JPH09505912A

JPH09505912A - 電子写真用およびディスプレイ用の液晶色フィルタ

Info

Publication number: JPH09505912A
Application number: JP8511667A
Authority: JP
Inventors: インゴルフダール
Original assignee: ビクターハッセルブラッドアーベー
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-06-10
Also published as: SE9403222D0; SE503733C2; WO1996010211A1; DE19581826T1; SE9403222L

Abstract

(57)【要約】切替可能液晶色フィルタを開示する。電子写真の場合は、シアン、マゼンタ、および黄の各色間の切替が行われるよう配置して良好な色分解特性を得ることができる。フィールド順次カラーディスプレイなどのディスプレイの場合は、代案として、赤、緑、青、および無色の各色間の切替を行うよう構成すればよい。フィルタは、プレートの積層体で構成され、第１および第７プレートは偏光子であり、第２、第４、および第６プレートはリターダプレート（「位相プレート」または「複屈折プレート」と同義語）であり、第３および第５は液晶パネル（セル）であり、書棚型幾何学的配置の強誘電性スメクチック−Ｃセルであってもよく、また第８プレートは受動色フィルタである。このプレート組合せ体の光学的特性は、構成要素の厚さおよび光学的方向の角度を各プレートについて変更することによって最適化可能である。

Description

【発明の詳細な説明】電子写真用およびディスプレイ用の液晶色フィルタ技術分野本発明は、電子撮像装置における色分解、およびディスプレイ装置における白色光の着色に関するものであり、液晶セルをリターダプレート（複屈折プレート）および偏光子と組み合わせて切替可能色フィルタとして使用して実施される。発明の背景および背景技術の説明電子撮像装置は、大体において色感度が低い。カラー画像を得るためには電子センサの前に色フィルタを設置する必要があり、また完全なカラー画像を得るためには３種類の異なる色フィルタを使用する必要がある。これを達成するひとつの方法は、電子的に制御された高速色フィルタをセンサの前に設置して、各色についてひとつずつ、画像の時間順次切替を高速で実施することである。高速の時間順次切替画像を３原色で生成できれば、電子ディスプレイは色を表示できる。これを達成するひとつの方法は、高速白黒ディスプレイ、すなわち陰極線管をライトパスに置いた高速電子制御色フィルタと併用することである（「フィールドシーケンシャル（順次）カラーディスプレイ」）。切替可能色フィルタは、以前に開示され、特許となっている。これは本特許出願とは、通常、下記の基準のひとつ以上において相違する。すなわち、ａ）従来の切替可能色フィルタの大部分は、表示のみを目的として設計されている。この用途においては、３原色または３原色の組合せは、光源の特定波長スペクトルを濾光することによって生成される（ＧＢ２１７２４０８Ａ）。電子撮像においては、何らかの光スペクトルを採取して、目の機能を模擬した方法で分析することが必要である。これは従来とは異なる問題であり、異なる解決法が必要である。ｂ）英国特許出願ＧＢ２１７２４０８Ａおよび欧州特許出願０１３８４５５Ｂ１においては、色選択偏光子を使用して液晶セルを挟んで接着している。色選択偏光子は光を偏光させるが、その方法は色により異なる。たとえば、このような偏光子は、ひとつの色の光を水平に偏光させて通し、他の色の光を垂直に偏光させて通すことができる。それゆえ、こうした切替可能色フィルタの色特性は、主としてこれらの偏光子の色特性によって決定される。本発明においては、色は複屈折プレートの色分散が液晶セルの色分散と共に作用することによって生成される。ｃ）従来の切替可能色フィルタは、２個以上の偏光子を使用し、端部では吸収が比較的高くなりうるし、また装置の厚さも増大しうる。ｄ）従来の切替可能色フィルタは、偏光子およびリターダプレートを使用し、偏光子およびリターダプレートは、多様な偏光方向と光軸との間に形成される角度が常に４５度の倍数であるように方向付けされている。ｅ）従来の切替可能色フィルタは、ツイストネマチック型セルまたはネマチック型パイセルを使用する。ｆ）従来の切替可能色フィルタは、スペクトル特性を最適化せず、また最適化方法はその文献には何も記載されていない。ｇ）従来の切替可能色フィルタでは、構成要素の順序が本特許出願の記載とは異なる。ｈ）従来の切替可能色フィルタは、シアン、マゼンタ、および黄の各色を透過しない。発明の開示本特許出願では、電子撮像用およびディスプレイ用に最適化された液晶フィルタの構造について述べる。本フィルタは、３種類または４種類の異なる色に電気的に切り替えることができる。液晶フィルタでは、複屈折プレートの色分散を液晶セルの色分散と併用する。本液晶フィルタは、図１に示すように、下記の要素からなる。すなわち、１．色彩的に中性である偏光フィルタプレート。２．光軸に平行または斜めに切った複屈折プレート、またはこうした複屈折プレート群。複屈折プレートは、「ゼロ次」型に類似の複屈折の色分散を有する必要がある。３．電気的に可変の複屈折プレートとして光学的に作用する液晶セル、または液晶セルの組合せ。この種のセルは、たとえば、ブックシェルフ型、すなわち書棚型のジオメトリー、すなわち幾何学的配置にある強誘電スメクチック−Ｃセルおよび同じ型の電気的に傾斜したスメクチック−Ａセル、ならびに多様な種類のネマチックセルである。セルは、光学的に異なる２状態間で切替可能であることが必要である。４．別の複屈折プレート、この複屈折プレートは前記第２項に類似であるが、厚さが異なり、また光軸の角度方向が異なる。５．別の液晶セル、この液晶セルは前記第３項と類似であるが、厚さが異なり、光軸の角度方向が異なる。６．別の複屈折プレート、この複屈折プレートは前記第２項および第４項と類似であるが、厚さが異なり、光軸の角度方向が異なる。７．ある角度方向の別の色彩的に中性な偏光プレート。８．様々な波長に対する電子式検出器の感度を人間の目の感度に調整するための受動色フィルタ。したがって、このフィルタは、検出器が紫外線、赤外線に敏感であり、かつフィルタパッケージ、つまりフィルタの全体構造の他の部分が紫外線、赤外線を透過する場合は、これらの波長を遮断する必要がある。また、フィルタは検出器の可視範囲内のいかなる強い波長依存性も除去する必要がある。２個の液晶セルは、それぞれ２種類の電気的に制御された状態となる。これらの状態は、「オン」および「オフ」で示すことができる。各セルを個別に制御することによって、パッケージ全体で４種類の光学的状態を得ることができ、これは実際の用途で必要とされる状態数よりひとつだけ多い。使用される３種類の状態のそれぞれを選択することよって別個の色が得られる。必要により、下記の切替順序を使用することができる。オフ−オフ → オン−オフ → オン−オンこれによって撮像順序中に「オン」状態から「オフ」状態への移行は一切生じない。このことは、スメクチックセルの場合は余り大きな問題ではないが、ネマチックセルの場合は重要でありうる。電子撮像装置には、操作を適切に行うために光シャッタを必要とするものもあるが、一方、露出時間について電気式ゲート制御を使用するものもある。本発明による色フィルタは、液晶光シャッタと併用可能であり、したがって、光シャッタおよび色フィルタはひとつの偏光子を共用することができる。このような光シャッタは、たとえば、米国特許第３，８８１，８０８号およびＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＳＥ９０／００１０９に記載されている。前記のすべての要素は平面形状とすることができ、また互いに接触して配置すること、またはそれぞれの平らな表面を平行にした状態で接着して一体化することが可能である。この配列の場合でも、プレートに直角な軸の回りの回転に関してすべてのプレートの角度位置を自由に選択することができる。第１の偏光プレートの方向を基準に角度を測定する場合は、次に続く６要素のそれぞれの角度を選択する自由度があり、このような選択によってフィルタ組合せの特性を最適化することができる。さらに、構成要素２〜６のそれぞれの光学的厚さを変更して、さらに良好な最適化を達成することも可能である。したがって、１１のパラメータがあり、この変数を最適化して組合せ全体の最良の色切替特性を得る。以下、適切な最適化関数を見出すことが可能であり、コンピュータを使用して最適化できることを述べる。また既存物質の物理データを使用して、適切な品質のフィルタパッケージを得ることも可能である。（撮像装置用の最適化方法）電子写真において良好な色分解を得るために、最適化する必要のある事項が２つある。第１に、パッケージの光学的な３つの状態は、できるだけ透過性が高いが、なおできるだけ鮮明であることが必要である。第２に、測定に影響を与える無関係なスペクトル情報を避ける必要がある。これらの必要条件を、数学的に再公式化して、２つの最適化基準を得ることができる。しかる後、これらの基準を組み合わせる方法を自由に選択することができる。後述の第１の最適化基準によって、３個のフィルタの適切な色の組合せが得られ、それぞれのフィルタは可能な限り良好な透過率であることが保証される。色フィルタの場合に、一般に使用される組合せは、赤−緑−青（ＲＧＢ）およびシアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）である。検出の場面を考えれば、ＣＭＹがＲＧＢより透過性が良いが、これはシアン色は青および緑の両方の波長の透過を意味し、マゼンタは青と赤との組合せであり、また黄は赤と緑との組合せであるためである。したがって、コンピュータによる最適化によってＣＭＹの組合せに類似の組合せが得られると予測することは合理的であり、本計算においても同様な結果が得られた。検出された信号すなわち画像は、後でＲＧＢ表現に変換される。後述の第２の最適化基準によって、検出器が無関係なスペクトル情報を無視すること、およびフィルタ曲線が鋭い山または谷を含まないことが保証される。鋭い山または谷があると、反生理学的な反応によって一部の波長が強調され他の波長が無視される。第２の基準が満足されない場合は、後に、主観的かつ調査対象の性質によって異なる方法にて色を再平衡させる必要がある。このような再平衡化は、そこまでは極端でないにせよ、白黒画像を手作業で着色するようなものと見なすことができる。最適化関数を詳細に述べるためには、幾つかの数学的概念を使用することが適切である。検出システムのある特定の画素素子に到達する光は多数のスペクトル情報を含み、光の波長の関数である強度は多次元線形空間中のベクトルとして記述できる。人間の目は、この情報の一部分を抽出することしかできず、また三次元の色空間内の色の位置を決定することしかできない。この色空間は、多次元強度空間の部分空間である。すでに確立された物理テーブルが利用可能であり、このテーブルによってこの部分空間の形状が定義される。したがって、フィルタパッケージの効果は、適切な方法で多次元強度空間ベクトルを３次元色空間に射影することといえる。フィルタパッケージのそれぞれの光学的状態に対して、多次元強度空間の「フィルタベクトル」を関連付けることができる。このベクトルの成分によって、異なる波長が検出器で一括して重み付けされる方法が分かる。各フィルタベクトルは、色部分空間内の成分と、それに直交する成分に分割できる。色空間内の３種類のフィルタベクトル成分は体積を張り、この体積は可能な限り大きくなるべきである。この容積が第１の最適化変数であり、第１の最適化基準を与えるためにこの変数が最大化されなければならない。この最適化変数は、検出システムの感度を測定する一方法になる。一方、色部分空間に直交するフィルタベクトルの成分は可能な限り小さいべきであるので、これらの成分の長さの二乗和が最適化変数として使用される。この変数を最小化すると、第２の最適化基準が得られる。この最適化変数によって、検出システムの不可逆的な色誤差が測定されると言うことができるが、これは画像の色についての追加情報を供給しない限り、色を再平衡させることによってこれらの検出誤差を除去できないためである。長さの総和の代わりに長さの二乗の総和を使用するひとつの理由は、最適化プログラム平滑化関数を作用させるためである。さらに数学的な形式を用いて説明するために、目が光の色および強度を測るときの行動をモデル化することができる。色の視覚的印象は、下記で定義される３個の数Ｘ、Ｙ、およびＺによって完全に記述される。テムにおいて定義され、作表されている（ＣＩＥ刊行物第１５号（Ｅ−１．３．１）１９７１年を参照）。通常、この積分は、光の可視スペクトルの範囲において１／５ナノメートルごとに作表された値を使用し、それらの合計で近似される。電子式光検出器は、特定の荷重関数ｅ（λ）を使用して、類似の方法によって光スペクトルを一括して重み付けするが、この関数は検出器の感度曲線と呼ぶことができる。測定においては、下記の積分を評価する。Ｄ＝∫ｅ（λ）Ｉ（λ）ｄλ 肉眼によって行われる色測定の模擬を目的とする場合は、下記の方法によって電子式検出器の感度を設計することができる。すなわち、電子式検出器の感度曲て、３種類の異なる測定を実施することによって設計できる。しかし、これには必要以上に制約がある。代わりに、スペクトル三色刺激値の３個の独立した線形結合を使用し、次に線形変換を実施して３個の値Ｘ、Ｙ、およびＺを求めることができる。適切な数学的枠組みを作り、感度曲線を最適化するために、多次元強度空間にスカラー積を導入する。ａ・ｂ＝∫ａ（λ）ｂ（λ）ｄλ したがって、肉眼による測定値および電子式検出器による測定値は、スカラーる。スカラー積を使用して、グラム−シュミット（Ｇｒａｍ−Ｓｃｈｍｉｄｔ）求められる。電子式検出器は、その感度曲線として３個のフィルタベクトルｅ₁ （λ）、ｅ₂（λ）、およびｅ₃（λ）を有するものと仮定する。これらのフィルタベクトルが線形独立であることが必要であり、またこれらが色空間内で可能な限り大きな体積を張るときに最良の測定値が得られるはずである。３個のフィルタベクトルによって色空間内に張られた体積は、スカラー積行列の行列式の絶対値によって与えられる。この体積を第１の最適化変数として選択する。現実的な装置の感度曲線は、通常は正の関数であり、いかなる波長に対しても１未満の値（振幅）であり、またこれによってＶの最大値が制約される。スペクトル三色刺激値の線形結合に非常に近い最適フィルタベクトルを使用すると、約４２．１のＶ値を得ることができる。ここでは設計に、振幅を１／２に制約する偏光子を使用するとすれば、最適値は４２．１の８分の１に減少し、最適値は５．２６となる。３個の独立感度曲線が正確であり、スペクトル三色刺激値の既知の線形結合である場合は、３個の測定値によってＸ、Ｙ、およびＺの３個の正確な線形結合が求められる。そこで、Ｘ、Ｙ、およびＺについて容易に解くことのできる方程式システムが得られる。現実的な検出器は、正確に線形結合である感度曲線を有するように設計することは容易ではない。先ず、射影演算子Ｐを明確にすることによって、現実的な検出器が、スペクトル三色刺激値の線形結合からどれだけ逸脱しているかを見出すことができる。このＰは、下式によって感度曲線を色空間に射影する。したがって、感度曲線の誤差は以下のとおりである。ｅ−Ｐ（ｅ）これは強度空間のベクトルであり、色空間と直交している。これによって、肉眼では無視されたスペクトル情報が拾い出され、また測定値Ｘ、Ｙ、およびＺの誤差が与えられる。色測定に使用された３個の感度曲線の誤差の長さの平方の和を形成することによって、第２の最適化変数を形成することができる。Ｅ＝（ｅ₁−Ｐ（ｅ₁））・（ｅ₁−Ｐ（ｅ₁））＋（ｅ₂−Ｐ（ｅ₂））・（ｅ₂−Ｐ（ｅ₂））＋（ｅ₃−Ｐ（ｅ₃））・（ｅ₃−Ｐ（ｅ₃））現実的なフィルタの最適化を実施するためには、屈折率が異方性である波長分散に関する現実的な値を使用することが重要である。このために、複屈折プレートおよびスメクチック−Ｃセルの両者について測定を実施した。代表的な複屈折プレートとして全波長型のポラロイド・光学リターダ（Ｐｏｌａｒｏｉｄｏｐｔｉｃａｌｒｅｔａｒｄｅｒ）を選択した。外部または外面に光学的な厚さを有するこのようなリターダプレートは製造可能であること、および色分散は光学的厚さに比例することを仮定した。ポラロイド・リターダに関する異常光と常光との角度の位相差を測定し、下式を得た。上式において、波長λはｎｍ単位で測定した。スウェーデン、イエテボリのエフ・エル・シー・オプチックス（ＦＬＣＯｐｔｉｃｓ）が、スメクチック−Ｃセルを提供した。このセルの分散データをアライメント電圧をかけて測定した結果、非常な典型的なスメクチック−Ｃ物質であることがわかった。計算上は、偏光子は理想的であると仮定した。受動フィルタの透過率は、図２に従うと仮定した。検出器は、平らな応答曲線を有し、すべての波長において同じスペクトルパワーに対しては同じ出力を与えると仮定した。フィルタパッケージの光学的特性を最適化するために、第１の最適化変数を第２の最適化変数から減じて、ひとつの数を得る。この数はできるだけ絶対値の大きな負であることが望ましい。最適化には、可変パラメータの異なる値に対する多数の透過スペクトルの計算が必要であり、言語マセマチカ（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ、登録商標）で書かれたルーチンを使用して、４８６プロセッサを備えたパソコンで数時間の計算を要した。１１のパラメータに関してＥ−Ｖの値を最小化して最適化した結果、図３に従う透過率曲線を得た。最適化されたパラメータは、下記の通りである。偏光子１：角度０° プレート２：角度１５．４°、厚さ０．５９（全波リターダプレートに対する相対値）セル３：オフ位置における光軸の角度７９．８°、オン位置における角度３４．８°、厚さ１．００（ＦＬＣオプチックスのセルに対する相対値）プレート４：角度３２．７°、厚さ１．０６セル５：オフ位置における角度４１．９°、オン位置における角度 −３．１°、厚さ０．６７プレート６：角度５９．９°、厚さ０．４６偏光子７：角度１６４．７° パラメータのこの組合せから、Ｖ＝４．４９（最適の場合は５．２６）、およびＥ＝０．４３３（最適の場合は０）が得られる。ＣＩＥ１９３１色度座標は、｛０．１８６、０．２５６｝（シアン）、｛０．３３２、０．２２９｝（マゼンタ）、および｛０．３８０、０．５３０｝（黄）である。ここでは、色度座標からは、色分解を目的とする色フィルタの品質については何も分からないことに注意されたい。色度座標によって、光スペクトルの可視情報をフィルタが処理する方法は分かるが、一方、フィルタ品質は肉眼で検出できないスペクトル情報をフィルタがいかに処理するかによって異なるのである。フィルタの使用されていない第４位置（オフ−オン）は、ほとんど黒で、最大透過率は赤において０．０３である。理想的なものの代わりに現実の偏光子およびフィルタを置くとＶ値が減少するが、同時にＥ値が減少することもある。最適化では、特定の物質パラメータを仮定したが、これらの値が装置の光学的特性に対して決定的であると信じる理由は何もない。物質を変更すると、当然、新しく最適化する必要がある。受動フィルタの特性も最適化する場合は、幾分の改善が期待できる可能性がある。ここでは光の垂直入射についてのみ述べたが、関連部材の厚さから、光の許容逸脱は垂直入射を中心として±１５度であると推定される。斜め入射光に対する特性は、リターダプレート２、４、および６をリターダプレート群で置換することによって改善される見込みがあり、結局、スーパーツイスト液晶セルとの関連において実施されたように、正および負の複屈折を有する物質を組み合わせることによって改善される見込みがあると考えられる（欧州特許出願ＥＰ０４７８３８３Ａ２参照）。比較として、色分解にしばしば使用される標準コダック・ラテン・フィルタ（ＫｏｄａｋＷｒａｔｔｅｎｆｉｌｔｅｒ）５８番、２５番、および４７Ｂ番について、最適化変数を計算した。透過率データは、データシートから採取した。公正な比較を行うため、およびこれらのフィルタの赤外線透過を遮断するために、光を前記の受動フィルタを通して濾光すること行ったが、偏光子は何も用いなかった。こうして、Ｖ値として１．８８４６８、およびＥ値として０．０３５１８を得た。したがって、コダック・ラテン・フィルタは光の透過が少なく、また同時に色誤差が大きい。さらに精密な計算によって、色誤差を通常の写真と比較することもできる。このためには、不可逆的な色誤差を測定する方法が必要であり、不可逆的な色誤差は測定感度とは独立量である。中性フィルタを備えて、係数（ファクター）２だけフィルタの透過率が変る場合は、Ｖは係数８だけ変化し、Ｅは係数４だけ変化することに注目する。このことは、下式により色誤差に関連のある測定値をまとめられることを示している。Ｑ値はできるだけ低くすべきであり、露出時の不可逆的な色誤差だけを測定すればよい。公正な測定値を得るために、各検出システムについて、３感度関数間で振幅を釣り合わせる方法を知る必要がある。相対誤差の重要性を均等にするために、感度関数を正規化することができる。すなわち、感度関数の色空間上の射影の二次ノルムが３感度関数について等しくなるよう条件を設けることにより、正規化できる。こうして以下のＱ値を得た。本発明による液晶色フィルタは、Ｑ＝０．３９である。コダック・ラタン・フィルタセットは、Ｑ＝０．７８である。コダック・エクタクロム（ＫｏｄａｋＥｋｔａｃｈｒｏｍｅ）６４専門家用フィルム６１１７（昼光）は、データシートのスペクトル感度曲線からデジタル化したデータを使用すると、Ｑ＝１．９４である。（フィールド順次カラーディスプレイ用の最適化）フィールド順次カラーディスプレイ用には、赤、緑、および青の３原色の切替が必要である。これを実施する一方法は、第２の偏光子を最適化されたＣＭＹ角度から９０°向きを変えることである。しかし、そうすると液晶フィルタは最適化されず、また前記のパラメータの場合は「赤」色は赤よりも黄に近くなる。特性は、目的とする用途に応じて新しい基準を決めることによって改善可能であり、また改善すべきである。特定の用途に対しては、光源の特性を含めることが可能であり、またそれに従ってパラメータを調整することが可能である。本発明の可能性を試験するために、この場合について最適化基準を選択したが、その基準は色検出に関する基準より一層目的ごとに特有のものである。ディスプレイの色域は、ディスプレイで生成可能な色の全範囲である。３色の透過率は、ｅ₁（λ ）、ｅ₂（λ）、およびｅ₃（λ）であると仮定する。色域を特徴づける数を得るために、ＣＩＥ１９６０ＵＣＳダイアグラムにおけるすべての可能性のある色のエリアを計算することができる。このエリアは、標準光源Ｄ₆₅により照明されたダイアグラム中の三角形のエリアＡ（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃）として計算され、この三角形の頂点は液晶フィルタの３色によって決められる。真のエリアは、正確には三角形ではないが、これは計算上は大きな問題ではない。同時に、各フィルタの透過率は可能な限り高いことが必要である。最適化変数として、下記を選択した。 −A(e1、e2、e3)Max(e3、-e2、-e3)Max(e2、-e1、-e3)Max(e3、-e1、-e2) 上式において、Ｍａｘ関数は、可視範囲内のすべての波長について計算された独立変数の最大値を出力する。最適化においては、幾つかの極小が得られ、これらの極小は幾分異なる特性を有する。下記のパラメータのセットは興味ある極小を与える。偏光子１：角度０° プレート２：角度３７．１°、厚さ０．４３（全波リターダプレートに対する相対値）セル３：オフ位置における光軸の角度１０７．６°、オン位置における角度６２．６°、厚さ１．４４（ＦＬＣオプチックスのセルに対する相対値）プレート４：角度３６．３°、厚さ１．４２セル５：オフ位置における角度１４．５°、オン位置における角度 −３０．５°、厚さ０．７７プレート６：角度１４７．６°、厚さ１．１５偏光子７：角度１７５．５° 受動フィルタ８は必要とされないか、または使用されない。パラメータのこのセットによって、最適化値−０．００１０２５、および図４に従う透過率曲線が得られる。最適化されたフィルタのＣＩＥ１９３１色度座標｛ｘ、ｙ｝は、標準光源Ｄ₆₅により照明した場合、｛０．５３８、０．４２８｝（赤）、｛０．３０２、０．５６１｝（緑）、および｛０．１８８、０．０８４｝（青）である。第４のフィルタ状態は白で、座標は｛０．３０９、０．３１７｝である。フィールド順次カラーディスプレイについて色度座標は非常に深い関連をもつが、それは色度座標によって色域が決まるためである。波長４７３ナノメートル（ｎｍ）と５０７ｎｍとの間（青−緑）、および５５７ｎｍと５９２ｎｍとの間（黄）で光を遮断することだけによって、色度座標は｛０．５６４、０．３８９｝（赤）、｛０．２６７、０．６１５｝（緑）、｛０．１９７、０．０６４｝（青）、および｛０．３０１、０．２８０｝（白）に変化する。試行の繰り返しにより、または高速コンピュータを使用して、個別の複数のリターダプレートを最適化方法による組合せ、または最適化方法によるリターダプレート群で置換することが可能であり、その上、変更可能なパラメータを増やすことができる。より多くのパラメータを使用すれば、より良い色特性が得られるが、複雑さ、吸収、および散乱が増加する。フィルタ積層体の４番目（中央）の位置の１枚の代わりに２枚の複屈折プレートを使用するだけで、最適化パラメータの値を少なくとも−０．００１１７まで減少させることが可能であり、この数字は一層良好な透過率および色特性を示す。この構造に関するひとつの興味のある点は、最大透過率が最初の偏光子の５０％吸収および関連する材質の物理的欠陥のみによって制約されることである。これらの損失に関する常識的な値を用いると、二色性カラー偏光子を使用して、市場で入手可能なカラーシャッターの透過率を少なくとも２倍とした製品に到達する可能性があると考えられる。現在の技術水準による全色制御用の切替可能色フィルタは、３個以上の偏光子を使用し、偏光子は平行または交差して配列されている。色を生成するために、色選択偏光子を使用するか、または偏光子軸に対して４５度の角度に配列された複屈折プレートを使用する。これらの装置では、シアン−マゼンタ−黄の色の組合せを生成することは困難である。したがって、これらの装置は本発明とは本質的に異なる。本発明では、２個の偏光子を使用し、フィルタが特定の用途に対して最適化される角度位置に構成要素を配置している。この最適化によって、本発明の最高の色特性および最高の光透過率が得られる。本発明においては、フィルタ積層体の部分を形成するそれぞれの要素は、プレートに直交する軸の回りを特定の角度位置まで回転される必要がある。この角度位置は、フィルタ組合せの特性が最適であることを条件に計算された位置である。図面の簡単な説明図１は、本発明による液晶色フィルタの構造を示す概略図である。プレートの番号は、発明の開示の部分における番号と一致している。したがって、プレート１および７は偏光子であり、プレート２、４、および６は複屈折プレートであり、プレート３および５は液晶セルであり、さらにプレート８は受動色フィルタである。フィルタを作用させるために、構成要素の角度方向を最適化する必要があり、この最適化はプレートをプレートに対する垂線の回りに回転させて実施する。構成要素の厚さも最適化する必要がある。図２は、受動フィルタの透過率を波長の関数として示す図であり、最適化に使用される。図３は、ＣＭＹ色フィルタの３種類の光学的状態について、計算によって最適化された１組の透過率曲線を示す図である。この１組の透過率曲線は、電子撮像における色分解用に最適化されている。図４は、ＲＧＢ色フィルタについて、計算によって最適化された１組の透過率曲線を示す図である。この１組の透過率曲線は、ディスプレイ用に最適化されている。

Claims

【特許請求の範囲】１．液晶色フィルタであって、第１の色彩的に中性の偏光子フィルタ（１）と、光軸に対して平行または斜めに切断された第１複屈折プレート（２）または複屈折プレート群と、二つの光学的状態間を電気的に切替可能な第１液晶セル（３）または液晶セルの組合せと、光軸に対して平行または斜めに切断された第２複屈折プレート（４）または複屈折プレート群と、二つの光学的状態間を電気的に切替可能な第２液晶セル（５）または液晶セルの組合せと、光軸に対して平行または斜めに切断された第３複屈折プレート（６）または複屈折プレート群と第２の色彩的に中性の偏光子フィルタ（７）と、を要素として備える層状体を備え、この色フィルタの特性の最適化のために、前記要素（１〜７）のそれぞれが前記要素に直交する軸の回りに回転可能に各角度位置に配置され、それらの角度位置は０〜３６０°の範囲で選択可能であることを特徴とする液晶色フィルタ。２．前記液晶セルが強誘電スメクチック−Ｃセルまたは電気的に傾斜したスメクチック−Ａセルであり、書棚型の幾何学的配置にあることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶色フィルタ。３．前記第１複屈折プレート（２）または複屈折プレート群が、一軸方向に延ばされたポリマーフィルム、または配向ポリマー液晶であることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶色フィルタ。４．前記積層体が受動色フィルタ（８）を備えることを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記載の液晶色フィルタ。５．正の光学的異方性を有する複屈折プレートおよび負の光学的異方性を有する複屈折プレートの両方を備え、より良い角度特性を得ることを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記載の液晶色フィルタ。６．前記プレート（１〜８）の厚さおよび角度を選択して、シアン、マゼンタ、および黄の色間、または赤、緑、および青の色間で切替可能とすることを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに記載の液晶色フィルタ。７．カラー画像を作成するために電子撮像装置と共に使用されることを特徴とする請求の範囲６に記載の液晶色フィルタ。８．液晶光シャッターを備えることを特徴とする請求の範囲７に記載の液晶色フィルタ。９．ディスプレイにおいて色を生成するために使用されることを特徴とする請求の範囲６に記載の液晶色フィルタ。