JP2005199476A

JP2005199476A - 発光装置

Info

Publication number: JP2005199476A
Application number: JP2004005948A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Katsuma; 伸雄勝間
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US20050151831A1

Abstract

【課題】電力ロスや部品コストを抑えつつ、主走査方向の照度ばらつきの無い発光装置を提供する。
【解決手段】光定着器は、主走査方向及び副走査方向に沿って複数の発光素子２６がマトリックス状に配列された発光素子アレイを持っている。発光素子アレイは、主走査方向の照度分布を補正する照度補正部を持つ第１ブロック３１と、前記照度補正部を持たない第２ブロック３２とからなる。第１ブロック３１には、副走査方向の各列毎に、発光素子２６へ供給される電流を制御して各列の積算照度を調節する電流制御部３６が設けられている。ＬＥＤ制御回路２１は、アレイ全体の主走査方向の照度分布を調べて、その照度分布が均一になるように、第１ブロック３１の照度を調節する。照度調節は、電流制御部３６に入力される制御用パルス信号のデューティ比を変化させることによってなされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、多数の発光素子がマトリックス状に配列された発光素子アレイを備え、この発光素子アレイと相対的に移動する感光材料に対して光を照射する発光装置に関するものである。

感光材料に対して光を照射する発光装置として、感熱プリンタに用いられる光定着器が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この光定着器は、サーマルヘッドの加熱により画像が熱記録された感熱記録紙に対して、定着光を照射して感熱発色層を光定着する。特許文献１には、複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ）を、感熱記録紙の搬送方向（副走査方向）と、直交する感熱記録紙の幅方向（主走査方向）に複数行複数列のマトリックス状に配列した発光素子アレイを備えた光定着器が記載されている。光定着器は、感熱記録紙の搬送路上に配置され、感熱記録紙を搬送させながらその記録面の全面に定着光を照射して光定着を施す。

この発光素子アレイでは、副走査方向に沿った各列の照度にばらつきがあると、主走査方向の照度分布にムラが生じて、定着ムラが発生してしまう。そこで、本出願人は、こうした発光素子アレイの照度補正方法（下記特許文献２参照）を提案している。この照度補正方法では、副走査方向に沿った各列毎に照度調節を行うことで、主走査方向の照度分布を補正している。照度調節は、例えば、前記各列毎に、各列内の発光素子へ供給される電流を制御する電流制御部を設け、実測した主走査方向の照度分布に応じて前記電流制御部によって各列毎に照度を調節することによって行われる。これにより、主走査方向の照度ムラを解消することが可能となる。

特開平９−２３４８９４号公報特開２００３−２８５４５６号公報

しかしながら、照度を上げるために、発光素子の数を増やしたり、個々の発光素子の発光量を大きくすると、駆動電流値が上がるため、それに伴って、電流制御を行うトランジスタや抵抗等も大型化せざるを得ない。そうなると、電力ロス（電流制御部で消費される電力量が増加することによるエネルギー損失）や部品コストが増加してしまう。発光素子の数が多くなると、電力ロスや部品コストの増加が無視できないレベルに達するため、これらを抑えるための対策が検討されていた。

本発明は、電力ロスや部品コストを抑えつつ、主走査方向の照度ばらつきの無い発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、発光素子を主走査方向及び副走査方向に沿ってマトリックス状に多数個配列した発光素子アレイを備え、この発光素子アレイと副走査方向に相対的に移動する感光材料に対して光を照射する発光装置において、前記発光素子アレイは、主走査方向の照度分布を補正する照度補正部を持つ第１ブロックと、前記照度補正部を持たない第２ブロックとからなることを特徴とする。

前記照度補正部は、副走査方向の各列毎に設けられており、各列内の発光素子と直列に接続され、各列内の発光素子に供給される電流を制御する電流制御部であることが好ましい。

本発明の発光装置は、発光素子を主走査方向及び副走査方向に沿ってマトリックス状に多数個配列した発光素子アレイを、主走査方向の照度分布を補正する照度補正部を持つ第１ブロックと、前記照度補正部を持たない第２ブロックとから構成したから、照度制御の対象となる発光素子の数を少なくすることができる。これにより、前記照度補正部の構成部品を小型化することができるので、照度補正部の電力ロスや部品コストを抑えつつ、主走査方向の照度ばらつきの無い発光装置を提供することができる。

図１に示すカラー感熱プリンタ２は、カラー感熱記録紙３を順方向と、その逆方向とに往復搬送しながら、フルカラー画像の熱記録と、画像熱記録済みのカラー感熱記録紙３の光定着とを行う。カラー感熱プリンタ２は、各感熱発色層を加熱して発色させるサーマルヘッド６，このサーマルヘッド６と対向してカラー感熱記録紙３を支持するプラテンローラ７，カラー感熱記録紙３を搬送する搬送ローラ対８，光定着器９からなる。

カラー感熱記録紙３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が順次層設されている。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。また、第１の感熱発色層であるイエロー感熱発色層は、４２０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。第２の感熱発色層であ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、３６５ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。カラー感熱記録紙３に、例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にしてもよい。

搬送ローラ対８は、給紙されたカラー感熱記録紙３をニップして副走査方向へ搬送する。この搬送中に、サーマルヘッド６及び光定着器９をカラー感熱記録紙３が通過して、プリント処理が行われる。プリント処理が終了したカラー感熱記録紙３は、図示しないカッターによって所定サイズにカットされ、カラー感熱プリンタ２外へ排出される。搬送ローラ対８は、駆動モータ１２によって駆動される。

サーマルヘッド６は、周知のように、多数の発熱素子が主走査方向にライン状に配列された発熱素子アレイ６ａを備えている。各発熱素子は、画素の濃度に応じた熱エネルギーを発生してイエロー，マゼンタ，シアンの各色の画像を各感熱発色層に熱記録する。

光定着器９は、イエロー用のイエロー用発光素子アレイ（Ｙ用発光素子アレイ）１６及びマゼンタ用発光素子アレイ（Ｍ用発光素子アレイ）１７を備えている。各発光素子アレイ１６，１７は、サーマルヘッド６の順方向の下流側に配置されており、その発光面がカラー感熱記録紙３の記録面に対面している。Ｙ用発光素子アレイ１６は、発光ピークの波長が約４２０ｎｍの青紫色の光であるイエロー定着光を放出してイエロー感熱発色層を定着する定着光源であり、Ｍ用発光素子アレイ１７は、発光ピークの波長が約３６５ｎｍの近紫外線であるマゼンタ定着光を放出してマゼンタ感熱発色層を定着する定着光源である。各発光素子アレイ１６，１７は、主走査方向の幅がカラー感熱記録紙３の幅よりも若干広くなっている。

ＬＥＤ電源回路１８は、各発光素子アレイ１６，１７に対して電圧を印加して駆動電力を供給する。ＬＥＤ制御回路２１は、各発光素子アレイ１６，１７の主走査方向の照度分布が均一になるように照度補正を行う。後述するように、各発光素子アレイ１６，１７には、発光素子とともに、発光素子の照度を検出する受光センサが設けられている。この受光センサからの照度信号は、Ａ／Ｄコンバータ２２を介してＬＥＤ制御回路２１に入力される。ＬＥＤ制御回路２１は、その照度信号に基づいて、発光素子アレイ１６，１７の主走査方向の照度分布を補正する。

図２は、Ｙ用発光素子アレイ１６を下方から見た平面図である。Ｙ用発光素子アレイ１６は、基板２４上に、複数の発光素子２６を、主走査方向に沿ったラインが８列（Ｒ１〜Ｒ８）、副走査方向に沿ったラインが３６列（Ｌ１〜Ｌ３６）のマトリックス状に配列したものである。発光素子２６としては、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用される。

各発光素子２６の照度は、中央部で高く、周辺部で低い。また、隣接する各発光素子２６の間には隙間がある。このため、主走査方向の１ラインの照度分布には、照度ムラが生じる。この照度ムラを解消するため、隣接する２つのラインを、発光素子２６の配列ピッチの半分程度主走査方向にズラして配置することによって、各ラインを構成する各発光素子２６の配列が千鳥状になるようにしている。これにより、一方のラインの照度が低いところを、他方のラインの照度が高いところで互いに補い合うようにして、主走査方向の照度ムラを低減させている。

しかし、各ライン内の複数の発光素子２６の一部に、点灯不良、配線不良等によって欠陥があると、その部分の照度が著しく低下する。また、温度変化や経時による劣化による照度変化によって、主走査方向の照度分布にバラツキ（照度ムラ）が生じる。このため、Ｙ用発光素子アレイ１６は、実測された主走査方向の照度分布に応じた照度制御が可能になっている。

基板２４には、発光素子２６の主走査方向のラインに沿って、複数の照度センサ２８が配列されている。照度センサ２８は、例えば、Ｒ１とＲ２の間に１ライン、Ｒ３とＲ４の間に１ラインというように、２ラインの発光素子列に対して、１ラインずつ設けられている。照度センサ２８としては、例えば、受光量に応じたレベルの照度信号を出力するフォトセンサが使用される。この照度信号は、Ａ／Ｄコンバータ２２でデジタル信号に変換されて、ＬＥＤ制御回路２１へ入力される。ＬＥＤ制御回路２１は、入力された照度信号に基づいて、副走査方向の各列（Ｌ１〜Ｌ３６）毎の積算照度を求めることにより、主走査方向の積算照度分布を調べる。そして、その積算照度分布に応じて、発光素子２６の照度を調節することにより、前記欠陥素子に起因する照度ムラを調節する。

Ｙ用発光素子アレイ１６は、主走査方向の８列（Ｒ１〜Ｒ８）が、それぞれ４列ずつ割り当てられた第１及び第２の２つのブロック３１，３２とからなる。第１ブロック３１は、副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎の照度を調節して、主走査方向の照度分布の補正を行う照度補正部を持っており、第２ブロック３２は、前記照度補正部を持たないブロックである。第１ブロック３１の照度補正部によって照度調節を行うことで、第２ブロック３２を含めたアレイ全体の主走査方向の照度ムラが補正される。

図３に示すように、各ブロック３１，３２は、それぞれ第１及び第２の各電源回路１８ａ，１８ｂからそれぞれ電力が供給されて、常時点灯する。各ブロック３１，３２内の発熱素子２６は、副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎に直列に接続されている。図３（Ｂ）に示す第２ブロック３２は、後述する第１ブロック３１とは異なり、電流制御部３６が設けられていないので、第２電源回路１８ｂから電圧が印加されている間、各発光素子２６へ間断なく電流が供給されて、点灯する。この第２ブロック３２は、そのブロック内の発光素子２６に欠陥素子が生じた場合には、照度補正を行うことができないので、副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６の積算照度に、上述した要因によってバラツキが生じた状態で点灯する。

これに対して、図３（Ａ）に示す第１ブロック３１には、副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎に、前記照度補正部として電流制御部３６が設けられている。電流制御部３６は、各列Ｌ１〜Ｌ３６内の発光素子２６と直列に接続されている。電流制御部３６は、他の回路素子に影響されることなく一定の電流を流す定電流源であり、例えば、可変抵抗器３７と、トランジスタ３８とからなる。可変抵抗器３７は、各列内に流れる電流値を調節する。第１ブロック３１は、製造時において、主走査方向の照度分布が均一になるように、各可変抵抗器３７の抵抗値が調節される。これにより、製造時点における照度ムラが補正される。

トランジスタ３８は、各列Ｌ１〜Ｌ３６毎に、発光素子２６への電流供給をオンオフさせるスイッチング手段である。第１ブロック３１は、製造時にいったん照度ムラが補正されるが、出荷後も上述の種々の要因によって欠陥素子が発生した場合には、照度ムラが生じる。ＬＥＤ制御回路２１は、各トランジスタ３８のベース端子に制御用パルス信号を入力する。制御用パルス信号の信号レベルがハイレベルの間、トランジスタ３８がオンして、列内の発光素子２６が点灯する。そして、ローレベルになると、消灯する。第１ブロック３１の各発光素子２６は、この制御用パルス信号の入力に基づいて、パルス駆動される。ＬＥＤ制御回路２１は、第２ブロック３２を含めたアレイ全体の副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎の積算照度の実測値に基づいて、入力する制御用パルス信号のデューティ比（パルス列の周期とパルスの持続時間との比）を変化させることで、各列Ｌ１〜Ｌ３６毎の前記積算照度を調節する。

このように、１つの発光素子アレイを、電流制御部３６を持つ第１ブロック３１と、電流制御部３６を持たない第２ブロック３２の２つのブロックから構成したことにより、アレイ全体の発光素子を制御対象とする従来例と比較して、制御対象とする発光素子２６の数を減らすことができるので、部品コストを低減させることができる。すなわち、制御対象となる発光素子２６の数が減れば、電流制御部３６に流れる電流値を小さくすることができる。このため、電流制御部３６を構成するトランジスタや抵抗などの回路部品を小型化することができるので、部品コストが低減される。また、電流制御部３６の回路部品が小型化されれば、電力ロスも小さくなるので、エネルギー効率も向上する。

ここまで、Ｙ用発光素子アレイ１６を例に説明したが、Ｍ用発光素子アレイ１７についても、同様な構成であるので、説明を省略する。

以下、上記構成による作用について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。カラー感熱記録紙３が給紙されると、サーマルヘッド６によってイエロー画像の熱記録が開始される。このイエローの熱記録開始とともに、Ｙ用発光素子アレイ１６が点灯する。カラー感熱記録紙３の熱記録済み部分がＹ用発光素子アレイ１６に送られて、順次イエロー定着光が照射されてイエローの光定着がなされる。この定着中に、図４に示すように、ＬＥＤ制御回路２１は、照度センサ２８からの照度信号に基づいて、副走査方向の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎に積算照度を求めて、アレイ全体の主走査方向の照度分布を調べる。そして、このアレイ全体の照度分布が均一になるように、第１ブロック３１へ与える制御用パルス信号のデューティ比を調節して、第１ブロック３１内の各列Ｌ１〜Ｌ３６毎の照度を補正する。

イエローの光定着が終了すると、カラー感熱記録紙３がいったん逆方向に戻された後、再度送り方向に搬送されながらサーマルヘッド６によってマゼンタ画像の熱記録が開始される。これとともにＭ用発光素子アレイ１７が点灯して、記録済み部分に対して順次マゼンタの光定着がなされる。ＬＥＤ制御回路２１は、Ｙ用発光素子アレイ１６と同様の手順で、Ｍ用発光素子アレイ１７の照度補正を行う。これにより、主走査方向の定着ムラが解消される。マゼンタの光定着が終了した後、シアン画像が記録されて、プリントが終了する。

上記実施形態では、電流制御部を、１個のトランジスタと、１個の可変抵抗とから構成しているが、電流制御部の回路構成は、これ以外でもよい。例えば、図５に示す電流制御部４１は、２個のトランジスタ５２ａ，５２ｂと、１個の可変抵抗５３とから構成される。こうした構成にすることで、発光素子の温度の推定が可能になる。発光素子は、温度に応じて許容される最大電流値が変化し、この許容最大電流値は、温度が高くなるほど低い。発光素子に許容最大電流値を越える電流を流すと寿命を縮めてしまうので、発光素子の温度に応じて、電流値を調節し、許容される最大電流値以下に抑えることが好ましい。

制御用パルス信号が入力される端子電圧は、各トランジスタ５２ａ，５２ｂのベースエミッタ間電圧Ｖｂｅの和となる。ＬＥＤ制御回路２１は、この端子電圧に基づいて回路基板の温度を測定するとともに、測定された基板の温度から発光素子の温度を推定する。ＬＥＤ制御回路２１は、推定した発光素子の温度から許容電流値を求めて、発光素子に流れる電流がその許容電流値以下になるように制御用パルスのデューティ比を調節する。これにより、発光素子の劣化が抑えられる。

また、図６は、電流制御部を１個の可変抵抗６２で構成した例である。この例では、上記実施形態とは異なり、定着中に照度を補正することはできず、製造時に可変抵抗６２を調節することしかできない。しかし、上記実施形態と比較して、回路構成が簡素になるため、よりコストや電力ロスが抑えられるというメリットがある。

上記実施形態では、発光素子アレイを、８行３２列のマトリックスで説明したが、もちろん、この発光素子の数は１例であり、適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、副走査方向の各列を、各ブロック毎に４個の発光素子から構成しているが、この発光素子の数は、各ブロック毎に少なくとも１個あればよい。また、上記実施形態では、副走査方向の各列毎に電流制御部を設けた例で説明しているが、各列毎に設けなくてもよく、例えば、１列おきに設けてもよい。こうすると、補正精度は若干低下するものの、電力ロスや部品コストをより低減させることができる。

また、上記実施形態では、光定着器の位置を固定して、感熱記録紙を副走査方向に移動させながら光定着を行う例で説明しているが、光定着器と感熱記録紙とが相対的に移動すればよいので、感熱記録紙の位置を固定して、光定着器を移動させながら光定着を行ってもよい。

また、本発明の発光装置を、感熱プリンタに用いられる光定着器に適用した例で説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、例えば、本発明を、感光性を有するプリント基板のパターン形成に用いられる照明装置など、各種の発光装置に適用することが可能である。発光素子が放射する光の波長は、それら各種の用途に応じて適宜選択される。

カラー感熱プリンタの構成図である。発光素子アレイ内の各ＬＥＤの配列を示す説明図である。発光素子アレイの回路構成の説明図である。照度補正の手順を示すフローチャートである。発光素子の温度推定が可能な電流制御部の例である。電流制御部を可変抵抗のみで構成した例である。

符号の説明

２カラー感熱プリンタ
３カラー感熱記録紙
１６Ｙ用発光素子アレイ
１７Ｍ用発光素子アレイ
２６発光素子
３１第１ブロック
３２第２ブロック
３６，４１電流制御部

Claims

発光素子を主走査方向及び副走査方向に沿ってマトリックス状に多数個配列した発光素子アレイを備え、この発光素子アレイと副走査方向に相対的に移動する感光材料に対して光を照射する発光装置において、
前記発光素子アレイは、主走査方向の照度分布を補正する照度補正部を持つ第１ブロックと、前記照度補正部を持たない第２ブロックとからなることを特徴とする発光装置。
前記照度補正部は、副走査方向の各列毎に設けられており、各列内の発光素子と直列に接続され、各列内の発光素子に供給される電流を制御する電流制御部であることを特徴とする発光装置。