(57)【要約】透明なＬＣＤスクリーン上に表示されたデジタル画像を視覚的に復元する方法を開示する。本発明の方法は、-任意のマイクロレンズを、ブラックマスクの上流側のＬＣＤスクリーン１５の入力面でＬＣＤスクリーン１５に対応づけるステップであって、それぞれのセルをマイクロレンズに対応づけるステップと、-テレセントリック投影レンズ１７、２５を使用して、その視覚的な復元の間に画像の鮮鋭度および均一性を増大させるステップと、-露光光または照明光の入射ビームの発散角ｑを確認するステップと、-ＬＣＤスクリーン１５またはＬＣＤスクリーン上に表示された画像のそれぞれの画素を、ある実体によって投影面上で少なくとも１回横方向にオフセットさせるステップと、-それぞれの前記オフセット投影ごとに１回または数回の露光を実施するステップとを含む。
2005518561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示されたデジタル画像を視覚的に復元する方法において、
-  前記ＬＣＤを構成するそれぞれのセルと向い合せに配置された開口を画定するブラックマスク（２０）の上流側で、前記ＬＣＤスクリーン（１５）とその入力面のマイクロレンズ（２１）のアレイとを対応づけて、それぞれの前記セルを１枚のマイクロレンズに対応づけ、
-  該視覚的な復元における前記画像のコントラストおよび均一性を増大させるように設けられたテレセントリック投影光学系を使用し、
-  前記露光または照明光の入射ビームの発散角θを制御することで、該視覚的な復元において、前記テレセントリック投影光学系（１７、２５）に関して、前記画素の有効サイズおよび形状の制御を可能にするとともに、前記マイクロレンズアレイ（２１）および前記マスク（２０）に関して、前記ＬＣＤスクリーンのそれぞれの前記セルから出てくるスポットのサイズおよび形状の制御を可能にし、
-  一つの機構を用い、投影面上での前記ＬＣＤスクリーン（１５）または前記ＬＣＤスクリーン上に表示された画像の各画素の横方向シフトを少なくとも１回実行し、さらに、
-  このそれぞれのシフトごとに、前記視覚的な復元を行う媒体上に１回または数回の露光を行うこと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示されたデジタル画像を視覚的に復元する請求項１に記載の方法において、
・  復元対象のデジタル画像を、前記デジタル画像を記憶した対応の中央処理装置内で再スケーリングし、
・  このように再スケーリングされた前記画像を、前記ＬＣＤスクリーン上に表示可能な４、９または１６枚のフレームに分割し、
・  前記ＬＣＤスクリーン上に表示されたそれぞれの画像フレームの露光を行いながら、同時に、２回の連続した露光と露光の間に、前記ＬＣＤスクリーン上に表示された画像画素全体の、前記画素の方向ＯＸおよびＯＹへの、言い換えると前記ＬＣＤを含む平面内での、それぞれの前記画素の中心に関して対象な離散的なシフトを行う
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示されたデジタル画像を視覚的に復元する請求項２に記載の方法において、
それぞれの前記フレームが、赤、緑、青の３色に基づく３つの画像面を経験し、その結果、この加法的合成プロセスによってカラーの画像が得られることを特徴とする方法。
【請求項４】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元するための装置において、
-  特に中央処理装置によってデジタル画像が表示される前記ＬＣＤスクリーン（１５）が光路上に配置された光源（１）と、
-  要求に応じて光ビームを遮断するシャッタ（３）と、
-  前記ＬＣＤスクリーンと露光紙との間に位置する投影レンズ（２５）と、
-  前記光源の前記光路上に位置し、前記ＬＣＤスクリーン（１５）の両側に配置された２枚の直線偏光子（１６、２３）と、
-  前記ＬＣＤ上に表示された前記画像の２回以上の露光を可能にするために、前記ＬＣＤスクリーンまたは前記ＬＣＤスクリーン上に表示された画像のそれぞれの画素の横方向のシフトを実行可能にするように設計された機構（２４）と
を備えた装置において、
-  前記ＬＣＤスクリーン（１５）が、前記ＬＣＤスクリーンを構成するそれぞれのセルと向い合せに配置された開口を画定するマスク（２０）の上流側で、その上流面のマイクロレンズ（２１）のアレイと対応づけられ、それぞれの前記セルが１枚のマイクロレンズに対応づけられており、
-  前記ＬＣＤスクリーン（１５）が、前記視覚的な復元において前記画像のコントラストおよび均一性を増大させるように設計されたテレセントリック投影光学系（１７、２５）に対応づけられており、
-  前記装置がさらに、前記ＬＣＤスクリーンの上流側に位置し、光ビームの拡散を可能にし、前記マイクロレンズアレイおよび前記マスクとの相関作用による、前記ＬＣＤスクリーンを構成するそれぞれの前記セルのサイズおよび形状への前記光ビームの適合を可能にするように設計された光学機構（１８、１９、２２）を備えている
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する請求項４に記載の装置において、
前記光ビームの拡散および適合を可能にするように設計された前記光学機構が、コリメーティングレンズ（８）の周辺に配置された前記装置の前記光路上に位置する拡散器（１８）によって構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する請求項４に記載の装置において、
前記光ビームの拡散および適合を可能にするように設計された前記光学機構が、調整可能なサイズおよび形状の照明絞り（２２）と、コリメーティングレンズ（８）の焦平面に配置され、前記ＬＣＤスクリーン（１５）の上流側の前記光源の光路上に位置する拡散器（１９）とによって構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の装置において、
前記ＬＣＤ（１５）上に表示されたそれぞれの前記画像画素の投影面で少なくとも１回の横方向シフトを実行することができる機構（２４）を備えていることを特徴とする装置。
【請求項８】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する請求項７に記載の装置において、
前記ＬＣＤ（１５）上に表示されたそれぞれの前記画素の前記投影面で前記横方向シフトを提供する前記機構が、前記ＬＣＤスクリーン（１５）の前記シフトを提供する圧電式変位ホルダ（２４）によって構成されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する請求項７に記載の装置において、
前記ＬＣＤ（１５）上に表示されたそれぞれの前記画素の前記投影面で前記横方向シフトを提供する前記機構が、互いに平行な面を有する、使用される露光光のスペクトルに対して透明な、前記ＬＣＤスクリーン（１５）と前記投影レンズ（１１）の間の装置の光路上に位置する均一な厚さの薄いプレートによって構成されており、前記薄いプレートが、離散的なまたは連続した回転運動の能力を有し、その回転軸が前記光路に平行かまたは平行ではなく、前記薄いプレートが、その回転軸に対して垂直な平面に関して固定された角度で傾いていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明な液晶スクリーンを使用してデジタル画像を視覚的に再現するためにデジタル画像を転写する最適化された方法に関する。本発明はさらに、該方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル信号を使用した情報画面を投影する新規技術の開発の枠組みにおいて、一般にパネルならびにＬＣＤ（Liquid Crystal Display）スクリーンと呼ばれるその他の液晶スクリーンの使用は、転写プロセスおよび該プロセスを実施するための装置の単純化に貢献してきた。
【０００３】
実際、このようなＬＣＤスクリーンは、デジタル画像記憶原理を使用するAPI（Advanced Photographic Image）のコンセプトの発展に重要な意味を持っている。このデジタル画像記憶には、ハードコピーを特に紙の上に再生するための画像の回復方法が必要である。使用される紙の種類は、デジタル印刷技法を実施するのか、または写真印刷技法を実施するのかによって決まる。
【０００４】
一般に言われている、このようなＬＣＤスクリーンを使用する利点は以下のとおりである。
-  ＬＣＤスクリーンは形状的に安定である。
-  構成部品が高電圧を必要としない。
-  ＬＣＤスクリーンの完全自動化された製造プロセスによって、性能に関して非常に優れた再現性が保証される。
【０００５】
しかし、写真分野におけるＬＣＤスクリーンの使用、具体的にはＬＣＤスクリーンを使用した感光紙上への印刷に関しては、以下の２種類の問題がある。
-  第１の問題は、従来から正方形の形状を有するＬＣＤ上の画素が、前記画素の全表面積の約５０〜７５％しかカバーしない長方形のアクティブ画素領域を含むことである。したがって実際には、２本の細長い帯の形の非アクティブ画素領域が現れる。１本は、画素の一辺に沿った比較的に太い帯、もう１本は、これに垂直な隣接する辺に沿ったやや細い帯である。この非アクティブ領域は、投影レンズによって感光紙上に投影されると、最終的な写真上に水平および垂直の白色マークを生み出し、したがって写真の鮮鋭度および解像度、ならびにその結果としての写真の品質を限定する。
-  もう１つの問題は、現行のＬＣＤの解像度が約１０２４×１２８０画素、またはたかだか１２００×１６００画素に限定されていることである。製造技術に固有のこの限定された解像度は、１０×１５ｃｍを超えるフォーマットの写真には十分とは言えない。なぜなら、この大きさのフォーマットでも解像度はすでに約２１０ｄｐｉ、または１２００×１６００画素のＬＣＤでも２６６ｄｐｉに限定されており、言い換えるとデジタル写真の許容限界である約４〜５行対（pair of rows）／ｍｍ（４ｐｌ／ｍｍ〜５ｐｌ／ｍｍ）にすでになっているからである。
【０００６】
これらの様々な欠点を解決するため、例えば本出願の出願人による欧州特許出願公開第０９８７８７５号明細書（特許文献１）に１つの方法が提案されている。この方法は、具体的には、ＬＣＤ上に表示された画像のそれぞれの画素を、単一の光学機構を使用して投影面上で少なくとも１回横方向にシフトさせ、このそれぞれのシフトごとに前記視覚的回復媒体上へ１回または数回露光することを目的としている。
【０００７】
このように、ＬＣＤ上に表示された画像の約１／２画素の小さな横方向のシフトを露光面上に露光することによって、ＬＣＤによって生み出される、ＬＣＤの製造技術に固有の水平および垂直の白色マークを事実上排除することができる。
【０００８】
その一方で、この方法は少々の露光過多を生み出し、そのために灰色のマークが生じる。この灰色マークは低コントラストであるか、あるいは小さなフォーマットの写真では肉眼には見えないほど非常に小さいものの、大きな寸法の写真でははっきりと識別される。
【０００９】
この目的のため、提案された装置は、互いに平行な面を有する均一な厚さの１枚の薄いプレートを使用する。このプレートは、露光光のスペクトルに対して透明であり、ＬＣＤスクリーンと投影レンズとの間の光源の光路上に位置する。
【００１０】
平行な面を有するこの薄いプレートはさらに、光軸に平行な軸または光軸に平行でない軸を中心に離散的にまたは連続して回転運動することができる。さらに、平行な面を有するこの薄いプレートは、その回転軸に対して垂直な平面に関して所与の角度で傾いている。
【００１１】
平行な面を有するこの薄いプレートは、ＬＣＤ上に表示された画像の横方向のシフトを、従来技術の装置を用いて達成することができる機械的なシフトよりもはるかに高い精度で達成することを可能にする。
【００１２】
このような装置の実現が復元画像の品質の最適化につながることは疑いないが、それでも、ＬＣＤ画素の長方形の形状および前記ＬＣＤ画素の大きすぎるアクティブ領域に固有の灰色マークは依然として観察され、大きなフォーマットの写真では肉眼で識別される。しかも、その解像度は、大きなフォーマットの写真に対して不十分である。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９８７８７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ＬＣＤ画素の形状およびサイズを制御することによって、および大きなフォーマットの写真の解像度を高めるために画像画素を追加することによって、これらの欠点を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的に対し、本発明の１つの課題は、透明なＬＣＤスクリーン上に表示されたデジタル画像を視覚的に再現（復元）する方法である。この方法は、
-  それぞれのセルと向い合せに配置された開口を画定するブラックマスクの上流側で、ＬＣＤスクリーンとその入力面のマイクロレンズのアレイとを対応づけ、それぞれのセルを１枚のマイクロレンズに対応させること、
-  画像のコントラストおよび均一性を向上させるように設計されたテレセントリック投影光学系を視覚的な再現に使用すること、
-  視覚的な再現において、マイクロレンズアレイおよびマスク（２０）に関しては、それぞれのＬＣＤセルから出てくるスポットのサイズおよび形状の制御を可能にし、テレセントリック投影光学系に関しては、画素の有効サイズおよび形状の制御を可能にするために、前記露光または照明光の入射ビームの発散角を制御すること、
-  所定の機構によって、投影面上でのＬＣＤスクリーンまたはＬＣＤスクリーン上に表示された画像の各画素の横方向シフトを、少なくとも１回実行すること、および
-  このそれぞれのシフトごとに上述の視覚的再現を行う媒体上に１回または数回の露光を行うこと
からなる。
【００１５】
言い換えると、本発明は、まず最初に、非常に広い開口を有する、実際にはUHA LCD（Ultra-High Aperture LCD）と呼ばれるＬＣＤスクリーンを実現することからなる。これにマイクロレンズアレイを組み込むと、ＬＣＤのそれぞれのセルの中心部に光を集中することができ、これによってスクリーンの開口を人為的に増大させることができる。
【００１６】
このようにすると、中程度のランプのパワーにもかかわらずＬＣＤスクリーンの明るさは増大し、さらにセルの輪郭は事実上見えなくなる。
【００１７】
この方法はさらに、入射ビームの発散角を制御し、これによってＬＣＤスクリーンのセルのスポットの形状およびサイズをさらに制御できるようにし、その結果得られる画像の見た目が連続するようにすることからなる。この効果は、ＬＣＤを用いてはこれまで達成できなかった効果である。
【００１８】
さらに、テレセントリック投影光学系が、写真上での画像のコントラストおよび均一性を向上させる。
【００１９】
本発明の他の目的は、透明なＬＣＤスクリーン上に表示された１つまたは複数のデジタル画像を視覚的に復元する装置である。
【００２０】
この装置は、
-  特に中央処理装置によってデジタル画像が表示されるＬＣＤスクリーンが光路上に配置された光源と、
-  要求に応じて光ビームを遮断するシャッタと、
-  加法混色合成原理を使用したカラー写真の生成を可能にする赤、緑、青のフィルタを担持した円盤と、
-  ＬＣＤスクリーンと露光紙との間に位置するテレセントリック投影レンズと、
-  露光光の光路上に位置し、ＬＣＤスクリーンの両側に配置された２枚の直線偏光子と、
-  ＬＣＤ上に表示された画像の２回以上の露光を可能にするために、ＬＣＤスクリーンまたはＬＣＤ上に表示された画像のそれぞれの画素の横方向のシフトの実行を可能にするように設計された機構と、
-  ＬＣＤスクリーンの上流側に位置し、光ビームの拡散を可能にし、マイクロレンズアレイとの相関作用による、ＬＣＤスクリーンを構成するそれぞれのセルのサイズおよび形状への光ビームの適合を可能にするように設計された光学機構と
を備えている。
【００２１】
本発明を実施可能な方法およびその結果得られる本発明の利点は、以下の例示的な実施形態から明らかとなろう。これらの実施形態は、添付図によって裏付けられた非限定的な例として指し示すことで提示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下の説明は特に、写真印画の再生を行うための機械装置の中に組み込まれた装置を対象とする。
【００２３】
ただし、本発明はこの単一の応用に限定されるわけでないことを理解されたい。
【００２４】
図１に従来の写真プリンタの露光線を示す。
【００２５】
この装置には、以下の従来の様々な要素が含まれている。
-  一般に２５０Ｗ／２４Ｖのハロゲンランプからなる光源１。
-  熱フィルタ２。
-  光源１によって発射された入射ビームを遮断するように設計され、必要ならばさらに絞りの機能も提供する、電気モータ４によって回転可能なシャッタタレット３。
-  加法合成によってカラー写真を生み出すための赤、緑、青の３枚のフィルタを保持する、やはり電気モータ６によって回転可能なフィルタホルダ５。
-  光源１から発せられた入射ビームを広げ、その均一性を増強するように設計された拡散器７。
-  拡散後に投影レンズ１１に向かって入射ビームを導くように設計された集光器８。
-  一般に乳白色ガラスによって形成された照明を均一にするための補償器または補正器９。
-  フィルムを入れ、その中でフィルムのフレームを調整して連続したショット露光を可能にするフィルムホルダ１０。
-  上で述べた投影レンズ１１。このレンズは、印刷する写真のフォーマットに応じて倍率が変化する。その目的は、フィルムホルダの中にあるフィルムの画像を感光紙１２上へ投影することである。
-  最後に、フィルムホルダの中にある画像を印刷する感光紙１２を受け取るように設計されたトレー。
【００２６】
本発明の枠組みでは、フィルムホルダ１０の代わりにＬＣＤスクリーン１５を使用する。このスクリーンは、例えばEPSON社からL3Pl3Y-25G01の参照番号で販売されている、１３６６×１０２４個のアクティブ画素マトリックスを含むパネルによって構成され、デジタル形式で記憶された画像をその上に再生することができる。このＬＣＤスクリーン１５の上流側には、前記ＬＣＤスクリーンの動作に必要な直線偏光子１６が置かれる。この偏光子の目的は、入射ビームからの光を所与の配向に従って偏光させることにある。
【００２７】
その一方でこのＬＣＤスクリーンは、スクリーンのそれぞれのセルと向い合せに配置された開口を画定するマスク２０を備える。この開口は一般に、得られる画素スポットの最大サイズ（幾何学的画素の表面積全体の５７％に等しい）に対応する。
【００２８】
ＬＣＤスクリーン１５はさらに、やはりスクリーンの上流側の面に位置するマイクロレンズ２１のアレイを含む。前記マイクロレンズアレイ２１は、光の伝搬方向に関してマスク２０の上流側に位置している。ＬＣＤスクリーンを構成するセルはそれぞれ、これらのマイクロレンズの１つに対応づけられている。
【００２９】
これらのマイクロレンズの目的は、まず最初に、従来のＬＣＤスクリーンに対して知られているように画素のアクティブな表面をカバーする光だけを集めるのではなく、画素の幾何学的表面積全体に及ぶ光を集めることにある。したがってより多くの量の光が集められる（図４ａ）。これらのマイクロレンズは、それぞれのＬＣＤ画素のセルの中心に光を集中させる。前記画素から出てくる発光スポットのエネルギー分布は概ね、平行入射光ビームにおける画素のものに比べると１／４または１／５の円形サイズのベッセル関数である（図４ａ）。これにより、結果的に得られる写真に太い非常に明瞭な白色マークが入る。
【００３０】
かなり発散する入射光ビームでは、画素のブラックマスクが画像ビームの一部分を遮断する。画素の発光スポットのエネルギー分布は概ね、ブラックマスクによって画定されたほぼ長方形形状のSinc関数である。ブラックマスクの役割は、それぞれの画素の制御電子回路の電極を隠すことにあることを思い出して欲しい。
【００３１】
Epson L3913Y-25G01 LCDの画素の概略図を図２に示す。この画素は、アクティブ領域１３と符号１４で示された非アクティブ領域とを含む。ブラックマスクの開口は、全幾何学的画素表面積の５７％を占めるので、文献欧州特許出願第０９８７８７５号明細書に記載されているような横方向シフト露光プロセスから得られる写真は、以前にも見られた目に見える灰色マークを依然として示す。
【００３２】
すべてのＬＣＤスクリーンと同様に、画像のコントラストは視角に依存する。従来の投影光学系を使用すると、コントラストが一定しない不均一な写真が得られる。
【００３３】
本発明の目的は、これらの欠点を解決するだけでなく、画像の連続性と解像度の両方に関して写真の品質を大幅に向上させることにある。
【００３４】
目に見える白色または灰色マークが生じないようにするためには、画素スポットのサイズおよび形状を調整する機能が提供されなければならない。写真画像の均一性およびコントラストのためには、テレセントリック投影光学系を使用しなければならない。最後に、解像度を最適化するためには、ＬＣＤスクリーンの横方向シフト、またはＬＣＤ上に表示された画素の横方向シフトによって写真に画像ドットが追加される。
【００３５】
ＬＣＤスクリーン上に表示される画像は、視角βおよびγ（図３ａ）によって決まるコントラストの変動を示す。表示される画像はしばしば、β＝０°の場合に、言い換えるとＬＣＤスクリーンに垂直、すなわち投影光軸Ｚに平行な方向に、使用するＬＣＤに応じたコントラストのピークを有する。β≠０ではコントラストはそれよりも弱く、角度γに関して不均一である。
【００３６】
これらの理由から、ＬＣＤ上の画素の位置に応じて角度が変化する従来の投影光学系を使用すると（図３ｂ）、紙の上へ投影される画像は不均一となり、コントラストは変化する。ＬＣＤ技術に固有のこの内因性の影響を回避し、または少なくとも低減させるためには、テレセントリック光学投影系を使用しなければならない。このようなテレセントリック光学系は一般に２つの集束光学系からなる（図３ｃ参照）。１つは光学系の主投影レンズ２５によって形成され、もう１つは焦点距離Ｆ０の視野レンズ１７によって形成される。主レンズ２５は視野レンズ１７の焦平面に配置されなければならない。この配置を用いると、主レンズ２５の絞りを通過した主光線はすべて、視野レンズ１７によって物体空間、すなわちＬＣＤスクリーンと視野レンズの間の空間で平行になる（図３ｃ）。したがって、この光学アセンブリは、それぞれのＬＣＤ画素に主光線を垂直に入射する。そのため、画像のコントラストの変動および不均一性を補正することが可能になる。
【００３７】
図４ｂに、マイクロレンズによるＬＣＤスクリーン上での画素スポット画像の形成を示す。マイクロレンズ２１が完璧である、言い換えると収差がないと仮定し、ｆおよびｄをそれぞれマイクロレンズの焦点距離および直径とした場合、スポットのエアリーディスク（Airy disk）の直径は下式から得られる。
ＤAiry＝２．４４λｆ／ｄ  （１）
ピークエネルギーの５０％でのエアリーディスクの直径は以下のように近似される。
φ≒０．５ＤAiry＝１．２２λｆ／ｄ  （２）
円形発散θの入射ビームに対するスポットの直径は以下のように近似される。
Ｄspot≒φ+２ｆtanθ＝１．２２λｆ／ｄ+２ｆtanθ  （３）
１方向（例えばＸ）における発散または２方向以上（例えばＸおよびＹ）における異なる発散から生じる入射ビームでは、画素スポットの形状はもはや円形ではない。この方法を使用すると画素スポットの形状を制御することができる。
【００３８】
したがって、λ＝０．５５μｍでｆ≒１０７μｍ、ｄ≒１９．５μｍのEPSON L3P13Y-25G01 LCDの場合を例にとると、式（３）によれば、θ≒０．５°で直径Ｄspot≒５μｍのスポット、θ≒２°でＤspot≒１１μｍのスポットが得られ、θx≒０．５°、θy≒２°で寸法５×１１μｍの丸みを帯びた長方形のスポットが得られる。より大きな発散角、例えばθ≒５°に対しては、Ｄspot≒２２μｍである。この２２μｍという値は、ブラックマスクが画像ビームを遮断すなわちマスクしてしまうので不可能である。スポットはこの値よりも小さくなり、ブラックマスクの開口の形状をとる。
【００３９】
実際には、スポットの有効サイズ、言い換えると紙上での画像形成に役立つスポットのサイズは投影レンズによって制限される。このレンズの口径は、このレンズを通過することができる光ビームの円すい（cone）の集光角（collection angle）αを定義する。ｆnumが投影レンズの口径のｆナンバーを表し、Ｍが倍率を表すとした場合、有効ビームの円すいの集光角αは下式に従って得られる。
α＝arctan（１／（２（１+１／Ｍ）ｆnum））  （４）
【００４０】
一方、図３ｃに、照明または入射ビームの発散角θおよび使用した投影ビームの集光角αを示す。投影レンズは、有用な発散の入射ビームをθ≒αに制限する。ＬＣＤ上のスポットのサイズはＬＣＤスクリーン上の入射ビームの発散θに連動するので（式（３）参照）、投影レンズは画素スポットの有効サイズを制限する。その結果、画素スポットの有効サイズはこれらの２つの角度θおよびα、ならびにＬＣＤスクリーンのマイクロレンズおよびブラックマスクの口径食効果に連動して変化する。したがって画素スポットの有効サイズを決定するための式は下式として得られる。
Ｄspot-eff≒φ+２ｆtanθ＝１．２２λｆ／ｄ+２ｆtanθ  （θ＞αではθ＝α）  （５）
αが大きくなる（かつθ＞α）と、式（５）に従って計算される有効スポットサイズＤspot-effがＬＣＤスクリーンのブラックマスクの開口のサイズに近づくため、マスクの口径食効果が目に見えるようになる。したがってスポットの形状はマスクの開口のように長方形になる。
【００４１】
口径ｆnum＝８、倍率Ｍ＝１０の投影レンズを使用した例では、式（４）による集光角は
α≒３．３°
となり、式（５）に基づくスポットの最大有効サイズは、θをθ＝αに限定すると、
Ｄspot-eff≒１６μｍ
となる。このサイズは、ＬＣＤスクリーンのブラックマスクの開口のサイズよりも大きい。したがって、マスクの口径食効果によってスポットの形状は長方形に限定される。このサイズは、文献欧州特許出願公開第０９８７８７５号明細書の教示に基づく画像加算法（image addition method）を使用するには大きすぎる。したがって、スポットのサイズおよび形状を制御するためには角度θおよびαを制御する必要がある。画像解像度および集光上の理由から投影光学系の口径はしばしば固定されるため、角度αは事前に定義される。照明ビームの発散角θの制御はそれよりもやさしい。
【００４２】
この目的のため、本発明は、ＬＣＤスクリーンの上流側に光学機構を挿入することを提案する。
【００４３】
第１の実施形態では、コリメーティングレンズ８とＬＣＤスクリーン１５の間の光路上に固有拡散器（specific diffuser）１８を挿入する（図５ａ参照）。この拡散器は入射光を、その拡散角の円すいの中へ拡散する。したがって、この拡散器の光学特性を応用の要件に適合させることができる。
【００４４】
例えば、ＬＣＤスクリーンから出てくるスポットを円形にしたい場合には円形の拡散器を使用する。言い換えると、生み出される拡散は入射光ビームの軸に関して対称である。
【００４５】
一方、正方形または長方形のスポット形状を得るためには、ＬＣＤスクリーンのそれぞれのセルが含まれる平面を規定するＸ、Ｙ方向に、別々の拡散を有する拡散器を使用する。このタイプの拡散器は、この応用に対してよく知られているホログラフィ技術によって製造することができる。
【００４６】
この拡散器１８は、コリメーティングレンズ８のすぐ上流側に配置してもよい（図５ｂ参照）、得られる光学的効果は、図５ａの構成を用いて得られる効果に基本的に等しい。
【００４７】
このような拡散器の使用は特に有効である。しかし、明確に定義された発散角を有する固有拡散器１８が必要である。
【００４８】
生産コスト面および調整の容易さの面から、本発明は図６に示す第２の実施形態を提案する。
【００４９】
この構成では、拡散器１９のすぐ隣に、調整可能なサイズおよび形状の照明絞り２２が配置されている。この絞りは、照明ビームの発散θ、したがって画素スポットのサイズおよび形状を制御する機能を有する。コリメーティングレンズ８に均一な照明を供給するため、拡散器１９はコリメーティングレンズ８の焦平面に配置されており、光源１の照明経路上に位置する。
【００５０】
この場合、コリメーティングレンズ８から来る照明ビームの発散角は下式によって得られる。
θ＝arctan（Ｓ／（２Ｆｃ））  （６）
上式で、Ｓは瞳２２の開口サイズ（Ｄx、ＤyまたはＤ）、ｆｃはコリメーティングレンズ８の焦点距離である。式（６）と（５）を結合することによって、画素スポットの有効サイズを下式のように決定することができる。
Ｄspot-eff≒φ+２ｆtanθ＝１．２２λｆ／ｄ+Ｓｆ／ｆｃ  （θ>αではθ＝α）  （７）
【００５１】
さらに、光回折の効果を無視する場合には、ＬＣＤスクリーンのセルから出てくるスポットのサイズを、以下の幾何学的画像化式から決定することができる。
Ｓ'＝Ｓｆ／ｆc  （８）
上式で、Ｓ'は出てくる画素スポットのサイズ（Ｄx、ＤyまたはＤ）、ｆはマイクロレンズ２１の焦点距離である。
【００５２】
式（８）では式（７）に比べて項が１つ（φ≒１．２２λｆ／ｄの項）少ないことが分かる。この項は光回折項に対応する。実際、幾何光学系の場合にスポットサイズが回折に対して相対的に大きいときには、回折効果を無視することができる。一方、スポットが回折のサイズに匹敵するときには、光回折効果が重要になる。
【００５３】
ＬＣＤスクリーンのマイクロレンズは均一性または光学収差に欠点があり、ＬＣＤスクリーンのブラックマスクおよび投影レンズの口径は、系の画像形成光ビームを部分的に遮断するので、式（５）または（７）によって決定されるスポットの有効サイズは実際にはあまり正確ではない。ここで提示した技法は、研究の手段および方向性を示すことを意図したものである。実際には、まず最初に評価を実施し、次いで、光学構成部品の可能な様々な欠陥因子を補償するために選択した内容をより正確に調整しなければならない。
【００５４】
一例として、参照番号L3P13Y-25G01のEpson UHA LCDスクリーン、および集光角α≒３．３°に対応する口径ｆ／８、倍率１０×のテレセントリックレンズでは、発散角θx≒６．５°、θy≒７°のホログラフィ拡散器１８が、幾何学的画素サイズの０．５倍の辺の長さを有する正方形スポットを生み出すのに適していることが分かる（図５ａおよび５ｂ参照）。照明瞳２２だけを制御する場合には、同じ条件に対して、絞り約９×１０ｍｍ、コリメーティングレンズ８の焦点距離１１４ｍｍが適当である（図７参照）。所与のサイズおよび形状のスポットが得られ、スポットのサイズを、ＬＣＤスクリーンセルのアクティブ領域１３のサイズと一致するように完全に容易に調整することができることが分かる。
【００５５】
以上に説明した画素の形状およびサイズを調整する２つの技法を互いに独立にまたは追加的に実施して、所望の画素スポットサイズおよび形状を得ることができる。
【００５６】
図７に、特に写真プリンタに組み込むことができる本発明の装置を実現する光学系を示す。光源１によって発射された光は、以前に説明した方法と同じ方法で、熱フィルタ３および赤、緑、青の一組のフィルタ５によってフィルタリングされた後に拡散器１９に向かって導かれる。
【００５７】
拡散器１９はこの光を、視野瞳２２を通してコリメーティングレンズ８上に均一に拡散させる。視野瞳２２は、先に説明したとおり、入射ビームの発散角θ、ならびにその結果としてＬＣＤ画素スポットの形状およびサイズを制御することができる。
【００５８】
ＬＣＤスクリーン１５は、デジタル画像の表示画面を露光するように実施されており、上流側に入力直線偏光子１６、下流側に出力直線偏光子２３を備える。ただし、前記ＬＣＤの内部にこのような偏光子が取り付けられていないと仮定する。
【００５９】
ＬＣＤスクリーン１５と偏光子２３の間の光路上には視野レンズ１７が挿入され、このレンズは、写真上の画像のコントラストおよび均一性を増大させるため、ＬＣＤスクリーンを使用するために必要なテレセントリック投影光学系を、主投影レンズ２５と協働して構成する。
【００６０】
ＸおよびＹ方向の、言い換えるとＬＣＤスクリーンの平面内において圧電式の微小な位置決めを用いるホルダ２４を使用すれば、このように形成された光学アセンブリの光軸に対して垂直な方向のＬＣＤの横方向変位が得られる。
【００６１】
ＬＣＤ構成部品のこの横方向変位は、本出願の出願人による上述の欧州特許出願公開第０９８７８７５号明細書に記載されているものと同じ思想に従って、ＬＣＤスクリーン上に表示される同じ画像を分解する結果生じる４、９または１６のサブ画像投影の露光が可能なように設計される。この文献の内容は、参照によって本願に含まれる。
【００６２】
要するに、使用する技法は、オリジナル画像の総画素数を、ＬＣＤスクリーン上の使用可能な画素数の一般に４倍、９倍または１６倍に再スケーリングすることにある。
【００６３】
この再スケーリングは、写真媒体１２へ転写するデジタル画像を記憶した中央処理装置で実施される。この中央処理装置の中で、このように再スケーリングされた画像は、小さな正方形の形態の４、９または１６個のフレームに分割される。
【００６４】
したがって、ＬＣＤスクリーン上で可能な画素数の４倍の数の画素が生み出され、オリジナル画像の４枚のフレームがＬＣＤスクリーン上に順次表示されて、それぞれの画像が４回の露光で復元される構成では、この方法は、それぞれの露光と露光の間に、圧電式ＸＹホルダ２４によってＬＣＤスクリーンを変位させ、または例えば冒頭の導入部分で以前説明したように、ＬＣＤスクリーンと投影レンズ１１の間の光路上に配置された平行な面を有するわずかに傾いた薄いプレートによって光路を変化させることからなる。
【００６５】
オリジナル画像を４倍するとすれば、画素スポットは、全幾何学的画素表面積の１／４に等しい表面積を有する正方形の形状を有していなければならない。
【００６６】
従来技術の技法を用いた場合に露光された写真の中に見られた灰色または白色マークは、肉眼ではもはや見えず、または拡大鏡でわずかに見えるだけである。さらに、画像を４倍すると、上述のEpson UHA LCDスクリーンを使用した２０×３０ｃｍのフォーマットの写真では、解像度が一般に２３１ｄｐｉに近い値に達するので、解像度の増大が観察される。
【００６７】
同様に、圧電ホルダ（ＸＹ）２４の変位を使用し、新しい画像寸法に従って予めプログラムした関連の中央処理装置を用いて、画像を４回露光するのではなしに同じ画像を９回露光することが可能である。
【００６８】
この場合、ＬＣＤ画素スポットは、全幾何学的画素表面積の１／９に等しい表面積を有する正方形でなければならない。
【００６９】
このようにすると、以前に説明したタイプのEPSON LCDなどのスクリーンでは、このような装置を用いて、２０×３０ｃｍのフォーマットの写真で３４６ｄｐｉに近い解像度を得ることが可能である。これは、比較的に大きなフォーマットの写真に対してさえも非常に明らかな解像度の向上である。
【００７０】
露光の回数を９倍ではなく１６倍にすることによって解像度をさらに増大させることができる。この構成では、画像が１６個のサブ画像に再分割される。画素スポットは、ＬＣＤスクリーンのそれぞれのセルの全幾何学的画素表面積の１／１６に等しい表面積を有していなければならない。この画素は小さいので、スポットは、実現がより容易な円形の形状を有することができる。
【００７１】
２０×３０ｃｍのフォーマットの写真では約４６２ｄｐｉの解像度が得られる。これよりも大きなサイズの写真を生み出すことも同様に可能である。したがって、最大解像度３００ｄｐｉを維持する場合には、ＬＣＤ技術を用いてはこれまで不可能だった３４８×４６２ｍｍのフォーマットの写真の再生が実現可能になる。
【００７２】
以上、本発明に基づく装置および方法のすべての利点を明らかにした。すなわち、本発明は、比較的単純に実現できる光学系を使用して、写真の解像度したがって写真の品質を最適化することを可能にし、一方で、ＬＣＤスクリーンに関連した欠陥、すなわち、ＬＣＤ画素の非アクティブ領域または露出過多の領域に対応する白色または灰色マークの存在、一定しないコントラストおよび不均一性、ならびに大きなフォーマットの写真での不十分な解像度を回避する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の写真プリンタの露光線の概略図である。
【図２】Epson社から販売されているＬＣＤの画素の概略図である。
【図３ａ】ＬＣＤ上の画像の視覚化の方向を示す概略図である。
【図３ｂ】従来の光学投影系の概略図である。
【図３ｃ】ＬＣＤ用のテレセントリック光学投影系の概略図である。
【図４ａ】Epson社から販売されているUHA LCDなどのUHA LCDの構造、ならびに平行入射光ビームの出射エネルギー分布を示す概略図である。
【図４ｂ】図４ａに関して説明したタイプのUHA LCDのマイクロレンズによる発散入射ビームのスポット形成、ならびにその結果得られるスポットのサイズを示す概略図である。
【図５ａ】本発明の第１の実施形態の概略図である。
【図５ｂ】図５ａの実施形態の変形例である。
【図６】本発明の第２の実施形態の概略図である。
【図７】図６の装置を実現した写真プリンタの露光線を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    光源
３    シャッタ
８    コリメーティングレンズ
１１    投影レンズ
１５    ＬＣＤスクリーン
１６    直線偏光子
１７    テレセントリック投影光学系
１８    拡散器
１９    拡散器
２０    ブラックマスク
２１    マイクロレンズ
２２    照明絞り
２３    直線偏光子
２４    横方向シフト機構（圧電変位ホルダ）
２５    テレセントリック投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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