けの顔料又は染料を含むポリマー）と粒子がコーティングされる画像化表面との間における良好な熱的結合をもたらす点である。以下に説明するように、画像化表面は、熱吸収基板とする又は適当な熱吸収材料で形成することができ、これにより画像化表面から粘着性を持つようになるポリマー粒子へのエネルギー転移を容易にする。粒子の厚さが極めて小さいことにより、レーザーエネルギーの大部分が吸収されることなく粒子を通過することができる。粒子を直接加熱する代わりに、レーザー照射は画像化表面を加熱する傾向にあり、また粒子は間接的に加熱される。
【００３９】
コーティングステーション
コーティングステーション１４に戻って説明すると、複数個のスプレーヘッド１４０１を備え、これらスプレーヘッド１４０１はドラム１０の軸線に沿って互いに整列し、したがって、図１の断面では１個のスプレーヘッドのみが見えている。スプレーヘッドのスプレー１４０２は、ベル状のハウジング１４０３内に閉じ込められ、ハウジングの下側リム１４０４は、画像化表面に対してぴったり合う形状にし、ベル状のハウジング１４０３とドラム１０との間に狭いギャップのみが残るようにする。スプレーヘッド１４０１は共通の供給レール１４０５に接続し、この供給レール１４０５はスプレーヘッド１４０１に加圧流体キャリヤ（ガス状又は液体）を供給し、この加圧流体キャリヤ内には、画像化表面１２をコーティングするのに使用すべき微粒子を懸濁させる。本発明において、用語「〜に懸濁した（suspended in）」及びその変化形は、「〜で搬送される（carried by）」及び同様の用語として理解されるべきであり、任意な特定流体内で同一又は異なる相である材料の任意な特別タイプの混合物に言及するものではなく、随意的に、所望の制御温度に維持することができる。
【００４０】
必要であれば、懸濁粒子は、とくに、スプレーヘッドへの供給前に定期的又は絶え間なく混合させることができる。粒子は、例えば、０.１〜１０リットル／分又は０.３〜３リットル／分の流量範囲においてコーティング装置内で循環させることができる。ハウジング１４０３の内部空間によって形成されるプレナム１４０６内に閉じ込められるスプレーヘッド１４０１からの流体及び余剰粒子は、出口パイプ１４０７から抽出し、この出口パイプ１４０７は、矢印で示される適当な吸引源に接続し、スプレーヘッド１４０１に再循環させることができる。本明細書でスプレーヘッドに言及したが、共通供給パイプ又は導管に沿って流体懸濁粒子を供給できる任意な他のタイプのノズル又はオリフィスも含まれる。
【００４１】
粒子及びそのキャリヤを画像化表面に直接スプレーすることの代案として、回転するブラシ又はスポンジのようなアプリケータにそれらをスプレーすることができ、このアプリケータが粒子を画像化表面に塗布することができる。画像化表面の全体的コーティングを行うため、数個のこのようなアプリケータをコーティングステーションに収容し、このコーティングステーションは、画像化表面がコーティングステーションを退去する前に画像化表面を乾燥させるための付加的スポンジを有することができる。
【００４２】
ハウジング１４０３と画像化表面１２との間に有効なシールを確保し、ハウジング１４０３とドラム１０の画像化表面１２との間にほぼ維持しなければならない狭いギャップからスプレー流体及び微粒子が漏れ出るのを防止できるようにすることは重要である。このようなシールを達成する異なるやり方を図面で概略的に示す。
【００４３】
シールの最も簡単な形態はワイパーブレード１４０８である。このようなシールは、画像化表面と物理的に接触し、またハウジング１４０３の出口側、すなわち、スプレーヘッド１４０１の下流側に使用する場合、塗布されたコーティングに擦り痕を付けることがあり得る。この理由から、このようなシールを用いる場合、スプレーヘッド１４０１の上流側及び／又はハウジング１４０３の軸線方向端部のみに配置するのが好ましい。本明細書に使用する用語「上流」及び「下流」は、異なるステーションを通過して循環するとき、画像化表面１２におけるポイントを基準にする。
【００４４】
図１は、さらに、画像化表面１２に接触する部材なしに、どのようにして粒子が懸濁した流体のハウジング１４０３とドラム１０との間におけるギャップからの流出を阻止できるかを示す。ハウジング１４０３の周囲全体にわたり延在するギャラリー（屋根付き通路）１４０９を、ハウジング１４０３のリム全体にわたり延在してギャラリー１４０９と封止ギャップとの間で流体連通を確立する１組の微小通路１４１０のセットによって接続する。
【００４５】
第１実施形態において、ギャラリー１４０９は、余剰物抽出システムの吸引源に接続し、この余剰物抽出システムは、出口１０７に接続するのと同一の吸引源又は異なる吸引源とすることができる。この場合、ギャラリーは、ハウジング１４０３を退去する前にギャップを通過する流体を抽出する作用を行う。低圧でも画像化表面１２に直接接触しない如何なる粒子をもドラム１０から吸引し、またスプレーされる流体が液体である場合、余剰液体を吸引して、コーティングステーション１４から退去する前にコーティングを少なくとも部分的に乾燥させる。余剰液体は、コーティング装置の出口側に配置した液体抽出ローラ（例えば、液体吸収表面を有する）によって代替的かつ付加的に取り除くことができる。粒子コーティングを乾燥する任意のこのような手段（例えば、ブロワ、ヒータ、液体抽出器等）は、もしあるとしたら、コーティング装置１４の内部（すなわち、ハウジング１４０３のプレナム１４０６内）に存在させる、又はコーティングがほぼ乾燥状態であることが必要であるステーションの上流に留まる限り、代替的にコーティングステーションの下流に配置することができる。乾燥素子は、もしあるとしたら、粒子層と共存可能であることが有利であり、例えば、粒子及び／又は粒子から形成される層の完全性に悪影響を及ぼさないものとする。
【００４６】
代替的実施形態において、ギャラリー１４０９はプレナム１４０６内の圧力よりも高い圧力のガス源に接続する。スプレーヘッド１４０１を経由するプレナムへの流体供給流率及び出口１４０７を経由する抽出流率に基づいて、プレナム１４０６は周囲大気圧より高い又は低いかのいずれかの圧力であるものとすることができる。
【００４７】
プレナムが大気圧より低い圧力である場合、ギャラリー１４０９は周囲大気圧で十分であり、又は実際的にギャラリーは存在させる必要がない。この場合、封止ギャップ内の圧力はプレナム１４０６内の圧力を超えているため、ギャップ経由のガスフローは、流体流出のリスクなくハウジング内部に向かう。
【００４８】
プレナムが大気圧より高い圧力である場合、ギャラリー１４０９は加圧したガス源、好適には加圧空気源に接続することができる。この場合、空気は加圧下により封止ギャップに通路１４１０経由で強制的に送り込み、また２つの流れに分れる。一方の流れは、プレナム１４０６に向かって流れ、また粒子が懸濁する流体の流出を阻止する。その流れは画像化表面に直接接触していない粒子を除去及び／又は同伴し、またキャリヤ流体が液体である場合、コーティングを乾燥するのを補助する。第２の流れは、何ら懸濁粒子がないクリーンな空気だけであるため何の問題もなくコーティングステーションから抜け出る。第２ガス流は、さらに、コーティングステーション１４を退出する前に画像化表面１２上の粒子コーティングを乾燥するのを補助する。所望に応じて、ガス流はこのような乾燥を促進するよう加熱することができる。
【００４９】
代替的実施形態において、上述のギャラリー１４０９は、プレナム１４０６を側面全体で封止するようハウジングの全周にわたり延在させないでおく。「部分的」ギャラリーとする、又はスプレーヘッドの下流又は上流のいずれかでドラム軸線に平行に配置した、及び／若しくはドラム軸線に直交する方向にスプレーヘッドの側端縁に配置した１つ又はそれ以上のエアナイフ（負又は正のフローを有する）の組合せとすることができる。出口側の「部分的」ギャラリーは、幾つかの実施形態において、付加的又は代替的に粒子の乾燥を促進するガスブロワ（例えば、冷たい又は熱い空気）として作用し、この場合、通路１４１０は、十分な流率を生ずるのに適合させることができる。
【００５０】
一実施形態において、また画像化表面に塗布される懸濁粒子を搬送する流体タイプとは無関係に、コーティング装置１４の出口側、代表的には外部下流位置に、粒子層及び画像化表面の温度を、画像化ステーション１６に達する前に上昇させることができるヒータを設ける。粒子及び画像化表面の温度は、このようにして、周囲温度から３０℃又は４０℃を超える又は５０℃すらも超える温度に上昇させることができ、粒子を粘着性があるものにするのに必要なレーザーエネルギー量を低減することができる。しかし、加熱それ自体は粒子を粘着性があるものにするのではなく、８０℃又は７０℃を超える温度まで上昇させるものであってはならない。粒子及び画像化表面のこのような加熱は、所望温度の流体キャリヤを用いることによって一層促進することができる。
【００５１】
幾つかの実施形態において、コーティング装置１４の入口側、代表的には外部上流位置に、先に露出した領域に粒子層が補充される前に画像化表面の温度を低下させることができる冷却器を設けることができる。４０℃未満又は３０℃未満の温度、又は２０℃すらよりも低い温度、しかし、代表的には０℃より高い、又は１０℃すらよりも高い温度の画像化表面は、露出した領域に隣接する粒子の温度を低下させることができ、これにより画像化表面が補充される時までにこのように冷却された粒子は、「残留」粘着性がない、又は減少したものとなることができる、すなわち、後続ステップ（例えば、印刷基板への転写）には不十分な部分的軟化状態となる。冷却されたコーティングは、粒子が新たに画像化表面の露出領域に堆積されるのと同一の挙動をする。このようにして、本発明のような画像化装置のチップにおける任意のレーザー素子によって選択的に標的となる粒子のみが、後続の転写ステップのための十分な粘着性があるものになる。粒子及び画像化表面のこのような冷却は、所望温度の流体キャリヤを用いることによって一層促進することができる。
【００５２】
コーティング装置１４の入口側のクーラー及び出口側のヒータの双方を設け、各クーラー及びヒータを上述のように動作させることができる。さらに、ドラム１０は、ドラムの内部における適当な冷却／加熱手段によって温度制御することができ、このような温度制御手段は、もしあるとすれば、画像化表面の外表面を任意な所望温度に維持するのと同じように動作させることができる。
【００５３】
画像化表面
幾つかの実施形態において、画像化表面１２は、代表的にはエラストマーで形成した疎水性表面とし、この表面は、概してシリコーンをベースとした材料から調合し、本明細書に記載の特性を有するよう調整することができる。疎水性は、照射での露光によって粘着性を有するようにされた後に、粒子が画像化表面から剥離するのを補助し、分裂することなく基板にきれいに粒子を転写できるようにする。
【００５４】
表面は、参照液体が一般的には蒸留水である液体／空気／固体の界面におけるメニスカスによって形成される、ぬれ角又は接触角とも称される角度が９０゜を超えるとき疎水性であると言える。普通はゴニオメータ又は液滴アナライザで測定され、またコーティングプロセスの動作条件に関連する所定温度及び圧力で評価できるこのような条件の下で、水はビードになる傾向があり、表面に対してぬれを生ずることがなく、したがって、付着することがない。
【００５５】
画像化表面１２は、粒子がコーティングステーション１４で表面に塗布されるとき、粒子に対する強い結合をもたらすのに適した任意のショア硬度を有するものとすることができ、この結合は、粒子相互が付着する傾向よりも強い。この適当な硬度は、結合しようとする画像化表面及び／又は粒子の厚さに依存し得る。幾つかの実施形態において、約６０ショアＡ〜約８０ショアＡの間における比較的高い硬度が画像化表面に好適である。他の実施形態において、６０、５０、４０、３０ショアＡ未満の中・低硬度、又は２０ショアＡ未満の硬度でさえも満足のいくものである。特別な実施形態において、画像化表面は約４０ショアＡの硬度を有する。
【００５６】
有利には、本明細書に記載する画像化装置に使用するのに適した画像化表面は、ドラムに備え付けるのに十分な可撓性があり、十分な耐摩耗性を有し、採用する粒子及び／又は流体に対して不活性であり、関連するいかなる動作条件（照射、圧力、熱、張力等）にも耐性を有するものとすることができる。
【００５７】
所望の選択したエリアを露光するため画像化ステーションによって間欠的に発生する放射と共存可能であるようにするため、画像化表面は、例えば、照射に対して耐性がある及び／又は不活性である、及び／又は照射を吸収することができる、及び／又は照射によって発生する熱を保持できる。
【００５８】
図面における画像化表面１２はドラム１０の外表面であるが、これは必須ではなく、なぜなら、代案として、少なくともコーティングステーションを通過する間に案内ローラ上で案内され、また適切な張力の下に維持されるベルト形態の無端転写部材の表面とすることができるからである。
【００５９】
粒子
粒子は、任意の材料で形成することができ、また少なくとも粒子コーティングが望まれる期間にわたり画像化表面との十分な接触面積を生ずるのに適した任意の形状及び／又は寸法を有するものとすることができる。有利には、粒子材料は、選択的転写を生ずるようレーザー素子によって十分な粘着性を持つようにされることができる。
【００６０】
粒子の形状及び組成は、実際上粒子層の意図する用途、印刷システムの非限定的実施例の背景、基板２０の表面に塗布される効果の性質に依存する。例えば、粒子は、熱塑性ポリマー、及び随意的に着色剤（例えば、顔料又は染料）を含み、また球形に近い形状を有することができる。粒子は、さらに、レーザー素子が発生する波長に対して調整され、また好適には、粒子の所望の色に影響を及ぼすことなく、スペクトルの可視部分での吸収がほとんどないよう調整された軟化促進剤（例えば、ＩＲ吸収染料）を含有できる。高品質印刷のためには、粒子はできる限り微細であり、塗布される単層コーティングの粒子相互間の隙間を最小化するものが望ましい。粒径は所望解像度に依存し、また幾つかの用途では、１０μｍ（マイクロメートル）の粒径（例えば、直径）が適切であることが分かっている。しかし、向上した画像品質のためには、粒径は２、３マイクロメートル、及びより好適には、約１μｍ未満である。幾つかの実施形態において、適当な粒子は１００ｎｍ〜４μｍの間、とくには５００ｎｍ〜１.５μｍの間における平均直径を有することができる。
【００６１】
このように、粒子選択及び理想サイズ決定は、粒子の意図する用途、求められる効果（例えば、印刷の場合での視覚的効果）、本発明によるコーティング装置及び画像化装置が組み込まれる関連システムの動作条件に依存する。パラメータの最適化は、経験的に、日常実験により、また当業者によって行うことができる。
【００６２】
粒子組成及び粒子が受けるプロセスに基づいて、粒子は、親水性がある場合には異なる程度の親水性とともに、疎水性であるものとすることができる。時間とともに粒子の疎水性と親水性との間のバランスはシフトするため、粒子の疎水性の性質が優位である場合、プロセスは効率的である状態を維持することが期待される。さらに、粒子は、本来的に親水性の材料で形成することができ、この場合には、粒子は適当な粒子コーティングを施すことによって疎水性にすることができる。
【００６３】
粒子は、画像化表面上又は中間アプリケータに塗布されるときガス状流体又は液状流体のいずれかによって搬送することができる。コスト低減及び環境汚染最小化の双方のため、粒子が液体に懸濁するとき、液体は水性であることが望ましい。このようなケースにおいて、使用するポリマー又は材料は疎水性となるよう粒子を形成又はコーティングするのが望ましい。疎水性粒子は、水性キャリヤからより容易に分離し、画像化表面に対する付着及びコーティングする傾向を促進する。キャリヤに対する及び粒子相互に対するよりも、コーティング装置の表面に対するこのような粒子の優先的親和性は、とくに有利であると考えられる。粒子コーティング（上述したように、疎水性画像化表面上において疎水性粒子によって形成するのが好ましい）に対するガス流の吹き付けは、画像化表面に直接接触しない粒子を脱落させること、また画像化表面上の粒子コーティングを乾燥することの双方の作用をする。
【００６４】
上述の記載は、デジタル印刷システム全体の動作を包括的に説明することは意図しない。このような印刷システムの成功をもたらす実現に重要な多くの詳細は本発明に関連しない。しかし、図１の印刷システムにおける上述の記載は、本発明画像化装置によって供される例示的機能を理解できるようにするのに十分であると考えられる。さらに、画像化装置は他の目的にも使用でき、例えば、接着剤領域を選択的に活性化する、画像化表面が担持する金属フォイルをエッチングする、又は３Ｄ印刷システムにおけるポリマーを硬化させるのにも使用できることを強調しておきたい。
【００６５】
画像化装置
図１における画像化装置１５は、レーザービームを発生するＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）チップのようなレーザー源のアレイ、及びレーザービームを画像化表面１２上に合焦させる対応のレンズ１８のアレイを担持する支持体１６を備える。図２〜４は、チップ、及びチップが支持体に備え付けられまたレンズ１８に整列させられる様態をより詳細に示す。
【００６６】
図２は、図３及び４につきより詳細に説明するように、互いに正確な所定位置をとるよう２行にして配列されるＶＣＳＥＬチップ３０を複数個備え付ける支持体１６を示す。
【００６７】
支持体１６は、剛性で少なくとも部分的に中空である細長の本体であり、この本体は、内部キャビティに冷却流体を流すことが可能であるコネクタ３４を装着する。支持体の本体は、適当なセラミックのような電気的絶縁材料で形成する、又は金属で形成しかつ少なくともチップ３０を備え付ける表面３６を電気絶縁体でコーティングすることができる。これにより薄膜導体（図面には示されない）で形成した回路板を表面３６上に形成することができる。チップ３０は回路板上における接点パッドにはんだ付けし、また支持体１６の下端縁から突出するコネクタ３２は制御信号及び電力信号をチップ３０に供給することができる。各チップ３０のレーザー発光素子４０は、個別にアドレス指定可能であり、互いに熱的干渉を受けない程度に広く離間する。
【００６８】
幾つかの実施形態において、チップの個別制御可能なレーザー素子は、可変エネルギーを有するレーザービームを発生することができ、このエネルギーは、別個のステップでデジタル的に制御可能であるのが好ましく、レーザー強度は、４、８、１６…、４０９６までものレベルのうち任意なレベルに設定できるようにする。最下位エネルギーレベルは個別レーザー素子が不作動である０として定義し、最上位エネルギーレベルは１と定義することができる。このような個別レベルは、印刷の分野で「グレイレベル」に類似のものとして考えられ、各レベルは漸進的個別強度（例えば、着色出力を考慮するときの陰影）をもたらす。例えば、１６の作動レベルを有するレーザービーム発生素子を考慮するとき、レベル０は印象がない（例えば、基板が素のままで残る又はオリジナルが白であれば白）結果となり、レベル１は最大エネルギーで照射された粒子によって形成される粘着性フィルムの転写を生ずる（粒子が着色されている場合、フルブラックのドットを形成する）結果となる。上述した実施例において、レベル１／１６、２／１６、３／１６等々は、白（０）と黒（１）との間を構成する徐々に濃くなるグレイ陰影に対応する。代表的にはエネルギーレベルは等間隔とする。
【００６９】
代替的実施形態において、チップの個別制御可能なレーザー素子は、連続的なアナログ式に変調できる可変エネルギーを有するレーザービームを発生することができる。
【００７０】
画像化表面の領域が粒子を粘着性のあるものにする温度に達した後、それ以上のいかなる温度上昇も基板への転写には何ら影響しない。しかし、レーザー強度が強くなるにつれて、粘着性のあるドッドのサイズも増大することも付記する。
【００７１】
各ドットのエネルギー輪郭は、図６に示すプロットグラフに類似し、すなわち、側面にテーパが付いた対称形状となる。分布がガウス曲線、正弦曲線、又は反転Ｖ字曲線でさえもあるとき、正確なプロファイルは重要でない。任意のこのようなプロファイルにおいて、ピーク強度が増加するにつれ、基底が広くなり、粒子コーティングを粘着性のあるものとする閾値を有するプロファイルの交差区域も直径が増加する。このエネルギー分布の因果関係は、任意な１つのレーザー発光素子の中心線に整列しない画像化表面におけるポイントは隣接素子からエネルギーを受け取る。２つの近接する素子は、素子の中心線におけるコーティング粒子を粘着性のあるものとするのに必要なレベル未満までエネルギー付勢するが、２つの中心線間でオーバーラップする領域における蓄積エネルギーに関してはコーティング粒子を粘着性のあるものとするのに必要なレベルより高いレベルに上昇する。このようにして、レーザー素子の中心線に一致するラスター線に対して付加的に又は代替的に、レーザー線の中心線間に潜在的なラスター線を付加的に生ずることができる。隣接素子からのエネルギーを結集するこの能力を利用して、以下に説明するように異なる効果を得る。これら効果は、照射時間の相互間で僅かな相違があるにしても、異なるレーザー素子から受け取るエネルギーを結集する画像化表面の能力に依存する。
【００７２】
図３は、Ｙ方向に互いに隣接するが異なる行に配置されるＶＣＳＥＬチップ３０における２つのレーザー発光素子アレイ１３０ａ及び１３０ｂの相対的位置決めを概略的にまた拡大スケールで示す。各チップは、上述したように、円形ドットで示すＭ×Ｎ個のレーザー発光素子４０の規則的なアレイを有する。図示の実施例において、Ｍ及びＮは互いに等しく、９行及び９列である。行における素子間の間隔Ａｒ及び列における素子間の間隔ａｃは、互いに異なるものとして示すが、同一とすることもできる。アレイは、列及び行が互いに直交しないよう僅かに斜めになっているものとして示す。行はＹ方向に平行にし、列はＸ方向に対して僅かに角度をなすよう配置する。このことにより、連続的にエネルギー付勢される場合に素子４０によって画像化表面上にトレースされるライン４４のようなラインが互いに十分隣接して、高解像度画像を印刷できるようになる。図３は、各行の端部における素子が、各隣接行の対応素子がトレースするラインから距離Ａｒ／Ｍ離れるラインをトレースし、これらライン間の分離量が画像の解像度Ｉｒであることを示す。このようにして、Ａｒ及びＭは、等式Ａｒ＝Ｍ×Ｉｒに基づく所望解像度に従って選択される。
【００７３】
素子は列が行に直交する方形アレイとして配置できることを言及すべきである。この場合、チップは支持体に対して斜めに備え付ける必要があり、個別素子をエネルギー付勢する制御信号のタイミングに対して補償を適用する必要がある。
【００７４】
図３、及びトレースしたラインをより大きなスケールで示す図５Ｂから明らかなように、アレイ１３０ｂの位置決めは、アレイ１３０ｂの底部左の素子４０によってトレースされるラインが、理想的にはアレイ１３０ａの頂部右の素子によってトレースされるラインからＡｒ／Ｍに等しい距離だけ離間するように行う。したがって、アレイ１３０ａ及びアレイ１３０ｂ双方のすべての素子４０をエネルギー付勢するとき、これら素子は２×Ｍ×Ｎ個のラインをトレースし、これらラインは、すべて隣接ライン間に何らのずれもなく距離Ａｒ／Ｍだけ均等に離間する。
【００７５】
欠陥素子を補償したい場合、アレイはレーザー発光素子４０の行を追加的に設けることができるが、代案として、２つの隣接する平行ラインをトレースするレーザー発光素子によって生ずるレーザービームの強度を増加することによって欠陥素子を補償することができる。
【００７６】
素子４０のＭ×Ｎ個のアレイに加えて、各チップは、主アレイの各側方サイドに１つずつ配列した２つの付加的な列を有し、各列はそれぞれに対応する他の素子４２を含む。これら他の素子４２は、主アレイ素子４０から区別できるよう図３で星印によって示す。各アレイの各側方サイドにおける付加的なレーザー素子は、レンズによって画像化表面上に画像化されるトレースしたライン間における間隔の１／３の距離に位置決めすることができる。さらに、付加的な素子は、公称的にＡｒ／Ｍの距離のスパンがある２つのアレイ間のギャップ内に配置することができ、隣接アレイ間の間隔の誤差を補正する点でより高い感度が得られる。
【００７７】
図３及び図５Ｂから分かるように、これら素子４２は、作動時に２つのアレイ１３０ａ及び１３０ｂそれぞれの素子４０によってトレースされる等間隔平行ライン４４ａ及び４４ｂの２セット間における２つの付加的ライン４６をトレースする。
【００７８】
一方の付加的ライン４６は、例えば、図３のアレイ１３０ａによってトレースされた直近隣接ライン４４ａから距離Ａｒ／３Ｍだけ離れ、他方の付加的ライン４６は、例えば、アレイ１３０ｂによってトレースされた第１隣接ライン４４ｂから距離Ａｒ／３Ｍだけ離れる。２つのアレイ１３０ａ及び１３０ｂ間に誤整列がある場合、これら素子４２を主アレイにおける素子に対して付加的に又はそのいくつかの代わりにエネルギー付勢して、アレイ１３０ａ及び１３０ｂ間のいかなる誤整列をも補償することができ、この誤整列は、印刷画像におけるストライプ（縞）を生ずる傾向があり、このストライプはオーバーラップから結果として生ずるギャップ又は暗線である。図５Ｂに類似の図５Ａは、従来技術で提案されたチップの誤整列を補償する代替的手法を示す。この従来技術において、各チップは、隣接チップのトレースラインに対して交絡されるトレースラインを生ずる素子の付加的な行を有し、これは極めて高度な冗長性をもたらす結果となる。
【００７９】
本発明の提案による２つの付加的素子は図３及び図５Ｂにおいて２つの個別ライン４６をトレースするものとして示すが、これら２つの素子のエネルギーは、上述したように画像化表面上で結集されて単一ラインを形成し、この単一ラインの位置は各付加的な素子によって発生するエネルギーの適切な設定によって制御することができる。このことを図６で示し、この図６において、ライン４４ａ及び４４ｂのエネルギープロファイルは符号９４ａ及び９４ｂでそれぞれ示し、また付加的ライン４６のエネルギープロファイルは符号９６ａ及び９６ｂで示す。図６において、プロファイル９６ａ及び９６ｂ（点線で示す）のいずれも、コーティング粒子を粘着性のあるものとするのに十分なエネルギーを有していないが、２つのアレイ間の中心線において、太実線９６で示すような蓄積エネルギーが粒子コーティングを軟化させ、２つの主アレイにおけるトレースライン４４ａ及び４４ｂ間のギャップを埋めるトレースラインを生ずるのに十分である。
【００８０】
図６において２つの付加的な素子のエネルギープロファイルは整合しているが、付加的なレーザー源によって発生する２つのビームの相対的強度を変化させることによって、結集エネルギーの中心線を主アレイのトレースから異なる距離に位置決めすることができる。
【００８１】
図７Ａは、レーザー素子のエネルギープロファイルの中心線には当たらないドットを生ずる能力をどのように使用して、アンチエイリアス処理を得るのに役立てるかを示す。図７Ａは、主アレイの４つの隣接素子のエネルギープロファイルを示す。２つの第１プロファイルａ及びｂは所望レベル、例えば、中間グレイに対応するレベル８（１６レベルのうち）に設定する。他方エネルギープロファイルｃ及びｄは、それぞれ例えば、レベル１２及び４に設定する。画像化表面上に結果として生ずるドットパターンを図７Ｂに示す。この図７Ｂでは、図７Ａにおけるプロファイルａ及びｂの対称ラインに整列した正規サイズの２つのドットＡ及びＢ、エネルギープロファイルｃの中心線に整列するより大きなサイズのドットＣ、及びプロファイルｃ及びｄの中心線間のどこかに位置するより小さいドットＤを有することが分かる。
【００８２】
このようなドットパターンが対角線方向に繰り返される結果を図８Ａに示す。この画像を、アンチエイリアス処理ステップをとらない図８Ｂと比較すると、正規ラスターライン間にある小さいドットがぎざぎざを少なくされた傾斜端縁を生じ、またより高い解像度を有する印刷システムによって得られるのに匹敵する画像を生ずる。
【００８３】
さらに、近接レーザー素子からのエネルギーの相互作用を使用して、欠損素子を補償することができ、この場合、２つの隣接ラスターラインを生ずる素子を使用して、上述したようなそれらの間のギャップを埋めるのと同一様態で結合することができる。
【００８４】
図３におけるアレイ１３０ａ及び１３０ｂを上述したように適正に機能させるため、これらアレイのＹ方向での相対的位置決めは厳密である。発生したレーザービームを画像化表面上に合焦させるよう作用するレンズ系の構成を簡素化するためには、１対のチップ行に対応する２つのレンズ行を自己整列させることができる図４に示す形態を採用するのが有利である。
【００８５】
図４は７つの隣接アレイ１３０を示し、各アレイ１３０はそれぞれに対応のレンズ１８と整列させて示す。アレイ１３０は上述したように付加的レーザー素子４２を有することができるが、このような素子はこの図４には示さない。各レンズ１８は、ＧＲＩＮ（Gradient-Index）ロッドとして構成し、このロッドは半径方向に屈折率が段階的に変化するシリンダの形状である既知のタイプのレンズである。図４に示すジオメトリの場合において、任意な２方向に隣接する３つのアレイ１３０の対応素子が正三角形の頂点に位置し、このような３つの三角形を図面で符号５０により示す。すべての三角形５０は合同であることに留意されたい。この結果、ＧＲＩＮロッドの直径が、正三角形５０の長さ又は同一行における隣接ＶＣＳＥＬチップ３０の対応するレーザー発光素子間の距離である２×Ｎ×Ａｒに等しいものと選択する場合、最もコンパクトな形態で積み重ねるとき、レンズ１８は対応するチップに対して自動的に正確に整列する。
【００８６】
レンズ１８は図１（側面図）及び図４（断面図）では概略的に個別ＧＲＩＮロッドとして示したが、図９に示す他の実施形態においては、各チップのレーザービームは一連のレンズによって伝送することができる。図９の場合、単一ＧＲＩＮロッド１８は相互に角度をなす２つのＧＲＩＮロッド１８ａ及び１８ｂに置換し、一方のＧＲＩＮロッドからの光を高屈折率ガラスのプリズム８７によって他方のＧＲＩＮロッドに指向させ、光を折り曲げ経路に追従させる。このような形態によれば、カラー印刷システムにおけるコーティングステーションをよりコンパクトな形態で互いに一層接近させて配置することができる。このような折り曲げ光路は、倍率及び光透過のすべての要件を満足させつつ、異なる形態を採用することができる。このように光路を分割できるようにするため、ＧＲＩＮロッドの長さは、図９で描かれた光線で示すように光がロッド１８ａを出射し、またロッド１８ｂに入射する際にコリメートされるよう選択する。
【００８７】
基端部がチップから距離ＷＤ０に配列されるＧＲＩＮロッド１８ａによって案内される放射は、対応のＧＲＩＮロッド１８ｂによって捕捉することができ、このＧＲＩＮロッド１８ｂは同一光路でロッド１８ａから発生するコリメートされた光を集光し、第２ＧＲＩＮロッド１８ｂの末端部から距離ＷＤ１に合焦する。２つのＧＲＩＮロッドを同一材料及び同一半径方向勾配プロファイル、並びにＷＤ０＝ＷＤ１にして形成するとき、Ｍ＝＋１の倍率を得ることができる。
【００８８】
ＧＲＩＮロッド１８ａの長手方向軸線から離れるレーザー素子は、ＧＲＩＮレンズの末端部からコリメートされて出射するが、その軸線に対して角度をなす。若干のケースにおいて、２つのロッド１８ａ及び１８ｂ間の距離を大きくし、軸線から離れてコリメートされるビームを第１ロッドセグメントから出射させ、第２セグメントを部分的又は全体的に外れるようにすることが必要である。スネルの法則を活用することができ、第１ロッドから出射するビームを高屈折率のガラスに通過させ、したがって、コリメートしたビームが光軸となす角度を減少させて、第１ロッドから出射するコリメートビームが第２ロッドに入射し損なう前にロッド間の分離をより大きくすることができる。
【００８９】
本明細書の記載及び本発明の特許請求の範囲において、動詞「備える（comprise）」、「含む(include)」及び「有する(have)」のそれぞれ、並びにそれらの変化形を使用して、動詞の目的語が、必ずしも部材、コンポーネント、素子、ステップ又は動詞における主語の一部の完全なリストではないことを示す。これら用語は「からなる」及び「ほぼからなる」を包含する。
【００９０】
本明細書で使用する単数形「a」、「an」、「the」は複数形があることにも言及し、文脈でそれ以外を明示しない限り、「少なくとも１つ（at least one）」又は「１つ又はそれ以上（one or more）」を意味する。
【００９１】
位置的又は運動的な用語、例えば、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「右（right）」、「左（left）」、「底部（bottom）」、「下方（below）」、「低下した（lowered）」、「低い（low）」、「頂部（top）」、「上方（above）」、「上昇した（elevated）」、「高い（high）」、「垂直方向の（vertical）」、「水平方向の（horizontal）」、「後方に（backward）」、「前方に（forward）」、上流（upstream）」、「下流（downstream）」、並びにそれらの文法的な変化形は、単に例示としての目的のために使用し、若干のコンポーネントの相対的な位置決め、配置又は変位を説明し、その説明における第１及び第２のコンポーネントを示すものである。このような用語は、必ずしも例えば、「底部（bottom）」コンポーネントが「頂部（top）」コンポーネントの下方にあることを示すものではなく、なぜなら、このような方向、コンポーネント又はその双方は、空間内で反転、回転、若しくは移動する、対角線方向の向き若しくは位置に配置される、水平方向若しくは垂直方向に配置される、又は同様の変更を加えられるからである。
【００９２】
他に明示しない限り、選択の選択肢リストにおける最後の２つの部材間において「及び／又は（and/or）」を使用することは、挙げられた選択肢のうち１つ又はそれ以上の選択が適切であることを示し、またそうすることができる。
【００９３】
本明細書において、他に明示しない限り、本発明の実施形態における特徴の条件又は関係特性を修飾する「ほぼ（substantially）」及び「約（about）」のような形容詞は、条件又は特性は意図する用途のための実施形態の動作に容認可能な公差範囲内に規定されることを意味すると理解すべきである。
【００９４】
本発明は、若干の実施形態及び全体的に関連した方法につき説明したが、実施形態及び方法を変更及び置換できることは当業者には明らかであろう。本発明は本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されるものではないと理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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