JP3404061B2 - 光学イメージバー - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般には、光学イメー
ジバー印刷、より詳細には、イメージバーのための電極
アレー構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】定義によれば、「光学イメージバー」
は、通例は電気入力信号の情報内容によって表現された
空間パターンを相当する光強度プロフィルへ変換する光
学的画素発生器アレーである。光学イメージバーはさま
ざまな用途があり、多くの異なる利用分野があるが、光
学イメージバーの開発に注がれた努力および費用のかな
りの部分は、それらを電子写真印刷に利用することに向
けられてきた。 【０００３】ある種のイメージバーは、米国特許第4,39
6,252 号に記載されているように、電気光学（electro-
optical;ＥＯと略す) 全反射空間光変調器の使用に基づ
いている。光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶など透明
なＥＯ素子の反射面に隣接して保持され、横方向に一定
間隔で配置された、個別にアドレス可能な一組の電極よ
り成っている。使用中、ＥＯ素子のほぼ全幅が、横断方
向に平行にされた光ビームによって照明される。この光
ビームは、反射面に対し俯角入射角（grazingangle of
incident ) でＥＯ素子に当たって反射面の楔形焦点に
達し、そこから全反射される。 【０００４】個別にアドレス可能な一組の電極に対し線
形画素パターンを表す電圧が印加され、それにより局部
フリンジ電界がＥＯ素子に結合される。これらの局部フ
リンジ電界はＥＯ素子の屈折率に局部的変化を生じさせ
るので、光ビームがＥＯ素子を通過すると、光ビームの
波面が画素パターンに従って空間的に位相変調される。
この過程が一連の画素パターンについて繰り返され、そ
の結果、光ビームの波面はそれらの画素パターンの連続
する画素に従って時間の関数として空間的に位相変調さ
れる。 【０００５】上記の光変調器をイメージバーに利用する
場合、光ビームの位相変調された波面を対応する一連の
光強度プロフィルへ変換するために、シュリーレン光学
装置が使用される。印刷機能を実行する場合には、これ
らの光強度プロフィルは、連続する画素パターンによっ
て定義されるイメージに従ってゼログラフィー受光体な
どの感光性記録媒体を露光するため使用される。 【０００６】米国特許第4,940,314 号 (1990年７月10日
発行) は、ＥＯイメージバーによって生成された画素の
有効直径（等倍率で１／２パワー点間で測定したもの）
がその電極の中心間距離のほぼ１／２であるという問題
に取り組んでいる。ＥＯイメージバーは、空間的量子化
エラーによるイメージの歪みを生じるほか、特徴として
画素間に強度空白が生じる傾向がある。 【０００７】上記米国特許は、離散光学イメージバーが
異なる中心波長で複数の独立した画素パターンを順次発
生し、プリズム装置がそれぞれの波長に従ってこれらの
画素パターンを分散させてイメージバーの空間的アドレ
ス指定能力を受動的に向上させる技法を開示している。
画素パターンが出力像面上で画素パターンの画素中心間
距離より短い距離だけ互いに横方向にずれるように、画
素パターンの波長、プリズム装置の角度分散、およびそ
の分散が有効である光学的アームの長さが選定される。
一般に、画素パターンの波長は周期的にせよ再起的にせ
よ変化するので、画素パターンは所定の格子状飛越しパ
ターン（interlacing pattern)に従って飛び越しされ
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的な動きまたは多波長光源の助けを借りずに、離散イメ
ージバーの空間的アドレス指定能力を向上させる技法を
提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、１画素当たり
複数（Ｎ個）の電極を使用することによって、特有の画
素中心間距離（画素ピッチ）を有する光学イメージバー
のアドレス指定能力を向上させることを考えている。１
画素当たり１個の電極を使用する従来の光学イメージバ
ーに比べて、この構成は、電位の遷移（画素の中心を定
める）に対しＮ倍も多い画素位置を与える。 【００１０】１画素当たり複数個の電極を使用して、飛
び越し（interlacing)を実行することができる。これ
は、すべての画素位置をある直線上に一様な画素間隔で
配置し、次にすべての画素位置を１電極間隔だけ平行移
動させ、すべての画素位置を次の直線上に移動させるこ
とで達成することができる。 【００１１】出力イメージは、電極に印加する入力デー
タ電圧パターンと、イメージバーの空間周波数応答によ
って決まる。可能な範囲で、隣接する電極間の各電圧段
階ごとにＯＮ画素が１つ存在すること、そして個々の画
素はデータパターンに関係なく実質上同じ形状およびサ
イズであることが望ましい。本発明は、電極間の電圧差
から生じる画素のサイズと品質は、主として全イメージ
バーの空間周波数応答（これは電極を細分しても実質的
に変わらない）によって決まるという認識に基づいてい
る。従って、望ましい空間周波数応答が得られるように
パラメータ値を選択することにより、一組の好ましい物
理的パラメータを決定することができる。これは、物理
的パラメータが周波数応答に影響を与えるやり方をよく
理解することによって可能である。 【００１２】空間周波数応答を最適にするパラメータ値
は必ずしも回折効率を最適にするとは限らないこと、ま
た別の考察は最適でない値を指示することもあることが
判った。たとえば、回折効率を最適にするけれども、空
間周波数応答を最適にしない照明条件や電極長さを使用
する必要がある場合もある。そのような照明条件の下
で、時には補償フィルタを使用することによって、望ま
しい周波数応答を得ると同時に、回折効率と空間周波数
応答を最適にすることが可能である。補償フィルタは、
他のパラメータに基づいて問題の周波数の全範囲にわた
って空間周波数応答を定めるようにように選定すること
ができる。 【００１３】 【実施例】図１と図２は、それぞれ、感光性記録媒体１
３の上にイメージを印刷するためのＥＯ空間光変調器１
２を備えたラインプリンタ１０の光学系を示す側面図と
平面図である。図示のように、記録媒体１３は、通常の
駆動機構によって矢印１７の方向に回転される感光ドラ
ム１５である。しかし、感光ベルトや感光板のほか、感
光フィルムや感光紙を含む、他のゼログラフィー記録媒
体や非ゼログラフィー記録媒体を使用することもでき
る。従って、一般的なケースでは、記録媒体１３は、変
調器１２に対し行ピッチ方向に進行するとき露光される
感光性記録媒体として視覚化される。 【００１４】図３は、ＥＯ空間光変調器１２の部分切除
底面図である。標準的な実施に合わせて、変調器１２は
透明なＥＯ素子２０（たとえば、ニオブ酸リチウムの光
学的に研磨されたｙカット結晶）と、複数の個別にアド
レス可能な電極２２より成る。電極２２は、ＥＯ素子２
０の縦方向反射面２５の上に堆積させるか、または密着
して保持される。たとえば、電極２２は、ＶＬＳＩシリ
コン回路２７上のそれらのアドレス指定／駆動エレクト
ロニクスと一体構造にすることができる。変調器１２
は、電極を反射面に圧接させて（図示してないが、通常
の機構によって）組み立てることができる。一般に、電
極２２は、ＥＯ素子２０に沿って縦方向に延び、横方向
にほぼ等間隔で配置される。 【００１５】使用中、照明装置３０は横方向に平行にさ
れた光ビーム３２を供給する。光ビームは、もし必要な
らば、ＥＯ素子２０の全幅を照明するため（図示してな
いが、通常の光学素子によって）拡大される。光ビーム
３２は、俯角入射角に近い角度でＥＯ素子の反射面上の
楔形焦点に当てられ、そこから全反射される。そのと
き、電極に連続するデータサンプルセットが順次印加さ
れ、それによりＥＯ素子２０を通過するとき、光ビーム
３２の位相面が連続する画素パターンに従って時間の関
数として空間的に変調される。 【００１６】ＥＯ素子２０に対する光ビームの方向は、
俯角（grazing angle)γとスキュー角(skew angle)θに
よって表される。俯角は光ビームの中心と反射面の平面
のなす角度（変調器の外側で測定する）である。スキュ
ー角は電極の方向に対する光ビームの投射角である。図
面はスキュー角が零の場合を示す。 【００１７】中央暗視野シュリーレン像形成装置３５
（図１および図２）は、光ビーム３２の位相変調された
波面を対応する強度プロフィルへ変換する。この照明装
置３０を含む変調器１２とシュリーレン像形成装置３５
との組合せは、ここで離散イメージバー４０と呼ぶもの
の一例である。 【００１８】中央暗視野シュリーレン像形成装置３５の
対物レンズ４２は、光ビーム３２の横方向に平行にされ
た０次回折成分（図２に実線の光線で代表して示す）を
不透明絞り４３上に集束させる。ＥＯ素子２０と対物レ
ンズ４２間の距離は誇張して描いてある。特定の実施例
においては、レンズ４２が視野レンズとして作用するよ
うに両者は近接している。視野レンズ４２の近焦点面の
中央に絞り４３が配置されているので、光ビーム３２の
０次成分は遮られるが、高次成分（図２に１画素のため
の点線の円錐と点線の光線で代表して示す）は、絞り４
３のまわりを散乱し、像形成レンズ４５によって集束さ
れる。レンズ４５は、それらの高次成分を所定の倍率で
記録媒体１３の上に結像させる。 【００１９】以下説明するように、像形成装置３５は遠
視野面（far field plane; 絞り４３と同じ平面でもよ
い）に配置された補償空間フィルタ４７を有する。この
空間フィルタは、望ましい均一なサイズの画素を形成す
るため、イメージバーの空間周波数応答を最適にする１
つの方法として使用される。 【００２０】図４は、データを電極２２へ伝達し、かつ
照明装置３０を制御する回路網を示すブロック図であ
る。以下説明する回路網の基本的タイミングと作用は、
クロック発振器５８によって達成される。入ってきたデ
ータストリームは、データバッファ６５へ入力され、差
動符号器６７で符号化され、アドレス復号回路網７０へ
送られる。制御器７５は、バッファ６５および符号器６
７を通過するデータの流れを管理し、そして順次アドレ
スを復号回路網７０に与えて、データローディング期間
の間に１行のデータを電極２２に印加させる。データ値
に相当する電圧は、次のデータ保持期間の間、電極上に
保持される。照明装置はデータ保持期間の間オンオフさ
れて、１行のデータが記録される。このプロセスが以後
の行について繰り返される。 【００２１】図５および図６は、典型的な従来の構成の
場合の画素と電極の関係を示す。図５の上半分は、一組
の電極１０５，１０７，１０８，１１０上の差動的符号
化電圧のパターンから生じた一対の隣接する画素１０
２，１０３を示す。従来の構成の場合、画素は、画素中
心間距離（画素ピッチ）Ｐ（これは、電極中心間距離と
も一致する）によって特徴が表される。隣接するＯＮ画
素は接触円として図示してあるが、画素を横切る強度分
布は、典型的な画素が約Ｐ／２の１／２強度の所に全幅
をもつような分布であり、従って画素は画素間の空白に
特徴があることを理解されたい。 【００２２】異なる電圧である電極間の場所にＯＮ画素
が生成されるように、データは差動的に符号化される。
図５の電極上の電圧は、０，Ｖ，０，０，であり、電極
上の信号の差動的符号化によって、電極１０５と１０７
の間に中心のあるＯＮ画素と、電極１０７と１０８の間
に中心のあるＯＮ画素が得られる。上に述べたように、
電極１０５と１０７間の電圧差と、電極１０７と１０８
間の電圧差によって生じた変調の結果、ＯＮ画素が生じ
る。電極１０８と１１０の間には電圧差は存在しないの
で、ＯＮ画素は形成されない。図５は、さらに、ＥＯ素
子２０の表面におけるおおよその電位、合成電界によっ
て生じた電気光学的位相シフトの振幅、およびシュリー
レン像形成装置３５の像面に生じる光学的強度を示す。 【００２３】画素位置の最小横方向移動は電極間隔によ
って決まる。図６に示すように、電圧パターンを１電極
間隔だけ右へ移動させると、対応する移動が画素パター
ンに生じる。従って、画素パターンを全画素幅より少な
い量だけ移動させたほうが望ましいと認めたときは、従
来の装置は望ましい変位を生じさせるため、機械的手段
または光分散手段を使用していた。 【００２４】図７および図８は、それぞれ、本発明によ
る１画素当たり複数の電極構成と、その電極構成を使用
した場合の可能な最小横方向移動を示す。図７は、一組
の電極対１１５ａ，ｂ、１１７ａ，ｂ、１１８ａ，ｂ、
および１２０ａ，ｂ上の一組の電圧によって生じた一対
のＯＮ画素１１２，１１３を示す。この場合、電極は
Ｐ′＝Ｐ／２の中心間隔を有するが、電圧は２個の電極
ごとに１回以上多く変化しない。従って、最小ＯＮ画素
中心間隔は、２Ｐ′（＝Ｐ）である。図７は、さらに、
この電極構成の場合の電位、電気光学的位相シフトの振
幅、および光学的強度を示す。 【００２５】図８は、電圧パターンを１電極間隔だけ右
へ移動させたとき得られる画素パターンを示す。この場
合には、画素は同じ最小画素ピッチＰおよびサイズを維
持するが、Ｐ′（＝Ｐ／２）の距離だけ移動する。 【００２６】遷移の区分（separation of transition)
を電極ピッチＰ′に近づけることによって、画素をより
近接させて詰めることが可能なことは、一見して明らか
である。しかし、隣接するＯＮ画素の間に過大な干渉が
生じるであろう。 【００２７】１画素間隔当たり２個の電極の特定例につ
いて説明したが、本技法は１画素当たり複数（Ｎ個）の
電極（すなわち、電極ピッチＰ′は最小画素ピッチの１
／Ｎ倍に等しい）へ簡単に拡張される。このケースで
は、上述の制約は、符号化によって、同一電位である少
なくともＮ個の電極のグループが生じなければならない
ことである。しかし、同一電位である電極のグループは
Ｎの整数倍数である必要はない。従って、向上したアド
レス指定能力は、ＮＰ′の整数倍数以外の区分にＯＮ画
素を与えるが、依然として遷移の区分は少なくともＮ
Ｐ′にすべきであるという制約を受ける。 【００２８】本発明を使用して、飛び越し（interlacin
g)を実施することができる。これは、ある行の上にすべ
ての画素位置を画素間隔Ｐで等間隔で配置し、次にすべ
ての画素位置を電極間隔（Ｐ／Ｎ）だけ平行移動させ、
次の行の上に移動させることによって行われる。上述の
特定のケース（すなわち、Ｎ＝２）は、２行飛び越しが
可能であるので、実用上重要である。これは、典型的な
画素サイズがほぼＰ／２の直径であり、したがって飛び
越しによって画素間空白が充填されることを意味する。
本方法は、本質的に、クロス走査イメージ平行移動を行
わせて、連続する走査線間の記録媒体の動きを補償する
するものではないことに留意されたい。記録媒体が各走
査線グループごとに停止しない限り、図９に示すよう
に、ダイヤモンド形飛び越しラスターが生じる。長方形
ラスターデータをダイヤモンド形格子に直接記録すれ
ば、飛び越し行に沿った１つおきの画素について系統的
なクロス走査変位が生じるであろう。これは、イメージ
の内容、記録方法、および視覚効果によっては、重大な
効果をもたらすかもしれないし、そうでないかもしれな
い。たとえば、ディジタルフォントデザインを修正して
使用し、これを補償することができる。たとえば、読込
み抽出場所がイメージエッジ場所とは本質的に無関係で
ある電子複写装置の場合のように、記録情報を適切に空
間的に抽出したり、あるいは補間する場合には、ダイヤ
モンド形飛び越しラスターが有利なことがある。 【００２９】図１０は、クロス走査補償を用いた飛び越
しの結果を示す。 【００３０】図１１は、飛び越したデータセットの間で
変調器を迅速に切り換えることによって、どのように変
位の影響を無視することができるかを示す。これは、デ
ータ行を再書込みするか（これには、拡大した変調器デ
ータ入力帯域が必要である）、または２飛び越し行のデ
ータの内部記憶装置を備えたＶＬＳＩドライバチップを
用いるかして、実行することができるであろう。 【００３１】出力イメージは、電極に印加される入力デ
ータ電圧パターンと、全光学系の空間周波数応答によっ
て決まる。全光学系の空間周波数応答は、変調器自体の
固有の周波数応答と光学系の他の部分たとえば空間フィ
ルタ（もし、あれば）の周波数応答とによって決まる。
できる限り、隣接電極間の各電圧段階ごとにＯＮ画素が
存在すること、およびデータパターンに関係なく、個々
の画素の形状およびサイズが実質上同じであることが望
ましい。 【００３２】変調器の固有の空間周波数応答は、材料の
電気的性質と光学的性質、および電極の幾何学的形状
（長さとピッチ）によって決まる。さらに、全周波数応
答は、照明条件と空間フィルタによって決まる。以下に
論じるように、漏話を抑制し、しかも高い効率、均一な
画素サイズおよび形状が得られる物理的な構成を選択す
ることができる。 【００３３】正規化した俯角Ｇ0 とスキュー角Ｓ0 をイ
ンターオーダー角（inter-order angle ; ０次回折と１
次回折の区分）の単位で定義し、そして正規化した空間
周波数Ｆ、駆動電圧ＶT 、および電極長さＱ0 を以下の
ように定義すると便利である。 Ｇ0 ＝γ/(λ／ｎΛ0 ） Ｓ0 ＝θ/(λ/(ｎΛ0 ） Ｆ ＝ｆΛ0 Ｑ0 ＝２πＬλ/(ｎΛ0 2 ) ＶT ＝２πｎ4 ｒΛ0 ｖ(f)/λ2 ここで、γ＝俯角（ＥＯ素子の表面と光ビームのなす
角） θ＝スキュー角（電極の方向と光ビームのなす角） ｆ＝空間周波数 ｖ(f) ＝空間周波数ｆにおける全反射表面電位スペクト
ル成分のピークピーク電圧 Ｌ＝電極の長さ λ＝光の波長 ｎ＝屈折率 Λ0 ＝ＥＯ空間変調周期（電極ピッチの２Ｎ倍すなわち
最小画素ピッチＰの２倍） 【００３４】回折効率ηは、平面波照明の場合の空間周
波数の関数として、長い電極長さの場合の物理光学回折
理論の結果（高空間周波数のとき正しい結果が得られ
る）と、有限電極長さの場合の幾何光学回折解析の結果
（全反射回折抑制効果が小さい低空間周波数のとき妥当
である）を組み合わせることにより概算することができ
る。得られた回折効率ηは次式で表される。 【００３５】 η＝ＨQ 2 ＶT 2 ＥＧ0 ＊Ｒｅ〔（Ｇ0 2−２ＦＳ0 −Ｆ2 ）1/2 〕／Ｄ ここで、Ｅ＝誘電テンソル法線成分と接線成分の比 Ｄ＝｛〔（１−Ｅ）Ｆ＋２Ｓ0 Ｅ〕2 ＋４ＥＧ0 2｝２ ＨQ ＝１−ｅｘｐ〔−｜Ｆ｜Ｇ0 Ｑ0 ／（２Ｅ1/2 ）〕 【００３６】量ＶT は、空間周波数の関数であって、空
間周波数における全反射表面電位成分のピークピーク電
圧であるＶ（ｆ）の正規化バージョンである。データは
存在する空間周波数を定義しているので、量ＶT は電極
上の符号化データによって決まる。すべての画素がＯＮ
の場合、電圧は電極から電極へ交互になる結果、空間周
期は画素ピッチの２倍であり、空間周波数はその逆数で
あり、正規化周波数Ｆ＝１である。この場合、Ｖの値は
印加電圧にほぼ等しく、１に近い幾何学的係数（電極間
の隙間に対する電極幅で決まる）によって異なる。 【００３７】上式は一次回折理論を示しており、約３０
％までの回折効率について妥当であることに留意された
い。３０％を越えると、非線形多重散乱効果が重要にな
ってくるので、線形システム周波数応答解析では十分で
ないことがある。周波数応答の振幅は次式で表される。 Ｈ（Ｆ）＝η1/2 ｓｇｎ（Ｆ）／ＶT 【００３８】差分符号化を使用する場合には、ある点に
おける回折光の光学振幅は、画素ピッチ（１画素当たり
Ｎ電極の場合、電極ピッチのＮ倍である）だけ離れた点
と点の電位差に比例していることが望ましい。これに
は、有限差分演算子として知られる線形演算子に似た応
答が必要である。 【００３９】図１２と図１３は、それぞれ、理想ステッ
プ入力と、間隔Ｐ（Ｐ＝画素ピッチ）に及ぶステップ入
力に対する有限差分応答を示す。図１４と図１５は、そ
れぞれ、非理想ステップ入力と、それに対する有限差分
応答を示す。有限差分演算子Δ（Ｐ）は、図１６に示す
ように、奇数インパルス対として次式で表すことができ
る。 【００４０】 Δ（Ｐ）＝δ（ｘ＋Ｐ／２）−δ（ｘ−Ｐ／２） 【００４１】周波数応答は、有限差分演算子のフーリェ
変換によって得られる。図１７は差分符号化による操作
の場合の最適周波数応答を示す。応答は、ｓｉｎ（πＦ
／２）として変化する。ここで、Ｆ＝１（ｆ＝１／（２
Ｆ））は、基本的な「全画素ＯＮ」回折成分に対応す
る。図１８は、空間周波数範囲 −２≧Ｆ≧２ にわた
って理想的な応答を追従する許容可能な応答を示す。こ
こで、Ｆ＝２（ｆ＝１／Ｐ）は、望ましい周波数応答の
最初の０である。１画素当たり１電極の符号化の場合
や、すべての正規化が電極ピッチの２Ｎ倍（すなわち、
画素ピッチの２倍）の項で表されるより一般的なケース
の場合には、より高い周波数における応答は、それらの
成分が画素プロフィルのエッジの鮮明度に貢献するだけ
であるので、必要ない。 【００４２】図１９は、長い電極および大きな俯角の極
限における周波数応答を示す。応答は、望ましい周波数
応答からかなり異なっているが、望ましい周波数応答が
得られるように物理的パラメータを仕立てることができ
る。 【００４３】長い電極の極限においては、Ｆ＝１での効
率は、比較的小さい俯角のとき最大になる。しかし、小
さい俯角の場合、一定の、より高い、有限空間周波数の
とき、量（Ｇ0 2−２ＦＳ0 −Ｆ2 ）は負になる。従っ
て、応答は、有限空間周波数より上でカットオフする。
幸運にも、このカットオフを利用して、図１９の空間周
波数応答を図１８の空間周波数応答により一致させるこ
とができる。 【００４４】軸方向照明（Ｓ0 ＝０）の場合は、Ｇ0 ≧
Ｆのとき（すなわち、一定の空間周波数の場合のインタ
ーオーダー回折角が、入力俯角に等しいか、それ以上で
あるとき）、カットオフが生じる。軸方向照明は、その
応答は差分符号化が必要なときＦに対し非対称であるの
で、特に興味を引く。２よりかなり小さいＧ0 を使用す
れば、Ｆ＝２以下の差分符号化のために望ましい周波数
応答の一部が切り捨てられるであろう。他方、２よりか
なり大きいＧ0 を使用すれば、回折効率は低下し、周波
数応答はＦ＝２にカットオフを有するＦ＝２以下の望ま
しい形から逸脱するであろう。したがって、Ｇ0 ＝２お
よびＳ0 ＝０は、差分符号化変調器にとって好ましい照
明条件である。図２０は、Ｇ0 ＝２、Ｓ0 ＝０、長い電
極の場合の空間周波数応答を示す。 【００４５】注目すべき重要なことは、周波数範囲 −
１≦Ｆ≦１ で望ましい周波数応答を得るには、追加条
件が必要なことである。この周波数応答を修正する２つ
のアプローチは、最適電極長さを選定することと、特別
に構成された光学的空間周波数応答フィルタを提供する
である。 【００４６】もし電極長さが比較的短ければ、効率方程
式における係数ＨQ 2 の依存関係が明らかになる。実際
に、ＨQ は、Ｆの関数としてほぼ線形であり、これは、
Ｆの小さい値ではＦの正弦関数に近いことを意味する。
図２１は、有限電極長さの場合の周波数応答を示す。適
当な電極長さを選択することによって、低周波数領域に
おける周波数応答を望ましい応答に適合させることがで
きる。より詳細には、Ｆ≪１のとき、ＨQ ≒ｓｉｎ（Ｆ
Ｇ0 ／（２Ｅ1/2 ））であり、Ｑ0 ＝πＥ1/2／Ｇ0 の
とき、ＨQ はｓｉｎ（πＦ／２）に等しい。図２２に示
すように、これは最適周波数応答を与える。物理的変数
の項で表すと、これは、Ｌ＝Ｅ1/2 Λ0／（２γ）＝Ｅ
1/2 Ｐ／γになる。 【００４７】この最適電極長さは最適波長と無関係であ
るから、多重波長動作の場合は、広い波長範囲にわたっ
て周波数応答を同時に最適化することができる。これ
は、干渉経路の切捨てが、波長とは無関係な幾何光学的
効果であるからである。接線方向がｚ結晶軸に沿ってお
り、法線方向がｙ結晶軸に沿っているニオブ酸リチウム
における動作では、もしクランプ比誘電率が有効なら
ば、Ｅ＝ 1.54 である（もし非クランプ比誘電率が有効
ならば、Ｅ＝ 2.54 である) 。Ｅ＝ 1.54 、Ｇ0 ＝２の
場合、最適値は、Ｑ0 ＝ 1.95 である。このケースで
は、Ｆ＝１のときＨQ＝ 0.792であるから、決められた
電圧の場合の「全画素ＯＮ」状態のときの効率は、非常
に長い電極に比べて、係数ＨQ 2 ＝ 0.63 だけ減少す
る。代わりに、補償電圧は１／ＨQ ＝ 1.26 だけ増加す
る。（Ｅ＝ 2.54 、Ｇ0 ＝２の場合、Ｑ0＝ 2.50 であ
り、それに応じて他の量が増減する。) 一般に、クラ
ンプ比誘電率は、音響共振より高い周波数で切り換えら
れる電極に適合し、非クランプ比誘電率は音響共振より
低い周波数で切り換えられる電極に適合する。 【００４８】従って、電極長さに対する回折効率の依存
関係から、望ましい空間周波数応答が得られる電極長さ
を選択することができる。しかし、画素漏話抑制を最適
化する電極長さは、別の観点から必ずしも望ましい電極
長さであるとは限らない。前に述べたように、最適の電
極長さは、効率を低下させ、かつ必要駆動電圧を大きく
する。また、短い電極は正しく整列させることが難し
く、そのことも、より長い電極に有利に作用する。 【００４９】上の議論は、一般に、正規化変数について
のものであり、最適の電極長さに関する記述は、一定の
最小画素ピッチＰを仮定している。しかし、もし正規化
パラメータを一定に維持しながら、ピッチＰを増すこと
（電極を広い間隔で配置すること）が許されれば、効率
と周波数応答の両方を最適化する物理的に長い電極を得
ることができる。 【００５０】変調器の低空間周波数応答を最適化するた
めに必要であるよりも長い電極を使用することが望まし
い限度までは、望ましいシステム応答を与える空間フィ
ルタ（補償フィルタ）を長い電極を一緒に使用すること
ができる。図２０に示すように、変調器の応答にカット
オフが生じるように照明条件を選定したと仮定すると、
空間フィルタは、Ｆの絶対値が約１以下のとき振幅が｜
ｓｉｎ（πＦ／２）｜、そして強度がｓｉｎ2 （πＦ／
２）に近い透過特性を有すべきである。これは、スケー
リング関係ｘ＝Ｚf Ｆλ／（２Ｐ）により、空間周波数
平面ｘ内の実際の物理的空間寸法の項で表すことができ
る。ここで、Ｚf は対物レンズ４２の焦点距離である。
図２３および図２４は、望ましい周波数応答を得るため
使用できる補償フィルタの振幅プロフィルと強度プロフ
ィルを示す。このフィルタは、純吸収フィルタに相当
し、可変濃度感光乳剤などの手段によって容易に実現可
能であり、また利用可能である。 【００５１】以上の考察とは無関係に、０次ビームを適
当に減衰させて、シュリーレン像形成のコントラストを
十分に高くするため、絞りが必要である。もし０次ビー
ムが十分に平行にされていれば、領域 - 0.1≦Ｆ≦0.1
では正弦フィルタの透過率が小さいので（１％以下）、
補償フィルタは絞りの機能を果たすことができる。しか
し、もし光学系の収差のため、０次ビームが全像面にわ
たって狭く集束しなければ、追加の高吸収（high absor
ption)絞りを使用してもよい。この絞りは、補償フィル
タが同時に存在するので、テーパー付きでなくともよ
い。 【００５２】もし、なんらかの理由で、最適でない俯角
および電極長さを使用する必要があれば、補償空間フィ
ルタを単独で使用することによって、望ましい周波数応
答を得ることができる。たとえば、長い電極および大き
な角のケースでは、フィルタは、｜Ｆ｜＝２のとき振幅
が｜ｓｉｎ（πＦ／２）｜、そして強度が ｓｉｎ
2（πＦ／２）に比例する透過特性を有するべきであ
る。図２５および図２６に、そのフィルタ特性を示す。
このフィルタは、変調器の基本周波数（Ｆ＝１）におい
て吸収を必要としない（全画素ＯＮ応答）。吸収は、過
剰な光を減らし、変調されたパターンの画素のみを迎え
入れる。図２７は、｜Ｆ｜＝２より上の光が遮られるこ
とを示す簡単な略図である。図２７は、さらに、フィジ
カルデバイスに対する応答を示す。 【００５３】 【発明の効果】以上の説明から、本発明により、ＥＯ空
間光変調器の空間アドレス指定能力を向上させる技法が
提供されたことが判る。これは、設計を１画素当たりＮ
個の電極を含む構成へ修正することによって達成され
る。しかし、１画素当たり１電極の構成の場合の動作を
最適にするための条件は、多電極の場合にも同様に当て
はまる。 【００５４】多くの実施例について一通り説明したが、
さまざまな修正物、代替物、および均等物を使用するこ
とができる。たとえば、中央明視野装置（central brig
ht field system ) （図示せず）を使用して、変換プロ
セスを行うことができるであろう。しかし、上記の変更
により、光ビーム３２の波面の局部位相変調に対し強度
プロフィル内の個々の画素の論理的関係は逆になること
を理解されたい（すなわち、過程が論理的関係の逆転を
考慮に入れない限り、「明」画素は「暗」画素になるで
あろう。逆も同様である）。そのようなケースでは、イ
メージバーの空間周波数応答を最適にする独自の技法は
違ったものになるであろう。
ジバー印刷、より詳細には、イメージバーのための電極
アレー構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】定義によれば、「光学イメージバー」
は、通例は電気入力信号の情報内容によって表現された
空間パターンを相当する光強度プロフィルへ変換する光
学的画素発生器アレーである。光学イメージバーはさま
ざまな用途があり、多くの異なる利用分野があるが、光
学イメージバーの開発に注がれた努力および費用のかな
りの部分は、それらを電子写真印刷に利用することに向
けられてきた。 【０００３】ある種のイメージバーは、米国特許第4,39
6,252 号に記載されているように、電気光学（electro-
optical;ＥＯと略す) 全反射空間光変調器の使用に基づ
いている。光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶など透明
なＥＯ素子の反射面に隣接して保持され、横方向に一定
間隔で配置された、個別にアドレス可能な一組の電極よ
り成っている。使用中、ＥＯ素子のほぼ全幅が、横断方
向に平行にされた光ビームによって照明される。この光
ビームは、反射面に対し俯角入射角（grazingangle of
incident ) でＥＯ素子に当たって反射面の楔形焦点に
達し、そこから全反射される。 【０００４】個別にアドレス可能な一組の電極に対し線
形画素パターンを表す電圧が印加され、それにより局部
フリンジ電界がＥＯ素子に結合される。これらの局部フ
リンジ電界はＥＯ素子の屈折率に局部的変化を生じさせ
るので、光ビームがＥＯ素子を通過すると、光ビームの
波面が画素パターンに従って空間的に位相変調される。
この過程が一連の画素パターンについて繰り返され、そ
の結果、光ビームの波面はそれらの画素パターンの連続
する画素に従って時間の関数として空間的に位相変調さ
れる。 【０００５】上記の光変調器をイメージバーに利用する
場合、光ビームの位相変調された波面を対応する一連の
光強度プロフィルへ変換するために、シュリーレン光学
装置が使用される。印刷機能を実行する場合には、これ
らの光強度プロフィルは、連続する画素パターンによっ
て定義されるイメージに従ってゼログラフィー受光体な
どの感光性記録媒体を露光するため使用される。 【０００６】米国特許第4,940,314 号 (1990年７月10日
発行) は、ＥＯイメージバーによって生成された画素の
有効直径（等倍率で１／２パワー点間で測定したもの）
がその電極の中心間距離のほぼ１／２であるという問題
に取り組んでいる。ＥＯイメージバーは、空間的量子化
エラーによるイメージの歪みを生じるほか、特徴として
画素間に強度空白が生じる傾向がある。 【０００７】上記米国特許は、離散光学イメージバーが
異なる中心波長で複数の独立した画素パターンを順次発
生し、プリズム装置がそれぞれの波長に従ってこれらの
画素パターンを分散させてイメージバーの空間的アドレ
ス指定能力を受動的に向上させる技法を開示している。
画素パターンが出力像面上で画素パターンの画素中心間
距離より短い距離だけ互いに横方向にずれるように、画
素パターンの波長、プリズム装置の角度分散、およびそ
の分散が有効である光学的アームの長さが選定される。
一般に、画素パターンの波長は周期的にせよ再起的にせ
よ変化するので、画素パターンは所定の格子状飛越しパ
ターン（interlacing pattern)に従って飛び越しされ
る。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的な動きまたは多波長光源の助けを借りずに、離散イメ
ージバーの空間的アドレス指定能力を向上させる技法を
提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、１画素当たり
複数（Ｎ個）の電極を使用することによって、特有の画
素中心間距離（画素ピッチ）を有する光学イメージバー
のアドレス指定能力を向上させることを考えている。１
画素当たり１個の電極を使用する従来の光学イメージバ
ーに比べて、この構成は、電位の遷移（画素の中心を定
める）に対しＮ倍も多い画素位置を与える。 【００１０】１画素当たり複数個の電極を使用して、飛
び越し（interlacing)を実行することができる。これ
は、すべての画素位置をある直線上に一様な画素間隔で
配置し、次にすべての画素位置を１電極間隔だけ平行移
動させ、すべての画素位置を次の直線上に移動させるこ
とで達成することができる。 【００１１】出力イメージは、電極に印加する入力デー
タ電圧パターンと、イメージバーの空間周波数応答によ
って決まる。可能な範囲で、隣接する電極間の各電圧段
階ごとにＯＮ画素が１つ存在すること、そして個々の画
素はデータパターンに関係なく実質上同じ形状およびサ
イズであることが望ましい。本発明は、電極間の電圧差
から生じる画素のサイズと品質は、主として全イメージ
バーの空間周波数応答（これは電極を細分しても実質的
に変わらない）によって決まるという認識に基づいてい
る。従って、望ましい空間周波数応答が得られるように
パラメータ値を選択することにより、一組の好ましい物
理的パラメータを決定することができる。これは、物理
的パラメータが周波数応答に影響を与えるやり方をよく
理解することによって可能である。 【００１２】空間周波数応答を最適にするパラメータ値
は必ずしも回折効率を最適にするとは限らないこと、ま
た別の考察は最適でない値を指示することもあることが
判った。たとえば、回折効率を最適にするけれども、空
間周波数応答を最適にしない照明条件や電極長さを使用
する必要がある場合もある。そのような照明条件の下
で、時には補償フィルタを使用することによって、望ま
しい周波数応答を得ると同時に、回折効率と空間周波数
応答を最適にすることが可能である。補償フィルタは、
他のパラメータに基づいて問題の周波数の全範囲にわた
って空間周波数応答を定めるようにように選定すること
ができる。 【００１３】 【実施例】図１と図２は、それぞれ、感光性記録媒体１
３の上にイメージを印刷するためのＥＯ空間光変調器１
２を備えたラインプリンタ１０の光学系を示す側面図と
平面図である。図示のように、記録媒体１３は、通常の
駆動機構によって矢印１７の方向に回転される感光ドラ
ム１５である。しかし、感光ベルトや感光板のほか、感
光フィルムや感光紙を含む、他のゼログラフィー記録媒
体や非ゼログラフィー記録媒体を使用することもでき
る。従って、一般的なケースでは、記録媒体１３は、変
調器１２に対し行ピッチ方向に進行するとき露光される
感光性記録媒体として視覚化される。 【００１４】図３は、ＥＯ空間光変調器１２の部分切除
底面図である。標準的な実施に合わせて、変調器１２は
透明なＥＯ素子２０（たとえば、ニオブ酸リチウムの光
学的に研磨されたｙカット結晶）と、複数の個別にアド
レス可能な電極２２より成る。電極２２は、ＥＯ素子２
０の縦方向反射面２５の上に堆積させるか、または密着
して保持される。たとえば、電極２２は、ＶＬＳＩシリ
コン回路２７上のそれらのアドレス指定／駆動エレクト
ロニクスと一体構造にすることができる。変調器１２
は、電極を反射面に圧接させて（図示してないが、通常
の機構によって）組み立てることができる。一般に、電
極２２は、ＥＯ素子２０に沿って縦方向に延び、横方向
にほぼ等間隔で配置される。 【００１５】使用中、照明装置３０は横方向に平行にさ
れた光ビーム３２を供給する。光ビームは、もし必要な
らば、ＥＯ素子２０の全幅を照明するため（図示してな
いが、通常の光学素子によって）拡大される。光ビーム
３２は、俯角入射角に近い角度でＥＯ素子の反射面上の
楔形焦点に当てられ、そこから全反射される。そのと
き、電極に連続するデータサンプルセットが順次印加さ
れ、それによりＥＯ素子２０を通過するとき、光ビーム
３２の位相面が連続する画素パターンに従って時間の関
数として空間的に変調される。 【００１６】ＥＯ素子２０に対する光ビームの方向は、
俯角（grazing angle)γとスキュー角(skew angle)θに
よって表される。俯角は光ビームの中心と反射面の平面
のなす角度（変調器の外側で測定する）である。スキュ
ー角は電極の方向に対する光ビームの投射角である。図
面はスキュー角が零の場合を示す。 【００１７】中央暗視野シュリーレン像形成装置３５
（図１および図２）は、光ビーム３２の位相変調された
波面を対応する強度プロフィルへ変換する。この照明装
置３０を含む変調器１２とシュリーレン像形成装置３５
との組合せは、ここで離散イメージバー４０と呼ぶもの
の一例である。 【００１８】中央暗視野シュリーレン像形成装置３５の
対物レンズ４２は、光ビーム３２の横方向に平行にされ
た０次回折成分（図２に実線の光線で代表して示す）を
不透明絞り４３上に集束させる。ＥＯ素子２０と対物レ
ンズ４２間の距離は誇張して描いてある。特定の実施例
においては、レンズ４２が視野レンズとして作用するよ
うに両者は近接している。視野レンズ４２の近焦点面の
中央に絞り４３が配置されているので、光ビーム３２の
０次成分は遮られるが、高次成分（図２に１画素のため
の点線の円錐と点線の光線で代表して示す）は、絞り４
３のまわりを散乱し、像形成レンズ４５によって集束さ
れる。レンズ４５は、それらの高次成分を所定の倍率で
記録媒体１３の上に結像させる。 【００１９】以下説明するように、像形成装置３５は遠
視野面（far field plane; 絞り４３と同じ平面でもよ
い）に配置された補償空間フィルタ４７を有する。この
空間フィルタは、望ましい均一なサイズの画素を形成す
るため、イメージバーの空間周波数応答を最適にする１
つの方法として使用される。 【００２０】図４は、データを電極２２へ伝達し、かつ
照明装置３０を制御する回路網を示すブロック図であ
る。以下説明する回路網の基本的タイミングと作用は、
クロック発振器５８によって達成される。入ってきたデ
ータストリームは、データバッファ６５へ入力され、差
動符号器６７で符号化され、アドレス復号回路網７０へ
送られる。制御器７５は、バッファ６５および符号器６
７を通過するデータの流れを管理し、そして順次アドレ
スを復号回路網７０に与えて、データローディング期間
の間に１行のデータを電極２２に印加させる。データ値
に相当する電圧は、次のデータ保持期間の間、電極上に
保持される。照明装置はデータ保持期間の間オンオフさ
れて、１行のデータが記録される。このプロセスが以後
の行について繰り返される。 【００２１】図５および図６は、典型的な従来の構成の
場合の画素と電極の関係を示す。図５の上半分は、一組
の電極１０５，１０７，１０８，１１０上の差動的符号
化電圧のパターンから生じた一対の隣接する画素１０
２，１０３を示す。従来の構成の場合、画素は、画素中
心間距離（画素ピッチ）Ｐ（これは、電極中心間距離と
も一致する）によって特徴が表される。隣接するＯＮ画
素は接触円として図示してあるが、画素を横切る強度分
布は、典型的な画素が約Ｐ／２の１／２強度の所に全幅
をもつような分布であり、従って画素は画素間の空白に
特徴があることを理解されたい。 【００２２】異なる電圧である電極間の場所にＯＮ画素
が生成されるように、データは差動的に符号化される。
図５の電極上の電圧は、０，Ｖ，０，０，であり、電極
上の信号の差動的符号化によって、電極１０５と１０７
の間に中心のあるＯＮ画素と、電極１０７と１０８の間
に中心のあるＯＮ画素が得られる。上に述べたように、
電極１０５と１０７間の電圧差と、電極１０７と１０８
間の電圧差によって生じた変調の結果、ＯＮ画素が生じ
る。電極１０８と１１０の間には電圧差は存在しないの
で、ＯＮ画素は形成されない。図５は、さらに、ＥＯ素
子２０の表面におけるおおよその電位、合成電界によっ
て生じた電気光学的位相シフトの振幅、およびシュリー
レン像形成装置３５の像面に生じる光学的強度を示す。 【００２３】画素位置の最小横方向移動は電極間隔によ
って決まる。図６に示すように、電圧パターンを１電極
間隔だけ右へ移動させると、対応する移動が画素パター
ンに生じる。従って、画素パターンを全画素幅より少な
い量だけ移動させたほうが望ましいと認めたときは、従
来の装置は望ましい変位を生じさせるため、機械的手段
または光分散手段を使用していた。 【００２４】図７および図８は、それぞれ、本発明によ
る１画素当たり複数の電極構成と、その電極構成を使用
した場合の可能な最小横方向移動を示す。図７は、一組
の電極対１１５ａ，ｂ、１１７ａ，ｂ、１１８ａ，ｂ、
および１２０ａ，ｂ上の一組の電圧によって生じた一対
のＯＮ画素１１２，１１３を示す。この場合、電極は
Ｐ′＝Ｐ／２の中心間隔を有するが、電圧は２個の電極
ごとに１回以上多く変化しない。従って、最小ＯＮ画素
中心間隔は、２Ｐ′（＝Ｐ）である。図７は、さらに、
この電極構成の場合の電位、電気光学的位相シフトの振
幅、および光学的強度を示す。 【００２５】図８は、電圧パターンを１電極間隔だけ右
へ移動させたとき得られる画素パターンを示す。この場
合には、画素は同じ最小画素ピッチＰおよびサイズを維
持するが、Ｐ′（＝Ｐ／２）の距離だけ移動する。 【００２６】遷移の区分（separation of transition)
を電極ピッチＰ′に近づけることによって、画素をより
近接させて詰めることが可能なことは、一見して明らか
である。しかし、隣接するＯＮ画素の間に過大な干渉が
生じるであろう。 【００２７】１画素間隔当たり２個の電極の特定例につ
いて説明したが、本技法は１画素当たり複数（Ｎ個）の
電極（すなわち、電極ピッチＰ′は最小画素ピッチの１
／Ｎ倍に等しい）へ簡単に拡張される。このケースで
は、上述の制約は、符号化によって、同一電位である少
なくともＮ個の電極のグループが生じなければならない
ことである。しかし、同一電位である電極のグループは
Ｎの整数倍数である必要はない。従って、向上したアド
レス指定能力は、ＮＰ′の整数倍数以外の区分にＯＮ画
素を与えるが、依然として遷移の区分は少なくともＮ
Ｐ′にすべきであるという制約を受ける。 【００２８】本発明を使用して、飛び越し（interlacin
g)を実施することができる。これは、ある行の上にすべ
ての画素位置を画素間隔Ｐで等間隔で配置し、次にすべ
ての画素位置を電極間隔（Ｐ／Ｎ）だけ平行移動させ、
次の行の上に移動させることによって行われる。上述の
特定のケース（すなわち、Ｎ＝２）は、２行飛び越しが
可能であるので、実用上重要である。これは、典型的な
画素サイズがほぼＰ／２の直径であり、したがって飛び
越しによって画素間空白が充填されることを意味する。
本方法は、本質的に、クロス走査イメージ平行移動を行
わせて、連続する走査線間の記録媒体の動きを補償する
するものではないことに留意されたい。記録媒体が各走
査線グループごとに停止しない限り、図９に示すよう
に、ダイヤモンド形飛び越しラスターが生じる。長方形
ラスターデータをダイヤモンド形格子に直接記録すれ
ば、飛び越し行に沿った１つおきの画素について系統的
なクロス走査変位が生じるであろう。これは、イメージ
の内容、記録方法、および視覚効果によっては、重大な
効果をもたらすかもしれないし、そうでないかもしれな
い。たとえば、ディジタルフォントデザインを修正して
使用し、これを補償することができる。たとえば、読込
み抽出場所がイメージエッジ場所とは本質的に無関係で
ある電子複写装置の場合のように、記録情報を適切に空
間的に抽出したり、あるいは補間する場合には、ダイヤ
モンド形飛び越しラスターが有利なことがある。 【００２９】図１０は、クロス走査補償を用いた飛び越
しの結果を示す。 【００３０】図１１は、飛び越したデータセットの間で
変調器を迅速に切り換えることによって、どのように変
位の影響を無視することができるかを示す。これは、デ
ータ行を再書込みするか（これには、拡大した変調器デ
ータ入力帯域が必要である）、または２飛び越し行のデ
ータの内部記憶装置を備えたＶＬＳＩドライバチップを
用いるかして、実行することができるであろう。 【００３１】出力イメージは、電極に印加される入力デ
ータ電圧パターンと、全光学系の空間周波数応答によっ
て決まる。全光学系の空間周波数応答は、変調器自体の
固有の周波数応答と光学系の他の部分たとえば空間フィ
ルタ（もし、あれば）の周波数応答とによって決まる。
できる限り、隣接電極間の各電圧段階ごとにＯＮ画素が
存在すること、およびデータパターンに関係なく、個々
の画素の形状およびサイズが実質上同じであることが望
ましい。 【００３２】変調器の固有の空間周波数応答は、材料の
電気的性質と光学的性質、および電極の幾何学的形状
（長さとピッチ）によって決まる。さらに、全周波数応
答は、照明条件と空間フィルタによって決まる。以下に
論じるように、漏話を抑制し、しかも高い効率、均一な
画素サイズおよび形状が得られる物理的な構成を選択す
ることができる。 【００３３】正規化した俯角Ｇ0 とスキュー角Ｓ0 をイ
ンターオーダー角（inter-order angle ; ０次回折と１
次回折の区分）の単位で定義し、そして正規化した空間
周波数Ｆ、駆動電圧ＶT 、および電極長さＱ0 を以下の
ように定義すると便利である。 Ｇ0 ＝γ/(λ／ｎΛ0 ） Ｓ0 ＝θ/(λ/(ｎΛ0 ） Ｆ ＝ｆΛ0 Ｑ0 ＝２πＬλ/(ｎΛ0 2 ) ＶT ＝２πｎ4 ｒΛ0 ｖ(f)/λ2 ここで、γ＝俯角（ＥＯ素子の表面と光ビームのなす
角） θ＝スキュー角（電極の方向と光ビームのなす角） ｆ＝空間周波数 ｖ(f) ＝空間周波数ｆにおける全反射表面電位スペクト
ル成分のピークピーク電圧 Ｌ＝電極の長さ λ＝光の波長 ｎ＝屈折率 Λ0 ＝ＥＯ空間変調周期（電極ピッチの２Ｎ倍すなわち
最小画素ピッチＰの２倍） 【００３４】回折効率ηは、平面波照明の場合の空間周
波数の関数として、長い電極長さの場合の物理光学回折
理論の結果（高空間周波数のとき正しい結果が得られ
る）と、有限電極長さの場合の幾何光学回折解析の結果
（全反射回折抑制効果が小さい低空間周波数のとき妥当
である）を組み合わせることにより概算することができ
る。得られた回折効率ηは次式で表される。 【００３５】 η＝ＨQ 2 ＶT 2 ＥＧ0 ＊Ｒｅ〔（Ｇ0 2−２ＦＳ0 −Ｆ2 ）1/2 〕／Ｄ ここで、Ｅ＝誘電テンソル法線成分と接線成分の比 Ｄ＝｛〔（１−Ｅ）Ｆ＋２Ｓ0 Ｅ〕2 ＋４ＥＧ0 2｝２ ＨQ ＝１−ｅｘｐ〔−｜Ｆ｜Ｇ0 Ｑ0 ／（２Ｅ1/2 ）〕 【００３６】量ＶT は、空間周波数の関数であって、空
間周波数における全反射表面電位成分のピークピーク電
圧であるＶ（ｆ）の正規化バージョンである。データは
存在する空間周波数を定義しているので、量ＶT は電極
上の符号化データによって決まる。すべての画素がＯＮ
の場合、電圧は電極から電極へ交互になる結果、空間周
期は画素ピッチの２倍であり、空間周波数はその逆数で
あり、正規化周波数Ｆ＝１である。この場合、Ｖの値は
印加電圧にほぼ等しく、１に近い幾何学的係数（電極間
の隙間に対する電極幅で決まる）によって異なる。 【００３７】上式は一次回折理論を示しており、約３０
％までの回折効率について妥当であることに留意された
い。３０％を越えると、非線形多重散乱効果が重要にな
ってくるので、線形システム周波数応答解析では十分で
ないことがある。周波数応答の振幅は次式で表される。 Ｈ（Ｆ）＝η1/2 ｓｇｎ（Ｆ）／ＶT 【００３８】差分符号化を使用する場合には、ある点に
おける回折光の光学振幅は、画素ピッチ（１画素当たり
Ｎ電極の場合、電極ピッチのＮ倍である）だけ離れた点
と点の電位差に比例していることが望ましい。これに
は、有限差分演算子として知られる線形演算子に似た応
答が必要である。 【００３９】図１２と図１３は、それぞれ、理想ステッ
プ入力と、間隔Ｐ（Ｐ＝画素ピッチ）に及ぶステップ入
力に対する有限差分応答を示す。図１４と図１５は、そ
れぞれ、非理想ステップ入力と、それに対する有限差分
応答を示す。有限差分演算子Δ（Ｐ）は、図１６に示す
ように、奇数インパルス対として次式で表すことができ
る。 【００４０】 Δ（Ｐ）＝δ（ｘ＋Ｐ／２）−δ（ｘ−Ｐ／２） 【００４１】周波数応答は、有限差分演算子のフーリェ
変換によって得られる。図１７は差分符号化による操作
の場合の最適周波数応答を示す。応答は、ｓｉｎ（πＦ
／２）として変化する。ここで、Ｆ＝１（ｆ＝１／（２
Ｆ））は、基本的な「全画素ＯＮ」回折成分に対応す
る。図１８は、空間周波数範囲 −２≧Ｆ≧２ にわた
って理想的な応答を追従する許容可能な応答を示す。こ
こで、Ｆ＝２（ｆ＝１／Ｐ）は、望ましい周波数応答の
最初の０である。１画素当たり１電極の符号化の場合
や、すべての正規化が電極ピッチの２Ｎ倍（すなわち、
画素ピッチの２倍）の項で表されるより一般的なケース
の場合には、より高い周波数における応答は、それらの
成分が画素プロフィルのエッジの鮮明度に貢献するだけ
であるので、必要ない。 【００４２】図１９は、長い電極および大きな俯角の極
限における周波数応答を示す。応答は、望ましい周波数
応答からかなり異なっているが、望ましい周波数応答が
得られるように物理的パラメータを仕立てることができ
る。 【００４３】長い電極の極限においては、Ｆ＝１での効
率は、比較的小さい俯角のとき最大になる。しかし、小
さい俯角の場合、一定の、より高い、有限空間周波数の
とき、量（Ｇ0 2−２ＦＳ0 −Ｆ2 ）は負になる。従っ
て、応答は、有限空間周波数より上でカットオフする。
幸運にも、このカットオフを利用して、図１９の空間周
波数応答を図１８の空間周波数応答により一致させるこ
とができる。 【００４４】軸方向照明（Ｓ0 ＝０）の場合は、Ｇ0 ≧
Ｆのとき（すなわち、一定の空間周波数の場合のインタ
ーオーダー回折角が、入力俯角に等しいか、それ以上で
あるとき）、カットオフが生じる。軸方向照明は、その
応答は差分符号化が必要なときＦに対し非対称であるの
で、特に興味を引く。２よりかなり小さいＧ0 を使用す
れば、Ｆ＝２以下の差分符号化のために望ましい周波数
応答の一部が切り捨てられるであろう。他方、２よりか
なり大きいＧ0 を使用すれば、回折効率は低下し、周波
数応答はＦ＝２にカットオフを有するＦ＝２以下の望ま
しい形から逸脱するであろう。したがって、Ｇ0 ＝２お
よびＳ0 ＝０は、差分符号化変調器にとって好ましい照
明条件である。図２０は、Ｇ0 ＝２、Ｓ0 ＝０、長い電
極の場合の空間周波数応答を示す。 【００４５】注目すべき重要なことは、周波数範囲 −
１≦Ｆ≦１ で望ましい周波数応答を得るには、追加条
件が必要なことである。この周波数応答を修正する２つ
のアプローチは、最適電極長さを選定することと、特別
に構成された光学的空間周波数応答フィルタを提供する
である。 【００４６】もし電極長さが比較的短ければ、効率方程
式における係数ＨQ 2 の依存関係が明らかになる。実際
に、ＨQ は、Ｆの関数としてほぼ線形であり、これは、
Ｆの小さい値ではＦの正弦関数に近いことを意味する。
図２１は、有限電極長さの場合の周波数応答を示す。適
当な電極長さを選択することによって、低周波数領域に
おける周波数応答を望ましい応答に適合させることがで
きる。より詳細には、Ｆ≪１のとき、ＨQ ≒ｓｉｎ（Ｆ
Ｇ0 ／（２Ｅ1/2 ））であり、Ｑ0 ＝πＥ1/2／Ｇ0 の
とき、ＨQ はｓｉｎ（πＦ／２）に等しい。図２２に示
すように、これは最適周波数応答を与える。物理的変数
の項で表すと、これは、Ｌ＝Ｅ1/2 Λ0／（２γ）＝Ｅ
1/2 Ｐ／γになる。 【００４７】この最適電極長さは最適波長と無関係であ
るから、多重波長動作の場合は、広い波長範囲にわたっ
て周波数応答を同時に最適化することができる。これ
は、干渉経路の切捨てが、波長とは無関係な幾何光学的
効果であるからである。接線方向がｚ結晶軸に沿ってお
り、法線方向がｙ結晶軸に沿っているニオブ酸リチウム
における動作では、もしクランプ比誘電率が有効なら
ば、Ｅ＝ 1.54 である（もし非クランプ比誘電率が有効
ならば、Ｅ＝ 2.54 である) 。Ｅ＝ 1.54 、Ｇ0 ＝２の
場合、最適値は、Ｑ0 ＝ 1.95 である。このケースで
は、Ｆ＝１のときＨQ＝ 0.792であるから、決められた
電圧の場合の「全画素ＯＮ」状態のときの効率は、非常
に長い電極に比べて、係数ＨQ 2 ＝ 0.63 だけ減少す
る。代わりに、補償電圧は１／ＨQ ＝ 1.26 だけ増加す
る。（Ｅ＝ 2.54 、Ｇ0 ＝２の場合、Ｑ0＝ 2.50 であ
り、それに応じて他の量が増減する。) 一般に、クラ
ンプ比誘電率は、音響共振より高い周波数で切り換えら
れる電極に適合し、非クランプ比誘電率は音響共振より
低い周波数で切り換えられる電極に適合する。 【００４８】従って、電極長さに対する回折効率の依存
関係から、望ましい空間周波数応答が得られる電極長さ
を選択することができる。しかし、画素漏話抑制を最適
化する電極長さは、別の観点から必ずしも望ましい電極
長さであるとは限らない。前に述べたように、最適の電
極長さは、効率を低下させ、かつ必要駆動電圧を大きく
する。また、短い電極は正しく整列させることが難し
く、そのことも、より長い電極に有利に作用する。 【００４９】上の議論は、一般に、正規化変数について
のものであり、最適の電極長さに関する記述は、一定の
最小画素ピッチＰを仮定している。しかし、もし正規化
パラメータを一定に維持しながら、ピッチＰを増すこと
（電極を広い間隔で配置すること）が許されれば、効率
と周波数応答の両方を最適化する物理的に長い電極を得
ることができる。 【００５０】変調器の低空間周波数応答を最適化するた
めに必要であるよりも長い電極を使用することが望まし
い限度までは、望ましいシステム応答を与える空間フィ
ルタ（補償フィルタ）を長い電極を一緒に使用すること
ができる。図２０に示すように、変調器の応答にカット
オフが生じるように照明条件を選定したと仮定すると、
空間フィルタは、Ｆの絶対値が約１以下のとき振幅が｜
ｓｉｎ（πＦ／２）｜、そして強度がｓｉｎ2 （πＦ／
２）に近い透過特性を有すべきである。これは、スケー
リング関係ｘ＝Ｚf Ｆλ／（２Ｐ）により、空間周波数
平面ｘ内の実際の物理的空間寸法の項で表すことができ
る。ここで、Ｚf は対物レンズ４２の焦点距離である。
図２３および図２４は、望ましい周波数応答を得るため
使用できる補償フィルタの振幅プロフィルと強度プロフ
ィルを示す。このフィルタは、純吸収フィルタに相当
し、可変濃度感光乳剤などの手段によって容易に実現可
能であり、また利用可能である。 【００５１】以上の考察とは無関係に、０次ビームを適
当に減衰させて、シュリーレン像形成のコントラストを
十分に高くするため、絞りが必要である。もし０次ビー
ムが十分に平行にされていれば、領域 - 0.1≦Ｆ≦0.1
では正弦フィルタの透過率が小さいので（１％以下）、
補償フィルタは絞りの機能を果たすことができる。しか
し、もし光学系の収差のため、０次ビームが全像面にわ
たって狭く集束しなければ、追加の高吸収（high absor
ption)絞りを使用してもよい。この絞りは、補償フィル
タが同時に存在するので、テーパー付きでなくともよ
い。 【００５２】もし、なんらかの理由で、最適でない俯角
および電極長さを使用する必要があれば、補償空間フィ
ルタを単独で使用することによって、望ましい周波数応
答を得ることができる。たとえば、長い電極および大き
な角のケースでは、フィルタは、｜Ｆ｜＝２のとき振幅
が｜ｓｉｎ（πＦ／２）｜、そして強度が ｓｉｎ
2（πＦ／２）に比例する透過特性を有するべきであ
る。図２５および図２６に、そのフィルタ特性を示す。
このフィルタは、変調器の基本周波数（Ｆ＝１）におい
て吸収を必要としない（全画素ＯＮ応答）。吸収は、過
剰な光を減らし、変調されたパターンの画素のみを迎え
入れる。図２７は、｜Ｆ｜＝２より上の光が遮られるこ
とを示す簡単な略図である。図２７は、さらに、フィジ
カルデバイスに対する応答を示す。 【００５３】 【発明の効果】以上の説明から、本発明により、ＥＯ空
間光変調器の空間アドレス指定能力を向上させる技法が
提供されたことが判る。これは、設計を１画素当たりＮ
個の電極を含む構成へ修正することによって達成され
る。しかし、１画素当たり１電極の構成の場合の動作を
最適にするための条件は、多電極の場合にも同様に当て
はまる。 【００５４】多くの実施例について一通り説明したが、
さまざまな修正物、代替物、および均等物を使用するこ
とができる。たとえば、中央明視野装置（central brig
ht field system ) （図示せず）を使用して、変換プロ
セスを行うことができるであろう。しかし、上記の変更
により、光ビーム３２の波面の局部位相変調に対し強度
プロフィル内の個々の画素の論理的関係は逆になること
を理解されたい（すなわち、過程が論理的関係の逆転を
考慮に入れない限り、「明」画素は「暗」画素になるで
あろう。逆も同様である）。そのようなケースでは、イ
メージバーの空間周波数応答を最適にする独自の技法は
違ったものになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み入れた光学イメージバープリンタ
の光学系の略側面図である。 【図２】プリンタの光学系の略平面図である。 【図３】ＥＯ変調器の部分切除底面図である。 【図４】プリンタの電子制御装置の簡単なブロック図で
ある。 【図５】従来の１画素当たり１電極の構成を示す図と、
電位、位相シフトおよび記録された画素強度のグラフで
ある。 【図６】図５の構成の場合に可能な画素位置の最小横移
動を示す図である。 【図７】本発明の１画素当たり多電極の構成を示す図
と、電位、位相シフトおよび記録された画素強度のグラ
フである。 【図８】図７の構成の場合に可能な画素位置の最小横移
動を示す図である。 【図９】飛び越しパターンを示す図である。 【図１０】飛び越しパターンを示す図である。 【図１１】飛び越しパターンを示す図である。 【図１２】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１３】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１４】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１５】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１６】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１７】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１８】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１９】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図２０】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２１】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２２】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２３】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２４】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２５】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２６】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２７】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【符号の説明】 １０ ラインプリンタ １２ ＥＯ空間光変換器 １３ 感光ドラム １７ 回転方向 ２０ 透明ＥＯ素子 ２２ 電極 ２５ 反射面 ２７ ＶＬＳＩシリコン回路 ３０ 照明装置 ３２ 横方向に平行にされた光ビーム ３５ シュリーレン像形成装置 ４０ イメージバー ４２ 対物レンズ ４３ 絞り ４５ 像形成レンズ ４７ 補償空間フィルタ ５８ クロック発振器 ６５ データバッファ ６７ 差動符号器 ７０ アドレス復号回路網 ７５ 制御器 １０２，１０３ 隣接する画素 １０５，１０７，１０８，１１０ 電極 １１２，１１３ 隣接する画素 １１５ａ，１１５ｂ 〜 １２０ａ，１２０ｂ 電極
の光学系の略側面図である。 【図２】プリンタの光学系の略平面図である。 【図３】ＥＯ変調器の部分切除底面図である。 【図４】プリンタの電子制御装置の簡単なブロック図で
ある。 【図５】従来の１画素当たり１電極の構成を示す図と、
電位、位相シフトおよび記録された画素強度のグラフで
ある。 【図６】図５の構成の場合に可能な画素位置の最小横移
動を示す図である。 【図７】本発明の１画素当たり多電極の構成を示す図
と、電位、位相シフトおよび記録された画素強度のグラ
フである。 【図８】図７の構成の場合に可能な画素位置の最小横移
動を示す図である。 【図９】飛び越しパターンを示す図である。 【図１０】飛び越しパターンを示す図である。 【図１１】飛び越しパターンを示す図である。 【図１２】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１３】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１４】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１５】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１６】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１７】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１８】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図１９】差動符号化の場合の振幅と周波数応答を示す
図である。 【図２０】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２１】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２２】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２３】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２４】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２５】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２６】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【図２７】適切な俯角、電極長さ、および空間フィルタ
の選択による、イメージバーの空間周波数応答の最適化
を示す図である。 【符号の説明】 １０ ラインプリンタ １２ ＥＯ空間光変換器 １３ 感光ドラム １７ 回転方向 ２０ 透明ＥＯ素子 ２２ 電極 ２５ 反射面 ２７ ＶＬＳＩシリコン回路 ３０ 照明装置 ３２ 横方向に平行にされた光ビーム ３５ シュリーレン像形成装置 ４０ イメージバー ４２ 対物レンズ ４３ 絞り ４５ 像形成レンズ ４７ 補償空間フィルタ ５８ クロック発振器 ６５ データバッファ ６７ 差動符号器 ７０ アドレス復号回路網 ７５ 制御器 １０２，１０３ 隣接する画素 １０５，１０７，１０８，１１０ 電極 １１２，１１３ 隣接する画素 １１５ａ，１１５ｂ 〜 １２０ａ，１２０ｂ 電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−27123（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−120114（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−80080（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−79911（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−206819（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−254927（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−153934（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−260215（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−5523（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−166322（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/00 - 1/125
B41J 3/16 - 3/18,3/21
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の電極を有する電気光学全反射光変
調器と、最小画素ピッチをＰと定めるように電圧を前記
電極へ印加することによって画素データを符号化する電
子制御装置と、前記変調器へ入力ビームを与える照明装
置とを備え、前記入力ビームは、前記変調器と前記印加
電圧によって同位相波面変調ビームへ変換され、更に、
前記同位相波面変調ビームを画素データに相当する強度
変調プロフィルをもつ像形成ビームへ変換する像形成装
置を有する装置であって、 前記変調器の電極は、１画素当たりＮ個（複数）の個別
アドレス可能電極より成り、すべての電極が中心間距
離：Ｐ／Ｎで配置され、前記変調器と光学系とは、 前記電子制御装置によって与
えられる駆動電圧および得られる画素サイズを前記変調
器の電極が１画素当たり１個の電極より成る場合で且つ
各電極の中心間距離が前記最小画素ピッチ：Ｐである場
合と実質上同じにするように、構成され、 前記個別アドレス可能電極は、与えられている電圧パタ
ーンを１つの電極分だけ移動させると、前記画素パター
ンをＰ／Ｎだけ移動させる構成である ことを特徴とする
装置。
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| US07/816452 | 1991-12-31 |
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| JP (1) | JP3404061B2 (ja) |
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