JPH0852899A

JPH0852899A - 高解像度プリント方法および空間光変調器アレイ

Info

Publication number: JPH0852899A
Application number: JP17864794A
Authority: JP
Inventors: William E Nelson; イー．ネルソンウィリアム
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】空間光変調器を利用して、高画質のプリントを
可能にする。【構成】データをセル内にロードする際に空間光変調器
においてセルをリセットし、タイミング遅延８６、水平
オフセット８４および異なる寸法のピクセル８０、８２
のいずれかの方法を使用して、ライン時間の制約内でグ
レイスケールを達成し、プリントされた像８１内の階段
状の人為的効果を除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント技術に関し、
より詳細には画質およびグレイスケールを改良したプリ
ント技術に関する。

【０００２】

【従来技術】デジタル複写機およびプリンタは、高解像
度の像およびグレイスケールを再現する上で固有の問題
がある。デスクトッププリンタは一般に３００ｄｐｉ
（１インチ当たりのドット数）の解像度しか有せず、実
際のプリンタの解像度を決定するオーバーラップができ
るように若干オーバーサイズのピクセルによってプリン
トしている。これらの制約は、テキスト上のぎざぎざし
たエッジおよびグラフィック上のエリアシングによる人
為的な効果として現れるが、この理由は公称解像度で
は、個々のピクセルは曲線および斜め線を正確には再現
できないからである。

【０００３】オルタネート（交互）ドット操作方法は、
商業的には欠点があり、グレイスケールレベルを再現で
きない。その代わりに、この方法はレーザーのパワーお
よびタイミングを制御することにより、デジタルの黒色
ピクセルの形状、大きさまたは位置を変えている。ドッ
トの露光時間を短くし、露光時間を遅延することによ
り、スポットをより小さく、かつ楕円形にし、これによ
り標準的なピクセルセルの境界内にドットを位置決めで
きるようになっている。更に、ラスタースキャン運動方
向にピクセルセルの幅を横断するようにスポットを移動
できる。ラスター内のパワーレベルを下げると、スキャ
ン運動方向に直交するプリントプロセス方向にスポット
を平らにできる。一般にスキャン方向はページ上で水平
方向であり、プリントプロセス方向は垂直方向である。
エッジをスムーズにすることは、適当にひずまされたピ
クセルを適当に配置することにより達成でき、この方法
は一般に解像度向上法と称されている。

【０００４】レーザープリンタは、より複雑なコントロ
ーラおよびプリンタプロセス用サブシステムを用いるこ
とにより、３００ｄｐｉよりも高い解像度が容易に得ら
れる。例えばプリンタページ記述言語は、その全体解像
度でデジタルプリンタに文書または像を表現できる。し
かしながらより高い解像度をサポートするためのプリン
タのメモリ、マイクロプロセッサおよびプリンタ装置お
よび光スキャナの能力への負担は一般的に、リニア解像
度の二乗に従って増加する。より高い解像度を要求する
用途で使用されるシステムは、１２００〜２５００ｄｐ
ｉで作動できるが、一般的なデスクトップ形の３００ｄ
ｐｉのプリンタよりもその解像度に比例してより高価と
なる。リニア解像度を上げると、二進プリンタはハーフ
トーンと称されるプロセスによりグレイスケールの像を
二進プリンタがシミュレートできるという利点がある。

【０００５】プリンタ、複写機およびファクシミリで用
いられるようなゼログラフィープロセスは性質が二進的
であり、変化するグレイのシェーディングを得るのを困
難にしている。感光体に露光した潜像に帯電したトナー
粒子を付着させる現像プロセスは、性質上、あたかもデ
ジタル状であるかのように作動する（すなわちこの方法
は極めてハイコントラストなアナログプロセスであ
る）。従って、いわゆるハーフトーンと称される方法で
グレイスケールをシミュレートできるようにするより高
い解像度の二進ゼログラフィーシステムを使用する必要
がある。より小さいピクセルを次第に密集させて、より
大きなピクセルすなわちハーフトーンセルを形成する。
これにより、白黒である要素の数および配置を変えるこ
とができ、この結果、視覚的にグレイのハーフトーンセ
ルが得られる。

【０００６】かかるセルを発生するための精度および計
算能力は、二進デスクトップレーザープリンタのための
値よりもより高く、グレイスケールを達成する上でのレ
ーザープリンタ能力の制限要因となっている。ハーフト
ーンプロセスは本来的に複雑であるので、最近では、グ
レイスケールは、知覚されるより高い解像度の外に、フ
ォトグラフィーソースまたはコンピュータディスプレイ
からのシーン像を再現するようになっているプリンタに
おける必要な特性となってきている。

【０００７】後者の場合、コンピュータディスプレイは
広いダイナミックレンジにわたって像のグレイスケール
または強度を変えるのに、人の眼の積分応答を活用で
き、ピクセルは眼が積分するフレームのディスプレイ時
間内の所定時間の間オフとなって、連続したトーン強度
の階調を認識できるようにできる。コンピュータディス
プレイは、頻繁にプリント用の像を発生するので、ディ
スプレイ上で発生される像と、この像をプリントするデ
ジタル式の二進プリンタの能力とは両立していない。こ
れはデジタル式にスキャンされる連続トーンのフォトグ
ラフィー像についても当てはまる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】要約すれば、二進デジ
タルプリンタによるプリントは限界がある。より低い解
像度でひずみ、ディテールの喪失、サンプリング人為的
効果または位置エラーを生じることなく、文字を再現す
る上で問題がある。より高い解像度のプリンタを用いた
グレイスケールのシミュレーションの結果、グレイスケ
ールと視覚的な人為効果をなくすことを許容できる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ここに開示した本発明
は、ピクセルの大きさを操作し、標準的なプリントパラ
メータ内に納めることにより、解像度の向上およびマル
チグレイスケールレベルの双方を可能とするプリントシ
ステムから成る。これら能力は、所定レンジの、ユーザ
ーが選択可能なピクセル要素寸法を含む空間光変調器を
用いて、サブピクセルの変調を実行する能力から得られ
る。

【００１０】このシステムの利点は、ハーフトーン方法
を用いる従来の二進プリンタよりも、より多数のグレイ
シェードと、より高い解像度とを組み合わせた点にあ
る。本システムの別の利点は、現在利用されているより
高い解像度のハーフトーンプリンタよりも、同じ解像度
およびグレイスケールでより少ないメモリでよく、かつ
グレイスケールをシミュレートするのにディザーアルゴ
リズムを用いなくてもよいことである。双方の要因はシ
ステムの効率の向上、コストの低減およびプリント像の
画質の改善につながっている。

【００１１】本発明をより完全に理解し、更にその利点
を理解するため、次に添付図面を参照して、次の詳細な
説明について説明する。

【００１２】

【実施例】すべてのタイプのメディアのためのデジタル
複写機およびプリンタは、高解像度の像およびグレイス
ケールの双方を許容できるように再現する上で固有の問
題を有している。レーザープリンタの性能は、ドットマ
トリックスプリンタよりもピクセルの大きさだけプリン
トの画質が改善され、プリント画質の標準装置としてオ
フィス用タイプライタと置き換わっている。しかしなが
らまだ、代表的なデスクトップレーザープリンタは、解
像度およびグレイスケールの能力の双方の点で限界があ
ることが判っている。文字を注意深く見れば、エッジが
ぎざぎざしており、グラフィック像は粗く見えることが
多いが、その理由は、公称解像度では個々のピクセルは
曲線および斜線は良好に再現できないからである。

【００１３】標準的デスクトップレーザープリンタおよ
び多くの解像度を向上したシステムは３００ｄｐｉ（１
インチ当たりのドット数）の解像度およびプリンタの基
本的な解像度を決定する若干大きな（オーバーラップ）
ピクセルしか有していない。これと類似してディスプレ
イシステムは通常像のオーバーラップおよびスムーズ化
を助けるため、アドレス指定グリッドよりも大きいドッ
トを有している。しかしながら、ディスプレイは個々の
ディスプレイの強度を変調できるが、デジタルゼログラ
フィー式プリンタはそのような変調はできない。

【００１４】しかしながら、上記プリンタおよびディス
プレイの双方に対し、最小の寸法の特徴および白から黒
への過渡現象を解像できる人の眼の能力は、ディスプレ
イシステムの解像能力を越えている。ディスプレイとデ
ジタルプリンタとの主な違いは、ディスプレイはグレイ
レベルすなわち強度を所定ピクセル要素内で広いダイナ
ミックレンジにわたって変化できるのに対し、デジタル
プリンタは白黒（二進）のスポットを発生するだけであ
る。コンピュータディスプレイはプリント用の像を発生
することが多いので、ディスプレイ上に発生された像
と、これを再現するデジタル（二進）プリンタの能力と
は、本来両立しない。このことは、フォトグラフィー法
によって発生される連続トーン（コントーン）像につい
ても当てはまる。プリンタは、より高い解像度のシステ
ムに対し像をマッピングし、次にグレイスケールをシミ
ュレートするのにハーフトーンの方法を用いなければな
らない。

【００１５】レーザープリンタはコントローラおよびプ
リンタエンジンのサブシステムが複雑になるのと代償
に、３００ｄｐｉよりも高い解像度を容易に達成でき、
ハードコピーテキストおよびグラフィックの外観から引
き出した要素をほぼ見えない状態まで低下できる。基準
として、適当なアナログ（明るいレンズ）の電子写真コ
ピーシステムは、ひずみを検出する眼の能力を越える６
００ｄｐｉの解像度に対応する特徴を、分解および再現
できる。デバイスと無関係であるプリンタページ記述言
語は、プリンタ自体の限界解像度でデジタルプリンタに
対し一文章または像を表示できる。しかしながら例えば
６００ｄｐｉでは、像は操作し、ラスター化し、かつ像
形成するのに４倍の数のピクセルを含む。このような高
い解像度をサポートするのに、プリンタのメモリおおび
マイクロプロセッサに対する負担および必要とされるプ
リンタ装置および光スキャナの能力も、リニア解像度の
二乗に従って、一般に増加する。装置の信頼性および消
耗品（例えばトナーおよび紙）の品質も主な制限要因と
なる。

【００１６】植字、版胴製造、フィルム処理および高解
像度が要求される用途に用いられるシステムは、１２０
０〜２５００ｄｐｉの解像度で作動する。従ってこれら
装置は、一般的な３００ｄｐｉのプリンタよりも通常、
より大きく、より低速で、購入および維持する上でより
高価である。リニア解像度を増すと、像のグレイスケー
ルの発生と引き換えにする場合、ハーフトーン法と称さ
れている方法によりデジタルプリンタはグレイスケール
またはフォトグラフィック像をシミュレートできるとい
う利点がある。

【００１７】像領域がベタ黒またはベタ白でないグレイ
スケール像は、種々のシェーディングによって所望の像
を正確にシミュレートできる能力を必要としており、こ
れはレーザーゼログラフィープリンタでは基本的な問題
点となっている。問題の一部はプロセス自体の性質に起
因している。ゼログラフィープリンタ装置、複写機およ
び普通紙ファックス装置等では、（レンズまたは電子手
段による原画からの）感光媒体に光を露光してこの潜像
にトナーをかけ、すなわち現像し、次にトナーを静電手
段により紙の上へ転写することにより、プリントを行っ
ている。この場合、帯電したトナーは潜像が生じている
感光体の露光部分に移動するか、または露光していない
部分に移動するが、これは現像がポジかネガであるかに
よって決まる。

【００１８】代表的な露光現像プロセスは、作動時には
アナログというよりもむしろデジタル式であり、その結
果、極めてハイコントラストであるので、トナーの可変
部分を各露光ピクセル位置にて感光体に引き寄せること
には、種々の問題がある。トナーの粒度は、低ノイズの
グレイスケールの像を得るプロセスにおける要因でもあ
る。この問題は、種々のタイプのゼログラフィープリン
タ、複写機おけるファックス装置に対して、同じような
セッティングを行う上でも存在している。スムーズで正
確なグレイレベルでピクセルを再現できるように、露光
プロセス、感光体の感度および現像プロセスを制御する
ことは、極めて要求の強い作業である。

【００１９】この結果、高解像度の二進ゼログラフィー
システムは、いわゆるハーフトーン法と称される方法に
頼って連続トーン像の再生のためのグレイスケールをシ
ミュレートしている。最小のプリンタピクセルのアレイ
から成るマクロピクセルは、所望レベルのグレイをシミ
ュレートするよう、白黒の可変数のアドレス指定可能な
要素によって発生される。欠点は、リニア解像度と利用
可能なレベルのグレイスケールとプリント中にハーフト
ーンセルを発生するための計算条件とを妥協させなけれ
ばならないことである。セルは種々の多くの方法で満た
すことができるので、人為的な効果およびピクセル間の
相互作用も発生する。

【００２０】例えば、ｍ個のサブピクセル要素を備えた
マクロピクセルは、一般に（ｍ＋１）個の階調レベルを
発生でき、従って４個の要素から成る２ｘ２のピクセル
は、白黒レベルおよび３つの中間レベルのグレイ、合計
５つのレベルを発生できる。隣接するセルはベタ塗りシ
ーケンスに応じて不要な人為的効果、例えばエッジ効果
または粗さを発生するように相互作用し得る。その他ベ
タ塗りパターンは、人の眼で見ることができる対称的ス
クリーンパターンを発生し得る。

【００２１】かかるハーフトーンのセルを形成する直接
の結果として、リニア解像度は、２倍喪失することにな
り、わずか５つのレベルでは、２ｘ２のセルでは有効な
グレイスケールを発生するには、全体として不適当であ
る。目の子計算によれば、リニア解像度と、いわゆるス
クリーンサイズと、良好な画質のプリントのためのグレ
イスケールには、所定の関係があることが示唆される。
最低６４個のグレイレベルおよび１００ラインのスクリ
ーン、好ましくは１２８個のグレイレベルおよび２００
ラインのスクリーンが望まれる。１２００ｄｐｉのレー
ザープリンタの場合、妥協により１２０ラインのスクリ
ーンで約１００個のグレイレベルとなり、ローエンド用
途に限り良好な性能が得られる。商業用の植字用システ
ムでは、写真の複製を行うグレイスケールを得るため、
少なくとも２５００ｄｐｉの解像度を使用している。

【００２２】テキストおよびライングラフィックを改良
するには、個々のピクセルの寸法または強度を変えるこ
とも有効であるが、一般的なレーザープリンタは能力が
不足している。レーザープリンタ業界で最近生まれた別
の解決方法は、解像度向上法ＲＥＴと称されるシミュレ
ーションプロセスである。このプロセスもグレイレベル
のピクセルを発生しない。このプロセスは、レーザーパ
ワーおよびタイミングを制御することにより、デジタル
ピクセルの形状、寸法および位置を変えるものであり、
ドット露光時間を短くし、それを遅延することにより、
フルサイズのピクセル境界ないに、より小さくて楕円形
のスポットを位置決め可能にしている。スポットはレー
ザースキャン運動の方向にピクセルの幅を横断するよう
に移動でき、このプロセスによりスキャン方向の解像度
を有効に高めている。レーザーパワーレベルを下げるこ
とにより、スポットを平らにできる。すなわちスキャン
軸に直交するプリント処理方向にその寸法を縮小でき
る。ピクセルのビット回りに移動させることにより、文
字の外観を高め、ぎざぎざがある特徴がスムーズにされ
る。

【００２３】一般的なプリント法の問題は、次のように
要約できる。文字はゆがみ、ぼけすなわちディテールの
喪失、サンプリング人為的効果または位置エラーを生じ
ることなく、人の眼に忠実に再現しなければならない。
グレイスケールの構成は、ハーフトーンセルの形成から
人為的効果のない、グレイレベルおよびリニア解像度の
許容可能な組み合わせを発生しなければならない。更に
システムのアプローチは、信頼性がなければならず、日
々一貫した結果を再現できなければならない。

【００２４】広く採用されているレーザー用ポリゴンス
キャン式プリンタシステムの外に、種々の形態の空間光
変調器（ＳＬＭ）および発光アレイ例えば発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）アレイを使用するゼログラフィープリンタ
およびフィルム露光システムが開発されている。ＳＬＭ
は、コスト、寸法および製造の点で望ましいが、一般に
上記のようなプリントプロセスに対する条件の点で、一
つ以上の制限があるデジタルシステムとなっている。か
かるＳＬＭの例としては、液晶デバイス（ＬＣＤ）、電
子光クリスタル、光磁気セルおよび変形可能なミラーデ
バイスとしても知られているデジタルマイクロミラーデ
バイス（ＤＭＤ）がある。

【００２５】これら変調器の多くは、透過状態を変える
ことにより、オンオフするようにアドレス指定できるセ
ルのアレイから成る。反射式変調器、例えばＤＭＤは、
セルが光をイメージャーレンズに向けて偏向し、次にビ
ュースクリーンまたは感光媒体のいずれかである像形成
表面に向ける際に、一般にオン状態であるとみなされ
る。他のアレイのいくつかは、オフ状態時に入射光を吸
収し、オン状態時に光を透過する。また、スペクトルバ
ンド幅が制限されているものもある。ある場合には、ア
ーキテクチャによりピクセル間のクロストークの問題が
ある。ハイブリッド技術、例えば電子光技術のいずれ
も、一般に製造上の問題があるが、ＤＭＤは上記問題の
いずれもない。

【００２６】ＤＭＤＳＬＭデバイスデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）は、モノリ
シックシリコン金属酸化物半導体（ＭＯＳ）プロセスを
用いて製造される。この基板は、デジタルデータ入力信
号を取り込み、所望のＳＬＭ集積回路（ＩＣ）の形状に
製造されたメモリセルアレイにこれら入力信号をルート
化するアドレス指定回路および論理回路を含む。アドレ
ス指定回路の上には微細な（１７ミクロンｘ１７ミクロ
ン）の金属ミラー素子のアレイが製造されており、この
アレイは、アレイの平面内の軸線を中心として回転する
ことにより、下方のアドレス回路に応答できる（図１
ａ）。代表的な回転角度は±１０度であり、応答時間は
１０〜１９μ秒である。アレイはディスプレイの場合の
ように、本質的に正方形にでき、またはプリント用には
細長くできる。前者の例としては、６４０ｘ４８０ピク
セルおよび後者の例としては２５００ｘ１６ピクセルが
ある。

【００２７】作動時にＤＭＤは受動反射形ＳＬＭである
外部光源により照明しなければならない。プリント用の
実際のＳＬＭシステムを構成するための光学系の配置に
ついては、１９９２年３月３１日の、米国特許第5,101,
236 号「光エネルギー制御システムおよび作動方法」に
記載されている。同じ光学的原理は、面アレイ状のＤＭ
Ｄを使用するディスプレイシステムにも適用できる。

【００２８】ディスプレイ用のモジュレータセルは、通
常はオンであり、フレーム時間の何分の１かである全体
のオン時間に対して繰り返してオフされ、フレーム時間
の何分の１かはオンにされたままであり、次にオフにス
イッチングされる。パルス幅変調（ＰＷＭ）法により全
体の光レベルを低下する３つの方法のいずれかにより、
ディスプレイは人の眼の積分特性を活用することにより
グレイスケールをシミュレートできる。当然ながらグレ
イスケールはカラーディスプレイにも適用できる強度の
ための一般的条件であり、ＰＷＭによるグレイスケール
技術は、最小位ビット（ＬＳＢ）から最大位ビット（Ｍ
ＳＢ）まで変化し、一般に二進スケールによって何分の
１かに表示される（例えば２分の１、４分の１、等）８
個の二進セグメントに、各カラーフィールドを分割する
ことにより、カラーのシェードを変えることができる。
ＬＳＢは最も短い時間のオン時間を有し、ＭＳＢは最も
長いオン時間を有する。８個の二進セグメントを適当に
組み合わせることにより、各カラーに２５６個の個とな
るグレイレベルを発生し、合計１６００万のカラーを発
生できる。

【００２９】面アレイのディスプレイは、ディスプレイ
面内の固定点に各ＤＭＤピクセルを再像形成し、（６０
Ｈｚ）のディスプレイフレームに対する時間はカラーの
各フィールドに対し５. ７ミリ秒であるので、８ビット
のＰＷＭを使用してカラーのグレイスケールを極めて容
易に達成できる。プリント用の問題は、ＰＷＭを実行す
るのに利用できるラスターライン時間が比較的短いこと
である。３００ｄｐｉのプリンタが毎分当たりのページ
数で妥当な出力を発生できるようにするには、全ライン
をミリ秒以下でプリントできなければならない。フレー
ム時間が１６ミリ秒も長いディスプレイ用の上記グレイ
スケールを達成することは、現実的でない。毎分１５頁
よりも速いプリント速度でラスターライン内に有効にオ
ンオフできる回数を制限することになる。したがって限
られたグレイスケールのレンジしか可能でない。

【００３０】図１ａは、ＤＭＤ空間光変調機のピクセル
要素の一例を示す。双安定性ＤＭＤは、一般にねじりヒ
ンジ５ａおよび５ｂにより、ポスト２ａおよび２ｂ上に
支持された高反射性ミラー１の回転軸線の両側に設けら
れた２つのアドレス指定電極８ａおよび８ｂから成る。
更にＤＭＤセルは接点の溶着の危険を防止するよう、ミ
ラー素子１と同じ電圧に保持されたランディング電極３
および４を有する。アドレス指定電極は、下方のアドレ
ス指定論理回路からの入力信号に応答して、０ボルトと
５ボルトの間で交互に変わり、したがってミラーは静電
吸引力に応答して回転する。「空間光変調器およびその
方法」を発明の名称とする米国特許第5,061,049 号は、
これらデバイスについてより詳細に述べている。作動
中、個々の素子は、電極８ａまたは８ｂのいずれかに応
答してヒンジを中心に回転し、ランディングギアとミラ
ーエッジが接触するまで、±１０度だけ偏向する。電極
８ａおよび８ｂは、ミラーを所定角度だけ回転させるの
でこれら電極はΦ_AおよびΦ _B電極と称されることが多
い。ミラー素子は、エッジ上（０. ０００３平方ｍｍ）
で公称１７ミクロンの厚さであるが、その寸法、形状お
よびピッチは、設計によりランディング角θのように変
えることができる。

【００３１】図１ｂは、ＤＭＤ素子を作動するのに必要
なタイミングおよび電圧の詳細を示す。この図は、クロ
スハッチング面がミラーのオン状態（またはｔ₃後はオ
フ状態）を示す場合の、ミラーライン１８の回転状態に
おける、制御機能バイアス１０、アドレスバイアス１４
および１６、リセットパルス列（ｔ_R）の作用を示す。

【００３２】図１ｂのシーケンスでは、図１ａ内のシリ
コン基板６内のそれぞれのメモリセルを介して、８ａお
よび８ｂに対応するアドレス電極のアドレス電圧１４お
よび１６（＋５ボルト）をｔ₀で（オンからオフ状態
へ）スイッチングする。ミラーはすべてのミラー素子に
並列に印加されているバイアス電圧１０（−１０ボル
ト）の引き寄せ作用により、先の状態にラッチされたま
まである。ｔ₀では、負バイアスが存在しているが、リ
セットシーケンス１２は存在していない。アドレス電圧
が真になった後、ｔ₁でリセットシーケンス１２が開始
し、ｔ₂まで数サイクル続く。この期間中、バイアス電
圧Ｖ_bias１０はオフとなる。リセットパルス列が特定の
ＤＭＤミラーアーキテクチャのプレート共鳴状態になる
よう同調され、ｔ₁とｔ₂との間（２μ秒）の間でミラ
ーピクセル内に機械的エネルギーを電気的にポンピング
する。これは一般に−２４ボルトの５つのパルスの列で
ある。

【００３３】ｔ₂にてバイアス電圧およびリセット電圧
の双方は０となり、（ｔ₃の若干前に）リセットミラー
は偏向状態１８からフラット状態へ自由に回転し、新し
いアドレス電圧Φ_Bおよびｔ₃にて再印加されるバイア
ス電圧１０（−１０ボルト）の協働引き寄せ力により、
ｔ₄にて逆の偏向状態１９となる。負バイアスの絶対値
および正のアドレス電圧が結合して１５ボルトとなる
が、この値は逆のランディング（−１０度）の状態にミ
ラー素子を完全に回転するのに十分な値である。ミラー
が新しいアドレス電圧条件の結果として、角度のオフセ
ットを物理的に完了した後、すなわちｔ₃でバイアスを
正確に印加しなければならない。ミラーのフライト時間
ｔ₂−ｔ₃は、約８〜１０μ秒であり、米国特許第5,09
6,279 号にリセットシーケンスがより詳細に記載されて
いる。

【００３４】このシーケンスの問題の一つは、セルをリ
セットするのにかかる時間にある。リセットサイクルが
完了すると、ＤＭＤは一般にその非偏向状態に戻り、次
に新しい状態に移動できるようにするバイアス電圧の印
加を待つ。上記例では、データが状態変化を生じさせる
が、同一のリセットおよび中立状態への復帰が生じる
と、状態の変化は不要であるので、この結果、一時的、
かつ効率の低いオフ状態の時間となる。

【００３５】図１ｃは、ＤＭＤによるグレイスケールを
達成するための上記パルス幅変調（ＰＷＭ）方法を実際
に示す。ディスプレイの場合のライン時間、すなわちフ
レーム時間内で、グレイスケールの４ビットに対応し、
ＤＭＤのサイクルは本例では４回オン、オフする。この
理由は、各オンセグメントは先のセグメントの時間幅の
半分であるからである。したがってオン時間１８ａは最
大位のビットであり、オン時間１８ｄは最小位のビット
（ＬＳＢ）である。これら二進パルス幅を組み合わせる
ことにより、所定のピクセル要素がオンとなっている全
ライン（すなわちフレーム）時間のそれぞれの部分に対
応して、２の４乗、すなわち１６の異なるグレイレベル
をシミュレートできる。ライン１０にて各リセット時間
ｔ_Rは、ミラーのライン１８の許容できるオン時間から
減算されていることに留意されたい。リセットサイクル
ｔ_Rは、細部を示すように拡大されているが、実際はＬ
ＳＢの桁上にある。

【００３６】ディスプレイの場合、各ピクセル像はスク
リーン上で空間的に固定されており、図１ｃの二進ＰＷ
Ｍは観察者の眼に知覚されるような固定スポットとして
の光強度を積分する。しかしながら感光媒体または有機
受光体（ＯＰＣ）が露光ＤＭＤの空間的に固定された像
に対して移動するようなプリント方法に対しては、不要
な人為的効果が発生し得る。この結果、ＯＰＣ運動がＰ
ＷＭ信号の成分を空間的に分離することにより、下記の
関係式に従ってパルスを時間領域から空間領域へ有効に
マッピングする結果が得られる。

【００３７】Ｘ（位置）＝Ｖ（ＯＰＣ速度）＊ｔ（秒）
ここでｔは例えばＭＳＢとＬＳＢとの間の最悪のケース
の時間差であり、Ｘは像形成されたスポットの合成され
た物理的分離を定義している。

【００３８】この結果生じる二進ＰＷＭパターンは、１
ｍｍ当たり５〜１０ラインの対の大きさで、所定の空間
周波数において人の眼に対し特に不快な人為的効果を与
える。この間隔は３００ｄｐｉのプリンタの方法に極め
て近いので、ＰＷＭからの空間的な分離は容易に明らか
である。２つの極めて均等なグレイレベル、例えばＭＳ
ＢとＭＳＢ−１は、レベルＭＳＢ−１を発生するのに下
位ビットのすべてを組み合わせなければならないことに
より、極めて空間的に異なることになる。２つのピクセ
ルパターンの間の実質的な空間的な違いによりグレイレ
ベルの不明瞭な変化はなくすことができる。従って、二
進でなくこの効果に認められないパターンのある組み合
わせを使用するＰＷＭにより、グレイスケールを用いて
プリントを行うことが好ましい。ピクセルを等間隔に離
間したオンオフバーにリニアパターンで簡単に分割する
ことにより、グレイレベルのスムーズさを改善できる
が、数レベルのグレイよりも多く実行するには不可能な
ほど複雑となる。

【００３９】特に、１６のグレイレベルが生じるよう
に、１ミリ秒の比較的低速のドットラインを再分割する
には、ライン当たり１６のピクセルの変化が必要となる
が、４ビットの１６レベルの二進の例では１６だけでよ
い。各ライン対は、６２μ秒だけの総許容可能時間に対
応している。リセットアドレス時間は２０μ秒であり、
ライン対ごとに２つのアドレス時間が必要であるので、
ＤＭＤのアドレス指定にほとんどすべての時間が使わ
れ、露光効率はわずか３０％まで低下する。いずれの場
合でも、プリント用には１ミリ秒のライン時間およびわ
ずか１６個のグレイレベルが、わずかの限られた関心事
項となる。従って毎秒５０頁のプリントプロセスに対応
するライン時間で、すなわち３００μ秒で、ピクセルレ
ベルで人為的効果を生じることなく、１２０個のグレイ
レベルを発生するための改善された技術が必要となる。
あるＤＭＤ素子をラッチしながら他のＤＭＤ素子を選択
的に再アドレス指定する方法を実行できれば、一つの可
能性が生じる。

【００４０】ＤＭＤの動作ＤＭＤの偏向はミラー素子と下方の基板、特にアドレス
電極との間の静電吸引力により生じる。吸引力は電位差
の大きさの平方に比例しており、ミラーと基板との間の
空気ギャップの平方に逆比例する。ネジリヒンジに起因
する回復力はスプリング定数ｋおよびネジリ角θにリニ
アに比例しており、最大（ランディング）偏向角のある
パーセントで、吸引力の二次の力はリニア回復トルクよ
りも大きくなり、ミラーは同時に先端が平衡反作用力を
生じているランディング電極に接触するまで、静電電位
井戸に落下する。ピクセルはエアギャップおよび先端か
ら回転軸線までのピクセルの大きさによって決まる精密
な角度で停止する。

【００４１】電位差は２つの成分から成る。第１の成分
は、公称ゼロまたは５ボルトの正アドレス電圧であり、
第２の成分はミラー構造体に直接印加される負のバイア
ス電圧である。アドレス指定がなく、理想的なミラー構
造体の場合、トーションヒンジの各側における吸引力の
対称性により、ミラーはバイアス電圧の印加のみによる
回転が防止される。実際にアドレス電極Φ_AまたはΦ_B
のいずれかの位相に＋５ボルトのアドレス信号を印加す
ると、ミラーは最大許容偏向量のうちのわずかなパーセ
ントだけ、その方向へミラーを傾斜させる。負のバイア
ス電圧のその後の印加は、完全な回転角への崩壊が生じ
るまで、偏向量を増加するように働く。引用した特許に
記載のデバイス形状に対し、合計１５ボルトとなるよ
う、−１０ボルトのバイアスと組み合わされた５ボルト
のアドレスは、完全な角度の変位を行うのに十分な吸引
力を発生する。崩壊電圧と称される完全回転を生じさせ
る平均電圧は、公称１２ボルトであるので、原則的には
＋２ボルトのアドレスと−１０ボルトのバイアス電圧で
偏向を行うことができる。作動条件のレンジにわたって
すべてのピクセルの完全な偏向を保証し、かつ時間に対
するデバイスの変化に対応するのにアドレスマージンを
更に３ボルト増すことが必要である。

【００４２】ピクセルステートをアップデートしなけれ
ばならない場合、最初の工程は、バイアス電圧をオフに
切り替えることである。アドレス電圧は、トーションス
プリングに抗して完全回転状態にピクセルを保持するに
は不十分であるので、すべてのピクセルが解放され、フ
ラットな状態に近い場所に復帰するのが理想的である。
実際には制御された−２４ボルトのプリセットパルスを
用いてピクセルを電気的に「引き抜き」、そのピクセル
内に共振状態で機械的エネルギーを蓄積し、フラット状
態への解放および復帰を補助するようになっている。ミ
ラーがアドレス電極の状態により決まるフラット（θ＝
０）の状態のいずれかの側に平衡状態になると、バイア
スが再印加され、従ってピクセルは再度±θ_maxに回転
する。

【００４３】バイアス、リセット、アドレス、および保
持電圧の発生およびその振幅の関係を微細に制御する能
力は、データを変えるべきミラーの選択的リセットおよ
び回転を可能とする。データが変わらないミラーはリセ
ットプロセス全体にわたって固定されたままである。リ
セット信号が発生していても完全に回転されたＤＭＤピ
クセルは、データをラッチし保持できる。

【００４４】フラット状態（θ＝０）への復帰およびそ
の後の初期状態への再回転に関連する遅延を回避するこ
とが好ましい。かかる一つの方法は、リセット中および
その後にＶ_biasを０に戻す現在のリセットプロセスを変
えるものである。残留リセットまたはバイアス電圧はア
ドレス電圧のマージンから直接減算されるので、５ボル
トのアドレス指定にはＶ_bias＝０が必要であり、３ボル
トのアドレスマージンに対してはそれに関連する電圧が
必要である。ピクセルはθ＝０だけ回転できず、よっ
て、交互に変わるアドレス条件に応答できないので、ピ
クセルがθ＝０まで復帰する際の期間中は、信頼性のあ
る作動を残留バイアス電圧で行うことはできない。アド
レス電極のみに５ボルトのアドレス指定を残すことは、
リセット後のピクセルをラッチするには十分でないこと
については指摘してある。

【００４５】現在のＣＭＯＳアドレス構造設計により５
ボルトから１０ボルトの間の電圧で、アドレス指定を行
わせることは可能である。Ｖaddress が例えば６. ５ボ
ルトまで増加したとすると、１５ボルトのアドレス電圧
＋バイアス電圧の一定の値に対し、Ｖ_biasは−８. ５ボ
ルトまで減少できる。より重要なことは、Ｖ_biasはリセ
ットプロセスにわたって−１. ５ボルトに維持でき、更
に＋３ボルトの真のアドレス電圧のマージンを可能とす
ることである。これは残留バイアス電圧（−１. ５ボル
ト）および最小スレッショルドアドレス電圧（＋２. ０
ボルト）を減算し、所望のアドレス電圧マージン（３ボ
ルト）に達した結果である。

【００４６】アドレス電圧を増加し、アドレスにおける
各増加電圧を残留Ｖ_bias（すなわちピクセルのθ_maxか
らθ＝０のフライト時間中のリセットサイクルの直後に
生じるバイアス電圧）の対応する増加量とバランスでき
るようにする結果、保持電位の大きさはアドレスにおけ
るボルトごとに２ボルトだけ増加する。組み合わせ電圧
が約１０ボルトの保持電圧に達すると、ピクセルはラッ
チダウンされ、リセット後はθ＝０に復帰しない。図１
ｄは図１ｂに対応するこの状況を図示するものである。

【００４７】リセット１２ａは連続してアドレス指定さ
れたピクセルを瞬間的に自由にできるが、印加電圧（１
０ボルト）１５ａがそのピクセルをθ_maxに戻す前に、
θ_ma _x＝１０度のうちのある角度または２度だけ、逆方
向に回転するにすぎない。光出力１１のわずかな低下に
より示されるような光効率または露光時間の損失はな
い。他の回転状態への切り替えのため、カウンター電極
１６にはＶaddress が印加されており、ピクセルはθ＝
０だけ復帰し、更に残留保持電圧１５ｂにかかわらず、
新しくアドレス指定された状態に戻ることができる。矢
印１５ａおよび１５ｂの大きさはそれぞれ１５ボルトお
よび２. ５ボルトである吸引電位に対応していない。減
少したバイアス電圧のセッティング、すなわち図１ｄに
おける−２. ５ボルトはリセットされてから選択された
ピクセルのラッチングを保証するために、完全Ｖ
_bias（これはリセットピクセルを完全に回転させる）を
印加するまでの１０または１５μ秒の間維持されるにす
ぎない。これと同様に、上昇したアドレス電圧はＣＭＯ
Ｓ回路に応力が加わるのを防止するため、瞬間的に印加
するだけでよい。

【００４８】ＤＭＤヒンジの柔軟性により、上記タイプ
の信頼性のある作動モードを構成すると考えられる別の
変形例を提供する。その理由は、より柔軟なヒンジはよ
り低いバイアス電圧およびより低いラッチング電位を必
要とするからである。

【００４９】この方法は、リライトのための個々のＤＭ
Ｄセルを選択するのに、ランダムにアドレス指定可能な
ＣＭＯＳ構造の別の特徴を必要とする。ＤＭＤＣＭＯ
Ｓアドレス指定アレイは、一般にＳＲＡＭまたはＤＲＡ
Ｍメモリアレイであるので、構成は困難なことではな
い。これを達成するためのワードおよびビットレコード
およびアドレス指定の特徴は、当業者に周知である。ハ
ードコピーのＤＭＤデバイスは一般にかなり浅いコラム
を有する極めて長いアレイとして構成されるので、（例
えば１６〜１２８ビットの）ｘ−ｙアドレス指定は複雑
なことではない。

【００５０】この構成は、アドレス指定用バンド幅の問
題を簡単にし、データアレイの小さい部分しか偏向しな
い際に、ＤＭＤの作動サイクルを短縮するという利点を
有する。プリント用には二進ＰＷＭに関連した人為的効
果、すなわちリニアＰＷＭの解像度の限界を解消すると
いう別の利点を有する。

【００５１】これらラッチングおよびＤＭＤのリセット
特性を利用する多くの方法の例として、グレイスケール
をエミュレートするのに使用される４つのピクセルの１
グループを検討する。図１ｂにおけるライン１８上に示
すように、４つの異なる露光シーケンスを示す４つの隣
接するピクセルを検討する。ラインの開始点では４つの
ピクセルすべてがオンとなる。第１ピクセルはグループ
１８ａのうちの最高位のビットを示すが、これは最長の
ものの上に留まっていることを意味している。リセット
ライン１２の第１パルスでは、３つのより高い位のビッ
ト１８ａ、１８ｂおよび１８ｃのための電極状態は変わ
っていないが、下位のピクセル１８ｄはオフに切り替え
られる。次のビットは第２パルスでオフに切り替えら
れ、第３ビットは第３パルスでオフに切り替えられる。
最後に、最終ビットすなわち当該ピクセルが他のピクセ
ルのアップデートと共に次のプリントラインに対応する
新しいデータを受け、プロセスが再度開始する。

【００５２】このように、パルス幅変調によりグレイス
ケールを達成するのにかかる時間オーバーヘッドはかな
り改善される。これにより１分当たりの競合するページ
レートのライン時間を維持することができ、達成される
グレイスケールレベルの数を更に制御できる。電圧をチ
ューニングすることによっても、適当な像を完成するの
にデータの容易な操作が可能となる。

【００５３】像の解像度向上に際し、タイミングに関し
てデータを操作することも適用できる。空間光変調器プ
リンタによる解像度を向上する上での最も大きな問題の
一つは、セルの像を紙に転写していることから生じてい
る。高解像度のページプリンタでさえも、プリントされ
た像はカーブしたエッジに階段効果が生じる。この現象
は、セルがほぼ正方形であり、カーブを満たすために階
段状となるために生じるからである。

【００５４】図２ａに、空間光変調器アレイの代表的な
レイアウトを示す。ピクセル２０ａが水平ライン２４と
垂直ライン２２ａの中心となっている。右に移動するに
つれ、ライン上のピクセルはライン２２ａ、２２ｂ等が
次々に中心となる。図２ｂに標準的な方法でロードされ
たデータによるコラム２２ａから生じたプリント像が示
されている。図２ａのアレイからの最初の第３ピクセル
の像は、図２ｂ上のエリア２６に転写される。

【００５５】図２ｃは、プリント像２９のエッジにおけ
る階段効果を改善する一つの方法を示す。アレイからの
頂部ピクセル２０はそのデータをその後の時間に受信
し、ドラムは回転し続け、ピクセル像はオフセット位置
３０に現れる。次のピクセル像が転写されるにつれ、ピ
クセルの底部は次の標準的なタイミングのピクセル２９
の像のうちの一部となる。これにより、プリントの特徴
の詳細なエッジをより細かいステップで表現できるよう
に、ピクセルの垂直幅を操作できる。例えば８ステップ
の遅延をした場合、カーブは先のピクセルの大きさから
その高さの８分の１を引いた大きさの一連のピクセルと
して生じる。これは図２ｄに示されている。従って、ピ
クセルの選択的再アドレス指定を用いてプロセス方向の
個々の素子の解像度よりも細かいアドレスグリッド上の
プリント対称のエッジを移動する。

【００５６】図２における制限はピクセルの中心の位置
決めにある。異なった寸法のピクセルのすべては、標準
的大きさのピクセルと同じｘ−ｙグリッドを中心とした
ままである。プロセス方向に上記解像度向上法を相補化
するため、ＳＬＭアレイの方向に沿って解像度を向上す
る方法は多数存在している。これら方法のうちの一つ
は、分解される特徴を容易にプリントできる際は、現在
の３００ｄｐｉの規格を維持し、次にカーブまたは微細
な特徴の対称をプリントする際は、より高いｄｐｉの水
平モードに切り替える方法である。図３にこれを行う空
間光変調器のアレイを示す。適当な列を選択することに
より、図２に示したようなタイミングを変えることによ
り、垂直すなわちプロセス方向にオフセットしたのと同
じだけ、水平方向に像のエッジをインクリメンタリーに
オフセットできる。

【００５７】図３の標準ピクセル４０は同じ寸法のまま
になっている。ピクセル４０の後に開始するピクセル４
０１の列は、増加した距離だけ右へ移動する。例えば９
００ｄｐｉを望めば、ピクセルの次の列を位置４２とし
て示したように、第１列から３分の１ピクセルだけオフ
セットしなければならない。ピクセル４０２と共に開始
する列は先の列から更に３分の１移動するので、距離４
４は標準ピクセルの幅の３分の２に等しくなる。列を互
いにどれだけオフセットできるかについては、制限はな
い。このシステムはまずインデントされた列を発生さ
せ、次に標準列を発生させ、次に別のインデントされた
列を発生させることを必要とする。更に設計者は、２つ
以上の列を所定量オフセットさせなければならないと考
えることもできる。

【００５８】これらピクセル用のアドレス指定回路は、
通常のアレイ（図２ａを参照）用の回路と同じである。
プリンタコントローラは、より正確に像の特徴を表示す
るのに、いつ遅延されたエッジが必要であるかを判断
し、ライン４０１または４０２等がＯＰＣ上の潜像位置
に整合するまで、ラインのためのデータを遅延する。

【００５９】図４には、このオフセット技術から生じた
プリントラインが示されている。最初の２つのプリント
の特徴はピクセルライン５０によって示されている。特
徴間のギャップ５２は、プリント露光時の公称２つのピ
クセル幅のギャップから生じたものであるが、特徴５４
の第３の様相は、標準ピクセルの幅の３分の１に等しい
距離４２だけオフセットされた列４０１（図３より）の
ピクセルによってプリントされたものである。（図３か
らの）ＤＭＤ列４０２により露光されるオフセットギャ
ップ４４の３分の２だけ後に、ライン内の別のギャップ
が発生する。ピクセル列４５にてプロセッサは、非整数
ギャップ４７で生じたオフセットされていないピクセル
すなわち列４００に戻す必要があるかどうかを判断す
る。ライン５６は、紙に転写された合成像を示す。ｌ
（エル）と表示したラインは、列４００（図３）に対応
した未調節のピクセル分解能グリッドを示す。

【００６０】プリントされた像の特徴の大きさを操作す
るより好ましい方法は、ＤＭＤアレイ内のピクセルをプ
リンタ用に構成された分解能グリッドよりも短く、狭く
または均等に小さくなるように、物理的に変えることで
ある。図５にこれを示す。標準ピクセル２０は寸法１と
称す。本例では、４分の１サイズのリクリメントの縮小
を行っているが、この方法はこのような特定のセッティ
ングに限定されるものではない。ピクセル３４はリニア
寸法の０. ７５を有し、ピクセル２０の面積の０. ５を
有する。同様にピクセル３６は寸法の０. ２５を有し、
ピクセル３８は面積の０. ０６２５（１６分の１）を有
する。これら小さい寸法のピクセルは、これらが用いら
れる用途によってのみ制限された各寸法の行および列を
備えた変調器用と考えることができる。例えば、設計者
は、各寸法のピクセルの３つの列を有するように決定で
きる。

【００６１】明らかに上記方法の利点を組み合わせて、
グレイスケールの像形成と共に水平方向の解像度の向上
および垂直方向の解像度の双方のよりパワフルな特徴の
組み合わせを達成している。図６には、タイミング遅延
（垂直オフセット）、可変ピクセル寸法、形状およびグ
リッド位置、および水平オフセットを行うことができる
アレイが示されている。

【００６２】参考として、通常のｘ−ｙグリッド（図２
ａのライン２２および２４）を中心とする標準寸法のピ
クセル２０が示されている。ピクセル５８ａおよび５８
ｂは、ピクセル２０のエッジと整合するようオフセット
された、寸法が半分のピクセルを示す。これらピクセル
５８ａおよび５８ｂは、複雑さおよびアドレス指定回路
が増えることを犠牲に、正方形のピクセル要素をシミュ
レートするように、別々ニ、または関連するように作動
できる。ゼログラフィープロセスにおける移動は、ピク
セル像をプロセス方向にぼかすので、純粋に正方形のピ
クセルは光学的な利点を有する。ピクセル６０ａおよび
６０ｂは、正方形の寸法のピクセルおよびタイミング遅
延を示しており、ピクセル６０ｂはドットラインの半分
だけ遅延した場合のピクセル像となっている。ピクセル
対６２ａ〜ｂ、６４ａ〜ｂは、より小さいピクセルは標
準ピクセルの左右のエッジに一致させるよう、左右にシ
フトできることを示している。これら対は、４分の３お
よび４分の１ピクセルを示しているが、これら対は標準
ピクセル２０の幅に合うようなピクセルの大きさにでき
る。一般に設計者は、これらピクセルをランダムに配置
しないが、この図は上記方法の種々の組み合わせを示し
ている。

【００６３】次にかかるデバイスの製造に関する疑問に
ついて述べる。ほとんどの変調器用の、かかるアレイの
製造は、明らかに困難である。これは真実であるが、上
記変調器のいずれもかかるアレイにおける結果に適合で
きると考えられる。このタイプのアレイに特に適する変
調器は、特に隠れヒンジアーキテクチャのデジタルマイ
クロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。

【００６４】ＤＭＤの製造については、１９９１年１０
月２９日発行された米国特許第5,061,049 号に記載され
ており、ダブルレベルＤＭＤの製造は１９９２年１月２
８日に発行された米国特許第5,083,857 号に記載されて
いる。両米国特許を引用例としてここに援用する。シリ
コン基板は従来のＣＭＯＳ方法により製造されたデジタ
ルアドレス指定回路を有し、その後、この基板に電極が
堆積され、ＣＭＯＳに接続される。これら電極は次に有
機材料が被覆され、これら有機材料はプラズマエッチン
グにより除去可能である。有機材料内にバイアス部がカ
ットされ、その上に金属の第１層が堆積され、このバイ
アス部を充填し、その後支持ポストを形成するようにパ
ターン化される。次に、金属の第２層が堆積され、ミラ
ー素子を形成するようにパターン処理される。次に全構
造体をエッチングして有機材料を除き、電極上に懸架さ
れ、ポストに支持されたミラーを残す。ミラーを有機材
料の残りにより支持し、ポストでは支持しないような変
形例を含む変形例が、このプロセスには多く存在してい
る。

【００６５】隠れヒンジアーキテクチャは、この基本プ
ロセスの別の適合例である。図７ａに隠れヒンジＤＭＤ
の従来の図を示す。基板６６はその基板の上および内部
に６１のような電極の元の層を有する。有機材料は元々
ギャップ７３として示されている層内に存在している。
番号６８ａおよび６８ｂとして示されている金属層はス
ペーサ層により電極から分離された状態に留まる。この
点で、元のＤＭＤが完成される。隠れヒンジは、像を追
加したプロセスの適合例である。隠れヒンジ形実施例で
は、電極７０ａおよび７０ｂはギャップ７３だけ基板よ
りも上に設けられ、これら電極に接続された元の単一高
さの構造体内に設けられた今はミラー７５となっている
ものを持っている。この盛り上がった電極層上に有機材
料の第２層を形成し、金属層５８ｂに対してバイアス部
を形成し、ポスト７２および第２レベルのミラー７４を
形成するように、金属の別の層を積層する。第２レベル
のミラーは一般に元のミラー７５の中心領域に形成され
る。こうして形成された構造は、電極／ミラー６８ａ〜
ｂの上下から有機材料の第１および第２層を除いた後
に、空気ギャップ７６の上に懸架されたミラー素子７４
となる。電極／ミラー６８ａ〜ｂは次に、空気ギャップ
７３によりアドレス回路から分離される。

【００６６】別の利点を与える別の適合例により、金属
の第１層６８は、上記のような電極として層６８を使用
しないで、電極７１から分離される。従来のＤＭＤ構造
体は、金属層６８内に製造され、ヒンジ、支持ポストお
よびレベル７１に留まる電極を備えるように完成され
る。この方法では、アドレス指定パルスは、アドレス指
定用の第１レベルのミラーを作動させ、空気ギャップ７
４は一義的に偏向角を決定する。これにより第２レベル
のミラー７４である光学的にアクティブな層から電子的
にアクティブな層を分離する。この構造の別の利点は、
可変ミラーをど打ちつ回転角で作動できる状態で均一な
空気ギャップ７３および空気ギャップ７６を生じさせる
ような第２の均一なスペーサを備えるように製造できる
ことである。この構造は、図７ｂに示されている。

【００６７】デジタルマイクロミラーの本実施例の主な
利点は、第２レベルミラーを設置できることにある。こ
の第２レベルミラーは、アドレス指定可能なように制限
されていないので、中心ポスト位置に対して移動でき、
更に図５および６に示すように、異なる寸法にできる。
図７ｂにこの実施例の側面図を略図で示す。アドレス指
定電極７０ａ〜ｂは、従来の第１レベルのミラー７５を
アドレス指定する。この第１レベルのミラー７５は、ス
ペーサ層に対応してその上にポスト７２を有し、電気層
素子７５と光学層素子７４および７７との間の空気ギャ
ップを保証している。全ＤＭＤアレイは、電極７０ａ〜
ｂおよびミラー７５上の制御信号に応答して、同じよう
に角度±θに作動する均一寸法の電気素子７５から成
る。ポスト７２および７８上には光学的素子７４および
その周囲の平らな特殊な金属の表面７７が支持されてい
る。光学的素子７４は、寸法、位置または形状にかかわ
らず制御素子７５に沿って精密な偏向角±θまで載る。
不活性の金属重点構造体７７は、光が下方のミラー素子
７５に入射し、光学系に進入しないようにしている。

【００６８】第１レベルのバイアス部をプレーナー化材
料８０で満たし、第１レベルバイアス部のすぐ上に第２
レベルバイアス部７８を製造することが可能である。図
７ｃに示す別の構造では、非変調金属光シールド７７を
支持するポストは、アクティブな制御素子７５から離間
し、バイアス部７２の直接上にはないように、８１に示
す位置に設けることができる。図７ｃは、この構造およ
び光ピクセル素子の寸法および位置８２、８３を交互に
した２つのサンプルの平面図である。制御電極（図示せ
ず）上に八角形の制御素子７５を懸架しているヒンジ８
４が、プレーナー化フィラー８０によりバイアス部７２
に取り付けられるように示されている。

【００６９】光学系から制御レベルのピクセル構造体を
シールドするのに、作動しない光学レベルの金属のクロ
スハッチングを付けたサンプル７７が必要である。この
サンプルは設計条件に応じてバイアス部８１または７８
（図７ｂ）上に支持される。

【００７０】最初の２つの列におけるピクセル素子８２
は、バイアス部７２により下方の素子７５に取り付けら
れたアレイのうちの正方形の（斜めの影をつけた）光学
的にアクティブな部分である。第２の実施例では図５お
よび６に合わせるように、作動素子７５の４つの列に沿
って半分の大きさのピクセル（斜めの影をつけた）が配
列され、セル境界エッジに整合するように、中心からず
れた状態で、蛇行されている。電子的に再インターレー
ス化された際の４つの素子８３の組み合わせは、基本制
御素子の解像度の２倍の解像度で、ライン像を形成する
ように整合できる。この組み合わせは、電気作動条件を
満たすように制約されている。素子８３は、図６の６４
ａおよび６４ｂに示した概念にも対応している。

【００７１】図７ｃは、簡潔にするための制限ヒンジア
レイを示すが、この方法は、４５度のヒンジまたはその
他の角度の配列にも適合できる。

【００７２】先に述べたようなその他多くの組み合わせ
もこの構造上で実行できる。偏向を行う上での静電力の
制約は、第１レベルのミラーで処理されるので、第２レ
ベルのミラーは、あったとしてもほとんど制約がない状
態で、より多くの光学的な像形成の可能性を有してい
る。光学的条件とアドレス指定および電気作動条件とを
分けたことが主な利点である。これらの可能性のすべて
を可能とするアレイを製造すれば、グレイスケールでの
高解像度のプリントが可能である。図８ａは、プリント
像の特徴の標準的３００ｄｐｉプリンタを実行した結果
である。所望のプリント像の特徴は、ドットラインで示
されている。この図から判るように、像の解像度を低下
するような解像度に関連した欠点が多数ある。番号７８
を付けた人為的効果は、現在では分解できないへこみを
構成している。突起７６は、限界を越えて延長すること
なく像内のギャップを満たすには大きすぎる場合の反対
の問題を有する人為的効果を示している。

【００７３】図８ｂでは、これら人為的効果は分解され
ている。クロスハッチングを付けた８０および８２と表
示されたピクセルは、標準ピクセル寸法の０. ７５倍、
０.５倍または０. ２５倍のいずれかの異なる寸法のピ
クセルとなっている。ドットを付けたピクセル８６は、
タイミングが遅延されたピクセルであるので、これらは
垂直方向にシフトして発生する。クロスパターンで満た
されたピクセル８４は、水平方向にオフセットされたピ
クセルである。更に上記のような組み合わせが起こり得
る。例えばピクセル８０では、０. ５倍の大きさのピク
セルだけでなく、そのコーナーを満たすよう水平方向に
もオフセットしている。ピクセル８２は、０. ２５倍の
大きさのピクセルであり、このピクセルは、タイミング
ディレイにより水平方向に更にオフセットできる。グレ
イスケールは示されていないが、先に述べたように、こ
のアレイによりグレイスケールにすることも可能であ
る。このように、プリントされた特徴の外観およびアウ
トラインを更に強調するのに、グレイスケールを使用で
きる。この組み合わせは、図５に示されるより小さいサ
ブピクセルを使用することによって得られるリニア解像
度の低下を生じることなく、パルス幅制御による密度変
調または面積変調を用いることにより、真のグレイスケ
ール像をシミュレートできるという別の利点を有する。

【００７４】ボード上にＤＭＤを内蔵できるＡＳＩＣリ
フォーマッターチップは、必要なデータパス制御スイッ
チングおよびこのアレイを作動するのに適当な遅延を行
う。プロセッサは、列のどのタイプが、または異なる寸
法のピクセルにするか、または水平方向にオフセットし
たピクセルまたは標準的なピクセルのうちのいずれがデ
ータストリームの特定部分を受信するかを決定しなけれ
ばならない。更にプロセッサは、像の特徴が３００ｄｐ
ｉまたは９００ｄｐｉのいずれを必要としているか、ま
たはアレイの最終選択によりどの有効オフセットｄｐｉ
を得るかを決定しなければならない。所望のプリントさ
れた像の特徴を得るのに、タイミング、位置またはピク
セル寸法を条件として適当にエンコードされたデータを
ＤＭＤでデコードする。プロセッサは、リセットプロセ
スをモニタし、適当なレベルのグレイを得るのにも必要
である。

【００７５】これにより、システムはより高い画質のプ
リントを行う上でのすべての可能性、すなわちグレイス
ケール、タイミング遅延データ、水平方向にオフセット
されたピクセルおよび異なる寸法のピクセルを活用でき
る。

【００７６】これまでより高い画質のプリントを行う方
法の特定の実施例について説明したが、かかる特定の説
明は、次の特許請求の範囲の記載を除き、本発明の範囲
を制限するものとみなすべきでない。

【００７７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。（１）ｉ．プリント像を微細に垂直方向に制御するよう、像デ
ータを時間遅延する方法；ｉｉ．プリント像を微細に水平方向に制御するよう、ピ
クセル像を水平方向にオフセットする方法；ｉｉｉ．プリント像のベタ塗りを微細に制御するような
部分的な寸法にされたピクセルを用いる方法；から成
り、ａ．それら３つの方法のうちの少なくともひとつの方法
により、最終像を変えるようデータを処理し、解析する
ようにした高解像度プリント方法。

【００７８】（２）グレイスケールを達成する方法を更
に含む、第１項記載の方法。（３）ａ．空間光変調器の各セルのためのアドレス指定回路に
データをロードして、所定の数の前記セルを附勢し、ｂ．前記所定の数のセルを附勢し、ｃ．前記所定の数のセルのうちの選択されたセルを選択
的に除勢し、感光面の露光量を減少し、グレイスケール
を達成し、ｄ．所望のグレイのシェードが得られるまで前記除勢を
繰り返す、ことからなるグレイスケールプリント方法。（４）前記空間光変調器はデジタルマイクロミラーデバ
イスである、第３項記載の方法。（５）前記空間光変調器はダブルレベルのデジタルマイ
クロミラーデバイスである第３項記載の方法。

【００７９】（６）空間光変調器のセルを附勢し、前記
セルのうちの選択されたセルを除勢するように、送信デ
ータを遅延し、像の垂直方向への感光媒体上のピクセル
像の寸法を微細に制御することからなる、解像度向上方
法。（７）アレイ内のピクセルを水平方向の部分的なインク
リメント量だけアレイ内のピクセルをオフセットするこ
とにより、元のインチ当たりのドット数の解像度の何倍
かを得るよう、アレイのうちのピクセルを水平方向にオ
フセットすること、および、グレイスケールを達成する
方法を含む、第４項記載の方法。（８）アレイ内のピクセルを水平方向の部分的なインク
リメント量だけアレイ内のピクセルをオフセットするこ
とにより、元のインチ当たりのドット数の解像度の何倍
かを得るよう、アレイのうちのピクセルを水平方向にオ
フセットすることを含む解像度向上方法。

【００８０】（９）標準的なピクセルが好ましくない人
為的効果を残している場合のプリント像の領域内を満た
すよう、標準的なピクセルの部分的な寸法のピクセルを
用いること、およびグレイスケールを達成するための方
法を含む、第８項記載の方法。（１０）標準的なピクセルが好ましくない人為的効果を
残している場合のプリント像の領域内を満たすよう、標
準的なピクセルの部分的な寸法のピクセルを用いること
を含む、解像度向上方法。（１１）グレイスケールを達成するための方法も含む、
第１０項記載の方法。（１２）ａ．ｘ−ｙグリッドを中心とする標準的寸法の空間的光
変調器のセルと、ｂ．ｘ−ｙグリッドを中心とする標準的寸法のうちの部
分的な寸法の空間光変調器セルと、ｃ．前記ｘ−ｙグリッドを中心とする前記セルから水平
方向にオフセットした標準的寸法のうちの部分的寸法の
空間光変調器セルと、ｄ．前記ｘ−ｙグリッドを中心とする前記セルから水平
方向にオフセットした標準寸法の空間光変調器セルと、
を備えた、光学的にアクティブなレベルと電気的にアク
ティブなレベルを有する空間光変調器アレイ。

【００８１】（１３）前記変調器はデジタルマイクロミ
ラーデバイスである、第１２項記載の変調器。（１４）前記変調器はダブルレベルのマイクロミラーデ
バイスである、第１２項記載の変調器。（１５）光学的にアクティブなレベルと電気的にアクテ
ィブなレベルは別のレベルである、第１２項記載の変調
器。（１６）前記セルはいずれも寸法にかかわらず、実質的
に同じ偏向角に均一に偏向できる、第１２項記載の変調
器。

【００８２】（１７）空間光変調器プリンタにおいて、
高画質のプリントを実行すことは困難である。ライン時
間の制約内でグレイスケールを達成することと、プリン
トされた像（８１）内で階段状の人為的効果を除くとい
う２つの主な問題がある。この問題は、データをセル内
にロードする際に、空間光変調器におけるセルをリセッ
トすること、タイミング遅延（８６）、水平オフセット
（８４）および別の寸法のピクセル（８０、８２）を用
いる、異なる方法を使用することにより改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】デジタルマイクロミラーの線図である。

【図１ｂ】デジタルマイクロミラー上でデータをリセッ
トする方法を示す。

【図１ｃ】デジタルマイクロミラー上でデータをリセッ
トする方法を示す。

【図１ｄ】デジタルマイクロミラー上でデータをリセッ
トする方法を示す。

【図２】空間光変調器の標準的レイアウトおよびエリア
シング効果を良好に制御するのにデータのタイミングを
どのように使用できるかを示す図。

【図３】水平方向にオフセットされたピクセルを示す
図。

【図４】水平方向にオフセットされたピクセルを使用す
る方法およびその方法の結果得られたプリント像を示す
図。

【図５】ｘ−ｙブリッドを中心とする部分的な寸法のピ
クセルのレイアウトを示す図。

【図６】解像度の向上を行うよう、ピクセルを種々組み
合わせた例を示す図。

【図７】ダブルレベルのデジタルマイクロミラーの図。

【図８】標準的空間光変調器アレイを使用したプリント
の特徴および適合されたアレイを使用した同じ特徴を示
す。

【符号の説明】

１ミラー２ａ、２ｂポスト３、４ランディング電極５ａ、５ｂねじりヒンジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｉ．プリント像を微細に垂直方向に制御す
るよう、像データを時間遅延する方法；ｉｉ．プリント像を微細に水平方向に制御するよう、ピ
クセル像を水平方向にオフセットする方法；ｉｉｉ．プリント像のベタ塗りを微細に制御するような
部分的な寸法にされたピクセルを用いる方法；から成
り、ａ．それら３つの方法のうちの少なくともひとつの方法
により、最終像を変えるようにデータを処理し、解析す
るようにした高解像度プリント方法。
【請求項２】ａ．ｘ−ｙグリッドを中心とする標準的寸
法の空間的光変調器のセルと、ｂ．ｘ−ｙグリッドを中心とする標準的寸法のうちの部
分的な寸法の空間光変調器セルと、ｃ．前記ｘ−ｙグリッドを中心とする前記セルから水平
方向にオフセットした標準的寸法のうちの部分的寸法の
空間光変調器セルと、ｄ．前記ｘ−ｙグリッドを中心とする前記セルから水平
方向にオフセットした標準寸法の空間光変調器セルと、
を備え、光学的にアクティブなレベルと電気的にアクテ
ィブなレベルを有する空間光変調器アレイ。