JP2007506583A - プリンティング用途において照明装置を駆動するための方法及び装置 - Google Patents

プリンティング用途において照明装置を駆動するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

開示する一実施形態は、プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置モジュール(330)へ駆動信号を提供する方法(300)に関するものである。複数のイメージビットを含むバイナリイメージデータがデータソース(202)から照明装置モジュールへと提供される(352)。各イメージビットは照明装置モジュール内でマルチビット振幅値へと変換され(354)、この各イメージビットからマルチビット振幅値への変換は少なくとも該イメージビットの値と該イメージビットにどのチャネルが関連するかに依存するものである。プログラム可能な遷移遅延を用いて駆動信号にパルス幅変調(PWM)を加えることが可能である。上述の方法を実行するための装置もまた開示される。
【選択図】図3

Description

本発明は、一般に光変調器を含む照明装置に関するものであり、特にプリンティング用途で照明装置を駆動するための方法及び装置に関する(但しこれには限定されない)ものである。
MEMS(Micro ElectroMechanical System:マイクロマシン技術)を用いて作製された光変調器が一般に知られている。かかる光変調器の一例として、Silicon Light Machines Corporation (Sunnyvale, California)から入手可能なGrating Light Valve (R) (GLV(R))光変調器が挙げられる。以下ではGLV(R)光変調器と同じタイプの装置を「リボン光変調器」と称することとする。リボン光変調器については、例えば、Bloom等の米国特許第5,311,360号、Bloom等の米国特許第5,841,579号、及びBornstein等の米国特許第5,661,592号といった文献に開示されている。
リボン光変調器は、光ネットワーク、ビデオ、及びプリンティングを含む、様々な用途で採用することができるものである。特定の用途に光変調器を最適化するのが有利であることが理解されよう。
リボン光変調器は、これまでプリンティング用途で採用されてきた。或るプリンティング用途では、レーザビームがリボン光変調器の反射面ではね返されてプレートへ入射する。該レーザビームは、その集束時に該プレートを露光させるのに十分な出力密度を有するものである。該リボン光変調器は、レーザビームを変調させて前記プレート上にパターンを形成させるよう駆動される。該プレートにインクが付与され用紙上に転がされて、該プレート上のパターンが転写される。Agfa Corporation から入手可能なXcalibur45 (R)プレートセッタは、かかるリボン光変調器を採用している。プリンティング用途でのリボン光変調器の使用については米国特許第6,299,650号にも開示されている。
本発明の一実施形態は、プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置モジュールへ駆動信号を提供する方法に関するものである。複数のイメージビットを含むバイナリイメージデータがデータソースから照明装置モジュールへと提供される。各イメージビットは、照明装置モジュール内でマルチビット振幅値へと変換され、この各イメージビットからマルチビット振幅値への変換は、少なくとも該イメージビットの値と該イメージビットにどのチャネルが関連するかに依存するものである。プログラム可能な遷移遅延を用いて駆動信号にパルス幅変調(PWM)を加えることが可能である。
別の実施形態は、プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置アレイを駆動するための装置に関するものである。ドライバ集積回路がバイナリイメージデータを受信するよう構成され、1つのチャネルにつき少なくとも2つのマルチビット振幅値を記憶するために前記ドライバ集積回路内に記憶装置が配設される。各チャネル毎の選択回路は、少なくとも1つのイメージビットの値に応じて複数のマルチビット振幅値のうちの1つを選択するよう構成される。前記ドライバ集積回路は、駆動信号にパルス幅変調を加え、また独立したPWMクロックを使用する、パルス幅変調モードを提供するよう構成することが可能である。
本発明の上述その他の特徴は、図面及び特許請求の範囲を含む本開示を全て参照することにより当業者には容易に明らかとなろう。
本発明は、発明者David T. Amm、Douglas A. Webb、及びGregory A. Myattにより2003年9月26日に出願された「Methods and Apparatus for Driving Light Modulators for Printing Application」と題する米国仮特許出願第60/506,492号の利点を請求するものである。
異なる図面における同一の符号は、同一要素又は類似した要素を示している。
本開示では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、装置、構成要素、及び方法の実例といった様々な特定の細部が提供される。しかし、本発明は、かかる1つ又は2つ以上の特定の細部なしで実施することが可能である、ということが当業者には理解されよう。別の例では、本発明の特徴が曖昧になるのを回避すべく、周知の細部は図示せず又は説明しない。
一例としてリボン光変調器を使用して本発明の実施形態を説明することとする。しかし、本発明はそれらに限定されるものではなく、様々なプリンティング用途における他のタイプの光変調器の使用を含む他の用途で一般に採用することが可能なものである、ということが理解されよう。更に、別の実施形態は、プリンティング用途で使用される、レーザ、VCSEL、及び発光ダイオード(LED)といった直接的な光発生器手段を含む。本書では、光変調及び光生成を包括的に「照明装置」を称することとする。更に、本開示の目的上、用語「プリンティング用途」は、用紙印刷、CTP(computer-to-plate)用途のためのプレート上への印刷、及びリソグラフィ用途を含むものである。
ディジタルプリンティングのための振幅値
ディジタルプリンティング用途のため、各リボン光変調器画素毎に2つの値のみが必要とされる。理想的な場合には、10ビットシステムに関するこれらの値は0及び1023となる。しかし、プリントされる(出力される)光強度は、リボン光変調器アレイにわたり極めて均一であることが必要とされ得る。光学機器、電子機器、及びリボン光変調器アレイ自体についての非均一性の補償は、較正プロセスを介して得ることができ、該較正プロセスにより、各画素の光強度出力が同一になるように、オン状態及びオフ状態の両者に関する一意の10ビット値が各画素に割り当てられる。これを各画素毎の「振幅」データと称する。図1は、リボン光変調器画素についての出力特性を示しており、較正を介して決定されることになる典型的な動作点が一例として更に記載されている。図示のように、オン又は「1」値は、最小値0よりも幾分大きいビットレベルにあり、オフ又は「0」値は、最大値1023よりも幾分小さいビットレベルにある。
次いで、振幅較正データは、各画素(又は「チャネル」)毎に2つの10ビット値を含む。重要なのは、これらの値が一般に、新たな較正が必要とされるまで(数分〜数日または数週間)変更する必要がないことに留意することである。
データソースからの高帯域幅を必要とするアーキテクチャ
図2Aは、光変調器アレイ234を駆動するためのアーキテクチャ200の一例を概略的に示している。光変調器基板又はモジュール230は、ドライバ特定用途集積回路(ASIC)232、及び駆動対象となる光変調器アレイ234を含む。図2Aの例では、光変調器アレイ234は、複数のGLV(R)光変調器のアレイから構成される。
図2Aの例では、較正204は、データ入力(「イメージデータ」202と称す)のソースにおいて「上流側に」実行される。このアーキテクチャ200では、ドライバモジュール230へ送信される(210)データの量は、較正情報が提供される際に大幅に増大し、これによりドライバモジュール230において実行される処理が複雑になる。例えば、較正データは、1イメージビットにつき10ビットから構成され得るものであり、このためイメージデータが10倍になる。別の実施形態では、較正データは、1イメージビットにつき別のビット数から構成され得る。
図2Bは、図2Aのアーキテクチャを用いた駆動方法250を示すフローチャートである。この方法250によれば、イメージデータは、データソースにおける較正モジュール又はユニットで受信される(252)。この較正モジュールは、イメージデータ中の各ビット毎に(換言すれば、各イメージビット毎に)振幅値をルックアップする(254)。取り出される振幅値は、イメージビットの値及び関連するチャネル(すなわちアレイ234中の関連する光変調装置)によって決まる。
これらの振幅値(1つのイメージビットにつき1つの振幅値)がデータソースから光変調器基板又はモジュール230へ送信される(256)。例えば、振幅値が10ビット値である場合には、各イメージビット毎に10ビットが送信される(256)。別の実施形態では、振幅値は他のビット数を有することが可能である。
光変調器モジュール230において振幅値のディジタル・アナログ変換が実行される(258)。その結果として得られるアナログ信号が使用されて光変調器装置が駆動される(260)。
データソースからの小帯域幅を必要とするアーキテクチャ
図3Aは、本発明の一実施形態による光変調器アレイを駆動するためのアーキテクチャ300を概略的に示している。図3Aのアーキテクチャ300では、較正は(図2Aのアーキテクチャ200の場合のようにデータソースにおいてオフボードで実行されるのではなく)光変調器基板又はモジュール300上のドライバASIC332において実行される。好適には、較正は、あらゆるデータ圧縮/解凍アルゴリズムの実行が完了した後に実行される。これは、モジュール330へ提供すべきデータ入力の量を有利に最小限にし、またモジュール330におけるデータ処理を単純化させるものとなる。
一実施形態によれば、イメージデータは、イメージデータソース202から光変調器モジュール330へ1ビット/イメージビットでシリアルに提供される(310)。各ビット毎のディジタルプリンティング値333は、光変調器モジュール330内のドライバASIC332内にローカルに格納することが可能であり、代替的にはドライバASIC332の外部にあるチップ上に格納することが可能である。ディジタルプリンティング値は、パルス幅変調(PWM)を示すデータと、光変調器アレイ234の各光変調器装置毎の駆動信号のための振幅値とを含む。該ディジタルプリンティング値が、アナログ駆動信号へ変換されて、対応する光変調器へ提供される。図3Aのアーキテクチャ300は、有利なことに、イメージソース202から光変調器モジュール330への高速データ伝送を必要とせず、(ケーブルを介した)複数のモジュール間及び1つのモジュール内での一層単純なデータ伝送を可能とするものである、ということが理解されよう。図3Aのアーキテクチャ300はまた、有利なことに、所与の通信帯域幅で一層多くのイメージデータを送信することを可能にする。
図3Bは、図3Aのアーキテクチャを用いた駆動方法350を示すフローチャートである。該方法350によれば、(振幅データではなく)イメージデータがイメージデータソース202から光変調器基板又はモジュール330へ送信される(352)。これは、データソース202と光変調器モジュール330との間で必要となる帯域幅を有利に低減させるものとなる。
光変調器モジュール330のドライバASIC332において、イメージビットが振幅値へと変換される(354)。例えば、10ビットの振幅値を使用することが可能である。該変換は、例えば、図4に関して以下で説明する回路を使用して実行することが可能である。
もちろん、振幅値のディジタル・アナログ変換をドライバASIC332で実行し(258)、その結果として得られるアナログ信号を使用してアレイ234の光変調装置を駆動する(260)ことが可能である。
ドライバASICによるディジタルプリンティング値の選択
図4は、本発明の一実施形態に従って、光変調器モジュール330のドライバASIC332内に格納されているディジタルプリンティング値(すなわち振幅値)を回路を使用して如何に採用するかを概略的に示している。図4の例では、オンチップ記憶レジスタ402が、各チャネル毎に(すなわちアレイ234内の各光変調器装置毎に)10ビットのオン/オフ振幅値を格納する。イメージデータのビット405が論理「1」であるか論理「0」であるかに応じて、マルチプレクサ404を介した出力のために、10ビットのオン・ディジタルプリンティング値または10ビットのオフ・ディジタルプリンティング値が選択される。ディジタル・アナログ変換器(DAC)406は、該選択されたディジタルプリンティング値をアナログへ変換し、それが高電圧アナログ信号408として関連する光変調器へ提供される。
ドライバASIC332は、例えば約5μs(マイクロ秒)のパルス幅で動作させることが可能である。一実施形態では、各パルス時間で(5μs毎に)較正データ全体がドライバASIC332内にロードされる。その結果として得られる10ビット×272チャネルは、高帯域幅で高速のデータバスを必要とする。これらのデータレートは、高速動作(例えば2μsに近いパルス幅)にとって、より一層困難なものとなる。別の実施形態では、データレートを最小限にして処理速度の増大を可能にするために、ドライバASIC332は、較正データをチップ自体に格納させることが可能である。較正後には、ドライバチャネルのオン・オフ状態を示すために単一の1ビット値のみが必要となる。これは、全体的なデータレートを十分の一に低減させ、短いパルスの使用を可能とし、及び/又はより単純なデータバスの使用を可能にするものとなる。
パルス幅変調データ値
ディジタルプリンティングの場合、リボン光変調器は、図5に示す単純なチェッカー盤のようなバイナリパターンをプリントするために、2つの状態(「オン」及び「オフ」)を切り替える。図5(a)は、単純で一様なチェッカー盤パターンを示している。所与の画素が1つの列時間(column time)でオンにされ、その次にオフにされる。この例は、大きな領域にわたり50%グレースケールパターンを生じさせる。
所与の画素について「オン」状態の時間の長さを変更する(これはパルス幅変調又はPWMと呼ばれる)ことにより有効なデューティサイクルを変更するという用途上の要求が存在する。図5(b)及び図5(c)は、「オン」パルスの立ち下がりエッジを変更して、それぞれ、75%「オン」のグレースケールパターンと25%「オン」のグレースケールパターンとを生成した結果を示している。図5に示す例では、各例における全ての画素は、同じ「オン」パルス幅を有している。図5(b)では、オンパルスが、図5(a)のオンパルスの1.5倍に延長されて、75%グレースケールパターンが生成されている。図5(c)では、オンパルスが、図5(a)のオンパルスの0.5倍に短縮されて、25%グレースケールパターンが生成されている。実際には、システム全体にわたる幾つかの要因によって生じる非均一性のため、各画素のパルス幅を別個に変更する必要があり得る。図6は、幾つかの極端な例を示したものであり、PWM機能を実施するための幾つかの考え得る方法を示すために用いるものである。
図6は、異なるパルス幅を有するリボン光変調器アレイにおける5つの画素、すなわちチャネルを示している。画素1,3,5は、50%グレースケールパターンに適したパルス幅を有しており、一方、画素2は、75%グレースケールパターンに設定され、画素4は、25%グレースケールパターンになっている。図6は、異なるパルス幅を適用する異なる方法を示している。図6(a)では、「オン」パルスの立ち下がりエッジが変調される。図6(b)では、パルスの立ち上がりエッジが変調される。そして図6(c)では、「オン」パルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両者で対称的にパルスが変調される。
パルス幅変調に関する次の4つの潜在的なタイミング機構について考察する。
(i) 「オン」パルスの立ち上がり(前)エッジを変更
(ii) 「オン」パルスの立ち下がり(後)エッジを変更
(iii) 両エッジを等しく変更して対称的なデューティサイクルの変更を生成
(iV) 両エッジをそれぞれを異なる値だけ変更して所望の出力を任意に生成
一実施形態では、ドライバASICは、上記の第4の機構を達成するよう設計され、すなわち、最大8ビットの精度で両方のエッジを別個に変更する。可変パルス幅に加えて、この機構はまた、隣接する画素に対する画素タイミングを変更すると共に一定のパルス幅を維持することを可能にする。
PWMデータ値は、既述の振幅データ値の場合と類似した態様で較正手順中に決定することが可能である。ドライバASICは、各チャネルの各エッジ毎に最大8ビットだけ、オン・パルスの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両者を変調させるために、任意型(タイプiV)機構を使用することが可能である。
振幅及びPWMデータの両者の適用
振幅及びPWM較正データの両者をドライバASIC自体に格納することにより、単に光変調器モジュール330(図3参照)へバイナリ(1又は0)パターンを送ることにより、イメージが再生される。該イメージデータの値が、適用すべき振幅値(オン又はオフ)を決定することになる。
光変調器モジュール330はまた、オンからオフ又はオフからオンへの遷移を予測するために「現在の」及び「次の」イメージデータ画素値を格納するよう構成することが可能である。次いでその「遷移タイプ」を用いてPWMデータ値及び振幅データ値が選択されることになる。例えば、3つのPWMデータ値を想定すると、その1つのPWMデータ値は、イメージデータ画素がオフからオンへ遷移した場合に選択することが可能なもの、第2のPWMデータ値は、イメージデータ画素がオンからオフへ遷移した場合に選択することが可能なもの、及び第3のPWMデータ値は、イメージデータ画素が特定の3ビットパターン(例えばオフ→オン→オン)で遷移した場合に選択することが可能なものである。
第3又はそれ以上の振幅レベル
ドライバASICに最大限のフレキシビリティを与えるために、3レベル以上の振幅値及び遅延値の両者を用いてドライバASICを設計することが可能である。第3の振幅値の一例が図7に示されており、この場合、第3の振幅値は、第2の「オン」値からなる。かかる第3の振幅レベルは、データ信号の立ち上がりエッジのタイミングに関連して使用することが可能である。同様に、データ信号の立ち下がりエッジのタイミングに関連して第4の振幅レベルを提供し使用することが可能である。第5以上の更なるレベルを使用して、信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを更に制御する(例えば、より多くの振幅ステップを追加する)こと、又は認識された一連のバイナリイメージデータに応じて所定のパターンで信号を変調させることが可能である。
特定の実施形態
特定の実施形態によるドライバASIC内の選択回路の機能ブロック図を図8に示す。図示のように、該回路は、グローバルロジック及び画素チャネル(1つの画素チャネルのみ示す)を含む。該グローバルロジックは、PWMインタフェイス及びデータインタフェイス、並びに様々なカウンタ及びレジスタを含む。該グローバルロジックから該画素チャネルの各々への通信のためにデータ及びアドレスバスが配設されている。
この特定の実施形態は、独立したPWMクロックを使用するPWMモードを提供する。該PWMモードでは、内部的に格納された10ビット振幅値(Amp1,Amp2,Amp3)が、ディジタルプリンティング用途に関するシングルビットイメージデータによってトグルされる。パルス幅変調は、データ遷移エッジについてのプログラム可能な遅延によって可能となる。3つのプログラム可能な遷移エッジ遅延(Delay1,Delay2,Delay3)が提供され、各遅延は最大8ビットの精度を有するものとなる。
この特定の実施形態では、ビデオモード及びテストモードを含む他のモードもまた提供される。ビデオモードでは、高速10ビットデータバスが使用され、PWMはディセーブルにされる。テストモードでは、複数のアナログ出力が1つのテストピンへ多重化される。
ドライバASIC内の回路の別の実施形態を図9に示す。この実施形態は、図8の回路に類似しているが、それと比べて幾分修正されたものである。
上記説明は、光変調器モジュールに関して行ったが、代替的な実施形態では、上記回路が直接的な光発生器モジュールに適用される。かかる直接的な光発生器モジュールでは、光変調器アレイが直接的な光発生器アレイに置換されることになる。換言すれば、本発明の実施形態は、より一般的に照明装置モジュールに関するものであり、この場合、該照明装置モジュールは、光変調器モジュールまたは直接的な光発生器モジュールとすることが可能なものである。
本発明の特定の実施形態を提供してきたが、これらの実施形態は例示を目的としたものであって限定を意味するものではないことを理解されたい。本開示を参照することにより、多数の更なる実施形態が当業者には自明となろう。
リボン光変調器画素についての出力特性の一例、及び較正を介して決定されることになる典型的な動作点を示している。 光変調器アレイを駆動するためのアーキテクチャの一例を概略的に示している。 図2Aに示すアーキテクチャを利用した駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による光変調器アレイを駆動するためのアーキテクチャを概略的に示している。 本発明の一実施形態による、図3Aに示すアーキテクチャを利用した駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、1つのモジュールのドライバASIC内に格納されているディジタルプリンティング値を如何に使用するかを概略的に示している。 プリントパターンの一例を示している。 考え得るPWM機能の実施方法を概略的に示している。 本発明の一実施形態による考え得る第3の振幅値の使用を概略的に示している。 本発明の一実施形態によるドライバASICの機能ブロック図を示している。 本発明の別の一実施形態によるドライバASICの機能ブロック図を示している。

Claims (24)

  1. プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置モジュールへ駆動信号を提供する方法であって、
    イメージビットを構成するバイナリイメージデータをデータソースから照明装置モジュールへと提供し、
    各イメージビットを前記照明装置モジュール内でマルチビット振幅値へと変換する、
    という各ステップを含み、
    各イメージビットのマルチビット振幅値への前記変換が、少なくとも該イメージビットの値と該イメージビットにどのチャネルが関連しているかに依存するものである、
    プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置モジュールへ駆動信号を提供する方法。
  2. 前記バイナリイメージデータが、前記照明装置モジュール内のドライバ集積回路へ提供され、各イメージビットのマルチビット振幅値への前記変換が、前記ドライバ集積回路において実行される、請求項1に記載の方法。
  3. 1つのチャネルにつき2つのマルチビット振幅値が提供される、請求項2に記載の方法。
  4. 1つのチャネルにつき3つ又は4つ以上のマルチビット振幅値が提供される、請求項2に記載の方法。
  5. 前記駆動信号にパルス幅変調を加えるステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記パルス幅変調が、プログラム可能な遷移エッジ遅延を用いて加えられる、請求項5に記載の方法。
  7. 立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの両者がプログラム可能である、請求項6に記載の方法。
  8. 前記プリンティング用途が用紙印刷を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記プリンティング用途がリソグラフィを含む、請求項1に記載の方法。
  10. 前記プリンティング用途がCTP用途のためのプレートを含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記照明装置モジュールにより生成される駆動信号が光変調器アレイを駆動する、請求項1に記載の方法。
  12. 前記照明装置モジュールにより生成される駆動信号が直接的な光発生器アレイを駆動する、請求項1に記載の方法。
  13. プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置アレイを駆動するための装置であって、
    バイナリイメージデータを受信するよう構成されたドライバ集積回路と、
    1つのチャネルにつき少なくとも2つのマルチビット振幅値を記憶するための前記ドライバ集積回路内の記憶装置と、
    少なくとも1つのイメージビットの値に応じて複数のマルチビット振幅値のうちの1つを選択するよう構成された各チャネル毎の選択回路と
    を含む、プリンティング用途において複数のチャネルを有する照明装置アレイを駆動するための装置。
  14. 前記選択回路がマルチプレクサを含み、該マルチプレクサの出力が前記イメージビットの値によって決まるものである、請求項13に記載の装置。
  15. 前記ドライバ集積回路が、1つのチャネルにつき3つ又は4つ以上のマルチビット振幅値を記憶するよう構成されている、請求項13に記載の装置。
  16. 前記ドライバ集積回路がパルス幅変調(PWM)モードを提供するよう構成され、該PWMモードが、前記駆動信号にパルス幅変調を加え、及び独立したPWMクロックを使用する、請求項13に記載の装置。
  17. 前記PWMモードにおいて、パルス幅変調が、データ遷移エッジについてのプログラム可能な遅延を介して可能となる、請求項16に記載の装置。
  18. 立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両者がプログラム可能である、請求項17に記載の装置。
  19. 前記ドライバ集積回路が、前記パルス幅変調がディセーブルにされるビデオモードを有するよう更に構成される、請求項16に記載の装置。
  20. 前記ドライバ集積回路が、グローバル論理回路と照明装置アレイの各チャネル毎の画素チャネル回路とを有するよう構成され、データ及びアドレスバスが、前記グローバル論理回路から各チャネル毎の前記画素チャネル回路への通信を提供する、請求項13に記載の装置。
  21. 前記プリンティング用途が、用紙印刷、リソグラフィ、及びCTP用途からなるグループのうちの1つの用途である、請求項13に記載の装置。
  22. 前記照明装置モジュールが、光変調器モジュールからなる、請求項13に記載の装置。
  23. 前記照明装置モジュールが、直接的な光発生器アレイからなる、請求項13に記載の装置。
  24. 複数のチャネルを有する照明装置モジュールへ駆動信号が提供されるプリンティングシステムであって、
    複数のイメージビットからなるバイナリイメージデータをデータソースから照明装置モジュールへ提供する手段と、
    各イメージビットを前記照明装置モジュール内でマルチビット振幅値へと変換する手段とを含み、
    各イメージビットのマルチビット振幅値への前記変換が、少なくとも該イメージビットの値と該イメージビットにどのチャネルが関連しているかに依存するものである、
    複数のチャネルを有する照明装置モジュールへ駆動信号が提供されるプリンティングシステム。
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