JP2725828B2

JP2725828B2 - 像の投影用のフォトマスクを形成するための方法及び装置

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Publication number: JP2725828B2
Application number: JP9508289A
Authority: JP
Inventors: サン・ル
Original assignee: SAIKARAA Inc
Current assignee: SAIKARAA Inc
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: EP0337812A2; KR900016970A; EP0337812A3; JPH0212150A; CN1041841A; US4814799A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は概略的に像を投影する際に有用なフォトマス
クに関する。より詳細には本発明は液晶材料を含む感光
性の材料で形成された消去可能で再使用可能なフォトマ
スクとこのようなフォトマスクを形成するための方法及
び装置に関する。

像を投影する際にフォトマスクを用いることは知られ
ている。このようなフォトマスクは写真スライドのよう
な写真的にプリントされたマスクやオーバヘッド投影機
の透明画のような静電写真的にプリントされたマスクを
含む多数の形態をとることができる。他の公知のフォト
マスクに液晶材料を用いるものがある。液晶材料は周囲
動作温度で通常透明である。液晶の小さい領域を選択的
に加熱すると加熱された領域に光が散乱する領域が生
じ、それによって加熱されずに光が散乱しないバックグ
ラウンドに対して散乱性の領域のパターンが生ずる。液
晶が完全に書込まれた後に光が液晶セルを通して投射さ
れ、あるいは液晶セルから反射されて液晶に形成された
像を投影する。

液晶フォトマスク形成装置の一例が米国特許第456485
3号に見られる。レーザ・ダイオードが液晶セルに書込
みの熱を与えるために用いられてフォトマスクを形成
し、その後にこれを通して感光材料上に像をプリントす
るため可視光が投射される。ダイオードから発せられる
レーザビームはＸ−Ｙ走査ガルバノメータの制御を受け
るＸ−Ｙ走査反射鏡上に向けられる。ガルバノメータの
適切な制御によりビームが液晶セルの全領域にわたって
走査される。レーザビームを適切なタイミングでオン・
オフ切換えを行うことにより、液晶フォトマスクに像を
形成するデータが書込まれる。

レーザビームに他にスキャナーも知られている。例え
ばガルバノメータ・スキャナー以外に回転ドラム・スキ
ャナーや音響光学スキャナーも用いられよう。さらに像
を形成するためにレーザビームによって書込まれる液晶
以外の感光性媒体が知られている。

これらの書込み装置のいずれにもいくつかの難点があ
る。レーザビームは液晶面上に結像する。しかしながら
レーザの結像面は平坦ではなく、書込み面に焦点を保持
するためになんらかの形の結像面修正が必要となる。そ
の結果非常に高い解像度を得ることが一般的に困難であ
る。レーザ光源から液晶までのビームの光路長はビーム
が書込み面全体にわたって走査されるようにするために
比較的長くなければならないので解像度はさらに低下す
る。結局従来の装置は一般的に１個だけのレーザ・ダイ
オードを有するレーザ書込みヘッドで用いるのに適切で
あるにすぎない。従ってこのような装置の書込みの速度
は一般的に低速である。

それゆえ必要なのは前述のような従来の装置の欠点を
克服す感光面上へのレーザによる書込みのための装置で
ある。特にこのような装置は結像面の修正のための複雑
な手段を必要とせずに比較的単純な構造とすべきであ
る。書込まれた像における非常に高い解像度が可能とな
るであろう。書込み速度を増大させるためにこの装置は
さらに複数のレーザ・ダイオードで使用可能とすべきで
ある。

それゆえ本発明の一面によれば本発明は感光材料によ
って形成される円板の表面領域の少なくとも一部分を有
する平坦な円板を含むフォトマスクを形成するための装
置を提供するものである。円板を装着し回転させるため
の手段が設けられる。レーザ・ビーム光源は円板に対し
て間隔をおいて支持されている。光源からのレーザビー
ムを円板上に結像させるとともにレーザ光源装着手段を
円板に対して半径方向に移動させるための手段が設けら
れる。その結果レーザビームは円板の表面領域を走査す
ることになる。変調手段により像に対応する情報に従っ
てレーザビームが変調されてレーザビームにより感光材
料上に像が書込まれる。

平坦な円板は感光材料によって形成される複数の離散
的な領域を含むようにしてもよい。この離散的な領域は
実質的に矩形であるのが好ましく、３つの離散的な領域
を円板上に設けてもよい。離散的な領域は正方形であっ
て３つの領域が円板上に対称的に配置されるのがより好
ましい。

感光材料は液晶であるのが好ましく、液晶は反射型で
も透過型でもよい。

レーザビームが一定の直線速度で円板の面を走査する
ように回転手段が円板を回転させるようにするのが好ま
しい。

レーザビーム光源は複数のレーザビームを発生させて
各々のビームが円板上に同時に結像するようにしてもよ
い。それから変調手段により各々のビームが独立的に変
調されて各々のビームが像の個々の部分を円板上に書込
むようにする。

このような場合にレーザビーム光源は複数のレーザ放
出ダイオードを含むようにしてもよい。ビームを結像さ
せるための手段は複数の光ファイバーを含み、各々のフ
ァイバーが１つのレーザ放出ダイオードからの１本のビ
ームを受ける。ファイバーはビームを円板上に結像させ
るためのアレイをなして配置されている。

本発明の他の面によれば、本発明はまた感光材料によ
って形成される円板の面領域の少なくとも一部を有する
円板を回転するように装着することを含むフォトマスク
の形成の方法を包含している。円板は回転する。レーザ
ビーム光源は円板に対して間隔をおいて支持されてい
る。少なくとも１本のレーザビームが光源から円板上に
結像する。円板を回転させるのと同時に光源が円板に対
して半径方向に移動してレーザビームに円板の面領域を
走査させる。レーザビームは走査の際に像に対応する情
報に従って変調されてレーザビームにより感光材料上に
像が書込まれるようにする。

本発明をより理解し易くするために、以下に添付の図
面を参照して説明する。

第１図を参照すると、フォトマスクを形成するために
レーザで感光面上に書込むための装置が示されている。
以下に詳細に説明するようにして感光材料が載置された
円板10が含まれる。円板10は光メモリー円板装置の場合
に従来用いられているような方法でターンテーブル12に
取付けられている。ターンテーブル12の方は円板10及び
ターンテーブル12を回転させるモータ14に取付けられて
いる。ターンテブルの回転速度を制御し感光面上に書込
まれるデータとの同期をとるために用いられる高解像度
光軸エンコーダ16がモータ14に連結されている。

レーザ書込みヘッド18は出力書込みビーム20を生ぜし
めるように装着されたレーザ・ダイオード、コリメーシ
ョン・レンズ、ビーム整形プリズム及び結像レンズを含
む。書込みヘッド18はビーム20が円板10の画上に結像す
るように円板10の上方に支持されている。書込みヘッド
が円板10に対して半径方向に移動するように書込みヘッ
ド18にリニアモータ22が連結されている。レーザ書込み
ヘッド18の位置をモニターするためにモータ22にリニア
エンコーダ24が連結されている。

モータ14及び22とエンコーダ16及び24とは全て書込み
装置を制御するための適当なマイクロプロセッサ26に連
結されている。さらにマイクロプロセッサ26は適当なデ
ータ源または蓄積手段28、あるいはその両方からのイメ
ージデータを受取る。このデータ源、蓄積手段はイメー
ジデータを発生させる原稿スキャナー、イメージデータ
を蓄積するメモリー手段、イメージデータを受取る送信
線、あるいはイメージデータが得られる他の何らかの手
段を含むようにしてもよい。

円板10の面は第２図に示されている。円板本体30はア
ルミニウムまたは他の軽量な剛性の材料で形成されるの
が好ましい。円板本体30に感光材料で形成された３個の
セル32、34及び36が装着される。好ましい実施例におい
て、この感光材料はスメクチック液晶材料であり、いか
なる場合にも書込みヘッドのレーザ・ダイオードから放
出されるビームによる書込みが可能である。円板10がタ
ーンテーブル12上に載置され回転する際にレーザヘッド
が回転する円板上にデータを書込むために用いられるよ
うにしてもよい。ヘッドが円板に対して半径方向に移動
することにより円板全体が概略螺旋上のパターンで走査
され、それによって３個のセル32、34及び36の各々に情
報を書込む。あるいはレーザヘッドを一定の半径の保持
してセル上の同心状のトラックの書込みを行うようにし
てもよい。ヘッドが液晶セルの間のデッドスペースの上
方にあるときにヘッドが次のトラックに移るようにされ
よう。

好ましい液晶の感光材料に関してセルにイメージデー
タを書込む方法は周知である。最初に各々のセル32、34
及び36は非散乱性、あるいは書込まれていない状態のス
メクチック液晶を含んでいて周囲動作温度で全面にわた
って一様に透明または反射性である。液晶の小領域をレ
ーザダイオードのビームにより等方的な状態になるまで
選択的に加熱しこの領域をスメクチック状態に急速に冷
却することによって書込みがなされ、それによって局所
的に加熱された領域に散乱中心が生ずる。書込みの後に
加熱されない非散乱性のバックグラウンドに対してスポ
ットのパターンが生ずる。セル32、34及び36は各セルの
全領域上への光の投射によりフォトマスクとして用いら
れよう。このような光は非散乱性の領域を透過するか、
あるいはそれによって散乱され、それによって投影され
た像となる。

液晶材料を用いるのは再使用のために円板が消去され
るという点で有利である。他の消去可能な感光材料でも
この利点が得られよう。しかしながら写真フィルムのよ
うな消去可能でない感光材料は本発明では用いられな
い。このような材料はフォトマスクを無期限に保存しよ
うとする用途では有利であろう。

好ましい実施例において、円板10は３個のセル32、34
及び36を含むのでフルカラーの像に関する情報が１枚の
円板10上に書込まれよう。このような場合に各セルが像
の３つの色成分、すなわちマゼンタ、シアン及びイェロ
ーの１つに対応する。しかしながら円板10は３個のセル
に限定される必要はないこともわかるであろう。適切で
あれば単に円板の大きさ及び所望のセルの大きさだけに
制限される他の数のセルを設けてもよい。

セルに像を書込む際にモータ14が付勢されて円板10を
回転させ、回転速度が所定の値にロックされるまで回転
速度がエンコーダ16によってモニターされる。回転速度
を調節するいかなる適切な手段を用いてもよい。米国特
許第4603412号にその一例が示されている。それからレ
ーザ書込みヘッド18が適当なランプ波回路により制御さ
れて従来のようにしてセルに情報を書込む。セルがフル
カラーの像の３つの色成分を表示するときに円板の各々
の回転毎に書込みヘッドが像のマゼンタ、イェロー及び
シアンの部分を表わす各セルの情報トラックに書込むを
行うであろう。かくして書込みヘッド18に供給されるビ
デオ信号は各々の走査線毎にマゼンタ、イェロー及びシ
アンの信号が含まれていなければならない。

従来の光ディスク駆動装置において、レーザ結像レン
ズ及び書込みヘッドは典型的にはレーザビーム・スポッ
トを円板のデータトラック上にロックし記録材料上に適
切な合焦の維持を行うサーボ機構を含む。その一例が米
国特許第4607157号に示されている。ここに説明した本
発明では典型的なトラックのピッチが約12ミクロンなの
でトラッキング・サーボが必要でない。しかしながらビ
デオ同期のために書込みヘッドの半径方向の位置をトラ
ックするためにリニア・エンコーダを含むことが必要で
ある。また合焦サーボも一般的に必要でない。これは結
像レンズのＦ値（焦点深度を決定する）と円板及びこれ
に取付けられるセルの精度とによるであろう。

書込まれたセルをフォトマスクとして使用しようとす
る場合、円板10はターンテーブル12に永久的に装着され
よう。このような場合レーザヘッド18が書込みの後に後
退しターンテーブル12がモータ14によってステップ移動
して像を感光材料または表示スクリーン上に投影するよ
うに各々のセル32、34及び36を適切な位置に配置する。
セルを正確に配置して適切な位置合わせを行うために光
軸エンコーダ16が用いられる。

セルが液晶材料で形成される場合にはターンテーブル
12の高い熱的質量のためにセルの温度を急速に変化させ
ることが困難となろう。かくして記録された像はセルが
書込み温度となるようにして投影されよう。このような
場合に円板10の温度をスメクチックからネマチックへの
遷移点に近過ぎる温度に維持するのは好ましくないであ
ろう。このような温度で書込みの温度は増大するが像の
コントラストは低下するであろう。

液晶セル32、34及び36が透過型であれば、投影光を通
過させるためのターンテーブル12を通る開口を含む必要
がある。

円板10はまたターンテーブル12から取外し可能にする
ことができ、この場合には書込まれた円板は像の投影の
ために同様なスピンドルに装着されよう。このような手
法は最初の円板が投影に用いられている際に第２の円板
が書込み装置に装着されて書込まれるようにできる点で
より高い利用性が得られるという特長を有する。このよ
うな作用を実現するために円板を自動的に取扱うための
種々の装置が従来知られている。

この装置におけるレーザビームの走査運動は直線状で
あって角度運動でないので、装置の書込み速度を増大さ
せるために多数のレーザダイオードを用いることが可能
である。多数ビームの書込みヘッドに関して２つの可能
な形態が用いられる。第１に別個にアドレスされる発光
素子を有するレーザダイオード・アレイが用いられよ
う。書込みヘッドに用いられるコリメーション・レンズ
及び結像レンズは例えば８個のレーザ発光素子の小アレ
イに適合するだけの十分平坦な視野を有している。かく
して書込みヘッドにおいて単一のレーザダイオードが簡
単にアレイと交換される。

第２に可能なのは数個の個々のレーザダイオードの放
出光を統合するために光ファイバーを用いることであ
る。このときファイバーの端部は研磨され稠密なアレイ
を形成するように組立てられる。ファイバーの放出側端
部の像を感光材料上に形成するために縮小レンズが用い
られる。32個のレーザダイオードを用いたこのようなア
レイが「オプチカル・エンジニアリング」第23巻第３号
第230頁（1984年）のA.G.デューイの「レーザによるア
ドレスされる液晶表示装置」に開示されている。

ここに説明したレーザ走査装置はＲ走査装置であり、
走査線は同心状の円弧となる。円板が一定の角速度で回
転すると、レーザヘッドが円板の中心に向かって移動す
るに従って装置の走査速度が減小する。しかしながら一
定の直線速度の動作方式を用いることはビデオディスク
の技術において知られている。例えば米国特許第460341
2号を参照するとよい。かくしてここに説明したスキャ
ナーはトラックからトラックまで一定の走査速度で操作
できる。

多くのビデオ入力情報源はＸ−Ｙラスター・フォーマ
ットの形である。かくしてここに説明した装置を用いる
ためにＲフォーマットへの変換が必要となる。しかしな
がらこのようなフォーマットの間でのデータの変換のア
ルゴリズムは周知であり、それを実施するための手段は
当業者には明らかであろう。

また回転円板でＸ−Ｙ走査を用いることも可能であ
る。この場合レーザ書込みヘッドは回転円板上に直線状
の走査線を生ぜしめるため円板の回転と同期して書込み
ヘッドを内方及び外方に移動させるように閉ループ型サ
ーボ装置によって制御可能である。しかしながらこのよ
うな装置は一定の角速度または一定の直線速度で回転す
る円板では走査速度がトラックからトラックへの方向だ
けでなく個々のトラックに沿った方向にも変化するとい
う点で比較的複雑である。かくして歪みのない像を生ぜ
しめるために何らかの形の走査速度の補償がなされなけ
ればならない。

この装置の実際的な例において、第２図に示されるよ
うに配置された３個の液晶セルを取付けた円板上への書
込みのための書込みヘッドを与えるために比較的低価格
の5mWのレーザダイオードが用いられている。このよう
な電力で８マイクロ秒のレーザパルスにより44＃Ｃで15
ミクロンのドットが書込まれる。円板の面上に向けられ
た８本のビームのアレイを形成するためにファイバー光
学系を用いて８本のこのようなレーザダイオードが設け
られる。

円板の大きさは液晶セルの大きさによるものであり、
液晶セルの大きさの方は走査線当たりの画素の数と個々
の画素の間隔とによるものである。例えばドットが12.7
ミクロン（0.0005インチ）の間隔で書込まれる場合、30
00×3000の画素アレイを有する像は3.8cm×3.8cm（1.5
インチ×1.5インチ）のセルを必要とし、8000×8000の
画素を有する像は10cm×10cm（４インチ×４インチ）の
セルを必要とする。前者の場合に必要となる円板の大き
さは直径約12.5cm（５インチ）であり、後者の場合には
直径約30cm（12インチ）である。

毎秒100万画素の書込み速度では円板の回転速度は以
下のようになると考えられる。すなわちＮがセル毎の走
査線当たりの画素数であれば、レーザヘッドはビーム毎
に１回転当たり３×Ｎの画素を書込むことができる。ス
キャナーが一定の画素書込み時間で動作する場合に円板
は一定の直線速度で回転するであろう。かくして最も内
側のトラックが最も大きい回転速度で書込まれる。最も
内側のトラックにおいて液晶セル間にギャップがないと
して８本ビームのアレイの場合の円板の最大の回転速度
は次の表に示されるものである。

画素／走査線円板の最大回転速度（rpm） 3000 833.3 4000 625.0 6000 416.7 8000 312.5 このような速度は典型的には1000rpm以下の回転速度
を有する市販の比較的低価格の光学的蓄積ディスク装置
と両立し得るものである。さらに、3000×3000画素〜80
00×8000画素の間の解像度は全頁の情報を投影する光学
装置に関して従来の範囲内にある。

レーザヘッドが円板の外側のトラックを書込むように
移動するに従って円板の回転速度は低下しなければなら
ない。さらに書込みヘッドが円板のより外側のトラック
まで移動するに従って液晶間で円板に沿って生ずるギャ
ップが次第に大きくなる。（第２図を参照してトラック
38をトラック40と比較されたい。）それゆえ円板のトラ
ックの書込みに必要となる時間が増大する。３個の液晶
セルを含む典型的な円板に関してレーザヘッドの平均的
な浪費時間は約40％である。これらの評価を用いて、８
本のレーザビーム・アレイを用いた、像の解像度の関数
としての円板全体の書込み速度を次の表に示す。

像の解像度全体の書込み時間（分） 3000×3000 0.75 4000×4000 1.33 6000×6000 3.00 8000×8000 5.33

【図面の簡単な説明】第１図は本発明によるフォトマスクを形成するための装
置の全体的な概略図である。第２図はフォトマスクが形成される第１図の装置に用い
られる円板の平面図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】感光材料によって形成される平坦な円板
（10）の表面領域の少なくとも一部（32,34,36）を有す
る上記円板を回転させるように装着させることと、上記円板（10）を回転させることと、上記円板（10）に対して間隔をおいてレーザビーム光源
（18）を支持することと、上記光源（18）から上記円板上に少なくとも１本のレー
ザビーム（20）を結像させることと、上記円板を回転させるのと同時に上記光源を上記円板に
対して半径方向に移動させて上記レーザビーム（20）に
上記円板の表面領域を走査させることと、上記走査の際に上記レーザビームを像に対応する情報に
従って変調して該像が上記レーザビームにより上記感光
材料上に書込まれるようにすることと、の各ステップからなることを特徴とするフォトマスクを
形成するための方法。
【請求項２】上記平坦な円板（10）が上記感光材料によ
って形成される複数の離散的な領域（32,34,36）を含む
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の方法。
【請求項３】上記離酸的な領域（32,34,36）がほぼ矩形
であり、上記円板（10）上に３つの上記離散的な領域が
設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
に記載の方法。
【請求項４】上記感光材料が液晶セルであることを特徴
とする特許請求の範囲第１、２または３項に記載の方
法。
【請求項５】上記液晶セルが反射型であることを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載の方法。
【請求項６】上記液晶セルが透過型であることを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載の方法。
【請求項７】上記レーザビーム（20）が一定の直線速度
で上記円板（10）の面を走査するように上記円板（10）
が回転するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１、２または３項に記載の方法。
【請求項８】上記円板（10）上に複数のレーザビームが
同時に結像し、該ビームの各々が独立的に変調されて各
々のビームが上記円板上に上記像の個々の部分を書込む
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１、２、
３または７項に記載の方法。
【請求項９】感光材料によって形成された表面領域の離
散的な部分（32,34,36）を有する平坦な円板（10）と、該円板を装着し回転させるための手段（12,14）と、回転の際に上記円板（10）の表面領域上に少なくとも１
本のレーザビーム（20）を走査して該レーザビームによ
り上記感光材料上に像が書込まれるようにするための走
査手段（22）と、からなることを特徴とする像に対応するフォトマスクを
形成するための装置。
【請求項１０】レーザビーム光源（18）と、該レーザビーム光源を上記円板に対して間隔をおいて支
持するための手段（22）と、上記光源からのレーザビームを上記円板上に結像させる
ための手段と、上記レーザ光源支持手段を上記円板に対して半径方向に
移動させそれによって上記レーザビーム（20）が上記円
板（10）の表面領域を走査するようにするための手段
（22,24）と、上記像に対応する情報に従って上記レーザビームを変調
して上記レーザビーム（20）により上記像が上記感光材
料上に書込まれるようにするための手段（26）と、を含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
装置。
【請求項１１】上記レーザビーム光源（18）が複数のレ
ーザビームを発生させ、該ビームの各々が上記円板（1
0）に同時に結像し、上記変調手段（26）が上記ビーム
の各々を独立的に変調して各々のビームが上記円板上に
上記像の個々の部分を書込むようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第10項に記載の装置。
【請求項１２】上記レーザビーム光源（18）が複数のレ
ーザ放出ダイオードを含むことを特徴とする特許請求の
範囲第11項に記載の装置。
【請求項１３】上記ビームを結像させるための手段が複
数の光ファイバーを含み、該光ファイバーの各々が上記
レーザ放出ダイオードの内の１個からの上記ビームの内
の１本を受け、上記ファイバーが上記ビームを上記円板
上に結像させるためのアレイをなして配置されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の装置。
【請求項１４】上記平坦な円板が上記感光材料によって
形成される複数の離散的な領域（32,34,36）を含むよう
に特許請求の範囲第９または10項に記載の装置。
【請求項１５】上記離散的な領域（32,34,36）がほぼ矩
形であり、上記円板（10）上に３つの上記離散的な領域
が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第14
項に記載の装置。
【請求項１６】上記離散的な領域（32,34,36）が正方形
であり、３つの上記離散的な領域が上記円板（10）上に
対照的に配置されていることを特徴とする特許請求の範
囲第15項に記載の装置。
【請求項１７】上記感光材料が液晶セルであることを特
徴とする特許請求の範囲第９または10項に記載の装置。
【請求項１８】上記液晶セルが反射型であることを特徴
とする特許請求の範囲第17項に記載の装置。
【請求項１９】上記液晶セルが透過型であることを特徴
とする特許請求の範囲第17項に記載の装置。
【請求項２０】上記レーザビーム（20）が一定の直線速
度で上記円板の面を走査するようにして上記回転手段
（12,14）が上記円板（10）を回転させるようにしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第17項に記載の装置。
【請求項２１】上記走査手段（22）が上記円板上に複数
のレーザビームを走査して上記円板上に上記像を書込む
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第９または
10項に記載の装置。