JP3497828B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP3497828B2
JP3497828B2 JP2001026219A JP2001026219A JP3497828B2 JP 3497828 B2 JP3497828 B2 JP 3497828B2 JP 2001026219 A JP2001026219 A JP 2001026219A JP 2001026219 A JP2001026219 A JP 2001026219A JP 3497828 B2 JP3497828 B2 JP 3497828B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はカラープリンタに関
し、特に感光体上にカラー画像を光書き込みするシャッ
ターアレイを有した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】シャッターアレイとして、液晶シャッタ
ーアレイを例に以下説明する。液晶シャッターアレイは
一列または複数列に配列された複数の液晶画素をオン、
オフさせて、画素毎に光の透過量を制御する装置であ
る。この液晶シャッターアレイを用いてカラー画像を感
光紙上にフルカラープリントする方法は、例えば特開昭
62−134624号公報に記載されている。この方法
は、図8で示すように、白黒液晶シャッターアレイ11
と、赤、緑、青のカラーフィルター10r、10g、1
0bを有してモーターなどにより回転する回転板と、そ
の上部に位置し、白色光を照射する露光装置9とを組み
合わせてフルカラープリントを感光紙13上に得ること
を特徴としている。
【0003】しかしながら、この方法は一画素上に各色
の露光光を重ねようとすると、1色毎に感光紙13と液
晶シャッターアレイ11の相対的移動を停止し、液晶シ
ャッターアレイの画素の開閉タイミングとカラーフィル
ターを含んだ回転体の回転周期をも含めた、精密な移動
機構が必要であり、精度の良いフルカラー画像を得るこ
とが困難である。また間欠の移動停止時間が、プリント
速度を遅くする原因にもなっている。
【0004】また上記の問題点を取り除き、感光紙上に
フルカラープリントを得る液晶カラープリンタとして、
特開平2−169271号公報に記載されている方法が
ある。この方法は、図9(a)で示すように、赤色、緑
色、青色の光を発する3種類の単色光源9r、9g、9
bを使用し、感光紙13と光源との間に3色分離液晶シ
ャッターアレイ19を配置し、それを透過した光を再び
液晶シャッターアレイ11を通過させて感光紙13上に
画像形成をするものであった。このときに各色の光の入
射経路及び感光紙13への光の照射状態を示したもの
が、図9(b)である。光の入射経路が、入射光の色に
よって違い、各色によって感光紙13上で焦点を結ぶ位
置が変わっている。感光紙13を中断無しに移動しなが
ら、液晶シャッターアレイ11からの3色の光を重ね合
わせ、フルカラー画像を感光紙13上に得ることを特徴
としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では3種類の単色光源を使用することが、部品点数の
増加、カラープリント装置の大型化につながる。また3
色分離と画像形成のための二重に液晶シャッターを使用
しているために、感光紙への露光量は減少し、これが露
光装置の高価格化、またはプリント速度を遅くする原因
になっている。また精密な光の重ね合わせをするために
3方向の光の入射角度調整などが課題になる。何故なら
ば液晶シャッターアレイに対して垂直方向から露光光が
入射した場合と異なり、角度を持った光が液晶シャッタ
ーアレイ表面から入射し、その透過光が、角度を持って
感光紙に露光する装置に於いては、液晶構成要素である
ガラスや液晶素子、これらそれぞれの温度による屈折率
の変化が無視することのできないものとなるためであ
る。これは画像上での色ズレ、焦点ボケを引き起こす原
因になっている。
【0006】本発明は上記の問題点を解決し、感光体と
シャッターアレイを相対的に一定の速度で動かしなが
ら、正確に赤光、緑光、青光を重ね合わせることにより
より短時間で色ズレ、焦点ボケの無い高画質のフルカラ
ープリントを得ることのできるー画像形成装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、画像形成装置を次に示す構成にすることを
特徴としている。シャッターアレイと感光体は相対的に
移動し、このシャッターアレイは感光体に対して移動す
る方向と直交する方向に複数の画素よりなる画素列を備
え、この画素列を感光体に対して連続して、相対移動さ
せながら感光体をライン毎に露光することを繰り返し
て、感光体上に画像を形成する。本発明では、感光体に
おける任意のラインの露光領域と隣接するラインの露光
領域とを重なって露光することを特徴としている。光源
は少なくとも3種類のカラー光を順次出射する。ここ
で、露光装置から出射される3種類のカラー光として、
赤色、緑色、青色の光を用いることができる。3種類の
カラー光は所定の順序で順次発光する。また、シャッタ
ーアレイは複数の画素列を有し、これら画素列を感光紙
の移動方向に直交して配置している。また、シャッター
アレイと感光体との間の好ましい相対速度は、1種類の
カラー光の露光時間の間に、感光体がシャッターアレイ
に対して、画素列の1列分移動する速度である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示しながら詳細
に説明する。図2は本発明のカラー画像形成装置の一実
施例を示した概略図である。図2では露光装置からの集
光光学系やスリット等は省略している。露光光源9は可
視光領域に広く露光量を持っている。その回りを囲む円
筒回転体(回転用のモーターなどは図示していない)は
3色のカラーフィルター、赤色光を透過する10r、緑
色光を透過する10g、青色光を透過する10bで覆わ
れている。露光光源9から発光したカラー光は上記カラ
ーフィルターやスリット、光学レンズなどを通って、5
列の画素列を有するシャッターアレイである液晶シャッ
ターアレイ11に、ほぼ平行光となって到達する。
【0009】図1は、到達した平行光が入射する本発明
の画像形成装置に組み込む液晶シャッターアレイの、露
光と駆動方法(選択状態)を時間の推移と共に簡易に示
したものである。図1の(a)〜(d)はそれぞれ液晶
シャッターアレイの画素に対応するセル1を示したもの
で、斜線部はその画素列の全てのセルが閉じた状態(非
選択状態)になっていることを示している。セルの外側
2はITOスペースで、クロム膜で覆っており、露光光
は透過しない。図では分かりやすいように時間の経緯と
共に縦に並べているが、実際には同一のセルが、(a)
の矢印3で示す方向へ平行移動しているものである。
(a)及び(d)には赤色光R、(b)には緑色光G、
(c)には青色光Bが入射している。感光体である感光
紙上での一画素は(a)〜(c)の液晶シャッターアレ
イの開閉状態によって形成される。図1の(d)は進行
方向二画素目を形成する。また図1では重ね合わせを表
現するため、それぞれ選択された液晶シャッターアレイ
における3列の画素列は全て開いた状態で図示してい
る。この選択の様子を液晶シャッターアレイ全体の様子
として示したものが図4(a)〜(c)で、それぞれ図
1の(a)〜(c)に対応している。
【0010】図1(a)の状態から(b)に移動するま
での液晶シャッターアレイへの入射光は赤色光Rであ
り、また3列の選択状態も変化しない。このとき、感光
紙上で露光方向(上)から見たラインの露光領域の形状
は図1の(e)の実線4で示したものになる。また、こ
の形状に対して、露光光のエネルギーを縦軸に進行方向
を横軸に示したグラフが、図1(f)の実線6である。
但し(e)、(f)の破線5、7はそれぞれ二ライン目
を示したものである。
【0011】各色の露光時間は感光紙と液晶シャッター
アレイの相対的な速度や感光紙の感度、露光量等によっ
て総合的に定められるものである。ここでは各カラーフ
ィルター10や、露光光源9によって同時間の露光で、
各色の必要濃度が求められるように調整されている。各
色の露光時間を詳細に説明すると、図1で示す一液晶画
素幅とITOスペース一幅分を相対的に移動する時間で
ある。この時間で図2に示すところの露光光源9を含
む、セルホックレンズ12までの露光モジュールを移動
するように駆動している。各色に対して図1で示したよ
うな液晶シャッター列の選択によって、上記露光時間の
露光を繰り返すと、R、G、B全ての露光画素形状が図
1(e)の実線4上に正確に重ね合わされる。また一ラ
イン目と二ライン目は一液晶画素幅分、重なり合う領域
があり、感光紙上の非露光部が発生しない。重なり合う
領域については、図1(f)で示すように露光光のエネ
ルギー自体は一ライン目としてのエネルギー減少部分、
二ライン目としてのエネルギー増加部分の重なり合いに
なっており、そのエネルギーの合計量は、常に露光を受
けた部分((f)の実線部6、破線部7で平行になって
いる部分)と差が無く、感光紙上にスジなどが発生しな
い。
【0012】上記のように形成される感光紙上の一画素
は、進行方向の幅を、重なり合う部分の中央から中央ま
で(図1(f)の矢印8の範囲)、進行方向垂直の幅を
液晶シャッター列方向の液晶一画素の幅と判断できる。
従って感光紙上の一画素が正方画素を形成するためには
液晶一画素の縦横の形状比が、ほぼ1:3で感光紙と液
晶シャッターアレイの相対的な進行方向の方が短い必要
がある。但し液晶シャッターアレイと感光紙の間に縦横
変倍のレンズを使用する際は、この限りではない。
【0013】以上、前述したような液晶画素形状による
液晶シャッターアレイ、図1に示したような液晶シャッ
ターアレイ列の選択、非選択アレイ列の閉鎖、感光紙と
液晶シャッターアレイの相対的な駆動速度の調整によ
り、短時間で色ズレ、焦点ボケの無い高画質のフルカラ
ープリントを得ることのできる液晶シャッターアレイを
持つカラー画像形成装置を得ることができる。 以下、
使用した液晶の画素配列、印加電圧と開閉状態などの駆
動方法を実施例にそって詳細に説明する。
【0014】
【実施例】液晶の画素は図3に示すように画素列に対応
する走査電極15、T1〜T5の5列、信号電極16、
S1〜S640の640行で配列され、各画素間のIT
Oスペースはクロム膜で覆い、露光光が遮断されるよう
に構成されている。上記画素配列を持つ白黒の液晶シャ
ッターアレイは液晶層厚み6μmで、225度のツイス
ト角となるスーパーツイステッドネマティック液晶が用
いられ、3200画素のマイクロシャッターにより構成
されている。
【0015】この液晶及び偏光板を通した光の透過率と
液晶に印加される電圧の関係を示したものが図7であ
る。液晶に印加される電圧は図3で示す走査電極15に
入力される電圧波形と、信号電極16に入力される電圧
波形の合成電圧として示される。図7に示すようにここ
では高電圧印加時に暗状態に選択されるように偏光板を
配置している。各液晶画素は図7中のVMを越えた時点
で暗状態となる。明状態に印加している電圧は、スーパ
ーツイステッドネマティック液晶に生じ易い表示色を抑
え、透過光の着色を防ぐためのものである。
【0016】図4は先に述べたように液晶シャッターア
レイを上から見たときの、露光光別の液晶シャッター列
の選択例である。ここでは赤色光Rが到達したとき走査
電極15のT3、T4、T5を選択し、開閉を行い、T
1、T2は非選択としてこの列の全ての液晶画素が閉じ
た状態になっている。但し、信号電極16のSn行につ
いて開閉するときはT3〜T5の全てが同じ動作、開な
ら開、閉なら閉を行う。次に緑色光Gが到達したとき、
T2、T3、T4を選択、T1、T5を非選択とする。
更に青色光が到達したときT1、T2、T3を選択、T
4、T5を非選択とする。円筒回転体は露光光源9を中
心に一定速度で回転しているので、順次液晶シャッター
アレイに向けてR、G、Bの露光を繰り返す。そのと
き、液晶シャッター列は常に上記R、G、BのT1〜T
5の選択方法と同一に、一対一対応に選択される。これ
を図2で示す進行方向14に対して分割回数だけ、ここ
では480ライン繰り返す。
【0017】以上のような選択を行うための走査電極1
5への入力電圧波形の例を示したものが図5である。図
5中のVH はVL と比較して充分大きい。ここでVH は
列非選択信号の電圧値を、VL は列選択信号の電圧値を
示すものである。図5のT5の左に示したものがT5
の、T1の左に示したものが、T1に入力する信号であ
り、R、G、Bの3色の露光光に時間毎に対応し、各色
に対応する各列の選択、非選択状態を決定する一画素形
成分の入力信号である。
【0018】液晶への印加電圧は上記の走査電極15へ
の入力電圧と信号電極16への入力電圧の合成電圧で示
されるので、液晶シャッターアレイの開閉状態は上記の
走査電極15への入力電圧のみならず、信号電極への入
力電圧の信号を考え合わせる必要がある。図6は両電極
への各入力電圧波形とその合成電圧を示したものであ
る。VO は開状態時の入力信号の電圧値を、VS は閉状
態時の入力信号電圧値である。図6中のVM は図7と同
様に液晶シャッターアレイにおける開閉状態を決定する
分岐の電圧値である。従って図7中で液晶シャッターが
開状態になるのは、走査電極入力電圧波形が列選択信号
であり、信号電極入力波形が開信号であるときのみであ
る。この関係を維持するために以下の式を満足するよう
な電圧設定が必要である。 VH >VL VH −VO >VM VH −VS >VM VL −VO <VM VL −VS >VM VH :走査電極入力信号で、列非選択時の交流電圧値 VL :走査電極入力信号で、列選択時の交流電圧値 VO :信号電極入力信号で、開状態時の交流電圧値 VS :信号電極入力信号で、開状態時の交流電圧値 VM :液晶シャッターアレイの開閉状態の分岐点となる
交流電圧値 但し、VO とVS は位相が反転しているだけでも構わな
い。
【0019】以上の条件を満たした信号により液晶シャ
ッターアレイが開閉し、R、G、Bの露光光を感光紙上
で正確に重ね合わせるために、以下に述べる速度、タイ
ミングで露光系モジュールを移動する。スリットからの
露光光が、カラーフィルター10rを通した光になると
同時に、液晶シャッター列の選択は図4(a)で示すよ
うになり、図2で示す矢印14方向に一定速度で移動を
開始する。このとき液晶シャッターアレイは感光紙13
の画像形成領域の最上端から移動を開始する。この露光
光、液晶シャッター列の選択、開閉状態で、距離にして
液晶一画素の進行方向幅分とITOスペース一幅分だ
け、露光しながら平行移動を行う。ここで感光紙上に赤
の画素が書き込まれる。ここでは開閉状態を維持するよ
うに記載しているが、これは重ね合わせを見やすくする
ため、赤をフルに書き込むためであり、画像としてハー
フトーンを形成するときはこの限りではない。
【0020】このとき、感光紙上の露光領域形状は図1
の(e)実線4で示す形になり、ライン方向幅は液晶一
画素のライン方向幅と同じであり、進行方向幅は液晶一
画素の進行方向幅4個分とITOスペース3個分であ
る。但し、感光紙に現れる濃度は光のエネルギー量によ
って決定される。光のエネルギー量を簡易に露光量と露
光時間を乗じたものと考えると、図1(f)に示すグラ
フ6の様になる。但し、ここでは重ね合わせの白色を得
るために平行移動終了まで、開いたものは開いた状態を
維持するように話を進めているが、各色のハーフトーン
を得るときは、この限りではない。このグラフは縦軸に
光のエネルギー量を、横軸に感光紙上の位置を印したも
のである。従って露光領域の前後、液晶進行方向一幅分
は両端に行くにしたがって濃度が薄くなっていくと考え
られる。
【0021】上記平行移動中も円筒回転体は回転を続
け、上記平行移動が上記距離を終える瞬間にカラーフィ
ルターが10rから10gの領域に、赤色光から緑色光
に切り替わる。同時に液晶シャッター列の選択が図4
(b)で示すようになり、以前からの平行移動の速度を
保ち同様に距離にして液晶一画素の進行方向幅分とIT
Oスペース一幅分だけ、露光しながら平行移動を行う。
ここで感光紙上に緑の画素が書き込まれる。このときの
赤の露光領域と緑の露光領域は開閉を行う選択された液
晶シャッター列が、露光系モジュールの移動した量だ
け、ずれた位置にあるために、完全に重なり合う。つま
り赤色光露光開始時に走査電極でT3の位置に相当する
感光紙の位置は、緑色光露光開始時には走査電極T2の
真下にある。この選択状態で同じ距離、平行移動するた
めに先程の露光領域形状に正確に重なることになる。カ
ラーフィルター10gが10bに、緑色光から青色光に
切り替わる瞬間にも同様である。この瞬間から液晶シャ
ッター列の選択が図4(c)で示すようになり、等速の
まま青の画素を既に赤と緑の画素が書き込まれている領
域に書き込んでいく。以上で一ライン上に3回の書き込
みが終了する。
【0022】次に二ライン目の書き込みが引き続き行わ
れる。位置的には図1(d)に示すように一ライン目の
赤色光書き込み時から液晶一画素の進行方向3個分と、
ITOスペース3個分平行移動している。ここから先に
説明した通り液晶一画素の進行方向幅分とITOスペー
ス一幅分だけ、露光しながら平行移動を行う。このと
き、感光紙上の露光領域は図1(e)の破線5のように
なり、一ライン目の露光領域4と液晶一画素進行方向幅
だけ重なる領域が生じる。しかし、実際の感光紙上での
色濃度は光のエネルギー量によって決定されるものであ
り、光のエネルギー量と位置のグラフである図1の
(f)を見て判るように、重なる領域の光エネルギー量
は重ならない領域と等しくなる。このことにより各ライ
ン間のスジの無い高画質なプリントサンプルを得ること
ができる。
【0023】次に液晶シャッターアレイ及び感光紙上の
画素形状について説明する。画素サイズは感光紙の画像
形成範囲と解像度に依存する。実施例では、感光紙とし
てポラロイド社製インスタントフィルム、スペクトラフ
ィルムを使用し、その長辺を640ドット、短辺を48
0ラインに分解するものとした。感光紙上での一画素の
形状を正方形とするため、画像形成領域の長短比は4:
3となる。今回使用したスペクトラフィルムは画像形成
領域の長辺90.8mm、短辺73.5mmであり、
4:3の比にはなっていない。この為、長辺全長を64
0ドットに分解しているが、短辺は未露光部領域を5.
4mm程残している。液晶シャッターアレイからの画像
は、1:1の比で図2に示すセルホックレンズ12で感
光紙13に結像される。従って、639個のITOスペ
ースと640個の液晶画素幅の合計によって長辺90.
8mmは構成される。ITOスペースはここで4μmと
したため、ライン方向の液晶画素幅は138μmにな
る。進行方向の一画素幅は一ライン目の露光領域と二ラ
イン目の露光領域の重なる領域の中央までと考えられ、
図1の(f)の8で示す矢印の長さと考えられる。この
幅は液晶一画素進行方向幅3個分とITOスペース3個
分の和に等しい。感光紙上の一画素が正方形を形成する
としてITOスペースを4μmとすると、進行方向の液
晶画素幅は43μmとなる。
【0024】以上の形状、駆動方法を持つ液晶シャッタ
ーアレイを有するカラープリンタに於いて、露光量を調
整し、円筒回転体を160rpsで回転させた。1回転
でR、G、B一ラインの重ね合わせが終了するので画像
形成開始から終了まで3秒で終了した。得られたフルカ
ラープリントもスジの無い極めて高画質のサンプルであ
った。
【0025】
【発明の効果】以上の実施例で述べたように、光シャッ
ターアレイを使用して、フルカラープリントの光書き込
みをするときに、定速で中断無くライン毎の書き込みを
行えるために、ライン毎に停止、移動を正確に繰り返す
必要が無く、また停止時間が無いために高速で書き込み
を終了することができる。また各色の各画素、赤の画
素、緑の画素、青の画素の重ね合わせが、ずれること無
く行われ、且つ感光紙領域の全領域が3色の重ね合わせ
を受けることで、ムラやスジの無い極めて高画質のフル
カラープリントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の構成要素である液晶シャッター
アレイの動作説明図である。
【図2】本発明の装置の概略図である。
【図3】本発明の実施例に係わる液晶シャッターアレイ
の走査電極、信号電極の配列を示す図である。
【図4】本発明の実施例に係わる液晶シャッターアレイ
の露光光に対応する列選択状態を示す図である。
【図5】本発明の実施例に係わる液晶シャッターアレイ
の走査電極に入力する一画素分の入力電圧波形を示す図
である。
【図6】本発明の実施例に係わる液晶シャッターアレイ
の走査電極、信号電極に入力する入力電圧波形とその組
み合わせとしての液晶に印加される合成電圧波形を示す
図である。
【図7】本発明の実施例に係わる液晶シャッターアレイ
の印加電圧に対応する透過率を示すグラフである。
【図8】従来のカラー画像形成装置の概略図である。
【図9】従来のカラー画像形成装置の概略図である。
【符号の説明】
1 液晶セル 2 ITOスペース 3 液晶シャッターアレイの相対的な移動方向 4 一ライン目の感光紙上の露光領域 5 二ライン目の感光紙上の露光領域 6 一ライン目の感光紙上の光エネルギー量と位置の関
係の曲線 7 二ライン目の感光紙上の光エネルギー量と位置の関
係の曲線 8 一ライン毎の実質的な画素幅 9 露光光源 9r 赤色露光光源 9g 緑色露光光源 9b 青色露光光源 10r 赤色カラーフィルター 10g 緑色カラーフィルター 10b 青色カラーフィルター 11 液晶シャッターアレイ 12 セルホックレンズアレイ 13 感光紙 14 露光光学系モジュールの移動方向 15 走査電極(T1〜T5) 16 信号電極(S1〜S640) 17 シャッターとして動作しない非選択列 18 シャッターとして動作する選択列 19 3色分離液晶シャッターアレイ R 赤色光 G 緑色光 B 青色光 VH 走査電極入力信号で、列非選択時の交流電圧値 VL 走査電極入力信号で、列選択時の交流電圧値 VO 信号電極入力信号で、開状態時の交流電圧値 VS 信号電極入力信号で、開状態時の交流電圧値 VM 液晶シャッターアレイの開閉状態の分岐点となる
交流電圧値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/445 G03B 27/32 H04N 1/23 103

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光体に対して相対的に移動するシャッ
    ターアレイにより、光源から発光される光の透過量を制
    御し、前記感光体上に画像を形成する画像形成装置にお
    いて、前記シャッターアレイは、前記感光体に対して相
    対的に移動する方向と直交する方向に複数の画素よりな
    る画素列を備え、前記画素列を前記感光体に対して連続
    して相対移動させながら、前記感光体をライン毎に露光
    することを繰り返すと共に、前記感光体における任意の
    ラインの露光領域は、隣接する他のラインの露光領域と
    重なっていることを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記感光体における任意のラインの露光
    領域と、隣接する他のラインの露光領域との重なる幅は
    シャッターアレイにおける1画素相対移動方向幅である
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 露光して形成した感光体上における画像
    の画素幅は、ラインの重なり合う露光領域の中央の位置
    から、次の重なり合う露光領域の中央の位置までである
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 前記シャッターアレイは、複数の画素列
    を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2
    または請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記光源は、複数種類のカラー光を放射
    することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか
    1項に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記複数種類のカラー光は、赤色と青色
    と緑色の光であることを特徴とする請求項5に記載の画
    像形成装置。
  7. 【請求項7】 前記光源は、前記カラー光を時分割で発
    光することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装
    置。
  8. 【請求項8】 前記カラー光は、前記シャッターアレイ
    の複数の画素列に同時に入射されることを特徴とする請
    求項5に記載の画像形成装置。
  9. 【請求項9】 前記シャッターアレイは、液晶シャッタ
    ーであることを特徴とする請求項1から請求項8のいず
    れか1項に記載の画像形成装置。
  10. 【請求項10】 前記感光体はインスタントフィルムで
    あることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか
    1項に記載の画像形成装置。
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