DE69421241T2

DE69421241T2 - Schemata mit kombinierten Modulatoren für räumliche Lichtmodulatoren

Info

Publication number: DE69421241T2
Application number: DE69421241T
Authority: DE
Inventors: Claude E. Tew
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2014-03-23
Also published as: CN1101433A; TW284934B; JPH07125316A; DE69421241D1; EP0652669B1; KR100324055B1; US5455602A; CN1049780C; EP0652669A1

Description

KOMBINIERTE MODULATORSCHEMATA FÜR RÄUMLICHE LICHTMODULATOREN

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Graustufendrucken unter Verwendung von Matrizen räumlicher Lichtmodulatoren und auf einen Drucker oder eine Druckmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens.
Drucksysteme, die versuchen, Graustufen zu erzielen, können räumliche Lichtmodulatoren in vielfacher Weise verwenden. Die Matrizen müssen normalerweise in einer bestimmten Bemessung definiert sein, wobei jede Art von Druckanwendung eine andere Vorrichtung verwendet. Das elektrophotografische Desktop- Drucken, das hochempfindliche Medien bei 600 Bildpunkten pro Inch (dpi) verwendet, benötigt eine Art von Konfiguration oder eine Art von Vorrichtung oder Vorrichtungen, während ein Computer-to-plate-Offset-System, das relativ unempfindliche Medien verwendet, eine andere Art verwendet. Das führt zu kostenintensiven und ein geringes Volumen aufweisenden Produktionsläufen. Noch dazu müssen die Bedürfnisse von anderen Systemen erfüllt werden.
Die Computer-to-plate-Systeme benötigen große Matrizen, die eine Zeitverzögerung einbringen können und integrieren können (TDI). Die Bilddaten für eine Zeile auf der Platte laufen von Zeile zu Zeile auf der Vorrichtung, wobei Bilddaten für diese Zeile die ganze Zeit über, während sich die Platte unter der Vorrichtung befindet, auf der Platte gehalten werden. Das gibt hohe Energieübertragungen auf dem lichtempfindlichen Medium, das keine sehr starke Empfindlichkeit aufweist. Eine typische Matrix für diese Anwendung kann 256 Zeilen aufweisen. Das erscheint zum Drucken ausreichend, wobei 256 Graustufen ermöglicht werden.
Jedoch weist das Desktop-Drucken ein anderes Problem auf. Wegen der Krümmung und Bewegung der Trommel ist es nahezu unmöglich, eine Vorrichtung mit 256 Zeilen "darumzuwickeln". Da her geben 256 Zeilen an Graustufen den Drucksystemanwendern was diese benötigen. Daher muß ein Weg gefunden werden, der es in einer kleineren Vorrichtung ermöglicht, Graustufen zu erzielen und diese Vorrichtung gleichzeitig kompatibel zu Systemen zu machen, die andere Bedürfnisse haben.
EP-A-0 321 143 offenbart ein Farbdrucksystem, das ein großflächiges Muster steuerbarer Lichtquellen verwendet, wobei das Muster Zeilen umfaßt, die im wesentlichen zur Bewegung eines Druckmediums im Verhältnis zu den Lichtquellen ausgerichtet sind. Sämtliche Lichtquellen in jeder Zeile tragen zur Belichtung jedes Pixels in einer entsprechenden Zeile des sich ergebenden Druckbildes gemäß dem TDI-Prinzip bei.
US-A-4 074 319 offenbart ein Verfahren zum Entwickeln einer Bildfeldanzeige aus übertragenen Faxdaten. Die Anzeige, die eine Matrix aus zweistufigen Energiequellen, z. B. Licht emittierende Dioden, umfaßt, erreicht eine Mehrtonoperation durch digitales Steuern der Anzahl an Malen, während denen die Energiequellen gemäß dem TDI-Prinzip aktiviert werden.
EP-A-0 467 048 offenbart ein Verfahren des Adressierens einer Matrix bistabiler verformbarer Spiegelelemente, wobei eine Pulsdauermodulation zur Erzeugung einer Bilddarstellung auf einem TV-Bildschirm in einem HDTV-System verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende hierin offenbarte Erfindung umfaßt ein Verfahren und einen Drucker zum Kombinieren einer Pulsdauermodulation mit Zeitverzögerungs- und Integrationsverfahren (TDI), das die Anzahl an für das Graustufendrucken verfügbaren Graustufen erhöht. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung einer kleineren Vorrichtung, um viele Graustufen zu erzeugen, wobei die Vorrichtungen hintereinander für andere Druckanwendungen verwendet werden können. Das Verfahren und der Drucker oder die Druckmaschine gemäß dieser Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 8 beansprucht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um die vorliegende Erfindung und ihre weiteren Vorteile besser verstehen zu können, wird nun auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.
Fig. 1a-1c zeigen ein zum Stand der Technik gehörendes Verfahren der Zeiverzögerung und Integration bei dem Computerto-plate-Offset-Drucken.
Fig. 2a-2c zeigt eine Matrix eines räumlichen Lichtmodulators, die eine Pulsweitenmodulation und TDI am Beginn einer Seite durchführt.
Fig. 3 zeigt eine Matrix eines räumlichen Lichtmodulators, die eine Pulsdauermodulation und TDI in der Mitte einer Seite durchführt.
Fig. 4 zeigt einen Wafer mit Matrizen räumlicher Lichtmodulatoren, bevor diese in einzelne Chips zertrennt werden.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Fig. 1a-1c zeigen ein zum Stand der Technik gehörendes Beispiel einer Zeitverzögerung und Integration (TDI) beim Computer-to-plate-Offset-Drucken. Die Lichtstrahlen fallen auf den räumlichen Lichtmodulator 102. Eine in der Zeile 104 dargestellte Zelle ist aktiviert, wobei sie in diesem Fall als ausgelenkte Zelle dargestellt ist. Einige Beispiele für solche Modulatoren sind digitale Mikrospiegelvorrichtungen (DMD), Flüssigkristallvorrichtungen (LCD) und magnetooptische Modulatoren. Nur zu Zwecken der Beschreibung wird hier angenommen, daß es sich bei dem Modulator um eine DMD handelt, die eine Matrix aus einzelnen Spiegeln umfaßt, die, wie in der Fig. 1a dargestellt, auslenkbar sind.
Der auf das ausgelenkte Element 104 auftreffende Lichtstrahl läuft durch die Linse und trifft die Platte 110 am Fleck 112. Die Platte bewegt sich in der durch den Pfeil 108 angezeigten Richtung. In der Fig. 1b ist ein Element in der Zeile 106 ausgelenkt, und das Licht läuft durch die Linse und trifft auf den gleichen Fleck 112 auf der Platte 110. Die Bewegung der Daten von der Zeile 104 zur Zeile 106 zwischen den Fig. 1a und 1b ist mit der Bewegung der Platte 110 in dem Verfahren koordiniert, so daß die Daten von der Zeile 104 in der Fig. 1a nun auf der Zeile 106 in der Fig. 1b sind.
Die Fig. 1c zeigt einen weiteren Schritt in dem Verfahren. Die Daten, die in der Zeile 106 in der Fig. 1b waren, sind nun in der Zeile 114 in der Fig. 1c. Das ausgelenkte Element leitet das Licht durch die Linse, und dieses trifft wiederum auf den Fleck 112 auf der Platte 110. Das ermöglicht es, daß der gleiche Fleck auf der Platte während mehrerer Zeitabschnitte belichtet wird, während er unter dem Modulator vorbeiläuft oder der Modulator die Platte passiert.
Die Fig. 2a-2c zeigt ein Verfahren, das eine größere Anzahl an Graustufen erzeugt als die einfache Zeitverzögerung und Integration (TDI). Der Druckprozeß läuft in der Richtung des Pfeiles 208. Die Fläche des räumlichen Lichtmodulators wird von der Stelle aus betrachtet, die den Fig. 1a-1c als vertikaler Rand in der Nähe der Modulatorzeile 104 betrachtet wird.
Der ausgewählte Modulator muß eine relativ geringe Ansprechzeit aufweisen. Für 600 Bildpunkte pro Inch (dpi) muß der Modulator seine Daten schnell laden und anzeigen. Man nehme zum Beispiel an, daß der Drucker 40 Seiten pro Minute druckt, was 400 Inch pro Minute oder 7,3 Inch pro Sekunde bedeutet. Bei 600 dpi weist ein Inch 600 Pixel auf, was es erfordert, daß der Modulator 4400 Pixel pro Sekunde druckt. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, daß die Vorrichtungskonfiguration 2600 Spalten und 128 Zeilen aufweist (600 dpi · 8.5" entspricht 5100 Pixel Spalten, so daß es zwei Vorrichtungen mit jeweils 1600 Spalten gibt). Der schlimmste Fall wäre der, bei dem die gesamte Vorrichtung 2600 · 128, oder 332800 Pixel laden müßte. Das Drucken von 4400 Pixeln pro Sekunde · 332800 führt zu einer Datenübertragungsrate von 1,46 GHz, was sehr schwer zu erzielen ist.
Wenn man jedoch den Modulator in Blöcke unterteilen würde, von denen jeder seine eigenen Datenladen würde, könnte man die Datenrate sehr stark reduzieren. Wenn die obere Bandbreite der Datenrate zum Beispiel auf 25 MHz gesetzt wird, was eine leicht zu erzielende Datenrate ist, müßte der Modulator in 58 Blöcke unterteilt werden. Die Anzahl an Einzelbildern pro Seite entspricht 600 Bildpunkte/Inch · 11,5 Inch/Seite, oder 6900 Einzelbilder/Seite, und 6900 Einzelbilder/Seite x Seiten/Sekunde entspricht den Einzelbildern pro Sekunde. Eine in hohem Maße konkurrenzfähige Seitenrate betrüge 40 Seiten pro Minute oder 40/60 Seiten/Sekunde. Dieses führt zu einer Einzelbildrate von 4600 Einzelbildern pro Sekunde. Die sich ergebende Einzelbilddauer entspricht 217 us pro Einzelbild.
Eine Dauer für das niedrigstwertige Bit (LSB) von 217 us bedeutet, daß, wenn keine Pulsdauermodulation verwendet wird, die Vorrichtung in 217 us geladen werden müßte. Um eine Pulsdauermodulation (PWM) durchzuführen, bei der die Bits während einer Zeitdauer angezeigt würden, die proportional zu ihrer Wertigkeit ist, würde die LSB-Zeit durch die Anzahl an Bits der PWM geteilt. Wenn zum Beispiel zwei Bits für die PWM gewünscht sind, betrüge die LSB-Zeit 217 us/2 oder 108 us. Für schnellere Modulatoren bedeutet diese Zeit kein merkliches Problem beim Laden der Vorrichtung. Ein 2-Bit System · 128 TDI würde 256 Graustufen liefern.
In der Fig. 2a ist der Modulator ganz am Beginn des Zyklus dargestellt. Die erste in der Prozeßrichtung 208 auftretende Zeile zeigt die Daten für das höchstwertige Bit (MSB) für die Zeile 0 des Druckbildes an. In der Fig. 2b zeigt die Zeile 204 auf dem Modulator das LSB für die gleiche Zeile an. Die Datenlinie 0 bewegt sich dann zur nächsten Zeile auf dem Modulator in der Fig. 2c. Das MSB für die Zeile 0 befindet sich nun auf der Modulatorzeile 206, und das MSB für die Zeile 1 befindet auf der Modulatorzeile 204. Dieser Prozeß wird über die Vorrichtung fortgesetzt. Es ist zu erkennen, daß es in diesem Falle keine optische Umkehrung wie in den Fig. 1a-1c gibt.
Die Fig. 3 zeigt ein zeitlich später auftretendes Beispiel auf einem Teil eines Modulators 302. Dieser Prozeß bewegt sich immer noch in der Richtung des Pfeiles 308. Die Modulatorzeile 306 moduliert nicht die Daten für das MSB der Zeile 63, und die Zeile 304 des Modulators zeigt das MSB der Zeile 64 an. Die restlichen 128 Zeilen des Modulators hätten die unteren 64 Zeilen, die die Daten der Zeilen 1-64 auf der Trommel anzeigen würden.
Es ist ein klarer Vorteil dieses Verfahrens, daß es größere Mengen an Graustufenpegeln ermöglicht als das vorher erzielbar war. Diese Graustufen sind jedoch nicht auf monochromatische Anwendungen beschränkt. Sie können auch bei Farbsystemen verwendet werden. Beispiele für Systeme, die dieses Verfahren verwenden können, sind Offset-Druck-Platten-Drucker, Drucker mit photografischem Film, Drucker mit photografischem Papier und Systeme, die ein xerografisches Gerät verwenden, zum Beispiel Faxgeräte, Schreibtischdrucker und Kopierer.
Ein weiterer Vorteil neben der Erhöhung der verfügbaren Graustufen ist die Möglichkeit, eine größere Zahl von aus dem Herstellungsprozeß kommenden Vorrichtungen verwenden zu können. Die Fig. 4 zeigt eine Illustration dieses Vorteils auf der Waferebene. Der Wafer 402 weist eine Gruppe von Modulatoren auf, die im wesentlichen fertig sind, mit Ausnahme des abschließenden Zerteilers des Wafers. Die Modulatoren werden getestet, während sie sich auf dem Wafer befinden. Wenn zum Beispiel festgestellt worden wäre, daß die Modulatoren 404a und 406a beide im Test korrekt funktionieren würden, dann könnten sie zusammengelassen werden und in einem PCB-System verwendet werden, das eine hohe Energieübertragung benötigt. Aus den zweien würde so eine 2600 · 256 Modulatormatrix bei einer Ausführungsform, bei der es 2600 · 128 Modulatoren gäbe.
Wenn jedoch der Test ergäbe, daß der Modulator 406a schlecht funktioniert und der Modulator 404b gut funktioniert, dann würden die Modulatoren 404a und 404b verbunden bleiben und in ein Drucksystem mit 600 dpi gelangen. Sie würden dann als 5200 · 128 Matrix funktionieren. Sie können immer noch auf Grund der oben beschriebenen Verfahren in dem Graustufenbereich mithalten, da sie weniger Zeilen eines Modulators für 256 Graustufen erfordern. Bei dem oben dargestellten Fall erscheint es so, daß wenn der Modulator 406a nicht funktioniert und die Modulatoren 404a und 404b zum Drucken verbunden bleiben, der Modulator 406b in den Abfall wandern muß. Jedoch kann er auf Grund der oben beschriebenen Verfahren immer noch 256 Graustufen erzielen, jedoch bei 300 dpi. Die einzelnen Modulatoren können in Drucksystemen mit geringerer Güteklasse verwendet werden.

Claims

1. Graustufendruckverfahren, das eine Lichtquelle, einen räumlichen Lichtmodulator, der aus einer Matrix einzeln steuerbarer Elemente besteht, die in einem X-Y-Gitter aus Zeilen und Spalten so angeordnet sind, daß sie das Licht von der Quelle empfangen; und eine lichtempfindliche Fläche verwendet, die so angeordnet ist, daß sie das modulierte Licht von den einzeln gesteuerten Elementen in ihrem eingeschalteten Zustand empfängt; wobei das Verfahren darüber hinaus die folgenden Schritte umfaßt:

es werden Daten innerhalb jeder Zeile des Moderators pulsdauermoduliert, wobei die Modulatorelemente die Daten empfangen und auf die Daten reagieren, indem sie ihren eingeschalteten Zustand oder ihren ausgeschalteten Zustand einnehmen, die Daten aus wenigstens zwei Bits unterschiedlicher Wertigkeit bestehen, die seriell von den Elementen empfangen werden, und jedes Element auf die Bits reagiert, indem es den Zustand einnimmt, der durch das aktuelle Bit für eine Zeitdauer vorgeschrieben wird, die zur Wertigkeit des Bits proportional ist;

es werden die pulsdauermodulierten Daten über mehrere Zeilen integriert, indem der Modulator so angesteuert wird, daß aufeinanderfolgende Zeilen des Modulators die gleichen pulsdauermodulierten Daten für dieselbe Zeile auf der lichtempfindlichen Fläche empfangen, wobei die Daten für diese Zeile auf der lichtempfindlichen Fläche dazu gebracht werden, sich über die Fläche des Modulators in Synchronisation zur Bewegung der lichtempfindlichen Fläche zu bewegen; und

es wird Licht von den eingeschalteten Zuständen der Elemente des Modulators auf die lichtempfindliche Fläche durch eine Linse abgebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pulsdauermodulation auf einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pulsdauermodulation auf einer Flüssigkristallvorrichtung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lichtempfindliche Fläche eine Trommel eines xerographischen Druckers ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lichtempfindliche Fläche eine Offsetdruckplatte ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lichtempfindliche Fläche ein photographischer Film ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lichtempfindliche Fläche ein photographisches Papier ist.

8. Drucker oder Druckmaschine, die so ausgebildet ist, daß sie das in einem der vorhergehenden Ansprüche beanspruchte Verfahren durchführen kann.