空間光変調器および反射屈折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】一次元の高輝度ライン画像を形成するために、比較的低輝度の二次元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反射屈折アナモルフィック光学系を利用した画像形成システムを提供する。
【解決手段】単一パス画像形成システム１００は、光源１１０および空間光変調器１２０を利用して二次元変調光場１１９Ｂを発生し、かつこの変調光を反射屈折アナモルフィック光学系１３０を用いてアナモルフィックに画像化しかつ集中させ、画像形成面１６２上へ高輝度の略一次元ライン画像ＳＬを発生する。反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、変調光場１１９Ｂを工程方向へ画像化しかつ集中させる。ライン画像ＳＬは、画像形成面１６２から湿し溶液を気化するに足るエネルギーを用いて発生される。本画像形成システム１００は、ライン画像の全ての成分ピクセル画像を同時に発生し、よって、１２００ｄｐｉ以上の能力を有する印刷装置を容易にする。
【解決手段】単一パス画像形成システム１００は、光源１１０および空間光変調器１２０を利用して二次元変調光場１１９Ｂを発生し、かつこの変調光を反射屈折アナモルフィック光学系１３０を用いてアナモルフィックに画像化しかつ集中させ、画像形成面１６２上へ高輝度の略一次元ライン画像ＳＬを発生する。反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、変調光場１１９Ｂを工程方向へ画像化しかつ集中させる。ライン画像ＳＬは、画像形成面１６２から湿し溶液を気化するに足るエネルギーを用いて発生される。本画像形成システム１００は、ライン画像の全ての成分ピクセル画像を同時に発生し、よって、１２００ｄｐｉ以上の能力を有する印刷装置を容易にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成システム、および特に高速画像形成のために高エネルギー光源を利用する単一パス画像形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り工程方向に対して直角にレーザを掃引するラスタ光学スキャナ（ＲＯＳ：ｒａｓｔｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｅｒ）を用いることが多いが、切断用途では、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：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、比較的低輝度の二次元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反射屈折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。二次元変調光場は、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。低輝度の変調光場を画像化しかつ集中させるべく反射屈折アナモルフィック光学系をこのように利用することは、ライン画像の全体長さに沿った高い合計光強度（即ち、約数百ワット／ｃｍ２オーダーの束密度）の同時的発生を容易にし、これにより、ライン画像を構成するあらゆるドット様ピクセル画像部分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）。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、反射屈折アナモルフィック光学系は、一次元ライン画像が画像形成面上へ投射されるように、動作可能式に位置合わせされかつ配置される１つまたは複数の円柱／非円柱レンズおよび１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を利用して二次元変調光場を工程方向に画像化しかつ集中させる。１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を利用して画像形成面上へ変調光を工程方向に集中させることは、工程横断方向に全屈折アナモルフィック光学系によって達成される可能性のあるものより低いレベルの歪および矢状像面湾曲をもたらし、これにより、正方形または長方形の二次元変調光場の画像形成がより容易にされる。ある実施形態では、二次元変調光場を工程横断方向に拡張するために（即ち、ライン画像の工程横断方向の幅が二次元変調光場の工程横断方向の幅より広くなるように）円柱／非円柱レンズも利用される。工程横断方向沿いの低減された歪および低減された矢状像面湾曲で、変調光場を工程横断方向に拡張しかつ同時的に変調光場を工程方向に集中させることにより、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かつ高出力の画像形成システムを提供する。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、反射屈折アナモルフィック光学系は、少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系と、少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子を含む工程方向サブ光学系とを含む。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、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ素子は、二次元変調光場を工程横断方向に画像化する働きをする。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。工程横断サブ光学系と二次元光場源との間にはコリメートする工程横断方向の円柱／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停止装置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、サブ光学系出力）との間に位置決めされ、かつ光場を工程方向に画像化しかつ集中させる単一の工程方向円柱／非円柱鏡または二重の工程方向円柱／非円柱鏡の何れかを含む。
【００１２】
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二次元変調光場を発生しかつ反射屈折アナモルフィック光学系へ投影する。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反射屈折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反射屈折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。
【００１３】
ある実施形態において、反射屈折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亘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。
【００１４】
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（第１の）「オン」変調状態と（第２の）「オフ」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反射屈折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、反射屈折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反射屈折アナモルフィック光学系から遠方へ反射する）。
【００１５】
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、反射屈折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ピクセル画像領域上へ集中させるように配置される。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、反射屈折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ピクセル画像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。
【００１６】
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反射屈折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。
【００１７】
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反射屈折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。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、反射屈折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１の画像形成システムの一部をさらに詳細に示す部分上側斜視図である。
【図３】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４Ａ】本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成装置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４Ｂ】本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成装置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側面図である。
【図５】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】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｂ】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｃ】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図８】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アナモルフィック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】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】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】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】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】本発明の別の特有の実施形態による、反射屈折アナモルフィック光学系を含む画像形成システム示す略平面図である。
【図１２】動作の間の図１１の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１３】本発明の別の特有の実施形態による、反射屈折アナモルフィック光学系を含む別の画像形成システム示す略平面図である。
【図１４】動作の間の図１３の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１５】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マルチミラー反射屈折アナモルフィック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】本発明の別の特有の実施形態による、マルチミラー反射屈折アナモルフィック光学系を含む画像形成システム示す略平面図である。
【図１７】動作の間の図１６の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１８】本発明の別の特有の実施形態による、マルチミラー反射屈折アナモルフィック光学系を含む別の画像形成システム示す略平面図である。
【図１９】動作の間の図１８の画像形成システムを示す略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、画像データＩＤに応答して二次元変調光場１１９Ｂを発生しかつ画像形成面１６２（例えば、ドラムシリンダ１６０の表面）上に略一次元のライン画像ＳＬを発生させるべく二次元変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中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、均質光発生器１１０を利用して、空間光変調器１２０上へ投射される二次元均質光場１１９Ａを発生し、空間光変調器１２０は、画像データＩＤのうちの１ラインに従って二次元均質光場１１９Ａを変調しかつ反射屈折アナモルフィック光学系１３０上へ二次元変調光場１１９Ｂを送信（投射）するように制御される。反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、画像形成面１６２上に略一次元ライン画像ＳＬが発生されるように変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中させる。
【００２１】
図２および図３は、光源１１０および変調器１２０を含む、ライン画像ＳＬの発生の間のシステム１００の一部を示す。関連する光路は、説明を目的として「広げられた」形式で示されている。
【００２２】
以下で述べる例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データ（「画像データファイルＩＤ」）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。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（「ライン画像」）を関連するラインデータ（「ライン画像データ部分」）を用いて発生させることを含む。デジタル画像データは、既知の技法に従って格納される。このような画像形成における画像データファイルＩＤは、図２の下部ではコントローラ１８０へ送信されて描かれていて、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までの複数のライン画像データグループで構成され、各ライン画像データグループは、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を含み、その各々は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数ビットの画像データを含む。
【００２３】
均質光発生器１１０は、定エネルギーレベル（束密度）を有する連続的な均質光１１８Ａを用いて均質光場１１９Ａを発生する。均質光発生器１１０は、適切なキャリア１１１上へ配置される発光素子（レーザまたはＬＥＤ）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亘って均質化する（即ち、混合して拡散する）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。均質光源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。
【００２４】
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。空間光変調器１２０は均質光１１８Ａの一部を変調して、均質光場１１９Ａを、反射屈折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。ある実際的な実施形態では、このような空間光変調器が市販されていて、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。
【００２５】
空間光変調器１２０の変調素子アレイ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、均質光場１１９Ａ内に、各変調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、かつ受け入れた対応する均質光部分を予め決められた方向に沿って反射屈折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（例えば、変調素子１２５−１１は受け入れる光部分１１８Ａ−１１を通すが、変調素子１２５−２１は受け入れる光部分１１８Ａ−２１が反射屈折アナモルフィック光学系１３０へ通ることを阻止／再配向／防止する）。
【００２６】
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。ある所定の時間において、ライン画像データ部分ＬＩＮ１はコントローラ１８０から制御回路１２６へ送信され、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内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では、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内に対応する第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のライン画像の発生より前に、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。
【００２７】
制御回路１２６の各メモリセル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、変調「オン」状態と変調「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、この所定の変調素子は「オン」状態に入るように制御され、これにより、受信される関連の光部分がアナモルフィック光学系１３０へと通される。例えば、変調素子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」であり（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、変調素子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。変調素子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の一部を変調し、反射屈折アナモルフィック光学系１３０上へと配向させる。
【００２８】
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。
【００２９】
図１において、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、光場１１９Ｂを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働きをする。具体的には、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、二次元変調光場１１９Ｂを工程横断（Ｘ軸）方向へ画像化するための工程横断サブ光学系１３３と、二次元変調光場１１９Ｂを工程（Ｙ軸）方向へ画像化しかつ集中させるための工程方向サブ光学系１３７とを含む。サブ光学系１３３および１３７は各々、円柱／非円柱レンズ素子１３４および円柱／非円柱鏡素子１３８として示されているが、これらのサブ光学系は各々、典型的には２つ以上の光学素子を含む。レンズ素子１３４は、変調器１２０から二次元変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ二次元変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ画像化する。サブ光学系１３３からサブ光学系１３７へ通過される処理光は、画像形成光１１９Ｃ１である。サブ光学系１３３は、ライン画像ＳＬの工程横断方向の幅Ｗ２が二次元変調光場１１９Ｂの元の幅Ｗ１に等しいか大きいように、変調光を画像化する。鏡素子１３８は、サブ光学系１３３から画像形成光１１９Ｃ１を受け入れるように位置合わせされ、画像形成光１１９Ｃ１を工程方向に集中させる。サブ光学系１３７から画像形成面１６２へ通される画像化されかつ集中された光は、画像形成集中光１１９Ｃ２である。変調光場１１９Ｂの集中の度合いは、工程横断方向沿いよりも工程方向沿いの方が高く、これにより、受け入れられる変調光部分は、画像形成面１６２上で工程方向に広がる略一次元のライン画像ＳＬを形成すべくアナモルフィックに集束される。即ち、ライン画像ＳＬの工程方向の高さＨ２は、二次元変調光場１１９Ｂの元の高さＨ１より実質的に（例えば、３分の１以上）小さい。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。鏡素子１３８を利用することにより、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、全屈折アナモルフィック光学系を用いる場合に示され得るものよりも低レベルの工程方向の歪および工程横断方向の矢状像面湾曲を示す。
【００３０】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、変調器１２０Ｅと反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅとを含むシステム１００Ｅを示す。変調器１２０Ｅは、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅ上へ二次元変調光場１１９Ｂを投射し、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅは、コリメートサブ光学系１３１Ｅと、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。
【００３１】
図４（Ａ）は、サブ光学系１３１Ｅ、サブ光学系１３３Ｅおよび画像変調光場１１９Ｂを示す平面図である。サブ光学系１３１Ｅは、変調器１２０Ｅから僅かに拡散される光部分をコリメートするように配置される円柱／非円柱コリメート視野レンズ１３２Ｅを含む。サブ光学系１３１Ｅは、任意選択である。サブ光学系１３３Ｅは変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ変調光場１１９Ｂを工程横断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。またサブ光学系１３３Ｅは、変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ拡張するようにも作用する。
【００３２】
図４（Ｂ）は、サブ光学系１３７Ｅが変調器１２０Ｅにより通過される変調光部分１１８Ｂにどのように作用し、かつスキャンラインＳＬを形成する画像形成集中光場１１９Ｃ１をどのように発生するかを示す側面図である。サブ光学系１３７Ｅは、光１１９Ｃ１を工程方向へ画像化しかつ集中させる円柱／非円柱鏡１３８Ｅを含み、これにより、画像形成集中変調光１１９Ｃ２が画像形成面１６２Ｅ上へ方向づけられる。サブ光学系１３７Ｅをサブ光学系１３３Ｅより後に位置合わせすることの優位点は、光パワーの強度がスキャンラインＳＬ上に集中されることを可能にすることにある。鏡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の強度と相対的に低減される。しかしながらこれは、鏡１３８Ｅが画像形成面１６２Ｅへより近接して配置されなければならないことを意味する。
【００３３】
図２では、光学系１３０を利用して変調光場１１９Ｂを工程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上にライン画像ＳＬが形成される。所定のグループ（例えば、グループＧ１）の全ての変調素子（例えば、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（例えば、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を変えることにより高品質の画像形成（印刷）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、本発明が、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、所定の領域に亘る（例えば、各変調素子１２５−１１から１２５−３４までの領域に亘る）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、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、画像ラインＳＬを形成すべく結果的に生じる細長いピクセル画像を反射屈折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。図２において、変調素子列Ｃ１からＣ３は工程方向に対して平行に位置合わせされ、かつ各変調素子グループＧ１からＧ３は、列Ｃ１からＣ３までの各々に配置される変調素子より成る（グループＧ１は素子１２５−１１から１２５−１４までを含み、グループＧ２は素子１２５−２１から１２５−２４までを含みかつグループＧ３は素子１２５−３１から１２５−３４までを含む）。各グループ／列により発生される画像は、効果的には、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各ピクセル画像（例えば、ピクセル画像Ｐ１）を発生することから、各ピクセル画像Ｐ１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は、各ピクセル画像データ部分のグレースケール値を解明し、かつライン画像ＳＬの各ピクセル位置において適切なピクセル画像を発生するために制御セル１２８−１１から１２８−１４へ対応する制御データを書き込む。
【００３６】
図２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。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１はグレースケール値「完全にオン」を有していて、グループＧ１の素子１２５−１１から１２５−１４が全て起動され（「オン」）、よって、均質光場１１９Ａの均質光部分１１８Ａ−１１から１１８Ａ−１４は反射屈折アナモルフィック光学系１３０へ通される。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ２は値「完全にオフ」を有し、よってグループＧ２の変調素子１２５−２１から１２５−２４は全て、変調素子１２５−２１から１２５−２４上へ方向づけられる均質光１１８Ａが反射屈折アナモルフィック光学系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（「オフ」）、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。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ３は「部分的にオン」であり、変調素子１２５−３２および１２５−３３が起動されかつ変調素子１２５−３１および１２５−３４が非活性化されて均質光部分を変調素子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。
【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方向に移動させること（すなわちスクローリング）、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。ライン画像データグループＬＩＮ１を用いてライン画像ＳＬが発生された後、画像形成面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、ライン画像ＳＬに平行しかつその下に位置合わせされる第２のライン画像が発生される。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】
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。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤと一致して、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。
【００４０】
図６は、アレイ１２２Ｇの例示的なミラー機構１２５Ｇ−１１をさらに詳細に示している。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、１６マイクロメートル幅である正方形または長方形のアルミニウムミラー（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ＳＲＡＭメモリセル２４０によって制御される。メモリセル２４０は、相補的な出力信号ＤおよびＤバーを発生する。
【００４１】
下方領域２３０は、めっき層をエッチングすること、または別段で基板１２４Ｇ上へ形成されるパッシベーション層（不図示）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、パッシベーション層を介して広がる金属バイアによって受信するように接続される。
【００４２】
中央領域２２０は下方領域２３０の上に配置され、ヨーク２２２は、基板１２４Ｇに対するヨーク２２２の傾斜を容易にすべく後述するように捻れる弾性ねじりヒンジ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を去る反射光部分１１８Ｂ−Ｇ１になる、変調「オン」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）であり、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）であるように、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る。中央位置へ反転する代わりに、予期されるように、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）において、アレイ１２２Ｇの全てのＳＲＡＭセルが画像データによってロードされると、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、受け入れられた光部分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」位置に保持され、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）では、ミラー機構１２５Ｇ−１１の回動ねじり軸によって、ミラー２１２が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、ＤＭＤ１２０Ｈを「折り畳まれた」配置で利用するシステム１００Ｈを示し、かつ単純化された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈを示している。ＤＭＤ１２０Ｈは、均質光場１１９Ａの入射する均質光部分１１８Ａが、「オン」であるＭＥＭミラー機構１２５Ｈによって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈへ向かって反射されるか、「オフ」であるＭＥＭミラー機構１２５Ｈによって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へ（例えば、ヒートシンク上へ）反射されるかの何れかであるように、光発生器１１０Ｈおよび反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈに対して合成角を成して位置合わせされる。
【００４７】
システム１００Ｈは、反射屈折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、ＤＭＤ１２０Ｈの正面図を示し、かつ図８の右下部分は、画像形成面１６２Ｈの画像形成領域１６７Ｈの正面図を示す。左下の図は、変調素子列Ｃ１が、ライン画像データ部分ＬＩＮ１１の第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。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、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズを用いて変調光場１１９Ａを反転する。サブ光学系１３７Ｈは、（反転されない）ピクセル画像部分が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上部分に現出するように、かつ（反転されない）ピクセル画像Ｐ１８８が細長い画像形成領域１６７Ｈの右下部分に現出するように、１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を用いてサブ光学系１３３Ｈから受け入れられる画像形成光場を反転する。
【００４８】
マルチレベル画像露光は、工程（Ｙ軸）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。変調素子グループＧ１は列Ｃ１内に配置される変調素子１２５Ｈより成り、グループＧ１は画像ピクセルデータ部分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。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は画像ピクセルデータ部分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、この場合、グループＧ２は、列Ｃ２の上下に配置される２つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される６つの活性化されたＭＥＭミラー機構とによって形成されるグレースケール値「ほとんどオン」を有する。これに対して、グループＧ７は、列Ｃ７の上下に配置される６つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される２つの活性化されたＭＥＭミラー機構とを有する「かろうじてオン」であり、かつグループＧ５は、列Ｃ５の上下に配置される４つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される４つの活性化されたＭＥＭミラー機構とを有する「中位のオン」である。
【００４９】
図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、ある例示的な画像形成動作中のシステム１００Ｈを示す。これらの略側面図は、工程横断方向の反転および画像化されかつ集中される光の下方反射を無視していることに留意されたい。
【００５０】
図９は、例示的な変調素子グループＧ２がライン画像データグループＰＩＤ１２によって構成され、よってＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７が起動されかつＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８が非活性化される場合の画像形成システム１００Ｈ（Ｔ１）（即ち、時間Ｔ１における画像形成システム１００Ｈ）を示す。
【００５１】
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。さらに、転写機構（不図示）は、インク材料１９７を標的である印刷媒体へ転写するために設けられ、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を準備するために設けられる。
【００５２】
図９を再度参照すると、その起動された構成状態に起因して、ＭＥＭミラー機構（光変調素子）１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７は均質光場１１９Ａの一部を、変調光部分１１８Ｂ−２２から１１８Ｂ−２７が反射屈折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反射する（均質光部分は、非活性化されたＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８によって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へと配向し直されることに留意されたい）。変調光部分１１８Ｂ−２２から１１８Ｂ−２７は、反射屈折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を生成する集中された変調光場１１９Ｃが発生される。具体的には、変調光部分１１８Ｂ−２２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（即ち、これにより、ピクセル画像Ｐ２１における画像形成面１６２Ｈの一部が露光される）。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ことに留意されたい。
【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システム１００Ｈを示して、表面機能Ｐ１２（図９参照）が画像形成システム１００Ｈの画像転写動作に従って引き続きどのように利用されるかを示している。図１０（Ａ）を参照すると、時間Ｔ２において、ドラムシリンダ１６０Ｈは既に、表面領域１６２Ｈ−１がインク源１９５の下を通過するまで回転している。湿し溶液の除去によって、インク材料１９７は露光された表面領域１６２Ｈ−１へ接着し、インク外形ＴＦが形成される。図１０（Ｂ）を参照すると、インク外形ＴＦが転写ポイントを通過しつつある時間Ｔ３において、インク材料と表面領域１６２Ｈ−１との接着の弱さ、およびインク材料の印刷媒体（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。続くＴ４では、図１０（Ｃ）に示されているように、表面領域１６２Ｈ−１はクリーニング機構１９８の下を回転され、クリーニング機構１９８は、残留するインクおよび湿し溶液材料を除去して後続の露光／印刷サイクル用の表面領域１６２Ｈ−１を準備する。上述の画像転写動作に従って、インク材料は、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（即ち、インク材料は湿し溶液１９２へ接着しない）、これによりインク材料は、本明細書で述べているように、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。本発明による画像形成動作の利点は、スキャンライン全体から液体が同時に除去されることにより、複数の比較的低出力の光源を用いてオフセットされた印刷設定が高速で提供されることにある。
【００５４】
図１１および図１２は、本発明の第１の特有の実施形態に従って配置された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを含む画像形成システム１００Ｊを示す単純化された上面図および側面図である。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊは、簡潔さのために単純化された空間光変調器１２０Ｊと単純化された画像形成面１６２Ｊとの間に配置され、よって、これらのコンポーネントがこれまでに述べた代替の構造体およびディテールを用いて実装され得ることは理解される。
【００５５】
図１１および図１２を参照すると、反射屈折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。工程横断サブ光学系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（第１及び第２の）二重円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊを含む。即ち、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊは、工程（Ｘ軸）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して一定の湾曲形状を有する光学表面を有し、かつこれらのレンズは、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、空間光変調器１２０Ｊと画像形成面１６２Ｊとの間に位置合わせされる。任意選択のコリメートする視野レンズ１３２Ｊは、空間光変調器１２０Ｊとレンズ素子１３４Ｊとの間に配置される、かつ二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の１点で光を工程横断（Ｘ軸）方向に収束するようにレンズ素子１３４Ｊと協働的に形成され、よって二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の開口絞りの位置合わせを有効化する工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。この配置は、少数の単純なレンズを用いる収差の効率的な補正を可能にし、また、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊのサイズも最小化する。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。工程サブ光学系１３７Ｊは、工程横断サブ光学系１３３Ｊから受け入れられる光を画像形成面１６２Ｊ上へ工程（Ｙ軸）方向に図１２に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして画像化しかつ集中させるべく成形されかつ位置合わせされる単一の円柱／非円柱鏡素子１３８Ｊを含む。レンズ１３８Ｊの集束能力が増加するにつれて、空間光変調器１２０Ｊ上の光強度は、ライン画像ＳＬの強度と相対的に低減される。しかしながらこれは、円柱／非円柱鏡１３８Ｊが画像形成面１６２Ｊへより近接して配置されなければならないことを意味する。
【００５６】
図１３および図１４は、本発明の第２の特有の実施形態に従って配置された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを含む画像形成システム１００Ｊを示す単純化された上面図および側面図である。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋは、空間光変調器１２０Ｋと画像形成面１６２Ｋとの間に描かれているが、先に述べた他の配置で用いられてもよい。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋは、順次配置される視野レンズ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。工程横断サブ光学系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変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｋ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｋ、１３５Ｋおよび１３６Ｋを含む。視野レンズ１３２Ｋは、空間光変調器１２０Ｋとレンズ素子１３４Ｋとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口Ｙ停止装置の工程横断サブ光学系１３３Ｋの（第２及び第３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レンズ素子１３４Ｋおよび１３５Ｋと協働的に成形されかつ位置合わせされ、視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点を提供する。工程サブ光学系１３７Ｋは、変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｋ上へ工程（Ｙ軸）方向に図１４に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして画像化しかつ集中させるべく成形されかつ配置される単一の円柱／非円柱鏡素子１３８Ｋを含む。
【００５７】
図１５は、本発明の別の特有の実施形態による、均質光発生器１１０Ｐ、ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｐおよびマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋを利用する画像形成システム１００Ｐを示す斜視図である。空間光変調器１２０Ｐは、（先に述べた）ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｇと略同一であり、かつ先に述べた方法と同様にして、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、均質光発生器１１０Ｐに対して合成角を成して位置合わせされる。ＤＭＤ式画像形成システム１００Ｐは、ドラムローラ１６０Ｐの画像形成面１６２Ｐ上へライン画像ＳＬ１を発生するために少なくとも２つのミラーを利用する工程サブ光学系１３７Ｐを含むことにおいて、これまでの実施形態とは異なる。具体的には、先に述べたサブ光学系と同様に、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を含むが、少なくとも一方は円柱／非円柱鏡である少なくとも２つのミラーにより形成される工程サブ光学系１３７Ｑを有する。図１５に示されている、かつ図１６〜図１９を参照して後にさらに詳述されるマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程方向の歪レベルを下げ、かつ反射屈折アナモルフィック光学系に特徴的である工程横断方向の矢状像面湾曲を下げ、かつ、画像形成面（即ち、ドラムシリンダ）の光学系側面上への（即ち、先に述べた実施形態において提示されているような光学系の下ではなく）位置合わせも可能にする。
【００５８】
図１６および図１７は、本発明の別の特有の実施形態に従って配置された第１のマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑを含む画像形成システム１００Ｑを示す単純化された上面図および側面図である。光学系１３０Ｑは、空間光変調器１２０Ｑと画像形成面１６２Ｑとの間に光路を形成するものとして描かれているが、先に述べたような他の装置またはデバイスにおいて用いられてもよい。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。工程横断サブ光学系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して画像変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｑ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｑ、１３５Ｑおよび１３６Ｑを含む。視野レンズ１３２Ｑは、空間光変調器１２０Ｑとレンズ素子１３４Ｑとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口絞りの（第２及び第３の）レンズ素子１３５Ｑと１３６Ｑとの間の位置決めを有効化するようにレンズ素子１３４Ｑおよび１３５Ｑと協働的に成形されかつ位置合わせされ、これにより視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点が提供される。工程サブ光学系１３７Ｑは、図１７に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｑ上へ工程（Ｙ軸）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１３８Ｒおよび円柱／非円柱鏡１３９Ｒを含む。
【００５９】
表１は、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。表１（および後出の表２）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、「１３２Ｑ：Ｓ１」は、空間光変調器１２０Ｑに面する視野レンズ１３２Ｑ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１２０Ｑの表面）および標的表面（即ち、画像形成面１６２Ｑ）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０．３３を有する。
【表１】
【００６０】
図１８および図１９は、本発明の別の特有の実施形態に従って配置された第２のマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒを含む画像形成システム１００Ｒを示す単純化された上面図および側面図である。光学系１３０Ｒは、空間光変調器１２０Ｒと画像形成面１６２Ｒとの間に光路を形成するが、先に述べたような他の装置またはデバイスにおいて用いられてもよい。アナモルフィック光学系１３０Ｒ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。工程横断サブ光学系１３３Ｒは、図１８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変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｒ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｒ、１３５Ｒおよび１３６Ｒを含む。視野レンズ１３２Ｒは、空間光変調器１２０Ｒとレンズ素子１３４Ｒとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口絞りの（第２及び第３の）レンズ素子１３５Ｒと１３６Ｒとの間の位置決めを有効化するようにレンズ素子１３４Ｒおよび１３５Ｒと協働的に成形されかつ位置合わせされ、これにより視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点が提供される。工程サブ光学系１３７Ｒは、図１９に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｒ上へ工程（Ｙ軸）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配置される（第１及び第２の）円柱／非円柱鏡１３８Ｑおよび１３９Ｑを含む。表２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２】
【００６１】
本発明は、線形である光路を有する（図１参照）、１つの折り畳みを有する（図８参照）または２つの折り畳みを有する（図１５参照）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】
本発明は画像形成システム、および特に高速画像形成のために高エネルギー光源を利用する単一パス画像形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り工程方向に対して直角にレーザを掃引するラスタ光学スキャナ（ＲＯＳ：ｒａｓｔｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｅｒ）を用いることが多いが、切断用途では、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：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、比較的低輝度の二次元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反射屈折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。二次元変調光場は、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。低輝度の変調光場を画像化しかつ集中させるべく反射屈折アナモルフィック光学系をこのように利用することは、ライン画像の全体長さに沿った高い合計光強度（即ち、約数百ワット／ｃｍ２オーダーの束密度）の同時的発生を容易にし、これにより、ライン画像を構成するあらゆるドット様ピクセル画像部分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）。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、反射屈折アナモルフィック光学系は、一次元ライン画像が画像形成面上へ投射されるように、動作可能式に位置合わせされかつ配置される１つまたは複数の円柱／非円柱レンズおよび１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を利用して二次元変調光場を工程方向に画像化しかつ集中させる。１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を利用して画像形成面上へ変調光を工程方向に集中させることは、工程横断方向に全屈折アナモルフィック光学系によって達成される可能性のあるものより低いレベルの歪および矢状像面湾曲をもたらし、これにより、正方形または長方形の二次元変調光場の画像形成がより容易にされる。ある実施形態では、二次元変調光場を工程横断方向に拡張するために（即ち、ライン画像の工程横断方向の幅が二次元変調光場の工程横断方向の幅より広くなるように）円柱／非円柱レンズも利用される。工程横断方向沿いの低減された歪および低減された矢状像面湾曲で、変調光場を工程横断方向に拡張しかつ同時的に変調光場を工程方向に集中させることにより、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かつ高出力の画像形成システムを提供する。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、反射屈折アナモルフィック光学系は、少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子を含む工程横断サブ光学系と、少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子を含む工程方向サブ光学系とを含む。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、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズ素子は、二次元変調光場を工程横断方向に画像化する働きをする。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。工程横断サブ光学系と二次元光場源との間にはコリメートする工程横断方向の円柱／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停止装置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、サブ光学系出力）との間に位置決めされ、かつ光場を工程方向に画像化しかつ集中させる単一の工程方向円柱／非円柱鏡または二重の工程方向円柱／非円柱鏡の何れかを含む。
【００１２】
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二次元変調光場を発生しかつ反射屈折アナモルフィック光学系へ投影する。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反射屈折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反射屈折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。
【００１３】
ある実施形態において、反射屈折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亘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。
【００１４】
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（第１の）「オン」変調状態と（第２の）「オフ」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反射屈折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、反射屈折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反射屈折アナモルフィック光学系から遠方へ反射する）。
【００１５】
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、反射屈折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ピクセル画像領域上へ集中させるように配置される。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、反射屈折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ピクセル画像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。
【００１６】
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反射屈折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。
【００１７】
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反射屈折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。
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、反射屈折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１の画像形成システムの一部をさらに詳細に示す部分上側斜視図である。
【図３】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４Ａ】本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成装置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４Ｂ】本発明の特有の一実施形態による、図１の画像形成装置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側面図である。
【図５】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】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｂ】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図７Ｃ】動作中の図６の光変調素子を示す斜視図である。
【図８】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アナモルフィック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】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】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】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】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】本発明の別の特有の実施形態による、反射屈折アナモルフィック光学系を含む画像形成システム示す略平面図である。
【図１２】動作の間の図１１の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１３】本発明の別の特有の実施形態による、反射屈折アナモルフィック光学系を含む別の画像形成システム示す略平面図である。
【図１４】動作の間の図１３の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１５】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マルチミラー反射屈折アナモルフィック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】本発明の別の特有の実施形態による、マルチミラー反射屈折アナモルフィック光学系を含む画像形成システム示す略平面図である。
【図１７】動作の間の図１６の画像形成システムを示す略側面図である。
【図１８】本発明の別の特有の実施形態による、マルチミラー反射屈折アナモルフィック光学系を含む別の画像形成システム示す略平面図である。
【図１９】動作の間の図１８の画像形成システムを示す略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、画像データＩＤに応答して二次元変調光場１１９Ｂを発生しかつ画像形成面１６２（例えば、ドラムシリンダ１６０の表面）上に略一次元のライン画像ＳＬを発生させるべく二次元変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中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、均質光発生器１１０を利用して、空間光変調器１２０上へ投射される二次元均質光場１１９Ａを発生し、空間光変調器１２０は、画像データＩＤのうちの１ラインに従って二次元均質光場１１９Ａを変調しかつ反射屈折アナモルフィック光学系１３０上へ二次元変調光場１１９Ｂを送信（投射）するように制御される。反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、画像形成面１６２上に略一次元ライン画像ＳＬが発生されるように変調光場１１９Ｂを画像化しかつ集中させる。
【００２１】
図２および図３は、光源１１０および変調器１２０を含む、ライン画像ＳＬの発生の間のシステム１００の一部を示す。関連する光路は、説明を目的として「広げられた」形式で示されている。
【００２２】
以下で述べる例示的な画像形成プロセスは、デジタル画像データ（「画像データファイルＩＤ」）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。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（「ライン画像」）を関連するラインデータ（「ライン画像データ部分」）を用いて発生させることを含む。デジタル画像データは、既知の技法に従って格納される。このような画像形成における画像データファイルＩＤは、図２の下部ではコントローラ１８０へ送信されて描かれていて、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までの複数のライン画像データグループで構成され、各ライン画像データグループは、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を含み、その各々は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数ビットの画像データを含む。
【００２３】
均質光発生器１１０は、定エネルギーレベル（束密度）を有する連続的な均質光１１８Ａを用いて均質光場１１９Ａを発生する。均質光発生器１１０は、適切なキャリア１１１上へ配置される発光素子（レーザまたはＬＥＤ）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亘って均質化する（即ち、混合して拡散する）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。均質光源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。
【００２４】
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。空間光変調器１２０は均質光１１８Ａの一部を変調して、均質光場１１９Ａを、反射屈折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。ある実際的な実施形態では、このような空間光変調器が市販されていて、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。
【００２５】
空間光変調器１２０の変調素子アレイ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、均質光場１１９Ａ内に、各変調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、かつ受け入れた対応する均質光部分を予め決められた方向に沿って反射屈折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（例えば、変調素子１２５−１１は受け入れる光部分１１８Ａ−１１を通すが、変調素子１２５−２１は受け入れる光部分１１８Ａ−２１が反射屈折アナモルフィック光学系１３０へ通ることを阻止／再配向／防止する）。
【００２６】
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。ある所定の時間において、ライン画像データ部分ＬＩＮ１はコントローラ１８０から制御回路１２６へ送信され、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内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では、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内に対応する第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のライン画像の発生より前に、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。
【００２７】
制御回路１２６の各メモリセル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、変調「オン」状態と変調「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、この所定の変調素子は「オン」状態に入るように制御され、これにより、受信される関連の光部分がアナモルフィック光学系１３０へと通される。例えば、変調素子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」であり（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、変調素子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。変調素子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の一部を変調し、反射屈折アナモルフィック光学系１３０上へと配向させる。
【００２８】
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。
【００２９】
図１において、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、光場１１９Ｂを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働きをする。具体的には、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、二次元変調光場１１９Ｂを工程横断（Ｘ軸）方向へ画像化するための工程横断サブ光学系１３３と、二次元変調光場１１９Ｂを工程（Ｙ軸）方向へ画像化しかつ集中させるための工程方向サブ光学系１３７とを含む。サブ光学系１３３および１３７は各々、円柱／非円柱レンズ素子１３４および円柱／非円柱鏡素子１３８として示されているが、これらのサブ光学系は各々、典型的には２つ以上の光学素子を含む。レンズ素子１３４は、変調器１２０から二次元変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ二次元変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ画像化する。サブ光学系１３３からサブ光学系１３７へ通過される処理光は、画像形成光１１９Ｃ１である。サブ光学系１３３は、ライン画像ＳＬの工程横断方向の幅Ｗ２が二次元変調光場１１９Ｂの元の幅Ｗ１に等しいか大きいように、変調光を画像化する。鏡素子１３８は、サブ光学系１３３から画像形成光１１９Ｃ１を受け入れるように位置合わせされ、画像形成光１１９Ｃ１を工程方向に集中させる。サブ光学系１３７から画像形成面１６２へ通される画像化されかつ集中された光は、画像形成集中光１１９Ｃ２である。変調光場１１９Ｂの集中の度合いは、工程横断方向沿いよりも工程方向沿いの方が高く、これにより、受け入れられる変調光部分は、画像形成面１６２上で工程方向に広がる略一次元のライン画像ＳＬを形成すべくアナモルフィックに集束される。即ち、ライン画像ＳＬの工程方向の高さＨ２は、二次元変調光場１１９Ｂの元の高さＨ１より実質的に（例えば、３分の１以上）小さい。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。鏡素子１３８を利用することにより、反射屈折アナモルフィック光学系１３０は、全屈折アナモルフィック光学系を用いる場合に示され得るものよりも低レベルの工程方向の歪および工程横断方向の矢状像面湾曲を示す。
【００３０】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、変調器１２０Ｅと反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅとを含むシステム１００Ｅを示す。変調器１２０Ｅは、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅ上へ二次元変調光場１１９Ｂを投射し、反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｅは、コリメートサブ光学系１３１Ｅと、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。
【００３１】
図４（Ａ）は、サブ光学系１３１Ｅ、サブ光学系１３３Ｅおよび画像変調光場１１９Ｂを示す平面図である。サブ光学系１３１Ｅは、変調器１２０Ｅから僅かに拡散される光部分をコリメートするように配置される円柱／非円柱コリメート視野レンズ１３２Ｅを含む。サブ光学系１３１Ｅは、任意選択である。サブ光学系１３３Ｅは変調光場１１９Ｂを受け入れるように位置合わせされ、かつ変調光場１１９Ｂを工程横断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。またサブ光学系１３３Ｅは、変調光場１１９Ｂを工程横断方向へ拡張するようにも作用する。
【００３２】
図４（Ｂ）は、サブ光学系１３７Ｅが変調器１２０Ｅにより通過される変調光部分１１８Ｂにどのように作用し、かつスキャンラインＳＬを形成する画像形成集中光場１１９Ｃ１をどのように発生するかを示す側面図である。サブ光学系１３７Ｅは、光１１９Ｃ１を工程方向へ画像化しかつ集中させる円柱／非円柱鏡１３８Ｅを含み、これにより、画像形成集中変調光１１９Ｃ２が画像形成面１６２Ｅ上へ方向づけられる。サブ光学系１３７Ｅをサブ光学系１３３Ｅより後に位置合わせすることの優位点は、光パワーの強度がスキャンラインＳＬ上に集中されることを可能にすることにある。鏡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の強度と相対的に低減される。しかしながらこれは、鏡１３８Ｅが画像形成面１６２Ｅへより近接して配置されなければならないことを意味する。
【００３３】
図２では、光学系１３０を利用して変調光場１１９Ｂを工程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上にライン画像ＳＬが形成される。所定のグループ（例えば、グループＧ１）の全ての変調素子（例えば、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（例えば、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を変えることにより高品質の画像形成（印刷）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、本発明が、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、所定の領域に亘る（例えば、各変調素子１２５−１１から１２５−３４までの領域に亘る）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、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、画像ラインＳＬを形成すべく結果的に生じる細長いピクセル画像を反射屈折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。図２において、変調素子列Ｃ１からＣ３は工程方向に対して平行に位置合わせされ、かつ各変調素子グループＧ１からＧ３は、列Ｃ１からＣ３までの各々に配置される変調素子より成る（グループＧ１は素子１２５−１１から１２５−１４までを含み、グループＧ２は素子１２５−２１から１２５−２４までを含みかつグループＧ３は素子１２５−３１から１２５−３４までを含む）。各グループ／列により発生される画像は、効果的には、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各ピクセル画像（例えば、ピクセル画像Ｐ１）を発生することから、各ピクセル画像Ｐ１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は、各ピクセル画像データ部分のグレースケール値を解明し、かつライン画像ＳＬの各ピクセル位置において適切なピクセル画像を発生するために制御セル１２８−１１から１２８−１４へ対応する制御データを書き込む。
【００３６】
図２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。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ１はグレースケール値「完全にオン」を有していて、グループＧ１の素子１２５−１１から１２５−１４が全て起動され（「オン」）、よって、均質光場１１９Ａの均質光部分１１８Ａ−１１から１１８Ａ−１４は反射屈折アナモルフィック光学系１３０へ通される。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ２は値「完全にオフ」を有し、よってグループＧ２の変調素子１２５−２１から１２５−２４は全て、変調素子１２５−２１から１２５−２４上へ方向づけられる均質光１１８Ａが反射屈折アナモルフィック光学系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（「オフ」）、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。ピクセル画像データ部分ＰＩＤ３は「部分的にオン」であり、変調素子１２５−３２および１２５−３３が起動されかつ変調素子１２５−３１および１２５−３４が非活性化されて均質光部分を変調素子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。
【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方向に移動させること（すなわちスクローリング）、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。ライン画像データグループＬＩＮ１を用いてライン画像ＳＬが発生された後、画像形成面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、ライン画像ＳＬに平行しかつその下に位置合わせされる第２のライン画像が発生される。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】
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。Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社によって販売されるＤＭＤと一致して、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。
【００４０】
図６は、アレイ１２２Ｇの例示的なミラー機構１２５Ｇ−１１をさらに詳細に示している。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、１６マイクロメートル幅である正方形または長方形のアルミニウムミラー（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ＳＲＡＭメモリセル２４０によって制御される。メモリセル２４０は、相補的な出力信号ＤおよびＤバーを発生する。
【００４１】
下方領域２３０は、めっき層をエッチングすること、または別段で基板１２４Ｇ上へ形成されるパッシベーション層（不図示）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、パッシベーション層を介して広がる金属バイアによって受信するように接続される。
【００４２】
中央領域２２０は下方領域２３０の上に配置され、ヨーク２２２は、基板１２４Ｇに対するヨーク２２２の傾斜を容易にすべく後述するように捻れる弾性ねじりヒンジ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を去る反射光部分１１８Ｂ−Ｇ１になる、変調「オン」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）であり、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）であるように、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る。中央位置へ反転する代わりに、予期されるように、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）において、アレイ１２２Ｇの全てのＳＲＡＭセルが画像データによってロードされると、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、受け入れられた光部分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」位置に保持され、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）では、ミラー機構１２５Ｇ−１１の回動ねじり軸によって、ミラー２１２が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、ＤＭＤ１２０Ｈを「折り畳まれた」配置で利用するシステム１００Ｈを示し、かつ単純化された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈを示している。ＤＭＤ１２０Ｈは、均質光場１１９Ａの入射する均質光部分１１８Ａが、「オン」であるＭＥＭミラー機構１２５Ｈによって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈへ向かって反射されるか、「オフ」であるＭＥＭミラー機構１２５Ｈによって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へ（例えば、ヒートシンク上へ）反射されるかの何れかであるように、光発生器１１０Ｈおよび反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈに対して合成角を成して位置合わせされる。
【００４７】
システム１００Ｈは、反射屈折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、ＤＭＤ１２０Ｈの正面図を示し、かつ図８の右下部分は、画像形成面１６２Ｈの画像形成領域１６７Ｈの正面図を示す。左下の図は、変調素子列Ｃ１が、ライン画像データ部分ＬＩＮ１１の第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。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、１つまたは複数の円柱／非円柱レンズを用いて変調光場１１９Ａを反転する。サブ光学系１３７Ｈは、（反転されない）ピクセル画像部分が細長い画像形成領域１６７Ｈの左上部分に現出するように、かつ（反転されない）ピクセル画像Ｐ１８８が細長い画像形成領域１６７Ｈの右下部分に現出するように、１つまたは複数の円柱／非円柱鏡を用いてサブ光学系１３３Ｈから受け入れられる画像形成光場を反転する。
【００４８】
マルチレベル画像露光は、工程（Ｙ軸）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。変調素子グループＧ１は列Ｃ１内に配置される変調素子１２５Ｈより成り、グループＧ１は画像ピクセルデータ部分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。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は画像ピクセルデータ部分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、この場合、グループＧ２は、列Ｃ２の上下に配置される２つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される６つの活性化されたＭＥＭミラー機構とによって形成されるグレースケール値「ほとんどオン」を有する。これに対して、グループＧ７は、列Ｃ７の上下に配置される６つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される２つの活性化されたＭＥＭミラー機構とを有する「かろうじてオン」であり、かつグループＧ５は、列Ｃ５の上下に配置される４つの非活性化されたＭＥＭミラー機構と、これらの非活性化されたＭＥＭミラー機構の間に配置される４つの活性化されたＭＥＭミラー機構とを有する「中位のオン」である。
【００４９】
図９、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、ある例示的な画像形成動作中のシステム１００Ｈを示す。これらの略側面図は、工程横断方向の反転および画像化されかつ集中される光の下方反射を無視していることに留意されたい。
【００５０】
図９は、例示的な変調素子グループＧ２がライン画像データグループＰＩＤ１２によって構成され、よってＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７が起動されかつＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８が非活性化される場合の画像形成システム１００Ｈ（Ｔ１）（即ち、時間Ｔ１における画像形成システム１００Ｈ）を示す。
【００５１】
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。さらに、転写機構（不図示）は、インク材料１９７を標的である印刷媒体へ転写するために設けられ、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を準備するために設けられる。
【００５２】
図９を再度参照すると、その起動された構成状態に起因して、ＭＥＭミラー機構（光変調素子）１２５Ｈ−２２から１２５Ｈ−２７は均質光場１１９Ａの一部を、変調光部分１１８Ｂ−２２から１１８Ｂ−２７が反射屈折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反射する（均質光部分は、非活性化されたＭＥＭミラー機構１２５Ｈ−２１および１２５Ｈ−２８によって反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｈから遠方へと配向し直されることに留意されたい）。変調光部分１１８Ｂ−２２から１１８Ｂ−２７は、反射屈折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を生成する集中された変調光場１１９Ｃが発生される。具体的には、変調光部分１１８Ｂ−２２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（即ち、これにより、ピクセル画像Ｐ２１における画像形成面１６２Ｈの一部が露光される）。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ことに留意されたい。
【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システム１００Ｈを示して、表面機能Ｐ１２（図９参照）が画像形成システム１００Ｈの画像転写動作に従って引き続きどのように利用されるかを示している。図１０（Ａ）を参照すると、時間Ｔ２において、ドラムシリンダ１６０Ｈは既に、表面領域１６２Ｈ−１がインク源１９５の下を通過するまで回転している。湿し溶液の除去によって、インク材料１９７は露光された表面領域１６２Ｈ−１へ接着し、インク外形ＴＦが形成される。図１０（Ｂ）を参照すると、インク外形ＴＦが転写ポイントを通過しつつある時間Ｔ３において、インク材料と表面領域１６２Ｈ−１との接着の弱さ、およびインク材料の印刷媒体（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。続くＴ４では、図１０（Ｃ）に示されているように、表面領域１６２Ｈ−１はクリーニング機構１９８の下を回転され、クリーニング機構１９８は、残留するインクおよび湿し溶液材料を除去して後続の露光／印刷サイクル用の表面領域１６２Ｈ−１を準備する。上述の画像転写動作に従って、インク材料は、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（即ち、インク材料は湿し溶液１９２へ接着しない）、これによりインク材料は、本明細書で述べているように、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。本発明による画像形成動作の利点は、スキャンライン全体から液体が同時に除去されることにより、複数の比較的低出力の光源を用いてオフセットされた印刷設定が高速で提供されることにある。
【００５４】
図１１および図１２は、本発明の第１の特有の実施形態に従って配置された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを含む画像形成システム１００Ｊを示す単純化された上面図および側面図である。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊは、簡潔さのために単純化された空間光変調器１２０Ｊと単純化された画像形成面１６２Ｊとの間に配置され、よって、これらのコンポーネントがこれまでに述べた代替の構造体およびディテールを用いて実装され得ることは理解される。
【００５５】
図１１および図１２を参照すると、反射屈折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。工程横断サブ光学系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（第１及び第２の）二重円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊを含む。即ち、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊは、工程（Ｘ軸）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して一定の湾曲形状を有する光学表面を有し、かつこれらのレンズは、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、空間光変調器１２０Ｊと画像形成面１６２Ｊとの間に位置合わせされる。任意選択のコリメートする視野レンズ１３２Ｊは、空間光変調器１２０Ｊとレンズ素子１３４Ｊとの間に配置される、かつ二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の１点で光を工程横断（Ｘ軸）方向に収束するようにレンズ素子１３４Ｊと協働的に形成され、よって二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊ間の開口絞りの位置合わせを有効化する工程横断方向の円柱／非円柱レンズである。この配置は、少数の単純なレンズを用いる収差の効率的な補正を可能にし、また、二重レンズ素子１３４Ｊおよび１３５Ｊのサイズも最小化する。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。工程サブ光学系１３７Ｊは、工程横断サブ光学系１３３Ｊから受け入れられる光を画像形成面１６２Ｊ上へ工程（Ｙ軸）方向に図１２に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして画像化しかつ集中させるべく成形されかつ位置合わせされる単一の円柱／非円柱鏡素子１３８Ｊを含む。レンズ１３８Ｊの集束能力が増加するにつれて、空間光変調器１２０Ｊ上の光強度は、ライン画像ＳＬの強度と相対的に低減される。しかしながらこれは、円柱／非円柱鏡１３８Ｊが画像形成面１６２Ｊへより近接して配置されなければならないことを意味する。
【００５６】
図１３および図１４は、本発明の第２の特有の実施形態に従って配置された反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｊを含む画像形成システム１００Ｊを示す単純化された上面図および側面図である。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋは、空間光変調器１２０Ｋと画像形成面１６２Ｋとの間に描かれているが、先に述べた他の配置で用いられてもよい。反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋは、順次配置される視野レンズ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。工程横断サブ光学系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変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｋ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｋ、１３５Ｋおよび１３６Ｋを含む。視野レンズ１３２Ｋは、空間光変調器１２０Ｋとレンズ素子１３４Ｋとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口Ｙ停止装置の工程横断サブ光学系１３３Ｋの（第２及び第３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レンズ素子１３４Ｋおよび１３５Ｋと協働的に成形されかつ位置合わせされ、視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点を提供する。工程サブ光学系１３７Ｋは、変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｋ上へ工程（Ｙ軸）方向に図１４に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして画像化しかつ集中させるべく成形されかつ配置される単一の円柱／非円柱鏡素子１３８Ｋを含む。
【００５７】
図１５は、本発明の別の特有の実施形態による、均質光発生器１１０Ｐ、ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｐおよびマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｋを利用する画像形成システム１００Ｐを示す斜視図である。空間光変調器１２０Ｐは、（先に述べた）ＤＭＤ式空間光変調器１２０Ｇと略同一であり、かつ先に述べた方法と同様にして、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、均質光発生器１１０Ｐに対して合成角を成して位置合わせされる。ＤＭＤ式画像形成システム１００Ｐは、ドラムローラ１６０Ｐの画像形成面１６２Ｐ上へライン画像ＳＬ１を発生するために少なくとも２つのミラーを利用する工程サブ光学系１３７Ｐを含むことにおいて、これまでの実施形態とは異なる。具体的には、先に述べたサブ光学系と同様に、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を含むが、少なくとも一方は円柱／非円柱鏡である少なくとも２つのミラーにより形成される工程サブ光学系１３７Ｑを有する。図１５に示されている、かつ図１６〜図１９を参照して後にさらに詳述されるマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系アーキテクチャは、工程方向の歪レベルを下げ、かつ反射屈折アナモルフィック光学系に特徴的である工程横断方向の矢状像面湾曲を下げ、かつ、画像形成面（即ち、ドラムシリンダ）の光学系側面上への（即ち、先に述べた実施形態において提示されているような光学系の下ではなく）位置合わせも可能にする。
【００５８】
図１６および図１７は、本発明の別の特有の実施形態に従って配置された第１のマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｑを含む画像形成システム１００Ｑを示す単純化された上面図および側面図である。光学系１３０Ｑは、空間光変調器１２０Ｑと画像形成面１６２Ｑとの間に光路を形成するものとして描かれているが、先に述べたような他の装置またはデバイスにおいて用いられてもよい。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。工程横断サブ光学系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して画像変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｑ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｑ、１３５Ｑおよび１３６Ｑを含む。視野レンズ１３２Ｑは、空間光変調器１２０Ｑとレンズ素子１３４Ｑとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口絞りの（第２及び第３の）レンズ素子１３５Ｑと１３６Ｑとの間の位置決めを有効化するようにレンズ素子１３４Ｑおよび１３５Ｑと協働的に成形されかつ位置合わせされ、これにより視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点が提供される。工程サブ光学系１３７Ｑは、図１７に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｑ上へ工程（Ｙ軸）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１３８Ｒおよび円柱／非円柱鏡１３９Ｒを含む。
【００５９】
表１は、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。表１（および後出の表２）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、「１３２Ｑ：Ｓ１」は、空間光変調器１２０Ｑに面する視野レンズ１３２Ｑ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１２０Ｑの表面）および標的表面（即ち、画像形成面１６２Ｑ）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０．３３を有する。
【表１】
【００６０】
図１８および図１９は、本発明の別の特有の実施形態に従って配置された第２のマルチミラー式反射屈折アナモルフィック光学系１３０Ｒを含む画像形成システム１００Ｒを示す単純化された上面図および側面図である。光学系１３０Ｒは、空間光変調器１２０Ｒと画像形成面１６２Ｒとの間に光路を形成するが、先に述べたような他の装置またはデバイスにおいて用いられてもよい。アナモルフィック光学系１３０Ｒ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。工程横断サブ光学系１３３Ｒは、図１８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変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｒ上へ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三重の円柱／非円柱レンズ素子１３４Ｒ、１３５Ｒおよび１３６Ｒを含む。視野レンズ１３２Ｒは、空間光変調器１２０Ｒとレンズ素子１３４Ｒとの間に位置合わせされる工程横断方向の円柱／非円柱レンズであり、かつ開口絞りの（第２及び第３の）レンズ素子１３５Ｒと１３６Ｒとの間の位置決めを有効化するようにレンズ素子１３４Ｒおよび１３５Ｒと協働的に成形されかつ位置合わせされ、これにより視野レンズ１３２Ｊに関連して先に述べた利点と同様の利点が提供される。工程サブ光学系１３７Ｒは、図１９に示されているレイトレース・ラインに一致するようにして変調光場１１９Ｂを画像形成面１６２Ｒ上へ工程（Ｙ軸）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配置される（第１及び第２の）円柱／非円柱鏡１３８Ｑおよび１３９Ｑを含む。表２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２】
【００６１】
本発明は、線形である光路を有する（図１参照）、１つの折り畳みを有する（図８参照）または２つの折り畳みを有する（図１５参照）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】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
第１の光強度を有する光部分を含む二次元変調光場を発生するための手段と、
反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を工程横断方向へ画像化すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
前記画像化される変調光場を、前記画像化されかつ集中される変調光場が前記画像形成面上に前記略一次元ライン画像を形成するように工程方向へ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少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子とを含む単一パス画像形成システム。
【請求項２】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
１つまたは複数の光ビームを発生するための少なくとも１つの光源と、前記１つまたは複数の光ビームを、均質化される光ビームの一部が均質な光場を形成するように均質化するための手段を含む少なくとも１つの光ホモジナイザとを含む均質光発生器と、
アレイ状に配置される複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子を、前記二次元光場が第１の変調状態における前記アレイの第１の光変調素子から方向づけられる前記均質な光場の一部によってのみ発生されるように、画像データファイルに従って第１の変調状態および第２の変調状態のうちの一方へと個々に構成するための手段とを含む空間光変調器と、
反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を工程横断方向へ画像化すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子を含む少なくとも２つの鏡素子とを含み、前記少なくとも２つの鏡素子は各々、前記少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子から受け入れられる変調光を、前記少なくとも２つの鏡素子から送信される画像化されかつ集中される変調光場が前記画像形成面上に前記略一次元ライン画像を形成するように、工程方向へ協働的に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単一パス画像形成システム。
【請求項３】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
１つまたは複数の光ビームを発生するための少なくとも１つの光源と、前記１つまたは複数の光ビームを、均質化される光ビームの一部が均質な光場を形成するように均質化するための手段を含む少なくとも１つの光ホモジナイザとを含む均質光発生器と、
アレイ状に配置される複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子を、前記二次元変調光場が第１の変調状態における前記アレイの第１の光変調素子から方向づけられる前記均質な光場の一部によってのみ発生されるように、画像データファイルに従って第１の変調状態および第２の変調状態のうちの一方へと個々に構成するための手段とを含む空間光変調器であって、前記二次元変調光場は工程横断方向に第１の幅を有しかつ工程方向に第１の高さを有する空間光変調器と、
前記画像形成面上へ前記略一次元ライン画像を発生すべく前記二次元光場を画像化しかつ集中させるための反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を、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の幅以上である第２の幅を有するように工程横断方向へ画像化しかつ拡張すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
前記画像化されかつ拡張される変調光場を、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の高さより少なくとも３分の１以上小さい第２の高さを有するように工程方向へ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少なくとも２つの円柱／非円柱鏡素子とを含む単一パス画像形成システム。
【請求項１】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
第１の光強度を有する光部分を含む二次元変調光場を発生するための手段と、
反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を工程横断方向へ画像化すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
前記画像化される変調光場を、前記画像化されかつ集中される変調光場が前記画像形成面上に前記略一次元ライン画像を形成するように工程方向へ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少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子とを含む単一パス画像形成システム。
【請求項２】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
１つまたは複数の光ビームを発生するための少なくとも１つの光源と、前記１つまたは複数の光ビームを、均質化される光ビームの一部が均質な光場を形成するように均質化するための手段を含む少なくとも１つの光ホモジナイザとを含む均質光発生器と、
アレイ状に配置される複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子を、前記二次元光場が第１の変調状態における前記アレイの第１の光変調素子から方向づけられる前記均質な光場の一部によってのみ発生されるように、画像データファイルに従って第１の変調状態および第２の変調状態のうちの一方へと個々に構成するための手段とを含む空間光変調器と、
反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を工程横断方向へ画像化すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
少なくとも１つの円柱／非円柱鏡素子を含む少なくとも２つの鏡素子とを含み、前記少なくとも２つの鏡素子は各々、前記少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子から受け入れられる変調光を、前記少なくとも２つの鏡素子から送信される画像化されかつ集中される変調光場が前記画像形成面上に前記略一次元ライン画像を形成するように、工程方向へ協働的に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単一パス画像形成システム。
【請求項３】
画像データファイルに従って画像形成面上を工程横断方向に広がる略一次元ライン画像を発生するための単一パス画像形成システムであって、
１つまたは複数の光ビームを発生するための少なくとも１つの光源と、前記１つまたは複数の光ビームを、均質化される光ビームの一部が均質な光場を形成するように均質化するための手段を含む少なくとも１つの光ホモジナイザとを含む均質光発生器と、
アレイ状に配置される複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子を、前記二次元変調光場が第１の変調状態における前記アレイの第１の光変調素子から方向づけられる前記均質な光場の一部によってのみ発生されるように、画像データファイルに従って第１の変調状態および第２の変調状態のうちの一方へと個々に構成するための手段とを含む空間光変調器であって、前記二次元変調光場は工程横断方向に第１の幅を有しかつ工程方向に第１の高さを有する空間光変調器と、
前記画像形成面上へ前記略一次元ライン画像を発生すべく前記二次元光場を画像化しかつ集中させるための反射屈折アナモルフィック光学系とを備え、前記反射屈折アナモルフィック光学系は、
前記二次元変調光場を、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の幅以上である第２の幅を有するように工程横断方向へ画像化しかつ拡張すべく動作可能式に位置合わせされかつ配置される少なくとも１つの円柱／非円柱レンズ素子と、
前記画像化されかつ拡張される変調光場を、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の高さより少なくとも３分の１以上小さい第２の高さを有するように工程方向へ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少なくとも２つの円柱／非円柱鏡素子とを含む単一パス画像形成システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【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４Ａ】
【図４Ｂ】
【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２０１３−４５１０９（Ｐ２０１３−４５１０９Ａ）
【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２０１２−１７９８２２（Ｐ２０１２−１７９８２２）
【出願日】平成２４年８月１４日（２０１２．８．１４）
【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１４日（２０１２．８．１４）
【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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