| 【発明の名称】 |
画像記録装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】砂川 寛
【住所又は居所】神奈川県足柄上郡開成町宮台７９８番地 富士写真フイルム株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】アウタードラムに露光記録させる際、ドラムサグによるピンボケを防止し、光利用効率を低下させず、高速に露光する。
【解決手段】二次元的に配列された光源群によって形成される画像を、回転するドラムの外面に巻き付けられた記録媒体上に、光学系を介して結像する画像記録装置であって、前記光学系が、その結像面が前記ドラム外面と等しい円筒面を持つように結像される円筒面形成光学素子を有することを特徴とする画像記録装置を提供することにより前記課題を解決する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】二次元的に配列された光源群によって形成される画像を、回転するドラムの外面に巻き付けられた記録媒体上に、光学系を介して結像する画像記録装置であって、前記光学系が、その結像面が前記ドラム外面と等しい円筒面を持つように結像される円筒面形成光学素子を有することを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】前記光学系は、前記二次元的に配列された光源群の像を一旦結像させ、さらに、その像を前記ドラム外面に巻き付けられた記録媒体上に結像させる光学系であり、かつ、前記円筒面形成光学素子が、前記二次元的に配列された光源群の像を一旦結像させた面の近傍に配置された請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項３】前記円筒面形成光学素子が、前記二次元的に配列された光源群の近傍に配置された請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項４】前記円筒面形成光学素子が、前記ドラム外面の近傍に配置された請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項５】前記円筒面形成光学素子は、前記ドラム外面に入射する光の光軸を含み、前記ドラムの回転軸に垂直な平面内で、その厚さが変化するシリンドリカルレンズ、または、前記ドラム外面に入射する光の光軸を含み、前記ドラムの回転軸に垂直な平面内で、その屈折率が変化する屈折率分布シリンドリカルレンズである請求項１〜４のいずれかに記載の画像記録装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルマイクロミラーデバイス等の二次元空間変調素子とドラムを用いた画像露光の技術分野に属し、特に、画像ボケのない高精度な画像露光を行うことができる画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種のプリンタ等で利用されているデジタルの（画像）露光系においては、レーザビームを主走査方向に偏向すると共に、感光材料と光学系とを主走査方向と直交する副走査方向に相対的に移動することにより、記録画像に応じて変調したレーザビームで感光材料を二次元的に露光する、いわゆるレーザビーム走査露光（ラスタスキャン）が主流である。
【０００３】これに対し、近年、ディスプレイやモニタにおける表示手段として利用されている液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤとする。）やデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤとする。）等の二次元の空間変調素子を用いるデジタルの画像露光系が、各種提案されている。この露光系においては、基本的に、二次元空間（光）変調素子による表示画像を、感光材料に結像することにより、感光材料を露光する。特に、ＤＭＤはＬＣＤに比して、変調速度（応答速度）が早く、しかも光の利用効率も高いので、高速での露光に有利である。
【０００４】ところで、印刷製版の分野においては、画像の露光は、例えば、ドラムの外周面（外面）に感光材料を巻き付けて（保持して）回転し、光学系をドラムの軸線方向に移動することにより、画像に応じて変調された光で感光材料を二次元的に走査露光する、いわゆるドラムスキャナが多用されている。
【０００５】例えば、図８に示すような、超高圧水銀灯等の光源１２６及びリフレクタ１２８とを有して構成される光源部１１２、コリメートレンズ１３０とフライアイレンズ１３２を有して構成される均一照射光学系１１４、コリメートレンズ（光コリメータ）１１６、反射ミラー１１８、ＤＭＤ１２０、結像光学系１２２及びアウタードラム（エクスターナルドラム）１２４と、図示しない副走査駆動系とを有する画像露光装置１００が知られている。これは、二次元空間変調素子であるＤＭＤ１２０を用いてアウタードラム１２４の外面に装着されたＰＳ版等の感光材料を二次元的に走査露光するドラムスキャナである。
【０００６】このような、ドラムスキャナにおいては、ＤＭＤ１２０に応じて、ドラム表面に結像される画像はある大きさ（露光エリア）を有している。この結像面は、図９（ａ）に破線で示すように、平面であるのが通常である。これに対し、ドラム外面は、湾曲しているため、アウタードラム１２４の径と、ドラム表面に入射する光の主走査方向の長さｄ１とに応じて、距離α１だけ焦点位置ずれ、すなわちピントボケが生じて、画像がボケてしまう。
【０００７】このようなドラムの湾曲（そり）による平面からのずれ（ドラムサグ）による画像のボケを防止する方法として、例えば、特開２００１−２５５６６５公報には、図９（ｂ）に示すように、例えば光源１１２からアウタードラム１２４に至る光路中にスリット板１４０（あるいは、フライアイレンズ等の規制手段）を配置することにより、ＤＭＤ１２０からドラム表面に入射される光の主走査方向の長さｄ１を規制して、ｄ２のように短くすることで、焦点位置ずれをα２のように小さくするようにして画像記録する方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来の画像記録方法では、二次元空間変調素子からの光を主走査方向に規制（制限）するため、照明効率が低下するという問題がある。また一方、画像露光をさらに効率良く高速で行うことが望まれており、そのため、二次元空間変調素子を用いて、回転するドラムの外面に保持された感光材料上に画像を結像させる画像記録において、画像の引きずりによる画素サイズの増大をなくし、広がりを持った光源により、高解像度の画像記録を効率良く行うために、前記ドラムの回転に同期して、前記二次元空間変調素子からの光を偏向させて、前記感光材料上に結像する画像を相対的に静止させるようにして画像記録を行う方法が考えられる。しかし、この方法では、前述したドラムサグによる画像のピンボケの問題はより一層大きくなるという問題がある。
【０００９】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、二次元配列の光源群、または二次元空間光変調素子により形成される二次元光源（これらをまとめて二次元的に配列された光源という。）の像を、アウタードラムに露光記録させる際、ドラムサグによるピンボケを防止し、光利用効率を低下させず、高速に露光することのできる画像記録装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、本発明は、二次元的に配列された光源群によって形成される画像を、回転するドラムの外面に巻き付けられた記録媒体上に、光学系を介して結像する画像記録装置であって、前記光学系が、その結像面が前記ドラム外面と等しい円筒面を持つように結像される円筒面形成光学素子を有することを特徴とする画像記録装置を提供する。
【００１１】また、前記光学系は、前記二次元的に配列された光源群の像を一旦結像させ、さらに、その像を前記ドラム外面に巻き付けられた記録媒体上に結像させる光学系であり、かつ、前記円筒面形成光学素子が、前記二次元的に配列された光源群の像を一旦結像させた面の近傍に配置されたことが好ましい。
【００１２】また、前記円筒面形成光学素子が、前記二次元的に配列された光源群の近傍に配置されたことが好ましい。
【００１３】また、前記円筒面形成光学素子が、前記ドラム外面の近傍に配置されたことが好ましい。
【００１４】また、前記円筒面形成光学素子は、前記ドラム外面に入射する光の光軸を含み、前記ドラムの回転軸に垂直な平面内で、その厚さが変化するシリンドリカルレンズ、または、前記ドラム外面に入射する光の光軸を含み、前記ドラムの回転軸に垂直な平面内で、その屈折率が変化する屈折率分布シリンドリカルレンズであることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の画像記録装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１６】図１は、本発明に係る画像記録装置の一実施形態を示す概略構成図である。この画像記録装置１は、二次元的に配列された光源群として、照明光束によって照射される二次元空間光変調素子であるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）で生成された反射光点列と、いわゆるアウタードラム（外面ドラム）を用いて記録媒体を２次元的に走査露光して画像を記録する装置である。
【００１７】図１に示すように、画像記録装置１は、光源（図示省略）と、光源から射出される照明光を受けるＤＭＤ１０と、コリメータレンズ（光コリメータ）１２と、ガルバノミラー１４と、偏向レンズ１６と、フィールド補正レンズ１８と、コリメータレンズ２０及びスフェリカルレンズ（球面レンズ）２２を有する光学系と、外面に記録媒体２６を保持して回転するドラム（アウタードラム）２４とによって構成される。
【００１８】図示は省略したが、光源としては充分な光量の光を射出できるものであれば、対象となる記録媒体の分光感度に応じた各種の光源が利用可能である。例えば、記録媒体として可視光や紫外光に感度をもつ製版用フィルムやコンベショナルＰＳ版であれば、超高圧水銀灯やメタルハライドランプ等を用いればよい。また、赤外光に感度を持つヒートモードプレートに対しては、赤外のBroad area Laser Diode等を用いればよい。その他に、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等も記録媒体にあわせて用いることができる。
【００１９】ＤＭＤ１０は、所定の回転軸を中心に所定角度回転（揺動）可能な矩形のマイクロミラーを、二次元的に配列してなる二次元空間光変調素子で、静電的にマイクロミラーを回転することにより、各マイクロミラー（＝画素）毎に露光をオン／オフして、光を変調する。このようなＤＭＤ１０は、半導体装置の製造プロセスを応用したマイクロマシン技術によってシリコンチップ上に作成される。図示例の画像記録装置１においては、例えば、画素間隔が１３．８μで、１２８０画素×１０２４画素のＤＭＤ１０を用いている。また、後述するドラム２４の回転方向（図中矢印Ｔで示す。）とＤＭＤ１０の１０２４画素の画素列方向とが光学的に一致し（この方向を主走査方向とする。）、かつ、ドラム２４の軸線方向と同１２８０画素の画素列方向とが光学的に一致する（この方向を副走査方向とする。）ように、各部材が配置される。
【００２０】なお、本発明で用いられる二次元的に配列された空間光変調素子としては、図示例のようなＤＭＤ１０には限定されず、この他、液晶タイプ、ＰＬＺＴタイプ、ＥＯタイプ、ＡＯタイプ等が各種利用可能である。ただし、中でも、変調速度や光の利用効率等の点で、ＤＭＤが最も好ましい。また、二次元アレイ状光源として、二次元的に発光点が並んだ面発光レーザやＬＥＤアレイ等を用いることができる。
【００２１】コリメータレンズ１２は、ＤＭＤ１０によって反射された光を平行光として、ガルバノミラー１４に入射させるものである。ガルバノミラー１４で反射された光は、偏向レンズ１６に入射される。ガルバノミラー１４及び偏向レンズ１６は、コリメータレンズ１２を介して入射された光を、ドラム２４の回転に合わせて主走査方向に偏向し、ＤＭＤ１０の像を一旦結像するものである。なお、光を偏向するものとしては、ガルバノミラー１４の他に、ポリゴナルミラー、ピエゾシステムあるいはレンズをシフトするもの等様々なもの（コリメータレンズやフォーカシングレンズのシフトも含む）が好適に例示される。
【００２２】従来は、図１に破線２８で示す（光軸上の）位置にドラム外面があり、偏向レンズ１６により一旦この位置に画像が結像される。しかし、これでは従来のようにドラムサグによるピンボケが発生する。そこで、本実施形態では、画像の結像面がドラム２４の外面（円筒面）と等しい円筒面を持つように結像される円筒面形成光学素子として、フィールド補正レンズ１８を、前記画像が一旦結像される位置に配置している。
【００２３】フィールド補正レンズ１８の働きを図２に模式的に示す。図２に示すように、フィールド補正レンズ１８は、前記ドラム外面に入射する光の光軸を含み、前記ドラム２４の回転軸に垂直な平面内で、その厚みが変化する凹レンズとなっており、かつ、紙面に垂直な方向（ドラム回転軸に平行な方向）では、曲率０のシリンドリカルレンズ（凹シリンドリカルレンズ）である。なお、回転軸に垂直な面内の厚みの形状は、円弧（正円の一部）のみならず、楕円、放物面等の一部も含むものとする。このとき、従来は図２に直線ａで示すように、画像は平面的に結像していた。これに対し、本実施形態では、図のような凹シリンドリカルレンズを配置したことにより、図２に破線ｂで示すように、結像面は湾曲した円筒面となる。このとき、凹シリンドリカルレンズの厚み変化を調整することにより、結像面がドラム２４の外面と等しい円筒面を持つようにすることができる。
【００２４】この凹シリンドリカルレンズの厚み変化は、例えば次のように決めることができる。図３において、ドラム２４の円筒面の半径をｒ、凹シリンドリカルレンズ１７の屈折率をｎとする。また、光軸からの高さｘの結像位置における凹シリンドリカルレンズ１７の円筒面の深さをｔ（ｘ）とする。このとき、図に符号ｃで表される距離は、ｃ＝ｒ−√（ｒ2 −ｘ2 ）となる。このとき、図３に示すようなテレセントリックな結像系において、結像レンズのＮＡ（Numerical Aperture）が小さい場合には、凹シリンドリカルレンズ１７の円筒面の深さｔ（ｘ）は、次の式で表される。
ｔ（ｘ）＝｛ｒ−√（ｒ2 −ｘ2 ）｝／（ｎ−１）
また、円筒面形成光学素子としてのフィールド補正レンズ１８は、このような凹シリンドリカルレンズに限定されるものではなく、ドラム外面に入射する光の光軸を含み、ドラム回転軸に垂直な平面内で、その屈折率が変化し、結像面をドラム円筒面と等しい円筒面にできるような屈折率分布レンズであってもよい。例えば、図４（ａ）に示すような屈折率分布レンズ２７の場合に、ドラム２４の円筒面の半径をｒとし、屈折率分布レンズ２７の厚さをｔとし、光軸からの高さｘの結像位置における屈折率分布レンズ２７の屈折率（屈折率分布）をｎ（ｘ）とする。このとき、図に符号ｄで表す距離は、ｄ＝ｒ−√（ｒ2 −ｘ2 ）となる。このとき、図４（ａ）に示すようなテレセントリックな結像系において、結像レンズのＮＡ（Numerical Aperture) が小さい場合には、屈折率分布レンズ２７の屈折率（屈折率分布）ｎ（ｘ）は、次の式で表される。
ｎ（ｘ）＝｛ｒ−√（ｒ2 −ｘ2 ）｝／（ｔ＋１）
すなわち、図４（ａ）の屈折率分布レンズ２７は、図４（ｂ）に示すように、光軸（中心) からｘの位置における屈折率がｎ（ｘ）となるような、屈折率分布ｎ（ｘ）を有する。
【００２５】フィールド補正レンズ１８によって結像面がドラム円筒面と等しくされた光は、コリメータレンズ２０及びスフェリカルレンズ（球面レンズ）２２を介してドラム２４の外面に保持された記録媒体２６上に結像される。このように、本実施形態によれば、ＤＭＤ１０の像を一旦結像させ、その像面に、凹シリンドリカルレンズ（フィールド補正レンズ１８）を配置して、結像面を凹面化し、ドラム外面と等しい円筒面にして、ドラム２４の外面に保持された記録媒体２６上に結像させるようにしたため、ドラムサグによる画像のピンボケの発生を防ぐことが可能となった。また、これにより、従来のように、照明光束を主走査方向に制限する必要がないため、ＤＭＤ１０の主走査方向を広く照明することができ、従来より、照明効率を向上させることができ、露光速度を改善することができるようになった。
【００２６】本実施形態の効果を図５を用いて説明する。図５は、１３．８μ画素ピッチ、１２８０×１０２４画素のＤＭＤ１０を１５０Ｗの超高圧水銀灯で照明した場合の照明効率と主走査方向のライン数との関係を示したものであり、横軸は主走査方向ライン数（画素数）であり、縦軸は照明効率である。図５において、グラフＡは、光源が１灯照明の場合であり、グラフＢは、光源が４灯照明の場合である。
【００２７】本実施形態による光学系を用いない従来の場合には、前述したように、ドラムサグによるピンボケを防ぐためには、例えばドラム外面に入射する光の主走査方向画素数をＤＭＤ１０の主走査方向画素数の１０２４画素から５００画素に制限する必要があった。図５に示すように、照明光束Ｆ３．０を主走査方向に制限すると、照明効率が低下することがわかる。例えば、１灯照明の場合、画素数を１０２４ラインから５００ラインに制限すると、照明効率は、グラフＡ上の点Ｐ２から点Ｐ１へ、１０２４ライン時の照明効率に対し２２％程度減少していることがわかる。
【００２８】また、大容量で露光する必要がある場合には、４灯並列照明が用いられる。このとき、従来の方法では、照明光束が主走査方向に制限されるため、１灯当たりの照明効率が小さくなるが、４灯分集めると、１灯照明の場合より大きい照明光量が得られる。しかし、画素数を１０２４ラインから５００ラインに、照明光束を主走査方向に制限すると、照明効率は、図５のグラフＢ上の点Ｑ２から点Ｑ１へ、１０２４ライン時の照明効率に対し大体４３％程度減少する。このように、１灯照明の場合の照明効率の低下率２２％より、４灯照明の場合の照明効率の低下率の方が４３％と、はるかに大きい。
【００２９】これに対し、本実施形態の光学系を用いた場合には、ＤＭＤの主走査方向に照明光束を制限する必要がなく、１０２４画素ラインを全て使用することが可能となる。従って、１灯照明の場合には、図５のグラフＡ上の、画素を５００ラインに制限した点Ｐ１から画素を１０２４ライン使用する点Ｐ２へと、照明効率は大体１．３倍とすることができる。また、４灯照明の場合には、グラフＢ上の、画素を５００ラインに制限した点Ｑ１から画素を１０２４ライン使用する点Ｑ２へと、照明効率は大体１．７５倍とすることができる。このように、本実施形態によれば、従来よりも照明効率を大幅に向上させることができる。また、このように照明効率を向上させることにより、露光時間を短縮することができ、さらに高速で露光することが可能となる。
【００３０】本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が実施可能である。例えば、図６に示すように、フィールド補正レンズ３８（円筒面形成光学素子）をドラム４０の直前に配置して、ドラム面上にＤＭＤ画像をドラム外面と等しい円筒面として結像させるようにしてもよい。なお、図６において、３０はＤＭＤ、３２はコリメータレンズ、３４はガルバノミラー、３６は偏光レンズである。あるいは、図７に示すように、透過型二次元空間光変調素子５０の直後にフィールド補正レンズ５２（円筒面形成光学素子）を配置して、これによってドラム外面と等しい円筒面に形成された画像をドラム５４上に結像させるようにしてもよい。なお、図７において、４２はコリメータレンズ、４４はスフェリカルレンズである。
【００３１】以上、本発明の画像記録装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、ドラムサグによるピンボケを防止し、二次元的に配列された光源群の光利用効率を向上させ、高速に露光することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２０１
【氏名又は名称】富士写真フイルム株式会社
【住所又は居所】神奈川県南足柄市中沼２１０番地
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| 【出願日】 |
平成１４年５月１６日（２００２．５．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０１５９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 望稔 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３２６７６４（Ｐ２００３−３２６７６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１１月１９日（２００３．１１．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１４１２５１（Ｐ２００２−１４１２５１） |
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