JP4063990B2

JP4063990B2 - 露光記録装置

Info

Publication number: JP4063990B2
Application number: JP2229299A
Authority: JP
Inventors: 一郎宮川; 博文齊田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP2000221436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を記録媒体に導いて画像を記録する露光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、外周面に感光材料が装着されたドラムを主走査方向に回転させる一方、画像に応じて変調されたレーザビームを前記主走査方向と直交する副走査方向に走査させることで、２次元画像を前記感光材料に記録するようにした露光記録装置が用いられている。
【０００３】
このような露光記録装置では、回転するドラムの偏心や感光材料のドラムからの浮き、さらには、レーザビームの副走査の送り方向とドラムの軸とのずれ等があると、レーザビームが感光材料上に高精度に集光されず、高精細な画像を得ることができなくなってしまう。特に、面積変調による網点画像を形成する場合においては、レーザビームを相当に細く絞らなければならないため、集光点を感光材料上に高精度に位置決めする必要がある。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、感光材料上でのレーザビームの光量を検出し、集光点が感光材料上となるように集光光学系の位置制御を行う自動焦点機構を採用したものがある。この場合、集光光学系を機械的に駆動する駆動機構が必要となるため、構成が複雑で高価になるだけでなく、レーザビームを感光材料上で高速走査する際の前記駆動機構の追従性に難点があり、高精度な集光を行うことが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、記録媒体の位置変動によらず廉価な構成によって光源からの光を高精度に記録媒体上に集光させ、高精細な画像を記録することのできる露光記録装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光記録装置では、光源から出力された光を集光光学系を介して記録媒体上に集光させて画像を記録する際、光の発散する部位または集光する部位に配設した偏光分離素子によって光を正常光および異常光に分離し、記録媒体近傍の光軸上に複数の集光点を生成することにより、実質的に焦点深度を深く設定するとともに、位置検出手段により集光点に対する記録媒体の位置を求め、記録媒体の位置変動に応じて各集光点での光量配分を制御することにより、記録媒体上での集光効率を向上させ、これによって高精細な画像を記録することができる。
【０００７】
この場合、偏光分離素子としては、光を正常光と異常光とに分離する一軸性結晶を用いることができる。この素子を光の発散する部位または集光する部位に配設することにより、正常光の集光点と異常光の集光点とを光軸上で分離することができる。
【０００８】
また、前記偏光分離素子に入射する光を直線偏光とし、その偏光方向と偏光分離素子の結晶光軸の方向との関係を調整することにより、各集光点での光量の配分を制御することができる。この場合、例えば、記録媒体に近い方の集光点での光量を遠い方の集光点での光量よりも多くなるように制御すれば、実質的に記録媒体上で光を効率的に集光させることができる。
【０００９】
なお、光量配分は、記録媒体と集光点との距離に応じて偏光分離素子を光軸の周りに回転制御し、あるいは、偏光分離素子の前段に配置した液晶素子等からなる電気光学効果素子を用いて偏光方向を制御することにより実現できる。また、電気光学効果素子の代わりに１／２波長板を用い、これを回転させることで偏光方向を制御することができる。さらに、２枚の１／４波長板を用い、一方を回転させるようにしてもよい。
【００１０】
さらにまた、光源からの光を円偏光とし、この円偏光を回転制御される偏光板を通過させることにより所望の偏光方向からなる光を生成して偏光分離素子に導くようにしてもよい。
【００１１】
なお、偏光分離素子を光の光軸に沿って複数配設することにより、記録媒体近傍での焦点深度を実質上さらに深く設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の露光記録装置が適用されるレーザ記録装置１０を示す。このレーザ記録装置１０は、露光ヘッド１２から出力されたレーザビームＬ（光）をドラム１４上に装着されたフイルムＦ（記録媒体）に照射することで、面積変調画像を記録するようにしたものである。なお、フイルムＦには、ドラム１４が矢印Ｘ方向（主走査方向）に回転し、露光ヘッド１２が矢印Ｙ方向（副走査方向）に移動することで、２次元画像が形成される。また、面積変調画像とは、レーザビームＬをオンオフ制御することで、フイルムＦ上に複数の画素を形成し、その画素の占める面積によって所定の階調が得られるようにした画像である。
【００１３】
露光ヘッド１２は、レーザビームＬを出力する半導体レーザＬＤ（光源）と、レーザビームＬをフイルムＦ上に集光する集光光学系１６とを備える。
【００１４】
集光光学系１６は、半導体レーザＬＤ側より、集光レンズ２８、シリンドリカルレンズ３０、３２、３４、３６、光量制御素子３７（光量制御手段）、集光レンズ３８および偏光分離素子４０（複数焦点生成手段）が順に配列されている。なお、シリンドリカルレンズ３０および３４は、レーザビームＬを副走査方向（矢印Ｙ方向）にのみ集光し、シリンドリカルレンズ３２および３６は、レーザビームＬを主走査方向（矢印Ｘ方向）にのみ集光する。
【００１５】
光量制御素子３７は、半導体レーザＬＤから出力された略直線偏光のレーザビームＬの偏光方向を制御するもので、図３に示すように構成される。すなわち、光量制御素子３７は、ネマティック液晶４２を２枚の配向膜４４、４６で挟むことによりツイストネマティック液晶セルを構成し、このセルの両面に透明電極４８、５０を配設し、さらに、透明電極４８、５０を透明基板５２、５４によって挟んで構成される。なお、透明電極４８、５０間には、液晶制御回路５６により所定の電圧が印加される。このように構成される光量制御素子３７は、透明電極４８、５０間に電圧が印加されない場合には、図３に示すように、ネマティック液晶４２が略直線偏光からなるレーザビームＬの偏光方向を矢印Ｐａ方向から矢印Ｐｂ方向に変換する。また、電圧が印加されると、レーザビームＬの偏光方向は、その電圧に応じて任意の方向に変換される。
【００１６】
偏光分離素子４０は、レーザビームＬが集光する部位に配設されており、図２および図４に示すように、レーザビームＬを正常光Ｌｏと異常光Ｌｅとに分離して２つの焦点ｆｏおよびｆｅを生成する。この偏光分離素子４０は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、水晶、方解石等の一軸性結晶からなり、レーザビームＬの光軸に略垂直な面内で直交する二軸の方向に対する屈折率が異なるように、結晶の光学軸がレーザビームＬの光軸に対して傾斜して設定される。この場合、レーザビームＬの透過効率を高めるため、偏光分離素子４０の表面にＡＲコーティングを施すと好適である。なお、焦点ｆｏおよびｆｅは、図２に示すように、ドラム１４に装着された誤差がない状態におけるフイルムＦの表面の正規の位置を挟むように設定する。
【００１７】
さらに、集光光学系１６は、フイルムＦの記録位置に近接して距離検出素子５８を備える。距離検出素子５８は、ドラム１４上に装着されたフイルムＦまでの距離を検出するもので、例えば、レーザビームＬのフイルムＦによる反射光を検出することで距離信号を生成することができる。距離信号は、デフォーカス量算出回路６０（位置検出手段）に供給される。デフォーカス量算出回路６０は、前記距離信号に基づいて、集光光学系１６によるレーザビームＬの集光点である焦点ｆｏまたはｆｅとフイルムＦの記録面との距離であるデフォーカス量を算出し、その量に応じた制御信号を液晶制御回路５６に供給する。
【００１８】
本実施形態のレーザ記録装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
【００１９】
画像情報に応じて変調され、半導体レーザＬＤより出力されたレーザビームＬは、集光レンズ２８によって平行光束とされた後、シリンドリカルレンズ３０、３４によって副走査方向（矢印Ｙ方向）のみが整形される一方、シリンドリカルレンズ３２、３６によって主走査方向（矢印Ｘ方向）のみが整形され、光量制御素子３７、集光レンズ３８および偏光分離素子４０を介してドラム１４上のフイルムＦに集光される。
【００２０】
ここで、集光レンズ３８を通過したレーザビームＬは、その集光部分に配設された偏光分離素子４０によって、図４に示すように、「○および・」で示す図面に直交する直線偏光からなる正常光Ｌｏと、「双方向の矢印」で示す図面に沿った直線偏光からなる異常光Ｌｅとに分離される。この場合、偏光分離素子４０に対するレーザビームＬの入射角をθ１、正常光Ｌｏおよび異常光Ｌｅの屈折角をθ２ｏおよびθ２ｅ、偏光分離素子４０の正常光Ｌｏおよび異常光Ｌｅに対する屈折率をｎｏおよびｎｅとすると、
sin θ１＝ｎｏ・sin θ２ｏ
sin θ１＝ｎｅ・sin θ２ｅ
であり、偏光分離素子４０を通過した正常光Ｌｏの焦点ｆｏと異常光Ｌｅの焦点ｆｅとの離間距離ΔＬは、偏光分離素子４０の光軸方向の厚さをｔとして、
ΔＬ≒ｔ・（１／ｎｏ−１／ｎｅ）
となる。
【００２１】
図５は、偏光分離素子４０を用いない場合（ΔＬ＝０μｍ）における集光光学系１６の集光点ｆからの距離と、各距離でのレーザビームＬのビーム径との関係を示す。Ｄｆは、フイルムＦに対する画像記録に許容される焦点深度である。一方、図６は、偏光分離素子４０を用いて２つの集光点である焦点ｆｏおよびｆｅを生成した場合における集光点からの距離と、各距離でのレーザビームＬのビーム径との関係を示す。Ｄｆｏｅは、フイルムＦに対する画像記録に許容される焦点深度である。この場合、偏光分離素子４０を用いてレーザビームＬを正常光Ｌｏおよび異常光Ｌｅに分離することにより、焦点深度Ｄｆｏｅを大きくすることができる。
【００２２】
さらに、本実施形態においては、集光光学系１６に対するフイルムＦまでの距離を距離検出素子５８により検出し、その距離に応じて光量制御素子３７を制御することで、フイルムＦ上でのレーザビームＬのビーム径をさらに絞ることができる。
【００２３】
すなわち、距離検出素子５８は、フイルムＦまでの距離を検出し、距離信号をデフォーカス量算出回路６０に供給する。デフォーカス量算出回路６０は、前記距離信号からレーザビームＬの集光点とフイルムＦの記録面との位置関係、例えば、正常光Ｌｏの焦点ｆｏとフイルムＦの記録面との距離δｆ（図４参照）をデフォーカス量として算出し、その量に応じた制御信号を液晶制御回路５６に供給する。液晶制御回路５６は、前記制御信号に従い、光量制御素子３７を構成する透明電極４８、５０間に所定の電圧を印加してネマティック液晶４２の配向を制御し、光量制御素子３７を透過するレーザビームＬの偏光方向を調整する（図３参照）。
【００２４】
この場合、図４において、偏光分離素子４０に入射するレーザビームＬの偏光方向に応じて正常光Ｌｏおよび異常光Ｌｅの光量が分配される。例えば、フイルムＦの記録面が正常光Ｌｏの焦点ｆｏ上にあるときには（δｆ＝０）、偏光分離素子４０に入射するレーザビームＬの偏光方向を図４の紙面に直交する方向に設定することにより、偏光分離素子４０から射出されるレーザビームＬを正常光Ｌｏのみとすることができる。従って、レーザビームＬが焦点ｆｏにのみ集光されるため、ぼけのない高精細な画像を記録することができる。また、フイルムＦの記録面が異常光Ｌｅの焦点ｆｅ上にあるときには（δｆ＝ΔＬ）、偏光分離素子４０に入射するレーザビームＬの偏光方向を図４の紙面に平行となる方向に設定することにより、偏光分離素子４０から射出されるレーザビームＬを異常光Ｌｅのみとし、同様にしてぼけのない高精細な画像を記録することができる。さらに、フイルムＦの記録面が焦点ｆｏとｆｅとの間にあるときには、焦点ｆｏからの距離δｆに応じて偏光分離素子４０に入射するレーザビームＬの偏光方向を調整することにより、フイルムＦの記録面にレーザビームＬを効率的に集光させて高精細な画像を記録することができる。
【００２５】
図７は、光量制御素子３７および偏光分離素子４０を用いない場合における集光光学系１６の集光点ｆからの距離と、各距離でのレーザビームＬの強度分布との関係を示す。この場合、集光点ｆからフイルムＦの記録面が離間するにつれ、強度分布のなまりが急速に増大することが了解される。
【００２６】
図８は、偏光分離素子４０のみを用いた場合における集光光学系１６の焦点ｆｏからの距離と、各距離でのレーザビームＬの強度分布との関係を示す。この場合、焦点ｆｏとｆｅとの間では、強度分布のなまりが急速に増大することはない。
【００２７】
図９は、光量制御素子３７および偏光分離素子４０を用いた場合における集光光学系１６の焦点ｆｏからの距離と、各距離でのレーザビームＬの強度分布との関係を示す。この場合、レーザビームＬの強度分布は、図８に示す場合よりもさらになまりが抑制されている。この結果、フイルムＦの記録面がレーザビームＬの光軸方向に変動するようなことがあっても、レーザビームＬを好適に集光し、高精細な画像を記録することができる。しかも、光量配分の制御は、光量制御素子３７を電気的に制御することで行われるため、レーザビームＬのフイルムＦに対する高速走査に十分追従することができる。
【００２８】
図１０は、他の実施形態に係るレーザ記録装置７０を示す。このレーザ記録装置７０では、図１および図２に示すレーザ記録装置１０におけるシリンドリカルレンズ３２と３４との間の発散部分に偏光分離素子７２を挿入するとともに、集光レンズ２８とシリンドリカルレンズ３０との間に光量制御素子７４を挿入している。なお、偏光分離素子７２は、図１および図２に示す偏光分離素子４０と同じ構成からなり、また、光量制御素子７４は、図３に示す光量制御素子３７と同じ構成からなる。
【００２９】
このように構成されるレーザ記録装置７０では、半導体レーザＬＤから出力されたレーザビームＬは、前段に配置された偏光分離素子７２によって正常光と異常光とに分離された後、後段に配置された偏光分離素子４０によって正常光および異常光の夫々がさらに正常光および異常光に分離される。従って、フイルムＦに対しては、集光点の異なる４本のレーザビームＬが導かれることになる。
【００３０】
図１１は、偏光分離素子４０および７２を用いて４つの集光点である焦点ｆｏ１、ｆｅ１およびｆｏ２、ｆｅ２を生成した場合における集光点からの距離と、各距離でのレーザビームＬのビーム径との関係を示す。なお、焦点ｆｏ１、ｆｅ１は、偏光分離素子７２によって分離されたレーザビームＬの正常光を偏光分離素子４０によってさらに分離して得られた正常光および異常光による集光点とし、焦点ｆｏ２、ｆｅ２は、偏光分離素子７２によって分離されたレーザビームＬの異常光を偏光分離素子４０によってさらに分離して得られた正常光および異常光による集光点とする。この場合、フイルムＦに対する画像記録に許容される焦点深度Ｄｆ₁₂は、偏光分離素子４０のみを用いた場合の焦点深度Ｄｆｏｅ（図６参照）よりもさらに大きくすることができる。
【００３１】
ここで、光量制御素子３７および７４を用いて、各焦点ｆｏ１、ｆｅ１およびｆｏ２、ｆｅ２でのレーザビームＬの光量配分を制御する場合、例えば、フイルムＦの記録面が焦点ｆｏ１、ｆｅ１側にあるとすると、偏光分離素子７２より射出されるレーザビームＬが正常光のみとなるように、光量制御素子７４を制御する。すなわち、偏光分離素子７２に入射するレーザビームＬの偏光方向がそれより射出される正常光の偏光方向と一致するように、光量制御素子７４を制御することにより、レーザビームＬを焦点ｆｏ１およびｆｅ１のみに集光させる。次いで、光量制御素子３７を制御し、図１および図２に示す実施形態の場合と同様に、フイルムＦの記録面に対する集光点の位置に応じて各焦点ｆｏ１、ｆｅ１での光量配分を調整することにより、レーザビームＬを好適に集光し、高精細な画像を記録することができる。
【００３２】
また、フイルムＦの記録面が焦点ｆｏ２、ｆｅ２側にある場合には、偏光分離素子７２より射出されるレーザビームＬが異常光のみとなるように、光量制御素子７４を制御する。すなわち、偏光分離素子７２に入射するレーザビームＬの偏光方向がそれより射出される異常光の偏光方向と一致するように、光量制御素子７４を制御することにより、レーザビームＬを焦点ｆｏ２およびｆｅ２のみに集光させる。次いで、光量制御素子３７を制御し、図１および図２に示す実施形態の場合と同様に、フイルムＦの記録面に対する集光点の位置に応じて各焦点ｆｏ２、ｆｅ２での光量配分を調整することにより、レーザビームＬを好適に集光し、高精細な画像を記録することができる。
【００３３】
なお、上述した実施形態において、距離検出素子５８を用いてデフォーカス量をリアルタイムで測定する代わりに、予めデフォーカス量を測定し、フイルムＦの記録面の２次元位置に対するデフォーカス量テーブルとして記憶させておき、このデータを前記制御信号として液晶制御回路５６に供給するようにしてもよい。
【００３４】
また、レーザビームＬの偏光方向を制御するものとしては、ネマティック液晶４２を用いる代わりに、反強誘電性液晶、表面安定化強誘電性液晶、ＰＬＺＴ等を用いることができる。さらに、光量制御素子３７、７４を用いる代わりに、デフォーカス量に応じて偏光分離素子４０、７２を直接レーザビームＬの光軸の周りに回転制御するようにしてもよい。
【００３５】
さらにまた、光量制御素子３７、７４を１／２波長板とし、これをデフォーカス量に応じて回転制御するように構成すれば、レーザビームＬが良好な直線偏光でなくても、それを直線偏光に変換できるとともに、偏光方向をデフォーカス量に応じて制御することができる。
【００３６】
また、光量制御素子３７、７４をデフォーカス量に応じて回転制御される第１の１／４波長板と、入射するレーザビームＬの偏光方向に対して屈折率一定の方向を４５゜に傾斜させて設定した第２の１／４波長板とで構成すれば、直線偏光と円偏光との間の任意の偏光状態からなるレーザビームＬを生成して偏光分離素子４０、７２に導くことができる。
【００３７】
また、光量制御素子３７、７４をデフォーカス量に応じて回転制御される偏光板とすれば、入射する光が円偏光の場合、その偏光方向を制御できるとともに、当該偏光板を透過するレーザビームＬの光量を偏光方向によらず一定とすることができるため、集光点における光量制御をより容易且つ正確に行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る露光記録装置によれば、集光点に対する記録媒体の位置変動に応じて光量を制御することができ、廉価な構成によって光源からの光を高精度に記録媒体上に集光させ、高精細な画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のレーザ記録装置の斜視構成図である。
【図２】図１に示すレーザ記録装置の平面構成図である。
【図３】図１に示すレーザ記録装置に使用される光量制御素子の構成説明図である。
【図４】偏光分離素子によりレーザビームが分離され、２つの焦点が形成されることを説明するための図である。
【図５】単一の集光点を形成した場合におけるビーム径の説明図である。
【図６】２つの集光点を形成した場合におけるビーム径の説明図である。
【図７】１つの集光点を形成した場合における集光点からの距離とレーザビームの強度分布との関係説明図である。
【図８】２つの集光点を形成した場合における集光点からの距離とレーザビームの強度分布との関係説明図である。
【図９】２つの集光点を形成し、且つ、各集光点での光量分布を制御した場合における集光点からの距離とレーザビームの強度分布との関係説明図である。
【図１０】他の実施形態であるレーザ記録装置の平面構成図である。
【図１１】４つの集光点を形成した場合におけるビーム径の説明図である。
【符号の説明】
１０、７０…レーザ記録装置１２…露光ヘッド
１４…ドラム１６…集光光学系
３７、７４…光量制御素子４０、７２…偏光分離素子
５６…液晶制御回路５８…距離検出素子
６０…デフォーカス量算出回路Ｆ…フイルム（記録媒体）
ＬＤ…半導体レーザ

Claims

光源からの光を記録媒体に導いて画像を記録する露光記録装置において、
前記光源から出力された光を集光して記録媒体に導く集光光学系と、
前記光の発散する部位または集光する部位に配設され、前記光を正常光と異常光とに分離することで、前記集光光学系の焦点を、前記光の光軸に沿って前記記録媒体近傍に複数生成する偏光分離素子と、
前記焦点に対する前記記録媒体の位置を検出する位置検出手段と、
検出された前記記録媒体の位置に基づき、前記偏光分離素子に入射する前記光の偏光方向を調整し、前記各焦点に対する前記光の光量配分を制御する光量制御手段と、
を備えることを特徴とする露光記録装置。
請求項１記載の装置において、
前記光は、直線偏光であり、前記光量制御手段は、前記焦点に対する前記記録媒体の位置に応じて前記偏光分離素子を光軸の周りに回転制御することを特徴とする露光記録装置。
請求項１記載の装置において、
前記光は、直線偏光であり、前記光量制御手段は、前記焦点に対する前記記録媒体の位置に基づき、前記複数焦点生成手段に入射する前記光の偏光方向を制御する電気光学効果素子を備えることを特徴とする露光記録装置。
請求項３記載の装置において、
前記電気光学効果素子は、液晶素子であることを特徴とする露光記録装置。
請求項１記載の装置において、
前記光量制御手段は、前記焦点に対する前記記録媒体の位置に応じて前記光の偏光方向を制御すべく回転制御される１／２波長板であることを特徴とする露光記録装置。
請求項１記載の装置において、
前記光量制御手段は、前記焦点に対する前記記録媒体の位置に応じて前記光の偏光を制御すべく回転制御される第１の１／４波長板と、前記第１の１／４波長板を通過した前記光を前記偏光分離素子に導く第２の１／４波長板とからなることを特徴とする露光記録装置。
請求項１記載の装置において、
前記光は、円偏光であり、前記光量制御手段は、前記焦点に対する前記記録媒体の位置に応じて前記光の偏光方向を制御すべく回転制御される偏光板からなることを特徴とする露光記録装置。
請求項１〜７のいずれかに記載の装置において、
前記偏光分離素子は、前記光の光軸に沿って複数配設されることを特徴とする露光記録装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の装置において、
前記偏光分離素子は、一軸性結晶であることを特徴とする露光記録装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の装置において、
前記光源から出力される前記光は、前記記録媒体を２次元的に走査して画像を記録し、前記位置検出手段は、前記記録媒体の前記光による走査位置毎に前記焦点に対する前記記録媒体の位置を検出することを特徴とする露光記録装置。