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 - Google Patents
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
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- JPH10239665A JPH10239665A JP9042068A JP4206897A JPH10239665A JP H10239665 A JPH10239665 A JP H10239665A JP 9042068 A JP9042068 A JP 9042068A JP 4206897 A JP4206897 A JP 4206897A JP H10239665 A JPH10239665 A JP H10239665A
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Landscapes
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Control Of Exposure In Printing And Copying (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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2g (g=1,2,3,………)とする
と、露光期間To は、 To =2g nτ [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。
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2g (g=1,2,3,………)とする
と、露光期間To は、 To =2g nτ [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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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2g 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2g のときの露光期間To は、下
式の通りとなる。
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2g 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2g 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。
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。
(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。
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2g
(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2g
≧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。
(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2g
≧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2g (gは正の整数)のときがより効果的である。
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2g (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/(2g −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(2g −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(2g
−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(2g −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/(2g −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。
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/(2g −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(2g −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(2g
−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(2g −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/(2g −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、2g =20
48{g=11}とした場合、仮想行nを n=k(2g −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/(2g −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。
48{g=11}とした場合、仮想行nを n=k(2g −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/(2g −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、2g (=
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2g −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。
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、2g (=
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2g −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(2g−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。
率について説明する。n=k(2g−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(2g −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。
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。
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- Si TFT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。
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- Si TFT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−Si TFT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。
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−Si TFT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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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
【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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
1 2次元マトリクス型空間光変調素子 2 PBS 3 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 (10)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9042068A JPH10239665A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9042068A JPH10239665A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10239665A true JPH10239665A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12625779
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9042068A Withdrawn JPH10239665A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10239665A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007052445A (ja) * | 1997-02-17 | 2007-03-01 | Seiko Epson Corp | 表示装置及び表示装置の駆動方法 |
US7683860B2 (en) | 2003-12-02 | 2010-03-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device, driving method thereof, and element substrate |
US7800394B2 (en) | 2005-10-21 | 2010-09-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device, driving method thereof, and electronic appliance |
US8106899B2 (en) | 2001-07-30 | 2012-01-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Driving method of a semiconductor device |
US8120552B2 (en) | 2000-03-10 | 2012-02-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electronic device and method of driving electronic device |
US9300771B2 (en) | 2003-03-26 | 2016-03-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Element substrate and light-emitting device |
-
1997
- 1997-02-26 JP JP9042068A patent/JPH10239665A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9698207B2 (en) | 2003-03-26 | 2017-07-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Element substrate and light-emitting device |
US11430845B2 (en) | 2003-03-26 | 2022-08-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Element substrate and light-emitting device |
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