JP4118435B2 - Optical writing apparatus and color image output apparatus using the same - Google Patents

Optical writing apparatus and color image output apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光書き込み装置およびこれを用いたカラー画像出力装置に係り、更に詳しくは、画像を多数の微小な画素に分解し強度強調した光束による輝点を画像記録媒体等の上に走査して各画素領域を順次感光させることにより画像を書き込む光書き込み装置およびこれを複数内蔵しカラー画像を出力するカラー画像出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式によるプリンタなどのように、輝点を感光体上に走査して画像を再生する画像出力装置において、ハーフトーンイメージを再現する場合には、画像を構成する画素を更に細かいスポットの集合体として再現し、そのスポットの点の数を増減することなどにより濃度変化を作り出していた。
【0003】
この種の画像出力装置としては、例えば、特開平6─133156号公報の「ディジタルハーフトーン用特定回転スクリーン」や特表平8─506704号公報の「電子写真印刷装置用の高品質マトリクスプリントを発生させるための方法および装置」などに開示されたものがある。これらの公報例によると、なめらかなハーフトーンを再生するためには、画像に含まれるもっとも微細な線画を再現するのに必要な分解能よりも細かく画像を分割する必要がある。例えば、画像の線画情報を再生するのに必要な画素密度が600dpi(1インチ当たりの画素数が600ドット)であった場合に、なめらかな階調として一つの目安である一つの画素に65レベルの濃度変化を持たせられる階調性を実現するためには、1画素を8×8のマトリクスに分割する必要があるので、書き込みに必要な書き込み分解能は600×8=4800dpiとなる。この分解能による光書き込みは、現状でも不可能ではないが、このように高い分解能を有する画像出力装置は、現状の最高レベル(state─of−the−art)の精度を有する光書き込み装置であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光書き込み装置にあっては、一般に使用する場合に以下に述べるような問題があった。
すなわち、画像を極めて微細な領域に分割する必要があるので、画像処理の計算に必要な時間が増大するという問題がある。そこで、画像処理の計算時間を短縮するためには、より高速のプロセッサを備えた電子計算機を内蔵させる必要があるが、現状では画像出力装置に内蔵できる程度の小型の電子計算機では処理能力に限界があり、4800dpiの画素分割を600dpiと同程度の時間内に行うことは困難であった。もちろん将来的には技術開発が進んで画像出力装置に内蔵できる小型電子計算機で上記程度の計算時間の短縮が可能な高速プロセッサが使われることも考えられるが、そのような高速プロセッサを使うことによる装置コストの上昇という新たな問題を生じる。
【0005】
また、書き込み用の光スポットを書き込み領域全てにおいて5μm以下のサイズに集光する必要があるが、このようなスポットサイズをポリゴンスキャナで実現するためには、複屈折の非常に少ないガラスレンズからなる光学系を用いる必要があり、現在一般用途で主に用いられているプラスチックレンズを使用したポリゴンスキャナは使用することができなくなる。しかし、ガラスレンズを用いた光学系は、プラスチック光学系に対して非常に高価であるので、装置コストが上昇するという問題があった。
【0006】
また、ポリゴンスキャナの場合、走査幅の端部ではスポットの崩れが生じ易くなるため、画像の端においてもスポットサイズを5μm以下とするには、ポリゴンミラーによる偏向角度をあまり大きくすることができなかった。このため、同じサイズの画像を書き込む際に、偏向角度を小さくした書き込み装置を低分解能の書き込み装置と比較すると光路長が長くなるため、これを用いた画像出力装置が大型化するという問題があった。
【0007】
また、ポリゴンスキャナの場合、光路長が長くなると光学系の機械的な歪みによる光スポットの位置ずれが起き易くなるため、感光体上でのスポット位置の変動はスポットサイズに対して充分に小さくする必要がある。そこで、光学系の筐体の歪みを5μmのスポットサイズに対して無視できる程度に小さく抑えるためには、装置剛性を非常に高める必要があるが、これによって装置が大型化し、重さも重くなってしまうという問題があった。
【0008】
さらに、発光ダイオード(LED)アレイを書き込み用の光源としたプリンタヘッドの場合は、LEDの数が極めて多くなるため、素子コストが上昇するという問題があった。
【0009】
また、高速のカラー画像出力装置で通常用いられている4ドラムのカラー書き込み方式による場合、4ドラム相互の画像位置ずれをスポットサイズに対して無視できる程度に小さくしなければならず、この例では概ね1μm程度の位置ずれしか許容されないことから媒体の搬送精度などを極めて高める必要がある。このため、装置が大型化して重くなると共に、高コストになってしまうという問題があった。特に、4ドラム方式の場合は、4個の光書き込み装置を用いることから、個々の光書き込み装置が大型化すると、装置全体ではさらに大型化するという問題があった。
【0010】
このように、現在では、画像を電子情報の段階で充分に細かい画素に分割し、ハーフトーンマトリックスを高精細な光書き込み装置により画像記録媒体等に書き込むことによって、視覚上問題のないなめらかなハーフトーンを再現する画像出力装置を試作的に作成することは可能であるが、装置が大型化してしまい、高価となるためこれを工業製品として広く普及させることが困難であった。
【0011】
また、書き込み速度を上げるためには上記したような機構上の限界があり、スポットサイズが微小になることによって書き込む画素数が膨大となることから、単純な線画を出力する場合であっても長い書き込み時間が必要になってくるという問題があった。
【0012】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、美しいハーフトーンイメージを高速かつ低コストで再現することができると共に、線画についても高速かつ良好に再現することが可能な光書き込み装置およびカラー画像出力装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、画像を多数の微小な画素に分解し、一つもしくは複数の光源から画素濃度に対応した強度の光束を射出し、この光束による輝点を閾値以上の光量密度の光が照射されることにより感光して表面電位変化や化学的変化等の潜像が形成されるか、または感光することによって直ちに濃度変化を持つ画像が形成される画像記録媒体等の上を走査し、各画素領域を順次感光させることによって画像を書き込む光書き込み装置において、前記光源と前記画像記録媒体等との間に、光束を集束させる光集束素子部と、光束が集束された位置に設けられた第1の微小な開口部と、前記第1の微小な開口部より射出した光束を概ね画素の大きさと同程度の限られた領域内に拡散させる光拡散素子部と、前記光拡散素子部で拡散された光を射出する複数の開口部からなる第2の微小な開口部群と、前記第2の微小な開口部群より射出された複数の光束を前記画像記録媒体等の上に別個の輝点として結像させる結像素子部と、の順で光源側より配置され、前記第2の微小な開口部群は、前記第1の開口部の概ね中心に配置された開口部と、該開口部の周りに配置された一つもしくは複数の開口部からなり、前記第2の微小な開口部群のうち前記第1の開口部の概ね中心に配置された開口部から射出された輝点の光量密度が、その他の第2の微小な開口部から出射された輝点の光量密度に比べ高くしたものである。
【0014】
これによれば、画像を多数の微小な画素に分解し、一つもしくは複数の光源から画素濃度に対応した強度の光束を射出し、その光源と画像記録媒体等との間に、光集束素子部、第1の微小な開口部、光拡散素子部、第2の微小な開口部群、および結像素子部の順で配置して、1つの画素に書き込む光スポットをより細かな小スポットの集合体に分割し、その分割された小スポットによって感光する画像記録媒体上の総合の面積を書き込む光の強度によって変化させるようにしたため、美しいハーフトーン画像や線画を高速かつ低コストで画像記録媒体等の上に書き込むことができる。
【0015】
このような構成を見い出すに当たって、本発明者らは、ハーフトーン画像について詳細に検討し、その結果、なめらかなハーフトーンを生成するためには必ずしも高解像度の画像データは必要なく、画像記録媒体上に記録される点状の感光領域が充分に微細になっていれば視覚的になめらかさが感じられることに着目した。このため、電子計算機に頼った従来のハーフトーン生成方法を単に改良するのではなく、画素を書き込む光ビームを画像記録媒体の表面に到達する前段階において光学的手段により多数の微小な光ビームに分割する機能と、微小な光ビームにより露光される画像記録媒体上の感光領域を統合した面積、すなわち生成された画像においては画素の平均濃度を元の光ビーム強度を変化させることによって増減させる機能とにより、なめらかなハーフトーンを生成するようにしたものである。
【0016】
本発明の光書き込み装置の対象となる画像記録媒体等とは、書き換え可能な記録媒体や一度記録すると書き換えができない記録媒体、および随時連続して画像が書き込まれる画像表示器のような媒体などを含み、光書き込み装置により画像が形成される媒体等のほとんどのものを指している。例えば、その画像記録媒体等の具体例としては、▲1▼可視光および紫外線もしくは赤外線の露光により引き起こされる材質の相変化もしくは可逆的な化学変化等によって画像が形成され、必要に応じて特定の波長および強度の光を照射すること、特定の強度および方向の磁界を加えること、特定の温度変化を加えることなどにより、その画像を消去することができて、繰り返し使用することができる画像記録媒体、▲2▼電子写真感光体、▲3▼銀塩写真法による黒白およびカラーのフィルムまたは感光紙、▲4▼その他の光化学反応による感光材料を用いた記録媒体等のいわゆる感光体である。また、この他に、▲5▼液晶材料層と駆動電極の間に光導電材料層が配置され光導電材料層への書き込み光照射により、その部位の光導電材料を導通状態として液晶層に部分的に電界が印加されるようにして画像を書き込む形式の液晶表示器などのように、光導電効果などを仲立ちとして直ちに濃度変化を持つ画像を形成する表示器などが含まれる。本発明の光書き込み装置は、これら全ての画像記録媒体等に対して良好なハーフトーン画像を書き込むことができる。
【0017】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光書き込み装置において、前記第2の微小な開口部群は、画素領域の概ね中心に配置された相対的に大きな直径の開口部と、その周りに一つもしくは複数の輪帯状に配置された開口部からなり、より外周にある輪帯に属する開口部ほど相対的に小さな直径を有するように形成されているものである。
【0018】
これによれば、第2の微小な開口部群が画素領域の概ね中心に配置された開口部と、その周り配置された開口部とからなる場合に、より外周にある開口部ほど相対的に小さな直径を有するように形成したため、画素領域の平均濃度変化がなめらかになって、優れたハーフトーン再現性を実現することができる。
【0019】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の光書き込み装置において、光書き込み用の光源として、発光ダイオード素子が直線状に画素と同じ密度で配列された発光ダイオードアレイを用い、前記光集束素子部として、個々の発光ダイオード素子の発光領域の上部に設けられた発光領域と対向する位置に射出部を有する球状、半球状、超半球形状、円錐形状等のミラーアレイを用い、前記第1の微小な開口部は、前記ミラーアレイの射出部に設けられた第1のピンホールアレイからなり、前記光拡散素子部として、第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイを用い、前記第2の微小な開口部群は、前記積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に設けられ、それぞれ複数のピンホール群が配列された第2のピンホールアレイからなり、前記結像素子部として、等倍結像素子アレイを用いたものである。
【0020】
これによれば、光書き込み用の光源として発光ダイオードアレイ(LEDA)を用いた場合、光集束素子部として個々の発光ダイオード素子の発光領域の上部に設けられた発光領域と対向する位置に射出部を有する球状、半球状、超半球形状、円錐形状等のミラーアレイを用い、第1の微小な開口部は第1のピンホールアレイとし、光拡散素子部は第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイとし、第2の微小な開口部群は積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に複数のピンホール群を配列した第2のピンホールアレイとし、結像素子部として等倍結像素子アレイを用いたため、発光ダイオードアレイを光書き込み光源に用いた場合であっても、種々の画像記録媒体等に対して良好なハーフトーン画像を書き込むことができる。
【0021】
本発明の結像素子部としては、対象とする画像記録媒体の特性に応じて適切なものを選択すればどのようなものであっても良い。例えば、画像記録媒体が比較的幅の狭いシート状のものであって、そのシートを時間により長手方向に送って画像を書き込む場合であれば、通常の光学レンズを組み合わせた等倍結像光学系が用いられる。また、電子写真感光体へ書き込む場合であれば、この分野で通常使用されている等倍結像素子の大部分が使用可能である。例えば、屈折率分布型のファイバ形状等倍結像レンズを多数直線状に配列したレンズアレイとして、例えば、マイクロオプト株式会社製のセルフォックレンズアレイ、あるいは、多数の等倍結像微少光学系を多数配列したものとして、例えば、株式会社リコー社製のルーフミラーレンズアレイなどを使用することができる。
【0022】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の光書き込み装置において、光書き込み用の光源として、コリメートしたレーザ光を回転するポリゴンミラーにより偏向して画像記録媒体上を走査するポリゴンスキャナを用い、前記光集束素子部として、前記ポリゴンミラーによりレーザ光が走査される方向である主走査方向に配列され、レーザ光の入射部と対向する位置に射出部を有し、レーザ光の入射部の方が射出部よりも大きな直径を持つ概ね円錐形状のミラーアレイを用い、前記第1の微小な開口部は、前記ミラーアレイの射出部に設けられた第1のピンホールアレイからなり、前記光拡散素子部として、前記第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイを用い、前記第2の微小な開口部群は、前記積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に設けられ、それぞれ複数のピンホール群が配列された第2のピンホールアレイからなり、前記結像素子部として、等倍結像素子アレイを用いたものである。
【0023】
これによれば、光書き込み用の光源として、レーザ光により画像記録媒体上を走査するポリゴンスキャナを用いた場合、光集束素子部を主走査方向に配列し、レーザ光の入射部と対向する位置に射出部を有し、レーザ光の入射部が射出部よりも大きな直径を持つ概ね円錐形状のミラーアレイとし、第1の微小な開口部はミラーアレイの射出部に設けられた第1のピンホールアレイとし、光拡散素子部は第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイとし、第2の微小な開口部群は積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に設けてそれぞれ複数のピンホール群が配列された第2のピンホールアレイとし、結像素子部として等倍結像素子アレイを用いたため、ポリゴンスキャナを光書き込み用の光源に用いた場合であっても、種々の画像記録媒体等に対して良好なハーフトーン画像を書き込むことができる。
【0024】
請求項4の構成によれば、ポリゴンスキャナによる光書き込みには従来不要であった等倍結像素子アレイが新たに必要となるため装置が複雑化する反面、この光書き込み装置に用いるポリゴンスキャナはそれほど光学的精度が要求されないことから、従来の高精度なポリゴンスキャナを用いた光書き込み装置よりも、全体として低コスト化できるという利点がある。
【0025】
すなわち、従来のように高精度なポリゴンスキャナのみによって高分解能の光書き込みを行うためには、感光体状での光ビームの軌跡の直線からのずれをその分解能において問題とならない程度に小さくしなければならない。例えば、2400dpiの光書き込みを行う際は、走査ライン間隔が10μm程度であるから光ビームの軌跡は概ねその1/5である±1μm以下の位置ずれを加えた幅の中に収まっていなければならなかった。そのため、光学系における複屈折を極めて小さくすること、屈折率分布を極めて小さくすること、光ビームの位置ずれを引き起こす筐体の歪みおよび振動を非常に低減することが求められることから、高コストとなり、実際上これらのためにポリゴンスキャナでは高分解能化の点において限界に近づいている。
【0026】
これに対して、請求項4の光書き込み装置に用いられるポリゴンスキャナは、光集束素子である円錐形ミラーなどに光が入るように走査すれば良いので、かなりの位置ずれが許容される。例えば、600dpiの密度で配列された微少光学素子アレイを用い、光集束素子を円錐形ミラーとした場合は、一つの円錐形ミラーの光源側直径は、42μm程度まで広げることができる。ポリゴンスキャナによる走査時は、この中に光ビームが入射すれば良いので、集光スポットが直径30μm程度になっていれば±6μmの位置ずれが許容されることになる。また、光集束素子の円錐ミラーが光ビームが走査される方向と直角の方向、すなわち副走査方向に長い直径を持った長円径の開口部を有していれば、さらに大きな位置ずれを許容することができる。このような特徴により、請求項4で用いられるポリゴンスキャナには、高精度の走査精度が不要であって、安価なユニットで充分である。また、請求項4の光書き込み装置における等倍結像素子と感光体間の位置ずれが小さく抑えられれば、画像の書き込み位置のずれが生じないため、この部分のみを強固に作成すれば良く、従来の高精度のポリゴンスキャナによる光書き込み装置のようにポリゴンスキャナの光学素子を保持する筐体全体を強固に製作する必要がなくなる。
【0027】
このような理由により、構成としては確かに等倍結像素子が付加されて見かけ上の部品点数が増えるように思われるが、総合的なコストで見ると、従来の高分解能のポリゴンスキャナを用いた光書き込み装置よりも低コストとなり、かつ、生成されるハーフトーンのドットの細かさは従来困難であった程度に細かくすることができるため、従来以上のなめらかさでハーフトーンを再現することが可能となる。
【0028】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光書き込み装置において、前記第1の微小な開口部もしくは前記第2の微小な開口部群の各々の開口部もしくはその両方にマイクロレンズが形成されているものである。
【0029】
これによれば、第1の微小な開口部もしくは第2の微小な開口部群の各々の開口部もしくはその両方にマイクロレンズを形成するようにしたため、光書き込み光源の利用効率が高まることから、画像記録速度を大にすることができる。ただし、その分製造コストも付加されるので、特に画像記録速度を高速化する必要がない場合は、あえてマイクロレンズを設けないように選択することもできる。
【0030】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光書き込み装置が複数内蔵され、カラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーに色分解して、各色を書き込む光書き込み装置によりこれらを同一の画像記録媒体等に順次書き込み、もしくは各色個別の画像記録媒体等に書き込んだ後、各色の画像を重ね合わせる手段によって重ねてカラー画像を出力するカラー画像出力装置において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーの各色の光書き込み装置のそれぞれの第2の微小な開口部群は、その個々の開口部の配置パターンがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーの各色の間で互いに同じにならないように配置位置もしくは配置角度をずらして設けられているものである。
【0031】
これによれば、複数の光書き込み装置を用いてカラー画像出力装置を構成した場合に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、YMCKともいう)、もしくはレッド、グリーン、ブルー(以下、RGBともいう)の各色の光書き込み装置のそれぞれの第2の微小な開口部群を、個々の開口部の配置パターンがYMCK、もしくはRGBの各色の間で互いに同じにならないように配置位置や配置角度をずらして設けるようにしたため、各色のハーフトーンを形成するスクリーンパターンが互いに重ならなくなり、それぞれの色がマスクされにくくなることから、より彩度が高く、色濁りの少ない美しいカラー画像を再現することができる。
【0032】
従来のカラー画像出力装置では、スクリーンパターンを生成する際に、各色において傾き角などを変えて計算させることによりパターンが重なる度合いを少なくするようにしていため、画像処理の計算時間の増加を招いていたが、本発明の光書き込み装置を用いたカラー画像出力装置の場合は、各色の光書き込み装置の第2の微小な開口部群のパターンを特定の配置として構成したので、特段の画像処理を行わなくても各色のドットの重なりを抑制することが可能となり、画像処理速度を低下させずに、色濁りの少ないカラー画像を再現することができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光書き込み装置およびこれを用いたカラー画像出力装置について、(実施の形態1)〜(実施の形態3)の順に添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0038】
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1の光書き込み装置において主要な働きをする微少光学素子部10の構成を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A´線断面図である。図1(b)に示されるように、微少光学素子部10は、円錐ミラーなどからなる光源からの光束を集束させる光集束素子部12と、その光集束素子部12で光束が集束される頂上位置設けられ、光集束素子部12で集光された書き込み光ビームを微少な一つの光スポットに生成する第1の微小な開口部14と、第1の微小な開口部14から射出される射出光を入射させて、概ね一つの画素に相当する限られた容積の中に拡散させる微少な積分半球18を持った光拡散素子部16と、第1の微小な開口部14と対向する光拡散素子部16の頂上位置の部に設けられ、光拡散素子部16で拡散された拡散光を複数の微少な開口(ピンホール)から射出させることにより、一つの画素を書き込む光ビームから複数の微少な光スポットを生成する第2の微小な開口部群20,22などで構成されている。
【0039】
図2は、本実施の形態1の光書き込み装置30の全体構成図である。図2に示されるように、光書き込み装置30は、一つの画素を書き込む光ビーム32から複数の微少な光スポットを生成する光集束素子部10と、その光集束素子部10によって生成された複数の光スポットを画像記録媒体36上に結像させる等倍結像素子34とで構成されている。
【0040】
そして、この光書き込み装置30は、第2の微小な開口部群20,22の形状および配置を工夫することにより、書き込み光ビーム32の強度によって生成されるパターンを画像濃度に応じて変化させるようにすることができる。
【0041】
次に、その機構について説明する。図3は、本実施の形態1の光書き込み装置を用いて書き込み光ビームの光強度が大きい場合に画像記録媒体上に結像される光スポットの光量分布を示す線図であり、横軸に線A−A´上の位置を示し、縦軸に画像記録媒体上の光量密度を任意のスケールで示している。図4は、図3の結果の画像記録媒体上に形成される光スポットの形状パターンを示す図である。図5は、本実施の形態1の光書き込み装置を用いて書き込み光ビームの光強度が小さい場合に画像記録媒体上に結像される光スポットの光量分布を示す線図であり、図6は、図5の結果の画像記録媒体上に作成される光スポットの形状パターンを示す図である。
【0042】
そこで、図1に示した微少光学素子部10は、説明を簡単にするため、一つの比較的大きなピンホール20の周りに相対的に小さな直径のピンホール22が4個配置された第2の微小な開口部群20,22を備えた構造を示している。この微少光学素子部10を用いた光書き込み装置30によって画像記録媒体36上に照射される光スポットの形状は、書き込み光ビーム32の強度が充分に大きいと図3の線図のような光量分布を示すため、図中の画像記録媒体の光量レベルと記した破線よりも上の光量密度の照射を受けた領域で感光するように画像生成プロセスを設定すると、出力される画素のパターンが図4のようになる。このように、書き込み光ビーム32の強度が充分に大きい場合は、一つの画素を書き込む光ビームから画像処理によるスクリーンマトリックスで生成されるようなスクリーンパターンを生成することができる。
【0043】
また、書き込み光ビームの光強度を減じた場合は、図5の線図のような光量分布となるため、図中の画像記録媒体の光量レベルと記した破線よりも上の光量密度の照射を受けた領域で感光するように画像生成プロセスを設定すると、出力される画素のパターンが図6のようになる。このように、書き込み光ビーム32の強度が小さい場合は、一つの画素を書き込む光ビームから一つの微少なドットパターンが生成されることになる。
【0044】
また、上記2つの中間の光量が照射される状態では、周りを取り囲んでいるピンホールによる光スポットの直径が徐々に変化して感光領域の総面積が変化し、画素領域の平均濃度が連続的に変化することになる。これによってなめらかなハーフトーン部分を形成することが可能となる。
【0045】
上述の場合は、説明を簡単にするため単純なパターンの開口群を例にあげて説明したが、通常の分解能である600dpiの光書き込み光源を使用した場合の画素間隔は、42.3μm程度であり、第2の微小な開口部群の開口系はフォトレジストプロセスによって1μm程度の直径とすることも困難ではない。従って、一つの画素領域の中に多くの開口を含めることができるので、視覚上認識できない程度の細かいスクリーンパターンを生成することが可能となり、画像の観察者にはなめらかなハーフトーンとして認識されることになる。
【0046】
このように構成した光書き込み装置は、より細かい分解能を持った光書き込み装置によってスクリーンパターンを画像記録媒体に書き込む場合と異なり、別個の小さなスポットにより分離できる最大の分解能で線画を書き込むことはできない。これは、本実施の形態1の光書き込み装置では、通常レベルの分解能の光書き込み装置の画素を分割して、小さな書き込みスポットとしているからである。
【0047】
しかし、実際上は現在の通常の分解能である600dpi程度の分解能で日常必要なほとんどの線画画像を再現することが可能であって、これ以上の分解能で線画を書き込んだとしても肉眼でよほど注意しなければ分離した線を認識することができず、ごく特殊な用途を除いては無意味である。それにも関わらず600dpi以上の光書き込み装置が必要とされている理由は、画像の濃度階調を視覚に認識できないスクリーンパターンで書き込む必要があるという点だけの理由による。このため、細かい分解能を持った従来の光書き込み装置は、非常に高精度な作成技術が要求され、高コストである上、画像処理に要する計算時間が増大するにも関わらず、必ずしもなめらかなハーフトーンが充分に再現されているとはいえなかった。
【0048】
これに対して、本実施の形態1の光書き込み装置の場合は、上記のように通常の分解能の光書き込み光源を用いながら視覚では認識できない程度に細かいスクリーンパターンを生成することが可能であって、現状でその装置を作成する技術がほぼ完成しているため、低コストな通常の分解能の光書き込み光源を用いて従来は不可能であったなめらかなハーフトーンを再現することができる。
【0049】
また、本発明者らは、本実施の形態1に係る光書き込み装置では、第2の微小な開口部群の形状および配置がその性能を大きく左右することが分かっているので、この点について種々の実験を行って望ましい形状および配置を探索した結果、以下のことが判明した。
【0050】
すなわち、第2の微小な開口部群が画素領域の概ね中心に配置された相対的に大きな直径の開口部と、その周りに一つもしくは複数の輪帯状に配置された開口部からなる場合に、その配置パターンは、より外周にある輪帯に属する開口部ほど相対的に小さな直径を有するように形成することにより、画素領域の平均濃度変化がなめらかになって、優れたハーフトーン再現性が実現できることがわかった。
【0051】
以上述べたように、本実施の形態1の光書き込み装置によれば、美しいハーフトーンや線画を低コストで処理時間が増大することなく再現することができる。
【0052】
(実施の形態2)
本実施の形態2は、光書き込み用の光源として発光ダイオードアレイ(以下、LEDAともいう)を用いて光書き込み装置を作成し、これをYMCKの各色の書き込みに用いてカラー画像出力装置を製作した場合である。
【0053】
まず、実施の形態2のカラー画像出力装置に用いられる光書き込み素子の製造工程について説明する。図7は、本実施の形態2において光書き込み光源としてLEDAを用いた光書き込み装置の微少光学素子アレイ部40を上から見た平面図であり、図8は、図7のB−B´線断面図である。
【0054】
図8に示すように、光書き込み光源が必要な分解能と同じ密度で配列された個別の発光領域がアレイ状に形成され、LEDA発光部56を構成している。そして、そのLEDA発光部56上にそれぞれ配置される光集束素子部としての円錐ミラーアレイ54は、以下の手順によって作成される。
【0055】
まず、石英ガラス基板を厚さ40μmに研磨し、平坦度の良いガラス板に熱可塑性樹脂により張り付け、その石英ガラス基板上にフォトレジストを塗布する。このフォトレジストは、ここでは東京応化株式会社製の「OFPR8600」を使用し、厚さが3μmになるようにスピンコート法により塗布する。
【0056】
そして、このフォトレジストに20μmの直径を有する円形の開口が42.3μmピッチ(600dpi)で直線状に配列されたパターンを焼き付けて、通常の現像工程と、リンス工程とを施して同形状のレジストマスクを形成する。ここで、基体となるガラス板がエッチング液で侵されないように、裏面および周囲をマスキングした後、希フッ酸溶液中でエッチングするようにした。この場合のエッチング時間は、石英ガラス基板が貫通し、5μmの直径の開口部が形成され、基体のガラス板が露出する時点を観察して定めるようにした。この時、アンダーカットによって上部の直径が拡大することを利用し、上部の直径が40μm、下部の直径が5μmのテーパー形状の開口が42.3μmのピッチで直線状に配列されたアレイを得ることができる。ここで得られるテーパー形状は、エッチング液の温度とフッ酸濃度、および攪拌の頻度を調節することにより制御した。
【0057】
次に、基体となるガラス板に張り付けたままの状態でエッチングマスクを除去し、真空蒸着装置により石英ガラス基板に金(Au)を7000オングストロームの厚さに蒸着する。その後、ガラス板を加熱して、石英ガラス基板を取り外し、有機溶剤により洗浄して貼り付けのために用いた熱可塑性樹脂を除去し、円錐形ミラーアレイ54が形成された石英ガラス基板42を完成させることができる。この石英ガラス基板42は、600dpiのLEDA発光部56に対して、その発光部と小さい開口部の中心を一致させ、大きな開口部をLEDA発光部56の基板面に向けて熱硬化性樹脂により接着し、円錐形状ミラーアレイ54の小さい方の開口部を第1の微小な開口部44として用いるようにする。
【0058】
次いで、光拡散素子アレイ部46は、以下の手順によって作成される。すなわち、石英ガラス基板を厚さ40μmに研磨し、平坦度の良いガラス板に熱可塑性樹脂を用いて張り付け、石英ガラス基板上にフォトレジストを塗布する。この場合のフォトレジストも上記と同様の東京応化株式会社製の「OFPR8600」を使用し、厚さが3μmになるようにスピンコート法により塗布する。
【0059】
そして、図9(a)〜(d)は、YMCKの各色毎の光書き込み装置に対応させて形成される第2の微小な開口部群(図7では、各色毎に異なったパターンとなるため便宜的に黒丸で表示する)50,52の一パターン例を示したものである。そこで、上記したフォトレジストには、図9(a)〜(d)のいずれかの円形パターンの開口群を42.3μmピッチ(600dpi)で直線状に配列されたパターンを焼き付け、通常の現像工程と、リンス工程とを施して同形状のレジストマスクを形成する。ここでも、基体となるガラス板がエッチング液で侵されないように、裏面および周囲をマスキングした後、希フッ酸溶液中でエッチングする。この場合のエッチング時間は、石英ガラス基板が2μmの深さにエッチングされる時間とした。
【0060】
その後は、ガラス板を加熱して石英ガラス基板を取り外し、有機溶剤により洗浄して、ガラス板への貼り付けに用いた熱可塑性樹脂を除去する。
【0061】
次いで、この石英ガラス基板を裏返して、再び平坦度の良いガラス板に熱可塑性樹脂により貼り付けて、石英ガラス上にフォトレジストを塗布する。このレジストも上記と同様のフォトレジストを使用し、厚さが3μmになるようにスピンコート法により塗布する。
【0062】
そして、このフォトレジストには、20μmの直径を有する円形の開口群が42.3μmピッチ(600dpi)で直線状に配列されたパターンを焼き付け、通常の現像工程と、リンス工程とを施して同形状のレジストマスクを形成する。ここでも、基体となるガラス板がエッチング液で侵されないように、裏面および周囲をマスキングした後、希フッ酸溶液中でエッチングした。この場合のエッチング時間は、石英ガラス基板がエッチングされ、先に形成しておいた裏面の開口部群が現れ、これらが貫通する時点を観察して定めるようにする。この場合、アンダーカットにより上部の直径が拡大することを利用し、上部の直径が40μmの半球状に近い形状の窪みを作成した。この窪みの形状は、エッチング液の温度とフッ酸濃度および攪拌の頻度を調節することにより制御する。
【0063】
次に、基体となるガラス板に貼り付けたままの状態でエッチングマスクを除去し、真空蒸着装置により石英ガラス基板に金(Au)を7000オングストロームの厚さに蒸着した。その際、アルゴンガスをリークすることによって蒸着時の圧力を高めることによって、蒸着された金の表面が光を拡散するのに適した梨地状となるようにする。その後、ガラス板を加熱して、石英ガラス基板を取り外し、有機溶剤により洗浄して貼り付けのために用いた熱可塑性樹脂を除去し、光拡散素子アレイ部46が形成された石英ガラス基板を完成させることができた。そして、この石英ガラス基板を光集束素子部である円錐形ミラーアレイ54が接着されたLEDA発光部56に対して、第1の微小な開口部44と第2の微小な開口部群50,52のそれぞれのパターンの中心を一致させて熱硬化性樹脂により接着して、図7および図8に示したような光書き込み装置40を完成した。
【0064】
この光書き込み装置40では、一つの画素についてほぼ3×3のパターンに相当する光ビームを生成することができるため、ハーフトーンの再生については、1800dpiの光書き込み装置に相当することになる。ここでは、光書き込み装置の等倍結像素子(図2の等倍結像素子34を参照)として、マイクロオプト株式会社製のSLA12Dを用いている。そして、これらをYMCK画像を独立した感光体ドラムにより転写ベルトにトナー画像を形成して普通紙に転写定着する方式(4ドラム方式)の複写機に搭載し、濃度が連続的に変化したテストパターンを出力するようにした。
【0065】
また、これに対する比較例として、上記実施の形態2で使用した複写機に1800dpiの分解能のLEDAを搭載して同じテストパターンを出力するようにした。
【0066】
これら両者の出力画像を比較評価する際の評価項目は、機器の製造コストと再現されたハーフトーン画像を視覚により評価したものであり、その結果を図10に示してある。
【0067】
図10の画像評価結果において、高解像度のLEDAを使用した場合の評価結果が不良であるのは、LEDAにおいて一般的な製造プロセスのわずかなむらによって、LEDAの各発光領域の間で発光量にむらが生じるため、電流補正によって発光光量の補正を行うが、高解像度のLEDAでは、発光領域が極めて小さくなっていることから、一つの画素の発光光量が小さく、相対的に製造プロセスのむらによる光量変動の方が大きくなって、充分に補正することができなくなるためと考えられる。
【0068】
これに対して、本実施の形態2における複数の光書き込み装置を使用したカラー画像出力装置の場合は、安定した特性を持つ低い解像度のLEDAを使用するため、むらの少ない画像が得られる上、高解像度のLEDAを使用した場合と同程度の細かさでハーフトーンスクリーンを生成することができることから、むしろ高解像度のLEDAを使用した場合よりも良好な画像評価が得られたものと考えられる。
【0069】
(実施の形態3)
本実施の形態3は、光書き込み用の光源としてポリゴンスキャナを用いて光書き込み装置を作成し、これをYMCKの各色の書き込みに用いてカラー画像出力装置を製作した場合である。この装置は、主に電子写真感光体への光書き込みに適している。
【0070】
この構成による光書き込み装置を実現する場合は、通常は感光体が配置されているポリゴンスキャナの光ビームの集束位置に光集束素子部を設ければ良い。その他については、上記した実施の形態2のLEDA光源に対する構成とほぼ同様である。
【0071】
本実施の形態3のカラー画像出力装置に用いる光書き込み装置は、以下の手順により作成される。まず、等倍結像素子72は、マイクロオプト株式会社製の「SLA12D」を用いることとし、両面を平坦に研磨して厚さをSLA12Dの作動距離と等しい4mmとした幅10mmのガラス板70を用意した。ここでは、実施の形態2と同様のフォトリソグラフィ工程によって、第2の微小な開口部群のパターンが形成された光拡散素子アレイ部を作成し、これらのパターンをYMCKの各色毎の光書き込み装置に対応させて用いるようにする。ただし、実施の形態2では図9(a)〜(d)のパターンを用いて実施したが、本実施の形態3では、図12(a)〜(d)に示した各パターンを用いて実施するようにする。
【0072】
このように、第2の微小な開口部群が形成された面をガラス板70に向けて接着した後、実施の形態2と同様のフォトリソグラフィ工程によって光集束素子アレイ部を作成し、第1の微小な開口部が形成された面を上記した光拡散素子アレイ部に向けると共に、その中心を一致させてこれらを接着することにより、微少光学素子アレイ部68が完成する。
【0073】
次いで、ガラス板のもう一方の面に等倍結像素子アレイ72であるSLA12Dを上記形成した微少光学素子アレイ部68とその中心線を一致させて接着させる。
【0074】
このようにして、棒状のガラス板70の両面に等倍結像素子アレイ72と微少光学素子アレイ部68とが所定の動作距離を保って結合された光書き込み装置の主要なユニットを作成した。
【0075】
そして、図11に示すように、光書き込み用の光源としてポリゴンスキャナを用いた光書き込み装置60を作成し、レーザ62から照射されるレーザ光76を高速回転するポリゴンミラー64で反射させて偏向しながら走査を行い、光学系66および上記ユニット(ガラス板70、等倍結像素子アレイ72、微少光学素子アレイ部68)通過した光が画像記録媒体74の表面に結像するように構成されている。
【0076】
以上説明したように、微少光学素子アレイ部68に形成された第2の微小な開口部群は、図12に示されるように、4×4のパターンで構成したため、この光書き込み装置は、2400dpiに相当するハーフトーンスクリーンを再現することが可能となる。これを上記した実施の形態2と同様の複写機に組み込み、ポリゴンスキャナによる走査光を光集束素子部に当てて濃度が連続的に変化するテストパターンを出力するようにした。なお、ここで用いているポリゴンスキャナは、通常の600dpiの解像度に適合する安価なものを使用している。
【0077】
また、これに対する比較例として、上記実施の形態2で使用した複写機に2400dpiの分解能のポリゴンスキャナを搭載して同じテストパターンを出力した。
【0078】
これら両者の出力画像を比較評価する際の評価項目は、機器の製造コストと装置容積とを比較評価したものであり、その結果を図13に示した。画像評価結果については、図13では比較を行っていないが、再現されたハーフトーン画像は視覚により評価したところ同程度のなめらかなカラー画像であった。
【0079】
また、図13における製造コストの比較では、高解像度スキャナの場合は極めて製造コストが高くなるのに対して、本実施の形態3のカラー画像出力装置では、安定した安価なポリゴンスキャナの使用が可能であるため、低コストで製造することができる。
【0080】
さらに、ポリゴンスキャナの偏向角度が大きくとれることから個々の光書き込み装置を小型化することが可能となり、YMCKによる複数の光書き込み装置からなるカラー画像出力装置を一層小型化することができる。
【0081】
なお、上記各実施の形態では、第1の微小な開口部と第2の微小な開口部群とのいずれか一方、もしくは両方の開口部にマイクロレンズを設けるように構成しても良く、その場合には書き込み光ビームの利用効率が高まるため、画像記録速度を高めることができる。しかし、このマイクロレンズを開口部に設けるか否かは、光書き込み装置およびそれを用いたカラー画像出力装置の用途に応じて、製造コストと画像記録速度のどちらを優先させるかにより選択すれば良い。
【0082】
また、上記各実施の形態では、図9および図12の各パターンをそれぞれYMCKに当てはめて第2の微小な開口部群を形成するようにしたが、もちろんこれに限定されるものではなく、RGBの場合であっても同様に適用することができ、また、図9および図12以外のパターンを用いて実施するものであっても勿論良い。
【0083】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、高価な高解像度の光書き込み用の光源を用いずに、画像処理時間を増大させずに、なめらかなハーフトーン画像や線画を再現することができる。
【0084】
請求項2に記載の発明によれば、画素領域の平均濃度変化がよりなめらかになって、優れたハーフトーン再現性を実現することができる。
【0085】
請求項3に記載の発明によれば、発光ダイオードアレイを光書き込み光源に用いた場合であっても、種々の画像記録媒体等に対して良好なハーフトーン画像を書き込むことができる。
【0086】
請求項4に記載の発明によれば、ポリゴンスキャナを光書き込み用の光源に用いた場合であっても、種々の画像記録媒体等に対して良好なハーフトーン画像を書き込むことができるとともに、低コスト化することができる。
【0087】
請求項5に記載の発明によれば、光書き込み光源の利用効率が高まることから、画像記録速度を大にすることができる。
【0088】
請求項6に記載の発明によれば、各色の光書き込み装置のそれぞれの第2の微小な開口部群を、個々の開口部の配置パターンがYMCK、もしくはRGBの各色の間で互いに同じにならないように配置位置や配置角度をずらして設けたため、色濁りの少ない美しいカラー画像を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態1の光書き込み装置において主要な働きをする微少光学素子部の構成を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A´線断面図である。
【図2】本実施の形態1の光書き込み装置の全体構成図である。
【図3】本実施の形態1の光書き込み装置を用いて書き込み光ビームの光強度が大きい場合に画像記録媒体上に結像される光スポットの光量分布を示す線図である。
【図4】図3の結果の画像記録媒体上に形成される光スポットの形状パターンを示す図である。
【図5】本実施の形態1の光書き込み装置を用いて書き込み光ビームの光強度が小さい場合に画像記録媒体上に結像される光スポットの光量分布を示す線図である。
【図6】図5の結果の画像記録媒体上に作成される光スポットの形状パターンを示す図である。
【図7】本実施の形態2において光書き込み光源としてLEDAを用いた光書き込み装置の微少光学素子部を上から見た平面図である。
【図8】図7のB−B´線断面図である。
【図9】本実施の形態2で用いたYMCKの各色毎の光書き込み装置に対応させて形成される第2の微小な開口部群のパターンである。
【図10】本実施の形態2に係るカラー画像出力装置と比較例との比較結果を示す図である。
【図11】本実施の形態3に係るカラー画像出力装置の光書き込み装置の概略構成を説明する図である。
【図12】本実施の形態3で用いたYMCKの各色毎の光書き込み装置に対応させて形成される第2の微小な開口部群のパターンである。
【図13】本実施の形態3に係るカラー画像出力装置と比較例との比較結果を示す図である。
【符号の説明】
10 微少光学素子部
12 光集束素子部
14 第1の微小な開口部
16 光拡散素子部
18 積分半球
20,22 第2の微小な開口部群
30 光書き込み装置
32 光ビーム
34 等倍結像素子
36 画像記録媒体
40 微少光学素子アレイ部
42 石英ガラス基板
44 第1の微小な開口部
46 光拡散素子アレイ部
48 積分半球
50,52 第2の微小な開口部群
54 円錐形状ミラーアレイ
56 LEDA発光部
60 光書き込み装置
62 レーザ
64 ポリゴンミラー
66 光学系
68 微少光学素子アレイ部
70 ガラス板
72 等倍結像素子アレイ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical writing device and a color image output device using the optical writing device. More specifically, the present invention scans a bright spot by a luminous flux whose intensity is emphasized by dividing an image into a number of minute pixels on an image recording medium or the like. The present invention relates to an optical writing device that writes an image by sequentially exposing each pixel region, and a color image output device that includes a plurality of these and outputs a color image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when reproducing a halftone image in an image output device that reproduces an image by scanning a luminescent spot on a photoconductor, such as an electrophotographic printer, the pixels constituting the image are spotted further finely. The density change was created by reproducing the data as a set of spots and increasing or decreasing the number of spots.
[0003]
As this type of image output device, for example, “High-quality matrix printing for electrophotographic printing devices” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-133156, “Specific Rotating Screen for Digital Halftone”, and Japanese Patent Laid-Open No. 8-506704 There are those disclosed in “Method and apparatus for generating” and the like. According to these publications, in order to reproduce a smooth halftone, it is necessary to divide the image more finely than the resolution necessary to reproduce the finest line drawing contained in the image. For example, when the pixel density necessary for reproducing the line drawing information of the image is 600 dpi (the number of pixels per inch is 600 dots), the smooth gradation has 65 levels for one pixel as one standard. In order to realize the gradation property that can provide the density change, it is necessary to divide one pixel into an 8 × 8 matrix, so that the writing resolution necessary for writing is 600 × 8 = 4800 dpi. Optical writing with this resolution is not impossible at present, but the image output apparatus having such high resolution is an optical writing apparatus having the highest level of accuracy (state-of-the-art) at present. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such an optical writing apparatus has the following problems when used in general.
That is, since it is necessary to divide the image into extremely fine regions, there is a problem that the time required for image processing calculation increases. Therefore, in order to shorten the calculation time of image processing, it is necessary to incorporate an electronic computer equipped with a faster processor, but at present, the processing capacity is limited in a small electronic computer that can be incorporated in an image output device. Therefore, it is difficult to perform pixel division of 4800 dpi within a time as high as 600 dpi. Of course, in the future, it is conceivable that a high-speed processor capable of shortening the above-mentioned calculation time will be used in a small electronic computer that can be incorporated in an image output device due to progress in technological development, but by using such a high-speed processor A new problem of an increase in equipment cost arises.
[0005]
In addition, it is necessary to focus the light spot for writing to a size of 5 μm or less in the entire writing area. In order to realize such a spot size with a polygon scanner, it is made of a glass lens with very little birefringence. It is necessary to use an optical system, and it becomes impossible to use a polygon scanner using a plastic lens mainly used in general applications at present. However, since an optical system using a glass lens is very expensive compared to a plastic optical system, there is a problem that the apparatus cost increases.
[0006]
In the case of a polygon scanner, the spot is likely to collapse at the end of the scanning width. Therefore, the deflection angle by the polygon mirror cannot be increased too much in order to reduce the spot size to 5 μm or less at the end of the image. It was. For this reason, when writing an image of the same size, the optical path length becomes longer when a writing device with a small deflection angle is compared with a writing device with a low resolution, so that there is a problem that the image output device using this becomes large. It was.
[0007]
In the case of a polygon scanner, if the optical path length is increased, the optical spot is likely to be displaced due to mechanical distortion of the optical system. Therefore, the variation of the spot position on the photosensitive member is made sufficiently small with respect to the spot size. There is a need. Therefore, in order to suppress the distortion of the optical system casing to a negligible level with respect to a spot size of 5 μm, it is necessary to increase the rigidity of the apparatus very much, but this increases the size and weight of the apparatus. There was a problem that.
[0008]
Furthermore, in the case of a printer head using a light emitting diode (LED) array as a light source for writing, there is a problem that the cost of the device increases because the number of LEDs is extremely large.
[0009]
In addition, in the case of the four-drum color writing method normally used in a high-speed color image output apparatus, the image positional deviation between the four drums must be made small enough to be ignored with respect to the spot size. Since only a positional deviation of about 1 μm is allowed, it is necessary to extremely increase the medium conveyance accuracy. For this reason, there is a problem that the apparatus becomes large and heavy, and the cost becomes high. Particularly, in the case of the four-drum system, since four optical writing devices are used, there is a problem that when the size of each optical writing device is increased, the entire device is further increased in size.
[0010]
In this way, at present, an image is divided into sufficiently fine pixels at the stage of electronic information, and a halftone matrix is written on an image recording medium or the like by a high-definition optical writing device, so that a smooth half without any visual problems is obtained. Although it is possible to make a prototype image output device that reproduces the tone, the device becomes large and expensive, and it has been difficult to widely disseminate it as an industrial product.
[0011]
In addition, there is a limitation on the mechanism as described above in order to increase the writing speed, and the number of pixels to be written becomes enormous due to the small spot size, so even if a simple line drawing is output, it is long. There was a problem that writing time was required.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an optical writing apparatus and a color that can reproduce a beautiful halftone image at high speed and low cost and can also reproduce a line drawing at high speed and well. An object is to provide an image output apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an image is decomposed into a large number of minute pixels, and a luminous flux having an intensity corresponding to the pixel density is emitted from one or a plurality of light sources. The bright spot is exposed to light with a light density greater than the threshold value, and a latent image such as a surface potential change or chemical change is formed, or an image with a density change is formed immediately by exposure. In an optical writing device that scans an image recording medium to be written and writes an image by sequentially exposing each pixel region, a light focusing element unit that focuses a light beam between the light source and the image recording medium And a first minute opening provided at a position where the light beam is focused, and a light beam emitted from the first minute opening is diffused into a limited region that is approximately the same as the size of the pixel. A light diffusing element part; A second minute opening group composed of a plurality of openings for emitting light diffused by the light diffusing element part, and a plurality of light beams emitted from the second minute opening group are the image recording medium. Are arranged from the light source side in the order of the imaging element unit that forms an image as a separate bright spot on The second minute opening group includes an opening disposed substantially at the center of the first opening and one or a plurality of openings disposed around the opening. The light intensity density of the luminescent spot emitted from the opening arranged approximately at the center of the first opening in the group of the minute openings is determined by the luminescent spot emitted from the other second minute opening. Higher than light density It is a thing.
[0014]
According to this, an image is decomposed into a large number of minute pixels, a light beam having an intensity corresponding to the pixel density is emitted from one or a plurality of light sources, and a light focusing element is disposed between the light source and the image recording medium. The first spot, the first minute opening, the light diffusing element part, the second minute opening group, and the imaging element part in this order. Dividing into aggregates, the total area on the image recording medium that is exposed by the divided small spots is changed according to the intensity of light to be written, so beautiful halftone images and line drawings can be printed at high speed and at low cost. Etc. can be written on.
[0015]
In finding such a configuration, the present inventors have studied in detail about a halftone image, and as a result, high-resolution image data is not necessarily required to generate a smooth halftone. We paid attention to the fact that the dot-like photosensitive areas recorded on the screen are sufficiently fine so that they can be visually smooth. For this reason, the conventional halftone generation method that relies on an electronic computer is not simply improved, but a light beam for writing pixels is converted into a number of minute light beams by optical means before reaching the surface of the image recording medium. A function that divides and an area that integrates a photosensitive area on an image recording medium exposed by a minute light beam, that is, a function that increases or decreases the average density of pixels in the generated image by changing the original light beam intensity. Thus, a smooth halftone is generated.
[0016]
The image recording medium or the like that is the target of the optical writing apparatus of the present invention includes a rewritable recording medium, a recording medium that cannot be rewritten once recorded, and a medium such as an image display on which images are continuously written. It includes almost all media including images formed by an optical writing device. For example, specific examples of the image recording medium include: (1) An image is formed by a phase change or a reversible chemical change of a material caused by exposure to visible light, ultraviolet light, or infrared light, An image recording medium that can be erased and used repeatedly by irradiating light of wavelength and intensity, applying a magnetic field of a specific intensity and direction, applying a specific temperature change, etc. (2) electrophotographic photoreceptors, (3) black-and-white and color films or photosensitive papers produced by silver salt photography, and (4) other so-called photoreceptors such as recording media using photosensitive materials produced by other photochemical reactions. In addition to this, (5) a photoconductive material layer is disposed between the liquid crystal material layer and the drive electrode, and the photoconductive material at that portion is made conductive by irradiation of writing light to the photoconductive material layer. For example, a liquid crystal display that writes an image with an electric field applied thereto, and a display that immediately forms an image having a density change with a photoconductive effect as an intermediate. The optical writing apparatus of the present invention can write a good halftone image on all these image recording media.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the optical writing apparatus according to the first aspect, the second small opening group is an opening having a relatively large diameter disposed substantially at the center of the pixel region. And one or a plurality of openings arranged around the ring, and the openings belonging to the ring on the outer periphery have a relatively small diameter.
[0018]
According to this, in the case where the second minute opening group is composed of the opening arranged at the approximate center of the pixel region and the opening arranged around the opening, the opening on the outer periphery is relatively relatively Since it is formed to have a small diameter, the average density change in the pixel region becomes smooth, and excellent halftone reproducibility can be realized.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the optical writing device according to the first or second aspect, a light emitting diode array in which light emitting diode elements are linearly arranged at the same density as the pixels is used as a light source for optical writing. As the light focusing element part, a spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or other mirror array having an emission part at a position facing the light emitting area provided above the light emitting area of each light emitting diode element is used. The first minute opening is made up of a first pinhole array provided in the exit portion of the mirror array, and is provided as the light diffusing element portion corresponding to the first pinhole array. A spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or other integrating sphere array, and the second minute opening group is provided at a position facing the first pinhole array on the integrating sphere array. Are, respectively, consist of a second pin hole array in which a plurality of pin hole group are arranged, as the imaging element section, in which with equal magnification imaging device array.
[0020]
According to this, when a light emitting diode array (LEDA) is used as a light source for optical writing, the emitting part is located at a position facing the light emitting area provided above the light emitting area of each light emitting diode element as the light focusing element part. A spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or other mirror array having a first minute opening is used as the first pinhole array, and the light diffusing element unit corresponds to the first pinhole array. Spheres, hemispheres, super hemispheres, cones, etc. of the integrating sphere array, and the second minute opening group has a plurality of pins at positions facing the first pinhole array on the integrating sphere array. Since the second pinhole array in which the hole groups are arranged and the equal-magnification imaging element array is used as the imaging element unit, various image recording media can be used even when the light emitting diode array is used as an optical writing light source. Good halftone image to equal can be written.
[0021]
As the imaging element unit of the present invention, any one may be used as long as an appropriate one is selected according to the characteristics of the target image recording medium. For example, if the image recording medium is a sheet having a relatively narrow width and the sheet is sent in the longitudinal direction according to time to write an image, an equal-magnification imaging optical system combined with a normal optical lens Is used. When writing to an electrophotographic photosensitive member, most of the same-size imaging elements that are usually used in this field can be used. For example, as a lens array in which a large number of refractive index distribution type fiber-shaped equal-magnification imaging lenses are linearly arranged, for example, a SELFOC lens array manufactured by Micro Opto Corporation or a plurality of equal-magnification imaging micro optical systems are used. For example, a roof mirror lens array manufactured by Ricoh Co., Ltd. can be used.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical writing device according to the first or second aspect, as a light source for optical writing, a collimated laser beam is deflected by a rotating polygon mirror and scanned on an image recording medium. A polygon scanner that is arranged in the main scanning direction, which is a direction in which laser light is scanned by the polygon mirror, as the light focusing element portion, and has an emission portion at a position facing the laser light incident portion. The light incident portion uses a substantially conical mirror array having a larger diameter than the exit portion, and the first minute opening is a first pinhole array provided in the exit portion of the mirror array. As the light diffusing element part, a spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or other integrating sphere array provided corresponding to the first pinhole array is used. The second minute opening group is provided at a position facing the first pinhole array on the integrating sphere array, and includes a second pinhole array in which a plurality of pinhole groups are arranged, As the imaging element section, an equal magnification imaging element array is used.
[0023]
According to this, when a polygon scanner that scans an image recording medium with a laser beam is used as the light source for optical writing, the light focusing element units are arranged in the main scanning direction and are positioned opposite to the laser beam incident unit. A first concentric mirror array in which the laser beam incident portion has a larger diameter than the exit portion, and the first minute opening is a first pin provided in the exit portion of the mirror array It is a hole array, the light diffusing element portion is a spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or other integrating sphere array provided corresponding to the first pinhole array, and the second minute aperture group is integrated. Since the second pinhole array is provided at a position opposite to the first pinhole array on the sphere array and each of the plurality of pinhole groups is arranged, and the equal-magnification imaging element array is used as the imaging element unit, Polygon ski Even in the case of using Na light source for optical writing, it can be written good halftone image to such various image recording medium.
[0024]
According to the configuration of the fourth aspect of the present invention, since the same-magnification imaging element array, which is conventionally unnecessary for optical writing by the polygon scanner, is newly required, the apparatus becomes complicated, but the polygon scanner used in this optical writing apparatus is Since optical accuracy is not so required, there is an advantage that the cost can be reduced as a whole as compared with the conventional optical writing apparatus using a highly accurate polygon scanner.
[0025]
In other words, in order to perform high-resolution optical writing using only a highly accurate polygon scanner as in the prior art, the deviation of the light beam trajectory from the straight line on the photosensitive member must be made small enough to cause no problem in the resolution. I must. For example, when optical writing at 2400 dpi is performed, the scanning line interval is about 10 μm, so the trajectory of the light beam must be within the width of ± 1 μm or less, which is approximately 1/5 of that. There wasn't. Therefore, it is required to make birefringence extremely small in the optical system, to make the refractive index distribution extremely small, and to greatly reduce the distortion and vibration of the casing that causes the positional deviation of the light beam, resulting in high cost. For these reasons, the polygon scanner is approaching its limit in terms of increasing the resolution.
[0026]
On the other hand, the polygon scanner used in the optical writing device according to the fourth aspect of the present invention is allowed to scan so that light enters a conical mirror or the like that is a light focusing element, so that a considerable positional deviation is allowed. For example, when a micro optical element array arranged at a density of 600 dpi is used and the light focusing element is a conical mirror, the light source side diameter of one conical mirror can be expanded to about 42 μm. When scanning with a polygon scanner, it is sufficient that a light beam is incident on the polygon scanner. Therefore, if the focused spot has a diameter of about 30 μm, a positional deviation of ± 6 μm is allowed. Further, if the conical mirror of the light focusing element has an opening with an oblong diameter with a long diameter in the direction perpendicular to the direction in which the light beam is scanned, that is, in the sub-scanning direction, a larger displacement is allowed. can do. Due to such characteristics, the polygon scanner used in claim 4 does not require high-precision scanning accuracy, and an inexpensive unit is sufficient. Further, if the positional deviation between the equal-magnification imaging element and the photoconductor in the optical writing device according to claim 4 is suppressed to be small, the deviation of the writing position of the image does not occur. Unlike the conventional optical writing device using a high-precision polygon scanner, it is not necessary to firmly manufacture the entire housing for holding the optical elements of the polygon scanner.
[0027]
For this reason, it seems that the same number of imaging elements are added and the apparent number of parts increases. However, in terms of overall cost, the conventional high-resolution polygon scanner is used. The cost is lower than that of the conventional optical writing device, and the halftone dots generated can be made as fine as previously difficult, so halftones can be reproduced with a smoother than before. It becomes possible.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical writing device according to any one of the first to fourth aspects, each of the first microscopic opening or the second microscopic opening group. Microlenses are formed in the opening or both.
[0029]
According to this, since the microlens is formed in each opening or both of the first minute opening or the second minute opening group, the use efficiency of the optical writing light source is increased. The image recording speed can be increased. However, since the manufacturing cost is added accordingly, if it is not necessary to increase the image recording speed, it is possible to choose not to provide the microlens.
[0030]
A sixth aspect of the present invention includes a plurality of the optical writing devices according to any one of the first to fifth aspects, wherein the color image is converted into yellow, magenta, cyan, black, red, green, or blue. After color separation, these are sequentially written on the same image recording medium or the like by an optical writing device for writing each color, or written on an individual image recording medium or the like for each color, and then the color images are superimposed by means of superimposing the images of each color. In the output color image output device, each of the second minute aperture groups of the optical writing device of each color of yellow, magenta, cyan, black, or red, green, and blue is an individual aperture. Placement pattern Between yellow, magenta, cyan, black, or red, green, and blue Same The arrangement position or the arrangement angle is shifted so as not to be formed.
[0031]
According to this, when a color image output device is configured using a plurality of optical writing devices, yellow, magenta, cyan, black (hereinafter also referred to as YMCK), or red, green, blue (hereinafter also referred to as RGB). ) The second minute opening group of each of the optical writing devices of the respective colors is formed into individual openings. Placement pattern Between each color of YMCK or RGB Same Since the screen position that forms the halftone of each color does not overlap each other and each color is difficult to be masked, the saturation and color turbidity are increased. It is possible to reproduce a beautiful color image with little.
[0032]
In a conventional color image output device, when generating a screen pattern, the degree of overlap of the patterns is reduced by changing the inclination angle in each color to reduce the calculation time of the image processing. However, in the case of the color image output device using the optical writing device of the present invention, the pattern of the second minute opening group of the optical writing device of each color is configured as a specific arrangement, so that special image processing is performed. Even if it is not performed, it is possible to suppress overlapping of dots of each color, and a color image with less color turbidity can be reproduced without reducing the image processing speed.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an optical writing apparatus and a color image output apparatus using the same according to the present invention will be described in detail in the order of (Embodiment 1) to (Embodiment 3) with reference to the accompanying drawings.
[0038]
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a micro optical element unit 10 that mainly functions in the optical writing apparatus according to the first embodiment. FIG. 1A is a plan view, and FIG. It is A 'line sectional drawing. As shown in FIG. 1B, the micro optical element unit 10 includes a light focusing element unit 12 that focuses a light beam from a light source such as a conical mirror, and a top on which the light beam is focused by the light focusing element unit 12. A first minute opening 14 which is provided at a position and generates a writing light beam collected by the light focusing element unit 12 into a minute light spot, and an emission emitted from the first minute opening 14. A light diffusing element portion 16 having a small integrating hemisphere 18 for making light incident and diffusing into a limited volume corresponding to one pixel, and a light diffusion facing the first minute opening 14. A diffused light provided at the top position of the element unit 16 and diffused by the light diffusing element unit 16 is emitted from a plurality of minute openings (pinholes), so that a plurality of minute light is written from a light beam for writing one pixel. Second to generate a light spot It is constituted by a small opening groups 20 and 22.
[0039]
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the optical writing device 30 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the optical writing device 30 includes a light focusing element unit 10 that generates a plurality of minute light spots from a light beam 32 that writes one pixel, and a plurality of light focusing element units 10 generated by the light focusing element unit 10. Are formed with the same-magnification imaging element 34 for imaging the light spot on the image recording medium 36.
[0040]
The optical writing device 30 is adapted to change the pattern generated by the intensity of the writing light beam 32 according to the image density by devising the shape and arrangement of the second minute opening groups 20 and 22. Can be.
[0041]
Next, the mechanism will be described. FIG. 3 is a diagram showing the light amount distribution of a light spot formed on the image recording medium when the light intensity of the writing light beam is high using the optical writing device of the first embodiment, and the horizontal axis represents The position on the line AA ′ is shown, and the vertical axis represents the light intensity density on the image recording medium on an arbitrary scale. FIG. 4 is a diagram showing a shape pattern of light spots formed on the image recording medium as a result of FIG. FIG. 5 is a diagram showing the light amount distribution of a light spot formed on the image recording medium when the light intensity of the writing light beam is small using the optical writing device of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a shape pattern of a light spot created on the image recording medium as a result of FIG. 5.
[0042]
Therefore, in order to simplify the description of the micro optical element unit 10 shown in FIG. 1, a second one in which four relatively small pinholes 22 are arranged around one relatively large pinhole 20. A structure including minute opening groups 20 and 22 is shown. The shape of the light spot irradiated on the image recording medium 36 by the optical writing device 30 using the micro optical element unit 10 is such that the light intensity distribution as shown in the diagram of FIG. 3 when the intensity of the writing light beam 32 is sufficiently large. Therefore, when an image generation process is set so as to be exposed in an area irradiated with a light density higher than the broken line indicated as the light quantity level of the image recording medium in the figure, the output pixel pattern is as shown in FIG. become that way. Thus, when the intensity of the writing light beam 32 is sufficiently large, a screen pattern that is generated by a screen matrix by image processing can be generated from the light beam that writes one pixel.
[0043]
Further, when the light intensity of the writing light beam is reduced, the light quantity distribution as shown in the diagram of FIG. 5 is obtained, and therefore, irradiation with a light quantity density higher than the broken line indicated as the light quantity level of the image recording medium in the figure is performed. When the image generation process is set so that light is received in the received area, the output pixel pattern is as shown in FIG. As described above, when the intensity of the writing light beam 32 is small, one minute dot pattern is generated from the light beam for writing one pixel.
[0044]
In the state where the above two intermediate light amounts are irradiated, the diameter of the light spot due to the surrounding pinhole gradually changes to change the total area of the photosensitive region, and the average density of the pixel region is continuous. Will change. This makes it possible to form a smooth halftone portion.
[0045]
In the case described above, a simple pattern aperture group has been described as an example to simplify the description. However, the pixel interval when a 600 dpi optical writing light source having a normal resolution is used is about 42.3 μm. In addition, it is not difficult for the opening system of the second minute opening group to have a diameter of about 1 μm by a photoresist process. Therefore, since a large number of openings can be included in one pixel region, it is possible to generate a screen pattern that is not visually recognizable, and is recognized as a smooth halftone by an image observer. It will be.
[0046]
Unlike the case where the screen pattern is written on the image recording medium by the optical writing device having a finer resolution, the optical writing device configured as described above cannot write a line drawing with the maximum resolution that can be separated by separate small spots. This is because in the optical writing apparatus of the first embodiment, the pixels of the optical writing apparatus having a normal level of resolution are divided into small writing spots.
[0047]
However, in practice, it is possible to reproduce almost all of the line drawing images that are necessary every day with a resolution of about 600 dpi, which is the current normal resolution, and even if line drawings are written with a resolution higher than this, care must be taken with the naked eye. Otherwise, the separated lines cannot be recognized and are meaningless except for very special uses. Nevertheless, the reason why an optical writing device of 600 dpi or more is required is that the density gradation of the image needs to be written with a screen pattern that cannot be visually recognized. For this reason, a conventional optical writing apparatus having a fine resolution is required to have a very high-accuracy production technique, is expensive, and requires a smooth half-time despite an increase in calculation time required for image processing. The tone was not fully reproduced.
[0048]
On the other hand, in the case of the optical writing apparatus according to the first embodiment, it is possible to generate a screen pattern that is fine enough to be visually unrecognizable while using an optical writing light source having a normal resolution as described above. Since the technology for producing the apparatus is almost completed at present, a smooth halftone that has been impossible in the past can be reproduced using a low-cost, normal-resolution optical writing light source.
[0049]
Further, since the inventors have found that the performance and the shape of the second minute opening group greatly influence the performance of the optical writing device according to the first embodiment, there are various points on this point. As a result of searching for a desirable shape and arrangement by conducting the above experiment, the following was found.
[0050]
That is, when the second group of minute openings is composed of an opening having a relatively large diameter arranged at the approximate center of the pixel area and an opening arranged around one or more annular zones around the opening. By forming the arrangement pattern so that the opening belonging to the annular zone on the outer periphery has a relatively small diameter, the average density change in the pixel region becomes smooth, and excellent halftone reproducibility is achieved. It turns out that it can be realized.
[0051]
As described above, according to the optical writing apparatus of the first embodiment, it is possible to reproduce beautiful halftones and line drawings at low cost without increasing the processing time.
[0052]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an optical writing device is created using a light emitting diode array (hereinafter also referred to as LEDA) as a light source for optical writing, and this is used for writing each color of YMCK to produce a color image output device. Is the case.
[0053]
First, the manufacturing process of the optical writing element used in the color image output apparatus of the second embodiment will be described. FIG. 7 is a plan view of the micro optical element array section 40 of the optical writing apparatus using the LEDA as the optical writing light source in the second embodiment as viewed from above, and FIG. 8 is a BB ′ line in FIG. It is sectional drawing.
[0054]
As shown in FIG. 8, individual light emitting regions arranged in the same density as the resolution required for the optical writing light source are formed in an array to constitute the LEDA light emitting unit 56. And the conical mirror array 54 as a light focusing element part each arrange | positioned on the LEDA light emission part 56 is produced in the following procedures.
[0055]
First, a quartz glass substrate is polished to a thickness of 40 μm, and is attached to a glass plate with good flatness with a thermoplastic resin, and a photoresist is applied on the quartz glass substrate. Here, “OFPR8600” manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is used for this photoresist, and the photoresist is applied by spin coating so as to have a thickness of 3 μm.
[0056]
Then, a pattern in which circular openings having a diameter of 20 μm are linearly arranged at a pitch of 42.3 μm (600 dpi) is baked on this photoresist, and a normal development process and a rinsing process are performed to form a resist having the same shape. A mask is formed. Here, the back surface and the periphery were masked so that the glass plate as a substrate was not attacked by the etching solution, and then etching was performed in a dilute hydrofluoric acid solution. The etching time in this case was determined by observing the time when the quartz glass substrate penetrated, an opening having a diameter of 5 μm was formed, and the glass plate of the substrate was exposed. At this time, an array in which tapered openings having an upper diameter of 40 μm and a lower diameter of 5 μm are linearly arranged at a pitch of 42.3 μm is obtained by utilizing the fact that the upper diameter is expanded by undercutting. Can do. The tapered shape obtained here was controlled by adjusting the temperature of the etching solution, the concentration of hydrofluoric acid, and the frequency of stirring.
[0057]
Next, the etching mask is removed while being attached to the glass plate to be the base, and gold (Au) is vapor-deposited on the quartz glass substrate to a thickness of 7000 angstrom by a vacuum vapor deposition apparatus. Thereafter, the glass plate is heated, the quartz glass substrate is removed, and the thermoplastic resin used for pasting is removed by washing with an organic solvent to complete the quartz glass substrate 42 on which the conical mirror array 54 is formed. Can be made. The quartz glass substrate 42 is bonded to a 600 dpi LEDA light emitting portion 56 by aligning the center of the light emitting portion with the center of the small opening portion, and the large opening portion is bonded to the substrate surface of the LEDA light emitting portion 56 with a thermosetting resin. The smaller opening of the conical mirror array 54 is used as the first minute opening 44.
[0058]
Next, the light diffusing element array unit 46 is created by the following procedure. That is, the quartz glass substrate is polished to a thickness of 40 μm, and is attached to a glass plate with good flatness using a thermoplastic resin, and a photoresist is applied on the quartz glass substrate. In this case, the same photoresist as above, “OFPR8600” manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is used, and the photoresist is applied by spin coating so as to have a thickness of 3 μm.
[0059]
9A to 9D show the second minute opening group formed corresponding to the optical writing device for each color of YMCK (because the patterns are different for each color in FIG. 7). This is an example of patterns 50 and 52 (displayed with black circles for convenience). Therefore, a pattern in which the circular pattern opening group of any of FIGS. 9A to 9D is linearly arranged at a pitch of 42.3 μm (600 dpi) is baked on the above-described photoresist, and a normal development process is performed. And a rinsing step to form a resist mask having the same shape. In this case, too, the back surface and the periphery are masked so that the glass plate serving as the substrate is not attacked by the etching solution, and then etching is performed in a dilute hydrofluoric acid solution. In this case, the etching time was set to a time for etching the quartz glass substrate to a depth of 2 μm.
[0060]
After that, the glass plate is heated to remove the quartz glass substrate and washed with an organic solvent to remove the thermoplastic resin used for attachment to the glass plate.
[0061]
Next, the quartz glass substrate is turned over, and is again attached to a glass plate with good flatness with a thermoplastic resin, and a photoresist is applied onto the quartz glass. This resist also uses the same photoresist as described above, and is applied by spin coating so as to have a thickness of 3 μm.
[0062]
This photoresist is baked with a pattern in which circular openings having a diameter of 20 μm are linearly arranged at a pitch of 42.3 μm (600 dpi), and subjected to a normal development process and a rinsing process to obtain the same shape. A resist mask is formed. In this case as well, the back surface and the periphery were masked so that the glass plate serving as the substrate was not attacked by the etching solution, and then etching was performed in a dilute hydrofluoric acid solution. The etching time in this case is determined by observing the point of time when the quartz glass substrate is etched and the previously formed openings on the back surface appear and pass through them. In this case, a recess having a shape close to a hemisphere having an upper diameter of 40 μm was created by utilizing the fact that the upper diameter was expanded by undercutting. The shape of the depression is controlled by adjusting the temperature of the etching solution, the concentration of hydrofluoric acid, and the frequency of stirring.
[0063]
Next, the etching mask was removed while being attached to the glass plate to be the base, and gold (Au) was vapor-deposited on the quartz glass substrate to a thickness of 7000 Å using a vacuum vapor deposition apparatus. At that time, the pressure during vapor deposition is increased by leaking argon gas, so that the surface of the vapor deposited gold has a satin finish suitable for diffusing light. Thereafter, the glass plate is heated, the quartz glass substrate is removed, the thermoplastic resin used for pasting is removed by washing with an organic solvent, and the quartz glass substrate on which the light diffusion element array portion 46 is formed is completed. I was able to. Then, with respect to the LEDA light emitting unit 56 to which the conical mirror array 54 that is a light focusing element unit is bonded to the quartz glass substrate, the first minute opening 44 and the second minute opening group 50, 52 are provided. The optical writing device 40 as shown in FIGS. 7 and 8 was completed by aligning the centers of the respective patterns and bonding them with a thermosetting resin.
[0064]
Since this optical writing device 40 can generate a light beam corresponding to an approximately 3 × 3 pattern for one pixel, halftone reproduction corresponds to an optical writing device of 1800 dpi. Here, an SLA 12D manufactured by Micro-Opt Co., Ltd. is used as a unit magnification imaging element (see the unit magnification imaging element 34 in FIG. 2) of the optical writing device. These are mounted on a copying machine (4-drum system) in which a YMCK image is formed on a transfer belt by an independent photoconductive drum, and is transferred and fixed on plain paper. Was output.
[0065]
As a comparative example for this, the same test pattern is output by mounting the LEDA having a resolution of 1800 dpi on the copying machine used in the second embodiment.
[0066]
The evaluation items for comparing and evaluating the output images of these two are items obtained by visually evaluating the manufacturing cost of the device and the reproduced halftone image, and the results are shown in FIG.
[0067]
In the image evaluation result of FIG. 10, the evaluation result when the high-resolution LEDA is used is that the light emission amount between the light emitting regions of the LEDA is small due to slight unevenness of the general manufacturing process in the LEDA. Since unevenness occurs, the amount of emitted light is corrected by current correction. However, in the high-resolution LEDA, the light-emitting area is extremely small. Therefore, the amount of emitted light of one pixel is small, and the amount of light caused by uneven manufacturing process is relatively small. This is considered to be because the fluctuation becomes larger and correction cannot be made sufficiently.
[0068]
On the other hand, in the case of a color image output device using a plurality of optical writing devices in the second embodiment, a low-resolution LEDA having stable characteristics is used, so that an image with less unevenness is obtained. Since a halftone screen can be generated with the same fineness as when high-resolution LEDA is used, it is considered that a better image evaluation was obtained than when high-resolution LEDA was used.
[0069]
(Embodiment 3)
In the third embodiment, an optical writing device is created using a polygon scanner as a light source for optical writing, and this is used for writing each color of YMCK to produce a color image output device. This apparatus is mainly suitable for optical writing on an electrophotographic photosensitive member.
[0070]
In order to realize an optical writing device having this configuration, it is usually sufficient to provide a light focusing element portion at the light beam focusing position of a polygon scanner on which a photoconductor is disposed. About others, it is substantially the same as the structure with respect to the LEDA light source of Embodiment 2 mentioned above.
[0071]
The optical writing device used for the color image output device of the third embodiment is created by the following procedure. First, the same-magnification imaging element 72 uses “SLA12D” manufactured by Micro-Opt Co., Ltd., and a glass plate 70 having a width of 10 mm having a thickness of 4 mm equal to the working distance of SLA12D by polishing both surfaces flatly. Prepared. Here, the light diffusing element array portion in which the pattern of the second minute opening portion group is formed by the same photolithography process as in the second embodiment, and these patterns are written into the optical writing device for each color of YMCK. It is made to use corresponding to. However, in the second embodiment, the patterns shown in FIGS. 9A to 9D are used. In the third embodiment, the patterns shown in FIGS. 12A to 12D are used. To do.
[0072]
As described above, after the surface on which the second minute opening group is formed is bonded to the glass plate 70, the light focusing element array portion is formed by the same photolithography process as that of the second embodiment, and the first The surface on which the minute openings are formed is directed to the above-described light diffusing element array section, and the centers thereof are made to coincide with each other to bond them, whereby the micro optical element array section 68 is completed.
[0073]
Next, the SLA 12D, which is the equal-magnification imaging element array 72, is bonded to the other surface of the glass plate so that the fine optical element array portion 68 and the center line thereof are aligned.
[0074]
In this way, a main unit of the optical writing device was produced in which the equal-magnification imaging element array 72 and the micro optical element array unit 68 were coupled to both surfaces of the rod-shaped glass plate 70 while maintaining a predetermined operating distance.
[0075]
Then, as shown in FIG. 11, an optical writing device 60 using a polygon scanner as a light writing light source is created, and laser light 76 emitted from a laser 62 is reflected by a polygon mirror 64 that rotates at high speed and deflected. Scanning is performed, and the light passing through the optical system 66 and the above units (the glass plate 70, the equal-magnification imaging element array 72, and the minute optical element array unit 68) is imaged on the surface of the image recording medium 74. Yes.
[0076]
As described above, the second microscopic aperture group formed in the microscopic optical element array unit 68 is configured in a 4 × 4 pattern as shown in FIG. 12, and thus this optical writing device is 2400 dpi. It is possible to reproduce a halftone screen corresponding to. This was incorporated into a copier similar to that of the above-described second embodiment, and a test pattern whose density continuously changes is output by applying scanning light from a polygon scanner to the light focusing element portion. Note that the polygon scanner used here is an inexpensive scanner that conforms to the normal 600 dpi resolution.
[0077]
As a comparative example, the same test pattern was output by mounting a polygon scanner having a resolution of 2400 dpi on the copying machine used in the second embodiment.
[0078]
Evaluation items for comparative evaluation of the output images of these two items are comparative evaluations of device manufacturing costs and device volumes, and the results are shown in FIG. Although the image evaluation results are not compared in FIG. 13, the reproduced halftone image was a smooth color image of the same degree as evaluated visually.
[0079]
Further, in the comparison of the manufacturing costs in FIG. 13, the manufacturing cost is extremely high in the case of the high resolution scanner, whereas the color image output apparatus of the third embodiment can use a stable and inexpensive polygon scanner. Therefore, it can be manufactured at low cost.
[0080]
Further, since the deflection angle of the polygon scanner can be increased, it is possible to reduce the size of each optical writing device, and it is possible to further reduce the size of a color image output device including a plurality of optical writing devices using YMCK.
[0081]
In each of the above embodiments, a microlens may be provided in one or both of the first minute opening and the second minute opening group, In this case, since the utilization efficiency of the writing light beam is increased, the image recording speed can be increased. However, whether or not to provide the microlens in the opening may be selected depending on whether the manufacturing cost or the image recording speed is prioritized according to the use of the optical writing device and the color image output device using the optical writing device. .
[0082]
In each of the above embodiments, each pattern in FIGS. 9 and 12 is applied to YMCK to form the second minute opening group, but the present invention is not limited to this. Even in this case, the present invention can be applied in the same manner. Of course, the present invention may be carried out using patterns other than those shown in FIGS.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a smooth halftone image or line drawing is reproduced without using an expensive light source for high-resolution optical writing and without increasing the image processing time. can do.
[0084]
According to the second aspect of the invention, the average density change in the pixel region becomes smoother, and excellent halftone reproducibility can be realized.
[0085]
According to the third aspect of the present invention, even when the light emitting diode array is used as an optical writing light source, good halftone images can be written on various image recording media.
[0086]
According to the fourth aspect of the present invention, even when a polygon scanner is used as a light source for optical writing, good halftone images can be written on various image recording media and the like. Cost can be increased.
[0087]
According to the fifth aspect of the present invention, since the utilization efficiency of the optical writing light source is increased, the image recording speed can be increased.
[0088]
According to the sixth aspect of the present invention, the second minute opening group of each color optical writing device is divided into individual openings. Placement pattern Between each color of YMCK or RGB Same Since the arrangement position and the arrangement angle are shifted so as not to occur, a beautiful color image with little color turbidity can be reproduced.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a micro optical element part that mainly functions in the optical writing device according to the first embodiment, where FIG. 1A is a plan view, and FIG. FIG.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the optical writing device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a light amount distribution of a light spot formed on an image recording medium when the light intensity of a writing light beam is high using the optical writing device according to the first embodiment.
4 is a diagram showing a shape pattern of light spots formed on the image recording medium as a result of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a light amount distribution of a light spot formed on an image recording medium when the light intensity of a writing light beam is small using the optical writing device of the first embodiment.
6 is a diagram showing a shape pattern of a light spot created on the image recording medium as a result of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a plan view of a micro optical element portion of an optical writing device using LEDA as an optical writing light source in the second embodiment as viewed from above.
8 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
FIG. 9 is a pattern of a second minute opening group formed corresponding to the optical writing device for each color of YMCK used in the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a comparison result between a color image output apparatus according to the second embodiment and a comparative example.
FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical writing device of a color image output device according to a third embodiment.
12 is a pattern of second minute opening portions formed corresponding to the optical writing device for each color of YMCK used in the third embodiment. FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a comparison result between a color image output apparatus according to Embodiment 3 and a comparative example.
[Explanation of symbols]
10 Micro optical element
12 Light focusing element
14 First minute opening
16 Light diffusing element part
18 Integral hemisphere
20, 22 Second minute opening group
30 Optical writing device
32 Light beam
34 Magnification imaging element
36 Image recording media
40 Micro optical element array section
42 Quartz glass substrate
44 First minute opening
46 Light Diffusing Element Array
48 Integral hemisphere
50, 52 Second minute opening group
54 Conical mirror array
56 LEDA light emitting part
60 Optical writing device
62 laser
64 polygon mirror
66 Optical system
68 Micro optical element array section
70 glass plate
72 Magnification Imaging Element Array

Claims (6)

画像を多数の微小な画素に分解し、一つもしくは複数の光源から画素濃度に対応した強度の光束を射出し、この光束による輝点を閾値以上の光量密度の光が照射されることにより感光して表面電位変化や化学的変化等の潜像が形成されるか、または感光することによって直ちに濃度変化を持つ画像が形成される画像記録媒体等の上を走査し、各画素領域を順次感光させることによって画像を書き込む光書き込み装置において、
前記光源と前記画像記録媒体等との間に、
光束を集束させる光集束素子部と、
光束が集束された位置に設けられた第1の微小な開口部と、
前記第1の微小な開口部より射出した光束を概ね画素の大きさと同程度の限られた領域内に拡散させる光拡散素子部と、
前記光拡散素子部で拡散された光を射出する複数の開口部からなる第2の微小な開口部群と、
前記第2の微小な開口部群より射出された複数の光束を前記画像記録媒体等の上に別個の輝点として結像させる結像素子部と、
の順で光源側より配置され、
前記第2の微小な開口部群は、前記第1の開口部の概ね中心に配置された開口部と、該開口部の周りに配置された一つもしくは複数の開口部からなり、
前記第2の微小な開口部群のうち前記第1の開口部の概ね中心に配置された開口部から射出された輝点の光量密度が、その他の第2の微小な開口部から出射された輝点の光量密度に比べ高いことを特徴とする光書き込み装置。
The image is decomposed into a large number of minute pixels, and a luminous flux with intensity corresponding to the pixel density is emitted from one or more light sources. Then, a latent image such as a surface potential change or a chemical change is formed, or an image having a density change is immediately formed by exposure, and scanning is performed on an image recording medium or the like, and each pixel area is sequentially exposed. In an optical writing device that writes an image by
Between the light source and the image recording medium, etc.
A light focusing element for focusing the light beam;
A first minute opening provided at a position where the light beam is focused;
A light diffusing element portion for diffusing a light beam emitted from the first minute opening into a limited region of approximately the same size as a pixel;
A second group of minute openings composed of a plurality of openings for emitting light diffused by the light diffusing element part;
An imaging element unit that images a plurality of light beams emitted from the second minute opening group as separate bright spots on the image recording medium or the like;
Are arranged from the light source side in the order of
The second minute opening group is composed of an opening disposed substantially at the center of the first opening, and one or a plurality of openings disposed around the opening,
The light intensity density of the bright spot emitted from the opening arranged at the center of the first opening in the second minute opening group is emitted from the other second minute opening. An optical writing device characterized in that it is higher than the light intensity density of a bright spot.
前記第2の微小な開口部群は、画素領域の概ね中心に配置された相対的に大きな直径の開口部と、その周りに一つもしくは複数の輪帯状に配置された開口部からなり、より外周にある輪帯に属する開口部ほど相対的に小さな直径を有するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光書き込み装置。  The second minute opening group is composed of an opening having a relatively large diameter disposed substantially at the center of the pixel region and an opening disposed in the shape of one or a plurality of ring zones around the opening. 2. The optical writing device according to claim 1, wherein the opening belonging to the annular zone on the outer periphery is formed to have a relatively small diameter. 光書き込み用の光源として、発光ダイオード素子が直線状に画素と同じ密度で配列された発光ダイオードアレイを用い、
前記光集束素子部として、個々の発光ダイオード素子の発光領域の上部に設けられた発光領域と対向する位置に射出部を有する球状、半球状、超半球形状、円錐形状等のミラーアレイを用い、
前記第1の微小な開口部は、前記ミラーアレイの射出部に設けられた第1のピンホールアレイからなり、
前記光拡散素子部として、第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイを用い、
前記第2の微小な開口部群は、前記積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に設けられ、それぞれ複数のピンホール群が配列された第2のピンホールアレイからなり、
前記結像素子部として、等倍結像素子アレイを用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の光書き込み装置。
As a light source for optical writing, a light emitting diode array in which light emitting diode elements are linearly arranged at the same density as the pixels is used.
As the light focusing element portion, using a mirror array such as a spherical shape, a hemispherical shape, a super hemispherical shape, a conical shape having an emitting portion at a position facing a light emitting region provided above the light emitting region of each light emitting diode element,
The first minute opening is composed of a first pinhole array provided at an emission part of the mirror array,
As the light diffusing element part, using an integrating sphere array such as a spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or the like provided corresponding to the first pinhole array,
The second minute opening group is provided at a position facing the first pinhole array on the integrating sphere array, and includes a second pinhole array in which a plurality of pinhole groups are arranged, respectively.
The optical writing device according to claim 1, wherein an equal-magnification imaging element array is used as the imaging element unit.
光書き込み用の光源として、コリメートしたレーザ光を回転するポリゴンミラーにより偏向して画像記録媒体上を走査するポリゴンスキャナを用い、
前記光集束素子部として、前記ポリゴンミラーによりレーザ光が走査される方向である主走査方向に配列され、レーザ光の入射部と対向する位置に射出部を有し、レーザ光の入射部の方が射出部よりも大きな直径を持つ概ね円錐形状のミラーアレイを用い、
前記第1の微小な開口部は、前記ミラーアレイの射出部に設けられた第1のピンホールアレイからなり、
前記光拡散素子部として、前記第1のピンホールアレイに対応して設けられた球状、半球状、超半球形状、円錐形状等の積分球アレイを用い、
前記第2の微小な開口部群は、前記積分球アレイ上の第1のピンホールアレイと対向する位置に設けられ、それぞれ複数のピンホール群が配列された第2のピンホールアレイからなり、
前記結像素子部として、等倍結像素子アレイを用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の光書き込み装置。
As a light source for optical writing, a polygon scanner that scans the image recording medium by deflecting the collimated laser beam with a rotating polygon mirror is used.
The light focusing element portion is arranged in the main scanning direction, which is the direction in which laser light is scanned by the polygon mirror, and has an emission portion at a position facing the laser light incidence portion. Using a generally conical mirror array with a larger diameter than the exit,
The first minute opening is composed of a first pinhole array provided at an emission part of the mirror array,
As the light diffusing element part, using an integrating sphere array such as a spherical, hemispherical, super hemispherical, conical or the like provided corresponding to the first pinhole array,
The second minute opening group is provided at a position facing the first pinhole array on the integrating sphere array, and includes a second pinhole array in which a plurality of pinhole groups are arranged, respectively.
The optical writing device according to claim 1, wherein an equal-magnification imaging element array is used as the imaging element unit.
前記第1の微小な開口部もしくは前記第2の微小な開口部群の各々の開口部もしくはその両方にマイクロレンズが形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光書き込み装置。  5. The microlens is formed in each of the first minute openings and / or each of the second minute openings, or both of them. 5. The optical writing device described. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光書き込み装置が複数内蔵され、カラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーに色分解して、各色を書き込む光書き込み装置によりこれらを同一の画像記録媒体等に順次書き込み、もしくは各色個別の画像記録媒体等に書き込んだ後、各色の画像を重ね合わせる手段によって重ねてカラー画像を出力するカラー画像出力装置において、
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーの各色の光書き込み装置のそれぞれの第2の微小な開口部群は、その個々の開口部の配置パターンがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、もしくはレッド、グリーン、ブルーの各色の間で互いに同じにならないように配置位置もしくは配置角度をずらして設けられていることを特徴とするカラー画像出力装置。
6. An optical writing device comprising a plurality of the optical writing devices according to claim 1 and writing each color by separating a color image into yellow, magenta, cyan, black, or red, green, and blue. In the color image output device for sequentially writing these on the same image recording medium or the like, or writing them on the individual image recording medium or the like for each color, and then superimposing the images of each color by means of overlapping,
The second minute opening group of each of the optical writing devices of yellow, magenta, cyan, black, or red, green, and blue has an arrangement pattern of the individual openings of yellow, magenta, cyan, black, Alternatively, the color image output device is provided by shifting the arrangement position or the arrangement angle so that the colors of red, green, and blue are not the same.
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