アナモルフィック光学系を用いる単一パス画像形成システム
【課題】単一パス高解像度高速印刷用途に使用されることが可能な高信頼でしかも高出力である画像形成システムを提供する。
【解決手段】アナモルフィック光学系１３０Ｅは、画像形成面１６２Ｅから湿し溶液を気化するに足るエネルギーを有するライン画像を発生するために、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ１３４Ｅにより全屈折配置に形成される、または円柱／非円柱レンズおよびミラーの組合せによって形成される工程方向サブ光学系１３７Ｅを含む。また、本アナモルフィック光学系は、変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するために１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ１３８Ｅおよび任意選択の円柱／非円柱視野レンズにより形成される工程横断方向サブ光学系１３３Ｅも含む。本アナモルフィック投影光学系は、ライン画像の複数のピクセル画像の同時的発生を容易にし、１２００ｄｐｉ以上での印刷を容易にする。
【解決手段】アナモルフィック光学系１３０Ｅは、画像形成面１６２Ｅから湿し溶液を気化するに足るエネルギーを有するライン画像を発生するために、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ１３４Ｅにより全屈折配置に形成される、または円柱／非円柱レンズおよびミラーの組合せによって形成される工程方向サブ光学系１３７Ｅを含む。また、本アナモルフィック光学系は、変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するために１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ１３８Ｅおよび任意選択の円柱／非円柱視野レンズにより形成される工程横断方向サブ光学系１３３Ｅも含む。本アナモルフィック投影光学系は、ライン画像の複数のピクセル画像の同時的発生を容易にし、１２００ｄｐｉ以上での印刷を容易にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高速プリンタに利用される画像生成システム、および特にアナモルフィック投影光学系を含む単一パス高速画像生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ画像形成システムは、電子写真印刷、マスク付きおよびマスクレス・リソグラフィ・パターニング、表面のレーザダル加工およびレーザ切断機などの用途において、画像を発生させるために広範囲に渡って用いられる。レーザプリンタは、ポリゴンスキャナまたはガルボスキャナを利用することによって工程方向と直角にレーザを掃引するラスタ光学スキャナ（ＲＯＳ：ｒａｓｔｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｅｒ）をしばしば用い、一方で切断用途に対して、レーザ画像形成システムは、フラットベッド型ｘ−ｙベクトルスキャニングを用いる。
【０００３】
レーザＲＯＳ手法の制約のうちの１つは、画像解像度とライン画像の横方向の広がりとの間に設計上のトレードオフが存在することである。これらのトレードオフは、ライン画像の両極端における画像面の湾曲等の光学性能の制限から生じる。実際には、単一のガルバノメータまたはポリゴンスキャナを用いて、一列２０インチの画像形成幅全体で１２００ｄｐｉの解像度を達成することは極めて困難である。さらに、単一のレーザヘッドによる電動式ｘ−ｙフラットベッドアーキテクチャは、広範囲の領域にとっては理想的であるが、最高速の印刷工程にとっては時間がかかりすぎる。
【０００４】
こうした理由により、広い幅の電子写真法にとって、最大２０インチ幅までのモノリシックの発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイには、画像形成上の利点がある。残念ながら、現在のＬＥＤアレイは、ピクセル当たり１０ミリワットの出力レベルを提供することができるだけであり、したがって電子写真法などの一部の非熱画像形成用途に役立つだけである。さらに、ＬＥＤバーは、経年劣化差および性能差を広げる。単一のＬＥＤが故障すると、ＬＥＤバー全体を差し換える必要がある。他の多くの画像形成またはマーキング用途には、より高い出力が必要である。例えば、レーザダル加工、または切断用途は、１０Ｗ〜１００Ｗの範囲の出力レベルを必要とすることがある。したがって、ＬＥＤバーをこれらの高出力用途に用いることはできない。また、ずらして配置された２行以上のヘッドを用いることなくＬＥＤをより高速度または１２００ｄｐｉを上回る解像度にまで拡張することも困難である。
【０００５】
１００ミリワット〜１００ワットの範囲にある、より高出力の半導体レーザアレイは存在する。ほとんどの場合、これらは全幅で大略１ｃｍのレーザ・ダイオード・バーなどの１Ｄアレイ形式で存在する。高出力向け光源の別のタイプは、２Ｄ面発光ＶＣＳＥＬアレイである。しかしながら、これらの高出力レーザ技術のいずれも、最隣接間のレーザピッチを６００ｄｐｉ以上の画像形成解像度に適合可能にはしない。加えて、これらの技術のいずれも、各レーザの個々の高速度制御を可能にはしない。したがって、高出力オーバヘッド投影画像形成システムなどの高出力用途は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＬＰ（商標）チップまたは液晶アレイなどの空間光変調器と組み合わせたレーザなどの高出力源を用いる場合が多い。
【０００６】
先行技術は、画像形成システムが、並んでアレイ構成にされれば重なり合った投影画像を形成すべく使用されることが可能であり、この場合、重なり合いは、複数の画像パターンをつなぎ合わせて１つの途切れのないパターンにするソフトウェアを用いてより大きい画像を形成することができることを示している。このことは、ＰＣボード製造並びにディスプレイシステム用などの、多くのマスクレス・リソグラフィ・システムにおいて示されてきた。従来、高解像度用途向けのこのようなアレイ構成の画像形成システムは、連続的な高解像度画像を互いに繋ぎ合わせるために、２行の画像形成サブシステムまたは二重通過スキャン構成の何れかを用いなければならないように配列されていた。これは、サブ光学系の寸法上、ハードウェアに物理的制約があるためである。画像形成する二重の行構成は、依然として、基板を一方向に移動させる運搬機を用いて途切れなく繋ぎ合されることが可能であるが、このようなシステムは、大量の追加のハードウェア設置場所および各画像形成行間の精度調整を必要とする。
【０００７】
マスクレスリソグラフィ用途の場合、画像形成されるフォトレジストの露光と現像との間の時間は決定的に重要とは言えず、したがって単一のラインに沿ってフォトレジストに画像を形成しても、すぐに露光する必要はない。しかしながら、露光と現像との間の時間は、決定的に重要となることがある。例えば、電子写真式レーザ印刷は、時間とともに自然に減衰する電荷を消去することによって感光体に画像を形成することに基づいている。したがって、露光と現像との間の時間は時不変性ではない。このような状況では、露光システムが単一のラインを露光する、または一表面の間隔が狭い幾つかの隣接する高解像度ラインを一度に露光することが望ましい。
【０００８】
電子写真式印刷用途に加えて、露光と現像との間の時間が決定的に重要である別のマーキングシステムが存在する。一例は、当初Ｃａｒｌｅｙにより「ＦＯＵＮＴＡＩＮ ＳＯＬＵＴＩＯＮ ＩＭＡＧＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ（電子リソグラフィ用の湿し水画像装置）」と題する米国特許第３，８００，６９９号明細書において開示された、レーザベースの可変データ・リソグラフィ・マーキング技法である。標準的なオフセットリソグラフィ印刷では、疎水性の画像形成領域および親水性の非画像形成領域を有する静的な画像形成プレートが作成される。水ベースの湿し溶液の薄層はプレートを選択的に湿潤し、かつ油ベースのインクを選択的に拒絶する撥油層を形成する。米国特許第３，８００，６９９号明細書に開示された可変データ・リソグラフィ・マーキングでは、レーザを用いて湿し溶液をパターン切除し、可変画像領域をオン・ザ・フライで形成することができる。このようなシステムでは、湿し溶液の薄層も、周囲空気への圧力の自然な部分的気化が原因で時間とともに厚さが低減する。したがって、画像を形成するレーザ切除ステップのどの時点でも湿し液の膜厚が同じであるように、単一の画像形成パスステップにおいて単一の連続的な高出力レーザ画像形成ラインパターンを形成することも効果的である。しかしながら、大部分のアレイ構成の高出力高解像度画像形成システムの場合、ハードウェアおよび空間光変調器を囲むパッケージングは、通常、途切れのない連続的なラインパターンの画像形成を妨げる。さらに、ダル加工、リソグラフィ、コンピュータ・トゥ・プレート製作、広領域型抜きまたは熱ベース印刷もしくは他の新規な印刷用途などの、レーザ画像形成の多くの領域にとって必要なものは、２０インチを越える広い工程幅に渡って拡張可能であると同時に６００ｄｐｉ以上の達成可能解像度、１２００ｄｐｉ以上のピクセルポジショニング解像度またはアドレス可能度を有しかつ単一パスで高解像度、高速度の画像形成を可能にする、１ワットレベルを十分に上回る高い総光パワーを有するレーザベースの画像形成技法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３，８００，６９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、画像形成面上で工程横断（例えば、水平）方向に位置合わせされる略一次元の高輝度ライン画像を形成するために、比較的低輝度の変調光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるべくアナモルフィック光学系を利用する画像形成システムに関する。変調光場は、ライン画像の各ドット様「ピクセル」（画像部分）が工程（例えば垂直）方向へ拡張される「延伸された」ライン画像を効果的に形成する低輝度の光部分で構成される。アナモルフィック光学系は、画像形成面に一次元ライン画像が投影されるように変調光場を画像化しかつ集中させるべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される１つまたは複数の細長い湾曲した光学素子（例えば、円柱／非円柱レンズおよび／または円柱／非円柱鏡）を利用する。即ち、細長い湾曲した（円柱／非円柱）光学素子の動作可能な光学（即ち、反射または屈折）面は、中立軸またはゼロ出力軸沿いを中心とする一定の湾曲した外形を有し、これにより、細長い光学素子によって集中される光は画像形成面上でライン画像の長さ全体に沿って等しく集中される。アナモルフィック光学系を利用して低輝度の変調光場を集中させることにより、高い合計光強度（即ち、約数百ワット／ｃｍ２オーダーの束密度）がライン画像の全体長さに沿って同時に発生され、これにより、あらゆるドット様ピクセル画像が同時に発生される（即ち、任意の所定の瞬間にライン画像の１点へ高出力を印加するだけのラスタリング系と対照的）。高輝度のライン画像全体を同時に発生することにより、本発明は、例えば単一パス高解像度高速印刷用途に使用されることが可能な高信頼でしかも高出力である画像形成システムを促進する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の代替実施形態によれば、アナモルフィック光学系は、専ら工程方向の円柱／非円柱屈折光学素子を用いるか、１つまたは複数の工程方向の円柱／非円柱反射（例えば、鏡）光学素子を含む反射屈折光学系を用いるかの何れかによって実装される。全屈折光学系の実施形態では、円柱または非円柱屈折面を有する１つの集束レンズまたは２つの集束レンズの何れかが、画像形成面上へ変調光場を工程方向に集中させるために利用される。反射屈折アナモルフィック光学系の実施形態では、円柱または非円柱反射面を有する１つの集束鏡または２つの集束鏡の何れかが、画像形成面上へ変調光場を工程方向に集中させるために利用される。工程方向の歪に起因して、光場が工程方向よりも工程横断方向へ遙かに広い画像形成システムについては、反射屈折アナモルフィック投影光学系の方が適する。また、反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程横断方向沿いに全屈折系のそれより低いレベルの矢状像面湾曲も提供し、これにより、著しくより二次元的な（例えば、正方形または長方形）変調光場の高品質画像形成が促進される。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、アナモルフィック光学系は、工程横断サブ光学系および工程方向サブ光学系の双方を含む。工程横断サブ光学系は、入力される二次元光場と工程方向サブ光学系との間に配置され、二次元変調光場を工程横断方向に画像化する１つまたは複数の円柱／非円柱レンズを含む。特有の代替実施形態では、工程方向サブ光学系は、所望される工程横断画像形成を達成するように配列される二重レンズ素子または三重レンズ素子の何れかを含む。この配列は、略無制限の長さのスキャンラインを有する集合体を生成するために隣接する光学系と結合される（重複領域といっしょに「繋ぎ合わされる」または混ぜ合わされる）ことが可能な幅広のスキャンラインを発生することを容易にする。別の実施形態では、工程横断サブ光学系と二次元光場源との間にコリメートする工程横断方向円柱／非円柱視野レンズが配置されかつ二重または三重レンズ素子間に開口ストップを位置決めすることを有効化するように位置合わせされ、これにより、少数の単体レンズを用いる収差の効率的な補正が有効化され、かつ二重／三重レンズ素子のサイズが最小化される。工程サブ光学系は工程横断サブ光学系と画像形成面（即ち、光学系出力）との間に位置決めされ、かつ単体工程方向光学（例えば、鏡またはレンズ）素子または、光場を工程方向へ先に述べた方法に一致する方法で画像化しかつ集中させる働きをする二重工程方向光学（例えば、鏡またはレンズ）素子の何れかを含む。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、本画像形成システムは、均質光発生器および空間光変調器を利用してアナモルフィック光学系へ二次元変調光場を投影する。ある特有の実施形態によれば、均質光発生器は、均質な光場を形成するために少なくとも１つの低出力光源と、この光源により発生される光ビームを均質化する光ホモジナイザとを用いる。空間光変調器は、各光変調素子が対応する低輝度均質光部分を受け入れ、かつ受け入れたその均質光部分をアナモルフィック光学系へと方向づける（例えば、通す、または反射する）、または受け入れたその光部分をアナモルフィック光学系へ届かないように妨げる（例えば、阻む、または遠方へ方向づける）、の何れかであるように均質な光場内に位置合わせされる、個々に構成可能な光変調素子の二次元アレイを含む。均質光を、アナモルフィックに投射し、かつ集中させる前にこのようにして変調することにより、本発明は、任意の所定の瞬間にライン画像の１点に高出力を印加するだけのラスタリング系とは対照的に、画像形成領域全体に沿って高出力ライン画像を同時に生成することができる。
【００１４】
ある実施形態において、アナモルフィック光学系は、画像形成面にライン画像を形成する集中された光部分が光場を形成する個々の光部分の光強度の少なくとも２倍の光強度を有するように、二次元光場を形成する変調光部分を工程方向へ画像化しかつ集中させる。比較的低出力の均質光は、多数の変調素子上に広がり、かつ単に画像形成面において高輝度を達成するだけであることから、本発明は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、電子光学回折変調器アレイまたは熱光学吸収体素子アレイ等の低コストである市販の空間光変調デバイスを用いて製造されることが可能である。即ち、ホモジナイザを利用して、拡張された二次元領域に渡って高エネルギレーザ光を広げることにより、所定の領域に亘る（例えば、各変調素子の領域に亘る）光の強度（ワット／ｃｃ）は、向上された出力調整ケイパビリティを有する空間光変調器を形成すべく低コストの光学ガラスおよび反射防止コーティングを利用できるように、受け入れ可能なレベルまで低減される。また、光を一様に拡散させることも、点欠陥（例えば、微視的塵粒またはかき傷）の全光透過損失に与える負の画像形成効果を排除する。
【００１５】
本発明の一態様によれば、空間光変調器は、二次元アレイに配列される複数の光変調素子と、各変調素子の光変調構造体が予め決められたライン画像データに従って「オン」（第１の）変調状態と「オフ」（第２の）変調状態との間で調整可能であるように、変調素子を個々に制御するためのコントローラとを含む。各光変調構造体は、均質光の関連部分をその変調状態に従って通す、または妨げる／配向し直すように配置される。変調素子のうちの１つが変調「オン」状態にあるとき、変調構造体は、関連するその変調光部分を対応する既定方向へ方向づける（例えば、素子は関連する光部分をアナモルフィック光学系へと通すか、反射する）。逆に、変調素子が変調「オフ」状態にあるとき、受信された関連する光部分は、アナモルフィック光学系へと通ることを妨げられる（例えば、光変調構造体は関連する光部分を吸収／阻止する、または関連する光部分をアナモルフィック光学系から遠方へ反射する）。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、空間光変調器の光変調素子は行および列に配列され、アナモルフィック光学系は、各列から受信される光部分を細長いライン画像の関連する画像形成領域（「ピクセル」）上へ集中させるように配置され、即ち、所定の列における（かつ変調「オン」状態にある）全ての光変調素子から受信される集中された変調光部分は、結果的に生じる画像形成「ピクセル」が、「オン」状態にある所定の列における全ての光変調素子からの複合光であるように、アナモルフィック光学系によってライン画像の対応する同じ画像形成領域上へ方向づけられる。本発明の主要な特徴は、各光変調素子により通過される光部分がアナモルフィック光学系によって走査画像へ送達される１ピクセルのバイナリデータを表し、よって、ライン画像を作り上げる各画像形成「ピクセル」の明るさは関連する列内の「オン」状態にある素子の数によって制御される、という理解に存する。したがって、各列内に配置される複数の変調素子を個々に制御することにより、かつ各列によって通過される光を対応する画像形成領域上へ集中させることにより、本発明は、一定の（変調されない）均質光を用いるグレースケール・ケイパビリティを有する画像形成システムを提供する。さらに、各列における「オン」ピクセルグループの位置が列の上下に調整されれば、この配列は、ボウ（即ち、直線の「スマイル」）およびスキューのソフトウェアによる電子補正を容易にする。
【００１７】
本発明の特有の一実施形態によれば、空間光変調器は、パッケージされた形態でデジタル光プロセッサと称される、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＬＰ（商標）チップを備える。この半導体チップ自体は、デジタル・マイクロミラー・デバイスまたはＤＭＤと称される場合が多い。このＤＭＤは、基板上に配置される微小電気機械式（ＭＥＭ）ミラー機構の二次元アレイを含み、各ＭＥＭミラー機構は、コントローラにより発生される関連の制御信号に従って、第１および第２の傾斜位置間で移動可能式に支持されるミラーを含む。空間光変調器およびアナモルフィック光学系は、各ミラーが、それが第１の傾斜位置にあるときは、受信されるその関連する光部分をアナモルフィック光学系へと反射し、かつ第２の傾斜位置にあるときは、受信される関連の光部分をアナモルフィック光学系から遠方にビームダンプへ向けて反射するように、折り畳まれた配列で位置合わせされる。任意選択のヒートシンクは、第２の傾斜位置にビームダンプへ向けて配置されたミラーからの光部分を受信するように、空間光変調器に相対して固定的に位置合わせされる。コンポーネントの各々を固定された相対位置に保持するために利用されるフレームは、任意選択である。反射式ＤＭＤベースの画像形成システムの利点は、折り畳まれた光路配列が、システム設置面積の小型化を容易にすることにある。
【００１８】
本発明による別の特有の実施形態によれば、ＤＭＤ式空間光変調器上へ方向づけられる光源からの均質光は、画像形成ドラムシリンダ上へ方向づけられ、この場合、ドラムシリンダの外側（画像形成）表面にはダンピング（湿し）溶液がコーティングされ、かつダンピング溶液は、インク供給構造体の下を通過する前にアナモルフィック光学系からの集中された変調光を用いて選択的に気化される。ＤＭＤ式空間光変調器は、ＭＥＭミラー機構の予め決められたグループが（第１の）時間周期の間に関連する画像ピクセルデータ部分のグレースケール値に従って起動され、かつ結果的に生じる変調光が、ドラム外面の細長い走査領域から湿し溶液を除去することによりライン画像を発生させるべく先に述べたようにアナモルフィック光学系によって画像化されかつ集中されるように構成される。続いて、ドラムシリンダが回転して表面領域がインク源の下を通過すると、露出された表面領域上へインク材料が置かれてインクによる外観が形成される。さらなる回転によってインクによる外観が転写ポイントを通過すると、インク材料と表面領域との接着によりインクの外観が印刷媒体へ転写され、印刷媒体上へ印刷されたインク内に「ドット」が生じる。ドラムシリンダがさらに回転すると、表面領域は、後続の露光／印刷サイクル用に表面領域を準備すべく残留インクおよび湿し溶液材料を除去するクリーニング機構の下へ移動する。
【００１９】
本発明のこれらの、および他の特徴、態様および優位点は、以下の説明、添付の請求の範囲および添付の図面との関連においてより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の例示的な一実施形態による、アナモルフィック光学系を利用する単純な画像形成システムを示す上側面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、画像形成動作の間の図１の画像形成システムを示す略側面図である。
【図３】図３は、本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成システムにより利用されるマルチレンズアナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図４】図４は、図３のマルチレンズアナモルフィック光学系を示す略上側面図である。
【図５】図５は、本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成システムにより利用されるＤＭＤ式空間光変調器の一部を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５のＤＭＤ式空間光変調器に属する光変調素子をさらに詳細に示す分解斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の別の特有の実施形態による、折り畳まれて配置されたＤＭＤ式空間光変調器および全屈折光学系を利用する画像形成システムを示す斜視図である。
【図９】図９は、画像形成動作の間の図８の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される全屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１２】図１２は、図１１の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される第２の全屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１４】図１４は、図１３の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の別の特有の実施形態による、折り畳まれて配置されたＤＭＤ式空間光変調器および反射屈折光学系を利用する画像形成システムを示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される反射屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１７】図１７は、図１６の反射屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１８】図１８は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される第２の反射屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１９】図１９は、図１８の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、画像形成システムおよび関連装置（例えば、スキャナおよびプリンタ）の改良に関する。本明細書において、方向を示す「上側」、「最上」、「下側」、「垂直」および「水平」等の用語は、説明を目的として相対位置を規定するためのものであり、絶対的な基準系を指定するためのものではない。本明細書において、他の光学素子「間」に位置決めされる等の光学素子（レンズ、鏡）の位置に関する言及は、別段の指摘のない限り、関連する光学系を介する通常の光路の意味合いにおける指摘を目的とするものである（例えば、レンズおよび鏡を含む光学系の正常動作の間、光が１つの鏡から反射されてレンズを通り、他の鏡へ至る場合、レンズは２つの鏡の「間」にある）。本明細書において、複合語である「円柱／非円柱」は、関連する光学素子が円柱形（即ち、その１つまたは複数の湾曲した光学表面が円柱の一部であって、光学表面の交差部分に平行するラインおよび正接する平面へ画像の焦点を集める円柱レンズまたはミラー）、または非円柱形（即ち、その１つまたは複数の光学表面が円柱形ではないが、なお光学表面の交差部分に平行するラインおよび正接する平面へ画像の焦点を集める細長い湾曲レンズまたはミラー）の何れかであることを意味するためのものである。
【００２２】
図１は、アナモルフィック光学系１３０を用いて画像形成面１６２上へ二次元画像の略一次元ライン画像を発生させるために利用される単純化された単一パス画像形成システム１００を示す。システム１００はさらに、均質光発生器１１０と、均質光発生器１１０から受信される均質光１１８Ａを変調するようにコントローラ１８０により制御される空間光変調器１２０と、変調器１２０により発生される変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中させ、かつ画像形成面１６２上に略一次元ライン画像ＳＬを発生（投影）させるように位置合わせされるアナモルフィック光学系１３０とを含む。
【００２３】
この例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データ（本明細書では、「画像データファイルＩＤ」と称する）を、デジタル画像データにより指定される光パターンより成る対応する二次元画像（例えば、写真または印刷文書）へ変換することを含む。画像形成動作の「画像形成段階」（部分）は、二次元画像の単一ライン（本明細書では便宜的に「ライン画像」と称する）を関連するラインデータ（本明細書では便宜的に「ライン画像データ部分」と称する）に従って発生させることを含む。例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データを光パターンより成る対応する二次元画像へ変換することを含む。このような画像形成において、画像データファイルＩＤはコントローラ１８０へ送信され、コントローラ１８０は、画像データファイルＩＤを一度に１ラインずつ処理して変調器１２０へ送信する。画像データファイルＩＤはＬＩＤ１からＬＩＤｎまでのライン画像データグループを含み、各ライン画像データグループは、二次元画像の関連する一次元ライン画像を集合的に形成する複数のピクセル画像データ部分を含む。例えば、ライン画像データグループＬＩＤ１は、４つのピクセル画像データ部分ＰＩＤ１からＰＩＤ３までを含む。各ピクセル画像データ部分（例えば、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１）は、二次元画像の対応部分に関連づけられる対応するピクセル画像の色および／またはグレースケール特性に対応する１ビットまたは複数ビットの画像データを含む。
【００２４】
図１および図２において、均質光発生器１１０は、略均一の二次元均質光場１１９Ａを形成する連続する（例えば、一定の／変調されない）均質光１１８Ａを発生する働きをし、均質光場１１９Ａは、突き出したドット状の長方形の箱として示され（即ち、均質光場１１９Ａは構造体を形成するものではない）、かつ略同一の定エネルギーレベルを有する均質光１１８Ａによって構成される（即ち、均質光場１１９Ａは全ての部分が略同一の束密度を有する）。発生器１１０は、適切なキャリア１１１上へ加工される、または別段で配置される発光素子（例えば、１つまたは複数のレーザまたは発光ダイオード）１１５を含む光源１１２と、光源１１２と変調器１２０との間に配置される光均質化光学系（ホモジナイザ）１１７とを備える。ホモジナイザ１１７は、光ビーム１１６を拡大された二次元領域に渡って均質化することにより均質光１１８を発生し、かつ光ビーム１１６の発散を減らす。この配置により、高エネルギーの光ビーム１１６は、１２５−１１から１２５−３４までの全ての変調素子上へ略等しく配分される分散された、比較的低いエネルギー束の均質光１１８へ効果的に変換される。光源１１０は、直線に沿って配置される複数の端面発光レーザダイオードによって、または二次元アレイに配列される複数の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）によって実装される。理想的には、このようなレーザ源は、過剰な熱を容易に除去すべく受動水冷または強制気流が使用可能であるように、高い（例えば、５０％を超える）プラグ効率を有する。光ホモジナイザ１１７は、高速軸集光（ＦＡＣ）レンズをビーム再成形用マイクロレンズアレイと共に用いて、またはライトパイプを用いて実装されることが可能である。
【００２５】
変調器１２０は均質光場１１９Ａ内に配置され、かつ変調素子アレイ１２２と、制御回路１２６とを含む。変調器１２０は均質光１１８Ａの一部を変調し、これにより変調器１２０は、光場１１９Ａを、アナモルフィック光学系１３０を介して画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７上へ投射される二次元変調光場１１９Ｂへ変換する。変調器は市販されていて、典型的には、光変調素子（ピクセル）が約５〜２０ミクロン間隔で存在する１０２４ｘ７６８（ＳＶＧＡ解像度）またはこれより高い解像度の二次元（２Ｄ）アレイサイズを有する。
【００２６】
変調器１２０のアレイ１２２は、支持構造体１２４上で４水平行および３垂直列Ｃ１〜Ｃ３内に配置される素子１２５−１１から１２５−３４までを含む。素子１２５−１１から１２５−３４までは、光場１１９Ａ内に、各素子の光変調構造体（例えば、鏡、回折素子または熱光学吸収体素子）が均質光１１８Ａの対応部分を受け入れるように配置され（例えば、変調素子１２５−１１および１２５−１２は各々均質光部分１１８Ａ−１１および１１８Ａ−１２を受け入れる）、かつ受け入れた対応する変調光部分を予め決められた方向に沿ってアナモルフィック光学系１３０へと選択的に通す、または配向し直すように位置合わせされる。
【００２７】
制御回路１２６は、画像形成動作の各画像形成段階の間に１つのライン画像データ部分（例えば、ライン画像データ部分ＬＩＮ１）を格納する制御（メモリ）セル１２８−１１から１２８−３４までのアレイを含む。例えば、ある所定の時間において、ライン画像データ部分ＬＩＮ１は、既知の技法を用いてコントローラ１８０から制御回路１２６へ送信され（書き込まれ）、かつライン画像データ部分ＬＩＮ１は、画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７に対応するライン画像ＳＬを発生させるために用いられる。これに続く画像形成段階（不図示）の間、第２のライン画像データ部分が制御回路１２６へ書き込まれ（即ち、ライン画像データ部分ＬＩＮ１が上書きされ）、画像形成面１６２の別の細長い画像形成領域に対応する第２のライン画像（不図示）が発生される。このプロセスでは、ライン画像ＳＬの発生後かつ第２のライン画像が発生される前に、画像形成面１６２を工程（Ｙ軸）方向へ移動（平行移動）させる必要があることに留意されたい。画像データファイルＩＤの各走査画像データ部分ＬＩＮ１〜ＬＩＮｎについてこのような画像形成段階を反復することにより、画像形成面１６２上に関連する二次元画像が発生される。
【００２８】
各メモリセル１２８−１１から１２８−３４は、１つのデータビット（１または０）を格納し、各光変調素子１２５−１１から１２５−３４は各々、（第１の）変調「オン」状態と（第２の）変調「オフ」状態との間を切換すべく関連するメモリセル１２８−１１から１２８−３４に格納されるデータビットによって（例えば、制御信号１２７によって）個々に制御可能である。所定の変調素子の関連するメモリセルが論理値「１」を格納していれば、この所定の素子は変調「オン」状態に入るように制御され、これにより、この素子は受信される光部分をアナモルフィック光学系１３０へと方向づけるように作動される。例えば、素子１２５−１１は、メモリセル１２８−１１に格納されている論理「１」に応答して「オン」にされ（例えば、透過性にされ）、これにより、受信される光部分１１８Ａ−１１は変調器１２０を介してアナモルフィック光学系１３０へと通される。逆に、素子１２５−２１は、メモリセル１２８−２１に格納されている論理「０」に応答して「オフ」にされ（例えば、不透明にされ）、これにより、受信される光部分１１８Ａ−２１は阻止される。素子１２５−１１から１２５−３４を画像データＩＤに従って選択的に「オン」または「オフ」にすることにより、変調器１２０は連続的な均質光１１８Ａの一部を、変調光がアナモルフィック光学系１３０上へ方向づけられるように変調する（即ち、通過させる、または通過させない）働きをする。
【００２９】
空間光変調器１２０からアナモルフィック光学系１３０へと通過される、または別段で方向づけられる均質光１１８Ａの一部（例えば、均質光部分１１８Ａ−２４）は、個々には変調光部分と称され、かつ集合的には変調光１１８Ｂまたは二次元変調光場１１９Ｂと称される。例えば、「オン」にされている光変調素子１２５−１１を通過した後、均質光部分１１８Ａ−２１は変調光部分１１８Ｂ−１１になり、変調光場１１９Ｂを描いた図の明色領域によって示される光変調素子１２５−１２、１２５−１３、１２５−１４、１２５−３２および１２５−３３を通過した光部分と共にアナモルフィック光学系１３０へ通される。逆に、所定の変調素子（例えば、変調素子１２５−２１）が変調「オフ」状態にある場合、変調素子は、所定の変調素子の受信された関連する光部分を妨げる（例えば、阻止する、または配向し直す）ように作動され、これにより、変調光場１１９Ｂを描いている図面の対応する領域は暗い。
【００３０】
アナモルフィック光学系１３０は、二次元変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７上へアナモルフィックに画像化しかつ集中させる（焦点を合わせる）働きをする。光学系１３０は、変調光場１１９Ｂの二次元パターンを受け入れるように位置合わせされる光学素子（例えば、レンズおよび／または鏡）を含み、光学素子（例えば、レンズまたは鏡）は、受け入れた光部分を工程横断（Ｘ軸）方向よりも工程（Ｙ軸）方向沿いにより高い度合いで集中させるように配列され、これにより、受け入れられた変調光部分は工程横断方向に対して平行に広がる細長いライン画像ＳＬを形成すべくアナモルフィックに集束される。ある実施形態において、アナモルフィック光学系１３０は、ライン画像ＳＬの工程横断（Ｘ軸）方向の幅Ｗ２が変調光場１１９Ｂの元の幅Ｗ１に等しいか大きくなるように、かつライン画像ＳＬの工程（Ｙ軸）方向の高さＨ２が二次元変調光場１１９Ｂの元の高さＨ１より略（例えば、３倍以上）小さくなるように、変調光を画像化する。アナモルフィック光学系１３０を通過しているが、画像形成面１６２にまだ到達していない変調光部分は、被集中変調光部分と称されることに留意されたい（例えば、変調光部分１１８Ｂ−１１は、アナモルフィック光学系１３０と画像形成面１６２との間で被集中変調光部分１１８Ｃ−１１になる）。
【００３１】
図３および図４は、変調器１２０Ｅとアナモルフィック光学系１３０Ｅとを含むシステム１００Ｅの一部を示す。光学系１３０Ｅは、工程横断サブ光学系１３３Ｅと、工程方向サブ光学系１３７Ｅとを含む。サブ光学系１３３Ｅは、変調器１２０Ｅから変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ変調光場１１９ＢをＸ軸方向へ画像化するように成形されかつ配列される円柱／非円柱レンズ１３４Ｅを含む。サブ光学系１３３Ｅからサブ光学系１３７Ｅへ通過される処理光は、画像形成光１１９Ｃ１である。サブ光学系１３７Ｅは、画像形成面１６２Ｅ上へライン画像ＳＬを発生させるために画像形成光１１９Ｃ１を工程方向へ画像化しかつ集中させるレンズ１３８を含む。サブ光学系１３７Ｅから画像形成面１６２Ｅへ通される画像化されかつ集中された（収束する）光は、画像形成集中光１１９Ｃ２である。
【００３２】
図３および図４は、サブ光学系１３３Ｅおよび１３７Ｅの機能を示す点線のレイトレースを含む。図３の平面図は、サブ光学系１３３Ｅが変調光場１１９ＢをＸ軸において拡張するように作動することを示し、かつ図４の側面図は、サブ光学系１３７Ｅが、画像形成面１６２Ｅ上へライン画像ＳＬを形成するように、画像形成集中光場１１９Ｃ２をＹ軸に対して垂直方向へ発生させるべく変調器１２０Ｅにより通過される変調光部分１１８Ｂに作用することを示す。この配置の優位点は、光パワーの強度がシステム１００Ｅの出力に位置決めされるスキャンラインＳＬ上に集中されることを可能にすることにある。素子１３８Ｅの集束能力が増加するにつれて、変調器１２０Ｅ上の光強度は、ライン画像ＳＬにおいて発生されるライン画像の強度と相対的に低減される。しかしながら、これは、円柱または非円柱レンズ１３８Ｅが、透明な開口がレンズ１３８Ｅのエッジぎりぎりまで広がる状態で画像形成面１６２Ｅの方へ接近して配置されなければならないことを意味する。
【００３３】
光学系１３０を利用して変調光場１１９Ｂを工程（Ｙ軸）方向に集中させることにより、工程横断方向に広がる画像形成面１６２上に「単一パス」略一次元ライン画像ＳＬが形成される。所定のグループＧ１の全ての変調素子１２５−１１から１２５−１４を起動することによって所定のピクセル画像部分Ｐ１が発生されると、ライン画像ＳＬの所定の点上に高い合計光強度（例えば、束密度約数百ワット／ｃｍ２のオーダー）が発生され、これにより、例えば単一パス高解像度高速印刷用途において一次元ライン画像ＳＬの全ての部分を同時に生成するために使用されることが可能な高信頼性の高速画像形成システムが促進される。
【００３４】
より低い光学解像度におけるマルチレベル画像露光は、ライン画像ＳＬの各ピクセル画像位置上へ方向づけられる露光レベル（即ち、集中される光の量）を変えることにより（例えば、プリンタにおいて）高品質の画像形成を達成するために利用される。具体的には、ライン画像ＳＬにおける各ピクセル画像（例えば、図１における部分Ｐ１、Ｐ２およびＰ３）の露光レベルは、変調器１２０の起動される光変調素子の数および位置を制御することによって変更され、これにより、各ピクセル画像を発生すべく結合される変調光１１８Ｂの量および位置が制御される。この手法は、システム１００が、マルチレベル（グレースケール）の画像露光特性を提供すべく高い光学解像度を用いて画像形成面に渡るレーザビームを走査しながら高出力レーザを変調する代わりに、画像形成面１６２上へ変調光を集束すべく比較的低出力の光源を変調しかつ比較的低い光学解像度の画像形成システムを利用することによりライン画像ＳＬの全ての位置において同時にマルチレベル画像露光を提供することにおいて、従来のレーザＲＯＳの動作を凌ぐ著しい改良をもたらす。即ち、拡張された二次元領域に渡って広げられる均質光を利用することにより、所定の領域に渡る（例えば、各変調素子１２５−１１から１２５−３４までの領域に渡る）光の強度（ワット／ｃｍ２）は、空間光変調器１２０を形成すべく低コストの光学ガラスおよび反射防止コーティングを利用できるように、受け入れ可能なレベルまで低減され、よって製造コストが低減される。
【００３５】
マルチレベル画像露光は、システム１００により、アナモルフィック光学系により画定される工程方向に略位置合わせされる光変調素子のグループを形成し、各変調素子グループを空間光変調器に書き込まれるライン画像データグループの関連するピクセル画像データ部分に従って構成し、次いで、ライン画像ＳＬの高輝度ピクセル画像部分を形成すべく結果的に生じる細長いピクセル画像をアナモルフィック光学系１３０を利用して工程方向に画像化しかつ集中させることによって達成される。例えば、変調器１２０は、変調素子列Ｃ１からＣ３が光学系１３０により画定される工程方向に対して平行に位置合わせされるように配列される。各変調素子グループは、列Ｃ１からＣ３までに配置される素子から成り、この場合、グループＧ１は列Ｃ１の素子１２５−１１から１２５−１４までを含み、グループＧ２は列Ｃ２の素子１２５−２１から１２５−２４までを含みかつグループＧ３は列Ｃ３の素子１２５−３１から１２５−３４までを含む。各グループ／列により効果的に発生される画像は、工程方向へ「延伸された」（長くされた）ピクセル画像を形成する。光学系１３０は、変調光部分を工程方向に集中させることによってライン画像ＳＬの各ピクセル画像を発生することから、各ピクセル画像のグレースケール特性は、工程（Ｙ軸）方向に位置合わせされる対応する数の変調素子を構成することによって制御されることが可能である。コントローラ１８０を利用して各ピクセルの画像データ部分のグレースケール値を解明し、かつ対応する制御データをそのピクセル画像データ部分に関連づけられる変調素子グループの制御セルへ書き込むことにより、ライン画像ＳＬの各ピクセル位置に適切なピクセル画像が発生される。
【００３６】
図１は、３つの露光レベル、即ち「完全にオン」、「完全にオフ」および「部分的にオン」を用いるマルチレベル画像露光を示す。図１および図２に示されている単純化された例において、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１は（第１の）値「完全にオン」を有し、これにより、コントローラ１８０は、関連する変調素子グループＧ１の全ての変調素子１２５−１１から１２５−１４が起動される（即ち、（第１の）変調「オン」状態へと設定される）ように、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１を変調器１２０の制御回路１２６へ書き込む。素子１２５−１１から１２５−１４が起動されていることから、光部分１１８Ａ−１１から１１８Ａ−１４は、変調光場１１９Ｂの変調光部分１１８Ｂ−１１から１１８Ｂ−１４が光学系１３０上へ方向づけられるように、素子１２５−１１から１２５−１４を通過する。同様に、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ２は（第２の）値「完全にオフ」を有し、よって素子１２５−２１から１２５−２４は、素子１２５−２１から１２５−２４上へ方向づけられる均質光１１８Ａが光学系１３０へ到達することを妨げられる（即ち、阻止される、または配向し直される）ように非活性化され、これにより、画像形成面１６２上の第２の画像形成領域部分１６７−２に光ピクセル画像Ｐ２が最小（暗）画像「スポット」として発生される。最後に、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ３のグレースケール値は「部分的にオン」であり、これは、素子１２５−３２および１２５−３３が起動されかつ素子１２５−３１および１２５−３４が非活性化されて均質光部分を素子１２５−３２から１２５−３３を介してのみ通過させ、これにより、画像形成面１６２の第３の画像形成領域部分１６７−３にピクセル画像Ｐ３が明るい小さな「スポット」として形成されるように素子１２５−３１から１２５−３４を設定することによって達成される。
【００３７】
上述のシステムおよび方法を用いる二次元画像の生成は、画像形成面１６２を周期的または連続的に工程（Ｙ軸）方向に移動させること、および各画像形成段階の後に空間光変調器１２０を設定し直すことを必要とする。例えば、図１に示されているように、ライン画像データグループＬＩＮ１を用いてライン画像ＳＬが発生されると、表面１６２は上へ移動され、かつ第２の画像形成段階が次の順番のライン画像データグループを変調器１２０へ書き込むことによって実行され、これにより、第２のライン画像がライン画像ＳＬの下に発生される。光源１１０は、場合により画像形成段階間でトグルされ、または、画像形成動作の全ての画像形成段階を通じて絶えず「オン」状態に保持される。このプロセスを画像データファイルＩＤの全てのライン画像データグループＬＩＮ１〜ＬＩＮｎについて反復することにより、画像データファイルＩＤにより表現される二次元画像が画像形成面１６２上に発生される。
【００３８】
本発明の代替実施形態によれば、空間光変調器は、米国テキサス州ダラス所在のＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から入手可能なデジタル光処理（ＤＬＰ（登録商標））チップ等のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、米国コロラド州ラファイエット所在のＢｏｕｌｄｅｒ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能なＬｉｎｅａｒ Ａｒｒａｙ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ（リニアアレイ液晶変調器）等の電子光学回折変調器アレイ、または二酸化バナジウム反射または吸収鏡素子等の熱光学吸収素子のアレイを含む、市販のデバイスを用いて実装される。今日、多くの印刷／走査用途は、１０：１を超える高い画像コントラスト比を有する１２００ｄｐｉ以上の解像度、小さいピクセルサイズおよび３０ｋＨｚを超える高速表示行指定機構を必要とし、よって、現時点で好ましい空間光変調器は、その最良の総合性能に起因してＤＬＰ（商標）チップである。
【００３９】
図５は、複数の微小電気機械式（ＭＥＭ）ミラー機構１２５Ｇで構成される変調素子アレイ１２２Ｇを含むＤＭＤ式空間光変調器（ＤＭＤ）１２０Ｇの一部を示す。変調素子アレイ１２２Ｇは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤと一致し、ＭＥＭミラー機構１２５Ｇは、半導体基板１２４Ｇ上の長方形アレイ内に配列される。ミラー機構１２５Ｇは、ミラー１２５Ｇの下に配置される制御回路１２６Ｇによって制御される。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤは、典型的にはデバイス当たり数十万個のミラーを含む。
【００４０】
図６は、ＤＭＤアレイ１２２Ｇの例示的なミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。ミラー機構１２５Ｇ−１１は、基板１２４Ｇの上面で最上層２１０と、中央領域２２０と、下方領域２３０とに分割される。最上層２１０は、アルミニウムで製造されかつ典型的には約１６マイクロメートル幅である正方形または長方形のミラー（光変調構造体）２１２を含む。中央領域２２０は、２つの弾性ねじりヒンジ２２４によって支持プレート２２５へ接続されるヨーク２２２と、１対の高架電極２２７および２２８とを含む。下方領域２３０は、電極プレート２３１および２３２と、バイアスプレート２３５とを含む。ミラー機構１２５Ｇ−１１は、制御回路１２６Ｇにより発生される制御信号１２７Ｇ−１により２つのデータ状態のうちの何れかを格納するように制御される関連のＳＲＡＭメモリセル２４０によって制御される。
【００４１】
下方領域２３０は、めっき層をエッチングすること、または別段でメモリセル２４０を覆う基板１２４Ｇ上へ形成されるパッシベーション層上に金属パッドを形成することによって形成される。電極プレート２３１および２３２は各々、バイアス制御信号１２７Ｇ−２、または金属バイアによってメモリセル２４０により格納される相補的なデータ信号ＤおよびＤバーの何れかを受信するように接続される。
【００４２】
中央領域２２０は、ＭＥＭＳ技術を用いて下方領域２３０の上に配置され、ヨーク２２２は、弾性ねじりヒンジ２２４によって支持プレート２２５により移動可能式（回動可能式）に接続されかつ支持される。支持プレート２２５は、バイアスプレート２３５の上に配置され、かつバイアスプレート２３５の領域２３６上へ固定的に接続される支持ポスト２２６によってバイアスプレート２３５へ電気的に接続される。電極プレート２２７および２２８は、同様に、各々電極プレート２３１および２３２の上に配置され、かつ電極プレート２３１および２３２の領域２３３上へ固定的に接続される支持ポスト２２９によって電極プレート２３１および２３２へ電気的に接続される。ミラー２１２は、ヨーク２２２の中央領域２２３上へ付着されるミラーポスト２１４によってヨーク２２２へ固定的に接続される。
【００４３】
図７（Ａ）から図７（Ｃ）は、動作中のミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。図７（Ａ）は、受け入れられる光部分１１８Ａ−Ｇが第１の角度θ１でミラー２１２を去る反射（変調）光部分１１８Ｂ−Ｇ１になる、第１の（例えば、「オン」）変調状態におけるミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。変調「オン」状態を設定するために、ＳＲＡＭメモリセル２４０は、出力信号Ｄが電極プレート２３１および高架電極２２７へ送られる高電圧（ＶＤＤ）を含み、かつ出力信号Ｄバーが電極プレート２３２および高架電極２２８へ送られる低電圧（接地）を含むように、あらかじめ書き込まれたデータ値を格納する。これらの電極は、ミラーの位置を静電気引力によって制御する。電極プレート２３１および２３２により形成される電極対はヨーク２２２へ作用するように位置合わせされ、かつ高架電極２２７および２２８により形成される電極対はミラー２１２に作用するように位置合わせされる。ほとんどの時間、ヨーク２２２の両側へは等しいバイアス電荷が同時に印加され、バイアス制御信号１２７Ｇ−２が電極プレート２２７および２２８および高架電極２３１および２３２の双方へ印加される。中央位置へ反転する代わりに、予期されるように、ミラー１２２と高架電極２３１／電極プレート２２７との間の引力はミラー１２２と高架電極２３２／電極プレート２２８との間の引力より大きいことから、この等しいバイアスは実質的にミラー１２２をその現行の「オン」位置に保持する。
【００４４】
ミラー２１２を「オン」位置から「オフ」位置へ移動させるために、必要とされる画像データビットが、制御信号１２７Ｇ−１によってＳＲＡＭメモリセル２４０へロードされる。図７（Ａ）で示されているように、バイアス制御信号はディアサートされ、これにより、Ｄ信号がＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３１および高架電極２２７へ送信され、かつＤバーがＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３２および高架電極２２８へ送信され、これにより、ミラー２１２は図７（Ｂ）に示されている「オフ」位置へ移動され、これにより、光部分１１８Ａ−Ｇはミラー２１２を第２の角度θ２で去る反射光部分１１８Ｂ−Ｇ２になる。続いて、バイアス制御信号１２７Ｇ−２が復元されると、図７（Ｃ）で示されているように、ミラー２１２は「オフ」状態に保持され、次の必要な動作のメモリセル２４０へのロードが可能になる。
【００４５】
図７（Ａ）から図７（Ｃ）で示されているように、ミラー機構１２５Ｇ−１１の回動ねじり軸によって、ミラー２１２は、対角軸を中心としてＤＬＰチップハウジングのｘ−ｙ座標に対し相対回転する。この対角的な傾斜により、画像形成システム内の空間光変調器から受け入れられる入射光部分は、光の出射角がＤＬＰチップの表面に対して垂直となるように、各ミラー機構１２５Ｇ上へ合成入射角で投影される必要がある。この要件は、画像形成システムの隣り合わせの配置を複雑にする。
【００４６】
図８は、「折り畳まれた」配置のＤＭＤ１２０Ｈおよび単純化されたアナモルフィック光学系１３０Ｈを利用する画像形成システム１００Ｈを示す斜視図である。ＤＭＤ１２０Ｈは、均質光場１１９Ａの入射する均質光部分１１８Ａが、ＤＭＤ１２０Ｈの関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オン」である場合に光学系１３０Ｈへ向かって反射されるか、関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オフ」である場合に光学系１３０Ｈから遠方へ（例えば、ヒートシンク上へ）反射されるかのいずれかであるように、均質光発生器１１０Ｈおよび光学系１３０Ｈに対してある合成角で位置合わせされる。即ち、均質光発生器１１０Ｈから空間光変調器１２０Ｈの関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈ上へ方向づけられる均質光場１１９Ａの各光部分１１８Ａは、（例えば、図７（Ａ）を参照して先に述べたように）関連のＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オン」位置にある場合にのみ、関連のＭＥＭミラー機構１２５Ｈからアナモルフィック光学系１３０へ反射される。逆に、「オフ」位置にある各ＭＥＭミラー機構１２５Ｈは、関連する光部分１１８Ｂを、関連する光部分１１８Ｂをアナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へ方向づける角度で反射する。
【００４７】
システム１００Ｈは、アナモルフィック光学系１３０Ｈが、ドラムシリンダ１６０Ｈ上に発生される２つのライン画像の位置および左から右への順序が効果的に「反転される」ように、変調光場１１９Ｂを工程方向および工程横断方向の双方へ反転させることによって特徴づけられる。図８の左下部分は、ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｈの正面図を示し、かつ図８の右下部分は、画像形成面１６２Ｈの細長い画像形成領域１６７Ｈの正面図を示す。左下の図は、変調素子列Ｃ１が第１のピクセル画像データ部分ＰＩＤ１１により制御される第１の変調素子グループＧ１を形成することを示す。同様に、残りの光変調素子列は、ライン画像データ部分ＬＩＮ１１の残りのピクセル画像データ部分を実装する対応する変調素子グループを形成する。変調素子グループＧ１〜Ｇ８は、空間光変調器１２０Ｈへ「上下逆および逆行」式に書き込まれることに留意されたい。サブ光学系１３３Ｈは、ピクセル画像データＰＩＤ１１により構成される光変調素子が細長い画像形成領域１６７Ｈの右側にピクセル画像Ｐ１１を発生し、かつピクセル画像データＰＩＤ１８により構成される光変調素子が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上側にピクセル画像Ｐ１８を発生するように、均質光場１１９Ａを反転する。さらに、サブ光学系１３７Ｈは、（反転されない）ピクセル画像部分（ピクセル画像データビットＰＩＤ１１１を実装する変調素子により発生される）が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上部分に現出し、かつ（反転されない）ピクセル画像Ｐ１８８（ピクセル画像データビットＰＩＤ１８８を実装する変調素子により発生される）が細長い画像形成領域１６７Ｈの右下部分に現出するように、変調光場１１９Ａを反転する。
【００４８】
マルチレベル画像露光は、工程方向に略位置合わせされるＤＭＤ１２０ＨのＭＥＭミラー機構グループを、「部分的にオン」のピクセル画像が関連するＭＥＭミラー機構グループの中央領域に配置される連続的なＭＥＭミラー機構を起動することによって実装されるように構成することにより、システム１００Ｈを用いて達成される。例えば、変調素子グループＧ１は列Ｃ１内に配置される素子１２５Ｈより成り、グループＧ１はデータ部分ＰＩＤ１１によって、変調素子の全てが「オン」であり、よってピクセル画像Ｐ１１が最大の明るさを有するように構成される。同様に、変調素子グループＧ８は列Ｃ８内に配置される変調素子１２５Ｈより成り、グループＧ８はデータ部分ＰＩＤ１８によって、変調素子の全てが「オフ」であり、よって画像形成面１６２Ｈ上に暗いピクセル画像Ｐ１８が生成されるように構成される。ＭＥＭミラー機構の残りのグループ（列）は、３つの例示的なグレースケール値「部分的にオン」を用いて構成され、グループＧ２はグレースケール値「ほとんどオン」のピクセル画像データ部分ＰＩＤ１２によって構成され、グループＧ７はグレースケール値「かろうじてオン」を有しかつグループＧ５はグレースケール値「中位のオン」を有する。
【００４９】
図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、動作中の図８のシステム１００Ｈを示す略側面図である。
【００５０】
図９は、ＤＭＤ１２０Ｈの例示的な変調素子グループＧ２がデータグループＰＩＤ１２によって構成される場合のシステム１００Ｈ（Ｔ１）（即ち、時間Ｔ１におけるシステム１００Ｈ）を示す。具体的には、図９は、ＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７までが起動されかつＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８が非活性化されるようにしてピクセル画像データ部分ＰＩＤ１２を用いる変調素子１２５Ｈ−２１から１２５Ｈ−２８までの構成を描いている。
【００５１】
図９の右側を参照すると、画像転写動作を実装するために、システム１００Ｈはさらに、画像形成領域の上流側のあるポイントで画像形成面１６２Ｈ上へ湿し溶液１９２を塗布する液体源１９０と、画像形成領域の下流側のあるポイントでインク材料１９７を塗布するインク源１９５とを含む。転写機構は、インク材料１９７を標的である印刷媒体へ転写し、かつクリーニング機構１９８は、次の露光サイクルのために画像形成面１６２Ｈを準備する。
【００５２】
ＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７は、その起動された構成状態に起因して、変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７がアナモルフィック光学系１３０Ｈを介して方向づけられるように均質光場１１９Ａの一部を反射する。変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７は、アナモルフィック光学系１３０Ｈによって画像化されかつ集中される変調光場１１９Ｂを形成し、これにより、画像形成面１６２Ｈ上の細長い画像形成領域１６７Ｈ−１内にライン画像ＳＬ１の一部を形成するピクセル画像Ｐ１２を生成する画像化されかつ集中された変調光場１１９Ｃ２が発生される。変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７によって形成される関連の集中光は、細長い画像形成領域１６７Ｈ−１から湿し溶液１９２を除去（気化）する。ピクセル画像Ｐ２１のサイズ（即ち、画像形成面１６２Ｈから除去される湿し溶液の量）は、起動されるＭＥＭミラー機構の数によって決定される。
【００５３】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、時間Ｔ１に続く変調器１２０Ｈが非活性化される時間における画像形成システム１００Ｈを示して、表面機能Ｐ１２が引き続いてどのように利用されるかを示している。時間Ｔ２における図１０（Ａ）では、ドラムシリンダ１６０Ｈが回転し、表面領域１６２Ｈ−１は既に、インク外形ＴＦを形成すべくインク材料１９７が露光された表面領域１６２Ｈ−１に付着するインク源１９５の下を通過している。時間Ｔ３における図１０（Ｂ）では、インク外形ＴＦが転写ポイントを通過しつつあり、表面領域１６２Ｈ−１との接着の弱さ、および印刷媒体（不図示）への引力の強さに起因してインク外形ＴＦは印刷媒体へ転写され、結果的に、印刷媒体上へ印刷されるインク内に「ドット」が生じる。時間Ｔ４における図１０（Ｃ）では、表面領域１６２Ｈ−１は、後続の露光／印刷サイクル用に表面領域１６２Ｈ−１を準備するクリーニング機構１９８の下を回転される。したがって、インク材料は、（湿し溶液１９２へではなく）先に述べた画像形成プロセスによって露光される画像形成面１６２Ｈの一部上へのみ転写し、これにより、インク材料は、集中光に曝されるドラムローラ１６０Ｈの一部からのみ印刷媒体へ転写される。したがって、従来のシステムの場合のようなプレートからの不変データではなく、湿し溶液除去からの可変データが転写される。このプロセスの場合、ラスタ化光源（即ち、スキャンラインと交差して前後にラスタ化される光源）を用いて動作するためには、湿し溶液をリアルタイムで除去するに足る単一の超高出力光（例えば、レーザ）源が必要になると思われる。
【００５４】
図１１から図１４および図１６から図１９を参照して後述する特有の実施形態は各々、先に述べた様々な単一パス画像形成システムにおいて（即ち、単一パス画像形成システムを参照して述べている単純化された光学系の代わりに）利用されてもよい。
【００５５】
図１１および図１２は、全屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを示す略平面図および略側面図である。アナモルフィック光学系１３０Ｊは、例示的な一用途を示すために、変調器１２０Ｊと画像形成面１６２Ｊとの間に描かれている。
【００５６】
図１１および図１２を参照すると、アナモルフィック光学系１３０Ｊは、視野レンズ１３２Ｊと、工程横断サブ光学系１３３Ｊと、工程サブ光学系１３７Ｊとを含む。サブ光学系１３３Ｊは、画像形成面１６２Ｊ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ図１１に示されているレイトレース（破線）ラインに一致して画像化すべく協働的に成形されかつ配置される二重円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊを含む。二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊは、工程横断方向に対して平行である中立軸またはゼロ出力軸沿いを中心とする、かつライン画像ＳＬが画像形成面１６２Ｊ上で工程方向に予め決められた長さを有するように分離して位置合わせされる一定の湾曲形状を有する光学表面を有する。任意選択のコリメートする視野レンズ１３２Ｊは、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の１点で光を工程横断方向に収束するように位置合わせされかつレンズ素子１３４Ｊと協働的に形成され、よって開口Ｙ停止装置の使用を有効化する工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。また、視野レンズ１３２Ｊは、空間光変調器１２０Ｊの表面から離れて僅かに拡散しつつある光部分をコリメートする働きもする。サブ光学系１３７Ｊは、図１２におけるレイトレース・ラインにより示されているように、画像形成面１６２Ｊ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように協働的に成形されかつ位置合わせされる二重レンズ素子１３８Ｊおよび１３９Ｊを含む。
【００５７】
表１は、光学系１３０Ｊの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。以下で記載する全ての表において、光学系入力（光源）に面する各素子の表面は「Ｓ１」と称され、かつ光学系出力に面する各素子の表面は「Ｓ２」と称される。例えば、「１３２Ｊ：Ｓ１」は、空間光変調器１２０Ｊに面する視野レンズ１３２Ｊの表面を指す。曲率値の単位は１／ミリメートル、かつ厚さの値の単位はミリメートルである。光源（即ち、空間光変調器１２０Ｊの表面）および標的表面（即ち、画像形成面１６２Ｊ）は共に、記載された処方に関しては平面であるものとされていることに留意されたい。この光学処方は、光波長９８０ｎｍも想定している。光学系は結果的に、工程横断方向倍率１．４を有する。
【表１】
【００５８】
図１３および図１４は、全屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋを示す。アナモルフィック光学系１３０Ｋは、視野レンズ１３２Ｋと、工程横断サブ光学系１３３Ｋと、工程サブ光学系１３７Ｋとを含む。サブ光学系１３３Ｋは、図１３におけるレイトレース・ラインにより示されているようにして画像形成面１６２Ｋ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置されるレンズ素子１３４Ｋ、１３５Ｋおよび１３６Ｋを含む。視野レンズ１３２Ｋは、変調器１２０Ｋとレンズ素子１３４Ｋとの間に位置合わせされる円柱／非円柱レンズであり、かつ開口Ｙ停止装置のサブ光学系１３３Ｋのレンズ素子１３５Ｋと１３６Ｋとの間の位置決めを有効化するように成形されかつ位置合わせされる。サブ光学系１３７Ｋは、図１４に示されているように、変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される円柱／非円柱レンズ素子１３８Ｋを含む。表２は、光学系１３０Ｋの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．０７２５を有する。
【表２】
【００５９】
図１５は、発生器１１０ＰおよびＤＭＤ１２０Ｐを利用する画像形成システム１００Ｐを示す。ＤＭＤ１２０Ｐは、コントローラ１８０Ｐから送信される画像データに応答して変調光場１１９Ｂを発生するために、光発生器１１０Ｐに対してある合成角で位置合わせされる。システム１００Ｐは、ドラムローラ１６０Ｐの画像形成面１６２Ｐ上へライン画像ＳＬ１を発生するために単純化された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｐを利用することにおいて、これまでの実施形態とは異なる。即ち、先に述べた全屈折アナモルフィック光学系とは異なり、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｐは、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズにより形成される工程横断サブ光学系１３３Ｐと、１つまたは複数の円柱／非円柱鏡により形成される工程サブ光学系１３７Ｑとを含む。工程方向の歪に起因して、二次元光場１１９Ｂが工程方向よりも工程横断方向へ遙かに広い画像形成システムについては、反射屈折アナモルフィック投影光学系の方が適する。また、反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程横断方向沿いに全屈折系のそれより低いレベルの矢状像面湾曲も提供し、これにより、先に示されかつ記述された正方形または長方形の変調光場の画像形成が促進される。
【００６０】
図１６および図１７は、第１の反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑを示す略平面図および略側面図である。光学系１３０Ｑは、変調器１２０Ｑと表面１６２Ｑとの間に光路を形成するものとして描かれている。アナモルフィック光学系１３０Ｑは、視野レンズ１３２Ｑと、工程横断サブ光学系１３３Ｑと、工程サブ光学系１３７Ｑとを含む。サブ光学系１３３Ｑは、図１６におけるレイトレース・ラインにより示されているように変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置されるレンズ素子１３４Ｑ、１３５Ｑおよび１３６Ｑを含む。視野レンズ１３２Ｑは、レンズ素子１３５Ｑと１３６Ｑとの間に開口停止装置を位置決めすることを有効化するように成形されかつレンズ素子１３４Ｑおよび１３５Ｑと共に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。サブ光学系１３７Ｑは、画像形成面１６２Ｑ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される分離された折り畳み（平面）鏡１３８Ｑおよび円柱／非円柱鏡１３９Ｑを含む。表３は、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．３３を有する。
【表３】
【００６１】
図１８および図１９は、視野レンズ１３２Ｒと、工程横断サブ光学系１３３Ｒと、工程サブ光学系１３７Ｒとを含む第２の反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒを示す。サブ光学系１３３Ｒは、図１８に示されているように、画像形成面１６２Ｒ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置される円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｒ、１３５Ｒおよび１３６Ｒを含む。視野レンズ１３２Ｒは、レンズ素子１３５Ｒと１３６Ｒとの間に開口停止装置を位置決めすることを有効化するように成形されかつ位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。サブ光学系１３７Ｒは、図１９に示されているように、画像形成面１６２Ｒ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される円柱／非円柱鏡１３８Ｑおよび１３９Ｑを含む。表４は、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．４４を有する。
【表４】
【００６２】
本発明は、線形である光路を有する（図１参照）、または１つの折り畳みを有する（図８参照）ものとして示されているが、当業者には、任意数の任意の光路に沿って折り畳みを含む他の配置が企図されてもよい。さらに、高エネルギーライン画像を発生するための上述の方法は、本明細書に記述されているもの以外のデバイスを用いて達成されてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高速プリンタに利用される画像生成システム、および特にアナモルフィック投影光学系を含む単一パス高速画像生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ画像形成システムは、電子写真印刷、マスク付きおよびマスクレス・リソグラフィ・パターニング、表面のレーザダル加工およびレーザ切断機などの用途において、画像を発生させるために広範囲に渡って用いられる。レーザプリンタは、ポリゴンスキャナまたはガルボスキャナを利用することによって工程方向と直角にレーザを掃引するラスタ光学スキャナ（ＲＯＳ：ｒａｓｔｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｅｒ）をしばしば用い、一方で切断用途に対して、レーザ画像形成システムは、フラットベッド型ｘ−ｙベクトルスキャニングを用いる。
【０００３】
レーザＲＯＳ手法の制約のうちの１つは、画像解像度とライン画像の横方向の広がりとの間に設計上のトレードオフが存在することである。これらのトレードオフは、ライン画像の両極端における画像面の湾曲等の光学性能の制限から生じる。実際には、単一のガルバノメータまたはポリゴンスキャナを用いて、一列２０インチの画像形成幅全体で１２００ｄｐｉの解像度を達成することは極めて困難である。さらに、単一のレーザヘッドによる電動式ｘ−ｙフラットベッドアーキテクチャは、広範囲の領域にとっては理想的であるが、最高速の印刷工程にとっては時間がかかりすぎる。
【０００４】
こうした理由により、広い幅の電子写真法にとって、最大２０インチ幅までのモノリシックの発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイには、画像形成上の利点がある。残念ながら、現在のＬＥＤアレイは、ピクセル当たり１０ミリワットの出力レベルを提供することができるだけであり、したがって電子写真法などの一部の非熱画像形成用途に役立つだけである。さらに、ＬＥＤバーは、経年劣化差および性能差を広げる。単一のＬＥＤが故障すると、ＬＥＤバー全体を差し換える必要がある。他の多くの画像形成またはマーキング用途には、より高い出力が必要である。例えば、レーザダル加工、または切断用途は、１０Ｗ〜１００Ｗの範囲の出力レベルを必要とすることがある。したがって、ＬＥＤバーをこれらの高出力用途に用いることはできない。また、ずらして配置された２行以上のヘッドを用いることなくＬＥＤをより高速度または１２００ｄｐｉを上回る解像度にまで拡張することも困難である。
【０００５】
１００ミリワット〜１００ワットの範囲にある、より高出力の半導体レーザアレイは存在する。ほとんどの場合、これらは全幅で大略１ｃｍのレーザ・ダイオード・バーなどの１Ｄアレイ形式で存在する。高出力向け光源の別のタイプは、２Ｄ面発光ＶＣＳＥＬアレイである。しかしながら、これらの高出力レーザ技術のいずれも、最隣接間のレーザピッチを６００ｄｐｉ以上の画像形成解像度に適合可能にはしない。加えて、これらの技術のいずれも、各レーザの個々の高速度制御を可能にはしない。したがって、高出力オーバヘッド投影画像形成システムなどの高出力用途は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＬＰ（商標）チップまたは液晶アレイなどの空間光変調器と組み合わせたレーザなどの高出力源を用いる場合が多い。
【０００６】
先行技術は、画像形成システムが、並んでアレイ構成にされれば重なり合った投影画像を形成すべく使用されることが可能であり、この場合、重なり合いは、複数の画像パターンをつなぎ合わせて１つの途切れのないパターンにするソフトウェアを用いてより大きい画像を形成することができることを示している。このことは、ＰＣボード製造並びにディスプレイシステム用などの、多くのマスクレス・リソグラフィ・システムにおいて示されてきた。従来、高解像度用途向けのこのようなアレイ構成の画像形成システムは、連続的な高解像度画像を互いに繋ぎ合わせるために、２行の画像形成サブシステムまたは二重通過スキャン構成の何れかを用いなければならないように配列されていた。これは、サブ光学系の寸法上、ハードウェアに物理的制約があるためである。画像形成する二重の行構成は、依然として、基板を一方向に移動させる運搬機を用いて途切れなく繋ぎ合されることが可能であるが、このようなシステムは、大量の追加のハードウェア設置場所および各画像形成行間の精度調整を必要とする。
【０００７】
マスクレスリソグラフィ用途の場合、画像形成されるフォトレジストの露光と現像との間の時間は決定的に重要とは言えず、したがって単一のラインに沿ってフォトレジストに画像を形成しても、すぐに露光する必要はない。しかしながら、露光と現像との間の時間は、決定的に重要となることがある。例えば、電子写真式レーザ印刷は、時間とともに自然に減衰する電荷を消去することによって感光体に画像を形成することに基づいている。したがって、露光と現像との間の時間は時不変性ではない。このような状況では、露光システムが単一のラインを露光する、または一表面の間隔が狭い幾つかの隣接する高解像度ラインを一度に露光することが望ましい。
【０００８】
電子写真式印刷用途に加えて、露光と現像との間の時間が決定的に重要である別のマーキングシステムが存在する。一例は、当初Ｃａｒｌｅｙにより「ＦＯＵＮＴＡＩＮ ＳＯＬＵＴＩＯＮ ＩＭＡＧＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ（電子リソグラフィ用の湿し水画像装置）」と題する米国特許第３，８００，６９９号明細書において開示された、レーザベースの可変データ・リソグラフィ・マーキング技法である。標準的なオフセットリソグラフィ印刷では、疎水性の画像形成領域および親水性の非画像形成領域を有する静的な画像形成プレートが作成される。水ベースの湿し溶液の薄層はプレートを選択的に湿潤し、かつ油ベースのインクを選択的に拒絶する撥油層を形成する。米国特許第３，８００，６９９号明細書に開示された可変データ・リソグラフィ・マーキングでは、レーザを用いて湿し溶液をパターン切除し、可変画像領域をオン・ザ・フライで形成することができる。このようなシステムでは、湿し溶液の薄層も、周囲空気への圧力の自然な部分的気化が原因で時間とともに厚さが低減する。したがって、画像を形成するレーザ切除ステップのどの時点でも湿し液の膜厚が同じであるように、単一の画像形成パスステップにおいて単一の連続的な高出力レーザ画像形成ラインパターンを形成することも効果的である。しかしながら、大部分のアレイ構成の高出力高解像度画像形成システムの場合、ハードウェアおよび空間光変調器を囲むパッケージングは、通常、途切れのない連続的なラインパターンの画像形成を妨げる。さらに、ダル加工、リソグラフィ、コンピュータ・トゥ・プレート製作、広領域型抜きまたは熱ベース印刷もしくは他の新規な印刷用途などの、レーザ画像形成の多くの領域にとって必要なものは、２０インチを越える広い工程幅に渡って拡張可能であると同時に６００ｄｐｉ以上の達成可能解像度、１２００ｄｐｉ以上のピクセルポジショニング解像度またはアドレス可能度を有しかつ単一パスで高解像度、高速度の画像形成を可能にする、１ワットレベルを十分に上回る高い総光パワーを有するレーザベースの画像形成技法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３，８００，６９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、画像形成面上で工程横断（例えば、水平）方向に位置合わせされる略一次元の高輝度ライン画像を形成するために、比較的低輝度の変調光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるべくアナモルフィック光学系を利用する画像形成システムに関する。変調光場は、ライン画像の各ドット様「ピクセル」（画像部分）が工程（例えば垂直）方向へ拡張される「延伸された」ライン画像を効果的に形成する低輝度の光部分で構成される。アナモルフィック光学系は、画像形成面に一次元ライン画像が投影されるように変調光場を画像化しかつ集中させるべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される１つまたは複数の細長い湾曲した光学素子（例えば、円柱／非円柱レンズおよび／または円柱／非円柱鏡）を利用する。即ち、細長い湾曲した（円柱／非円柱）光学素子の動作可能な光学（即ち、反射または屈折）面は、中立軸またはゼロ出力軸沿いを中心とする一定の湾曲した外形を有し、これにより、細長い光学素子によって集中される光は画像形成面上でライン画像の長さ全体に沿って等しく集中される。アナモルフィック光学系を利用して低輝度の変調光場を集中させることにより、高い合計光強度（即ち、約数百ワット／ｃｍ２オーダーの束密度）がライン画像の全体長さに沿って同時に発生され、これにより、あらゆるドット様ピクセル画像が同時に発生される（即ち、任意の所定の瞬間にライン画像の１点へ高出力を印加するだけのラスタリング系と対照的）。高輝度のライン画像全体を同時に発生することにより、本発明は、例えば単一パス高解像度高速印刷用途に使用されることが可能な高信頼でしかも高出力である画像形成システムを促進する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の代替実施形態によれば、アナモルフィック光学系は、専ら工程方向の円柱／非円柱屈折光学素子を用いるか、１つまたは複数の工程方向の円柱／非円柱反射（例えば、鏡）光学素子を含む反射屈折光学系を用いるかの何れかによって実装される。全屈折光学系の実施形態では、円柱または非円柱屈折面を有する１つの集束レンズまたは２つの集束レンズの何れかが、画像形成面上へ変調光場を工程方向に集中させるために利用される。反射屈折アナモルフィック光学系の実施形態では、円柱または非円柱反射面を有する１つの集束鏡または２つの集束鏡の何れかが、画像形成面上へ変調光場を工程方向に集中させるために利用される。工程方向の歪に起因して、光場が工程方向よりも工程横断方向へ遙かに広い画像形成システムについては、反射屈折アナモルフィック投影光学系の方が適する。また、反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程横断方向沿いに全屈折系のそれより低いレベルの矢状像面湾曲も提供し、これにより、著しくより二次元的な（例えば、正方形または長方形）変調光場の高品質画像形成が促進される。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、アナモルフィック光学系は、工程横断サブ光学系および工程方向サブ光学系の双方を含む。工程横断サブ光学系は、入力される二次元光場と工程方向サブ光学系との間に配置され、二次元変調光場を工程横断方向に画像化する１つまたは複数の円柱／非円柱レンズを含む。特有の代替実施形態では、工程方向サブ光学系は、所望される工程横断画像形成を達成するように配列される二重レンズ素子または三重レンズ素子の何れかを含む。この配列は、略無制限の長さのスキャンラインを有する集合体を生成するために隣接する光学系と結合される（重複領域といっしょに「繋ぎ合わされる」または混ぜ合わされる）ことが可能な幅広のスキャンラインを発生することを容易にする。別の実施形態では、工程横断サブ光学系と二次元光場源との間にコリメートする工程横断方向円柱／非円柱視野レンズが配置されかつ二重または三重レンズ素子間に開口ストップを位置決めすることを有効化するように位置合わせされ、これにより、少数の単体レンズを用いる収差の効率的な補正が有効化され、かつ二重／三重レンズ素子のサイズが最小化される。工程サブ光学系は工程横断サブ光学系と画像形成面（即ち、光学系出力）との間に位置決めされ、かつ単体工程方向光学（例えば、鏡またはレンズ）素子または、光場を工程方向へ先に述べた方法に一致する方法で画像化しかつ集中させる働きをする二重工程方向光学（例えば、鏡またはレンズ）素子の何れかを含む。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、本画像形成システムは、均質光発生器および空間光変調器を利用してアナモルフィック光学系へ二次元変調光場を投影する。ある特有の実施形態によれば、均質光発生器は、均質な光場を形成するために少なくとも１つの低出力光源と、この光源により発生される光ビームを均質化する光ホモジナイザとを用いる。空間光変調器は、各光変調素子が対応する低輝度均質光部分を受け入れ、かつ受け入れたその均質光部分をアナモルフィック光学系へと方向づける（例えば、通す、または反射する）、または受け入れたその光部分をアナモルフィック光学系へ届かないように妨げる（例えば、阻む、または遠方へ方向づける）、の何れかであるように均質な光場内に位置合わせされる、個々に構成可能な光変調素子の二次元アレイを含む。均質光を、アナモルフィックに投射し、かつ集中させる前にこのようにして変調することにより、本発明は、任意の所定の瞬間にライン画像の１点に高出力を印加するだけのラスタリング系とは対照的に、画像形成領域全体に沿って高出力ライン画像を同時に生成することができる。
【００１４】
ある実施形態において、アナモルフィック光学系は、画像形成面にライン画像を形成する集中された光部分が光場を形成する個々の光部分の光強度の少なくとも２倍の光強度を有するように、二次元光場を形成する変調光部分を工程方向へ画像化しかつ集中させる。比較的低出力の均質光は、多数の変調素子上に広がり、かつ単に画像形成面において高輝度を達成するだけであることから、本発明は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、電子光学回折変調器アレイまたは熱光学吸収体素子アレイ等の低コストである市販の空間光変調デバイスを用いて製造されることが可能である。即ち、ホモジナイザを利用して、拡張された二次元領域に渡って高エネルギレーザ光を広げることにより、所定の領域に亘る（例えば、各変調素子の領域に亘る）光の強度（ワット／ｃｃ）は、向上された出力調整ケイパビリティを有する空間光変調器を形成すべく低コストの光学ガラスおよび反射防止コーティングを利用できるように、受け入れ可能なレベルまで低減される。また、光を一様に拡散させることも、点欠陥（例えば、微視的塵粒またはかき傷）の全光透過損失に与える負の画像形成効果を排除する。
【００１５】
本発明の一態様によれば、空間光変調器は、二次元アレイに配列される複数の光変調素子と、各変調素子の光変調構造体が予め決められたライン画像データに従って「オン」（第１の）変調状態と「オフ」（第２の）変調状態との間で調整可能であるように、変調素子を個々に制御するためのコントローラとを含む。各光変調構造体は、均質光の関連部分をその変調状態に従って通す、または妨げる／配向し直すように配置される。変調素子のうちの１つが変調「オン」状態にあるとき、変調構造体は、関連するその変調光部分を対応する既定方向へ方向づける（例えば、素子は関連する光部分をアナモルフィック光学系へと通すか、反射する）。逆に、変調素子が変調「オフ」状態にあるとき、受信された関連する光部分は、アナモルフィック光学系へと通ることを妨げられる（例えば、光変調構造体は関連する光部分を吸収／阻止する、または関連する光部分をアナモルフィック光学系から遠方へ反射する）。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、空間光変調器の光変調素子は行および列に配列され、アナモルフィック光学系は、各列から受信される光部分を細長いライン画像の関連する画像形成領域（「ピクセル」）上へ集中させるように配置され、即ち、所定の列における（かつ変調「オン」状態にある）全ての光変調素子から受信される集中された変調光部分は、結果的に生じる画像形成「ピクセル」が、「オン」状態にある所定の列における全ての光変調素子からの複合光であるように、アナモルフィック光学系によってライン画像の対応する同じ画像形成領域上へ方向づけられる。本発明の主要な特徴は、各光変調素子により通過される光部分がアナモルフィック光学系によって走査画像へ送達される１ピクセルのバイナリデータを表し、よって、ライン画像を作り上げる各画像形成「ピクセル」の明るさは関連する列内の「オン」状態にある素子の数によって制御される、という理解に存する。したがって、各列内に配置される複数の変調素子を個々に制御することにより、かつ各列によって通過される光を対応する画像形成領域上へ集中させることにより、本発明は、一定の（変調されない）均質光を用いるグレースケール・ケイパビリティを有する画像形成システムを提供する。さらに、各列における「オン」ピクセルグループの位置が列の上下に調整されれば、この配列は、ボウ（即ち、直線の「スマイル」）およびスキューのソフトウェアによる電子補正を容易にする。
【００１７】
本発明の特有の一実施形態によれば、空間光変調器は、パッケージされた形態でデジタル光プロセッサと称される、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＬＰ（商標）チップを備える。この半導体チップ自体は、デジタル・マイクロミラー・デバイスまたはＤＭＤと称される場合が多い。このＤＭＤは、基板上に配置される微小電気機械式（ＭＥＭ）ミラー機構の二次元アレイを含み、各ＭＥＭミラー機構は、コントローラにより発生される関連の制御信号に従って、第１および第２の傾斜位置間で移動可能式に支持されるミラーを含む。空間光変調器およびアナモルフィック光学系は、各ミラーが、それが第１の傾斜位置にあるときは、受信されるその関連する光部分をアナモルフィック光学系へと反射し、かつ第２の傾斜位置にあるときは、受信される関連の光部分をアナモルフィック光学系から遠方にビームダンプへ向けて反射するように、折り畳まれた配列で位置合わせされる。任意選択のヒートシンクは、第２の傾斜位置にビームダンプへ向けて配置されたミラーからの光部分を受信するように、空間光変調器に相対して固定的に位置合わせされる。コンポーネントの各々を固定された相対位置に保持するために利用されるフレームは、任意選択である。反射式ＤＭＤベースの画像形成システムの利点は、折り畳まれた光路配列が、システム設置面積の小型化を容易にすることにある。
【００１８】
本発明による別の特有の実施形態によれば、ＤＭＤ式空間光変調器上へ方向づけられる光源からの均質光は、画像形成ドラムシリンダ上へ方向づけられ、この場合、ドラムシリンダの外側（画像形成）表面にはダンピング（湿し）溶液がコーティングされ、かつダンピング溶液は、インク供給構造体の下を通過する前にアナモルフィック光学系からの集中された変調光を用いて選択的に気化される。ＤＭＤ式空間光変調器は、ＭＥＭミラー機構の予め決められたグループが（第１の）時間周期の間に関連する画像ピクセルデータ部分のグレースケール値に従って起動され、かつ結果的に生じる変調光が、ドラム外面の細長い走査領域から湿し溶液を除去することによりライン画像を発生させるべく先に述べたようにアナモルフィック光学系によって画像化されかつ集中されるように構成される。続いて、ドラムシリンダが回転して表面領域がインク源の下を通過すると、露出された表面領域上へインク材料が置かれてインクによる外観が形成される。さらなる回転によってインクによる外観が転写ポイントを通過すると、インク材料と表面領域との接着によりインクの外観が印刷媒体へ転写され、印刷媒体上へ印刷されたインク内に「ドット」が生じる。ドラムシリンダがさらに回転すると、表面領域は、後続の露光／印刷サイクル用に表面領域を準備すべく残留インクおよび湿し溶液材料を除去するクリーニング機構の下へ移動する。
【００１９】
本発明のこれらの、および他の特徴、態様および優位点は、以下の説明、添付の請求の範囲および添付の図面との関連においてより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の例示的な一実施形態による、アナモルフィック光学系を利用する単純な画像形成システムを示す上側面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、画像形成動作の間の図１の画像形成システムを示す略側面図である。
【図３】図３は、本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成システムにより利用されるマルチレンズアナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図４】図４は、図３のマルチレンズアナモルフィック光学系を示す略上側面図である。
【図５】図５は、本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成システムにより利用されるＤＭＤ式空間光変調器の一部を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５のＤＭＤ式空間光変調器に属する光変調素子をさらに詳細に示す分解斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の別の特有の実施形態による、折り畳まれて配置されたＤＭＤ式空間光変調器および全屈折光学系を利用する画像形成システムを示す斜視図である。
【図９】図９は、画像形成動作の間の図８の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、画像転写動作の間の図９の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される全屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１２】図１２は、図１１の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される第２の全屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１４】図１４は、図１３の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の別の特有の実施形態による、折り畳まれて配置されたＤＭＤ式空間光変調器および反射屈折光学系を利用する画像形成システムを示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される反射屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１７】図１７は、図１６の反射屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【図１８】図１８は、本発明の別の特有の実施形態による、画像形成システムにより利用される第２の反射屈折アナモルフィック光学系を示す略平面図である。
【図１９】図１９は、図１８の全屈折アナモルフィック光学系を示す略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、画像形成システムおよび関連装置（例えば、スキャナおよびプリンタ）の改良に関する。本明細書において、方向を示す「上側」、「最上」、「下側」、「垂直」および「水平」等の用語は、説明を目的として相対位置を規定するためのものであり、絶対的な基準系を指定するためのものではない。本明細書において、他の光学素子「間」に位置決めされる等の光学素子（レンズ、鏡）の位置に関する言及は、別段の指摘のない限り、関連する光学系を介する通常の光路の意味合いにおける指摘を目的とするものである（例えば、レンズおよび鏡を含む光学系の正常動作の間、光が１つの鏡から反射されてレンズを通り、他の鏡へ至る場合、レンズは２つの鏡の「間」にある）。本明細書において、複合語である「円柱／非円柱」は、関連する光学素子が円柱形（即ち、その１つまたは複数の湾曲した光学表面が円柱の一部であって、光学表面の交差部分に平行するラインおよび正接する平面へ画像の焦点を集める円柱レンズまたはミラー）、または非円柱形（即ち、その１つまたは複数の光学表面が円柱形ではないが、なお光学表面の交差部分に平行するラインおよび正接する平面へ画像の焦点を集める細長い湾曲レンズまたはミラー）の何れかであることを意味するためのものである。
【００２２】
図１は、アナモルフィック光学系１３０を用いて画像形成面１６２上へ二次元画像の略一次元ライン画像を発生させるために利用される単純化された単一パス画像形成システム１００を示す。システム１００はさらに、均質光発生器１１０と、均質光発生器１１０から受信される均質光１１８Ａを変調するようにコントローラ１８０により制御される空間光変調器１２０と、変調器１２０により発生される変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中させ、かつ画像形成面１６２上に略一次元ライン画像ＳＬを発生（投影）させるように位置合わせされるアナモルフィック光学系１３０とを含む。
【００２３】
この例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データ（本明細書では、「画像データファイルＩＤ」と称する）を、デジタル画像データにより指定される光パターンより成る対応する二次元画像（例えば、写真または印刷文書）へ変換することを含む。画像形成動作の「画像形成段階」（部分）は、二次元画像の単一ライン（本明細書では便宜的に「ライン画像」と称する）を関連するラインデータ（本明細書では便宜的に「ライン画像データ部分」と称する）に従って発生させることを含む。例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データを光パターンより成る対応する二次元画像へ変換することを含む。このような画像形成において、画像データファイルＩＤはコントローラ１８０へ送信され、コントローラ１８０は、画像データファイルＩＤを一度に１ラインずつ処理して変調器１２０へ送信する。画像データファイルＩＤはＬＩＤ１からＬＩＤｎまでのライン画像データグループを含み、各ライン画像データグループは、二次元画像の関連する一次元ライン画像を集合的に形成する複数のピクセル画像データ部分を含む。例えば、ライン画像データグループＬＩＤ１は、４つのピクセル画像データ部分ＰＩＤ１からＰＩＤ３までを含む。各ピクセル画像データ部分（例えば、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１）は、二次元画像の対応部分に関連づけられる対応するピクセル画像の色および／またはグレースケール特性に対応する１ビットまたは複数ビットの画像データを含む。
【００２４】
図１および図２において、均質光発生器１１０は、略均一の二次元均質光場１１９Ａを形成する連続する（例えば、一定の／変調されない）均質光１１８Ａを発生する働きをし、均質光場１１９Ａは、突き出したドット状の長方形の箱として示され（即ち、均質光場１１９Ａは構造体を形成するものではない）、かつ略同一の定エネルギーレベルを有する均質光１１８Ａによって構成される（即ち、均質光場１１９Ａは全ての部分が略同一の束密度を有する）。発生器１１０は、適切なキャリア１１１上へ加工される、または別段で配置される発光素子（例えば、１つまたは複数のレーザまたは発光ダイオード）１１５を含む光源１１２と、光源１１２と変調器１２０との間に配置される光均質化光学系（ホモジナイザ）１１７とを備える。ホモジナイザ１１７は、光ビーム１１６を拡大された二次元領域に渡って均質化することにより均質光１１８を発生し、かつ光ビーム１１６の発散を減らす。この配置により、高エネルギーの光ビーム１１６は、１２５−１１から１２５−３４までの全ての変調素子上へ略等しく配分される分散された、比較的低いエネルギー束の均質光１１８へ効果的に変換される。光源１１０は、直線に沿って配置される複数の端面発光レーザダイオードによって、または二次元アレイに配列される複数の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）によって実装される。理想的には、このようなレーザ源は、過剰な熱を容易に除去すべく受動水冷または強制気流が使用可能であるように、高い（例えば、５０％を超える）プラグ効率を有する。光ホモジナイザ１１７は、高速軸集光（ＦＡＣ）レンズをビーム再成形用マイクロレンズアレイと共に用いて、またはライトパイプを用いて実装されることが可能である。
【００２５】
変調器１２０は均質光場１１９Ａ内に配置され、かつ変調素子アレイ１２２と、制御回路１２６とを含む。変調器１２０は均質光１１８Ａの一部を変調し、これにより変調器１２０は、光場１１９Ａを、アナモルフィック光学系１３０を介して画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７上へ投射される二次元変調光場１１９Ｂへ変換する。変調器は市販されていて、典型的には、光変調素子（ピクセル）が約５〜２０ミクロン間隔で存在する１０２４ｘ７６８（ＳＶＧＡ解像度）またはこれより高い解像度の二次元（２Ｄ）アレイサイズを有する。
【００２６】
変調器１２０のアレイ１２２は、支持構造体１２４上で４水平行および３垂直列Ｃ１〜Ｃ３内に配置される素子１２５−１１から１２５−３４までを含む。素子１２５−１１から１２５−３４までは、光場１１９Ａ内に、各素子の光変調構造体（例えば、鏡、回折素子または熱光学吸収体素子）が均質光１１８Ａの対応部分を受け入れるように配置され（例えば、変調素子１２５−１１および１２５−１２は各々均質光部分１１８Ａ−１１および１１８Ａ−１２を受け入れる）、かつ受け入れた対応する変調光部分を予め決められた方向に沿ってアナモルフィック光学系１３０へと選択的に通す、または配向し直すように位置合わせされる。
【００２７】
制御回路１２６は、画像形成動作の各画像形成段階の間に１つのライン画像データ部分（例えば、ライン画像データ部分ＬＩＮ１）を格納する制御（メモリ）セル１２８−１１から１２８−３４までのアレイを含む。例えば、ある所定の時間において、ライン画像データ部分ＬＩＮ１は、既知の技法を用いてコントローラ１８０から制御回路１２６へ送信され（書き込まれ）、かつライン画像データ部分ＬＩＮ１は、画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７に対応するライン画像ＳＬを発生させるために用いられる。これに続く画像形成段階（不図示）の間、第２のライン画像データ部分が制御回路１２６へ書き込まれ（即ち、ライン画像データ部分ＬＩＮ１が上書きされ）、画像形成面１６２の別の細長い画像形成領域に対応する第２のライン画像（不図示）が発生される。このプロセスでは、ライン画像ＳＬの発生後かつ第２のライン画像が発生される前に、画像形成面１６２を工程（Ｙ軸）方向へ移動（平行移動）させる必要があることに留意されたい。画像データファイルＩＤの各走査画像データ部分ＬＩＮ１〜ＬＩＮｎについてこのような画像形成段階を反復することにより、画像形成面１６２上に関連する二次元画像が発生される。
【００２８】
各メモリセル１２８−１１から１２８−３４は、１つのデータビット（１または０）を格納し、各光変調素子１２５−１１から１２５−３４は各々、（第１の）変調「オン」状態と（第２の）変調「オフ」状態との間を切換すべく関連するメモリセル１２８−１１から１２８−３４に格納されるデータビットによって（例えば、制御信号１２７によって）個々に制御可能である。所定の変調素子の関連するメモリセルが論理値「１」を格納していれば、この所定の素子は変調「オン」状態に入るように制御され、これにより、この素子は受信される光部分をアナモルフィック光学系１３０へと方向づけるように作動される。例えば、素子１２５−１１は、メモリセル１２８−１１に格納されている論理「１」に応答して「オン」にされ（例えば、透過性にされ）、これにより、受信される光部分１１８Ａ−１１は変調器１２０を介してアナモルフィック光学系１３０へと通される。逆に、素子１２５−２１は、メモリセル１２８−２１に格納されている論理「０」に応答して「オフ」にされ（例えば、不透明にされ）、これにより、受信される光部分１１８Ａ−２１は阻止される。素子１２５−１１から１２５−３４を画像データＩＤに従って選択的に「オン」または「オフ」にすることにより、変調器１２０は連続的な均質光１１８Ａの一部を、変調光がアナモルフィック光学系１３０上へ方向づけられるように変調する（即ち、通過させる、または通過させない）働きをする。
【００２９】
空間光変調器１２０からアナモルフィック光学系１３０へと通過される、または別段で方向づけられる均質光１１８Ａの一部（例えば、均質光部分１１８Ａ−２４）は、個々には変調光部分と称され、かつ集合的には変調光１１８Ｂまたは二次元変調光場１１９Ｂと称される。例えば、「オン」にされている光変調素子１２５−１１を通過した後、均質光部分１１８Ａ−２１は変調光部分１１８Ｂ−１１になり、変調光場１１９Ｂを描いた図の明色領域によって示される光変調素子１２５−１２、１２５−１３、１２５−１４、１２５−３２および１２５−３３を通過した光部分と共にアナモルフィック光学系１３０へ通される。逆に、所定の変調素子（例えば、変調素子１２５−２１）が変調「オフ」状態にある場合、変調素子は、所定の変調素子の受信された関連する光部分を妨げる（例えば、阻止する、または配向し直す）ように作動され、これにより、変調光場１１９Ｂを描いている図面の対応する領域は暗い。
【００３０】
アナモルフィック光学系１３０は、二次元変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２の細長い画像形成領域１６７上へアナモルフィックに画像化しかつ集中させる（焦点を合わせる）働きをする。光学系１３０は、変調光場１１９Ｂの二次元パターンを受け入れるように位置合わせされる光学素子（例えば、レンズおよび／または鏡）を含み、光学素子（例えば、レンズまたは鏡）は、受け入れた光部分を工程横断（Ｘ軸）方向よりも工程（Ｙ軸）方向沿いにより高い度合いで集中させるように配列され、これにより、受け入れられた変調光部分は工程横断方向に対して平行に広がる細長いライン画像ＳＬを形成すべくアナモルフィックに集束される。ある実施形態において、アナモルフィック光学系１３０は、ライン画像ＳＬの工程横断（Ｘ軸）方向の幅Ｗ２が変調光場１１９Ｂの元の幅Ｗ１に等しいか大きくなるように、かつライン画像ＳＬの工程（Ｙ軸）方向の高さＨ２が二次元変調光場１１９Ｂの元の高さＨ１より略（例えば、３倍以上）小さくなるように、変調光を画像化する。アナモルフィック光学系１３０を通過しているが、画像形成面１６２にまだ到達していない変調光部分は、被集中変調光部分と称されることに留意されたい（例えば、変調光部分１１８Ｂ−１１は、アナモルフィック光学系１３０と画像形成面１６２との間で被集中変調光部分１１８Ｃ−１１になる）。
【００３１】
図３および図４は、変調器１２０Ｅとアナモルフィック光学系１３０Ｅとを含むシステム１００Ｅの一部を示す。光学系１３０Ｅは、工程横断サブ光学系１３３Ｅと、工程方向サブ光学系１３７Ｅとを含む。サブ光学系１３３Ｅは、変調器１２０Ｅから変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ変調光場１１９ＢをＸ軸方向へ画像化するように成形されかつ配列される円柱／非円柱レンズ１３４Ｅを含む。サブ光学系１３３Ｅからサブ光学系１３７Ｅへ通過される処理光は、画像形成光１１９Ｃ１である。サブ光学系１３７Ｅは、画像形成面１６２Ｅ上へライン画像ＳＬを発生させるために画像形成光１１９Ｃ１を工程方向へ画像化しかつ集中させるレンズ１３８を含む。サブ光学系１３７Ｅから画像形成面１６２Ｅへ通される画像化されかつ集中された（収束する）光は、画像形成集中光１１９Ｃ２である。
【００３２】
図３および図４は、サブ光学系１３３Ｅおよび１３７Ｅの機能を示す点線のレイトレースを含む。図３の平面図は、サブ光学系１３３Ｅが変調光場１１９ＢをＸ軸において拡張するように作動することを示し、かつ図４の側面図は、サブ光学系１３７Ｅが、画像形成面１６２Ｅ上へライン画像ＳＬを形成するように、画像形成集中光場１１９Ｃ２をＹ軸に対して垂直方向へ発生させるべく変調器１２０Ｅにより通過される変調光部分１１８Ｂに作用することを示す。この配置の優位点は、光パワーの強度がシステム１００Ｅの出力に位置決めされるスキャンラインＳＬ上に集中されることを可能にすることにある。素子１３８Ｅの集束能力が増加するにつれて、変調器１２０Ｅ上の光強度は、ライン画像ＳＬにおいて発生されるライン画像の強度と相対的に低減される。しかしながら、これは、円柱または非円柱レンズ１３８Ｅが、透明な開口がレンズ１３８Ｅのエッジぎりぎりまで広がる状態で画像形成面１６２Ｅの方へ接近して配置されなければならないことを意味する。
【００３３】
光学系１３０を利用して変調光場１１９Ｂを工程（Ｙ軸）方向に集中させることにより、工程横断方向に広がる画像形成面１６２上に「単一パス」略一次元ライン画像ＳＬが形成される。所定のグループＧ１の全ての変調素子１２５−１１から１２５−１４を起動することによって所定のピクセル画像部分Ｐ１が発生されると、ライン画像ＳＬの所定の点上に高い合計光強度（例えば、束密度約数百ワット／ｃｍ２のオーダー）が発生され、これにより、例えば単一パス高解像度高速印刷用途において一次元ライン画像ＳＬの全ての部分を同時に生成するために使用されることが可能な高信頼性の高速画像形成システムが促進される。
【００３４】
より低い光学解像度におけるマルチレベル画像露光は、ライン画像ＳＬの各ピクセル画像位置上へ方向づけられる露光レベル（即ち、集中される光の量）を変えることにより（例えば、プリンタにおいて）高品質の画像形成を達成するために利用される。具体的には、ライン画像ＳＬにおける各ピクセル画像（例えば、図１における部分Ｐ１、Ｐ２およびＰ３）の露光レベルは、変調器１２０の起動される光変調素子の数および位置を制御することによって変更され、これにより、各ピクセル画像を発生すべく結合される変調光１１８Ｂの量および位置が制御される。この手法は、システム１００が、マルチレベル（グレースケール）の画像露光特性を提供すべく高い光学解像度を用いて画像形成面に渡るレーザビームを走査しながら高出力レーザを変調する代わりに、画像形成面１６２上へ変調光を集束すべく比較的低出力の光源を変調しかつ比較的低い光学解像度の画像形成システムを利用することによりライン画像ＳＬの全ての位置において同時にマルチレベル画像露光を提供することにおいて、従来のレーザＲＯＳの動作を凌ぐ著しい改良をもたらす。即ち、拡張された二次元領域に渡って広げられる均質光を利用することにより、所定の領域に渡る（例えば、各変調素子１２５−１１から１２５−３４までの領域に渡る）光の強度（ワット／ｃｍ２）は、空間光変調器１２０を形成すべく低コストの光学ガラスおよび反射防止コーティングを利用できるように、受け入れ可能なレベルまで低減され、よって製造コストが低減される。
【００３５】
マルチレベル画像露光は、システム１００により、アナモルフィック光学系により画定される工程方向に略位置合わせされる光変調素子のグループを形成し、各変調素子グループを空間光変調器に書き込まれるライン画像データグループの関連するピクセル画像データ部分に従って構成し、次いで、ライン画像ＳＬの高輝度ピクセル画像部分を形成すべく結果的に生じる細長いピクセル画像をアナモルフィック光学系１３０を利用して工程方向に画像化しかつ集中させることによって達成される。例えば、変調器１２０は、変調素子列Ｃ１からＣ３が光学系１３０により画定される工程方向に対して平行に位置合わせされるように配列される。各変調素子グループは、列Ｃ１からＣ３までに配置される素子から成り、この場合、グループＧ１は列Ｃ１の素子１２５−１１から１２５−１４までを含み、グループＧ２は列Ｃ２の素子１２５−２１から１２５−２４までを含みかつグループＧ３は列Ｃ３の素子１２５−３１から１２５−３４までを含む。各グループ／列により効果的に発生される画像は、工程方向へ「延伸された」（長くされた）ピクセル画像を形成する。光学系１３０は、変調光部分を工程方向に集中させることによってライン画像ＳＬの各ピクセル画像を発生することから、各ピクセル画像のグレースケール特性は、工程（Ｙ軸）方向に位置合わせされる対応する数の変調素子を構成することによって制御されることが可能である。コントローラ１８０を利用して各ピクセルの画像データ部分のグレースケール値を解明し、かつ対応する制御データをそのピクセル画像データ部分に関連づけられる変調素子グループの制御セルへ書き込むことにより、ライン画像ＳＬの各ピクセル位置に適切なピクセル画像が発生される。
【００３６】
図１は、３つの露光レベル、即ち「完全にオン」、「完全にオフ」および「部分的にオン」を用いるマルチレベル画像露光を示す。図１および図２に示されている単純化された例において、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１は（第１の）値「完全にオン」を有し、これにより、コントローラ１８０は、関連する変調素子グループＧ１の全ての変調素子１２５−１１から１２５−１４が起動される（即ち、（第１の）変調「オン」状態へと設定される）ように、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１を変調器１２０の制御回路１２６へ書き込む。素子１２５−１１から１２５−１４が起動されていることから、光部分１１８Ａ−１１から１１８Ａ−１４は、変調光場１１９Ｂの変調光部分１１８Ｂ−１１から１１８Ｂ−１４が光学系１３０上へ方向づけられるように、素子１２５−１１から１２５−１４を通過する。同様に、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ２は（第２の）値「完全にオフ」を有し、よって素子１２５−２１から１２５−２４は、素子１２５−２１から１２５−２４上へ方向づけられる均質光１１８Ａが光学系１３０へ到達することを妨げられる（即ち、阻止される、または配向し直される）ように非活性化され、これにより、画像形成面１６２上の第２の画像形成領域部分１６７−２に光ピクセル画像Ｐ２が最小（暗）画像「スポット」として発生される。最後に、ピクセル画像データ部分ＰＩＤ３のグレースケール値は「部分的にオン」であり、これは、素子１２５−３２および１２５−３３が起動されかつ素子１２５−３１および１２５−３４が非活性化されて均質光部分を素子１２５−３２から１２５−３３を介してのみ通過させ、これにより、画像形成面１６２の第３の画像形成領域部分１６７−３にピクセル画像Ｐ３が明るい小さな「スポット」として形成されるように素子１２５−３１から１２５−３４を設定することによって達成される。
【００３７】
上述のシステムおよび方法を用いる二次元画像の生成は、画像形成面１６２を周期的または連続的に工程（Ｙ軸）方向に移動させること、および各画像形成段階の後に空間光変調器１２０を設定し直すことを必要とする。例えば、図１に示されているように、ライン画像データグループＬＩＮ１を用いてライン画像ＳＬが発生されると、表面１６２は上へ移動され、かつ第２の画像形成段階が次の順番のライン画像データグループを変調器１２０へ書き込むことによって実行され、これにより、第２のライン画像がライン画像ＳＬの下に発生される。光源１１０は、場合により画像形成段階間でトグルされ、または、画像形成動作の全ての画像形成段階を通じて絶えず「オン」状態に保持される。このプロセスを画像データファイルＩＤの全てのライン画像データグループＬＩＮ１〜ＬＩＮｎについて反復することにより、画像データファイルＩＤにより表現される二次元画像が画像形成面１６２上に発生される。
【００３８】
本発明の代替実施形態によれば、空間光変調器は、米国テキサス州ダラス所在のＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から入手可能なデジタル光処理（ＤＬＰ（登録商標））チップ等のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、米国コロラド州ラファイエット所在のＢｏｕｌｄｅｒ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能なＬｉｎｅａｒ Ａｒｒａｙ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ（リニアアレイ液晶変調器）等の電子光学回折変調器アレイ、または二酸化バナジウム反射または吸収鏡素子等の熱光学吸収素子のアレイを含む、市販のデバイスを用いて実装される。今日、多くの印刷／走査用途は、１０：１を超える高い画像コントラスト比を有する１２００ｄｐｉ以上の解像度、小さいピクセルサイズおよび３０ｋＨｚを超える高速表示行指定機構を必要とし、よって、現時点で好ましい空間光変調器は、その最良の総合性能に起因してＤＬＰ（商標）チップである。
【００３９】
図５は、複数の微小電気機械式（ＭＥＭ）ミラー機構１２５Ｇで構成される変調素子アレイ１２２Ｇを含むＤＭＤ式空間光変調器（ＤＭＤ）１２０Ｇの一部を示す。変調素子アレイ１２２Ｇは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤと一致し、ＭＥＭミラー機構１２５Ｇは、半導体基板１２４Ｇ上の長方形アレイ内に配列される。ミラー機構１２５Ｇは、ミラー１２５Ｇの下に配置される制御回路１２６Ｇによって制御される。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤは、典型的にはデバイス当たり数十万個のミラーを含む。
【００４０】
図６は、ＤＭＤアレイ１２２Ｇの例示的なミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。ミラー機構１２５Ｇ−１１は、基板１２４Ｇの上面で最上層２１０と、中央領域２２０と、下方領域２３０とに分割される。最上層２１０は、アルミニウムで製造されかつ典型的には約１６マイクロメートル幅である正方形または長方形のミラー（光変調構造体）２１２を含む。中央領域２２０は、２つの弾性ねじりヒンジ２２４によって支持プレート２２５へ接続されるヨーク２２２と、１対の高架電極２２７および２２８とを含む。下方領域２３０は、電極プレート２３１および２３２と、バイアスプレート２３５とを含む。ミラー機構１２５Ｇ−１１は、制御回路１２６Ｇにより発生される制御信号１２７Ｇ−１により２つのデータ状態のうちの何れかを格納するように制御される関連のＳＲＡＭメモリセル２４０によって制御される。
【００４１】
下方領域２３０は、めっき層をエッチングすること、または別段でメモリセル２４０を覆う基板１２４Ｇ上へ形成されるパッシベーション層上に金属パッドを形成することによって形成される。電極プレート２３１および２３２は各々、バイアス制御信号１２７Ｇ−２、または金属バイアによってメモリセル２４０により格納される相補的なデータ信号ＤおよびＤバーの何れかを受信するように接続される。
【００４２】
中央領域２２０は、ＭＥＭＳ技術を用いて下方領域２３０の上に配置され、ヨーク２２２は、弾性ねじりヒンジ２２４によって支持プレート２２５により移動可能式（回動可能式）に接続されかつ支持される。支持プレート２２５は、バイアスプレート２３５の上に配置され、かつバイアスプレート２３５の領域２３６上へ固定的に接続される支持ポスト２２６によってバイアスプレート２３５へ電気的に接続される。電極プレート２２７および２２８は、同様に、各々電極プレート２３１および２３２の上に配置され、かつ電極プレート２３１および２３２の領域２３３上へ固定的に接続される支持ポスト２２９によって電極プレート２３１および２３２へ電気的に接続される。ミラー２１２は、ヨーク２２２の中央領域２２３上へ付着されるミラーポスト２１４によってヨーク２２２へ固定的に接続される。
【００４３】
図７（Ａ）から図７（Ｃ）は、動作中のミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。図７（Ａ）は、受け入れられる光部分１１８Ａ−Ｇが第１の角度θ１でミラー２１２を去る反射（変調）光部分１１８Ｂ−Ｇ１になる、第１の（例えば、「オン」）変調状態におけるミラー機構１２５Ｇ−１１を示す。変調「オン」状態を設定するために、ＳＲＡＭメモリセル２４０は、出力信号Ｄが電極プレート２３１および高架電極２２７へ送られる高電圧（ＶＤＤ）を含み、かつ出力信号Ｄバーが電極プレート２３２および高架電極２２８へ送られる低電圧（接地）を含むように、あらかじめ書き込まれたデータ値を格納する。これらの電極は、ミラーの位置を静電気引力によって制御する。電極プレート２３１および２３２により形成される電極対はヨーク２２２へ作用するように位置合わせされ、かつ高架電極２２７および２２８により形成される電極対はミラー２１２に作用するように位置合わせされる。ほとんどの時間、ヨーク２２２の両側へは等しいバイアス電荷が同時に印加され、バイアス制御信号１２７Ｇ−２が電極プレート２２７および２２８および高架電極２３１および２３２の双方へ印加される。中央位置へ反転する代わりに、予期されるように、ミラー１２２と高架電極２３１／電極プレート２２７との間の引力はミラー１２２と高架電極２３２／電極プレート２２８との間の引力より大きいことから、この等しいバイアスは実質的にミラー１２２をその現行の「オン」位置に保持する。
【００４４】
ミラー２１２を「オン」位置から「オフ」位置へ移動させるために、必要とされる画像データビットが、制御信号１２７Ｇ−１によってＳＲＡＭメモリセル２４０へロードされる。図７（Ａ）で示されているように、バイアス制御信号はディアサートされ、これにより、Ｄ信号がＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３１および高架電極２２７へ送信され、かつＤバーがＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３２および高架電極２２８へ送信され、これにより、ミラー２１２は図７（Ｂ）に示されている「オフ」位置へ移動され、これにより、光部分１１８Ａ−Ｇはミラー２１２を第２の角度θ２で去る反射光部分１１８Ｂ−Ｇ２になる。続いて、バイアス制御信号１２７Ｇ−２が復元されると、図７（Ｃ）で示されているように、ミラー２１２は「オフ」状態に保持され、次の必要な動作のメモリセル２４０へのロードが可能になる。
【００４５】
図７（Ａ）から図７（Ｃ）で示されているように、ミラー機構１２５Ｇ−１１の回動ねじり軸によって、ミラー２１２は、対角軸を中心としてＤＬＰチップハウジングのｘ−ｙ座標に対し相対回転する。この対角的な傾斜により、画像形成システム内の空間光変調器から受け入れられる入射光部分は、光の出射角がＤＬＰチップの表面に対して垂直となるように、各ミラー機構１２５Ｇ上へ合成入射角で投影される必要がある。この要件は、画像形成システムの隣り合わせの配置を複雑にする。
【００４６】
図８は、「折り畳まれた」配置のＤＭＤ１２０Ｈおよび単純化されたアナモルフィック光学系１３０Ｈを利用する画像形成システム１００Ｈを示す斜視図である。ＤＭＤ１２０Ｈは、均質光場１１９Ａの入射する均質光部分１１８Ａが、ＤＭＤ１２０Ｈの関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オン」である場合に光学系１３０Ｈへ向かって反射されるか、関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オフ」である場合に光学系１３０Ｈから遠方へ（例えば、ヒートシンク上へ）反射されるかのいずれかであるように、均質光発生器１１０Ｈおよび光学系１３０Ｈに対してある合成角で位置合わせされる。即ち、均質光発生器１１０Ｈから空間光変調器１２０Ｈの関連するＭＥＭミラー機構１２５Ｈ上へ方向づけられる均質光場１１９Ａの各光部分１１８Ａは、（例えば、図７（Ａ）を参照して先に述べたように）関連のＭＥＭミラー機構１２５Ｈが「オン」位置にある場合にのみ、関連のＭＥＭミラー機構１２５Ｈからアナモルフィック光学系１３０へ反射される。逆に、「オフ」位置にある各ＭＥＭミラー機構１２５Ｈは、関連する光部分１１８Ｂを、関連する光部分１１８Ｂをアナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へ方向づける角度で反射する。
【００４７】
システム１００Ｈは、アナモルフィック光学系１３０Ｈが、ドラムシリンダ１６０Ｈ上に発生される２つのライン画像の位置および左から右への順序が効果的に「反転される」ように、変調光場１１９Ｂを工程方向および工程横断方向の双方へ反転させることによって特徴づけられる。図８の左下部分は、ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｈの正面図を示し、かつ図８の右下部分は、画像形成面１６２Ｈの細長い画像形成領域１６７Ｈの正面図を示す。左下の図は、変調素子列Ｃ１が第１のピクセル画像データ部分ＰＩＤ１１により制御される第１の変調素子グループＧ１を形成することを示す。同様に、残りの光変調素子列は、ライン画像データ部分ＬＩＮ１１の残りのピクセル画像データ部分を実装する対応する変調素子グループを形成する。変調素子グループＧ１〜Ｇ８は、空間光変調器１２０Ｈへ「上下逆および逆行」式に書き込まれることに留意されたい。サブ光学系１３３Ｈは、ピクセル画像データＰＩＤ１１により構成される光変調素子が細長い画像形成領域１６７Ｈの右側にピクセル画像Ｐ１１を発生し、かつピクセル画像データＰＩＤ１８により構成される光変調素子が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上側にピクセル画像Ｐ１８を発生するように、均質光場１１９Ａを反転する。さらに、サブ光学系１３７Ｈは、（反転されない）ピクセル画像部分（ピクセル画像データビットＰＩＤ１１１を実装する変調素子により発生される）が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上部分に現出し、かつ（反転されない）ピクセル画像Ｐ１８８（ピクセル画像データビットＰＩＤ１８８を実装する変調素子により発生される）が細長い画像形成領域１６７Ｈの右下部分に現出するように、変調光場１１９Ａを反転する。
【００４８】
マルチレベル画像露光は、工程方向に略位置合わせされるＤＭＤ１２０ＨのＭＥＭミラー機構グループを、「部分的にオン」のピクセル画像が関連するＭＥＭミラー機構グループの中央領域に配置される連続的なＭＥＭミラー機構を起動することによって実装されるように構成することにより、システム１００Ｈを用いて達成される。例えば、変調素子グループＧ１は列Ｃ１内に配置される素子１２５Ｈより成り、グループＧ１はデータ部分ＰＩＤ１１によって、変調素子の全てが「オン」であり、よってピクセル画像Ｐ１１が最大の明るさを有するように構成される。同様に、変調素子グループＧ８は列Ｃ８内に配置される変調素子１２５Ｈより成り、グループＧ８はデータ部分ＰＩＤ１８によって、変調素子の全てが「オフ」であり、よって画像形成面１６２Ｈ上に暗いピクセル画像Ｐ１８が生成されるように構成される。ＭＥＭミラー機構の残りのグループ（列）は、３つの例示的なグレースケール値「部分的にオン」を用いて構成され、グループＧ２はグレースケール値「ほとんどオン」のピクセル画像データ部分ＰＩＤ１２によって構成され、グループＧ７はグレースケール値「かろうじてオン」を有しかつグループＧ５はグレースケール値「中位のオン」を有する。
【００４９】
図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、動作中の図８のシステム１００Ｈを示す略側面図である。
【００５０】
図９は、ＤＭＤ１２０Ｈの例示的な変調素子グループＧ２がデータグループＰＩＤ１２によって構成される場合のシステム１００Ｈ（Ｔ１）（即ち、時間Ｔ１におけるシステム１００Ｈ）を示す。具体的には、図９は、ＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７までが起動されかつＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８が非活性化されるようにしてピクセル画像データ部分ＰＩＤ１２を用いる変調素子１２５Ｈ−２１から１２５Ｈ−２８までの構成を描いている。
【００５１】
図９の右側を参照すると、画像転写動作を実装するために、システム１００Ｈはさらに、画像形成領域の上流側のあるポイントで画像形成面１６２Ｈ上へ湿し溶液１９２を塗布する液体源１９０と、画像形成領域の下流側のあるポイントでインク材料１９７を塗布するインク源１９５とを含む。転写機構は、インク材料１９７を標的である印刷媒体へ転写し、かつクリーニング機構１９８は、次の露光サイクルのために画像形成面１６２Ｈを準備する。
【００５２】
ＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７は、その起動された構成状態に起因して、変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７がアナモルフィック光学系１３０Ｈを介して方向づけられるように均質光場１１９Ａの一部を反射する。変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７は、アナモルフィック光学系１３０Ｈによって画像化されかつ集中される変調光場１１９Ｂを形成し、これにより、画像形成面１６２Ｈ上の細長い画像形成領域１６７Ｈ−１内にライン画像ＳＬ１の一部を形成するピクセル画像Ｐ１２を生成する画像化されかつ集中された変調光場１１９Ｃ２が発生される。変調光部分１１８Ｂ−２１から１１８Ｂ−２７によって形成される関連の集中光は、細長い画像形成領域１６７Ｈ−１から湿し溶液１９２を除去（気化）する。ピクセル画像Ｐ２１のサイズ（即ち、画像形成面１６２Ｈから除去される湿し溶液の量）は、起動されるＭＥＭミラー機構の数によって決定される。
【００５３】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、時間Ｔ１に続く変調器１２０Ｈが非活性化される時間における画像形成システム１００Ｈを示して、表面機能Ｐ１２が引き続いてどのように利用されるかを示している。時間Ｔ２における図１０（Ａ）では、ドラムシリンダ１６０Ｈが回転し、表面領域１６２Ｈ−１は既に、インク外形ＴＦを形成すべくインク材料１９７が露光された表面領域１６２Ｈ−１に付着するインク源１９５の下を通過している。時間Ｔ３における図１０（Ｂ）では、インク外形ＴＦが転写ポイントを通過しつつあり、表面領域１６２Ｈ−１との接着の弱さ、および印刷媒体（不図示）への引力の強さに起因してインク外形ＴＦは印刷媒体へ転写され、結果的に、印刷媒体上へ印刷されるインク内に「ドット」が生じる。時間Ｔ４における図１０（Ｃ）では、表面領域１６２Ｈ−１は、後続の露光／印刷サイクル用に表面領域１６２Ｈ−１を準備するクリーニング機構１９８の下を回転される。したがって、インク材料は、（湿し溶液１９２へではなく）先に述べた画像形成プロセスによって露光される画像形成面１６２Ｈの一部上へのみ転写し、これにより、インク材料は、集中光に曝されるドラムローラ１６０Ｈの一部からのみ印刷媒体へ転写される。したがって、従来のシステムの場合のようなプレートからの不変データではなく、湿し溶液除去からの可変データが転写される。このプロセスの場合、ラスタ化光源（即ち、スキャンラインと交差して前後にラスタ化される光源）を用いて動作するためには、湿し溶液をリアルタイムで除去するに足る単一の超高出力光（例えば、レーザ）源が必要になると思われる。
【００５４】
図１１から図１４および図１６から図１９を参照して後述する特有の実施形態は各々、先に述べた様々な単一パス画像形成システムにおいて（即ち、単一パス画像形成システムを参照して述べている単純化された光学系の代わりに）利用されてもよい。
【００５５】
図１１および図１２は、全屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを示す略平面図および略側面図である。アナモルフィック光学系１３０Ｊは、例示的な一用途を示すために、変調器１２０Ｊと画像形成面１６２Ｊとの間に描かれている。
【００５６】
図１１および図１２を参照すると、アナモルフィック光学系１３０Ｊは、視野レンズ１３２Ｊと、工程横断サブ光学系１３３Ｊと、工程サブ光学系１３７Ｊとを含む。サブ光学系１３３Ｊは、画像形成面１６２Ｊ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ図１１に示されているレイトレース（破線）ラインに一致して画像化すべく協働的に成形されかつ配置される二重円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊを含む。二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊは、工程横断方向に対して平行である中立軸またはゼロ出力軸沿いを中心とする、かつライン画像ＳＬが画像形成面１６２Ｊ上で工程方向に予め決められた長さを有するように分離して位置合わせされる一定の湾曲形状を有する光学表面を有する。任意選択のコリメートする視野レンズ１３２Ｊは、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の１点で光を工程横断方向に収束するように位置合わせされかつレンズ素子１３４Ｊと協働的に形成され、よって開口Ｙ停止装置の使用を有効化する工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。また、視野レンズ１３２Ｊは、空間光変調器１２０Ｊの表面から離れて僅かに拡散しつつある光部分をコリメートする働きもする。サブ光学系１３７Ｊは、図１２におけるレイトレース・ラインにより示されているように、画像形成面１６２Ｊ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように協働的に成形されかつ位置合わせされる二重レンズ素子１３８Ｊおよび１３９Ｊを含む。
【００５７】
表１は、光学系１３０Ｊの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。以下で記載する全ての表において、光学系入力（光源）に面する各素子の表面は「Ｓ１」と称され、かつ光学系出力に面する各素子の表面は「Ｓ２」と称される。例えば、「１３２Ｊ：Ｓ１」は、空間光変調器１２０Ｊに面する視野レンズ１３２Ｊの表面を指す。曲率値の単位は１／ミリメートル、かつ厚さの値の単位はミリメートルである。光源（即ち、空間光変調器１２０Ｊの表面）および標的表面（即ち、画像形成面１６２Ｊ）は共に、記載された処方に関しては平面であるものとされていることに留意されたい。この光学処方は、光波長９８０ｎｍも想定している。光学系は結果的に、工程横断方向倍率１．４を有する。
【表１】
【００５８】
図１３および図１４は、全屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋを示す。アナモルフィック光学系１３０Ｋは、視野レンズ１３２Ｋと、工程横断サブ光学系１３３Ｋと、工程サブ光学系１３７Ｋとを含む。サブ光学系１３３Ｋは、図１３におけるレイトレース・ラインにより示されているようにして画像形成面１６２Ｋ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置されるレンズ素子１３４Ｋ、１３５Ｋおよび１３６Ｋを含む。視野レンズ１３２Ｋは、変調器１２０Ｋとレンズ素子１３４Ｋとの間に位置合わせされる円柱／非円柱レンズであり、かつ開口Ｙ停止装置のサブ光学系１３３Ｋのレンズ素子１３５Ｋと１３６Ｋとの間の位置決めを有効化するように成形されかつ位置合わせされる。サブ光学系１３７Ｋは、図１４に示されているように、変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される円柱／非円柱レンズ素子１３８Ｋを含む。表２は、光学系１３０Ｋの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．０７２５を有する。
【表２】
【００５９】
図１５は、発生器１１０ＰおよびＤＭＤ１２０Ｐを利用する画像形成システム１００Ｐを示す。ＤＭＤ１２０Ｐは、コントローラ１８０Ｐから送信される画像データに応答して変調光場１１９Ｂを発生するために、光発生器１１０Ｐに対してある合成角で位置合わせされる。システム１００Ｐは、ドラムローラ１６０Ｐの画像形成面１６２Ｐ上へライン画像ＳＬ１を発生するために単純化された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｐを利用することにおいて、これまでの実施形態とは異なる。即ち、先に述べた全屈折アナモルフィック光学系とは異なり、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｐは、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズにより形成される工程横断サブ光学系１３３Ｐと、１つまたは複数の円柱／非円柱鏡により形成される工程サブ光学系１３７Ｑとを含む。工程方向の歪に起因して、二次元光場１１９Ｂが工程方向よりも工程横断方向へ遙かに広い画像形成システムについては、反射屈折アナモルフィック投影光学系の方が適する。また、反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程横断方向沿いに全屈折系のそれより低いレベルの矢状像面湾曲も提供し、これにより、先に示されかつ記述された正方形または長方形の変調光場の画像形成が促進される。
【００６０】
図１６および図１７は、第１の反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑを示す略平面図および略側面図である。光学系１３０Ｑは、変調器１２０Ｑと表面１６２Ｑとの間に光路を形成するものとして描かれている。アナモルフィック光学系１３０Ｑは、視野レンズ１３２Ｑと、工程横断サブ光学系１３３Ｑと、工程サブ光学系１３７Ｑとを含む。サブ光学系１３３Ｑは、図１６におけるレイトレース・ラインにより示されているように変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置されるレンズ素子１３４Ｑ、１３５Ｑおよび１３６Ｑを含む。視野レンズ１３２Ｑは、レンズ素子１３５Ｑと１３６Ｑとの間に開口停止装置を位置決めすることを有効化するように成形されかつレンズ素子１３４Ｑおよび１３５Ｑと共に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。サブ光学系１３７Ｑは、画像形成面１６２Ｑ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される分離された折り畳み（平面）鏡１３８Ｑおよび円柱／非円柱鏡１３９Ｑを含む。表３は、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．３３を有する。
【表３】
【００６１】
図１８および図１９は、視野レンズ１３２Ｒと、工程横断サブ光学系１３３Ｒと、工程サブ光学系１３７Ｒとを含む第２の反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒを示す。サブ光学系１３３Ｒは、図１８に示されているように、画像形成面１６２Ｒ上へ変調光場１１９Ｂを工程横断方向に画像化するように協働的に成形されかつ配置される円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｒ、１３５Ｒおよび１３６Ｒを含む。視野レンズ１３２Ｒは、レンズ素子１３５Ｒと１３６Ｒとの間に開口停止装置を位置決めすることを有効化するように成形されかつ位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。サブ光学系１３７Ｒは、図１９に示されているように、画像形成面１６２Ｒ上へ変調光場１１９Ｂを工程方向に画像化しかつ集中させるように成形されかつ配置される円柱／非円柱鏡１３８Ｑおよび１３９Ｑを含む。表４は、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒの各光学素子の対向する表面の光学処方を示している。この光学処方は、光波長９８０ｎｍを想定し、かつ、光学系は結果的に、工程横断方向倍率０．４４を有する。
【表４】
【００６２】
本発明は、線形である光路を有する（図１参照）、または１つの折り畳みを有する（図８参照）ものとして示されているが、当業者には、任意数の任意の光路に沿って折り畳みを含む他の配置が企図されてもよい。さらに、高エネルギーライン画像を発生するための上述の方法は、本明細書に記述されているもの以外のデバイスを用いて達成されてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、 前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向に画像化するために配置される少なくとも１つの工程横断円柱／非円柱光学素子を含む工程横断サブ光学系であって、前記工程横断方向は前記工程方向に対して垂直である工程横断サブ光学系と、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程方向に集束するために配置される少なくとも１つの工程方向円柱／非円柱光学素子を含む工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【請求項２】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、
コリメート円柱／非円柱視野レンズと、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向に画像化するために前記視野レンズと共に協働的に配置される第１及び第２の円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系であって、前記工程横断方向は前記工程方向に対して垂直であり、前記第１の円柱／非円柱レンズ素子は前記第２の円柱／非円柱レンズ素子と前記視野レンズとの間に位置決めされる工程横断サブ光学系と、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程方向に集束するために配置される円柱／非円柱光学素子を含む工程方向サブ光学系であって、前記円柱／非円柱光学素子は前記第２の円柱／非円柱レンズ素子と前記画像形成面との間に位置決めされる工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【請求項３】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、変調光場は前記工程横断方向に第１の幅を有しかつ前記工程方向に第１の高さを有し、前記光学投影系は、
前記略一次元ライン画像が工程横断方向に前記二次元変調光場の前記第１の幅に等しいかそれより大きい第２の幅を有するように、前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向へ画像化するために配置される少なくとも１つの工程横断円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系と、
前記略一次元ライン画像が工程方向に前記二次元変調光場の前記第１の高さの少なくとも３分の１以上小さい第２の高さを有するように、前記工程横断サブ光学系から受信される前記画像化される光を工程方向へ画像化しかつ集束させるために配置される少なくとも１つの工程方向円柱／非円柱レンズ素子を含む工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【請求項１】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、 前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向に画像化するために配置される少なくとも１つの工程横断円柱／非円柱光学素子を含む工程横断サブ光学系であって、前記工程横断方向は前記工程方向に対して垂直である工程横断サブ光学系と、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程方向に集束するために配置される少なくとも１つの工程方向円柱／非円柱光学素子を含む工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【請求項２】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、
コリメート円柱／非円柱視野レンズと、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向に画像化するために前記視野レンズと共に協働的に配置される第１及び第２の円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系であって、前記工程横断方向は前記工程方向に対して垂直であり、前記第１の円柱／非円柱レンズ素子は前記第２の円柱／非円柱レンズ素子と前記視野レンズとの間に位置決めされる工程横断サブ光学系と、
前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程方向に集束するために配置される円柱／非円柱光学素子を含む工程方向サブ光学系であって、前記円柱／非円柱光学素子は前記第２の円柱／非円柱レンズ素子と前記画像形成面との間に位置決めされる工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【請求項３】
画像形成面上へ工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生すべく二次元光場をアナモルフィックに画像化しかつ集中させるためのアナモルフィック光学投影系であって、変調光場は前記工程横断方向に第１の幅を有しかつ前記工程方向に第１の高さを有し、前記光学投影系は、
前記略一次元ライン画像が工程横断方向に前記二次元変調光場の前記第１の幅に等しいかそれより大きい第２の幅を有するように、前記画像形成面上へ前記二次元光場を工程横断方向へ画像化するために配置される少なくとも１つの工程横断円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系と、
前記略一次元ライン画像が工程方向に前記二次元変調光場の前記第１の高さの少なくとも３分の１以上小さい第２の高さを有するように、前記工程横断サブ光学系から受信される前記画像化される光を工程方向へ画像化しかつ集束させるために配置される少なくとも１つの工程方向円柱／非円柱レンズ素子を含む工程方向サブ光学系とを備えるアナモルフィック光学投影系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−４５１０７（Ｐ２０１３−４５１０７Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７０８３８（Ｐ２０１２−１７０８３８）
【出願日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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