JP2006093246A - 光源の光量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の性能バラツキに起因する光量ムラを抑制する。
【解決手段】 カラー感熱プリンタ２では、定着器２２のイエロー用、マゼンタ用光源２２ａ、２２ｂの各発光素子３０ａ、３０ｂの発光スペクトルの中心波長λｐ、拡がり角θ、および定格電流駆動時のパワーＥを取得し、予め用意されたλｐ、θ、およびＥと光量Ｌとのデータテーブルから、取得したλｐ、θ、およびＥのときに出力される光量Ｌｍを導出し、このＬｍと目標とする光量Ｌｓとを、λ、θ、およびＥのそれぞれの項目について比較した結果に基づいて、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子３０ａ、３０ｂに流す電流を調整する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、複数の発光素子が並べられた光源の光量を制御する方法に関する。

複数の発光素子（ＬＥＤなど）が並べられた光源として、カラー感熱プリンタに搭載される定着器の光源や、液晶のバックライトが知られている。このような光源では、発光素子の性能バラツキに起因する光量ムラを解消することが懸案となっている。

上記のような光量ムラの問題を解決するために、主発光波長が第１の発光波長域内である発光素子群から選択された第１の発光素子と、第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の発光素子群から選択された第２の発光素子とを組み合わせて用いた発光装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−１７０９９９号公報

ところで、カラー感熱プリンタの定着器の光源においては、発光素子の発光スペクトルの中心波長、拡がり角、およびパワーのバラツキによって、定着ムラが発生することが分かっている。このため、これらの要素を解析して適切に対応すれば、特許文献１に記載の発光装置のように、主発光波長が異なる第１、第２の発光素子を用意することなく、定着ムラを抑制することができる可能性がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、発光素子の性能バラツキに起因する光量ムラを抑制することができる光源の光量制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の発光素子が並べられた光源の光量を制御する方法であって、発光素子の発光スペクトルの中心波長λｐ、拡がり角θ、および定格電流駆動時のパワーＥを取得し、予め用意されたλｐ、θ、およびＥと光量Ｌとのデータテーブルから、取得したλｐ、θ、およびＥのときに出力される光量Ｌｍを導出し、このＬｍと目標とする光量Ｌｓとを、λ、θ、およびＥのそれぞれの項目について比較した結果に基づいて、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子に流す電流を調整することを特徴とする。

なお、Ｖｆｓ、および調整後の電流Ｉｆｓから発光素子のｐｎ接合部の温度Ｔｊを求めてλｐを補正し、取得したλｐを元に導出されたＬｍと、補正後のλｐのときに出力される光量Ｌｍａとを比較した結果に基づいてＶｆｓを補正し、補正したＶｆｓとなるように、発光素子に流す電流を再度調整することが好ましい。

本発明の光源の光量制御方法によれば、発光素子の発光スペクトルの中心波長λｐ、拡がり角θ、および定格電流駆動時のパワーＥを取得し、予め用意されたλｐ、θ、およびＥと光量Ｌとのデータテーブルから、取得したλｐ、θ、およびＥのときに出力される光量Ｌｍを導出し、このＬｍと目標とする光量Ｌｓとを、λ、θ、およびＥのそれぞれの項目について比較した結果に基づいて、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子に流す電流を調整するので、発光素子の性能バラツキに起因する光量ムラを抑制することができる。

図１において、カラー感熱プリンタ２には、記録材料として、長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１０が使用される。記録紙１０は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１１の形態でカラー感熱プリンタ２にセットされる。

記録紙１０は、周知のように、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層、および保護層が順次層設された構造となっている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。

イエロー感熱発色層は、４２０〜４５０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５〜３９０ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。なお、例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にした記録紙を使用してもよい。

記録紙ロール１１の外周面には、搬送モータ１２によって回転される給紙ローラ１３が当接している。搬送モータ１２はステッピングモータであり、モータドライバ１４から入力される駆動パルスによって駆動される。給紙ローラ１３が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１から送り出される。給紙ローラ１３が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中反時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１に巻き戻される。

記録紙ロール１１から送り出された記録紙１０は、水平方向に配置された搬送経路内に送り込まれる。この搬送経路内には、記録紙１０を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６が配置されている。搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６は、搬送モータ１２によって回転されるキャプスタンローラ１５ａ、１６ａと、このキャプスタンローラ１５ａ、１６ａに圧接するピンチローラ１５ｂ、１６ｂとからなり、記録紙１０を図中Ａ方向（給紙方向）とＢ方向（巻戻方向、ともに副走査方向Ｓ、図２参照）とに往復搬送する。

給紙ローラ１３と搬送ローラ対１５との間には、サーマルヘッド１７と、このサーマルヘッド１７に向き合うように搬送経路の下方に配置されたプラテンローラ１８とが設けられている。サーマルヘッド１７の記録紙１０に対向する表面には、記録紙１０の搬送方向と直交する方向（主走査方向Ｍ、図２参照）に、複数の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイ１９が設けられている。発熱素子アレイ１９は、システムコントローラ２０からヘッドドライバ２１に入力された駆動データに基づいて発熱し、記録紙１０の各感熱発色層を発色させる。

プラテンローラ１８は、記録紙１０の搬送に応じて従動回転し、記録紙１０と発熱素子アレイ１９との当接状態を安定させる。また、プラテンローラ１８は、上下方向に移動自在とされ、図示しないバネによって発熱素子アレイ１９に圧接する方向に付勢されている。記録紙１０の給紙時および排紙時には、カムやソレノイドなどから構成されるシフト機構（図示せず）によってプラテンローラ１８が下降し、サーマルヘッド１７との記録紙１０の挟持が解除される。

搬送ローラ対１５のＡ方向下流側には、記録紙１０の記録面に対面して定着器２２が配置されている。また、定着器２２と排紙ローラ対１６との間には、記録紙１０を所定のプリントサイズにカットするカッター２３が配置されている。さらに、排紙ローラ対１６のＡ方向下流側には、画像記録済みの記録紙１０を外部に排出する排紙口２４が設けられている。

定着器２２は、発光ピーク波長が４２０〜４５０ｎｍの近紫外線を放出してイエロー感熱発色層を定着するイエロー用定着光源２２ａと、発光ピーク波長が３６５〜３９０ｎｍの紫外線を放出してマゼンタ感熱発色層を定着するマゼンタ用定着光源２２ｂとからなる。各光源２２ａ、２２ｂは、ランプドライバ２５によって駆動される。

図２に示すように、各定着光源２２ａ、２２ｂは、主走査方向Ｍに複数のイエロー用、マゼンタ用発光素子３０ａ、３０ｂがライン状に並べられた２列および３列の発光素子アレイ３１ａ、３１ｂを備えている。イエロー用発光素子３０ａは、発光ピーク波長が４２０〜４５０ｎｍの近紫外線を発するＬＥＤからなる。また、マゼンタ用発光素子３０ｂは、発光ピーク波長が３６５〜３９０ｎｍの紫外線を発するＬＥＤからなる。

図３〜６に示すように、カラー感熱プリンタ２では、製品の出荷前に、各発光素子３０ａ、３０ｂの発光スペクトルの中心波長λｐ、拡がり角θ（θ＝０°のときのパワーＥを１として、０．５になるときの値）、発光素子の駆動電圧ＶｆとパワーＥとの関係、および発光素子のｐｎ接合部の温度Ｔｊと、駆動電圧Ｖｆ、駆動電流Ｉｆとの関係を取得し、これらのデータを発光素子の駆動基板のメモリ（図示せず）に格納する。なお、これらのデータは、出荷前に実測してもよいが、実際には、発光素子を提供するメーカーに、納入時に性能データとして添付させ、発光素子の駆動基板のメモリにも格納させる。

ここで、λｐ、θ、およびＥと定着量Ｌとの間には、図７〜９に示すような関係がある。カラー感熱プリンタ２には、これらの関係がデータテーブルとして予めシステムコントローラ２０内のメモリ（図示せず）に格納されている。なお、図７〜９の縦軸は、目標とする定着量Ｌｓを１として規格化した定着量Ｌとなっている。

システムコントローラ２０は、出荷前に取得したλｐ、θ、および出荷後の定着器２２の動作時に取得するＥのときに出力される定着量Ｌｍを、上記データテーブルから導出する。なお、Ｅを取得する方法としては、定格電流駆動時の発光素子の駆動電圧Ｖｆを電圧計で測定し、出荷前に取得したＶｆとＥとの関係からＥを求めてもよいし、パワーメーターで直接Ｅを測定してもよい。後者の場合、出荷前に取得するＶｆとＥとの関係は不要となる。

また、システムコントローラ２０は、λ、θ、およびＥのそれぞれの項目について、導出したＬｍと目標とする定着量Ｌｓとの比Ｌｍ／Ｌｓをとり、これにより得られた３つの値の積をとる。システムコントローラ２０は、この結果に基づいて、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子の電流を調整する。なお、３つの値の積は、その発光素子の現状の定着量とＬｓとのずれの割合を表し、その逆数が現状の定着量からＬｓとするための倍率を表す。

さらに、システムコントローラ２０は、Ｖｆｓ、および調整後の電流Ｉｆｓから、出荷前に取得したＴｊとＶｆ、Ｉｆとの関係を参照してＴｊを求める。そして、式（１）よりλｐのずれ量Δλｐを求めてλｐを補正する。
Δλｐ＝０．１×ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｊ−２５℃） ・・・（１）

システムコントローラ２０は、補正後のλｐのときに出力されるＬｍ（Ｌｍａ）を、λｐとＬとの関係を表すデータテーブルから導出し、取得したλｐを元に導出されたＬｍ（Ｌｍｂ）との比Ｌｍｂ／Ｌｍａをとり、この結果に基づいてＶｆｓを補正し、補正したＶｆｓとなるように、発光素子の電流を再度調整して、この調整した電流で最終的に発光素子を駆動する。

次に、各光源２２ａ、２２ｂの定着量制御方法について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、カラー感熱プリンタ２の出荷前に、λｐ、θ、ＶｆとＥとの関係、およびＴｊとＶｆ、Ｉｆとの関係が取得される。次いで、カラー感熱プリンタ２の出荷後の定着器２２の動作時に、システムコントローラ２０により、取得されたλｐ、θ、およびＥのときに出力される定着量Ｌｍが、システムコントローラ２０内のメモリに予め格納されたデータテーブルから導出される。

λｐ、θ、およびＥに対するＬｍの導出後、システムコントローラ２０により、λｐ、θ、およびＥのそれぞれの項目について、導出したＬｍと目標とする定着量Ｌｓとの比Ｌｍ／Ｌｓがとられ、これにより得られた３つの値の積がとられる。そして、この結果に基づいて、システムコントローラ２０により、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子の電流が調整される。

電流調整後、システムコントローラ２０により、Ｖｆｓ、および調整後の電流Ｉｆｓから、出荷前に取得したＴｊとＶｆ、Ｉｆとの関係が参照されてＴｊが求められ、λｐのずれ量Δλｐが求められてλｐが補正される。そして、補正後のλｐのときに出力されるＬｍがＬｍａとしてデータテーブルから導出され、取得したλｐを元に導出されたＬｍ（Ｌｍｂ）との比Ｌｍｂ／Ｌｍａがとられる。次いで、この結果に基づいてＶｆｓが補正され、補正されたＶｆｓとなるように、発光素子の電流が再度調整され、この調整された電流で最終的に発光素子が駆動される。

カラー感熱プリンタ２では、画像記録開始操作が実行されると、搬送モータ１２の正転によって給紙ローラ１３が反時計方向に回転され、記録紙１０が記録紙ロール１１からＡ方向に送り出される。記録紙１０の先端部は搬送経路内を移動して、搬送ローラ対１５にニップされ、さらにＡ方向下流側に搬送される。

記録紙１０が画像記録開始位置に到達すると、搬送モータ１２の回転が一旦停止される。次いで、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ１９との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、ヘッドドライバ２１に入力された駆動データに基づいて発熱した発熱素子アレイ１９により、記録紙１０のイエロー感熱発色層にイエロー画像が記録される。

イエロー画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２２のイエロー用定着光源２２ａに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。このとき、プラテンローラ１８がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド１７とによる記録紙１０の挟持が解除される。次いで、ランプドライバ２５によりイエロー用発光素子３０ａが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのイエロー感熱発色層が定着される。このとき、イエロー用発光素子３０ａの駆動電流は、上記した定着量制御方法により、定着量がＬｓとなるように最適な値に調整されているので、定着ムラが抑制される。

イエロー感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ１９に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像記録時と同様に、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ１９との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、記録紙１０のマゼンタ感熱発色層にマゼンタ画像が記録される。

マゼンタ画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２２のマゼンタ用定着光源２２ｂに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー感熱発色層の定着時と同様に、ランプドライバ２５によりマゼンタ用発光素子３０ｂが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのマゼンタ感熱発色層が定着される。このときもイエロー感熱発色層の定着時と同様に、マゼンタ用発光素子３０ｂの駆動電流は、定着量がＬｓとなるように最適な値に調整されているので、定着ムラが抑制される。

マゼンタ感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ１９に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー、マゼンタ画像記録時と同様に、記録紙１０のシアン感熱発色層にシアン画像が記録される。

画像記録後の記録紙１０は、搬送ローラ対１５によりＡ方向に搬送され、カッター２３により所定のプリントサイズに切断された後、排紙ローラ対１６により排紙口２４から外部に排出される。

以下、マゼンタ用発光素子３０ｂを具体例に挙げて、上記制御方法をさらに詳細に説明する。マゼンタ用発光素子３０ｂは、λｐ＝３８０ｎｍ、θ＝０°、Ｅ＝３ｍＷ／ｓｒ（Ｉｆ＝３０ｍＡ＝定格電流のとき）のときに定着量がＬｓとなる。

カラー感熱プリンタ２の出荷前に取得したλｐ、θが、それぞれλｐ＝３８５ｎｍ、θ＝３０°であったとすると、Ｌｍ／Ｌｓは、データテーブルより、それぞれ０．９５、０．９となる。また、定格電流駆動時のＶｆ＝３．５Ｖであったとすると、データテーブルより、Ｅは２．７ｍＷ／ｓｒとなり、Ｌｍ／Ｌｓは２．７／３＝０．９となる。これらの積をとると、０．９５×０．９×０．９≒０．７７となる。したがって、現状の定着量ＬｍからＬｓとするためには、Ｅを１／０．７７≒１．３倍する必要がある。つまり、現状のＥは２．７ｍＷ／ｓｒであるので、２．７×１．３≒３．５ｍＷ／ｓｒとしなければならない。

Ｅを３．５ｍＷ／ｓｒとするためには、ＶｆとＥとの関係から、Ｖｆを４．２Ｖにすればよいことが分かる。Ｖｆを４．２Ｖとするためには、Ｉｆ＝６０ｍＡとすればよい。このとき（Ｖｆ＝４．２Ｖ、Ｉｆ＝６０ｍＡ）のＴｊは、ＴｊとＶｆ、Ｉｆとの関係から、Ｔｊ＝４５℃であることが導き出される。

Ｔｊ＝４５℃のときのΔλｐは、式（１）より、Δλｐ＝０．１×（４５−２５）＝２ｎｍとなる。つまり、中心波長λｐは３８５ｎｍから２ｎｍ長波長側にずれて３８７ｎｍとなり、このときのＬｍ、つまりＬｍａは０．９３となる。したがって、取得したλｐを元に導出されたＬｍ（Ｌｍｂ）は０．９５であるので、Ｌｍｂ／Ｌｍａ＝０．９５／０．９３≒１．０２となり、２％分だけさらにＥを増加させる必要がある。すなわち、３．５×１．０２≒３．６ｍＷ／ｓｒとしなければならない。

Ｅを３．６ｍＷ／ｓｒとするためには、ＶｆとＥとの関係から、Ｖｆを４．３Ｖにすればよいことが分かる。Ｖｆを４．３Ｖとするためには、Ｉｆ＝６５ｍＡとすればよい。したがって、最終的にはＩｆ＝６５ｍＡでマゼンタ用発光素子３０ｂが駆動される。

なお、カラー感熱プリンタ２の出荷前に取得するλｐ、θなどのデータは、各発光素子の１個１個について用意してもよいし、複数の発光素子（例えば５個）が直列接続された１ブロックについて、複数の発光素子の平均値を用意してもよい。あるいは、制御の簡便化を図るために、代表的な１個の発光素子（例えばアレイ中央部分の１個）についてのみ用意してもよい。

なお、発光素子の配列は、上記実施形態のように格子状でもよいし、千鳥格子状でもよい。また、上記実施形態では、光源として、カラー感熱プリンタ２の定着器２２の各光源２２ａ、２２ｂを例示して説明したが、液晶のバックライトなどの他の光源に適用することも可能である。

カラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。 定着器の構成を示す平面図である。 発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 発光素子の拡がり角θとパワーＥとの関係を示すグラフである。 発光素子の駆動電圧ＶｆとパワーＥとの関係を示すグラフである。 発光素子の接合部の温度ＴｊとＶｆ、Ｉｆとの関係を示すグラフである。 中心波長λｐと規格化定着量Ｌとの関係を示すグラフである。 拡がり角θと規格化定着量Ｌとの関係を示すグラフである。 パワーＥと規格化定着量Ｌとの関係を示すグラフである。 定着量制御方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ カラー感熱プリンタ
１０ カラー感熱記録紙（記録紙）
１７ サーマルヘッド
２０ システムコントローラ
２２ 定着器
２２ａ、２２ｂ イエロー、マゼンタ用定着光源
３０ａ、３０ｂ イエロー、マゼンタ用発光素子

Claims (2)

1. 複数の発光素子が並べられた光源の光量を制御する方法であって、
   発光素子の発光スペクトルの中心波長λｐ、拡がり角θ、および定格電流駆動時のパワーＥを取得し、
   予め用意されたλｐ、θ、およびＥと光量Ｌとのデータテーブルから、取得したλｐ、θ、およびＥのときに出力される光量Ｌｍを導出し、このＬｍと目標とする光量Ｌｓとを、λ、θ、およびＥのそれぞれの項目について比較した結果に基づいて、光量をＬｓとするための電圧Ｖｆｓとなるように、発光素子に流す電流を調整することを特徴とする光源の光量制御方法。
2. Ｖｆｓ、および調整後の電流Ｉｆｓから発光素子のｐｎ接合部の温度Ｔｊを求めてλｐを補正し、取得したλｐを元に導出されたＬｍと、補正後のλｐのときに出力される光量Ｌｍａとを比較した結果に基づいてＶｆｓを補正し、補正したＶｆｓとなるように、発光素子に流す電流を再度調整することを特徴とする請求項１に記載の光源の光量制御方法。
   

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