JP2005238493A - 熱反応式マルチビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光の際の熱反応により、画像記録材料の表面形状や色調が変化しても、正しい位置検出が行なえ、正確にピント調整ができる熱反応式マルチビーム露光装置を提案する。
【解決手段】 記録材料をドラム上に担持し、ドラムが回転して主走査を行い、ドラムの回転軸方向に露光光源が移動して副走査して二次元走査し、露光光源により記録材料を露光する熱反応式マルチビーム露光装置であり、記録材料表面に検出光を照射し、記録材料までの深度方向距離を検出する光センサーと、深度方向距離に基づいて露光光源のピントを調整する駆動機構とを備え、かつ検出光の照射位置が記録材料の未露光部分内となるように光センサーを配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＣＴＰ(Computer To Plate)等の熱反応式マルチビーム露光装置に関し、具体的には、露光面の深度方向距離を正しく検出し、正確に露光のピント調整を行なえる熱反応式マルチビーム露光装置に関する

マルチビームの露光ヘッドを用い、熱反応により画像記録材料に描画する露光装置が、ＣＴＰ等として用いられている。このような露光装置では、ドラムの外周面上に画像記録材料を担持させ、ドラムを回転軸の周りに回転させて主走査を行い、合わせて露光ヘッドおよびレンズユニットを回転軸に沿って移動させることで副走査を行う。そして、これらに合わせて露光ヘッドからレンズユニットを経由して露光することで、画像記録材料上に目的画像を描画する。

このとき、目的画像を正確に描画するには、画像記録材料に露光のピントが合っていなければならない。ピントを合わせるための機構としては、露光ヘッドと記録材料との距離を測定する光センサーを、レンズユニットの上部に配置し、測定位置を露光位置より下流側に設けたピント調整機構が開示されている。この機構では、露光が終わった直後の記録材料の表面までの距離を測定することで、ピント調整が行われている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、熱反応式マルチビーム露光装置では、露光により画像記録材料の表面に微妙な凹凸が生じるし、同時に画像記録材料の色調の変化も生じる。このような変化は、露光時の熱のかけ方により変化の内容が異なり、例えば、凹凸はおよそ数ミクロンから数十ミクロン程度の範囲で生じる。そのため、上記の露光装置では、光センサーの測定結果にこれらの凹凸や色調の変化により正しい距離が測定されず、ピント調整も不正確になる問題点があった。
特開２００３−３３４９８７号公報

本発明は、露光の際の熱反応により、画像記録材料の表面形状や色調が変化しても、正しい位置検出を行なえ、正確にピント調整ができる熱反応式マルチビーム露光装置を提案することを課題とする。

本発明は、記録材料を回転ドラム上に担持し、前記回転ドラムが回転して主走査を行うと共に、前記回転ドラムの回転軸方向に露光光源が移動する副走査を行って二次元走査しながら、前記露光光源により前記記録材料を露光する熱反応式マルチビーム露光装置であって、前記記録材料の表面に検出光を照射し、前記記録材料までの深度方向距離を検出する光センサーと、前記深度方向距離に基づいて前記露光光源のピントを調整する駆動機構とを備え、かつ前記検出光の照射位置が、前記記録材料の未露光部分内となるように前記光センサーが配置されたことを特徴とする熱反応式マルチビーム露光装置である。

ここで、前記照射位置の前記主走査方向の位置が、前記露光光源により前記記録材料が露光される位置より上流側であることは好ましい。また、前記照射位置の副走査方向の位置が、前記マルチビームの副走査方向の中心位置に略一致し、前記検出光のビーム直径が、前記マルチビームの副走査方向の幅より小さいことは好ましい。また、前記光センサーの投光部と受光部とが、前記露光光源の光軸を含む垂直面を挟んで略対称形をなし、かつ投光部と受光部のいずれもが、前記光軸より下側に配置されていることは好ましい。また、前記検出光のビーム径が１００μｍ以上であることは好ましい。

露光の際の熱反応により、画像記録材料の表面形状や色調が変化しても、正しい位置検出を行なえ、正確にピント調整ができる熱反応式マルチビーム露光装置が得られる。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施例としての画像露光装置１００の露光部の概略構成を示した。図１（ａ）は、装置１００の露光部の構成の概略側面図であり、（ｂ）は上面図である。まず、画像露光装置１００の構成を説明する。画像露光装置１００の露光部は、図１に示すように、主に露光光源と、光露光で画像を形成するための記録材料Ｓを外周面上に担持する円筒形状で軸回りに回転可能なドラム１０と、露光光源から照射される光ビームＬを記録材料Ｓの露光面上に結像させるための光学系としてのレンズ２０と、レンズ２０を光ビームＬの光軸方向に駆動させてピント調整のための駆動機構３０と、所定位置から記録材料Ｓの露光面Ｓａまでの距離を光学的に検出する光センサ４０とを備えている。なお、画像露光装置１００の各部分は、制御部５０のコントロール下で動作する。

図１（ａ）に向かってドラムの上部から左側にかけて、記録材料Ｓを、ドラム上部からドラム表面Ｓａにフィードするためのフィード機構が備えられている（図示していない）。フィード機構がこの位置に設けられているのは、記録材料のフィードを、ドラム上部側から行うのが自然であることと、ドラム右側には露光部が設けられているからである。この結果、ドラム１０は、必然的に図１のＲ方向に回転することになる。

露光光源と、レンズ２０と駆動機構３０とは、移動支持台６０上に搭載されており、またこの移動支持台６０は、装置架台６５にレール６６を介して移動可能に取り付けられている。またドラム１０は、装置架台６５に起立して設けられた支持部材１５によって周方向に回転可能に軸支されている。

露光光源は、複数の半導体レーザ（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光素子が一列並列に設けられた発光部１と、一端が各発光素子に接続されて、各発光素子から射出される光を誘導する光ファイバーの束３と、光ファイバーの他端が接続された露光ヘッド４とからなるマルチビーム形式である。発光部１は移動支持台６０上に設けられた取付台２上に、露光ヘッド４は支持台３１に、それぞれ固定されている。露光光源は、制御部５０から露光制御回路に出力される露光制御信号に応じて、光ビームＬを記録材料の表面Ｓａに照射する。

レンズ２０は、露光光源から照射される光ビームＬの光軸上に配置され、光露光による画像形成では光ビームＬを記録材料Ｓ上に結像させるようになっている。このレンズ２０としては、単レンズ、または複数のレンズを組み合わせて構成されるレンズ群のいずれを用いてもよい。

駆動機構３０は、支持台３１と、ボールネジ３２と、ステッピングモータ３３と、移動制御台３４とで主に構成されている。支持台３１は、上面側でレンズ２０を光ビームＬの光軸上に位置するように支持するとともに、その下面に設けられた突片３１ａに、ボールネジ３２のネジ部３２ａを挿通させるようになっている。移動制御台３４は、支持台３１と移動台６０との間において、移動台６０に対して固定されている。移動制御台３４と支持台３１とは互いに摺動可能に接している。ステッピングモータ３３は、そのモータ軸にボールネジ３２の一端が固定され、後述する制御部５０からの駆動指令信号に基いて、ボールネジ３２を回転させるようになっている。なお、駆動機構として圧電アクチュエータ等を用いてもよい。

このように構成される駆動機構３０は、光センサー４０、４１による記録材料までの距離の測定値に基づいた制御部の指示により、ステッピングモータ３３を動作させてボールネジ３２を回転させ、支持台３１が移動制御台３４上で光軸方向に摺動する。これにより、レンズ２０が光軸方向に移動してピント調整がなされる。

ボールネジ３２と、移動台６０との間には、レンズ位置検出センサ３６が設けられている。このレンズ位置検出センサ３６は、ボールネジ３２に取り付けられる遮光部材３６ａと、移動台６０に固定されるセンサ部３６ｂからなり、ボールネジ３２の回転数を示す信号を制御部５０に出力する。これにより、レンズ２０の現在位置を検出できるようになっている。

回転ドラム１０は、前述のように、画像露光装置１００内に固定されている装置架台６５に回転可能に取り付けられる円筒形状の部材である。回転ドラム１０は、光露光で画像を形成する際、その外周面上に記録材料Ｓを巻き付けるように保持するとともに、制御部５０からの制御信号が回転ドラム駆動機構に出力されることにより、図１中の矢印Ｒの方向に回転するようになっている。これにより、露光位置では、記録材料は下から上に向かって移動する。つまり下側が上流側で上側が下流側となる。この移動方向Ｒが主走査方向となる。

回転ドラム１０に保持される記録材料Ｓは、熱反応性の記録材料を用いる。熱反応性の記録材料は、例えば、砂目立てをしたアルミニウム板上に、熱によって変化する樹脂層が塗布されたものである。このような記録材料では、露光光源から照射されるビームの熱により、例えば、樹脂の溶解性が変化することで画像描画される。熱反応性の記録材料としては、画像描画後の現像を必要とするタイプでも良いし、無現像タイプでも良い。このような記録材料では、熱反応前の平面性や厚み精度は良好であるが、ビームの熱の程度により、表面に数ミクロンから数十ミクロン程度の微妙な凹凸が生じてしまう。そのため、露光後の表面を基準にして記録材料とレンズとの距離を設定すると、凹凸のために露光部分のピントがぼけて、画像が正確に再現できない現象が生じる。しかし、記録材料Ｓの未露光部分を基準として露光光源のピント合わせを行うことで、このような問題点が解決される。

移動台６０は、前述のように、装置架台６５に対してレール６６の長手方向に移動可能に取り付けられる。このレール６６と、回転ドラム１０の回転軸１１とは略平行となるように位置が設定される。そして、画像露光装置１００には、移動台６０をレール６６に沿って移動させるための移動台駆動機構６１が設けられており、制御部５０からこの移動台駆動機構６１に出力される駆動信号に基いて、移動台６０が回転ドラム１０の回転軸１１と平行方向に移動するようになっている。この移動方向Ｐが副走査方向となる。

光センサ４０は、回転ドラム１０に保持される記録材料Ｓの露光面Ｓａまでの深度方向距離を随時測定して、深度方向距離情報信号を制御部５０に出力する。光センサ４０の構成を図２に拡大して示す。光センサ４０は、検出光の光源であるＬＥＤ７０と、ＬＥＤから射出された検出光としてのビームを記録材料Ｓの表面の照射位置Ｍに合焦させる対物レンズ７２とを備えた投光部４１を備える。なお、検出光の光源は、ノンコヒーレント光を射出するＬＥＤでも良いし、コヒーレント光を射出するＬＤでも良い。

また、光センサ４０は、照射位置Ｍからの反射光７３の位置を特定する光学式変異センサであるＰＳＤ（Position Sensitive Detector）７５と、反射光７３をＰＳＤ上に合焦させる対物レンズ７４とを備えた受光部４０を備え、投光部４１と受光部４０の組み合わせにより構成される。ここで、ＰＳＤ７５は、入射光の光軸に対して斜めの長手方向となるように、複数のフォトダイオードが連続して並べられたものであり、受光位置によって両端の出力電圧のバランスが変化することで測定を行う。

光センサの投光部４１と受光部４０は、共にレンズ台３１に取り付けられている。また、投光部４１と受光部４０は、投光部４１から照射されて記録材料Ｓ上の照射位置Ｍから反射された検出光が受光部４０に入射するように、ドラム１０の回転軸に垂直な面に対して略対称形となるように配置されている。また、図１の例では、光センサは、光センサが略対称形となる対称面が、露光光源のレンズ２０の光軸を含むように配置されている。このようにすると、照射位置Ｍの副走査方向位置は、露光光源により露光される位置と略一致することになる。さらに、図１の例では、光センサは、その光軸が露光光源の光軸より下側になるように配置されている。このようにすることにより、検出光の照射位置Ｍが、記録材料の未露光部分内に収まるようになる。

このように光センサを配置した場合の、露光ビームの照射位置と、光センサの検出光の照射位置Ｍとの関係を図３に示した。図３は露光ビームの光軸に沿って、露光光源側からドラム方向を見た場合の概念図である。図３に向かって、主走査方向Ｒは下から上の方向であり、副走査方向Ｐは左から右になる。図３の中央には、露光ヘッドから照射されたマルチビームのスポットＢ１〜Ｂｎが、露光ヘッドのチャンネル１からチャンネルｎに対応して生じている。ドラム１０のうち斜線で示された部分は、マルチビームにより記録材料がすでに露光された部分Ｓ１であり、斜線が付されていない部分は、記録材料の未露光部分Ｓ０である。

図１及び２に示された光センサ４０の配置に従って、検出光（深度方向測定ビーム）の照射位置Ｍの副走査方向の位置は、スポットＢ１〜Ｂｎの副走査方向の幅のほぼ中央に一致している。また、照射位置Ｍの主走査方向の位置は、スポットＢ１〜Ｂｎより主走査方向の上流側、すなわち下側となっている。

照射位置Ｍをこの位置にする場合、検出光のビーム直径はスポットＢ１〜Ｂｎの副走査方向の幅より小さくするのが望ましい。ここで、ビーム直径とは、ビームの強度分布が光軸を中心にしてガウス分布をなしているとした場合に、強度が最大値の１／ｅ^２となる直径で定義されている。このようにすることで、ビームが露光済み部分にかからないか、かかっても熱反応により生じた凹凸からの影響を小さいものに留めることができる。また、ビーム直径は１００ミクロン以上とするのが良い。このようにすると、未露光の記録材料表面に元から存在するより微細な凹凸の影響を受けにくくなる。

このような照射位置Ｍは、未露光部分Ｓ０のうち最もスポットＢ１〜Ｂｎに近い位置であり、しかも直後に露光される部分に位置する。また、未露光部分Ｓ０に含まれているから、深度方向距離の測定結果が、熱反応に基因する記録材料表面の凹凸にも影響されない。このため、露光直前の記録材料の表面Ｓａまでの距離を正確に測定できる。

図４は、露光部における光センサの他の配置例を示した上面図である。この例では、光センサは、露光光源のレンズ２０の主走査方向の上流側に配置されている以外は、図１の例と同様である。このような配置に基づく検出光の照射位置Ｍを、図３と同様の概念図である図５に示す。照射位置Ｍは、露光スポットＢ１〜Ｂｎと主走査方向位置は略同じであるが、副走査方向位置が、最も上流側にある露光スポットＢｎよりさらに上流側となっている点が異なる。このようにしても、照射位置Ｍは、記録材料の未露光部分Ｓ０内となる。そのため、図１の例と比較すると、測定位置がちょうどドラムの一周分だけずれてしまうものの、図１の配置と大差ない結果を得ることが可能となる。

このように、照射位置Ｍの位置は、記録材料の未露光部分Ｓ０内となるように定められていればよい。従って、スポットＢｎより副走査方向のより上流側に照射位置Ｍを定める場合は、照射位置Ｍの主走査方向の位置は、主走査方向の上流側や下流側のいずれであってもよい。しかし、露光スポットＢ１〜Ｂｎにより近い位置とするのが、ピントのずれを最小限にすることができるからより好ましい。

次に、露光装置の制御部５０とその他の部分との関係について、制御面から見た概略を図６に示す。制御部５０は、中央処理装置であるＣＰＵ５１と、記憶手段としての読み出し専用メモリであるＲＯＭ５２と、一時メモリであるＲＡＭ５３とを備えている。露光装置のその他の部分、例えば、露光制御回路、ステッピングモータ、ドラム駆動機構、光センサー等は、それぞれに適した図示しないインターフェイスを介して制御部に接続されている。また、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５３、ＲＯＭ５２及びその他の駆動部分等に接続する各インターフェイスは、共通バスにより接続されている。

ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１によって指定された各種プログラムや各種データ、および処理結果等を一時的に格納するワークメモリとなる。

ＲＯＭ５２は、各種プログラムを格納している。ここで、ＲＯＭ５２には、例えば、画像露光装置１００を駆動させるためのシステムプログラム、光センサの受光部４０からの距離情報データに基いて、レンズ２０の移動距離を計算してレンズ駆動機構３０に駆動信号を出力するためのレンズ駆動プログラム等が格納されている。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されているシステムプログラムや各種アプリケーションプログラムの中から、指定されたプログラムを読み出してＲＡＭ５３に一時的に読み出し、このＲＡＭ５３に読み出されたプログラムに従って各種処理を実行して、処理結果をＲＡＭ５３に再び格納する。

上記画像露光装置１００で記録材料Ｓに光露光で画像を形成する際には、回転ドラム１０に記録材料Ｓを保持させたのち、制御部５０の制御により、回転ドラム１０を所定の回転数で回転させる。そして、露光面Ｓａに対し、移動台６０を回転ドラム１０の回転軸１１方向にステップワイズに移動させて副走査をしながら、露光光源から光ビームＬを照射して、レンズ２０を介して当該光ビームＬを記録材料Ｓの表面である露光面Ｓａ上に結像させる。これを二次元的に繰り返して露光面Ｓａ上に目的の画像を形成させる。

この光露光による画像形成において、制御部５０は、常時、光センサ４０を用いて、未露光の露光面Ｓａまでの距離を測定し、その測定結果に応じて、常時若しくは間欠的にステッピングモータを駆動して、レンズ２０と露光面Ｓａとの距離を調整して、ピント位置のずれを補正する。これにより、熱反応式の露光装置であっても、露光後の表面に生じる凹凸の影響を受けることなく、正確なピント合わせが可能となる。

ピント合わせを行う頻度は、特に制限されない。常時距離を測定して常時補正するようにしても良い。しかし、記録材料の未露光面に関してピントずれの原因となる距離の誤差は、主としてドラム回転軸１１とレール６６との間の並行のずれに基因するから、ドラム１回転中に光センサで距離を測定してその平均値を演算し、ドラム１回転ごとに補正するのが好ましい。さらに、半回転ごとや１／４回転ごとのように、ドラム１回転中により多くの回数補正しても良い。照射位置Ｍが、熱反応による凹凸を拾わない位置なので、この程度の回数で十分な精度を得ることが可能となる。

なお、ドラム１回転ごとに補正する場合は、光センサ４０で測定される深度方向距離には、記録材料Ｓの露光面Ｓａまでの距離と、回転ドラム１０上で記録材料Ｓが途切れる位置１０ａの回転ドラム１０表面までの距離とが含まれる。この場合、記録材料Ｓが途切れる位置では、測定される距離が大きく変化する。ＣＰＵ５１は、距離演算プログラムに従って、記録材料Ｓが途切れる位置での距離を除いて、記録材料Ｓの深度方向距離の平均値を算出すればよい。

以上の画像露光装置１００によれば、回転ドラム１０が所定量回転した時の、記録材料Ｓの露光面Ｓａまでの距離に基いて、レンズ２０を光軸方向に移動させることにより、露光面Ｓａとの距離が光ビームＬの焦点深度の範囲内となるようピントを合わせながら、光露光による画像形成を行うことができる。従って、回転ドラム１０の回転軸方向と、光ビームＬの副走査方向、即ち、露光光源およびレンズ２０の移動方向と、を厳密に平行に調整する必要がなく、適切にレンズ２０のピント位置を合わせながら、好適に画像を形成できる。

また、制御部５０が回転ドラム１０のｎ周分の回転周期のタイミングに合わせて駆動指令信号を出力すれば、記録材料Ｓの主走査方向の略同一位置で、レンズ２０がピント位置に移動するよう駆動されるので、記録材料Ｓ上に形成される画像の画質のばらつきがより小さくなる。

画像露光装置の露光部の概略構造例を示した（ａ）側面図と、（ｂ）上面図である。 光センサ部分の拡大上面図である。 図１の装置における露光面のビーム位置を模式的に示した概念図である。 画像露光装置の露光部の概略構造の他の例を示した上面図である。 図３の装置における露光面のビーム位置を模式的に示した概念図である。 画像露光装置を制御面から見た概略構造を示したブロック図である。

符号の説明

１ 発光部
２ 取付台
３ 光ファイバーの束
４ 露光ヘッド
１０ 回転ドラム
１０ａ 記録材料が途切れる位置
１１ ドラム回転軸
１５ 支持部材
２０ レンズ
３０ 駆動機構
３１ 支持台
３１ａ 突片
３２ａ ネジ部
３２ ボールネジ
３３ ステッピングモータ
３４ 移動制御台
３６ｂ センサ部
３６ レンズ位置検出センサ
３６ａ 遮光部材
４０ 光センサーの受光部
４１ 光センサーの投光部
６０ 移動台
６５ 装置架台
６６ レール
７０ ＬＥＤ
７２ 対物レンズ
７３ 反射光
７４ 対物レンズ
７５ 変位センサー
１００ 画像露光装置
Ｍ 照射位置
Ｐ 副走査方向
Ｒ 主走査方向
Ｓ 記録材料
Ｓａ 露光面

Claims (5)

1. 記録材料を回転ドラム上に担持し、前記回転ドラムが回転して主走査を行うと共に、前記回転ドラムの回転軸方向に露光光源が移動する副走査を行って二次元走査しながら、前記露光光源により前記記録材料を露光する熱反応式マルチビーム露光装置であって、前記記録材料の表面に検出光を照射し、前記記録材料までの深度方向距離を検出する光センサーと、前記深度方向距離に基づいて前記露光光源のピントを調整する駆動機構とを備え、かつ前記検出光の照射位置が、前記記録材料の未露光部分内となるように前記光センサーが配置されたことを特徴とする熱反応式マルチビーム露光装置。
2. 前記照射位置の前記主走査方向の位置が、前記露光光源により前記記録材料が露光される位置より上流側であることを特徴とする請求項１に記載の熱反応式マルチビ一ム露光装置。
3. 前記照射位置の副走査方向の位置が、前記マルチビームの副走査方向の中心位置に略一致し、前記検出光のビーム直径が、前記マルチビームの副走査方向の幅より小さいことを特徴とする請求項２に記載の熱反応式マルチビ一ム露光装置。
4. 前記光センサーの投光部と受光部とが、前記露光光源の光軸を含む垂直面を挟んで略対称形をなし、かつ投光部と受光部のいずれもが、前記光軸より下側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の熱反応式マルチビーム露光装置。
5. 前記検出光のビーム径が１００μｍ以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の熱反応式マルチビーム露光装置。
   

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