用于打印光學結(jié)構(gòu)的打印頭、常規(guī)墨噴式打印機的升級套件、打印機及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將光學結(jié)構(gòu)打印到基板上的打印頭，其包括用于將至少一滴油墨噴向基板以形成光學結(jié)構(gòu)的噴射裝置，其中該打印頭包括用于以不接觸方式測量至少一滴沉積液滴的至少一個物理參數(shù)的測量裝置。
【專利說明】用于打印光學結(jié)構(gòu)的打印頭、常規(guī)墨噴式打印機的升級套件、打印機及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在基板上打印光學結(jié)構(gòu)的打印頭，其包括用于將至少一滴油墨噴向基板以便形成光學結(jié)構(gòu)的噴射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知的是，具有光學結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品可通過直接將光學結(jié)構(gòu)打印到適當?shù)幕迳隙员容^節(jié)省時間和成本低廉的方式進行制造。舉例來說，這一類被打印的光學結(jié)構(gòu)包括透鏡、反光鏡或者回射器?；蹇捎珊铣刹牧匣蛘卟Ａе瞥?。此外，通過使用光照來固化打印材料以減少整個打印時間是眾所周知的。
[0003]例如，PCT專利申請W02010/091888A1公開了一種方法，通過將材料以層的形式沉積在基板上且隨后通過激光或者紫外線照射固化該層，由可模制的透明材料生產(chǎn)光學透鏡。舉例來說，透明材料是通過常規(guī)的按需印刷打印機沉積在基板上的。
[0004]為了提供具有某種光學作用的高質(zhì)量光學結(jié)構(gòu)，必須根據(jù)給定樣式精確設(shè)計光學結(jié)構(gòu)的三維幾何形狀和表面輪廓。即使是光學結(jié)構(gòu)的預(yù)定幾何形狀上的細微偏差也會導致明顯的光學誤差。因此，液滴必須高精度地定位在基板上，并且必須根據(jù)油墨的當前流動特性進行固化。
[0005]這是很難的，因為恰好在那一瞬間沉積且仍未固化的液滴的性能極大地取決于許多因素，例如基板的材料和表面狀態(tài)、油墨的成分、大氣壓、溫度、空氣濕度、打印機和重力場之間的方位等等。不利地，不可能事先考慮所有這些因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于打印光學結(jié)構(gòu)的打印頭、常規(guī)噴墨式打印機的升級套件、噴墨式打印機及方法，其提供可再現(xiàn)的高質(zhì)量光學結(jié)構(gòu)的打印。
[0007]本發(fā)明的目的可通過一種將光學結(jié)構(gòu)打印到基板上的打印頭實現(xiàn)，該打印頭包括用將至少一滴油墨噴向基板以便形成光學結(jié)構(gòu)的噴射裝置，其中，該打印頭包括用于以不接觸方式測量至少一滴沉積液滴的至少一個物理參數(shù)的測量裝置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，有利的是可提供一種能夠通過測量至少一個物理參數(shù)實現(xiàn)對所打印的液滴和/或所形成的的光學結(jié)構(gòu)的修正的打印頭。因此，基于沉積液滴的真實客觀的物理狀態(tài)，通過打印頭實時生成反饋。例如，與所要求的幾何形狀之間的可能偏差可通過打印頭實時識別，并且如有必要，可在進一步的打印和/或固化步驟中對其進行校正。以這種方式，可自動考慮所有的潛在環(huán)境干擾。此外，打印過程的實時控制也是可能的，這會減少拒絕的次數(shù)和相關(guān)成本。優(yōu)選地，在沉積下一個油墨液滴之前、期間和/或之后不久，可進行不接觸式測量。特別地，打印頭配置為根據(jù)最近測得的物理參數(shù)噴射更多油墨液滴，因此可以補償檢測到的與所要求的幾何形狀之間的偏差。
[0009]優(yōu)選地，可以確定幾何參數(shù)，例如至少一滴沉積液滴和/或多滴沉積液滴的層的厚度和/或表面狀態(tài)，其中特別優(yōu)選地，測量直接影響光學結(jié)構(gòu)的光學特性的至少一滴沉積液滴的那些幾何參數(shù)。優(yōu)選地，還確定諸如沉積液滴和/或多滴沉積液滴的層的傳輸?shù)燃?、反射等級?或著色性的光學特性。可以設(shè)想的是，不僅可以測量至少一滴沉積液滴的幾何和/或光學參數(shù)，一段或者整個光學結(jié)構(gòu)的幾何和/或光學參數(shù)也可通過測量裝置進行測量，以估算總體設(shè)計。優(yōu)選地，在打印頭的運動部件上，靠近噴射裝置設(shè)置測量裝置。本發(fā)明意義上的光學結(jié)構(gòu)特別包括由通過打印頭沉積的多滴油墨液滴制成的微透鏡、菲涅耳結(jié)構(gòu)、光學棱柱和類似物。油墨優(yōu)選包括透明材料。為了形成光學結(jié)構(gòu)，液滴必須并排地以一滴在另一滴上方的方式設(shè)置，優(yōu)選為彼此之間部分重疊，因此該光學結(jié)構(gòu)大體上形成一個以光學方式影響通過該光學結(jié)構(gòu)和/或基板的光的三維結(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，測量裝置設(shè)置為用于層厚測量和/或距離測量。優(yōu)選地，測量裝置用于確定測量裝置和至少一滴沉積液滴之間的距離。該方法提供一種比較簡單的確定幾何參數(shù)的方法，幾何參數(shù)為例如被打印的油墨的厚度和/或表面輪廓?？梢栽O(shè)想的是，測量裝置在其間進行標準測量(reference measurements)。在標準測量中，測量裝置測量基板和測量裝置之間的距離，使得沉積液滴層的厚度可以簡單地由所測得的基板和測量裝置之間的距離(標準測量)以及沉積液滴層表面和測量裝置之間的距離的數(shù)學差而計算得到。優(yōu)選地，該距離是從打印頭上至少兩個不同位置處測得的，以便提高準確度。諸如傳輸?shù)燃墶⒎瓷涞燃壓?或著色性的光學特性，可通過例如比較朝向沉積液滴投射的光的光譜和反射光的光譜來確定。可選擇地，比較反射光的光功率和由光源發(fā)出的光的光功率。
[0011]優(yōu)選地，測量裝置被配置為用于三角測量。在本發(fā)明的意義上，術(shù)語“三角測量”主要包括通過測量從固定基線的任一端部處的已知點(打印頭處的)到某一點的角度來確定該點位置的過程，而不是直接測量到該點的距離。特別地，打印頭被配置為用于執(zhí)行LASER三角測量，這種測量是用于確定幾何參數(shù)的比較精確和可靠的方法。但是，諸如基于超聲波或者其他光源的其他不接觸式測量方法也可用于距離測量，尤其可用于本發(fā)明意義上的三角測量。為了使用LASER三角測量，測量裝置包括將激光光斑投射到至少一滴沉積液滴上的至少一個LASER源和至少一個接收裝置，該接收裝置優(yōu)選為CXD (電荷耦合裝置)相機，其接收至少一個LASER源的在沉積液滴處被反射之后的激光。此外，設(shè)置估算單元，用于由沉積液滴上的激光光斑的位置以及由LASER源和打印頭處(尤其是基線平行于基板處)的接收裝置之間的已知距離來計算幾何參數(shù)。以這種方式，由LASER發(fā)送的光束和由CCD相機接收的相應(yīng)反射光束之間的角度得以測量。由此，可計算與沉積液滴表面之間的距離，尤其是基板上油墨層的厚度。
[0012]根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，測量裝置被配置為用于光學干涉測量。測量裝置包括例如能夠通過使用干涉度量法精確測量沉積液滴層的厚度和/或表面輪廓的干涉儀。根據(jù)這種技術(shù)，通過疊加兩個或多個光波而對其進行分析，因此光波中的輕微相移可被檢測出來。舉例來說，可以想到的是，將沉積液滴層反射的光波與標準光波疊加以確定層厚。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，打印頭包括用于固化至少一滴沉積液滴的固化裝置，其中優(yōu)選的，該固化裝置包括至少一個UV-LED (紫外線發(fā)光二極管)。
[0014]為了形成該光學結(jié)構(gòu)，液滴必須并排地以一滴在另一滴上方的方式設(shè)置，優(yōu)選為相互之間部分重疊，使得該光學結(jié)構(gòu)大體上形成以光學方式影響通過該光學結(jié)構(gòu)和/或基板的光的三維結(jié)構(gòu)。因此，沉積在該三維結(jié)構(gòu)上的新液滴必須及時固化以防止新沉積的液滴從該三維結(jié)構(gòu)流出。該目標可通過使用UV-LED作為固化裝置來實現(xiàn)，因為一方面UV-LED的轉(zhuǎn)換時間比較短，另一方面UV-LED可提供高輻射功率。固化裝置特別被設(shè)置為根據(jù)測得的幾何和/或光學參數(shù)來固化至少一滴沉積液滴和/或光學結(jié)構(gòu)。例如，如果獲得了所要求的光學結(jié)構(gòu)形狀，則啟用固化裝置以最終硬化該光學結(jié)構(gòu)?？蛇x擇地，如果測量結(jié)果顯示必須校正該光學結(jié)構(gòu)的形狀，則沉積液滴僅僅部分硬化，使得其他液滴可與部分硬化的液滴一起融合沉積以獲得所需要的幾何形狀。
[0015]尤其是，打印頭可相對于基板移動，其中打印頭可平行于基板的平面移動，以在基板上的某個位置處沉積油墨液滴，和/或，打印頭可相對于基板旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整液滴的噴射方向。使用此方法，有利的是，打印頭相對于基板的位置以及沉積液滴相對于基板的位置都是可通過程序控制的。優(yōu)選地，噴射裝置可旋轉(zhuǎn)地支撐在轉(zhuǎn)軸附近，該轉(zhuǎn)軸垂直于傳輸方向并且平行于基板平面延伸；其中打印頭優(yōu)選包括使噴射裝置繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的步進電機。使用此方法，有利的是，可相對于傳輸方向調(diào)整沉積液滴在基板上的位置。因此，當基板沿傳輸方向連續(xù)移動時，多滴液滴可以一滴在另一滴上方的方式沉積在基板的同一位置上。優(yōu)選地，噴射運動、尤其是噴射轉(zhuǎn)動是根據(jù)測量出的幾何和/或光學參數(shù)進行的。使用此方法，有利的是，光學結(jié)構(gòu)的形狀上的不精確可通過相應(yīng)地調(diào)整噴射方向以及將更多的液滴噴射到仍舊未經(jīng)校正的光學結(jié)構(gòu)上來進行校正。該方法的另一個優(yōu)勢是，由于沉積液滴的對稱性或者不對稱性取決于噴射方向和基板平面之間的角度，可以通過調(diào)整噴射方向來影響基板上沉積液滴的形狀。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，優(yōu)選的是，固化裝置包括至少兩個發(fā)射具有不同波長范圍的光的UV-LED，其中這至少兩個UV-LED是根據(jù)測量出的幾何和/或光學參數(shù)進行控制的。使用此方法，有利的是，兩個UV-LED中的一個被用于僅部分硬化沉積液滴，其中兩個UV-LED中的另一個被用于光學結(jié)構(gòu)的最終硬化直至測量結(jié)果顯示該光學結(jié)構(gòu)的幾何和/或光學性質(zhì)是足夠精確的。此外，沉積液滴的固化狀態(tài)可通過測量裝置確定，因此在測量結(jié)果顯示油墨尚未完全硬化時，可執(zhí)行進一步固化的步驟。通過這種方法，可以優(yōu)化整個固化時間。至少兩個UV-LED以下述方式設(shè)置:使至少兩個UV-LED中的每一個發(fā)出的光錐都在至少一滴沉積液滴的區(qū)域內(nèi)彼此重疊。因此，有利的是，可增加待固化的沉積油墨區(qū)域內(nèi)的能量沉積以及因此減少整個固化時間。
[0017]優(yōu)選地，至少兩個UV-LED中的第一 UV-LED能夠發(fā)出具有第一波長范圍的紫外光，而至少兩個UV-LED中的第二 UV-LED能夠發(fā)出具有第二波長范圍的紫外光，其中第二波長范圍與第一波長至少部分不同。優(yōu)選地，打印頭包括至少第一和第二噴射裝置，其中第一噴射裝置能夠噴射至少一滴第一種油墨，而第二噴射裝置能夠噴射至少一滴第二種油墨；其中第一種油墨是可通過具有第一波長范圍的紫外光固化的，并且第二種油墨是可通過具有第二波長范圍的紫外光固化的。因此，有利的是，可在不同時間固化不同的沉積液滴，這能實現(xiàn)比較復雜的光學結(jié)構(gòu)的快速打印，并且可能根據(jù)幾何和光學參數(shù)的測量結(jié)果有效地校正未經(jīng)校正的光學結(jié)構(gòu)。甚至，可以想到的是，第二種油墨在至少一個物理參數(shù)上不同于第一種油墨，其中物理參數(shù)優(yōu)選包括固化時間、固化溫度、固化波長、粘度、透射率和/或透光度。使用此方法，有利的是，可打印與光學結(jié)構(gòu)的其他部分相比具有特定光學作用的特定光學結(jié)構(gòu)部分，這可例如通過使用提供特定透光度的油墨來打印特定部分實現(xiàn)。[0018]本發(fā)明的另一個目的是一種用于在基板上打印光學結(jié)構(gòu)的常規(guī)噴墨式打印機的升級套件，其包括根據(jù)本發(fā)明的打印頭。因此，有利的是，根據(jù)本發(fā)明的打印頭可用于常規(guī)的噴墨式打印機，以升級噴墨式打印機從而用于光學應(yīng)用。例如，升級常規(guī)的噴墨式打印機包括以下步驟:拆除常規(guī)噴墨式打印機的常規(guī)噴墨式打印頭，用根據(jù)權(quán)利要求1-13的打印頭進行替換。另外，墨噴式打印機的固件和/或軟件驅(qū)動程序優(yōu)選為在進一步的步驟中進行更新。
[0019]本發(fā)明的另一個目的是一種包括根據(jù)本發(fā)明的打印頭的打印機，優(yōu)選為噴墨式打印機。
[0020]本發(fā)明的另一個目的是一種通過使用打印頭、尤其是根據(jù)本發(fā)明的打印頭在基板上打印光學結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟:提供基板，將至少一滴油墨噴向基板以形成光學結(jié)構(gòu)；其中執(zhí)行以不接觸的方式測量至少一滴沉積液滴的至少一個物理參數(shù)的進一步的步驟。
[0021]使用此方法，有利的是，所打印的液滴或者多滴所打印的液滴的層的幾何和/或光學狀態(tài)可在打印過程中進行校證，優(yōu)選為實時進行。以此方式，例如，當測量出與所要求的形狀的偏差時，可在進一步的打印步驟中執(zhí)行對光學結(jié)構(gòu)表面的校正。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，至少一個物理參數(shù)是以實時測量方式測得的。這意味著對這至少一個物理參數(shù)的測量是在沉積下一個油墨液滴之前和/或期間執(zhí)行的。優(yōu)選地，根據(jù)測量出的物理參數(shù)進行更多液滴的沉積，以獲得具有所要求的精確度且經(jīng)校驗過的形狀的打印光學結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，測量裝置和至少一滴沉積液滴之間的距離是在進一步的步驟中確定的。幾何參數(shù)包括例如沉積液滴的厚度和/或表面輪廓。根據(jù)優(yōu)選實施例，在進一步的步驟中，還估算諸如至少一滴沉積液滴和/或光學結(jié)構(gòu)的傳輸?shù)燃?、反射等級?或著色性的光學參數(shù)。尤其是，根據(jù)上述幾何和/或光學參數(shù)來優(yōu)化接下來的打印步驟以獲得具有所要求的精確形狀的打印光學結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，根據(jù)測量出的幾何和光學參數(shù)來執(zhí)行在基板上沉積油墨液滴的進一步的步驟。例如，根據(jù)測量出的幾何和光學參數(shù)，確定打印時間、油墨種類、液滴的噴射方向、基板上沉積液滴的位置、噴出油墨的量、液滴的大小、更多液滴的數(shù)量。舉例來說，還要計算必須在基板上的什么地方沉積更多的液滴以及必須沉積多少油墨以優(yōu)化光學結(jié)構(gòu)的形狀。此外，確定例如所需的打印速度、固化時間和/或打印頭方位?？梢栽O(shè)想的是，如果可以使用不同的油墨，還可以選擇油墨種類。尤其是，沉積油墨液滴以及測量幾何和光學狀態(tài)的步驟是可反復重復的，直至獲得令人滿意的光學結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述至少一滴沉積液滴是通過使用至少一個UV-LED發(fā)出的紫外光進行固化，其中，噴射至少一滴液滴、計算幾何和光學狀態(tài)以及固化至少一滴沉積液滴的步驟被重復一次或多次，以便形成最佳的光學結(jié)構(gòu)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，優(yōu)選的是，執(zhí)行三角測量來測量至少一滴沉積液滴和/或光學結(jié)構(gòu)的幾何和/或光學參數(shù)。優(yōu)選地，在進一步的步驟中執(zhí)行LASER三角測量，其中通過打印頭的LASER源將激光光斑投射到至少一滴沉積液滴上，并且通過打印頭的接收裝置(優(yōu)選為CXD相機)接收由至少一滴沉積液滴反射的激光。為此，幾何參數(shù)是由至少一滴沉積液滴上的激光光斑的位置和LASER源與位于打印頭處的接收裝置之間的已知距離計算出來的。使用此方法，有利的是，可提供一種比較精確可靠的打印過程控制。[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，該方法包括根據(jù)在噴射下一個液滴之前就已經(jīng)測得的幾何以及光學狀態(tài)，使打印頭相對于基板移動、并且優(yōu)選為轉(zhuǎn)動到特定位置的步驟。使用此方法，有利的是，可調(diào)整基板上沉積液滴的位置。因此，多個液滴可以在基板沿著傳輸方向連續(xù)移動的同時以一個在另一個上方的方式沉積在基板的同一位置上。此外，光學結(jié)構(gòu)形狀上的不精確可通過相應(yīng)地調(diào)整噴射方向和將更多的液滴噴射到光學結(jié)構(gòu)上來校正。這種方法的另一個優(yōu)勢在于，由于沉積液滴的對稱性或不對稱性取決于噴射方向和基板平面之間的角度，可以通過調(diào)整噴射方向來影響基板上沉積液滴的形狀。
[0026]優(yōu)選地，移動打印頭、噴射至少一滴液滴和固化至少一滴沉積液滴的步驟被重復一次或多次，以形成該光學結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施例中，打印頭包括多個不同的噴射裝置，其中每個噴射裝置噴出不同和/或相同的油墨，并且其中噴射裝置的噴射是同時和/或先后發(fā)生的。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，該方法優(yōu)選包括通過打印頭在基板上打印可見圖像的步驟，該步驟優(yōu)選為在將該光學結(jié)構(gòu)打印到基板上之前、期間或者之后執(zhí)行。該打印圖像尤其包括一圖形，當觀察該圖形時，由光學結(jié)構(gòu)產(chǎn)生具體的光學效果。尤其是，以下述方式將光學結(jié)構(gòu)調(diào)整為該圖形:使得該圖形僅有部分區(qū)域的光學外觀是可通過該光學結(jié)構(gòu)而相應(yīng)地進行修改的?？筛鶕?jù)選擇，利用透明或者不透明的油墨形成該圖形。例如，該圖像表現(xiàn)為風景畫、物體、照片、文字或者類似物?？杀挥米鲝V告或者告知目的的標識或者字母符號，也可作為該圖形。這些符號可被制成為可通過光學結(jié)構(gòu)或者通過相應(yīng)的著色進行檢測。尤其有利的是，可實現(xiàn)透光并且不刺眼的裝置，使得下部的透光元件有力地向上引導成束的入射光，反之上部的透光元件將平坦成束的入射光引至室內(nèi)深處，因此在室內(nèi)形成均勻的漫射光分布。也能進行著色的標識符號或者文字的定向投射。然后這種產(chǎn)物可被提供到例如相應(yīng)的玻璃窗或者類似物上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，包含打印光學結(jié)構(gòu)和/或打印圖像的基板包括:廣告牌、張貼畫、裝飾面、鍍層元件、表面鍍層、小冊子或者期刊頁、蓋板、圖片、包裝(例如食品包裝)、標簽、門牌號、窗口圖像、屏幕、燈罩、漫射屏、膠粘標簽、印版、電腦屏幕和/或類似物。
[0028]通過以下結(jié)合附圖的詳細說明，本發(fā)明的這些及其他特征、元素和優(yōu)勢是顯而易見的，其中附圖示例性地圖示了本發(fā)明的原理。該說明僅用于示例目的，并不用于限制本發(fā)明的范圍。下面引用的參考圖指的是所附附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1和2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的打印頭。
[0030]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的打印頭。
[0031]附圖標記列表
[0032]I 打印頭
[0033]2 光學結(jié)構(gòu)
[0034]3 基板
[0035]4 噴射裝置
[0036]5 沉積液滴
[0037]6 光路[0038]7測量裝置
[0039]7’LASER 源
[0040]7〃CCD 相機
[0041]8固化裝置
[0042]9壓電材料
[0043]10虛線
[0044]11壓力脈沖
[0045]12腔室
[0046]13傳輸方向
[0047]14噴射方向
[0048]15轉(zhuǎn)軸
[0049]16數(shù)據(jù)傳輸電纜
[0050]17旋轉(zhuǎn)方向`
[0051]18基線
【具體實施方式】
[0052]現(xiàn)在將就具體實施例并參考特定附圖描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，而是僅由權(quán)利要求限定。所述附圖僅僅是示意性的而非限制性的。在附圖中，出于圖示目的，一些元件的尺寸可能被放大而非按照比例繪制。
[0053]當使用例如〃 一"、“一個”和〃該(所述)〃的涉及單數(shù)形式的不定或者定冠詞時，除非另外說明，其包括該名詞的復數(shù)形式。
[0054]此外，說明書及權(quán)利要求中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等等被用來區(qū)別相同元件，而不一定是用來描述連續(xù)順序或者時間順序?？梢岳斫獾氖?，在此使用的術(shù)語在適當情況下是可互換的，并且在此描述的本發(fā)明的實施例能夠以不同于在此圖示的其他順序進行操作。
[0055]圖1和2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的打印頭I的實施例。圖1示出了在其底部具有噴射裝置4、測量裝置7和固化裝置8的打印頭I。噴射裝置4包括噴嘴，用于噴射設(shè)在打印頭I的內(nèi)腔12 (圖1中未示出)內(nèi)的液態(tài)聚合基油墨液滴。噴射裝置4適用于將液滴噴射到基板3 (圖1中未示出)上以在基板3上形成諸如光學透鏡、光學棱鏡和/或菲涅耳結(jié)構(gòu)的光學結(jié)構(gòu)2?；?優(yōu)選為由透明的合成膜材料制成或者為玻璃面，其中油墨是可由紫外光固化的透明油墨。設(shè)置測量裝置7以用于以不接觸的方式測量沉積液滴5或者由沉積液滴5形成的光學結(jié)構(gòu)2的幾何和光學參數(shù)。使用LASER三角測量作為測量技術(shù)。為此，測量裝置7包括彼此之間等距間隔的LASER源7’和C⑶相機7〃。噴嘴位于LASER源7’和CXD相機7〃之間。設(shè)置LASER源7’以用于朝向沉積液滴5投射激光，該激光通過沉積液滴5的表面而朝向CXD相機7"反射。CXD相機7"測量位置，尤其是被反射的激光的入射角。激光的光路6在圖2中以虛線示意性地圖示。隨后，打印頭I和沉積液滴5的表面之間的距離是由所測得的反射激光的入射角以及打印頭I底部上LASER源7’和CXD相機7〃之間的已知固定距離(在圖2中以基線18圖示)而計算得到的。沉積液滴5和光學結(jié)構(gòu)2的三維表面輪廓可通過在打印頭I的不同位置或者以不同角度進行多次三角測量而確定。隨后的打印步驟是根據(jù)所確定的表面輪廓執(zhí)行的，以形成特定的光學結(jié)構(gòu)2。
[0056]固化裝置8包括兩個用于固化沉積液滴5的UV-LED (紫外線發(fā)光二極管)，其中噴嘴位于這兩個UV-LED之間。沉積油墨液滴、至少部分固化沉積液滴5和測量由多滴沉積液滴5形成的光學結(jié)構(gòu)2的表面輪廓的步驟被反復重復，直至獲得所需要的光學結(jié)構(gòu)2形狀。然后，完成最終固化光學結(jié)構(gòu)2的步驟。打印頭I可裝配到常規(guī)噴墨式打印機(圖1中未示出)中，使得常規(guī)噴墨式打印機可以簡單地通過用根據(jù)本發(fā)明的打印頭I替換常規(guī)的打印頭來升級，以打印光學結(jié)構(gòu)2。優(yōu)選地，圖1中示出的打印頭I是噴墨式打印機的一部分和/或是常規(guī)噴墨式打印機的升級套件的一部分。
[0057]圖2示出了圖1所示的打印頭I的橫截面視圖。打印頭I使用位于噴射裝置4的噴嘴后方的盛有墨水的腔室12內(nèi)的壓電材料9。當將電壓施加于壓電材料9時，壓電材料9改變其形狀(見虛線10)，在腔室12內(nèi)的液態(tài)油墨中形成壓力脈沖11，促使油墨4的液滴沿著噴射方向(在本實施例中噴射方向垂直指向基板3的平面)從噴嘴流向基板3。在當前實施例中，液滴沉積到其他先前打印的液滴5上以形成光學結(jié)構(gòu)2。隨后，啟用UV-LED，使得沉積液滴5因來自UV-LED的紫外光的照射而至少部分固化。UV-LED的光錐實質(zhì)上僅在待固化的液滴5的區(qū)域內(nèi)彼此重疊。然后，沉積液滴5和光學結(jié)構(gòu)2的表面輪廓是通過使用LASER三角測量的測量裝置7測得的。在軟件控制下，將測量出的幾何或者光學參數(shù)，尤其是關(guān)于表面輪廓的數(shù)據(jù)，與待形成的光學結(jié)構(gòu)2所需要的形狀進行比較。根據(jù)實際表面輪廓和所要求的理論表面輪廓之間的差異，向基板3噴射更多的油墨液滴以逐漸使表面輪廓的真實形狀接近所需要的形狀。沉積油墨液滴、部分固化沉積的液滴、測量幾何特征的步驟是可反復重復的，直至獲得令人滿意的光學結(jié)構(gòu)2。在該過程中，根據(jù)每個迭代循環(huán)中測量出的幾何和/或光學參數(shù)來調(diào)整打印參數(shù)，例如打印時間、油墨種類、液滴噴射方向、沉積液滴5相對于基板3的位置、噴出油墨的量、噴射液滴的大小、其他液滴的總數(shù)和/或類似參數(shù)。如果獲得了所需要的形狀，則完成具有增強的固化能力的最終固化步驟，以最終硬化整個光學結(jié)構(gòu)2。正如圖2中示例性示出的，在當前實施例中，光學結(jié)構(gòu)2包括光學棱柱。
[0058]在打印過程中，基板3沿著傳輸方向13移動而經(jīng)過打印機。此外可以設(shè)想的是，諸如圖形、文字、標識等等的圖片通過同一打印頭I而打印到基板3上，其中在打印光學結(jié)構(gòu)2之前、期間或者之后執(zhí)行圖片的打印。打印圖片的步驟伴隨著將常規(guī)的著色油墨沉積在基板3上，其中打印頭I包括存儲常規(guī)著色油墨的附加油墨盒(圖2中未示出)和將常規(guī)著色油墨從附加油墨盒噴射到基板3上的附加噴射裝置(圖2中未示出)。
[0059]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的打印頭I。第二實施例大體上類似于圖1和2所示的第一實施例，其中打印頭I圍繞轉(zhuǎn)軸15沿旋轉(zhuǎn)方向17可轉(zhuǎn)動地設(shè)置。轉(zhuǎn)軸15垂直于基板3的傳輸方向13并且平行于基板3的平面延伸。因此，圖示的四個噴射裝置4可以下述方式轉(zhuǎn)動:使得噴射液滴的噴射方向14可相對于基板3的傳輸方向13移動。優(yōu)選地，打印頭I包括使打印頭I隨噴射裝置4 一起繞轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)的步進電機(圖3中未示出)，從而根據(jù)測量出的沉積液滴5的幾何和/或光學參數(shù)沿著傳輸方向13相對于基板3調(diào)整沉積液滴5的位置和形狀。因此，即使基板3保持沿傳輸方向13的勻速移動，多個液滴仍可沉積在基板3的同一位置上并且可以校正測量裝置7測得的光學結(jié)構(gòu)2在形狀上的不精確。打印頭I包括連接打印頭I和外部電腦(未示出)的數(shù)據(jù)傳輸電纜16。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將光學結(jié)構(gòu)(2)打印到基板(3)上的打印頭(1)，包括用于將至少一滴油墨噴向基板(3)以形成光學結(jié)構(gòu)(2)的噴射裝置(4)，其特征在于，所述打印頭(I)包括用于以不接觸方式測量至少一滴沉積液滴(5)的至少一個物理參數(shù)的測量裝置(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭(1)，其特征在于，所述測量裝置(7)被配置為實時測量至少一個物理參數(shù)，尤其被配置為在沉積下一個油墨液滴之前、期間和/或之后測量至少一個物理參數(shù)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(I)，其特征在于，所述測量裝置(7)被配置為測量至少一滴沉積液滴的至少一個幾何參數(shù)，其中，所述幾何參數(shù)優(yōu)選包括沉積液滴(5)層的厚度和/或表面輪廓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(1)，其特征在于，所述測量裝置(7)被配置為確定至少一滴沉積液滴的光學參數(shù)，其中，所述光學參數(shù)優(yōu)選包括沉積液滴(5)層的傳輸?shù)燃?、反射等級?或著色性。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(1)，其特征在于，所述測量裝置(7)被配置為用于層厚測量和/或距離測量。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(1)，其特征在于，所述測量裝置(7)被配置為用于超聲波測量、光學干涉測量和/或光學三角測量，優(yōu)選為用于LASER (受激輻射式光頻放大器)三角測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的打印頭(1)，其特征在于，所述測量裝置(7)包括至少一個LASER源(7’)和至少一個接收裝置；所述LASER源用于將激光光斑投射到至少一滴沉積液滴(5)上；所述接收裝置用于接收通過至少一滴沉積液滴(5)反射的、至少一個LASER源(7’ )的激光，所述接收裝置優(yōu)選為`CXD (電荷耦合器件)相機(7〃)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的打印頭(I)，其特征在于，所述測量裝置(7)包括估算單元，用于由激光光斑在至少一滴沉積液滴(5)上的位置以及LASER源(7’ )和接收裝置(7〃)之間的已知距離，計算所述至少一滴沉積液滴(5)的幾何參數(shù)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(I)，其特征在于，所述打印頭(I)被配置為根據(jù)測量出的物理參數(shù)噴射更多的油墨液滴。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(I),其特征在于，所述打印頭(I)包括用于固化至少一滴沉積液滴(5)的固化裝置(8)，其中優(yōu)選的，所述固化裝置(8)包括至少一個UV-LED (紫外線發(fā)光二極管)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的打印頭(1)，其特征在于，所述固化裝置(8)被配置為根據(jù)測量出的幾何和/或光學參數(shù)固化至少一滴沉積液滴(5)和/或光學結(jié)構(gòu)(2)。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的打印頭(O,其特征在于，所述固化裝置(5)包括至少兩個發(fā)射不同波長范圍的光的UV-LED，其中所述至少兩個UV-LED是可根據(jù)測量出的幾何和/或光學參數(shù)進行控制的。
13.一種用于將光學結(jié)構(gòu)(2)打印到基板(3)上的常規(guī)噴墨式打印機的升級套件，包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的打印頭(I)。
14.一種打印機,包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的打印頭(I)。
15.一種通過使用打印頭(I )，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的打印頭，將光學結(jié)構(gòu)(2)打印到基板(3)上的方法，包括以下步驟:提供基板(3)，將至少一滴油墨(4)噴向基板(3)以形成光學結(jié)構(gòu)(2)，其特征在于，執(zhí)行以不接觸的方式測量至少一滴沉積液滴(5)的至少一個物理參數(shù)的進一步的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求所述15的方法，其特征在于，在所述進一步的步驟中以以下方式執(zhí)行對至少一個物理參數(shù)的實時測量:在沉積下一個油墨液滴之前和/或期間測量至少一個物理參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項所述的方法，其特征在于，在所述進一步的步驟中，測量至少一滴沉積液滴(5)的至少一個幾何參數(shù)，其中優(yōu)選的，在所述進一步的步驟中確定沉積液滴(5)層的厚度和/或表面輪廓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的方法，其特征在于，在所述進一步的步驟中，確定至少一滴沉積液滴(5)的光學參數(shù)，其中優(yōu)選的，在所述進一步的步驟中，確定沉積液滴(5)層的傳輸?shù)燃?、反射等級?或著色性。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或18所述的方法，其特征在于，根據(jù)至少一個物理參數(shù)執(zhí)行將油墨液滴沉積在基板上的進一步的步驟，優(yōu)選的，根據(jù)所述至少一個物理參數(shù)確定打印時間、油墨種類、液滴的噴射方向、沉積液滴在基板上的位置、噴出油墨的量、液滴的大小、更多液滴的數(shù)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中任一項所述的方法，其特征在于，在進一步的步驟中執(zhí)行層厚測量和/或距離測量。
21.根據(jù)權(quán)利要求15-20中任一項所述的方法，其特征在于，在進一步的步驟中執(zhí)行超聲波測量、光學干涉測量和/或光學三角測量，其中優(yōu)選為在進一步的步驟中執(zhí)行三角測量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在進一步的步驟中執(zhí)行LASER三角測量，其中，通過打印頭(I)的LASER源(7’)將激光光斑投射到至少一滴沉積液滴(5)上，通過打印頭(I)的接收裝置(7")、優(yōu)選為C⑶相機接收由至少一滴沉積液滴(5)反射的激光。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，通過估算激光光斑在至少一滴沉積液滴(5)上的位置以及LASER源(7’)和接收裝置(7〃)之間的已知距離，計算所述至少一滴沉積液滴(5)的至少一個物理參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15-23中任一項所述的方法，其特征在于，通過固化裝置(8)固化至少一滴沉積液滴(5)，其中優(yōu)選為通過由兩個不同光源發(fā)射的具有不同波長范圍的光來固化。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述至少一個物理參數(shù)固化至少一滴沉積液滴(5)和/或光學結(jié)構(gòu)(2)，尤其是根據(jù)所述至少一個物理參數(shù)確定固化裝置的功率以及根據(jù)所述至少一個物理參數(shù)使用特定光源。
26.根據(jù)權(quán)利要求15-25中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括根據(jù)在噴射下一個液滴之前就已經(jīng)測得的至少一個物理參數(shù)，使打印頭(I)相對于基板(3)移動、并且優(yōu)選為轉(zhuǎn)動到特定位置的步驟。
【文檔編號】B29C41/36GK103459116SQ201280004885
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月6日
【發(fā)明者】庫爾特·布萊星, 理查德·凡·德·威力 申請人:Luxexcel控股有限公司