JP3429304B2 - 画像形成装置及び２次元光走査装置 - Google Patents

画像形成装置及び２次元光走査装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザービームを２次元走査する光走査装
置、および画像形成装置に関し、さらに詳しくは光学的
に入力、２次元画像の形成装置及びその記録方法に関す
る。
［従来の技術］ 従来の画像形成装置は、特開昭59−216126に開示され
る電子的な装置、あるいは被変調媒体にサーモプラステ
ィクを使用する装置であった。また、SID 87 DIGEST p.
367（1987）やSID 85 DIGEST p.260（1985）に記載され
るようにスメクティックＡ（以下、SmAと略記する）液
晶を用いたライトバルブの画像を感光紙や感光体に記録
するものであった。
さらに従来の２次元走査装置は、NHK技術研究vol.27,
NO.1,p.20（1975）に記載の装置のように像面の湾曲の
補正、多面鏡の面倒れ補正、等速走査補正を水平偏向、
垂直偏向各々について行なうため、精度の高いアナモル
フィックなレンズを多数必要としたものであった。また
ガルバノミラーによるベクタースキャンタイプのもので
は、像面の湾曲補正のための特別な焦点補正手段を必要
とした。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の光学画像記憶装置には入力画像の記憶
作用を電子的に制御できない、熱光学効果を使うものが
多く、画像の形成に時間がかかるという課題があった。
また駆動においては電気光学媒体の劣化を招く課題があ
った。さらに画像入力においては簡便で精度の高い画像
入力手段がないという課題があった。
そこで本発明は、光入力を光導電体に照射すること、
新しい駆動方法によって、高速に高精度の画像を形成
し、さらにディスプレイ、プリンター等の高機能化を目
的とするものである。さらに簡便で、高品質なラスター
を与える２次元光走査装置、およびそれを用いた画像形
成装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明の画像形成装置は、光導電体と電気光学媒体を
有する電気光学効果型２次元空間光変調器、該２次元空
間光変調器への交流の記録電界印加手段、前記光導電体
に画像光を入力する画像入力手段を有する画像形成装置
において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段に
よる交流の駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導
電体の光電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態
遷移する電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気
光学効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特
性を有しており、しかも該閾値が入力光の強度によりシ
フトする特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像
を前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像
光学系を利用して投影入力することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、光導電体と電気光学
媒体を有する電気光学効果型２次元空間光変調器、該２
次元空間光変調器への交流の記録電界印加手段、前記光
導電体に画像光を入力する画像入力手段を有する画像形
成装置において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段に
よる駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導電体の
光電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態遷移す
る電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気
光効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特性
を有しており、しかも該閾値が入力光強度によりシフト
する特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像
を前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像
光学系を利用して投影入力するものであり、 前記複数の２次元の光学画像は、共に、前記２次元空
間光変調器が単独の入力光強度で遷移可能な第１の強度
レベル、又は単独で入力光強度では遷移不可能だが複数
の入力光の和の強度で遷移可能な第２の強度レベルのい
ずれか１つの強度レベルで入力されることを特徴とす
る。
さらに、本発明の画像形成装置は、光導電体と電気光
学媒体を有する電気光学効果型２次元空間光変調器、該
２次元空間光変調器への交流の記録電界印加手段、前記
光導電体に画像光を入力する画像入力手段を有する画像
形成装置において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段に
よる駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導電体の
光電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態遷移す
る電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気
光効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特性
を有しており、しかも該閾値が入力光強度によりシフト
する特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像
を前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像
光学系を利用して投影入力するものであり、 前記記録電界印加手段の駆動信号は、単独の入力光強
度で遷移可能な第１の電圧レベル、又は単独の入力光強
度では遷移不可能だが複数の入力光の和の強度で遷移可
能な第２の電圧レベルのいずれかの状態にすることが可
能であることを特徴とする。
以下、実施例により本発明の詳細を示す。
［実施例］ 実施例１ 第１図は本発明の画像形成装置の構成図である。120
はそこで用いた電気光学効果型ライトバルブ（以下、PA
LVと称する）である。双安定性を有する電気光学媒体で
あるカイラルスメクティクＣ液晶101は、（以下、SmC．
液晶と称する）光導電体102を通して電極103の間にかけ
られる電界によって双安定状態を制御される。電界は記
録電界印加手段106から透明電極103に与えられている。
104は画像入力手段105から光導電体に入力した画像光で
ある。また107は記録された画像の読み出し手段を構成
する偏光ビームスプリッター（以下PBSと称する）であ
り、読み出し光108と画像光109を分離する。この読みだ
し光を感光媒体130に照射して記録する。この実施例で
は感光媒体上に投影光学系を用いてPALV像を結像させ
た。こうしてプリンター、ハードコピー装置が実現され
る。感光媒体としてはSID 87 DIGEST p.367（1987）に
記載の物を用いたが、SID 85 DIGEST p.260（1985）に
記載の媒体やドライシルバー紙等も用いることができ
る。ここで感光媒体のかわりにスクリーンを設置すれば
ディスプレイ装置となる。また110は読み出し光に対し
光導電体が影響を受けるのを避ける為の読み出し光分離
手段、111は透明基板である。表１に本実施例の詳細な
構成を示す。
配向膜として斜方蒸着膜を用いることにより液晶分子
は基板表面からおよそ30度傾いて配向する。本実施例で
は基板法線より85度傾いた方向から蒸着を行なった。こ
れにより正の屈折率異方性（Δｎ）を有する液晶分子を
用いた際には見かけのΔｎ・ｄは小さくなる（ｄは液晶
層の厚さである）。そのため見かけのΔｎ・ｄを大きく
してコントラストの最適化を図るとｄを大きく、すなわ
ち液晶層を厚くすることができる。このため従来の有機
高分子配向膜を用いた場合ではｄ＝１μｍ程度に最適条
件があったが、本発明ではｄ＝２μｍ程度に最適条件を
見いだすことができた。また、第２図のライトバルブの
断面図に示すように、液晶分子201は傾いて存在するた
め、光が基板202に垂直方向から入射した場合の見かけ
のダイレクターの開き角θｍ（θｍは真の開き角θ203
よりも大きい）は大きくなり明るさ及びコントラストを
向上させることができるのである。２枚の基板の組合せ
方は第２図に示したように蒸着方向204が互いに逆平行
になるようにした。しかし、これは必ずしも両基板に形
成する必要はない。また斜方蒸着膜の材料としては他に
も絶縁性物質で蒸着できるものなら同様に機能する。
なお、本実施例ではPALVを１定温度に保ち、液晶層の
応答速度、配向性の制御を行なった。
次に第１表に挙げた２次元走査したレーザービームの
形成について説明する。第３図はＸ−Ｙ方向にレーザー
ビームを２次元走査し、PALVに画像入力を行ない、この
PALVに形成された画像を感光媒体に記録する装置の側面
図である。302は水平方向に書き込みビームを走査する
ポリゴンスキャナーであり、水平偏向面内をレンズ光軸
方向に可動な直線移動鏡305と共にビームをＸ−Ｙ走査
する。直線移動鏡の移動手段として本実施例では高精度
のクロスローラーテーブルにボールネジを結合したサー
ボモーター309駆動を採用した。サーボモーターは位置
検出手段であるエンコーダー出力によって位置ぎめを行
なっている。この移動手法として本実施例以外の制御可
能な方法であれば、当然採用可能である。また308は書
き込みビームを発生する半導体レーザー（以下、LDと称
する）、301は集光レンズ群である。310は被走査平面上
におかれたPALVである。303は偏光検出のための偏光ビ
ームスプリッター、304は読みだし光である。PALVは被
走査平面上に設置され、走査ビームはPALVに点状結像
し、走査ビームに従った画素が形成される。スクリーン
や感光媒体311へはPALV像を結像して画像を写し込む。3
07はPALVから読みだされた画像光である。
第４図は制御システムも含む本発明の２次元光走査装
置の斜視図である。401は水平走査の同期検出をする光
検出器,402は垂直走査の同期検出器,403は制御回路であ
る。垂直始点検出は機械的な位置検出法や、走査ビーム
のもれ光を利用した光検出法が用いられる。この２つの
同期信号409に同期して、直線移動鏡駆動装置404へ走査
信号が送られ、画像データ407が光ビーム変調手段406に
送出される。これらの同期信号とPALVの駆動信号、基準
信号との同期方法については後述する。次にPALVを被走
査平面上に設置すると、走査ビームはPALVに点状結像
し、走査ビームに従った画素が形成される。第４図は集
光レンズ群411に対し回転多面鏡偏向装置412が光源側に
位置するいわゆるプレオブジュクティブな走査光学系で
ある。
光ビーム発生手段406から発生した光ビームは回転多
面鏡偏向装置412によって水平方向に偏光される。次に
面倒れ補正と集光のためのレンズ群411を経て直線移動
鏡415に入射する。直線移動鏡で方向を曲げられたビー
ムは、被走査平面416に点状結像する。第５図は幾何的
な関係図である。ここで、直線移動鏡415の傾斜角（α/
2）509と被走査平面の傾斜角β510は、直線移動鏡の位
置にかかわらず走査平面508に対する光路長が変わらな
いように（１），（２）式のように設定されている。
lp/sinα＝ls/sinβ …（１） α＋２β＝π …（２） ここでlp 501は有効走査長 ls 502は直線移動鏡の移動長である 第２表に、より具体的な主構成部品を示す。
第３表はレンズ群の製造数値例である。
この走査系に限らず、本実施例の水平走査光学系は一
般的なものでよい。例えば特開昭58−134618に記載の光
学系，光学第10巻（1981），第５号p.348に記載の光学
系等を用いることができる。また、回転多面鏡の面倒れ
補正をこの走査光学系は実現できるため、水平走査ビー
ムの上下ぶれを小さく抑えることができる。直線移動鏡
の角度ぶれは、前述のクロスローラーテーブルをはじめ
精度の高いスライダーを用いることによって水平走査ビ
ーム間隔にほとんど影響がでない。本実施例では面倒れ
補正光学系の特徴を活かすことができるため、極めて高
精度なラスター画像を得られる特徴がある。このレーザ
ー走査システムは本発明のPALVだけでなくAppl.Phys.Le
tt.,vol.21,p.392（1972）に記載されるようなSmectic
A液晶を用いたPALVやSID 77 digest,p.106（1977）に記
載されるようなNematic液晶を用いたPALVであっても同
じように作用する。
次に画像をPALVに記録する方法について述べる。本実
施例では記録電界として画面走査と同期する交流電界を
用い、これと同期して画像光を入力した。第６図は典型
的な駆動信号波形図である。VPALU 601はPALVに印加さ
れる駆動電圧、LDSIGNAL 602は半導体レーザーの発光信
号である。VPALUはポリゴンスキャナーの走査周期（1
H）603と同期した交流信号であり、１フレーム604の中
に消去信号605、書き込み駆動信号606を有している。60
7は保持期間であり、保持期間は信号は与えられない。
また608は1Hと同期を取るためのインデックス信号であ
る。本実施例では第４表に記載の仕様を用いた。
第４表ではVPALUの周期、デューティを6kHz、50％と
設定したが、ポリゴンスキャナーの走査周期と同期関係
がとれ、かつPALV上の書き込み領域に有効に水平走査で
きる周波数、デューティであれば採用することができ
る。例えば、第７図に示すように消去パルスを１周期相
当、LDSIGNALのアクティブ期間をVPALUの負周期すべて
に割り当てることもできる。これを使って書き込みの１
連の基本動作について説明する。
先ず、消去期間teに消去信号を入力し、画面を消去す
る。消去パルスの波高値Veは、レーザー光が照射されて
いない状態でも液晶分子の自発分極を反転させるに十分
な波高値とする。次の書き込み期間t1〜tnに波高値Vwの
交流の記録電界（Vwは光パルスが印加された際に液晶分
子を十分反転させられる波高値とする。）を印加し、記
録電界が正極性の期間には画像に対応するように変調し
た光信号を入力し画像を記録する。つまりVPALUの正周
期にLDSIGNALが与えられると、SmC．液晶は負周期に対
応するS1状態から正周期に対応するS2状態に遷移するこ
とができる。書き込み期間の終了後（周期th）印加電圧
を0Vとした。これがLDビームによって書き込まれる原理
である。
また第８図（ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように１走
査線を書き込む時間twの前後に記録電界VPALUを交流化
するための無効期間を設ける手法もある。これは必ずし
も記録側の極性期間すべてにわたって書き込み光を与え
る必要はないためであり、交流駆動を維持するためであ
る。第８図では記録側の極性になった後に光信号が入力
されるまでに有限の期間（期間tm）を無効期間として設
けた。つまり、VPALUが記録側の極性になった後、tmた
ってから変調した光信号LDSIGNALを入力し画像を記録す
る。
書き込みが終ると保持に移る。保持状態に置ける液晶
の状態を安定化させるために、全画面の書き込み走査が
終了した後に電極間を解放あるいは高インピーダンス状
態とすることもできる。この時、記録電界はVwに保った
まま電極間を高インピーダンス状態にすると、VPALUの
電位変化による過渡パルスが液晶層にかかるために生ず
る状態遷移を防ぐことができる。さらに液晶の表示状態
を一方の状態に揃えて高インピーダンス化すると次の表
示を書き込む際に画面上に表示ムラができる、いわゆる
残像を防止できる。
なお消去には、書き込み時と反対の周期（この場合は
負周期）に書き込みビームを与える方法や、書き込みと
逆極性の周期に消去光を与える方法がある。この場合に
は消去電圧を下げることができる。さらにこの消去メカ
ニズムを利用すると部分消去、部分書き込みができる。
部分消去は、消去光の書き込みを順に書き込み周期と逆
極性の周期に画像要素を書き込むと実行できる。さらに
部分書き込みは部分消去に引き続いて、書き込み周期に
書き込み光を与えることによって行なわれる。この部分
消去、部分書換えは全面消去、再書換えに比べ書き換え
時間を短縮できる利点がある。
この消去方法を応用した記録方法を第９図に示す。画
面全体の消去は上述の方法で行なうことができる。書き
込みは以下のように行なう。レーザー走査にともなうイ
ンデックス信号（第９図（ａ）参照）に同期させて電極
間には第９図（ｂ）に示した記録電界波形を印加する。
書き込み期間t1〜tnに波高値Vwの交流の記録電界（Vwは
光パルスが印加された際に液晶分子を十分反転させられ
る波高値とする。１番目のライン（記録期間tl）につい
て説明する。この期間にはVPALUは負と正のパルスから
なり、負のパルスに対しては画像のネガに対応するよう
に変調した光信号（第９図（ｃ）のデータ）を入力し、
１走査の半分の画像を記録する。次に、記録電界VPALU
が正極性になると、この期間には画像のポジに対応する
ように変調した光信号（第９図（ｃ）のデータａ）を入
力し、残り半分の画像を記録する。その後レーザー光は
次のラインを走査する。以下、記録期間t2〜tnについて
同上の方法で記録される。つまり、この方法は同一走査
線をいくつかの部分に分け、交互に負周期に対応するS1
状態から正周期に対応するS2状態への遷移とS2状態から
S1状態への遷移を対応させたものである。さらに走査線
毎にこの二つの遷移を割り当てることもできる。この時
のVPALUは走査線毎に信号をネガとポジを切り換える必
要がある。この方法は走査時間を有効に使える利点があ
る。
次に２次元走査システムと駆動信号の同期システムに
ついて説明する。第10図は本発明の２次元光走査装置の
制御システムのブロック図である。前述したように光ビ
ームの偏向、形状操作に加え、正確なラスター操作をす
るためには、第10図に示す制御システムを必要とする。
フレームメモリーを有するコントローラー1001は発振器
1002を有し、これはシステム全体を制御するクロックを
発生する。一方、水平走査周期の検出装置であるインデ
ックスセンサー1003からの水平走査検出信号1004によっ
てコントローラー内のPLL基準信号が与えられる。こう
して水平走査に完全に同期したシステムクロックが原発
振クロックから作られる。ここで用いたPLLは、通常使
われる比較器、低域通過フィルター、分周器からなるも
のである。回転多面鏡の回転数はブラシレスモーターの
逆起電圧を検出し、PLLの比較器に加えられている。書
き込まれる画像情報はフレームメモリーに随時蓄積さ
れ、システムクロックと同期して読みだされたシリアル
信号1007によって半導体レーザー1005を変調する。1006
は半導体レーザーの駆動回路である。PLLのループを形
成するためにコントローラーから回転多面鏡1010の回転
制御信号1008が出力される。1009は回転多面鏡モーター
の駆動回路である。一方、PALV1011はコントローラー10
01から水平走査に同期した駆動信号1012がPALV駆動回路
1013に与えられる。またフレームに合わせてＹ走査を行
なうサーボモーター1014の駆動回路1015にフレーム同期
信号1016が与えられ、Ｙ走査もコントローラーによって
同期関係が保たれる。なお破線1017はレーザービームを
示す。
この制御系によって２次元画像の形成が行なわれる。
次にビデオ信号と２次元光走査装置の同期関係を示
す。第11図はシステムのブロック図である。フレームメ
モリー1102はビデオ信号1103、水平同期信号1H1104、垂
直同期信号1V1105をコントローラー1101に送る。一方、
インデックスセンサー1103からの水平走査検出信号1104
は、回転多面鏡1110の回転数信号としてコントローラー
に送られ、PLLの基準信号である水平同期信号1104と比
較され回転多面鏡の駆動信号1108を制御する。こうして
水平同期信号に完全に同期したレーザービームの水平走
査が行なわれる。ビデオ信号1103はレベル変換されシリ
アル信号となって半導体レーザー1105を変調する。1106
は半導体レーザーの駆動回路である。PLLのループを形
成するためにコントローラーから回転多面鏡1110の回転
制御信号1108が出力される。1109は回転多面鏡モーター
の駆動回路である。一方、PALV1111はコントローラー11
01から水平同期信号1104に同期した駆動信号1112がPALV
駆動回路1113に与えられる。またフレームに合わせてＹ
走査を行なうサーボモーター1114の駆動回路1115にフレ
ーム同期信号1116が与えられ、Ｙ走査もコントローラー
によって同期関係が保たれる。このフレーム同期信号は
垂直同期信号1105から作られている。なお破線1117はレ
ーザービームを示す。
この制御系によって２次元画像の形成が行なわれる。
［実施例２］ 実施例２は、PALVに２次元光学画像記録を行い、この
像を用いた画像形成装置について述べる。なおPALVは実
施例１の第１表に示したものである。情報はPALV、通常
の結合光学系等の画像入力手段、画像の読みだし手段か
らなり、実施例１に示すように、結像光学系、感光媒体
を用いることができる。第12図は画像記録をする際のシ
ーケンスを示すタイムチャートである。上から順に画像
入力、消去光入力、駆動電圧、記録デバイスの状態を示
す。消去光は光導電体全体に照射され、記録デバイスを
初期化するものである。
各タイミングに沿って一連の動作を説明する。第12図
中で液晶状態の変化を表わした位置は1201である。t0で
消去光が照射され、次にt1でSmC．液晶の一方の安定状
態S1になるようにパルス電圧が与えられる。そこでいま
まで書き込まれていた“A"が消去される。これ以後記録
動作が始まるまでS1状態が保持される。次に記録動作に
移る。t2で入力画像光が与えられ、t3のタイミングに、
t1と逆相のパルスが与えられる。このとき入力画像“B"
の光照射部分のSmC．液晶は、S1と反対の安定状態S2に
遷移する。これが入力画像を記録した状態である。以後
入力光と駆動電圧が与えられない限り、この画像記録状
態は保持される。ここでは典型的なSmC．液晶のスタテ
ィック駆動波形を書き込みパルスとしたが、双安定状態
をスイッチングできるパルスであれば用いることができ
る。例えば第13図に示す正だけのパルス、負だけのパル
スであっても動作可能である。
さらに部分消去、部分書き込みも可能である。つまり
消去したい部分に消去光を照射し、S1状態化する駆動パ
ルスを与えればよい。消去光がないところは以前の記録
状態が保持される。部分書き込みは部分消去後、書き込
み画像光を与えS2状態化する駆動パルスを与えることに
よって行なう。
以上の動作は電気回路と対比させることができる。つ
まり２次元画像情報が入力信号、記録電界信号がクロッ
ク、及びリセット信号であると考えると２次元情報信号
に対するフリップフロップと同じ動作ができるのであ
る。
また第14図に示すように同時に多数の画像入力を与
え、記録電界信号を与えると各々の画像入力に対する２
次元画像の論理動作が可能である。第14図は２入力画像
の場合の例であり、“A"1401と“B"1402が入力画像であ
る。第14図には簡単のため記述していないが、PALV1403
への画像の入力、出力は結像光学系を用いることができ
る。1404は“or"動作の時の出力画像であり、光入力が
ある全ての領域に書き込まれる。1405は“and"動作の出
力画像である。第14図の動作を行なった時の駆動方法を
第15図に示す。図中“A"1501、“B"1502は第14図の２入
力画像の強度を、VPALU1503はPALVの駆動信号を示して
いる。ここでPALVの動作特性を第16図に示す。第16図は
パラメーターに入力光強度1601をとって、駆動電圧1602
とPALVの相対出力光強度を表わす反射率1603の関係を示
している。I1 1606、I2 1607は本実施例で選定された入
力光強度、O 1608は強度Ｏの時を示している。同じくV1
1604、V2 1605も選定された駆動電圧である。これによ
ると、PALVは駆動電圧に対し閾値特性を持っていること
がわかる。またその閾値が入力光強度によってシフトす
ることがわかる。この特性はSmC．の電気光学効果の閾
値特性によって生じていると考えられる。これらの閾値
特性を組み合わせることによって第14図に示した論理動
作が可能となっているのである。第16図によれば、駆動
電圧を入力光強度シフトの低電圧側駆動電圧V1 1604に
設定しておくと、入力光強度によって反射率を制御でき
る。これは入力光が重なり合った強度の強いところだけ
が反射率が高い状態への遷移できる“and"動作に他なら
ない。この動作による駆動方法を第15図（ａ）に示す。
この場合、入力光強度は単独では遷移ができないI2 160
7に設定されている。次に入力光強度を単独でも遷移可
能な高いレベルI2 1606に上げて入力すると、いずれか
一方が入力されている領域が遷移可能となる“or"動作
ができる。この駆動方法を第15図（ｂ）に示す。また駆
動電圧が高レベルV2 1605にしておくと入力光強度の閾
値が下がるためI2単独でも遷移可能となり、同様な“o
r"動作ができる。この駆動例を第15図（ｃ）に示す。
さらにPALVは記憶性を有しているので逐次動作をさせ
ることによってより複雑な２次元画像の論理を実現でき
る。第17図はその簡単な例である。第17図（ａ）、
（ｂ）は“Aand（notB）”の論理であり、入力“A"は正
周期に書き込んだ後、“B"を負周期に書き込むことで
“notB"との“and"をとる論理を得ている。第17図
（ｃ），（ｄ）は排他的論理和（ex.or）の場合であ
る。始めに第15図（ｃ）の方法により“AorB"を書き込
み、次に第15図（ａ）の方法を負周期に適用して“Aand
B"の否定を書き込む。これらは最も簡単な論理であり、
更に多重に組み合わせることによって複雑な論理を得る
ことができる。
ここではPALV駆動電圧の方が応答が速い等の制御性を
考慮してVPALUを変調したが、第16図に示すように駆動
電圧と入力光強度どちらでも閾値特性を得ることができ
るので、入力光強度を変調しても同様な結果が得られ
る。
もう一つの重要な論理である否定論理は、第17図
（ｃ）、（ｄ）で説明したように逆極性周期の書き込み
によって簡単に得ることができる。さらに読みだし光学
系による偏光回転を行なう方法や偏光の回転素子（例え
ば、半波長板やツイストした液晶素子等）によって得る
ことができる。
ここでは簡単のため消去については説明を省略した
が、第12図で説明した方法や実施例１で説明した入力光
がなくても遷移が生じる高電圧のパルスを印加して行な
うとよい。
また記録デバイスには誘電体ミラーが設置され、読み
出し光は光導電体に影響を与えないので、いつでも出力
画像情報である記録状態を読み出すことができる。この
分離ミラーは取り外すこともできる。これは読み出し光
の照射タイミングを駆動パルスと重ならないようにし、
状態遷移時に読み出し光の影響を受けないようにするこ
とによって行なうことができる。これにより透過読み出
し型の記録デバイスを実現できる。
さらに消去光も不要にできる。これは状態遷移の時に
光導電体を低インピーダンス化する為の光が必ずしも必
要ではないからである。例えば暗状態で書き込みのパル
ス波高値より大きなパルスを与え、消去が可能である。
さらに光導電体にPIN構造のような暗状態で整流性を持
つ構造を与え、順方向パルスでSmC．液晶を消去状態S1
にする方法でこれを実現してもよい。画像の書き込みの
方法は、前述した双極性の場合と同様に行なうことがで
きる。
次にこうして得られた形成画像は、実施例１の第１図
のように感光媒体に結像光学系によって印写することが
できる。
実施例２の書き込み方法は、実施例１の点の走査画像
を２次元画像に変えたものと考えられる。従って実施例
２に示したような入射光間の論理については、実施例１
における書き込みビームの画像においても同様に実施す
ることができる。これは例えば異なる径をもつ書き込み
ビームによる書き込みや、異なるビーム走査方向の書き
込み、２次元画像入力光と走査ビーム光間の論理などに
有効である。そのときのビーム走査の方法はラスタース
キャンでもベクタースキャンであっても構わない。
［実施例３］ 実施例３は画像形成装置の例としてカラー画像形成装
置に応用した場合について述べる。
実施例１、２に述べたように、順に点、もしくは面の
画像要素をPALVに書き込むことによって、PALVは高速に
画像を形成、消去、部分消去、部分書き込みができる。
このPALVを２次現像とする画像形成装置については実施
例１で述べた。本実施例はこれを用いてカラー画像形成
装置を実施したものである。
カラー画像形成装置の原理は、読みだし光の波長を制
限することによって、波長によって異なる画像情報の出
力を行い、これを感光媒体に記録することによる。な
お、基本的な構成は実施例１の第１図と同じであり、PA
LVの構成も実施例１と同じものである。第18図は３つの
異なる波長、あるいは波長域の読みだし光を用いて３つ
の画像を感光媒体に記録するカラー画像形成装置の動作
原理図である。この一連の過程は各画像に対応した動作
過程1807、1808、1809からなる。さらにひとつの動作過
程は各々の波長1804、1805、1806に対応する記録期間18
15、画像光の出力期間1816からなっている。記録期間18
15では、前述したように消去パルス1817によって消去さ
れ、VPALU 1814の書き込みパルス1818と画像入力光1810
が同期して加えられて画像が記録される。つぎに出力期
間1816では、各画像1801、1802、1803に対応した読みだ
し光1804、1805、1806がPALVに照射され、異なる波長を
持つ画像光が感光媒体に与えられる。本実施例では読み
だし光として波長選択フィルターを通したハロゲンラン
プ光を用いた。各出力期間に対応して３枚のフィルター
が切り替わるようになっている。第18図では３つの画像
を３つの波長で３回の記録出力シーケンスで得る場合を
説明したが、このシーケンスは３回に限定されることは
ない。例えば感光媒体の感度が可視域全体にある場合、
赤、緑、青に対し異なる画像をPALVに与え、これを上述
の方法で読みだせば、感光媒体はフルカラー情報を得る
ことになる。この時のPALVからの出力スペクトルは感光
媒体の持つ変調スペクトルと同等に設定すると都合がよ
い。つまり感光媒体の赤の発色に対しては赤のPALV出力
光を与えるということである。これは実物を照明し、感
光媒体に実物からの書き込み光を与えることもできるか
らである。しかしPALVを介して感光媒体に記録する場合
は、PALVに書き込む光のスペクトルはPALV出力光と同じ
スペクトルである必要はない。つまり第18図の画像光18
01は対応する読みだし光1804とスペクトルが異なっても
問題ないし、同様に感光媒体の発色スペクトルと異なっ
ていても問題はなく、これらは各々独立に設定できる。
直接、感度の低い感光媒体を画像光で記録する場合、
大きな照明光のパワーを必要とする。また一般的な物体
は拡散的な反射特性を持つので、この点からも大きな照
明光のパワーが要求される。そこでPALVを用いると、実
物からの画像光を一旦PALVに記録し、小さな照明光源で
感光媒体に長い時間で書き込むことができるようにな
る。PALVは光導電体による高感度な光電変換作用を有す
るので非常に弱い光で書き込み、これを強い光で読み出
すことができるので、感度の低い感光媒体を用いても記
録することができる。言い替えると、これはPALVによる
画像の増幅作用を利用したものである。さらにPALVは電
界の制御ができるので、上述したような画像間の処理や
書き込み光量の変動に対する制御機能も付加できる なお第18図では消去光を入れていない。これは状態遷
移の時に光導電体を低インピーダンス化する為の光が必
ずしも必要ではないからである。第18図では暗状態で書
き込みのパルス波高値より大きなパルスを与え、消去を
行なった。さらに光導電体にPIN構造のような暗状態で
整流性を持つ構造を与え、順方向パルスSmC．液晶を消
去状態S1にする方法でこれを実現してもよい。
またPALVへの画像光の入力は、実施例１のビーム走
査、実施例２の２次元画像入力であってもよい。さらに
これらを複合した入力方法も可能である。
［実施例４］ PALVは順に点、もしくは面の画像要素を書き込むこと
によって高速に画像を形成、消去、部分消去、部分書き
込みができることを実施例１、２で述べた。実施例４は
画像形成装置の例として、ディスプレイ、プリンター、
複写機機能等の複合機能を有する画像形成装置の実施例
である。
第19図はディスプレイとプリンターの複合機の例であ
る。ライトバルブに画像入力する方法は実施例１と同様
であるので画像読み出し部分について説明する。プロジ
ェクションレンズ1904とスクリーン1903の間に読みだし
光の分配手段1901であるハーフミラーを挿入し、偏光ビ
ームスプリッター（PBS）で検光されたPALVの画像光
は、２つに分けられる。したがって画像光は、一方をデ
ィスプレイ用のスクリーン1903ヘ、もう１方をページプ
リンター用の感光媒体1902に投影される。これにより画
像情報を表示すると同時に画像のプリントが可能となっ
た。本実施例ではハーフミラーを読み出し光側に設けた
が、書き込み光側にハーフミラーをいれて分配した書き
込み光で感光紙に直接書き込んでしまう方法がある。ま
た時間分割を行いディスプレイとプリンターに分割する
方法もある。
さらに複写機の光学系、つまり実施例２に示した画像
入力光学系をPALVの書き込み系に追加し、１つの機械で
３つの機能、すなわちページディスプレイ、カラーペー
ジプリンター、カラー複合機の機能をコンパクトに納め
得ることができる。
以上実施例を述べたが、本発明は駆動電界による電気
的制御ができる電子的なフィルムともいえるものであ
る。従って、以上の実施例のみならず、空間変調素子と
して広く電子画像機器、画像表示システム、画像レジス
ター、光演算装置などに応用が可能である。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、電子的に制御され
た２次元画像の形成、記録機能を得ることができた。さ
らに画像入力手段としては２次元入力、走査入力を問わ
ず、反射型でも透過型でも使える汎用性を有する。
また、形成画像を感光媒体へ読み出すことによって、
感光媒体に高速に記録することができる効果を有する。
さらに画像間の処理を行いその結果を出力する効果も有
している。
さらに感光媒体の感度や感光波長特性をライトバルブ
の増幅作用や波長変換特性によって選択の幅を増し、最
適化を図ることができる。高精度のビーム描画によって
画像をライトバルブに形成する場合もビーム光源の選択
の自由度が広がり、小型、高信頼性、高効率な画像形成
装置が提供できる。
また液晶配向膜として斜方蒸着膜を用いることによ
り、コントラスト、明るさを向上させることができた。
ライトバルブの駆動、書き込み方法においても、交流
駆動が実現されることから電気光学媒体である液晶の劣
化を抑えることができ、高い信頼性を得ている。記録期
間において正負両極性を用いて記録することにより、消
去期間を必要とせず、走査時間が短く、記録電界を交流
化でき、しかも部分消去記録なので部分書換えが可能と
する駆動も可能となった。
さらに入力光間の論理をとれることから画像の機能的
な処理が可能となり、並列画像処理における基本論理素
子を提供できる。
このようにライトバルブを核として、１台でページデ
ィスプレイとカラーページプリンター、およびフルカラ
ー複写機の機能を兼ねるコンパクトな画像形成装置を提
供することができる。
また多面鏡走査装置に代表される１次元光走査装置，
及び補正光学系，集光光学系に直線移動鏡を付加しただ
けで、結像状態を変えずに２次元光走査装置を実施する
ことができた。また複雑なアナモルフィックなレンズ、
焦点補正機構等を付加する必要がないため、より安価に
２次元光走査装置、および画像形成装置を提供すること
ができる。
こうして本発明により、高速、高精度、完全な同期関
係を有する２次元光走査装置が実現された。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の画像形成装置の構成図である。 第２図はライトバルブの断面図である。 第３図はレーザービームを２次元走査し、PALVに形成さ
れた画像を感光媒体に記録する装置の側面図である。 第４図は制御システムも含む本発明の２次元光走査装置
の斜視図である。 第５図は走査ビームの幾何的な関係図である。 第６図、第７図（ａ），（ｂ），（ｃ）、第８図
（ａ），（ｂ），（ｃ）はライトバルブの駆動信号波形
例を示す図である。 第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）は消去方法を応用した記
録方法の駆動波形を示す図である。 第10図は２次元光走査装置の制御システムのブロック図
である。 第11図はビデオ信号を扱うシステムのブロック図であ
る。 第12図は画像記録をする際のシーケンスを示すタイムチ
ャートである。 第13図は正だけのパルス、負だけのパルスの駆動波形
図。 第14図は２次元画像の論理動作の概念図である。 第15図（ａ），（ｂ），（ｃ）は２次元画像の論理動作
の駆動波形図である。 第16図はPALVの動作特性図である。 第17図は逐次動作による複雑な２次元画像の論理例であ
る。第17図（ａ）、（ｂ）は“Aand（notB）”の論理、
第17図（ｃ），（ｄ）は排他的論理和（ex.or）の場合
を示す図である。 第18図はカラー画像形成装置の動作原理図である。 第19図はディスプレイとプリンターの複合機の基本構成
図である。 101……双安定性を有する電気光学媒体（SmC．） 102……光導電体 103……電極 104……画像光 105……画像入力手段 106……記録電界印加手段 107……偏光ビームスプリッター 108……読み出し光 109……画像光 110……読み出し光分離手段 120……電気光学効果型ライトバルブ（PALV） 130……感光媒体 204……蒸着方向 302……水平方向に走査するポリゴンスキャナー 305……直線移動鏡 307……PALVから読みだされた画像光 310……PALV 311……感光媒体 401……水平走査の同期検出をする光検出器 402……垂直走査の同期検出器 403……制御回路 404……直線移動鏡駆動装置 406……光ビーム変調手段 407……画像データ 409……同期信号 412……回転多面鏡偏向装置 411……面倒れ補正と集光のためのレンズ群 415……直線移動鏡 416……被走査平面 501……有効走査長lp 502……直線移動鏡の移動長ls 508……走査平面 509……直線移動鏡の傾斜角（α/2） 510……被走査平面の傾斜角β 601……PALVに印加される駆動電圧VPALU 602……半導体レーザーの発光信号LDSIGNAL 603……ポリゴンスキャナーの走査周期（1H） 604……１フレーム 605……消去信号 606……書き込み駆動信号 607……保持期間 608……1Hと同期を取るためのインデックス信号 1001……コントローラー 1002……発振器 1003……インデックスセンサー 1004……水平走査検出信号 1010……回転多面鏡 1008……回転制御信号 1012……水平走査に同期した駆動信号 1016……フレーム同期信号 1102……フレームメモリー 1103……ビデオ信号 1104……水平同期信号1H 1105……垂直同期信号1V 1101……コントローラー 1103……インデックスセンサー 1104……水平走査検出信号、水平同期信号 1108……回転多面鏡の駆動信号 1108……回転制御信号 1112……PALVの駆動信号 1116……フレーム同期信号 1401,1402,1501,1502……入力画像 1404……“or"動作の時の出力画像 1405……“and"動作の出力画像 1601……入力光強度 1602……駆動電圧 1603……相対出力光強度を表わす反射率 1606,1607,1608……入力光強度、各々I1,I2,O 1604,1605……選定された駆動電圧、V1V2 1807,1808,1809……各画像に対応した動作過程 1801,1802,1803……画像 1804,1805,1806……波長の異なる読みだし光 1810……画像入力光 1815……記録期間 1816……画像光の出力期間 1817……消去パルス 1818……書き込みパルス 1901……光の分配手段であるハーフミラー 1902……感光媒体 1903……スクリーン 1904……プロジェクションレンズ
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平2−15307 (32)優先日 平成２年１月25日(1990．1．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−15308 (32)優先日 平成２年１月25日(1990．1．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−15309 (32)優先日 平成２年１月25日(1990．1．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−18214 (32)優先日 平成２年１月29日(1990．1．29) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−20615 (32)優先日 平成２年１月31日(1990．1．31) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−18216 (32)優先日 平成２年１月29日(1990．1．29) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−29225 (32)優先日 平成２年２月８日(1990．2．8) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平2−29226 (32)優先日 平成２年２月８日(1990．2．8) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 昭63−109422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−17142（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−140131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−56410（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280726（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光導電体と電気光学媒体を有する電気光学
    効果型２次元空間光変調器、該２次元空間光変調器への
    交流の記録電界印加手段、前記光導電体に画像光を入力
    する画像入力手段を有する画像形成装置において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段によ
    り交流の駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導電
    体の光電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態遷
    移する電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気光
    学効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特性
    を有しており、しかも該閾値が入力光の強度によりシフ
    トする特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像を
    前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像光
    学系を利用して投影入力することを特徴とする画像形成
    装置。
  2. 【請求項２】光導電体と電気光学媒体を有する電気光学
    効果型２次元空間光変調器、該２次元空間光変調器への
    交流の記録電界印加手段、前記光導電体に画像光を入力
    する画像入力手段を有する画像形成装置において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段によ
    る駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導電体の光
    電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態遷移する
    電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気光
    効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特性を
    有しており、しかも該閾値が入力光強度によりシフトす
    る特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像を
    前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像光
    学系を利用して投影入力するものであり、 前記複数の２次元の光学画像は、共に、前記２次元空間
    光変調器が単独の入力光強度で遷移可能な第１の強度レ
    ベル、又は単独の入力光強度では遷移不可能だが複数の
    入力光の和の強度で遷移可能な第２の強度レベルのいず
    れか１つの強度レベルで入力されることを特徴とする画
    像形成装置。
  3. 【請求項３】光導電体と電気光学媒体を有する電気光学
    効果型２次元空間光変調器、該２次元空間光変調器への
    交流の記録電界印加手段、前記光導電体に画像光を入力
    する画像入力手段を有する画像形成装置において、 前記２次元空間光変調器は、前記記録電界印加手段によ
    る駆動信号が与えられ、光を入力した前記光導電体の光
    電変換作用によって、前記電気光学媒体が状態遷移する
    電気光学型２次元空間光変調器であって、 前記２次元空間光変調器は、前記電気光学媒体の電気光
    効果が、前記駆動信号に係る駆動電圧に対し閾値特性を
    有しており、しかも該閾値が入力光強度によりシフトす
    る特性を有しており、 前記画像入力手段は、同時に複数の２次元の光学画像を
    前記記録電界印加手段に同期して、夫々対応する結像光
    学系を利用して投影入力するものであり、 前記記録電界印加手段の駆動信号は、単独の入力光強度
    で遷移可能な第１の電圧レベル、又は単独の入力光強度
    では遷移不可能だが複数の入力光の和の強度で遷移可能
    な第２の電圧レベルのいずれかの状態にすることが可能
    であることを特徴とする画像形成装置。
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