JP2020100085A - 印刷装置、印刷方法及び印刷制御プログラム - Google Patents

印刷装置、印刷方法及び印刷制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】一定の印刷品質を得る。【解決手段】記録媒体に対してレーザ装置からレーザ光を照射して印刷を行う印刷装置であって、調整部が、記録媒体の光学特性、及び、記録媒体を挟んでレーザ装置に対向して設けられる照射台の光学特性に基づいて、記録媒体に照射するレーザ光の強度を求め、記録媒体に照射するレーザ光が一定の強度となるように、レーザ光の強度及び照射時間を調整する。照射制御部は、調整部で調整された強度及び照射時間に基づいて、レーザ光を記録媒体に照射するようにレーザ装置を制御する。これにより、記録媒体及び照射台の光学特性に基づいてレーザ光の強度制御を行うことができ、様々な種類(光学特性)の記録媒体及び照射台に対応して、記録媒体の印刷濃度を一定に安定化させることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、印刷装置、印刷方法及び印刷制御プログラムに関する。
今日において、記録対象物にレーザ光を照射して加熱することで、記録対象物に加工処理又は画像等のレーザ処理を施す画像記録装置が知られている。このような画像記録装置は、例えば複数の半導体レーザがアレイ状に配置されたレーザ照射装置を有しており、各半導体レーザから出射されたレーザ光を、所定の方向において互いに異なる位置に照射して、画像の記録等を行うようになっている。
特許文献1(特開平6−183039号公報)には、感熱記録媒体の温度及び湿度を検出し、レーザ光の出力を制御する技術が開示されている。
しかし、感熱記録媒体の記録層にレーザ光を吸収させることで発熱させて発色させる従来の方式は、レーザ光を同じレベルで出力制御しても、例えばメーカ、ロット、種類毎に熱記録媒体の記録層の発色感度、特性が異なるものとなり、一定の印刷品質を得ることが困難となる問題があった。
また、感熱記録媒体の耐熱性により、レーザ出力を過剰に上げ媒体の温度を高くし過ぎると、レーザ照射時に媒体から煙等の異物又は分解物が発生して安全衛生への配慮が必要となる。また、異物又は分解物が発生した場合、異物又は分解物が感熱記録媒体に付着し、レーザ光の吸収量に悪影響を与え、発色品質が低下することが懸念される。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、一定の印刷品質を得ることができるような印刷装置、印刷方法及び印刷制御プログラムの提供を目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、記録媒体に対してレーザ装置からレーザ光を照射して印刷を行う印刷装置であって、記録媒体の光学特性、及び、記録媒体を挟んで、レーザ光を発生するレーザ装置に対向して設けられる照射台の光学特性に基づいて、記録媒体に照射するレーザ光の強度を求め、記録媒体に照射するレーザ光が一定の強度となるように、レーザ光の強度及び照射時間を調整する調整部と、調整部で調整された強度及び照射時間に基づいて、レーザ光を記録媒体に照射するようにレーザ装置を制御する照射制御部とを有する。
本発明によれば、一定の印刷品質を得ることができるという効果を奏する。
図1は、実施の形態の画像記録システムの斜視図である。 図2は、実施の形態の画像記録システムに設けられている記録装置の構成を示す斜視図である。 図3は、記録装置に設けられている光ファイバーを拡大図である。 図4は、アレイヘッド付近の拡大図である。 図5は、アレイヘッドの配設の一例を示す図である。 図6は、アレイヘッドの配設の一例を示す図である。 図7は、アレイヘッドの配設の一例を示す図である。 図8は、アレイヘッドの配設の一例を示す図である。 図9は、アレイヘッドの配設の一例を示す図である。 図10は、画像記録システムのブロック図である。 図11は、実施の形態の画像記録システムの変形例を示す図である。 図12は、実施の形態の画像記録システムの変形例を示す図である。 図13は、実施の形態の画像記録システムの機能ブロック図である。 図14は、記録装置の光学ヘッドと照射台との位置関係を説明するための断面図である。 図15は、感熱記録媒体の断面図である。 図16は、感熱記録媒体へのレーザ照射時の光学特性と吸収率の関係を説明するための図である。 図17は、実施の形態の画像記録システムのレーザ出力制御を説明するための図である。 図18は、印刷層の構成が異なる感熱記録媒体毎及び材料が異なる照射台毎の、感熱記録媒体が吸収するエネルギーの割合とベタ画像を印字させた際の画像濃度との関係を示す図である。 図19は、実施の形態の画像記録システムのレーザ制御動作の流れを示すフローチャートである。
以下、印刷装置、印刷方法及び印刷制御プログラムの適用例となる実施の形態の画像記録システムの説明をする。
実施の形態の画像記録システム(印刷装置の一例)は、記録対象物にレーザ光を照射して、画像の記録を行うものである。「画像」とは、視認可能な情報であり、目的に応じて適宜選択することができる。すなわち、「画像」としては、例えば文字、記号、線、図形、ベタ画像、又はこれらの組み合わせ、バーコード、QRコード(登録商標)等の二次元コード等が挙げられる。
記録対象物(記録媒体の一例)としては、レーザ光で記録できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。記録対象物としては、光を吸収して熱に変換し、画像を形成できるものであれば何でも良く、例えば金属への刻印等も含まれる。また、記録対象物としては、感熱記録媒体、感熱記録部を有する構造体等が挙げられる。
感熱記録媒体としては、支持体と、この支持体上に画像記録層を有し、更に必要に応じてその他の層を有してなる。これら各層は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、更に支持体の他方の面に有していてもよい。
(画像記録層)
画像記録層としては、例えば、ロイコ染料、及び顕色剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなるものが挙げられる。
ロイコ染料としては、特に制限はなく、通常感熱記録材料に使用されているものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トリフェニルメタン系、フルオラン系、フェノチアジン系、オーラミン系、スピロピラン系、インドリノフタリド系等の染料のロイコ化合物が好ましく用いられる。
顕色剤としては、ロイコ染料を接触時発色させる電子受容性の種々の化合物、又は酸化剤等が適用できる。
「その他の成分」としては、バインダー樹脂、光熱変換材料、熱可融性物質、酸化防止剤、光安定剤、界面活性剤、滑剤、填料等が挙げられる。
(支持体)
支持体としては、形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。形状としては、例えば、平板状等が挙げられる。構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。大きさとしては、感熱記録媒体の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
(その他の層)
「その他の層」としては、光熱変換層、保護層、アンダー層、紫外線吸収層、酸素遮断層、中間層、バック層、接着剤層、粘着剤層等が挙げられる。
感熱記録媒体は、用途に応じて所望の形状に加工することができる。形状としては、例えば、カード状、タグ状、ラベル状、シート状、ロール状等が挙げられる。カード状に加工されたものとしては、例えばプリペイドカード、ポイントカード、クレジットカード等が挙げられる。カードサイズよりも小さなタグ状のサイズに加工されたものは、値札等に利用できる。また、カードサイズよりも大きなタグ状のサイズに加工されたものは、工程管理、出荷指示書、チケット等に使用できる。ラベル状に加工されたものは貼り付けることができるために、様々な大きさに加工され、繰り返し使用する台車、容器、箱、コンテナ等に貼り付けて工程管理、物品管理等に使用することができる。また、カードサイズよりも大きなシートサイズに加工されたものは、画像を記録する範囲が広くなるため一般文書、工程管理用の指示書等に使用することができる。
構造体が有する感熱記録部は、例えば構造体の表面にラベル状の感熱記録媒体を貼り付けた部位、構造体の表面に感熱記録材料を塗布した部位等が挙げられる。また、感熱記録部を有する構造体としては、構造体の表面に感熱記録部を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。感熱記録部を有する構造体としては、例えば、ビニール袋、PETボトル、缶詰等の各種商品、段ボール、コンテナ等の搬送容器、仕掛品、工業製品等が挙げられる。
(画像記録システムの構成)
以下、一例として、記録対象物として感熱記録部を有する構造体である、感熱記録ラベルを貼り付けた輸送用のコンテナに画像を記録する画像記録システムについて説明する。
図1は、実施の形態となる画像記録システム100の斜視図である。以下の説明では、輸送用のコンテナCの搬送方向をX軸方向、上下方向をZ軸方向、搬送方向及び上下方向いずれにも直交する方向をY軸方向として説明する。
画像記録システム100は、以下に詳述するように、記録対象物たる輸送用のコンテナCに貼り付けた感熱記録ラベルRLにレーザ光を照射して、画像の記録を行う。
画像記録システム100は、図1に示すように、コンベア装置10、記録装置14、システム制御装置18、読取装置15、遮蔽カバー11等を備えている。
記録装置14は、レーザ装置の一例であり、感熱記録ラベルRLにレーザ光を照射して記録対象物に可視像たる画像を記録する。記録装置14は、コンベア装置10の−Y側、すなわち搬送路の−Y側に配置されている。
遮蔽カバー11は、陽極酸化処理が施されることで、表面が黒色で多孔質となっており、記録装置14から照射されたレーザ光を遮蔽して、レーザ光の拡散を低減させる。遮蔽カバー11の記録装置14と対向する部分には、レーザ光を通過させるための開口部11aが設けられている。また、本実施形態においては、コンベア装置10は、ローラコンベアであるが、ベルトコンベアであってもよい。
システム制御装置18は、コンベア装置10、記録装置14及び読取装置15等が接続されており、画像記録システム100全体を制御する。読取装置15は、後述するように、記録対象物に記録されたバーコード又はQRコード(登録商標)等のコード画像の読み取りを行う。システム制御装置18は、読取装置15により読み取った情報に基づいて、正しく画像が記録されているか否かの照合を行う。
(感熱記録ラベルの構成)
次に、コンテナCに貼付される感熱記録ラベルRLについて説明する。感熱記録媒体である感熱記録ラベルRLに対しては、熱により色調を変化させることで画像の記録が行われる。感熱記録ラベルRLとして、1回の画像記録が可能な感熱記録媒体を用いても良いし、複数回記録が可能な熱可逆記録媒体を用いてもよい。
感熱記録ラベルRLは、レーザ光を吸収して熱に変換する材料(光熱変換材料)の他、熱により色相及び反射率等の変化を生じる材料を含んで形成されている。
光熱変換材料は、無機系材料と有機系材料とに大別できる。無機系材料としては、例えばカーボンブラック、又は、金属ホウ化物及びGe、Bi、In、Te、Se、Cr等の金属酸化物の少なくともいずれかの粒子が挙げられる。無機系材料としては、近赤外波長領域の光の吸収が大きく、可視域波長領域の光の吸収が少ない材料が好ましく、例えば金属ホウ化物及び金属酸化物を用いることができる。無機系材料としては、例えば6ホウ化物、酸化タングステン化合物、酸化アンチモンスズ(ATO)、酸化インジウムスズ(ITO)、及びアンチモン酸亜鉛から選択される少なくとも一種が好適である。
6ホウ化物としては、例えばLaB6、CeB6、PrB6、NdB6、GdB6、TbB6、DyB6、HoB6、YB6、SmB6、EuB6、ErB6、TmB6、YbB6、LuB6、SrB6、CaB6、(La,Ce)B6、等が挙げられる。
酸化タングステン化合物としては、例えば国際公開第2005/037932号パンフレット、特開2005−187323号公報等に記載されているような、一般式:WyOz(ただし、Wはタングステン、Oは酸素、2.2≦z/y≦2.999)で表されるタングステン酸化物の微粒子、又は一般式:MxWyOz(ただし、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、及びIから選択される一種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.2≦z/y≦3.0である)で表される複合タングステン酸化物の微粒子、等が挙げられる。
これらの中でも、酸化タングステン化合物としては、近赤外領域の吸収が大きく、可視領域の吸収が小さい点から、セシウム含有酸化タングステンが特に好ましい。
酸化タングステン化合物としては、酸化アンチモンスズ(ATO)、酸化インジウムスズ(ITO)、及び前ンチモン酸亜鉛の中でも、近赤外領域の吸収が大きく、可視領域の吸収が小さい点から、ITOが特に好ましい。これらは、真空蒸着法や粒子状の材料を樹脂等で接着して層状に形成される。
有機系材料としては、吸収すべき光波長に応じて各種の染料を適宜用いることができるが、光源として半導体レーザを用いる場合には、600nm〜1,200nm付近に吸収ピークを有する近赤外吸収色素が用いられる。具体的には、有機系材料としては、シアニン色素、キノン系色素、インドナフトールのキノリン誘導体、フェニレンジアミン系ニッケル錯体、フタロシアニン系色素等が挙げられる。
光熱変換材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、光熱変換材料は、画像記録層に設けても良く、画像記録層以外に設けても良い。光熱変換材料は、画像記録層以外に用いる場合は、熱可逆記録層に隣接して光熱変換層を設けることが好ましい。
光熱変換層は、少なくとも光熱変換材料とバインダー樹脂を含有してなる。
熱により色相及び反射率等の変化を生じる材料としては、例えば従来の感熱紙に用いられる電子供与性染料前駆体と電子受容性顕色剤との組み合わせ等公知の物が使用できる。また、熱により色相や反射率等の変化を生じる材料としては、熱と光の複合反応、例えばジアセチレン系化合物の加熱と紫外光照射による固相重合に伴う変色反応等の変化を生じる材料も含まれる。
(記録装置の構成)
図2は、記録装置14の構成を示す斜視図である。
記録装置14としては、記録対象物であるコンテナCの移動方向である副走査方向(X軸方向)と直交する主走査方向(Z軸方向)に、複数の光ファイバーのレーザ出射部をアレイ状に配置して形成されている(ファイバーアレイ)。このような記録装置14は、レーザ発光素子から出射されたレーザ光を、ファイバーアレイを介して記録対象物に照射し、描画単位からなる画像を記録する。具体的には、記録装置14は、レーザレイ部14aと、ファイバーアレイ部14bと光学部43とを備えている。レーザレイ部14aは、アレイ状に配置された複数のレーザ発光素子41と、レーザ発光素子41を冷却する冷却ユニット50と、レーザ発光素子41に対応して設けられ、対応するレーザ発光素子41を駆動するための複数の駆動ドライバ45と、複数の駆動ドライバ45を制御するコントローラ46とを備えている。コントローラ46には、レーザ発光素子41に電力を供給するための電源48及び画像情報を出力するパーソナルコンピュータ等の画像情報出力部47が接続されている。
レーザ発光素子41は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば半導体レーザ、固体レーザ、色素レーザ等を用いることができる。レーザ発光素子41は、これらの中でも、波長選択性が広い点、小さいことから装置の小型化が可能な点、及び低価格化が可能な点から、半導体レーザが好ましい。
また、レーザ発光素子41が出射するレーザ光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、好ましくは700nm〜2000nmが好ましいが、この波長の中でも、780nm〜1600nmが、より好ましい。
レーザ発光素子41においては、印加するエネルギーで全てがレーザ光に変換されることはない。通常、レーザ発光素子41においては、レーザ光に変換されないエネルギーが熱に変換されることで発熱する。そのため、冷却ユニット50によりレーザ発光素子41を冷却する。また、記録装置14は、ファイバーアレイ部14bを用いることで、各レーザ発光素子41を離して配置することが可能となっている。これにより、隣接するレーザ発光素子41からの熱の影響を小さくすることができ、レーザ発光素子41の冷却を効率的に行うことができる。このため、レーザ発光素子41の温度上昇、バラツキを回避することができ、レーザ光の出力バラツキを低減でき、濃度ムラ、白抜けを改善できる。
なお、レーザ光の出力とはパワーメータで計測される平均出力である。レーザ光の出力制御方法としては2種類あり、ピークパワーを制御する方法とパルスの発光比率(デューティー:レーザ発光時間/周期時間)を制御する方法がある。
冷却ユニット50は、冷却液を循環させてレーザ発光素子41を冷却する液冷方式であり、冷却液が各レーザ発光素子41から熱を受ける受熱部51と、冷却液の熱を放熱する放熱部52とを備えている。受熱部51と放熱部52とは、冷却パイプ53a,53bにより接続されている。受熱部51は、良熱伝導性部材で形成されたケース内部に良熱伝導性部材で形成された冷却液が流れるための冷却管が設けられている。複数のレーザ発光素子41は、受熱部51にアレイ状に配置されている。
放熱部52は、ラジエータと、冷却液を循環させるためのポンプとを備えている。放熱部52のポンプにより送り出された冷却液は、冷却パイプ53aを通って、受熱部51へ流入する。そして、受熱部51内の冷却管を移動しながら受熱部51に配列されたレーザ発光素子41の熱を奪ってレーザ発光素子41を冷却する。受熱部51から流出したレーザ発光素子41の熱を奪って温度上昇した冷却液は、冷却パイプ53b内を移動して放熱部52のラジエータへ流れ込み、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、再びポンプにより受熱部51へ送り出される。
ファイバーアレイ部14bは、レーザ発光素子41に対応して設けられた複数の光ファイバー42と、これら光ファイバー42のレーザ出射部42a(図4参照)付近を、上下方向(Z軸方向)にアレイ状に保持するアレイヘッド44とを備えている。各光ファイバー42のレーザ入射部は、対応するレーザ発光素子41のレーザ出射面に取り付けられている。
(光ファイバーの構成)
図3は、光ファイバー42の拡大図であり、図4は、アレイヘッド44付近の拡大図である。
光ファイバー42は、レーザ発光素子41から出射されたレーザ光の光導波路である。光ファイバー42の形状、大きさ(直径)、材質、構造等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
光ファイバー42の大きさ(直径d1)としては、15μm以上1000μm以下が好ましい。光ファイバー42の直径d1が15μm以上1000μm以下であると、画像の精細性の点で有利である。一例ではあるが、実施の形態の画像記録システム100は、光ファイバー42として、直径125μmの光ファイバーを用いている。
また、光ファイバー42の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、樹脂、石英等が挙げられる。
光ファイバー42の構造としては、レーザ光を通過させる中心部のコア部と、コア部の外周に設けられたクラッド層とからなる構造が好ましい。
コア部の直径d2としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10μm以上500μm以下が好ましい。実施の形態の画像記録システム100は、コア部の直径d2が105μmの光ファイバーを用いた。また、コア部の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばゲルマニウム又はリンをドープしたガラス等が挙げられる。
クラッド層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10μm以上250μm以下が好ましい。クラッド層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。クラッド層の材質としては、例えば、ホウ素やフッ素をドープしたガラス等が挙げられる。
図4に示すように、各光ファイバー42のレーザ出射部42aのピッチが127μmとなるように、複数の光ファイバー42のレーザ出射部42a付近がアレイヘッド44によりアレイ状に保持されている。記録装置14は、解像度200dpiの画像が記録可能なように、レーザ出射部42aのピッチを127μmとしている。
ひとつのアレイヘッド44で、全ての光ファイバー42を保持しようとした場合、アレイヘッド44が長尺となり、変形しやすくなる。その結果、一つのアレイヘッド44で、ビーム配列の直線性及びビームピッチの均一性を保つことは困難となる。このため、アレイヘッド44は、光ファイバー42を100個〜200個保持するものとする。その上で、100個〜200個の光ファイバー42を保持した複数のアレイヘッド44を、コンテナCの搬送方向に対して直交する方向であるZ軸方向に並べて配設することで、記録装置14を構成することが好ましい。実施の形態の画像記録システム100においては、200個のアレイヘッド44をZ軸方向に並べて配設した。
(アレイヘッドの構成)
図5〜図9は、アレイヘッド44の配設の一例を示す図である。
図5は、記録装置14におけるファイバーアレイ部14bの複数のアレイヘッド44をZ軸方向にアレイ状に配置した例である。図6は、記録装置14におけるファイバーアレイ部14bの複数のアレイヘッド44を千鳥状に配置した例である。
複数のアレイヘッド44の配置は、図5に示すようにZ軸方向に直線状に配置するよりも、図6に示すように千鳥状に配置する方が、組み付け性の観点から好ましい。
また、図7は、記録装置14におけるファイバーアレイ部14bの複数のアレイヘッド44をX軸方向に傾斜させて配置した例である。複数のアレイヘッド44は、図7に示すように配置することで、光ファイバー42のZ軸方向のピッチPを、図5や図6に示す配置よりも狭めることができ、高解像度化を図ることができる。
また、図8は、記録装置14におけるファイバーアレイ部14bの複数のアレイヘッド44を千鳥状に配置した2個のアレイヘッド群を、副走査方向(X軸方向)に配置し、一方のアレイヘッド群を、他方のアレイヘッド群に対して、主走査方向(Z軸方向)にアレイヘッド44の光ファイバー42の配列ピッチの半分ずらして配置した例である。複数のアレイヘッド44は、図8に示すように配置することでも、光ファイバー42のZ軸方向のピッチPを、図5や図6に示す配置よりも狭めることができ、高解像度化を図ることができる。
ところで、実施の形態の画像記録システム100の記録装置14は、後述するように図10に示すシステム制御装置18の制御に従い、記録対象物たる輸送用のコンテナCに貼り付けた感熱記録ラベルRLの走査方向に対して直交する方向の画像情報を送信して記録する。そのため、記録装置14は、感熱記録ラベルRLの走査と、直交する方向の画像情報の送信タイミングとに差が出た場合、画像情報をメモリーに蓄積しておくため、画像蓄積量が増えることになる。このような場合、図7に示す複数のアレイヘッド44の配置例より図8に示す複数のアレイヘッド44の配置例の方が、システム制御装置18のメモリーに対する情報蓄積量を低減することができる。
更に、図9は、図8で示した複数のアレイヘッド44を千鳥状に配置した2個のアレイヘッド群を一のアレイヘッド群として積層した例である。このような2個のアレイヘッド群を一のアレイヘッド群として積層したアレイヘッド44は、製造上、容易に作製が可能で、高解像度化を図ることができる。加えて、図8に示す複数のアレイヘッド44の配置例より図9に示すアレイヘッド44の配置例の方が、システム制御装置18のメモリーに対する情報蓄積量を低減することができる。
また、先の図2に示すように、光学部43は、各光ファイバー42から出射した発散光束のレーザ光を平行光束に変換するコリメートレンズ43aと、レーザ照射面である感熱記録ラベルRLの表面にレーザ光を集光する集光レンズ43bとを有している。光学部43を設けるか否かは、目的に応じて適宜選択すればよい。
パーソナルコンピュータ等の画像情報出力部47は、画像データをコントローラ46に入力する。コントローラ46は、入力された画像データに基づいて各駆動ドライバ45を駆動するための駆動信号を生成する。コントローラ46は、生成された駆動信号を各駆動ドライバ45へ送信する。具体的には、コントローラ46は、クロックジェネレータを備えている。コントローラ46は、クロックジェネレータが発振するクロック数が規定のクロック数となったら、各駆動ドライバ45を駆動するための駆動信号を各駆動ドライバ45へ送信する。
各駆動ドライバ45は、駆動信号を受信すると、対応するレーザ発光素子41を駆動する。レーザ発光素子41は、駆動ドライバ45の駆動に従い、レーザを照射する。レーザ発光素子41から照射されたレーザ光は、対応する光ファイバー42に入射し、光ファイバー42のレーザ出射部42aから出射される。光ファイバー42のレーザ出射部42aから出射されたレーザ光は、光学部43のコリメートレンズ43a、集光レンズ43bを透過した後、記録対象物であるコンテナCの感熱記録ラベルRLの表面に照射される。感熱記録ラベルRLの表面に照射されたレーザ光により加熱されることにより、感熱記録ラベルRLの表面に画像が記録される。
記録装置14として、ガルバノミラーを用いてレーザを偏向して記録対象物に画像を記録するものを用いた場合、文字等の画像は、ガルバノミラーの回転で一筆書きするように、レーザ光を照射して記録する。そのため、ある一定の情報量を記録対象物に記録する場合、記録対象物の搬送を停止させないと、記録が間に合わないという不具合がある。
一方、実施の形態の画像記録システム100の記録装置14のように、複数のレーザ発光素子41をアレイ状に配置したレーザアレイを用いることで、各画素に対応するレーザ発光素子41のON/OFF制御で、記録対象物に画像を記録することができる。これにより、情報量が多くても、コンテナCの搬送を停止させずに、記録対象物に画像を記録することができる。よって、実施の形態の画像記録システム100は、多くの情報を記録対象物に記録する場合でも、生産性を落とさずに、画像を記録することができる。
後述するように、実施の形態の画像記録システム100の記録装置14は、レーザ光を照射して記録対象物を加熱することで、記録対象物に画像を記録する。従来のレーザレイ記録装置は、ファイバーアレイ部14bを有していないため、解像度に応じた間隔でレーザ発光素子41をアレイ状に配置する必要がある。従って、従来のレーザレイ記録装置においては、200dpiの解像度にするためには、レーザ発光素子41を非常に狭いピッチで配置する必要がある。その結果、従来のレーザレイ記録装置においては、レーザ発光素子41の熱が逃げ難く、レーザ発光素子41が高温となる。
従来のレーザレイ記録装置においては、レーザ発光素子41が高温となると、レーザ発光素子41の波長や光出力が変動し、記録対象物を規定の温度にまで加熱することが困難となり、良好な画像を得ることが困難となる。また、従来のレーザレイ記録装置においては、このようなレーザ発光素子41の温度上昇を抑えるために、記録対象物の搬送スピードを落としてレーザ発光素子41の発光間隔を空ける必要があり、生産性を十分高めることが困難となる。
通常、冷却ユニットはチラー方式を用いることが多く、本方式では加熱を行わず冷却のみを行う。そのため、光源の温度はチラーの設定温度より高くなることはないが、環境温度より冷却ユニット50及び接触させているレーザ光源であるレーザ発光素子41の温度は変動する。
一方、レーザ発光素子41として半導体レーザを用いた場合、レーザ発光素子41の温度に応じてレーザ出力が変化する現象が発生する(レーザ発光素子41の温度が低温になるとレーザ出力が高くなる)。レーザ出力を制御するためには、レーザ発光素子41の温度又は冷却ユニット50の温度を計測して、その計測結果に応じてレーザ出力が一定になるように、レーザ出力を制御する駆動ドライバ45への入力信号を制御して、正常な画像形成を行うことが好ましい。
これに対し、実施の形態の画像記録システム100の記録装置14は、ファイバーアレイ部14bを用いたファイバーアレイ記録装置である。ファイバーアレイ記録装置を用いることで、ファイバーアレイ部14bのレーザ出射部42aを、解像度に応じたピッチで配置すればよく、レーザレイ部14aのレーザ発光素子41間のピッチを画像解像度に応じたピッチにする必要がなくなる。これにより、レーザ発光素子41間のピッチを十分広くして、レーザ発光素子41の熱を十分放熱でき、レーザ発光素子41が高温となるのを抑制することができる。従って、レーザ発光素子41の波長や光出力が変動するのを抑制することができ、記録対象物に良好な画像を記録することができる。また、レーザ発光素子41の発光間隔を短くしても、レーザ発光素子41の温度上昇を抑制することができ、コンテナCの搬送速度をあげることができ、生産性を高めることができる。
(記録装置のハードウェア構成)
また、本実施形態の記録装置14においては、冷却ユニット50を設けて、レーザ発光素子41を液冷することで、レーザ発光素子41の温度上昇を、より一層抑制することができる。このため、レーザ発光素子41の発光間隔を、さらに短くすることができ、コンテナCの搬送速度をあげることができ、生産性を高めることができる。
なお、レーザ発光素子41を液冷しているが、冷却ファン等を用いてレーザ発光素子41を空冷するようにしてもよい。液冷は、冷却効率が高く、レーザ発光素子41を良好に冷却できる。空冷は、冷却効率は落ちるが、安価にレーザ発光素子41を冷却することができる。
次に、図10に、実施の形態の画像記録システム100のブロック図を示す。この図10に示すシステム制御装置18は、CPU(Center Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、不揮発性メモリー等を備えている。システム制御装置18は、画像記録システム100における各部の駆動制御及び各種の演算処理を行う。このシステム制御装置18には、コンベア装置10、記録装置14、読取装置15、タイマ16、記憶装置17、操作パネル181、画像情報出力部47等が接続されている。
操作パネル181は、タッチパネル式ディスプレイや、各種のキーを具備しており、画像をディスプレイ表示したり、作業者のキー操作によって入力された各種情報を受け付けたりする。
システム制御装置18は、ROM等の記憶部に記憶されたプログラムに従ってCPUが動作することにより、記録装置14を制御し、所定の方向と異なる方向にレーザ照射装置に対して相対的に移動する記録対象物に光ファイバーアレイを介してレーザを照射することで記録対象物を加熱して画像を記録する。
また、システム制御装置18のCPUは、ROM等の記憶部に記憶された画像記録プログラム(印刷制御プログラムに一例)に基づいて動作することで、感熱記録ラベルRL及び照射台の光学特性に基づいて、記録装置14のレーザ出力制御を行う。そして、複数の感熱記録ラベルRLがそれぞれ異なる光学特性を有している場合でも、一定の印字品質を得ることを可能としている。詳しくは、後述する。
(画像記録システムの画像の記録動作(印字動作))
次に、図1を参照して、画像記録システム100の動作を説明する。まず、荷物が収容されたコンテナCが、作業者によりコンベア装置10に載置される。作業者は、感熱記録ラベルRLが貼付されたコンテナCの本体の側面が、−Y側に位置するように、すなわち記録装置14に側面が対向するようにコンテナCをコンベア装置10に載置する。
作業者が操作パネル181を操作して搬送開始を指定すると、操作パネル181からシステム制御装置18へ搬送開始信号が送信される。搬送開始信号を受信したシステム制御装置18は、コンテナCの搬送を開始するように、コンベア装置10を駆動制御する。これにより、コンベア装置10に載置されたコンテナCは、コンベア装置10により記録装置14に向けて搬送される。コンテナCの搬送スピードの一例としては、2m/secである。
記録装置14よりもコンテナCの搬送方向上流側には、コンベア装置10上を搬送されるコンテナCを検出するセンサが配置されている。このセンサでコンテナCが検出されると、センサからシステム制御装置18へ検出信号が送信される。システム制御装置18には、タイマ16により計時された時刻を示す時刻情報が供給されている。システム制御装置18は、センサからの検出信号を受信したタイミングで、タイマ16からの時刻情報に基づく時刻計測を開始する。そして、システム制御装置18は、検出信号の受信タイミングからの経過時間に基づいて、コンテナCが記録装置14に到達するタイミングを把握する。
検出信号の受信タイミングからの経過時間がT1となり、コンテナCが、記録装置14に到達するタイミングとなると、システム制御装置18は、記録装置14を通過するコンテナCに貼付された感熱記録ラベルRLに画像を記録すべく、記録装置14に記録開始信号を出力する。
記録開始信号を受信した記録装置14は、画像情報出力部47から受けた画像情報に基づいて、記録装置14に対して相対移動するコンテナCの感熱記録ラベルRLに向けて所定パワーのレーザ光を照射する。これにより、感熱記録ラベルRLに画像が非接触で記録される。
感熱記録ラベルRLに記録される画像(画像情報出力部47から送信される画像情報)としては、例えば、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報等の文字画像、及び、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報等の情報がコード化されたバーコード又は二次元コード等のコード画像である。
記録装置14を通過する過程で画像が記録されたコンテナCは、読取装置15を通過する。このとき、読取装置15が、感熱記録ラベルRLに記録されたバーコードや二次元コード等のコード画像を読み取り、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報、等の情報を取得する。システム制御装置18は、コード画像から取得した情報と、画像情報出力部47から送信された画像情報とを照合して、正しく画像が記録されているか否かをチェックする。正しく画像が記録されているときは、システム制御装置18は、コンテナCをコンベア装置10によって次の工程(例えば輸送準備工程)に送る。
一方、正しく画像が記録されていないときは、システム制御装置18は、コンベア装置10を一時停止して、操作パネル181に正しく画像が記録されていない旨(エラーメッセージ)を表示する。また、システム制御装置18は、正しく画像が記録されていないときは、そのコンテナCを、予め定められている搬送先に搬送してもよい。
(振動抑制動作)
ここで、コンベア装置10による搬送の際に振動しているコンテナCに対して記録装置14で記録処理が施される場合、この振動が感熱記録ラベルRLに記録される画像の品質に影響するおそれがある。
例えば、コンテナCの振動により、感熱記録ラベルRLに記録される文字画像が乱れ、文字の美観を損ねるばかりか、人による情報の読み取りが困難となるおそれもある。また、二次元コードにおいても、振動により画像が崩れて、情報の読取が困難となるおそれがある。
このため、二次元コードをコンテナCに記録しない場合、画像記録システム100は、コンベア装置10の振動の振幅を6mm以下にする。また、線幅が0.375mmの二次元コードをコンテナCに記録する場合、画像記録システム100は、免振装置によりコンベア装置10の振動の振幅を2mm以下にする。また、線幅が0.5mmの二次元コードをコンテナCに記録する場合、画像記録システム100は、コンベア装置10の振動の振幅を3mm以下にする。
コンベア装置10の振動の振幅を2mm以下にすることにより、二次元コード、文字画像いずれも、品質よく記録対象物に記録することができる。コンベア装置10の振動の抑制としては、例えば、コンベア装置10に免振装置を設けることが挙げられる。
バーコードを記録対象物に記録する画像記録システム100は、コンテナCの搬送方向に直交する方向にバーコードのバーを感熱記録ラベルRLに記録する画像情報を画像情報出力部47から送信する。これにより、バーコードをコンテナCに記録する場合、コンベア装置10による搬送の際にコンテナCに振動が生じていても、振動による感熱記録ラベルRLに記録される画像の品質への影響を低減することができる。
また、記録装置14及びコンベア装置10が同時に振動すれば、コンテナCの感熱記録ラベルRLに記録した画像に振動の影響は現れない。従って、記録装置14をコンベア装置10に取り付け、又は、記録装置14とコンベア装置10との共振周波数を一致させてもよい。また、コンベア装置10がローラコンベアの場合は、各ロールが上下動し、また、各ロールが真円でないため、振動が発生し易い。しかし、コンベア装置10をベルトコンベアにすることで、振動を抑制することができる。
また、記録対象物が軽量であり、又は、体積が大きいと、画像を感熱記録ラベルRLに記録するときに、気流の影響で動くおそれがある。このため、画像記録システム100に整流(防風)装置を設けてもよい。
また、コンテナCの振動の周期が、感熱記録ラベルRLに画像を記録する時間に対して、十分長ければ、コンテナCの振動の振幅が多少大きくても、画像を記録するときのコンテナCの上下方向(Z軸方向)の移動量が少なく、画像の品質への影響は小さくなる。このため、コンテナCの振動の振幅を十分に抑制困難な場合、例えばコンベア装置10の固有振動数が低周波となるように、コンベア装置10を設計してもよい。
また、記録対象物であるコンテナCの感熱記録ラベルRLに画像を記録するときに、コンベア装置10に物がぶつかる等して突発的な振動が生じることがある。この場合、コンテナCが大きく振動してしまい、高品位な画像を記録対象物に記録できないおそれがある。このような場合、コンベア装置10に振動検知センサを設け、振動検知センサで規定以上のコンベア装置10の振動を検知した際に、コンベア装置10を停止してもよい。
(変形例)
図11及び図12は、実施の形態の画像記録システム100の変形例を示す図である。この図11及び図12に示すように、実施の形態の画像記録システム100は、記録装置14が移動することで、記録対象物であるコンテナCの感熱記録ラベルRLに画像を記録してもよい。この変形例となる画像記録システム100の場合、コンテナCを載置する載置台150を有している。記録装置14は、レール部材141に図中左右方向に移動可能に支持されている。
この変形例の画像記録システム100は、まず、作業者が、コンテナCの記録対象物である感熱記録ラベルRLが貼付された面が上面となるように、コンテナCを載置台150にセットする。このコンテナCのセット後に、操作パネル181を操作して、画像記録処理をスタートさせる。画像記録処理がスタートすると、図11に示す左側に位置する記録装置14が、図11の矢印に示すように、図中右側へと移動する。そして、記録装置14は、図中右側へと移動しながら、記録対象物(コンテナCの感熱記録ラベルRL)にレーザ光を照射して、画像を記録する。画像を記録した後、図12に示す右側に位置する記録装置14は、図12の矢印に示すように図中左側へと移動し、図11に示す位置に戻る。
(光学特性の違いによる印字品質の低下)
ここで、実施の形態の画像記録システム100のように、レーザ光を記録層が吸収することで発熱して発色する方式に用いられる感熱記録媒体は、メーカ毎に印刷層の色、材料及び膜厚等がそれぞれ異なることが多い。このため、メーカ毎に印刷層の光の反射及び吸収による光学特性が異なり、同じレーザ光の出力制御で同じ画像を形成する場合でも、各メーカの感熱記録媒体毎に印刷層で発色濃度が異なる不都合を生ずる。また。感熱記録媒体を介してレーザ光源と対向する照射台も、それぞれ光学特性が異なることから、照射台毎に印刷層の発色濃度が異なる不都合を生ずる。このような光学特性の違いにより、印刷後の感熱記録媒体に対して印刷品質に差が発生することが懸念される。
実施の形態の画像記録システム100は、レーザ印字方式において、感熱記録媒体等のメディアの印刷層の光学特性及び照射台の光学特性に基づいて、レーザ光照射時にメディアで吸収されるエネルギーを一定にすることにより、記録層に対する到達温度を略一定にする。これにより、記録層の発色濃度をメディア毎に同程度にして、一定の印刷品質を得るようになっている。
具体的には、図10に示した記憶装置17に、システム制御装置18のCPUで実行されるレーザ制御プログラムを有している。また、記憶装置17には、レーザ制御プログラムに基づいて行うレーザ制御のための演算に用いる媒体光学特性データ及び照射台光学特性データが記憶されている。媒体光学特性データは、感熱記録媒体等のメディア毎の光の反射率及び吸収率を含む光学特性を示すデータである。同様に、照射台光学特性データは、各メーカの照射台毎の反射率及び吸収率を含む光学特性を示すデータである。
画像記録システム100の管理者等は、印刷を行う感熱記録媒体等のメディア及び印刷に使用する照射台を、操作パネル181を介して指定する。システム制御装置18のCPUは、管理者等から指定されたメディアに対応する媒体光学特性データ、及び、使用する(載置されている)照射台に対応する照射台光学特性データを記憶装置17から読み出し、後述するレーザ制御のための演算に用いる。
なお、この例では、管理者等から指定されたメディア及び照射台に対応する媒体光学特性データ及び照射台光学特性データを記憶装置17から読み出して演算に用いることとする。しかし、操作パネル181を介して管理者等により入力された媒体光学特性データ及び照射台光学特性データを演算に用いてもよいし、ネットワーク上のデータベースから媒体光学特性データ及び照射台光学特性データをダウンロードして演算に用いてもよい。
(画像記録システムの機能)
図13は、システム制御装置18のCPUが、記憶装置17に記憶されているレーザ制御プログラムを実行することで実現される各機能の機能ブロック図である。この図13に示すように、システム制御装置18のCPUは、レーザ制御プログラムを実行することで、データ取得部61、時刻情報取得部62、調整部63、レーザ制御部64(照射制御部の一例)、及び、レーザ出力取得部65を実現する。
データ取得部61は、管理者等から指定されたメディア及び照射台に対応する媒体光学特性データ及び照射台光学特性データを記憶装置17から取得する。時刻情報取得部62は、タイマ16からの時刻情報を取得して、レーザ光の照射時間をカウントする。調整部63は、取得された媒体光学特性データ及び照射台光学特性データに基づいて、メディア及び照射台の光学特性に応じて、一定の印刷品質を得るレーザ制御を行うための演算を行う。レーザ制御部64は、演算結果に基づいて、記録装置14のレーザ制御を行う。レーザ出力取得部65は、記録装置14から帰還される、現在のレーザ出力を示すレーザ出力情報を取得する。このレーザ出力情報は、レーザ制御部64により、レーザ出力調整に用いられる。
(記録装置及び照射台の位置関係)
図14は、記録装置14及び照射台70の位置関係を示す断面図である。照射台70は、例えばアルミ材で形成され、陽極酸化処理が施されることで表面が黒色となっている。これにより、照射されたレーザ光が散乱しにくい構成となっている。また、照射台70は、図14に示すように、感熱記録媒体RLを介して記録装置14に対向して設けられる。照射台70は、搬送時に感熱記録媒体RLを支持し、搬送経路での感熱記録媒体RLのバラつきを抑制する。これにより、記録装置14による適切な位置でのレーザ照射を可能とし、印字画像の濃度及びドットサイズ等を安定させることができる。
また、照射台70は、レーザ光を遮断して、レーザ光が反対側へ透過する不都合を防止する役割も担っている。これにより、レーザ光のエネルギーにより、記録装置14に異常な温度上昇等が生ずる不都合を防止できる。
(感熱記録媒体の構成)
図15は、感熱記録媒体RLの断面図である。この図15に示すように、感熱記録媒体RLは、基材RL1、記録層RL2、印刷層RL3、及び、図示しない保護層を有している。基材RL1は、例えばPET(Polyethylene Terephthalate)等で形成され、記録層RL2を支持している。記録層RL2は、例えばロイコ染料等の発色剤、顕色剤、光熱変換材料等で形成されている。記録層RL2は、入射されたレーザ光を光熱変換材料で吸収することで発熱し、温度の上昇に伴い顕色剤が発色剤と反応することで発色する。これにより感熱記録媒体RLに画像が形成される。なお、記録層RL2には、化学反応により画像が形成されるが、画像が形成される方式はこれに限らない。
印刷層RL3は、記録層RL2に印字された画像の背景を形成し、感熱記録媒体RLのメーカ側で選択された色、材料、厚さで形成される。このため、印刷層RL3の色、材料及び厚さは、メーカ毎に様々である。また、印刷層RL3は、ユーザが実施の形態の画像記録システム100を用いる際に任意に設けられる層である。
また、この他、保護層を設けてもよい。保護層を設けることで、水、薬品等の浸透、画像の擦れ及び削れを防止して画像を保持することができる。さらに、紫外線による発色剤変質を防ぐため、紫外線を吸収する層等を設けてもよい。なお、基材RL1〜印刷層RL3の各層の積層順番(並び方)は、図15に示す積層順番以外の順番でもよい。
(感熱記録媒体へのレーザ照射時の光学特性と吸収率の関係)
図16は、感熱記録媒体RL及び対向する照射台70の光学特性と吸収率の関係を説明するための図である。この図16において、太線の矢印がレーザ光の経路を示しており、記録層RL2の斜線の部分が熱の吸収を示している。基材RL1側から入射したレーザ光は、一部が基材RL1の表面及び基材RL1と記録層RL2の界面で反射される。基材RL1と記録層RL2の界面を透過したレーザ光は、記録層RL2内で一部が熱として吸収され、一部が記録層RL2と印刷層RL3の界面で反射され、それ以外は感熱記録媒体RLを透過する。その後に、照射台70に入射したレーザ光は、一部が照射台70の表面で反射され、再度、感熱記録媒体RLに入射し、上述と同様に感熱記録媒体RL内で反射・吸収・透過が起こる。それ以外は、照射台70表面で透過される。
ここで、最初に入射したレーザ光のエネルギーに対して感熱記録媒体RLで反射される割合(基材RL1の表面、基材RL1と記録層RL2の界面、又は、記録層RL2と印刷層RL3の界面で反射される割合それぞれの合計)を「R1」とする。また、感熱記録媒体RLを透過して照射台70で反射され、再度、感熱記録媒体RLを透過する割合を「R2」とする。また、感熱記録媒体RLを透過して照射台70の表面を透過する割合を「T」とする。また、感熱記録媒体RLに最初に入射して吸収される割合と、感熱記録媒体RLを透過して照射台70表面で反射されて再度感熱記録媒体RLに最初に入射して吸収される割合との合計を「A」とする。
「R1」、「R2」、「T」以外のレーザ光は、全て感熱記録媒体RLに吸収されるため、「R1+R2+T+A=1」と表すことができる。そして、「A=1−(R1+R2+T)」となる。なお、これらのパラメータ「R1」、「R2」、「T」、「A」は、波長依存性が考えられるため、記録装置14におけるレーザ光の中心波長とする。また、2回以上反射するレーザ光は、割合が少ないため無視できるが、これらを考慮してより厳密に吸収率Aを求めても良い。
以上の考え方に基づき、感熱記録媒体RL(特に印刷層RL3)、照射台70の反射及び透過による光学特性を考慮して感熱記録媒体RLの記録層RL2において吸収される割合を求めることができる。これにより、ユーザが任意に感熱記録媒体RL及び照射台70を変更してもその影響を考慮してAが求まり、後述のようにレーザ光の出力を最適に制御して画像品質を一定に安定化させることができる。
(光学特性の測定方法と入力方法)
次に、前述の「A」を求めるために必要なパラメータ「R1」、「R2」、「T」の測定方法及び入力方法について説明する。「R1」は、分光光度計等によりレーザ光の波長における感熱記録媒体RLの反射率を測定する。「R2」は、感熱記録媒体RLを2度透過し、かつ、照射台70を反射した割合であるため、感熱記録媒体RLの透過率の2乗と照射台70の反射率との積として算出する。または、「R1」と「R2」の合計として図16の配置において、入射したレーザ光に対して感熱記録媒体RL又は照射台70でそれぞれ反射された光を合わせることで、反射した割合を求めても良い。
「T」は、感熱記録媒体RLの透過率と、照射台70の表面での透過率(1−反射率でよい)の積として算出する。なお、感熱記録媒体RLの表面及び層間の界面では荒れによる拡散反射が起こる可能性があるため、積分球などで反射光を集めて測定しても良い。
このような感熱記録媒体RLの媒体光学特性データ(「R1」及び「R2」)及び照射台光学特性データ(「T」)は、管理者等により予め測定されて記憶装置17に記憶されている。なお、上述のように、「R1」、「R2」、「T」等のパラメータは、管理者が、操作パネル181を介して入力してもよい。また、「R1」及び「R2」の代わりに、「R1」及び「R2」の和を用いてもよい。
「R1」、「R2」及び「T」の各パラメータに基づいて、前述の演算式により、感熱記録媒体RLに吸収されるエネルギーの割合「A」を算出できる。また、単位面積当たりのレーザ照射時間t[s]は、以下のように設定されている。すなわち、1ドットのピッチを200dpiとした場合、127[μm]となる。また、メディアの搬送速度を5[m/s]とする。この場合、単位面積当たりのレーザ照射時間t[s]は、「t=127/5=25.4[μs]」となる。なお、レーザ照射時間以外に、例えば解像度又は感熱記録媒体RL等のメディアの搬送速度の逆数等を用いても良い。
(レーザ出力制御)
図17は、前述の演算式に基づいてシステム制御装置18により算出される感熱記録媒体RLに吸収されるエネルギーの割合「A」と、記録装置14のレーザ出力との関係を示す図である。システム制御装置18は、レーザ出力P[W]を、「A×P×t=5.0×10[J]」を満たすように記録装置14を制御する。左辺は、感熱記録媒体RLが単位面積(例えば1ピッチ127μm四方)あたりに吸収するジュール熱を示している。これは、照射されるレーザの出力P[W]と照射時間t[s]に、前述の感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーの割合Aを乗算処理した値である。
システム制御装置18は、この値が右辺のように一定値になるように、記録装置14を制御する。これにより、感熱記録媒体RLの印刷層RL3の材質、又は、照射台70がユーザによって変更されて異なる光学特性となり、上述の「A」の値が変化しても、感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーが一定となるように制御できる。
これにより、エネルギー過小の際の記録層RL2の発色層と顕色層との化学反応が不十分となり、十分な画像濃度が得られなくなるリスクを抑制できる。また、エネルギー過多による感熱記録媒体RL内のいずれかの材料の融点又は変質する温度に達することで、画像が荒れて劣化するリスクを抑制し、画像濃度を一定に安定化させることができる。
なお、この例では、システム制御装置18は、A×P×tが一定値になるように制御しているが、エネルギーだけでなく感熱記録媒体RLの熱容量及び熱伝導率等の熱特性等も画像濃度に影響する。このため、熱特性を鑑みて材料に応じて左辺を±20%程度補正してもよい。これにより、画像濃度をさらに一定に安定化させることができる。
また、この例では、システム制御装置18は、「A×P×t=5.0×10[J]」を満たすようにレーザの出力Pを変更しているが、照射時間tを変更してもよい。この場合、システム制御装置18は、例えば搬送速度を感熱記録媒体RLに応じて変更する。
また、この例では、記録装置14のレーザ光の波長は950nmである。また、パラメータ「R1」、「R2」、「T」及び「A」は、以下の表1に示すように、印刷層RL3の色に応じて設定されている。具体的には、印刷層RL3の色が透明色の場合、パラメータR1は「0.04」、パラメータR2は「0.48」、パラメータTは「0.30」、パラメータAは「0.18」に設定され、媒体別光学特性データ又は照射台光学特性データとして記憶装置17に記憶されている。同様に、印刷層RL3の色が赤色の場合、パラメータR1は「0.04」、パラメータR2は「0.47」、パラメータTは「0.29」、パラメータAは「0.20」に設定され、媒体別光学特性データ又は照射台光学特性データとして記憶装置17に記憶されている。
Figure 2020100085
なお、透明色の印刷層RL3に対しては、感熱記録媒体RLで反射される割合であるパラメータR1は「0.04」に設定されているが、この値は、レーザ光の略全てが基材RL1の表面での反射であることを意味している。これに対し白色の印刷層RL3の場合、0.35のパラメータR1のうち、0.04が基材RL1の表面での反射であり、残り0.31が記録層RL2と印刷層RL3の界面で反射される割合である。このように、印刷層の色に応じて、レーザ光の反射割合が大きく異なることが分かる。
(レーザ光の出力制御動作)
図19は、システム制御装置18が、レーザ制御プログラムに基づいて実行するレーザ制御動作の流れを示すフローチャートである。この図18のフローチャートは、画像記録システム100の操作者等が、印刷に用いる感熱記録媒体RLを指定又は選択する入力を、操作パネル181を介して行い、印刷の開始操作を行うことで、ステップS1から処理が開始される。ステップS1では、図13に示すシステム制御装置18のデータ取得部61が、操作者等により指定(選択)された感熱記録媒体RLに対応するパラメータR1、パラメータR2及びパラメータTを、記憶装置17から取得する。
ステップS2では、調整部63が、感熱記録媒体RLのレーザ光照射表面で反射される光のエネルギーの割合をR1、感熱記録媒体を透過して照射台70において反射され、再度、感熱記録媒体を透過する光のエネルギーの割合をR2、感熱記録媒体及び照射台70の表面を透過する光のエネルギーの割合をT、レーザ光の出力をP[W]、レーザ光のある面積当たりの照射時間をt[s]として、以下の数式で示す演算を行う。
C={1−(R1+R2+T)}×(P×t)
次に、ステップS3では、時刻情報取得部62は、タイマ16で計時されている時刻の時刻情報の取得を開始する。そして、レーザ制御部64は、ステップS4において、レーザ光の照射を開始するように、記録装置14を制御する。ステップS5では、レーザ出力取得部65が、記録装置14からフィードバックされる現在のレーザ出力の値を取得する。レーザ制御部64は、時刻情報で計時を行いながら、上述の数式の(P×t)の値を調整して、値Cを略一定となるように、レーザ出力制御を行う。
レーザ制御部64は、このようなレーザ出力制御を行いながら、ステップS6において、Cの値が、例えば、±20%以内等の、略一定であるか否かを判別する。Cの値が、例えば、±20%以内等の、略一定であるか否かを判別する。略一定であると判別した場合(ステップS6:Yes)、ステップS7に処理が進み、印刷が終了したか否かを、レーザ制御部64が判別する。印刷終了ではないと判別した場合(ステップS7:No)、レーザ制御部64はステップS4に処理を戻し、レーザ制御を継続する。これに対して、印刷終了と判別した場合(ステップS7:Yes)、レーザ制御部64は、図19のフローチャートの処理を終了する。
次に、調整部63は、ステップS6において、Cの値が、略一定ではないと判別した場合(ステップS6:No)、調整部63は、ステップS8に処理を進め、Cの値を一定とするように、上述の数式の(P×t)の値を変更して、処理をステップS2に戻す。そして、調整部63は、変更した(P×t)の値に基づいて、再度、上述の演算を行う。レーザ制御部64は、再度の演算結果に基づいてレーザ出力制御を行う。これにより、Cの値が略一定となるように、レーザ出力制御を行うことができる。
このように、実施の形態の画像記録システム100は、値Cが略一定となるように、(P×t)の値を変更しながらレーザ出力制御を行う。これにより、感熱記録媒体RL及び照射台70の光学特性に関わらず、感熱記録媒体RLの印字濃度を一定とすることができ、印刷品質の向上を図ることができる。
(実施の形態の効果)
以上の説明から明らかなように、実施の形態の画像記録システム100は、感熱記録媒体RL及び照射台70の光学特性に基づいてレーザ制御を行うことで、様々な種類(光学特性)の感熱記録媒体RL及び照射台70に対応して、感熱記録媒体RLの印字濃度を一定に安定化させることができる。このため、印刷品質の向上を図ることができる。
(感熱記録媒体及び照射台の種類に対応したレーザ出力の一定化)
具体的に説明すると、図18は、感熱記録媒体RLの印刷層RL3の色及び厚さ等を変化させると共に、照射台70の材料等を変化させてそれぞれ計測を行うことで得られた、感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーの割合A(パラメータA)と画像濃度(OD)との関係を示す図である。この図18において、黒丸「●」で示すグラフは、照射する出力を一定(例えば、P=3.9[W])とすることで得られた比較例となる特性である。この比較例の場合、感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーの割合に応じて画像濃度が大きくなることがわかる。感熱記録媒体RL又は照射台70をユーザが任意に変更すると、画像濃度の変化が発生することが分かる。特に、最も高い画像濃度となると、感熱記録媒体RLの変質による焦げが生じており、画像劣化が発生している。
これに対して、白丸「○」で示すグラフが、実施の形態の画像記録システム100の特性である。この白丸「○」のグラフからわかるように、実施の形態の画像記録システム100の場合、感熱記録媒体RL又は照射台70をどのように変化させても、画像濃度が1.0から1.2の範囲で略一定となる。これにより、感熱記録媒体RLの記録層RL2に対する到達温度を略一定にすることができ、記録層RL2の発色濃度を感熱記録媒体RL等のメディア毎に同程度にして、一定の印刷品質を得ることができる。
(階調表現)
また、実施の形態の画像記録システム100は、印刷層RL3によらず画像濃度を一定に保ち画像劣化を抑制し安定した画像品質を供給することができる他、画像の階調を変化させた際も同様に安定した画像品質を供給することができる。画像濃度は出力に依存し出力が大きいほど濃い画像が得られる。このため、システム制御装置18は、上述の演算式「A×P×t=5.0×10[J]」の右辺のエネルギー量を階調に応じて変化させる。これにより各階調において、感熱記録媒体RL又は照射台70の材質によらず、一定に安定した画像品質(印刷品質)を得ることができる。
(白色の印刷層に対する画像濃度の安定化)
表1を用いて説明したように、印刷層RL3の全部又は一部が白色の感熱記録媒体RLの場合、レーザ光の一部が記録層RL2と印刷層RL3の界面で反射され、再度、記録層RL2を通過する。これにより、吸収されるエネルギーが上昇して、上述のパラメータ「A」の値が大きくなる。そして、パラメータ「A」の値が大きくなることで、感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーが大きくなり、白色以外の色の印刷層RL3を有する感熱記録媒体RLに対して、異なる発色濃度となる。
上述のように、実施の形態の画像記録システム100は、感熱記録媒体RLが吸収するエネルギーを安定化させて画像濃度を安定化させることができるが、このような効果は、感熱記録媒体RLで反射される割合が0.10以上の白色の印刷層を有する感熱記録媒体RLで、より顕著に得ることができる。
なお、上述の実施の形態の説明では、予め計測されているパラメータR1、R2、Tの各値を用いることとした。しかし、印字直前又は印字中にパラメータR1、R2、T等のうち、全部又は一部を計測して用いてもよい。これにより、リアルタイムで取得したパラメータに基づいてレーザ制御できるため、装置の経年変化等に影響されることなく、より安定した印刷品質を得ることができる。
(感熱記録媒体からの異物発生の抑制)
また、感熱記録媒体(特に記録層)に対して、過剰となるレーザ光が照射されることを考える。この場合、感熱記録媒体の温度が耐熱性を上回る温度に上昇し、記録層の材料が熱分解され、煙等の異物及び分解物が発生することが懸念される。本発明の出願人が、実施の形態の画像記録システム100を試作実験した結果、このような異物及び分解物の発生を抑制できることが検証できた。
このため、実施の形態の画像記録システム100は、レーザ照射を行う記録装置14の周辺の作業者が、異物が付着した感熱記録媒体を取り扱う不都合を防止でき、システムの安全性の向上を図ることができる。また、異物又は分解物が、感熱記録媒体の搬送システムに付着して、感熱記録媒体のレーザ光の吸収量に悪影響を与え、印刷画像品質が低下する不都合を防止できる。また、更に異物が発生する不都合も防止できる。
最後に、上述の実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、実施の形態及び実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10 コンベア装置
11 遮蔽カバー
14 記録装置
14a レーザアレイ部
14b ファイバーアレイ部
15 読取装置
16 タイマ
17 記憶装置
18 システム制御装置
41 レーザ発光素子
42 光ファイバー
42a レーザ出射部
43 光学部
43a コリメートレンズ
43b 集光レンズ
44 アレイヘッド
45 駆動ドライバ
46 コントローラ
47 画像情報出力部
48 電源
50 冷却ユニット
51 受熱部
52 放熱部
53a 冷却パイプ
53b 冷却パイプ
61 データ取得部
62 時間情報取得部
63 調整部
64 レーザ制御部
65 レーザ取得部
100 画像記録システム
141 レール部材
150 載置台
181 操作パネル
C コンテナ
P 光ファイバーのZ軸方向のピッチ(レーザ照射ピッチ)
RL 感熱記録ラベル
特開平6−183039号公報

Claims (7)

  1. 記録媒体に対してレーザ装置からレーザ光を照射して印刷を行う印刷装置であって、
    前記記録媒体の光学特性、及び、前記記録媒体を挟んで、前記レーザ装置に対向して設けられる照射台の光学特性に基づいて、前記記録媒体に照射する前記レーザ光の強度を求め、前記記録媒体に照射する前記レーザ光が一定の強度となるように、前記レーザ光の強度及び照射時間を調整する調整部と、
    前記調整部で調整された強度及び照射時間に基づいて、前記レーザ光を前記記録媒体に照射するように前記レーザ装置を制御する照射制御部と
    を有することを特徴とする印刷装置。
  2. 前記調整部は、
    前記記録媒体の表面で反射されるレーザ光のエネルギーの割合をR1とし、
    前記記録媒体を透過して前記照射台で反射され、再度、前記記録媒体を透過するレーザ光のエネルギーの割合をR2とし、
    前記記録媒体及び前記照射台を透過するレーザ光のエネルギーの割合をTとし、
    前記記録媒体に照射するレーザ光の強度をP、
    前記レーザ光の所定の面積当たりの照射時間をtとして、
    C={1−(R1+R2+T)}×(P×t)
    の演算を行い、
    前記Cの値が一定となるように、(P×t)の値を調整すること
    を特徴とする請求項1に記載の印刷装置。
  3. 前記記録媒体で反射されるレーザ光のエネルギーの割合である前記R1の値は、0.10以上であること
    を特徴とする請求項2に記載の印刷装置。
  4. 記録媒体に対してレーザ装置からレーザ光を照射して印刷を行う印刷方法であって、
    前記記録媒体の光学特性、及び、前記記録媒体を挟んで、前記レーザ装置に対向して設けられる照射台の光学特性に基づいて、前記記録媒体に照射する前記レーザ光の強度を求め、前記記録媒体に照射する前記レーザ光が一定の強度となるように、前記レーザ光の強度及び照射時間を調整する調整ステップと、
    前記調整ステップで調整された強度で前記レーザ光を前記記録媒体に照射するように前記レーザ装置を制御する照射制御ステップと
    を有することを特徴とする印刷方法。
  5. 前記調整ステップでは、
    前記記録媒体の表面で反射されるレーザ光のエネルギーの割合をR1とし、
    前記記録媒体を透過して前記照射台で反射され、再度、前記記録媒体を透過するレーザ光のエネルギーの割合をR2とし、
    前記記録媒体及び前記照射台を透過するレーザ光のエネルギーの割合をTとし、
    前記記録媒体に照射するレーザ光の強度をP、
    前記レーザ光の所定の面積当たりの照射時間をtとして、
    C={1−(R1+R2+T)}×(P×t)
    の演算を行い、
    前記Cの値が一定となるように、(P×t)の値を調整すること
    を特徴とする請求項4に記載の印刷方法。
  6. コンピュータを、記録媒体に対してレーザ装置からレーザ光を照射して印刷を行うように機能させる印刷制御プログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記記録媒体の光学特性、及び、前記記録媒体を挟んで、前記レーザ装置に対向して設けられる照射台の光学特性に基づいて、前記記録媒体に照射する前記レーザ光の強度を求め、前記記録媒体に照射する前記レーザ光が一定の強度となるように、前記レーザ光の強度及び照射時間を調整する調整部と、
    前記調整部で調整された強度及び照射時間に基づいて、前記レーザ光を前記記録媒体に照射するように前記レーザ装置を制御する照射制御部として機能させること
    を特徴とする印刷制御プログラム。
  7. 前記調整部は、
    前記記録媒体の表面で反射されるレーザ光のエネルギーの割合をR1とし、
    前記記録媒体を透過して前記照射台で反射され、再度、前記記録媒体を透過するレーザ光のエネルギーの割合をR2とし、
    前記記録媒体及び前記照射台を透過するレーザ光のエネルギーの割合をTとし、
    前記記録媒体に照射するレーザ光の強度をP、
    前記レーザ光の所定の面積当たりの照射時間をtとして、
    C={1−(R1+R2+T)}×(P×t)
    の演算を行い、
    前記Cの値が一定となるように、(P×t)の値を調整すること
    を特徴とする請求項6に記載の印刷制御プログラム。
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