JP2005111832A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ｎ個のライン状発光素子アレイにより感光材料の同一部分をｎ回露光して、該感光材料に２次元画像を記録する画像記録装置において、発光素子の輝度ばらつきによる記録画像の濃度ムラ発生を防止する。
【解決手段】 主走査方向に所定ピッチで配設された複数の発光素子20からなるライン状発光素子アレイが、主走査方向と略直交する副走査方向にｎ個（ｎは複数）配設されてなる面状発光素子アレイから構成され、発光素子20から発せられた光により感光材料40を露光する露光ヘッド１と、この露光ヘッド１と感光材料40とを副走査方向に相対的に移動させる副走査手段51とを備えてなる画像記録装置において、副走査方向に並ぶｎ個の発光素子20の輝度ばらつき標準偏差を０．０１・ｎ^1/2 以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像記録装置に関し、特に詳細には、面状発光素子アレイからなる露光ヘッドを用いて、感光材料に２次元画像を露光する画像記録装置に関するものである。

従来、主走査方向に所定ピッチで配設された複数の発光素子からなるライン状発光素子アレイが、前記主走査方向と略直交する副走査方向に複数配設されてなる面状発光素子アレイを用い、該アレイの発光素子から発せられた光により感光材料を露光する露光ヘッドが公知となっている。そして最近では、上記発光素子として有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）素子を用いてなる露光ヘッドも種々提案されている。

また、そのような面状発光素子アレイからなる露光ヘッドと感光材料とを相対的に移動させて副走査を行い、副走査に伴ってｎ個のライン状発光素子アレイにより感光材料の同一部分をｎ回露光して、該感光材料に２次元画像を記録する画像記録装置も知られている。このように感光材料の同一部分を多重露光すれば、露光量のダイナミックレンジをより高く確保して、高階調の画像を記録可能となる。特許文献１には、その種の画像記録装置の一例が記載されている。
特開２００１−３５６４２２号公報

上述の面状発光素子アレイからなる露光ヘッドを用いる画像記録装置においては、高精細な画像を露光する上で、複数の発光素子の輝度特性が均一になっていることが望まれる。特に、主走査方向に並ぶ複数の発光素子の輝度特性が不揃いになっていると、例えばそれらが同じ画像信号に基づいて駆動されたとき、各発光素子による露光量に差が生じるので、記録画像において濃度ムラが発生する。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、面状発光素子アレイからなる露光ヘッドを用いる画像記録装置において、発光素子の輝度ばらつきによる記録画像の濃度ムラ発生を防止することを目的とする。

本発明による画像記録装置は、
前述したように主走査方向に所定ピッチで配設された複数の発光素子からなるライン状発光素子アレイが、前記主走査方向と略直交する副走査方向にｎ個（ｎは複数）配設されてなる面状発光素子アレイから構成され、前記発光素子から発せられた光により感光材料を露光する露光ヘッドと、
この露光ヘッドと感光材料とを、前記副走査方向に相対的に移動させる副走査手段とを備え、
副走査に伴って、前記ｎ個のライン状発光素子アレイにより感光材料の同一部分をｎ回露光して、該感光材料に２次元画像を記録する画像記録装置において、
前記副走査方向に並ぶｎ個の発光素子の輝度ばらつき標準偏差が０．０１・ｎ^1/2 以下となっていることを特徴とするものである。

なお、上記発光素子の輝度ばらつき標準偏差は、より好ましくは０．００２・ｎ^1/2 以下に抑えておくと良い。

また本発明は、発光素子として有機ＥＬ素子を用いる画像記録装置に適用されることが望ましい。

ｎ個の発光素子に、ある輝度ばらつきが存在しても、それらからの発光光によって感光材料を多重露光する場合は、重ね合わせ効果で輝度の多寡が相殺されて、露光量のばらつきが輝度ばらつきのｎ^1/2 に抑えられる。本発明はこのことに着目して得られたものであり、発光素子の輝度ばらつき標準偏差が０．０１・ｎ^1/2 以下になっていれば、露光量ばらつきは１％（＝０．０１）以下に抑えられることになる。同様にして、発光素子の輝度ばらつき標準偏差が０．００２・ｎ^1/2 以下になっていれば、露光量ばらつきは０．２％以下に抑えられることになる。

ここで図４および図５を参照して、上記１％および０．２％の数値の意義について説明する。前述のような面状発光素子アレイからなる露光ヘッドを用い、それに対して感光材料を副走査送りする構造の画像記録装置において感光材料に発生する濃度ムラとして、最も視認されやすいものは、主走査方向に濃度段差が生じた結果、副走査方向に１次元状に延びて発生する周期すじムラである。

この周期すじムラに関して図４に、視覚的検知感度の周波数依存性を示す。ここで横軸の空間周波数（Cycle per Degree）は視角１°当たりの空間周波数を示し、縦軸には濃度差ΔＤを示してある。同図に示される通り周期すじムラは、人間の視感特性上、空間周波数３Cycle per Degree近辺で最も視認されやすく、濃度差ΔＤで０．００２程度であることが、実プリントの視認観察の結果解っている。これは、図５に示すように感材特性が最も急峻な光学濃度１のベタプリントにおいて、露光量換算で０．２％のムラに相当する。

また、周期すじムラの最低ピッチについて考えると、上述のような画像記録装置の場合、最低ピッチは記録画素の大きさに相当し、４００ｄｐｉでは約６４μｍ、６００ｄｐｉでは４２μｍ程度である。この位の画素サイズは空間周波数で数十Cycle per Degreeに相当し、図４に示した視覚特性から視認限界が濃度差ΔＤで０．０１であり、これは１％の露光量ムラに相当する。

以上より、本発明の画像記録装置において、発光素子の輝度ばらつき標準偏差を０．０１・ｎ^1/2 以下として露光量ばらつきを１％以下に抑えれば、上記最低ピッチでの周期すじムラが視認されることを防止でき、また、発光素子の輝度ばらつき標準偏差を０．００２・ｎ^1/2 以下として露光量ばらつきを０．２％以下に抑えれば、最も激しい周期すじムラが視認されることも防止可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による画像記録装置５の側面形状を示すものである。図示の通りこの画像記録装置５は露光ヘッド１を有し、この露光ヘッド１は、透明基板10と、この透明基板10の上に蒸着により形成された多数の有機ＥＬ素子20と、該有機ＥＬ素子20の発光光による像をカラー感光材料40上に結像させる等倍結像光学系としての屈折率分布型レンズアレイ30（30Ｒ，30Ｇ，30Ｂ）と、上記透明基板10や屈折率分布型レンズアレイ30を支持する支持体50とを備えている。

そして画像記録装置５は、上記露光ヘッド１に加えて、カラー感光材料40を矢印Ｙで示す副走査方向に定速搬送する例えばニップローラ等からなる副走査手段51を備えて構成されている。

上記有機ＥＬ素子20は、ガラス等からなる透明基板10上に、透明陽極21、発光層を含んで１画素単位にパターニングされた有機化合物層22、および金属陰極23が順次蒸着により積層されて形成されてなるものである。この有機ＥＬ素子20を構成する要素は、例えばステンレス製の缶等からなる封止部材25内に配置されている。つまり、この封止部材25の縁部と透明基板10とが接着され、乾燥窒素ガスが充填された封止部材25内に有機ＥＬ素子20が封止されている。

上記構成の有機ＥＬ素子20において、透明陽極21と金属陰極23との間に所定電圧が印加されると、有機化合物層22に含まれる発光層が発光し、発光光が透明陽極21および透明基板10を介して取り出される。このような有機ＥＬ素子20は、波長安定性に優れる特性がある。なお、有機ＥＬ素子20の配列状態については、後に詳しく説明する。

ここで透明陽極21は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長領域において、少なくとも５０パーセント以上、好ましくは７０パーセント以上の光透過率を有するものが好ましい。透明陽極21の材料としては、酸化錫、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等、透明電極材料として従来公知の化合物を適宜用いることができるが、その他、金や白金など仕事関数が大きい金属からなる薄膜を用いてもよい。また、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールまたはこれらの誘導体などの有機化合物を用いることもできる。なお、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」シーエムシー社刊（１９９９年）には、透明導電膜について詳細な記載があり、そこに示されているものを本発明に適用することも可能である。また透明陽極21は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などによって透明基板10上に形成することができる。

一方、有機化合物層22は、発光層のみからなる単層構造であってもよいし、発光層の他に、ホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層等のその他の層を適宜有する積層構造であってもよい。有機化合物層22および電極の具体的な層構成としては、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極とする構成や、陽極／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極とする構成等が挙げられる。また、発光層、ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層は、それぞれ複数設けられてもよい。

金属陰極23は、仕事関数の低いＬｉ、Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属、およびこれらの金属とＡｇやＡｌなどとの合金や混合物等の金属材料から形成されるのが好ましい。陰極における保存安定性と電子注入性とを両立させるために、上記材料で形成した電極を、仕事関数が大きく導電性の高いＡｇ、Ａｌ、Ａｕなどで更に被覆してもよい。なお、金属陰極23も透明陽極21と同様に、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの公知の方法で形成することができる。

次に、有機ＥＬ素子20の配列状態について詳しく説明する。図２は、露光ヘッド１における透明陽極21および金属陰極23の配置状態を示すものであり、また図３はそれらの配置状態を拡大して示すものである。図示のように透明陽極21は、ほぼ副走査方向に長く延びる所定形状にパターニングされて、この方向に配列される有機ＥＬ素子20についての共通電極とされている。本例ではこれらの透明陽極21が、主走査方向に４８０×８＝３８４０本並べて配設されている。他方、金属陰極23は、主走査方向に直線状に延びる形状を有するもので、この方向に配列される有機ＥＬ素子20についての共通電極とされている。本例ではこれらの金属陰極23が、副走査方向に６４本並べて配設されている。

上記透明陽極21および金属陰極23はそれぞれ、いわゆるコラム(列)電極、ロウ(行)電極とされており、図１に示す駆動回路80により、画像信号に応じて選択された透明陽極21と金属陰極23との間に所定の電圧が印加される。すると、電圧印加している透明陽極21と金属陰極23との交差部分に積層されている有機化合物層22に含まれる発光層が発光し、この発光光が透明基板10側から取り出される。つまり本実施の形態では、透明陽極21と金属陰極23との交差部分単位で１つの有機ＥＬ素子20が構成されており、該有機ＥＬ素子20が複数主走査方向に所定ピッチで配設されてライン状発光素子アレイが構成され、そしてこのライン状発光素子アレイが副走査方向に複数配設されて面状発光素子アレイが構成されている。

なお本実施の形態では、上述の通り、いわゆるパッシブマトリクス(passive matrix)駆動方式を採用しており、その駆動は適宜公知の方法によって行えばよいものであるから、それについての詳しい説明は省略する。また、このようなパッシブマトリクス駆動方式に限らず、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス(active matrix)」駆動方式を採用することも可能である。

ここで本実施の形態の露光ヘッド１は、例えばハロゲン化銀カラーペーパー等のカラー感光材料40に、フルカラー画像を露光可能に形成されている。以下、そのための構成を詳しく説明する。

有機ＥＬ素子20はより詳しくは、有機化合物層22に含まれる発光層の組成に応じて赤色光を発するもの、緑色光を発するもの、および青色光を発するものからなり、以下、それらを区別して説明する場合は各々、有機ＥＬ素子20Ｒ、有機ＥＬ素子20Ｇ、および有機ＥＬ素子20Ｂと称することとする。

有機ＥＬ素子20Ｒは、図２に示すＲ領域に配置されており、主走査方向に並ぶ３８４０個で１つのライン状赤色発光素子アレイが構成され、そしてこのライン状赤色発光素子アレイが副走査方向に３２個並設されて面状赤色発光素子アレイ６Ｒが構成されている。

有機ＥＬ素子20Ｇは、図２に示すＧ領域に配置されており、主走査方向に並ぶ３８４０個で１つのライン状緑色発光素子アレイが構成され、そしてこのライン状緑色発光素子アレイが副走査方向に１６個並設されて面状緑色発光素子アレイ６Ｇが構成されている。

有機ＥＬ素子20Ｂは、図２に示すＢ領域に配置されており、主走査方向に並ぶ３８４０個で１つのライン状青色発光素子アレイが構成され、そしてこのライン状青色発光素子アレイが副走査方向に１６個並設されて面状青色発光素子アレイ６Ｂが構成されている。

なお図１では、面状赤色発光素子アレイ６Ｒ、面状緑色発光素子アレイ６Ｇおよび面状青色発光素子アレイ６Ｂを構成する各ライン状発光素子アレイの個数は便宜的にそれぞれ６個として示してある。

図１に示す画像記録装置５において、カラー感光材料40に画像露光する際には、露光ヘッド１の面状赤色発光素子アレイ６Ｒ、面状緑色発光素子アレイ６Ｇおよび面状青色発光素子アレイ６Ｂが、それぞれ前記駆動回路80により赤色画像データ、緑色画像データおよび青色画像データに基づいて駆動され、それとともに副走査手段51によってカラー感光材料40が矢印Ｙで示す副走査方向に定速搬送される。

このとき、面状赤色発光素子アレイ６Ｒの３２個のライン状赤色発光素子アレイからの赤色光による像、面状緑色発光素子アレイ６Ｇの１６個のライン状緑色発光素子からの緑色光による像、および面状青色発光素子アレイ６Ｂの１６個のライン状青色発光素子アレイからの青色光による像が、それぞれ屈折率分布型レンズアレイ30Ｒ，30Ｇ，30Ｂによってカラー感光材料40上に等倍で結像される。それにより、３２個のライン状赤色発光素子アレイからの赤色光で露光された部分が、次いで１６個のライン状緑色発光素子アレイからの緑色光で露光され、さらに１６個のライン状青色発光素子アレイからの青色光で露光される。そして、このようにして形成されるフルカラーの主走査ラインが、カラー感光材料40の搬送に伴って副走査方向に順次並んで形成され、カラー感光材料40に２次元のフルカラー画像が露光、記録される。

面状赤色発光素子アレイ６Ｒ、面状緑色発光素子アレイ６Ｇおよび面状青色発光素子アレイ６Ｂの各有機ＥＬ素子20Ｒは、パルス状に発光するように駆動され、例えばそのパルス幅を制御する等により、各画素毎に階調を出して、カラー感光材料40に連続調画像を露光可能となる。そしてカラー感光材料40の同一部分が、面状赤色発光素子アレイ６Ｒによって３２回、面状緑色発光素子アレイ６Ｇによって１６回、面状青色発光素子アレイ６Ｂによって１６回と、合計６４回多重露光されるので、露光量のダイナミックレンジを大きく確保して、高階調の画像を記録可能となる。

なお、上記屈折率分布型レンズアレイ30Ｒとしては、例えばセルフォックレンズ（登録商標）からなる屈折率分布型レンズを、１つの有機ＥＬ素子20Ｒに対して１個ずつ配してなるもの等を用いることができる。他の屈折率分布型レンズアレイ30Ｇ，30Ｂも同様である。

本実施形態では上述の通り、副走査方向にｎ＝３２個の赤色有機ＥＬ素子20Ｒが並設されている。そこで、各赤色有機ＥＬ素子20Ｒの輝度ばらつき標準偏差を０．０１・ｎ^1/2 以下、つまり０．０５７以下にしておけば、最低ピッチでの周期すじムラが視認されることを防止でき、また輝度ばらつき標準偏差を０．００２・ｎ^1/2 以下、つまり０．０１１以下にしておけば、最も激しい周期すじムラが視認されることも防止可能となる。

他方、緑色有機ＥＬ素子20Ｇおよび青色有機ＥＬ素子20Ｂはそれぞれ、副走査方向にｎ＝１６個並設されている。そこで、緑色有機ＥＬ素子20Ｇおよび青色有機ＥＬ素子20Ｂについては、それぞれ輝度ばらつき標準偏差を０．０１・ｎ^1/2 以下、つまり０．０４以下にしておけば、最低ピッチでの周期すじムラが視認されることを防止でき、また輝度ばらつき標準偏差を０．００２・ｎ^1/2 以下、つまり０．００８以下にしておけば、最も激しい周期すじムラが視認されることも防止可能となる。

なお、有機ＥＬ素子20の輝度ばらつきを抑制する手法としては、有機化合物層22の膜厚の均一化（より具体的には蒸着源から基板までの距離を大きく取る、蒸着時に基板を回転させる）、組成の均一化（より具体的には昇華精製等による不純物の除去、粒径が均一な材料を選定する等の材料の選定）、素子内パーティクルの除去（より具体的には、真空一貫形成等による製造装置内パーティクル源の除去、防止）、透明陽極21および金属陰極23の抵抗均一化（より具体的には膜厚や組成の均一化、表面改質や突起除去等の電極表面状態均一化、陰極膜厚および面積の増大）等が挙げられる。

ここで、有機ＥＬ素子20の駆動劣化ばらつきについて説明する。有機ＥＬ素子20の規格化輝度をＰとし、１／ｅ寿命（規格化輝度が３６．８％に低下するまでの時間）をτとした場合、ｔ（ｈ：時間）後の規格化輝度は、
Ｐ＝ｅｘｐ（−ｔ／τ）
となる。寿命ばらつきをｂ＝ｄτ／τとすると、ｔ（ｈ）後の輝度劣化率ばらつきｄＰ／Ｐは、
ｄＰ／Ｐ＝（ｔ／τ）（ｄτ／τ）＝ｔ・ｂ／τ
となる。有機ＥＬ素子20の多重数をｎとすると、パッシブ駆動の場合各ラインの発光時間は１／ｎとなるので、Ｌ（ｈ）後の輝度劣化率ばらつきは、
ｂ・Ｌ／（ｎ・τ）
となる。多重露光する場合は、有機ＥＬ素子20のｎ個の重ね合わせ効果によりばらつきが１／ｎ^1/2 に低下するので、Ｌ（ｈ）後の輝度劣化率ばらつきηは、
η＝ｂ・Ｌ／（ｎ^３/2・τ）
となる。よって寿命ばらつきｂは、
ｂ＝η・ｎ^３/2・τ／Ｌ
となる。またｂ＝ｄτ／τであるから、
ｄτ＝ｂ・τ＝η・ｎ^３/2・τ²／Ｌ ・・・（１）
となる。ここで初期輝度劣化率αは
α＝｜ｄＰ／ｄｔ｜_ｔ＝０＝｜ｄ／ｄｔ｛ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝｜_ｔ＝０＝−１／τ
であり、初期輝度劣化率のばらつきｄαは、
α＋ｄα＝−１／（τ＋ｄτ）、α＝−１／τより
ｄα＝（α＋ｄα）−α＝１／τ−１／（τ＋ｄτ）
となり、上記（１）式を代入すると、
ｄα＝１／τ−１／（η・ｎ^３/2・τ²／Ｌ）
＝η・ｎ^３/2／（Ｌ＋η・ｎ^３/2・τ）・・・（２）
と書き表せる。例えばＬ＝３５００（ｈ）、ｎ＝２５６、τ＝３００（ｈ）の場合、３５００（ｈ）後の輝度劣化率ばらつきηを０．０１（１％）未満に収めるのに必要な初期輝度劣化率ばらつきｄαは（２）式より、
ｄα＜０．００２６（１／ｈ）つまり ０．２６％／ｈ未満となる。

なお、以上の実施形態における露光ヘッドは、赤色、緑色、青色の光で感光材料を露光するものであるが、感光材料の特性に応じた他の色、例えばシアン、マゼンダ、イエローの光で露光するように構成することも可能である。さらに、露光色の数も３色に限られるものではなく、フルカラー画像を露光する場合は４色にしてもよいし、フルカラーではないカラー画像を露光する場合は２色にしてもよいし、モノクロ画像を露光する場合は単色にしてもよい。

また面状発光素子アレイは、有機ＥＬ素子以外の発光素子を採用して構成することも勿論可能であり、例えばＬＥＤアレイ、ＬＥＤアレイとアパーチャマスクとの組合せからなるもの、無機ＥＬ素子、ＶＦＰＨ素子、ＤＬＰ素子等が適宜採用可能である。

本発明の一実施形態による画像記録装置の側面図 上記露光ヘッドの概略平面図 上記露光ヘッドの電極の配置状態を示す平面図 人間の視覚的検知感度の周波数依存性を示すグラフ 写真感光材料における露光量と記録濃度との関係を示すグラフ

符号の説明

１ 露光ヘッド
５ 画像記録装置
６Ｒ 面状赤色発光素子アレイ
６Ｇ 面状緑色発光素子アレイ
６Ｂ 面状青色発光素子アレイ
10 透明基板
20Ｒ 赤色有機ＥＬ素子
20Ｇ 緑色有機ＥＬ素子
20Ｂ 青色有機ＥＬ素子
30Ｒ，30Ｇ，30Ｂ 屈折率分布型レンズアレイ
40 カラー感光材料
51 副走査手段

Claims (3)

1. 主走査方向に所定ピッチで配設された複数の発光素子からなるライン状発光素子アレイが、前記主走査方向と略直交する副走査方向にｎ個（ｎは複数）配設されてなる面状発光素子アレイから構成され、前記発光素子から発せられた光により感光材料を露光する露光ヘッドと、
   この露光ヘッドと感光材料とを、前記副走査方向に相対的に移動させる副走査手段とを備え、
   副走査に伴って、前記ｎ個のライン状発光素子アレイにより感光材料の同一部分をｎ回露光して、該感光材料に２次元画像を記録する画像記録装置において、
   前記副走査方向に並ぶｎ個の発光素子の輝度ばらつき標準偏差が０．０１・ｎ^1/2 以下であることを特徴とする画像記録装置。
2. 前記輝度ばらつき標準偏差が０．００２・ｎ^1/2 以下であることを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
3. 前記発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１または２記載の画像記録装置。

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