JP2009518687A - 改良型ＺＳｃｒｅｅｎ（商標）変調器 - Google Patents

Abstract

プッシュプル液晶変調器を用いて交番円偏光を発生させる方法及びシステムを提供する。本方法及びシステムでは、表面モード液晶セル対にドライバを電気的に接続し、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形によって、ドライバが電荷を移動させる。その他の改良点としては、液晶セルにおける電極層間隔即ち液晶層厚の縮小、その電極層に対する充電端子乃至配線の工夫、抗反射被覆の利用、電極層の肉薄化及び対液晶層屈折率整合、界面に生じる隙間の充填・接合、良質硝子の使用、高効率偏光器の使用、プロジェクタブランキング期間の短縮等がある。

Description

本願は、「改良型ＺＳｃｒｅｅｎ変調器」（Enhanced ZScreen Modulator Techniques）と題する２００６年５月８日付米国特許出願第１１／４３０５９８号（発明者：Ｍａｔｔ Ｃｏｗａｎ ｅｔ ａｌ．）並びに「クエンチパルスにより速度を向上させたプッシュプル変調器」（Quenching Pulse Speed Improvement for Push-Pull Modulator）と題する２００５年１２月６日付米国暫定特許出願第６０／７４２７１９号（発明者：Ｌｅｎｎｙ Ｌｉｐｔｏｎ及びＭａｔｔ Ｃｏｗａｎ）に基づく利益を享受する出願である。両出願とも、この参照を以て本願に繰り入れることとする。

本発明は立体画像表示用偏光変調器、特にＺＳｃｒｅｅｎ（商標；以下商標表記を省略）等の表面モードプッシュプル液晶変調器に関する。本発明によれば、この種の装置の特性例えば画像鮮明度、ダイナミックレンジ、遷移所要時間、光透過効率等を向上させることができる。

本発明に係る変調器の下地になったのは特許文献１（発明者：Ｌｉｐｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，発行日：１９８８年１２月２０日，この参照を以て本願に全内容を繰り入れる）に記載のプッシュプル液晶変調器である。この種の変調器はＳｔｅｒｅｏＧｒａｐｈｉｃｓ社によって製造されＺＳｃｒｅｅｎなる商品名で知られている。当初のＺＳｃｒｅｅｎはＣＲＴ（陰極線管）の画面に装着して使用する形態であり、ユーザ即ち看者がそのＺＳｃｒｅｅｎ越しにＣＲＴ画面を直視すると立体画像が見えるように構成されていた。しかしながら、この方式では画像が立体に見える角度範囲即ち視野角が限られるため、ステレオペアを構成する画像を左右交互に投映しそれを左右交互に看取させる投映選択型立体画像表示システム用のＺＳｃｒｅｅｎが開発されるに至った。この方式であれば視野角上の問題が少ない。

即ち、ＺＳｃｒｅｅｎは２個の液晶セルを備えるプッシュプル液晶変調器であるので光路長が長く、使用液晶部品が１個のデバイスに比べ２倍もある。ＺＳｃｒｅｅｎと併用される偏光シートには、そのダイナミックレンジ及び消光特性が画面看取角度によって劣化する性質があるが、この角度依存性は光路長が長いとその分甚だしくなる。そのため、画面装着式ＺＳｃｒｅｅｎを好適に使用できる角度範囲即ち視野角は狭い。これに対し、プロジェクタの投映レンズからの出射光は、看者がＣＲＴ画面を直視する構成で必要な視野角に比べかなり狭い角度範囲に収まる。そのため、ＺＳｃｒｅｅｎをはじめとするプッシュプル液晶変調器は、画面直視方式よりも投映選択方式に適しているといえる。

また、投映選択方式用ＺＳｃｒｅｅｎと使用されるプロジェクタは約１５年来ＣＲＴプロジェクタであったが、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社からＤＬＰ（digital light projector；登録商標；以下商標表記を省略）エンジンが供給され始めてから各社のプロジェクタがその種のエンジンを組み込んだＤＬＰになったため、投映選択方式用ＺＳｃｒｅｅｎもそうしたＤＬＰと併用されるようになった。１５フィートにも達する大きなスクリーン上に画像を投映できるため、ＤＬＰの用途は、例えば自動車産業や油田・ガス田探査業におけるプレゼンテーションのように、高尚な画像表示が求められる分野や両眼立体視による奥行き表現なくしては理解困難なグラフィクスを扱う分野に拡がっている（１フィート＝約０．３０ｍ）。

このようにＺＳｃｒｅｅｎとＤＬＰの組合せが広く受け入れられたのは、一つにはその画質がよいからであり、また一つには従前のＣＲＴプロジェクタと異なり１台のＤＬＰで立体画像を表示できるからである。

米国特許第４７９２８５０号明細書

しかしながら、映画館での上映に使用する場合は業務画像の表示に使用する場合に比べ高画質が要求されるため、業務画像表示の分野で実績を積んだ装置であっても大画面の映画館で使用すると欠点が浮き彫りになる。例えば画像コントラスト不足、画像鮮明度不足、ダイナミックレンジ不足によるチャネル間混合等、多数の問題を解決しないと映画の観衆に良質の鑑賞体験を玩味してもらうことができず、またコンテンツ制作者を納得させることもできない。それにはＺＳｃｒｅｅｎの改良だけでなく検光器内蔵の立体視用アイウェアも改良する必要がある。

図１ＡにＺＳｃｒｅｅｎの一例構成を示す。この変調器はシート状の直線偏光器即ち直線偏光シート１０２と、ＳＭＤ（表面モード液晶デバイス）型液晶セル（ＳＭＤセル；別称πセル）１０３と、更にもう１個の液晶セル１０４とを、重ね合わせた構成である。部材間接触なしでも本願で述べる電気光学作用は生じうるが実際には密接触している方がよく、シート１０２並びにセル１０３及び１０４を積層、一体化することで屈折率不整合による減光（光の損失）を減らし変調器のダイナミックレンジを拡げることができる。各光学部品は平行に並んでおり、そのうちシート１０２は両矢印線で示す軸１０５を、また各ＳＭＤセルはやはり両矢印線で示すラビング軸をそれぞれ有している。シート１０２寄りのセル１０３のラビング軸１０６に対し、やはりＳＭＤセルであるセル１０４のラビング軸１０７は直交している。

同図に示す通り、主光線１０１はまず直線偏光シート１０２に入射し、ついでその出射光がＳＭＤセル１０３及び１０４に入射する。セル１０３及び１０４はその入射偏光に対しセル構成及び動作により決まる電気光学作用を及ぼす。前述の通りセル１０３及び１０４におけるラビング方向は互いに直交しており、それらはシート１０２の軸１０５によって両断されているので、シート１０２の軸１０５はセル１０３及び１０４の軸１０６及び１０７に対し４５°の角度で交差している。

図示例の構成で問題が発生するのは特に映画館で使用するときである。映画館では際だって良質に画像を投映及び看取できる装置が求められるので、従来のＺＳｃｒｅｅｎを映画館で使用したのでは画像鮮明度不足、ダイナミックレンジ不足、偏向状態遷移速度不足、光透過効率不足等の性能的問題が露呈する。

本発明は、表面モードデバイスを使用したプッシュプル液晶変調器例えばＺＳｃｒｅｅｎにおける装置性能上の問題を解決乃至緩和し、館内立体映画鑑賞をより楽しめるようにすることを目的とする。表面モードデバイスを使用する従来のプッシュプル液晶変調器を改良しより優れた変調器例えばＺＳｃｒｅｅｎを提供することは有益なことである。

ここに、本発明に係るシステムは、例えば、セル同士でそのラビング軸が直交する表面モード液晶セル対と、その吸収軸が上記各セルのラビング軸を両断する直線偏光器と、上記各セルに電気的に接続されており駆動時にはそれらのうち一方を高電圧状態にし他方を低電圧状態にするドライバと、を備え、プッシュプル液晶変調器として動作し交番円偏光を発生させるシステムである。そのドライバでは、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形を用い電荷を移動させる駆動回路を使用する。

また、本発明に係る方法は、例えば、ディジタル映画等の動画を立体表示する方法であって、セル同士でそのラビング軸が直交する表面モード液晶セル対及びその吸収軸が上記各セルのラビング軸を両断する直線偏光器を備えるプッシュプル液晶変調器を、画像を搬送する光がそれらを透過して伝搬するよう配置するステップと、右旋円偏光によるフィールドと左旋円偏光によるフィールドが上記変調器からフィールドレートで交互に出射されるよう、画像を構成する一連のフィールドに同期して当該変調器を駆動するステップと、を有する。その駆動ステップは、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形を用い電荷を移動させるステップを含む。

以下、本件技術分野にて習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）が理解できるよう、上掲のもの以外も含め本発明の特徴的構成について詳細に図示及び説明する。

以下説明する実施形態は、従来のＺＳｃｒｅｅｎを改良乃至拡張し館内映画投映により適するものにする実施形態である。後に説明する通り、それらの改良点乃至拡張点の組合せによって光学的に優れた装置が得られ大幅な改良が達成される。以下の説明では、本発明における改良乃至拡張点のうちいわゆる当業者にとり有用、新規且つ非自明なものを中心に採り上げることとする。

・ＺＳｃｒｅｅｎの動作原理
図１Ａに示した通り、ＺＳｃｒｅｅｎは直線偏光シート１０２、ＳＭＤセル１０３及びもう１個の液晶セル１０４から構成されている。偏光における光波電界面の変転に関していうと、図示の通りシート１０２から出射される光波はシート１０２の軸１０５による電界面方向制限を受けた直線偏光であり、その後段のセル１０３及び１０４ではその直線偏光を直交分解及び移相して出射している。ＳＭＤセルは励起時には概ね等方性であるが励起を解除すると一時的に移相器になる部材であり、ＺＳｃｒｅｅｎの機能を実現するのにそれら二状態の組合せが役立っている。

図４Ａ及び図４Ｂにセル１０３及び１０４となるＺＳｃｒｅｅｎの構成を示す。ＳＭＤセルは互いに平行な複数枚の硝子板４０１の間に数μｍ厚例えば３〜６μｍ厚の液晶層４０７（範囲指定部分）を配置したセルである。硝子板４０１の液晶寄り表面は透明導体たるＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる電極層４０２（スミヌリ部分）で覆われており、その層４０２の表面は更にポリアミド系の誘電体層４０３で覆われている。この層４０３にはバフ車の類でラビングが施されており、その方向即ちラビング軸に沿って生じたマイクログルーブによって液晶層内配向子４０６及び４０８を整列させる。配向子４０６（短い線）及び４０８（長い線）は分子又はその集合により形成される双極子であり、それらの分子は図中範囲指定されている液晶層４０７内で結晶構造を呈している。

両図中の配向子４０６は誘電体層４０３との界面に沿って配向子整列層を形成する表層配向子であり、当該界面に角度付きで接する短線で示されている。配向子４０８は液晶層４０７の内部即ちバルクに位置するバルク配向子であり、層４０７の表面に直交する方向に延びる長線で示されている。一般的な液晶デバイスではバルク配向子及び光線の挙動で電気光学作用がもたらされるが、ＳＭＤセルではその表層にある配向子整列層又はその近傍の配向子によってその電気光学作用がもたらされ、その機序は移相で記述される。

ＳＭＤセルに所期の電気光学作用を発揮させるには、セル内液晶液をできるだけ複屈折率が低いもの例えば０．０４〜０．０６の範囲内にあるものにするのが望ましい。Ｍｅｒｃｋカタログ番号ＺＬＩ−２３５９の液は、その複屈折率が０．０５Δｎ、誘電異方性が正であるので好適に使用できる。但し、これは使用可能素材の一例に過ぎない。ここで述べた有益な機能を実現できる限り、どのような素材でもＳＭＤセル形成素材となりうる。

また、両図に示した構造ではＳＭＤセルがコンデンサとして機能し、相対向する電極層４０２間に電圧を印加するとそれらの層４０２間に電位差が発生する。従って、セル１０３及び１０４は駆動回路上は都合２個のコンデンサとして表される。

そのＳＭＤセルは三値デバイスであり、長時間非通電による不稼働状態の他に二種類の稼働状態を有している。肝要なのは後二者、即ち高電圧で駆動される高電圧状態並びに低電圧（例えば０）が印加される低電圧状態乃至緩和状態である。稼働状態を低電圧・高電圧間で切り換えることにより、ＳＭＤセルの動作モードを移相性のモードと概ね非移相性のモードとの間で交番させることができる。

まず、図４Ａに示したのは配向子整列層ひいては表層配向子４０６に低電圧を印加している状態、例えば電圧を印加していない状態である。電圧を印加していないときには配向子４０６がラビング軸を基準に自動整列するので同図に示す異方状態が発生し、このセルは移相モードとなる。そのラビング軸が直線偏光の電界面に対し４５°の角度をなしているので、移相モードのセルでは直線偏光の電界ベクトルが直交二成分に分解され、それらの成分が相対的な位相シフトを被る。その位相シフト（移相）が適正であれば円偏光が発生する。逆に、それより高いある電圧がＳＭＤセルに印加されると、ほぼ全ての配向子が層表面直交方向を基準に整列するのでそのセルは等方状態即ち非移相モードになり、そのセルへの入射偏光はほぼそのまま出射される。

図４Ｂに示すように、電圧を印加すると表層配向子４０６’が上述の通り電界方向に沿って整列する。即ち、ＳＭＤセルは電極層４０２を電極とする平行平板コンデンサであるので、その層４０２に電圧を印加するとセル内に電界が発生し、双極子である配向子４０６’が電気力線に沿って整列する。このように配向子４０６’がバルク配向子４０８と共に層表面直交方向を基準に整列している状態のセルは、等方性であるので移相能力を有していない。電圧印加をやめると配向子４０６’は図４Ａにおける表層配向子４０６と同じ向きに戻り、それに伴いセルに異方性乃至複屈折性が戻って移相能力が再発現する。この状態におけるＳＭＤセルはリターダ（移相器／位相差板）として機能し、そのリターデーション（移相量）は配向子４０６のチルト角ひいては印加電圧により決まる。

図２に従来におけるプッシュプル液晶変調器駆動波形、即ちセル電極層４０２への印加電圧波形を示す。前述の通り図１Ａの変調器は直線偏光シート１０２並びに２個のＳＭＤセル１０３及び１０４から構成されているので、セル駆動波形はセル１０３，１０４間で互いに位相が異なる波形にする。図示した波形は片側駆動波形即ち一方のセルに印加される分だけであり、実際には、例えば一方のセル１０３への印加電圧が最高値になるとき他方のセル１０４への印加電圧が最低値になるよう電圧波形を印加する。但し、波形自体はどちらのセルについてもこの図の波形とする。

同図中、符号ｔが付された一点鎖線は時間軸、符号Ｖが付された両矢印線（縦軸）は電圧軸、符号０は接地電位即ち零電圧である。±Ｈは正負の高電圧、±Ｌは正負の低電圧である。符号Ｔは高電圧を印加する期間期間や低電圧を印加する期間の長さであり、それら高電圧期間・低電圧期間の間に長さの差はない。各期間には順に符号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを付してある。また、Ｈの値は高電圧駆動に適する電圧値、例えば１０〜２０Ｖの範囲内の値とする。範囲制限するのは、印加電圧Ｖが高すぎるとそれ以上高めても電気光学的性能が向上しなくなり、低すぎると性能が劣化するからである。更に、合計直流バイアスは０にする。これは、時間軸に沿って印加電圧を平均した値が０でないとセルの電気化学分解乃至メッキが進行してその性能が劣化するからである。

同図に示すように、ドライバはまず期間Ａにて２個のＳＭＤセルのうち一方を正側高電圧（＋Ｈ）で駆動し、続く期間Ｂではそのセルへの印加電圧Ｖを負側低電圧（−Ｌ）例えば−数Ｖに下げ、期間Ｃではそのセルを負側高電圧（−Ｈ）で駆動し、期間Ｄではそのセルへの印加電圧Ｖを正側低電圧（＋Ｌ）に下げる。即ち、まず高電圧を印加し、次いでより低い電圧を印加し、その次は負の高電圧を印加し、そして正の低電圧を印加する、という駆動手順を実行する。高電圧Ｈはいわば駆動電圧、低電圧Ｌはいわばバイアス電圧である。ドライバは、また、図１Ａ中のセル１０３に高電圧を印加するときには他方のセル１０４に低電圧を印加し、セル１０４に高電圧を印加するときにはセル１０３に低電圧を印加するというように、セル１０３及び１０４を共に図２に示す波形の電圧で、但しその位相が互いに１／４周期ずれたもので駆動する。

そのうち高電圧期間Ａでは、図４Ｂに示すように、互いに整列しているバルク配向子４０８に対し平行になるよう表層配向子４０６が整列し、硝子板４０１の表面に直交する方向を基準にそれらの向きが揃う。この状態のＳＭＤセルは非移相モードであるが、配向子４０６が配向子４０８に対し完全には平行にならないことから僅かながら残留複屈折が発生する。

また、低電圧（±Ｌ）を印加する低電圧期間例えば同図中の期間Ｂでは、図４Ａに示すように表層配向子４０６がチルト（傾斜）する。このときドライバからＳＭＤセルに印加されている電圧は、他方のＳＭＤセルに対する印加電圧よりも低い電圧即ちバイアス電圧である。図示の通りチルト角を揃えるには、バイアス電圧を調整して配向子４０６のチルト角を調整すればよい。それによって、システム全体での複屈折（率）を調整して移相動作を高精度制御することができる。即ち、後述の通りある決まった波長で本プッシュプル液晶変調器から円偏光が出射されるよう変調器を調整できるだけでなく、高電圧駆動中のセルにおける残留複屈折を低電圧バイアス中のセルに対する印加電圧の調整で補償し好適な円偏光を得ることができる。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、プロジェクタ１０８がその投映レンズ１０９を介して出射した主光線（無偏光）１０１は直線偏光シート１０２に入射され、そのシート１０２から出射された直線偏光はＳＭＤ利用プッシュプル液晶変調器の残りの部分即ちセル１０３及び１０４に入射する。軸１０５に沿った電界面を有する直線偏光がセル１０２及び１０３を通過するときの動作状態には次に示す状態１及び２がある。

状態１では、ドライバがセル１０３を高電圧駆動しセル１０４を低電圧バイアスする。従って、この状態ではセル１０３が等方状態即ち非移相モードであるので直線偏光はセル１０３では移相されない。低電圧（±Ｌ）でバイアス中のセル１０４に入射した直線偏光はそのセル１０４により移相される。電圧Ｌは円偏光にしたい波長に応じ設定することができ、その設定によってその波長で右又は左回りの円偏光１１８を得ることができる。電圧Ｌを相応に設定すればセル１０４における移相量を目的とする１／４波長に調整できる。

状態２では、ドライバがセル１０３を低電圧バイアスし且つセル１０４を高電圧駆動する。セル１０３は異方状態即ち移相モードであるので、円偏光にしたい波長に相応しく電圧Ｌを調整することにより、その波長で右又は左回りの円偏光を得ることができる。セル１０３の軸１０６はセル１０４の軸１０７に対し直交しているので、得られる円偏光は状態１で得られる円偏光１１８とは左右逆回りである。電圧Ｌの値を相応に設定すればセル１０３における移相量を目的とする１／４波長に調整できる。また、その入射先セル１０４は高電圧駆動され概ね等方性になっているので、セル１０３にて発生した円偏光はセル１０４では全く又はほとんど移相されず概ねそのまま円偏光１１８として出射される。

このように、バイアス電圧Ｌを用いセル１０４（状態１）やセル１０３（状態２）による移相量を調整することでλ／４リターデーションをかなり精密に実現できる。本件技術分野で既知の通りリターダには色分散効果があり、従って移相量が最適になるのは一般に波長軸上の一点だけで他の波長では楕円偏光が発生する。図１Ｂに示したシステムは変調器と検光器の組合せであり、その検光器は看者１１５が身にまとう立体視用アイウェア１１７に組み込まれているので、そのアイウェア１１７内検光器の構成乃至仕様に整合するよう変調器における複屈折を調整することによって、円偏光発生及び検光波長を所望波長にすることができる。なお、アイウェア１１７としては、左旋円偏光フィルタ及び右旋円偏光フィルタを含む複数枚のレンズで構成されているものを使用している。

期間Ｂ及びＤにおける正又は負のバイアス電圧Ｌの印加には残留複屈折の補償という目的もある。その特性上、個々のＳＭＤセルにおける複屈折は等方状態でも完全にはなくせないが、２個のセル１０３，１０４を併用しバイアス電圧Ｌの調整で複屈折を調整すれば、変調器全体としては残留複屈折を打ち消し理想状態に近づけることができる。なお、ＳＭＤセルで残留複屈折が生じるのは、ポリアミド系誘電体層４０３上のラビング軸に従うよう誘導乃至強制されているにもかかわらず、表層配向子４０６のなかにそれに従わないもの即ちラビング軸に倣わないものがあるためである。

変調器の動作特性からすればプッシュプル液晶変調器は可変軸トグルリターダの一種であり、直線偏光を発生させる直線偏光器と、その軸が互いに直交しており随意にオンオフ可能な２個の１／４波長リターダと、からなる物理モデルで表記できる。その１／４波長リターダは機械部品なしで９０°トグル可能なシート状リターダはとして動作するので、このモデルによれば、リターデーション動作が所要光波長でオンオフするようＳＭＤセル１０３及び１０４を動作させることによって、その波長にて高質且つ高純度な円偏光を得ることができる。

即ち、ドライバからの印加電圧Ｖによって２個のＳＭＤセル１０３，１０４による移相量の和を制御することができ、ひいてはその電界面が９０°回転するようその電磁波の電界ベクトルのベクトル和を制御することができるので、±１／４波長リターデーションを実現することができる。また、この構成はリターダを９０°回転させる構成よりも優れている。それは、検光器の特性と整合するよう看者１１５乃至オペレータが複屈折（率）を精密に調整できるからである。そうした精密な調整は従前のシート状リターダでは実現困難であった。

図１Ｂに示すシステムでは、図１Ａに示した通り部材１０２、１０３及び１０４から構成されるプッシュプル液晶変調器が動画例えば映画の投映に使用されている。プロジェクタ１０８は動画源１１１からビデオ信号１１０の供給を受け、その信号１１０に基づく画像をレンズ１０９越しに投映する。他方、ドライバ内駆動回路１１３は同期信号１１２に応じ図示電圧を印加する。図示例では動画源１１１が信号１１２の供給元となっているが、プロジェクタ１１０や（場合によっては）画像サーバその他の装置から信号１１２を供給してもよい。駆動回路１１３からプッシュプル液晶変調器への図示電圧印加はケーブル又はワイヤ１１４を介して行う。プロジェクタ１０８から出射された無偏光１０１は直線偏光シート１０２によって直線偏光に変換され、その偏光は更にセル１０３及び１０４によって交番的に移相されるので、先に説明した通り左旋円偏光と右旋円偏光が交番的に投映されることとなる。

図中矢印線で示されている円偏光１１８は、投映先の偏光保存スクリーン（polarization-conserving screen）１１６によって反射され、アイウェア即ち検光眼鏡１１７越しに看者１１５の目に入る。眼鏡１１７は、例えば一方の目を左旋円偏光用検光器、他方の目を右旋円偏光用検光器で覆うように構成されている。

動画源１１１からプロジェクタ１０８に送られる画像は、左目用フィールドと右目用フィールドが交互に位置するよう複数のフィールド乃至フレームを順に送り出す動画例えば映画であり、プロジェクタ１０８はその画像を示す無偏光１０１をレンズ１０９越しにプッシュプル液晶変調器に送り込む。その変調器では、左目用フィールドの画像を左旋円偏光及び右旋円偏光のうち一方で出射し右目用フィールドの画像を他方の円偏光で出射する。即ち入射光１０１から交番円偏光を発生させる。フィールドレート、即ち左右フィールド間の交番速度は、看者１１５がそれを見たときに概ねちらつきのない立体画像ととらえるように十分高くする。本システムにおけるフィールド投映手順は、このように、ある回り方の円偏光（例えば右旋円偏光）であるフィールドを投映したらその次のフィールドは別の回り方の円偏光（例えば左旋円偏光）で投映する、という手順であり、それらのフィールドの画像はスクリーン１１６によって反射されるに至る。

検光眼鏡１１７を装着している看者１１５はその反射をとらえて画像を立体的に認識する。即ち、プッシュプル液晶変調器にてフィールド順に従い左右交番的に円偏光化した光１１８を投映しているので、看者１１５は画像を立体視することができる。

直線偏光を利用する従前の投映式立体画像表示システムと違い、円偏光を利用して投映選択方式を実施するシステムでは看者１１５の首傾げに対応することができる。例えば立体映画を見ている看者１１５が首を傾げたことによる色シフトやダイナミックレンジ劣化は、円偏光を利用して投映選択方式を実施するシステムでも生じうるけれども直線偏光を利用するシステム程ひどくはならない。首を大きく傾げたとき画像が二重に見える現象即ちクロストークも、円偏光を利用するシステムでは発生しない。即ち、投映選択に円偏光を利用すると、首傾げにより生じる色変化や消光率変化が割合に少なくなる。これに対し、直線偏光を利用するシステムではＭａｌｕｓの法則が成り立つのが普通である。Ｍａｌｕｓの法則とは、直線偏光器への直線偏光入射強度Ｉ₀、その直線偏光器からの直線偏光出射強度Ｉ、並びに偏光器入射波面と検光器入射波面のなす角度Ｂの関係を示す法則であり、次の式
Ｉ＝Ｉ₀ｃｏｓ²Ｂ （１）
によって表すことができる。

この式によれば、角度Ｂが僅かに変化しただけでも光透過効率が大きく変化するので、直線偏光用眼鏡越しに見える画像は僅かに首を傾げただけでも二重になってしまう。円偏光を利用するシステムのプッシュプル液晶変調器にはこうした性質がないので、首傾げによる左右画像間クロストークをなくすことができる。画像フィールド対円偏光の左右対応関係の崩れ（各フィールドへの逆回り円偏光の混入）によるクロストークも、偏向状態遷移を十分速くすることで防ぐことができる。

そして、投映式立体画像表示（映画上映）システムを設計する際には、プロジェクタ１０８から看者１１５の目に至る全ての光学部品について熟慮する必要がある。例えばプロジェクタ１０８としては、比色定量値、総光束、偏向状態、フィールド送出形態等が好適なものを使用すべきである。ＺＳｃｒｅｅｎも重要なシステム構成部品であるので好適に動作するよう構成する必要があるが、その特性を決定乃至調整するのは他のシステム構成部品、例えばレンズ１０９、スクリーン１１６、アイウェア１１７等の性能乃至特性を最適化した後である。例えばレンズ１０９としては、できる限り複屈折が発生せず、光透過効率が十分高く、色シフトが概ね発生しない硝子素材で形成されたものを選ぶ。スクリーン１１６としては、その利得が高く、色シフトが発生せず、均一に照明でき、そして光の偏向状態が保存されるものを選ぶ。アイウェア１１７は、ＺＳｃｒｅｅｎ側のリターダ素子（ＳＭＤセル）及びリターデーション値と概ね整合するリターダ素子（円偏光用検光器）を用いて作成する。種々の設計パラメタを変更、調整することによって、各システム構成部材を好適に制御し立体視効果を好適に発生させることができる。

・ＺＳｃｒｅｅｎに施した改良
本実施形態では、電荷移動を高速化するため、図２に示した駆動方式を改変する、液晶素材の変更により偏向状態遷移を高速化する、ＳＭＤセル内電極層間隔即ち液晶層４０７の厚みを減らす、各電極層４０２に対する配線乃至端子接続を工夫して充電速度を高める等といった改良を行っている。

また、システム全体の性能を向上させ充実したビジュアル体験を味わえるようにするため、優れた抗反射被覆を使用する、電極層４０２を薄くし且つその屈折率を液晶層４０７のそれと整合させる、各界面に生じる隙間を充填・接合する、良質な硝子板４０１を使用する、偏光シート４０１を高効率化する、プロジェクタ１０８のブランキング期間を短縮する等といった改良を行っている。更に、消光率を高めて左右チャネル間をより好適に分離させるため、液晶組成を工夫する、ＺＳｃｒｅｅｎとアイウェア内検光器の間でリターデーション特性を整合させる、良質な抗反射被覆を使用する、接続形態を工夫する等の改良を行っている。

更に、光束への露出による偏光シート１０２の劣化（フェード）を抑制するため、偏光シートを抗フェード化する、部材断面積を拡張する、除熱ファンを追加する等といった熱管理システムの拡張を行っている。色管理に関しては、変調器側スペクトラム特性を利用している。

そして、消光率の向上によるチャネル分離能の向上やカラー中性の向上のため、光透過効率を向上させる、直線偏光シート１０２の光学品質を向上させる、検光器内リターダ膜部材特性の選定によりアイウェア内検光器とＺＳｃｒｅｅｎ内偏光器を整合させる等といった改良を行っている。

・駆動方式の工夫
第１の改良点は駆動方式の改良による電荷移動の高速化である。電荷移動を高速化させて遷移速度を高める（応答時間を短縮する）ため、本実施形態では、プッシュプル液晶変調器に対する印加電圧Ｖに図３に示す通りクエンチパルスＥ’を付加している。図２に対する図３の実質的な相違は、図２中の期間Ｂ及びＤで印加していた低電圧即ちバイアス電圧Ｌにより低電圧の電圧スパイク即ちクエンチパルスＥ’を付加した波形を、図３中の期間Ｂ’及びＤ’で印加している点だけである。このようにその電圧値が暫時下がる波形は速度向上に役立つものである。

遷移速度を制御する手段は二種類ある。第１の手段は、上掲の図３、図４Ａ及び図４Ｂから理解できる通り、電極層４０７に印加する電圧Ｖひいてはセル内に発生する電界を適宜操作する、という手段である。これは、液晶層４０７における配向子４０６の動き方を操作するということであり、所望のリターデーションを速やかに実現するのに役立つ。第２の手段は、電界発生に関わる時定数を小さくすることである。一般に、液晶セルはその断面積及び使用している液晶素材の誘電率に比例しかつその液晶層厚に反比例する固有のセル静電容量を有するものであり、プッシュプル液晶変調器用ＳＭＤセルの場合、その値は数十μＦ以上というやや大きな値になる。また、その液晶セル例えばＳＭＤセル内に電界を発生させるには電極例えば電極層４０２を設ける必要があり、セル静電容量の充電時には充電電流に対してその電極が電気抵抗分を呈する。セル性能特に光透過効率を高めるべく電極層４０２を薄くするとその電気抵抗分即ちセル抵抗が大きくなり、セル静電容量の充電時定数が大きくなる（充電速度が低下する）。従って、セル抵抗を操作することによりセル静電容量の充電速度を制御できる。

即ち、ＳＭＤセル内電界をオフ状態からオン状態に切り換えるのに必要な総電荷量Ｑ（単位：Ｃ）はセル静電容量Ｃ（単位：Ｆ）及び電圧変化分ΔＶから
Ｑ＝ＣΔＶ （２）
で与えられ、セル充電速度はこの静電容量Ｃと直列に入るセル抵抗で左右される。なお、ドライバ内駆動回路１１３からその駆動対象たるプッシュプル液晶変調器への出力電流を増大させてもよいが、供給できる電流値に上限があるので電流値増大による充電時間短縮には限度がある。

本実施形態では、ＳＭＤセル充電所要時間を短縮するため図３に示したクエンチパルスＥ’付きの電圧波形を使用し、高低電圧間電圧差より大きな電圧差を電圧切換後の短時間だけ発生させている。電圧差がかさ上げされている間は電荷がより高速で移動するのでセルは高速で充電される。セルに蓄えられた電荷量が十分になり所要のバイアス電圧を印加しうるようになったら、ドライバは印加電圧Ｖをそのバイアス電圧即ち複屈折率が所期通りに発生する電圧レベルに変化させる。

図６にＳＭＤセルを含む駆動回路の等価回路を示す。図示の通りＳＭＤセルはセル静電容量６０４及びセル抵抗６０３の直列回路として等価回路表現することができ、またその直列回路にはドライバ内駆動回路１１３が電源インピーダンス６０２として直列に入るので、駆動波形６０１による容量６０４の充電は抵抗６０３及びインピーダンス６０２を介して行われることとなる。この等価回路はセルの充電特性を表すモデルであり、液晶層内電界の変化の仕方をこのモデルから読み取ることができる。即ち、液晶層内配光子の姿勢変化（偏向状態遷移）に必要な電界をより迅速に発生させる上で、駆動波形６０１にクエンチパルスＥ’を付加するのが有効であることがわかる。

図５に充電時にＳＭＤセルに加わる電圧の変化を示す。この図は、その断面積が約２５０ｃｍ²のセルに対する印加電圧Ｖを、クエンチパルスなしの波形、オーバシュート量が３Ｖのクエンチパルス付き波形、並びにオーバシュート量が６Ｖのクエンチパルス付き波形の三通りについて比較したものであり、図示されているそれら三通りのモデルからセル内電界の強度変化を読み取ることができる。まず、従来通り液晶層４０７への印加電圧Ｖを二値的に変化させた第１例（曲線５０１）では、液晶層内電界が充電によって所望値まで変化するのに数百μｓｅｃ以上の長い時間がかかる。オーバシュート量が３Ｖの第２例（曲線５０２）では２５０μｓｅｃオーダという短時間で電界が平衡に達する。よりオーバシュート量が多い第３例（曲線５０３）では約１７５μｓｅｃと更に短時間で電界が平衡に達する。

このように遷移速度が向上するのは、クエンチパルスＥ’の付加により電圧変化分ΔＶが増して充電電流が増すからである。充電電流が増せば、所望水準の複屈折（率）に相応する液晶分子配向を保持可能な定常電界を生成するに足る総電荷量Ｑが短時間でたまる。

図３に示した通り、クエンチパルスＥ’はその電圧値が接地乃至零電圧に近づくパルスであり、このパルスＥ’を短時間印加することによって性能向上例えば偏向状態遷移所要時間半減を実現することができる。偏向状態遷移が短時間で行われるということは、スクリーン１１５から看者１１５の目に達する光量が増えまた左右画像間の漏れ即ちクロストークが減るということであるので、視覚的、知覚的に看者１１５が混乱する可能性が低くなる。更に、プッシュプル液晶変調器と共にプロジェクタで使用される光エンジンとしてはＤＬＰ等があり、なかでもＤＭＤ（digital micro-mechanical mirror modulator；登録商標）チップ即ち微細機械鏡式変調チップが搭載されたＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のＤＬＰはＣｈｒｉｓｔｉｅ、ＮＥＣ、Ｂａｒｃｏ（いずれも商号）等のプロジェクタで採用されている。本実施形態はそうしたＤＬＰ利用プロジェクタで好適に使用できるほか、いわゆる当業者には自明な通り他種プロジェクタで使用しても所期の効果を得ることができる。即ち、ＤＬＰやそれに類する光エンジンを搭載したものに限らず、高いフィールドレートで動作させる電子式プロジェクタであればどのようなものでも、本発明に係るシステムを使用することができる。

微細機械鏡式変調チップが搭載されたＤＬＰと本実施形態との併用はブランキング期間の短縮又は廃止に役立つ。ブランキング期間とはビデオ信号中に設けられた準備期間のことであり、古くはフィールドの合間に電子ビームを元の位置に引き戻す動作即ち帰線に必須であったが、昨今のＤＬＰ利用プロジェクタでは帰線は必要ない。そこで、本実施形態では、ブランキング期間が必要な装置を含む偏向状態遷移型立体画像表示システムとの互換性確保にブランキング期間の役割を限定する一方、投映光量を減らす原因であった偏向状態遷移所要時間を短縮することにより、投映される画像をより明るいものにしている。更に、左目用画像（右目用画像）が消え残って右目用画像（左目用画像）用チャネルで表示される現象即ち左右画像間の重畳表示乃至クロストークは時間軸上で生じる現象であるので、偏向状態を高速遷移させうる本実施形態では、左右画像重畳表示期間の短縮即ち左右画像間分離能の向上を実現できる。

また、ステレオペア画像投映時にはかなりの減光が生じる。その一部は偏光器における減光であるが、一眼当たり画像看取時間が投映時間−遷移所要時間の半分であるので遷移時間デューティ比も減光の原因となる。遷移時間デューティ比とは投映期間に占める遷移所要時間の比率のことであり、遷移時間デューティ比が高いということはブラック画像又はブランク画像投映時間が長いということであるので、偏向状態遷移所要時間を短縮して遷移時間デューティ比を下げることでＳＭＤ型変調器を備えるシステムの全体性能をかなり向上させることができる。特に、動画を立体表示する際には、各フィールドを繰り返し表示することによりフィールドレートを撮影時フィールドレート（キャプチャレート）の数倍に高める。例えばビデオ撮影装置やコンピュータにおけるキャプチャレートが３０ｆｐｓ（ｆｐｓ＝フィールド／ｓｅｃ）なら、各フィールドから立体表示用に左目用フィールド及び右目用フィールドを生成し、更に各フィールドを例えば２回ずつ繰り返して表示させることでフィールドレートを１２０ｆｐｓに高める。また、フィルム規格に従い２４ｆｐｓのキャプチャレートが使用されている場合、例えば繰り返し回数を３回としてフィールドレートを１４４ｆｐｓに高める（一眼当たり毎秒２４×３フィールドを表示させるので左右両目の合計では１４４ｆｐｓ）。表示する画像を左目用又は右目用の画像から逆側の目用の画像へと切り換える際には必ずプッシュプル液晶変調器の偏向状態を遷移させねばならないので、フィールドを何回も繰り返すと投映選択方式に固有の減光が嵩んでしまう。従って、スクリーン１１６を経て看者１１５の目に達する光量を減らす偏向状態遷移の継続時間即ち遷移乃至ブランキング期間を短縮することで、システムの性能を向上させることができる。

・構成特に液晶素材及び接続形態の工夫
液晶素材及び液晶層厚の工夫も性能向上に有益である。例えば変調器の偏向状態遷移速度を高めるには、セル電極層間隔を狭めて液晶層４０７を薄くすればよい。液晶層４０７が薄ければ偏向状態遷移速度が高くなる。

更に、接続手段乃至形態の工夫によってセル抵抗６０３を減らし偏向状態遷移速度を向上させることもできる。即ち、ＳＭＤセルの等価回路はセル静電容量６０４及びセル抵抗６０３の直列接続回路であり、その抵抗６０３は電極層４０２を形成する導体の膜抵抗に由来するので、前述の通りセル偏向状態を遷移させるのに必要な定常電圧までセルを充電するのに必要な時間を、当該膜抵抗値により左右される時定数によって制御することができる。

また、セル抵抗６０３の抵抗値は電極層形成被覆材（ＩＴＯ）の膜抵抗値だけでなくその形状にも強く依存する。即ち、その幅に比して細長い膜は抵抗値が大きくなり、その長さに比して幅広な膜は抵抗値が小さくなるので、電極層４０２を幅広に使い長辺を接続に使用すれば抵抗６０３の値が小さくなる。

従来のセル形状は正方形であったので、ＩＴＯの膜抵抗値が１００Ω／□なら１００Ω、というように、接続先の辺がどれかを問わずセル抵抗値が決まっていた。本実施形態では、セル抵抗値を利用してセル充電時間を短縮し、それにより電界を早期に平衡させてより好適な動作を実現している。

図７Ａ〜図７Ｃにプッシュプル液晶変調器の構成を三例示す。各図にはその変調器の斜視外観及び断面を併せて示してある。図７Ａに示した構成に比べると図７Ｂに示した構成は洗練されており、図７Ｃに示した構成は更に高度に効率化されている。また、製造コスト低減及び小面積化のため、各図に示したプッシュプル液晶変調器の基本形状はプロジェクタ１０８からの出射光と同じアスペクト比の長方形としてある。電極層４０２の膜抵抗値が１００Ω／□、ＳＭＤセルのアスペクト比が例えば２：１である（幅が長さの２倍ある）とすると、電極層４０２への電気的接続にその層４０２の短辺を使用した場合セル抵抗６０３は例えば１００Ω／□×２／１＝２００Ωとなり、長辺を使用した場合は例えば１００Ω／□×１／２＝５０Ωとなる。

次に、これらの変調器を構成するＳＭＤセルの特性を考慮し、２個のＳＭＤセルを有するプッシュプル液晶変調器の特性を最適にするのにどのような電極配置を採ればよいかに関し説明する。

まず、本発明では、液晶層４０７を省いて図７Ａ〜図７Ｃに示す通り、様々な電極配置乃至接続形態を採ることができる。ＳＭＤセルのインピーダンスは等価的にセル静電容量６０４及びセル抵抗６０３の直列回路として表現することができる。その静電容量６０４はそのセルの液晶層４０７を介在誘電体とする平板コンデンサによって生じ、それと直列に入る抵抗６０３は電極層４０２の膜抵抗によって生じる。このインピーダンスのうち静電容量６０４を暫し無視し抵抗６０３を１個の抵抗で近似すると、その値Ｒは次の式
Ｒ＝Ｒｓ＊Ｌ／Ｗ （３）
で示される値になる。Ｒｓは電極層４０２の膜抵抗、Ｌ及びＷは長方形の電極層４０２の長さ及び幅である。ここでは正面側端子と背面側端子の間隔方向に沿った寸法を以て“長さ”としている。また、ＳＭＤセルの横寸をＸインチ、縦寸をＹインチと表すこととする（１インチ＝約２．５４×１０^-2ｍ）。多くのＳＭＤセルは縦寸Ｙより横寸Ｘの方が大きい（即ちＸ＞Ｙ）。

図７Ａに示したのは現行製品に近い端子配置を採用したプッシュプル液晶変調器７０１であり、図の左半はそれを構成する個々のＳＭＤセルの斜視外観を、右半は同じく横断面をそれぞれ示している。この変調器７０１では、駆動電圧印加端子がそのＳＭＤセルの相対向する短辺上に設けられているので、
Ｒａ＝Ｒｓ＊Ｌ／Ｗ＝Ｒｓ＊Ｘ／Ｙ （４）
が成り立つ。Ｒａは図示例における抵抗Ｒの値であり、また横寸Ｘが縦寸Ｙより大きいのでＸ／Ｙは常に１より大きい。また、この変調器７０１においては、液晶層４０７の背面側に位置するセル電極部７０２の一部（７０４）及び正面寄りに位置するセル電極部７０３の一部（７０５；読者から見て陰面側）が露出している。左半の斜視図で使用した符号（例えば７０１）にプライム記号を付して（例えば７０１’として）部材対応関係を表す右半の横断面図から読み取れるように、この例ではＩＴＯ露出部７０４’及び７０５’に端子を導電接続する構成を採るのでセル長手方向に沿って電流が流れてしまい、長さＬが幅Ｗより長いために抵抗値Ｒａが嵩んでしまう。

図７Ｂに示したのは上掲のプッシュプル液晶変調器７０１に改良を施した構成、即ち駆動電圧印加端子を長辺沿いに配置した構成である。図中の付番方式は図７Ａと同様であり、右半の縦断面図では左半の斜視図で使用した符号にプライム記号を付して部材対応関係を表している。この変調器７０６を構成する２個のセル電極部７０７及び７０８は、短辺に沿って張り出したＩＴＯ露出部７０９及び７１０を有しているので、端子を長辺沿いに配置して抵抗値を全体的に減らし、直列抵抗Ｒを
Ｒｂ＝Ｒｓ＊Ｌ／Ｗ＝Ｒｓ＊Ｙ／Ｘ （５）
まで削減することができる。横寸Ｘが縦寸Ｙより大きいのでＹ／Ｘは常に１より小さく、従ってこの値Ｒｂは前掲の値Ｒａよりも大きい。言い換えれば、ＳＭＤセルのＩＴＯで生じる抵抗を減らすには、そのセルを長辺間で駆動すること即ち短辺沿いに電圧を印加することが望ましい。

図７Ｃに示したのは更に工夫した構成、即ちＳＭＤセルの辺のうち同一頂点を共有する二辺を用いて一方の端子を設け残りの二辺を用いて他方の端子を設けるようにした構成である。左半の斜視図の右には部材間の位置関係をすべく２個の断面図即ち上方断面図及び側方断面図が示されており、それらの断面図では斜視図における符号にプライム記号を付した記号を使用している。図示例では端子間距離がほとんど０になる頂点の近傍で端子間抵抗値がほとんど０になり、他の２個の頂点間で端子間抵抗が最大になる。その抵抗値の上限は図７Ｂについての式（５）によって求めることができる。このプッシュプル液晶変調器７１１（断面図では７１１’）を構成する背面側セル電極部７１２及び正面側セル電極部７１３はその一部が張り出しており、その電極層４０２の表面が一部（７１４及び７１５）露出している。

なお、図７Ｃに示した例では端子間抵抗値が部位毎に異なるので、ＳＭＤセルの等価コンデンサに対する充放電速度が部位毎にばらつき、その結果としてセル内電界が不均一になるが、これは充放電が進行している間のことである。一旦セルが完全に充電又は放電されてしまえばセル内電界は平衡しセル全体に亘り均一になる。

・光透過効率の向上
抗反射被覆の使用も性能向上に役立つ。ＳＭＤセル使用時に光学的界面が複数発生することを避けるのは難しく、またそうした界面で生じる反射により信号品質が劣化することを避けるのも難しい。反射によるシステム動作不全乃至性能劣化には二種類の形態がある。第１の形態は、反射によって透過光量が減るという形態である。第２の形態は、反射によって複屈折効果が増大してプッシュプル液晶変調器の円偏光出射特性が変化し、それにより画像の乱れ例えば左右画像間クロストークが生じる、という形態である。抗反射被覆はこうした問題への対策になりうる。

従来の変調器では、抗反射被覆を使用しないだけでなくＳＭＤセルの基本構成要素間を光学的整合も接合もしていなかったので、光透過効率がかなり低かった。本実施形態では、エポキシ等を用い相互の光学的整合を確保しつつ構成要素間を接合しているため光透過効率が高い。

例えばＳＭＤセル乃至πセルで電極として使用される電極層４０２は完全に透明ではなく、入射光を部分的に吸収又は反射する導体で形成されている。更に、電極層対硝子板界面や電極層対液晶層界面でも反射が発生する。例えば通常の硝子は定格屈折率が１．５程度、ＩＴＯは屈折率が１．８〜２．１の範囲内であるので、硝子板対電極層界面ではかなりの反射が生じ、光透過効率の低下だけでなく電界面回転もいくらか発生する。従って、電極層４０２に屈折率整合層を付加してこの界面における反射を抑えることで、透過光量を増加させると共に偏向性偽像の発生を抑えることができる。

透過光量を増やすには電極層４０２を薄くしてもよいが、電極層４０２を薄くするとその膜抵抗値が高まってしまう。電極層４０２の膜抵抗値が３００Ω／□程もあるとその分セル抵抗６０３が増すので、電気的接続の効率化、例えば図７Ｂ及び図７Ｃに示した形態による端子配置の採用が必要になる。また、ＳＭＤセルは複数の光学的界面を伴うセルであり、その中には改質が可能な界面が他にも複数ある。例えばその屈折率が約１．５の硝子板４０１や、直線偏光シート１０２上にありその屈折率が１．４〜１．６のプラスチック膜は、その屈折率が１．０の空気に接している。これらの界面にて屈折率を整合させるには、硝子板４０１や直線偏光シート１０２に普通の抗反射被覆を設けるだけでもよいが、その屈折率が約１．５の接合剤で隙間を充填すれば屈折率不整合を最小限にすることができる。

図４Ａ及び図４Ｂに示したセル構造における硝子板形成素材の選び方はそのセルの総合品質及び性能に大きな影響を与える。液晶製造によく使用される硝子材料、例えばウォータクリアタイプのＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）は、光透過効率が高く色が変化しにくい点で非常に好適な材料である。また、この材料で硝子板４０１を形成するとその表面が全体に亘り平坦になるので波形歪み乃至波頭歪みがかなり少なくなる。即ち、当該材料を使用することによって最終的な投映像の鮮明度が高まり且つその歪みや焦点ずれが少なくなる。

偏光器形成素材は光透過量に対する偏向効率のトレードオフを考慮して選ぶのが望ましい。まず、吸収性偏光シートは普通は入射光の５０％以上を透過させることができないので、その光透過率が３２〜４２％内で消光特性が良好なものを選ぶとよい。また、ＺＳｃｒｅｅｎ用偏光シートは例えば１００００００ｌｕｘオーダの高輝度に耐えうる素材でなければならない。既存のヨウ素系偏光器素材だとこの輝度では過熱及び白変してしまうので、取り立てて損傷を被ることなく高温に耐える染料系偏光器素材を用いるのが望ましい。なお、本願記載の有益な効果を呈するものであれば、これ以外の偏光器素材を使用してもよい。

偏光器形成素材には高い偏向効率だけでなく高い光透過効率も求められる。従来の素材を用いた偏光器では光透過効率が約３８％、偏向効率が９９．９％であったのに対し、染料系素材を用いた偏光器では光透過効率が約４１％、 偏向効率が９９．９５％というように光透過量及び偏光発生双方の性能が高まり、しかもその性能が高温時にも維持される。

また、ブランキング期間即ちフィールドとフィールドの合間はできるだけ短くする方がよい。例えば、投映選択方式の立体画像表示システムでは前述の通り一眼当たりフィールド数を間挿により３倍等に増やし且つ左目用画像と右目用画像を交互に表示させる。その切り替わり即ちＺＳｃｒｅｅｎにおける偏向状態遷移には非零の時間がかかり、その最中には過渡的偏向状態が発生する。この過渡的偏向状態は遷移先偏向状態に比べて不純即ち不完全であり、ブランキング期間に出射される偏光は左右いずれの目でもとらえることができるので、フィールドからフィールドへの切り替わり中に投映される画像は左右いずれの目でも見えてしまう。これは望ましくないので、フィールドとフィールドの狭間に到来するブランキング期間は短い方がよい。

類種のデバイスでは遷移所要時間を“１０％→９０％”基準で求めることが多いが、この基準では遷移レベル１０％の状態から遷移レベル９０％の状態への到達所要期間がカバーされるだけで、遷移初期及び末期の各１０％はその埒外におかれてしまう。しかしながら、電気光学的液晶デバイスでは、遷移波形がＳ字状に延び長く尾を引くのが普通である。そのうち特に遷移末期の１０％の期間はセトリング期間と呼ばれている。セトリング期間に出射される光はエネルギ的に無視しえない程強く、しかもその偏向状態が不完全でクロストーク原因になりうるので、立体画像表示システムでは遷移所要時間を“０%→９９%”基準及び“１００%→１%”基準でより精密に評価するのが望ましい。

勿論、光の出射を停止させるかブランクの画像を投映することで遷移進行中の期間をブランキング期間にすれば、遷移の最中に画像が表示されることを避けられるが、ブランキング期間を設けるとスクリーン１１６が暗くなる。即ち、フィールド乃至フレームの長さに占めるブランキング期間の長さに応じて暗い画像になる。本実施形態では従来のシステムに比べて遷移所要時間が短いため画像が明るくなる。

例えば“１００％→１％”基準の遷移所要時間が約２ｍｓｅｃとなる従来型の変調器を改良して液晶層厚（電極層間隔）を減らし、また前掲のクエンチパルスＥ’付き波形で駆動するようドライバ乃至駆動回路を改良したとすると、遷移所要時間は６００μｓｅｃ未満になる。また、そのセルを満たす液晶素材としては、最もよい結果が得られるよう性能上のトレードオフを考慮して選択した複数の素材を混ぜて使用するとよい。本実施形態に係るプッシュプル液晶変調器の速度向上はこうした改良によるものである。

更に、円偏光を利用した投映式立体画像表示システムでＺＳｃｒｅｅｎ等の変調器越しに出射される光は、可視光域内の特定波長では円偏光になり他の波長では楕円偏光になる。そこで、変調した光を看者１１５に効率的に届けるべく、本実施形態では投映側の変調器に対し逆特性の検光器を検光眼鏡１１７に組み込むようにしている。変調器と逆特性であるので、変調器からの出射光が円偏光になる波長でその円偏光を好適に検光でき、またそれ以外の波長で生じる楕円偏光が検光される度合いを適正に抑えることができる。

こうしてＺＳｃｒｅｅｎから円偏光が出射される波長と看者１１５がまとう検光眼鏡１１７で円偏光を検光できる波長とを一致乃至整合させることで高画質表示を図る一方、本実施形態では、他の波長におけるリターダンスもできるだけ密に整合させ直線偏光の効率をできるだけ高くしている。しかしながら、それらの部材にリターダンス不整合が残り、交差状態で偏光器漏洩光例えば強い赤色及び青色の漏洩光が発生する可能性がある。そこで、本実施形態では、円偏光発生波長を可視光域内の比較的短い波長例えば約５２５ｎｍにする。こうした波長で円偏光を発生させることで、赤色及び青色の漏洩光とバランスさせることができる。即ち、画質への悪影響を抑え、可能な限りカラー中性を高めることができる。

・熱／光束管理
本実施形態に係るＺＳｃｒｅｅｎは、プロジェクタ１０８から入射してくる高輝度高エネルギ光に耐えうる。プロジェクタ１０８からの入射光は２５０００ｌｕ（ルーメン）と強く、将来はより高輝度高エネルギの光を出射するプロジェクタも出現するであろう。２５０００ｌｕは輻射エネルギに換算すると約６０Ｗであり、ＺＳｃｒｅｅｎでは直線偏光シート１０２及び硝子板４０１にてそのうち約３６Ｗが吸収されるので、温度上昇でシート１０２が損傷を被る可能性がある。また、入射エネルギ量が多すぎると液晶層４０７は等方性になりもはや変調動作を行えなくなる可能性がある。

本実施形態では、この問題に対処するためＺＳｃｒｅｅｎの能動部を２倍以上の面積に拡げて熱散逸に寄与する部分を広くする（単位面積当たりワット数を減らす）と共に、除熱ファンを設けて偏光シート１０２の表面に冷気を循環させるようにしている。

プロジェクタ１０８としてＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のＤＬＰ Ｃｉｎｅｍａ（商標）等を用いる投映式上映システムでは、他の映画館と同じ色バランスになるようプロジェクタ１０８を精密に色補正できることが多い。その上映システムについての色特性計測結果に基づきプロジェクタ１０８を色補正し、そのプロジェクタ１０８から通常通りレンズ１０９越しに館内のスクリーン１１６に画像を投映し、スクリーン反射光を立体画像用の検光眼鏡１１７越しに看者１１５に見せると、看者１１５の目にはその画像が白やＲＧＢの各原色にほとんどかげりのない画像に見える。これは、プロジェクタ１０８に対する色補正の際に、ＲＧＢ各チャネルのうち１個又は複数個に関し輝度を制限してその色の出射光を弱められるためである。各部材の調整はシステム効率が最大になるまで、即ちどの部材を調整してもプロジェクタ１０８の色特性にほとんど変化が現れないようになるまで行えばよい。また、本実施形態では青色系の色を帯びたスクリーン１１６を使用する。これは、看者１１５が身につける検光眼鏡１１７やＺＳｃｒｅｅｎで付与される黄色−緑色系の色とバランスさせることにより、プロジェクタ１０８における色補正の幅及び頻度を抑えつつ出射光量を増すためである。

以上説明した通り、電気光学作用を利用したプッシュプル液晶変調器例えばＺＳｃｒｅｅｎ、並びにそれを利用した投映式立体画像表示システムを、本実施形態に従い改良することにより、画像例えば動画を従来より高い画質で表示例えば館内上映することができる。表示される立体画像例えば立体映画は左右のチャネルが好適に分離しており、また従来より明るく且つくっきりした画像になる。

まとめると、本実施形態によれば、偏向状態を高速で遷移させることができ、光透過効率を本質的に高めることができ、消光率が高まり、そして熱及び光束をより好適に管理できる。そのうち状態遷移の高速化は、駆動方式の改良、液晶素材の改良とその厚みの削減、並びに接続形態の変更による直列抵抗分の削減によるものであり、用途次第では向上幅が約３３％程にもなる。また、光透過効率の向上は、上述した抗反射被覆の使用、電極層屈折率の整合化、界面に生じる隙間の充填・接合、より透明又は平坦な硝子板の使用、低密度偏光シートの使用、並びにプロジェクタのブランキング期間の短縮によるものであるので、その向上幅は例えば３３％オーダとなる。消光率の向上は、秀逸な液晶素材の使用、アイウェア側偏光器（検光器）とＺＳｃｒｅｅｎの整合化、抗反射被覆の使用、並びに界面に生じる隙間の充填・接合によるものであるので、従来の６０：１から２５０：１のオーダまで向上させることができる。そして、熱及び光束の管理は、染料系偏光器素材の使用、セル面積の拡大並びに除熱ファンの使用によって達成されている。これらの改良はいずれも視覚体験の充実につながるものであるので、それらの組合せである本実施形態は更に秀逸な視覚体験をもたらす装置になる。

また、本願では本発明及びその種々の実施形態について説明したが、本発明はそれらの形態以外の形態、即ち当該実施形態を改良した電気光学作用利用型プッシュプル液晶変調器例えばＺＳｃｒｅｅｎ又は投映式立体画像表示システムとして実施することもでき、それらの改良型実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものとする。更に、本発明について実施形態を例示して説明したが、本発明はそうした実施形態に限定されるものではなく、むしろ更なる改良物をも含むものと見なされるべきである。本願のそもそもの意図は、本発明の原理を概ね踏襲するものでさえあればどのような変形、用途乃至応用に関わるものであっても本願の技術的範囲に含めるというものであり、従っていわゆる当業者にとり既知又は慣用的な変形を施したものも本発明の技術的範囲に包含されるものとする。

そして、具体的な実施形態を示して本発明の一般的原理について子細に説明したのは、いわゆる当業者が本発明のシステム及び方法を既存の知識に基づき滞りなく、且つ本発明の基本的原理からはずれずに、他分野乃至他用途に利用乃至応用できるようにするためである。従って、そのための工夫や変形も文理上或いは均等論上本発明の技術的範囲に包含される。本願における用語法や表現法は説明のためのものであり趣旨限定を意図するものではない。

プッシュプル液晶変調器の一例たるＺＳｃｒｅｅｎにおける部材間の位置関係を示す図である。 立体映画上映用プロジェクタにおけるＺＳｃｒｅｅｎの用法を示す図である。 従来からＺＳｃｒｅｅｎの駆動に用いられてきた駆動波形を示す図である。 本発明の変調器で使用される改良された駆動方式を示す図である。 ＳＭＤセルの内部構造及び非励起時における配向子の並び方を示す断面図である。 ＳＭＤセルの内部構造及び励起時における配向子の並び方を示す断面図である。 ＳＭＤセルの充電波形に付加したオーバシュート即ちクエンチパルスによる速度向上効果を示す図である。 ＳＭＤセルの充放電速度を決める回路要素を示す電気的等価回路図である。 プッシュプル液晶変調器内ＳＭＤセルの構成特にその電極構造を、その斜視外観（左半）及び断面（右半）により示す図である。 プッシュプル液晶変調器内ＳＭＤセルの構成特にその電極構造を、その斜視外観（左半）及び断面（右半）により示す図である。 プッシュプル液晶変調器内ＳＭＤセルの構成特にその電極構造を、その斜視外観（左半）及び断面（右半）により示す図である。

Claims (25)

1. （ａ）セル同士でそのラビング軸が直交する表面モード液晶セル対と、（ｂ）その吸収軸が上記各セルのラビング軸を両断する直線偏光器と、（ｃ）上記各セルに電気的に接続されており駆動時にはそれらのうち一方を高電圧状態にし他方を低電圧状態にするドライバと、を備え、プッシュプル液晶変調器として動作し交番円偏光を発生させるシステムであって、
   上記ドライバが、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形を用い電荷を移動させる駆動回路を有するシステム。
2. 請求項１記載のシステムであって、
   上記変調器の光学的界面のうち少なくとも１個に設けられた抗反射被覆と、
   上記変調器に設けられたＩＴＯ（酸化インジウム錫）層を覆う屈折率整合層と、
   上記変調器を使用する電子式プロジェクタと、
   を備えるシステム。
3. 請求項２記載のシステムであって、上記変調器が染料系偏光器を備えるシステム。
4. 請求項１記載のシステムであって、上記変調器に設けられたＩＴＯ（酸化インジウム錫）層の膜抵抗値が約３００Ω／□であるシステム。
5. 請求項１記載のシステムであって、上記変調器を除熱するファンを備えるシステム。
6. 請求項２記載のシステムであって、隙間が生じないよう上記変調器内の界面を接合したシステム。
7. 請求項１記載のシステムであって、上記変調器で使用される液晶がウォータクリアタイプのＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）を含むシステム。
8. セル同士でそのラビング軸が直交する表面モード液晶セル対と、その吸収軸が上記各セルのラビング軸を両断する直線偏光器と、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）層と、を有するプッシュプル液晶変調器を備え、画像を運ぶ左旋円偏光のフィールド並びにその画像とステレオペアを構成する画像を運ぶ右旋円偏光のフィールドを順に透過させることによって動画を立体表示させる装置であって、
   上記変調器の光学的界面のうち少なくとも１個に設けられた抗反射被覆と、
   上記ＩＴＯ層を覆う屈折率整合層と、
   上記変調器を使用する電子式プロジェクタと、
   を備える装置。
9. 請求項８記載の装置であって、
   上記各セルに電気的に接続されており駆動時にはそれらのうち一方を高電圧状態にし他方を低電圧状態にするドライバを備え、
   上記ドライバが、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形を用い電荷を移動させる駆動回路を有する装置。
10. 請求項９記載の装置であって、上記変調器が染料系偏光器を備える装置。
11. 請求項９記載の装置であって、上記ＩＴＯ層の膜抵抗値が約３００Ω／□である装置。
12. 請求項９記載の装置であって、上記変調器を除熱するファンを備える装置。
13. 請求項９記載の装置であって、隙間が生じないよう上記変調器の界面を接合した装置。
14. 請求項９記載の装置であって、上記変調器で使用される液晶がウォータクリアタイプのＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）を含む装置。
15. 動画を立体表示する方法であって、
    セル同士でそのラビング軸が直交する表面モード液晶セル対及びその吸収軸が上記各セルのラビング軸を両断する直線偏光器を備えるプッシュプル液晶変調器を、画像を搬送する光がそれらを透過して伝搬するよう配置するステップと、
    右旋円偏光によるフィールドと左旋円偏光によるフィールドが上記変調器からフィールドレートで交互に出射されるよう、画像を構成する一連のフィールドに同期して当該変調器を駆動するステップと、
    を有し、上記駆動ステップが、その冒頭で短時間発生するスパイク状のクエンチパルスを含む電圧波形を用い電荷を移動させるステップを含む方法。
16. 請求項１５記載の方法であって、更に、上記変調器から出射された円偏光が空間を伝搬した後偏光保存スクリーンにより反射され空間を更に伝搬して一方の検光器で透過且つ他方の検光器で阻止されるよう、左旋円偏光用の検光器及び右旋円偏光用の検光器を配置するステップを有する方法。
17. 請求項１５記載の方法であって、上記変調器を構成する表面モードの第１及び第２液晶セルのうち、第１液晶セルをその電圧値がフィールドレートで高低交番する矩形波である第１電圧信号によって駆動し、第２液晶セルを第１電圧信号とほぼ同振幅だが高低逆の矩形波である第２電圧信号によって駆動する方法。
18. 請求項１５記載の方法であって、
    上記変調器を構成する表面モードの第１及び第２液晶セルのうち第１液晶セルを第１電圧信号で駆動するステップと、上記第２液晶セルを第２電圧信号で駆動するステップと、を有し、
    各フィールドが複数個のサブフィールドを含み、
    第１電圧信号の包絡線振幅絶対値の低下と第２電圧信号の包絡線振幅絶対値の低下が対応するサブフィールド中のほぼ同時点で生じるよう各液晶セルを駆動する方法。
19. 請求項１５記載の方法であって、
    上記変調器を構成する表面モードの第１及び第２液晶セルのうち第１液晶セルをキャリアレスな第１電圧信号で駆動するステップと、上記第２液晶セルをキャリアレスな第２電圧信号で駆動するステップと、を有し、
    各フィールドが複数個のサブフィールドを含み、
    第１電圧信号の振幅絶対値の低下と第２電圧信号の振幅絶対値の低下が対応するサブフィールド中のほぼ同時点で生じるよう各液晶セルを駆動する方法。
20. 請求項１５記載の方法であって、上記変調器を構成する表面モードの第１及び第２液晶セルのうち、第１液晶セルを高電圧交流期間と低電圧交流期間がフィールドレートで交番する信号である第１電圧信号で駆動し、第２液晶セルを第１電圧信号とほぼ同振幅だが逆相の信号である第２電圧信号で駆動する方法。
21. 請求項２０記載の方法であって、第１及び第２電圧信号が、低電圧交流期間ではそのピークトゥピーク振幅が０〜１０Ｖの２ｋＨｚ正弦波、高電圧交流期間ではそのピークトゥピーク振幅が４０〜８０Ｖの２ｋＨｚ正弦波である方法。
22. 請求項１５記載の方法であって、上記変調器が染料系偏光器を備える方法。
23. 請求項１５記載の方法であって、隙間が生じないよう上記変調器の界面を接合する方法。
24. 請求項１５記載の方法であって、上記変調器内の液晶がウォータクリアタイプのＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）を含む方法。
25. 請求項１５記載の方法であって、上記変調器と整合した検光器を有するアイウェアで人間がスクリーン上の画像を見られるように当該変調器を当該スクリーンに対して配置する方法。

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