JPH077148B2 - 光学的液体シヤツタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、液体を加熱することによって発生させた気泡
を光透過部となした主にプリンタ、カメラ等に使用され
る光学的な液体シャッタに関する。

（従来技術） レーザプリンタあるいはマルチスタイラス静電プリンタ
に代るものとして特開昭56−93568号公報等で提案され
ている液晶セルによる光シャッタは、簡単かつ小型でし
かも安価に構成し得る利点を有しているが、反面、有機
材よりなるため応答性、光、温度に対する安定性にいま
一つ問題があるほか、階調性のある画像形成に難があ
り、かつ偏光板等を要するため薄く形成するのに限界が
あるといった問題を有している。

（目的） 本発明はかかる液晶シャッタが持つ問題点に鑑み、応答
性に優れ、かつ光、温度等に対して安定であるほか、階
調性のある画像形成が可能で、しかも薄型化の容易な光
学的液体シャッタを提供することにある。

（目的達成のための手段） すなわち、本発明の特徴とするところは、少なくとも光
路開閉部を透明となした上下の基板間に不透明液体を封
入するとともに、上記光路開閉部に外部信号によって駆
動させる液体加熱手段を設けた光学的液体シャッタにあ
る。

（実施例） そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて
説明する。

第１図は本発明に係る光学的液体シャッタの基本形を示
したものであり、上下の透明基板１、２の間に形成され
た空間を封止材５によって区画した液室６に不透明な液
体７を封入するとともに、光学的シャッタを形成すべき
一方の基板２の内面には、電極９を介して図示しない電
源に接続した透明な発熱体８が一体的に添設されてい
る。

このように構成された光学的液体シャッタにパルス状の
電圧を印加すると、発熱体８の内部に生じるジュール熱
により電圧印加から微小時間経過後に液室６内に封入さ
れた不透明液体７は過熱されてそこに気泡ａを生じ（第
１図（ハ））、これが上下の各基板１、２の内面に接触
してその部分を一時的に光の透過部とする（第１図
（ロ））。

したがって、例えばセルフォクレンズ（商品名）と呼ば
れる集束性光伝送体Ｂとともに光源Ｃと感光体Ｄの間に
配設した光学的液体シャッタＡに記録情報に応じたパル
ス電圧を印加すれば、光源Ｃからの光は発生した気泡ａ
部分を通過して帯電工程を経た感光体Ｄに達してそこに
記録情報に対応した静電像を形成する。

なお、液室６内に形成する気泡ａは必ずしも基板１、２
の内面に接触させる必要はなく、感光体Ｄの感度と基板
と気泡ａの間に存する液体７の層厚如何によっては非接
触状態においても感光体Ｄ上に十分な静電像を形成する
ことができる。

つぎに、上述した基本形から派生する幾つかの好ましい
実施例について詳しく説明する。

第３図（イ）に示した実施例は、外部からの気体の混入
と外部への液体７の蒸発を防ぐために２枚の透明基板
１、２を無機ガラスによって形成するとともに、その一
方、例えば図中下基板３の内面には、膜状の電気抵抗体
よりなる発熱体８を真空蒸着もしくはスパッタリングに
より形成し、その上に酸化ケイ素等よりなる絶縁性保護
膜10を被覆する一方、他方の基板、例えば図中上基板４
の内面には、全面に金属皮膜３を蒸着した上、気泡ａの
中央が接触する部分、つまり発熱体８の直上部分にフォ
トエッチング等によって所要の開口面積を持つ透孔４を
設けたもので、この透孔４により液体７中で発生する気
泡ａの大小に関わりなく、気泡ａの最も安定した中央部
分に正確な透光面積を持つ光の透過部を形成することが
できる。

これに対して第３図（ロ）に示した実施例は、金属被膜
３を感光体側に位置する例えば上基板４の上面に被覆し
たもので、この実施例によれば、セルフォックレンズ等
を用いることなく透孔４を着接感光体に近接させること
ができて装置の小型化を図ることができる。

また、第５図に示したように金属被膜３を下基板２の内
面に蒸着し、その上に透孔４に合わせて透明な発熱体８
を重ねて蒸着することも可能であり、このような構成と
した場合には、電極９を透明な導電材により成形する必
要がない。

ところで、上述した各実施例はいずれも透明基板１、２
を無機ガラスによって形成したものであるが、上基板１
については実質的にその全面が金属皮膜９によって被覆
されていて外部からの気体の混入や液体５の蒸発を防ぐ
ことができるから、これを薄膜透明樹脂材により成形し
てより薄型化を図ることも可能となる。

一方、上下両基板１、２間に封止する液体７について
は、光学的液体シャッタの用途によっても異なるが、小
型の記録装置として構成すべく、両基板１、２を30〜50
μｍ程度の間隔をおいて近接配置するものにおいては、
水のような粘性の小さい液体を使用するのが好ましく、
構造上気化を確実に阻止することができる場合には、ア
ルコールあるいは沸点の低いエーテル類を使用すること
ができる。また、油類は不透明材としての染料、顔料等
を混入するのに適しているほか、電極等を与える影響が
少ないため、発熱体８等を絶縁性保護層10によって被覆
することなく使用することができる。

これらの液体は、液中に含有する気体によって例えばキ
ャビテーション等が生じないよう十分脱気した上で封入
することが必要で、かつ、非加熱時に沸騰しないよう加
圧した状態で液体７を封入することが望ましいが、逆
に、封入圧を調整することにより、使用液体の種類ある
いは沸点を任意に設定することができる。

さらに、金属被膜３上に形成すべき透孔４は、その開口
径、数、配置が光学的液体シャッタの使用目的によって
も異なる。すなわち、カメラ等に使用する場合には、透
孔４が１つで、開口径はフィルム感度等によって決まる
大きなものが必要となるが、記録装置用として構成する
場合には、第４図に示したように多数の透孔４‥‥を列
状もしくは千鳥状に成形することが必要となる。

他方、下基板２に設ける透明な発熱体８は、窒化タンタ
ル、金、銀、酸化半導体、酸化錫、酸化インジウム、カ
ドミウム錫酸化物等、薄膜にすることによって透光性と
所要の電気抵抗を持つような各種の材料によって成形す
ることができ、さらに記録装置用として構成する場合に
は、第５図に示したように下基板２上に発熱体７を列設
した上、その一端を共通電極11に、他端を信号電極12に
接続させるよう構成される。

この発熱体８の形状も光学的液体シャッタの用途、配
列、応答速度等によって決めなければならず、カメラ用
として均一かつ可及的に大きな気泡を発生させなければ
ならない発熱体８としては円形にする必要があり、記録
装置用として形成する場合にはより高密度に配設するた
めに、列状に配設する場合には、これを列方向と直交す
る向きの長方形となし（第５図）、千鳥状に配設する場
合には菱形にすることが望ましい（第６図）。さらに透
孔４との関係において気泡の有効部をより短時間に生長
させる見地からとらえた場合には、第７図（イ）に示し
ように発熱体８の中央部を狭くし、その部分の抵抗をよ
り大きくして気泡を中心部から発生させるようにするこ
ともでき、またこの主旨に沿った別の例としては、発熱
体18の面に多数の孔19‥‥を設け、この孔19‥‥を中心
部にゆくほど密にして抵抗をより高くすることもできる
（同図（ロ））。

第８図（イ）に示した実施例は、発熱体８を高密度に配
設した場合における光のクロストークを防止するように
したものである。この実施例の光学的光シャッターは、
図に示すように、各発熱体８は、各発熱体８を区画する
ように下基板２面に多数の突起13・・・を設けたもので
ある。同図（ロ）はこれらの突起13を利用してその側面
に発熱体８を設けるようにしたものである。つまり、少
なくとも光路開閉部を透明となした一対の基板間（上下
基板１、２）に不透明液体を封入し一方の基板（下基板
２）の不透明液体側の面上に光路開閉部に外部信号によ
って駆動し光路開閉部に気泡を発生させる発熱体を設け
基板開閉部に入射する前記基板と直交する方向の光を前
記気泡により通過、遮断させるように光学的液体シャッ
タを形成し、一方の基板上に光路開閉部（透孔４）を囲
むように側面に不透明な発熱体８を形成した突起13を設
け突起13で囲まれた光路開閉部で気泡ａを発生させるよ
うにしたものである。

このようにすると、光路開閉部（透孔４）を囲むように
突起13を形成したため、液体の流動、温度等の環境条件
による気泡の生長度合等、他の外的要因に影響されるこ
となく気泡を安定的の生長させることができる。気泡の
生長度合についても駆動条件の厳格な調整が不用であ
り、多少のバラツキがあっても光路開閉部を囲む突起に
より他の光路開閉部に影響を及ぼすことがないため、駆
動が容易であり、かつ、正確、鮮明な画像形成をおこな
うことができる。また、発熱体８を不透明材にすると、
窒化タンタルのような不透明材を選択することができ、
発熱特性にすぐれた発熱体を用いることができる。一
方、このような不透明な発熱体であっても、突起の側面
に形成されているため、光路の開閉には何等不都合はな
い。そればかりか、光路開閉部を囲むように設けた突起
の側面に形成された発熱体が不透明であるため、透過す
る光のクロストークを防止することができる。

光学的液体シャッタの駆動手段としては、共通電極11と
信号電極12を用いるスタテイックな駆動方式以外に、ダ
イナミック駆動方式を採ることができる。

第９図（イ）（ロ）で示した実施例は、光学的論理積を
もってダイナミック駆動させるようにしたもので、３枚
の透明基板21、22、23によって２層の液室26、26を構成
するとともに、中段及び下段の各基板22、23に、共通電
極C₁C₂‥‥によって横方向に接続された複数行の発熱体
８‥‥と、信号電極D₁D₂‥‥によって縦方向に接続させ
た複数列の発熱体８′‥‥をそれぞれ上下対応させて配
設するとともに、これを位相及びピッチを変えたパルス
信号（同図（ニ））をもって駆動することにより、上下
共通して発生した気泡ａ、ａ′部分を光の透過部となし
たものであるが、同図（ハ）に示したように、中段の基
板22の上面に共通電極C₁C₂‥‥と発熱体８‥‥を、下面
に信号電極D₁D₂‥‥と発熱体８′‥‥を配設するように
すれば、両発熱体８、８′の位置精度を向上することが
できるほか、工程を削減することができる。

また第10図に示した実施例は、電流重畳法によってダイ
ナミック駆動させるようにしたもので、縦横に整列させ
た各発熱体８‥‥を縦横の電極27、27に接続し、一方の
電極27に流れる電流I₁もしくはI₂によっては両基板１、
２の一方の内面と接触することができない程度の不完全
な気泡ａ′しか発生しないが、縦横それぞれの電流I₁、
I₂が重畳したときは、両基板３、４の内面に接触する完
全な気泡ａが形成されるようにしたものである（同図
（ロ））。

ところで、本発明に掛る光学的液体シャッタは、基板間
隔δを30乃至50μｍとした場合に、発熱体８に10μｓ程
度のパルス電圧を印加することによって瞬間的に気泡ａ
を発生させることができるが、記録の態様によって気泡
ａを長時間保持させる必要がある場合には、第11図
（イ）に示したように所定のパルス電圧を印加した後、
気泡ａを持続させるに必要なこれより低い電圧を所要時
間ｔを印加し続けるか、あるいは短いパルスP₁‥‥を断
続的に印加すればよく（同図（ロ））、これによって消
費電力の軽減と発熱体８の長寿命化を図ることができ
る。

また、画像に階調性を持たせる必要がある場合には、第
12図に示したように例えば100〜200μｓを一単位とする
駆動パルスＰを10μｓ程度の短いパルスP₂の一群として
印加すれば、断続する多数の小さな気泡ａによってハー
フトーンを形成することができ、また、基板１、２の一
方に接触しない程度の気泡ａを発生させることにより、
基板１と気泡ａとの間に存する液体７の層厚に応じて画
像に階調性を持たせることもできる。

ところで、以上の各実施例はいずれも気泡発生手段とし
て発熱体８を用いたものであるが、不透明液体７の電気
伝導度如何によっては液体８自体にジュール熱を発生さ
せて気泡ａを形成するようにするできる。

第13図はこの実施例を示したもので、上下の各基板１、
２の相対向する面に透明電極31、31を設けるとともに、
これらのパルス状の電圧を印加して両電極31、31が相対
向する部分の液体７に通電し発熱させて気泡ａを発生さ
せるようにしたもので、この実施例によれば発熱体８を
不要にすることができると同時に、第14図に示したよう
に両基板１、２に共通電極C₁C₂‥‥と信号電極D₁D₂‥‥
を横方向及び縦方向に設けることにより、パルス電圧が
印加された両電極C₁D₁の交点部分に気泡a₁を発生させる
ようなマトリックス駆動を行なわせることもできる。

第15図は高密度記録動作をさせた場合に必要となるであ
ろう液体７の温度上昇防止手段に関するものであり、液
室６の両端に液体循環路41を接続するとともに、この循
環路41の一部にペルチェ効果による液体冷却器42を配設
したものであるが、この液体冷却器42としては他にヒー
トシンク等を用いてもよく、また必要に応じては循環路
41中にポンプを併設して液体７を強制的に循環させるよ
うにしてもよい。

また第16図に示したものは、気泡ａの発生に伴なう相互
干渉の防止手段に関するもので、透孔４を避けた基板１
の一部に圧電素子43を設けるとともに、これを発熱体８
に印加するパルス信号と同期させたパルス電圧により駆
動し、気泡ａの発生、消滅に伴なう内部圧力を均一に維
持させるようにしたものであるが、これ以外に液室６内
に可撓性のエアカプセルを封入して、内部圧力の変動を
エアカプセルの変形により吸収するように構成するか、
もしくは、基板１、２の一方もしくは両方の全面もしく
は一部を薄く形成し、その部分の変形によって内部圧力
を吸収させるように構成することもできる。

さらに第17図に示した変形例は、基板２上に設けた突起
51によって区画した１シャッタ区画室52内に、透明なピ
ース53を移動可能に配設するとともに、透孔４の領域外
に設けた発熱体８により発生させた気泡ａによって透明
ピース53を図中右方向移動させ、この透明ピース53を介
して透孔４領域から不透明液体７を排除するようにした
ものである。

なお、上述した各実施例はいずれも光透過型として構成
したものであるが、第18図に示した実施例は、感光体Ｄ
の対側に位置する基板61の内面にアルミ板を添設するか
もしくはアルミ蒸着膜62を形成するとともに、その面に
発熱体８を設けて反射型の光学的液体シャッタとなし、
内部に気泡ａを形成してその像を感光体Ｄ上に結像する
ようにしたものであるが、シャッタを透明型に形成し、
この上に被覆する複写機のカバーに反射板の役割を持た
せるようにすることもできる。

（効果） 以上述べたように本発明によれば、少なくとも気泡発生
部を透明となした２つの基板間に不透明液体を封入する
とともに、気泡発生部に設けた液体加熱手段を外部信号
によって駆動することにより、不透明液体中に生じる気
泡によって部分的な光の透過部を形成するようにしたの
で、基板間隔及び駆動電流の如何によりシャッタ開口
径、換言すれば単位時間当りの露光量を任意に設定する
ことが可能になるばかりでなく、液晶シャッタにおいて
は期待することのできない10μｓオーダーでの光路の開
閉動作を行なわせることができる。

また、気泡による光路の開閉により、開時における光透
過率を基板の光透過率に近い値まで高め、かつ閉時にお
ける光の透過を完全に遮断することができるため、地肌
汚れ等が生じない鮮明な画像形成が可能となるほか、同
時に、光源の許容度、選択巾を大きくして電子写真装置
等のレイアウトをきわめて容易にすることができる。

しかも内部に封入する液体としては、化学的に安定な任
意のものが選べるため、温度、湿度あるいは紫外光等に
影響されることのない耐用性に富んだシャッタを安価に
構成することができる。また、つまり、少なくとも光路
開閉部を透明となした一対の基板間に不透明液体を封入
し一方の基板の不透明液体側の面上に光路開閉部に外部
信号によって駆動し光路開閉部に気泡を発生させる発熱
体を設け基板開閉部に入射する前記基板と直交する方向
の光を前記気泡により通過、遮断させるように光学的液
体シャッタを形成し、一方の基板上に光路開閉部を囲む
ように側面に不透明な発熱体を形成した突起を設け突起
で囲まれた光路開閉部で気泡を発生させるようにする
と、光路開閉部を囲むように突起を形成するため、液体
の流動、温度等の環境条件により気泡の生長度合等、他
の外的要因に影響されることなく気泡を安定的の生長さ
せることができる。気泡の生長度合についても駆動条件
の厳格な調整が不用であり、多少のバラツキがあっても
光路開閉部を囲む突起により他の光路開閉部に影響を及
ぼすことがないため、駆動が容易であり、かつ、正確、
鮮明な画像形成をおこなうことができる。また、発熱体
を不透明材にすると、窒化タンタルのような不透明材を
選択することができ、発熱特性にすぐれた発熱体を用い
ることができる。一方、このような不透明な発熱体であ
っても、突起の側面に形成されているため、光路の開閉
には何等不都合はない。そればかりか、光路開閉部を囲
むように設けた突起の側面に形成された発熱体が不透明
であるため、透過する光のクロストークを防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）乃至（ハ）は、原理的な機構をもっ
て示した本発明装置の作動状態と、パルス電圧印加時に
おける気泡の発生状態を示した図、第２図は本発明装置
を静電記録装置に適用した場合の一例を示す図、第３図
（イ）乃至（ハ）はいずれも本発明の好ましい実施例を
示した断面図、第４図（イ）（ロ）は同上装置の平面
図、第５、６図は発熱体の配置を示す図、第７図（イ）
（ロ）は発熱体の形状についての一例を示す図、第８図
（イ）（ロ）はいずれも本発明の他の実施例を示す装置
の断面図、第９図（イ）乃至（ニ）は別の実施例につい
ての平面図、側面図、部分図及び信号電圧印加タイミン
グを示す図、第10図（イ）（ロ）はさらに別の実施例に
ついての平面図と気泡発生状態を示す図、第11（イ）
（ロ）、12図は印加すべきパルス電圧について示した
図、第13図（イ）（ロ）、第14図乃至第18図はいずれも
本発明についてのさらに別の実施例を示した図である。 １、２……基板、３……金属被膜 ４……透孔、５……封止材 ６……液室、７……不透明液体 ８……発熱体、９……電極 10……絶縁被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも光路開閉部を透明となした一対
   の基板間に不透明液体を封入し前記一方の基板の前記不
   透明液体側の面上に前記光路開閉部に外部信号によって
   駆動し前記光路開閉部に気泡を発生させる発熱体を設け
   前記基板開閉部に入射する前記基板と直交する方向の光
   を前記気泡により通過、遮断させる光学的液体シャッタ
   において、前記一方の基板上に前記光路開閉部を囲むよ
   うに側面に不透明な発熱体を形成した突起を設け前記突
   起で囲まれた前記光路開閉部で前記気泡を発生させるこ
   とを特徴とする光学的液体シャッタ。