專利名稱：用于增強(qiáng)印刷的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷，特別是涉及伴隨增強(qiáng)圖象和灰度的印刷。
數(shù)字復(fù)制機(jī)和印刷機(jī)具有再現(xiàn)高清晰圖象和灰度的固有問題。臺式激光打印機(jī)通常具有的可尋址僅僅為每英寸300點(diǎn)(dpi)，并且允許重疊印刷稍稍超出尺寸的象素，這就確定了實(shí)際印刷機(jī)的分辨率。這些限制暴露出由于在標(biāo)定的分辨率中個別象素不可能精確的重復(fù)所述的曲線和對角線而在文本中出現(xiàn)不規(guī)則的邊緣和在圖示中出現(xiàn)混淆現(xiàn)實(shí)。
一種在商業(yè)上所出現(xiàn)的交替點(diǎn)操作方法用于克服該缺陷，但它不能產(chǎn)生灰度等級。而是利用控制激光功率和定時來改變數(shù)字黑色象素的形狀、尺寸或其的位置?？s短該點(diǎn)顯露時間并延遲該時間，則產(chǎn)生一較細(xì)小的橢圓形斑點(diǎn)，該斑點(diǎn)允許該點(diǎn)配置在標(biāo)準(zhǔn)象素單元邊界內(nèi)。另外，該斑點(diǎn)可在光柵掃描運(yùn)動的方向上穿過該象素單元的寬度而移動。降低激光功率電平可在垂直于該掃描運(yùn)動的印刷進(jìn)程方向上使該斑點(diǎn)扁平。典型的情況是在一頁上該掃描方向是水平的而該印刷進(jìn)程方向是垂直的。使邊緣呈現(xiàn)較為平滑是由適當(dāng)?shù)陌仓盟鄳?yīng)的被畸變象素的位置來實(shí)現(xiàn)的。并且該方法通常稱之為分辨率增強(qiáng)。
與更復(fù)雜的控制器和印刷機(jī)處理子系統(tǒng)一起，激光印刷機(jī)可以容易地實(shí)現(xiàn)高于300dpi的高清晰度。例如可以是文獻(xiàn)或者圖象的頁說明語言可送至一數(shù)字印刷機(jī)以它的極限清晰度進(jìn)行印刷。但是為了支持高清晰度，印刷機(jī)存貯器、微處理器的負(fù)荷及以印刷設(shè)備和光掃描器容量典型地以該線性清晰度的平方上升。在應(yīng)用中使用的需要的高分辨率系統(tǒng)可為以運(yùn)行在1200至2500pdi，但與普通的臺式300dpi打印機(jī)相比它的要花費(fèi)昂貴的代價。好處是通過一稱為半調(diào)色(half-toning)的處理該增加的線性分辨率允許一二進(jìn)制印刷機(jī)去模擬灰度圖象。
在印刷機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)中實(shí)施靜電印刷的特性是二進(jìn)制的，這使變化灰度更難實(shí)現(xiàn)。在顯影過程中，其中帶電的調(diào)色劑顆粒被吸引在一光感受器上曝光的潛象上，這樣的操作好象實(shí)質(zhì)上是數(shù)字過程的(即，它是一很高對比模擬過程)。因此它必須使用一種具有較高分辨率的二進(jìn)制靜電復(fù)印系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用被稱為半調(diào)色(half-toning)的模擬灰度方法。校小的象素被聚集起來以構(gòu)成較大的象素或半調(diào)色單元。這就允許改變白色或黑色元素的數(shù)量和配置以得到一看得見的“灰色”半調(diào)單元。
產(chǎn)生這樣一種單元其精度和計算能力要遠(yuǎn)高于一二進(jìn)制臺式激光打印機(jī)，并且表示在一激光印刷機(jī)中達(dá)到灰度的能力的一極限因素。因?yàn)樵摪胝{(diào)色過程的固有的復(fù)雜性，除了較高的被覺察的分辨率之外，灰度要迅速地成為印刷機(jī)中的一必須的特性，以便重現(xiàn)來自圖象源處或計算機(jī)顯示器的情影圖象。
在下面的情況中，計算機(jī)顯示器可具有匯集人眼的響應(yīng)以便在一寬動態(tài)范圍的情況下改變一圖象的灰度或亮度的優(yōu)勢。對于在一幀的顯示時間內(nèi)的時間間隔，象素可以斷開，而眼睛的共同匯集可產(chǎn)生一連續(xù)覺察的色調(diào)強(qiáng)度濃淡層次。因?yàn)橛嬎銠C(jī)顯示器頻繁地提供用于印刷的圖象，在一顯示器上所產(chǎn)生的圖象和一數(shù)字，二進(jìn)制印刷機(jī)去印刷它之間存在的不協(xié)調(diào)性。這對于數(shù)字地掃描的連續(xù)色調(diào)照相圖象來說也存在同樣的問題。
總之，使用二進(jìn)制數(shù)字印刷機(jī)印刷有某些限制。在重現(xiàn)沒有失真、沒有細(xì)節(jié)遺失、抽樣檢驗(yàn)沒有出現(xiàn)階梯現(xiàn)象，或在低清晰度時沒有位置誤差的特征是存在困難的。利用高清晰度印刷機(jī)的灰度模擬必然會導(dǎo)致令人滿意的灰度并可消除可見的階梯現(xiàn)相。
本發(fā)明在這里披露了一種能夠在標(biāo)準(zhǔn)印刷參量的范圍內(nèi)增強(qiáng)清晰度和利用變換象素尺寸和位置來產(chǎn)生多灰度等級的印刷系統(tǒng)。這些性能是由于實(shí)施由包括用戶可選擇象素元素尺寸的空間光調(diào)制器的對子象素調(diào)制而得到的。
這種系統(tǒng)的一個優(yōu)點(diǎn)是它具有高分辨力同時比利用半色調(diào)方法的常規(guī)二進(jìn)制印刷機(jī)具有更多的灰色濃淡色調(diào)。這種系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是在相同的分辨率和灰度情況下比通常所利用的高分辨率、半色調(diào)印刷機(jī)使用了更少的存貯器，并且為了模擬灰度減少或去除了顫抖算法的使用。這兩個因素導(dǎo)致系統(tǒng)更有效、價格降低和改善了印刷圖象的質(zhì)量。
為了完整地了解本發(fā)明以及本發(fā)明的更一步的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參照附圖進(jìn)行如下的詳細(xì)說明，在該附圖中

圖1a-數(shù)字微鏡的外形圖；圖1b-1d示出了在一數(shù)字微鏡上復(fù)位數(shù)據(jù)的各種方法；圖2a-d示出了一空間光調(diào)制器的標(biāo)準(zhǔn)格式以及該數(shù)據(jù)如何定時以使可用來更好地控制混淆現(xiàn)象；圖3示出了水平地偏移象素；
圖4示出了一種用來水平地偏移象素的方法以合成的印刷圖象；圖5示出了一種被定在一X-Y網(wǎng)絡(luò)定中心的不同尺寸分的象素的格式；圖6示出了為了實(shí)現(xiàn)分辨率增強(qiáng)而進(jìn)行各種象素組合的例子；圖7a-c示出了一雙等級數(shù)字微鏡圖；圖8a-b示出了一使用標(biāo)準(zhǔn)空間光調(diào)制器陣列的印刷特性以及使用一所采用的陣列的印刷特性。
對于所有類型的介質(zhì)來說，數(shù)字復(fù)印機(jī)和打印機(jī)都存在有可被接受地重現(xiàn)高分辨率圖象和灰度的固有問題。利用其數(shù)量級超過點(diǎn)陣打印機(jī)的激光打印機(jī)的性能可改進(jìn)打印質(zhì)量，并且作為打印質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)而替代該辦公室打字機(jī)。但是，典型的臺式激光打印機(jī)在分辨率和灰度性能兩方面還有明顯的局限性。在觀察中可發(fā)現(xiàn)，字符顯示出不規(guī)則邊緣并且其圖形常常呈現(xiàn)出粗糙的特征，這是由于在標(biāo)稱的分辨率情況下個別象素不能很好地復(fù)制曲線和對角線而引起的。
標(biāo)準(zhǔn)的臺式激光打印機(jī)以及許多增強(qiáng)分辨力系統(tǒng)，僅具有每英寸300點(diǎn)(dpi)的可尋址能力以及稍微大些(重疊)的象素，這些特性規(guī)定了該打印機(jī)的基本的分辨率。同理，顯示系統(tǒng)通常具有大于它的尋址網(wǎng)格的點(diǎn)以確保重疊和使該最終圖象平滑。顯示器可對單個的象素的亮度進(jìn)行調(diào)制，而二進(jìn)制靜電印刷的印刷機(jī)則不能。
但是，對于所描述的印刷機(jī)和顯示器來說人眼對最小尺寸特性的分辨以及對亮—暗的轉(zhuǎn)變的分辨超過了該顯示系統(tǒng)的分辨能力。顯示器和數(shù)字打印機(jī)之間的主要區(qū)別在于前者在一給定的象素元素通過在一寬的動態(tài)范圍內(nèi)時可以改變其灰度或亮度，而該數(shù)字印刷機(jī)僅產(chǎn)生一黑色或一白色(二進(jìn)制)斑點(diǎn)。因?yàn)橛嬎銠C(jī)顯示器頻繁地提供用于印刷的圖象，所以在一顯示器上產(chǎn)生的圖象和一二進(jìn)制打印機(jī)重現(xiàn)該圖象的能力之間存在一固有的不相容之處。這對于由照相過程所產(chǎn)生的連續(xù)色調(diào)(contone)圖象也同樣是正確的。該打印機(jī)必須用較高分辨率系統(tǒng)繪制該圖象，并且隨后將半色調(diào)方法應(yīng)用于模擬灰度。
以在控制器和印刷機(jī)機(jī)械子系統(tǒng)中的復(fù)雜性為代價的情況下，該激光打印機(jī)可以容易地實(shí)現(xiàn)高于每英寸300點(diǎn)(dpi)的分辨率，并且可以將有損于硬拷貝文件和圖示的因素降低到接近到不可見的程度。作為一參考點(diǎn)，一適合的模擬(光—透鏡)照相復(fù)印機(jī)系統(tǒng)可以分辨和重現(xiàn)相當(dāng)于600點(diǎn)/英寸的可尋址能力的特性，這就超過了用眼去檢測失真的能力。印刷機(jī)頁說明語言是可向一數(shù)字打印機(jī)在其印刷機(jī)的極限分辨率情況下提供一文件或圖象的獨(dú)立的器件。但是，對于例如600點(diǎn)/英寸來說，該圖象包含用于操作，掃描和成象的所需象素的四倍之多的象素。為支持較高的分辨率，印刷機(jī)存貯器、微處理器中的負(fù)荷，以及該印刷機(jī)裝置和光掃描器的容量典型地增加為該線性分辨率的平方。設(shè)備的可靠性和消耗品(即調(diào)色劑和紙)的質(zhì)量或?yàn)橹饕南拗啤?br> 用于照排、制做底片、軟片處理的系統(tǒng)和應(yīng)用需要大約分辨率為1200至2500pdi的高分辨率。因此，與一般的300dpi印刷機(jī)相比，它們通常體積較大、速度較慢，并且購買和維修更昂貴。借助該附加的線性分辨率帶來的優(yōu)點(diǎn)是允許一二進(jìn)制印刷機(jī)通過一稱之為半—調(diào)色的過程來模擬灰度、或照相、圖象，這里線性分辨率是對在圖象中產(chǎn)生灰度的折衷。
所謂灰度圖象，是指該圖象區(qū)域內(nèi)不是全白色或全黑色，而是要求能使明暗有所變化以便準(zhǔn)確地模擬所希望的圖象。對于激光靜電印刷的印刷機(jī)來說這就帶來了一個基本的困難。問題的一部分是在于該工藝的性質(zhì)。在靜電印刷的印刷機(jī)械、復(fù)印機(jī)、以及普通紙件傳真機(jī)等之中，該潛在的圖象是這樣形成的，即利用一光敏介質(zhì)進(jìn)行顯露(通過一透鏡或利用電子裝置來自一原象)，調(diào)色或顯影該圖象，然后利用靜電裝置將其傳送到一頁紙上。所充電的調(diào)色劑移至在那里存在有潛在圖象的光電導(dǎo)體的駐留有潛象的位置上(或反之亦然，取決于該過程是正向還是反向)。
將該調(diào)色劑的一變量部分吸引到該光敏導(dǎo)體的每個所顯露的象素位置上要產(chǎn)生各種問題，這是由于典型的暴露—顯影劑處理比起模擬操作更加數(shù)字化并且其結(jié)果是實(shí)質(zhì)上反差極高。調(diào)色劑的粒度也成為要求低噪聲、灰度圖象處理的一個要素。對于所有類型的靜電打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)也存在有類似的問題?？刂圃摫┕膺^程、該光電導(dǎo)體的靈敏度和顯影劑處理以便能以平滑和精確灰度級別而重現(xiàn)象素是一項(xiàng)非常需要的工作。
其結(jié)果是，高分辨率二進(jìn)制靜電印刷系統(tǒng)依靠稱之為第一調(diào)色的方法來模擬用于全調(diào)色圖象重現(xiàn)的灰度。由最小印刷象素的陣列組成大的象素，通過改變白色或黑色可尋址元素的數(shù)量來模擬一所期望的灰色等級。在線性分辨率、現(xiàn)有灰度等級之間該缺點(diǎn)成為一種析衷，并且在該印刷處理期間計算裝置產(chǎn)生該半—調(diào)色單元。由于該單元可以以許多不同的方式加以填充，所以階梯現(xiàn)象以及象素—象素的相互影響也出現(xiàn)了。
例如，一個具有m個子象素元素的大象素通?？山o出m＋1個灰度等級。一個2×2象素包括有4個元素，因此可以提供白色、黑色和三個中間的灰色等級，總共為五個等級。依據(jù)所填充的順序，鄰近的單元可相互作用而產(chǎn)生諸如輪廓線或粗糙之類階梯現(xiàn)象。
另外，構(gòu)成這樣一個半—調(diào)色單元的直接結(jié)果是相應(yīng)遺失在線性分辨率中的2X，并且具有5個等級，對于所用的灰度來說該2×2單元是完全不適當(dāng)?shù)摹Ｒ话憬?jīng)驗(yàn)規(guī)則給出了一個用于好質(zhì)量印刷的線性清晰度(典型的稱之為屏幕尺寸)和灰度之間的關(guān)系。作為最低要求應(yīng)有64個灰色等級和100線屏幕，如果理想的話最好有128個灰色等級和200線屏幕。使用-1200點(diǎn)/英寸的激光印刷機(jī)，在-120線屏幕上折衷取大約100灰色等級，可接受的性能僅是在其低端的應(yīng)用，因而商用照排系統(tǒng)使用在每英寸至少2500象素的分辨率，以實(shí)現(xiàn)用于照相重現(xiàn)的灰度。
改變個別象素的尺寸和亮度以改善文本和行圖示也是有用的，但是一般的激光印刷機(jī)缺少這種能力。近來在激光印刷產(chǎn)生中出現(xiàn)的一種替換的方法是被稱之為分辨率增強(qiáng)(RET)的模擬處理。這種處理不產(chǎn)生灰色等級象素，它是通過對激光功率和定時的控制來改變該數(shù)字象素的形狀、尺寸和位置。通過縮短該點(diǎn)的顯露時間并對它進(jìn)行延遲，使得一較小的、橢圓形斑點(diǎn)可置于該整個尺寸象素界限的范圍之內(nèi)。該斑點(diǎn)可在該激光掃描斑點(diǎn)運(yùn)動的方向上在該象素整個寬度上面移動。通過這種處理，沿著掃描方向的分辨率有效地被提高。降低激光功率電平可使該斑點(diǎn)扁平，在與該掃描軸正交的該打印處理方向上減少它的尺寸。通過環(huán)繞象素各點(diǎn)的移動，所呈現(xiàn)的特性可被增強(qiáng)，并且參差不齊的特點(diǎn)也被平滑掉。
通常的打印問題可概括如下。被重現(xiàn)在人眼中的字符必須是正確可靠的，而不能有失真、細(xì)節(jié)部分模糊或其它的丟失、人為的痕跡、或位置錯誤。灰度的實(shí)施必須產(chǎn)生可允許的灰色等級和線性分辨率的組合，而不受來自構(gòu)成半—調(diào)色單元的人為痕跡的影響。系統(tǒng)方法必須可靠并且天天都產(chǎn)生相一致的結(jié)果。
除了描述的廣泛應(yīng)用的激光多邊掃描打印系統(tǒng)之外，由于使用了各種型式的空間光調(diào)制器(SLMs)以及諸如發(fā)光二極管(LED)陣列的放射陣列而使靜電印刷打印機(jī)和膠片曝光系統(tǒng)得以發(fā)展。對于該SLMs，雖然有合乎要求的成本、尺寸和性能的原因，但依據(jù)如上所述的對于印刷過程的要求，通常導(dǎo)致數(shù)字系統(tǒng)具有一個或多個限制。例如這樣的SLMs是液晶器件(LCD)電—光晶體、磁—光元件和數(shù)字微鏡器件(DMDs)，均可視為公知的可變形鏡器件。
這些調(diào)制器的大部分包括可以通過改變轉(zhuǎn)送狀態(tài)使尋址接通或斷開的單元的陣列。該LED僅僅是有源發(fā)射體陣列。與該單元反射光指向一成象透鏡并因而指向一不論是觀者屏還是光敏介質(zhì)所形成的圖象表面時，諸如該DMD之類的反射調(diào)制器被通常認(rèn)為是導(dǎo)通的。當(dāng)關(guān)閉時其余陣列中的某些陣列吸收該入射光和與導(dǎo)通時傳送該入射光。在光譜帶寬里某些器件具有限制(LED和磁—光器件)，并且在某些情況該結(jié)構(gòu)格式因象素—象素的交調(diào)失真的受到影響。該混合技術(shù)的任何一個(即電—光)是典型地難以制做的。
DMD SLM器件該數(shù)字微鏡器件(DMD)是利用一單片硅金屬—氧化物半導(dǎo)體(MOS)工藝來制造的。該基片包括尋址電路和邏輯以接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入并將它們送至以任何所期望的SLM集成電路和(IC)組裝的存貯器的單元陣列之中。在該尋址電路之上，安裝有一個微觀(17微米×17微米金屬鏡元素陣列，它通過旋轉(zhuǎn)在該陣列平面的一個軸(圖1a)面響應(yīng)于基本地址電路。典型的旋轉(zhuǎn)角度是±10度和響應(yīng)時間是10微秒(10′S of usecs)。該陣列在顯示器的情況下可以實(shí)質(zhì)上是矩形，而用于印刷應(yīng)用時則是長的和窄的。例如前者是640×480象素而后者是2500×16象素。
在操作中，該DMD必須由一外部光源照射是一無源反射SLM。為完成一用于印刷應(yīng)用的實(shí)用SLM系統(tǒng)的光學(xué)裝置在美國專利5,101,236″光能量控制系統(tǒng)和操作方法″(1992年3月31日)中已被描述。同樣的光學(xué)原理應(yīng)用于在以區(qū)域陣列形式使用DMD的顯示系統(tǒng)。
對于顯示來說，該調(diào)制器單元通常反復(fù)地被接通和斷開，總的接通時間是該一幀時間的幾分之一或者說接通該一幀時間的幾分之一并隨后被斷開。利用通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)降低總的光等級這些方法中的任一種方法，利用人眼的總的特征優(yōu)點(diǎn)該顯示器可以模擬出灰度。當(dāng)然，灰度是用于亮度的一般術(shù)語，它還適用于彩色顯示。PWM灰度技術(shù)用于彩色的不同色調(diào)，例如，將每個彩色場分解為8個二進(jìn)制部分，從最低有效位(LSB)到最高有效位(MSB)排列并在一二進(jìn)制標(biāo)度上(即1/2，1/4，等)被典型地分割。該LSB具有最短的接通時間而該MSB具有最長的接通時間。8個二進(jìn)制段適當(dāng)?shù)慕M合給出256個用于每種彩色的特殊的灰色等級并且色彩總數(shù)超過16×106。
由于一區(qū)域陣列顯示器將每個DMD象素送至在該顯示平面上的一固定點(diǎn)，并且對于每個彩色場來說用于一(60Hz)顯示幀的時間是5.7毫秒，因而使用8畢特的PWM可以很容易地實(shí)現(xiàn)彩色灰度。印刷應(yīng)用中的問題在于該相對短的光柵線時間可用于實(shí)現(xiàn)PWM。對于一300dpi印刷機(jī)來說為了每分鐘若干頁的合理的輸出，它必須在一毫秒之中打印出一完整的行。為了實(shí)現(xiàn)如同用于顯示的所描述的灰度，其中該幀時間只為16毫秒，這是不現(xiàn)實(shí)的。在印刷速率遠(yuǎn)高于每分鐘15頁的情況下，該DMD的25微秒受限于在一光柵行內(nèi)可用的周期接通和關(guān)閉的時間數(shù)量。因此，僅僅一被限定的灰度范圍可被調(diào)節(jié)。
圖1a表明了一個DMD空間光調(diào)制器四字素元件的例子。典型的雙穩(wěn)態(tài)DMDs包括有兩尋址電極8a和8b，它位于由柱2a和2b支撐的利用扭轉(zhuǎn)絞鏈5a和5b絞合的高處反射鏡1的旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)。另外，該DMD單元具有落地電極3和4，其上加有對該鏡元件1來說是相同的電壓，以避免觸點(diǎn)焊接造成的任何危險。該尋址電極根據(jù)來自基本尋址邏輯的輸入而在0和5伏之間額定地的交替變換，并且該鏡響應(yīng)于靜電吸引力而旋轉(zhuǎn)。美國專利5,061,049″空間光調(diào)制器和方法″中詳細(xì)的描述了這些器件。在操作中，該每個單獨(dú)元件響應(yīng)于8a或8b電極而圍繞絞鏈旋轉(zhuǎn)，典型地偏轉(zhuǎn)±10度直至該落地電極與鏡的邊緣相接觸。因?yàn)殡姌O8a和8b導(dǎo)致鏡旋轉(zhuǎn)一個角度，所以它們通常被稱之為ΦA(chǔ)和ΦB電極。鏡元件在一邊緣上的標(biāo)稱為17微米(0.0003mm平方面積)，但是其尺寸、形狀和間距可由設(shè)計來改變，例例如落地角可以為θ。
圖1b詳細(xì)說明了操作該DMD元件所需的定時和電壓。圖中示出了在該鏡線18處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，控制功能偏壓10、尋址偏壓14和16、復(fù)位脈沖列(tR)12的功能，其中所跨越的陰影線區(qū)域表示鏡的接通狀態(tài)(或3之后為關(guān)閉狀態(tài))。
在圖1b的時序中，通過圖1a中硅基片6中的各自的存貯單元，相應(yīng)于8a-8b的尋址電極14和16(開通至關(guān)閉狀態(tài))在to被接通一尋址電壓(+5v)。通過被并聯(lián)地加到所有鏡元素的偏壓10(-10v)的吸收作用，該鏡保持被鎖定在前面的狀態(tài)。在to處，出現(xiàn)負(fù)偏壓，但復(fù)位時序沒有出現(xiàn)。在該尋址電壓變?yōu)檎鎸?shí)的之后，在t1處開始出現(xiàn)復(fù)位時序，并且該復(fù)位時序持續(xù)幾個周期直至t2。在這段時間里偏壓10消失。該復(fù)位脈沖列被調(diào)諧到特殊DMD鏡結(jié)構(gòu)的一個平板諧振，并且在t1和t2之間(2微秒)將機(jī)械能用電抽送到該鏡象素之中。典型的情況是在-24v時有一5個脈沖的脈沖列。
在t2處，偏壓和復(fù)位電壓為0，并且該復(fù)位的鏡從一被偏移的狀態(tài)18自由地旋轉(zhuǎn)到一平直狀態(tài)(稍微超過t3之前一點(diǎn))，并且隨后在該的地址電壓ΦB和被重新在t3處加上的偏壓10(-10v)相組合的情況下，在t4處被旋轉(zhuǎn)到相反偏移的狀態(tài)19。該負(fù)偏壓的絕對值和正的尋址電壓相組合至15v，這就能使該鏡元素充分地被旋轉(zhuǎn)到該相反落地(-10度)狀態(tài)。所加的偏壓必須精確，在該鏡確實(shí)完成偏轉(zhuǎn)之后，角度偏移的結(jié)果引起一新的地址電壓狀態(tài)(即在t3處)。該鏡的行程t2-t3的時間大約為8-10微秒。在美國專利5,096,279中對該復(fù)位時序有更為詳細(xì)的描述。
與該時序有關(guān)的一個問題是它開始復(fù)位該單元的時間。當(dāng)該復(fù)位周期完成時，DMDs返回到它的未偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后等待施加允許它的移動到它們的新狀態(tài)的一偏壓。在上述的例子中，該數(shù)據(jù)導(dǎo)致了狀態(tài)的變化，但是出現(xiàn)同樣的復(fù)位以及返回到一中間狀態(tài)則不需要一狀態(tài)的變化，結(jié)果導(dǎo)致一暫時的狀況但有效降低了關(guān)閉狀態(tài)時間。
圖1c實(shí)際上表示了用來完成具有一DMD的灰度的前述脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法。在該顯示情況下，在一行時間或一幀時間內(nèi)，因?yàn)槊總€接通部分是該先前部分持續(xù)時間的一半，在這個例子中，相應(yīng)于4畢特的灰度來說，該DMD周期的接通和關(guān)閉4次。因此，接通間隔18a是高位畢特，而關(guān)閉間隔18d的低位畢特(LSB)。相應(yīng)于所給的象素元素是接通的一完整行(或幀)時間的各自部分來說，由這些二進(jìn)制脈沖寬度的組合，可以模擬24或16個不同的灰色等級。注意在線10中，每個復(fù)位時間間隔tR降低了行18的該鏡的可允許接通時間。該復(fù)位周期tR的細(xì)節(jié)部分被擴(kuò)展表示出來，實(shí)際上其數(shù)量級與該LSB相似。
在顯示情況中，每個象素圖象被空間地固定在該屏幕上，并且在圖1c中，該二進(jìn)制PWM在一所固定的斑點(diǎn)上有效地匯集了光強(qiáng)度，如象觀察者眼睛所覺察到的那樣。但是，對于一印刷過程來說，光敏感介質(zhì)或者有機(jī)光感受器(OPC)根據(jù)顯露的DMD象素的被空間固定的圖而移動，因而可出現(xiàn)一些人為的痕跡。由于該OPC空間地運(yùn)動而分離該P(yáng)WM信號的分量這一事實(shí)的結(jié)果，根據(jù)下述公式而從該時間領(lǐng)域到空間領(lǐng)域有效地繪制該波動，S(位置)＝V(OPC速度)*t(秒)其中t是該最壞的情況的例子，例如MSB和LSB之間的時間差，X給出了該圖象斑點(diǎn)實(shí)際分離的結(jié)果。
在一定的空間頻率上對于人眼來說，所得到的二進(jìn)制到PWM圖形構(gòu)成特別缺陷現(xiàn)象大約為每毫米5至10線對。對于-300dpi印刷過程來說這種間隔是非常近的距離，所以從PWM的空間分離很容易明顯看出。兩個幾乎等量的灰色等級，例如MSB和MSB-1，由于必須將所有較低等級的畢特進(jìn)行組合以產(chǎn)生一電平MSB-1，有完全不同的空間特性。在兩個象素圖形之間存在有顯著的空間差別的情況下，在灰色等級中該微細(xì)的變化就反映不出來。因而希望在利用結(jié)不是二進(jìn)制并且對這種影響不敏感模型由PwM印刷來提供灰度。對于一線性模型，將該象素簡單分離成相等地接通和斷開區(qū)帶將對該灰色等級的平滑有所改善，而在灰色等級較多時將防止執(zhí)行的復(fù)雜化。
特別是，細(xì)分一相對低速的1毫秒的點(diǎn)線以產(chǎn)生16個灰色等級將要求每行有16個象素的變換，這是相對于4畢特、16級二進(jìn)制中的4個象素例子。每個線對僅相應(yīng)于62毫秒總的所容許的間隔。因?yàn)閺?fù)位尋址時間是20毫秒，并且每線對需要二倍的上述時間，所以幾乎所有的時間被花費(fèi)在尋址該DMD上，曝光效率僅為30％。無論如何，對于印刷應(yīng)用來說，1微秒行時間以及僅16個灰色等級限制了對印刷應(yīng)用的興趣。因而需要用來在相應(yīng)于每分鐘印刷50頁或相應(yīng)于300毫秒的行時間上產(chǎn)生128灰色等級并且在象素水平上未引入人為痕跡失真的被改進(jìn)了的技術(shù)。如果出現(xiàn)一種用來鎖存某些DMD元素同時有選擇地改寫其余的DMD元素的方法，則有可能被實(shí)施。DMD操作由于在該鏡元素和該基片(特別是尋址電極)之間存在有靜電吸引，從而使得DMD偏移。這種吸引力正比于電位差數(shù)值的平方而反比于該鏡和基片之間的氣隙的平方。由于扭轉(zhuǎn)絞鏈的關(guān)系，該復(fù)原力是線性的正比于一彈性常數(shù)K和扭轉(zhuǎn)角θ。
當(dāng)偏移角為某最大角(落地時)的分值時，引力的平方項(xiàng)克服該成線性復(fù)原力矩并且該鏡自發(fā)地落入一靜電電位阱之中直至該未梢接觸到該落地電極，該落地電極隨后提供一平衡反作用力。該象素停止在一由該氣隙和從該末梢到該旋轉(zhuǎn)軸的該象素的尺寸所確定的精確角度上。
該電位差包括兩部分。第一部分是正尋址電壓，正常值為0或5v，第二部分是直接加到該鏡結(jié)構(gòu)的負(fù)偏壓。在無尋址和用于一理想鏡結(jié)構(gòu)的情況下，由于僅利用了一偏壓，同該相轉(zhuǎn)絞鏈每一側(cè)上的引力是對稱的，從而正如防止了一鏡的旋轉(zhuǎn)。
實(shí)際上，加到尋址電極Φa或Φb的任何一方的所使用的+5v尋址信號使得該鏡在所允許的最大偏移的一很小的百分率的方向上傾斜。接著應(yīng)用一負(fù)偏壓則使該偏移增加直至該最大限度的旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)為止。對于該器件幾何形狀的說明在所參考的專利文獻(xiàn)中已有披露，-5v尋址電壓與一-10v偏壓相組合成為15v而提供充分的引力去完成整個角度的移動。被稱之為毀損(Collapse)電壓的導(dǎo)致完全旋轉(zhuǎn)的平均電壓通常為12v，所以原則上，一+2v尋址電壓和一-10v偏壓即可完成偏移。增加3v尋址電壓的余量是要求保證越過一工作條件的范圍的所有象素被完全地偏移，并且在所有時間內(nèi)調(diào)整器件改變。
與該象素狀態(tài)被更新時，第一步是斷開該偏壓。理論上，因?yàn)樵搶ぶ冯妷翰蛔阋缘挚乖撆まD(zhuǎn)彈力保證該象素完全旋轉(zhuǎn)，所以所有象素被釋放并返回到靠近平直狀態(tài)的附近。際上，所控制的-24v復(fù)位脈沖被用于電“拉拽”該象素并且在其中存貯的機(jī)械能共振以幫助釋放和返回到該平直狀態(tài)。與該鏡被平衡到由該該尋址電極的狀態(tài)所決定的平直(θ＝0)條件的任何一邊時，偏壓被重新加上并且該象素再次按±Qmax的旋轉(zhuǎn)。
為了更好地控制該偏置、復(fù)位、尋址和保持電壓的發(fā)生和幅度的關(guān)系，允許選擇性地復(fù)位和旋轉(zhuǎn)在其中數(shù)據(jù)要有所變化的鏡。在整個復(fù)位過程期間，該鏡上的數(shù)據(jù)不變化而保持固定。既使在有一復(fù)位信號的情況下，一被完全旋轉(zhuǎn)的DMD象素可以鎖存和保持?jǐn)?shù)據(jù)。
應(yīng)避免與返回到一平直狀態(tài)(θ＝0)有關(guān)的延遲，并隨后旋轉(zhuǎn)到該初始狀態(tài)。一種這樣的方法改變了通常的復(fù)位過程，其中在復(fù)位期間以及復(fù)位之后偏壓Vbias返回到0。因?yàn)槿魏问Ｓ鄰?fù)位或偏置電壓直接從該尋址電壓余量減去，Vbias＝0是需要5v尋址電壓和相應(yīng)需要3v尋址余量。在該間隔期間當(dāng)該象素返回到θ＝0時，具有任何剩余偏壓就不可能可靠的完成操作，因?yàn)樵撓笏夭豢赡芡ㄟ^θ＝0去旋轉(zhuǎn)，因而不可能響應(yīng)于交替尋址情況。應(yīng)指出的足在該尋址電極上僅剩下的5v尋址電壓不以鎖存復(fù)位之后的象素。
利用所存在的CMOS尋址結(jié)構(gòu)是5和10v之間的電壓上設(shè)計對該尋址的操作是可能的。例如，如果尋址電壓Vaddress增加到6.5v，那么尋址一加一偏置是15v的一固定值，而偏壓Vbias可降至-8.5v。更重要的是，在該復(fù)位過程期間偏壓Vbias可保持在-1.5v，并且還允許一真實(shí)的3v尋址電壓余量。這就是減去剩余偏壓(-1.5v)和最小閾值尋址電壓(+2.0v)所得到的結(jié)果以達(dá)到所期望的3v尋址電壓余量。
由于尋址電壓增加的結(jié)果，以及容許由相應(yīng)在剩余偏壓Vbias中的增量來平衡在尋址中增加的每伏電壓(也就是，在該象素從Qmax至θ＝0的行程時間期間內(nèi)，在該復(fù)位周期之后偏壓立即存在)，對于在尋址中的每伏來說，該保持電位的幅度增加2伏。當(dāng)該保持電壓組合達(dá)到大約10伏時，在復(fù)位之后該象素將被鎖存住和不返回到θ＝0。相應(yīng)于圖1b，圖1d的圖形說明了這種狀況。
即使該復(fù)位12a可以同時地釋放連續(xù)的被尋址象素，但在該被施加電壓(10伏)15a將它返回到θmax之前，它將僅僅反相旋轉(zhuǎn)θmax＝10°中的一度或二度。這就不損耗光的效率或顯露時間，也指明了在光輸出11中的很小的斑點(diǎn)。為了接通其它的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，尋址電壓Vaddress是加在該反向電極16上，并且該象素可以通過θ＝0返回和不管剩余保持電壓15b如何而達(dá)到該新的尋址狀態(tài)。箭頭15a和15b所指的幅度不相應(yīng)于分別為10伏和2.5v的吸引電位。應(yīng)注意的是，在復(fù)位之后和加上該完全偏壓Vbias之前(完全地旋轉(zhuǎn)該復(fù)位象素)在圖1d中所降低的偏壓-2.5v僅維持10或5微秒，以保證鎖存該被選擇的象素。同樣，該升高電壓需要瞬時地加上以避免損害該CMOS電路系統(tǒng)。
對該DMD鉸鏈的柔韌性提出了另外的的設(shè)計變量以考慮剛剛描述的類型的一種可靠的操作模式的實(shí)施，因?yàn)楦鼮槿犴g的鉸鏈需要低的偏壓和低的鎖存電位。
這種方法需要一隨機(jī)地可尋址CMOS結(jié)構(gòu)的附加特性以選擇用來重寫的個別的DMD單元。因?yàn)樵揇MD CMOS尋址陣列是典型的一SRAM或DRAM存貯陣列，所以對實(shí)施是不困難的。實(shí)現(xiàn)字和畢特譯碼和尋址的特性在本技術(shù)領(lǐng)域里是熟知的。因?yàn)橛部截怐MD器件典型地由帶有相當(dāng)線矩陣的很長陣列所構(gòu)成(即16至128畢特)，X-Y尋址是不困難的。
當(dāng)僅僅很小部分?jǐn)?shù)據(jù)陣列改變時，這種實(shí)施具有簡化尋址帶寬問題和減小DMD操作周期的優(yōu)點(diǎn)。對一印刷應(yīng)用來說，它還進(jìn)一步有消除與二進(jìn)制PWM相關(guān)的人為痕跡或線性PWM的實(shí)際可尋址限制的優(yōu)點(diǎn)。
作為利用該DMD的這些鎖存和復(fù)位特性的許多方法中的一個例子，考慮四個象素為一組用于模擬灰度。如圖1c中在線18上所示的那樣，考慮四個相鄰的象素以四個不同的顯露順序被顯現(xiàn)出來。在該線的起始點(diǎn)，所有四個象都被接通。第一個表示該組18a的最高有效位，意味著它停留的最長。在該復(fù)位成12的第一個脈沖上，對于三個較高位畢特18a、18b和18c的電極狀態(tài)沒有變化，但較低位象素18d將被斷開。在第二個脈沖時下一畢特被斷開，并且第三個畢特在第三脈沖時被關(guān)斷。最后，所考慮的最后畢特，與一個其它象素的更新一道接收相應(yīng)于下一印刷行的新的數(shù)據(jù)，并且該過程再次開始。
在這種方法中，用脈沖寬度調(diào)制占用該時間以完成灰度是值得考慮的改進(jìn)。允許保持每分鐘競爭頁的行時間比率，并且加上對所完成的灰度等級數(shù)量的附加控制。該電壓的調(diào)整還考慮到該數(shù)據(jù)的較容易的操作以完成該適合的圖象。
定時來操作該數(shù)據(jù)還可以是用在一圖象的分辨率增強(qiáng)器。在具有空間光調(diào)制器印刷機(jī)的分辨率增強(qiáng)器中最大的問題之一起因于單元的圖象向紙件的傳送。即使在高分辨率紙印刷機(jī)中，在該被彎曲的末端該印刷圖象也呈現(xiàn)一階梯形的結(jié)果。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)樵搯卧菩≌叫?，并被形成階梯以試圖填滿該曲線。
一種典型的空間光調(diào)制器陣列的設(shè)計方案如圖2a所示。象素20a位于水平線24和垂直線22a的中心。向右邊移動，在線上的象素連續(xù)在位于線22a、22b等的中心。由列22a引起的該印刷圖象具有如圖2b所示的標(biāo)準(zhǔn)方式裝載的數(shù)據(jù)。來自圖2a的前面三個象素的圖象被傳送到在圖2b中的26區(qū)域。
圖2c示出了一種改善在印刷圖象29的邊緣上呈現(xiàn)階梯效應(yīng)的方式。來自該陣列的頂端象素20在一稍后的時間接收它的數(shù)據(jù)。該鼓形物連續(xù)地旋轉(zhuǎn)并且該象素圖象出現(xiàn)在一偏移位置30。如象下一個象素圖象被傳送一樣，該圖象的底部變成下一個標(biāo)準(zhǔn)的被定時象素29的圖象部分。這主允許該象素的垂直范圍的操作以使得印刷特性的邊緣細(xì)節(jié)呈現(xiàn)出非常精細(xì)的臺階。例如，具有8個臺階的延遲，該曲線將呈現(xiàn)一串象素，這些象素的尺寸為前面的象素減去它的高度的1/8。這如圖2d所示。選擇象素的再尋址是在該處理方向上在一比該個別元素分辨率更精細(xì)的尋址網(wǎng)格上用來移動一被印刷對象的邊緣。
圖2中的一個限制是該象素的中心的置位。如圖標(biāo)準(zhǔn)尺寸象素一樣，所有不同尺寸的象素都保持在該相同X-Y網(wǎng)格的中心。存在有許多沿該SLM陣列的方向去實(shí)現(xiàn)分辨率增強(qiáng)的方式，剛剛描述了在該處理方向完成分辨率增強(qiáng)的方式。當(dāng)印刷易于被分辨的特征時，這些方法中的一種方法將保持通常標(biāo)準(zhǔn)的每英寸300點(diǎn)(dpi)，當(dāng)印刷曲線或精細(xì)特征對象時，則接通一高dpi水平模式。在圖3中示出了一種將要實(shí)現(xiàn)的空間光調(diào)制陣列。通過選擇合適的行，該特性的邊緣在水平方向上可增加偏移，如在圖2中所述的通過定時變化在垂直或處理方向上同樣也偏移。
圖3中的標(biāo)準(zhǔn)象素40保持相同的尺寸。當(dāng)象素40移至右邊一增量距離之后，象素401的行開始。例如，如果希望900dpi，則下一行象素需要從第一行偏移1/3象素，如圖所示的距離42。當(dāng)具有象素的行402開始自上面所述的行移動一附加1/3距離時，該距離44等于該標(biāo)準(zhǔn)象素的2/3。不存在有對該行可以怎樣相互偏移的限制。開始時該系統(tǒng)可要求出現(xiàn)空格行，然后是標(biāo)準(zhǔn)行，然后是另外的空格行。此外，設(shè)計者可以為在任何給出的偏移上多于一行是必須的。
這些象素的尋址電路與規(guī)則陣列是相同的(見圖2a)。印刷機(jī)控制器確定何時需要一個被延遲的邊緣以更精確地表示一個特性，與該置于OPC內(nèi)的潛在圖象相一致，延遲對于該線直至線401或402等的特性。
由該偏移技術(shù)所獲得的一條印刷線示于圖4中。前兩個印刷特性由象素行50表示。在印刷曝光中在該特性之間的間隙52由一額定的兩個象素的寬度間隙得到。但是，該特性的第三個形狀54是由被偏移了等于標(biāo)準(zhǔn)象素的1/3寬度的距離的401行(來自圖3)的象素而印刷的。隨著由DMD行402(來自圖3)曝光的2/3偏移間隙44，隨后出現(xiàn)在該行中的另外的間隙。在象素行45中，該處理器決定它需要返回到未被偏移的行400的象素，導(dǎo)致該非整數(shù)間隙47。行56表示傳送至該紙件的結(jié)果圖象。行標(biāo)志L表示相對于行400(圖3)的未調(diào)整象素可尋址網(wǎng)格。
操作該印刷特性尺寸的更為理想的方法是在該DMD陣列中實(shí)際將該象素變得比由該印刷所規(guī)定的分辨率網(wǎng)格更短、更窄或更均勻地減小。這種狀態(tài)如圖5中所示。該標(biāo)準(zhǔn)象素20被稱之為尺寸1。在這個例子中，該縮減的縮減率為1/4，但這種方法并不限于這種特殊的例子。象素34是象素20的0.75線性尺寸和0.5面積。類似地，象素36具有0.25的尺寸，以及象素38具有0.0625(1/16)的面積。這些較小尺寸的象素對于上述任何調(diào)制器都是可能的，每種尺寸具有的行數(shù)和列數(shù)僅由它的將被利用的場合來限定。例如，可決定每種尺寸的象素具有三行。
顯然，上述方法還兼?zhèn)溆心軐?shí)現(xiàn)具有灰度的成象的水平和垂直分辨率增強(qiáng)的更為有力的特性組的優(yōu)點(diǎn)。在圖6中示出了一種能完成定時延遲(垂直偏移)、可變象素尺寸、形狀和網(wǎng)格設(shè)置以及水平偏移的陣列。
該標(biāo)準(zhǔn)尺寸象素20作為參考被示出位于規(guī)則X-Y網(wǎng)絡(luò)(圖2a的22和24行)的中心。象素58a和58b表明了與象素20的邊緣相一致的一半尺寸的象素偏移。象素58a和58b可以單獨(dú)地被操作或參與模擬一矩形象素元素，但這要以犧牲增加復(fù)雜性和尋址電路系統(tǒng)為代價。由于該電子照相處理運(yùn)動在該處理方向上使一象素圖字模糊，而一完全的矩形象素則有光學(xué)上的優(yōu)勢。象素60a和60b說明了該矩形尺寸象素和定時延遲，如果被延遲一半則點(diǎn)線構(gòu)成的60b作為該象素的圖象。象素對62a-b和64a-b表示較小的象素可左或右位移以便與該標(biāo)準(zhǔn)象素的左或右邊緣相對應(yīng)。該象素對表示3/4和1/4象素，但是可以是任何適適合該標(biāo)準(zhǔn)象素20的寬度的尺寸的象素。典型的為，設(shè)計者在這種隨機(jī)方式中不放置這些象素，但該圖示出了上述方法的各種組合。
現(xiàn)在的問題是這種器件的制造。雖然，對于大多數(shù)調(diào)制器來說這樣一種陣列的制造是困難的。但任何上述的調(diào)制器都可以適合于這種陣列的結(jié)果，這是可能的和正確的。一種特別適合于這種類型的陣列的調(diào)制器是數(shù)字微鏡器件(DMD)，特別是在其中隱藏有鉸鏈結(jié)構(gòu)。
DMDs的制造已在1991年10月29日公布的美國專利5,061,049中有所描述，雙電平DMD的制造在1992年1月28日公布的美國專利5,083,857中已有介紹，這兩篇文獻(xiàn)在這里均作為參考文獻(xiàn)。一硅基片具有由常規(guī)CMOS方法制造的數(shù)字尋址電路系統(tǒng)，并且隨后在其上沉積在連接到該CMOS的電極。這些電極隨后用一種有機(jī)材料復(fù)蓋，通過等離子體蝕刻可以移去該有機(jī)材料各通道被刻進(jìn)入該有機(jī)材料之中并且在其上面沉積有第一金屬層，并且該金屬層添充了各個通道，在這些工作之后就成型以構(gòu)成了支撐柱。然后第二金屬層被沉積并成型以形成了該鏡元素。然后整體結(jié)構(gòu)被蝕刻以除去該有機(jī)材料，留下懸浮在電極之間并由柱來支撐的鏡。在這種處理中呈現(xiàn)有各種變化，包括一種變化是該鏡是由剩余的有機(jī)材料支撐而不是由柱支撐。
這種基本過程采用的另外的方面是該隱藏鉸鏈。圖7a示出了一種先有技術(shù)的隱藏鉸鏈DMD的圖。該基片66具有在其上或在其中的諸如71的原始電極層。有機(jī)材料最好地存在于由空隙73所示出的該層。然后由68a和68b所示的金屬層由該隔出層與該電極離開。從這一點(diǎn)來說，原始的DMD已完成。該隱芷鉸鏈帶有一附加層適應(yīng)了這種過程。在該隱藏鉸鏈實(shí)施例中，該電極70a及70b通過間隙73而升高到該基片的上面，現(xiàn)在來看在與它的相連的該原始單級結(jié)構(gòu)中鏡75的情況。在這個被升高的電極層上而應(yīng)用了第二層有機(jī)材料，形成一個通往金屬層68b的通道，并且沉積另外的金屬層以構(gòu)成一柱72和第二級鏡74。該第二級鏡典型地是在原始鏡75的中心區(qū)域構(gòu)成的。在除去第一和第二層有機(jī)材料之后，來自上面和下面的電極/鏡68a-b是同樣由一空氣隙73與尋址電路系統(tǒng)相隔離，而得到越過一空氣隙76而被懸浮在其上的一鏡元件74的結(jié)構(gòu)。
這種偏移的一種另外的改進(jìn)進(jìn)一步具有從該電極71中心這該第一金屬層68而不必如在上述例子中使用層68作為電極的優(yōu)點(diǎn)。一種常規(guī)的DMD結(jié)構(gòu)是在金屬層68上制造，完全的鉸鏈、支撐柱以及電極，它們?nèi)员Ａ粼趯?1上。在這種方法中，該尋址脈沖激勵用地尋址的該第一級鏡并且空氣隙73唯一地確認(rèn)該偏轉(zhuǎn)角度。從該光作用層分離該電作用層是該第二級鏡74。這種配置的一個附加的優(yōu)點(diǎn)是可同一均勻的空氣隙73和一在空氣隙76中得到的第二均勻隔片厚度可以制造出來，同時允許鏡尺寸可變以便可在相同旋轉(zhuǎn)角度情況下操作。這在圖76中被示出。
該數(shù)字微鏡的這個實(shí)施例的主要優(yōu)點(diǎn)是該第二級鏡的位置。因?yàn)樗鼈儾皇潜粡?qiáng)制的去進(jìn)行尋址，所以該第二級鏡可相對于中心柱位置移動，并且可以是如在圖5和6中所提議的不同的尺寸。這個實(shí)施例的一側(cè)示圖如圖76中的概圖所示。相應(yīng)于該隔片層以及確保在電層元素75和光層元素74和77之間所產(chǎn)生的空氣源，尋址電極70a-b對支撐柱72上的該常規(guī)第一級鏡75尋址，該完整的DMD陣列包括一致尺寸的電元件75，它們根據(jù)在電極70a-b和鏡75上的控制信號而以相同的角度±θ來操作的。該光元件74和其周圍的平的、反射的金屬表面77被分別支撐在柱72和78上。該光元件74，不管其尺寸、位置或幾何形狀如何，都與該控制元件75一起轉(zhuǎn)動一精確的±θ偏轉(zhuǎn)角。該靜止、插入的金屬結(jié)構(gòu)77阻止來自射到下層鏡元件75和進(jìn)入該光系統(tǒng)的光線。
可以用一種平面形(planaringing)材料80填充第一級通路，并可將第二級通路78直接安置在該第一級通路的上面。如圖7c所示，在另外的配置中，支撐該非調(diào)制金屬光屏蔽77的柱可如由81所示那樣遠(yuǎn)離有源控制元件75并且不直接通過通路72的上方而被安置。圖7c是該結(jié)構(gòu)以及二個可供選擇的光象素元件尺寸和位置82，83的例子的俯視圖。該鉸鏈84連接到通路72，也可能與在控制電極(未示出)上面的懸掛、角形控制元件75的平面形添充劑80在一起。
為了屏蔽光對控制級象素結(jié)構(gòu)的影響，無操作光級金屬77的交叉陰影線的例子是必要的。按照設(shè)計考慮它被支撐在通路81或78上(圖76)。
在前二排中，象素元件82是由通路72連接到較下部元件75的該陣列的矩形(對角線影線)光有源部分。作為在圖5和6中提出的第二個例子，半尺寸象素(對角線影線)83是沿著操作元件75的四行而排列并且交錯的與單元邊界的邊緣對準(zhǔn)。當(dāng)用電方法再隔行掃描時，該四個元件83的組合可以成為一條直線以構(gòu)成是該基本控制元件的兩倍分辨率的一直線圖象。這就不得不滿足電操作的要求。元件8 3還符合于圖6中64a和64b的概念。
圖7c還示出了一簡單的水平鉸鏈陣列，但這種方式是與45度角鉸鏈或其它取向角度的鉸鏈相兼容的。
如象早先所討論的那樣，在這種結(jié)構(gòu)中也可實(shí)施若干其它的組合。因?yàn)樵撿o電力強(qiáng)制達(dá)到的偏轉(zhuǎn)是由該第一級鏡來控制的，所以如果有的話，該第二級鏡具有許多具有很少強(qiáng)制可能的光圖象。從尋址和電操作要求中分離光要求是一個主要的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)一滿足所有這些可能性的陣列被制做出來以后，就可能獲得其有灰度的高分辨率的印刷。圖8a示出了由一標(biāo)準(zhǔn)300dpi印刷機(jī)實(shí)現(xiàn)一印刷特性的結(jié)果。所希望的印刷特性由點(diǎn)線表示。由這一圖中可以看出，存在有許多降低圖象分辨率的有關(guān)分辨率的缺陷。由標(biāo)準(zhǔn)78所指明的不希望的現(xiàn)相是由凹坑來構(gòu)成的，該凹坑通常不可能被解決。凸出部分76表明了具有相反問題的不希望的現(xiàn)象，在那里去填充在該圖象中的間隙的象素太大但沒有超過它的極限而延伸。
對這些不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象的解決是在圖86中。用陰影線表示的象素80和82是不同大小的象素，它們分別是標(biāo)準(zhǔn)象素大小的0.75、0.5或0.25倍。原有點(diǎn)的象素86被定時延遲因而呈現(xiàn)垂直位移。用叉劃表示的象素84是被水平偏移的象素。另外，如前面所討論的，將出現(xiàn)任何上述的組合象素。例如，象素80不僅是一0.5大小的象素，它還水平地偏移以滿足拐角的要求。象素82是一0.25大小的象素，它可通過定時延遲附加地垂直偏移。沒有示出灰度，這也可如前面所討論的利用這種陣列去實(shí)現(xiàn)。在這個例子中，灰度可用來進(jìn)一步增強(qiáng)該印刷特性的呈現(xiàn)和輪廓。用圖5所示的很小的“子象素”來實(shí)現(xiàn)的在不降低線性分辨就緒時使用脈沖寬度控制的濃度調(diào)制或區(qū)域調(diào)制具有模擬真實(shí)灰度圖象的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。
一種可能包括載有該DMD的ASIC改良芯片將提供控制轉(zhuǎn)換的必要數(shù)據(jù)通道以及為了操作這個陣列的適當(dāng)?shù)难舆t。該處理器還決定行的類型，是不同大小的象素還是水平面偏移象素還是標(biāo)準(zhǔn)象素中的一種象素將接收該數(shù)據(jù)流中的特定部分。另外，該處理器還需要確定由陣列的最后選擇所實(shí)現(xiàn)的特征要求是300dpi還是900dpi還是任何實(shí)際偏移的dpi。該適當(dāng)?shù)木幋a數(shù)據(jù)在該DMD上以定時、位置或象素尺寸的形式編碼，以達(dá)到所希望的印刷特性。該處理器不必須監(jiān)控該復(fù)位過程以達(dá)到適當(dāng)?shù)幕疑燃墶?br> 這就允許該系統(tǒng)獲得用于高質(zhì)量印刷的所有可能的優(yōu)點(diǎn)灰度、定時延遲數(shù)據(jù)、水平偏移象素以及不同尺寸的象素。
雖然對用于高質(zhì)量印刷的方法的這種特殊實(shí)施例作了描述，但是除了所述下面的權(quán)利要求之外，這樣的特定關(guān)系并不能被認(rèn)為是對本發(fā)明的觀點(diǎn)的限制。
權(quán)利要求
1.一種高清晰印刷的方法，包括a.處理和分析該數(shù)據(jù)以由三種方法中的至少一種方法來修改該最后的圖象，所說的方法包括i.時間延遲該圖象數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)在印刷圖象范圍的較精細(xì)的垂直控制；ii.水平偏移圖字?jǐn)?shù)據(jù)以在印刷圖象范圍實(shí)現(xiàn)較精細(xì)的水平控制；和iii.使用其尺寸為分?jǐn)?shù)的象素填充到印刷圖象中以實(shí)現(xiàn)較精細(xì)的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的方法還包括一種實(shí)現(xiàn)灰度的方法。
3.一種灰度印刷方法，包括a.將數(shù)據(jù)裝入用于一空間光調(diào)制器的每個單元的尋址電路系統(tǒng)之中以觸發(fā)予置數(shù)量的所說單元；b.觸發(fā)所說予置數(shù)量的單元；c.選擇性地使所選擇的所述予置數(shù)量中的去激活的部分以減少所顯現(xiàn)的光敏表面的露光量，因而實(shí)現(xiàn)灰度；和d.重復(fù)所述的無效直至獲得一個所期望的灰色濃淡。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所說的空間光調(diào)劑器是一數(shù)字的微鏡器件。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所說的空間光調(diào)制器是一雙級數(shù)字的微鏡器件。
6.一種增強(qiáng)分辨率的方法包括延遲發(fā)送的數(shù)據(jù)以觸發(fā)一空間光調(diào)制的單元，使所選擇的所述單元中的一個單元在該圖象的垂直方向的一光敏介質(zhì)上去實(shí)現(xiàn)象素圖象尺寸的精細(xì)控制。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所說的的方法還包括通過以水平方向的分?jǐn)?shù)增量來偏移所述象素而偏移一陣列的象素以實(shí)現(xiàn)每英寸若干倍原始點(diǎn)的分辨率，以及一種用于實(shí)現(xiàn)灰度的方法。
8.一種增強(qiáng)分辨率的方法包括通過的水平方向設(shè)置所說象素分?jǐn)?shù)增量水平地偏移一陣列的象素以實(shí)現(xiàn)每英寸點(diǎn)的分辨率提高若干倍。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所說的方法還包括使用一標(biāo)準(zhǔn)象素的分?jǐn)?shù)尺寸的字素來填入若使用標(biāo)準(zhǔn)象素添充時會出現(xiàn)客觀的有不希望出現(xiàn)的缺陷的圖象區(qū)域，以及一用于實(shí)現(xiàn)灰度的方法。
10.一種增強(qiáng)分辨率的方法，包括使用分?jǐn)?shù)尺寸的象素來填入若使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸象素會出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的缺陷的圖象的區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所說的方法還包括一種用來實(shí)現(xiàn)灰度的方法。
12.一種帶有一光有源級和一電有源級的空間光調(diào)制器陣列包括a.與一X-Y網(wǎng)格對準(zhǔn)的一標(biāo)準(zhǔn)尺寸的空間光調(diào)制器單元；b.與一X-Y網(wǎng)格對準(zhǔn)并且在其上方的該標(biāo)準(zhǔn)尺寸的分?jǐn)?shù)的空間光調(diào)制器單元；c.從與所述X-Y網(wǎng)格對準(zhǔn)并且在其上方的所述單元水平地偏移地該標(biāo)準(zhǔn)尺寸的分?jǐn)?shù)的空間光調(diào)制器單元；和d.從與所述X-Y網(wǎng)格對準(zhǔn)并且在其上方的所述單元水平地偏移地標(biāo)準(zhǔn)尺寸的空間光調(diào)制器單元。
13.如權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其中所說的調(diào)制器是一數(shù)字微鏡器件。
14.如權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其中所說的調(diào)制器是一雙級微鏡器件。
15.如權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其中光有源級和所述電有源級是相分離的級。
16.如權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其中所述單元不管尺寸如何均單值地偏轉(zhuǎn)實(shí)質(zhì)相同的偏轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
在空間光調(diào)制器印刷機(jī)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量印刷是困難的。兩個主要的問題在該行時間約束范圍之內(nèi)達(dá)到灰度和在該印刷的圖像范圍之內(nèi)(81)消除出現(xiàn)楷梯的現(xiàn)象。它可以通過與數(shù)據(jù)被填進(jìn)該單元時在該空間光調(diào)制器上交替復(fù)位的方式、定時延遲(86)、水平偏移(84)和不同尺寸像素(80、82)來改進(jìn)。
文檔編號G06K15/12GK1120206SQ9411617
公開日1996年4月10日 申請日期1994年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月26日
發(fā)明者威廉·E·納爾遜 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司