高画質デジタルミニラボ R2Super 用プリントヘッド
Development of a Print Head for the High Image Quality Digital Minilab R2 SUPER

藤井雄

一＊

Fujii, Yuichi

要旨

北野博

久＊＊Kitano, Hirohisa［（Zr yTi 1−y ）1−x/4 ］O 3 で表され、通一般式は、［Pb 1−x La x ］

PLZTの光導電性によって発生した電荷は光シャッタの動作領域に残留し光学的な性能を徐々に劣化させる。

常、一般式のLa,Zr,Tiの各成分の比（x/y/1−y）を用いて）と表記される。PLZTはそのPLZT（100x/100y/100（1−y）

我々は光シャッタの表面抵抗値を低下させることに組成により、異なった電気光学効果、すなわち、１次電よって、厳しい性能が要求されるデジタルミニラボにお気光学効果（Pockels効果）、２次電気光学効果（Kerr効

いても安定した高画質プリントの出力が可能なプリント果）、メモリー効果を示す。特に２次電気光学効果は、ヘッドを開発した。また、このプリントヘッドはコニカ

PLZTに印加される電界と、電界によってPLZT内部に誘ミノルタフォトイメージング㈱が販売する高画質デジタ起される複屈折が２次の関係にあり、電界がゼロで複屈

ルミニラボR2 SUPERに搭載されている。

折もゼロとなることから光シャッターとして使いやす
く、電気光学効果の大きさ、安定性、温度特性などを考Abstract

慮して通常はPLZT（9/65/35）の組成に近いものが用い

In a digital minilab employing a PLZT shutter, the elec-

られる。

tric charge generated by the photoconductivity of PLZT

我々はこの素材を用いてFig.１のような立体型の光シャッremains in the area of optical shutter operation, and this

ターアレイをかねてより提案してきた２）。PLZT素材を挟

gradually degrades optical performance. By reducing theんで対向する１対の電極がそれぞれ独立して駆動できる

surface resistance of the optical shutter, we developed an

ように構成されており各変調可能な窓（ドット）の形状

exposure head that facilitates stable high-definition prints

は平行四辺形になっている。

from a digital minilab meeting strict standards of performance. This exposure head is used in the high-definition
Digital Minilab R2 SUPER manufactured by Konica Minolta
Photo Imaging, Inc.

１ はじめに近年、急速に進展した銀塩ラボシステムのデジタル化に対応するために我々は電気光学セラミックスであるPLZTを用いた光シャッターアレイの開発を行ってきた。

Fig.1 SEM micrograph of PLZT optical shutter

今回、極めて要求性能が厳しい銀塩露光に対しても良好な露光性能を安定して発揮するプリントヘッドを開発

実際プリンタで使用する場合は、数万Luxの高い強度の照明光と１V/µmを超える高い電界が印加されるため、することができたので報告する。

２ PLZT セラミックスの課題
PLZT［（Pb,La）（Zr,Ti）O 3］は、圧電体材料であるPZTのPbの一部をLaで置換した固溶体の総称で［Pb（Zr,Ti）
O3］あり、1969年に米国Sandia研究所のG.H.Heartringらによって発見された透光性強誘電体セラミックスである１）。
＊コニカミノルタフォトイメージング㈱フォトビジネス事業部 開発部機器開発 G＊＊コニカミノルタフォトイメージング㈱フォトビジネス事業部 開発部機器生産 G（本文は日本画像学会 Japan Hardcopy 2004 論文集４） より転載。）

Fig.2 Instability of relative output intensity

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

169

Fig.２のように長時間の動作で性能が大きく劣化する現象が認められる。Fig.２は初期と実際のプリンタ使用条件で３時間駆動した場合の印加電圧−出力光量特性をそれぞれプロットしたものである。このような変動は厳しい安定性が要求される銀塩プリントヘッドとして許容されるものではなく何らかの対策が必要である。

３ PLZT の光導電特性
Fig.5 Current characteristics upon change ofmeasurement conditions

Fig.３に示すような測定回路にPLZT光シャッターを接続しPLZT動作時の光導電電流をTable １の各条件で測定した。照射光はλ450のLEDを使用した。
Fig.４の通り照射する光強度を上げるに伴い、略リニアな関係の光導電電流が検出された。

更に、Fig.３のスイッチを切換えてPLZTへの印加電圧を停止し回路を短絡した状態で、光照射（Power３）のみを行い検出される電流を30分間測定した（Ｃ領域）。その結果、これまでとは逆方向の電流が検出され時間とともに電流値は減少する傾向を示した。
以上の結果より、PLZTを光シャッターとして使用する条件で僅かではあるがPLZTの光導電性によりキャリアが発生し、しかも完全に外部回路へ排出されることなく素子内に残留していること考えられる。更には、回路を短絡した状態で光のみを照射することで、前記残留する電Fig.3 Photocurrent measurement circuit

Table 1 Measurement conditions

荷は消滅させることができる。

４ PLZT 光シャッターの電位測定
対向する電極間に電圧を印加し続け残留電荷が発生したPLZT光シャッターアレイをクロスニコル状態の偏光子間で顕微鏡観察した代表的な写真をFig.６に示す。外部から電圧を印加していないにもかかわらず、写真下部Electrode A（+）側に偏った領域で複屈折による漏れ光が観測されPLZT内部に電場が残留することを光学的に示唆している。

Fig.4 Photoconductive current characteristics of PLZTFig.6 Photograph of light leak of deteriorated shutter

次に前実験の光強度Power３の条件で60分間継続して光導電電流の変化を調べた結果をFig.５に示す（Ａ領域）。

このような状態において、原子間力顕微鏡を用い、光導電電流は徐々に低下する傾向を示し、60分後には初PLZT光シャッター窓の表面電位を測定した。Fig.７に測期値の約60％になった。

定の要領を示す。Fig.９は電極Ａ−Ｂ間の表面電位を３箇

その時点でPLZTに印加する電圧はそのままにして、照所測定し、そのプロファイルを平滑化してプロットした射していた光を10分間停止させてみたところ、電流は殆ものである。Fig.８は測定した窓の表面状態を示したもの

ど検出されなかった（Ｂ領域）。

である。

170

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

（+）
側の偏った領域で複屈折による漏れ光が観測された結果とよく一致している。
光シャッターを駆動するために外部より印加される電場に対して、前記のような残留電場が存在することで各領域での実効的な電場の大きさが異なることになる。つまり（+）
電極側では加算される状態になる反面、（−）
電極側ではキャンセルする方向に作用することになる。前述のFig.２において長時間駆動した光シャッターの特性がピーク付近でブロードになる傾向を示しているのは、逆方向に作用した領域が混在することによるものと解釈できる。また、Fig.２において印加電圧の無い状態でも漏れ光が若干存在するのは、この残留電場による複屈折が原因と考えることができる。
以上の状況を基に現象のモデルをFig.10のように考察しFig.7 Location of area on optical shutter of surface potential
measurement

た。
光シャッターがOPENの状態（外部より電圧が印加されている状態）で光導電性に伴うキャリアが発生し、それぞれ外部電場によりドリフトされホールは比較的容易に排出されるが、エレクトロンが空間的に残留してしまう。そして、外部電場が停止された状態でも、この電荷による電場が各電極に対して発生することになる。

Fig.8 Photograph of area on optical shutter of surface
potential measurement

Fig. 10 Residual spatial electric charge

５ 表面処理の効果
これまでの結果よりPLZTの僅かな光導電性により発生した電荷が空間的に残留し、光シャッター特性を劣化させることが判った。
PLZTのバルク抵抗を下げる方法も既に報告されている
Fig.9 Distribution of electric potential on optical shutter surfaceが３）、光学的透過率の低下を最小限に抑えるためにPLZT
光シャッターの動作表面のみの抵抗値を下げる方法を試みた。具体的にはPLZT素材の片面にアルミ膜を設けた

Fig.９から、各電極側で異なる極性の電場が残留してお後、熱処理することで生じるPLZT/アルミ膜界面での酸り、その電場は（+）電極側に偏って分布していること、化還元反応を利用した。この処理により達成した表面抵（+）
電極側の電位が高いことがわかる。これは、Fig.６で抗はTable２のようになる。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

171

Table 2 Change in surface resistance after heat treatment

このように表面処理を施したPLZT光シャッターをFig.２と同じ条件で動作させ特性の安定性を確認した結果、Fig.11の通りピーク付近が若干ブロードになる傾向は認められるものの、出力光量の最大値が得られる駆動電圧は殆ど変化しないことが判った。この結果より残留電荷はバルク全体よりも表面近傍に集中しているものと考えられる。

Fig.11 Enhanced stability of relative output intensity after
reducing surface resistance of optical shutter

６ まとめ
PLZTの光導電性により生じる残留電荷が光シャッターとしての性能を劣化させる。光シャッター動作表面の電気抵抗値を下げることによって、その残留電荷は大幅に減少することが判明した。その結果、高安定性が要求される銀塩プリンタの品質レベルを実現することが可能となった。

７ 謝辞
本研究にご協力を頂いた株式会社NOEMAX岡本研究員、同奥田研究員及びコニカミノルタテクノロジーセン
ター㈱松原氏に感謝致します。
参考文献
１）G.H.Haertling, J.Amer. Ceram.Soc., 54（1971）
２）I.Saitoh, H.Kitano, S.Toyota and Y.Onishi, J.Japan Soc. Powderand Powder Metal., 40, 697（1993）
３）S.Toyota, M.Takata, H.Kitano and I.Saitoh, Ferroelectrics,
Vol.156.pp.55 − 60（1994）
４）Y.Fujii, Y.Ohsone, T.Kurimoto, H.Kitano, Japan Hardcopy 2004,
129 − 132（2004）

172

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）