JP2003326764A

JP2003326764A - 画像記録装置

Info

Publication number: JP2003326764A
Application number: JP2002141251A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sunakawa; 寛砂川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【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。

Description

【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ＬＣ
Ｄ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１１
４、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ＤＭＤ１
２０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１４
０（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ＤＭ
Ｄ１０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ＤＭＤ
１０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ＬＥ
Ｄ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２
７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、１２８０×１０２
４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１０２
４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Ｐ
１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Ｑ
１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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】本実施形態のフィールド補正レンズの働きを
示す模式図である。

【図３】凹シリンドリカルレンズの屈折率分布を示す
概念図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、屈折率分布レンズの屈
折率分布を示す概念図である。

【図５】照明効率と主走査方向のライン数との関係を
示す線図である。

【図６】本実施形態の変形例に係る画像記録装置を示
す概略構成図である。

【図７】本実施形態の他の変形例に係る画像記録装置
を示す概略構成図である。

【図８】従来の画像記録装置の例を示す概略構成図で
ある。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、従来のドラムサグによ
るピンボケを防止する方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１画像記録装置１０、３０ＤＭＤ１２、２０、３２、４２コリメータレンズ１４、３４ガルバノミラー１６、３６偏向レンズ１７、２９凹シリンドリカルレンズ１８、３８、５２フィールド補正レンズ（円筒面形成
光学素子）２２、４４スフェリカルレンズ２４、４０、５４ドラム２６記録媒体２７屈折率分布レンズ２８従来のドラム外面の位置を示す破線５０透過型二次元空間光変調素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C162 AE04 AE28 AF04 AF13 FA05 FA46 5C051 AA02 CA06 DB24 DB29 DB30 DC04 DC07 5C072 AA03 CA05 CA06 DA02 DA04 DA21 HA02 HA14 XA04

Claims

【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。