JPS6053933A - 潜像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶シャッタアレイと、例えば電子写真プリ
ンタで用いる感光体のごとき潜像担持体との組合せから
なる潜像形成装置に関し、特にシャッタアレイを複層一
体化し各層を制御駆動させることにより多階調像再生を
可能とした潜像形成装置に関する。

従来より、電気画像信号を光の形で電子写真感光体に与
え、多階調で可視化するものとしてレーザビームプリン
タ（ＬＢＰ）が良く知られている。又、近年では液晶の
光学変調機能を利用し、この変調部をアレイ状に並べて
これに光をあて、その透過光により感光体に２値光画像
信号を与える所謂液晶−光シヤツタアレイの提案がなさ
れている。この液晶−光シヤツタアレイの利点として挙
げられることは。

１．プリンタとしての装置が小型化できること、２、Ｌ
ＢＰで使用されるポリゴンスキャナの様な機械的駆動部
分がないために騒音がなく、また厳しい機械的精度の要
求が小さいこと、などがある。このような利点を有する
ことは、おのずからプリンタ自体の信頼性の向上、軽量
化および低コスト化の可能性を生みだすものであるが、
実際には種々の障害がある。この点について、以下に例
を挙げて説明する。第１図は、最も容易に理解されるで
あろう液晶シャッタアレイ構成例を示す部分平面図であ
り、第２図はそのＩＩ−ｎ線に沿って取った断面図であ
る。（但し、簡単化のため、第１図には一対の偏光板の
図示は省略する）。

第１図に示す様に、液晶シャッタアレイには、シャッタ
の開口部１が設けられ、他の部分（図に斜線で示す）に
は洩れ光が生じない様にするため、通常マスクが施され
る。液晶９は、ガラス、プラスチ・ンクなどの透明板よ
りなる基板２ａの内壁面に設けた信号電極３　（３ａ　
、３’ｂ　、３ｃ　、３ｄ・・・・・・）とこの信号電
極３と対向して配置した共通電極４の間に封入されてい
る。共通電極４は、同様にガラス、プラスチックなどの
透明板よりなる基板２ｂの上に形成されている。かかる
基板２ａ、２ｂ間は、通常、周囲部に配置されたポリエ
ステルフィルム、ガラスファイバーを混入させたエポキ
シ接着剤やフリットガラスなどのシールスペーサー（図
示せず）で一定間隔に保たれている。

信号電極３と共通電極４は、酸化イリジウム、酸化錫や
ＩＴＯ（酸化錫を５ｗｔ％含有させた酸化イリジウム）
などの透明導電膜により形成でき、それぞれリード線５
および６が引き出され、これらリード線はシャッタアレ
イ駆動回路（図示せず）に接続される。

第２図により、液晶−光シヤツタアレイの動作の一例を
説明すると、このシャッタアレイの開閉は、信号電極３
　（３ａ　、３ｂ　、３ｃ　、・・・・・・）に印加す
る電圧を選ぶことにより、信号電極３と対向する共通電
極４との間で液晶９の配向状態を制御して、照射光重に
対して透過光Ｔを決めることができる。

第２図において、偏光板７と８は、クロスニコルの状態
で配置され、さらに２枚の基板には、偏光板７と８の偏
光方向に対し液晶９の初期配向方向が４５度の方向とな
る様に、ラビング処理などの方法により配向処理されて
いる。この際、液晶９としては正の誘電異方性をもつ液
晶（ＰＩ液晶）が使用されている。

このような設定のもとに信号電極３ａ、３ｂ。

３ｃ　、・・・・・・に印加する電圧を選び、共通電極
４は通常接地させる。

第２図において、信号電極３ｂには比較的大きな電圧が
印加されており、このときＰ型液晶分子は、例えばセル
面に対しほぼ垂直に配向する。このとき、照射光Ｉは信
号電極３ｂ部では透過しない。これに対し、信号電極３
ａと３０にはゼロあるいは比較的小さな電圧を印加する
と、この部分のＰ型液晶分子は、配向状態を変え、照射
光Ｉは透過光Ｔとなって透過する。この動作方法では照
射光重としては、単色光を用いる方がより大きなコント
ラストがとれるが、白色光源でもコン）７ストは得られ
る。

以上の様な動作を繰り返すことにより、ヅヤ・ンタアレ
イは感光体に画像信号を与えていく。

しかしながら、この様な従来の液晶−光シャ・ンタを、
潜像担持体上に設けた場合には、各潜像画素を白かある
いは黒かのいずれかに像形成することしか出来ず、中間
調を再生するにはディザ処理に代表される擬似中間調再
生処理が施こされるのが常である。従がって中間調再生
画像は、個々の白・黒の小画素の集合として擬似的に中
間調を再生する為、個々の画素それ自体で中間調を表現
する場合に比べて解像度が低下するという大きな欠点を
原理的に有する。

そこで最近１画素それ自体に中間調を持たして像再生を
可能とする方式が、液晶シャ・ンタにお−ても提案され
ており、その主なものは、液晶駆動方法によって透過率
を変化させ潜像担持体面に照射される光量を変えること
である。例えば液晶の駆動電圧と駆動周波数を変化させ
て実効的に液晶の両電極間に印加される電界を可変する
方式がそれである。しかしながらこの方式に依れば、そ
の駆動回路に何らかのアナログ信号処理が介入している
為に、個々の画素に対応して数予測に及ぶマイクロシャ
ッタからなる全セルを駆動する回路を構成することは困
難な場合が多く、実用的な構成による提案とはいい難い
。

本発明の目的は、前述の問題を克服し、すなわち、アナ
ログ的な信号処理を含まず、ディジタル的な制御によっ
て中間調の再生を行なう液晶光シャッタアレイヘッドを
、潜像担持体と組合せて、信頼性の高い中間調再生の可
能な潜像形成装置を提供することにある。

すなわち、本発明の潜像形成装置は、上述の目的を達成
するために開発されたものであり、より詳しくは、光源
と潜像担持体間に複層一体化シャッタアレイを配置して
なり；該複層一体化シャッタアレイは、それぞれ透明電
極を有する３以上の透明基板を、それぞれの透明基板間
にスペーサ一部材を介して所定の間隔を与えて一体化し
、かつそれぞれの透明基板間に液晶を挟持させ、てなり
、更に３以上の透明電極は、その全数または全数より１
少ない数が、互に基板の延長方向で分離されて個々のマ
イクロシャッタを構成する信号電極であり、異なる基板
上の信号電極は基板の延長方向に関して位置合せされて
なることを特徴とするものである。

以下、本発明を図面を参照しつつ、更に詳細に説明する
。

第３図は、本発明の潜像形成装置の一実施例の模式側面
図であり、この装置は、たとえば螢光対に代表される光
源１０１と、電子写真プリンタ用感光体ドラム等の潜像
担持体１０２とを結ぶ光路Ａ上には、シリンドリカルレ
ンズ１ｏ３、液晶シャッタアレイ１０４、セルフォック
レンズ１０５を、順次配置してなり、液晶シャッタアレ
イ１゜４は、駆動回路１０６駆動制御される。

液晶シャッタアレイ１０４は、第１図および第２図に示
す従来の液晶と異なり、２層をなす液晶体の中間に中間
電極を有する。その−例１０４ａの積層構造および平面
構造は、第４図および第５図（但し、この第５図では便
宜上、偏光板の図示は省略する）に示す通りである。す
なわち、それぞれポリエステルフィルム、ガラスファイ
バーを混入させたエポキシ接着剤あるいはガラスフリッ
トなどにより構成されたスペーサ（図示せず）を介して
、所定の間隔に保持された第１の透明基板１２ａ、第２
の透明基板１２ｂおよび第３の透明基板１２ｃには、そ
れぞれ、第１の透明電極（この例では信号電極）１３、
第２の透明電極（中間電極。この例では信号電極）２３
および第３の透明電極（この例では共通電極）３３が設
けられている。このうち、中間電極２３　（２３ａ　、
　２３　ｂ、２３ｃ・・・）は第２の透明基板の表裏に
、それぞれ導通した状態で設けられている。また、これ
ら透明電極１３．２３および３３は、それぞれ酸化イン
ジウム、酸化錫や工Ｔｏ（インジウム−錫複合酸化物）
などの透明導電膜により構成され、リード線１５．２５
および３５で駆動回路１０６に接続される。更に、これ
ら透明電極を設けた基板１２ａと１２ｂ間ならびに基板
１２ｂと１２ｃ間には、それぞれ例えば正の誘電異方性
を有するネマチックＰ型液晶等の電界効果型液晶からな
る液晶１９および２９が挟持され、また、これら基板を
挟持して、一対のクロスニコルの関係にある偏光板１７
および１８が配置されている。更に電極１３を有する基
板１２ａの面と電極３３を有する基板１２ｃの面は、そ
れぞれ、偏光板１７および１８の偏光方向と並行に、ま
た電極２３を有する基板１２ａの面は、これら２つの偏
光方向の中間方向に、それぞれラビング処理等により配
材処理が施されている。

したがって、液晶１９と２９は、一般に、電極１３．２
３．３３によって印加される電圧がＯのときに、それぞ
れ最大透過度を示し、電圧が印加されると、その印加電
圧に応じて、透過度を減じ、これら電極１３，２３．３
３を通過する光は、これら透過度の積として減衰される
。したがって、これら三電極に適当な電圧を加えること
によって透過光強度をディジタル的に複数段制御するこ
とが可能になる。

第６図に別の実施例にかかる液晶シャッタアレイ１０４
ｂの積層構成を示す。本例のシャッタアレイは、第４図
の例とは、基板１２ｂの中間電極２３上に、更に、中間
偏光板２７を設けた点で異なる。これにより、第４図の
例とは異なり、３枚の対向する偏光板１７．２７および
１８を互いにクロスニコル状態とすることにより、電極
１３゜２３．３３間に挟まれた液晶１９と２９とを完全
に独立に制御することが可能になる。

他方、液晶１９．２９としてゲストホストタイプの液晶
を用いれば、偏光板１７，１８．３２はいずれも不要と
なり、これら液晶を同様に独立に制御することが可能に
なる。

次に上記８４図（または第６図）および第５図に示す例
において、各電極に加える駆動信号波形の一例を第７図
に示す。第７図（ａ）のＶで示した信号は共通電極３３
に常時加えるものであり信号電極１３及び中間電極２３
に加える信号は、該信号と該信号の逆相信号−■（第７
図（ｂ）とそのの平均ＤＣ電圧つまりＯＶ（第７図（Ｃ
））の３通りとする。その結果、液晶１９およびそれぞ
れ電界０．Ｖ、２Ｖの状態に対応した３つの透過率を示
す状態に制御することが可能となり、総合的には３Ｘ３
＝９通りの光強度の変調が可能となる。信号電極と中間
電極間の透過率をＴ八、中間電極と共通電極間のそれを
ＴＢとしそれぞれ前記３つの状態での透過率を後表１に
示す。また９通りの組合わせの状態を表２に示す。

その結果、本実施例においては実際に表３に示すように
１５％〜０．９６％にわたる８段階の変調が可能となる
。

次に上述した８段階の光強度に対する再生画像濃度の関
係を第８図を用いて説明する。

＄８図において、右図は一般にＥ−Ｖ特性と称せられる
もので、潜像担持体に照射される光の光量に対する潜像
担持体表面電位を示したもので、−次帯電後所定の光量
を加えることにより、電荷が放電されその表面電位が制
御される。また同図左側は、Ｖ−Ｄ特性といわれるもの
で、相持体表面電位に対するトナーによる現像濃度の関
係を示す。

従がって、両グラフ上に前記８段階の光を入射させた場
合の各光強度に対する再生濃度は、図示した作図によっ
て容易に得られる。たとえば、透過率１５％の時Ｄ：０
．２、透過率４％の時Ｄ：０．８となる。

−ここで各透過率と濃度の対応は、１対ｌであり、その
値は、照射時間、光源強度Ｅ−Ｖ特性、Ｖ−Ｄ特性によ
って任意に設定出来、また透過率は、印加電圧（パルス
信号の波高値、）及び駆動周波数、液晶材等で任意に設
定出来る。

なお、上記の例においては、中間電極を一枚用いる例に
ついて、説明したが中間電極を２枚以上にすることによ
って、更に多数の透過率状態が得られることは容易に理
解できよう。一般に、中間電極をＮ枚とすると、液晶層
は（Ｎ＋１）層になり、これに応じて最大３の（Ｎ＋１
）乗までの透過率状態が得られる。

次に本発明における中間電極を有する液晶の駆動回路に
ついて説明する。

前述したとおり本発明における液晶は、信号電極、中間
電極、共通電極の３つの電極に駆動信号を加えることに
よって、１つのマイクロシャ・ンタの透過率を制御する
物であり、信号電極及び中間電極の駆動回路はそれぞれ
ｖ　、　−ｖ　、　ｏｖなる３つの駆動信号を選択的に
接続する回路から成り、また共通電極には定常時に■な
る信号を加える回路となる。

第９図は駆動回路の実施例である。

図中、トランジスタ８６．８７及びトランジスタ８８．
８９で構成されたスイッチング回路は、それぞれ電源電
圧＋■、及び−Ｖを信号電極端子９０に接続する回路で
あり、今トランジスタ８６のベース電位が“°Ｈ°°レ
ベルかつＴｒ８８ｃ７）エミッタが゛”Ｌ”レベルの時
、Ｔｒ８６．８７はＯＮし、かつＴｒ８８．８９はＯＦ
Ｆして、信号電極１３の端子９０の電位は、＋　Ｖ　ｘ
　１００Ｒ／（ＩＱＯＲ＋　Ｒ）：Ｖとなる。同様にし
て、Ｔｒ８Ｂのベース電位が“Ｌ”、Ｔｒ８８のエミッ
タ電位が“ＨＩＩの時、出力端子９０の電位は−Ｖ、［
Ｖ］となる。従がって、上記状態を周期的に繰り返せば
、信号電極１３へは振幅Ｖ　［Ｖ］の矩形状のパルス信
号を与えることが出来る。

またＴｒ８６，８８両トランジスタのベース及びエミッ
タ電位を“Ｌ”レベルに保てばＴｒ８６．８７．８８．
８９全てがＯＦＦされ出力端子９０は抵抗１００Ｒによ
り接地され０　［Ｖ］に保たれる。

従がって、アントゲ−）８４．８５及び選択信号Ａ、Ｂ
によって前述の３つの状態を作る。選択信号Ａが“Ｌ″
レベル時、ゲート８４．８５の出力は°“Ｌ　＋１とな
り出力端子９０はＯ［Ｖ］、該信号が“Ｈ″の時、選択
信号ＢによってアナログＳＷ８１が作動し、ゲート回路
８５の入力は、矩形発振器８０の出力がＳＷ８１−Ｂに
よって接続されるか、ＳＷ８１−Ａによってインバータ
８２で反転された信号が接続される為、Ｔｒ８８のエミ
ッタはｏｓｃａｏに同期、あるいは反転同期してＳＷさ
れる。尚ゲート８４への入力信号は、インバータ８３に
よって反転される為、常に両ゲート回路出力は反転した
状態を保つ。その結果出力端子９０は、０３Ｃ８０に同
期した振幅Ｖ　［Ｖ］のパルスかあるいはその反転パル
スとなる。

同様にして、中間電極２３の制御も選択信号ＣとＤの２
ｂｉｔ信号によって、３つの状態を作り得る。

尚、共通電極３３への駆動回路は、Ｔｒ９１〜９４及び
インバータ９５によって常にｏｓｃａ。

に同期し、振幅Ｖ　［Ｖ］のパルス信号を得る。

本実施例においては電源電圧±Ｖは、５ｖ程度であり正
、負電源の値は液晶の寿命の点から考えて一般に等しく
する。またＳ　ｅｇＡとＳ　ｅｇＢとでパルス信号の振
幅を変えることによって両液晶の透過率の設定により自
由度を持たせることが可能である。

次に、以上述べてきたマイクロシャッタがアレイ状に配
列されたヘッドの状態を、実際に駆動する系と、実際に
固体撮像素子で濃度データとじてオリジナルを読み取り
多値に再生する全体系について説明する。

第１０図は、全体系を示すブロック図であり、２０１は
ＣＯＤであるところの固体撮像素子、２０２は該アナロ
グ出力をＡＤ変換するＡＤコンバータ、２０３は濃度に
応じた複数ｂｉｔの信号を濃度に応じて液晶の透過率を
選択駆動するＡ〜Ｄの信号に変換するデコード回路、２
０４（２０４−１，２０４−２、・・・）、及び２０５
（２０５−１，２０５−２，・・・）は、順次シリアル
に転送されて来るＡとＢ、及びＣとＤのＣＣＤ駆動信号
を各マイクロシャッタ１０４−１．１０４−２　。

１０４−３・・・に対応させてラッチするシフトレジス
タから成るシリアル−パラレル変換回路と、前記各マイ
クロシャッタに対応したＡ−Ｄ信号に応じて信号電極１
３　（１３ａ、１３ｂ・・・）及び中間電極２３　（２
３ａ、２３ｂ・・・）に所定の駆動信号を発生する第９
図に示したドライバー回路から成るＩＣ部である。各Ｉ
Ｃ２０４−１，２０５−１等は多数配列されたマイクロ
シャッタのうちそれぞれ３２コのマイクロシャッタの駆
動を担当する。２０７は共通電極３３を駆動する駆動回
路、信号バス２０６は前記ＩＣを作動させる為の電源、
及び転送りロック、ラッチクロック、イネーブル信号か
ら成りそれぞれ全チップに並列に入力される。

尚、該チップ２０４及び２０５を形成するシフトレジス
タは双方向性とすることによって、マイクロシャッタの
並びに対してその両側に配置しても実装上比較的容易に
同じチップを使用することが可能である。

また第１１図は、ＡＤコンバータ２０２の出力（３ｂｉ
ｔ　ａ−ｂ−ｃ）信号から、電極制御信号Ａ−Ｄに変化
するデコーダ２０３の回路図である。図中３０１ａ〜３
０１Ｃはインバータ、３０２ａ〜３０２ｆはアンド回路
、３０３ａ〜３０３Ｃはオア回路であり、簡単な回路に
より実現できる。

次にＡＤ変換された３ｂｉｔ＄度データと、オリジナル
濃度、及び前述した８値の再生濃度との関係を第１２図
により説明する。

第１２図において、右側はオリジナル濃度とＣＯＤ出力
を３ｂｉｔのＡＤ変換器で量子化した時の各レベルとの
関係を示したもので、たとえばオリジナル濃度がＤ＝１
．０〜１．２３の間の量子化レベルは４を示す。該レベ
ルによって前述したごとく、マイクロシャッタの信号電
極及び中間電極を制御する信号Ａ−Ｄは、所定の値に変
換され、その結果再生濃度がＤ＝約０．９を得る。第１
２図の左側は、上述した手順により、たとえばトナー画
像として再生された画素濃度とオリジナル濃度を関係づ
けた特性グラフであり、はぼ１対ｌの対応によって再生
出来る。

上述のようにして潜像担持体１０２上には、シャッタア
レイ１０４による逐次光変調により列状の静電潜像が得
られるが、担持体１０２をこれらシャッタアレイの延長
方向と直交する方向に相対的に移動させつつ光変調操作
を続けることにより、担持体１０２上には、面状の静電
潜像が得られる。担持体１０２上に得られた静電潜像は
、公知の電子写真法によりたとえば粉末トナーにより現
像され、必要に応じて普通紙等に転写される。また、潜
像相持体１０２が、感光磁化体であれば磁性粉末トナー
により現像可能である。

上述したように本発明によれば、複数の液晶層を中間電
極を介して一体化した多数のマイク・ロセルからなる複
層一体化液晶シャッタアレイを、光源と潜像担持体との
間に配置して、各液晶層にそれぞれ制御された駆動電圧
を印加させる方式により多階調画像を再生可能な潜像形
成装置が提供される。また、上記した一層の中間電極を
用いる場合でも、９濃度値（８段階）の多階調画像が再
生できるほか、中間電極数を増加することにより、より
一層階調性の高い、いわゆる銀塩写真法に近い高画質で
の像再生が可能となる。

表−１ 表−２ 表−３［％］

【図面の簡単な説明】

第１図は基本的な液晶シャッタアレイの部分平面図、第
２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線に沿って取った断面図、
第３図は本発明の潜像形成装置の一実施例の模式側面図
、第４図および第６図は第３図装置の液晶シャッタアレ
イ部の積層構造を示す部分断面図、第５図は第４図に対
応する液晶シャッタアレイの平面図、第７図（Ｌ）〜（
Ｃ）はそれぞれ共通電極または信号電極に印加される駆
動電圧波形図、第８図は潜像担持体の照射光強度−潜像
電位−再生像濃度特性グラフ、第９図は駆動回路図、第
１Ｏ図はオリジナル画像により液晶駆動を行なう系のブ
ロック図、第１１図はデコーダ回路図、第１２図はオリ
ジナル濃度−再生濃度対応図である。 ｌ・・・シャツタ開口部 ２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ ・・・透明基板 ３ａ、３ｂ、３ｃ、１３　（１３ａ、１３ｂ。 １３ｃ・・・透明信号電極膜 ２３・・・中間電極膜 ４，３３・・・透明共通電極膜 ５．６，１５，２５．３５・・・リード線７．８．１７
，１８．２７・・・偏光板９．１９．２９・・・液晶 １０１・・・光源 １０２・・・潜像担持体 １０３・・・シリンドリカルレンズ １０４・・・シャッタアレイ １０５・・・セルフォックレンズ １０６・・・駆動回路 Ｉ　Ｉ　Ｉ　’ Ｔ　Ｔ ／ 篤４ｍ　篤乙ｎ 冨５ｃａｎ　（↓） ？５　どｓ　ｚｓ　２’、５ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　光源と潜像相持体間に複層一体化シャッタアレイ
   を配置してなり；該複層一体化シャッタアレイは、それ
   ぞれ透明電極を有する３以上の透明基板を、それぞれの
   透明基板間にスペーサ一部材を介して所定の間隔を与え
   て一体化し、かつそれぞれの透明基板間に液晶を挟持さ
   せてなり、更に３以」二の透明電極は、その全数または
   全数より１少ない数が、互に基板の延長方向で分離され
   て個々のマイクロシャッタを構成する信号電極であり、
   異なる基板上の信号電極は基板の延長方向に関して位置
   合せされてなることを特徴とする潜像形成装置。 ２、　前記３以上の透明電極の１が、透明基板上に一様
   に延長する共通電極である特許請求の範囲第１項記載の
   潜像形成装置。 ３、　複数の駆動信号の組み合わせによって２つ以上の
   状態に１つの電極を制御する電極駆動回路と再生濃度に
   応じた複数ｂｉｔ信号から、前記駆動信号に変換するゲ
   ート回路を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の潜像形成装置。