JPH10239665A

JPH10239665A - ２次元マトリクス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法

Info

Publication number: JPH10239665A
Application number: JP9042068A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動信号に応じて光出射、非出射の状態を択
一的に取る画素部が行、列を構成して２次元マトリクス
状に配置されてなる空間光変調素子を用いた多階調露光
方法において、高速での多階調露光を実現する。【解決手段】空間光変調素子として、新たな駆動信号
が入力されるまで光出射または非出射の状態を維持する
画素部を有するものを用い、この空間光変調素子の全て
の行を、相異なる複数の時間間隔毎に選択走査し、選択
された行における各画素部に、画像データに基づいた駆
動信号を入力し、上記相異なる複数の時間間隔毎になさ
れる選択走査を時間的に多重化し、この多重化走査を受
けた相異なる複数の行から、時分割によって１つの選択
行を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多階調画像を感光
材料に露光する方法に関し、特に詳細には、液晶素子、
ミラー素子や、エレクトロルミネッセンス素子、ＬＥＤ
等の発光素子から構成される２次元マトリクス型空間光
変調素子を使用して、感光材料を高速で多階調露光でき
るようにした多階調露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像データに基づいて変調された
光で感光材料、例えば銀塩感材、非銀塩系光反応発色感
材、光熱変換発色感材等を露光し、画像を再現するプリ
ンター装置が各種方式で開発されている。このようなプ
リンター装置に要求される性能の一つに、露光速度の高
速化が挙げられている。

【０００３】一般的な露光方式としては、レーザ走査露
光による方式が知られている。しかし、この方式は点順
次露光動作であり、露光時間が長いという欠点がある。
より高速露光に適した方法としては、ライン型光変調素
子、または２次元マトリクス型光変調素子を利用した露
光方式が知られている。前者はライン順次露光動作であ
り、高速露光が可能である。後者は面露光動作であり、
さらに高速露光が期待できる２次元マトリクス型光変調素子は、駆動信号に応じて光
出射、非出射の状態を択一的に取る画素部が行、列を構
成して２次元マトリクス状に配置されてなるものであ
る。なお本明細書における２次元マトリクス型光変調素
子としては、画素部が液晶素子やミラー素子等、別の光
源からの光を変調する素子から構成されているものは勿
論のこと、該画素部がエレクトロルミネッセンス素子、
ＬＥＤ等の発光素子から構成されているものも含むこと
とする。

【０００４】この種の空間光変調素子の一つに、新たな
駆動信号が入力されるまで上記光出射または非出射の状
態を維持する画素部を備えてなるものが知られている。
このタイプの空間光変調素子は、高品位なディスプレイ
素子として開発、商品化されている。特にアクティブマ
トリクス型液晶素子のディスプレイ素子は、その代表的
なものである。

【０００５】ところで、この種の空間光変調素子におい
ては、面露光処理において集光率を高めるため、素子の
面積が極力小さいことが望まれる。さらに高品位な画像
を得るためには、素子の画素数を多くする必要がある。
しかし、素子の面積を小さくし、また画素数を増やす
と、当然１画素の面積が小さくなるので、素子の高精細
化が要求される。

【０００６】このような背景から、前述のアクティブマ
トリクス型液晶素子のなかでも、その基板、および画素
回路（主にＭＯＳ−ＦＥＴ）と周辺駆動回路（主に行選
択駆動回路と、列における画像信号駆動回路）が単結晶
半導体で一体型に構成され、画素回路上部に反射電極を
設けて液晶に電圧を供給する構成の反射型アクティブマ
トリクス型液晶素子が特に高集積化、高開口率化の点か
ら好ましい。

【０００７】一方、アクティブマトリクス型液晶素子の
なかでも、液晶材料として強誘電性液晶を用いたもの
は、その高速応答性（応答時間は液晶素材と液晶に印加
する電圧、および温度などに依るが、数μｓ〜 100μｓ
程度である）から、プリンター装置用の露光素子として
非常に期待されている。

【０００８】しかし、強誘電性液晶は一般的に２値の安
定状態しかとることができず、また反強誘電性液晶は一
般的に３値の安定状態しかとることができない。そこ
で、それらからなる液晶素子を、プリンター装置用の露
光素子として用いた場合、１回のデータ書き込みによる
露光では低階調の画像しか得られない。したがって、階
調数が２５６程度必要な画像、例えばフルカラー画像等
の再現には、複数回のデータ書き込みと露光が必要とな
る。

【０００９】ここで、強誘電性液晶を光変調部に用いた
２次元マトリクス型光変調素子による多階調露光につい
て詳しく説明する。

【００１０】２次元マトリクス型光変調素子の構造図１は、この種の空間光変調素子の画素部の断面図であ
る。ここに示されている通り、単結晶のｐ^-型シリコン
半導体基板10上には、n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11と電荷蓄積容
量Ｃstg 12が形成されている。n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11はｎ
⁺型のドレイン領域13、ソース領域14、ゲート酸化膜1
5、および poly-Ｓｉ膜よりなるゲート電極16から構成
される。また、電荷蓄積容量Ｃstg 12は、ｐ⁺領域17、
酸化膜18、および poly-Ｓｉ膜19で構成されている。

【００１１】また、第１層間絶縁膜20を介して第１層Ａ
ｌ配線21が形成され、これにより、ソース領域14に接続
されたソース電極22が形成されている。このソース電極
22により、ソース領域14と電荷蓄積容量Ｃstg 12の pol
y-Ｓｉ膜19とが接続されている。なおドレイン領域13に
は、ドレイン電極23が接続されている。さらに第２層間
絶縁膜24を介して画素電極（第２層Ａｌ）25が形成さ
れ、ソース電極22と接続されている。

【００１２】画素電極25上には配向膜26が形成されてい
る。一方、対向透明基板27の片側にはＩＴＯからなる対
向透明共通電極28が形成され、さらにその上に配向膜29
が形成されている。上記２つの基板10、27は、各々と一
体化している配向膜26、29が対向するように配置され、
その間隙に強誘電性液晶30が保持されている。

【００１３】図２は、図１の空間光変調素子の画素部の
等価回路である。図示の通り、n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11のソ
ース電極22と電荷蓄積容量Ｃstg 12の一方、および画素
電極25が接続されている。電荷蓄積容量Ｃstg 12の他方
は素子の電源グランド電位Ｖssに接続されている。また
画素電極25と、配向膜26、29、強誘電性液晶30および対
向透明共通電極28により容量Ｃlcが形成されている。

【００１４】ここで、電源グランド電位Ｖssを基準に、
n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11のゲート電極電圧をＶg 、ドレイン
電極電圧をＶd 、ソース電極電圧をＶs 、対向透明共通
電極電圧をＶcom とする。また、Ｖcom を基準に画素電
極電圧を液晶層電圧Ｖlcとする。

【００１５】空間光変調素子の基本動作図３は、空間光変調素子の基本動作を説明するための、
概略の光変調光学系を示すものである。空間光変調素子
１の対向透明基板側に偏光ビームスプリッター（ＰＢ
Ｓ）２を配置する。光源３からの光はＰＢＳ２によりＳ
偏光波が反射され、空間光変調素子１の対向透明基板27
に入射する。入射した光は液晶30の層を介して画素電極
25により反射され、再度液晶層を通ってＰＢＳ２に入射
する。このとき、反射光のＰ偏光波成分のみがＰＢＳ２
を透過し、その光が出力光となる。

【００１６】また図４は、同じく空間光変調素子の基本
動作を説明するための、液晶層電圧Ｖlcと液晶配向位置
の関係を示している。液晶には双安定性配向を示す強誘
電性液晶を使用するものとする。液晶層電圧Ｖlcが−Ｖ
lcs のとき液晶配向方向が入射偏光軸と一致し、液晶層
電圧ＶlcがＶlcs のとき液晶配向方向が入射偏光軸から
45度の位置になるように、配向処理を行なう。また、液
晶配向方向が入射偏光軸から45度の位置のとき所望の出
力光が得られるように、液晶素材、液晶層厚を適宜調整
する。

【００１７】こうすることにより、出力光は液晶層電圧
Ｖlcが−Ｖlcs のときＯＦＦとなり、Ｖlcs のときＯＮ
となる。

【００１８】次に図５は、図１〜４で説明した構成にお
ける画素部の各電圧と出力光の波形とを示している。ま
ず、n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11が導通状態となるようにゲート
電極電圧Ｖg を十分高いＶgsにする。同時にドレイン電
極電圧Ｖd をＶd(on) にすると、画素電圧Ｖs は略Ｖd
(on) となる。その後にn-ＭＯＳ−ＦＥＴ11が非導通状
態となるようにゲート電極電圧Ｖg を十分低いＶgoffに
しても、画素電圧Ｖs は電荷蓄積容量Ｃstg 12と液晶層
容量Ｃlcにより略Ｖd(on) を保持する。したがってこの
期間（図５の(a) ）の液晶層電圧Ｖlcは、Ｖlc＝（Ｖd
(on) −Ｖcom ）となる。

【００１９】一方、n-ＭＯＳ−ＦＥＴ11が導通状態とな
るようにゲート電極電圧Ｖg を十分に高くし、同時にド
レイン電極電圧Ｖd をＶd(off)にすると、画素電圧Ｖs
は略Ｖd(off)となる。その後にn-ＭＯＳ−ＦＥＴ11が非
導通状態となるようにゲート電極電圧Ｖg を十分低くし
ても、画素電圧Ｖs は電荷蓄積容量Ｃstg と液晶層容量
Ｃlcにより略Ｖd(off)を保持する。したがってこの期間
（図４の(b) ）における液晶層電圧Ｖlcは略Ｖlc＝（Ｖ
d(off)−Ｖcom ）となる。

【００２０】ここで対向共通電極電圧Ｖcom をＶcom ＝（Ｖd(on) ＋Ｖd(off)）／２となるように印加すると、 (a)期間、 (b)期間の各々の
液晶層電圧Ｖlcは、 (a)期間：Ｖlc＝（Ｖd(on) −Ｖd(off)）／２ (b)期間：Ｖlc＝−（Ｖd(on) −Ｖd(off)）／２となる。このとき、 (a)期間、 (b)期間の液晶層電圧Ｖ
lcが各々Ｖlcs 以上、−Ｖlcs 以下になるようにＶd(o
n) 、Ｖd(off)を決定すると、出力光は各々ＯＮ、ＯＦ
Ｆと変調できることになる。

【００２１】なお、実際にはn-ＭＯＳ−ＦＥＴ11の寄生
容量等の原因により、液晶層電圧Ｖlcは（a ）期間と
（b ）期間とで非対称となる場合があるが、本発明に
は特に影響ないので、Ｖlcは上記式に従うものとする。

【００２２】ここで、図５のＴr は強誘電性液晶の光学
的な応答時間であり、これは一般的に液晶素材、液晶層
電圧Ｖlc、温度等に依存するが、実用的には数μｓ〜 1
00μｓ程度が得られる。画素にデータを書き込む時間
は、液晶層電圧Ｖlcを液晶の動作電圧Ｖlcs （または−
Ｖlcs ）にするのに必要な電気的な応答時間と、上記液
晶の光学的な応答時間に依存する。高速にデータを書き
込むためには、これらの両者の時間を短くする必要があ
るが、特に液晶の光学的な応答時間は実用的に限界があ
る。

【００２３】空間光変調素子の２次元マトリクス駆動方
法図６は、２次元マトリクス空間光変調素子の等価回路で
ある。この例は、ｍ列×ｎ行の画素を有する空間光変調
素子であり、ｍ列×ｎ行の画素回路と、画素回路に信号
を与える行選択駆動回路と、画像信号駆動回路とにより
構成されている。画像データは画像信号駆動回路へ転送
され、また、制御信号と各駆動回路により後述するシー
ケンスが満たされる。ここで、同じ行の画素のゲート電
極が共に接続され、行選択駆動回路の出力である行選択
信号［Ｖg1、Ｖg2………、Ｖgn］によって各々制御され
る。また、同じ列の画素のドレイン電極が共に接続さ
れ、画像信号駆動回路の出力である画像信号［Ｖd1、Ｖ
d2………、Ｖdm］によって各々データが供給される。

【００２４】なお、図６の等価回路で示されるｍ列×ｎ
行の画素回路、および行選択駆動回路と画像信号駆動回
路は、同一のシリコン基板に形成されている。

【００２５】図７は、図６の回路における２次元マトリ
クス空間光変調素子の駆動方法を示すタイミング図であ
る。以下、１画面分の画像信号の書込みシーケンスを説
明する。

【００２６】ａ）１行目の画素に書き込む画像信号を、
画像信号駆動回路の出力［Ｖd1、Ｖd2………、Ｖdm］か
ら供給する。次に１行目の行選択信号であるＶg1のみ
を、ＭＯＳ−ＦＥＴが導通となるＶgon にし、他の行選
択信号を非導通となるＶgoffにする。この時１行目の画
素電極に各々の画像信号電圧が印加される。その後Ｖg1
をＭＯＳ−ＦＥＴが非導通となるＶgoffにしても、画素
電極の電圧は殆ど変化せずに保持される。出力光はこの
画素電圧に従って、図５のように応答する。このように
して１行目の画素の画像信号書込みが行われる。この１
行分の書込み時間をτとする。

【００２７】ｂ）２行目以降も同様のシーケンスで画像
信号の書込みを行ない、ｎ行目の画像信号の書込みが終
了すると、１画面分の画像信号の書込みが終了する。し
たがって、１画面分（ｎ行）の画像信号の書込み時間Ｔ
f は、ｎ×τとなる。

【００２８】露光システムの説明図８は、上述の反射型２次元マトリスクス空間光変調素
子を使用した感光材料の露光システムを示している。

【００２９】まず、光源３からの光は集光レンズ４で集
光され、ＰＢＳ２に入射する。この光のうちＳ偏光波が
ＰＢＳ２で反射されて、２次元マトリスクス空間光変調
素子１の対向透明基板側に入射する。入射した光は液晶
層を介して画素電極で反射され、再度液晶層を通ってＰ
ＢＳ２に入射する。このとき、反射光のＰ偏光波のみが
出力光としてＰＢＳ２を透過し、投影レンズ６によって
感光材料７上で結像する。感光材料７に結像する２次元
の光量分布は、画像信号発生装置８によって２次元マト
リスクス空間光変調素子１に書き込まれた画像信号に従
う。すなわち前述の図５のように、画素電圧にＶd(on)
を書き込むとその部分の感光材料７の光量がＯＮとな
り、画素電圧にＶd(off)を書き込むとその部分の感光材
料７の光量はＯＦＦとなる。

【００３０】図９は、感光材料７に対する露光のシーケ
ンスである。まず、集光レンズ４の後に配置された光学
シャッター５を閉じておく。その間に感光材料７を投影
レンズ６の結像面に搬送し固定する。同時に画像信号発
生装置８により、２次元マトリスクス空間光変調素子１
の全画素にＶd(off)の信号を書き込む。その後に光学シ
ャッター５を開く。このとき出力光は全面ＯＦＦであ
る。

【００３１】この状態で画像信号発生装置８により２次
元マトリスクス空間光変調素子１へ１行目から順番に画
像データ信号（Ｖd(on) またはＶd(off)）を書き込む。
出力光は画像信号に従って順次出力され、感光材料７を
露光する。１行目から最終のｎ行目までの書込み時間は
ｎτである。最終のｎ行目に画像信号を書き込んだ後、
再び１行目から出力光をＯＦＦにするためにＶd(off)の
信号を書き込む。最終のｎ行目にＶd(off)の信号を書き
込むと、感光材料７への露光期間は終了する。この後に
光学シャッター５が閉じられ、次の感光材料７の搬送・
固定が行なわれる。

【００３２】上記の露光シーケンスによると、感光材料
７への露光時間Ｔe は、各画素へ書き込まれた画像信号
がＯＮのときｎτであり、ＯＦＦのときゼロである。ま
た、この露光に必要な時間Ｔo は２ｎτである。

【００３３】すなわち、１行の書込み時間をτとする
と、ｎ行、２階調の画像の露光を行なうのに必要な時間
Ｔo は２ｎτであり、この時の感光材料７への露光時間
Ｔe はｎτとなる。ここで、露光期間Ｔo はシャッター
開閉時の安定時間も加わるが、この時間はｎτに比べて
非常に小さいので無視することにする。

【００３４】多階調露光の説明図１０は、多階調露光を説明するための行選択信号のタ
イミングと走査タイミングラインの説明図である。横軸
は時間軸であり、縦軸は行選択信号（上から順にＶg1、
Ｖg2、………、Ｖgn）を示している。この図において実
線ラインは走査タイミングライン（画像データ書込み）
を示し、行選択信号によって選択される画像データ書込
み行のタイミングを記号化したものである。また、破線
ラインは走査タイミングライン（ＯＦＦ書込み）を示
し、行選択信号によって選択されるＯＦＦ書込み行のタ
イミングを記号化したものである。

【００３５】前述のような２値の光変調素子を使用して
多階調露光を実現する方法として、露光時間を変えるこ
とによる多階調露光が知られている。図１１は、その代
表的な多階調露光方法による書込み走査のタイミングチ
ャートである。この図では８階調の露光タイミングを示
している。１行目から最終のｎ行目まで行順次に画像デ
ータを書き込む走査を７回連続で繰り返す。最後の８回
目の走査では、ＯＦＦを書き込む。

【００３６】１回の走査時間はｎτであるので、一連の
シーケンスによる露光期間Ｔo は８ｎτとなる。図１２
には、図１１の多階調露光方法による出力光の例を示
す。なおこの図では、１行目の例を示している。

【００３７】階調［０］の例では、１回目から７回目ま
での走査で全てＯＦＦを書き込む。この結果、出力光は
全てＯＦＦとなり、感光材料への露光時間はゼロとな
る。階調［５］の例では、１回目から５回目までの走査
で全てＯＮを書き込み、６回目と７回目の走査ではＯＦ
Ｆを書き込む。この結果、出力光の感光材料への露光時
間は５ｎτとなる。階調［７］の例では、１回目から７
回目までの走査で全てＯＮを書き込む。この結果、出力
光の感光材料への露光時間は７ｎτとなる。このように
階調レベルと感光材料への露光時間が比例し、多階調露
光を行なうことができる。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような多
階調露光方式においては、階調数が増えるのに従って露
光期間Ｔo も極端に長くなるという問題がある。すなわ
ち、階調数を２^g（ｇ＝１，２，３，………）とする
と、露光期間Ｔo は、Ｔo ＝２^gｎτ ［sec ］ ……（１）となり、階調数の増大に応じて露光期間Ｔo は著しく長
くなる。このような多階調露光方式は、高速露光を必要
とするシステムには不向きである。

【００３９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、感光材料を高速で多階調露光できる、２次元マ
トリクス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法を提
供することを目的とするものである。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明による２次元マト
リクス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法は、駆
動信号に応じて光出射、非出射の状態を択一的に取る画
素部が行、列を構成して２次元マトリクス状に配置され
てなる空間光変調素子を露光光の光路に配し、この空間
光変調素子により、その画素部毎に照射時間を制御した
露光光を感光材料に照射して該感光材料を多階調露光さ
せる、２次元マトリクス型空間光変調素子を用いた多階
調露光方法において、空間光変調素子として、新たな駆
動信号が入力されるまで光出射または非出射の状態を維
持する画素部を有するものを用い、この空間光変調素子
の全ての行を、相異なる複数の時間間隔毎に選択走査
し、選択された行における各画素部に、画像データに基
づいた駆動信号を入力し、上記相異なる複数の時間間隔
毎になされる選択走査を時間的に多重化し、この多重化
走査を受けた相異なる複数の行から、時分割によって１
つの選択行を決定するようにしたことを特徴とするもの
である。

【００４１】なお上記複数の時間間隔は、２の等比数列１：２：………：２^(g-1)｛ｇは正の整数｝であることが望ましい。

【００４２】また、上記行選択の時間をτ、上記複数の
間隔数をｇとしたとき、行選択の基本周期はｇτとする
のが望ましい。

【００４３】一方２次元マトリクス型空間光変調素子と
しては、画素部が、光変調部と、行選択時に各列につい
ての駆動信号を上記光変調部に入力して光変調状態を更
新、維持する回路とから構成されているものを用いるの
が望ましい。

【００４４】そのようにする場合、光変調状態を更新、
維持する回路としては、単結晶半導体を含む素子で構成
されたものや、多結晶半導体を含む素子で構成されたも
のや、非晶質半導体を含む素子で構成されたものを好適
に用いることができる。

【００４５】また光変調素子としては、強誘電性液晶か
らなる光変調部を有するものや、駆動信号に応じて振れ
角が変化するミラー素子からなる光変調部を有するも
や、さらには、エレクトロルミネッセンス素子からなる
ものを好適に用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明方法においては、空間光変調素子
の全ての行を相異なる複数の時間間隔毎に選択走査する
ようにしたので、複数の選択走査の間隔を組み合わせる
ことにより、走査回数が少なくても階調数を飛躍的に増
やすことができる。さらに複数の選択走査は時間的に多
重化され、これらを時分割による行選択によって画像デ
ータの書き込みを行なうので、全体の露光期間を大幅に
短縮することができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１３は、本発明の一つの
実施形態による多階調露光方法における書込み走査のタ
イミングチャートである。なおこの図では、８階調の露
光タイミングを示している。

【００４８】ここで、空間光変調素子としては例えば図
１に示したようなもの、その駆動回路としては図６に示
したようなもの、露光システムとしては図８に示したよ
うなものをそれぞれ利用することができる。

【００４９】図１３において、実線の斜め線(a) 、(b)
、(c) は画像データを書込む走査タイミングラインで
あり、破線の斜め線(a) はＯＦＦを書き込む走査タイミ
ングラインである。各走査タイミングラインは１行目か
ら順に１行毎に走査されるが、走査の開始は画像データ
書込み(a) →画像データ書込み(b) →画像データ書込み
(c) →ＯＦＦ書き込み(a) の順番で行なわれる。

【００５０】ここで、実線の走査タイミングライン(a)
と実線の走査タイミングライン(b)の時間間隔をＴab、
実線の走査タイミングライン(b) と実線の走査タイミン
グライン(c) の時間間隔をＴbc、実線の走査タイミング
ライン(c) と破線の走査タイミングライン(a) の時間間
隔をＴcaとすると、それらの比をＴab：Ｔbc：Ｔca＝
１：２：４に設定する。具体的にはＴab：Ｔbc：Ｔca＝
（3/7 ）ｎτ：（6/7 ）τ：（12/7）ｎτに設定する。
このようにすると、どの行も３回の画像データ書き込み
走査で、８階調（２³階調）の露光を行なうことができ
る。

【００５１】なお、本来、同時に複数行の書き込み走査
（行選択）を行なうことはできない。したがって実際に
は、走査タイミングライン(a) 、(b) 、(c) に従って行
なわれる行選択信号のタイミングは、期間(A) 、(B) 、
(C) に各々割り当てられ、これにより走査タイミングラ
インの重複するところは期間(A) 、(B) 、(C) で時分割
に行選択が行なわれる。

【００５２】また図１４および１５は、図１３中の時刻
ｔ1 と時刻ｔ2 における、行選択信号タイミングと走査
タイミングラインとの関係を示している。図１４の露光
開始直後の時刻ｔ1 では、走査タイミングライン(a) に
従って１行目から順に書き込み走査が行なわれる。ただ
し、行選択信号のタイミングは期間(A) のみで行なわ
れ、そこで、走査タイミングライン(a) に従って行なわ
れる行選択の周期は３τになる。期間(B) 、(C) ではど
の行も走査されない。

【００５３】また、図１５の時刻ｔ2 では、走査タイミ
ングライン(a) 、(b) 、(c) が重複しているが、実際の
行選択信号のタイミングは、走査タイミングライン(a)
では期間(A) で行選択が行なわれ、走査タイミングライ
ン(b) では期間(B) で行選択が行なわれ、走査タイミン
グライン(c) では期間(C) で行選択が行なわれる。各走
査タイミングラインに従って行なわれる行選択の周期は
３τになる。

【００５４】次に図１６は、図１３に示した多階調露光
方法による出力光の例である。この場合、Ｔab：Ｔbc：
Ｔca＝(3/7) ｎτ：(6/7) ｎτ：(12/7)ｎτ（＝１：
２：４）であるので、２³＝８階調の露光を行なうこと
ができる。

【００５５】まず、１行目の例について説明する。階調
［０］のときは、画像データ書き込み走査タイミングラ
イン(a) 、(b) 、(c) による書き込みデータを、全てＯ
ＦＦにする。この結果出力光は全てＯＦＦとなり、感光
材料への露光時間はゼロとなる。階調［５］のときは、
画像データ書き込み走査タイミングライン(a) 、(b)、
(c) による書き込みデータを各々ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮに
する。この結果出力光はＴab＋Ｔcaの時間ＯＮとなり、
感光材料への露光時間は(15/7)ｎτとなる。階調［７］
のときは、画像データ書き込み走査タイミングライン
(a) 、(b) 、(c)による書き込みデータを全てＯＮにす
る。この結果出力光はＴab＋Ｔba＋Ｔcaの時間ＯＮとな
り、感光材料への露光時間は３ｎτとなる。

【００５６】このようにして、階調レベルと感光材料へ
の露光時間が比例した多階調露光を行なうことができ
る。またｎ行目についても、１行目と同様にして、階調
レベルと感光材料への露光時間が比例した多階調露光を
行なうことができる。

【００５７】以上の通り本発明によると、８階調の露光
期間Ｔo は６ｎτとなり、前述した従来方法の露光期間
８ｎτより高速に露光できる。

【００５８】ここで本発明の多階調露光方法によると、
階調数が多いほど、従来方法と比べて高速露光の効果が
顕著になる。以下、この点について詳しく説明する。
今、階調数を２^gとする。このとき本発明によれば、画
像データ書き込み走査タイミングラインはｇ本となり、
各走査タイミングラインの間隔比は１：２：４：……
…：２^(g-1)｛ｇは正の整数｝となる。また各走査タイ
ミングラインに従って行なわれる行選択の周期はｇτに
なる。よって、階調数２^gのときの露光期間Ｔo は、下
式の通りとなる。

【００５９】Ｔo ＝２ｇｎτ ［sec ］……（２）以下、本発明と従来方法による露光期間Ｔo の比較を具
体的に行なう。表１は、従来方法と本発明による露光期
間Ｔo の比較例を示している。

【００６０】

【表１】

【００６１】この表１中の数値は、各々式（１）、
（２）から計算して求めたものである。条件の数値は、
特に高精細静止画像（１辺の画素数２０００以上、画像
階調数２５６程度）の２次元露光を対象とした。また、
露光階調数は階調カーブの補正などを考慮すると画像の
階調数よりも多くする必要があり、２５６〜４０９６と
した。また、１行の書き込み時間τは２０μｓとした。

【００６２】表１の結果から明らかなように、本発明に
よる場合の露光速度は従来と比べ、２５６階調では１６
倍、４０９６階調では約１７０倍となり、階調数の増加
にともなって顕著な効果があることが分かる。

【００６３】なお、上記の実施形態では、階調数を２^g
（ｇは正の整数）としたが、これ以外の階調数でも本発
明は有効に作用する。今、階調数をｈとした場合、画像
データ書き込み走査タイミングラインをｇ本（ｇは２^g
≧ｈを満たす最小の整数）とする。露光期間Ｔo は式
（２）により計算される。

【００６４】図１７は、本発明による露光期間と階調数
の関係を示したものであるが、どの階調数であっても、
従来方法による露光期間よりは非常に短縮されている。
なお図１７で明らかなように、本発明においては階調数
が２^g（ｇは正の整数）のときがより効果的である。

【００６５】また本発明において、各走査タイミングラ
インの間隔（Ｔab：Ｔbc：………）は、厳密に２の等比
数列（１：２：………：２^(g-1)）に設定することが望
ましく、具体的には（Ｔab：Ｔbc：………）＝（１：２：………：２^(g-1)）ｇｎτ／（２^g−１）であることが望ましい。また、（Ｔab：Ｔbc：………）
は、複数（ｇ本）の走査タイミングラインで時分割によ
り行選択を行なう基本周期ｇτの整数倍である必要性が
あり、したがってｎ＝ｋ（２^g−１）｛ｋは正の整数｝であることが望ましい。しかし、実際にはｎ＝ｋ（２^g
−１）｛ｋは正の整数｝でない行数ｎが存在する。この
場合の解決手段の一つとしては、実際の素子の行数を
ｎ’としたとき、ｎ＝ｋ（２^g−１）｛ｋは正の整数｝≧ｎ’ となる最小のｎの値を仮想の行数として各走査タイミン
グラインの間隔（Ｔab：Ｔbc：………）を（Ｔab：Ｔbc：………）＝（１：２：………：２^(g-1)）ｇｎτ／（２^g−１）に設定する。このようにすると、実際の素子の行数ｎ’
以外に（ｎ−ｎ’）行余ることになるが、この余った行
はダミー行として走査すればよい。

【００６６】一例として、ｎ’＝２０００、２^g＝２０
４８｛ｇ＝１１｝とした場合、仮想行ｎをｎ＝ｋ（２^g−１）｛ｋは正の整数｝＝２０４７｛ｋ＝１｝とする。これにより、（Ｔab：Ｔbc：………）＝（１：２：………：２^(g-1)）ｇｎτ／（２^g−１）＝（１：２：−−−：１０２８）ｇτ と厳密に設定することができる。このとき、（ｎ−
ｎ’）＝４８行が余るが、それらはダミー行として走査
すればよい。

【００６７】さらに本発明においては、各走査タイミン
グラインの間隔（Ｔab：Ｔbc：………）を厳密に２の等
比数列（１：２：………：２^(g-1)）とせず、実用上問
題が無い間隔に設定してもよい。一例として、ｎ＝２０
００、走査タイミングラインをｇ＝１１本とした場合、（Ｔab：Ｔbc：………）＝（１：２：４………２５６：５１２：９７７）と設定する。右辺の数列の最後の数が２の等比数列にな
っていないが、右辺の数列の級数は２０００であるの
で、（Ｔab：Ｔbc：………）は行選択の基本周期ｇτの
整数倍であり、設定した間隔による行選択走査が可能と
なる。ここで、最後の数が９７７であるため、２^g（＝
２０４８）の値からは４７の組み合わせが重複し、最終
的な階調数は２^g−４７＝２００１階調となる。しか
し、２００１階調でも実用上問題がなければ、本発明の
効果は十分に得られる。

【００６８】次に、本発明の露光方法による光の利用効
率について説明する。ｎ＝ｋ（２^g−１）｛ｋは正の整
数｝のとき、本発明によれば、露光期間Ｔo はＴo ＝２
ｇｎτであり、感光材料への露光時間Ｔe はＴe ＝ｇｎ
τである。したがって、光の利用効率ηは、 η＝（Ｔe ／Ｔo ）×１００＝５０％となり、行数、階調数に依らず実用上問題にならない十
分な光利用効率が得られる。

【００６９】ｎ＝ｋ（２^g−１）｛ｋは正の整数｝でな
い条件ときのときは、前述したようにｋを正の整数とす
るような仮想行数ｎ’で走査が行なわれ、ダミー行
（ｎ’−ｎ）分だけ余分な走査時間を必要とする。した
がって、光の利用効率は５０％以下になる場合がある
が、その低下は小さく実用上問題にならない。

【００７０】なお、以上説明した実施形態で使用され得
る２次元マトリクス型空間光変調素子で、画素部の光出
射、非出射の状態を維持する回路（図１参照）は、n-Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴと蓄積容量Ｃstg とで構成されていたが、
蓄積容量Ｃstg が無くても動作上問題とならなければ、
この蓄積容量は省略可能である。

【００７１】また図１の回路は単結晶半導体で構成され
ていたが、図１８のように多結晶半導体で構成されても
よい。この図１８の画素部回路は、画素のＭＯＳ−ＦＥ
Ｔをガラス基板50上にpoly- ＳｉＴＦＴプロセスで形
成してなるものである。なお同図中、51はゲート絶縁
膜、52は層間絶縁膜、53は画素電極（Ａｌ）、54はソー
ス電極、55はゲート電極、56はドレイン電極である。

【００７２】また図１９に示した例のように、画素部回
路は非晶質半導体で構成されてもよい。この図１９の画
素部回路は、画素のＭＯＳ−ＦＥＴをガラス基板60上に
ａ−ＳｉＴＦＴプロセスで形成してなるものである。
なお同図中、61はゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ）、62は層間
絶縁膜、63は画素電極（Ａｌ）、64はソース電極、65は
ゲート電極、66はドレイン電極、67はチャンネル保護膜
（ＳｉＮｘ）である。

【００７３】また、周辺の駆動回路が単結晶半導体で構
成され、画素部が多結晶半導体もしくは非晶質半導体で
構成された複合構成が採用されてもよい。

【００７４】さらに、画素部の光出射、非出射の状態を
維持する回路は、図２０に示すように、ＳＲＡＭ回路な
どの２値メモリー回路で構成されてもよい。この図２０
の例では、データ信号Ｖd 、／Ｖd より１または０のデ
ータが供給されると同時に、行選択信号／ＷＥにＳＲＡ
Ｍへのデータ書き込みをイネーブルにするパルスが与え
られるとＳＲＡＭに１または０のデータが書き込まれ、
出力電圧Ｖs は保持される。液晶は書き込まれたデータ
に従って光変調を行ない、その状態は、新たにＳＲＡＭ
のデータが更新されるまで維持される。

【００７５】また光変調素子としては、電圧によって振
れ角が変化するミラー素子を光変調部として備えるもの
でもよい。この素子において、書き込まれたデータが１
のとき、ミラーの振れ角が一方の方向に安定して、垂直
入射した光は一方の角度に反射される。一方、データが
０のときは、ミラーの振れ角が他方の方向に安定して、
垂直入射した光は他方の角度に反射される。このような
ミラー素子により構成される２次元マトリクス光変調素
子を本発明の多階調露光方法に適用する場合は、素子か
らの一方の反射光のみ直接出力光として感光材料に結像
露光できる。

【００７６】また光変調素子としては、発光型素子を光
変調部として備えるものでもよい。そのような発光型素
子としては、電界で発光する無機の薄膜ＥＬ（エレクト
ロルミネッセンス）素子、電流で発光するキャリア注入
型発光素子である有機ＥＬ（エレクトロルミネッセン
ス）素子、化合物半導体で構成されるＬＥＤ等が挙げら
れる。このような発光型素子により構成される２次元マ
トリクス光変調素子を本発明の多階調露光方法に適用す
る場合は、素子から発光される光を直接出力光として感
光材料に結像露光できる。

【００７７】一例として図２１には、電界で発光する無
機の薄膜ＥＬ素子を光変調部とした２次元マトリクス空
間光変調素子の画素部の等価回路を示す。この図２１
中、70が薄膜ＥＬ、71はその画素電極、72は対向電極で
ある。

【００７８】この回路においては、行選択信号Ｖg の選
択パルスにより、データ信号Ｖd から１または０のデー
タがＭＯＳ−ＦＥＴのＴＲ１に書き込まれる。ＴＲ１の
出力電圧Ｖs は、書き込まれたデータが１の時、ＭＯＳ
−ＦＥＴのＴＲ２が十分導通状態となるような電圧で保
持される。書き込まれたデータが０の時は、ＴＲ２が十
分非導通状態となるような電圧で保持される。ＴＲ１の
出力電圧Ｖs は、新たなデータが書き込まれるまで保持
される。薄膜ＥＬ70はＴＲ２と直列接続され、ＴＲ２の
一方は回路のグランド電位Ｖssに接続され、薄膜ＥＬ70
の対向電極72は共通電源Ｖacに接続されている。

【００７９】Ｖacは交流電圧で代表的には２０ｋＨｚ、
１００Ｖｒｍｓ程度の電圧が供給されている。ＴＲ２が
導通状態のとき、薄膜ＥＬ70間の電圧Ｖelは略Ｖacとな
り、薄膜ＥＬ70が発光する。ＴＲ２が非導通状態のと
き、薄膜ＥＬ70間の電圧Ｖelは薄膜ＥＬ70が発光する電
圧より低くなり、薄膜ＥＬ70は発光しない。したがっ
て、データ１が書き込まれると発光を持続し、データ０
が書き込まれると発光は行なわれなくなる。

【００８０】また図２２は、薄膜ＥＬを用いる２次元マ
トリクス空間光変調素子の画素部の断面図である。この
例では、半導体基板80上に図２１に示したような画素回
路81が形成され、層間絶縁層82を介して画素電極（Ａｌ
等の金属反射膜）83が形成されている。さらに絶縁層8
4、ＥＬ発光層（一例としてＺｎＳ：Ｍｎ薄膜）85、絶
縁層86、対向透明電極（ＩＴＯなど）87を順に積層し
て、画素部が形成されている。対向透明電極87には共通
電源Ｖacが供給される。ＥＬ発光層85から発した光は、
画素電極83で反射するなどして、最終的には図２２中の
上方に出射する。

【００８１】なお本発明の多階調露光方法は、他の階調
露光方法（面積階調、光強度変調方法、ディザ法など）
と組み合わせることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられ得る空間光変調素子の画素部
の断面図

【図２】上記空間光変調素子の画素部の等価回路図

【図３】上記空間光変調素子を用いた光変調光学系を示
す概略図

【図４】液晶層電圧と液晶配向位置の関係を示す説明図

【図５】上記画素部の各電圧と出力光波形を示すグラフ

【図６】２次元マトリクス型空間光変調素子の等価回路
図

【図７】２次元マトリクス型空間光変調素子の駆動方法
を示す概略図

【図８】空間光変調素子を用いた露光システムの概略図

【図９】従来の多階調露光方法における感光材料への露
光シーケンスを示す概略図

【図１０】従来方法における行選択信号タイミングと走
査タイミングラインを示す概略図

【図１１】従来の多階調露光方法による書込み走査のタ
イミングチャート

【図１２】従来の多階調露光方法による出力光の変調状
態を示す概略図

【図１３】本発明の多階調露光方法における走査のタイ
ミングチャート

【図１４】図１３中の一時刻における行選択信号タイミ
ングと走査タイミングラインを示す概略図

【図１５】図１３中の別の時刻における行選択信号タイ
ミングと走査タイミングラインを示す概略図

【図１６】本発明の多階調露光方法による出力光の変調
状態を示す概略図

【図１７】本発明による露光期間と階調数との関係を示
すグラフ

【図１８】多結晶半導体で構成された画素部の断面図

【図１９】非晶質半導体で構成された画素部の断面図

【図２０】ＳＲＡＭ回路で構成された画素部の断面図

【図２１】薄膜ＥＬからなる画素部の等価回路図

【図２２】薄膜ＥＬからなる画素部の断面図

【符号の説明】

１２次元マトリクス型空間光変調素子２ＰＢＳ３光源４集光レンズ５シャッター６投影レンズ７感光材料８画像信号発生装置 10 ｐ^-型シリコン半導体基板 11 n-ＭＯＳ−ＦＥＴ 12 電荷蓄積容量 13 ドレイン領域 14 ソース領域 15 ゲート酸化膜 16 ゲート電極 17 ｐ⁺領域 18 酸化膜 19 poly-Ｓｉ膜 20 第１層間絶縁膜 21 第１層Ａｌ配線 22 ソース電極 23 ドレイン電極 24 第２層間絶縁膜 25 画素電極（第２層Ａｌ） 26 配向膜 27 対向透明基板 28 対向透明共通電極 29 配向膜 50 ガラス基板 51 ゲート絶縁膜 52 層間絶縁膜 53 画素電極（Ａｌ） 54 ソース電極 55 ゲート電極 56 ドレイン電極 60 ガラス基板 61 ゲート絶縁膜（ＳｉＮｘ） 62 層間絶縁膜 63 画素電極（Ａｌ） 64 ソース電極 65 ゲート電極 66 ドレイン電極 67 チャンネル保護膜（ＳｉＮｘ） 70 薄膜ＥＬ 71 画素電極 72 対向電極 80 半導体基板 81 画素回路 82 層間絶縁層 83 画素電極 84 絶縁層 85 ＥＬ発光層 86 絶縁層 87 対向透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号に応じて光出射、非出射の状態
を択一的に取る画素部が行、列を構成して２次元マトリ
クス状に配置されてなる空間光変調素子を露光光の光路
に配し、この空間光変調素子により、その画素部毎に照射時間を
制御した露光光を感光材料に照射して該感光材料を多階
調露光させる、２次元マトリクス型空間光変調素子を用
いた多階調露光方法において、前記空間光変調素子として、新たな駆動信号が入力され
るまで前記光出射または非出射の状態を維持する画素部
を有するものを用い、この空間光変調素子の全ての行を、相異なる複数の時間
間隔毎に選択走査し、選択された行における各画素部に、画像データに基づい
た駆動信号を入力し、前記相異なる複数の時間間隔毎になされる選択走査を時
間的に多重化し、この多重化走査を受けた相異なる複数の行から、時分割
によって１つの選択行を決定することを特徴とする２次
元マトリクス型空間光変調素子を用いた多階調露光方
法。
【請求項２】前記複数の時間間隔が、２の等比数列１：２：………：２^(g-1)｛ｇは正の整数｝であることを特徴とする請求項１記載の２次元マトリク
ス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項３】前記行選択の時間をτ、前記複数の間隔
数をｇとしたとき、基本周期ｇτで前記行選択を行なう
ことを特徴とする請求項１または２記載の２次元マトリ
クス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項４】前記画素部が、光変調部と、行選択時に
各列についての駆動信号を前記光変調部に入力して光変
調状態を更新、維持する回路とから構成されていること
を特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の２次元
マトリクス型空間光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項５】前記光変調状態を更新、維持する回路
が、単結晶半導体を含む素子で構成されたものであるこ
とを特徴とする請求項４記載の２次元マトリクス型空間
光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項６】前記光変調状態を更新、維持する回路
が、多結晶半導体を含む素子で構成されたものであるこ
とを特徴とする請求項４記載の２次元マトリクス型空間
光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項７】前記光変調状態を更新、維持する回路
が、非晶質半導体を含む素子で構成されたものであるこ
とを特徴とする請求項４記載の２次元マトリクス型空間
光変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項８】前記光変調素子が、強誘電性液晶からな
る光変調部を有するものであることを特徴とする請求項
１から７いずれか１項記載の２次元マトリクス型空間光
変調素子を用いた多階調露光方法。
【請求項９】前記光変調素子が、駆動信号に応じて振
れ角が変化するミラー素子からなる光変調部を有するも
のであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項
記載の２次元マトリクス型空間光変調素子を用いた多階
調露光方法。
【請求項１０】前記光変調素子が、エレクトロルミネ
ッセンス素子からなることを特徴とする請求項１から７
いずれか１項記載の２次元マトリクス型空間光変調素子
を用いた多階調露光方法。