DE69424604T2

DE69424604T2 - Räumliche Lichtmodulation

Info

Publication number: DE69424604T2
Application number: DE69424604T
Authority: DE
Inventors: William E Nelson; Vadlamannati Venkateswar
Original assignee: Agfa Gevaert NV; Texas Instruments Inc
Current assignee: Agfa Gevaert NV; Texas Instruments Inc
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: EP0636997A3; EP0636997B1; TW243574B; EP0636997A2; DE69424604D1; KR950003862A; US5453778A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die spatiale Modulation und insbesondere auf einen Drucker des Typs, der im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist, und auf ein Verfahren zum Drucken, das im Oberbegriff von Anspruch 7 definiert ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Technologie der spatialen Lichtmodulatoren (SLM) hat Anwendung auf vielen Gebieten gefunden, wovon ein bedeutendes das Gebiet des Druckens ist. Insbesondere eine Unterklasse von SLMs, die als verformbare Spiegelvorrichtungen oder digitale Mikrospiegelvorrichtungen (DMDs) bekannt sind, schaffen bedeutende Vorteile, wenn sie in Drucksystemen verwendet werden.
In solchen Systemen werden typischerweise zwei Arten von Daten dargestellt. Die erste Art der Druckdaten sind Bilddaten. Bilddaten enthalten beispielsweise Bilder von Objekten, wie etwa jene, die von Photographien reproduziert wurden. Bei Bilddaten ist die Fähigkeit zum Drucken von Grauschattierungen (Graustufendaten) unbedingt erforderlich. Im allgemeinen hat die Fähigkeit, mehrere Grauschattierungen zu erzeugen, einen hochwertigen Bilddruck zum Ergebnis. Diese Fähigkeit zu erreichen ist jedoch oftmals teuer und kompliziert. Somit gibt es einen bedeutenden Bedarf an einer Reduzierung der Komplexität und der Kosten von Systemen, die hochwertige Bilder erzeugen können.
Eine zweite Art von Daten sind Graphikdaten, wie etwa Daten für Text oder für graphische Darstellungen. Graphische Daten sind überwiegend schwarz und weiß oder andere reine gesättigte Farben. Bei Graphikdaten gibt es eine geringeren Bedarf an Grauschattierungen. Es können somit hochwertige Graphikdaten gedruckt werden, solange die Auflösung des Druckers hoch ist.
Die Auflösung wird generell als die Anzahl von Punkten pro Zoll gemessen, die auf einer Seite gedruckt werden können. Bei geringeren Auflösungen erscheinen die Begrenzungen von graphischen Objekten gezackt. Hochauflösende Graphiken erfordern 600 Punkte pro Zoll oder mehr. Da derartige hochauflösende Systeme oftmals komplex und teuer sind, gibt es einen dringenden Bedarf an einer Reduzierung ihrer Kosten und ihrer Komplexität.
Vorhandene elektro-photographische Drucktechnologien verwenden eine organische photoleitende (OPC) Trommel. In Abhängigkeit von der Art des verwendeten Photoleiters wird die Trommel entweder geladen oder entladen, um einen Toner anzuziehen, wobei die Ladung oder Entladung durch das Reflektieren von Licht von einer DMD-Matrix auf die Trommel erreicht wird. Im Idealfall würde die Menge des an jedem Punkt auf der Trommel anhaftenden Toners eine Funktion des Pegels der Ladung (oder Entladung) an diesem Punkt sein. In diesem idealen Fall würde eine Grauabstufung einfach dadurch erfolgen, daß die Ladung oder Entladung jedes Punktes eingestellt wird, um die Menge des Toners an jedem Punkt zu steuern und somit eine Grauabstufung zu drucken. Bei vorhandenen Technologien haftet jedoch der Toner an der Trommel in einer solchen Weise, daß typischerweise ungefähr 4 bis 32 Graustufen erreicht werden können, indem die Ladung an einem bestimmten Punkt auf der Trommel gesteuert wird.
Deswegen können solche Grauabstufungen, die für hochauflösende Bilder benötigt werden, lediglich dadurch erzeugt werden, daß diese relativ wenigen Graustufenpegel und die Fähigkeit des menschlichen Auges, über einen Bereich zu integrieren, genutzt werden. Zum Beispiel wird ein mittelgrauer Bildpunkt empfunden, wenn kleinere Bildpunkte, die heller und dunkler als mittelgrau sind, nebeneinander gedruckt werden. Wenn beispielsweise zwei hellgraue Bildpunkte und zwei dunkelgraue Bildpunkte jeweils in Form eines Quadrats mit 1/600 Zoll Kantenlänge nebeneinander gedruckt werden, wird das Auge die vier Bildpunkte integrieren und ein Mittelgrau der Größe eines Quadrats mit ungefähr 1/300 Zoll Kantenlänge empfinden. Bei der DMD-Technologie kann dies durch die Verwendung einer großen Anzahl kleiner Spiegel realisiert werden, eine Technik, die teuer und kompliziert ist.
Bei dem obenbeschriebenen OPC-Trommeldruck wird eine Seite gedruckt, indem Daten matrixweise auf die Trommel geschrieben werden. Die Richtung, in der sich die Trommel dreht, ist als die Verarbeitungsrichtung bekannt. Wenn sich die Trommel dreht, werden überlappende Matrizen von Daten auf der Trommel überlagert, da die Belichtung sich auf der Trommel durch die Integration der mehreren DMD-Matrixbelichtungen akkumuliert.
Unter Verwendung der DMD-Technologie können zwei Arten der Lichtmodulation erreicht werden: die Intensitätsmodulation und die spatiale oder Raummodulation/Flächenmodulation. Durch die Verwendung der Intensitätsmodulation und die zusätzliche Verwendung der Flächenmodulation in der Verarbeitungsrichtung sind Techniken zum Drucken von Graustufen vorgestellt worden. Siehe z. B. die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung lfd. Nr. 08/038 398, eingereicht am 29. März 1993 mit dem Titel "Process and Architecture for Digital Micromirror Printer", TI-17632, erteilt an Texas Instruments Incorporated. Die Flächenmodulation wurde durch überlappende DMD-Belichtungen auf der Trommel durch nicht ganzzahlige Versetzungen erreicht (eine ganzzahlige Versetzung um ein Pixel richtet die momentane Belichtung wieder auf die vorherige Belichtung aus). Solche Techniken und Systeme ermöglichen jedoch nicht die Erzeugung von Graustufen durch die Nutzung des Vorteils der Flächenmodulation quer zur Verarbeitungsrichtung.
Ein Drucker des obenstehend definierten Typs ist aus US-A-5 028 939 bekannt (siehe Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7). Der Drucker verwendet einen linearen spatialen Lichtmodulator mit zwei versetzten Zeilen aus Pixeln für eine leichte Überlappung der Bilder. Dieses Dokument offenbart ferner die Verwendung einer dritten Zeile, die Scheinpixel enthält, zwischen der ersten Zeile, die die ungeradzahligen Pixel enthält, und der zweiten Zeile, die die geradzahligen Pixel enthält. Jeder Strahl in ein Scheinpixel ist durch eine Ausdehnung der Elektrode zum benachbarten ungeradzahligen Pixel und eine Ausdehnung der Elektrode zum benachbarten geradzahli gen Pixel zur Hälfte aktiviert. Aufgrund der stark nichtlinearen Ablenkungscharakteristiken wird die Elektrodenausdehnung allein das Scheinpixel nicht aktivieren. Wenn stark ausgefüllte Bereiche vorkommen, wo sowohl ein geradzahliges als auch ungeradzahliges Pixel ständig eingeschaltet sind, wird das Scheinpixel aktiviert und garantiert das Fehlen unerwünschter langer vertikaler Raster oder Aussetzer (drop-out).
Aus EP-0 437 766 sind eine Belichtungseinheit mit einer verformbaren Spiegelvorrichtung und ein Betriebsverfahren zur Verwendung in xerographischen Drucksystemen bekannt. Die Belichtungseinheit ist mit einer integrierten nicht modulierten Lichtquelle aufgebaut, die Licht auf ein Substrat konzentriert, das einen mehrzeiligen Aufbau von verformbaren Spiegeln enthält. Die Ablenkung jedes Spiegels wird durch eine elektronische Schaltungsanordnung gesteuert, die auf demselben monolithischen integrierten Substrat aufgebaut ist. Das Substrat ist mit Spiegelelementen versehen, die während der Montage leicht eingerichtet werden können, um einen zeitraubenden Aufbau oder Wartungsroutinen zu eliminieren. Die auf dem Chip befindliche Schaltungseinrichtung wirkt zum Wiederanzeigen der spatial getrennten Bilder durch eine geeignete Zeitverzögerung. Die Bildung von gedruckten Bildern mit einer geeigneten Gleichförmigkeit und Qualität wird durch die Einbeziehung eines Überlappungsfaktors in bezug auf die mehreren Reihen von Pixeln erreicht, die auf dem integrierten Substrat definiert sind.
Es ist ein Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung entstanden, die die Erzeugung von Graustufen ermöglichen, indem eine spatiale Modulation sowohl in Verarbeitungsrichtung als auch quer zur Verarbeitungsrichtung erreicht wird. Es ist ferner ein Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung entstanden, die Pixel genauer adressieren, um einen hochwertigen Graphikdruck ohne erhebliche Kosten oder Komplexität zu ermöglichen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spatialen Modulation quer zur Verarbeitungsrichtung geschaffen, die die Nachteile und Probleme, die mit Systemen des Standes der Technik verbunden sind, im wesentlichen eliminieren oder reduzieren.
Ferner wird ein Druckverfahren geschaffen, das die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 7 umfaßt.
Ein wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß die Zickzackanordnung (Staffelung) der Zeilen eine verbesserte Adressierungsmöglichkeit quer zur Verarbeitungsrichtung ermöglicht. Die Staffelung der Zeilen ermöglicht insbesondere die spatiale Modulation quer zur Verarbeitungsrichtung durch das Überlappen der Phasen. Dieser Vorteil, kombiniert mit der spatialen Modulation in Verarbeitungsrichtung, ermöglicht die Erzeugung von vielen Graustufen für das Drucken von Bilddaten und ermöglicht die Reduzierung von gezackten Kanten beim Drucken von Graphikdaten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug auf die nachfolgende Beschreibung genommen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erfolgt, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale kennzeichnen und in der:
Fig. 1 einen Drucker erläutert, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
die Fig. 2a bis 2f verschiedene Phasen eines zu druckenden Pixels gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung erläutern;
Fig. 3 eine alternative Spiegelanordnung zum Drucken gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 4 eine alternative Spiegelanordnung zum Drucken gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 5 eine alternative Spiegelanordnung zum Drucken gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 6 eine diagonale Linie erläutert, die als hochauflösende Graphik gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung gedruckt ist; und
Fig. 7 ein Blockdiagramm der Prozessorsteuerung eines Druckers erläutert, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 erläutert einen Drucker 10, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein spatialer Lichtmodulator (SLM) geschaffen, der einzelne Elemente aufweist, die eine Matrix 12 bilden. In einer speziellen Ausführung umfaßt die Matrix 12 eine Matrix aus DMDs. In der gesamten Beschreibung werden die einzelnen Elemente der Matrix 12 als Spiegel bezeichnet. Die Matrix 12 kann eine Matrix aus DMDs umfassen, die so aufgebaut sind, wie im US-Patent Nr. 4 956 619, "Spatial Light Modulator" offenbart ist, das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist jede Zeile der Matrix 12 gestaffelt angeordnet, so daß die einzelnen Spiegel (Elemente) von einer Zeile zur nächsten versetzt sind. Dieser Versatz wird ausgenutzt, wie nachfolgend erläutert wird, um die Erzeugung von vielen Graustufen für den Druck von Bilddaten und für den Druck von weichen Kanten für Graphikdaten zu ermöglichen. Zur Klarheit ist lediglich ein Abschnitt der Matrix 12 gezeigt, wobei die Matrix 12 selbstverständlich eine größere Anzahl von Zeilen oder Spalten enthalten kann, wenn dies spezielle Anwendungen erfordern.
Licht von einer Lichtquelle 14 wird durch die Matrix 12 entweder auf die OPC-Trommel 16 oder von dieser weq reflektiert. Die Lichtquelle 14 kann eine Leuchtdiode enthalten. Licht von der Matrix 12 kann direkt auf die OPC-Trommel 16 reflektiert werden oder durch die Optik 18 fokussiert werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, fällt Licht, das von der Matrix 12 empfangen wird, auf die OPC-Trommel 16. Zur Klarheit ist lediglich eine Zeile logischer Pixel gezeigt, wobei durch die DMD-Matrix selbstverständlich mehrere Zeilen aus Pixeln gleichzeitig beleuchtet werden können. Jedes dieser Pixel wird beleuchtet und dadurch entweder geladen oder entladen, um Toner anzuziehen. Die Trommel 16 wird sich anschließend über der zu druckenden Seite drehen und der Toner wird von der Trommel 16 auf die Seite übertragen, wobei die Zeile aus Pixeln eine Zeile auf dem Papier druckt.
Für das erläuterte Beispiel wird angenommen, daß die Stellung (Ein oder Aus) der Spiegel in der Matrix nach einer Trommelbewegung von jeweils einem Viertelpixel aktualisiert wird. Andere Aktualisierungsgeschwindigkeiten sind möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, empfängt bei diesem Schema ein beispielhaftes Pixel 20 Licht von den Spiegeln 22 bis 36 der Matrix 12. Da sich die Trommel dreht, wird das Licht an jeder Zeile aus Spiegeln zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen. In gleicher Weise reflektieren die Spiegel 38 bis 52 Licht auf das Pixel 54 der OPC-Trommel 16. Das Pixel 21 ist außerdem gezeigt und wird nachfolgend erläutert. Das Pixel 21 wird durch die Spiegel 22 bis 36 belichtet, wenn sich die OPC-Trommel 16 dreht.
Die Fig. 2a bis 2f erläutern Licht, das am Pixel 20 von jedem der Spiegel 22 bis 36 empfangen wird. Wie in Fig. 2a gezeigt ist, trifft Licht von den Spiegeln 22 und 24 zunächst auf der Oberseite des Pixels 20 auf. In einer speziellen Ausführung richten die Spiegel der Matrix 12 Licht auf einen Bereich, der ungefähr ein Viertel des Bereichs des Pixels 20 ausmacht. Das Pixel 20 kann z. B. 1/300 Zoll mal 1/300 betragen, wohingegen das Licht vom Spiegel 22 1/600 mal 1/600 Zoll betragen kann.
Selbstverständlich sind Pixel und Spiegel mit anderen Abmessungen und Formen möglich oder kann die effektive Größe der Spiegel durch die Optik 18 verändert sein, ohne vom beabsichtigten Umfang der Erfindung abzuweichen.
Der spezielle Bereich auf dem Pixel 20, auf den Licht von irgendeinem Spiegel fällt, wird als eine Phase bezeichnet. Wie in Fig. 2a gezeigt ist, fällt somit Licht von den Spiegeln 22 und 24 auf die Phasen A und B, die durch die eingekreisten Buchstaben A und B gezeigt sind. Die Dauer, während der das Licht einfällt, kann durch das Schalten der Spiegel in den Aus- Zustand oder alternativ durch das Schalten der Lichtquelle in den Aus-Zustand gesteuert werden. Wie in Fig. 2b gezeigt ist, fällt dann, wenn die Zeit voranschreitet und die OPC-Trommel 16 sich dreht, in diesem Beispiel um ein Viertel eines Pixels, Licht von den Spiegeln 22 und 24 auf die Phasen C und D.
Wie in Fig. 2c gezeigt ist, fällt dann, wenn die OPC-Trommel 16 sich weiter dreht, Licht von den Spiegeln 22 und 24 auf die Phasen E und F und Licht von den Spiegeln 26 und 28 auf die Phasen G und H. Wie in Fig. 2c deutlich wird, fällt die Phase H zur Hälfte auf das Pixel 20 und zur Hälfte auf das benachbarte Pixel der OPC-Trommel 16. Dieses Licht, das auf das benachbarte Pixel fällt, kann in einer von zwei Arten behandelt werden. Es kann erstens bei der Bestimmung der Graustufe berücksichtigt werden, die im benachbarten Pixel zu erzeugen ist. Wenn somit die Graustufe des benachbarten Pixels beispielsweise der Pegel 200 von 256 Graupegeln sein soll, kann die Menge des Lichts, das auf diesem Pixel von der Phase H empfangen wird, berücksichtigt werden. Alternativ kann das Licht, das von der Phase H empfangen wird, auf dem benachbarten Pixel außer Betracht gelassen werden. Wenn das benachbarte Pixel tatsächlich vollständig weiß sein soll, ist dies die einzige Alternative und es wird zwischen den Pixeln eine gewisse Unschärfe geben.
Wie in Fig. 2d gezeigt ist, fällt dann, wenn die OPC-Trommel 16 sich weiter dreht, das Licht von den Spiegeln 22 und 24 auf die Phasen I und J. Wie obenstehend in Verbindung mit Fig. 2c erläutert wurde, überlappen die Phasen I und J mit dem Pixel der nächsten Zeile der OPC-Trommel 16. Diese Überlappung kann entweder bei der Bestimmung der Graustufe, die auf diesem Pixel zu erzeugen ist, berücksichtigt werden oder außer Betracht gelassen werden. Das Licht von den Spiegeln 26 und 28 fällt auf die Phasen K und L.
Wie in Fig. 2e gezeigt ist, fällt dann, wenn die OPC-Trommel 16 sich weiter dreht, das Licht von den Spiegeln 26 und 28 auf die Phasen M und N, wobei die Überlappung so behandelt wird, wie obenstehend erläutert wurde. Ferner fällt Licht von den Spiegeln 30 und 32 auf die Phasen A und B, wie in Fig. 2e gezeigt ist. Ferner fällt zu diesem Zeitpunkt Licht von den Spiegeln 22 und 24 auf die Phasen A und B des Pixels 21. Wie in Fig. 2f gezeigt ist, fällt Licht von den unmittelbar nebeneinanderliegenden Spiegeln 26 und 28 auf die überlappenden Phasen O und P und Licht von den unmittelbar nebeneinanderliegenden Spiegeln 30 und 32 auf die Phasen C und D.
Die Fig. 2a bis 2f erläutern 16 unterschiedliche Phasen eines speziellen Pixels 20. Dies entspricht vier Phasen in der Verarbeitungsrichtung und vier Phasen quer zur Verarbeitungsrichtung. Da die OPC-Trommel 16 sich ständig dreht, sollte selbstverständlich sein, daß die Positionen der Phasen in der Y-Richtung (Verarbeitungsrichtung) so gewählt sind, wie dies bei der speziellen Anwendung erforderlich ist. Licht wird auf diese gewählten Phasenpositionen auf eine von zwei Arten unterschiedlich aufgebracht. Die Lichtquelle 14 kann erstens impulsartig ein- und ausgeschaltet werden, so daß sie lediglich dann eingeschaltet ist, wenn das Licht von bestimmten Spiegeln auf die im voraus definierten Phasenpositionen fallen würde. Diese Technik ist als Impuls-Positionierung bekannt und ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung US-A-5 461 411 beschrieben, die am 29. März 1993 mit dem Titel "Process and Architecture for Digital Micromirror Printer" eingereicht und an Texas Instruments Incorporated übertragen wurde. Diese Patentanmeldung beschreibt außerdem eine zweite Technik, bei der das Licht von der Lichtquelle 14 eingeschaltet bleibt, während die Spiegel 22 bis 36 geschaltet werden, um das Licht lediglich dann zur OPC-Trommel 16 zu reflektieren, wenn das Licht auf die im voraus definierten Phasenpositionen fallen wird.
Die Phasenposition in der X-Richtung (quer zur Verarbeitungsrichtung) wird lediglich durch die horizontale Positionierung der Spiegel bestimmt. Somit sind in den Fig. 2a bis 2f vier Phasenpositionen quer zur Verarbeitungsrichtung dargestellt, die Licht von den Spiegeln 22, 24, 26 und 28 entsprechen. Durch Vergrößerung der Staffelung können eine größere Anzahl von Phasenpositionen in X-Richtung realisiert werden. Mit Spiegeln, die Phasen mit Seitenabmessungen von ungefähr 1/600 Zoll und Pixelgrößen von ungefähr 1/300 Zoll Seitenlänge aufweisen, liefern vier Phasenpositionen in Y-Richtung hervorragende Ergebnisse. Die Vergrößerung der Anzahl von Phasenpositionen in Y-Richtung auf eine zu große Anzahl führt zu einer Verminderung der Ergebnisse, da die Beschränkungen des Toners ins Spiel kommen. Bei einer gegebenen endlichen Größe der Tonerpartikel wird keine spatiale Modulation (Bereichsmodulation) erreicht, wenn zwei Phasen nicht durch einen Abstand von ungefähr dem Durchmesser eines Tonerpartikels getrennt sind. Das gleiche gilt für Phasenpositionen in der X-Richtung.
Wie der gleichzeitig anhängigen Anmeldung US-A-5 461 411 beschrieben ist, beinhaltet das Erzeugen einer Graustufe bei einem speziellen Pixel die folgenden Schritte. Erstens wird Licht auf alle Phasen des Pixels reflektiert und durch Zeitintegration akkumuliert. Dieses Licht entlädt (oder lädt) den OPC am Pixel und erzeugt ein dreidimensionales Spannungsprofil. Die Beziehung zwischen der Belichtung und dieser Spannung ist nichtlinear, wobei die nichtlineare Kurve als photoinduzierte Entladungskurve (PIDC) bezeichnet wird. Ein Entwicklungspotential wird an den OPC angelegt und die Tonerpartikel werden in Kontakt gebracht. Die Masse des Toners, die am Pixel angezogen wurde, besitzt eine nichtlineare Beziehung zur Spannung. Der Toner wird anschließend durch das Beaufschlagen mit Wärme mit dem Papier verschmolzen. Die Masse des verschmolzenen Toners bestimmt die Graustufe.
Aus der obenstehenden Beschreibung sollte selbstverständlich sein, daß es keine einfache Beziehung zwischen der Belichtung auf dem OPC und der endgültigen Graustufe gibt. Diese Beziehung kann experimentell oder durch Modellieren bestimmt werden und als eine Verweistabelle ausgedrückt werden, die die Graustufe mit der Belichtung in Relation setzt, die auf jeder Phase benötigt wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Ausdruck Graustufe so verwendet, daß er anstatt der tatsächlich empfundenen Graustufe die kumulative Belichtung eines Pixels bezeichnet. Aufgrund der obenbeschriebenen nichtlinearen Beziehung ist es möglich, daß zwei unterschiedliche Belichtungsprofile die gleiche empfundene Graustufe zur Folge haben können und daß alternativ zwei unterschiedliche Profile mit der gleichen kumulativen Belichtung unterschiedlich empfundene Graustufen zur Folge haben können.
Um hohe Pegel der Graustufenauflösung zu schaffen, kann die Intensität der Lichtquelle 14 geändert werden, wenn die Spiegel 22 bis 36 Licht auf das Pixel 20 reflektieren. Somit kann beispielsweise die Lichtintensität der Lichtquelle 14 für Licht, das von den Spiegeln 22 bis 28 auf das Pixel 20 reflektiert wird, auf einen bestimmten Pegel eingestellt werden. Die Lichtquelle 14 kann beispielsweise anschließend für das Licht, das von den Spiegeln 30 bis 36 auf das Pixel 20 auftrifft, auf das Doppelte des ursprünglichen Intensitätspegels intensiviert werden. (Es wird angemerkt, daß zur gleichen Zeit die Spiegel 22 bis 28 das Pixel 21 belichten, das sich genau unter dem Pixel 20 befindet). Auf diese Weise kann die Intensität auf jeder Phase entweder null, der erste Intensitätspegel, der zweite Intensitätspegel oder die Summe aus den ersten und zweiten Intensitätspegeln sein.
Die Lichtintensität an der Phase A wird beispielsweise durch den Spiegel 22 und den Spiegel 30 bestimmt, wie in den Fig. 2a und 2e gezeigt ist. Somit wird die Intensität an der Phase A die Summe der Lichtintensitäten sein, die an dieser Phase in den Fig. 2a und 2e empfangen werden.
Wie obenstehend erläutert wurde, werden alle Spiegel 22 bis 36 verwendet, um die Intensität des Lichts zu bestimmen, das durch das Pixel 20 empfangen wurde, und somit, um die Graustufe des Pixels 20 zu bestimmen. Selbstverständlich können jedoch eine größere oder eine kleinere Anzahl von Spiegeln verwendet werden, ohne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnten lediglich die Spiegel 22, 24, 26 und 28 verwendet werden, um die 16 Phasen des Pixels 20 zu erzeugen. Bei einer solchen Anordnung können jedoch eine kleinere Anzahl von Intensitätspegeln auf jede Phase und somit auf das Pixel 20 übertragen werden, wodurch die Anzahl der Graustufen, die auf dem Pixel 20 erzeugt werden können, begrenzt wird. In ähnlicher Weise würde die Erhöhung der Anzahl von Spiegeln, die Licht auf das Pixel 20 reflektieren, die Anzahl der Intensitätspegel erhöhen, die durch jede der Phasen und somit durch das Pixel 20 empfangen werden könnten, wodurch die Anzahl der Graustufen erhöht wird.
Bei dem in den Fig. 2a bis 2f gezeigten Beispiel und bei zwei Intensitätspegeln für die Lichtquelle 14, wovon der zweite doppelt so groß ist wie der erste, kann jede einzelne Phase eine zeitlich fortgeschriebene Intensität von entweder null, dem Einfachen, dem Zweifachen oder dem Dreifachen des ersten Intensitätspegels aufweisen. (Ein Intensitätspegel null wird erreicht, indem ein Spiegel umgeschaltet wird, um die Reflexion auf eine Phase zu verhindern.) Somit beträgt die maximale kumulative Belichtung des Pixels 20 bei 16 Phasen 16 mal 3 oder 48. Die minimale Belichtung beträgt 16 mal 0 oder 0. Deswegen gibt es 49 unterschiedliche Graustufen, die auf das Pixel 20 geschrieben werden könnten.
Zur Klarheit werden die Spiegel 22 bis 28 als eine einzelne Gruppe von Spiegeln betrachtet. In gleicher Weise werden die Spiegel 30 bis 36 als eine einzelne Gruppe von Spiegeln betrachtet. Bei drei derartigen Gruppen und durch Änderung der Intensität der Lichtquelle 14 in einer binären Folge, so daß die Lichtintensität entweder das Einfache, das Zweifache oder das Vierfache einer Basisintensität ist, würde dann die Intensität an jeder einzelnen Phase zwischen 0 und 7 sein. Deswegen würde die maximale kumulative Belichtung am Pixel 20 16 Phasen mal 7 oder 112 betragen. Die minimale Belichtung wäre 0, weshalb es 113 mögliche Graustufen gäbe, die auf das Pixel 20 geschrieben werden könnten.
Bei vier Gruppen von Spiegeln und der Lichtintensität der Lichtquelle 14, die in einer binären Folge von dem Einfachen, Zweifachen, Vierfachen und Achtfachen eines speziellen Basisintensitätspegels erhöht wird, könnte jede einzelne Phase einen Intensitätspegel zwischen und 0 und 15 aufweisen. Somit würde die maximale kumulative Beleuchtung des Pixels 20 240 betragen, die alle 16 Phasen beim maximalen Intensitätspegel von 15 darstellt. Mit der minimalen Belichtung von 0 ständen am Pixel 20 241 Graustufen zur Verfügung.
Wie aus diesen Beispielen deutlich wird, ermöglicht die Erhöhung der Anzahl der Pixelgruppen eine Erhöhung der Anzahl der Graustufen, die an einem speziellen Pixel erzeugt werden können.
Andere Spiegelanordnungen als die oben erläuterten, können verwendet werden, um Phasen an unterschiedlichen Positionen und mit unterschiedlichen Abmessungen zu erzeugen. Die Fig. 3, 4 und 5 erläutern Beispiele solcher Spiegelanordnungen. Fig. 3 erläutert eine Anordnung der Spiegel 56 bis 68. Eine derartige Anordnung schafft drei Phasenpositionen quer zur Verarbeitungsrichtung. Wie obenstehend erläutert wurde, sind die Phasenpositionen in der Y-Richtung (Verarbeitungsrichtung) im voraus bestimmt und werden gesteuert, indem entweder die Lichtquelle 14 mit Impulsen beaufschlagt wird, oder durch Steuerung der Spiegel, um sie, wenn überhaupt, dann lediglich an vorgegebenen Zeitpunkten einzuschalten, die den vorgegebenen Phasen entsprechen. Somit wird die Anzahl der Phasenpositionen in der Y-Richtung durch den Bedarf der speziellen Anwendung bestimmt.
Fig. 4 erläutert eine weitere Spiegelanordnung, bei der die Spiegel 70 bis 79 verwendet werden, um ein spezielles Pixel 20 zu beleuchten. Fig. 4 ermöglicht drei Phasenpositionen quer zur Verarbeitungsrichtung. Diese Phasenpositionen sind durch die Positionen der Spiegel 70 und 76, 74 und 79 sowie 72 und 78 festgelegt. Die Spiegel 70, 72 und 74 können verwendet werden, um drei Phasenpositionen quer zur Verarbeitungsrichtung ohne die Spiegel 76, 78 und 79 zu erzeugen. Die Einbeziehung der Spiegel 76, 78 und 79 dient dem Zweck, das Schreiben einer größeren Anzahl von Intensitätspegeln auf das Pixel 20 zu ermöglichen, um dadurch eine größere Anzahl von Graustufen zu ermöglichen.
Fig. 5 erläutert eine Spiegelanordnung der Spiegel 80 bis 94. Diese Anordnung ermöglicht vier Phasenpositionen in der X- Richtung. Die Spiegel 80, 82, 84 und 86 können ohne die Spiegel 88, 90, 92 und 94 verwendet werden, um diese vier Phasenpositionen in der X-Richtung zu schaffen. Die Einbeziehung der Spiegel 88 bis 94 ermöglicht das Schreiben von zusätzlichen Intensitäten, wodurch eine größere Anzahl von Graustufen möglich sind.
In jedem der obenbeschriebenen Beispiele kann die Anzahl der Spiegelgruppen erhöht werden, um die Modulation der Lichtintensität zu ermöglichen, wodurch eine größere Anzahl von Intensitätspegeln auf jede Phase und somit auf jedes Pixel geschrieben werden können. Ferner kann eine größere Staffelung verwendet werden, um die Anzahl der Phasenpositionen quer zur Verarbeitungsrichtung zu erhöhen.
Eine weitere wichtige Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die der erhöhten Auflösung für das Drucken von Graphikdaten. Fig. 6 erläutert eine Matrix aus gedruckten Pixeln auf einer Seite. Das Pixel oben links ist das Pixel 20. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, beträgt die Größe jedes Pixels in diesem Beispiel ungefähr 1/300 Zoll mal 1/300 Zoll. Diese Größe ist im allgemeinen für eine hochauflösende Graphik nicht ausreichend. Mit der vorliegenden Erfindung ist jedoch bei dieser Pixelgröße eine hochauflösende Graphik möglich. Die gestaffelten Zeilen der vorliegenden Erfindung ermöglichen Phasen quer zur Verarbeitungsrichtung, wodurch eine größere Flexibilität bei der Positionierung von Daten möglich ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind diese Phasen tatsächlich Unterpixel und ermöglichen eine verbesserte Adressierungsmöglichkeit auf einer gedruckten Seite. Wie im Beispiel der Fig. 2a bis 2f gezeigt ist, können durch Staffelung der Zeilen Unterpixel einer Größe von 1/600 Zoll Seitenlänge mit der Genauigkeit von 1/1200 Zoll adressiert werden. Diese verbesserte Adressierungsmöglichkeit ermöglicht eine genauere Anordnung von Punkten auf einer Seite und ermöglicht deshalb eine erhöhte Auflösung in der Graphik. Ein klassisches Beispiel ist in Fig. 6 gezeigt, in der eine diagonale Linie erläutert ist. Die durch die vorliegende Erfindung geschaffene verbesserte Adressierungsmöglichkeit ermöglicht das Drucken der Unterpixel sehr nahe an der idealen diagonalen Linie, wodurch die gezackten Kanten eliminiert werden, die in Systemen mit geringerer Auflösung sichtbar sind.
Fig. 7 erläutert ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung, die den Drucker 10 steuert. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, empfängt ein Prozessor 100 zu druckende Daten vom Block 102 entweder direkt oder über den Speicher 104. Der Block 102 kann jede Einrichtung darstellen, die zu druckende Daten ausgeben kann, wie etwa einen Personalcomputer. Der Speicher kann verwendet werden, um zu druckende Daten vom Block 102 zu puffern, oder er kann weitere Daten speichern, wie etwa vorprogrammierte Daten zum späteren Drucken. Der Speicher 104 enthält außerdem Befehle zum Steuern des Prozessors 100. Der Prozessor 100 ist mit der Lichtquelle 14, der Matrix 12 und der OPC-Trommel sowie mit dem Motor 16 verbunden. Der Prozessor 100 ist außerdem mit der Einrichtung für den Druckerpapiertransport, mit der Benutzer- Ein/Ausgabeeinrichtung und mit dem Diagnoseblock 106 verbunden.
Im Betrieb verarbeitet der Prozessor 100 die zu druckenden Daten, indem die Lichtquelle 14 und die Matrix 12 gesteuert werden. Bei Bilddaten bestimmt der Prozessor beispielsweise die Graustufe, die auf ein spezielles Pixel geschrieben werden muß, und steuert die speziellen Spiegel der Matrix 12 und die Lichtquelle 14, um diese Intensität auf dem Pixel zu realisieren. Als ein Beispiel kann die Intensität der Lichtquelle 14 für eine Matrix 12, die für jedes Pixel drei Gruppen von Spiegeln aufweist, in einer binären Folge vom Einfachen zum Zweifachen, zum Vierfachen und wieder zurück fortschreiten. Der Prozessor 100 steuert die speziellen Spiegel der Matrix 12, um zu sichern, daß auf ein spezielles Pixel die richtige Intensität gerichtet wird. Der Prozessor 100 steuert außerdem die Drehung der OPC-Trommel und den Papiertransport, die Benutzer-Ein/Ausgabeeinrichtung sowie die Diagnoseeinrichtung, wenn dies durch das Druckersystem gefordert wird.

Claims

1. Drucker zum Bilden einer Matrix aus Pixeln auf einer photoleitenden Trommel (16), die sich in einer Verarbeitungsrichtung dreht, wobei der Drucker (10) eine Matrix (12) aus einzelnen Elementen zum wahlweisen Modulieren von Licht von einer Lichtquelle (14) auf die photoleitende Trommel (16) besitzt, wobei die Matrix (12) aus einzelnen Elementen mehrere Zeilen aus Elementen umfaßt, die in einer ersten Zeile Elemente besitzen, die quer zu einer Verarbeitungsrichtung von Elementen in einer zweiten Zeile versetzt sind, wobei mehrere Elemente ein Pixel bilden, wobei jedes Element einen Unterabschnitt des Pixels bildet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Unterabschnitte von einem weiteren der Unterabschnitte in der Verarbeitungsrichtung versetzt ist und von einem weiteren der Unterabschnitte quer zu der Verarbeitungsrichtung versetzt ist, wobei sich die Unterabschnitte teilweise überlappen.

2. Drucker nach Anspruch 1, ferner mit einer Impulsbeaufschlagungs-Schaltungsanordnung, die so betreibbar ist, daß sie die Lichtquelle (14) periodisch mit Impulsen beaufschlagt, so daß Licht auf wenigstens zwei Bereiche reflektiert wird.

3. Drucker nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner mit einer Schaltungsanordnung, die so betreibbar ist, daß sie die einzelnen Elemente schaltet.

4. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner mit einer Schaltungsanordnung, die so betreibbar ist, daß sie die Intensität der Lichtquelle (14) periodisch ändert.

5. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Matrix (12) aus einzelnen Elementen Zeilen aus einzelnen Elementen enthält, wovon jede quer zu der Verarbeitungsrichtung von einer benachbarten Zeile versetzt ist, wobei sich der Versatz von einer Zeile zur nächsten periodisch wiederholt.

6. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die einzelnen Elemente Mikrospiegelelemente umfassen.

7. Verfahren zum Drucken, das die folgenden Schritte umfaßt: Richten von Licht auf einen spatialen Lichtmodulator, wobei der spatiale Lichtmodulator mehrere Zeilen aus einzelnen Elementen besitzt, wovon in einer ersten Zeile Elemente quer zu einer Verarbeitungsrichtung von Elementen in einer zweiten Zeile versetzt sind, und Reflektieren des Lichts, so daß Licht von vorgegebenen einzelnen Elementen der mehreren Zeilen auf vorgegebene Bereiche einer photoleitenden Trommel (16) fällt, die so betreibbar ist, daß sie sich in Verarbeitungsrichtung dreht, wobei die vorgegebenen Bereiche zu bedruckenden Stellen entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Bereiche der photoleitenden Trommel (16) sich teilweise überlappende Unterabschnitte von Pixeln bilden, wobei wenigstens einer der Unterabschnitte eines gegebenen Pixels quer zu der Verarbeitungsrichtung von einem weiteren der Unterabschnitte des gegebenen Pixels versetzt ist und von einem weiteren der Unterabschnitte des gegebenen Pixels in einer Verarbeitungsrichtung versetzt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Belichtungsschritt das Beaufschlagen mit Lichtimpulsen umfaßt, so daß jedes einzelne Element so betreibbar ist, daß es Licht auf wenigstens zwei Bereiche reflektiert.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit dem Schritt des periodischen Änderns der Intensität des Lichts.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der Schritt des Reflektierens das Schalten der einzelnen Elemente umfaßt, derart, daß jedes einzelne Element so betreibbar ist, daß es Licht in der Verarbeitungsrichtung auf wenigstens zwei Unterabschnitte eines jeweiligen Pixels reflektiert.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Anziehen von Toner zu den vorgegebenen Bereichen, wobei die Menge des zu einem besonderen vorgegebenen Bereich angezogenen Toners auf der Lichtmenge basiert, die auf den vorgegebenen Bereich gefallen ist; und

Übertragen des Toners an ein Druckmedium, wodurch der Druck ausgeführt wird.