[发明专利]用于打印光学结构的打印头、常规墨喷式打印机的升级套件、打印机及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在基板上打印光学结构的打印头，其包括用于将至少一滴油墨喷向基板以便形成光学结构的喷射装置。

背景技术

众所周知的是，具有光学结构的产品可通过直接将光学结构打印到适当的基板上而以比较节省时间和成本低廉的方式进行制造。举例来说，这一类被打印的光学结构包括透镜、反光镜或者回射器。基板可由合成材料或者玻璃制成。此外，通过使用光照来固化打印材料以减少整个打印时间是众所周知的。

例如，PCT专利申请WO2010/091888A1公开了一种方法，通过将材料以层的形式沉积在基板上且随后通过激光或者紫外线照射固化该层，由可模制的透明材料生产光学透镜。举例来说，透明材料是通过常规的按需印刷打印机沉积在基板上的。

为了提供具有某种光学作用的高质量光学结构，必须根据给定样式精确设计光学结构的三维几何形状和表面轮廓。即使是光学结构的预定几何形状上的细微偏差也会导致明显的光学误差。因此，液滴必须高精度地定位在基板上，并且必须根据油墨的当前流动特性进行固化。

这是很难的，因为恰好在那一瞬间沉积且仍未固化的液滴的性能极大地取决于许多因素，例如基板的材料和表面状态、油墨的成分、大气压、温度、空气湿度、打印机和重力场之间的方位等等。不利地，不可能事先考虑所有这些因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于打印光学结构的打印头、常规喷墨式打印机的升级套件、喷墨式打印机及方法，其提供可再现的高质量光学结构的打印。

本发明的目的可通过一种将光学结构打印到基板上的打印头实现，该打印头包括用将至少一滴油墨喷向基板以便形成光学结构的喷射装置，其中，该打印头包括用于以不接触方式测量至少一滴沉积液滴的至少一个物理参数的测量装置。

根据本发明，有利的是可提供一种能够通过测量至少一个物理参数实现对所打印的液滴和/或所形成的的光学结构的修正的打印头。因此，基于沉积液滴的真实客观的物理状态，通过打印头实时生成反馈。例如，与所要求的几何形状之间的可能偏差可通过打印头实时识别，并且如有必要，可在进一步的打印和/或固化步骤中对其进行校正。以这种方式，可自动考虑所有的潜在环境干扰。此外，打印过程的实时控制也是可能的，这会减少拒绝的次数和相关成本。优选地，在沉积下一个油墨液滴之前、期间和/或之后不久，可进行不接触式测量。特别地，打印头配置为根据最近测得的物理参数喷射更多油墨液滴，因此可以补偿检测到的与所要求的几何形状之间的偏差。

优选地，可以确定几何参数，例如至少一滴沉积液滴和/或多滴沉积液滴的层的厚度和/或表面状态，其中特别优选地，测量直接影响光学结构的光学特性的至少一滴沉积液滴的那些几何参数。优选地，还确定诸如沉积液滴和/或多滴沉积液滴的层的传输等级、反射等级和/或着色性的光学特性。可以设想的是，不仅可以测量至少一滴沉积液滴的几何和/或光学参数，一段或者整个光学结构的几何和/或光学参数也可通过测量装置进行测量，以估算总体设计。优选地，在打印头的运动部件上，靠近喷射装置设置测量装置。本发明意义上的光学结构特别包括由通过打印头沉积的多滴油墨液滴制成的微透镜、菲涅耳结构、光学棱柱和类似物。油墨优选包括透明材料。为了形成光学结构，液滴必须并排地以一滴在另一滴上方的方式设置，优选为彼此之间部分重叠，因此该光学结构大体上形成一个以光学方式影响通过该光学结构和/或基板的光的三维结构。

根据本发明的优选实施例，测量装置设置为用于层厚测量和/或距离测量。优选地，测量装置用于确定测量装置和至少一滴沉积液滴之间的距离。该方法提供一种比较简单的确定几何参数的方法，几何参数为例如被打印的油墨的厚度和/或表面轮廓。可以设想的是，测量装置在其间进行标准测量（reference measurements）。在标准测量中，测量装置测量基板和测量装置之间的距离，使得沉积液滴层的厚度可以简单地由所测得的基板和测量装置之间的距离（标准测量）以及沉积液滴层表面和测量装置之间的距离的数学差而计算得到。优选地，该距离是从打印头上至少两个不同位置处测得的，以便提高准确度。诸如传输等级、反射等级和/或着色性的光学特性，可通过例如比较朝向沉积液滴投射的光的光谱和反射光的光谱来确定。可选择地，比较反射光的光功率和由光源发出的光的光功率。