JPH07199113A - プリンタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、プリンタ装置において、一段とプリ
ントスピードの速いプリンタ装置を実現する。 【構成】光源として高出力レーザ発振器を用い、縦方向
と横方向とで射出角の異なる高出力レーザ発振器のレー
ザ光を両方向について倍率が異なる第１の光学系を用い
て結像し、光フアイバの入射口に集光する。これにより
レーザ光を光フアイバの入射角条件及びコア径に応じて
最適化することができる。この結果、高出力レーザ発振
器のレーザ光は効率良く昇華性染料を含有するシート部
材上に結像される。これによりプリンタ装置によるプリ
ントスピードを従来に比して一段と高速化することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術（図７〜図１１） 発明が解決しようとする課題（図１１） 課題を解決するための手段（図１） 作用 実施例（図１〜図６） （１）全体構成（図１） （２）高出力レーザ発振器の構成 （３）光学系の倍率条件 （４）光フアイバへの入射条件 （５）光学系の設定方法 （６）他の実施例 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタ装置に関し、特
にレーザ光を熱に交換（以下これを光熱交換と呼ぶ）し
て得られた熱により溶融又は昇華転写記録をするプリン
タ装置、いわゆるレーザ熱転写型のプリンタ装置に適用
して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来用いられているレーザ熱転写型のプ
リンタ装置の記録原理を図７に示す。このプリンタ装置
は、透明なベースフイルム１の一面に赤外線吸収染料及
び昇華性染料からなる染料層２を形成したインクリボン
３を用いる。そして染料層２が受像紙４の受像面４Ａに
当接するようにインクリボン３を受像紙４に密着させ
る。この状態でレーザ素子５から放射されたレーザ光Ｌ
をレンズ６等の光学系を介して集光及び結像し、その
後、レーザ光Ｌをインクリボン３のベースフイルム１を
介して染料層２に照射する。この結果、染料層２の赤外
線吸収染料がレーザ光Ｌを光熱変換して昇華性染料を受
像紙４の受像面４Ａに転写させる。これにより受像紙４
上に印字される。

【０００４】またインクリボン３としては図８に示すも
のや図９に示すもの等、種々の型のものが提案されてい
る。このうち図８に示すインクリボンはベースフイルム
１の一面にカーボン層７及び昇華染料でなる昇華染料層
８を形成したものである。このインクリボンの場合、カ
ーボン層７においてレーザ光Ｌを光熱変換し、得られた
熱で昇華染料を受像紙４の受像面４Ａに転写する。一
方、図９に示すインクリボンはカーボンを含有するベー
スフイルム９の一面に染料層８を形成したものである。
このインクリボンの場合、ベースフイルム９においてレ
ーザ光Ｌを光熱変換して昇華性染料を受像紙４の受像面
４Ａに転写する。

【０００５】また昇華転写記録方式によつてある程度の
大きさの画像等を印字する場合には、図１０や図１１に
示す構造のプリンタ装置が用いられている。このうち図
１０に示すプリンタ装置は、レーザ光Ｌを結像する結像
レンズ２０とレーザ素子５とを１つの筺体２１（以下、
これを記録ヘツドと呼ぶ）に収納し、レーザ光Ｌがイン
クリボン３上で結像するように保ちながら記録ヘツド２
１をリードねじ２２又はベルト等を用いてインクリボン
３の幅方向に往復させることによりレーザ光Ｌにインク
リボン３上を走査させるものである。他方、図１１に示
す構造のプリンタ装置は、光フアイバケーブル２３によ
つてレーザ５と接続された結像レンズ２０だけを記録ヘ
ツド２１に収納するもので他は図１０のプリンタ装置と
同じである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでこれらレーザ
を用いたプリンタ装置では昇華転写記録のプリントスピ
ードを早めるため、光源であるレーザ素子の高出力化及
び光源のマルチ化（複数光源化）が考えられている。光
源のマルチ化を考える場合には、まずレーザ素子そのも
のを単純に複数並べるという方法が考えられる。

【０００７】しかしレーザ素子そのものを並べるだけで
は、どうしても発光点間隔が長くなり、レーザ素子１つ
１つについて走査結像光学系を構成しなければならな
い。このため装置が複雑になる問題があつた。そこで図
１１に示す光フアイバを用いる方法を適用し、光フアイ
バ同士を束ねることにより発光点間隔を短くする（いわ
ゆるマルチフアイバ光学系）が提案されている。

【０００８】またレーザ光源の高出力化についてである
が、ワツトクラスの高出力レーザは、ストライプ幅Ｗ₀
が大きく、倍率１倍の光学系で単純に結像しようと思う
と、スポツト径はＷ₀ までしか絞れず、縮小倍率の度合
いの大きな光学系を用いなければならない。このときレ
ーザ光源のパワーを 100〔％〕近く利用しようと思う
と、レーザの出射NAに対して、結像面上のNAは縮小倍率
の逆数分だけ大きくしなければならない。

【０００９】例えばストライプ幅が50〔μｍ〕及び出射
NAが0.45のレーザビームに対し、２５〔μｍ〕のスポツ
ト径を結像面上で結ぼうと思うと、縮小倍率は１／２と
なり及び最終NAは約 0.9となる。このようなレンズを現
実に手に入手することはかなり難しい。

【００１０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して一段と効率良くレーザビームを記録媒
体上に結像することができる光学系を含むプリンタ装置
を提案しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、印字データに基づいて変調された
レーザ光を昇華性染料を含有するシート部材表面に照射
し、当該シート部材３での光熱変換によつて昇華された
昇華性染料を受像紙４上に転写するプリンタ装置におい
て、レーザ光を射出する高出力レーザ発振器３１と、レ
ーザ光の光束を高出力レーザ発振器３１のストライプ幅
方向及び厚さ方向のそれぞれについて倍率を変えて出力
する第１の光学系３２、３３、３４と、第１の光学系３
２、３３、３４によつて集光されたレーザ光を一端３５
Ａより入射し、かつ他端３５Ｂから出力する光フアイバ
３５と、光フアイバ３５から射出されたレーザ光をシー
ト部材３上に結像する第２の光学系３６、３７とを設け
る。

【００１２】

【作用】縦方向と横方向とで異なる角度で出射される高
出力レーザ発振器３１のレーザ光を両方向について倍率
が異なる第１の光学系３２、３３、３４を用いて結像
し、光フアイバ３５の入射口３５Ａに集光する。これに
よりレーザ光を光フアイバ３５の入射角条件及びコア径
に応じて最適化することができる。この結果、高出力レ
ーザ発振器３１のビームを効率良く昇華性染料を含有す
るシート部材３上に結像することができ、プリンタ装置
によるプリントスピードを従来に比して一段と高速化す
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１４】（１）全体構成 図１において３０は全体としてレーザ熱転写型プリンタ
に用いられる光学系の基本構成を表している。この光学
系３０は高出力レーザ発振器３１から出射されたレーザ
光Ｌ３１をコリメータレンズ３２によつて平行ビームＬ
３２に変換し、その後、アナモルフイツクプリズム３３
によつてビーム径を可変している。続いてビーム径が可
変された平行ビームＬ３３を結像レンズ３４を介して光
フアイバ３５の入射口３５Ａに結像する。

【００１５】さらに光学系３０は光フアイバ３５を伝達
して出射されたレーザ光をコリメータレンズ３６によつ
て平行ビームＬ３４に再度変換し、最終的にはこのレー
ザ光Ｌ３４を結像レンズ３７を介して結像面３８（すな
わちインクリボン３）上に結像する。ここで光フアイバ
３５を用いる理由は、第１に機械的な走査をしやすくす
るためと、第２にマルチ化を図るためとである。つまり
レーザ素子を単純に並べる場合に対し、光フアイバを並
べた方が発光点間隔を短くでき、しかも軽量化ができる
ために機械的走査がしやすくなるためである。次項以降
ではアナモルフイツクプリズム３３を用いる理由につい
て説明する。

【００１６】（２）高出力レーザ発振器の構成 まず高出力レーザ発振器３１の詳細な構造を図２に示
す。この高出力レーザ発振器３１は電極４２と電極４３
との間に電圧をかけることによりレーザ発光部４４より
レーザ光Ｌ３１を出射するようになされている。具体的
には、発光部（長さＷ₀ の部分）以外の部分に絶縁膜４
８を設け、Ｐ形クラツド層４５とＮ形クラツド層４７の
間にある活性層４６のストライプ部分にのみ電流を流す
ような構造にしてある。

【００１７】このため高出力レーザの場合、縮小光学系
を用いない限り、この発光部の幅Ｗ₀ （以下、ストライ
プ幅と呼ぶ）よりも小さくレーザのビーム径を絞ること
はできない。またレーザの出射角度はストライプ幅Ｗ₀
の方向に対して厚み方向の方が大きくなる。

【００１８】（３）光学系の倍率条件 続いて図３を用いて、高出力レーザ発振器３１から出射
されたレーザ光Ｌ３１がコリメータレンズ３２によつて
平行ビームＬ３２に変換されるまでを示す。上述したよ
うに高出力レーザ発振器３１から射出されるレーザの出
射角度はｘ方向（ストライプ幅Ｗ₀ の方向）に対して、
ｙ方向（層の厚み方向）の方が大きく（Ｗ₁ ＜Ｖ₁ ）、
平行光束に変換されたレーザビームはｙ方向に対して長
い長方形形状となる。

【００１９】次に図４を用いて光学系と倍率との関係を
説明する。以下、光源のレーザ出力をできるだけ有効に
利用するために、光学系を構成するレンズ等の大きさ
が、レーザビームの大きさに比較して十分大きいという
条件の下、議論を進める。つまり基本的にレーザビーム
はレンズ等によつてけられず、もしけられたとしても、
それは無視し得る程度のものと考える。

【００２０】まずレーザＬ３１の出射角をθとし、これ
を結像面３５Ａ上へ結像したときの入射角をθ′とす
る。このとき光学系の倍率βはほぼ次のようになる。

【数１】

【００２１】すなわち図４における高出力レーザ発振器
３１のストライプ幅Ｗ₀ に対して、結像スポツトサイズ
Ｗ₃ は次のように表される。

【数２】

【００２２】ところでアナモルフイツクプリズム３３の
部分を拡大すると図５に示すようになる。アナモルフイ
ツクプリズム３３は、図５に示すように、入射ビームの
高さＷ₁ をＷ₂ に変化させるものである。その際、入射
ビームＷ₁ に垂直を方向（紙面に垂直な方向）の高さＶ
₁ は変化させない。

【００２３】このよう整形されたビームを結像する様子
を表したのが図６である。ここで出射角θと入射角θ’
は、コリメータレンズ３２の焦点距離をｆ1 とし、また
結像レンズ３４の焦点距離をｆ2 とすると、図４から分
かるように、次式

【数３】

【数４】 と表すことができる。従つて（２）式によつて与えられ
る結像スポツトサイズＷ₃ は、次式

【数５】 によつて表すことができる。

【００２４】これに対して、結像ビームの垂直方向のス
ポツトサイズＶ₃ は、アナモルフイツクプリズム３３を
通つてもビームサイズが変化しないので、次式

【数６】 によつて与えられる。

【００２５】ところで高出力レーザ発振器３１において
は、図２からも分かるように、ストライプ幅Ｗ₀ が元々
活性層４６の厚みＶ₀ に比べて一桁以上大きい。従つて
アナモルフイツクプリズム３３によつて平行ビームのサ
イズ径を多少大きくしたところで、（５）式及び（６）
式から分かるように、結像スポツトの横幅Ｗ₃ の大きさ
は縦幅Ｖ₃ に比べてまだまだ大きく、結像スポツトは図
６に示すように横長になるのである。

【００２６】（４）光フアイバへの入射条件 次に、このようにして結像したレーザビームの光フアイ
バ３５への入射について説明する。一般に光フアイバ３
５は、ある角度以下で入射した光しか伝播しないという
性質をもつ（以下、この角度を許容入射角と呼ぶ）。光
フアイバ３５に一段と大きなエネルギーを有するビーム
光を入射しようとすると、この固有入射角以内にビーム
の入射角を合わせなければならない。

【００２７】また光フアイバ３５から射出される出射ビ
ームに関しては、ある程度入射ビームの性質（入射角及
びサイズ）が保存されるとはいえ、光フアイバ固有のビ
ームの性質（コアの大きさ及び屈折率分布で決まる出射
角及びサイズ）で出射されると考えて差し支えない。そ
してこの出射ビームの出射角は前述の許容入射角に等し
くなる。

【００２８】ところでレンズについてであるが、図４に
おける tanθの値が大きくなればなるほど、レーザビー
ムをけつてしまわないためには、NA（＝２×焦点距離／
口径とする）の大きなレンズを用いなくてはならない。
しかしそのようなレンズは収差が起きやすく、設計が非
常に困難となつてくる。一方、（１）式より縮小倍率が
小さければ小さいほど、光源のエネルギーをできるだけ
大量に取り込むためには、結像レンズ側のNAを大きくし
なければならないことが分かる。

【００２９】つまりレーザ光源から出射するビームに対
する縮小光学系と、光フアイバから出射するビームに対
する縮小光学系とについて、それぞれ縮小度を可能な限
り小さく抑える必要が出てくる。このため光フアイバ３
５に対しては、必要以上に小さな結像サイズで、また必
要以上に入射角を抑えて、入射させないようにする必要
がある。

【００３０】（５）光学系の設定方法 最後に、高出力レーザ発振器３１及び光フアイバ３５と
して次の数値のものを用いるとして、その際に効率よく
レーザ光を集光するために各光学部品に要求される具体
的な数値例を上げる。ここで用いる高出力レーザ発振器
３１のストライプ幅Ｗ₀ 及び厚さＶ₀ はそれぞれ50〔μ
ｍ〕及び１〔μｍ〕であるとし、かつストライプ幅方向
及び厚さ方向への出射角度がそれぞれ８〔°〕及び24
〔°〕であるとする。

【００３１】また光フアイバ３５のコア径を50〔μｍ〕
とし、その許容入射角を12〔°〕であるとする。この条
件の下、最終的にインクリボン上に結像されるレーザ光
のスポツトサイズを25〔μｍ〕（約1000〔DPI 〕の解像
度に相当）以下にすることを考える。

【００３２】まず光フアイバ３５に対してインクリボン
側に配置される光学系について考える。この実施例では
光フアイバ３５のコア径が50〔μｍ〕であるため１／２
の縮小光学系を使用することになる。従つて結像レンズ
３７はコリメータレンズ３６の焦点距離ｆ₁ の半分の焦
点距離ｆ₂ （＝ｆ₁ ／２）のレンズとなる。例えば焦点
距離10〔mm〕のコリメータレンズ３６を用いる場合、結
像レンズ３７として焦点距離がコリメータレンズ３６の
焦点距離に対して半分の５〔mm〕のものを用いれば良
い。

【００３３】また光フアイバ３５から射出されるレーザ
光の出射角は許容入射角と同じ12〔°〕であるので、コ
リメータレンズ３６は有効口径が 4.5〔mm〕以上のもの
を用いれば、ビームを十分に取り込むことができる。ま
た結像レンズ３７もやはり同様の有効口径のものを用い
れば良い。

【００３４】次に、光フアイバ３５に対して高出力レー
ザ発振器３１側に配置される光学系について考える。こ
の実施例では光フアイバ３５のコア径が50〔μｍ〕であ
るので、これ以下にスポツトサイズを押されなければな
らない。一方、高出力レーザ発振器３１のストライプ幅
Ｗ₀ は50〔μｍ〕あるので、縮小倍率は 1/1（すなわち
倍率１倍）とする。

【００３５】しかしこのままだと厚さ方向の出射角が24
〔°〕であるので、入射するときの角度のタンジエント
（tangent ）が出射 tangentとなるので、24〔°〕の入
射角となり、光フアイバ３５にビームが入りきらなくな
り、大幅なロスが発生する。そこで（１）式の関係よ
り、入射角を12〔°〕とするために、結像レンズ３４の
焦点距離ｆ₂ をコリメータレンズ３２の約２倍とする。

【００３６】しかしこの場合にも、このままではストラ
イプ幅Ｗ₀ 方向のスポツトサイズがストライプ幅Ｗ₀ の
２倍の値、すなわち 100〔μｍ〕となつてしまい、光フ
アイバ３５に入射しきれなくなつて大幅なロスを避け得
ない。そこでアナモルフイツクプリズム３３を使用する
ことにより、ストライプ幅Ｗ ₀ 方向のみ縮小するような
光学系を構成する。

【００３７】つまりアナモルフイツクプリズム３３の倍
率を２倍とし、かつコリメート（コリメータレンズ３２
によつて平行に）した後のビームをストライプ幅Ｗ₀ 方
向のみ２倍にする。これによつてアナモルフイツクプリ
ズム３３以外の光学系の倍率と相殺されてちようど50
〔μｍ〕に結像することになる（（５）式による）。こ
のときストライプ幅方向の入射角度については、約８
〔°〕となり、これは問題はない。

【００３８】以上の構成によれば、大まかな計算ではあ
るが、高出力レーザ発振器３１と光フアイバ３５の仕様
が上述の数値と変更されたときでも、またプリントする
画像の解像度（インクリボン上におけるスポツトサイ
ズ）の仕様が変わつたときでも、同様の計算によつてレ
ーザ光を効率よく集光することができる光学系３０を得
ることができる。

【００３９】（６）他の実施例 なお上述の実施例においては、光学系３０をアナモルフ
イツクプリズム３３を用いて構成する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、同様にビームの片方向に
ついてのみビームサイズを変える性質を持つシリンドリ
カルレンズやアナモルフイツクレンズ等に置き換えるこ
ともできる。

【００４０】また上述の実施例においては、レンズはあ
たかも一枚のレンズとして図示してあるが、複数枚を一
組に組み合わせたレンズを用いても構わない。さらに上
述の実施例においては、光フアイバ３５の後方に配置す
る光学系３６、３７についてはコリメータレンズ３６を
用いて平行ビームに変換した後、それを結像レンズ３７
で結像するという方式で説明しているが、光フアイバ３
５から出射したビームを一枚のレンズ又は１つのレンズ
状媒質によつてそのまま結像しても良い。

【００４１】さらに上述の実施例に限らず、１枚又は１
組のレンズによつて平行でないビームに直し、それを最
終的に１枚又は１組のレンズによつて結像しても何ら問
題はない。このことは光フアイバ３５の前方に配置する
光学系についても当てはまり、高出力レーザ発振器３１
から出射したビームを１枚又は１組のレンズによつて平
行でないビームに直し、これをアナモルフイツクプリズ
ム等の片方向のみサイズを変える性質を持つ光学要素に
通し、最終的に１枚又は１組のレンズによつて結像して
も何ら問題はない。

【００４２】またこれらに加えて、コリメータレンズに
よつて平行光束に変換したビームの、片方向についての
み光束サイズを変えるという方式を発展させて、コリメ
ータレンズがビームを平行にするという性質、片方向の
みビームサイズを変える光学要素の性質、結像レンズの
結像するという性質を、縦方向及び横方向の曲率が異な
る非球面レンズを１組、又は組み合わせて用いることに
よつて実現させる方法を用いても全く問題はない。

【００４３】またこれまでビームがレンズ等によつてけ
られないという条件を前提に議論を進めてきたが、レン
ズ等によつて多少けられたとしても、倍率については、
レンズによつてけられないとするときのビームの入射角
θ′を（１）式に適用して議論を進めることができる。
つまり、レンズ等によつて多少けられたときも、アナモ
ルフイツクプリズム又はそれと同様な性質をもつ光学要
素を用いることにより、レーザビーム光源のエネルギー
を有効に使用することが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、縦方向と
横方向とで異なる角度で出射される高出力レーザ発振器
のレーザ光を両方向について倍率が異なる第１の光学系
を用いて結像し、光フアイバの入射口に集光することに
より、レーザ光を効率良く昇華性染料を含有するシート
部材に結像することができる。この結果、プリンタ装置
によるプリントスピードを従来に比して一段と高速化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプリンタ装置に用いる光学系の一
実施例を示す概略図である。

【図２】高出力レーザ発振器の構造を示す斜視図であ
る。

【図３】高出力レーザをコリメートする際の説明に供す
る略線図である。

【図４】スポツトサイズと倍率との関係を示す略線図で
ある。

【図５】アナモルフイツクプリズムによるビーム径の変
化の様子を示す略線図である。

【図６】結像レンズによる結像の様子を示す略線図であ
る。

【図７】昇華転写記録の原理を示す略線図である。

【図８】従来用いられているインクリボンの構造を示す
略線的断面図である。

【図９】従来用いられているインクリボンの構造を示す
略線的断面図である。

【図１０】昇華転写の走査方法の一例を示す略線図であ
る。

【図１１】昇華転写の走査方法の一例を示す略線図であ
る。

【符号の説明】

１、９……ベースフイルム、２……染料層、３……イン
クリボン、４……受像紙、５……レーザ素子、３０……
光学系、３１……高出力レーザ発振器、３２、３６……
コリメータレンズ、３３……アナモルフイツクプリズ
ム、３４、３７……結像レンズ、３５……光フアイバ、
３５Ａ、３８……結像面、４２、４４……電極、４５、
４７……クラツド層、４６……活性層、４８……絶縁
層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印字データに基づいて変調されたレーザ光
   を昇華性染料を含有するシート部材表面に照射し、当該
   シート部材での光熱変換によつて昇華された上記昇華性
   染料を受像紙上に転写するプリンタ装置において、 上記レーザ光を射出する高出力レーザ発振器と、 上記レーザ光の光束を上記高出力レーザ発振器のストラ
   イプ幅方向及び厚さ方向のそれぞれについて倍率を変え
   て出力する第１の光学系と、 上記第１の光学系によつて集光されたレーザ光を一端よ
   り入射し、かつ他端から出力する光フアイバと、 上記光フアイバから射出されたレーザ光を上記シート部
   材上に結像する第２の光学系とを具えることを特徴とす
   るプリンタ装置。
2. 【請求項２】上記第１の光学系は、 １又は複数のレンズ手段と、 レーザ光の直交成分のうち一方向のみレーザ光のサイズ
   を変更する光学要素とを有することを特徴とする請求項
   １に記載のプリンタ装置。
3. 【請求項３】上記光学要素は、アナモルフイツクプリズ
   ムによつてなることを特徴とする請求項２に記載のプリ
   ンタ装置。
4. 【請求項４】上記光学要素は、シリンドリカルレンズに
   よつてなることを特徴とする請求項２に記載のプリンタ
   装置。
5. 【請求項５】上記光学要素は、直交方向についての曲率
   が異なる１又は複数の非球面レンズによつてなることを
   特徴とする請求項２に記載のプリンタ装置。