JPH10512684A - 光ディスプレイシステム及び方法、複屈折を使用する能動及び受動ディザリング、カラーイメージ重ね合わせ、及びディスプレイ強調 - Google Patents

光ディスプレイシステム及び方法、複屈折を使用する能動及び受動ディザリング、カラーイメージ重ね合わせ、及びディスプレイ強調

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JPH10512684A
JPH10512684A JP8514122A JP51412295A JPH10512684A JP H10512684 A JPH10512684 A JP H10512684A JP 8514122 A JP8514122 A JP 8514122A JP 51412295 A JP51412295 A JP 51412295A JP H10512684 A JPH10512684 A JP H10512684A
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Abstract

(57)【要約】 受動ディザリングシステム(99)は、複数のピクセルと、ピクセル間のデッドスペースとを有し、イメージを発生する光ディスプレイ、及びイメージの1つの偏光成分をイメージの第2の偏光成分に対して移動させ、移動した偏光成分をデッドスペース(5b)内に位置させる複屈折材料(10)を含む。これにより本発明のシステムは、光信号の位置を変化させることができ、またこの変化を使用してディスプレイの解像度を改善し、ディスプレイの固定パターン雑音を減少させ、回路(131)の配置及び隠しを容易にし、タイルまたはピクセルの重ね合わせを容易にする等ができる。

Description

【発明の詳細な説明】 光ディスプレイシステム及び方法、複屈折を使用する能動及び受動 ディザリング、カラーイメージ重ね合わせ、及びディスプレイ強調 本発明は 1995 年3月3日付米国特許出願第 08/398,292 号の部分継続であり 、この出願は 1995 年2月22日付米国特許出願第 98/392,055 号の部分継続であ り、この出願は 1994 年10月25日付米国特許出願第 08/328,375 号の部分継続で ある。本発明は、1995年7月23日付米国特許出願第 60/001972号“Display enha ncement with phase coordinated polarization switching and method”の部分 継続でもある。関連特許及び特許出願との相互参照 1994年1月25日付米国特許出願第 08/187,262 号、08/187,050号、及び 08/18 7,163号、1994年7月5日付第 08/275,907号、1994年10月25日付第 08/328,375 号、1995年2月22日付第 08/392,055 号、1995年3月3日付第 08/398,292 号、 1994年8月24日付第 08/295,383 号、1994年10月25日付第 08/328,371 号、1995 年2月3日付第 08/383,466号、及び 1995年7月19日付暫定特許出願60/002,780 号“Optical system and method for a head mounted display providing both front and peripheral fields of view”及び第 60/002,779 号“Monocular vie wing device with retroreflector display system,telecommunicaion system ,and method”を参照する。 技術的分野 本発明は一般的には、標記したように、光ディスプレイシステム及び方法、複 屈折を使用する能動及び受動ディザリング、カラーイメージ重ね合わせ、及び位 相統合された偏光スイッチングを用いる表示強調に関する。また本発明は、光デ ィスプレイのためのディザリングシステム及び方法に関し、より詳しく述べれば 光信号の位置を変化させ、光ディスプレイを改良する受動ディザリングシステム 及び方法に関する。また本発明は、これらのディスプレイを強調する光ディスプ レイの強調及び方法に関し、より詳しく述べれば、表示された画像発生デバイス のダイナミックな動作を用いてスイッチング光の位相を統合することによって光 ディスプレイを強調すること及び方法に関する。 背景 ディザリングシステムは、多くの従来技術に使用されてきた。ディザリングシ ステムの目的は、周期的(またはランダム)に特定の信号の特性を変化させて有 用な出力を得ることである。以下に詳述するように、本発明のディザリングシス テムは、光信号の相対位置を変化させるために使用することができる。 本発明は、いろいろな型のディスプレイ及びシステムと共に使用できる。例示 ディスプレイは、CRT(以下に陰極線管ということがある)ディスプレイ、特 に透過する光を変調する型の液晶ディスプレイ(以下に“LCD”ということが ある)、反射型液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセントディスプレイのよう な発光ディスプレイ、プラズマディスプレイ等々である。 普通の光ディスプレイは、典型的には、コンピュータが生成した図形、ビデオ 信号から(VCRから、放送されたテレビジョン信号から、等のような)生成さ れたピクチャのような図形視覚情報を表示する。ピクチャは静的または静止であ ることも、または例えば映画または動画のような運動するピクチャであることも できる。また普通のディスプレイは、数字、文字、語、及び/または他の記号( 英語、または別の言語で)のような英数字型の視覚情報を呈示できる。通常は、 人(または機械、または検光器)が見る視覚情報は可視光の形状である。このよ うな可視光を、光信号または光学信号という。本発明と共に使用できる光信号は 可視光、赤外光、及び紫外光を含み、後の2つは光とはいわずに電磁放射という ことが多い。光信号は、信号光線、複数の光線から作られた光ビーム、例えば光 コンピュータに使用される論理1または論理0信号のような光信号、または上述 した英数字または図形型ディスプレイの形状であることができる。従って本発明 を説明するのに、いろいろな目的に使用されるいろいろな型の光信号を用いると 有用である。従って、本発明においては、光信号、光線、光ビーム、視覚情報等 を同じように、そして交換可能に使用できるものとする。 イメージ源と呼ばれることが多い液晶ディスプレイの一例では、通常は複数の 画素(ピクセルまたはペルということがある)が存在し、これらのピクセルを選 択的に動作させてピクチャ、英数字情報等の形状の視覚出力を発生させる。ピク セルに信号を供給するために、いろいろな技術が使用されている。一つの技術は ディスプレイを形成している液晶セルの一方の板上の共通電極と、液晶セルの他 方の板上に薄膜トランジスタ(TFT)によって形成されているような能動マト リクス電極アレイとを使用することである。TFTアレイへ電気信号を供給し、 それぞれのピクセルから特定の型の光出力を発生させるいろいろな技術が使用さ れている。ピクセルへ信号を供給する別の技術は、LCDのそれぞれのサブスト レート上の2つの交差した電極アレイを使用し、1対の交差した電極間に電圧ま たは電界を印加するか、または印加しないことによって特定の光出力を得ること ができるようにすることである。 液晶ディスプレイの解像度を決定する一つの要因は、液晶ディスプレイの単位 面積当たりのピクセルの数である。例えば、最近 Sony Corporation は、1,068 ピクセル/行で 480行に配列された 513,000ピクセルを有する 1.35 インチ対角 高解像度液晶ディスプレイを発表した。 解像度に影響を与える別の要因は、隣接するピクセル間の空間(「光デッドス ペース」ということがある)である。この空間は、通常は光信号出力を発生する のに有用ではない。通常この空間は、ピクセル間が電気的に短絡しないようにす るために隣接するピクセル間にある分離を与えている。この空間は、回路、リー ド、及びコンデンサ、抵抗及びトランジスタまたはトランジスタの部分のような 種々の電気的構成要素を受け入れるためにも設けられている。イメージ源の物理 的サイズが減少するにつれて、光出力を発生することができるピクセルの有用空 間に対する光デッドスペースの割合は増加する傾向がある。例えば、電気信号を 輸送するのに必要な空間はほぼ一定に維持され得るが、イメージは拡大すること を意図しているので、光出力を発生するためのピクセルの有用空間の実際のサイ ズは減少させることができる。しかしながら、このように微小なイメージ源が発 生するイメージを拡大した場合、光デッドスペース及び画素の有用光空間の両者 が拡大される。従って、特にこのような拡大を行うと、解像度が減少する傾向が ある。 画素(ピクセルまたはペル)は、放出、反射、透過等によって光信号を発生す ることができる、上述した Sony Corporation の微小イメージ源内の多数のピク セルのような離散したピクセル、ブロック、または領域であることができる。上 記光信号は、光が「オン」であって、デバイスから出力として供給されること、 またはピクセルが光出力を発生または供給しない他の状態、例えば「オフ」であ ることを意味しており、また光信号は光のいろいろな輝度、即ちグレイの濃淡で あることもできる。代替として、ピクセルが発生する光出力または光信号はカラ ー、または特定のカラーの光であることができる。 ピクセルは、複数のライン内に配列された複数のブロックまたはドットである ことも、またはディスプレイまたはイメージ源(光信号の源)上に、あるパター ンでランダムに位置する、またはグループ化された複数のブロックまたはドット であることもできる。ピクセルは、CRT型のディスプレイにおいて走査される ラスタラインに沿う複数のラインまたは位置であることも、またはCRTまたは 他のディスプレイにおけるあるラインに沿うような特定の位置における蛍光ドッ ト等の1つまたはグループであることができる。1またはそれ以上のピクセルが 発生する光信号は、そのピクセルからの光の放出、またはそのピクセルからの光 の非放出、またはグレイのいろいろな輝度、即ち濃淡であることができる。若干 のデバイスにおいてはピクセルを付勢するとそのピクセルが光出力を供給し、他 のデバイスにおいてはピクセルを滅勢状態にするとそのピクセルが光出力を供給 し、付勢状態にすると反対の光出力状態になる。また、ピクセルに比較的低い電 圧、または比較的高い電圧を供給してそれぞれ光出信号を得る(それぞれオン及 びオフ、またはオフ及びオン)ように、光出力の性質をピクセルの付勢の程度に 依存させることが可能である。 例えば、普通のツイステッドネマティック液晶ディスプレイデバイスでは、偏 光された光が液晶セルによって受けられ、液晶セルが十分な電圧入力を受けてい るか、または受けていないかに依存して液晶セルの光出力の偏光面が旋回するか 、または旋回しなかったりし、また旋回(または非旋回)と、出力検光子の相対 的 整列とに依存して光は透過したり、または透過しなかったりする。米国特許第4, 385,806号及び第4,540,243号、及び RE.32,521号に開示されているような可変複 屈折を有する光位相遅延素子(表面モード液晶セルということがある)では、液晶 セルによって与えられる光位相遅延に依存して、面偏光された光を旋回させるこ とができ、光出力は偏光面の方向の関数として決定することができる。CRTで は、光放出または非放出、及び輝度はピクセルの蛍光体に入射する電子によって 決定される。エレクトロルミネセントディスプレイ及びプラズマディスプレイで は、光出力はピクセル上のそれぞれの領域における電気入力によって決定するこ とができる。 ラスタラインまたはディスプレイラインが交互配置(飛び越し)されることは テレビジョンにおいて、及び他の型のディスプレイシステムにおいて実際に使用 されている。例えば、NTSC及びPALテレビジョン型陰極線管(CRT)デ ィスプレイでは、2つの飛び越し走査される水平走査線のフィールドを使用して 全イメージフレームを得ている。最初に1つのラスタ(ラインの集合)が走査さ れて1つのサブフレーム(フィールドということがある)が表示され、次に第2 のラスタ(ラインの集合)が走査されて第2のサブフレーム(フィールド)が表 示される。1つのサブフレーム内の1つのラインを走査するのに使用される電気 信号と、次のサブフレームの相対的に隣接するラインを走査するのに使用される 電気信号とを異ならせ、従ってこれらのラインの光出力を異ならせることができ る。2つのラスタサブフレームは十分高速で呈示されるので、見る人の眼は通常 は2つの連続するサブフレームのそれぞれのイメージを区別することができず、 2つのサブフレームを統合して複合イメージ(フレームまたはピクチャというこ とがある)として見るようになる。2つのサブフレームは、蛍光体(オン・オフ 及び/または強度で電子ビームを制御する電気信号に応答して電子ビームをそれ らへ導くことができる)によって形成されているそれぞれのピクセルへイメージ を「書き込む」ことによって順次に作成される。電子ビームがその走査の終わり (例えば、そのフィールドの最後のピクセル、または蛍光体ドット領域)に到達 して1つのサブフレームを作成した後に、電子ビームは次のサブフレームの最初 のピクセルへ移動する、または導かれる時間期間が存在する。この時間期間の間 に、消去パルスが供給されて電子が蛍光体またはピクセルに導かれて望ましくな い光放出が発生するのを防いでいる。ある場合には、テレビジョンまたはCRT ディスプレイのいろいろな回路を、これらの消去パルスと同期させることによっ てテレビジョン、CRT等の動作タイミングと同期させている。 CRTディスプレイにおけるピクセルの密度、即ち単位面積当たりのピクセル の数は、通常は、ある意味で、電子ビームの特性、ビームの駆動及び制御回路、 蛍光体ドットレイアウト、シャドウマスク等に依存するアナログ関数であること は知られている。通常、CRTは上述したサブフレームを形成する飛び越し走査 線を使用して駆動される。LCDでは、ラインまたは行当たり固定された数のピ クセルが存在し、データ(例えばある行内の所与のピクセルが光を透過させるの か、または光の透過を阻止するのか)は、通常は一時に1つの行でピクセルに書 き込まれる。データは1つの行に書き込まれ、次いで次の行に書き込まれる、等 々と書き込まれて行き、通常は、CRT駆動技術におけるような行の飛び越し、 即ちサブフレームは存在しない。 例えばCRTにおいては通常は蛍光体ドットのそれぞれの走査線が存在してい るが、LCDピクセルではそれぞれのサブフレームを形成する物理的交互配列が 存在しないから、若干のLCDでは、上述した2つのサブフレームは、CRT型 の飛び越し走査信号によって駆動された時、通常は一緒に実効的に平均される。 CRTディスプレイの異なる飛び越し走査サブフレームの隣接する走査線を駆動 する電気信号は、通常は共にLCDの単一のピクセル行だけに印加される。各ピ クセルは、それに印加された電気信号に応答し、例えば光を透過させるか、阻止 する。これら2組の電気信号は、異なる時点にピクセルの行に印加される。従っ て、LCDピクセルの所与の行は、一時に1つのサブフレームからの光出力とし て光情報を呈示し、後刻他のサブフレームからの光情報を呈示する。 1つのサブフレームにおいて呈示される光情報は、他のサブフレームにおいて 呈示される光情報とは空間的に変位し、CRTディスプレイの飛び越し走査パタ ーンが得られるようになっていることが予測されるから、上述したLCDからの 光出力を注意深く調べれば、イメージにある大きさの「ジッタ」が存在すること が分かる。このジッタは、1つの行のピクセルが先ず1つのサブフレームからの 情報の1つの走査線を表す信号による付勢の結果を、次いで次のサブフレームか らの情報の隣接する走査線を表す電気信号による付勢の結果を順次に表示するた めに、光出力が周期的に変化することによってもたらされるのである。 このジッタは、表示されるイメージを劣化させ、見る人に不快感を与えかねな い。また、ジッタを有するイメージを見ることの不快さ、及び/またはイメージ の劣化の問題は、イメージが例えば上記 Sony ディスプレイのような比較的微小 なイメージ源によって作成されて直接見るために拡大されるか、またはプロジェ クタによって投射される時のように、イメージを拡大する場合には増加する傾向 がある。 ジッタを減少させる一つの技術は、比較的低速の液晶ディスプレイデバイスを 使用することである。このようにすると、液晶ディスプレイ要素またはピクセル は、それに印加される電気信号を平均する。しかしながら、この技術の欠陥は、 2つの走査線を表す情報が単一のライン上に組合わされるので、イメージ解像度 が低下することである。また低速動作液晶ディスプレイ要素は、ディスプレイに よって表示される運動を遅くする望ましくないヒステリシスを有している。 LCD(液晶ディスプレイ)のようなカラーディスプレイには、通常は、色の 三要素(以下に三要素という)を形成する赤、緑、及び青ピクセルが存在してい る。三要素を形成しているピクセルの1つまたはそれ以上がその(それらの)ピ クセルのそれぞれのカラー光を供給(または発生)するようにLCDを動作させ ることによって、出力光として異なるそれぞれの色及び白を発生させることがで きる。例えば、もし三要素の赤ピクセルが赤出力光を発生し、緑及び青ピクセル が出力光を供給しなければ、その三要素からの光出力は赤になる。更に、2つま たはそれ以上の三要素ピクセルが光出力を供給している場合には、光出力または イメージを見ている人(見る人ということがある)はこれらのカラーの組合わせ を見ることになる。通常、見る人は、三要素のピクセルからの出力光を視覚的に 重ね合わせ、それらを組合わせた、または重ね合わせた光の正味効果、または統 合された三要素の光出力を見るようになる。例えば、三要素から白光出力を発生 させるには、三要素の赤、緑、及び青ピクセルがそれぞれ赤、緑、及び青光を供 給し、これらの光が見る人によって実質的に重ね合わされて白光として見られる ようになる。 ディスプレイの解像度を改善するニーズ及び/または要望が継続している。ま た、ディスプレイ内の回路の配置を容易にしながら、回路によってもたらされる 光デッドスペースを最小にすることも望まれている。更に、ジッタを減少させる ニーズも存在している。 前述した特許出願には、解像度を増加させ、ジッタを減少させる等々のような 幾つかの目的から、能動的にディザリングさせ、光信号を移動させ、光信号の位 置または光路を変化させる等の技術が開示されている。また、例えば、イメージ またはイメージを形成するピクセルを拡張することによってディスプレイが発生 するイメージの充填率を増加させるために、受動的にディザリングさせ、光信号 を移動させる等の技術も開示されている。 ツイステッドネマティック効果を使用するLCDは、通常は、LCDを動作さ せる印加電気信号に発生する変化ほど急速には透過状態間でスイッチすることは できない。例えば、ツイステッドネマティックLCDへの電気入力はほぼ瞬時に 変化することができるが、LCDが電気入力の変化に動的に応答してLCDの光 レスポンスを変化させるにはミリ秒単位を必要とする。実効的にピクセルの数を 変化させるために二重、四重その他のディザリング(便宜上、以下に光ラインダ ブリング(またはOLD)ということがある)を使用するディスプレイシステム にLCDを使用した場合、ディザリングオプティックスの高速動作に比して比較 的遅いレスポンスのツイステッドネマティックLCDの光出力は、解像度または 他の光効果に所望の改善をもたらさない。 分離した光源から受けた光を変調するディスプレイデバイス(受動ディスプレ イということがある)を使用して暗いシーンを表示させると、陰極線管(CRT) のようなそれ自体が光を発生するディスプレイには通常は存在しない欠陥を呈す る。この問題は、表示されるイメージの解像度及び/またはコントラストの低下 に大いに関係がある。 例えばCRTに暗いシーンを表示させたい場合には、出力光の強度を低下させ ることができる。それによって、暗いシーンの異なる部分は全て低下した輝度、 または照度レベルで出力させることができる。たとえ蛍光体が発生する光の強度 が低下したとしても解像度が維持されるように、CRTの全てのピクセル(例え ば、単色ディスプレイの画素、蛍光体ドット、または多色ディスプレイの3つの 赤、緑、及び青蛍光体ドットのグループ等)を活動させることができる。 しかしながら、液晶ディスプレイのような受動ディスプレイデバイスでは、光 透過型であろうと、または光反射型であろうと、表示されるイメージまたはシー ンの輝度を低下させる通常の手法は、特定の瞬間に光を透過させているピクセル の数を減少させることである。このように減少させると、ディスプレイの解像度 が低下する。また、このように減少させると、ディスプレイのコントラストも低 下する。 人の眼は低い輝度及びコントラスト範囲と、高い輝度及びコントラスト範囲と の差を見分ける、または認識するように区別することは困難である。この困難さ は、ピクセルの数が減少し、解像度が劣化すると増大する。 受動ディスプレイのコントラスト及び解像度を改善することが望まれている。 米国特許出願第 08/187,163 号は、ディスプレイへの光入力を制御して出力の 輝度を制御し、一方出力の輝度には実質的に無関係に良好なコントラストを得る ようにディスプレイのそれぞれのピクセルを動作させることによって、高いコン トラストのイメージを表示させるLCDのような受動装置及び方法を開示してい る。例えば、それぞれのカラー光のフィールド順次スイッチングを使用する異な るカラー効果も開示されている。しかしながら、これは受動光デバイス(この場 合にはLCD)の別の例であって、例えばもし電界、電圧等のような動作信号の 変化に対する液晶セルの光学的ダイナミックレスポンスに固有の遅れを統合すれ ば、フィールド順次スイッチングを改善できるというものである。 上記米国特許出願第 08/187,163 号に開示されているように、ろうそくで照明 された室のイメージはあいまいになる。そこで、従来技術のデバイスでは、比較 的少数のピクセルに光を透過させてイメージを作り、一方比較的多数のピクセル には光の透過を阻止させて強度の低下した、または薄暗い室の効果を与えるよう にしていた。しかしながら、この応用において本発明は、イメージを作るのに使 用されるピクセルの数を一定に維持し、イメージの1つの部分と別の部分との間 のコントラスト比を一定に維持し、照明光の強度だけを変化させ、それによって 室の輝度を減少させている。従って、本発明によればイメージの輝度がどのよう であってもイメージデータは失われないが、従来の技術ではイメージの輝度を明 るくする、または暗くするのに付加的なピクセルが使用されるために、イメージ データが失われていた。 上記特許出願に記載されているように、本発明の特色をフレーム順次基準で使 用することが可能である。本発明の特色は、データが反射モードで動作していよ うが、透過モードで動作していようが、使用可能である。また本発明の特色は、 極めて広範囲のコントラスト及びイメージ輝度特性を発生させるために、バーチ ャルリアリティ(仮想現実)に使用することも可能である。データの輝度を導出 するのにピクチャ情報を使用し、周囲情報は使用しない。この応用に本発明を使 用すれば、ディスプレイによって輸送することができる情報量は、従来技術に比 して実質的に増加する。 例えば、もし 100のグレイの濃淡のグレイスケールと、10のグレイの濃淡を有 するディスプレイとが存在すれば、照明源の強度は例えば 10 の異なるレベルで 変化させることができ、またディスプレイ自体からも 10 の異なるグレイの濃淡 を供給することができる。従って、これは 100のグレイの濃淡を供給する。この 特性は、フィールド順次基準でのr、g、b(赤、緑、青)変調に頼ることによ って更に 10 倍まで増加させることができる(6分の1の異なる照明レベル及び カラーに対して 10 の可能性を可能にする)。以上のことは、イメージの埋没が 極めて重要な戴頭型ディスプレイにおいては特に重要である。本特許出願の特色 を使用すれば、シーンを高照度にすることが可能であり、実像のグレイスケール コントラスト比を調整することができる。その結果、高コントラスト像が輝くモ ティーフ内に呈示される。本発明を使用する別の例は、赤のイメージは強調され るが、青及び緑が最小である日の出のシーンを表示する能力である。 そこで、この応用における本発明は、輝度及びイメージの2つの関数に分離す ることができる。イメージは液晶変調器の動作の関数であり、照明輝度は光源強 度の関数である。r、g、bカラーは、良好な解像度及びカラー関数を有するろ うそく光または月光効果を与えるように変化させることはできるが、シーンの輝 度は背景の関数である。その結果、良好なコントラストを得るように昼光でシー ンを撮影し、ディスプレイ照度を減少させることによって月光またはろうそく光 環境の印象を与えることができる。 概要 以上に鑑みて、本発明の一つの面は、光信号を電気光学的にディザすることに よってディスプレイの解像度を増加させることである。 別の面は、特に自動立体映像(オートステレオスコーピック)効果を使用して 三次元イメージを得るために電気光学ディザリングの使用に関する。 別の面は、光信号のビームスイッチングを遂行するために電気光学ディザリン グの使用に関する。 別の面は、光出力信号が呈示される位置を、別の位置に対して、電気光学的に 選択的に変化させることである。さらなる面は、このような変化を、1つより多 くの方向に、例えば1つより多くの軸に沿って遂行することである。 別の面によれば、光信号の位置を変化または決定するデバイスは、光の光学的 偏光特性に基づいて光を選択的に屈折させる複屈折手段と、このような光の光学 的偏光特性を変化させる手段とを含み、複屈折手段と変化手段とは共働して光信 号の位置を選択的に変化させるようになっている。 別の面によれば、複数の画素を有する光ディスプレイの解像度を増加させるシ ステムは、光の偏光特性に基づいて光を選択的に屈折させる複屈折手段と、光の 偏光特性を選択的に変化させる手段とを含み、複屈折手段と変化手段とは光学的 に直列であり、変化手段の選択性動作に応答して共働してそれらからの出力光信 号の位置を変化させるようになっている。 別の面によれば、ディスプレイシステムは、複数の画素をそれぞれの位置にお いて選択的に動作させ、視覚出力情報を発生させるディスプレイと、光学的偏光 の関数として出力情報の位置を変化させ、それによって画素の数を実効的に増加 させる手段とを含んでいる。 別の面によれば、ディスプレイシステムは、複数の画素をそれぞれの位置にお いて選択的に動作させ、視覚出力情報を発生させるディスプレイと、機械的デバ イスを物理的に再整列させることなく出力情報の位置を変化させ、それによって 画素の数を実効的に増加させる手段とを含んでいる。 別の面によれば、ディスプレイシステムは、複数の画素をそれぞれの位置にお いて選択的に動作させ、視覚出力情報を発生させるディスプレイと、出力情報の 位置を電気光学的に変化させ、それによって画素の数を実効的に増加させる手段 とを含んでいる。 別の面によれば、視覚情報を表示させる方法は、あるパターンに配列された複 数の光信号を供給して源から第1の光出力を呈示させる段階と、あるパターンに 配列された複数の光信号を供給して源から第2の光出力を呈示させる段階と、光 学的偏光に基づいて第1の光出力のパターンの位置に対する第2の光出力のパタ ーンの位置を選択的に移動(シフト)させる段階とを含んでいる。 別の面によれば、偏光された光を移動させる電気光学ディザリングシステムは 、光の偏光特性の関数として光を選択的に屈折させる複屈折手段と、偏光された 光の偏光特性を変化させて光偏光の関数として移動させた、または移動していな い出力光を供給する変化手段とを含んでいる。 別の面によれば、ディスプレイを製造する方法は、イメージ源、光の光学的偏 光特性に基づいて光を選択的に屈折させる複屈折手段と、光学的偏光特性を変化 させる変化手段とを光学的に直列に位置決めする段階を含んでいる。 本発明の原理を使用すれば、光信号の位置を変化させることができ、この変化 を複数の目的のために使用することができる。例えば、この変化を使用して、デ ィスプレイの解像度を改善し、自動立体映像出力を発生させ、光信号を交互配置 し、ディスプレイ内に使用される回路の位置決め及び隠しを容易にし、ディスプ レイ内のタイルまたはピクセルの重ね合わせを容易にする等が可能である。多く のこれらの例を後述する。本発明は、1またはそれ以上のこれらの用法を達成す るのに使用することができる。 本発明の一つの面は、光ディスプレイ内のピクセルの数を電気光学手段によっ て増加させることができる光ライン増加手段(インクリーザ)に関する。 本発明の一つの面は、人、機械、他のデバイス等によって見ることができる出 力光情報を呈示するピクセルの実効的な数を例えば2倍、3倍、4倍、またはそ の他に増加させる、及び/または他の用法のために、光ディスプレイ内のピクセ ルの数を電気光学手段によって増加させることができる光ライン増加手段に関す る。 別の面は、ディスプレイ内の光デッドスペースを隠す、または減少させること である。 別の面は、光信号のディザリング(実効位置の変化)を遂行するスイッチ可能 な電気光学デバイスを使用することである。 別の面は、光ディスプレイ内のジッタを減少させることである。 別の面は、飛び越し走査信号を使用して非飛び越し走査ディスプレイを駆動し 、そしてディスプレイの光出力を電気光学的にディザしてジッタを減少させるこ とである。 別の面は、光ディスプレイのピクセル及び/またはラインの実効的な数を増加 させることである。 本発明のさらなる面によれば、受動ディザリングディスプレイシステムは、イ メージを発生する複数のピクセルと、これらのピクセルの間に光デッドスペース を有する光ディスプレイ、及びイメージの1つの偏光成分をイメージの第2の偏 光成分に対して移動させ、移動した偏光成分をデッドスペース内に位置させる複 屈折材料とを含んでいる。 別の面によれば、ディスプレイシステムは、イメージの成分の偏光特性に基づ いてイメージを発生する光ディスプレイと、イメージの1つの成分をイメージの 第2の成分に対して屈折させ、複数の隣接するイメージを発生させる第1の複屈 折材料とを含んでいる。 本発明の更に別の面によれば、光背景雑音を減少させる方法は、複数のピクセ ル間に光デッドスペースを有するピクセルを表示させてイメージを発生させる段 階と、イメージの1つの偏光成分をイメージの第2の偏光成分に対して移動させ 、移動した偏光成分をデッドスペース内に位置させる段階とを含んでいる。 別の面は、イメージ、またはイメージのピクセルを拡大させてイメージの充填 率を増加させることに関し、この充填率は、光デッドスペースが占めているイメ ージの部分に対するイメージが実際に占めているイメージの面積の量に関係して いる。 別の面は、受動イメージまたはピクセル拡大を使用してイメージの充填率を増 加させることに関する。 別の面は、能動イメージまたはピクセルダブリング(または他の増大法)を使 用してイメージの充填率及び解像度を増加させることに関する。 別の面は、カラーピクセルイメージ光出力を重ね合わせてディスプレイのため のそれぞれのカラー出力を得る技術に関する。 別の面は、LCDディスプレイシステムまたは他のディスプレイシステムのよ うなディスプレイシステムに供給されるビデオ信号等から表示され得るデータの 量を増大させることである。 以下に詳細を説明するように、本発明は、例えばLCDのような光デバイスか らの出力光及びこの光デバイスのダイナミック動作を、直視、投射等の用法のた めに出力光の位置をスイッチまたは移動させたり、フィールド(フレームまたは フレームの部分ということがある)順次動作でイメージを表示させる別の光デバ イスと統合させることによって、出力光の輝度には無関係な良好なコントラスト 及び/またはカラー効果を有するイメージを呈示させるのに有用である。 本発明の1またはそれ以上のこれらの、及び他の目的、特色、及び長所は、以 下の本発明及び請求の範囲を用いて達成される。 上述した、及び関連目的を達成するために、本発明は以下に記述する、そして 特に請求の範囲に指摘する特色を備えている。以下の説明及び添付図面は、本発 明の若干の実施例を開示するものである。しかしながら、これらの実施例は、本 発明の原理を使用できるいろいろな方法の幾つかを示しているに過ぎない。 本発明を若干の好ましい実施例に関して図示し、説明するが、当業者ならば本 明細書から等価及び変更を考案することは明白であろう。本発明は、これらの等 価及び変更の全てを含むものであり、請求の範囲によってのみ限定されるもので ある。 図面の簡単な説明 添付図面において、 図1は、本発明による電気光学ディザリングシステムを含むCRTデバイスの 概要側面図である。 図2は、図1の電気光学ディザリングシステムの構成要素の概要図である。 図3は、本発明の電気光学ディザリングシステム内に使用できる方解石結晶を 通る二重屈折効果の概要図である。 図4A、図4B、及び図4Cはそれぞれ、図2に示す電気光学ディザリングシ ステムの幾つかの構成要素の軸方向整列を示す概要図である。 図5A、図5B、及び図5Cはそれぞれ、図2に類似の概要図であって、それ ぞれの動作モードで光に影響する電気光学ディザリングシステムの動作を示して いる。 図6は、電気光学ディザリングシステムの代替実施例の概要図である。 図7はCRTの面またはディスプレイ出力の前面図であって、ラスタラインの 例を示している。 図8は、自動立体映像ディスプレイに使用される本発明の電気光学ディザリン グシステムの概要側面図である。 図9は、図8の自動立体映像ディスプレイの単一レンズ素子の拡大図である。 図10は、液晶ディスプレイの一部の概要平面図であって、ピクセルが位置す る領域と、隣接するピクセル間に位置する回路またはデッドスペースが存在する 領域とを示し、本発明の電気光学ディザリングシステムをも含んでいる。 図11は、図10のディスプレイの概要平面図であって、ディスプレイの電気 光学ディザリングシステムのオンまたはオフ状態に従って位置を移動させる光信 号の経路を示している。 図12及び13は、本発明のいろいろなディスプレイシステムに有用な同期回 路技術のブロック線図である。 図14及び15A−15Eは、二重電気光学ディザリングシステムを有するデ ィスプレイシステム及びその複数部分の概要図である。 図16A−16Dは、4つまでの異なる空間パターン位置におけるディザされ た、またはされていないピクセルパターンの概要図である。 図17は、図16A−16Dのピクセルパターンの複合を示す図である。 図18及び19は、スイッチ可能な液晶複屈折デバイスを使用した二重電気光 学ディザリングシステムを有するディスプレイシステム及びその複数部分の概要 図である。 図20は、多色デバイスのための赤、緑、及び青ピクセル配列の一部分の概要 図である。 図21は、それぞれのセグメントを選択的に時間シーケンス化してディザリン グするようになっている分割されたディスプレイシステムの概要図である。 図22A−22Fは、図21の分割されたディスプレイシステムの概要図であ って、その動作の時間シーケンスを示している。 図23は、偏光出力を発生するディスプレイと共に使用される受動ディザリン グシステムの概要図である。 図24は、水平及び垂直方向へのディザリングの効果を示す概要図である。 図25は、図23の受動ディザリングシステムの構成要素の光軸の向き(配向) を示す概要図である。 図26は、非偏光(無偏光ということがある)の光出力を発生するディスプレ イと共に使用されている図23の受動ディザリングシステムの概要図である。 図27は、図2の受動ディザリングシステムの構成要素の光軸の向きを示す概 要図である。 図28は、受動ディザリングシステムの代替実施例の概要図である。 図29は、図28の受動ディザリングシステムの構成要素の光軸の向きを示す 概要図である。 図30は、無偏光光出力を発生するディスプレイと共に使用される図28の受 動ディザリングシステムの概要図である。 図31は、無偏光の光入力を使用する受動ディザリングシステムの代替実施例 を使用した光ディスプレイシステムの概要図である。 図32は、図31の受動ディザリングシステムの構成要素の光軸の向きを示す 概要図である。 図33は、ピクセルイメージを対角に変位させるための能動ディザリングシス テムを使用した光ディスプレイシステムの代替実施例の概要図である。 図34は、移動していない元のピクセルイメージの位置と、図33のディザリ ングシステムを使用して移動させたピクセルイメージの位置とを示す概要図であ る。 図35は、ピクセルイメージを変位させるための能動及び受動ディザリングシ ステムを使用した光ディスプレイシステムの代替実施例の概要図である。 図36は、移動していない元のピクセルイメージの位置と、図35のディザリ ングシステムを4つのそれぞれの動作で使用して移動させたピクセルイメージの 位置とを示す概要図である。 図37は、例えば図35に示す型の光ディスプレイシステムからのディスプレ イ出力を示す概要図であって、ピクセルイメージが互いに他に対して移動してカ ラーピクセルイメージの重ね合わせ及び充填率の増加を得ていることを示してい る。 図38及び39は、例えば図35及び/または他の図に示す型の光ディスプレ イシステムからのディスプレイ出力を示す概要図であって、ピクセル間のギャッ プ内へのピクセルイメージの移動と、互いに重なり合う様を示している。 図40は、例えば図41に示す型の光ディスプレイシステムからのディスプレ イ出力を示す概要図であって、規定パターン例に従うピクセルイメージの移動を 示している。 図41は、戴頭型またはブーム取付け型ディスプレイシステム、または他のデ ィスプレイシステムのために、図40に示す動作を得る構成要素を含む光ディス プレイシステムの概要図である。 図42は、戴頭部分を含む本発明の実施例によるディスプレイシステムの概要 図である。 図43は、図1のディスプレイシステムに使用される単眼で見る型のデバイス のいろいろな動作部分を示す側断面図である。 図44は、60 Hz(ヘルツ)でアドレスした時のツイステッドネマティック LCDディスプレイピクセルのレスポンスを示すグラフの集まりである。 図45は、120 Hzでアドレスした時のツイステッドネマティックLCDディ スプレイピクセルのレスポンスを示すグラフの集まりである。 図46は、120 HzでアドレスされるツイステッドネマティックLCDディス プレイピクセルの動作に統合された光の旋光子またはスイッチとして動作する表 面モード型複屈折液晶光シャッタのレスポンスを示すグラフの集まりである。 図47は、例えば図42−43の、及び/またはそれに関連して説明されてい る他の直視デバイス、またはディスプレイシステムに使用されるディスプレイ光 システムの概要図である。 図48は、図14−17に示す実施例におけるように、水平及び垂直の両方を 2倍にする(例えば、それぞれのピクセルを4倍にする)光ラインダブラーシス テムのタイミング信号の関係を示すグラフの集まりである。 図49は、本発明の実施例による光透過型ディスプレイシステムの概要図であ る。 図50は、本発明の実施例による光反射型ディスプレイシステムの概要図であ る。 図51は、本発明のいろいろな実施例に有用な多色または全カラーディスプレ イを得るために、それぞれのカラーの複数のコレステリック液晶反射器及び複数 の光源を使用した反射型フィールド順次ディスプレイ及び照明システムの概要図 である。 図52は、本発明のいろいろな実施例による1対のディスプレイサブシステム を含む戴頭型ディスプレイシステムの概要図である。 図53−58は、本発明の動作を説明する図である。 実施例 幾つかの図面では類似部品には類似番号を付してある。先ず図1を参照する。 全体を1で示す本発明の実施例による電気光学ディザリングシステムはディスプ レイ2と共に使用され、出力として光信号、視覚情報等を供給する光ディスプレ イシステム3が形成されている。ディスプレイ2は光または光信号の源をなして おり、この光は電気光学ディザリングシステムを透過し、見るための、または類 似のそれぞれの位置に光信号を供給する。ディスプレイ2が特定の位置において 発生した光、またはある他の源が発生してディスプレイ2によって変調された出 力としての光信号のような例示の光が矢印4で示されている。 出力光信号5の位置は矢印5a、5bによって示されている。これらの矢印5 a、5bは、電気光学ディザリングシステム1がオフまたはオンのようなそれぞ れ一方の、または他方の動作状態にある時に、電気光学ディザリングシステム1 を透過した光学信号4から得られた出力光信号5の位置を表している。 図1に示す実施例では、ディスプレイ2はCRTである。ディスプレイ2はL CD、またはエレクトロルミネセントディスプレイ、プラズマディスプレイ、フ ラットパネルディスプレイ、または他のディスプレイのような別のディスプレイ であることができることは理解されよう。 ディザリングとは、イメージの物理的変位のことである。電気光学ディザリン グシステム(EDS)とは、イメージのような光信号の位置を物理的に移動、並 進、または変化させる電気光学手段のことである。イメージは、ある軸に沿って 1つの位置から別の位置まで移動させ(例えば、上から下へ、左から右へ等)、 次いで最初の位置まで戻すことができる。光信号は、直線または他の軸に沿う、 または全く軸に沿わない別の方向に運動させることができる。ディザリングは繰 り返しであることも、または周期的であることもでき、または1つの位置から別 の位置までイメージが運動し、少なくともあるセットされた、または予め定めら れていない時間にわたってそこに保持されるのに対して非同期であることができ る。 図1に示すように、電気光学ディザリングシステム1は、複屈折材料(二重屈 折材料ということがある)10を含む。複屈折材料の例は、方解石結晶材料であ る。他の二重屈折(複屈折)材料も使用することができる。複屈折材料は、光を まっすぐに透過させることも、またはそれに入射する光を光学的偏光特性のよう な入射光の特性に依存して屈折させることもできる。図示の実施例では、偏光特 性は面偏光された光の電気ベクトルの方向である。1方向の電気ベクトルを有す る面偏光された光(偏光軸の方向、偏光子または光の透過軸、光の偏光面、偏光 の方向、等ということがある)は、屈折または曲げられることなく複屈折材料1 0を直接透過することができ、一方異なる偏光面の方向を有する光は、複屈折材 料10によって屈折させる(曲げる)ことができる。例えば、複屈折材料の常屈 折率特性のような1つの屈折率特性に遭遇した面偏光された光は、屈折せずに 透過することができる。しかしながら、異常屈折率特性のような異なる屈折率特 性に遭遇した面偏光された光は、複屈折材料に入射する時と、去る時の両方で複 屈折材料との界面において曲げ、または屈折させられる。従って、ある意味では 、複屈折材料10は、例えば出力光信号の位置を位置5aから5bへ変化させる につれて、それを透過する光の方向を変化させる。 図1に示す光ディスプレイシステム3の実施例では、電気光学ディザリングシ ステム1は、複屈折材料10に関連する光の特性を変化させて出力光信号の位置 を変化させるように動作可能なスイッチ11を更に含んでいる。図1の実施例で は、光の屈折、または複屈折材料10により屈折されない光の透過は、複屈折材 料に入射する面偏光された光の偏光の方向に依存し、スイッチ11は複屈折材料 に入射するこのような光の偏光の方向をスイッチすることができる。 図1に示す実施例では、スイッチ11は、複屈折材料に入射する光がスイッチ によって変化させることができる偏光面を有するように、光を複屈折材料10へ 透過させることができる液晶セルまたは液晶シャッタ型ディスプレイである。従 って、もしスイッチが1つの動作状態またはモードにあれば、複屈折材料10に 入射する光は、出力光信号5が矢印5aの位置に発生するような偏光面を有する ことができ、スイッチ11が異なる付勢状態にあれば、複屈折材料10に入射す る光の偏光面を変化(例えば、最初に述べた面に直交する方向へスイッチ)させ ることができ、それによって出力光信号を矢印5bの位置に発生させる。 直線偏光子(面偏光子ということがある)12が、スイッチ11とCRTディ スプレイ2との間に存在している。ディスプレイ2が発生した光4は偏光子12 によって面偏光される。スイッチ11の一方の状態と共働する偏光の方向が、屈 折を伴わずに複屈折材料10を直接透過する、従って矢印5aの位置に現れる光 を発生させる。しかしながら、スイッチの他方の状態に応答して、光は複屈折材 料10によって屈折され、矢印5bの位置に現れる。 以上の説明から、本発明が、面偏光された光のような入射光信号の特性に依存 して、出力光信号の位置を入射(入力)光信号の位置に対して運動させることが できる材料を含んでいることが理解されよう。本発明の電気光学ディザリングシ ステム1は、複屈折、二重屈折、または等価材料と、入射光信号の特性をスイッ チ、または弁別する手段とを含んでいる。 図1に示す実施例では、CRTからの光4は無偏光である。偏光子12は、光 に直線(面)偏光の特性を与える。スイッチ11は偏光の方向、例えば偏光され た光の電気ベクトルの方向を変化させることができる。複屈折材料は、複屈折材 料に入射する光の特性に依存して、出力光信号を位置5a、5bに供給する。 スイッチ11は、ツイステッドネマィック液晶セルのような1つの液晶セル、 または幾つかの液晶セル、米国特許第4,385,806号、RE.32,521号及び 4,540,243 号に開示されているような複屈折液晶セルであることができる。もし望むならば 液晶セルを光学的に直列に配置し、レスポンスの直線性の改善及び/または例え ば1つまたはそれ以上の上記特許に開示されているような他の目的のために、プ ッシュプル配列として動作させることができる。他の型の液晶セルもスイッチ1 1に使用することができる。更に、面偏光の方向等のような光の光学特性をスイ ッチすることができる他の型のデバイスをスイッチ11として使用することがで きる。幾つかの例は、強誘電性液晶セル、可変光学遅延素子、PLZTデバイス 等々を含む。 デバイス2として液晶デバイス(LCD)をディザリングシステム1と共に使 用することの利点は、通常LCDからの出力光が既に直線偏光のような偏光特性 を有し得ることである。この場合、これらのデバイスが直線偏光特性を与えるの で、分離した直線偏光子12を省略することができる。 図2では、電気光学ディザリングシステム1は透過型LCD 20を有する光 ディスプレイシステム13において使用するように示されている。LCD 20 はツイステッドネマティック液晶ディスプレイ、複屈折液晶ディスプレイ、また は光源22からの入力光21に応答して矢印23で示す出力光を発生する他の型 の液晶ディスプレイであることができる。LCD 20は透過型であっても、反 射型であってもよい。出力光23は、例えば図形イメージ、液晶ディスプレイ2 0の動作に依存して選択的にオンまたはオフする1またはそれ以上の光ビーム等 であることができる。図形イメージは、運動するイメージ、英数字ディスプレイ 等であってよい。ディザリングシステム1は、複屈折材料10及びスイッチ11 を含んでいる。以下の説明を簡略化するために、スイッチ11を矢印23で 表されている光の偏光面を、偏光旋光子の付勢状態または条件に依存する量だけ 旋光させる偏光旋光子と呼ぶことができる。例えば、もしスイッチ11がツイス テッドネマティック液晶セルであれば、それを滅勢させた時には偏光面を 90 ° (または、液晶セルの性質に依存する他のある量)旋回させ、またツイステッド ネマティック液晶セルが完全に付勢された状態にある時にはそれに入射する光の 偏光面を旋回させることはない。同様な動作は、複屈折液晶セルを使用すること によって得ることができる。更にもし望むのであれば、複屈折型であろうが、ツ イステッドネマティック型であろうが、液晶セル内の残留遅延に対して補償を行 うことができる。この補償は、スイッチ11内に使用されている液晶セルのこす り方向または軸に対して特定の向きに位置決めされた 1/4波長板のような波長板 を設けることによって行うことができる。 更に、半波長板のような波長板を使用して光23の偏光の位相を旋回させ、ス イッチ11の光軸(こすり方向、光軸、または単に軸ということがある)と適切 に整列させることができる。例えば、もしスイッチ11がツイステッドネマティ ック液晶セルであれば、光23の偏光面は液晶セルの一方の板のこすり方向に平 行または直角であることができる。もしスイッチ11が、表面モードセルまたは πセル(例えば、上述した特許または米国特許第 4,582,396号に開示されている ようなセル)のような複屈折液晶セルであれば、光23の偏光面はこすり方向に 対して 45 °になる。例えば、偏光面を調整するために半波長板を使用する場合 には、半波長板の軸は、半波長板に入射する光の偏光面の向きと、半波長板から の光出力に望まれる角度の向きとの間の角距離の半分に整列されよう。 図3に、方解石結晶30ともいう無機質方解石の形状の複屈折材料10の例を 示す。無偏光の光31は方解石30の左側面32から方解石内へ進入する。光は 面32に対して直角に進入する。光31は、方解石の複屈折の性質によって、直 交するように偏光された2つの成分33、34に分解される。光成分33、34 の光軸は、一方の成分33が図3の紙面に垂直に向いた(図3に黒丸で示してあ る)偏光面または電気ベクトル方向を有するように配向される。この光33は、 方解石30の外部環境35と方解石30の内側の環境36との間で屈折率の変化 に遭遇する。しかしながら、方解石結晶30の軸は光33の偏光面に対して直角 であり、従って光のこの成分33は偏向(屈折)されることなく方解石結晶30 を通って走行する(この光をディザされない光ということがある)。 光成分34は、図3の面内で垂直に偏光される(図3に両頭矢印で示してある) 。光成分34は、上述したような屈折率の変化を経験するが、光成分34は直角 以外の角度で方解石結晶軸にも遭遇する。従って、光成分34は、図3に示して あるように結晶30を通って走行する際に、結晶に進入する時と、結晶を去る時 に屈折されてその経路が偏向(方向が変化)される(この光をディザされた光と いうことがある)。複屈折材料に入射する光の一方の偏光成分を屈折させ、他方 の偏光成分を屈折させないというこの屈折の特性を二重屈折といい、この特性は 多くの材料において発生する。光成分33、34が方解石結晶30の右側面37 から出て、それぞれの出力光33a、34aが矢印によって示されている位置に おいて38a、38bになる時の光成分33と34との間の物理的変位の大きさ は、方解石結晶の厚み、方解石結晶の屈折率及びその外部環境、及び特定材料の 光軸の向きに依存することは公知である。 ディスプレイ2がCRTである図1の光ディスプレイシステム3及びLCD2 0を使用している図2の光ディスプレイシステム13では、スイッチ11に入射 する光の偏光の方向及びスイッチ11の向きを適切にすれば、最適動作を得るこ とができる。本発明の一例では、スイッチ11は1つの複屈折液晶セル(または 、プッシュプル技法で動作するそれらの対)であり、この、またはこれらの液晶 セルはある軸を有している。この軸を、液晶セルのこすり方向、整列方向、光ま たは光学軸等という。最適動作させるためにこのような液晶セルをシステム3ま たは13内に使用する場合には、偏光方向(例えば、偏光子12の、またはLC D 20の透過方向)は、スイッチ11の軸に対して 45 °にすべきである。更 に、方解石結晶30の軸の投影を、スイッチ11の軸に対して 45 °に向けるこ とが好ましい。これらの関係を図4A、4B、及び4Cに示す。 暫時、上述した軸の関係を示す図4A、4B、及び4Cを参照する。図4Aに は、偏光子12の透過軸、または液晶ディスプレイ20またはCRT 2及び偏 光子12によって送給される光の偏光面を40に水平として示してある。しかし ながら、軸と、複屈折液晶セルスイッチ11の1または複数の液晶セルの軸との 間の関係を相対的に 45 °にすることが望ましいから、この方向が垂直であるこ ともできる。この 45 °の関係を、スイッチ11のそれぞれの軸41、42によ って示してある。実際に、これらの軸41、42は一方の液晶セルの軸と、第2 の液晶セルの軸とを表し、これら2つの軸を光学的に直列に配列してプッシュプ ル技法で動作させることができる。方解石結晶30の軸43、44は水平及び垂 直に示されている。しかしながら、実際には垂直軸は紙面に垂直な方向に向いて おり、実際にはこれはその軸の投影が垂直に現れているのである。代替として、 または付加的に、水平軸が紙面に垂直に向くようにしても差し支えない。これら の軸の投影は、スイッチ11の軸41、42に対して 45 °であることが好まし い。本発明に関連して使用されているいろいろな構成要素の軸の上記相対的な向 きは例示に過ぎず、特定の型の動作を得るためには他の配列も使用できることは 理解されよう。しかしながら、上述した理想的な、簡易化した場合には、上述し た関係が使用されることになろう。また、特定の軸の実効的な向きを調整するた めに補償できることも理解されよう。前述したようにこの補償は、複屈折材料、 1/4 波長板その他の波長板等を使用して行うことができる。 複屈折スイッチ11の軸が、例えば軸ライン41、42によって表されている ように±45°であるか否か、及び方解石30または他の二重屈折材料10のそれ ぞれの軸43、44が複屈折スイッチの軸に対して±45°(そして、偏光面40 に対して平行または直角)であるか否かが、ディザされた光信号がディザされな い信号に対して、上、下、左、または右へ運動するか否かを決定することが理解 されよう。もしスイッチ11がツイステッドネマティック液晶セルであれば、軸 40は液晶セルの軸の1つに平行または直角にすることができ、方解石30の向 きは、図4Aに40で示されている光の偏光面に対して図4Cに示すようである ことができる。 説明中の軸の配列が単なる例示に過ぎないことは理解されよう。二重屈折また は他の機能的に等価な材料またはデバイスによって選択的にディザリングを遂行 できるように、スイッチ11(その構成要素がどのようなものからなっていよう とも)の整列は、スイッチがディスプレイシステム3,13(例えば、以下に説 明する他のものも)内の光の特性を変化させることができることが好ましい。二 重屈折材料の向きは、選択的なディザリングを、それに入射する、及び/または それを透過する光の、二重屈折材料に対する光学的特性に依存させるようにする ことができる。 1/4 波長板、他の波長板等を、電気光学ディザリングシステム1及び/または 光ディスプレイシステム3または13等内に使用される光路に沿う光の結合と共 に使用することができる。また、これらの波長板は、本発明に使用されているい ろいろな構成要素及び光路及び/またはスイッチ11内で発生する光結合の性質 に依存して、面偏光の光を円偏光の光に、またはその逆に変換するのに使用する ことができる。 図5A、5B、及び5Cは、本発明による電気光学ディザリングシステム(E DS)1を、説明中のシステム3、13等に、及び他のディスプレイシステムに も使用するために、その動作を示すものである。例えばCRTからの光4は、偏 光子12によって水平に偏光されている。矢印50は、その矢印50内に黒丸で 示してあるように水平偏光を表している。スイッチ11は前記特許に開示されて いる型(これらの型を「表面モード」または「πセル」液晶デバイスということ がある)の複屈折液晶セルである。スイッチが高電圧状態にあると、それは光5 0の偏光状態に影響を与えない。従ってスイッチ11を出た光51も水平偏光( 例えば、紙面に垂直方向)を有している。光51は二重屈折材料(複屈折材料)1 0へ進入し、何等偏向されずに透過して矢印5aの位置から、そしてその方向に 出力光52として供給される。 図5Bにおいてはスイッチ11は低電圧状態にあり、光50の偏光面を好まし くは 90 °、即ち垂直面内へ旋回させる(光51に関連する垂直矢印53で示し てある)。垂直に偏光された光は二重屈折材料10へ進入してその経路が物理的 に変位され(破線54)、矢印5bの位置から、そしてその方向に出力光52と して供給される。 図5Cの電気光学ディザリングシステム1は、スイッチ11が高電圧にある時 (偏光面の旋回は生じない)の矢印5aの位置と、スイッチ11が低電圧状態に ある時(偏光面が旋回する)に発生する矢印5bの位置との間で選択的にスイッ チする光出力52を有するように示されている。図5Cに示されているように、 矢印5aによって表されている光は水平に偏光され、矢印5bによって表されて いる光は垂直に偏光されている。選択的に付勢及び滅勢する、または少なくとも スイッチ11を上述した光の偏光特性をスイッチさせる2つの電圧状態の間で動 作させることによって、出力光信号52の位置を矢印5a及び5bによって表さ れている位置の間でスイッチさせることができる。 図6に示す変更された光デバイスシステム60は、上述した電気光学ディザリ ングシステム1を出力偏光子(分析器)12’と組合わせて使用している。分析 器12’は直線(面)偏光子、またはそれに入射する光の偏光面の方向、円偏光 等のような特性を弁別できる他のデバイスであることができる。電気光学ディザ リングシステム1の部分は、以下に説明するように、上述した方解石材料のよう な複屈折材料10、上述した液晶セルデバイスの1つのような、または他のデバ イスであるスイッチ11を含む。 入射光4は、CRT 2、または偏光されてない光出力を供給する他のデバイ スのような光源またはイメージ源から受けられる。複屈折材料10上に入射する この偏光されてない光は2つの成分61、62に分割される。光成分61は水平 に偏光されており、偏向または屈折されることなく複屈折材料10を直接透過す る。光成分は垂直方向に偏向されており、図6に示されているように、その方向 が変化する(経路が偏向される)ように屈折される。 本明細書の所々に使用されている「方向」は、相対的であり、そして例示的で あることを意味し、そして例えば水平及び垂直は直交関係にあることを意味して いる。方向は例示的であり、本発明の説明及び理解を容易にするために使用され ているのである。 黒丸63及び矢印64によってそれぞれ方向が表されている水平に偏光された 光成分61及び垂直に偏光された光成分62は、スイッチ11上に入射する。ス イッチ11から、光成分61、62は分析器12’上に入射する。分析器12’ の透過軸に平行な偏光方向を有する光成分は分析器を透過し、他の光成分は阻止 される。スイッチ11が偏光面の旋回を伴わずに光を透過させる動作状態にある のか、またはそれを透過する光の偏光面を旋回させる動作モードにあるのかに依 存して、光成分61、62の一方、または他方は矢印5a、5bの1つによって 表されるそれぞれの位置において分析器12’を透過する。 例えばCRT 2、または液晶ディスプレイ20における本発明の使用例を図 7に示す。ディスプレイ2、20は、ある固定された数のラスタライン、または ピクセルの行の解像度を有しており、これらは例えば 60 回/秒のように周期的 に更新される。 ディスプレイの速度が例えば2倍になり、120 回/秒に増加してラスタライン 及び/またはピクセルの行を再走査するものとする。スイッチ11は、例えばラ スタイメージを例えば位置5a及び5bへ交互に変位させ、また変位させないよ うに、ディスプレイ(CRT 2または液晶ディスプレイ20)のスイッチング と同期させることができる。この同期は、消去パルスまたは他の信号に対してで あることができる。 このシフティングまたは変位の量は、上述したように、変位したラスタライン (または、ピクセル行)が変位してないラスタライン(ピクセル行)と互いに組 合うように調整することができる。変位した及び変位してないラスタ(ピクセル 行)上の情報は相補情報を輸送するように選択されるので、光ディスプレイシス テム3または13によって表示される全イメージの解像度は2倍に増加する。こ の同じ技術を使用すれば、液晶ディスプレイ(またはCRT、例えばシャドウマ スクが電子の透過を阻止している場合)内の隣接ピクセル間のデッドスペースを イメージでカバーしたり、または能動マトリクスアレイの部分のような液晶ディ スプレイの導体、または電気接続、または構成要素が位置している(通常は隣接 ピクセル間に位置している)領域をカバーすることができる。 普通、ディスプレイは奇数及び偶数の両ラスタラインをカバーするために 60 回/秒でリフレッシュまたは更新される。しかしながら、リフレッシュまたは更 新レートを 120回/秒に増加させ、そしてその時間の一部の間に出力イメージま たは光信号の位置を移動させる電気光学ディザリングシステムを使用することに よって、本質的に奇数及び偶数ラスタラインが移動していない時に 60 回/秒の リフレッシュまたは更新を行い、移動した時に 60 回/秒のリフレッシュまたは 更新を行うことができる。ここに、更新またはリフレッシュ回数またはレートは 例示に過ぎず、他の回数またはレートを使用しても差し支えない。 図7では、ディスプレイ2はCRTであるとしており、前面70は複数の奇数 ラスタライン及び複数の偶数ラスタラインを有している。CRTディスプレイ2 の動作中、始めに奇数ラスタラインが走査されて第1のサブフレーム(フィール ド)が発生される。次に偶数ラスタラインが走査されて第2のサブフレーム(フ ィールド)が発生される。第1及び第2のそれぞれのサブフレーム(フィールド) 中に発生した情報は相補であるといい、一緒になってイメージ(フレームまたは イメージということがある)を完成させ、見ることができるようになる。1つの サブフレームの発生と次のサブフレームの発生との間の時間は、観測者(見る人) の眼が第1及び第2のそれぞれのサブフレームイメージを統合して1つの完全な (複合)イメージとして見るように十分に高速である。同様に、本発明の原理を 使用すれば、実際に付加的な相補イメージ情報を発生するように、隣接するラス タライン間の間隔を走査することができる。つまり、例えば第1のサブフレーム 中に奇数ラインを走査し、第2のサブフレーム中に偶数ラインを走査し、第3の サブフレーム中に(但し、このサブフレーム中には電気光学ディザリングシステ ム1が動作し、イメージをそれぞれ隣接する対の奇数及び偶数ラスタライン間の 空間へ移動せしめている)奇数ラインを走査し、そして最後に第3のサブフレー ムと類似する第4のサブフレーム中に(電気光学ディザリングシステム1が光出 力を移動させ、奇数及び偶数ラスタラインのそれぞれの対の間に移動したイメー ジを発生させている)偶数ラスタラインを走査することができる。このようにす ると、CRTディスプレイ2の相対的に隣接するラスタライン(走査線)間の解 像度または空間を増加させることなく、光ディスプレイシステム3が発生する出 力イメージの解像度が増加する。同じような技術を使用してピクセル、ピクセル 行等の実効数を増加させ、液晶ディスプレイ20の解像度を増加させることがで きる。 図8及び9に、本発明の電気光学ディザリングシステム1を使用した自動立体 映像ディスプレイシステム80を示す。自動立体映像ディスプレイの原理は公知 であり、ここでは詳細な説明は省略する。しかしながら、自動立体映像ディスプ レイ効果を得る技術を以下に述べる。 自動立体映像ディスプレイ80には、光出力4を発生して直線偏光子12へ供 給するCRTディスプレイ2が存在している。直線偏光子12からの面偏光され た光は電気光学ディザリングシステム1へ供給される。電気光学ディザリングシ ステム1は、表面モードデバイス(表面モード液晶セル)スイッチ11及び二重 屈折材料(複屈折材料)10を含んでいる。電気光学ディザリングシステム1の 出力に円筒形レンズアレイ81が存在している。円筒形レンズアレイは、公知の ように、光を人の眼82、83に向けて、または光を検出、または「見る」こと ができる他のデバイスへ導くために、ある適切な配列またはパターンに位置して いる複数の円筒形レンズを含んでいる。左眼イメージを左眼82へ供給し、右眼 イメージを右眼83へ供給することによって、自動立体映像ディスプレイシステ ム80を見ている個人は、三次元即ち立体映像効果を見ることができる。 本発明の電気光学ディザリングシステム1を、CRTディスプレイ2、液晶デ ィスプレイ20、または他のディスプレイのようなディスプレイ源と組合わせて 使用すると、左眼及び右眼イメージを得るための光ビームの舵取り(ステアリン グ)を達成することができる。従って自動立体映像ディスプレイシステムを容易 に、且つ安価に得ることができる。 図9に、自動立体映像効果のためのビームを舵取りする技術を示す。光の上に 矢印及び黒丸で表されている偏光されてない入射光4は、面偏光子12上へ入射 する。代替として、面偏光された光を液晶ディスプレイのようなイメージ源、ま たは光源から供給することができる(偏光子12は省略することができる)。何 れの場合も偏光子12から出る光は、図9に示すように、例えば水平面内に面偏 光されている。この光はスイッチ11へ進入し、そこから光は二重屈折材料10 へ進入し、透過する。スイッチ11がそれを通って透過する光の偏光面を旋回さ せるのか、または偏光面を旋回させないのかに依存して、二重屈折材料10はそ れを通って透過する光を偏向させるか、または偏向させない。スイッチ11が偏 光面を旋回させず、二重屈折材料10の上述した整列が与えられている場合には 、光は偏向されずに光線90として材料10を直接透過する。光線が、円筒形レ ンズアレイ81の円筒形レンズ92と、空気のような外部環境93との界面91 を透過する時、光は矢印94の方向に屈折して観測者(見る人)の左眼82へ向 かう。矢印94の方向に走行する光90は、いわゆる水平方向に、即ち紙面に垂 直 な方向に偏光され続ける。 しかしながら、スイッチ11がそれを通って透過する光の偏光面を旋回させる と、上述したように二重屈折材料10は光を偏向させて光95を発生させる。光 95はレンズ92の界面91の異なる位置へ向かって走行する。光95は界面9 1において屈折し、観測者の右眼83に向かう矢印96の方向に曲げられる(偏 向される)。この光95は垂直偏光されている。即ち、光95の偏光面は、図9 の紙面と平行である。 自動立体映像ディスプレイ80の動作中、例えばディスプレイ2(20)によ って左眼イメージ及び右眼イメージが順次に発生される。左眼イメージが表示さ れた時にはスイッチ11は偏光面を旋回させず、光90は矢印94の方向へ走行 して観測者の左眼82に到達する。右眼イメージがディスプレイによって発生し た時にはスイッチ11は偏光面を旋回させ、従って材料10は光を光95として 偏向させ、矢印96の方向へ屈折させて観測者の右眼83へ向かわせる。この説 明の便宜上、材料10及びレンズ92を作っている材料の屈折率が同一、または ほぼ同一であるとし、それらの間の界面におけるさらなる屈折を回避しているこ とを理解されたい。しかしながら、もしそこに屈折が存在するのであれば、当業 者ならば、この屈折を斟酌できることは理解されよう。 図10及び11に、液晶ディスプレイ100を含むディスプレイシステム99 を上面図及び上断面図で示す。このディスプレイシステム99は説明したディス プレイ3、13等のような幾つかの他のディスプレイシステムと類似している。 LCD 100は、それぞれの行102内に配列された複数のピクセル101、 及びそれぞれの行間及びディスプレイ100の縁104に存在するデッドスペー ス103を有している。図11に示すように、液晶ディスプレイ100は、能動 マトリクスアレイ106が配置されているサブストレート105を含んでいる。 公知のように液晶ディスプレイは、別のサブストレート107、液晶材料109 が配置されているサブストレート間の空間108、サブストレート間の空間を閉 じているシール110、及び適切な駆動回路(図示してない)を更に含む。図11 に矢印で示してある光120は光源121から供給され、液晶ディスプレイを選 択的に透過するか、または通過しない。光120は、光源121と液晶ディスプ レイ100との間に配置されている面偏光子122によって面偏光され、公知の ように分析器123に対するその偏光面の関数として透過したり、透過しなかっ たりする。サブストレート107上の電極124、及びサブストレート105上 の能動マトリクスアレイ106のそれぞれのトランジスタ及び電極は、それぞれ のピクセル101の箇所において液晶材料109に電界を印加したり、しなかっ たりし、光120の偏光面が旋回したか否か、従って分析器123を通して光を 透過させるのか、透過させないのかを決定する。 分析器123を通って透過した光120は、電気光学ディザリングシステム( EDS)1上に入射する。電気光学ディザリングシステムは、上述したように位 置5a、5bへ光120の位置を移動させないか、または移動させるように動作 することができる。もし位置5a、5bにおける光信号が前述したように相補で あれば、図11に示す光ディスプレイシステム99の解像度を増加させることが できる。更に、この増加した解像度の一部として、トランジスタ131及び/ま たは能動マトリクスアレイ106内の光透過性ではない他の構成要素が位置して いるデッドスペース103を、例えば移動した光5bによって実効的にカバーさ せることができる。このように、上述したディスプレイシステム99内の電気光 学ディザリングシステム1を使用すれば、ディスプレイの総合解像度を改善しな がら、能動マトリクスアレイの光阻止部分、導体の光阻止部分等を実際に打破ま たは解消することができる。 図10及び11に示す部分は相対的に水平の関係にあり、ディザリングは垂直 方向である。代替として、ディザリングを水平方向にするか、または、もし望む ならば、複数の電気光学ディザリングシステム1を光学的に直列に使用して、垂 直ディザリング及び水平ディザリングの両方を遂行することができる。 LCD 100は、比較的高速でターンオン及びオフするように動作すること が好ましい。このような高速動作LCDと、EDS 1とを組合わせて使用すれ ば、情報の1つのサブフレームのそれぞれのラインをLCDのそれぞれのピクセ ルの行によって表示することができ、次いで次のサブフレームの飛び越しライン をLCDの同一のそれぞれのピクセルの行によって表示することができる。 LCD 100のための光源は、光出力をパルスで、または順次バーストで発 生する脈動源であることができる。この場合、光源の光パルスまたはバーストを LCDと、及び/またはEDS 1と、同期させることが望ましい。このように すると、LCDのそれぞれのピクセルは、光源が所望の光出力を発生している時 に光を透過または阻止するようになる。光源が光透過または光阻止状態の間で移 行する時間の長さは短縮することができ、好ましくは最小にされる。また、LC Dは、光源が光のバーストまたは所望の光出力を発生していない時にではなく、 その意図された光出力を発生している時に、光を透過または阻止するように動作 する。これは、出力イメージのコントラストを増加させるようになる。それは、 光が脈動している時(例えば、光発生状態から発生しない状態へ、またはその逆 に状態を変えている時)には、シャッタ素子(LCD 100)は状態を変えな いからである。 EDS 1及びLCD 100は同期させることが好ましい。このようにする と、LCDはEDSが一方の状態にある一方のサブフレームから情報の走査線を 発生し、LCDはEDSが他方の状態にある他方のサブフレームから情報の走査 線を発生して、一方のサブフレームのラインは他方のサブフレームのラインと交 互配置される。光源が光出力を発生していない間に、または最適ではない光出力 を発生している時にEDSが状態を変化させるように、EDSと脈動型光源とを 同期させることもできる。これは、ディスプレイシステム3、13、99のコン トラストを更に強調する。 上述した同期を得るために、いろいろな回路を使用することができる。2つの 例をそれぞれ図12及び13に示す。図12に、ディスプレイシステム140を 示す。ディスプレイシステム140においては、源141からの消去パルスがL CDバッファ142及びEDSバッファ143へそれぞれ供給され、それらの動 作を同期させる。例えば図10及び11に示すような、例えばLCD 100の ピクセルの光透過状態または光素子状態を指示するライン144からの実際の情 報信号が、LCDバッファ142へ供給される。しかしながら、これらの情報信 号は、消去パルスと適切に統合または同期するまでLCD 100には供給され ない。EDS 1はEDSバッファ143に接続されていて、ライン145か駆 動信号を受け、LCD 100からの光出力をディザさせるか、またはさせな いようになっている。EDSバッファは源141からの消去パルスも受けており 、EDSへの信号の供給を、これらの消去パルス及び/またはLCDバッファの 動作、及びLCDへ供給される情報信号と同期させる。バッファ142、143 は、消去パルスに対するそれらの適切に時間合わせされた動作によって互いに同 期させることができる。または、代替として、バッファを互いに直接結合してそ れらの動作を同期させ、それによりディザリング機能をピクセルのスイッチング 、またはLCDへの情報の書き込みと統合させることができる。 同期の別の例として図13に示すディスプレイシステム150では、例えば脈 動光源121が電源151から脈動電力を受けるようになっている。電源151 からの脈動電力の特性を表す信号は、LCDバッファ142及びEDSバッファ 143へ供給される。上述したように、これらのバッファはそれぞれライン14 4、145上の情報及び電力信号を受けている。LCD 100及びEDS1を 互いに、及び/または脈動光源に対して同期させることによって、光源が重要な 光出力を発生していない時に、LCDは新しい情報がそれに書き込まれるにつれ て状態をスイッチすることができ、そして/または、光源が輝く出力を発生して いない時に、及び/またはLCDがディスプレイ状態をスイッチングするプロセ スにない時に、EDSは光を直接透過させる状態から光をディザして透過させる 状態へスイッチすることができる。 2つの例にしか過ぎないが、以上が本発明のいろいろなディスプレイシステム 及び実施例に有用な同期の例である。当業者ならば、所望の同期を得るために他 の多くの型の同期技術を使用できることが理解されよう。 例えばCRTディスプレイにおけるようにそれぞれのラインの完全な交互配置 (飛び越し)及び分離を得ることが望ましいかも知れないが、例えばラインを完 全に分離させることはないがそれでも重なりの量を減少させるような、完全な飛 び越しよりは少ない変位の量でも、上述したジッタは減少する傾向があり、LC Dの光出力が改善される。 飛び越しまたはディザリングは、例えばCRT、LCD、または他の型のディ スプレイのようなディスプレイのピクセルから出力として発生される光信号の垂 直変位(光出力信号の位置を変える)、水平(横方向)変位、及び/または対角 変位を遂行するのに使用することができる。変位の方向は、光システムのいろい ろな構成要素の向きに依存する。例えば、図4A、4B、及び4Cに示す構成要 素の軸の向きを有している図1のEDSでは、垂直変位が発生する。しかしなが ら、軸の相対的な向きを 45 °または 90 °変化させることによって、例えばス イッチ11の状態の関数としての変位を対角または水平に変化させることができ る。 EDS 1を、例えばLCDのようなディスプレイと組合わせて光信号の垂直 変位に使用すると、上述した技法でディスプレイの解像度を2倍にすることがで きる。従ってある意味では、EDSは、ディスプレイシステムの解像度の水平ラ インの数を2倍にする光ラインダブラーになる。しかしながら、ディスプレイシ ステムに垂直及び水平の両方の変位機能を使用することによって、EDSを用い ないディスプレイの動作に対して、ディスプレイは事実上4倍までの解像度を得 ることができる。 図14及び15A−15Eを参照する。EDSシステム201はディスプレイ 202と共に使用される。ディスプレイシステム203で示されている実施例で は、ディスプレイ202はLCDである(他の型のディスプレイを使用しても差 し支えない)。図14及び15A−15Eにおいては、上述した実施例における ものと同一の、または類似の部分の参照番号の百位を2にしてある。即ち、ディ スプレイシステム203は、上述したディスプレイシステム3、13、99等に 類似しているのである。 しかしながら、ディスプレイシステム203のEDSシステム201は、2つ のEDS部分201v及び201hを含んでおり、これらは、それらを透過する 光信号の垂直及び水平変位が得られるように動作することができる。各EDS 201v、201hは、それぞれ、二重屈折材料210v、210h、及びスイ ッチ211v、211hを含んでいる。例えば、各二重屈折材料は方解石結晶で あることができ、また各スイッチは表面モード(複屈折)液晶セルであることがで きる。ディスプレイシステム203内の光信号の源は、フラットパネル液晶ディ スプレイ202であるが、他の型のディスプレイも使用できる。LCD 202 は面偏光された光出力を供給する。従って、図示したディスプレイシステム 203の実施例では、例えば図1の偏光子12のような分離した偏光子を不要に することができる。システム203は2つのEDSデバイスまたは部分を使用し ているが、本発明の原理によれば、水平及び垂直変位だけではなく、別の方向で の変位さえも得るために、2つより多くのEDS部分を使用できることは理解さ れよう。 ディスプレイシステム203のそれぞれの構成要素の軸の相対的な向きを図1 5A−15Eに示す。図15Aに示すように、水平の偏光面を有する面(直線)偏 光された光がLCD 202によって供給される。垂直変位EDS 201vに おいては、図15Bに示す複屈折液晶スイッチ211vの軸は、源203からの 光の偏光面に対して 45 °に配向されている。図示実施例では、実際の向きは例 えば垂直に対して−45°である。図15Cに示すように、二重屈折材料210v の軸の投影は垂直である。水平変位EDS 201hにおいては、複屈折液晶ス イッチ211vの軸は垂直に対して+45°に配向され(図15D)、二重屈折材 料210hの軸の投影は水平である(図15E)。実際の整列は、液晶スイッチ 内の残留複屈折を受け入れる、または補償するために、及び/または、他の目的 のために、図示したものとは僅かに異なることができる。また、もし望むならば 、1またはそれ以上のEDSデバイス201v、201hと共に波長板及び/ま たは他の光学構成要素を含ませて、残留遅延及び/または他の要因を補償するこ とができる。 ディスプレイシステム203は4つの異なる状態で動作させることができる。 図14のEDS 201v、201hが共に光を変位させていない図16Aに示 す1つの状態においては、ディスプレイ源202からの光は変位されずに透過す る。これは、複屈折スイッチ211v、211hが高電圧にあって、それぞれ偏 光を旋回させない状態及び偏光の旋回が低い状態にあると発生する。EDSデバ イス201vは光を変位させ、201hが光を変位させない図16Bに示す第2 の状態においては、ディスプレイ源202からの光を透過させながら水平方向に 変位させるが、垂直方向には変位させない。これは、両複屈折スイッチ211v 、211hが高電圧にあり、偏光を旋回させない状態にあると発生する。両ED Sデバイス201v、201hが光を変位させる図16Cに示す第3の状態では 、 ディスプレイ源202からの光は水平及び垂直の両方向に変位されながら透過す る。これは、両複屈折スイッチ211v、211hが低電圧にあって偏光を旋回 させる状態であると発生する。EDSデバイス201vが光を変位させ、201 hが光を変位させないような図16Dに示す第4の状態では、ディスプレイ源2 02からの光は垂直には変位させられるが、水平には変位させられずに透過する 。これは、EDS 211vが低電圧にあって偏光を旋回させる状態にあり、複 屈折スイッチ211hが高電圧にあって偏光を旋回させない状態にあると発生す る。 図17に、図16A乃至16Dに示したディスプレイ状態の複合を示す。比較 的高速で動作するLCDをディスプレイ源202として使用し、また2つのED Sデバイス201h、201vを上述したように同期させ、動作させることによ って、ピクセルは先ず図16Aに示すように、次いで図16Bに示すように等々 観測者の眼がそれぞれのイメージを統合する程十分に迅速に表示され、図17に 示すようなピクセル密度を有する高解像度のイメージを得ることができる。上述 したようにディスプレイシステム203を使用して解像度を最適に改善すると、 ディスプレイ202の解像度をほぼ4倍に増加させ得ることが理解されよう。 以上のように、それぞれのスイッチ211v、211hは、ディスプレイ20 2からの光信号を、垂直移動または変位、及び/または水平移動または変位させ るために、上述した動作を制御可能なように得るための表に従って動作させるこ とができる。他の表記法を使用することはできるが、ここでは「高」は偏光を旋 回させないように電気的に作動させることを意味し、「低」は偏光を旋回させる ように電気的に作動させることを意味している。 本発明では、スイッチ及び二重屈折材料は光学的に実質的に透明である。従っ て、これらの構成要素が光を吸収することはない。これらの構成要素を、例えば ディスプレイシステム203内に使用しても、通常はディスプレイ出力の輝度を 大きく低下させることはない。ディスプレイシステム3、13、99、203等 が供給する視野の中に、2またはそれ以上のイメージが順次に配置されるが、デ ィスプレイ出力の輝度は減少せず、却ってイメージ解像度を増加させることがで きる。 他の型の複屈折材料及び/またはデバイスを、上述した方解石材料二重複屈折 デバイスの代わりに、またはそれに加えて使用することができる。例えば、他の 型の結晶材料及び/または無機質を使用することができる。このような二重屈折 材料による屈折されない光信号と屈折した光信号との変位の量は、二重屈折材料 の屈折率特性、二重屈折材料の外部環境の屈折率、光信号の波長、及び光信号が 二重屈折材料内を走行する距離に依存しよう。 構成要素10として本発明に使用できる別の二重屈折材料は、例えば液晶材料 である。ネマティック液晶材料及びスメティック液晶材料のような液晶材料は、 複屈折性であることができ、使用することが可能である。他の型の複屈折液晶材 料も使用することができる。液晶材料を特定の構成及び向きに配置し、配向させ ることによって、光の屈折を伴う、または伴わない光の透過を、光の電気ベクト ルの方向、例えば面偏光された光の偏光面に依存させることができる。 このような二重屈折材料として、ポリマ液晶が特に有用であり得る。このよう な材料は比較的大きい複屈折性を有することができると共に、その液晶材料の構 造の向きを維持する個体材料に形成できるからである。ポリマ液晶材料は公知で ある。 しかしながらもし二重屈折材料が、例えば電界のような規定された入力の印加 (またはこのような電界の除去、または電圧または電界の他の特性の変化)に応 答して、構造の向きまたは秩序をスイッチすることができる液晶材料であれば、 2つのEDS構成要素の機能を、単一のスイッチ可能な液晶シャッタ型デバイス に置換することができる。この場合、液晶シャッタは、それを透過する光を所与 の量だけ屈折させる1つの屈折率または複屈折特性と、このような光を屈折させ ないように複屈折性を有していないか、またはこの光を異なる量だけ屈折させる パラメタを有している異なる屈折率特性とを与えることができる。 液晶デバイス202’に関連して1対のスイッチ可能な液晶セル270、27 1を使用したディスプレイシステム203’の実施例を、図18及び19に示し てある。各液晶セル270、271は、複屈折または二重屈折材料210h、2 10v、及びスイッチ211h、211vの組合わせとして機能する。液晶セル は、例えば1対のガラス板の間にネマティックまたはスメティック液晶材料を使 用した複屈折液晶セルのように整列させることができる。これらの板は液晶がね じれることなく両板においてほぼ同一の方向に整列するように処理されており、 従ってセル全体にわたって整列している。液晶材料は、所望の複屈折特性を得る ために、例えば 45 °に傾斜させることが好ましいが、傾斜させても所望の複屈 折特性を得るために、液晶構造の軸の投影がそれへの入射光の偏光面と同一の面 内にあるようにする。ディスプレイシステム203’の軸の配列例を図19に示 す。 それぞれの液晶セル270、271への電気駆動信号を変化させることによっ てそれらの屈折率特性を変化させることができ、その結果、それらを透過する光 信号の位置を変化(ディザ)させることができる。例えば、光が液晶の常屈折率 は経験するが、複屈折には遭遇しないように構造的に整列された液晶を有する液 晶セル270上に入射する面偏光された光の場合、光は屈折を受けることなく液 晶セルを直接透過する。しかしながら、もし、光が異常屈折率を、従って複屈折 を経験するように液晶が構造的に整列していれば、光は液晶材料とガラス板等( 液晶セル270の一方の側において一方の表面を形成している、または一方の表 面にある)との界面において屈折し、更に液晶と液晶セルの他方の表面にあるガ ラス位置等との界面においても屈折し、液晶セル270上に入射する光と平行で はあるが、入射光の透過軸の延長からは変位するようになる。 以上のように、例えば付勢及び滅勢により、または付勢レベルの変化により選 択的に動作させることによって液晶セル270、271は、ディスプレイシステ ム203’からの光信号出力の位置を変化させることができる。液晶は、それを 透過した光に、上述したように常または異常屈折率の軸及び適切な複屈折特性を 呈示するように整列しているべきである。もし液晶セル270を1つだけ使用す るのであれば、光信号を1つの面または方向に前後に変化させることができる。 もし2つの液晶セル270、271(例えば、セル270と類似のもの)を使用 し、それらの軸が平行でないように配列すれば、光信号を2つの面または方向に 前後に変化させることができる。このような平行ではない整列は、上/下ディザ リング及び左/右ディザリング関係を得るように垂直整列であることができる。 液晶セル271上に入射する光の偏光面はそのセルの軸に平行であるから、半波 長板272を液晶セル270と271との間に配置して液晶セル270から出る 光の偏光面を旋回させることができる。例えば、半波長板の軸を偏光面に対して 45 °、即ち 90 °の所望の旋回の半分に配向することができる。図18及び1 9に示されている偏光子12はディスプレイからの光の偏光の質を保証するのを 援助するが、もしディスプレイからの出力の偏光の質が十分であれば(例えば、 その中に含まれる偏光されていない光の量が最小であれば)、この偏光子は省略 することができることは理解されよう。 EDS 1 201は、単色または多色のディスプレイシステム3、13、9 9、203、203’に使用することができる。例えば、単色ディスプレイシス テムのための動作は上述した通りである。赤、緑、及び青(rgb)のような多 色のための動作をする一実施例では、ディスプレイシステムは上述した型の動作 を各カラー毎に使用することができる。このようにすると、1つのカラーまたは カラーのグループをあるカラーディスプレイのそれぞれのピクセルが表示する時 に、光信号出力は上述したように変位させずに、または変位させて透過させるこ とができる。図20に示すように、例えばディスプレイ202に類似のディスプ レイ202’の一部は3つの代表的な隣接するピクセル三元素281、282、 283を含み、各々は赤、緑、及び青ピクセル部分を含んでいる。ディスプレイ 202’はそれぞれの赤、緑、及び青フレームまたはイメージが時間シーケンス で発生するようなカラーフレーム順次モードで動作させることができる。この場 合、最終イメージが赤光を持つことを望むのであれば、それぞれのピクセル三元 素281、282、283等の全ての赤ピクセルは赤であり、次いでイメージの 緑の、そして青のピクセルが作成される。代替として、それぞれの三元素のそれ ぞれの赤、緑、及び青ピクセルは、それぞれのカラーを同時に表示することがで きる。何れの場合も、EDS 1 101等を使用する本発明の原理を使用して 上述したように出力イメージの解像度を増加させることができる。 しかしながら、特にもしディスプレイがカラーフレーム順次モードで動作して いれば、EDSは、多色ディスプレイのカラーフレームの全てより少ないフレー ムを選択的にディザ(変位)させる目的のために使用することができる。例えば ディザリング機能は、ディスプレイ3、13、99、293’、200’の緑光 信号(緑フレーム中に発生した光)を選択的に変位させたり、させなかったりす るように使用することができる。しかしながらEDSは、他のカラーフレームの 1つまたは両方の間は選択的に光信号をディザさせないように使用することもで きる。人の眼は、赤または青光よりも緑光に敏感であるから、緑光信号を選択的 にディザするだけで多色ディスプレイの見掛けの解像度を大幅に強調することが できる。もし望むならば、青信号を選択的にディザさせずに緑及び赤光信号を選 択的にディザさせることができる。このようにすると、多色ディスプレイの見掛 けの解像度は、緑光信号だけを選択的にディザするよりも一層増大するようにな る。人の眼は、赤または緑光ほど、青光に対して敏感ではないから、総合イメー ジの青光または青フレーム成分の解像度は本発明のディザリングによって強調さ れないという事実が、複合多色出力イメージの解像度を大幅に低下させるもので はない。要求されるディザリングの量を減少させることによって、本発明に使用 される電子駆動及びタイミング回路の複雑さ、及び/または費用を減少させるこ とができる。 図21及び22A−22Fは、セグメント化されたディスプレイシステム40 3を使用する本発明の動作の時間シーケンスを示す概要図である。図22Aは1 つの時間期間におけるディスプレイシステム403の出力動作を表している。図 22Bは次の時間期間における動作を表している、等々である。図21及び22 A−22Fでは、上述した部分に対応する種々の部分は、百位に4を付した同一 番号で識別してある。従って、ディスプレイシステム3、13、99、203、 203’等は、図21及び22A−22Fでは例えば403で示されている。 図21及び22A−22Fのディスプレイシステム403の面470は、3つ の分離したセグメント470a、470b、470cに分割されている。より詳 しく述べれば、ディスプレイ402は、上述した幾つかの実施例と同様に、CR TまたはLCD 2、20、102等を含み、例えばディスプレイと見る人との 間には少なくとも1つの、そして多分幾つかが直列にされた電気光学ディザリン グシステム1、11、21、101が存在している。ここでは、説明を簡易化す るために、ディスプレイシステム403が1つのEDSだけを有しているものと する。 EDS 401は、例えば二重屈折材料410及び表面モード液晶セルのよう なスイッチ411を含んでいる。しかしながら、スイッチ411は、それらの光 特性を変化させるために別々にアドレスできる幾つかの領域に分割(セグメント 化)されている。図21及び22A−22Fでは、スイッチ411は3つの分離 したセグメント411a、411b、411cを有しているが、スイッチはより 少ない、またはより多いセグメントを有することができることは理解されよう。 各セグメント411a、411b、411cは、それを透過する光の偏光面の方 向を変化させたり、または変化させなかったりするように、別々に動作させるこ とができる。各セグメントが分離した液晶セルであることも、または各セグメン トが異なる部分を別々に動作させることができる電極配列を有する同一の液晶セ ルの部分であることもできる。 図22A、22B、22Cでは、それぞれ、(図21も参照する)情報の第1 のサブフレーム(フィールド)が、位置をディザまたは移動させられることなく 直接透過させるためにディスプレイ402の上側、中央、及び下側のセグメント (1/3の部分)402a、402b、402cに順次に書き込まれる。情報がデ ィスプレイ402の中央セグメントに書き込まれる時間の間、上側セグメントに 書き込まれた情報はフェーディングし、情報がディスプレイ402の下側セグメ ントに書き込まれる時間の間、上側セグメントに書き込まれた情報は実質的に完 全にフェードし終わり、中央セグメントがフェードし始める。 図22Dでは、第2のサブフレーム(フィールド)を表す情報の始まりがディ スプレイ402へ(始めにディスプレイの上側セグメント402aへ)書き込ま れつつある。図22Dの上側セグメント内のディザされた情報光信号は破線で示 されている。この情報は第2のサブフレームのためのものであるから、光信号出 力はディザ/変化されるようになっている。しかしながら、この時点には、ディ スプレイ402の中央セグメント402bによって呈示されるイメージまたは光 出力は完全にフェードしてしまってはいない。従って、もしディスプレイ402 全体の光出力をこの時点にディザさせれば、未だ中央セグメントに表示されてい る光情報または光出力信号は、正しくない位置へ移動することになる。この時点 における中央セグメントからの光信号のこの不都合な移動を回避するために、デ ィスプレイ402の上側セグメント402aだけをディザさせる。上側セグメン トの先行イメージがフェードしてしまった時に(実際には図22Cに表されてい る時間に発生する)上側セグメントを実際にディザさせることが好ましい。 図22Dによって表されている時間期間には、ディスプレイ402の中央セグ メントは完全にフェードしてしまっており、図22Eによって表されている時間 期間には、情報がディスプレイのディザされた中央セグメントへ書き込まれ、フ ェードしてしまった下側セグメントはディザされている。図22Fによって表さ れている時間期間には、情報がディスプレイのディザされた下側セグメントへ書 き込まれ、上側セグメントに先に書き込まれた情報は今はフェードしてしまって いるから、上側セグメントはディザされている。 上述したディスプレイシステム403の動作は、それぞれのサブフレームが順 次に表示される(例えば、これらのサブフレームからなる光信号がディスプレイ システムの出力として呈示される)につれて順次に継続されて行く。各サブフレ ーム中に、好ましくは、光信号を形成するための情報のラスタ、ライン、行等が あるセグメントのそれぞれのピクセルへ書き込まれる前にそのセグメントが既に ディザされていないか、またはディザされているように、異なるそれぞれの部分 またはセグメントを順次にディザする、またはディザしない。例えばそれぞれの スイッチ411a、411b、411cが1つの状態から他の状態へスイッチす る動作のようなディザリングまたは非ディザリングスイッチ動作も、セグメント への情報の書き込みの動作が遂行されるにつれて遂行することができるが、通常 は、光出力が表示されている間にディザリングまたは非ディザリング動作が開始 されるのを回避するために、セグメントが比較的空白である時に(例えば、そこ の情報がフェードしてしまってから)、ディザリングまたは非ィザリングを実行 する方が良い。 セグメント化技術は、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、または他の型 のディスプレイを使用するディスプレイシステムと共に使用することができるこ とは理解されよう。分割スイッチ411技術は、比較的遅い動作のLCDによっ てもたらされるアーチファクトを除去するのにも有用である。 更に、本発明のいろいろなEDS実施例、及びこれらのEDS実施例を使用す るディスプレイシステムは、ディスプレイシステムまたは光信号の輝度に実質的 に影響せずに、出力光信号を1つの位置から別の位置まで運動、移動、並進させ るように動作する。EDSの構成要素は一般的に光学的に透明であり、従ってこ れらはこれらを透過する光を比較的少い量だけ吸収するだけであるから、これら の構成要素は光強度を殆ど低下させることがない。従って、本発明の特色は、例 えば、出力光の輝度を低下させることなく解像度を増加させたり、光デッドスペ ースを実効的にカバーまたは減少させたりというような、いろいろな目的のため に使用することができる。 本発明の一面による受動ディザリングシステム500の概要を、図23の光デ ィスプレイシステム501内に示す。図示のように、受動ディザリングシステム 500は、直線偏光子506を組み込んだツイステッドネマティック(TN)を ベースとするフラットパネル液晶ディスプレイ504によって、またはCRTデ ィスプレイとディザリングシステム500との間に挿入された(偏光子506の ような)付加的な直線偏光子を有するCRTディスプレイによって発生させるこ とができるような、偏光された光の出力を発生するディスプレイ502と共に使 用される。ディザリングシステム500は、半波長板510によって分離されて いる方解石結晶材料のような1対の二重屈折または複屈折材料相508h、50 8vを含んでいる。1/4 波長板のような波長板512が、入射する面偏光された 光を相対的に直交する面偏光された成分に分離し、ディザリングシステム500 のための入力として複屈折材料508hへ供給する。受動ディザリングシステム 500の効果は、ディスプレイ内の固定パターン雑音を減少させることによって 、ディスプレイ出力の分解能を強調することである。受動ディザリングシ ステム500は、光ディスプレイシステムから同時に供給される出力ピクセルの 数を増加させることができる。 図24aは、受動ディザリングシステム500の機能を極めて一般化した例を 示しており、フラットパネル液晶ディスプレイ504の単一のピクセル520に よって作られるイメージ520aが光デッドスペース524によってディスプレ イ内の隣接するピクセル522から分離している様を表している。図24bに示 すように、複屈折材料508hはイメージ520aの二重イメージ520bを実 効的に作り、これらは例えば水平方向に変位またはディザしている。両イメージ 520a及び520bを受けている第2の複屈折材料508vは、図24cに示 すように、第1の対のイメージから垂直方向に変位した第2の対のイメージ52 0b、520cを作る。このようにして、例えばピクセル520のような単一の ピクセルが発生したイメージが、ピクセル522間の光デッドスペース(典型的 には、隣接するピクセルを電気的に分離し、回路及び電気的構成要素を受け入れ るためのスペース)を充填、または少なくとも充填を増加させることが可能にな る。換言すれば、受動ディザリングシステム500は、図示のようにディスプレ イ502の充填率を増加させる。従って、受動ディザリングシステム500は、 それぞれのピクセルを拡張または拡大する。図24a、24b、24cの例では 、ピクセル520aは、図24cに示すイメージ520a、b、c、dが占める 領域をカバーするように拡張乃至は拡大されたということができる。 もし望むならば、受動的にディザされたまたは作られたイメージ520b、c 、dが配置されている位置は、光デッドスペース524以外であるか、またはそ れに付加することができる。例えば、以下に更に説明するように、このイメージ は、例えば別のイメージまたはピクセルに重なるように、幾つかのイメージまた はピクセル、1または複数のイメージ及び光デッドスペースに重なるように配置 することができる。 光ディスプレイシステム501内の受動ディザリングシステム500の光学構 成要素の軸を配向させる考え得る手法の1つを図25aに示す。直線偏光子50 6または偏光されたディスプレイ出力は、図25bにピクセル520aで示すよ うに偏光システムまたはディスプレイから発したピクセルのイメージが垂直 方向に直線的に偏光されるように垂直に配向される。図25b−gに示すそれぞ れの矢印は、光の偏光の方向または面を表している。1/4 波長板512は、例え ば偏光子506からそれに入射する面(直線)偏光された光の偏光面に対してその 軸512’を 45 °に整列されている。この配列を用いると、1/4 波長板512 は入射する面偏光された光を円偏光された光に変換する。円偏光された光は、実 質的に2つの直交する(90 °の相差がある)面偏光成分520a’、520a” に分解することができる(このような分解を、図25cにピクセル520aにつ いて示してある)。直線偏光子506及び 1/4波長板512に対して配列されて いる複屈折材料508hは、偏光子506の面及び 1/4波長板512内へのその 光軸の投影508’が水平になるように、例えば偏光された光成分520a”に 対して平行に、そして偏光された光成分520aに対して垂直になるようにされ ている。半波長板510の軸510’は垂直に対して+22.5°に配向され、第2 の複屈折材料508vはその光軸508v’の偏光子506の面内への投影が垂 直になるように配向されている。しかしながら、この配列は、説明中のディザリ ングまたはピクセル拡張または拡大効果、及び/または類似の、または等価効果 を発生する構成要素の軸の多くの考え得る配列の一つに過ぎないことは理解され よう。 図25a−gは、受動ディザリングシステム500を通るイメージの経路をも 示している。システムを通るピクセルイメージ520aの経路について詳細に説 明する。図示のような向きを有する直線偏光子506は、ディスプレイ内のピク セルからのピクセルイメージの形状の光情報を透過させ、透過させた光を直線偏 光子の透過軸506’の方向に偏光させる。図25bの例示イメージの場合、光 は矢印520a’で示されている垂直方向に偏光される。 イメージ520aの偏光面は 1/4波長板512の光軸512’に対して 45 ° の角度をなしているから、1/4 波長板は面偏光された入射光を円偏光された光に 変換する。円偏光された光は面偏光された2つの光成分520a’、520a” (図25c)に分解する、または2つの光成分と見做すことができ、これらの光 成分の偏光面は直交し、90°の相差を有する位相を有している。複屈折材料50 8hへ供給される面偏光された光を、複数の成分(複屈折材料によって異な る作用をする、例えば図25a−gに示すように、または他の手法で作用する) に分割するために、他の手段または技術も使用できることは理解されよう。 図25c内のピクセル520aを表す光(複屈折材料508h上に入射する)の 若干の偏光面520a”は光軸508a’の面内にあり、例えば図1−6に関し て説明したように光軸508h’の傾斜に起因して複屈折を受けるから、この光 は複屈折材料によって屈折され、例えば図25dに示すようにピクセル520a から右へ変位した位置にピクセル520bを形成する。また、図25cのピクセ ル520aを表す光(複屈折材料508h上に入射する)の若干の偏光面520 a’は光軸508h’に垂直であるから、この光の経路は複屈折材料によって変 更されることはなく、ピクセル520aは図25dに示す位置にある。要約すれ ば、直交関係にある偏光成分が複屈折材料508hを通過する際に、偏光成分の 一方は屈折されて水平に偏向され、また他方の成分は影響を受けない。その結果 、複屈折材料508hは2つのイメージ、即ちその元の位置にあるイメージ52 0aと、水平方向に変位したイメージ520bとを発生し、これらのイメージは 互いに直交的に偏光している。 イメージ520a及び520bは受動ディザリングシステム500内の次の光 学構成要素である半波長板510を通過し、そこにおいて各イメージ520a及 び520bの偏光面が実効的に+45°旋回するので、各イメージの偏光面は図2 5eに示すようになる。図25eのピクセルイメージ520a、520bに関し て矢印520a''' 及び520b''' で表されている偏光は、図25fのピクセ ル520a、520bに関して矢印520a’、520a”、520b’、52 0b”で表されている偏光のベクトル等価である。図25fの2つのベクトル等 価偏光は第2の複屈折材料508vの光軸508v’に平行であり、2つは光軸 508v’に対して垂直である。複屈折材料508vの軸508v’に対する図 25fの各イメージ520a及び520bの偏光面のこれらの関係に起因して、 イメージ520a及び520bは、これらの成分が複屈折材料508vを通過す る際に直交偏光成分520c、520dに分解される。軸508v’を含む面に 平行な各イメージの偏光成分(520a’、520b''' )は屈折し、垂直に偏 向してイメージ520c及び520dを発生し、一方軸508v’(または、 その軸を含む面)に垂直な他の偏向成分520a”、520b’は影響を受けな い。その結果、元のイメージ520aは4つのイメージ520a、520b、5 20c、及び520dへディザされる。これらのイメージは実質的に等強度であ ることができる。 以上に受動ディザリングシステム500は、イメージを2つの方向、即ち水平 及び垂直に倍増させるものとして説明したが、受動ディザリングシステムはイメ ージを単一の方向だけに倍増させることも可能である。このようなシステムは、 偏光した、または偏光してない出力と共に使用される単一の複屈折材料を含み、 二重にされたピクセルイメージを発生させるか、または受動ラインダブリングを 遂行することになろう。 また、図23、24a−c、及び25a−gに関しての以上の説明は例示に過 ぎず、所望のピクセル拡大、拡張、移動等を得るための受動ディザリングシステ ムを構成するために構成要素の他の配列も使用できることは理解されよう。例え ば、複屈折液晶セルを波長板として使用することができる。1/4 波長または半波 長の所望の遅延に調整された表面モード液晶(例えば、米国特許第Re 32,521号 )セルまたはπセル液晶セル(例えば、米国特許第 4,582,396号)がその例であ る。 複屈折材料は液晶セルであることができる。複屈折性及び/または偏光機能を 得るために、いろいろな結晶、プリズムその他のデバイスを使用することができ る。複屈折の量及び複屈折材料を通る光路長を変えることによって、ピクセルイ メージの偏向の量を決定することができる。1またはそれ以上の構成要素の軸の 相対的な向きを変化させることによって、ピクセルを移動させる方向を変化させ ることができる。勿論、図示した構成要素の整列は相対的なものであり、垂直、 水平、紙面に垂直としたことは説明の便宜上に過ぎない。等価及び代替、または 付加的な材料及び/または構成要素の整列及び機能的な動作は、本発明の範囲内 にあることが理解されよう。 以上の図23−25に関する説明、及び以下の図26−32に関する説明から 明白なように、本発明の受動ディザリングシステムでは、複屈折材料はピクセル を表す光、ピクセルのイメージ、または他の光信号(便宜上、単にピクセルとい うことがある)の位置を変化させるのに使用することができる。従って、受動デ ィザリングシステムは、ピクセルの見掛けの位置を変化させることができる。こ の変化により、ピクセルサイズの増加または拡大、ピクセルの二重化または複製 等がもたらされる。この位置の変化は、サイズの二重化、複製、変化等を行わず に、単にピクセルの見掛けの位置を変化させるだけであることもできる。 受動ディザリングシステムを使用してサイズを変化させる、例えばピクセルを 実効的に拡大させるためにピクセルをディザする場合には、ディザリングシステ ムは1または複数の元のピクセルから導出した複数の離間したピクセルを発生さ せる。代替として、複数のピクセルの1またはそれ以上を重ね合わせるか、また は接触しているものと見做されるように別のピクセルに十分に密接させることが できる(何れの場合も離間させない)。例えば、デバイスの光デッドスペースを カバーするようにピクセルを拡大することによって、ディスプレイによって駆動 される実際のピクセルの数を増加させなくても、通常はディスプレイの見掛けの 解像度が増加する。 本発明による受動ディザリングシステムを使用してピクセルを拡張すると、元 のピクセルからの光はディスプレイの元のピクセルの面積よりも大きい面積に配 分されて、見られることになる。しかしながら、例えば観測者の眼に到達する光 の合計量は、拡張される前の元のピクセルによって与えられるものと実質的に同 一に維持される。これは受動ディザリングシステムの構成要素が光を吸収、また は阻止しないからである。従って、このような受動ディザリングシステムと組合 わせて使用した場合のディスプレイの見掛けの輝度は減少しない。 本発明の受動ディザリングシステムを幾つかの実施例に関して説明した。これ らの実施例は、本発明の受動ディザリング効果を得るための構成要素及び構成要 素の配列の例である。当業者には明白なように、受動ディザリングを得るために 他の多くの構成要素及び構成要素の配列を使用することもできる。 例えば、図23−27に示す受動ディザリングシステムの実施例では、偏光面 の方向のような特定の面偏光状態を得るために半波長板を使用している。図28 −32に示す受動ディザリングシステムの実施例では、特定の面偏光状態を得る ために 1/4波長板を使用している。図23−25及び28−30に示す受動ディ ザリングシステムの実施例では、受動ディザリングシステムは、面偏光された光 を供給する液晶ディスプレイから、または面偏光された光は供給しないがディザ リングシステムへ所望の偏光された光入力を得るための面偏光子と組合わせて使 用される別のディスプレイから、面偏光された光を受ける。しかしながら、図2 6、27、31、及び32に示す実施例では、受動ディザリングシステムは偏光 されていない光を受けて、それを操作する。 図23−32に関して説明した(する)それぞれの受動ディザリングシステム の構成要素は、単一のピクセル、またはそのピクセルを形成する光を、図24c にピクセル524a−dで示すような2×2の方形アレイに配列された4つのピ クセルに拡張するようになっている。しかしながら、本発明の受動ディザリング システムは、単一のピクセルを4ピクセルより少ない、または多くのピクセルに 拡張するために、及びこれらのピクセルを矩形アレイに、または別のパターンま たは配列に配列するために、光軸の向きの変化、複屈折値の変化、構成要素の付 加または削除等を含むように調整できることは明白であろう。また 1/4波長板及 び半波長板が受動ディザリングシステムに有用であると説明したが、他の型の波 長板、または適切な手段も使用できることが理解されよう。波長板及び/または 他の適切な手段が、全ての、または比較的広範囲の波長の光、または少なくとも 使用する波長範囲に対して、同一の、または実質的に同一の波長板機能(例えば 、光遅延)を与えることが好ましい。 面偏光された光で形成されたピクセルを拡張する本発明の原理を使用する場合 には、入射する面偏光された光は直交関係の2つの面偏光成分に分割される。こ の機能のために、1/4 波長板を使用することができる。その光軸が、入射する面 偏光された光の偏光面に対して 45 °に整列されている 1/4波長板は、面偏光さ れた光を円偏光された光に変換し、円偏光された光は直交関係をなした等振幅で はあるが 90 °の相差を有する成分に分解することができる。もし 1/4波長板が 入射する面偏光された光の面に対して 45 °以外に配向されていれば、それから の出力は楕円偏光されるが、これも、90°以外の異なる位相及び/または等しく ない振幅を有する面偏光成分に分解することができる。区別可能な成分に分解さ れた入射する面偏光された光は複屈折材料に導かれて異なる位置へ導かれる成分 に分離され、それによってピクセルの見掛けの面積が拡張される。 本発明の受動ディザリングシステムへの偏光されない光入力を使用してピクセ ルを拡張する場合、入射光は、通常は入射光を面偏光させる必要なく、複屈折材 料へ導かれる。入射光は既に直交する2つの面偏光成分を含んでいる、または分 解されているもとの見做すことができるから、複屈折材料は直交する面偏光成分 に分離し、それらを異なる位置へ導いてピクセルの見掛けの面積を拡張する。 図26は、ネマティック湾曲整列相(NCAP)液晶、ポリマ分散液晶(PD LC)、または液晶ポリマ複合(LCPC)をベースとするフラットパネル液晶 ディスプレイのような非偏光(無偏光)の光を発生するディスプレイ532と組合 わせて使用される光ディスプレイシステム501’の受動ディザリングシステム 500’を示している。図26の受動ディザリングシステム500’は、図23 −25に関して説明した受動ディザリングシステム500と同一の光学構成要素 、即ち複屈折材料508h、波長板510、及び第2の複屈折材料508v等を 含んでいる。この場合、受動ディザリングシステム500’にも、またはディス プレイ532にも、ディスプレイからの出力光を偏光させる直線偏光子は設けら れていない。 動作を説明する。受動ディザリングシステム500’は、偏光されていない光 を発生するディスプレイと共に使用された時、図23−25を参照して受動ディ ザリングシステム500に関して説明したように水平及び垂直ピクセルイメージ を二重にする。事実、図26及び27に示すように、構成要素508h、510 、508vの光軸508h’、510’、508v’の向きは、これらの構成要 素が偏光された出力を発生するディスプレイと共に使用された場合と同一である ことができる(もし、ディザリングシステム500を偏光されない光を発生する ディスプレイ532と共に使用するのであれば、例えば図23−25に示すよう に、偏光子506はディスプレイ532とディザリングシステム500との間に 光学的に配置することができる。) これらの構成要素の光軸の考え得る1つの組の向きを図27に示す。第1の複 屈折材料508hの光軸508h’は垂直であって上述したような向きである。 半波長板510の軸510’は垂直に対して+22.5°にあり、そして第2の複屈 折材料508vの光軸508v’の紙面内への投影は水平であって上述したよう な向きである。第1の複屈折材料508hに進入する光は偏光されていないが、 ディスプレイ532内のピクセル534が発生する対応するピクセルイメージ5 34a内に矢印によって示してあるように、垂直及び水平偏光成分のような直交 する2つの成分に分解された偏光された光として見ることができる。 構成要素508h、510、及び508vは、基本的には図25に関して説明 したように機能する。第1の複屈折材料508hはピクセルイメージ534aの 個々の成分をそれらの直交成分に分解し、一方の偏光成分を他方の偏光成分に対 してディザして(位置を移動させ)ピクセルイメージ534aの水平に変位した二 重イメージを発生させる。次いで半波長板510が、図25eに示すようにこれ らのイメージの偏光成分を旋回させるので、それらは第2の複屈折材料508v の光軸508v’に対して 45 °になり、イメージは図25gに示すように二重 になって垂直方向に変位する。その結果、元のイメージ534aは水平方向に二 重化され、次いで元のイメージ及び二重化されたイメージは垂直方向に二重化さ れて4つの隣接するイメージを発生し、これらのイメージはディスプレイ内の元 のピクセル534aの部分及びそのピクセルを取り囲むデッドスペースを垂直及 び水平方向に実質的にカバーすることができる。 図28に示す光学ディスプレイシステム541の受動ディザリングシステム5 40の光学ディスプレイは直線偏光出力光を、例えば直線偏光子544を含むツ イスッテド・ネマチックをベースとした平らなパネル液晶ディスプレイ542に よりつくる。受動ディザリングシステム540は第1の複屈折材料546v、第 2の複屈折材料546hそして1/4 波長板548、549をそれぞれ、偏光源( デイスプレイ542と、もし使用していれば、偏光子544)と第1の複屈折材 料546vの間に介在させ、そして複屈折材料546hと546vとの間に介在 させて、含んでいる。デイスプレイの直線偏光子544、複屈折材料546v, 546hそして1/4 波長板548、549の軸の、考えられる一組の配向を図2 9に示す。直線偏光子544の透過軸は垂直である。直線偏光子の透過軸の面へ の第1の複屈折材料546hの光学軸の投影は垂直、すなわち偏光子の軸に平行 である。1/4 波長板548、549の軸は垂直に対して+45°となっており、 そして直線偏光子の面への段階2の複屈折材料546hの光学軸の投影は、垂直 に対して+90°であり、すなわち水平である。 図25を参照して受動ディザリングシステム500を上に説明したと基本的に 同じように受動ディザリングシステム540は作動する。受動ディザリングシス テム500におけるハーフウエーブプレート510の動作はクオターウエーブプ レート549によりシステム540内で置換されている。1/4 波長板548と複 屈折材料546vとは図23−25の1/4 波長板512と複屈折材料508hの ように作動する。1/4 波長板549はこれを通過する光の偏光成分を、その光を 1/4 波長板512、548がするようにして円形偏光にそしてそれの等価な直角 面偏光要素に変換することにより、分割する。それから、受動ディザリングシス テム500について上に説明したように水平方向に第2の複屈折材料546hに より円形偏光の要素をディザする。半波長板510もしくは510’と対向して 1/4 波長板549を使用する一つの利点は、1/4 波長板549は透過光に対する 色収差を小さくするということである。通常1/4 波長板は半波長板よりも薄い材 料であり、そのため通常は分散が少なく、例えば小さい光学的分散を呈するから である。 図30a−30eに図28と図29の受動ディザリングシステム540の動作 を示す。図30aにデイスプレイ542のピクセル542aを示す。ピクセル5 42aからの光は垂直偏光され、そしてこの図に示す垂直矢により表されている 。この直線偏光はデイスプレイ542によりつくられ、そして(又は)偏光子5 44によりつくられる。普通は別個の偏光子544は、もしデイスプレイ542 aが偏光出力をつくるならば、不必要である。 1/4 波長板548は偏光子544からの垂直偏光を分割して図30bに見るよ うに2つの直角面偏光要素を得る。図30cに示すように、複屈折材料546v はその上への入射光の垂直偏光成分の位置を変え、その光をその垂直偏光成分の 位置に対して垂直に動かす。それ故、ピクセル542aが広げられ、例えば倍に なってピクセル542bがつくられる。1/4 波長板549は複屈折材料546v からの平面偏光を分割して各ピクセル542a、542bが両方とも直角面偏光 要素、例えば図30dに示すように水平と垂直な偏光要素を得るようになる。上 に述べたように、二重屈折材料546hは広がって、例えば二倍になって、図3 0eに示すようにピクセル542a,542b,542c,542dをつくる。 図31と図32に示す受動ディザリングシステム540’は図28−30に示 す受動ディザリングシステム540と同じであるが、それは非偏光出力光をつく るデイスプレイと一緒に光学デイスプレイシステム541’に使用される。この 非偏光出力光をつくるデイスプレイは例えばNCAP,PLDCもしくはLCP Cをベースとした平らなパネル液晶デイスプレイ560であって、図26、図2 7のデイスプレイ532とピクセル534のようなものである。図32に示す複 屈折材料546v、546hと1/4 波長板549の配向は受動ディザリングシス テム540の同様の要素について説明したのと同じでもよいが、これは上述のよ うに像をディザーする要素の軸についての考えれる一つの配向の組に過ぎないこ とを理解されたい。受動ディザリングシステム540’は基本的にはシステム5 40につき上に述べたと同じように作動するが、非偏光入力光でも作動し、その 場合その非偏光入力光は、システム540がデイスプレイ542から受ける直線 偏光と対照して、直角関係の面偏光要素として解像される(図26と図27を参 照しての上記の説明を参照)。 本文に説明する本発明の幾つかの特徴と実施例とは、やはり本文に説明する本 発明の他の特徴と実施例と共に利用できる。例えば、区分したデイスプレイでは EDSは方解石結晶と表面モード液晶とにより、方解石結晶とツイステッド・ネ マチック液晶セルとによりもしくは他の形式のスイッチ及び/又は他の種類の複 屈折材料とにより形成されることができる。又、EDSは、例えば図18と図1 9の実施例におけるように、同じデバイスによりスイッチ作用と複屈折作用との 両方を行える液状の液晶EDSでよい。更に、多くの場合受動ディザリングシス テムをEDSについて説明した要素のあるもの、もしくはすべてと一緒に、もし くはそれらの代わりに使用してもよい。これらは特徴を組み合わせる例に過ぎず 、他の組み合わせも本発明の思想内で実施できる。 以上から理解されるように、本文に記載の原理を利用している様々な実施例は 偏光もしくは非偏光を採用している。例えばNCAPデイスプレイを利用してい るディザリングシステムへの入力としての非偏光に基づいて作動することができ れは、偏光子は不要となり、偏光子が透過光の50%を阻止するという好ましく ない結果は回避できる。本文に記載の様々な実施例では1/4 波長板を使えるし、 半波長板を使えるし、そしてこれらの組み合わせも使えることを理解されたい。 様々な実施例において半波長板を一つもしくはそれ以上の1/4 波長板の代わりに 使ってもよいし、またその反対であってもよい。1/4 波長板を使って面偏光を円 偏光に、もしくは面偏光の直角要素に変換する。また、クオターウエーブプレー トを使って、面偏光を楕円偏光に変換してもよい。半波長板を使って面偏光の偏 光面を回転させる。通常半波長板が、入射する面偏光の面と半波長板の軸との間 の角度の2倍、偏光面を回転する。 図33を参照する。能動ディザリングシス テム601とデイスプレイ602とが光学デイスプレイシステム603に使用さ れている。このディザリングシステムは方解石結晶のような複屈折材料610を 含み、この複屈折材料610の軸610’は、図33に示すように水平に対して 角度θをなしている。ディザリングシステム601も上述のタイプの複屈折液晶 セルのようなスイッチ611を含んでいる。デイスプレイ602は、矢602’ が示す垂直偏向面を持つ面偏光出力をつくる液晶デイスプレイでよい。又は、デ イスプレイ602は面偏光出力以外のものをつくり、そしてその場合面偏光子6 12は、デイスプレイと偏光子からスイッチ611へ進む光の垂直偏向をつく る。複屈折液晶スイッチ611の軸の配向は、矢611’が表すように垂直偏向 面に対して45°である。既に説明したように、スイッチ611が付勢されてい るか、もしくは付勢されていないので、それからの光出力の偏向面は矢602’ の方向と同じか、もしくは同じでない、すなわち垂直か、もしくは水平かである 。スイッチ611と複屈折材料610との間の半波長板615の軸615’は水 平に対してθ/2の角度をなしている。 図33と図34とを参照する。これらの図はディザリングシステム601の代 表的な動作を表しており、スイッチ611を通る光が所与の偏向面を有するとき 、そのような光は半波長板615と複屈折プレート(方解石)610とを透過し て、それらが最初デイスプレイ602に現れたのと同じ相対位置に現れる。もし そのようなピクセルがそれぞれトライアッドの赤、緑そして青のピクセルである と、それらのピクセルは図34に示すピクセル像620r,620g,620b の位置にくる。しかしながら、スイッチ611を出る光の偏向面は、それが半波 長板615により適正に回転されて出力光の移行を生じさせる軸610’に対す る方向において方解石610にぶつかるようにさせれるときは、そのようなピク セルは620r’,620g’,620b’となって現れる。こうして、ずれも しくは移行は水平もしくは垂直ではなく斜めの方向となることが理解されよう。 水平に対してこのように斜めとなる角度は例えば角θの大きさによって異なる。 要素のそれぞれの軸の角度とそれらの相互の関係とを適正に選択することにより 所望角度の移行が得られることが理解されよう。又、このような移行の程度もし くは距離は、例えば複屈折デバイス610の厚みにより、すなわち、それを通過 する光に影響するそれの光学的な厚みの効果により決定できる。 図35と、図36と、表Iとを以下に参照する。光学的デイスプレイ640は 二個の能動ディザリングシステム641、642と一個の受動ディザリングシス テム643とを含んでいる。光学的システム640はデイスプレイ645から面 偏光入力644を受ける。もしもデイスプレイ645が面偏光出力をつくるタイ プでなければ、別の偏光子646を使ってそのような面偏光をつくる。デイスプ レイシステム640のそれぞれの要素の配向はそれらの上の双頭矢印により示さ れる。 デイスプレイシステム640を使ってビデオ表示をつくる。NTSCやPAL のようなビデオデイスプレイシステムではインターレースされ、そして順次提示 される2つのフイールド(サブ・フレームと言うことがある)から一つの絵を較 正するのが普通である。光学的なデイスプレイは以下に述べるようにして4つの 出力状態と信号とをつくることができる。このような4つの出力状態は、像源と して液晶デイスプレイもしくは他のデイスプレイを使用するテレビジョンシステ ムのようなビデオデイスプレイシステムにおいてフレーム毎に2つのフイールド と2つのフレームとに関連している。しかしながら、以下に説明する4つの出力 状態は他の形式のデイスプレイシステムの動作と関連していてもよいし、または 以下に説明する例とは違う仕方で別のビデオデイスプレイシステムと関連してい てもよい。 光学的なシステム640において能動ディザリングシステム641はスイッチ 650と複屈折デバイス651とを含む。能動ディザリングシステム642はス イッチ652と複屈折デバイス653とを含む。受動ディザリングシステム64 3は1/4 波長板654と第3の複屈折デバイスもしくは材料655とを含む。第 1と第2のスイッチ650と652はそれぞれ、面モード複屈折液晶セルもしく は本文の何処かで説明したような他のスイッチでよい。第1、第2そして第3の 複屈折デバイス651、653そして655は図に示し、そして上に説明したよ うにして配向された軸を有する方解石もしくは他の複屈折材料でもよい。 光学的デイスプレイシステム640の動作を説明するにあたり、デイスプレイ のピクセルとそのピクセルを表す光とを説明することとする。受動ディザリング システム643は、デイスプレイ645からそして個々の能動ディザリングシス テム641、642を介してそれが受けたピクセルの寸法を倍にする。それ故、 図36に見れるように、受動ディザリングシステム643への各ピクセル入力は 実線で示され、そしてそれに隣接してそれの倍の像は破線で示される。例えば、 第1のフレームの第1のフイールドに対し受動ディザリングシステム643が与 えるピクセルは660で示され、そしてそれに隣接してディザーされた像660 ’は破線で示されている。能動ディザリングシステムは例えば、上に説明した受 動ディザリングシステムのように作動する。 以下に表Iを参照する。フレーム1、フイールド1において、第1のスイッチ 650の付勢電圧は低く、スイッチは入力の垂直偏光の偏向面をそれからの出力 としての水平偏光に回転させる(この水平偏光を表す英字「H」を有する「偏光 方向出力」の欄参照)。第1の方解石651への水平偏光の送出は位置の移行を 生じない。以下の表Iにおけるフレーム1、フイールド1の第1行について、第 2のスイッチ652の電圧は低く、それによりそのスイッチは偏向面を回転させ て、偏光方向出力2と記した欄の英字Vで表したように、垂直に戻す。そしてそ れ故、第2の方解石部材653はピクセルの位置を移行させる。第2の方解石6 53からの垂直偏光出力が1/4 波長板654に入るとき、この光は水平と垂直の 成分に分解される。垂直偏光成分は第3の方解石材料655を通り、そして水平 偏光成分は水平に移行させられ、それによりピクセルの寸法を倍にして像660 ’をつくり、方解石3と記した表の最後の欄に表されているように、その特定の ピクセルを水平方向に移行させ、そして倍にする。 第1のフレームの第2のフイールド、例えば、第2のフレームの各ピクセルは 第1のフレームの第1のフイールドの対応するピクセルに対して垂直に移行させ られる。デイスプレイシステムがフレームをつくるためインターレースされたフ イールドを使用するビデオ形式のものであれば、第1のフレームの第2のフイー ルドについて垂直下方に移行させられたピクセルの位置をピクセル661が表す 。以下の表Iの第2行は表面モードスイッチ650、652の状態を示し、両方 とも高い電圧であってそれを透過する光の偏向面を回転させることはなく、結果 として第1の方解石651により垂直下方への移行を生じさせ、そして受動ディ ザリングシステム643によりピクセルを2倍とし、ピクセル661ばかりでな くディザーされたピクセル661’もつくる。ピクセル660、660’におい て2つの数字1はそれぞれ第1のフレーム、第1のフイールドを表し、そしてピ クセル661、661’において数字1と2とはそれぞれ第1のフレーム、第2 のフイールドを表す。 表Iの行3と行4とは、ピクセル662、662’と663、663’をつく るため表Iの最初の2行について上に説明したスイッチ650、652の状態と これらの状態から生じる移行と、偏向面の方向等を表している。ダッシュを付し たピクセルは、倍の大きさ663プラス663’のように全体のピクセルの実効 寸法を倍にするディザーした像を表している。上に述べたように、特定のピクセ ルの移行もしくは転送する量は、個々の複屈折デバイス、例えば方解石プレート 651、653、655の複屈折性及び/又は光学的厚みの関数である。又、普 通のビデオシステムにおいては水平インターレーシングはない。ピクセル662 、662’、663、663’が表している第2フレームの2フイールドは、光 学的デッド・スペースを満たすように動かされた像、以下に説明するように、も しくは他の何らかの目的で個々の色の重ね合わせを実施する像を表す。個々のピ クセルを倍にしてピクセル660をピクセル660、660’の和に等しい実効 サイズにするというような、個々のピクセルの増大実効サイズを利用してデイス プレイの光学的なデッド・スペースを有効にカバーすることにより解像力を改善 できる。ピクセルの垂直移動を利用して液晶デイスプレイに本当の、もしくは本 当のものに近いインターレースを行わせ、それによりフレームの一つのフイール ドに生じるピクセルは、その同じフレームの第2のフイールドがつくられるとき に、異なる位置に生じる。 LCDのようなデイスプレイそれ自体におけるピクセルの実際の位置が例え固 定されたままであっても、出力におけるピクセルの位置を動かすことができる、 液晶デイスプレイのようなデイスプレイを有するディザリングシステムを使用す る利点は、正確なデータを利用してピクセルを駆動し、ビデオ信号を比較的正確 に追尾しながら所望の像出力をつくれるということである。ビデオ出力をつくる のに使用された従来のLCDでは一つのピクセルは一つのフレームの2つのフイ ールドを平均してしまう。その平均はビデオ信号から受けたデータを正確に表す ものではない。しかしながら、本発明のディザリングシステムを使用すると、L CDの一つのピクセルは、フレームの特定のフイールドのためそのピクセルを駆 動するよう意図されたビデオ信号からの情報に基づいて駆動されて、デイスプレ イシステム640のようなデイスプレイシステムから視角出力をつくる。次に、 個々のピクセルの像出力を移動させてその特定のフレームの第2のフイールドに とって所望の位置にくると、例えばCRTで普通使用されるビデオ信号からの実 際の情報は、それを利用してピクセルを作動もしくは駆動する情報であって、そ の駆動されたピクセルは入力信号の比較的正確な出力をつくる。 光学的デイスプレイシステム640の2つの能動ディザリングシステムと1つ の受動ディザリングシステムを使用すると、所望ならば原像の、すなわちピクセ ル660でつくられるものの8つのコピーを得ることができる。このような8つ のコピーは所望ならば、フレーム毎フイールド毎に得られ、こうしてピクセル6 60のサイズの約8倍のマクロ・ピクセルをつくれる。別の実施例ではピクセル 660を作動して例えばそれをオンもしくはオフする到来アナログ信号もしくは 他のビデオ信号から取り出したデータは適正時間に選択されてそのピクセル66 0を駆動し、そして次に、ピクセル661の所望の動作を表している到来ビデオ 信号もしくはアナログ信号から取り出した情報の関数としてピクセル661を作 動させて従来のNTSもしくはPALシステムのインターレース式フイールド動 作をさせる。しかしながら、所望ならば更に、到来信号からの情報も取り出して ピクセル662の位置につくられるピクセルのオン/オフもしくは輝度効果をつ くって、例えそのピクセルがデイスプレイ645に物理的に存在しておらず、ピ クセル662の位置へ移されるピクセル像660をつくるデイスプレイ645の ピクセルにより表されていても、そのピクセルを正確に表す。換言すれば、LC Dを例にとると、2つの比較的隣接したピクセルがあって、到来ビデオ信号から の情報はそのビデオ信号から取り出されて適正な時間に個々のピクセルを駆動す る。しかしながら、上述の2つのピクセル間に位置する1つのピクセルから光学 的デイスプレイシステム640からの所望の光学的出力を表している情報がビデ オ信号に含まれているかもしれない。本発明によりそのような中間のピクセルを 駆動するのに使用されるビデオ信号からの情報がデイスプレイ645のピクセル へ与えられ、そのピクセルがピクセル像660をつくり、他方光学的ディザリン グシステム640のディザリングシステムはその光学的出力を水平、すなわち横 方向に、他の仕方でそのような中間ピクセルが光学的デイスプレイシステム64 0からの出力像に現れるかもしれない場所へ移す。この動作が光学的デイスプレ イ640により、そして入力ビデオ信号等により実行される情報の表現の精度に より解像力を高めることができる。色重ね合わせ動作 図37を参照する。一例としての液晶デイスプレイの赤、緑そして青のピクセ ルのグループのレイアウトが示されている。これらのピクセルは平行した行と列 とに並んでいる。大文字はピクセルの色を表し、例えばそのピクセルが赤、緑も しくは青の出力を与えるかどうかを表している。2行の部分を示している。 カラー液晶デイスプレイを見ているのは、観察者の、すなわち人の目であって 、この目は多くの異なるピクセルからの光入力を受け、そしてその目がこれらの 光入力を統合する。このようにして見ることを考察する一つの方法は、極めて小 さい隣接ピクセルがそれからの光を重ね合わせるように重なり合わされているも のと見ることである。それ故、重なり合わされる赤、緑そして青の光の組み合わ せは観察者には白光となる。 開示したものとその均等物とを含む本発明のディザリングシステムの様々な実 施例を使用して個々のピクセルのリアルな重ね合わせを行って、カラー液晶デイ スプレイのカラー出力もしくはカラー応答を高める。この重合わせを図37を参 照して説明する。図37の2行のピクセルはカラー液晶デイスプレイにおけるピ クセルの個々の行の部分である。第1行にはカラーを表示した5個のピクセルが ある。第2行にもカラーを表示した5個のピクセルがある。カラーの順序は2行 とも赤、緑そして青であるが、その順序は一行で1ピクセルだけ他方の行に対し てずれている。それ故、第1行(上の行)の第1ピクセルは赤であり、そして第 2行の第1ピクセルは緑である。図37のピクセルの配列は一例である。縦横に 平行に配列するにせよ、いわゆるデルタの形もしくはパターンにピクセルを様々 に配列することができ、その場合も図40に示すように行をずらせる。 例えば、光学的デイスプレイシステム640を使用するとき、図37の左上の 赤のピクセルRaは受動ディザリングシステム643により二倍にされて、破線 で示す赤のピクセルraをつくる。第1のディザリングシステム641の動作が 、破線の赤のピクセルra’の下流側にずらしてこれら両方の赤のピクセルの第 2のコピーをつくる。第1のディザリングシステム641のこの動作は第2のデ ィザリングシステム642と統制をとられていて、このような下流への移行を行 う。同様に、いま述べた全部で4つの赤のピクセル、すなわちRa,raそして 2つ のra’の水平移行場所もしくは横移行場所への移行の結果、破線で示す赤のピ クセルra”を生じ、これらの中の一つを緑のピクセルGaに重ね合わせ、そし て別の一つを青のピクセルBaに重ね合わせる。この移行の発生時間は速いので 人の目がそれら様々な移行を認識することはない。更に、このような移行が起こ る時間は、デイスプレイへの入力ビデオ信号がつくるデイスプレイからの所望の カラー出力と統制をとられていて、入力ビデオ信号の結果として意図されている デイスプレイからのカラー出力を高い品質と精度とで表示している。赤いピクセ ルRaの今説明した移行と同じようにして、緑のピクセルGaの移行も生じ、そ してこのように移行されたピクセルは受動ディザリングシステム643に起因す るピクセル位置Gaで破線輪郭で示し、そしてその他のずらされたピクセルは能 動ディザリングシステム641、642の統制動作から生じ、ga’,ga”の 記号と破線により表されている。さらに、同様の動作が青のピクセルBaについ て生じ、これはba,ba’,ba”の記号と破線により表されている。図37 の下の方にba’,ba”により示す4つの青のピクセルは図面を簡単にするた め示していないが他のピクセルに重ね合わされる。 図38を参照する。赤のピクセルRをそれぞれのギャップに移行し、また他の ピクセルに重ね合わせる様子を簡単に示している。すなわち、図35の光学的デ イスプレイシステム640の受動ディザリングシステム643によりピクセルR は倍増され、例えばピクセルrをつくる。実際のピクセルのそれぞれの平行な行 間のギャップ内で図38に示すピクセル像位置r’においてピクセルRとrの両 方とも倍増される。ピクセルR,rそしてr’も図38の右へピクセル像r”と して倍増され、それらの中のあるものはピクセルr’と同じギャップ内にあり、 そしてそれらの中の一つは緑のピクセルGに被さる、もしくは重ね合わされる。 こうして、デイスプレイ内の様々な位置へピクセルを移行して所望の光学的出力 をつくることが理解されよう。 図38のデイスプレイが光学的デイスプレイシステム640の部分として作動 してピクセル像を倍増したり、ピクセル像を転送したりし、またそのように、図 39に示すデイスプレイは光学的デイスプレイシステム640のと同じように変 更した動作を表す。すなわち、図39における横移行は図38におけるのと同じ ように起こるが、図39においては像の垂直移行が結果としてつくる移行像は、 デイスプレイ645のピクセルの隣接行間のギャップにかかり、そしてまたピク セル行間のギャップを越えて垂直に動かされたデイスプレイ645のピクセルの 少なくとも一部分に被さっている。ギャップ内にピクセル像を配置することはデ イスプレイの充満ファクター増大する。上に述べたように、この移行はピクセル 像の重ね合わせをつくって上に述べた重ね合わせのカラー応答を達成する。又所 望ならば、垂直移行はピクセルRとその下の移行ピクセル像r’のように、元の 行内の像と部分的に被さっている移行ピクセルをつくれる。このようなピクセル の重ね合わせは光学的デイスプレイシステム340のための所望形式の可視出力 をつくれる。 図40と図41とを簡単に参照する。LCD645のような図40のデイスプ レイのためにピクセル・レイアウトのデルタ設計と光学的デイスプレイシステム 680(一つのディザリングシステム681と2つの受動ディザリングシステム 682、683を含む)を通過後上記のデイスプレイからの出力像とが示されて いる。能動ディザリングシステム681は、複屈折液晶セルのようなスイッチ6 84と、入射光の偏向面の方向に応じ、像を転送するか、もしくは像を垂直に1 /2ピクセルだけずらせることのできる方解石結晶685とを含む。受動ディザ リングシステム682は入射光の偏向面を45°回転させる半波長板686と、 第2の方解石結晶687とを含み、この第2の方解石結晶687は入射ピクセル 像を透過し、そして像を1/2の3ピッチ水平に動かせる厚みと、複屈折性と、 軸配向とを有する。受動ディザリングシステム683は入射光の偏向面を45° 回転させる半波長板688と、第2の方解石結晶689とを含み、この第2の方 解石結晶689は入射ピクセル像を透過し、そして像を1ピクセルピッチ水平に 動かすことのできる厚みと、複屈折性と、軸配向とを有する。 光学的デイスプレイシステム680とそれのディザリングシステム681、6 82、683は右へ1/2の3ピッチ、左へ1ピクセルピッチ、そして1/2ピ クセル垂直下方ピッチだけ移行するように組み立てられている。この配列は青の ピクセルBaのみにより表されている。そのピクセルを1/2の3ピッチ右へ動 かすとき、ピクセルbaが生じる。ピクセルBaとbaの両方を1ピクセルピ ッチ左へ移行するとき、2つのピクセル像ba’がつくられ、一方のピクセル像 は緑のピクセルGに重ね合わされ、そして他方のピクセル像は青のピクセルBa に隣接して水平に、青のピクセルBaと赤のピクセルRとの間のギャップ内にあ る。この移行は光学的なデッドスペースを埋め、そして個々のカラーピクセル像 を重ね合わせる。4つのピクセル像ba”を形成するため垂直にピクセル像を移 行させると、それら4つのピクセル像ba”の中のあるものはピクセルの行間に 移され、そしてあるものは同じ及び/又は他のピクセルもしくは移行ピクセル像 に対して重ね合わせ関係になる。 図42を参照する。人704が本発明の頭につけるビューイング・システム7 05をかけている。このビューイング・システムは人が見る一つ、もしくはそれ 以上のデイスプレイを有するバーチュアル・リアリテイのビューイング・システ ムの部分であってもよい。このビューイング・システムは遠隔通信システム、娯 楽システムもしくは光や光学的な情報が見るため、投影するため、写真に撮るた めに与えられる他のデバイスの部分であってもよい。本発明を使用する例として のシステムは上記の特許出願に説明されているが、勿論他の用途もある。 頭につけるビューイング・システム705のハウジング705hにはビューイ ング・システム705の様々な要素が含まれており、ストラップ、ゴーグル形式 の支持体のような取付けデバイス705mが付けられている。取付けデバイス7 05mはハウジング705hを額に支持してビューイング・システム705を一 方の目の前に置いてビューイング・システム705がつくる像を見れるようにし ている。ビューイング・システム705を手で保持しようと、頭に付けようと、 他の仕方で支持しようと、例えばテーブル、床、コンソール9等から支持される 台、三脚、枠等によって支持しようと、ビューイング・システム705とそれの ハウジング705hとは小型であり、軽量であって、持ち運びや取付けを容易と するのが好ましい。もしビューイング・システム705を頭に付けるか、手で支 持するのであれば、軽量として頭や手に負担がかかる重さとすべきではない。ビ ューイング・システム705を手や頭で支持するのを容易とするにはビューイン グ・システム705は小型にすべきである。一例として、ビューイング・システ ムは、高さ約4−5インチ、幅約2−3インチそして深さ約1.5−2インチっ である。これらは一例に過ぎず、他の寸法でもよい。 ビューイング・システム705を使用するときは、それを頭に取付けても、手 で持っても、例えば普通の電話の主体と同じようにコントロール・ボックス、コ ンソール等に結合させてもよい。 図43には、単眼式としてビューイング・システム705を詳細に示す。ハウ ジング705hはビューイング部分711と支持部分712とを含む。このビュ ーイング部分711は人704の目(図42)が見るようになっており、そして 支持部分712は手で保持できるようになっている。上に述べたように、ヘッド ・マウント705mは額からビューイング・システム705を支持する。ハウジ ング705hは手で保持されてもよいし、ストラップで、眼鏡のつるのようなも ので、もしくは他の仕方で人が見れるように保持されてもよい。 ビューイング・システム705はハウジング705h内に光学システム714 を含んでいる。この光学システム714が含むLCDのような像源715がつく る像をビューイング・ポート716を介して目713で見れる。ビューイング・ レンズ717(またはレンズ群)は、20インチかもしくはもう少し離れた心地 よい距離に像をつくる。光学的システム714に光学的に含まれる解像力向上装 置18(光学的ライン・ダブラーもしくはOLDとして、ディザリング・デバイ スもしくはシステム、EDS等として参照することがある)を使って像源715 がつくる像の解像度や他の質を高める。 光学的システム内に幾つもの光学要素720が含まれる。これらの光学要素は 、合焦点光学装置(単に、「レンズ」ということもあり、投影光学系もしくは投 影装置として参照する)、ビームスプリッタ722、一つもしくはそれ以上の反 射装置23、23’である。 像源715はデイスプレイ724dと入射光源724iとを含む。光源はデイ スプレイ724dを含み、このデイスプレイは後で説明する目713が見るよう 投影される像をつくる。他の像源、例えば陰極線管のデイスプレイ、液晶デイス プレイ、プラズマデイスプレイ等を使用できる。幾つかのデイスプレイの例は前 述の特許出願に示されている。接続ケーブル28は光学システム714への電気 信号、光学的信号または電力を送り、特に像源715とOLD18とへ信号を送 って目713が見れる上述の像をつくる。制御システム729はケーブルへ結合 されて、以下に詳述するようにデイスプレイシステム705の動作を制御する電 気信号を与える。 これらの制御動作を要約すると、デイスプレイ724dはツイステッド・ネマ チック液晶デイスプレイであり、そしてOLD18が含む表面モード液晶セルの ような光学スイッチは光の偏向特性を切り換え、目713で見れる光出力は、以 下に説明するようにして、解像度を高められたものとなる。制御システム729 が発生する信号がデイスプレイ724dにより像を生じさせ、そしてまた、制御 システム729は光学スイッチを制御してツイステッドネマチックLCDへの信 号と光学スイッチへの信号との間で位相もしくは時間遅れがあるように同期をと る。従って、異なる速さで、例えばツイステッドネマチックLCDよりも速くも しくは短い時間で、動作する光学スイッチはツイステッドネマチックLCDの動 作と整合させてデイスプレイシステム705の動作と光学的出力とを改善する。 制御システムの動作の詳細については図44−46、48を参照して以下に説明 する。 ディザリングとは像の物理的移動を言うと言ってよい。ディザリングシステム 718は電気・光学的ディザリングシステム(EDS)で、これは像のような光 学的な信号の位置を物理的に移動もしくは変える。この移動の結果、ピクセルの 数もしくはデイスプレイの走査線は倍増し、そういうことでOLD(光学的ライ ン・ダブラー)と称する。又この移行の結果、ピクセルもしくは走査線を4倍( もしくはそれ以上かそれ以下)にし、その場合OLDを一般的なラベルとして使 用する。この移行は電気的、磁気的もしくは他の入力に応答して生じる。ディザ リングシステム18は受動的であり、例えばこのディザリングシステムにおいて 移行は常に、もしくは実質的に常に(連続的に)発生している。換言すれば、こ の移行は常に生じており、移行を生じさせるための別の入力を必要としない。本 発明に有用なディザリングシステムの種々の実施例は前述のとおりである。 像を軸に沿って一つの位置から別の位置へ移し、それから最初の位置へ戻し、 例えば上に、次に下に、それから左それから右へ、もしくは上下左右などのよう に像を動かす。光学的信号を別の方向に動かしてもよい。ディザリングは反復的 、 もしくは周期的であってもよく、また非同期的であって、その場合像を一つの位 置から別の位置へ移してそこに、少なくとも設定時間もしくは予め決めていない 時間止めておくというようなことになる。また、既に述べたように、ディザリン グは受動的であって、例えば変化することのない一定であってもよい。ディザリ ングは受動的であるとき、ディザーされていない位置にある元の像と別の位置、 例えば元の像に隣接した、もしくはそれから離された位置にある第2の、ディザ ーされた像とを同時につくるのが通常である。 図44を参照する。グラフの最上の線Aは電気信号、すなわち所与のデイスプ レイピクセル(画素として参照することもある)にかけた電圧を時間の関数とし て示している。ピクセルはツイステッド・ネマチック形式のLCDの部分、特に 能動マトリックスLCDであるデイスプレイ724dの部分であるが、ピクセル は他の形式のデイスプレイ、光学的デバイス等の部分であってもよい。能動マト リックスデイスプレイへ電圧をかけると、液晶材料にかかる電界により特定の動 作、例えば電界に対して揃うが、電界がないと拘束を解かれて、LCDを形成す る液晶セルもしくはデバイスの、例えば表面、被膜等によって影響される揃いと なる。図44の電圧Aの周波数は60ヘルツである。 図44の上から二番目の線は理想的ピクセルの所望の透光特性を時間の関数と して示す。この例ではピクセルは、透明(白状態として参照することもある)と 不透明(黒状態として参照することもある)との間で切り換えられる。図のよう に、透明状態は電圧Aが高いときに起こり、不透明状態は電圧Aが高いときに起 こる。 図44に示した理想的ピクセルの場合ピクセルは、高い電圧から低い電圧に切 り換わるのと同時に透光状態Bを不透明から透明へ切り換える。すなわち、理想 的なピクセルは印加電圧Aと位相を合わせて切り換わる。更に、本文のOLD, EDS1等(図1、2−6、11−12等、以下簡単のためEDS1として参照 するが、これは本文に開示の能動、受動のディザリングシステムの種々の実施例 を含む)ではピクセルの位置は表面モード複屈折液晶セル、光学的スイッチもし くは偏向ロテータ11(図1、5そして6)に加える電圧を切り換えることによ り変える。それ故、理想的な場合、すなわち理想的なピクセルと使用するとき光 学的スイッチ11への印加電圧も理想的ピクセルの印加電圧Aと同期して切り換 えられる。 ツイステッドネマチック効果を利用する真の液晶ディザリング20、724d は図44の線第2の線Bに示すように迅速に透光状態を切り換えることはできな い。例えば、ソニーのXC−M07モニターに使用の能動マトリックス液晶デイ スプレイは20ミリ秒で不透明から透明へ、そして11ミリ秒で透明から不透明 へ切り換わる。従来からの切り換え時間の定義は、透光状態が最終値の10%と 90%の間で変わるに必要な時間である。図44の上から3番目の線Cにこの真 の切り換え動作を示す。この透光状態を示す第3の線Cにおいて、透明の透光状 態は100%に基準化されており、不透明の透光状態は0%に基準化されている 。第3の線Cは略図であって、上述の時間については必ずしも精確ではない。 図45のグラフは、例えばデイスプレイ724dのピクセルへの印加電圧A’ の周波数が2倍の120ヘルツとなっていることを除いては、図44のグラフと 同じである。図45の理想的ピクセルの透光性B’は印加電圧A’の位相と同期 している。しかしながら、真のピクセルの実際の透光性C’は図45の第3の線 に示している。図に示すように、印加電圧A’の各半サイクルの利用時間内に真 のピクセルの透光性は約25%と75%との間で切り換わる。このことが意味し ていることは、図44の60ヘルツと比較して約2分の1にコントラストは少な くなったということである。このことは多くのツイステッド・ネマチック効果の LCDの特徴である。すなわち、60ヘルツの変調で出発し、印加電圧の周波数 を2倍にする毎にコントラスト比は約半分(1/2)になる。 図46を参照する。線A”は120ヘルツでピクセルへ印加された電圧を示す 。第2の線C”は活性マトリックスのツイステッド・ネマチックLCDの真のピ クセルの透光応答を表す。線C”は図45の線C’と同じであることに注意され たい。ガイドラインDは図46の50%の透光度の所で引かれている。透明もし くは不透明の像を真のピクセルがつくっている特定のフレームの中の、透光度が 50%よりも大きいその部分はここでは透明状態と言うことにする。また、その フレームの中の、透光度が50%よりも小さい部分はここでは不透明状態と言う ことにする。理解されるように、真のピクセルが120ヘルツで光を遮断するが 、 印加電圧信号Aの周波数が図44において60ヘルツであったときに経験される 0%−100%ではなく、25%と75%との間で透光度は変化する。 真のピクセルの120ヘルツ応答の別の特徴は図46に示されている。双頭の 矢Eにより時間軸に記された点を考えて見る。矢Eの下の部分は真のピクセルの 透光性が不透明から透明へ切り換わる瞬間を示し、矢Eの上の部分はそのときの 印加電圧を示している。真のピクセルが透明と考えられるものと、不透明と考え られるものとの間で切り換わるとき印加電圧A”はピクセルの透光特性と90° 位相がずれている。 本発明において、光学的スイッチ11への印加電圧F(図46)に同じ位相ず れを持ち込むようにEDS1を調整できる。一例としての光学的スイッチ11は 表面モード複屈折液晶セルである。通常このデバイスは、ツイステッドネマチッ ク液晶セルもしくはLCDよりもはるかに速く入力信号の変化に応答して状態を 切り換えることができる。それ故、表面モード複屈折液晶セルとツイステッドネ マチックLCDの駆動にその位相ずれを持ち込むことによりこの光学的スイッチ は統制されて、例えばLCD724dが透明から不透明へ、またはその反対に光 学的に切り換わるのと同時に光学的に切り換わる。結果として、ESD1がLC D724dとそれらの動作において統制をとられると、出力像の先鋭さもしくは シャープネスは改善され、そしてOLD等のディザリング原理を使って周期的に 光学的に移行させられるピクセルによりつくられる像の間の滲みを減らす。 表面モード複屈折液晶セルの光学的スイッチ11の位相を上に述べたように調 整した後、デイスプレイ724dのコントラストは、デイスプレイが光学的に4 倍にされ、デイスプレイが光学的に2倍と4分の1にされたとき約半分になる。 コントラストの減少はデイスプレイの液晶セル(LCD)を駆動する周波数の増 大に原因するのであって、EDSもしくはそれをどう駆動するかが原因ではない 。コントラストの減少は人の目では殆ど認知できないので、多くの用途で許容で きることが判明している。 図44−46を参照しての上の説明はその目的に対して90°の位相のずれを 表しているが、本発明の原理を使って他の大きさの位相のずれをつくって、(例 えば電気的入力や他の、例えば磁気的入力の変化の関数としての透光性や偏向の 変化のような)応答特性が異なる2つの光学的装置の間を同じように統制するこ とができる。 デイスプレイ705の光学的システム714の光学的要素の詳細を図47に示 す。図47に示す光学的要素は図43のハウジング705hに含まれる光学的要 素と同じである。しかしながら、図47ではハウジング705hと支持体705 mとは図面を簡単にするため示されてはいない。 光学的システム714の光学要素720は合焦点光学要素721(単に「レン ズ」として参照することも、投影光学要素もしくはプロジェクタとして参照する こともある)と、ビームスプリッター722と、反射装置723を含んでいる。 デイスプレイシステム705も像源715(図43)を含み、この像源は像もし くは像の特性を持つ光を与え、そして所望ならば、上述のプロジェクタの部分で もよい。一例としての像源は液晶デイスプレイであり、これは例えばデイスプレ イの横断区域が一インチ平方もしくはそれ以下である小型液晶テレビである。図 に示すように、像源715が含む液晶デイスプレイ724dは像源724iから の光を変調して目713で見れる像を形成する。又は、像源は別個のものであっ て、一つもしくはそれ以上の像、もしくは像特性を有する光を与えるだけに利用 するものでよく、それは図1に示したようなビユーイング・システム705、も しくは目713へのHMDとして参照される頭に取り付けるデイスプレイでよい 。光学システム714の別の光学要素は線形偏向器、円形偏向器、波長板、合焦 点要素、例えばレンズもしくは鏡、プリズム、フイルター、シュッター、開孔、 ダイアフラム、及び/又は目713で見れる特定形式の出力像をつくるのに利用 できる要素である。そのような付加的な光学要素を使用する幾つかの実施例を他 の図面を参照して以下に説明する。 本発明はいかなる形式の像源もしくはデイスプレイ・ソースと一緒に有効に利 用できる。このようなデイスプレイ・ソースの一例はコンパクトな、平らなパネ ルデイスプレイであり、そして単一の結晶シリコンの能動マトリックス・アレイ からつくられた反射式液晶デイスプレイを利用したものである。 図47において像源715は矢826として示す像825を示す。像源724 を出る光827は像を表し、もしくは像の特性を有し、そしてその光はデイスプ レイシステム705の光学システム714の合焦点要素721により集められ、 そしてビームスプリッタ722へ進む。図47と他の図面において合焦点要素7 21は単一のレンズとして表されている。しかしながら、合焦点要素721はレ ンズ、反射器、フイルター、偏向器、波長板と言うような、一つもしくはそれ以 上の他の要素を含んでいてもよい。 像源715は図47にビームスプリッタ722の上方に位置するものとして示 されているけれども、この像源を図2に示すようにビームスプリッタの下方に位 置させてもよい。 ビームスプリッタ722に入射する光827aの中の少なくともあるものは、 反射器723の方へ光827bとしてビームスプリッタにより反射される。この 反射器は例えば、逆反射材料のスクリーンでよい。反射器の例は周知である。一 例は、コーナ・リフレクタもしくは複数のコーナ・リフレクタを有するシートと して知られているものがある。別の例は複数のガラスビーズを有するもの、もし くは支持体に取り付けた他の反射デバイスである。反射器の例は、カネチカット 州のリフレキサイト コーポレーション オヴ ニューブリテンが販売している 複数のコーナー・キューブを有するフイルムもしくはシート材料である。市販さ れているこの材料は平方インチ当たり47,000個のコーナー・リフレクター を有する。 破線により示されている光(光線)827cは反射器723により反射され、 それらの光路は反射器に入射する方向に沿って精確に戻っている。このようにし て、光線827cのあるものはビームスプリッタ722を通り、そして図47の 位置828の方に向かう。観察者(人)の目713はぼ位置828にあって像を見 る。そして、目の瞳孔とレンズ(個々に、そして集約的に713aで示す)はそ の点にあるものとして示されている。レンズ713aはそれの入射光を目713 の網膜上に像として結ぶ。 投影レンズ720は反射器723の方へ光を投げ、真の像が反射器にもしくは 反射器の前または後に形成される。「ファンダメンタルズ オヴ オプテイック ス」、ジェンキンズ、ホワイト共著、1976年、マックグロウ・ヒルに説明さ れているように、例えば、投影レンズを使用して、像がスクリーン上で見ること ができれば、それは実像である。光線は像面内の焦点に集まる。物体がレンズの 焦点面を越えて位置していると実像が形成される。実像はそのレンズの反対側に 形成される。物体がレンズの焦点面に近づくと、像は離れそして拡大される。対 照的に虚像は、物体がレンズの焦点面とレンズそれ自体との間にあると、つくら れる。 図47の破線が示す光線は、反射器による反射後同じ、もしくは実質的に同じ 路を、反射器に当たるそれぞれの入射光線と反対の方向に辿る。かくして、反射 器723は共役光路823aの一部であり、この共役光路においてはそれへの入 射光が反射光と同じ路を反対方向に反射される。ビームスプリッタ722は合焦 点要素721からの光を共役路にそして反射器の方へ向ける。ビームスプリッタ も反射器から出力開孔16への共役路に光を通して(図2)、目713で見れる ようにする。ビームスプリッタ722と反射器723は共役光学システムとして 協働してその共役光学路をつくる。 ここに説明した共役光学路とシステムとを利用すれば、像源724と合焦点要 素721からの光の中の最小量の部分が失われ、そして光の最大量が目713へ 向かう。また、比較的品質のよい反射器を使っても、像830が結像する精確な 位置はクリテイカルでなく、例えば反射器の前もしくは後になることがあり、光 学システム714の要素の位置決めに対する許容は厳格ではない。このことがH MDのデイスプレイシステム705を頑丈にし、そして信頼できるものにするの である。 図47においてその見れる像830は太い矢831により表されている。この 矢831は、像源724から像825の拡大像として図47に示される。像83 0は反射器723に結像し、そしてこのことは品質の低い反射器を使用するとき 目713に良質の像を与えるのに特に望ましい。品質の低い反射器は解像力の低 い、もしくは入射光に対して同じ路だが反対方向に共役的な仕方で光を反射する 精度が低い反射器である。反射器の品質が低く、そして反射器に像が結ばないと きは目713に戻る所望の共役光学路から過大な光が失われ、そしてこのことに より見れる像の品質を落とすことがある。像830は目に対して反射器の前後い ずれかの別の位置または面に結像する。このことは、反射器の品質が良い場 合見るのに質の良い像を維持する間も容易に起きている。反射器が良ければ良い 程、光学システム714は一層自己共役的となり、そして反射器に精確に結像す る必要性は少なくなる。 反射器の質は反射される光のビームの広がり角度ラジアンにより表される。例 えば、比較的品質の良い反射器のビームの広がり角度は零ラジアンもしくは略零 ラジアンから二三ミリラジアンである。通常品質は反射光のビームの広がり角度 の増大に比例して減少すると考えられている。 観察者が見る像の輝度を考えるときビームスプリッタ722の性質が一つの役 割を果たしている。像源724がつくる光は偏向されても、偏向されなくてもよ い。もしビームスプリッタ722が非偏向形式のものであれば、バランスのとれ た状態はビームスプリッタ722の入射光の50%が反射され、そして50%が 伝送されるということになる。こうして、ビームスプリッタ722の入射光82 7aの50%が反射され、そして光827bとして反射器723の方に送られる 。反射器723からの反射光827cの中50%の光はビームスプリッタ722 を通過し、そして観察者の目713へ進む。デイスプレイシステム705の光学 要素720のこの共役性によって像源724がつくる光の最大25%が観察者の 目に入る。所望ならば、周知の仕方でビームスプリッタ722を改変して透過光 に対する反射光の比を変えることもできる。また、ビームスプリッタ722に反 射防止膜をつけて、像のすべてもしくは増大した量がビームスプリッタの一方の 側から来て、そして二重像の傾向を減少するようにできる。 デイスプレイシステム705の光学システム714が像の十分な解像力を与え 、そして像の特徴を維持するので、像源は、従来のデイスプレイシステムで生じ ることのある像の質の喪失を補償しなければならないような比較的廉価なもので もよいのである。更に、像源724がつくる光の比較的大きな量が見るために目 713へ与えられるので、例えば反射器は事実上目の所に光を結像するので、従 来のデイスプレイシステム、特にポータブルの、例えば手持ちの、もしくは頭に 付けれるデイスプレイシステムで必要とされたかも知れない別の輝度補償は不要 となろう。 例示の目的で図47に、矢826の先端に始まる3つの光線840a, 840b,840c(集約するときは840)が光827の一部を構成している 。841a,841b,841c(集約するときは841)で示される3つの光 線は矢826の尾端に発する。像源715からの、又はそれによりもしくはそこ でつくられ、そして光線840と841により表されているた像825の特徴を 光827は有し、反射器723に合焦点光学要素721により結像する。反射器 723上で矢831として見れる像830の大きさは、合焦点光学要素721の 焦点距離と、合焦点光学要素721の焦点843、844からの像源724と反 射器723との間の距離により決まる。こうして、倍率はこのような焦点距離に より決まる。図47に示すように反射器の所に結像するように像源715は合焦 点光学要素721に対して位置決めされるべきである。例えば、像源715は合 焦点光学要素721の焦点843を越えた所にあり、そして反射器は合焦点光学 要素の焦点844を越えた所にあっても、反射器に結像することができる。 図47で反射器723の像830は像源デイスプレイ724dにおける像の大 きさに対して大きくされる。それは大きくされてはならない。像830は像82 5と同じ大きさか、もしくはそれより小さくともよい。かくして、像源デイスプ レイ724dは比較的小さいか、及び/又はそれの出力において比較的小さい像 825をつくるかも知れないけれども、目713が見る像の大きさは異なる。光 学システム714は観察者の目713の網膜の所に像面を置くように働く。この ことを果たしているのは、合焦点光学要素721に与えられる像源に対して合焦 点光学要素721が占有している場所に目のレンズ体(瞳孔)713aの面を配 置したことによってである。ある意味ではレンズ721は目713のレンズ体7 13aに光学的に重ね合わされているのである。 本発明の光学システムにおいては光学的センサ、例えば目713の「レンズ手 段」に対応する合焦点光学要素714のようなレンズからの共役路がある。換言 すれば、レンズ(合焦点光学要素721)からの出力を取り、そしてその光を元 の路にあった同じレンズの位置に対応する位置に向かって共役路に沿って反射さ せるが、その対応位置に置かれた目にその反射光を実際に向けることにより視野 の広い可視情報もしくは光学的データを本発明は与えているのである。これは本 文に開示した共役光学構成を使用して得られるのである。 約20インチの距離、人が本や書類等を読む距離に像を見るのが人の目に心地 よいのである。観察者が見る最終像はそのような距離、例えば目の瞳孔713a から約20インチの距離にあるのが望ましいのである。このことを達成する仕方 として、所望ならば、付加的なレンズ(図43)もしくは他の光学システム(図 示せず)をビームスプリッタ722と目713との間に加える。このレンズによ り人は、上記の特許出願の中の幾つかに記載したように、反射器の後ろに虚像を 見る。目に最も近い光学システムの光学要素と目との間の距離をとるようにする 多くのビューイング・デバイスにおいて、目から約1/2−1インチの指定距離 にレンズ717を使用することは普通はできることであり、そして妥当なことで ある。人が比較的容易に慣れることのできるほぼ眼鏡の間隔だからである。 レンズ717の機能は合焦点光学要素721の所に凹レンズを使用することに より得られる。 図14を参照する。光学シリーズに2つのライン・ダブラーを含んでいる電気 ・光学的ディザリングシステムの形のEDS201は、デイスプレイシステム2 03として、この実施例ではLCD(他の形式のデイスプレイを使用できるが)デ イスプレイ202と一緒に使用されている。デイスプレイ202とEDS201 とは図42と図43のデイスプレイシステム705におけるデイスプレイ724 dとEDS1と置換されてもよい。デイスプレイ202は光源を含んでいてもよ いし、もしくは別の光源724iを使用してデイスプレイ202を照明してもよ い。 図48の幾つかのグラフはデイスプレイシステム705もしくはデイスプレイ システム203の制御システム729の信号を示し、これらの信号は光学ディザ リング(光学的ラインダブリング、事実上は4倍)により質を高められ、そして 本文に説明する本発明の位相ずらしにより質を高められる像をつくる。それぞれ の信号はx軸上に示される時間に対して示されている。テレビジョン、CRT, LCD等に使用される普通のビデオ信号からの垂直同期パルスGが周期的な間隔 で、例えば60ヘルツの周波数で(16.67ミリ秒毎に1パルスの割合で)つ くられる。奇/偶フレーム信号Hも与えられる。この信号は半サイクル毎に上下 する矩形波であり、各半サイクルは約16.67ミリ秒である。このフレーム信 号の高い部分は奇数もしくは偶数どちらかのフレームを表し、そして低い部分は 他方のフレームを表している。ビデオデータ遅延信号Iはビデオデータの送出を 制御する。高はオンで、低はオフである。 デイスプレイシステム203に2つの表面モード液晶セル(以下、SMDと略 すことがある)211v、211hがあり、これらはそれぞれ偏向ロテータもし くは光学スイッチとして働く。他の形式のスイッチも使用できることは当然であ る。知られていることだが、SMDの一つの型の動作では、SMDは2つの状態 を持ち、その一方の状態では光の光学的位相遅延をつくらない、例えば、零もし くは零に近い位相遅延がつくられ、他方の状態ではSMDの光学的厚み及び/又 はその特定のSMDの他の特性により決まる最大量の光学的位相遅延、例えば9 0°、45°等の位相遅延がつくられる。SMDを形成している液晶セルに最大 電圧がかかるとき通常は最小の光学的位相遅延がつくられ、最小電圧がかかると き通常は最大の光学的位相遅延がつくられる。通常、最小電圧は非零の実効値電 圧であって、SMDにバイアスをかけると言われることのある状態に予めSMD を置いて液晶材料のアライメントを最大の光学的遅延状態に維持するのを助ける 。一例では、このような状態に予めして置くことは、常時印加する電圧を「低い 電圧」もしくは最大の光学的遅延状態にすることにより達成される。別の例では 、そのような状態に予めして置くことは、最大値と零との間で変化する電圧の瞬 時値で液晶セルを周期的に駆動する結果として生じる実効値によって達成される 。この場合その電圧は液晶セルが完全に弛緩する前に反復印加される。他の仕方 でSMDを駆動することもできる。 曲線Jに見れるように、SMD211vに印加される電圧波形(図14)は極 値J’である−15ボルトと+15ボルトの間で変化し、この電圧波形が最小の 光学的位相遅延(偏向面の回転)をつくる。電圧Jの部分J”は零電位を上下す る正負の小電圧であり、これらの部分J”は、(偏向面を最大回転させる)最大 の光学的位相遅延状態にあるときのSMDの電圧である。電圧Jの各部分J’と J”は奇/偶信号Hの各半サイクルと同じ幅であり、そして垂直同期パルスG間 の期間と同じ幅である。電圧波Jの位相は電圧同期パルスGの位相と奇/偶フレ ーム信号Hの位相から、例えば図44−46について上に述べたようにして決定 された大きさだけずらされている。図の例のこの位相ずれは、図48の下の目盛 りから明かなように13.2ミリ秒である。図48の電圧波形信号KがSMD2 11hへ印加される(図14)。それは波形Jの周波数の半分(1/2)で変化 する。 図17の結果をつくるのに図16A−16Dの順序で必ずしも統制される必要 はないデイスプレイシステム203の動作の一例として、面偏光の入射光がSM D211h、211vを透過し、これらのSMDは波形JとKとにより作動され る。それ故、複屈折結晶例えば方解石もしくは他の複屈折材料210h、210 vに入る偏光は、SMD211h、211vの動作と同期し、同相である曲線L とMによって描出されているように変化する。複屈折材料210h、210vを すべての光が通るので、デイスプレイ202のそれぞれのピクセルからの像の位 置は曲線NとQの線に沿って変化する。本文での説明は方向、例えば水平と垂直 を参照している。この参照は例に過ぎず、垂直ずれもしくは垂直配向と言うとこ ろでは、水平に代えてもよいし、その反対であってもよい。 例えば上述の、光学デイスプレイと光学的スイッチングとの統制をとるための 位相ずれは、上に引用した米国特許出願08/187、163に開示の形式の、 出力光の輝度や強度が変動しても良好なコントラストでマルチカラー出力を与え るデイスプレイシステムにも使用できる。上記の特許出願の液晶デイスプレイシ ステム及び/又はマルチカラー出力を与える上述の他の特許出願のディザリング と統制をとるよう位相ずれを利用すると、解像力、シャープネスもしくは引締め 感を増大できる。 図49を参照する。本発明の透光デイスプレイシステムを901で示す。この デイスプレイシステム901は光源902、図43に724dで示すような液晶 デイスプレイ903、図43に14で示すような、液晶デイスプレイがつくる像 を投射して見れるようにする光学要素904、図43の制御装置729のような コンピュータ・コントロール905、そして像源906を含み、この像源はコン トロール905もしくは別のビデオ信号もしくは適当な他の信号の信号源の一部 であってもよい。ホトデイテクタ907もシステム901に含まれてもよい。 光源902は一つもしくはそれ以上の発光ダイオード、白熱灯光源、蛍光灯光 源、ファイバー・オプテイックスなどを介して受けた光、金属ハロゲンランプ等 である。 液晶デイスプレイ903はツイステッド・ネマチック液晶セル、可変複屈折液 晶セル、スパーツイスト液晶セルもしくは光を変調できる他の形式の液晶セルで よい。液晶デイスプレイ903は偏光器、1/4 波長板のようなもしくは他の波長 板、残留複屈折を補償する、もしくは離軸観察中に遭遇する問題等を解消する手 段を含んでいる。ある形式の制御された入力の関数として光を変調する他の形式 のデイスプレイ装置を液晶セル903の代わりとして使用できる。液晶セル90 3の代わりに使用できる液晶セルとデイスプレイ装置の例は米国特許4,385 ,806と、4,436,376と、4,540,243と、再発行特許32, 521と4,582,396とに開示されており、これらの特許は表面モードと パイ・セル液晶デバイスを開示しており、そして同時に共同出願され、発明の名 称が「フォールデッド・バリアブル複屈折液晶装置」米国特許出願08/187 ,050にも開示されている。 投影して見るための出力像をつくる目的で液晶デイスプレイからは別個の、及 び/又は液晶デイスプレイの部分としての一つもしくはそれ以上のレンズが光学 要素904である。見るためであれば、この光学要素904は、頭部に取り付け たデイスプレイにおけるように近接バーチュアル・リアリテイタイプもしくはマ ルチメヂアタイプの一つもしくはそれ以上の結像レンズであり、もしくはスライ ドビューアーやテレビジョンにおけるような離れて見るための結像レンズである 。投影のためであれば、この光学要素904は、透過観察もしくは反射観察のた めのスクリーンにデイスプレイ903の形成像を投影する投影光学装置である。 像信号源906は、コンピュータグラフイック信号、NTSC型テレビジョン (ビデオ)信号もしくはデイスプレイ903に像をつくる他の信号の信号源であ る。このような信号は、例えば多くのデイスプレイシステムの場合のように、コ ンピュータ・コントロール905により従来の仕方でデコードされ、そしてこの デコーデイングもしくは解読に応答してコンピュータ・コントロール905(も しくは他の適当なコントロール、回路等)はデイスプレイ903を走査して所望 の像をつくる。所望ならば、コンピュータ・コントロール905はデイスプレイ 903をシーケンシャルに作動させて多くの像を順次つくり、その間そのデイス プレイは単一の光源で、もしくは色のついた光で、例えば単色光作動のようにし て、照明されている。この形式の動作の一例は上記の米国特許582、396に 要約されている。コンピュータ・コントロール905の他の動作例としては、手 持ちもしくは大型の液晶デイスプレイテレビジョン及び/又は液晶タイプのコン ピュータのモニターに採用されたものがある。又は、コンピュータコントロール はフイールド・シーケンシャルもしくはフレーム・シーケンシャルのやり方でデ イスプレイ903を作動させ、それにより特定の一つの像をいくつかの部分にし て形成し、一つの部分が形成されている間デイスプレイは一つの異なる色の光で 照明され、以下そのようにしていく。このフイールドシーケンシャル式操作を利 用して、デイスプレイシステム装置901によりマルチカラー像をつくれる。 テレビジョンもしくは液晶テレビジョンへの典型的な入力信号には、特定の一 つのピクセルにおいて透過(もしくは反射)される光の輝度は情報を指示してい る。コンピュータ・コントロール905は特定の一つの像もしくは景色について の輝度情報を計算し、そしてその計算に応答して光源902の輝度もしくは強度 を制御する。光源の輝度もしくは強度をこのように制御している間、コンピュー タ・コントロール905は液晶デイスプレイ903を作動して、光を透過するの に使うピクセルの数を減らすことなく光を変調する。それ故、比較的多数のピク セルの全数を利用して、制御されている光源によって調整されている像や景色の 輝度が比較的暗くてもその像や景色を形成できる。 像信号源906から来る情報は種々のレベルの照明を示している。通常、ブラ ンキング・パルスとデータライン・パルスがある。コンピュータコントロール9 05はデータラインを電気的に積分し、もしくは(景色のデータラインの全てか らの)データのすべてのセットを積分し、もしくは電気的にブランキングを飛び 越している間ピクセルのすべてを積分する。その積分に基礎をおいて、デイスプ レイ903の入射光の輝度をコンピュータコントロール905により制御される 。当業者なら積分機能を持ち、その積分の結果を利用して光源902の輝度を制 御する適当なコンピュータプログラムをつくることはできる。 以上から、コンピュータコントロール905を含む装置901がコントラスト 比を低下させることなく景色の輝度を調整する、もしくは制御することを理解さ れよう。こうして、景色もしくは像の輝度を調整している間同じコントラスト比 を維持できる。例えば、明るい日の降り注いだ雰囲気の景色であっても、暗い洞 窟の中の景色であっても、装置901は同じ、もしくは実質的に同じコントラス ト比を保つことができる。それ故、その景色は自然の照明状態の下で照明された 様子となるのである。 以下に記述する本発明の特徴は、事実上どのような受動デイスプレイシステム にも利用できる。 装置901の所要電力は従来のデイスプレイよりも少ない。光源902がつく る光の輝度は暗い像をつくるよう調整されるからである。もっとも、従来のシス テムにおいては、受動デイスプレイを通される光の量が暗い景色像をつくるよう 減少されている間光源がつくる光の輝度は実質的に一定に維持されている。 景色の輝度の関数として光源902の輝度を調整することに加えて、コンピュ ータコントロール905は装置901を配置した周囲環境の測定もしくは検出に も応答する。この周囲環境の輝度はホトディテクター907により検出される。 デイスプレイ903がつくる像を見ようとする部屋や他の場所にホトディテクタ ー907を置く。そうすると光源902の輝度を適当に調整できる。例えば、も し部屋が暗ければ、光源の輝度を低下させることが通常望ましい。もし部屋が明 るかったり、装置が日の当たる所にあると光源の輝度を増大する。 図50を参照する本発明の光反射デイスプレイシステムは901’で示す。デ イスプレイシステムは901’は光源902’、液晶デイスプレイ903’、こ の液晶デイスプレイ903’がつくる像の投影もしくは観察のための光学要素9 04’、コンピュータコントロール905’そして像信号源906を含んでいる 。ホトディテクター907もシステム901に含まれている。デイスプレイ90 3’と光学要素904’の種々の構成部分は上述の米国特許出願に開示されたも のと同様もしくは類似している。光源902’とデイスプレイ903’とは同時 に共同出願され、発明の名称が「デイスプレイのための照明システム」である米 国特許出願08/187、262に開示された型式のものである。 例えば、光源902’は、円偏光光源902a’とコレステリック液晶反射器 908とを含む。液晶デイスプレイ903’は反射式、可変複屈折液晶デイスプ レイ装置である。 フルカラー・フレームシーケンシャル照明システムとデイスプレイ 図51を参照する。フルカラーデイスプレイ・サブシステム919は照明シス テム920を含んでいる。デイスプレイ・サブシステム919において照明シス テム920は幾つかの光源を含んでおり、それぞれの光源の光の波長は異なって いる。例えば、3つの別個の光源902r,902g,902bはそれぞれ赤、 緑そして青の波長の光、もしくは赤、緑そして青を含む波長帯域もしくは範囲内 の光を発生する。光源はそれぞれの光を発生するダイオードであり、もしくはサ ブシステム919に使用したいと思う赤、緑そして青の光もしくは他の波長の光 の光源でよい。コレステリック液晶反射器908は緑の光を反射し、反射器90 8aは赤の光を反射し、反射器908bは青の光を反射することができる。これ らの反射は、光の円偏光特性がそれぞれの反射器内のコレステリック液晶材料の 捩じれ方向と同じ方向にあるときに生じる。反射器908、908a、908b は入射光のその他の偏光に対して、そして入射光のその他の波長に対して透過性 である。 照明システム920はデイスプレイ903’を順次照明することを意図されて おり、このデイスプレイ903’(もしくはデイスプレイの個々の部分)は光の それぞれの波長の波長板例えば1/4 波長板を含んでいる。例えば、ある期間、デ イスプレイ903’(もしくはそれの部分)は赤色光で照明され、次いで緑色も しくは青色の光のどちらかで照明され、そして次いで緑色もしくは青色の光の中 残った光で照明される。この順次照明は迅速に行われるのでそれぞれの色の光で 照明されたデイスプレイ903’がつくるそれぞれの赤、緑そして青の像がサブ システム961から出力され、そして人の目がそれらを一緒にする。結果として 、人の目はマルチカラーの像を見る。マルチカラー及び/又はフルカラーの出力 をつくるようフレーム・シーケンシャルスイッチングの他の例はこの方面の技術 で知られている。フレーム・シーケンシャル・マルチカラーデイスプレイの利点 としては、個々のピクセルが赤、緑そして青であるフルカラーの赤、緑そして青 デイスプレイシステムに必要とされる画素数の3分の1で高い解像力が得られる こ とである。 デイスプレイ903’への赤、緑そして青の光の順次送出はコントロールシス テムによりデイスプレイ903’の駆動と統制をとられている。それ故、赤色の 像もしくは赤い像の一部分がデイスプレイ903’がつくるときは、赤色の光が デイスプレイ903’に入射し、そして同じ動作が緑色と青色の像についても生 じる。 それぞれの光源902r,902g,902bが発光ダイオードであれば、そ れらは順次作動もしくは付勢されて、コントロールシステム905による直接制 御及び/又は付勢の下でデイスプレイ903’の動作と統制をとられた光を出す 。又は、光源のそれぞれ赤、緑そして青の光をつくるため使用される何か他の手 段とコントロールシステム905は統制をとられているようにしてもよい。 本文で961で示されるようなデイスプレイ・サブシステムのフレーム・シー ケンシャルもしくはフイールド・シーケンシャル動作は上述の米国特許出願にも 説明されている。フイールド・シーケンシャル動作の別の例は、本文で参照して いる米国特許4、582、396に記述されている。 図52を参照する。頭取付けデイスプレイ960は、人の目964、965が 見ようとする像をつくるため一対のデイスプレイシステム961、962とコン トロールシステム705を含んでいる。これらのデイスプレイシステム961、 962は比較的接近して、目964、965から例えば1インチほど離してある 。取付け機構、例えばつる966、967と鼻ブリッジ968とを使ってデイス プレイ960を頭に取付けてもよい。 デイスプレイシステム961、962と関連のコントロールシステム905は 目で見る像をつくるためのものである。これらの像は黒白であることもあり、色 付きのこともある。これらの像は2次元であることもあり、または3次元、ステ レオスコープ効果をもつものであることもある。ステレオスコープ効果を生じさ せるには、コントロールシステム905がデイスプレイ961、962を作動さ せて遠近感を造りだすだけ離した左右の目のための像をつくる。左右の目のため の像と遠近感を持たせる技術は市販のステレオスコープの像発生・観察システム に使用されている。 デイスプレイシステム961、962は同じである。コントロールシステム9 05はデイスプレイシステム961、962の制御及び/又は電力入力を実施し て目964、965の見れる像をつくる。デイスプレイ960はヘッド・アップ 式デイスプレイのような、頭に付けるデイスプレイ、バーチュアル・リアリティ デイスプレイもしくはマルチメディアデイスプレイでよい。コントロールシステ ム905は、そのような像をつくる既知の頭に付けるデイスプレイに使用される 形式のコントロールシステムである。このようなコントロールシステムは色、輝 度、像発生、ガンマー等を制御する。デイスプレイシステム961、962が含 む合焦点光学要素はデイスプレイシステムの像を見やすい距離、目の前二三イン チから二三フイート、例えば目から20インチから数インチ離して結像する。 液晶セル903’の特徴は頭部取付け式のデイスプレイ960に使用されるこ とを理解されよう。又、本発明の特徴は他の形式のデイスプレイシステムにも利 用される。一例は本文に記載の形式の単一のデイスプレイシステムを使用するデ イスプレイシステムである。このようなデイスプレイシステムは直接見れるよう に目の近くに配置されている。又は、そのようなデイスプレイシステムは、その デイスプレイシステムからの光が像を見るために形成される面に投影されるよう にした投影式デイスプレイの部分として使用される。種々のレンズ及び/又は他 の光学的要素を使ってデイスプレイシステムからの光を所望位置に向けてそこに 像をつくる。 装置の作動を説明している図53−58を参照する。図53aはドットマトリ ックス液晶デイスプレイの平面図である。幾つかのピクセルで測定された濃淡の 程度を示している。図53の下のグラフで実際のヘイドを示す。図53の側面図 と平面図でのドットマトリックスの像に従ってピクセルの実際の濃淡の程度が示 されている。図53の下のグラフの位置1では濃淡度2であり、位置2では濃淡 度1であり、位置3では濃淡度0であり、以下そのように続いていく。図53の 平面図でマークされているピクセル1において、このピクセルは濃淡度2であり 、その隣のピクセルでは濃淡度1であり、以下そのように続いていく。これが従 来である。これはコンピュータコントロール905に到来する信号を示すことに なろう。 図54において、中間の(ノーマルな)照明レベルにおいてバックライトがつ くる輝いた像景色の例は上に示されている。濃淡の程度は中間の左に示されてい る。そしてランプの光レベルは下の左で一定である。観察者は図面の上右に見る 輝いた、コントラストの低い人物像を見る。図面の右下に見るのは、個々のピク セルとそれの濃淡とを表すデイスプレイ側面図である。 図55は図54と同様の図であり、ランプの平均光レベルは一定している。デ イスプレイから平均の輝度出力がつくられる。そして、すべての条件が最適化さ れているので、観察者は平均輝度で、コントラストの高い像を見る。 図56は図54と同様の図であり、ランプの平均光レベルは一定し、そして液 晶セルの透光は暗い。観察者はぼんやりしたコントラストの低い像を見る。 図54ないし図56は標準のデイスプレイ装置の動作を示す。図57はコント ラストの高い像をつくる本発明の原理を表している。図57に見れるのは広範囲 の濃淡レベルをつくる場合である。このことは輝度レベルの高いランプを使うこ とにより可能となり、その結果は明るいコントラストの高い像となる。図58に おいて観察者はぼんやりした像を見ることが意図されている。図面の真ん中の左 のグラフに示すよう濃淡度が同じ範囲につくられるが、ランプレベルは低い。そ れ故、観察者に対してのコントラスト比は良く、図面の左上のグラフに輝度レベ ルは0から約7となっている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 08/398,292 (32)優先日 1995年3月3日 (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/001,972 (32)優先日 1995年7月23日 (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),AL,AM,AT,AU,BB,BG,BR,B Y,CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE,ES ,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,TJ,TM,TT,UA,UG,US,UZ,V N

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.光の特性を示している光学的偏向に基づいて光を選択的に屈折する複屈折手 段と、そのような光の特性を示している光学的偏向を変える手段とを備え、この 手段と前記の複屈折手段とは協働して光学的信号の位置をずらせるようにしたこ とを特徴とする光学的信号の位置をずらせる装置。
JP8514122A 1994-10-25 1995-10-25 光ディスプレイシステム及び方法、複屈折を使用する能動及び受動ディザリング、カラーイメージ重ね合わせ、及びディスプレイ強調 Pending JPH10512684A (ja)

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