JP2004133447A - 多形式を印刷するｌｃｄベースの画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の選択可能な画像形式で、感光媒体（１６０）に画像を形成する画像形成装置（１０）を提供する。
【解決手段】特定の形式で画像形成するために、テレセントリック印刷レンズアセンブリ（１３２）を光軸に沿って、複数の位置の内の任意の１位置まで移動することができる。印刷レンズアセンブリ（１３２）を手動で移動することもできるし、制御論理プロセッサ（２４）の制御の下に焦点機構（８０）によって移動することもできる。
【選択図】図１

Description

　本発明は、空間的光モジュレータを用いた画像形成装置に関し、特に、使用できる複数の出力形式の中の任意の１個の形式で感光媒体に印刷する装置および方法に関する。

　カラー画像を投影することからモノクロおよびカラー画像を感光媒体に印刷することに至る範囲の画像処理適用において、二次元の空間的光モジュレータが広く使われている。斯かるモジュレータは完全な二次元画像を一度に形成し、その際に機械的な移動を必要としないため、例えば走査レーザ等といったこれ以外の種類の画像形成装置に比べて多くの効果を提供できる。

　空間的光モジュレータは本来、各々が画像画素に対応する光バルブ要素が２次元に整列したものであると考えることができる。列要素の各々は個別にアドレスでき、デジタル制御によって光源からの入射光を通過（または反射）させたり、通過（または反射）を妨害したりすることで光を変調する。画像投影や印刷装置における画像を形成するための空間的光モジュレータには顕著な２種類がある。液晶表示装置（ＬＣＤ）は、各画素に入射する光の極性を選択的に変更することで入射光を変調する。ＬＣＤは透過性でもよい。この場合、入射光が個々の列要素を選択的に通過するように動作する。この他に反射性のＬＣＤがある。この場合、個々の列要素において反射光の極性を選択的に変化させる。最近使用されている空間的光モジュレータの第２の基本的な種類は米国特許第５，０６１，０４９号に開示されているようなデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは、個々の画素サイトにおいて光を反射させることによって変調する。

　空間的光モジュレータは、当初、ディスプレイやデジタル投影といった適用に用いるために開発された。例えば、米国特許第５，３２５，１３７号や第５，７４３，６１０号に開示されるような表示装置や、米国特許第５，８０８，８００号に開示されるような、ヘルメット内に装着したり、眼鏡等に支持されたりする小型画像表示装置等である。

　より最近は、空間的光モジュレータを印刷装置に使用するようになってきた。例えば、米国特許第５，６５２，６６１号に開示されたエリアプリンタ等である。空間的光モジュレータ装置について、画像投影の適用と画像印刷の適用とにおけるより重要な幾つかの差異について考えることは有益である。有効な画像投影を行う場合、画層形成装置は高レベルの明るさを実現しなければならない。一方、表示装置で表示する場合、人間の目は多くの種類の画像アーティファクトや異常に対して比較的敏感ではない。これは、表示された画像が継続的に更新される上に、離れた位置から見るためである。画像が動いたり変化したりすることも多くの種類の画像アーティファクトの効果を最小限にするために役立つ。画像投影の場合、解像度が高いことは重要ではなく、１インチに対して７２個の画素があれば、通常は、多くの種類の画像について満足な表示を行うことができる。

米国特許第５，３２５，１３７号 米国特許第５，７４３，６１０号 米国特許第５，８０８，８００号 米国特許第５，６５２，６６１号

　一方、画像を印刷する場合、多くの難しい問題がある。例えば、高解像度の印刷システムから出力された印刷を見る場合、人間の目はアーティファクトや異常、不揃い等に大して「寛容である」ことがほとんど無い。これは、光学反応における不規則性は目につき易く、印刷出力においては好ましくないからだ。十分な高解像度を得るには、適用によっては、１２００ｄｐｉ以上の印刷出力が必要かもしれない。

　従来の印刷装置では、システムおよび光学系を１種類の感光媒体および１個の画像寸法形式に合わせる。例えば、あるプリンタは標準的な３．５ｘ５インチまたは４ｘ６インチの写真プリントを印刷するために設計されているかもしれない。このような設定をしなければならない理由の一つは、ネガフィルムを使用する従来の光学画像形成方法によって課される制約があるためだ。つまり、従来のシステムを用いて許容できる処理量性能を実現するためには、光学焦点位置、ネガの位置および縦横比、露光面における紙の位置を固定しなければならない。したがって、従来の印刷装置光学系を用いて感光媒体上に１個以上の形式で印刷することは難しい。しかし、同時に、空間的光モジュレータは同様の制約を受けない。したがって、画素単位で、選択できる行列数を有する２次元の画像を形成できるので、１個の空間的光モジュレータを用いて異なる縦横比の画像を形成することができる。

　ズームレンズも、１個の印刷装置によって多数の出力形式の画像を提供するための従来の光学的な解決方法の１つである。しかし、これは費用がかかり、手作業で焦点調節をして出力サイズの形式を交換するという時間がかかる作業をしなければならない。そうでなければ、自動焦点調節を行うための複雑なモータアセンブリが必要である。

　したがって、出力サイズの形式を容易に調整できる光学システムを有し、選択できる数の出力サイズ形式によって感光媒体に画像を印刷する空間的光モジュレータベースの画像形成システムが有利であることがわかるだろう。

　本発明の目的は、多数の出力寸法形式で感光媒体上に画像を印刷する画像形成装置を提供することである。この目的を念頭にして、本発明は、複数の画像形式の中の１画像形式で感光媒体上にデジタルデータから画像を印刷する画像形成装置を提供する。この装置は、
（ａ）光源ビームを提供する光源と、
（ｂ）前記複数の画像形式の中の１画像形式にしたがってデジタルデータをフォーマットしてフォーマット済み画像データを提供する制御論理プロセッサと、
（ｃ）前記フォーマット済み画像データにしたがって前記光源ビームを変調して露光画像を形成する空間的光モジュレータと、
（ｄ）前記複数の画像形式の中の１画像形式にしたがって１組の所定位置の中の１個の位置に出力軸に沿って配設され、前記露光画像を感光媒体に振り向けるテレセントリック画像形成光学系と、
を有する。

　別の態様によれば、本発明は、複数の画像形式の中から選択した１画像形式で感光媒体上にデジタルデータから画像を印刷する画像形成方法を提供する。この方法は、
（ａ）選択した形式に対応する位置に出力軸に沿ってテレセントリック画像形成光学系を配設し、
（ｂ）デジタルデータにしたがって光源を変調することによって、選択した形式を有する露光画像を空間的光モジュレータ上に形成し、
（ｃ）露光画像を前記テレセントリック画像形成光学系アセンブリを通して感光媒体に振り向ける。

　一組の所定の出力寸法形式の中の任意の１つの形式に適合させるために光学軸に沿った適切な位置まで移動できるテレセントリック画像形成光学系アセンブリを提供することは、本発明の特徴である。

　ある出力形式と別の出力形式とを切り替えるために内部焦点調整を必要としない画像形成装置のための光学装置を提供できることは、本発明の利点である。完全な光学アセンブリを１式の装置として光軸に沿って簡単に移動させることができ、所望の出力形式に対する位置に配設できる。

　画像形成光学系の位置を調整するために、手動調整と、簡単な自動調整との選択肢を提供できることは、本発明の別の利点である。画像形成光学系がテレセントリック設計であることは、感光媒体の表面の均質性を維持するために役立つ。

　本発明の上記以外の目的、特徴、効果は、本発明の実施形態を図示する添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、当業者には明白になるであろう。

　本明細書は、本発明の主題を指摘し、明確に請求する請求項を以て完結するが、添付の図面を参照すれば以下の説明から本発明をより明確に理解できよう。

　この説明は、特に、本発明に係る装置の一部を構成する要素、または斯かる装置とより直接的に協働する要素に関する。特に図示したり説明したりしない要素についても、当業者にとっては周知である多様な形状をとることができることが分かるだろう。

　図１は、反射ＬＣＤを空間的光変調器５２として使用する従来の画像形成装置１０を示すブロック図である。本発明の装置は既存のシステムを改良したものなので、最初に、この従来の画像形成装置１０について幾分詳細に説明することが有益であろう。概説すると、照射光学系１１が照射源となる。これは通常、１度に１色の光を発し、この光は偏光ビームスプリッタ５０によって空間的光変調器５２に向けられる。偏光された光は次に印刷レンズアセンブリ１３２によって２次元の画像として画像面１５０上の感光媒体１６０に振り向けられる。共役面２８は、図１に示す光学システム中の様々な点において、参照のために表示される。

　照射光学系１１内において、光源３０が、必要なそれぞれの色を提供する。図１に示す構成体は１個以上のＬＥＤを光源３０とする。各ＬＥＤはパルスによって（pulsed）色順番式 (color sequential manner)に動作する。光源３０の各々はコリメータレンズ３２を有する。コリメートされた光は合成器視野レンズ３４によって積分アセンブリ３５に振り向けられる。積分アセンブリ３５は均質化装置として動作し、光源からの光を均質化する。図１に示す実施形態では、積分アセンブリ３５は視野レンズ３６および４２と、小型レンズ列アセンブリ４０とを有する。一次偏光器３８は、照射光学系１１に対して適切な偏向状態を作る位置に設けられる。小型レンズ列アセンブリ４０は、第１の小型レンズ列４０ａと、第２の小型レンズ列４０ｂとを有する。この構成体によれば光が分裂して多数の部分になる。これらの部分は第１の小型レンズ列４０ａの要素と同等である。次に、個々の部分が画像化され、第２の小型レンズ列４０ｂおよび視野レンズ４２によって拡大される。次いで、積分アセンブリ３５からの光は視野レンズ４４および絞りストップ４６を通過してリレーレンズ４８に向けられる。リレーレンズ４８はこの光を偏光ビームスプリッタ５０に送り、これを通して更に空間的光変調器５２に振り向ける。空間的光変調器５２に入射された光はs偏光状態１４２を有する。空間的光変調器５２によって露光用に変調された光はp偏光状態１４４を有する。偏光器１３４は偏光分析器として動作し、印刷レンズアセンブリ１３２出力のコントラストを改善する。

　図２ａは、図１に示し、本発明の好適な実施形態において使用される構造体の主要な光学要素を示すブロック図である。この概略ブロック図において、画像形成装置１０は照射光学系１１と、変調装置６０と、画像面１５０上の感光媒体１６０に画像を形成する印刷レンズアセンブリ１３２とを有する。制御論理プロセッサ２４は変調装置６０に対して画像形成および制御ロジックを提供する。変調装置６０は（図１に示すような）空間的光変調器５２を有する。制御論理プロセッサ２４の機能の中には、画素の行列の配列として印刷される画像の寸法を定める機能がある。各出力形式は、各寸法において、それぞれ異なる数の画素を必要とするかもしれない。

　図５ａは、８個の要素を有する印刷レンズアセンブリ１３２の好適な実施形態を示す。図５ｂは、７個の要素を有する印刷レンズアセンブリ１３２の代替的な実施形態を示す。図５ａおよび図５ｂに示す印刷レンズアセンブリ１３２はテレセントリックであり、内部絞りストップ４６を含む。テレセントリックであることは均質な画像を提供するという点において利点である。以下の表に、図５ａおよび図５ｂに示す好適な実施形態におけるレンズの半径Ｒ，反射指標ｎ_d、アッベ数ｖ_dおよびレンズの軸厚およびエアスペーシングを示す。

　しかし、図１に示す従来の印刷レンズアセンブリ１３２とは異なり、図５ａおよび図５ｂに示すような印刷レンズアセンブリ１３２は多数の形式で印刷する処理に適している。つまり、図３ａ〜図３ｄに示すように、出力光軸Ｏに沿った印刷レンズアセンブリ１３２の配置位置を調整することで、３個の異なる出力形式の内の任意の形式を画像面１５０に印刷できる。好適な実施形態では、印刷レンズアセンブリ１３２の構成要素の位置は互いに固定されている。代替的な構成によっても印刷レンズアセンブリ１３２の個々の構成要素の焦点調整を行うことができるが、印刷レンズアセンブリ１３２の内部にどんな種類の焦点機構を用いたとしても、好適な実施形態ほど容易に異なる出力形式を採用することはできないだろう。

　図３ａおよび図３ｂは、光軸Ｏに沿って移動するような印刷レンズアセンブリ１３２の２個の代替的な設置位置を示す。図３ａにおける距離Ｄ１およびＤ２は、例えば４ｘ６インチ形式で印刷するために設定された印刷レンズアセンブリ１３２の初期位置を示す。図３ｂに示すように印刷レンズアセンブリ１３２を前進させると、距離Ｄ１およびＤ２はそれぞれ距離Ｄ１’およびＤ２’に変わる。この調整を行えば、例えば６ｘ４インチ形式といった代替的な出力形式を使用できるようになる。図３ｃおよび図３ｄは印刷レンズアセンブリ１３２の別の代替的な位置を示す。図３ｃは初期位置を示す。これもまた４ｘ６インチ形式用である。図３ｄは出力軸Ｏに沿って移動して８ｘ１２インチ形式用にした場合の印刷レンズアセンブリ１３２の位置を示す。図３ｃから図３ｄに変わることで同様に、距離Ｄ１およびＤ２はそれぞれ距離Ｄ１”および距離Ｄ２”に変わる。

　図４ａ〜図４ｃは、それぞれ８ｘ１２インチ、６ｘ４インチ、４ｘ６インチ形式の各々に対する原理および代表的な補助光線（auxiliary rays）を示す。図２ａに戻って、印刷レンズアセンブリ１３２を、図４ａ〜図４ｃに示す光線に対する印刷形式位置のいずれかの位置まで手動で進めることができる。すると、制御論理プロセッサ２４は変調装置６０によって形成された画像を適切にフォーマットして、同じ印刷形式に適合させる。制御論理プロセッサ２４は画像ソース（図示せず）から入力画像データを受信し、この画像を画素の行列配列としてフォーマットし、出力形式に応じた寸法を決め、出力変調データを空間的光変調器５２に送信する。更に制御論理プロセッサ２４は、空間的光変調器５２に供給されるバイアス電圧を制御してもよい。あるいは、図２ｂに示すように、制御論理プロセッサ２４によって焦点機構８０を制御して、印刷レンズアセンブリ１３２をある位置から別の位置まで機械的に移動することもできる。例えば、焦点機構８０は、画像形成の分野では周知である技術を用いて自動的に焦点位置を調整するステッパモータでもよい。センサ８２を設ければ、正確な形式で画像を形成するために適切である位置に焦点機構８０があることを確認できる。更に別のセンサ８４を設ければ、感光媒体１６０と結合されて、好適な画像形式を示す指標８６を検知できる。指標８６の種類によって、センサ８４は光学センサまたは機械、磁気、電磁気、音響、ＲＦセンサ等でもよい。

　本発明の方法および装置は、広範囲の種類の画像変調器を空間的光変調器５２として用いる変調装置６０に適用できる。これは反射型および透過型の変調器のいずれも含む。これら以外の画像変調方法を変調装置６０に内蔵して、（一次光バルブ装置等と共に）一次画像変調や、（レーザおよびスピニングポリゴン等と共に）ラスタ画像変調を行うことができる。しかし、好適な実施形態では、変調装置６０は、図１、図２ａ、図２ｂに示す基本モデルに続いて、反射型の空間的光変調器５２を使用する。本発明の方法および装置は、画像形成の分野の専門家には周知である技術を用いて、透過型の空間的光変調器５２を用いた変調装置６０にも同様に適用できることに注意する。

　図１、図２ａ、図２ｂに示す画像形成装置１０の構成は大まかに一般化したものであり、多数の異なる実施形態や追加が認められることを強調しなければならない。例えば、光源３０や、これに伴う積分アセンブリ３５は、多数の形式の内の任意の形式をとることができる。個別のＬＥＤやＬＥＤ列等を用いて別々の色の照射を実現することもできる。あるいは、画像形成装置１０の種類によっては光源３０を１個以上のレーザで実現することもできる。積分アセンブリ３５は積分バー(integrating bar)または積分トンネル(integrating tunnel)を有することもできる。制御論理プロセッサ２４は多様な方法で実現できる。例えば、マイクロコンピュータを用いたり、専用のマイクロプロセッサおよびサポートメモリおより論理回路を用いたりして実現できる。ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を空間的光変調器５２に設けて光源３０の各種類に対する反応を制御してもよい。多数の空間的光変調器５２を用いることもできる。例えば、各色に対して１個の空間的光変調器５２を用いてもよい。この場合、色を、二色性混合機、Ｘ−プリズム、またはフィリッププリズム等を用いて１個の出力パスに沿って合成し、印刷レンズアセンブリ１３２を通して焦点合わせする。感光媒体１６０は、フィルム、紙、または露光エネルギーに反応するその他の透明または不透明物質のいずれであってもよい。

反射型の空間的光モジュレータを用いて、感光媒体に画像を形成する従来の画像形成装置を示す概略ブロック図である。 画像形成および焦点合わせ構成要素に対する制御論理構成要素の関係を示す簡略化したブロック図である。 焦点機構の追加された制御を示す簡略化したブロック図である。 異なる出力形式に適合するために光軸に沿って配設する画像形成光学系の異なる位置を示す図である。 異なる出力形式に適合するために光軸に沿って配設する画像形成光学系の異なる位置を示す図である。 異なる出力形式に適合するために光軸に沿って配設する画像形成光学系の異なる位置を示す図である。 異なる出力形式に適合するために光軸に沿って配設する画像形成光学系の異なる位置を示す図である。 異なる出力形式のための光軸に沿った異なる位置に配置された画像形成光学系の光線の図である。 異なる出力形式のための光軸に沿った異なる位置に配置された画像形成光学系の光線の図である。 異なる出力形式のための光軸に沿った異なる位置に配置された画像形成光学系の光線の図である。 画像形成光学系の代替的な構成体を示す図である。 画像形成光学系の代替的な構成体を示す図である。

符号の説明

　１１　照射光学系、２４　制御論理プロセッサ、６０　変調装置、８０　焦点機構、１３２　印刷レンズアセンブリ、１５０　画像面。

Claims (6)

1. 　複数の画像形式の中の１画像形式で感光媒体上にデジタルデータから画像を印刷する画像形成装置であって、
   （ａ）光源ビームを提供する光源と、
   （ｂ）前記複数の画像形式の中の１画像形式にしたがってデジタルデータをフォーマットしてフォーマット済み画像データを提供する制御論理プロセッサと、
   （ｃ）前記フォーマット済み画像データにしたがって前記光源ビームを変調して露光画像を形成する空間的光モジュレータと、
   （ｄ）前記複数の画像形式の中の１画像形式にしたがって一揃いの所定位置の組の中の１個の位置に出力軸に沿って配設され、前記露光画像を感光媒体に振り向けるテレセントリック画像形成光学系と、
   　を有する、画像形成装置。
2. 　前記光源はフィルタを含む、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 　前記光源は、ランプ、ＬＥＤ、レーザからなるグループから選択された、請求項１に記載の画像形成装置。
4. 　前記光源は、前記光源ビームを均質化させる均質化装置を含む、請求項１に記載の画像形成装置。
5. 　前記均質化装置は、積分バー、積分トンネル、小型レンズ列からなるグループから選択された、請求項４に記載の画像形成装置。
6. 　前記複数の画像形式の中の１画像形式は、４ｘ６インチ、６ｘ４インチ、および８ｘ１２インチ形式からなる組から選択された形式である、請求項１に記載の画像形成装置。
   
   

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