JP3590334B2 - 画像記録装置 - Google Patents

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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型の空間光変調器を使用した画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
このような画像記録装置に使用される反射型の空間光変調器としては、例えば、回折型ライトバルブや、デジタルマイクロミラー(DMD)等が知られている。
【0003】
回折型ライトバルブは、横方向に列設された数千本の細い反射板(リボン)を電気力によって移動させることにより、リボンによって生ずる回折を利用して光ビームを変調するライトバルブである。このような回折型ライトバルブとしては、米国のシリコンライトマシーンズ社製の、GLVとも呼称されるグレイティングライトバルブ(Grating Light Valve:シリコンライトマシーンズ社の商標)が知られている。
【0004】
一方、デジタルマイクロミラーは、二次元に配設された数百〜数千個の微小なチルティングミラー(傾斜鏡)を電気的に傾斜させることにより、ミラーで反射する光ビームの方向を偏向して光ビームを変調するライトバルブである。
【0005】
これらの反射型の空間光変調器を使用した場合には、空間光変調器に照射された光ビームを多数の光ビームに分割した上で独立して変調することが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回折型ライトバルブや、デジタルマイクロミラー(DMD)等の反射型の空間光変調器は、反射板やチルティングミラー等の反射部と保護ガラスとが、互いに微小距離だけ離隔して対向配置された構成を有する。
【0007】
このため、このような構成を有する反射型の空間光変調器に対して垂直に光ビームを入射させた場合には、反射部と保護ガラスとの間で光の干渉が発生することが見出された。このような干渉が発生した場合には、干渉縞が生じ、光量分布が周期的に変化することにより画像の記録ムラが発生する。
【0008】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、反射型の空間光変調器において反射部と保護ガラスとの間で光が干渉することを防止することが可能な画像記録装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、光ビームを出射する光源と、反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、前記光源から出射された光ビームを前記空間光変調器上に照射する照明手段と、前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像手段と、前記空間光変調器に入射する前の光ビーム、または、前記空間光変調器により変調された後の光ビームを反射することにより、当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段とを備え、前記照明手段は前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から光ビームを照射することを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明は、反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、光ビームを出射する光源と、照明レンズと、前記照明レンズを通過した光ビームを反射することにより当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段とを有し、前記光源から出射された光ビームを、前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から照射する照明光学系と、結像レンズを有し、前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の発明は、反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、光ビームを出射する光源と、照明レンズとを有し、前記光源から出射された光ビームを、前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から照射する照明光学系と、前記空間光変調器により変調された光ビームを反射することにより当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段と、結像レンズとを有し、前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像光学系と、を備えることを特徴とする。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3いずれかに記載の発明において、前記空間光変調器は、回折型ライトバルブである。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項3いずれかに記載の発明において、前記折り曲げ手段は、全反射プリズムより構成される。
【0014】
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項3いずれかに記載の発明において、前記角度θxzは、4度以上20度以下となっている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1はこの発明が適用される画像記録装置の概要図である。
【0016】
この画像記録装置は、その外周部にフィルムや印刷版等の記録媒体12を装着したドラム11と、このドラム11に装着された記録媒体12に対して変調されたレーザビームを照射するための記録ヘッド13とを備える。
【0017】
ドラム11は、軸14を介して主走査モータ15と接続されている。このため、ドラム11は、主走査モータ15の駆動により軸14を中心に回転する。このドラム11の回転角度位置は、ロータリエンコーダ16により常に監視されている。
【0018】
記録ヘッド13は、テーブル17上に載置されている。このテーブル17は、図示しないボールネジおよびガイド部材を備えた副走査送り機構18と接続されており、また、この副走査送り機構18は、副走査モータ19とさらに接続されている。このため、記録ヘッド13は、副走査モータ19の駆動により、ドラム11の軸芯方向(図1において矢印Aで示す副走査方向)に往復移動する。この記録ヘッド13の副走査方向の位置は、リニアエンコーダ21により常に監視されている。
【0019】
この記録ヘッド13は、可動ケーブル束22を介して、画像信号処理部23と接続されている。この画像信号処理部23は、画像信号発生部24から送信された画像信号を処理した後、処理後の画像信号を記録ヘッド13に対して送信する。
【0020】
また、この画像記録装置は、装置全体を制御するための制御部20を備える。この制御部20は、上述した主走査モータ15、ロータリエンコーダ16、副走査モータ19およびリニアエンコーダ21と接続されている。また、この制御部20は、キーボード等の入力手段やディスプレイ等の表示手段を備えた入力部26とも接続されている。
【0021】
さらに、この制御部20は、上述した画像信号処理部23とも接続されている。制御部20は、画像信号処理部23における画像信号の処理を制御するとともに、記録ヘッド13の駆動を制御するための制御信号を、画像信号処理部23および可動ケーブル束22を介して記録ヘッド13に送信する。
【0022】
この画像記録装置においては、ドラム11を高速に回転させることにより、記録媒体12を図1において矢印Bで示す主走査方向に移動させるとともに、記録ヘッド13を矢印Aで示す副走査方向に移動させる。そして、記録ヘッド13から記録媒体12に対して、画像信号に応じて変調されたレーザビームを照射することにより、記録媒体12上に所望の画像を記録する。
【0023】
次に、この発明の特徴部分である記録ヘッド13の構成について説明する。図2はこの発明の第1実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す正面概要図であり、図3はその側面概要図である。なお、これらの図においては、ドラム11および記録媒体12のサイズを縮小して表示している。
【0024】
この記録ヘッド13は、レーザビームを出射するレーザ光源31、照明レンズ32および全反射プリズム33からなる照明光学系34と、回折型ライトバルブ25と、結像レンズ35からなる結像光学系36とを備える。
【0025】
レーザ光源31から出射されたレーザビームは、照明レンズ32を通過した後、全反射プリズム33により反射されることでその光路が折り曲げられ、回折型ライトバルブ25に照射される。そして、回折型ライトバルブ25において多数に分割され変調されたレーザビームは、結像レンズ35を通過してドラム11の表面に装着された記録媒体12上に結像される。
【0026】
次に、この記録ヘッド13に使用される回折型ライトバルブ25の構成について説明する。図4は回折型ライトバルブ25の要部を示す側面概要図である。また、図5は回折型ライトバルブ25における反射板(リボン)51を模式的に示す平面図であり、図6はその一部拡大図である。さらに、図7は回折型ライトバルブ25における1ピクセル分の反射板51を支持部52とともに示す斜視図である。
【0027】
これらの図に示すように、回折型ライトバルブ25は、数千本の反射板51を支持台52上において横方向に列設した構成を有する。そして、反射板51の上方には、図4に示すように、保護ガラス53が反射板51に対して平行な状態で近接配置されている。
【0028】
反射板51は、図6および図7に示すように、互い違いに配置された固定反射板51aと移動反射板51b(これらを総称する場合には反射板51という)とから構成される。固定反射板51aは、その表面の位置が固定された構成となっている。一方、移動反射板51bは、図6および図7に示すように、その表面の全長L2のうちの有効可動領域L1が印加される電圧に応じて下降する構成となっている。そして、3本の固定反射板51aと3本の移動反射板51bとから成る6本の反射板51が一つの素子を構成し、1ピクセルの画像を記録するための1本のレーザビームの変調に使用される。すなわち、3本の移動反射板51bは、互いに同期して移動する。
【0029】
この回折型ライトバルブ25においては、各移動反射板51bに電圧が印加されていない場合には、全ての固定反射板51aの表面と移動反射板51bの表面とは、同一平面上に配置されている。この状態で、移動反射板51bに電圧が印加された場合には、図7に示すように、移動反射板51bがレーザビームの波長の1/4の距離だけ下降し、反射型の回折格子と同様の作用を奏する。
【0030】
このため、この回折型ライトバルブ25においては、移動反射板51bに電圧が印加されていない状態においては入射レーザビームの0次回折光を反射することになり、また、移動反射板51bに電圧が印加された状態においては、正負の2本の1次回折光および更に高次の回折光を反射することになる。
【0031】
従って、この回折型ライトバルブ25の反射板51の表面における図5において二点鎖線で示す矩形状の領域S(この領域Sは移動反射板51bにおける有効可動領域L1内に含まれる)にレーザビームを照射した場合には、互いに独立して変調可能な多数のレーザビームが得られることになる。
【0032】
そして、これらのレーザビームの配列方向のサイズは、図6において符号Aで示す、6本の反射板51の幅の合計値により規定される。また、これらのレーザビームの配列方向と直交する方向のサイズは、図5において符号Bで示す、矩形状の領域Sの幅により規定される。
【0033】
このような回折型ライトバルブ25としては、上述したように、米国のシリコンライトマシーンズ社製の、GLVとも呼称されるグレイティングライトバルブ(Grating Light Valve:シリコンライトマシーンズ社の商標)を使用することができる。
【0034】
ところで、このような回折型ライトバルブ25においては、図4に示すように、反射板51と保護ガラス53とが平行な状態で近接配置されていることから、回折型ライトバルブ25に対して垂直にレーザビームを入射させた場合には、反射板51と保護ガラス53との間で光の干渉が発生する。このような干渉が発生した場合には、画像の記録ムラが発生する。また、保護ガラス53の表面で正反射したレーザビームがレーザ光源31に入射した場合には、レーザ光源31より出射されるレーザビームの光量が不安定となる場合がある。
【0035】
このため、レーザビームを、反射板51と保護ガラス53との間で光の干渉が発生しない程度の小さい角度だけ傾斜した状態で回折型ライトバルブ25に対して入射させることが好ましい。但し、単純にレーザビームを回折型ライトバルブ25に対して小さな角度だけ傾斜した状態で入射させる構成とするのみでは、照明光学系34と結像光学系36とが干渉し、これを防止するために光学系全体を大型化せざるを得ないという新たな問題を生ずる。
【0036】
このような問題を解消するため、この発明に係る記録ヘッド13においては、照明光学系34内に配設した全反射プリズム33を利用することにより、回折型ライトバルブ25に入射する直前のレーザビームの光路を折り曲げるとともに、全反射プリズム33により折り曲げられた後のレーザビームを、回折型ライトバルブ25に対して傾斜した角度位置から照射する構成となっている。
【0037】
この点について、再度、図2および図3を参照して説明する。
【0038】
図2に示すように、レーザ光源31から出射されたレーザビームは、照明レンズ32を通過した後、入射角θyzで全反射プリズム33に入射する。そして、このレーザビームは、全反射プリズム33によりその光路が折り曲げられ、角度2θyzだけ偏向された後、回折型ライトバルブ25に照射される。そして、回折型ライトバルブ25において多数に分割され変調されたレーザビームは、結像レンズ35に入射する。
【0039】
このとき、回折型ライトバルブ25は、全反射プリズム33および照明レンズ32を含む照明光学系34の光軸に対して角度θxzだけ傾斜して配置されている。また、図3に示すように、回折型ライトバルブ25は、結像光学系36の光軸(すなわち結像レンズ35の光軸)に対して角度θxzだけ傾斜して配置されている。すなわち、回折型ライトバルブ25に入射する入射レーザビームの主光線の方向と回折型ライトバルブ25で反射した反射レーザビームの主光線の方向とは、図4に示すように、角度2θxzだけ異なることになる。
【0040】
なお、この傾斜の方向は、図4に示すように、回折型ライトバルブ25に入射する入射レーザビームの主光線と回折型ライトバルブ25で反射した反射レーザビームの主光線とが、回折型ライトバルブ25における反射板51の長手方向を向く面内に含まれる方向(言い換えれば、照明光学系34の光軸と結像光学系36の光軸とが、回折型ライトバルブ25を基準として、回折型ライトバルブ25における反射板51の長手方向を向く面内で傾斜する方向)である。このような方向で傾斜させない場合には、レーザビームを効率的に変調し得ないためである。
【0041】
このように照明光学系34と、回折型ライトバルブ25と、結像光学系36とを配置することにより、回折型ライトバルブ25における反射板51と保護ガラス53との間で光が干渉することを有効に防止することが可能となる。そして、全反射プリズム33の作用によりレーザビームの光路を折り曲げていることから、角度θxzが比較的小さい場合においても、照明光学系34と結像光学系36との干渉を容易に防止することができる。このため、装置全体の構成をコンパクトとすることが可能となる。
【0042】
なお、上述した角度θyzとしては、原理上は0度より大きく90度より小さい範囲で任意の値をとることが可能である。但し、全反射プリズム33における全反射条件を満たす臨界角を考慮する必要がある。なお、この角度θyzを45度とした場合には、光学系全体の調整が容易となる。
【0043】
一方、上述した角度θxzとしては、上述した干渉が生じないという条件の下、4度以上45度以下とすることが好ましく、4度以上20度以下とすることがより好ましい。この角度θxzの値が過度に小さくなると、回折型ライトバルブ25で反射したレーザビームが全反射プリズム33によりケラレてしまい、性能劣化と光量損失を生ずる。また、この角度θxzの値が過度に大きくなると、光学系全体をコンパクトに構成することが不可能となる。
【0044】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図8はこの発明の第2実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す正面概要図であり、図9はその側面概要図、図10はその底面概要図である。これらの図においても、ドラム11および記録媒体12のサイズを縮小して表示している。なお、上述した第1実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0045】
この記録ヘッド13は、レーザビームを出射するレーザ光源41および照明レンズ42からなる照明光学系44と、第1実施形態と同様の回折型ライトバルブ25と、全反射プリズム43および結像レンズ45からなる結像光学系46とを備える。
【0046】
レーザ光源41から出射されたレーザビームは、照明レンズ42を通過して回折型ライトバルブ25に照射される。そして、回折型ライトバルブ25において反射することにより多数に分割され変調されたレーザビームは、全反射プリズム43により反射されることでその光路が折り曲げられた後、結像レンズ45を通過してドラム11の表面に装着された記録媒体12上に結像される。
【0047】
すなわち、上述した第1実施形態においては、回折型ライトバルブ25に入射する前のレーザビームの光路を全反射プリズム33により折り曲げているのに対し、この第2実施形態においては、回折型ライトバルブ25で反射した後のレーザビームの光路を全反射プリズム43により折り曲げる構成となっている。
【0048】
次に、この第2実施形態に係る記録ヘッド13において、レーザビームを、反射板51と保護ガラス53との間で光の干渉が発生しない程度の小さい角度だけ傾斜した状態で回折型ライトバルブ25に対して入射させるとともに、装置の大型化を防止するための構成について説明する。
【0049】
図10に示すように、回折型ライトバルブ25は、照明光学系44の光軸(すなわち照明レンズ42の光軸)に対して角度θxzだけ傾斜して配置されている。また、回折型ライトバルブ25は、全反射プリズム43および結像レンズ45よりなる結像光学系46の光軸に対して角度θxzだけ傾斜して配置されている。すなわち、回折型ライトバルブ25に入射する入射レーザビームの主光線の方向と回折型ライトバルブ25で反射した反射レーザビームの主光線の方向とは、角度2θxzだけ異なることになる。
【0050】
また、図8に示すように、回折型ライトバルブ25で反射されたレーザビームは、入射角θyzで全反射プリズム43に入射する。そして、このレーザビームは、全反射プリズム43によりその光路が折り曲げられ、角度2θyzだけ偏向された後、結像レンズ45に入射する。
【0051】
このように照明光学系44と、回折型ライトバルブ25と、結像光学系46とを配置することにより、第1実施形態の場合と同様、回折型ライトバルブ25における反射板51と保護ガラス53との間で光が干渉することを有効に防止することが可能となる。そして、全反射プリズム43の作用によりレーザビームの光路を折り曲げていることから、角度θxzが比較的小さい場合においても、照明光学系44と結像光学系46との干渉を容易に防止することができる。このため、装置全体の構成をコンパクトとすることが可能となる。
【0052】
このとき、上述した角度θyzおよびθxzの大きさは、第1実施形態の場合と同様、上述した干渉が生じないという条件の下、4度以上45度以下とすることが好ましく、4度以上20度以下とすることがより好ましい。
【0053】
なお、角度θxzの傾斜の方向は、第1実施形態の場合と同様、図4に示すように、回折型ライトバルブ25に入射する入射レーザビームの主光線と回折型ライトバルブ25で反射した反射レーザビームの主光線とが、回折型ライトバルブ25における反射板51の長手方向を向く面内に含まれる方向(言い換えれば、照明光学系34の光軸と結像光学系36の光軸とが、回折型ライトバルブ25を基準として、回折型ライトバルブ25における反射板51の長手方向を向く面内で傾斜する方向)である。
【0054】
なお、図8〜図10に示す実施形態においては、レーザ光源41、照明レンズ42および回折型ライトバルブ25を同一の支持手段により支持するとともに、この支持手段を照明レンズ42の光軸を中心として微小角度回転可能に構成することにより、回折型ライトバルブ25における反射板51の列設方向(図5における左右方向)とドラム11との平行度の誤差を容易に調整することが可能となる。
【0055】
上述した第1、第2実施形態においては、いずれも、この発明に係る折り曲げ手段として全反射プリズム33、43を使用している。しかしながらこの折り曲げ手段として、全反射ミラー等を使用するようにしてもよい。
【0056】
また、上述した第1、第2実施形態においては、いずれも、この発明に係る空間光変調器として、回折型ライトバルブ25を使用している。しかしながら、デジタルマイクロミラー(DMD)等の二次元の空間光変調器を使用するようにしてもよい。
【0057】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項3に記載の発明によれば、照明手段が反射型の空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から光ビームを照射することから、反射型の空間光変調器において反射部と保護ガラスとの間で光が干渉することを防止することができ、画像の記録ムラを有効に解消することが可能となる。このとき、折り曲げ手段により光ビームの光路を折り曲げていることから、上記傾斜角度が小さい場合においても、照明光学系と結像光学系との干渉を容易に防止することができ、装置全体の構成をコンパクトとすることが可能となる。
【0058】
請求項4に記載の発明によれば、空間光変調器として回折型ライトバルブを使用した場合においても、回折型ライトバルブから二方向に反射される正負の2本の1次回折光を除去しながら、有効に画像の記録を行うことが可能となる。
【0059】
請求項5に記載の発明によれば、折り曲げ手段が全反射プリズムより構成されることから、光ビームの偏光方向に依存することなく、効率的に光ビームを折り曲げることが可能となる。
【0060】
請求項6に記載の発明によれば、角度θxzが4度以上20度以下であることから、照明光学系と結像光学系との干渉を有効に防止することができ、装置全体の構成をよりコンパクトとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用される画像記録装置の概要図である。
【図2】この発明の第1実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す正面概要図である。
【図3】この発明の第1実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す側面概要図である。
【図4】回折型ライトバルブ25の要部を示す側面概要図である。
【図5】回折型ライトバルブ25における反射板(リボン)51を模式的に示す平面図である。
【図6】図5の一部拡大図である。
【図7】回折型ライトバルブ25における1ピクセル分の反射板51を支持部52とともに示す斜視図である。
【図8】この発明の第2実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す正面概要図である。
【図9】この発明の第2実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す側面概要図である。
【図10】この発明の第2実施形態に係る記録ヘッド13の要部をドラム11および記録媒体12とともに示す底面概要図である。
【符号の説明】
11 ドラム
12 記録媒体
13 記録ヘッド
20 制御部
23 画像信号処理部
24 画像信号発生部
25 回折型ライトバルブ
31 レーザ光源
32 照明レンズ
33 全反射プリズム
34 照明光学系
35 結像レンズ
36 結像光学系
41 レーザ光源
42 照明レンズ
43 全反射プリズム
44 照明光学系
45 結像レンズ
46 結像光学系
51 反射板
52 支持部
53 保護ガラス

Claims (6)

  1. 光ビームを出射する光源と、
    反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、
    前記光源から出射された光ビームを前記空間光変調器上に照射する照明手段と、
    前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像手段と、
    前記空間光変調器に入射する前の光ビーム、または、前記空間光変調器により変調された後の光ビームを反射することにより、当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段とを備え、
    前記照明手段は前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から光ビームを照射することを特徴とする画像記録装置。
  2. 反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、
    光ビームを出射する光源と、照明レンズと、前記照明レンズを通過した光ビームを反射することにより当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段とを有し、前記光源から出射された光ビームを、前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から照射する照明光学系と、
    結像レンズを有し、前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像光学系と、
    を備えることを特徴とする画像記録装置。
  3. 反射部とこの反射部に対して近接配置された保護ガラスとを有する反射型の空間光変調器と、
    光ビームを出射する光源と、照明レンズとを有し、前記光源から出射された光ビームを、前記空間光変調器に対して角度θxzだけ傾斜した角度位置から照射する照明光学系と、
    前記空間光変調器により変調された光ビームを反射することにより当該光ビームの光路を折り曲げる折り曲げ手段と、結像レンズとを有し、前記空間光変調器により変調された光ビームを記録媒体上に結像させる結像光学系と、
    を備えることを特徴とする画像記録装置。
  4. 請求項1乃至請求項3いずれかに記載の画像記録装置において、
    前記空間光変調器は、回折型ライトバルブである画像記録装置。
  5. 請求項1乃至請求項3いずれかに記載の画像記録装置において、
    前記折り曲げ手段は、全反射プリズムより構成される画像記録装置。
  6. 請求項1乃至請求項3いずれかに記載の画像記録装置において、
    前記角度θxzは、4度以上20度以下である画像記録装置。
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