(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルパス結像システムにおいて、
２次元アレイ状に配置された複数の発光素子であって、各発光素子が第１の変調状態にある場合に前記各発光素子が第１の強度を有する関連する変調光部を伝達し、前記各発光素子が第２の変調状態にある場合に前記各発光素子が前記第１の強度よりも低い第２の強度を有する前記関連する光部を伝達し、前記各発光要素が対応する所定方向に前記関連する光の一部を向けるように配置され、それによって前記複数の発光素子が変調された２次元光照射野を生成するように前記各発光素子が２つ以上の変調状態間で調整可能である、前記複数の発光素子と、
受信した画像データに応じて前記複数の発光素子を制御するように構成されたコントローラと
を含む２次元光照射野発生装置と、
前記２次元光照射野発生装置から前記変調された２次元光照射野を受光するように配置され、前記集光された変調光部が細長い走査線画像を生成するように前記各発光素子から伝達された前記関連する光部を集光するように配置されたアナモフィック光学系と、を備え、
前記複数の発光素子が複数の行及び複数の列に配置され、前記各列における前記発光素子の全てが関連する画素群を形成し、
前記アナモフィック光学系が、前記細長い走査線画像の関連する前記走査線部上に前記複数の発光素子の各関連する画素群から受光した変調光部を集光するように配置され、
前記アナモフィック光学系が交差処理光学サブシステム及び処理方向光学サブシステムを含み、
前記交差処理光学サブシステムが交差処理方向にのみ前記変調光部を投影及び拡大するように配置された第１及び第２のフォーカスレンズを含み、
前記処理方向光学サブシステムが処理方向に平行に前記細長い走査線画像上で前記変調光部を集光するように配置されている第３のフォーカスレンズを含み、
前記第１、第２及び第３のフォーカスレンズのそれぞれが円筒状レンズ及び非円筒状レンズを含む、結像システム。
【請求項２】
前記アナモフィック光学系が、さらに、前記２次元光照射野発生装置及び複数の前記フォーカスレンズの間に配置されたコリメートレンズを備える、請求項１に記載の結像システム。
【請求項３】
前記２次元光照射野発生装置がアレイに配置された複数の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置を備える、請求項１に記載の結像システム。
【請求項４】
前記関連する画素群それぞれが２又はそれ以上のＶＣＳＥＬ装置上に配置された前記発光素子のセットを配置して備える、請求項３に記載の結像システム。
【請求項５】
シングルパス結像システムにおいて、
２次元アレイ状に配置された複数の発光素子であって、各発光素子が第１の変調状態にある場合に前記各発光素子が第１の強度を有する関連する変調光部を伝達し、前記各発光素子が第２の変調状態にある場合に前記各発光素子が前記第１の強度よりも低い第２の強度を有する前記関連する光部を伝達し、前記各発光要素が対応する所定方向に前記関連する光の一部を向けるように配置され、それによって前記複数の発光素子が変調された２次元光照射野を生成するように前記各発光素子が２つ以上の変調状態間で調整可能である、前記複数の発光素子と、
受信した画像データに応じて前記複数の発光素子を制御するように構成されたコントローラと
を含む２次元光照射野発生装置と、
前記２次元光照射野発生装置から前記変調された２次元光照射野を受光するように配置され、前記集光された変調光部が細長い走査線画像を生成するように前記各発光素子から伝達された前記関連する光部を集光するように配置されたアナモフィック光学系と、を備え、
前記アナモフィック光学系が交差処理光学サブシステム及び処理方向光学サブシステムを含み、
前記交差処理光学サブシステムが交差処理方向にのみ前記変調光部を投影及び拡大するように配置された第１及び第２のフォーカスレンズを含み、
前記処理方向光学サブシステムが処理方向に平行に前記細長い走査線画像上で前記変調光部を集光するように配置されている第３のフォーカスレンズを含み、
前記第１、第２及び第３のフォーカスレンズのそれぞれが円筒状レンズ及び非円筒状レンズを含む、結像システム。
【請求項６】
前記２次元光照射野発生装置が、マルチモード垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置及びシングルモードＶＣＳＥＬ装置のうちの少なくとも一方を備える、請求項５に記載の結像システム。
【請求項７】
前記コントローラが、複数の駆動電流を生成するように構成され、各駆動電流が関連する画素画像データ値に対応し、
前記関連する画素群を形成する前記各列の前記発光素子の全てが、前記コントローラから前記発光素子の全てに送信される関連する前記駆動電流を受ける、請求項６に記載の結像システム。
【請求項８】
前記アナモフィック光学系が、さらに、前記２次元光照射野発生装置及び複数の前記フォーカスレンズの間に配置されたコリメートレンズを備える、請求項５に記載の結像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像システムに関し、特に高速画像生成のために高エネルギ光源を利用するシングルパス結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ結像システムは、電子写真印刷、マスク及びマスクレスリソグラフィパターニング、表面のレーザテクスチャ加工及びレーザ加工装置などの用途において画像を生成するために広く使用される。レーザプリンタは、大抵の場合、切断用途については、レーザ結像システムはフラットベッドｘ−ｙベクトルスキャンを使用するのに対して、ポリゴン又はガルボスキャナを利用することによって処理方向に垂直なレーザを掃引するラスタ光学スキャナ（ＲＯＳ）を使用する。
【０００３】
レーザＲＯＳアプローチの制限の１つは、画像解像度と走査線の横方向範囲との間の設計上のトレードオフがあるということである。これらのトレードオフは、像面湾曲などの走査線の極において光学性能の制限から生じる。実際には、単一のガルバノメータ又はポリゴンスキャナによって２０’’の結像領域にわたって１２００ｄｐｉの解像度を達成することは極めて困難である。さらにまた、ｘ−ｙフラットベッドアーキテクチャで電動駆動される大面積のカバレッジのために理想的な単一のレーザヘッドは、最高速印刷処理のためには遅すぎる。
【０００４】
この理由のために、幅が最大２０’’のモノリシック発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイは、幅広の電子写真について結像の利点を有する。あいにく、現在のＬＥＤアレイは、画素あたり１０ミリワットの電力レベルを提供することができるのみであり、したがって、例えば電子写真などのいくつかの非熱的結像用途についてのみ有用である。さらに、ＬＥＤバーは、差がある経年劣化及び性能のばらつきを有する。単一のＬＥＤが故障した場合、ＬＥＤバー全体の交換が必要である。他の多くの結像又はマーキング用途は、はるかに高い電力を必要とする。例えば、レーザテクスチャ加工又は切断用途は、１０Ｗ〜１００Ｗの範囲の電力レベルを必要とすることができる。それゆえに、ＬＥＤバーは、これらの高電力用途には使用することができない。また、千鳥ヘッドの２つ以上の列を使用することなく、より高速又は１２００ｄｐｉ超の解像度にＬＥＤを拡張することは困難である。
【０００５】
１００ｍＷ〜１００ワットの範囲の高出力半導体レーザアレイが存在する。ほとんどの場合、それらは、大抵の場合に全幅で約１ｃｍのレーザダイオードバー上などの１Ｄアレイ形式で存在する。他の種類の高出力指向光源は、２Ｄ面の発光ＶＣＳＥＬアレイである。しかしながら、これらの高出力レーザ技術は、いずれも最近傍間のレーザピッチが６００ｄｐｉ以上の結像解像度と互換性があるのを可能としない。さらに、これらの技術のいずれも、各レーザの個々の高速制御を可能とする。それゆえに、高出力オーバーヘッド投影結像システムなどの高出力用途は、大抵の場合、テキサスインスツルメンツ社製のＤＬＰ（商標）チップや液晶アレイなどの空間光変調器と組み合わせたレーザなどの高出力電源を使用する。
【０００６】
ＤＬＰベースのアプローチは、多くの点で魅力があるが、いくつかの欠点がある。まず、高出力レーザは、レーザエネルギのごく一部のみを必要とする低彩度画像であっても形成するために完全にオンでなければならない。ほとんどのレーザエネルギは、ビームダンプに分流して無駄になり、エネルギ効率の低下及びレーザ寿命の低減につながる。第２に、マイクロミラーは、レーザエネルギの一部を吸収し、それらが変形して故障する前に制限された量の光出力を扱うことができるのみである。この制限は、結像システムの印刷速度及び長期信頼性を制限する。第３に、マイクロミラーは、光学系の残りの部分に慎重に整列させる必要がある機械的部品である。そのような機械的スイッチング部品は、複雑さ及びコストを追加する。
【０００７】
必要とされるものは、１２００ｄｐｉよりも大きい達成可能な解像度を有し且つシングルパスでの高分解能高速結像を可能とするとともに、２０’’を超える大規模な処理幅にわたってスケーラブルな１ワットのレベルよりもかなり高い全光出力のレーザベースの結像アプローチである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、所定の走査線画像データに応じて２次元変調光照射野を生成するために２次元光照射野発生装置（例えば、１つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置）と、狭い走査線画像を形成するために変調光照射野をフォーカスするアナモフィック縮小光学系とを利用するシングルパス結像システムに関する。ここで、用語アナモフィック光学系は、光学レンズ、ミラー、又は、ＶＣＳＥＬ装置によって形成された光のパターンなどの物体面からの光を直交する方向に沿って異なる倍率で最終像面に投影する他の要素からなる任意のシステムを指す。それゆえに、例えば、ＶＣＳＥＬレーザ素子の２Ｄアレイによって形成された正方形状の結像パターンは、その幅を拡大すると同時にその高さを縮小する（又は集光焦点にもたらす）ようにアナモフィックに投影されることができ、それによって正方形を最終像面における非常に薄い細長矩形状の画像に成形する。変調光を集中させるようにアナモフィック光学系を利用することにより、高い全光強度（束密度）（すなわち、ワット／ｃｍ２の数百のオーダー）が高強度光源を必要とすることなく走査線画像の任意の点で発生されることができ、それにより、シングルパスの高解像度高速印刷用途又は産業用途において高エネルギのレーザ線を必要とする使用可能な信頼性のあるさらに高出力の結像システムを容易とする。さらにまた、光照射野発生装置が、所定の走査線画像データによって指示されたときに、２次元光照射野の少なくとも１次元にわたって略均一な光強度を提供するように、１つ以上の不均一な光源からの光を整形する光パイプ又はマイクロレンズアレイなどの複数の光学素子を含むことができることを明確にすべきである。
【０００９】
本発明の態様によれば、光照射野発生装置は、２次元アレイ状に基板上に配置された複数の発光素子（例えば、発光ダイオード）と、各発光素子の光発生構造（例えば、レーザダイオード）が、比較的高い強度を有する光が生成される第１の変調状態（例えば、完全オン）と比較的低い強度を有する光が生成される１つ以上の第２の変調状態（例えば、部分的にオンの素子によって生成される低い強度又は素子が完全オフであるときのゼロ強度）との間で調整可能であるように、所定の走査線画像データに応じて発光素子を個々に制御するコントローラとを含む。発光素子の１つが第１の変調状態又は部分的オンの第２の変調状態である場合、発光素子は、対応する所定方向に関連する変調光の一部を向ける（例えば、素子は、並列に沿ってアナモフィック光学系に向けてそれらの関連する光の一部を伝達する）。アナモフィックに投影されて集光される前にこのようにして変調光を生成することにより、本発明は、任意の与えられた瞬間に走査線の１点に高出力を印加するのみであるラスタシステムに比べて、結像領域全体に沿って高出力走査線を同時に生成することができる。このアプローチはまた、ＤＬＰベースのアプローチに必要な機械的ステアリングの必要性を回避する。さらに、結像システムは、複数の発光素子から出射される比較的低出力の変調光の一部を利用することから、本発明は、市販のＶＣＳＥＬ装置などの低コストの市販のレーザアレイ装置を使用して製造することができる。さらに、各画素位置において異なる数の発光素子を集光することにより、結像システムは、例えば、高速印刷システムを生成するように（すなわち、比較的少数の変調光部を集光することによって）より低強度の走査線を生成するか又は広い範囲の工業用途において有用であることができるレーザ切断システムを生成するように（すなわち、比較的多数の変調光部を集光することによって）より高強度の走査線を生成することができる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、光照射野発生装置のアレイ状の発光素子は、行及び列に配置されており、アナモフィック光学系は、細長い走査線画像の関連する結像領域（「画素」）上における各列から受光した光部を集光するように配置されている。すなわち、各列の発光素子の全ては、関連する画素群を形成し、各画素群から受光した集光された変調光部は、得られた結像「画素」が「オン」状態（すなわち、完全オン又は部分的オン）にある所定の列の全ての発光素子からの合成光であるように、走査線画像の同じ対応する結像領域上にアナモフィック光学系によって導かれる。本発明の重要な態様は、走査線画像を構成する各結像「画素」の輝度が「オン」状態にある関連する列における素子の数によって制御されるように、各発光素子によって出射される光部がアナモフィック光学系によって走査線に供給されるバイナリデータの１画素の一部のみを表すという理解にある。したがって、各列に配置された複数の発光素子を個々に制御することにより、且つ、対応する結像領域上に各列によって通過した光を集光することにより、本発明は、各列の要素の「オン」変調状態の数及び／又は程度（すなわち、完全に又は部分的に）を制御することによってグレースケール能力を有する結像システムを提供する。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、２次元光照射野発生装置は、アレイ状に配置され且つ所望の光エネルギをまとめて生成する複数の光発生／発光素子（ＶＣＳＥＬレーザ素子）を含む１つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置を用いて実現される。他の実施形態において、ＶＣＳＥＬ装置は、シングルモード又はマルチモード装置のいずれかである。マルチモードＶＣＳＥＬ装置の発光素子は、シングルモード装置のものよりも大きい開口サイズを有し、より高い最大光出力を生成することができる。しかしながら、シングルモード装置は、より良好なビーム品質を有する。本発明のディジタルオフセット印刷用途について、好ましい実施形態は、マルチモード装置である。
【００１２】
他の実施形態によれば、ＶＣＳＥＬレーザ（発光）素子は、独立に又はコントローラによって生成された共通の駆動電流を使用して扱われる。独立して発光素子を扱うことは、各発光素子のための別個の制御信号を生成して送信することを含み、ビーム整形を容易とするが、多くの制御ライン及び関連する費用を必要とする。現在好ましい実施形態において、ＶＣＳＥＬ装置は、各駆動電流が画素画像データ値に関連する複数の駆動電流をコントローラが生成して送信するように製造され、各駆動電流は、所定の列の全ての発光素子に供給される。各列に共有（共通）の駆動電流の使用は、多くの費用及び複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。他の実施形態において、各列内の全ての発光素子に共有電流を伝達するために並列配線又は直列配線が利用される。直列配線構成を生成することは、並列配線よりも多くの処理工程を必要とするが、より高い電圧の低電流駆動源が使用されるのを可能とする。
【００１３】
他の代替的実施形態によれば、改良された光学スループット及びコリメーションは、ＶＣＳＥＬアレイの各発光素子上にマイクロレンズを配置することによって達成される。代替の特定の実施形態において、マイクロレンズは、ＶＣＳＥＬ装置上にハイブリッド方式で搭載された基板上にアレイ状に配置される（すなわち、ＶＣＳＥＬ素子が製造された後）、又は、マイクロレンズは、ＶＣＳＥＬアレイ製造プロセスの一部として各ＶＣＳＥＬ素子上にモノリシックに集積されて形成される（すなわち、一体的に配置される）。いずれの場合においても、各マイクロレンズは、関連するＶＣＳＥＬ（発光）素子によって生成された光が通過して関連するマイクロレンズによってコリメートされるように配置される。
【００１４】
本発明のさらに他の実施形態によれば、ＶＣＳＥＬ（光照射野発生装置）の各列の発光素子は、アナモフィック光学系の交差処理及び処理垂直方向に対して（すなわち、走査線画像に対して）小さな斜めの角度で整列され、これにより、アナモフィック光学系は、走査線画像の関連するサブ結像領域上に各変調光部をフォーカスする。この平行四辺形構成（傾斜配向）の利点は、画像化システムがより高いサブ画素の空間的アドレス可能な空間を生成し、Ｘ軸及びＹ軸方向の双方において小数精度で画像「画素」を位置決めするソフトウェアを利用する機会を提供するということである。ＶＣＳＥＬ（光照射野発生装置）の発光素子は、必要に応じて、アレイの異なる列に配置された複数の素子による各結像領域の整列を生成する傾斜角度に設定され、それによって可変解像度及び可変強度を容易とする。この配置はまた、隣接する結像サブユニット間をシームレスにステッチするソフトウェア調整を容易とする。
【００１５】
他の代替の実施形態によれば、ライン及び交差ライン方向において改良されたビーム発散特性は、円形や矩形などの異なるＶＣＳＥＬ素子の形状を使用して達成される。アナモフィック円筒状光学系に結合されたものは、解像度の損失なしに画素への集光を最適化することができる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、アナモフィック光学系全体は、集光した変調光が略１次元走査線画像を形成するように光照射野発生装置から受光した変調光部を集光する交差処理の光学サブシステム及び処理方向の光学サブシステムを含み、走査線画像における集光された変調光は、均質化された光よりも高い光強度（すなわち、より高い束密度）を有する。高エネルギの細長い走査線を形成するように２次元変調光パターンをアナモフィックに集光する（フォーカスする）ことにより、本発明の結像システムは、より高い強度の走査線を出力する。走査線は、その焦点付近の結像面の移動にわたって通常向けられて掃引される。これは、画像化システムがプリンタなどに形成されるのを可能とする。表面掃引の方向は、通常は走査線の方向に対して垂直であり、通例では処理方向と称される。さらに、走査線に平行な方向は、通例では交差処理方向と称される。形成された走査線画像は、処理方向に沿った走査線画像の収束及び厳しいフォーカス並びに交差処理方向に沿った走査線画像の投影倍率に対処する異なる対の円筒状又は非円筒状レンズを有することができる。１つの特定の実施形態において、交差処理の光学サブシステムは、交差処理方向において細長い走査線上に変調光を投影して拡大するように配置された第１及び第２の円筒状又は非円筒状レンズを含み、処理方向の光学サブシステムは、処理方向に対して平行な方向において走査線上の変調光を集光して縮小するように配置された第３の円筒状又は非円筒状のフォーカスレンズを含む。この構成は、実質的に無制限の長さの走査線を有するアセンブリを製造するために、隣接する光学系と組み合わせる（重複の領域と「ステッチ」又はブレンドされる）ことができる広い走査線を生成することを容易とする。１つの実施形態において、光照射野発生装置上に配置された整列されたマイクロレンズは、改良された光学スループットを提供するために利用される。あるいは、任意のコリメートフィールドレンズはまた、処理及び交差処理方向の双方において光照射野発生装置と円筒状又は非円筒状フォーカスレンズとの間に配置されてもよい。光学系全体は、光学収差又は歪みを補償するのに役立つためにいくつかの複数の要素を有することができ、そのような光学素子は、ビーム経路の複数の折り畳みを有する透過レンズ又は反射鏡レンズとすることができることが理解されるべきである。本発明の他の実施形態によれば、様々な結像システム及び関連する装置／システムは、アレイ状に配置された複数のＶＣＳＥＬ装置を含む２次元光照射野発生装置を含む。例示的な実施形態において、走査／印刷装置は、単一行のＶＣＳＥＬ装置と、細長い走査線を生成するように配置された関連する細長いアナモフィック光学系とを含む２次元光照射野発生装置と、アナモフィック光学系からの集光された変調光を受光するように配置された走査構造（例えば、結像ドラムシリンダ）とを有するシングルパス結像システムを含む。行において十分な数のＶＣＳＥＬ装置を利用することにより、結像システムは、２０’’を超える大規模な処理幅にわたってスケーラブルに形成される。特定の実施形態によれば、結像面は、可変データリソグラフィ印刷に使用されるものなどの湿し（注入）溶液を保持するものとすることができる。他の例示的な実施形態において、２つ以上のＶＣＳＥＬ装置は、処理方向に整列されている（すなわち、各列又は関連する画素群が２つ以上のＶＣＳＥＬ装置上に配置された発光素子の整列セットを含むように）。この配置は、広い範囲の産業用途において有用であることができる非常に高エネルギの（すなわち、１ワットのレベルよりかなり高い全光出力を有する）レーザラインを生成することを容易とする。
【００１７】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付図面に関して良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態にしたがって利用される簡略化された結像システムを示す平面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の特定の実施形態にかかる個々に扱われるＶＳＣＥＬレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す平面斜視図である。
【図２Ａ】図２（Ａ）は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図２の結像システムを示す概略側面図である。
【図２Ｂ】図２（Ｂ）は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図２の結像システムを示す概略側面図である。
【図２Ｃ】図２（Ｃ）は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図２の結像システムを示す概略側面図である。
【図３Ａ】図３（Ａ）は、本発明の代替の実施形態にかかる共有駆動電流によって制御されるＶＳＣＥＬレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す簡略化された斜視図である。
【図３Ｂ】図３（Ｂ）は、本発明の代替の実施形態にかかる共有駆動電流によって制御されるＶＳＣＥＬレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す簡略化された斜視図である。
【図４Ａ】図４（Ａ）は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図１の結像システムによって利用されるマイクロレンズの配置を示す簡略化された平面図である。
【図４Ｂ】図４（Ｂ）は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図１の結像システムによって利用されるマイクロレンズの配置を示す簡略化された側面図である。
【図５Ａ】図５（Ａ）は、本発明の他の実施形態にかかる、様々な形状の発光素子を有し且つ平行四辺形の配置で配置されたＶＣＳＥＬタイプの光照射野発生装置である。
【図５Ｂ】図５（Ｂ）は、本発明の他の実施形態にかかる、様々な形状の発光素子を有し且つ平行四辺形の配置で配置されたＶＣＳＥＬタイプの光照射野発生装置である。
【図６Ａ】図６（Ａ）は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図１の結像システムによって利用される簡略化されたマルチレンズアナモフィック光学系の配置を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６（Ｂ）は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図１の結像システムによって利用される簡略化されたマルチレンズアナモフィック光学系の配置を示す側面図である。
【図７】図７は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）のアナモフィック光学系の縮小特性を示す簡略図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態にかかる複数のＶＣＳＥＬタイプの光照射野発生装置を利用する結像システムを示す簡略化された斜視図である。
【図９】図９は、本発明の他の特定の実施形態にかかる折り畳まれた構成におけるＶＣＳＥＬタイプの光照射野発生装置を利用する結像システムを含む印刷システムを示す斜視図である。
【図１０Ａ】図１０（Ａ）は、結像動作中における図９の結像システムを示す簡略化された側面図である。
【図１０Ｂ】図１０（Ｂ）は、結像動作中における図９の結像システムを示す簡略化された側面図である。
【図１０Ｃ】図１０（Ｃ）は、結像動作中における図９の結像システムを示す簡略化された側面図である。
【図１０Ｄ】図１０（Ｄ）は、結像動作中における図９の結像システムを示す簡略化された側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態にかかるアレイ状に配置された複数のＶＣＳＥＬ装置を含む高エネルギ結像システムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、結像システム及び関連する装置（例えば、スキャナ及びプリンタ）の改良に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の文脈において提供される本発明を作製して使用するのを可能とするために提示される。本願明細書において使用されるように、「上部」、「最上部」、「下部」、「垂直」及び「水平」などの方向の用語は、説明の目的のために相対位置を提供するように意図されており、基準の絶対的フレームを指定することは意図されていない。好ましい実施形態に対する様々な変更は、当業者にとって明らかであり、本願明細書において定義される一般的な原理は、他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明は、示された及び説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に開示された原理及び新規な特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【００２０】
図１は、本発明の簡略化された実施形態にかかる結像面１６２上の２次元画像上に実質的に１次元の走査線画像ＳＬを生成するために利用される簡略化されたシングルパス結像システム１００を示す斜視図である。簡略化された結像システム１００は、一般に、システムコントローラ１８０から画像データＩＤを受信して所定の走査線画像データＩＤに応じて２次元変調光照射野１１９Ｂを生成する２次元光照射野発生装置１２０と、結像面１６２上に走査線画像ＳＬを生成するために以下に記載されるように変調光１１８Ｂを結像して集光するアナモフィック光学系１３０とを含む。
【００２１】
本願明細書に記載された結像処理は、公知の技術にしたがって記憶され且つ本願明細書においては画像データファイルＩＤと称される任意の２次元画像に対応するディジタル画像データを処理することを含む。画像データファイルＩＤは、図１の下部に示されており、以下に記載されるように画像データファイルＩＤを処理し且つ光照射野発生装置１２０に対して一度に１行ずつ画像データファイルＩＤを送信するコントローラ１８０に送信される。すなわち、ほとんどの標準化された画像ファイル形式と一致する画像データファイルＩＤは、複数の走査線画像データ群ＬＩＤ１〜ＬＩＤｎから構成され、各走査線画像データ群は、２次元画像の関連する１次元走査線画像をまとめて形成する複数の画素画像データ部を含む。例えば、図１に示される簡略化された例において、走査線画像データ群ＬＩＤ１は、４つの画素画像データ部ＰＩＤ１〜ＰＩＤ３を含む。各画素画像データ部（例えば、画素画像データ部ＰＩＤ１）は、２次元画像の対応する部分に関連付けられた対応する画素画像の色及び／又はグレースケール特性に対応する画像データの１つ以上のビットを含む。当業者は、実用的な実施形態において、本願明細書に記載される４、８又は２４画素画像行のように各走査線画像データ群が非常に多くの画素画像データ部を含むことを認識するであろう。
【００２２】
図１を参照すると、２次元光照射野発生装置１２０は、２次元変調光照射野１１９Ｂをまとめて形成する関連する変調光部１１８Ｂを生成するように、受信した画像データＩＤ（例えば、ライン画像データ群ＬＩＤ１）に応じて装置コントローラ１２６によって制御される発光素子１２５のアレイ１２２を含む。例示的な実施形態において、アレイ１２２は、変調光照射野１１９Ｂが結像面１６２の細長い結像領域１６７上にアナモフィック光学系１３０を介して投影されるように変調光照射野１１９Ｂを形成する光部１１８Ｂ−１１〜１１８Ｂ−４４をそれぞれ出射する矩形パターンで配置された発光素子１２５−１１〜１２５−４４を含む。実用的な実施形態において、２次元光照射野発生装置１２０は、多数のＶＣＳＥＬ（レーザダイオード）素子からなるアレイ１２２を含む。例示の目的のために、発光素子の小さなサブセットのみが図１及び本願明細書に記載された様々な図に示されている。
【００２３】
様々な代替の実用的な実施形態によれば、２次元光照射野発生装置１２０は、複数の光生成／発光素子（ＶＣＳＥＬレーザ素子）を含む１つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）装置を使用して実現される。代替の実施形態において、ＶＣＳＥＬ装置は、シングルモード又はマルチモード装置のいずれかである。マルチモードＶＣＳＥＬ装置の発光素子は、シングルモード装置のものよりも大きい開口サイズを有し、より高い最大光出力を生成することができる。しかしながら、シングルモード装置は、より良好なビーム品質を有する。本発明のディジタルオフセット印刷用途について、好ましい実施形態は、マルチモード装置である。他の代替の実施形態において、ＶＣＳＥＬ装置は、上部発光又は下部発光装置のいずれかである。下部発光構成は、通常、ヒートシンクに搭載されたフリップチップであり、そのため、良好な熱伝導率を有し、上部発光装置よりも高い出力動作に対応することができる。しかしながら、光は、基板を通過する必要があり、そのため、発光波長は、基板材料の吸収バンド端よりも短くすることができない。ＧａＡｓ基板の場合、波長は、８７０ｎｍよりも長く制限される。基板は、フリップチップボンディング後に除去することができるが、そのような処理は、コスト及び複雑さを増やす。上部発光構造は、製造及びパッケージするのに簡単であるが、それらは低下した熱特性を有する。ディジタルオフセット印刷用途についての現在好ましい実施形態は、下部発光フリップチップ化アーキテクチャを有し且つ９８０ｎｍの波長で動作するＶＣＳＥＬ装置である。
【００２４】
図１の右上領域を参照すると、変調素子１２５−１１〜１２５−４４は、半導体基板（チップ）１２４上に４つの水平行Ｒ１〜Ｒ４及び４つの垂直列Ｃ１〜Ｃ４で配置されている。変調素子１２５−１１〜１２５−４４は、アナモフィック光学系１３０に向かう所定の並列経路に沿ってそれらの関連する変調光部を向けるように配置されている。各発光素子１２５−１１〜１２５−４４は、２つ以上の変調状態間で装置コントローラ１２６によって生成される制御信号１２７を介して調整可能であり、各素子の変調状態は、その素子によって生成される光量によって定義される。例えば、アレイ１２２は、図１に示されるように、ライン画像データ群ＬＩＤ１に応じて制御され、発光素子１２５−１１は、「完全オン」（第１の）変調状態に調整され、それにより、発光素子１２５−１１は、最大／最高（第１）の強度を有する関連する変調光部１１８Ｂ−１１を生成して送信する。あるいは、所定の発光素子が「部分的にオン」又は「オフ」（第２の）変調状態である場合、所定の発光素子は、低い（又はゼロの）強度を有する関連する光部を伝達する（又は伝達しない）。例えば、発光素子１２５−２１は、「オフ」状態にあるものとして描かれており、それにより、関連する変調光部１１８Ｂ−２１は黒色である（すなわち、光を含まない）。あるいは、発光素子１２５−４１は、「部分的オン」状態にあるように描かれており、それにより、関連する変調光部１１８Ｂ−４１は、変調光部１１８Ｂ−２１よりも高いが、変調光部１１８Ｂ−１１よりも低い強度を有する。したがって、アレイ１２２がライン画像データ群ＬＩＤ１によって制御される期間中において、素子１２５−１１〜１２５−４４は、図１に描かれるように２次元光照射野１１９Ｂを生成し、それにより、光照射野１１９Ｂの明るい及び暗い領域のパターンは、第２の変調状態に調整される発光素子（例えば、オフである素子１２５−２１〜１２５−２４、１２５−３１及び１２５−３４、及び、部分的オンである素子１２５−４１〜１２５−４４）に対する第１の変調状態に調整される発光素子（例えば、素子１２５−１１〜１２５−１４、１２５−３２及び１２５−３３）の相対位置によって決定される。後続の結像段階（図示しない）の間において、第２の走査線画像データ部は、制御回路１２６に書き込まれ（すなわち、走査線画像データ部ＬＩＮ１は上書きされる）、対応する第２の走査線画像（図示しない）は、結像面１６２の他の細長い結像領域に生成される。この処理は、走査線画像ＳＬが生成された後であって第２の走査線画像が生成される前に処理（Ｙ軸）方向の結像面１６２の移動（並進）を必要とすることに留意されたい。当業者は、画像データファイルＩＤの各走査画像データ部ＬＩＮ１〜ＬＩＮｎについてそのような結像段階を繰り返すことにより、関連する２次元画像が結像面１６２上に生成されることを認識するであろう。
【００２５】
図１の左下部分を参照すると、アナモフィック光学系１３０は、結像面１６２の細長い結像領域１６７上に２次元変調光照射野１１９Ｂをアナモフィックに結像して集光（フォーカス）するように機能する。特に、アナモフィック光学系１３０は、変調光照射野１１９Ｂの２次元パターンを受光するように配置された１つ以上の光学素子（例えば、レンズ又はミラー）を含み、１つ以上の光学素子（例えば、レンズ又はミラー）は、交差処理（Ｘ軸）方向に沿うよりも処理（例えば、Ｙ軸）方向に沿ったより大きい程度まで受光した光部を集光するように配置され、それにより、受光した光部は、交差処理／走査（Ｘ軸）方向に平行に延びる細長い走査線画像ＳＬを形成するようにアナモフィックにフォーカスされる。アナモフィック光学系１３０を通過したが、まだ結像面１６２に到達していない変調光部は、集光された変調光部と称されることに留意されたい（例えば、変調光部１１８Ｂ−１１は、アナモフィック光学系１３０と結像面１６２との間において集光された変調光部１１８Ｃ−１１になる）。アナモフィックシステム１３０は、単一の一般的なアナモフィック投影レンズによって図１において簡略化のために示されている。実際には、アナモフィックシステム１３０は、通常、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して以下に記載されるように、複数の別個の円筒状又は非円筒状レンズから構成されるが、一般的なレンズ又は本願明細書に記載された具体的なレンズシステムに限定されるものではない。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、アナモフィック光学系１３０は、細長い走査線画像ＳＬの関連する結像領域（結像画素）Ｐ１〜Ｐ４上に発光素子１２５−１１〜１２５−４４の各列から受光した光部（すなわち、完全オン又は部分的オンの変調状態のいずれかのもの）を集光するように配置されている。図１に示されるように、列Ｃ１の４つ全ての発光素子１２５−１１〜１２５−１４は、対応する画素群Ｇ１を形成し、発光素子１２５−１１〜１２５−１４によって生成された関連する変調光部１１８Ｂ−１１〜１１８Ｂ−１４は、対応する結像領域Ｐ１上に光部１１８Ｃ−１１〜１１８Ｃ−１４としてアナモフィック光学系１３０によって集光されて導かれ、それにより、結像領域Ｐ１に生成された得られた結像画素は、この例では完全オン状態にある列Ｃ１における全ての発光素子、すなわち１２５−１１〜１２５−１４から受光した合成変調光である。同様に、列Ｃ２における発光素子１２５−２１〜１２５−２４は、関連する画素群Ｇ２を形成し、列Ｃ３における発光素子１２５−３１〜１２５−３４は、関連する画素群Ｇ３を形成し、列Ｃ４における発光素子１２５−４１〜１２５−４４は、関連する画素群Ｇ４を形成する。
【００２７】
本発明の重要な態様は、走査線画像を構成する各結像「画素」の明るさが「オン」状態にある関連する列の要素の数によって制御されるように、各発光素子によって出射される光部がアナモフィック光学系によって走査線に供給されるバイナリデータの１画素の一部のみを表すということの理解にある。したがって、各列に配置された複数の発光素子を個々に制御することにより、且つ、対応する結像領域上を各列で通過した光を集光することにより、本発明は、各列の素子の「オン」変調状態の数及び／又は程度（すなわち、完全に又は部分的に）を制御することによるグレースケール能力を有する結像システムを提供する。上述したように、列Ｃ１における素子１２５−１１〜１２５−１４の全て（群Ｇ１）が完全オンであることから、結像画素Ｐ１は最大輝度を有する。逆に、全ての素子１２５−２１〜１２５−２４は、描かれた例においては完全オフであることから、関連する変調光部は、最小輝度（最大暗さ）を有する結像領域Ｐ２において得られた結像画素を生成する。グレースケーリングは、完全オフ変調状態に素子１２５−３１及び１２５−３４を調整し且つ素子１２５−３２及び１２５−３３を完全オン状態に調整することによって列Ｃ３の素子（群Ｇ３）によって達成され、それにより、結像領域Ｐ３において得られた結像画素は、明るい部分１１８Ｂ−３２及び１１８Ｂ−３３によってのみ生成され、それゆえに、中間輝度を有する。グレースケーリングを達成するための他の方法は、列Ｃ４の素子（群Ｇ４）によって描かれており、素子１２５−４１及び１２５−４４の全ては、部分的オン変調状態に調整され、それにより、結像領域Ｐ４において得られた結像画素は、半分明るい部分１１８Ｂ−４１〜１１８Ｂ−４４によって生成され、それゆえに中間輝度を有する。
【００２８】
図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照しながら記載される特定の実施形態によれば、様々な代替の２次元光照射野発生装置は、独立して又は共通の駆動電流を使用して扱われる発光素子を含む。具体的には、図２は、装置コントローラ１２６Ａが各発光素子についての個別の制御信号を生成する光照射野発生装置１２０Ａを示している。以下に記載されるように、発光素子を扱うことは、各発光素子についての別個の制御信号を生成して送信することを独立して含み、ビーム整形を容易とするが、多くの制御ライン及び関連する費用を必要とする。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、各列（群）内の全ての発光素子が単一の（共通の）駆動電流（又は電圧）によって制御される光照射野発生装置１２０Ｂ及び１２０Ｃを示している。各列の共有（共通）の駆動電流の使用は、多くの費用と複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。
【００２９】
図２を参照すると、結像システム１００Ａは、発光素子１２４−１１〜１２５−３４のアレイ１２２Ａと、制御ユニット１２６Ａとを有する２次元光照射野発生装置１２０Ａを含み、制御回路１２６Ａは、結像動作の各結像段階中において１つの走査線画像データ部（例えば、走査線画像データ部ＬＩＮ１）を記憶する制御（メモリ）セル１２８−１１〜１２８−３４のアレイを含む。例えば、所定の時間に、走査線画像データ部ＬＩＮ１は、公知の技術を使用してシステムコントローラ（図示しない）から装置コントローラ１２６Ａに対して送信される（書き込まれる）。この例において、装置コントローラ１２６Ａは、関連する各画素データ値ＰＩＤ１〜ＰＩＤ３を解釈し、その後に制御（メモリ）セル１２８−１１〜１２８−３４に書き込まれる対応するビット値を生成する。例えば、画素データ値ＰＩＤ１は、最大強度画素値として解釈され、そのため、装置コントローラ１２６Ａは、制御セル１２８−１１〜１２８−１４に論理「１」ビット値を書き込む。同様に、画素データ値ＰＩＤ２は最小強度画素値と解釈され、ＰＩＤ３は中強度画素値と解釈され、そのため、装置コントローラ１２６Ａは、制御セル１２８−２１〜１２８−２４、１２８−３１及び１２８−３４に論理「０」ビット値を書き込み、メモリセル１２８−３２及び１２８−３３に論理「１」ビット値を書き込む。以下に記載されるように、各発光素子１２５−１１〜１２５−３４は、それぞれ、完全オン（第１の）変調状態と完全オフ（第２の）変調状態との間で切り替えるために、関連するメモリセル１２８−１１〜１２８−３４に記憶されたデータビットを介して（例えば、制御信号１２７Ａを介して）個別に制御可能である。このように画像データＩＤに応じて発光素子１２５−１１〜１２５−３４を選択的に個別に制御することにより、変調光発生装置１２０Ａは、供給された画像データに応じて変調光照射野１１９Ｂを生成するのを可能とする。
【００３０】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、上述したビット値がコントロール回路１２６Ａのメモリセル１２８−１１〜１２８−３４に書き込まれた後の結像システム１００Ａ（図２）の発光素子の単一列を示す簡略化された側面図であり、発光素子の各列（群）が図２の変調光照射野１１９Ｂを生成するように個別に制御される方法を例示している。図２（Ａ）は、図２の列Ｃ１（群Ｇ１）を示しており、特に、メモリセル１２８−１１〜１２８−１４が、それぞれ、集光部１１８Ｃ−１１〜１１８Ｃ−１４が結像面１６２上の領域ＳＬ１に画素Ｐ１を生成するようにアナモフィック光学系１３０Ａによってアナモフィックに集光される発光素子１２５−１１〜１２５−１４のそれぞれをオンさせる（例えば、発光素子１２５−１１に光１１８Ｂ−１１を出射させる）、記憶された論理「１」データ値に応じて設定された値を有する制御信号１２７Ａ−１１〜１２７Ａ−１４を送信することを示している。図２（Ｂ）は、図２の列Ｃ２（群Ｇ２）を示しており、特に、メモリセル１２８−１１〜１２８−１４が、それぞれ、発光素子１２５−２１〜１２５−２４をオフさせる、記憶された論理「０」データ値に応じて設定された値を有する制御信号１２７Ａ−２１〜１２７Ａ−２４を送信し、それにより、アナモフィック光学系１３０Ａを光が通過せず、結像面１６２上の領域ＳＬ２における画素Ｐ２が暗いままであることを示している。図２（Ｃ）は、図２の列Ｃ３（群Ｇ３）を示しており、メモリセル１２８−３１及び１２８−３４が発光素子１２５−３１及び１２５−３４をオフさせる制御信号１２７Ａ−３１及び１２７Ａ−３４を生成し、メモリセル１２８−３２及び１２８−３３が発光素子１２５−３２及び１２５−３３をオンさせる制御信号１２７Ａ−３２及び１２７Ａ−３３をそれぞれ送信し、それにより、集光部１１８Ｃ−３２及び１１８Ｃ−３３が結像面１６２上の領域ＳＬ３における画素Ｐ３を生成するように、その後にアナモフィック光学系１３０Ａによってアナモフィックに集光される変調光部１１８Ｂ−３２及び１１８Ｂ−３３を生成する。
【００３１】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、発光素子１２４−１１〜１２５−４４のアレイを有する２次元光照射野発生装置をそれぞれ含み且つライン画像データＬＩＤの関連する画素画像データ値ＰＩＤ１〜ＰＩＤ４に応じて共有駆動電流を生成するように構成された関連する制御ユニットをそれぞれ含む結像システム１００Ｂ及び１００Ｃを示しており、関連する画素群Ｇ１〜Ｇ４を形成する前記各列Ｃ１〜Ｃ４における全ての発光素子は、共有駆動電流の１つを受信する。所定の列における全ての発光装置の共通駆動は、発光装置を駆動する際に多くの費用及び複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。例えば、図３（Ａ）を参照すると、光照射野発生装置１２０Ｂは、アレイ１２２Ｂ及び制御ユニット１２６Ｂを含み、制御ユニット１２６Ｂは、それぞれ、関連する画素画像データ値ＰＩＤ１〜ＰＩＤ４に応じて駆動電流１２７Ｂ−１〜１２７Ｂ−４を生成するように構成されており、アレイ１２２Ｂは、列Ｃ１（すなわち、群Ｇ１）の素子１２５−１１〜１２５−１４が駆動電流１２７Ｂ−１を受信し、列Ｃ２（すなわち、群Ｇ２）の素子１２５−２１〜１２５−２４が駆動電流１２７Ｂ−２を受信し、列Ｃ３（すなわち、群Ｇ３）の素子１２５−３１〜１２５−３４が駆動電流１２７Ｂ−３を受信し、列Ｃ４（すなわち、群Ｇ４）の素子１２５−４１〜１２５−４４が駆動電流１２７Ｂ−４を受信するようにコントローラ１２６Ｂに連結されている。図３（Ａ）に示された実施形態において、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。例えば、コントローラ１２６Ｂは、さらに、変調光照射野１１９Ｂにおける対応する変調光部１１８Ｂ−１１〜１１８Ｂ−４４の異なるシェーディング及び走査線ＳＬを形成する異なる濃淡の画像画素Ｐ１〜Ｐ４によって示されている、最大電流が群Ｇ１に供給され、ゼロ電流が群Ｇ２に供給され、２つの異なる中間電流が群Ｇ３及びＧ４に供給されるように、（例えば、トランジスタによって示される電流制御回路を介して）各画素列に印加される電流を制御するように使用されるアナログ制御値ＣＢ１〜ＣＢ４に対応する生成方法により、関連する画素画像データ値ＰＩＤ１〜ＰＩＤ４に応じて各駆動電流１２７Ｂ−１〜１２７Ｂ−４のアナログ値を変化させるように構成されている。図３（Ｂ）は、アナログ制御値ＣＣ１〜ＣＣ４を介してそれぞれ関連する画素画像データ値ＰＩＤ１〜ＰＩＤ４に応じて駆動電流１２７Ｃ−１〜１２７Ｂ−４を生成するように同様に構成された制御ユニット１２６Ｃを含む第２の光照射野発生装置１２０Ｃを示しており、アレイ１２２Ｃの素子１２５−１１〜１２５−１４は、駆動電流１２７Ｃ−１を受信し、素子１２５−２１〜１２５−２４は、駆動電流１２７Ｃ−２を受信し、素子１２５−３１〜１２５−３４は、駆動電流１２７Ｃ−３を受信し、素子１２５−４１〜１２５−４４は、駆動電流１２７Ｃ−４を受信する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されている実施形態は、光照射野発生装置１２０Ｂがそれらの関連する画素群に対して並列に駆動電流１２７Ｂ−１〜１２７Ｂ−４を供給するように構成されている（図３（Ａ））のに対して、光照射野発生装置１２０Ｃが直列に駆動電流１２７Ｃ−１〜１２７Ｃ−４を供給するように構成されている（図３（Ｂ））点で異なる。光照射野発生装置１２０Ｃの直列配置は、より多くの工程を必要とするが、より高い電圧の低電流駆動源が使用されるのを可能とする。
【００３２】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、改良された光学スループット及びコリメーションが各発光素子の前方にマイクロレンズを配置することによって達成される代替的な実施形態にかかる光照射野発生装置を示す簡略化された図である。図４（Ａ）は、発光素子１２５Ｄが形成されている（第１の）基板１２１Ｄと、マイクロレンズ１４５Ｄのアレイを含む（第２の）基板１４０Ｄとを含む光照射野発生装置１２０Ｄを示しており、基板１４０Ｄは、図４（Ａ）の右側のバブルに示されるように、各発光素子によって生成／送信された光部（例えば、素子１２５Ｄ−１８によって生成された光部１１８Ｂ−１８）が関連するマイクロレンズ（例えば、マイクロレンズ１４５Ｄ−１８）を通過するように生成中に基板１２１Ｄ上にハイブリッド方式で配置される。あるいは、図４（Ｂ）は、各発光素子（例えば、素子１２５Ｅ−１８）によって送信された関連する光部（例えば、光部１１８Ｅ−１８）が関連するマイクロレンズ（例えば、マイクロレンズ１４５Ｅ−１８）を通過するように、ＶＣＳＥＬ素子１２５Ｅが基板１２１Ｅ上に配置され且つマイクロレンズ１４５Ｅが基板１２１Ｅ上に一体に配置された光照射野発生装置１２０Ｅを示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるいずれの場合にも、マイクロレンズの使用は、光学スループットを大幅に向上させることが見出された（すなわち、結像面におけるスループット比は、０．５５〜０．７９に改善するように測定された）。
【００３３】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ、各列の発光素子（すなわち、各画素群）が平行四辺形構成に配置された代替的な実施形態にかかる光照射野発生装置１２０Ｆ及び１２０Ｇを示している。例えば、図５（Ａ）は、各列／群における発光素子（例えば、列Ｃ１／群Ｇ１における素子１２５−１１〜１２５−１３）が処理（Ｙ軸）方向に対して斜めの角度βで整列されるように、発光素子１２５−１１〜１２５−４３が平行四辺形配置で配置された光照射野発生装置１２０Ｆを示している。この配置により、集光変調光部は、細長い走査線画像ＳＬの関連するサブ結像領域に向けられ、サブ結像領域は、交差処理（Ｘ軸）方向に若干オフセットされる。例えば、列Ｃ４／群Ｇ４の素子１２５−４１〜１２５−４３は、集光部１１８Ｃ−４１〜１１８Ｃ−４３が画素形成走査線画像ＳＬ上に導かれるように本願明細書に記載された方法でアナモフィック光学系１３０Ｆによって結像されて集光される変調光部１１８Ｂ−４１〜１１８Ｂ−４３を出射する。素子１２５−４１〜１２５−４３が斜めの角度βに沿って整列されることから、変調光部１１８Ｂ−４１〜１１８Ｂ−４３は、交差処理方向において若干オフセットされ、それにより、集光部１１８Ｂ−４１〜１１８Ｂ−４３は、処理（Ｙ軸）及び交差処理（Ｘ軸）方向に互いに若干オフセットされた画素画像領域Ｐ４の関連するサブ結像領域ＳＬ−４１〜ＳＬ−４３上に導かれる。斜めの角度βに沿って発光素子群を整列させることにより、本発明は、（すなわち、Ｘ軸及びＹ軸方向の双方において小数精度で画像「画素」を位置決めするソフトウェアを利用することによって）平行四辺形配置に関連するより高いサブ画素間隔及び多値画像露光方法によって提供される優れた画素画像の生成の双方を提供する結像システムの形成を容易とする。すなわち、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されたものと同様の平行四辺形構成の使用は、所定の列からの加算された出射が走査線画像ＳＬの関連する結像された画素領域を満たすのを可能とする。単一発光装置の画像が画素ピッチよりも小さい場合には、強度変調は、名目上完全に強いラインに沿って発生するであろう（全画素オン）。若干オフセットされた出射をともに追加することにより、完全な結像された画素を満たすことができる。
【００３４】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示される代替の例示的な実施形態の他の態様によれば、処理及び交差処理方向における改良されたビーム発散特性は、解像度を損なうことなく画像画素への集光を最適化するように発光素子の形状を調整することによって達成されることができる。例えば、光照射野発生装置１２０Ｆの発光素子１２５Ｆ（図５（Ａ））は、特定のビーム発散を生成する矩形形状を有する。図５（Ｂ）における光照射野発生装置１２０Ｇによって示されるように、場合によっては、処理及び交差処理方向における改良されたビーム発散特性は、円形又は楕円形を有する発光素子１２５Ｇを形成することによって達成されることができる。
【００３５】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明の例示的な実施形態にかかる一般的なアナモフィック光学系１３０Ｈを含む結像システム１００Ｈの一部を示す簡略化された図である。図６（Ａ）を参照すると、アナモフィック光学系１３０Ｈは、本発明の例示的な具体的な実施形態にかかる、任意のコリメート光学サブシステム１３１Ｈと、交差処理方向光学サブシステム１３３Ｈと、処理方向光学サブシステム１３７Ｈとを含む。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における光線トレースによって示されるように、光学サブシステム１３１Ｈ、１３３Ｈ及び１３７Ｈは、光照射野発生装置１２０Ｈと結像システム１００Ｈの出力において生成された走査線ＳＬとの間の光路中に配置される。図６（Ａ）は、Ｘ軸（すなわち、交差処理方向）に平行な走査線ＳＬ上に集光部１１８Ｃを形成するために光照射野発生装置１２０Ｈによって通過された変調光部１１８Ｂにコリメート光学サブシステム１３１Ｈ及び交差処理方向光学サブシステム１３３Ｈが作用することを示す平面図であり、図６（Ｂ）は、コリメート光学サブシステム１３１Ｈ及び処理方向光学サブシステム１３７Ｈが変調光部１１８Ｂに作用し、Ｙ軸（すなわち、処理方向）に直交する方向における走査線ＳＬ上に集光部１１８Ｃを生成する方法を示す側面図である。任意のコリメート光学サブシステム１３１Ｈは、空間光変調器１２０Ｈの直後に位置しており、空間光変調器１２０Ｈの表面から若干発散された光部をコリメートするように配置される、公知の技術にしたがって形成されたコリメートフィールドレンズ１３２Ｈを含む。交差処理方向光学サブシステム１３３Ｈは、交差処理（走査）方向に（すなわち、Ｘ軸に沿って）光を拡大する２レンズの円筒状又は非円筒状投影システムであり、処理方向光学サブシステム１３７Ｈは、処理（交差走査）方向に（すなわち、Ｙ軸に沿って）光をフォーカスする円筒状又は非円筒状の単一フォーカスレンズシステムである。この構成の利点は、シングルパス結像システム１００Ｈの出力に位置する走査線ＳＬに集光される光（例えば、レーザ）出力の強度を可能とするということである。２レンズの円筒状又は非円筒状投影システム１３３Ｈは、交差処理方向において結像面（例えば、円筒）上に光照射野発生装置１２０Ｈによって通過される変調光部（結像データ）１１８Ｂを投影して拡大するように配置された第１の円筒状又は非円筒状レンズ１３４Ｈ及び第２の円筒状又は非円筒状レンズ１３６Ｈ（及び任意のコリメート光学サブシステム１３１Ｈ）を含む。レンズサブシステム１３７Ｈは、走査線ＳＬ上の狭い高解像度のライン画像まで投影された結像データを集光する第３の円筒状又は非円筒状レンズ１３８Ｈを含む。レンズ１３８Ｈのフォーカス力が増加することから、空間光変調器１２０Ｈ上の光の強度は、走査線ＳＬにおいて生成されるライン画像の強度に比べて低減される。しかしながら、これは、円筒状又は非円筒状レンズ１３８Ｈがレンズ１３８Ｈのまさにエッジに延在する明確な開口を有する処理面（例えば、結像ドラム）の近くに配置されなければならないことを意味する。
【００３６】
この好ましい実施形態によれば、所望のライン幅、及び、所望のライン長さを提供するために選択された交差処理方向光学倍率に応じて、アナモフィック光学系１３０Ｈが、１未満（縮小）の処理方向光学倍率で形成される。実用的な実施形態においては、アナモフィック光学系１３０Ｈは、交差処理方向で−１．９６及び処理方向で−０．１４の倍率で製造される。マルチモードＶＣＳＥＬは、所定の解像度のために、より高い開口数の投影光学系を必要とするであろう。これにより、光学解像度又は処理方向における縮小量が制限され得る。結像品質も劣り得るが、特定用途によっては許容可能かもしれない。
【００３７】
図７は、集光されたスポット上にＶＣＳＥＬアレイの統合光出力を結合するための縮小光学系を使用する概念を示している。このように、複数のＶＣＳＥＬによって提供される強化された光出力は、小さい画素に供給されることができる。そして、複数の画素は、ＶＣＳＥＬ素子の対応するセットをオン又はオフすることによって扱われる各画素によってライン上に配置されることができる。図７の例は、１５ｍｍだけ分離されたＦ１＝２０ｍｍレンズ及びＦ２＝３ｍｍレンズからなる２レンズの球面光学系を使用して概念を示している。第１のレンズからｄ０１＝３ｍｍ離れてＶＣＳＥＬアレイを配置することにより、５倍縮小が像面ｄｉ２で達成される。２１７μｍ×１０８μｍの３２素子ＶＣＳＥＬアレイを使用した例において、図５に記載された光学系を使用した実験は、６００ｄｐｉのライン発生装置について適切な４２μｍ×２１μｍ画素まで５倍だけ縮小された画像を生成した。この表示システムは、画素を形成するために２次元ＶＣＳＥＬアレイを結像しているが、同じ概念は、列方向に縮小して行方向に拡大することができる円筒状アナモフィック光学系を有する画素を形成する際の実際の状況に適用される。
【００３８】
様々な実用的な実施形態によれば、本発明にしたがって生成される結像システムは、ｎ×ｍアレイに配置された複数のＶＣＳＥＬ装置を備える２次元光照射野発生装置を含み、ｎ及びｍは整数であり、ｎ及びｍの少なくとも一方は１超である。図８は、２次元光照射野発生装置１２０Ｊが、１×３のアレイに配置されたＶＣＳＥＬ装置１２０Ｊ−１〜１２０Ｊ−３と、交差処理（Ｘ軸）方向に整列されたＶＣＳＥＬ装置１２０Ｊ−１、１２０Ｊ−２及び１２０Ｊ−３とを含む結像システム１００Ｊを示している。上述した方法でＶＣＳＥＬ装置を動作させることにより（すなわち、画素画像のラインを生成するために各列の発光素子１２５Ｊによって生成された変調光部１１８Ｂを結像及び濃縮することにより）、且つ、適切に広いアナモフィック光学系を提供することにより、この装置は、単一のＶＣＳＥＬ装置を使用して達成されることができるよりも長い走査線画像ＳＬを生成するのを容易とし、走査線ＳＬの長さは、整列されたＶＣＳＥＬ装置の数を増やす（及び光学系に対して適切な変更を行う）ことによって容易に長くすることができる。基本的な概念は、ＶＣＳＥＬ装置の長いチェーンを形成し、結像面内の単一の画素上に発光装置の列のコリメートされた出力をマッピングすることであり、それにより、以下に記載された走査／印刷装置などの様々な装置／システムを容易とする。
【００３９】
図９は、図８を参照して上述したように構成されたＶＣＳＥＬ装置の単一行を含む２次元光照射野発生装置１２０Ｍと、本発明の他の特定の実施形態にしたがって細長い走査ラインを生成するように配置された関連する細長いアナモフィック光学系１３０Ｍとを有するシングルパス結像システム１００Ｍを含む走査／印刷装置４００Ｍを示す斜視図である。結像システム１００Ｍはまた、光照射野発生装置１２０Ｍの各ＶＣＳＥＬ装置に対して走査線画像データ部（例えば、部分ＬＩＮ１１）を送信するコントローラを含む。図８の実施形態と同様に、光照射野発生装置１２０Ｍは、アナモフィック光学系１３０Ｍの交差処理方向光学サブシステム１３３Ｍ及び処理方向光学サブシステム１３７Ｍによって結像されて集光された変調光照射野１１９Ｂを外側（結像）面１６２Ｍ上に生成し、この場合、ドラムシリンダ１６０Ｍによって実現される。この実施形態において、アナモフィック光学系１３０Ｍは、処理及び交差処理方向の双方においてドラムシリンダ１６０Ｍ上に生成された２つの走査線画像の位置及び左から右への順序が効果的に「反転」されるように、処理及び交差処理方向の双方において変調光照射野１１９Ｂを反転させる。上述した態様に一致して、多値画像露光は、グレースケール画素画像が関連するＭＥＭＳミラー機構群の中央領域に配置された隣接する発光素子を活性化するか又は上述した方法でアナログ駆動電流を利用することによって実現されるように、実質的に処理（Ｙ軸）方向に整列された光照射野発生装置１２０Ｍを形成するＶＣＳＥＬ装置の発光素子の群を構成することによって結像システム１００Ｍを使用して達成される。
【００４０】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、例示的な結像動作中における図９の走査／印刷装置４００Ｍを示す簡略化された側面図である。簡略化された側面図は、処理方向における反転を無視し、そのためアナモフィック光学系１３０Ｍが単一の交差処理レンズによって描かれていることに留意されたい。
【００４１】
図１０（Ａ）は、空間光変調器１２０Ｍの例示的な変調素子群Ｇ２が図９を参照しながら上述した方法で走査線画像データ群ＰＩＤ１２に応じてそれぞれ構成されている場合の結像システム１００Ｍ（Ｔ１）（すなわち、結像動作の第１の期間Ｔ１の間における結像システム１００Ｍ）を示している。特に、図１０（Ａ）は、素子１２５Ｍ−２２〜１２５Ｍ−２７が活性化され（完全オン）且つ素子１２５Ｍ−２１及び１２５Ｍ−２８が非活性化（完全オフ）されるように、画素画像データ部ＰＩＤ１２を使用した発光素子１２５Ｍ−２１〜１２５Ｍ−２８の構成を示している。
【００４２】
図１０（Ａ）の右側を参照すると、画像転写動作を実現するために、結像システム１００Ｍは、さらに、結像領域の上流点において結像面１６２Ｍ上に湿し溶液１９２を塗布する液体供給源１９０と、結像領域の下流点においてインク材料１９７を塗布するインク供給源１９５とを含む。さらに、ターゲット印刷媒体にインク材料１９７を転写するために搬送機構（図示しない）が設けられ、次の露光サイクルのために結像面１６２Ｍを準備するためにクリーニング機構１９８が設けられている。画像転写動作は、さらに、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）を参照して以下に記載される。
【００４３】
図１０（Ａ）を再度参照すると、それらの変調（オン／オフ）状態のために、発光素子１２５Ｍ−２２〜１２５Ｍ−２７は、アナモフィック光学系１３０Ｍを介して導かれる変調光照射野１１９Ｂを形成する変調光部１１８Ｂ−２１〜１１８Ｂ−２７を生成する。アナモフィック光学系１３０Ｍは、変調光照射野１１９Ｂを結像して集光することにより、結像面１６２Ｍ上の細長い表面領域１６２Ｍ−１において走査線画像ＳＬ１の一部を形成する画素画像Ｐ１２を生成する集光された変調光照射野１１９Ｃを生成する。特に、変調光部１１８Ｂ−２１〜１１８Ｂ−２７によって形成された関連する集光された光は、（すなわち、画素画像Ｐ２１における表面領域１６２Ｍ−１が露光されるように）細長い表面領域１６２Ｍ−１から湿し溶液１９２を除去（蒸発）する。画素画像Ｐ２１のサイズ（すなわち、結像面１６２Ｍから除去される湿し溶液の量）は、活性化された発光素子の数によって決定されることに留意されたい。
【００４４】
図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）は、時間Ｔ１に続く時点における結像システム１００Ｍを示しており、空間光変調器１２０Ｍは、表面特徴Ｐ１２（図１０（Ａ）を参照）が、結像システム１００Ｍの画像転写動作に応じてその後に利用される方法のために非活性化される。図１０（Ｂ）を参照すると、時点Ｔ２において、ドラムシリンダ１６０Ｍは、表面領域１６２Ｍ−１がインク供給源１９５の下方を通過するように回転している。図１０（Ａ）に示された湿し溶液の除去に起因して、インク材料１９７は、インク特徴ＴＦを形成するように露光された表面領域１６２Ｍ−１に付着する。図１０（Ｃ）を参照すると、時点Ｔ３において、インク特徴ＴＦが転写ポイントを通過している間に、インク材料と表面領域１６２Ｍ−１との間の弱い付着及び印刷媒体（図示しない）へのインク材料の強い引力は、印刷媒体へのインク特徴ＴＦの転写を生じさせ、印刷媒体上に印刷されたインクの「ドット」をもたらす。続くＴ４において、図１０（Ｄ）に示されるように、表面領域１６２Ｍ−１は、後の露光／印刷サイクルのために表面領域１６２Ｍ−１を調製するために任意の残留インク及び湿し溶液材料を除去するクリーニング機構１９８の下方で回転される。上述した画像転写動作によれば、インク材料は、上述した結像プロセスによって露光された結像面１６２Ｍの一部のみに転写し（すなわち、インク材料は、湿し溶液１９２に付着しない）、それにより、インク材料は、本願明細書に記載されたように集光にさらされるドラムローラ１６０Ｈの部分から印刷媒体に転写されるにすぎない。それゆえに、従来のシステムにおけるように版からの固定データの代わりに、湿し溶液が除去された可変データが転写される。この処理について、ラスタ光源（すなわち、走査線の前後にわたってラスタされた光源）を使用して動作するように、単一の非常に高出力の光源（例えば、レーザ）は、リアルタイムで湿し溶液を十分に除去するために必要とされるであろう。本発明の結像動作の利点は、液体が同時に走査線全体から除去されることから、オフセット印刷機の構成が複数の比較的低出力の光源を使用して高速に提供されるということである。
【００４５】
図１１は、２次元光照射野発生装置１２０Ｎが２×３アレイに配置された６つのＶＣＳＥＬ装置１２０Ｎ−１〜１２０Ｎ−６を含む他の例示的な実施形態にかかる結像システム１００Ｎを示しており、ＶＣＳＥＬ装置１２０Ｎ−１、１２０Ｎ−２及び１２０Ｎ−３は上行を形成し、ＶＣＳＥＬ装置１２０Ｎ−４、１２０Ｎ−５及び１２０Ｎ−６は下行を形成する。この構成において、２つ以上のＶＣＳＥＬ装置は、各列（すなわち、それぞれの関連する画素群）が２つ以上のＶＣＳＥＬ装置上に配置された発光素子の整列されたセットを含むように処理（Ｙ軸）方向に整列される。例えば、図１１の右側におけるバブルに示されるように、光照射野発生装置１２０Ｎの列Ｃ２１は、ＶＣＳＥＬ装置１２０Ｎ−１の発光素子１２５−１８１〜１２５−１８７と、ＶＣＳＥＬ装置１２０Ｎ−４の発光素子１２５−４８１〜１２５−４８７とを含む画素群Ｇ２１を備える。図１１の左側に示されているように、アナモフィック光学系１３０Ｎが単一の画像画素領域Ｐ２１上に画素群Ｇ２１からの全ての光を結像して集光することから、この構成は、本発明が広い範囲の産業用途において有用であることができる非常に高エネルギのレーザ線を生成するのを容易とするために利用されることができる方法を示している。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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