[发明专利]成像装置

说明书

公开了一种成像装置，用于将多个单独可控的激光束在基准X方向上投射到相对该成像装置可移动的表面上。所述成像装置包含多个半导体芯片，每个半导体芯片包括以M行和N列的二维阵列配置的多个单独可控的激光束发射元件。在每一行上的多个所述元件具有均匀间距A_r，并且每一列上的多个所述元件具有均匀的间距a_c。所述芯片以这样的方式安装在支架上，即在基准Y方向上彼此相邻的每对芯片横向于X方向，并且在X方向上彼此偏移，以及，当被持续激活时，所述每对的两个芯片所发射的激光束在成像表面上勾画一组在X方向延伸并且在Y方向上基本均匀间隔的平行线。所述芯片设置在所述支架上的至少一对行中，并且该对行内的芯片的对齐使得，在X和Y方向上的三个相邻芯片的任意一组中相对应的元件置于全等等边三角形的各顶点上，并且所述成像装置进一步包括多个透镜系统，所述透镜系统分别用于将各自芯片的所有激光元件的激光束聚焦到成像表面上而不变更激光束之间的间距。每个透镜系统可以包括一个渐变折射率(GRIN)柱或多个彼此串联的多个GRIN柱。

技术领域

本公开涉及一种成像装置，该成像装置用于将多个单独可控的激光束投射到相对该成像装置可移动的表面上。本文主要通过参考所述成像装置在数码打印系统中的应用对其进行描述，但是该成像装置的利用不限于这一应用。

背景技术

US 7,002,613描述了一种数码打印系统，本公开的成像系统可应用于该数码打印系统。特别是，在后者的专利说明书的图8中，显示了一种指定为84的成像装置，该成像装置被认为代表了与本公开最接近的现有技术。该成像装置用于将多个单独可控的激光束投射到本文称之为成像表面的表面上，以将能量图像生成到该表面上。激光图像可以用于各种目的，如US 7,002,613所教导的那样，以3D打印以及以将图像蚀刻到任何表面的方式，在衬底产生二维打印图像仅为其少数例示。

对于高通量的应用，如商业打印或3D光刻(3D lithography)，每秒待成像的像素数量非常高，要求在成像装置中并行化。本公开的激光成像装置旨在用于需要大功率能量束的应用。因此，不能只用单束激光束扫描成像表面以便按顺序曝光像素。相反，需要成像装置具有用于成像表面的图像区域的每个像素(图片元素)的单独激光发射元件。

为了实现可接受的打印质量，具有尽可能高的像素密度是重要的。由于用以实现均衡打印质量的激光源之间必需的重叠量，如果激光发射元件全部放置在一条直线上，例如具有1200dpi(每英寸的点)的高分辨率图像需要的激光发射元件密度是不可实现的。除了物理上不可能实现如此高封装密度的事实以外，相邻元件会彼此热干扰。

已知半导体芯片以M行和N列的阵列发射激光束。在US7,002,613中，行和列完全垂直于彼此，但芯片按照后一专利的图1所显示的方式歪斜安装，以便于各行可以填充前一行或前多行中缺失的像素。以这种方式，这样的阵列可以实现高分辨率图像，但只能在芯片的宽度上实现，并且如果要实现沿其长度没有条纹的打印图像，这样的芯片不能简易地并排安装，因为该芯片不能使得其激光发射元件位于充分靠近它们的侧边沿的位置。

US 7,002,613以该专利的图8所示的方式，通过将这样的芯片设置成两行来避免这一问题。在每一行中的芯片相对于另一行中的芯片交错安排，以便于每个芯片扫描未被另一行中的两个相邻芯片扫描所留下的间隙。

US 7,002,613认识到芯片上元件发射的激光束的光束成形的需求以及使用(只作用于VCSEL棒的一个或更多激光束的)显微光学组件和/或(作用于VCSEL棒的所有激光束的)宏观光学组件的提案。特别是，提出了诸如显微镜头阵列的显微光学组件的阵列，其中各个组件之间的间距与两个激光发射器之间的间距或数倍的间距相对应。

发明内容