JP3452470B2 - ディスプレイ - Google Patents

ディスプレイ

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JP3452470B2
JP3452470B2 JP25570097A JP25570097A JP3452470B2 JP 3452470 B2 JP3452470 B2 JP 3452470B2 JP 25570097 A JP25570097 A JP 25570097A JP 25570097 A JP25570097 A JP 25570097A JP 3452470 B2 JP3452470 B2 JP 3452470B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレイに関
する。このようなディスプレイは、例えば、３次元（３
Ｄ）の立体投写型ディスプレイとして用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】第１および第２の異なる光源を有する自
動立体ディスプレイは、GB 2 296 151号に開示されてい
る。第１および第２の光源は、通常直線で直交する異な
る偏光を有する光を放射する。空間光変調器（SLM）
は、交互に位置する第１および第２のセットとして配列
され、それによって、第１のセットの素子が第１の光源
から光を透過し、第２のセットの素子が第２の光源から
光を透過する微小偏光板（micropolariser）が形成され
る偏光素子アレイを含む。光学系は、SLMを通して光源
から光をイメージすることにより、左目および右目の観
察ゾーンを形成する。偏光素子の第１および第２のセッ
トに関連するSLMの画素は、観察者の左目および右目が
それぞれの観察ゾーンにある時に自動立体的に観察され
得る、立体２Ｄイメージを表示する。
【０００３】添付図面の図１は、公知の立体３Ｄ投写型
ディスプレイを示し、この立体３Ｄ投写型ディスプレイ
は主に、偏光保存スクリーン１上に直交偏光を有する立
体ビューを投写する２つの投写系を備える。これらの投
写系は、液晶空間光変調器などのイメージ源６および７
を照明する集光系（condenser optics)４および５に関
連する光源２および３を含む。投写光学系８および９
は、直交する直線偏光状態12および13を有するものとし
て図示される偏光素子10および11を通してイメージを投
写する。スクリーン１上に形成されるイメージは、使用
時に偏光状態12および13と位置合わせされることによ
り、観察者の左目が実質的に左目のイメージからの光の
みを見、かつ観察者の右目が実質的に右目のイメージか
らの光のみを見る、直交する偏光状態を有する受動偏光
メガネを通して見られる。
【０００４】添付図面の図２は、一組の投写光学系14の
使用が可能な他のシステムを示す。光源、集光系、およ
びイメージ源を、２組の装置から出力される光が直交に
偏光されることを確実にする手段とともに、図式で示さ
れるように15および16で重複させることがやはり必要で
ある。しかし、２つのサブシステムからの光は、ビーム
合成器（beam combiner)17で合成され、それによって、
単一の投写光学系14が使用され得る。ビーム合成器17
は、例えば、偏光キューブ（polarising cube)を含む。
しかし、構成要素のかなりの重複がなお存在するので、
２つのイメージの位置決めの問題が残る。さらに、ビー
ム合成器17のコストという不利点もある。
【０００５】添付図面の図３は、陰極線管（CRT）20の
使用を基調とする、他の公知の立体３Ｄ投写型ディスプ
レイを示す。CRT20は、偏光板22と、スイッチングπ(p
i)セル23の形態のスイッチング偏光素子と、４分の１波
長のリターダー（retarder)24とを介して、CRTによって
表示されるイメージを偏光保存スクリーン１上に投写す
る投写レンズ21に関連する。少なくとも１人の観察者
が、４分の１波長のリターダー26および27と、直交に配
置された直線偏光板28および29とを備える偏光メガネ25
をかける。
【０００６】使用の際には、CRT20は、左目のビューと
右目のビューとを交互に表示する。CRTからの光は、偏
光板22によって直線偏光され、偏光方向を変化させずに
光を交互に透過し、左目のイメージと右目のイメージと
に一致させて偏光方向を90°回転させるスイッチングπ
(pi)セル23を通過する。π(pi)セル23から出る光は、そ
の後、リターダー24によって、左回りの円偏光に変えら
れる。リターダー26および27は光を直線偏光へと戻し、
偏光板28および29は直交偏光を透過し、それによって、
観察者の左目は、実質的に左目のイメージのみを見、観
察者の右目は、実質的に右目のイメージのみを見る。
【０００７】添付図面の図４は、Sadeg M. Farisによっ
て開示されたタイプの微小偏光板立体３Ｄ投写型ディス
プレイ（「新しい３Ｄ立体映像技術」、SPIE Vol. 217
7、立体ディスプレイおよびバーチャルリアリティシス
テム（1994））を示す。このディスプレイは、単一の光
源２と、１組の集光系４と、１組の投写光学系８とを備
える。このイメージディスプレイ装置は、右目のイメー
ジおよび左目のイメージを、空間的に多重化した形式で
表示する、空間光変調器（SLM）30を備える。特に、１
つおきの絵素（画素）が、左目のイメージを表示して、
31に示されるような第１の偏光を有する光を供給し、そ
れと同時に、残りの画素が右目のイメージを表示して、
32に示されるような直交偏光を有する光を供給する。そ
のイメージは、その後、適切な偏光メガネを通して立体
的に見られ得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１に示されるシステ
ムは、比較的高価な投写光学系８および９を有する、２
つの別個の投写系を必要とする。従って、このシステム
は比較的高価で、サイズが大きい。また、スクリーン１
上に左目のイメージと右目のイメージとを、個々の画素
レベルにいたるまで正しく位置決めすることを確実にす
るために、非常に注意深い位置合わせが必要となる。さ
らにまた、２つの物理的に分離した投写レンズ系を有す
ることにより、スクリーン上に投写されたイメージ間に
台形のひずみが生じ得る。イメージが正しく位置合わせ
されなければ、観察者は、視覚の歪みによる症状、例え
ば、頭痛や眼精疲労などを経験する。
【０００９】図２に示されるシステムは、単一の光源
と、光源から偏光要素を分ける、第２の偏光キューブな
どのビームスピリッターを使用するように改変され得
る。これにより光の使用効率が向上されるが、このシス
テムはやはり比較的高価でかさ高い。
【００１０】図３に示されるシステムは、CRT20が標準
ビデオフレームレートの２倍で再生されることを必要と
し、これにより、CRT20の代わりに、多くのタイプの液
晶装置（LCD）などの比較的遅いイメージ源を代用する
ことが除外される。CRT20がイメージ源として使用され
る場合、蛍光体スクリーンの持続性が、各イメージの消
滅を遅延させ、それにより、立体ビュー間のクロストー
クが起こり得る。さらに、このシステムは、クロストー
クを最小限に抑えるために、0°の偏光回転を与える状
態と90°の偏光回転を与える状態との間で、素早くかつ
正確に切り替わる、π(pi)セル23の能力に依存してい
る。
【００１１】図４に示されるシステムの不利な点は、各
イメージが、SLM30の実現可能な解像度の半分で表示さ
れることである。しかし、このシステムは、観察者が偏
光メガネをかける必要のないフル解像度を有する２Ｄイ
メージを表示することができる。
【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、より少数の光
学素子を用いて、より小型な設計が可能な単一の光学経
路を有した３Ｄビューのディスプレイを提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によるディスプレ
イは、画素構成にされたディスプレイ装置と、画素構成
にされた偏光変調器であって、各画素が該ディスプレイ
装置の対応画素と光学的に位置合わせされている偏光変
調器とを備え、これにより上記目的が達成される。
【００１４】好ましくは、前記偏光変調器は、可変の偏
光回転器を有していてもよく、該偏光回転器の各画素
は、少なくとも実質的に90°である範囲にわたって出力
直線偏光角度を変化させるように制御可能である。
【００１５】さらに好ましくは、前記偏光変調器は、可
変の偏光リターダーを有していてもよく、該偏光リター
ダーの各画素は、少なくとも実質的に180°の進相軸と
遅相軸との間の位相遅れの範囲にわたってリタデーショ
ンを変化させるように制御可能である。
【００１６】ある実施形態では、前記偏光変調器は、画
素構成にされた時系列偏光切り換え器を有していてもよ
く、該偏光切り換え器の各画素は、第１の出力偏光を提
供する第１の状態と、該第１の出力偏光と実質的に垂直
である第２の出力偏光を提供する第２の状態との間で切
り換えが可能である。
【００１７】他の実施形態では、前記偏光変調器は第１
の液晶装置を有していてもよい。
【００１８】さらに他の実施形態では、前記第１の液晶
装置は、第１の液晶層と、画素構成にされた少なくとも
１つの電極とを有していてもよい。
【００１９】さらに他の実施形態では、前記偏光変調器
は、第１の液晶層と、画素構成にされた少なくとも１つ
の電極とを有している第１の液晶装置をさらに備え、該
第１の液晶層はツイステッドネマティック液晶を含む。
【００２０】さらに他の実施形態では、前記偏光変調器
は、第１の液晶層と、画素構成にされた少なくとも１つ
の電極とを有している第１の液晶装置をさらに備え、該
第１の液晶層は強誘電性液晶を含む。
【００２１】さらに他の実施形態では、前記偏光変調器
は、第１の液晶層と、画素構成にされた少なくとも１つ
の電極とを有している第１の液晶装置をさらに備え、該
第１の液晶装置はπ(pi)セルを有している。
【００２２】さらに他の実施形態では、前記偏光変調器
は、第１の液晶層と、画素構成にされた少なくとも１つ
の電極とを有している第１の液晶装置をさらに備え、前
記第１の液晶装置は、π(pi)セルおよび出力４分の１波
長板を有している。
【００２３】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記偏光変調器の入力側に配置され、複数のマイ
クロレンズを有する、第１のマイクロレンズアレイを備
えていてもよく、該複数のマイクロレンズの各々は、該
偏光変調器の対応画素と光学的に位置合わせされてい
る。
【００２４】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記偏光変調器の入力側に配置される第１のフレ
ネルレンズを備えていてもよい。
【００２５】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記偏光変調器の出力側に配置され、複数のマイ
クロレンズを有する、第２のマイクロレンズアレイを備
えていてもよく、該複数のマイクロレンズの各々は、該
偏光変調器の対応画素と光学的に位置合わせされてい
る。
【００２６】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記偏光変調器の出力側に配置された第２のフレ
ネルレンズを備えていてもよい。
【００２７】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記ディスプレイ装置の出力側に配置され、複数
のマイクロレンズを有する、第３のマイクロレンズアレ
イを備えていてもよく、該複数のマイクロレンズの各々
は、該ディスプレイ装置の対応画素と光学的に位置合わ
せされている。
【００２８】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記ディスプレイ装置の出力側に配置された第３
のフレネルレンズを備えていてもよい。
【００２９】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記ディスプレイ装置の入力側に配置された第４
のフレネルレンズを備えていてもよい。
【００３０】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イ装置は、画素構成にされた空間光変調器および光源を
有していてもよい。
【００３１】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記空間光変調器の入力側に配置され、複数のマ
イクロレンズを有する、第４のマイクロレンズアレイを
備えていてもよく、該複数のマイクロレンズの各々は、
該空間光変調器の対応画素と光学的に位置合わせされて
いる。
【００３２】さらに他の実施形態では、前記空間光変調
器は、第２の液晶装置を有していてもよい。
【００３３】さらに他の実施形態では、前記空間光変調
器は、変形可能なミラーアレイを有していてもよい。
【００３４】さらに他の実施形態では、前記偏光変調器
は前記第１の液晶装置を有していてもよく、前記空間光
変調器は前記第２の液晶装置を有していてもよく、該第
２の液晶装置は、第２の液晶層と、前記第１の液晶層と
該第２の液晶層との間に配置される偏光子とを有してい
てもよい。
【００３５】さらに他の実施形態では、前記第１の液晶
層は、第１の基板と第２の基板との間に配置されていて
もよく、かつ、前記第２の液晶層は、該第２の基板と第
３の基板との間に配置されていてもよい。
【００３６】さらに他の実施形態では、前記第１の液晶
層および前記第２の液晶層は、１対の基板の間に配置さ
れていてもよい。
【００３７】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記ディスプレイ装置の各画素が前記偏光変調器
の対応画素上に結像されるように、該ディスプレイ装置
を該偏光変調器上に結像するための光学系を備えていて
もよい。
【００３８】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イ装置は発光素子を有していてもよい。
【００３９】さらに他の実施形態では、前記発光素子は
陰極線管を有していてもよい。
【００４０】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、光ファイバー表面板を備えていてもよい。
【００４１】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、偏光保存拡散器を備えていてもよい。
【００４２】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、投写光学系と偏光保存スクリーンとを備えていて
もよい。
【００４３】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、前記偏光変調器の出力側に配置される４分の１波
長板を備えていてもよい。
【００４４】好ましくは、A1およびA2をそれぞれ対応す
る第１および第２の画像の画素振幅とすると、前記ディ
スプレイは、前記ディスプレイ装置の各画素を制御して
光振幅√(A1 2＋A2 2)を生成し、かつ、前記偏光変調器の
各画素を制御して偏光角度tan-1(A1/A2）の偏光角度を
生成する、制御器を備えていてもよい。
【００４５】前記ディスプレイは、立体観察用に提供さ
れてもよく、直交に偏光されたレンズを有する観察メガ
ネを備えていてもよい。
【００４６】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、立体観察用に提供されてもよく、偏光方向が実質
的に平行である第１および第２の偏光子と、光学軸が該
偏光方向に対してプラスおよびマイナスの所定の角度に
ある第１および第２の２分の１波長板とを有する観察メ
ガネを備えていてもよい。
【００４７】好ましくは、前記所定の角度が実質的に2
2.5°でもよい。
【００４８】さらに他の実施形態では、前記ディスプレ
イは、自動立体観察用に提供されてもよく、第１および
第２の直交に偏光された光源と、空間光変調器を有する
前記ディスプレイ装置と、該光源と該空間光変調器との
間に配置される前記偏光変調器とを備えていてもよい。
【００４９】従って、より少数の光学素子を必要とし、
より小型な設計を提供することが可能となる、単一の光
学経路を有する３Ｄビューのディスプレイを提供するこ
とができる。立体イメージ間で色および強度の不整合を
引き起こし得る、比較的高価なビーム合成素子が排除さ
れ、２つの立体ビュー間の自動的かつ正確な位置合わせ
が、達成され得る。２つのフル解像度のフルカラービュ
ーを、３Ｄモードの動作で提供することができ、２Ｄモ
ードで部分的または完全に使用された場合には、フル解
像度のフルカラーイメージを提供できる。このようなデ
ィスプレイは、このような画像の混合と同時に、好きな
ように再配置可能な３Ｄ情報エリアを提供することがで
きる。
【００５０】ディスプレイが標準ビデオフレームレート
で作動され得るので、標準ビデオレートの装置が使用さ
れ得る。ディスプレイ装置および偏光変調器は、ほとん
ど又は全く改変を行わず、従って製造上安価な、市販の
標準構成部品を用いて具現化され得る。特に、これらの
装置は、LCD技術に適合性を有する。その光学効率は、
例えば上述の、より効率的な公知のディスプレイの光学
効率に匹敵する。
【００５１】
【発明の実施の形態】図５に示される立体３Ｄ投写型デ
ィスプレイは、単一の光源２と、１組の集光系４と、偏
光メガネ40を用いて観察するように、立体イメージを偏
光保存スクリーン１上に投写する１組の投写光学系８と
を備える。図５に示すディスプレイにおいては、SLM30
の代わりに、光振幅の制御を提供するSLM41と、出力光
の偏光角度を制御する偏光変調器42とが使用されている
点で、図４に示すものとは異なる。SLM41および偏光変
調器42は、変調器42の各画素がSLM41の対応画素と光学
的に位置合わせされるような画素構成にされている。SL
M41の各画素は、√(AL 2＋AR 2）に等しい光振幅Ａを供給
するように制御される（ただし、ALおよびARはそれぞ
れ、左の立体イメージおよび右の立体イメージの対応画
素の所望の光振幅である）。変調器42の対応画素は、偏
光方向の角度θがtan-1（AL/AR）から得られるように、
対応するSLM画素からの光の出力直線偏光を90°の範囲
にわたって変化させるように制御することができる。
【００５２】観察者が、スクリーン１上に投写された上
記のように制御された画素を、偏光メガネ40を通して見
る場合、メガネの偏光板が、左目が所望の振幅ALを見、
かつ右目が所望の振幅ARを見るように強度および偏光を
分析する。メガネ40の偏光板の偏光方向は直交し、変調
器42によって作られ得る0°の偏光方向と90°の偏光方
向とに位置合わせされる。従って、左目のイメージおよ
び右目のイメージの画素は、振幅Ａおよび偏光方向θに
よって符号化され、元の画素振幅ALおよびARは、メガネ
40によって復号化される。
【００５３】SLM41は、所望の空間解像度を提供でき、
かつ標準ビデオフレームレートで動作可能な装置によっ
て具現化され得る。例えば、SLM41は薄膜トランジスタ
ツイステッドネマティックLCDまたは他の適切なタイプ
のLCDを備え得る。LCDを使用する利点は、出力光がすで
に、規定された軸に直線偏光されていることである。こ
の装置において、フルカラー表示を提供するためにカラ
ーフィルターが使用され得る。投写系のために、標準LC
Dパネルの改変を行う必要はない。
【００５４】立体観察のために、高品質の３Ｄイメージ
を提供するためには、偏光変調器42は、好ましくは、い
くつかの要件を満たすべきである。２つの直交する偏光
の出力状態（例えば、0°および90°の回転と一致す
る）は、品質的に均衡がとれているべきで、共に高い偏
光率を示すべきである。偏光率とは、所望の方向におけ
る直線偏光振幅をその方向と直交する方向における直線
偏光の振幅で割ったものである。さらに、偏光変調器42
は、特にカラーディスプレイの場合は、入射光の広範囲
の波長にわたって効果的であるべきである。
【００５５】偏光変調器42は、画素構成にされた可変偏
光回転素子として動作し得る。このモードでは、規定さ
れた軸に直線偏光が各画素上に入射し、偏光軸が、0°
と90°との間のある角度にわたって、回転素子により回
転される。このような回転素子は、LCD、例えば、ツイ
ステッドネマティック（TN）型であるが、通常の入力お
よび出力偏光板が取り外されたLCDによって具現化され
得る。この場合、液晶装置は光誘導モードで動作する。
低く印加された電界では、偏光が90°回転され、高く印
加された電界では、偏光の回転は行われない。印加され
る電界を変化させることにより、中間の偏光回転が提供
され得る。この型の偏光変調器の利点は、追加的な偏光
制御光学素子が必要とされないことである。
【００５６】TN型の偏光変調器においては、電界が印加
されない場合には、液晶ダイレクタが、装置の面と平行
にされるが、液晶層の厚みにわたって90°回転する。上
述のように、これは、入力直線偏光を、光が液晶中を伝
搬する際に遭遇する複屈折状態を変化させることにより
90°回転させる効果がある。この効果は、かなり広い帯
域の性質のものであるが、異なる波長では複屈折状態が
異なるため、および異なる波長ではリタデーション基準
（retardance criteria)が異なるために、この効果は、
完全に均一かつ無彩色なものではない。従って、出力偏
光率は、このような装置に対する入力偏光ほど高くはな
い。これにより、観察者が認知可能で、その結果、立体
体験が弱められて不快なビューが生じ得る、左目のイメ
ージと右目のイメージとの間のクロストークが生じる。
また、メガネ40の偏光レンズを通して光がいくらか漏
れ、それによって、暗い色または黒色を意図する、画素
からの光の低いレベルが劣化され得るので、イメージの
コントラストが低下し得る。透過される異なる波長の光
が経験する異なる偏光状態のために、このような光漏れ
は彩色され得る。
【００５７】さらに、観察者が知覚する左目のイメージ
と右目のイメージの状態は、同一のものではない。TN偏
光変調器42のオン状態、すなわち、0°の偏光回転によ
って作られる偏光出力状態は、90°の偏光回転を生むオ
フ状態に比べて、広範囲の波長にわたってよりよい偏光
率を示す。これは、高い電界が液晶に印加されているオ
ン状態では、液晶ダイレクタが、装置の面に対して実質
的に直交し、従って、液晶を伝搬する光の進行方向に対
して平行となるように切り換えられるからである。従っ
て、光は、非常に低い複屈折レベルを経験し、その結
果、偏光状態に変化が比較的ほとんど見られない。従っ
て、メガネ40の２つの偏光板の間の光の伝搬におけるコ
ントラストが非常によく、低いクロストークレベルが生
じる。
【００５８】別のタイプの偏光回転素子は、偏光リター
ダーおよび４分の１波長板の組み合わせを備える。例え
ば、π(pi)セルLCDが、その複屈折（光誘導とは対照的
に）、特性、およびディスプレイのクロストークを最小
限に抑えるための正確な切り換えを可能とする素早い緩
和時間の点から、回転器としての使用に適している。偏
光リターダーの各画素は、進相軸と遅相軸との間で少な
くとも180°の位相遅れの範囲にわたってリタデーショ
ン（retardance)を変化させるように、制御可能であ
る。４分の１波長板が、素子の外側に配置される。カラ
ーディスプレイの場合は、所望の性能を提供するよう
に、４分の１波長板を入射光の波長に同調させることが
必要となる。これは、各画素をSLM41の対応画素に関連
する対応カラーフィルターの色に同調させた、画素構成
にされた４分の１波長板を用いることにより達成され得
る。あるいは、例えば反応性メソゲン材料を用いる多層
波長板などの広帯域波長板を用いることができる。
【００５９】あるいは、偏光変調器42は、制御可能複屈
折装置または偏光リターダーとして具現化され得る。こ
のような素子においては、入力直線偏光が、２つの直交
する軸に分けられ、一方の軸が、他の軸に対して可変の
位相遅れを受ける。従って、出力光の偏光状態は、第１
の方向の直線偏光と、第１の方向に長軸を有する楕円偏
光と、円偏光と、第１の方向に垂直な長軸を有する楕円
偏光と、第１の方向に垂直な直線偏光との間で制御可能
である。このような偏光リターダー素子は、液晶装置に
よっても具現化され得る。例えば、π(pi)セル液晶装置
が、この目的のために使用され得る。
【００６０】さらに別の方法として、偏光変調器42は、
強誘電性時系列偏光スイッチャーとして具現化され得
る。強誘電性液晶装置（FLCD）は、第１の偏光を有する
光を供給する第１の状態と、第１の偏光に直交し得る第
２の偏光を有する光を供給する第２の状態との間で、非
常に素早く切り換えることが可能である。従って、各ビ
デオフレーム内で、FLCDを、フレームの１部分では第１
の状態で動作させ、フレームの残りの部分では直交状態
で動作させることにより、中間の偏光状態の感じを出す
ことが可能である。可変の中間状態が、各画素が第１の
状態にある間のビデオフレームの小部分を変化させるこ
とにより提供され得る。観察者は、状態間の切り換えを
解像することはできないので、それぞれの目に、第１お
よび第２の状態における相対的な時間に関係する相対的
な強度を有した、安定した光強度を知覚する。
【００６１】バランスのとれた高品質の２つの偏光状態
を作ることは、使用される液晶の構造および観察者のか
けるメガネ40の性質に実質的に依存する。例えば、TN装
置のような「面外」(out-of-plane)液晶装置と比べ、偏
光変調器42のような「面内」(in-plane)液晶装置を利用
することにより、バランスの向上がはかられ得る。この
ような装置においては、液晶ダイレクタが、共に装置の
面内にある２つの配向間で切り換えられる。従って、液
晶は、ダイレクタの配向とともに変化する光学軸を有す
る可変の複屈折装置として動作する。偏光状態間の良好
なバランスは、例えば、液晶ダイレクタが、入力偏光配
向に対して＋22.5°の角度と−22.5°の角度との間で切
り換えられ、液晶の厚みが２分の１波長板動作を提供す
るように選択されている装置の使用によって実現し得
る。偏光変調器42としての使用に適した面内液晶装置の
例として、上述のようなπ(pi)セル、強誘電性および反
強誘電性液晶装置があげられる。
【００６２】偏光変調器42のような面内液晶装置を用い
るディスプレイは、図５に示されるものと同じ構造を持
つ。しかし、性能を向上させるために、少なくとも１つ
の静的補償複屈折板を含み、それによって、均一性を向
上させるために偏光変調器に等しい複屈折状態および反
対の複屈折状態を導入するように、メガネ40を改変する
ことが可能である。実際、消光が望ましい場合には、全
ての複屈折素子の組み合わせが総体的にゼロの複屈折を
与えるような状態を、観察者の両目までの光経路におい
て提供することが好ましい。このような構造により、良
好な偏光品質とともに、広帯域幅にわたって高性能さが
提供される。図５は、40’で、補償板40aおよび40bと直
線偏光板40cとを備える観察者メガネを示す。このよう
なメガネは、面内スイッチング装置を備える偏光変調器
42を有するシステムに用いられる。なお、このシステム
における面内スイッチング装置は２分の１波長板動作を
提供し、その光学軸は、左目専用の光と右目専用の光と
を提供するSLM41からの光の偏光方向に対して、＋22.5
°と-22.5°との間で切り換え可能である。補償板40aお
よび40bは、２分の１波長板動作を提供するように配置
され、メガネ40’が水平であるとき、すなわち、観察者
がディスプレイを観察している時の標準配向の場合に、
変調器42への光の入力偏光方向に対して、左目の補償板
40bの光学軸は＋67.5°に位置合わせされ、右目の補償
板40aの光学軸は−67.5°に位置合わせされる。直線偏
光板40cは、変調器42への光の入力偏光に対して、90°
の直線偏光を有する光を透過させるように位置合わせさ
れる。
【００６３】SLM41の画素が、観察者の左目のみを意図
した光を出している場合、偏光変調器42の対応画素が、
その光学軸が＋22.5°にあるように切り換えられる。従
って、変調器42は、２分の１波長板の役割をはたし、変
調器42の画素から出る光が＋45°の方向に偏光される。
この光が、＋67.5°に位置合わせされた光学軸を有する
左目の補償板40bを通過するとき、偏光ベクターが90°
の向きとなるように回転され、それにより、光が左目の
直線偏光板40cによって透過させられる。しかし、偏光
変調器画素からの光が、右目の補償板40aを通過する
時、偏光が180°まで回転され（すなわち、0°に等し
い）、それによって、光が右目の偏光子40cによって実
質的に消滅する。
【００６４】SLM41の画素が、観察者の右目のみを意図
した光を出すとき、変調器42の対応画素の光学軸が-22.
5°に切り換えられ、それにより、この画素から出る光
の偏光ベクターが-45°の方向を向く。左目の補償板に
入射する光は、180°に回転された偏光ベクターを有
し、それにより、左目の直線偏光板40cが光を実質的に
消滅させる。右目の補償板40aに入射する光は、-90°に
回転された偏光ベクターを有し、右目の偏光板40cによ
ってその光が透過させられる。
【００６５】このような設定により、高い偏光率ととも
に、２つの直交する偏光の出力状態間の品質上の良好な
バランスが提供される。また、ディスプレイおよびメガ
ネを介した観察者の両目までの光の経路の状態は、消光
が望ましい場合に、複屈折素子の組み合わせが、総体的
にゼロの複屈折を与えるような状態である。例えば向上
した無彩色性能を有する補償板40aおよび40bに多層波長
板を用いることにより、無彩色性がさらに向上され得
る。
【００６６】LCDの光学特性は視角によって変化する
が、これによって、図５に示されるタイプのディスプレ
イに問題が生じることはない。特に、装置に視準光を使
用するため、視角とともに変化する光学特性の影響が実
質的に回避される。
【００６７】図６は、リターダー／４分の１波長板型の
偏光変調器42の一形態を示し、図６の下側は構造を示
し、上側は様々な光学軸の位置合わせを示す。回転器
は、液晶層をその間に挟持するガラス基板43および44
と、関連の電極と、絶縁層およびブラックマスク45とを
備える。画素構成にされた４分の１波長板層46は、基板
44の出力側に形成される。入力光の直線偏光48の方向に
対する、液晶層の進相軸および遅相軸が、47に示され
る。４分の１波長板層46によって形成される４分の１波
長板の進相軸および遅相軸は、軸47との関係で、49に示
される。
【００６８】ディスプレイの光利用の効率を最大限にす
るために、SLM41の各画素を通過する光の内のできる限
り多くが、変調器42の対応画素を通過するべきである。
しかし、SLM41の各画素からの光は、正しいステレオイ
メージ生成のためには、変調器42の他の画素を通過すべ
きではなく、もしそうでなければ、イメージ中に視覚的
アーチファクトが見られ得る。このことは、入射光の良
好な視準を必要とする。さらに、SLM41および変調器42
が近接し、かつ良好な位置決めで配置されるべきであ
る。SLM41および変調器42は、画素開口を制限するブラ
ックマスク素子を有することが多いので、入力光の良好
な視準が、２つの画素面間の光損失を減少させることに
役立つ。
【００６９】単一のパネルのカラー投写器用の典型的な
公知のLCDパネルは、デルタパターンに配置された約100
ミクロメーターの水平および垂直のピッチを有する、エ
ッジの寸法が約50ミクロメーターであるほぼ正方形の画
素を有する。従って、２つのこのような装置がSLM41お
よび変調器42として使用される場合、２つの画素面間
で、50ミクロメーター以下の、あらゆる方向への光拡散
が許容される。このようなLCDは、典型的には、1.1mmの
厚みを有するガラス基板と0.2mmの厚みを有する偏光板
シートとを備える。従って、画素面は最小で2.4mmの間
隔をあけて分離され、それにより、入力光の視準がガラ
スにおいて0.02ラジアンの円錐の頂角の半分より大きく
ならなけれなならない。ガラスの屈折率を考慮すると、
視準システムが、17以上のｆナンバーを有することが必
要となる。このような配置は、図７に示され、ガラス基
板50、液晶層51、偏光板52、ブラックマスク領域53、お
よび画素開口54を備える。
【００７０】図８に示される配置においては、ガラス基
板50が0.7mmの厚みを有し、それによって、画素面間
が、約1.6mmの間隔をあけて分離される点が図７に示さ
れるものとは異なる。これにより、システムのｆナンバ
ーが11に向上され、入力光の視準要件の緩和が可能とな
る。0.7mmの厚みを有するガラス基板が、現在いくつか
のLCDで用いられている。
【００７１】SLM41および変調器42を、図９に示される
ような0.7mmの厚みを有する３枚の基板を備えた単一の
装置として製造することにより、さらなる改善がなされ
得る。ｆナンバーはさらに９にまで減らされるが、この
ような装置を製造するためには、内部偏光板52’が、後
続の通常のLCD製造プロセス中に製造され得、後続の製
造プロセスに耐えることができなければならない。図９
に示される配置は、強度の点で向上しており、製造中に
２層の画素間の位置決めが、より容易かつより正確に確
実にされ得る。
【００７２】液晶層51間のガラス基板50の厚みが大幅に
減少した図９に示されるタイプの装置を製造することも
可能である。例えば、液晶層51同士が、50ミクロメータ
ー程度の厚みを有するシート、例えばガラスのシートに
よって分離されるような装置を製造することが可能であ
る。画素のサイズが、約100ミクロメーターで、約５０
ミクロメーターの隙間をもって画素が分離されている装
置の場合、最大約４５°の視角が可能である。このよう
な設定は、直視型ディスプレイに使用され得る。
【００７３】図10に示されるディスプレイにおいては、
入力マイクロレンズアレイ55は、SLM41の入力側に配置
され、出力マイクロレンズアレイ56は偏光回転器／リタ
ーダー42の出力側に配置される点で、図５に示されるも
のとは異なる。アレイ55の各マイクロレンズは、SLM41
の画素と位置合わせされ、アレイ56の各マイクロレンズ
は、変調器42の画素と位置合わせされる。アレイ55の各
マイクロレンズの後方作業距離は、SLM41の厚みと実質
的に等しく、アレイ56の各マイクロレンズの前方作業距
離は、変調器42の厚みと実質的に等しい。SLM41および
変調器42は互いに接触して配置されるが、図10の下側で
は、図解を明瞭にするために分離して示されている。
【００７４】マイクロレンズアレイ55は、偏光変調器42
の画素のエッジを覆うブラックマスクに、入射する際に
失われる入力光量を減少させることにより、ディスプレ
イの光効率を向上させる。従って、光源の視準要件はい
くぶん緩和される。出力マイクロレンズアレイ56は、変
調器42を射出する光が発散する角度をせばめることによ
り、より小型の瞳孔を有する投写光学系８の使用を可能
とする。
【００７５】図11は、マイクロレンズアレイの３つの代
替の配置を示す。図11の上側では、出力マイクロレンズ
アレイ56が削除された配置を示す。この配置は、投写レ
ンズの瞳孔が、変調器42からの光の大部分を十分に集め
ることができる場合に可能である。
【００７６】図12は、図10および図11に示されるマイク
ロレンズ配置の代替の配置を示す。図12に示される配置
では、マイクロレンズアレイ55から58が、変調器41およ
び42を通過する光を視準するための大型フォーマットの
フレネルレンズ55'から58'にそれぞれ置き換えられる。
【００７７】図11の下側の左には、SLM41の各画素から
変調器42の対応画素への向上した光経路を確実にする一
方で、SLM41および変調器42が間隔をあけて配置される
ことを許可する４つのマイクロレンズアレイ55から58を
用いる配置を示す。図11の下側の右には、出力マイクロ
レンズアレイ56を削除した点で先述の配置とは異なる３
つのマイクロレンズアレイを有する配置を示す。この配
置は、SLM41および変調器42が間隔をあけて配置され、
かつ、投写光学系が変調器42からの光の大部分を十分に
集めることができる場合に使用され得る。
【００７８】図12に示される構成は、図10および図11に
示されるものと類似するが、図12においては、マイクロ
レンズアレイの代わりにフレネルレンズが使用されてい
る。図12の上側に示される構成は、単一の入力フレネル
レンズ55'を備える。図12の下側は、入力フレネルレン
ズ55'がSLM41の入力側に配置され、出力フレネルレンズ
56'が変調器42の出力側に配置され、そして、中間フレ
ネルレンズ57'および58'がSLM41の出力側および変調器4
2の入力側にそれぞれ配置されている、２重、３重、お
よび４重のフレネルレンズ構成を示す。
【００７９】図13は、SLM41および変調器42が間隔をあ
けて配置され、映像光学系59がその間に配置される点
で、図５に示されるものとは異なるディスプレイを示
す。また、視野レンズ42aが変調器42に近接して設けら
れ、それによって、照明光を投写光学系８の瞳孔内に維
持する。映像光学系59は、SLM41の各画素が変調器42の
対応画素上に結像されるように、SLM41の画素面を変調
器42の画素面上に結像する。これにより、照明の視準の
緩和が可能となる。
【００８０】図14に示されるディスプレイにおいては、
SLM41が、変形可能ミラー装置60の形態での、反射型振
幅変調器に置き換えられている点で、図13に示されるも
のとは異なる。折り畳み式平面ミラー62が、装置60と変
調器42との間に配置されている。折り畳み式ミラー62は
任意のもので、よりコンパクトな配置をディスプレイに
提供する。折り畳み式ミラー62が使用される場合、偏光
板61が、ミラー62と変調器42との間に設けられ得、視野
レンズ42aは、偏光板61と変調器42との間に設けられ得
る。
【００８１】装置60は、映像経路の内または外の光を傾
けて反射するように制御可能なミラーアレイを備える。
階調が時系列方法を用いて達成され得る。映像光学系59
によって、装置60の画素は、ミラー62を介して変調器42
の対応画素上に結像される。この実施形態においては、
変調器42に届く光が規定された偏光方向を有することを
確実にするために、偏光板61が必要である。あるいは、
反射型LCDが、振幅制御素子60として用いられ得る。
【００８２】図15に示されるディスプレイは、効果的
に、図５に示されるディスプレイの光源２、集光系４、
およびSLM41の代わりとなるCRT63を備える。従って、CR
T63は効果的に光源および振幅変調器を形成する。そし
て、CRT63の湾曲した正面上に形成されるイメージの出
力面を「平坦化」するための光ファイバー表面板64が、
任意に設けられる。直線偏光板61が、偏光変調器42上に
入射する光の規定された偏光方向を提供するために再び
必要となる。マイクロレンズアレイ56および58は、任意
で変調器42に使用され得る。その他の点では、ディスプ
レイは、上記同様に働く。
【００８３】図16に示されるディスプレイにおいては、
４分の１波長板65が、偏光変調器42と投写光学系８との
間に配置される点で、図５に示されるものとは異なる。
従って、４分の１波長板65は、直交する直線偏光を、左
回りの円偏光に転換する。メガネ25は、図３に示される
タイプのもので、偏光方向が直交するように位置合わせ
された直線偏光板28および29の正面に４分の１波長板26
および27を備える。従って、４分の１波長板26および27
は、円偏光された光を、直交する直線偏光に戻す。
【００８４】向上したより広帯域の性能を提供するため
に、４分の１波長板26、27および65は多層装置であって
もよい。
【００８５】図16に示される実施形態の改変された形態
においては、４分の１波長板65が省かれ、偏光変調器42
が、例えば、入力直線偏光状態に対して、光学軸が＋45
°と−45°との間で切換可能である４分の１波長板とし
ての役目を直接果たすことにより、右回りおよび左回り
の円偏光をつくるように配置される。
【００８６】図16に示されるディスプレイの利点は、頭
の傾きによって引き起こされるクロストークの増加が、
実質的に排除されることである。直交する直線偏光の場
合、頭の傾き、従ってメガネ25の傾きにより、メガネ内
の直線偏光板がスクリーン１からの光の直交する偏光方
向と不整合になることが生じる。従って、左目を意図し
た光のいくらかが右目に受け取られ、その逆も起こる。
これにより、３Ｄイメージにおいて望ましくない視覚的
アーチファクトを引き起こすクロストークが生じる。円
偏光を用いることにより、この影響は実質的に排除され
る。しかし、頭を垂直軸の回りで回転させたり、うなず
かせることにより、円偏光のクロストークが増加する。
さらに４分の１波長板は、直線偏光板に劣る色性能を有
し、このことは、ある適用においては不都合なものにな
り得る。
【００８７】図17は、SLM、すなわち振幅変調器41およ
び偏光変調器42を駆動する１つの駆動形態を示す。立体
ペアの左のイメージおよび右のイメージの光振幅をそれ
ぞれ表す信号ALおよびARは、第１および第２の処理回路
66aおよび66bに与えられる。回路66aは、式√(AL 2＋
AR 2)に従って振幅変調器41を用いて光振幅を制御するた
めの信号Aを形成し、回路66bは、制御信号θを、式tan
-1( AL/AR）に従って偏光角度を制御する偏光変調器42
に与える。実際には、これらの計算は、コンピュータな
どのイメージ源において、またはディスプレイ自体にお
いて行われ得る。ディスプレイ自体がこれらの計算を行
う場合、Analogue Devices(R)（(R)は登録商標を示す）
の集積回路ナンバーAD532、AD534、AD538、AD632および
AD633のようなアナログ乗算器集積回路が用いられ得
る。逆タンジェント関数における正確さを向上させるた
めには、Analogue Devices(R)から入手できるAD639など
の一般的な三角関数変換器が使用され得る。あるいは、
アナログ・デジタル変換器およびルックアップ表（例え
ばプログラマブルROMに格納されている）が使用され得
るが、逆タンジェント関数の無限の範囲が考慮されなけ
ればならない。無限数の逆タンジェント関数を回避する
ために、階調数に応じて、所定の値を超えるAL/ARのあ
らゆる値が、フル回転に割り当てられ得る。
【００８８】図18は、観察者の頭の傾きを補償するため
に出力偏光を90°の範囲にわたって変化させることので
きる偏光変調器42に用いられる、図17に示される形態の
改変を示す。適切なタイプのメガネ回転センサー67が、
メガネ40の約δθ角の傾斜を監視し、傾斜角度を表す信
号を駆動電子回路66a、66bに与える。信号が、回路66b
の出力に加えられ、それにより偏光変調器42が（θ＋δ
θ）に等しい出力偏光を生成する。従って、この偏光は
メガネの回転を追跡し、その結果、レンズの偏光方向
は、変調器42によって作られる最大偏光方向に位置合わ
せされた状態を保つ。従って、メガネ40の傾斜から生じ
るクロストークが、実質的に排除され得る。
【００８９】図19は、図17に示される駆動図の拡張を示
す。この場合、変調器41および42に対するインターフェ
ースにより、入力信号の電圧レベルに対する画素の感受
性が較正器66cおよび66dによって調節され得るような別
々の較正調節が可能となる。カラーディスプレイの場
合、異なる色に対して、それぞれのカラーフィルタに関
連する画素の各セットに対するそれぞれの較正が振幅変
調器41によって与えられる３つの較正が必要と成り得
る。
【００９０】ディスプレイまたはディスプレイの一部が
２Ｄイメージを表示するためには、単に、画素の対応す
る対における振幅ALとARとが等しく、かつ、変調器42の
全対応画素が、メガネ40の２つのレンズに対して等しい
伝搬を有する偏光状態を与えるニュートラルモードを保
つことが必要である。例えば、図18は、本発明の実施形
態を構成するディスプレイのいずれかによって表示され
得るイメージを示す。このイメージは、２Ｄウィンドウ
70および71と同時に、３Ｄウィンドウ68および69から成
る。適切なデスクトップ背景が72で示され、スクリーン
の範囲が73で示される。２Ｄイメージを表示することの
みが必要である場合には、観察者の目が受け取る光量を
増加させて、より明るい知覚イメージを提供するため
に、メガネを取り外してもよい。
【００９１】図21は、上述のタイプの振幅変調器41およ
び偏光変調器42を備える直視型の立体３Ｄディスプレイ
を示す。上述の光源および視準光学系は、図21に示され
るタイプの直視型ディスプレイに使用され得るが、図21
に示される実施形態は、視準化または自己視準化された
タイプのバックライト74を含む。図に示されるように、
このディスプレイは、図10および図11に示されるタイプ
のマイクロレンズアレイ55をさらに備え得る。しかし、
投写光学系および投写型の実施形態のスクリーンは、偏
光メガネ40を通して観察者によって直視される偏光保存
拡散器75に置き換えられる。拡散器75は、変調器42から
の偏光を維持するために、拡散よりもむしろ屈折に基づ
いている。例えば、拡散器75は、小さなガラスビーズの
層またはレンチキュラースクリーンを備え得る。拡散器
75の存在により、十分に広範囲の視角にわたって観察者
が立体イメージを知覚することが可能となる。
【００９２】図22は、図21に示される実施形態とは、標
準的な非視準化バックライト74が使用され、かつ、拡散
器75が振幅変調器41と偏光変調器42との間に配置される
偏光シート80に置き換えられている点で異なる別の実施
形態を示す。このディスプレイには、例えば観察者の位
置を探知するセンサー、および機械的手段を備えた公知
のタイプの観察者追従メカニズム（図示せず）が設けら
れる。機械的手段が、２つの変調器41および42を相対的
に移動させるように設定される。その設定に応じて、観
察者の方向に伝搬する光が、変調器41および42における
正しく対応した２つの画素開口部を通過して、ディスプ
レイの観察領域82が移動する。これにより、ディスプレ
イが本質的に方向性を有するものとなり、２次的な観察
者が正しい立体イメージを知覚しない。偏光変調器42の
画素ピッチは、観察領域82内の観察者のために全ディス
プレイ表面にわたってパララックスが満たされるよう
に、水平方向および垂直方向に調整される。
【００９３】図23は、３Ｄ効果を知覚するために観察者
が偏光メガネをかけることを必要としない自動立体３Ｄ
直視型ディスプレイを示す。図22のディスプレイでは、
ディスプレイの光経路において偏光変調器42が振幅変調
器41の前に配置される点で、上述の立体ディスプレイと
は異なる。さらに、光源の代わりに、直交する直線偏光
を供給する、偏光された光源76の対が使用される。視準
光学系の代わりに、観察者の左目および右目がそれぞれ
左および右の観察ウィンドウ78にあるときに３Ｄ効果が
知覚されるような、観察者の目のための観察ウィンドウ
78を形成するウィンドウ生成光学系77が使用される。あ
るいは、GB 2 296 099号、GB 2 296 151号、および EP
0 721 132号に開示される照明配置のいずれかが、光源7
6および光学系77の代わりに使用され得る。
【００９４】左および右のイメージ画素の相対的強度(
AL/AR）は、偏光変調器42の偏光された光源76に対する
影響および振幅変調器41の入力偏光板の分析影響によっ
て決定される。この方法で、相対的振幅が一旦設定され
れば、総体的な振幅が振幅変調器41によって決定され
る。変調器42および振幅変調器41は、上記同様（例え
ば、図17または図19を参照）に制御される。従って、装
置41および42の各画素が、後にウィンドウへと分けら
れ、それによって各イメージが装置41および42のフル解
像度を有するような左目および右目のイメージの対応画
素の強度または光振幅を規定する。
【００９５】自動立体３Ｄイメージが観察され得る領域
を拡張するために、例えばGB 2 296099号、GB 2 296 15
1号、およびEP 0 721 132号に開示されているタイプの
観察者追従システムが提供され得る。このようなシステ
ムは、観察者の位置を決定し、観察ウィンドウ78が観察
者の目の位置を追うように、光源76とウィンドウ生成光
学系77との間の相対的位置を制御する。例えば、光源76
がディスプレイの光軸（optical axis)に対して横方向
に移動させされ、それによって、観察ウィンドウ78が観
察者の目を横方向に追従し得る。
【００９６】
【発明の効果】本発明によれば、より少数の光学素子を
必要とし、かつ、より小型の設計の提供が可能となる単
一の光学経路を有した３Ｄビューのためのディスプレイ
の提供が可能となる。能動装置の１つ、すなわち偏光変
調器42は、第２の振幅変調器に比べてより単純で安価で
ある。立体イメージ間の色および強度のずれを引き起こ
し得る比較的高価なビーム合成素子が排除され、２つの
立体ビュー間の自動的かつ正確な位置合わせが達成され
る。フル解像度を有する２つのフルカラービューが、３
Ｄモードの動作で提供され得、部分的または完全に２Ｄ
モードで使用された場合には、フル解像度のフルカラー
イメージが提供され得る。これらのディスプレイは、こ
のようなイメージの混合とともに、好きなように再配置
可能な３Ｄ情報エリアを提供できる。
【００９７】また、本発明によれば、ディスプレイが標
準ビデオフレームレートで動作され得るので、標準のビ
デオレートの装置が使用され得る。２つの能動装置41お
よび42が、わずかの改変を施した、または全く改変して
いない市販の標準構成部品を用いて具現化され得るの
で、その結果、製造費用が安くなる。特に、装置がLCD
技術に適合性を有する。これらの装置の光学効率は、上
述のより効率のよい公知のディスプレイの光学効率に等
しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のタイプの立体３Ｄ投写型ディスプレイを
示す図である。
【図２】公知のタイプの立体３Ｄ投写型ディスプレイを
示す図である。
【図３】公知のタイプの立体３Ｄ投写型ディスプレイを
示す図である。
【図４】公知のタイプの立体３Ｄ投写型ディスプレイを
示す図である。
【図５】本発明の１実施形態を構成する立体３Ｄ投写型
ディスプレイを示す図である。
【図６】図５に示すディスプレイに使用する装置の構成
を示す。
【図７】図５に示すディスプレイに使用する装置の構成
を示す。
【図８】図５に示すディスプレイに使用する装置の構成
を示す。
【図９】図５に示すディスプレイに使用する装置の構成
を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態を構成する立体３Ｄデ
ィスプレイを示す図である。
【図１１】図10に示すディスプレイに使用され得る３つ
の異なる装置を示す。
【図１２】図10および図11に示される構成の代替の構成
を示す。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ投写型ディスプレイを示す。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ投写型ディスプレイを示す。
【図１５】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ投写型ディスプレイを示す。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ投写型ディスプレイを示す。
【図１７】ディスプレイ素子を制御する回路を示すブロ
ック図である。
【図１８】ディスプレイ素子を制御する回路を示すブロ
ック図である。
【図１９】図１７に示される回路の改変を示すブロック
図である。
【図２０】ディスプレイが提供する２Ｄおよび３Ｄの混
合イメージを示す。
【図２１】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ直視型ディスプレイを示す図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態を構成する立体
３Ｄ直視型ディスプレイを示す図である。
【図２３】本発明のさらに別の実施形態を構成する自動
立体３Ｄディスプレイを示す図である。
【符号の説明】
１ 偏光保存スクリーン１ ２ 単一の光源 ４ 集光系 ８ 投写光学系 ４０ 偏光メガネ ４０ａ 補償板 ４０ｂ 補償板 ４０ｃ 直線偏光板 ４１ ＳＬＭ ４２ 偏光変調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラハム ウッドゲイト イギリス国 アールジー９ １エイチエ フ オックスフォードシャー， ヘンリ ー−オン−テムズ， ビカレイジ ロー ド ９ (56)参考文献 特開 平８−240790（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22 - 27/26

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画素構成にされたディスプレイ装置と、 画素構成にされた偏光変調器であって、各画素が該ディ
    スプレイ装置の対応画素と光学的に位置合わせされてい
    る偏光変調器と、A 1 およびA 2 をそれぞれ対応する第１および第２の画像の
    画素振幅とすると、前記ディスプレイ装置の各画素を制
    御して光振幅√(A 1 2 ＋A 2 2 )を生成し、かつ、前記偏光変
    調器の各画素を制御して偏光角度tan -1 (A 1 /A 2 ）の偏光
    角度を生成する、制御器と、 を有するディスプレイ。
  2. 【請求項２】 前記偏光変調器は、可変の偏光回転器を
    有しており、該偏光回転器の各画素は、少なくとも実質
    的に90°である範囲にわたって出力直線偏光角度を変化
    させるように制御可能である、請求項１に記載のディス
    プレイ。
  3. 【請求項３】 前記偏光変調器は、可変の偏光リターダ
    ーを有しており、該偏光リターダーの各画素は、少なく
    とも実質的に180°の進相軸と遅相軸との間の位相遅れ
    の範囲にわたってリタデーションを変化させるように制
    御可能である、請求項１に記載のディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記偏光変調器は、画素構成にされた時
    系列偏光切り換え器を有しており、該偏光切り換え器の
    各画素は、第１の出力偏光を提供する第１の状態と、該
    第１の出力偏光と実質的に垂直である第２の出力偏光を
    提供する第２の状態との間で切り換えが可能である、請
    求項１に記載のディスプレイ。
  5. 【請求項５】 前記偏光変調器は第１の液晶装置を有し
    ている、前記請求項のいずれかに記載のディスプレイ。
  6. 【請求項６】 前記第１の液晶装置は、第１の液晶層
    と、画素構成にされた少なくとも１つの電極とを有して
    いる、請求項５に記載のディスプレイ。
  7. 【請求項７】 前記偏光変調器は、第１の液晶層と、画
    素構成にされた少なくとも１つの電極とを有している第
    １の液晶装置をさらに備え、 該第１の液晶層はツイステッドネマティック液晶を含
    む、請求項２に記載のディスプレイ。
  8. 【請求項８】 前記偏光変調器は、第１の液晶層と、画
    素構成にされた少なくとも１つの電極とを有している第
    １の液晶装置をさらに備え、 該第１の液晶層は強誘電性液晶を含む、請求項４に記載
    のディスプレイ。
  9. 【請求項９】 前記偏光変調器は、第１の液晶層と、画
    素構成にされた少なくとも１つの電極とを有している第
    １の液晶装置をさらに備え、 該第１の液晶装置はπ(pi)セルを有している、請求項３
    に記載のディスプレイ。
  10. 【請求項１０】 前記偏光変調器は、第１の液晶層と、
    画素構成にされた少なくとも１つの電極とを有している
    第１の液晶装置をさらに備え、 前記第１の液晶装置は、π(pi)セルおよび出力４分の１
    波長板を有している、請求項２に記載のディスプレイ。
  11. 【請求項１１】 前記偏光変調器の入力側に配置され、
    複数のマイクロレンズを有する、第１のマイクロレンズ
    アレイをさらに備え、該複数のマイクロレンズの各々
    は、該偏光変調器の対応画素と光学的に位置合わせされ
    ている、前記請求項のいずれかに記載のディスプレイ。
  12. 【請求項１２】 前記偏光変調器の入力側に配置される
    第１のフレネルレンズをさらに備える、請求項１から10
    のいずれかに記載のディスプレイ。
  13. 【請求項１３】 前記偏光変調器の出力側に配置され、
    複数のマイクロレンズを有する、第２のマイクロレンズ
    アレイをさらに備え、該複数のマイクロレンズの各々
    は、該偏光変調器の対応画素と光学的に位置合わせされ
    ている、前記請求項のいずれかに記載のディスプレイ。
  14. 【請求項１４】 前記偏光変調器の出力側に配置された
    第２のフレネルレンズをさらに備える、請求項１から１
    ２のいずれかに記載のディスプレイ。
  15. 【請求項１５】 前記ディスプレイ装置の出力側に配置
    され、複数のマイクロレンズを有する、第３のマイクロ
    レンズアレイをさらに備え、該複数のマイクロレンズの
    各々は、該ディスプレイ装置の対応画素と光学的に位置
    合わせされている、前記請求項のいずれかに記載のディ
    スプレイ。
  16. 【請求項１６】 前記ディスプレイ装置の出力側に配置
    される第３のフレネルレンズをさらに備えた、請求項１
    から１４のいずれかに記載のディスプレイ。
  17. 【請求項１７】 前記ディスプレイ装置の入力側に配置
    された第４のフレネルレンズをさらに備えた、前記請求
    項のいずれかに記載のディスプレイ。
  18. 【請求項１８】 前記ディスプレイ装置は、画素構成に
    された空間光変調器および光源を有している、前記請求
    項のいずれかに記載のディスプレイ。
  19. 【請求項１９】 前記空間光変調器の入力側に配置さ
    れ、複数のマイクロレンズを有する、第４のマイクロレ
    ンズアレイをさらに備え、該複数のマイクロレンズの各
    々は、該空間光変調器の対応画素と光学的に位置合わせ
    されている、請求項１８に記載のディスプレイ。
  20. 【請求項２０】 前記空間光変調器は、第２の液晶装置
    を有している、請求項１８または１９に記載のディスプ
    レイ。
  21. 【請求項２１】 前記空間光変調器は、変形可能なミラ
    ーアレイを有している、請求項１８または１９に記載の
    ディスプレイ。
  22. 【請求項２２】 前記偏光変調器は前記第１の液晶装置
    を有しており、前記空間光変調器は前記第２の液晶装置
    を有しており、該第２の液晶装置は、第２の液晶層と、
    前記第１の液晶層と該第２の液晶層との間に配置される
    偏光子とを有している、請求項５から１０のいずれかに
    記載のディスプレイ。
  23. 【請求項２３】 前記第１の液晶層は、第１の基板と第
    ２の基板との間に配置され、かつ、前記第２の液晶層
    は、該第２の基板と第３の基板との間に配置されてい
    る、請求項２２に記載のディスプレイ。
  24. 【請求項２４】 前記第１の液晶層および前記第２の液
    晶層は、１対の基板の間に配置されている、請求項２２
    に記載のディスプレイ。
  25. 【請求項２５】 前記ディスプレイ装置の各画素が前記
    偏光変調器の対応画素上に結像されるように、該ディス
    プレイ装置を該偏光変調器上に結像するための光学系を
    さらに備えた、請求項１から１０のいずれかに記載のデ
    ィスプレイ。
  26. 【請求項２６】 前記ディスプレイ装置は発光素子を有
    している、請求項１から１７のいずれかに記載のディス
    プレイ。
  27. 【請求項２７】 前記発光素子は陰極線管を有してい
    る、請求項２６に記載のディスプレイ。
  28. 【請求項２８】 光ファイバー表面板をさらに備えた、
    請求項２７に記載のディスプレイ。
  29. 【請求項２９】 偏光保存拡散器をさらに備えた、前記
    請求項のいずれかに記載のディスプレイ。
  30. 【請求項３０】 投写光学系と偏光保存スクリーンとを
    さらに備えた、請求項１から２８のいずれかに記載のデ
    ィスプレイ。
  31. 【請求項３１】 前記偏光変調器の出力側に配置される
    ４分の１波長板をさらに備えた、前記請求項のいずれか
    に記載のディスプレイ。
  32. 【請求項３２】 直交に偏光されたレンズを有する観察
    メガネをさらに備えた、立体観察用の、前記請求項のい
    ずれかに記載のディスプレイ。
  33. 【請求項３３】 偏光方向が実質的に平行である第１お
    よび第２の偏光子と、光学軸が該偏光方向に対してプラ
    スおよびマイナスの所定の角度にある第１および第２の
    ２分の１波長板とを有する観察メガネをさらに備えた、
    立体観察用の、請求項１から３１のいずれかに記載のデ
    ィスプレイ。
  34. 【請求項３４】 前記所定の角度が実質的に22.5°であ
    る、請求項３３に記載のディスプレイ。
  35. 【請求項３５】 第１および第２の直交に偏光された光
    源と、空間光変調器を有する前記ディスプレイ装置と、
    該光源と該空間光変調器との間に配置される前記偏光変
    調器とをさらに備えた、自動立体観察用の、請求項１に
    記載のディスプレイ。
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