JP2000137178A - 空間光変調器を具備した高解像度ディジタル印刷 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質の高いディジタル印刷方法を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 ディジタル印刷の画素はＤＭＤの様な素
子で印刷され、その画素は像面上の各々の光点の急峻な
立ち上がりの強度対変位曲線として提供される。画素の
中に配置された穴は曲線の頂部にくぼみを配置するため
に使用でき、この特徴は静電印刷に特に有用である。像
面上のこの穴の効果はまた平坦化することも可能であ
り、この特徴は写真処理に特に有用である。急峻な立ち
上がり強度は画素サイズをモデル化し予測する能力を容
易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電印刷および写
真処理の両方をディジタル印刷に係わり、更に詳細に
は、印刷品質を改善するためのいくつかの空間光変調器
の印刷工程最適化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調器（ＳＬＭ）は多くの分野で
の応用が見出されてきており、その重要な１つはディジ
タル印刷である。一般的にＳＬＭは発光、光伝送、また
は光反射素子の配列であり、これは個別にアドレス指定
可能で、通常は電子信号で行われる。多くのＳＬＭはバ
イナリーであって、その素子を「オン」または「オフ」
状態のいずれかに切り換えて画像を形成するためのアド
レス指定手段を有する。ＳＬＭの特性は走査が存在しな
いことである・・全ての画素は実質的に同時に、画像お
よびＳＬＭの大きさに依存して全画像または画像の２次
元ブロックを生成する。

【０００３】ＳＬＭの１つの型式はディジタル・マイク
ロ鏡素子（ＤＭＤ）である。このＤＭＤは数百または数
千の小型傾斜鏡を有する。鏡が傾斜できるようにするた
めに、各々には支持ポスト上に装着された１つまたは複
数のヒンジが取り付けられており、また各々は下にある
アドレス指定回路とは空隙を置いて離されている。アド
レス指定回路は静電力を生成し、これは各々の鏡を選択
的に傾斜させる。

【０００４】印刷での応用に際して、ＤＭＤは露光デー
タでアドレス指定され、このデータに基づいて光が各々
の鏡から感光面に対して選択的に反射されるかまたは反
射されないようになる。静電印刷の場合、感光面はＯＰ
Ｃ（有機光伝導ドラム）またはその他の受光器であり、
これは続いて潜像を紙またはその他の印刷可能媒体に転
送する。写真処理の場合、感光面は感光紙であり、これ
は印刷写真を可能とする。ＤＭＤはまた種々の静電印
刷、すなわち電気泳動印刷の露光段階で成功裏に使用で
きることに注意されたい。

【０００５】ディジタル印刷の全ての型式において、Ｄ
ＭＤは印刷品質の点から好適に実施できることが証明さ
れている。用途に応じてＤＭＤ特性および動作は、出力
がいかに最良に見えるかという顧客の期待また工業的要
求に基づいて最適化される。例えば、写真処理用途の場
合、解像度は従来型アナログ写真処理に匹敵まで十分に
高くなければならず、そしてその処理はＤＭＤを使用す
ることがコスト的に代替となりうる程度に十分効率的で
なければならない。鏡の大きさならびに変調モードのよ
うなパラメータは個別の用途に応じて変えられる設計上
の選択肢である。個別の用途に対して最適な設計を提供
するためには、ＤＭＤの出力特性の正確なモデルを必要
とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの特徴は
空間光変調器をディジタル印刷の露光段階で使用する方
法である。空間光変調器は急峻辺強度／変位“曲線”で
モデル化される型式のものであり、これはＳＬＭの望ま
しい特徴を表現する。１つまたは複数の穴の特性は最適
印刷品質となるように調整されるが、これは例えば穴の
数、穴の位置、または穴の大きさを調整して行われる。
穴の特性は更に強度／変位曲線の特性、すなわち曲線の
頂上での“くぼみ”の大きさと形状とを決定する。空間
光変調器からの光出力を処理するために光学を使用する
ことができ、これによってこの“くぼみ”を保持するか
または平らにして希望する印刷品質を実現する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ＤＭＤ構造並びに動作 以下の記述はＤＭＤ型空間光変調器に関するものであ
る。以下に説明されるように、ＤＭＤはある種の画素照
光特性を有するように示されており、これは全ての型式
のディジタル印刷、特に静電印刷および写真処理の画像
品質を大きく改善するものである。しかしながら、同様
の特性を有するその他のＳＬＭが存在するであろうしま
たは開発することが出来るであろう。一般的に、本発明
は此処に記述されているように、急峻な輪郭で重なり合
わない照光特性を有する光点に対する白色光源を用いる
一風変わった空間光変調器に適用される。

【０００８】図１はＤＭＤ配列１００の一部を図示し、
図２は単一鏡素子２００を図示する。図１及び図２のＤ
ＭＤ実施例は“隠ヒンジ”ＤＭＤとして示されている
が、これは各々の鏡素子は鏡が傾斜できるようにしてい
るねじり梁の上方の支持器（ここでは“スペーサ・バイ
アス”と呼ばれている）上に鏡を製造することを特徴と
しているからである。以下に説明されるように、高い鏡
はねじり梁、ねじり梁支持器、およびねじり梁と鏡支持
器とを接続する剛性ヨークを覆っている。隠ヒンジ構造
の利点はＤＭＤで生成される画像のコントラスト比が改
善されることである。１対数百のコントラスト比が容易
に実現できる。

【０００９】図１を参照すると、典型的な隠ヒンジＤＭ
Ｄ１００はＤＭＤ素子の２次元配列である。この配列は
しばしば数千のＤＭＤ行とＤＭＤ列を含む。図１はＤＭ
Ｄ配列の小部分を示し、数個の鏡１０２とスペーサ・バ
イアス１２６を取り除いて下側の機械構造を示すように
している。

【００１０】ＤＭＤ１００は半導体基板１０４、典型的
にシリコン、の上に製造される。電気制御回路は典型的
に半導体基板１０４の中または表面上に、標準的な集積
回路処理フローを用いて製造される。この回路はこれに
制限するわけではなく、典型的に各々の鏡１０２に関連
づけられて典型的にその下側に配置されているメモリセ
ルと、ディジタル画像データの下層のメモリセルへの転
送を制御するためのディジタル論理回路を含む。バイア
スを駆動し鏡上部構造への信号をリセットするための電
圧駆動回路もまたＤＭＤ構造の上またはＤＭＤの外部に
製造される。画像処理およびフォーマット論理も基板１
０４内に形成する設計もある。

【００１１】旧来のＤＭＤ構造はスプリット・リセット
構造を使用しており、これはいくつかのＤＭＤ素子で１
つのメモリセルを共有出来るようにしている。図１２に
おいて、測定された平均画素直径が予測値と比較されて
おり、非常に大規模な配列を動作させるために必要なメ
モリセルの数を削減し、ＤＭＤ集積回路上で電圧駆動器
および画像処理回路で利用できる余地を作り出してい
る。スプリット・リセットはＤＭＤの双安定動作で可能
となり、これは鏡にバイアス電圧が供給されている時に
鏡１０２の位置に影響を与えることなく下層部メモリの
内容を変えることを可能とする。しかしながら新世代の
ＤＭＤは非スプリット・リセット・アーキテクチャに進
化しており、これは各々のＤＭＤ素子に対して１つのメ
モリ・セルを使用する。この記述の目的のため、アドレ
ス指定回路はＤＭＤ鏡の回転方向を制御するために使用
される直流電圧接続および共有メモリ・セルを含む、全
ての回路を含むと考えられている。

【００１２】シリコン基板１０４および必要な全ての金
属相互接続層は絶縁層１０６でＤＭＤ上部構造から絶縁
されており、この絶縁層は典型的に蒸着された二酸化シ
リコン層でありその上に、二酸化シリコン層がプレーナ
処理されて高精度に平面処理された後ＤＭＤ上部構造が
形成される。バイアス１１８が酸化層の中に開けられて
いて、ＤＭＤ上部構造と基板１０４内に形成された電子
回路との電気的接続が出来るようにしている。

【００１３】上部構造の第１層は金属化層であり、典型
的にしばしばＭ３と呼ばれる第３金属層である。しばし
ばＭ１およびＭ２と呼ばれる２つの金属化層は典型的に
基板上に製造された回路を相互接続するために要求され
る。この金属化層は絶縁層の上に蒸着され、アドレス電
極１１０と鏡バイアス接続１１２とを形成するように型
取りされる。マイクロ鏡設計の中にはランディング電極
を有するものもあり、これは別々の個別の構造であるが
鏡バイアス接続１１２に電気的に接続している。ランデ
ィング電極は鏡１０２の回転を制限し、回転された鏡１
０２またはヒンジ・ヨーク１１４が、鏡１０２に対して
電位を有するアドレス電極１１０に接触するのを防止す
る。鏡１０２がアドレス電極１１０に接触すると、短絡
の結果ねじれヒンジ１１６を溶断したり鏡１０２をアド
レス電極１１０に溶着して、いずれの場合もＤＭＤを破
壊する。ランディング電極と鏡１０２には常に同じ電圧
が供給されているので、鏡バイアス接続とランディング
電極は、可能な場合は好適に単一構造に結合されてい
る。鏡バイアス接続１１２は典型的にランディング場所
と呼ばれる領域を含み、これは鏡１０２またはヒンジ・
ヨーク１１４の回転を機械的に制限する。これらのラン
ディング場所はしばしば鏡１０２とねじりヒンジ・ヨー
ク１１４がランディング場所に固着し難くなるように選
定された材料で被覆されている。

【００１４】鏡バイアス／リセット電圧は各々の鏡１０
２に結合経路を通し、鏡バイアス／リセット金属化部１
１２と隣接する鏡素子の鏡とねじれ梁とを用いて送られ
る。スプリット・リセット設計は鏡配列が、各々独立し
た鏡バイアス接続を有する複数の副配列に分割されるこ
とを要求する。図１に示されるランディング電極／鏡バ
イアス１１２構造は理想的にスプリット・リセット用途
に適しているが、それはＤＭＤ素子が単に副配列間の鏡
バイアス／リセット層を絶縁することで容易に電気的に
絶縁された行または列に分離できるからである。

【００１５】典型的にスペーサ・バイアスと呼ばれてい
る支持器の第１層はアドレス電極１１０と鏡バイアス接
続１１２を形成している金属層の上に形成される。これ
らのヒンジ支持スペーサ・バイアス１１６と上部アドレ
ス電極スペーサ・バイアス１１８の両方を含むスペーサ
・バイアスは典型的にアドレス電極１１０と鏡バイアス
接続１１２の上部の薄いスペーサ層を穿つことで形成さ
れる。この薄いスペーサ層は典型的にポジティブ・フォ
トレジストの１マイクロメータの厚さの層である。フォ
トレジスト層が蒸着された後、これは露光され、型取り
され、そしてスペーサ・バイアスが形成される場所に穴
を形成するために深度ＵＶ固化される。このスペーサ層
は後ほどの製造工程で使用されるより厚いスペーサ層と
同様に、犠牲層と呼ばれているがそれはこれらが製造工
程の間にのみ形成されて使用され、装置が動作する前に
装置から取り除かれるからである。

【００１６】金属の薄い層がスペーサ層の上と穴の中に
スパッタリングされる。続いて酸化物が薄い金属層を覆
うように蒸着され、型取りされて後ほどヒンジ１２０を
形成する領域を覆うエッチング・マスクを形成する。典
型的にアルミニウム合金であるより厚い金属層が薄い層
と酸化物エッチング・マスクを覆うようにスバッタリン
グされる。酸化物の別の層が蒸着されヒンジ・ヨーク１
１４、ヒンジ・キャップ１２２、および上部アドレス電
極１２４を定めるように型取りされる。この第２酸化層
がパターン取りされた後、２つの金属層は同時にエッチ
ングされ、酸化物のエッチングは厚い剛性ヒンジ・ヨー
ク１１４、ヒンジ・キャップ１２２、および上部アドレ
ス電極１２４と薄いフレキシブルなねじれ梁１２０とを
残すように取り除かれて終了する。

【００１７】厚いスペーサ層が続いて厚い金属層を覆う
ように蒸着され、型取りされてその中に鏡支持スペーサ
・バイアス１２６が形成される穴を定めるようにエッチ
ングされる。このスペーサ層は典型的に２マイクロ・メ
ータ（ミクロン）の厚さのポジティブ・フォトレジスト
層である。典型的にアルミニウム合金である鏡金属の層
が厚いスペーサ層の表面上と厚いスペーサ層内の穴の中
にスパッタリングされる。続いてこの金属層は鏡１０２
と両方のスペーサ層とを形成するように型取りされて、
プラズマ・エッチングを用いて取り除かれる。スペーサ
・バイアス１２６は鏡１０２とその下部の金属層との間
の機械的および電気的接続を提供する。

【００１８】上述の工程の結果各々の鏡１０２内に穴１
０２ａが作られる。下記に説明されるように、穴１０２
ａは印刷用途に望ましい効果を有する。穴の効果は静電
印刷用途では強化され、写真処理用途では平板化される
であろう。

【００１９】２つのスペーサ層が取り除かれた後、鏡１
０２はねじれヒンジ１２０で形成された軸の周りを自由
に回転する。結果として空隙キャパシタの２枚のプレー
トを形成する、アドレス電極１１０と傾斜可能剛性部材
との間の静電引力は鏡構造を回転させるために使用され
る。マイクロ鏡素子の設計に依存して、剛性部材はねじ
れ梁ヨーク１１４、梁、鏡１０２、ヨーク１１４と鏡１
０２の両方、またはねじれ梁に直接接続された梁であ
る。上部アドレス電極１２４もまた剛性部材を静電的に
引きつける。

【００２０】電位で生成される力は２枚のプレート相互
間の距離の関数である。剛性部材が静電トルクにより回
転すると、ねじれ梁ヒンジがトルクを復元するように抵
抗し、これはねじれ梁の角変位のほぼ線形な関数とな
る。構造はねじれ梁を復元するトルクが静電トルクに等
しくなるまで、またはその回転が回転構造体とＤＭＤの
静止部とが接種クして機械的に停止されるまで回転し、
これは典型的にいずれかの方向に１０度から１２度の回
転である。先に記述したように、ほとんどのマイクロ鏡
素子はディジタルモードで動作され、ここでは十分大き
なバイアス電圧が使用されてマイクロ鏡構造を完全に傾
斜させる。

【００２１】マイクロ鏡素子は一般的に２つの動作モー
ドの内の１つで動作される。動作の第１モードは時には
梁転回と呼ばれるアナログ・モードであり、此処ではア
ドレス電極は希望する鏡の傾斜に対応する電圧に充電さ
れる。マイクロ鏡に当たる光は鏡の傾斜で定められる角
度で鏡によって反射される。アドレス電極に供給された
電圧に依存して、個々の鏡で反射された光束は投射レン
ズの開口の完全に外側に落ちるように、部分的に開口内
部に、または完全にレンズの開口内に向けられる。反射
された光はレンズで画像面上に、画像面上の位置に対応
する各々個別の鏡で集光される。反射光の光束が完全に
開口内から完全に開口の外側に移動されるので、鏡の薄
明かりに対応する画像位置は連続した明るさレベルを生
成する。

【００２２】動作の第２モードはディジタルモードであ
る。ディジタル的に動作される場合、各々のマイクロ鏡
はねじれ梁軸の２つの方向のいずれかに完全に傾斜され
る。ディジタル動作は良く定められたバイアス電圧を使
用して鏡が完全に傾斜するようにしている。アドレス電
極を標準の論理電圧レベルを用いて駆動するのが有利で
あるので、バイアス電圧、典型的に負電圧、が鏡金属層
に供給されアドレス電極と鏡との電圧差が、鏡をより低
いＣＭＯＳ相当電圧、典型的に＋５Ｖでアドレス指定さ
れた後に増加される。十分大きな鏡バイアス電圧、これ
以上の電圧は素子の破壊電圧と名付けられる、を使用す
ることでアドレス電圧が無くても鏡が最も近いランディ
ング電極に傾斜されることが保証される。従って、大き
な鏡バイアス電圧を使用することで、アドレス電圧は鏡
を僅かに、そして予め定められた傾斜方向に傾斜させ
る、例えば鏡セルを“オフ状態”または“オン状態”と
するのに十分な大きさが必要なだけである。

【００２３】ＤＭＤを使用したディジタル印刷 図３はＤＭＤ１００の様なＳＬＭを用いたディジタル印
刷の露光段階の基本原理を原理的に図示する。以下に説
明されるように露光段階は感光面、静電印刷の場合は受
光ドラムまた写真処理の場合はハロゲン化銀紙の様な感
光材を露光するために使用される。

【００２４】印刷される画像はディジタル形式で表さ
れ、ＤＭＤ１００のメモリ・セルに格納されるようにフ
ォーマットされる。データのフォーマットはグレースケ
ールを印刷するために使用される種々の変調技法に依存
する。

【００２５】光源３０１はＤＭＤの回転角の２倍に等し
い角度に配置されており、鏡が光源に向かって回転され
ると光をマイクロ鏡素子の表面にまともに向き、そして
投射光学系３０２（単一の投射レンズとして示されてい
る）の開口の中に向く方向に反射する。これは輝画素
（また“光点”とも呼ばれる）を感光面３０３上に生成
する。光源から離れるように回転する鏡は光を投射レン
ズ３０１から外れる方向に反射する。これは対応する画
素を暗い状態とする。

【００２６】投射レンズ３０２は高解像度投射レンズで
ある。レンズと走査機とがコストを下げるために小さく
されているレーザ露光システムとは異なり、ＤＭＤ露光
システムでは、レンズ３０２は大きな開口レンズであ
る。静電印刷用の典型的な投射レンズ３０２は２．５セ
ンチの開口直径を有するＦ５．６レンズである。

【００２７】典型的にＤＭＤ１００は印刷される画像と
同様の幅であるが行の数はより少ない。例えば典型的な
写真処理用途は１０センチｘ１５センチサイズで、３２
０ｄｐｉ（２．５センチ当たりのドット数）の印刷を生
成するはずである。この場合、ＤＭＤ１００は１２８０
鏡素子の水平解像度を有するはずである。

【００２８】画像の行は感光材が処理方向に移動するの
で十分に印刷される。静電印刷の場合ドラムは回転する
が、写真処理の場合、紙は平板上の露光領域を通過して
搬送される。一時に印刷される典型的な行数は６４であ
る。

【００２９】以下に説明されるように、ＤＭＤ１００の
行と露光領域の行との関係はグレースケールを提供する
ために使用される種々の技術を可能とする。例えば、静
電印刷の場合ＤＭＤ１００の６４行は画像の各行が６４
回続いて印刷されることを可能とし、その結果希望する
画素にトナーを累積し従ってそれらの画素は暗くなる。

【００３０】静電印刷に関しては、感光面３０３は静電
的に充電されたシリンダー（受光ドラム）であり、その
上に塗布された絶縁感光コーティングを有する。露光さ
れると感光面が部分的に導電性となり、露光部に供給さ
れた静電荷を放電して、残った電荷分布で表される潜像
を形成する。受光ドラム３０３はトナー現像システム
（図示せず）を通るように回転し、ここでトナー粒子が
適切な電荷を残しているドラム３０３の画像部分に吸着
される。このトナーは続いて電気的に充電された紙に移
されて、そこで紙の上に溶着される。グレースケールは
種々の変調技術で生成される。ドット領域およびドット
強度変調技術の両方、またはこれらの組み合わせが使用
される。カラー画像は露光および現像ステップを画像お
よび異なる色のトナーに対して順番に繰り返して生成さ
れるが、これらを組み合わせて希望する色の画像が形成
される。

【００３１】ＤＭＤを使用した静電印刷に関する追加情
報は下記の特許の中に提供されている：米国特許第５，
４５５，６０２号、テュー（Tew）に付与、名称「空間
光変調器用組み合わせ変調技法」；米国特許第５，４６
１，４１０号、ベントケイツァー（Ventkateswar）その
他に付与、名称「空間光変調器を使用したグレイ・スケ
ール印刷」；米国特許第５，６９６，５４９号、ネルソ
ン（Nelson）に付与、名称「印刷加工物を削減する方
法」。

【００３２】写真印刷では、感光面３０３は適切な紙ま
たは例えばハロゲン化銀紙の様なその他の媒体である。
この紙は露光領域を通過するように移動されて、画像の
全長が露光されるようにしている。グレー・スケールは
種々の変調技術で生成される。写真処理では、ドット強
度変調が印刷に必要なコントーン（contone）画像を提
供するのに適している。カラー画像は単一カラー照光を
提供するための多重ＤＭＤ配列またはカラー輪のいずれ
かを用いて生成される。ハロゲン化銀紙（その他の感光
媒体）は異なる照光色に応答する粒子を含む。

【００３３】ＤＭＤを用いた写真処理に関する追加情報
が、米国特許出願シリアル番号第６０／０７０，１２８
号、名称「変調光源の配列を用いた写真処理」、テキサ
ス・インスツルメント社に委譲され此処でも参照して引
用されている、に提供されている。

【００３４】ＤＭＤ画素照光特性 更に以下に説明されるように、ＤＭＤの素子は独特な画
素照光特性を有する。第１特性は各々の素子からの光エ
ネルギー分布の非ガウス急峻立ち上がりプロフィールで
ある。第２はスポットが重なり合わないものである。

【００３５】図４はＤＭＤ露光モジュールの単一鏡素子
（画素）で生成される画像と、レーザー露光モジュール
で生成された画像とを比較している。両方の露光モジュ
ールは共に６００ｄｐｉ画像であり、これらの画像は同
一の空間的に統合された強度に正規化されている、すな
わち両ビームで同一電力になるように正規化されてい
る。ＤＭＤ露光モジュールはレーザー露光モジュールよ
りもしっかりとして更に強い単一画素画像を生成する。
レーザー露光モジュール画像はガウス関数で、その幅は
８５マイクロ・メータ（１／ｅ²点での幅）である。

【００３６】図４は露光モジュールの光学系３０２の画
素照光出力を想定している。先に図３に関連して説明さ
れたように、ＤＭＤ露光システムは大規模開口レンズの
使用を可能とし、これは画素素子の方形エッジの照光効
果を保存する。強度曲線の中央部のくぼみは、図１およ
び図２に関連して先に説明したマイクロ鏡素子の中央の
３マイクロ・メータの穴の結果である。以下に説明され
るように、いくつかの用途で露光モジュール光学系でこ
のくぼみを「平板化」することが望ましいであろうし、
一方別の用途ではこのくぼみを残すことが望ましいであ
ろう。また、穴の最適な大きさ、従ってくぼみの大きさ
は用途に依存するであろう、すなわち静電印刷と写真処
理。

【００３７】図４に示されるように、各々のＤＭＤ画素
は鮮明なエッジ、高い解像度、非にじみ光点をそれらと
その他の光点との間に空隙を具備して生成する。以下に
説明されるように、これは静電印刷と写真処理の両方に
有利な効果を有する。例えばレーザーの様なその他の光
源で生成されるガウス光点と比較すると、これらは互い
に重なり合う傾向があり、結果として感光媒体上で望ま
ない画素干渉を引き起こす。

【００３８】静電印刷上の画素特性の効果 ＤＭＤ素子２００からのエネルギー分布の急峻なプロフ
ィールは、静電印刷に含まれる静電気と組み合わされた
時、画像品質を改善する。以下に説明されるように、Ｄ
ＭＤが受光ドラムを露光するために使用される時、トナ
ーは各々の光点に中心に集中する傾向がある。

【００３９】静電印刷で使用される現像システムは荷電
トナーを受光器の上に沈着し、これは電場の変化で制御
されその発生源は露光中に生成された局所的受光器電荷
密度の変動である。典型的なシステムにおいて、トナー
はそれをキャリヤーの中で混合することで荷電される。
キャリヤー粒子はローラーの周りに移送され、これは受
光器ドラムを回転して通過する。ローラーとドラムの間
の空隙内で、ローラー内のからの磁場はキャリヤー粒子
を鎖状にする。トナー鎖の終端部で、トナー粒子は受光
ドラムに接触し、キャリヤーからドラムに転送すること
で「現像」する。

【００４０】以前の研究により固体領域、すなわち多重
画素で印刷された領域を現像するための電場パターンが
モデル化されている。トナーを受光器に吸着する力がト
ナーをキャリヤーに引きつける力を超えた場合に、キャ
リヤー上の電荷生成を考慮して現像が生じると仮定して
いる。シャイン（Schein）、「静電印刷および現像物
理」、１２５−１３２ページ、ラプラシアン・プレス、
１９９２年。ドラム上の潜像はドラム上に表面電荷パタ
ーンを含み、電場ラインを生成し、これは表面電荷を受
光器の基礎面内に画像電荷に接続する。対向電極（ロー
ラー）が存在しない場合、外部電場が荷電領域の周辺部
の周りに周辺場の形で現れる。ローラーが接近すると、
場ラインが受光器表面から引き去られてトナーを引きつ
ける。

【００４１】図５および図６は固体領域現像モデルの単
一ＤＭＤ画素のモデルへの拡張を図示する。特に、図５
と図６はＤＭＤおよびレーザ露光モジュールのそれぞれ
に対して２つの第１トナー層の現像が生じる、最も高い
潜像場の通常成分を図示する。両モジュールに対する露
光エネルギー密度は０．００２１ジュール／平方メート
ルであった。現像工程は８マイクロ・メートルのトナー
と高感度受光器を使用している。

【００４２】図５において、電場は受光器の上４マイク
ロ・メータの高さで測定されたが、そこはトナーの第１
層が電場を検知する（トナーの半径にほぼ等しい）。図
６において、電場は１２マイクロ・メータの高さで測定
されたが、そこはトナーの第２層が電場を検知する（ほ
ぼ第一層のトナー半径）。図示されているように、ＤＭ
Ｄ露光モジュールで生成される周辺場は、レーザ露光モ
ジュールで生成される場より強く更に集中される。

【００４３】図７は単一画素で生成される受光器の上ｈ
の高さでの電場の通常成分を計算するために使用される
種々のパラメータを図示する。パラメータＫａ，Ｋｂお
よびＫｃはそれぞれ受光器、空隙、およびトナー・キャ
リヤー混合物の誘電定数である。寸法Ｌは受光器厚さそ
して寸法Ｍは空隙幅である。先に引用したシャインの参
考例では、画素領域に対向して固体領域に対する同様な
計算が提示されている。受光器上の電場の通常成分に対
する受光器上の正弦波電荷密度に関する拡散関数が導か
れる。ラプラスの式が３つの層に対して解かれる。電位
および電気的変位が誘電境界に渡って連続となるように
境界条件が導入されている。

【００４４】図８および図９はＤＭＤとレーザー露光モ
ジュールの第１現像層内のトナー分布をそれぞれ比較し
ている。図１０及び図１１は第２層に対する同一の比較
を行っている。それぞれＤＭＤおよびレーザ露光に対す
る第１層である、図８および図９で示されるように、Ｄ
ＭＤ画その第１層の予測現像領域はレーザ画素の予測領
域の５０％である。図１０及び図１１に示されるよう
に、それぞれＤＭＤおよびレーザ露光に対する第２層に
おいて、第２層は同程度の大きさである。第３層は形成
されない。ＤＭＤで現像された画素はレーザで生成され
た画素よりも小さくより急峻な側面を具備している。

【００４５】図１２は画素特性の上記の分析が画素直径
を予測するためにどの様に使用されるかを図示してい
る。図１２において、測定された画素直径が予測された
画素直径と比較されている。指定された露光強度に対し
て、予測値を得るために関連する変位曲線が決定され
る。再び図５を参照すると、トナーは強度曲線下の領域
に引きつけられると予測できる。従って、画素の直径は
ｘ軸の変位で定義される。ＤＭＤで生成される画素に対
する曲線の急峻な立ち上がりは、レーザーで生成される
画素の場合に生じる精度よりも高い程度を可能とする。
図１２で示されるように、この予測方法は高い露光レベ
ルで高い程度の精度を有する。より低い露光レベルで
は、適切な調整がモデル化され適用されている。

【００４６】更に画素直径を定義するために、受光器表
面での電場上の閾値を定義して使用することが出来る。
言葉を変えれば、受光器の指定された位置で場が閾値よ
り大きい場合、その場所にトナーが現像される。この閾
値は曲線の裾野部の領域でどれだけトナーを引きつける
かを予測することを可能とする。

【００４７】再び図４を参照すると、各々の鏡１０２の
中央の穴１０２ａが結果として強度曲線の頂部にくぼみ
を生じる。図５及び図６に示されるように、光から電気
にエネルギーを転送する間（光学系３０２の効果を含
む）の種々の不完全さのため、このくぼみの効果を表す
電場の曲線は「平板化」される。この平板化が除去され
るとすると、その結果は静電印刷用途で有利なものとな
ろう。その様な用途において、穴の効果は電気的エネル
ギープロフィールを曲線頂部のくぼみに提供するように
保存でき、従って更に周辺場を生じる。穴の効果を保持
するための１例は適切に設計された光学系３０２を使用
することである。またはこの穴十分に大きくまたはより
深くして、平板化がその効果を完全に除去しないように
することが出来る。強度（またはエネルギー）曲線の頂
部がくぼんでいるか平板であるかに関係なく、共通の特
性は穴を有していない画素素子で生成される、丸い頂部
を有する曲線と比較すると頂部が切り取られている。

【００４８】穴の効果を保持する結果、画素当たりの電
荷をより強く集中することになる。またはこの逆に同一
の全電場を維持しながら鏡領域は削減できる。トナーの
同一量がより小さな領域に集中される。これは画素の大
きさを削減しより高い解像度の像を可能とする。

【００４９】与えられた鏡の大きさに対して、より高い
解像度の画像がまた鏡表面領域に対する穴の相対的な大
きさを増すことで実現できる。穴の大きさを増すと結果
として鏡毎にエッジが増えて、画素毎に更に周辺場が増
える。最適サイズは周辺場を増すのに十分な大きさであ
りながら、コントラストまたはその他の画像品質を低下
させない程大きくないものである。

【００５０】解像度を増加させる別の代替法は各々の鏡
１０２の中に複数の穴を有することである。より大きな
穴と同様に、穴の個数を増やすと、画素毎に鏡エッジが
増える。これらの穴は例えば４５度傾斜の様に、印刷品
質を改善するように任意のパターン設計で構成出来る。

【００５１】カラー印刷に関して、各々のカラーに対し
て潜像が照光され、荷電されそして現像される。これら
の像は、異なる色のトナーの組み合わせが希望する色の
画素となるように重ね合わされる。ＤＭＤ１００が露光
に使用される時には、トナー色粒子もまた各々の画素位
置に集中する傾向を示す。色が構築されると、トナーが
その結果希望する色が別の画素に塗られたり広がること
なく局所化される。

【００５２】写真処理での画素照光特性の効果 ＤＭＤの照光特性はまた、ＤＭＤが写真処理に使用され
る時に利点を有する。これらの用途において、ＤＭＤ照
光特性はハロゲン化銀紙（またはその他の感光材料）を
活性化するように影響を与える。

【００５３】再び図４を参照すると、ＤＭＤ素子で生成
された光点の強度曲線は、ＤＭＤの鏡に開けられた穴の
ためにくぼみを有する。写真処理用途において、各々の
鏡素子内の穴の効果を平板化することが望ましい。例え
ば、ＤＭＤと画像面との間の光学系３０２をこの平板化
を実現するように設計できる。その結果急峻な側面を有
する曲線のみならず、その頂部が平坦で角が直角な曲線
が得られる。実際、「曲線」はより方形に近く似てい
る。感光媒体の上に生成された像の効果はよりシャープ
な画像を生成する。

【００５４】カラー写真処理において、ＤＭＤはガウス
光点を生成する例えばレーザーの様なその他の光源に比
較してより高い品質のカラーを提供する。レーザーで生
成された光点は重なり合う傾向があり、結果として指定
された画素に対する照光がその隣接した画素に影響を与
える。ＤＭＤの急峻な照光はこの重なりを回避する。

【００５５】その他の実施例 本発明を詳細に記述してきたが、種々の変化、挿入、お
よび代替を添付の特許請求の範囲で定められた本発明の
精神ならびに範囲から逸脱することなく実施できること
が理解されよう。

【００５６】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 空間光変調器で生成された画素の画素サイズを
予測するための方法であって：前記画素を急峻な立ち上
がり強度対変位曲線として、前記強度が前記曲線の長さ
方向に対してほぼ線形となる曲線で表現されるようにモ
デル化し；前記曲線下の変位を計算し；前記画素直径を
前記変位とほぼ等しいとして推定する、以上のステップ
を含む前記方法。

【００５７】（２） 第１項記載の方法が更に前記画素
直径を強度が低い場合に露光強度の関数として調整する
ステップを含む前記方法。

【００５８】（３） 第１項記載の方法において、前記
強度曲線がおよそ３ミリジュール／平方メートル以上の
強度に対してほぼ線形である前記方法。

【００５９】（４） 第１項記載の方法において、前記
空間光変調器がディジタルマイクロ鏡素子である前記方
法。

【００６０】（５） 空間光変調器の画素素子で生成さ
れた照光をモデル化するための方法であって：前記照光
を急峻な立ち上がり強度対変位曲線としてモデル化し；
前記強度を前記曲線の長さに対してほぼ線形である曲線
で表すステップを含み、前記曲線の頂部が前記画素素子
の頂部表面内の少なくとも１つの穴を表すように切り取
られている、前記方法。

【００６１】（６） 第５項記載の方法において、前記
強度曲線がおよそ３ミリジュール／平方メートル以上の
強度に対してほぼ線形である前記方法。

【００６２】（７） 空間光変調器をディジタル印刷の
露光段階で使用するための方法であって：前記空間光変
調器に少なくとも１つの穴を各々の画素素子の中央に用
意し；前記穴の特性を前記印刷の希望する品質となるよ
うに調整し；そして感光面を前記空間光変調器で露光す
る、以上のステップを含む前記方法。

【００６３】（８） 第７項記載の方法に於いて、前記
調整ステップが各々の前記画素内の、前記少なくとも１
つの穴の個数を調整することで実施される、前記方法。

【００６４】（９） 第７項記載の方法に於いて、前記
調整ステップが前記少なくとも１つの穴の位置を調整す
ることで実施される、前記方法。

【００６５】（１０） 第７項記載の方法に於いて、前
記調整ステップが前記少なくとも１つの穴の大きさを調
整することで実施される、前記方法。

【００６６】（１１） 第７項記載の方法が更に、像面
上の前記穴の効果を平坦化するステップを含む前記方
法。

【００６７】（１２） 第７項記載の方法が更に、像面
上の前記穴の効果を維持するステップを含む前記方法。

【００６８】（１３） 静電印刷と写真処理の両方を含
む、ディジタル印刷の印刷品質をモデル化し強化するた
めの方法である。画素はＤＭＤの様な素子で印刷され、
その画素は像面上の各々の光点の急峻な立ち上がりの強
度対変位曲線として提供される。画素の中に配置された
穴は曲線の頂部にくぼみを配置するために使用でき、こ
の特徴は静電印刷に特に有用である。像面上のこの穴の
効果はまた平坦化することも可能であり、この特徴は写
真処理に特に有用である。急峻な立ち上がり強度は画素
サイズをモデル化し予測する能力を容易にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はディジタル・マイクロ鏡素子（ＤＭＤ）
配列の一部を図示する。

【図２】図２は図１のＤＭＤの単一鏡要素を図示する。

【図３】図３はＳＬＭを用いたディジタル印刷の露光段
階の基本原理図である。

【図４】図４はＤＭＤ露光モジュールの単一鏡素子（画
素）で生成された画像と、レーザ露光モジュールの画素
で生成された画像との比較である。

【図５】図５は単一ＤＭＤ画素の１モデルに対するソリ
ッド領域展開モデルの拡張を図示する。

【図６】図６は単一ＤＭＤ画素の１モデルに対するソリ
ッド領域展開モデルの拡張を図示する。

【図７】図７は単一画素で生成される、光導電器上の電
場の正規成分を計算するために使用される種々のパラメ
ータを図示する。

【図８】図８はＤＭＤ露光モジュールの第一現像層内の
トナー分布である。

【図９】図９はレーザー露光モジュールの第一現像層内
のトナー分布である。

【図１０】図１０はＤＭＤ露光モジュールの第二現像層
内のトナー分布である。

【図１１】図１１はレーザー露光モジュールの第二現像
層内のトナー分布である。

【図１２】図１２は画素の直径を予測するために使用で
きる、ＤＭＤの画素特性を分析する方法を図示する。

【符号の説明】

１００ ＤＭＤ １０２ 鏡 １０４ 半導体基板 １１０ アドレス電極 １１２ 鏡バイアス接続 １１４ ヒンジ・ヨーク １１６ ヒンジ支持スペーサ・バイアス １１８ 上部アドレス電極スペーサ・バイアス １２０ ヒンジ １２２ ヒンジ・キャップ １２６ スペーサ・バイアス ３０１ 光源 ３０２ 投射レンズ ３０３ 受光ドラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルバート バージ スマニオ コイト アメリカ合衆国 テキサス、キャロルト ン、キャッテイル コート 2539 (72)発明者 カート アール．ラシュケ アメリカ合衆国 テキサス、ダラス、デッ ベ ドライブ 7319

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間光変調器で生成された画素の画素サ
   イズを予測するための方法であって：前記画素を急峻な
   立ち上がり強度対変位曲線として、前記強度が前記曲線
   の長さ方向に対してほぼ線形となる曲線で表現されるよ
   うにモデル化し；前記曲線下の変位を計算し；前記画素
   直径を前記変位とほぼ等しいとして推定する、以上のス
   テップを含む前記方法。