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JP3415397B2 - 光学装置および指向性表示装置 - Google Patents

光学装置および指向性表示装置

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JP3415397B2
JP3415397B2 JP20808297A JP20808297A JP3415397B2 JP 3415397 B2 JP3415397 B2 JP 3415397B2 JP 20808297 A JP20808297 A JP 20808297A JP 20808297 A JP20808297 A JP 20808297A JP 3415397 B2 JP3415397 B2 JP 3415397B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関す
る。本発明の光学装置は例えば、表示装置に使用される
空間光変調子（spatial light modulator; "ＳＬＭ")と
して適切に用い得る。本発明の装置は、自動立体（auto
stereoscopic）３次元（３Ｄ）表示装置に特に適切に用
い得るが、その他の装置にもまた適切に用い得る。本発
明はまた、指向性表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動立体表示装置は、３Ｄテレビ、３Ｄ
業務用イメージング、および３Ｄコンピュータディスプ
レイなどのアプリケーションにおいて使用されている。
数種類のタイプの自動立体ディスプレイが公知である。
そのうちの一つは、交互に点灯されるように構成された
一対の光源を有するタイプである。このタイプにおい
て、光源は、２つの離れた視認ゾーン（viewing zone）
から視認可能な複数の像を形成するように、光学系によ
ってイメージングされる。複数の光源によって単一のＳ
ＬＭが照明されるように構成される。ＳＬＭは、第１の
光源が点灯されたときに第１の像（観察者の左目によっ
て視認される）が表示され、第２の光源が点灯されたと
きに第２の像（観察者の右目によって視認される）が表
示されるように制御される。左目が一方の視認ゾーンに
位置し、かつ右目が他方の視認ゾーンに位置するように
観察者が位置するとき、適切な像をＳＬＭ上に表示する
ことにより、観察者は３Ｄ自動立体像を知覚することが
できる。
【０００３】別のタイプの自動立体表示装置は、２つの
像を表示するための別個のＳＬＭを有するものである。
このタイプにおける光学システムは、２つの視認ゾーン
のそれぞれから視認可能な複数の像を形成するために用
いられる、ビーム結合器（beam combiner）を有してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】観察者の一方の目によ
って視認されるべき像の一部が他方の目によって視認さ
れている場合、観察者はかすかな２重像を知覚している
ことになり、目の痛みや頭痛を感じることがある。この
効果はクロストークとして知られており、クロストーク
を最小にするためには、互いに重ならず、明らかに境界
区別された視認ゾーンを有するような表示装置を提供す
ることが望ましい。
【０００５】自動立体表示装置に通常用いられるＳＬＭ
は、別々に制御可能である複数の表示要素（画素）を有
する液晶ディスプレイを備えている。各画素は、使用時
において、光を透過させるための微小な開口部として機
能する。各画素の開口部サイズは、ＳＬＭ構造中のパタ
ーニングされたマスク層（ブラックマスク層として知ら
れる）によって規定される。そのようなブラックマスク
層は、微小な開口部のパターンを有する暗く不透明なマ
スクを形成しており、開口部の各々が各画素に対応す
る。マスク層の機能は、光がＳＬＭの非アクティブ領域
を通過することを妨げることにより、透過をアクティブ
画素領域に限定することにある。ある種のＳＬＭ素子に
おいては、画素開口領域を規定するその他の不透明要
素、例えば電極導電部材配線（conductor line）などを
有するものがある。そのような小さい開口部を通した光
の通過は、回折の原因となる。回折は、液晶ディスプレ
イの画素を通って透過する光線を広がらせるため、視認
ゾーンの境界がぼやける原因となる。そのような視認ゾ
ーン境界のぼやけは、図１に示すようなクロストークを
引き起こす。
【０００６】回折パターンの中心に位置する明るいエア
リーディスク(Airy disk)の半径を減少させることによ
って解像度を改善するための、いくつかの技術が公知で
ある（G Toraldo di Francia、Nuovo Cim Suppl 9 426
(1952)。 G BoyerおよびM Sechaud、Appl Optics 12 89
3 (1973)。B R Friedon、Optica Acta 16 795 (1969)。
B BoivinおよびA Boivin、Optica Acta 27 587(198
0)。）。このような技術は、例えば、望遠鏡の光学系に
おいて用いられている。これらの技術は、比較的明るい
高次フリンジを有する回折パターンを提供する傾向にあ
る。また、B Dossier、P BoughonおよびP Jaquinot、Jo
urn des Rech CNRS n11(1950)から、開口部の幅方向に
わたって透過振幅を変化させることによって高次回折フ
リンジの形成を回避する技術が公知であり、この技術は
光学的分光分析（spectroscopy）において用いられてい
る。液晶ディスプレイの分野においては、 液晶ディス
プレイの前部に回折格子を設けることによって液晶ディ
スプレイの画素の視認されてしまうエッジをぼやかし、
観察者が画素のグリッド状構造を知覚することを防止す
る技術が、 EP 0409188から公知である。
【０００７】本発明は、かかる問題点を解決するための
ものであって、その目的は、指向性表示装置を比較的制
限された視認領域が拡大された別モードで動作すること
を可能にする光学装置およびそのような指向性表示装置
を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面によ
れば、複数の画素を有する光学装置であって、各画素は
開口部を有し、該開口部は該開口部を横切って変化する
複素透過特性を有することによって、少なくとも１つの
非ゼロ次回折光を減少し、かつゼロ次回折光を増大し、
該複素透過特性は、振幅および位相透過特性のうち少な
くとも一つを含む、光学装置が提供され、そのことによ
り上記目的が達成される。
【０００９】前記複素透過特性は、該装置の横方向に変
化してもよい。
【００１０】入射光を吸収および／または反射するよう
に構成された吸収および／または反射手段によって各画
素の前記振幅透過特性は該装置の横方向に変化し、該吸
収および／または反射手段の吸収／反射特性は、該装置
の横方向に変化してもよい。
【００１１】各開口部の前記複素透過特性は、前記画素
がアクティブ状態であるかどうかに関わらず、パッシブ
かつ固定であってもよい。
【００１２】前記吸収および／または反射手段は、パタ
ーニングされたカラーフィルタを有してもよい。
【００１３】前記吸収および／または反射手段は、パタ
ーニングされたブラックマスク層を有してもよい。
【００１４】前記ブラックマスク層はリソグラフィー技
術を用いてパターニングされてもよい。
【００１５】前記ブラックマスク層はその厚さが変化し
てもよい。
【００１６】前記吸収および／または反射手段は、前記
装置の横方向に変化する複素透過特性を有する画素を構
成する液晶層を有してもよい。
【００１７】前記光学装置は、前記液晶層からの距離が
変化する電極を有し、厚さが変化する誘電体層が該電極
と該液晶層との間に設けられていてもよい。
【００１８】各画素は、該画素の第１の領域の振幅透過
を制御するように構成された第１の電極および、該画素
の該第１の領域に近接する第２の領域の振幅透過を制御
するように構成された第２の電極を有してもよい。
【００１９】前記光学装置は、位相透過を各画素を横切
って前記装置の横方向に変化させる位相変化手段を有し
てもよい。
【００２０】前記位相変化手段は、段階的な屈折率を有
する領域を含むガラス基板を有してもよい。
【００２１】前記位相および／または振幅透過特性は、
前記装置の横方向に連続的に変化してもよい。
【００２２】前記画素は、前記装置の横方向以外の方向
に回折を生成するような形状を有してもよい。
【００２３】前記画素はダイアモンド型形状を有しても
よい。
【００２４】前記画素は菱形形状を有してもよい。
【００２５】前記光学装置は、前記装置の横方向に選択
的に回折を誘起する回折誘起手段を有してもよい。
【００２６】前記回折誘起手段は液晶層を有し、該液晶
層は、第１の櫛形電極によって該液晶層中に実質的に不
透明なラインを形成するように制御されてもよい。
【００２７】前記光学装置は、前記第１の櫛形電極の効
果を打ち消すように構成された第２の櫛形電極を有して
もよい。
【００２８】前記光学装置は、前記横方向の回折を最小
化する場合に、前記第１の櫛形電極の代わりに用いられ
る連続的な電極を有してもよい。
【００２９】前記光学装置は、第１の画素セットおよび
第２の画素セットを有し、該第２の画素セットは一連の
実質的に不透明なストライプ形状である回折誘起手段を
有してもよい。
【００３０】前記回折誘起手段は一連の実質的に不透明
なストライプを有するパネルを有しており、該パネルは
前記装置の横方向の回折が最小化される位置と高回折位
置との間を回転可能であってもよい。
【００３１】前記回折誘起手段は、ストライプ状のフォ
トクロミック材料を有するパネルおよび、該フォトクロ
ミック材料の感度が高い周波数の放射を行う放射源を有
していてもよい。
【００３２】前記フォトクロミック材料は紫外線光に感
度が高くてもよい。
【００３３】前記回折誘起手段は、実質的に透明となる
か、複数の実質的に不透明なストライプを表示するよう
に制御され得る空間光変調子を有してもよい。
【００３４】前記空間光変調子は液晶ディスプレイであ
ってもよい。
【００３５】前記複素透過特性は、前記装置の横方向に
対して直交方向に変化してもよい。
【００３６】前記光学装置は、空間光変調子を有しても
よい。
【００３７】前記光学装置は、パララックスバリヤを有
してもよい。
【００３８】本発明の第２の局面によれば、本発明の第
１の局面に基づく装置を有する指向性表示装置が提供さ
れ、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】前記表示装置は自動立体表示装置であって
もよい。
【００４０】各画素の位相および／または振幅透過特性
を、装置の横方向に変化させることにより、この方向に
おける回折が減少する。回折を減少することにより、よ
り明瞭な、明確に規定された視認ゾーンが生成され、ク
ロストークが解消あるいは最小にされるように、このよ
うな視認ゾーン位置を設計することができる。視認ゾー
ンがよりよく規定されることにより、各視認ゾーンのよ
り大きな領域を使用することが可能になり、観察者トラ
ッキングシステムを簡略化することができる。さらに、
回折の減少によって光の広がり角が小さくなることによ
り、従来の構成によって実現可能な範囲に比較して、光
学装置からより離れて位置に視認ゾーンを設計すること
が可能になる。また、表示装置を操作することが可能な
角度範囲が拡大することにより、観察者の移動の自由度
が増大し、またそのように振られた際の表示フリッカリ
ングが減少する。表示サイズもまた増大することが出来
る。複数の観察者がディスプレイを観察するとき、視認
幅の増大により、より多くの観察者がディスプレイを同
時に観察することが可能になる。
【００４１】光学装置は、液晶ディスプレイの形態をと
り、各画素の透過特性が、画素の中心領域における最大
値から、エッジ部における最小値まで変化するようにパ
ターニングされたブラックマスク層を有していてもよ
い。また、液晶ディスプレイにカラーフィルタを用いる
場合は、各画素の透過特性を装置の横方向に変化させる
ようにフィルターの光学密度を構成してもよい。
【００４２】さらに、液晶ディスプレイを、各画素の液
晶のエッジ部が、中心領域に比較して透過性が低くなる
ように構成してもよい。この構成例において、液状表示
装置において階調表示を達成するために適切な任意の技
術を、用いることができる。
【００４３】前記指向性表示装置は、所定の視認領域に
おいて視認可能な像を表示するための表示素子を有して
おり、選択的に回折を誘起することによって該所定の視
認領域外で該像を視認可能にする回折誘起手段を有して
もよい。
【００４４】前記回折誘起手段は前記装置の横方向に回
折を誘起するように構成されてもよい。
【００４５】前記回折誘起手段は前記表示素子の液晶層
を有し、該液晶層は、第１の櫛形電極によって該液晶層
中に実質的に不透明なラインを形成するように制御され
てもよい。
【００４６】前記指向性表示装置は、前記第１の櫛形電
極の効果を打ち消すように構成された第２の櫛形電極を
有してもよい。
【００４７】前記指向性表示装置は、前記横方向の回折
を最小化する場合に、前記第１の櫛形電極の代わりに用
いられる連続的な電極を有してもよい。
【００４８】前記指向性表示装置は、第１の画素セット
および第２の画素セットを有し、該第２の画素セットは
一連の実質的に不透明なストライプ形状である回折誘起
手段を有してもよい。
【００４９】前記回折誘起手段は前記表示手段上に形成
された一連の実質的に不透明なストライプを有してお
り、該表示素子は前記表示装置の横方向の回折が最小化
される位置と高回折位置との間を回転可能であってもよ
い。
【００５０】前記回折誘起手段は、ストライプ状のフォ
トクロミック材料を有するパネルおよび、該フォトクロ
ミック材料の感度が高い周波数の放射を行う放射源を有
していてもよい。
【００５１】前記フォトクロミック材料は紫外光に感度
が高くてもよい。
【００５２】前記回折誘起手段は、実質的に透明となる
か、複数の実質的に不透明なストライプを表示するよう
に制御され得る空間光変調子を有してもよい。
【００５３】前記空間光変調子は液晶ディスプレイであ
ってもよい。
【００５４】以下、本発明の作用を説明する。
【００５５】本発明の光学装置が有する画素の位相およ
び／または振幅透過が光学装置の横方向に変化すること
によって、装置に起因して発生する回折のレベルを減少
させる。この光学装置を用いることによって、指向性表
示装置を比較的制限された視認領域が拡大された別モー
ドで動作することを可能にする構成を、提供することが
できる。例えば、自動立体ディスプレイの場合、通常時
においては、観察者が両目を位置させることによって３
Ｄ像を見るための視認領域あるいは視認窓を生成するよ
うにディスプレイを動作させる。対して、より大きな視
認領域を有する２Ｄ表示を提供する際には、回折誘起手
段が回折を誘起することにより、ディスプレイからの光
がより広範囲に広がり、ディスプレイがより大きな視認
領域から観察され得るようになる。同様に、制限された
領域内において１人の観察者がプライベートに観察を行
うための指向性表示装置の場合には、回折誘起手段を用
いてディスプレイを非プライベートモードで動作させる
ことにより、より多くの観察者がより大きな視認領域に
わたってディスプレイを見ることができるようにする。
【００５６】本発明はさらに、そのような光学装置を有
する自動立体装置およびＳＬＭに関する。
【００５７】
【発明の実施の形態】上述のように、図１に示す表示装
置は、レンズ２を介して液晶ＳＬＭ素子３を照明するよ
うに構成された、一対の光源１ａ、１ｂを有している。
レンズ２は、第１および第２の光源１ａ、１ｂの像が第
１および第２の視認窓または視認ゾーン４ａ、４ｂにお
いて生成されるように、設けられている。使用時におい
て、第１の視認ゾーン４ａに位置する観察者の左目は、
ＳＬＭ素子３においては、ＳＬＭ素子３の幅全体のうち
第１の光源１ａからの光のみを受け取る。同様に、第２
の視認ゾーン４ｂに位置する観察者の右目は、ＳＬＭ素
子３においては、ＳＬＭ素子３の幅全体のうち第２の光
源１ｂからの光のみを受け取る。
【００５８】ＳＬＭ素子３は、第１の光源１ａが点灯さ
れたときに観察者の左目に観察されるための像がＳＬＭ
素子３上に表示され、第２の光源１ｂが点灯されたとき
に観察者の右目に観察されるための像がＳＬＭ素子３上
に表示されるように構成されている。適切な像を表示す
ることにより、観察者は３次元自動立体像を知覚する。
【００５９】図２は、自動立体ディスプレイの別の態様
を示している。この態様において、光源１ａ、１ｂは互
いに離れて設けられており、レンズ２ａ、２ｂの各々
と、ＳＬＭ素子３ａ、３ｂの各々と、ビーム結合器３ｃ
とを通して、各視認窓または視認ゾーン４ａ、４ｂから
観察される。図３は、更に別の態様を示している。この
態様は図２の態様と同様であるが、以下の点で異なって
いる。すなわち、光源１ａ、１ｂの代わりに単一の光源
１が設けられており、光源１から出射した光をビームス
プリッタ１ｃが第１の部分および第２の部分に分割し、
出射光の第１の部分はミラー１ｄに反射されてレンズ２
ａおよびＳＬＭ素子３ａに入射し、出射光の第２の部分
はミラー１ｅに反射されてレンズ２ｂおよびＳＬＭ素子
３ｂに入射するように構成されている。様々な構成要素
は、ＳＬＭ素子３ａ、３ｂの像が各視認ゾーン４ａ、４
ｂから観察されるように方向付けられている。
【００６０】図４に示す態様は図２のものと同様である
が、各光源１ａ、１ｂおよびレンズ２ａ、２ｂの代わり
に、ＳＬＭ素子３ａ、３ｂ用の照明装置を設けている。
各照明装置は、バックライト１ｆ、パララックスバリヤ
１ｇ、およびレンチキュラシート１ｈを有している。シ
ート１ｈの各レンチキュールはパララックスバリヤ１ｇ
の各スリットと適切に位置あわせされているため、光
は、ビーム結合器３ｃによって反射された後、視認ゾー
ン４ｂにイメージングされ、ＳＬＭ３ａによって表示さ
れた像は視認ゾーン４ｂ中においてのみ視認可能とな
る。同様に、ＳＬＭ３ｂに対応するパララックスバリヤ
１ｇの各スリットとシート（スクリーン）１ｈの各レン
チキュールとは適切に位置あわせされているため、ＳＬ
Ｍ３ｂによって表示された像は視認ゾーン４ａ中におい
てのみ視認可能となる。ＳＬＭ３ａおよび３ｂは、観察
者の目がゾーン４ｂおよび４ａにそれぞれ位置するとき
に自動立体を提供するように、右目用の像および左目用
の像をそれぞれ表示する。
【００６１】図５は、バックライト１ｆ、パララックス
バリヤ１ｇおよびＳＬＭ素子３を有する自動立体ディス
プレイを示している。ＳＬＭ素子３は、観察者の左目用
の複数のイメージストリップと観察者の右目用の複数の
イメージストリップとがインターレースされた像を表示
するように構成されている。ＳＬＭ素子３のストリップ
およびパララックスバリヤ１ｇの周期は、観察者の左目
用の像しか観察され得ない一つ以上の視認ゾーン４ａ
と、観察者の右目用の像しか観察され得ない一つ以上の
視認ゾーン４ｂとを規定するように、設計されている。
【００６２】図６は、図１と同様な時分割した構成例を
示す。図６において、光源１、１の代わりに、バックラ
イト１ｆ、パララックスバリヤ１ｇおよびレンチキュラ
スクリーン１ｈを設けている。パララックスバリヤ１ｇ
は例えば液晶型ＳＬＭのようなアクティブ素子であり、
複数の不透明なストライプを表示するように構成されて
いる。バリヤ１ｇは以下のように制御可能である。すな
わち、ＳＬＭ素子３の像が、第１の視認ゾーン４ａから
観察可能になる位置と、第２の視認ゾーン４ｂから観察
可能になる位置との間で、ストライプをレンチキュラス
クリーン１ｈに対して移動させるように、バリヤ１ｇは
制御可能である。特に、ＳＬＭ素子３が自動立体像対の
うちの一方の像を表示中には、シート（バリヤ）１ｇの
各レンチキュールと位置あわせされた各透明スリットを
提供することによってバックライト１ｆからの光が視認
ゾーン４ａにおいてイメージングされるように、パララ
ックスバリヤ１ｇは制御される。ＳＬＭ素子３が自動立
体像対の他方の像を表示中には、以前のスリットは不透
明にされ、新しい透過スリットが形成されることによ
り、レンチキュールと相互作用することにより、バック
ライト１ｆからの光を視認ゾーン４ｂにおいてイメージ
ングさせる。
【００６３】図７は、図１と同様な構成例を示す。図７
において、両光源１ａ、１ｂは同時にオンされ、例えば
適切に方向付けられた偏光フィルタを用いることによっ
て、一方の光源は第１の偏光方向を有する光を出射し、
他方の光源は第１の偏光方向に垂直な第２の偏光方向を
有する光を出射する。ＳＬＭ素子３は、第１の偏光方向
を有する光を出射することによって観察者の一方の目に
観察されるための像を表示する第１の画素セットと、第
２の偏光方向を有する光を出射することによって観察者
の他方の目に観察されるための像を表示するように制御
される第２の画素セットとを、有している。すなわち、
各画素は一方の偏光状態のみを通過し、２つの像（一方
の偏光方向の画素による一方の像と残りの画素による他
方の像）は、空間的にマルチプレクスされる。
【００６４】図８に示す構成例は図６の構成例と同等で
あるが、時分割の代わりに異なる偏光方向を用いる。パ
ララックスバリヤ１ｇは、不透明なストライプの代わり
に、第１の偏光方向を有する光を透過する領域と、第１
の偏光方向に垂直な第２の偏光方向を有する光を透過す
る領域とを有している。例えば、それらの領域は、交互
に設けられたストライプとすることができる。
【００６５】図７および図８の構成例においては、適切
な偏光特性を有する観察眼鏡を用いることにより２つの
像の間のクロストークを更に減少させ得る。ただし、そ
のような眼鏡の使用は必須ではなく、そのような眼鏡な
しでもディスプレイを観察することができる。
【００６６】図９ａは、ＳＬＭ素子３に用いられる、従
来の液晶ディスプレイの画素構成例を示している。液晶
材料のうち、ブラックマスク層によって覆われている部
分は不使用領域であり、液晶ディスプレイの画素５は、
液晶材料の使用可能領域を最大化するように形成されて
いる。画素５は比較的小さい幅を有しており、各画素５
の最大幅は典型的には５０〜１００μｍである。画素の
形状としては、回折を誘起する幅３〜３０μｍの領域を
有しており、このような領域は、図１に図示したよう
に、視認ゾーン４ａ、４ｂのエッジ部をぼやかし、クロ
ストークの原因となる。画素形状がこのような回折の原
因となることに加え、画素は、不透明配線その他の不透
明な要素を有していることがあり、これらの要素がさら
なる回折の原因となる。また、画素は、例えば装置中の
様々な層のパターニングに起因する、屈折率要素を有し
ていることがある。このような屈折率要素は、画素の位
相透過特性を変動させ、回折を増加させる。
【００６７】図１０は、回折要素すなわちＳＬＭ素子３
が省略されれば、視認ゾーン４ａ、４ｂがよりよく規定
され、視認ゾーン４ａ、４ｂ間の重なりが減少すること
を示している。図１０中のグラフの横軸は、観察平面に
おける横方向の位置を示し、縦軸は照度を示している。
実線が左目用のウィンドウ、破線が右目用のウィンドウ
を示している。依然として重なりが残っているのは、不
完全な光学系を使用しているためである。このような改
善は効果的であり、従ってＳＬＭ素子３に起因する回折
量を減少させるために有効である。
【００６８】図９ｂは、ＳＬＭ素子３に適切に用い得
る、比較的大きな幅を有する画素６を用いることによっ
て水平方向の回折レベルが減少された液晶ディスプレイ
を示している。図９ｂに示す画素６は、幅が約３００μ
ｍであり、高さ約５５μｍである。画素６の幅寸法を増
加することにより、画素の回折効果に起因する幅方向の
光の広がり量が減少する。図９ｂの画素６を有するＳＬ
Ｍ素子３を用いて得られる視認ゾーン４ａ、４ｂは従っ
て、図９ａの画素を用いた場合よりよく規定される。結
果として、クロストークが減少し、上述の様々な効果が
達成される。
【００６９】図１１ａは、図９ａ、９ｂに示す画素５、
６および大部分のＳＬＭに典型的な透過関数を説明する
図である。図１１ａに示すように、各画素の振幅透過
は、その幅全体にわたって実質的に均一であり、エッジ
部において急激に落ちている。このような画素５、６を
用いて得られる回折パターン（高速フーリエ変換によ
る）を図１１ｂに示す。図１１ｂから、回折パターン中
心部の主輝点から離れた地点に、複数のフリンジが生成
されていることがわかる。このようなフリンジは、使用
時において、隣接する視認ゾーン、すなわち観察者の他
方の目用の像が観察されるべき側の視認ゾーンに拡がる
可能性がある。図１１ｃ〜図１１ｊは、画素の透過関数
をその幅方向にわたって変化させることによる効果およ
び、対応する回折パターンの変化を示している。様々な
透過関数形状における各回折パターンにおいて、図１１
ａに図示する正方透過関数による回折パターンを点線で
示している。
【００７０】図１１ｃは、コサイン画素開口部透過関数
を示し、図１１ｄは、対応する回折スポット強度プロフ
ィールを示す。主輝点は、図１１ａの正方透過関数より
も広く、フリンジは実質的に強度が減少しており、図１
１ｄのスケールにおいては第１のフリンジのみが観察可
能である。
【００７１】図１１ｅの線形スロープ化関数により、図
１１ｆのプロフィールが得られる。図１１ｄのプロフィ
ールよりも、フリンジ強度がより低下している点におい
て改善が見られる。
【００７２】図１１ｇは、平らな頂部を有するガウスエ
ッジ化透過関数を示しており、図１１ｈに示すプロフィ
ールを有する。主輝点は、やはり図１１ａの正方透過関
数よりも広く、フリンジは強度が減少しており、主輝点
の中心からより離れている。このようなプロフィール
は、図１１ｃおよび図１１ｅよりもよりよい光スループ
ットを提供する。
【００７３】図１１ｉは、短縮ガウス透過関数を示し、
図１１ｊは対応する回折スポット強度プロフィールを示
す。やはり、主輝点はより広く、フリンジは大きく強度
が減少しており、図１１ｊのスケールにおいて実効的に
観察不能である。
【００７４】明らかに、図１１ａに示す正方関数以外の
開口部透過関数を用いることにより、回折パターンの中
央部輝フリンジから離れたフリンジの強度を減少させる
ことができる。
【００７５】図１２は、側エッジ部近傍において、低透
過領域８を有するように改変した３つの画素７を示して
いる。図１２に示す画素７の網かけの濃度変化は、各画
素７の中央領域にわたって最大透過が起こり、透過レベ
ルは画素７の側エッジ部に向かって次第に減少すること
を示している。透過変化は、様々な方法を用いて達成し
得る。
【００７６】図１３は、一対の配向層１０ａ、１０ｂ、
誘電体層１１ａ、１１ｂおよび電極１２ａ、１２ｂの間
に液晶層９を有する、ＳＬＭ素子３を示している。ガラ
ス基板の内面にブラックマスク層１３が設けられてい
る。ブラックマスク層１３は、複数の画素を規定するよ
うにパターニングされ、複数の画素の各々は、電極１２
ａ、１２ｂを用いて適切な電解を印加することによって
独立して制御可能である。
【００７７】この構成例において、誘電体層１１ａ、１
１ｂは実質的に均一な厚さを有しているため、電極１２
ａ、１２ｂはその幅全体にわたって液晶層９から実質的
に均一に離れている。各画素の幅方向にわたる透過変化
を達成するために、ブラックマスク層１３は以下のよう
にパターニングされる。すなわち、実質的に透過がゼロ
である領域を画素のエッジ部において有し、ブラックマ
スク層１３は各画素の一部を横切って延び、ある程度の
透過を許し、画素の中心に向かって次第に透過量が増加
することによって、画素は中央に最大透過領域を有する
ようにパターニングを行う。
【００７８】ブラックマスク層１３のパターニングは、
適切なリソグラフィープロセスを用いて達成し得る。ま
たは、例えば、ブラックマスク層１３がクロームで構成
される場合は、クローム層の厚さを、透過が最小となる
厚い領域と、ある程度透過が必要とされる薄い領域を有
するように変化させることによって、透過特性変化が得
られる。
【００７９】図１４は、ＳＬＭ素子３の幅全体にわたっ
て、透過関数の変化が実質的に連続的に起きるように設
計してもよいことを、図示している。透過変化をそのよ
うにリンクすることにより、高次フリンジの形成がさら
に減少する。透過関数がサイン−方形の形態をとると
き、単一の非軸上輝点が形成され、このフリンジの角が
隣接する視認ゾーンから十分離れているならば、そのよ
うなフリンジの形成はクロストークを招かない。両目の
距離が６５ｍｍの観察者が使用することを意図した間接
距離７００ｍｍのディスプレイの場合、強いクロストー
クが起こるためには、画素パターンは約６μｍの要素サ
イズを必要とする。ＬＣＤの画素の典型的な要素サイズ
は６０μｍ以上であるため、強いクロストークは回避で
きる。
【００８０】明らかに、透過変化構成の存在は若干の光
吸収を引き起こし、表示輝度が減少することになる。従
って、ＬＣＤの透過特性を選択する際には、視認窓の規
定の改善と、表示輝度の減少との間のバランスをとるこ
とが必要である。
【００８１】図１５に、誘電体層厚みの変化に起因して
液晶電界が低下することによる振幅変調型画素エッジの
構成を示す。図１５に示す画素７は、ＳＬＭ全体にわた
って延びる液晶層９を有している。液晶層９は、配向層
１０、誘電体層１１ａ、１１ｂおよび電極１２ａ、１２
ｂの間に位置している。複数の画素開口部を有する従来
のブラックマスク層１３が電極１２ａに設けられ、ブラ
ックマスク層１３および電極１２ａ、１２ｂ画素は格子
状構造を規定している。誘電体層１１ｂは実質的にに均
一な厚さを有しているため、電極１２ｂは液晶材料９か
ら実質的に一定な距離だけ離れている。しかし、誘電体
層１１ａの厚さは均一ではなく、誘電体層１１ａの厚さ
はブラックマスク層１３材料下において最大であり、ブ
ラックマスク層１３の各画素開口部中の最小値まで次第
に減少していく。電極１２ａは直接誘電体層１１ａに設
けられているため、各画素７の中心よりもブラックマス
ク層１３下において、電極１２ａは液晶材料９からより
遠く離れている。
【００８２】液晶ディスプレイがノーマリブラックタイ
プの場合、電極１２ａ、１２ｂによる液晶材料９にまた
がる電界の印加により、液晶材料９の分子が再配向され
ることにより、液晶材料９は白色モードにスイッチされ
る。しかし、電極１２ａの液晶材料９からの距離が不均
一であるため、液晶材料９中、ブラックマスク層１３の
開口部のエッジ近傍に位置する部分に印加された電界の
大きさは減少する。このように電極１２ａ、１２ｂを適
切に制御することにより、画素７の中央部分は白色モー
ドでありながら液晶材料９のうち誘電体層１１ａの中間
厚さ部分の下の領域は中間量の光の透過を許す状態が達
成される。これらの部分は、画素の中央領域に向かって
よりも画素エッジ近傍においてより暗くなるようなグレ
ー領域として観察される。誘電体層１１ａは最大厚さか
ら最小厚さまでなめらかに変化するため、液晶材料９の
透過関数もまた誘電体層１１ａの最小厚さ部分における
最大値から、誘電体層１１ａの最大厚さ部分における最
小値まで、なめからに変化する。
【００８３】電極、誘電体層、配向層、液晶材料、およ
びブラックマスク層を挟持してガラス基板を設けること
により、ＬＣＤを形成する様々な層を支持している。
【００８４】次に、図１６ａに、パターニングされたカ
ラーフィルタ層を用いて振幅透過プロフィールを変化さ
せる構成例を示す。図１６ａに示す構成例において、各
画素の中央領域の動作および、エッジ領域の動作を別々
に制御するための、別個の電極が設けられている。第１
の電極５０は、画素の中央領域の動作を制御するために
用いられ、第２の電極５１は、エッジ領域の動作を制御
するために用いられる。電極５０および５１の間には絶
縁体層５２が設けられている。液晶材料中に形成される
階調レベルの変化をよりスムーズにするために、更に追
加的な電極を用いてもよい。
【００８５】図１６ｂに示す別構成例において、ブラッ
クマスク層１３は図１５に示す従来の形態を有してお
り、電極１２ａ、１２ｂは液晶材料９から均一に離れて
いる。カラー表示を行うためのカラーフィルタ層１３ａ
が、ブラックマスク層１３と電極１２ａとの間に設けら
れている。カラーフィルタ層１３ａは、画素中央近傍の
領域において最大透過が起こり、ブラックマスク層１４
のエッジ部近傍の最小値に向かって透過が次第に減少す
るように、パターニングされている。
【００８６】上記の各実施態様において、各画素の幅方
向にわたって複素透過関数を変化させることによって、
回折の減少を達成している。複素透過関数は、振幅透過
特性と位相透過特性の両方を包含する。上述の実施例に
おいては、振幅透過特性を変化させているが、振幅透過
特性と位相透過特性の一方または両方を変化させること
によって、回折を減少させることが可能である。
【００８７】図１７に示す構成例は、一対の配向層１
５、一対の誘電体層１６、および一対の電極１７の間に
挟持された液晶層１４を有している。電極１７は、液晶
層１４から均一に離れている。一方の電極１７の近傍
に、画素を透過する光の位相を変化させる効果を有する
ようにパターニングされた位相遅延層１８が設けられて
いる。従来技術のブラックマスク層１９が位相遅延層１
８の近傍に設けられている。図１７に示すように、上述
のように装置の各層を支持するためのガラス基板２０が
設けられている。
【００８８】図１８に、内部出力偏光子を複素屈折位相
遅延層前に用いた位相遅延構造を有する構成例を示す。
位相遅延層１８としては、リソグラフィープロセスにお
いて連続工程でパターニングすることが可能な反応性メ
ソゲン材料を用いてもよい。この材料は、複屈折性を有
しているため、その入射光は、材料に対して所定の角度
で直線偏光されていなければならない。従って、出力偏
光子１８ａがＬＣＤ装置中、液晶層９の後かつ位相遅延
層１８の前に設けられることになる。
【００８９】図１９は、図１７と同様であるが位相遅延
層１８を省略した実施態様を示す。一方のガラス基板２
０は、段階的屈折率を有する領域２１を有するように改
変されている。領域２１は、図１７の実施態様の位相遅
延層１８と同様の効果を有する。領域２１は、公知のガ
ラスへのイオン拡散技術を用いて形成することができ
る。このような技術は現在、段階屈折率（ＧＲＩＮ）レ
ンズの製造に用いられている。
【００９０】図２０に示す、別タイプの従来の自動立体
表示装置（前部パララックスバリヤ自動立体ディスプレ
イ）は、複数の垂直に延びるストライプ状に分割された
観察者の左目用の像が、同様なストライプ状に分割され
た観察者の右目用の像の間にインターレースされた像を
表示するように構成された、ＳＬＭ素子３を有する。こ
の表示装置において、ＳＬＭ素子３と観察者との間に設
けられたパララックスバリヤ１ｇは、観察者の右目用の
像が左目によって観察されること（またはその逆）を防
止するような位置に設けられている。このような自動立
体装置は、ＳＬＭ素子３に起因する回折に加えてパララ
ックスバリヤ１ｇに起因する回折のために同様な欠点を
有するが、パララックスバリヤ１ｇに起因する回折は、
図２１に示すように、不透明部分のエッジ近傍において
透過が変化する領域を有するようにパララックスバリヤ
１ｇを調節することによって減少し得る。図２１におい
て、パララックスバリヤの不透明部分を参照符号２２と
して表し、高透過部を参照符号２３として表し、透過変
化領域を参照符号２４として表している。パララックス
バリヤ中の透過変化は、液晶ディスプレイの各画素に関
して上述した任意の技術を用いることにより達成するこ
とができる。
【００９１】上記説明は直接視による自動立体装置中に
本発明の光学装置を使用することに関するものである
が、本発明の光学装置は、多くの異なるアプリケーショ
ンにおいて用いることが可能である。例えば、図２２は
プロジェクション型液晶表示システムを示している。図
２２において、光源２５からの光は、ＳＬＭ素子２６を
通過し、適切なイメージング光学系２７を介して投影さ
れる。従来のＳＬＭ素子２６に起因する回折では、ＳＬ
Ｍ素子を透過する光の一部が回折されて、イメージング
光学系２７の開口部に入射しなくなる。この光は従って
システムから失われる。６角形または円形の画素を用い
ることにより、回折に起因する光損失が減少する。すな
わち、画素開口部が全方向において最大となる。
【００９２】ＳＬＭ素子２６の代わりに、各画素を横切
って複素透過関数を有する、本願による光学装置を有す
るＳＬＭ素子を用いれば、ＳＬＭ素子中で発生する回折
のレベルが更に減少する。この結果、ある量の光がシス
テムから失われるが、ＳＬＭ素子によって透過された光
のより多くが、イメージング光学系２７に入射しかつ透
過される。本願による光学装置の液晶プロジェクション
型システムへの応用は、図２２に説明したタイプのシス
テムに限定されず、図２３に説明する構成にも同様に応
用可能である。図２３の構成は、３次元自動立体プロジ
ェクションディスプレイであり、レンズ２９および液晶
型ＳＬＭ素子３０を介してプロジェクションレンズ３２
の開口部（アパーチャー）に実質的に位置する視認窓３
１内にイメージングされる、複数の光源２８を有してい
る。プロジェクションレンズ３２は、像を方向維持プロ
ジェクションスクリーン３３上に像を結ぶように構成さ
れている。このようなプロジェクタは、光学的効率が改
善されるだけではなく、クロストークレベルが比較的低
い高品質な視認窓を提供する。
【００９３】図２４は、１人の観察者のみがＳＬＭによ
って表示された像を観察できるように視認ゾーンが制限
した構成を有する、２次元指向性ディスプレイを示して
いる。このようなディスプレイはしばしば「プライバシ
ーディスプレイ」と呼ばれ、注意の必要な情報あるいは
秘密の情報を表示したい際の使用に特に適している。こ
の表示装置は、レンズ３５およびＳＬＭ素子３６を介し
てイメージングされることにより視認領域３７を形成す
る、光源３４を有している。ＳＬＭディスプレイ上に表
示された像は、視認領域３７から観察可能である。上述
の実施態様と同様に、ＳＬＭ素子３６による光の回折
は、視認領域３７の境界がぼやける原因となり、結果と
して視認領域３７の幅を増加させると見なすことができ
る。本発明の光学装置をＳＬＭ素子３６に用いることに
より、このような回折が減少し、ディスプレイのセキュ
リティが改善される。
【００９４】状況によっては、図２４の表示装置を、図
２４に示すようなプライバシーディスプレイとして動作
する状態と、視認領域３７が実質的に増大することによ
り１人以上の人がＳＬＭ素子３６によって表示された像
を観察することを可能にする状態との間で切り替えられ
る能力が必要なことがある。あるいは、図１〜図８に示
した装置のうち任意のものと同様な装置を３Ｄ自動立体
モードと２Ｄ広視野角モードとの間で切り替えられる能
力が必要なことがある。そのような構成は、図２５に部
分図を示すＳＬＭ素子３６を用いることによって実現す
ることができる。図２５のＳＬＭ素子は、一対の配向層
３９、誘電体層４０、および電極４１の間に挟持された
液晶層３８を有している。特に図示していないが、ＳＬ
Ｍ素子３６の各画素は、上述の技術のうち任意のものを
用いて位相または振幅透過を画素開口部の幅方向にわた
って変化させ、画素に起因する回折を減少させるための
手段を、有している。
【００９５】上部電極４１は追加的な誘電体層４２を有
しており、更なる電極４３が誘電体層４２上に設けられ
ている。従来のブラックマスク層４４が追加的な電極４
３上に設けられており、ブラックマスク、電極、誘電体
層、配向層、および液晶が２枚のガラス基板４５間に挟
持かつ支持されている。
【００９６】上部電極４１および４３は、図２６に示す
形状を有しており、２つの相補的な交互嵌合型または櫛
形の、電極を構成している。使用時において、１人の観
察者が３Ｄモードでディスプレイを観察する際には、電
極４１および４３が使用される。しかし、２人以上の観
察者がノーマリーブラックモードの表示を同時に２Ｄモ
ードで観察する際には、上部電極４３がオフにされ、電
極４１のみが使用される。このような状況においては、
他の部分に比較して低い電界が印加される、ストライプ
状の液晶材料３８が存在することになり、結果液晶材料
３８は、不透明なストライプと、所望の像の表示に用い
られる実質的に透明なストライプとを有している。これ
らの狭い不透明なストライプが存在することにより、Ｓ
ＬＭ素子３６中で発生する回折が増加し、ＳＬＭ素子に
よって透過される光が、比較的広範囲にわたって広が
り、複数の観察者が表示された像を観察することが可能
になる。
【００９７】図２７に示す電極４３のような連続的な電
極を、一方の電極の代わりに用いることでも同じ効果が
得られる。この場合の櫛形電極４１は２Ｄはモードにお
いて使用され、連続的電極はセキュリティモードまたは
３Ｄモードにおいて使用される。ノーマリーホワイトモ
ードのディスプレイも同様に動作し得るが、異なる電気
的駆動信号を必要とする。図２６に示す場合において、
上部電極４３は電極パターン下部において暗い領域を形
成するように駆動され、他の電極４１は通常通り所望の
像の生成に使用される。図２７に示す電極構成において
は、２Ｄモードでは櫛形電極４１が駆動されて液晶層中
に不透明なラインを形成し、３Ｄモードまたはプライバ
シーモードでは連続電極４３のみが用いられる。
【００９８】図２６および図２７に示したパターニング
された電極を使用することに代えて、切り替えディスプ
レイは、第１のセットおよび第２のセットに分割された
複数の画素を有していてもよい。第１の画素セットは、
ディスプレイが３次元自動立体モードあるいは１人の観
察者のみがＳＬＭ素子の表示像を観察することが可能な
モードで動作しているときに用いられる。第２の画素セ
ットは、複数の観察者によって同時に観察される２次元
像を表示するときに用いられる。このような構成を図２
８（ａ）に示す。図２８（ａ）から、１人以上の観察者
が表示像を観察するときに用いられる第２の画素セット
に、一連の不透明ラインがピッチ１〜５μｍで繰り返し
設けられていることが理解されるであろう。自動立体モ
ード３Ｄ像を表示するときまたは１人の観察者のみが表
示像を観察することときに用いられる第１の画素セット
は、そのような一連のラインを有さない。上述のよう
に、一連の不透明ラインとともに画素を用いた場合、高
レベルの回折が発生し、結果として像を比較的広範囲で
観察することが可能になる。
【００９９】図２８（ｂ）に示す別の構成例において
は、すべての画素に一連の不透明ラインを設けて回折を
起こしている。不透明ラインは、画素が３次元自動立体
像を表示するために画素を用いるとき、あるいは１人の
観察者のみが表示像を観察可能にする状況でディスプレ
イを用いるときに、水平方向に延びるように方向付けら
れている。装置を、１人以上の観察者が観察することを
可能にするように切り替えるには、上記のような画素を
有するＳＬＭ素子を９０°回転させて、不透明ラインが
垂直方向に延びるようにする。この場合、ラインの存在
に起因する回折は表示装置が３次元自動立体像を表示す
るように構成されている場合のように垂直方向ではな
く、水平方向に発生する。水平方向の回折の増加によ
り、像が比較的広範囲に広がり、よって１人以上の観察
者が同時に像を観察することを可能にする。
【０１００】図２９は、特定の方向において回折を最小
化するための追加的な技術を説明する図である。この技
術は、主な次数の回折が選択された方向外で起こるよう
に画素形状を設計することによる。画素を有するＳＬＭ
素子を３Ｄ自動立体アプリケーションに用いる際には、
水性方向の回折が上述のようにクロストークの原因とな
る。図２９に示すようなダイアモンド型の画素６０を設
けることにより、水平方向の回折が減少し、輝フリンジ
の大部分が水平方向に対し４５°で延びる平面上で起こ
り、その水平方向成分を１／√２に減少する。菱形状の
画素を用いても同様な効果が得られる。図２９の構成に
おける透過関数は上述のように改変されており、画素に
起因して発生する回折の総量が減少する。このように、
所望の平面における回折を更に減少させることができ
る。
【０１０１】図３０の構成は、セキュリティモードと比
較的広範囲な視野角を有する２Ｄモードとの間で動作を
切り替えられる、切り替えディスプレイでの使用用の構
成である。このようなディスプレイは、光源６６によっ
てバックライトを供給されたＳＬＭ素子６５によって実
現される。フォトクロミックストライプを設けた材料か
らなるパネル６８が、光源６６とＳＬＭ素子６５との間
に設けられている。ストライプのフォトクロミック材料
は、紫外線（ＵＶ）光が照射されたとき以外は実質的に
透明であり、ＵＶ光照射時には、ストライプは可視光に
対して不透明になる。ＵＶ光源６９は、光源６６近傍に
位置し、ＵＶ吸収パネル７０は、パネル６８とＳＬＭ素
子６５との間に位置している。
【０１０２】使用時において、セキュリティモードで
は、ＵＶ光源６９がオフされパネル６８は可視光に対し
て実質的に透明になり、比較的狭い視認窓内に位置する
観察者のみがＳＬＭ素子６５によって表示された像を観
察することが可能になる。広視野角モードでは、ＵＶ光
源６９がオンされ、パネル６８のフォトクロミック材料
が不透明になる。その結果、パネル６８は複数の不透明
なストライプを得て、これらがパネル６８を透過する光
を回折させ、結果として比較的広範囲にわたって光を広
がらせる。パネル７０は、ＵＶ光をフィルター除去する
ことによってＵＶ光がＬＣＤまで透過してしまうことを
防ぐ。観察者はこうして、ＳＬＭ素子６５によって表示
された像を広い視野角範囲で観察することができるよう
になる。
【０１０３】図３１は図３０と同様な構成を示すが、パ
ネル６８およびＵＶ光源６９が省略され、代わりに複数
のストライプを有する追加的なＳＬＭ素子７２が設けら
れている。複数のストライプは切り替え可能であり、Ｓ
ＬＭ素子７２全体が実質的に透明になる状態または、実
質的に透明なストライプによって分離された複数の不透
明なストライプをＳＬＭ素子７２が表示している状態
を、とり得る。使用時において、セキュリティモードで
はＳＬＭ素子７２が実質的に透明にされる。不透明スト
ライプは、ディスプレイを広視野角表示モードで用いる
際に回折を発生させるために用いられる。
【０１０４】画素によって発生する回折の量は、画素を
透過する光の波長に依存する。本発明をカラーＳＬＭに
応用する際には、回折変化を最適化するために、各画素
の透過関数は、その画素中を透過する光の波長に依存し
て調整され得る。
【０１０５】図３２は、各画素が、装置の横方向および
横方向に対して直交方向に延びる方向の両方において複
素透過特性（例えば、振幅透過プロフィール）が変化す
るように改変された、実施態様を示している。透過特性
は、上述の技術のうち任意のものを用いて変化させるこ
とが可能であり、位相または振幅透過特性、あるいは２
つの組み合わせを変化させ得る。このように構成するこ
とにより、直交する両方向における回折による広がりを
最小にすることができる。
【０１０６】図３３は、回折技術およびシュリーレン光
学系（不図示）を用いたプロジェクションディスプレイ
の一部を構成する、光学装置８０を示している。このタ
イプのディスプレイは、欧州特許出願第97303990.2号に
開示されている。光学装置８０は複数の画素を有してお
り、各画素は、状態１または状態２をとるように制御さ
れる。図３３に、状態１にある画素８１の、入力光８２
に対する効果を図示する。この状態においては、画素８
１は、最小の減衰で、かつ理想的には偏向（deflectio
n）や回折なしに入力光８２を透過し、光の大部分が８
３に示すように画素から出射する。
【０１０７】８４に、回折状態２にある画素を示す。画
素８４は、入力光８５を受け取り、位相に関してのみ、
非ゼロ次回折光に変換する回折格子として機能する。図
３３に例示するように、画素８４からの出力光８６は、
状態２に切り替えられた画素からの画素内格子構造によ
って故意に回折される。主として、第１次回折光のいず
れか一方に回折される。
【０１０８】シュリーレン光学系は、非回折光がフィー
ルドストップによってブロックされるように構成され
る。一方、回折光はレンズで集光されて、例えば鑑賞ス
クリーン上に投影される。しかし、図３３中８７に示す
ように、非回折状態１にある画素８１の有する回折効果
により、光が非ゼロ次回折光に回折され、その一部が光
学系に到達する。この結果、異なる状態にある画素（状
態２の画素）から投影された光の、コントラスト比が減
少する。
【０１０９】不要な回折を減少または除去することによ
って表示のコントラスト比を改善するために、光学装置
８０は、回折効果を減少させるための上述の技術のうち
任意のものを用いる。特に、各画素開口部は、回折光を
減少して非回折光（すなわちゼロ次回折光）を増大す
る、固定あるいはスタティックな複素透過プロフィール
を有している。
【０１１０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、装置
に起因する回折を低減することが可能な光学装置が提供
される。また、比較的制限された視認領域が拡大された
別モードで動作することが可能な指向性表示装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図２】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図３】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図４】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図５】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図６】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図７】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図８】従来技術による自動立体表示装置を示す図であ
る。
【図９ａ】図１〜図８の装置での使用に適した画素構成
を示す図である。
【図９ｂ】図１〜図８の装置での使用に適した画素構成
を示す図である。
【図１０】図１と同様であるが、従来のＳＬＭ素子の回
折効果を説明するためにＳＬＭ素子を省略した図であ
る。
【図１１ａ】透過関数の一形状を示す図である。
【図１１ｂ】図１１ａに対応する強度プロフィールを示
す図である。
【図１１ｃ】透過関数の一形状を示す図である。
【図１１ｄ】図１１ｃに対応する強度プロフィールを示
す図である。
【図１１ｅ】透過関数の一形状を示す図である。
【図１１ｆ】図１１ｅに対応する強度プロフィールを示
す図である。
【図１１ｇ】透過関数の一形状を示す図である。
【図１１ｈ】図１１ｇに対応する強度プロフィールを示
す図である。
【図１１ｉ】透過関数の一形状を示す図である。
【図１１ｊ】図１１ｉに対応する強度プロフィールを示
す図である。
【図１２】本発明の一実施態様による画素を示す図であ
る。
【図１３】図１２の画素の断面図を示す図である。
【図１４】図１３に図示するタイプの画素を複数有する
ＳＬＭ素子の、断面図である。
【図１５】図１３と同様な図であり、別の構成例を示す
図である。
【図１６ａ】図１３と同様な図であり、別の構成例を示
す図である。
【図１６ｂ】図１３と同様な図であり、別の構成例を示
す図である。
【図１７】一変形例を示す断面図である。
【図１８】一変形例を示す断面図である。
【図１９】一変形例を示す断面図である。
【図２０】別タイプの表示装置を示す図である。
【図２１】図２０の表示装置での使用に適切な実施態様
を示す図である。
【図２２】本発明を適用することが可能な、従来のプロ
ジェクションシステムを示す略図である。
【図２３】本発明によるプロジェクションシステムを示
す図である。
【図２４】指向性２Ｄ表示装置を示す図である。
【図２５】図２４の表示装置で使用されるＳＬＭ素子の
一部を示す断面図である。
【図２６】図２５のＳＬＭ素子における使用に適した電
極を示す図である。
【図２７】図２５のＳＬＭ素子における使用に適した電
極を示す図である。
【図２８】２つの動作モード間で切り替えを行う技術を
説明する図である。
【図２９】別の画素構成例を示す略図である。
【図３０】別の切り替え可能ディスプレイ構成を示す略
図である。
【図３１】別の切り替え可能ディスプレイ構成を示す略
図である。
【図３２】水平方向ならびに垂直方向において複素透過
関数が変化する画素を示す略図である。
【図３３】本発明の一実施態様を形成するプロジェクシ
ョンディスプレイの一部を示す概略図である。
【符号の説明】
９ 液晶層 １０ａ、１０ｂ 配向層 １１ａ、１１ｂ 誘電体層 １２ａ、１２ｂ 電極 １３ ブラックマスク層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド エズラ イギリス国 オーエックス10 ０アール エル オックスフォードシャー， ウォ ーリンフォード， ブライトウェル カ ム ソトウェル， モンクス メッド 19 (56)参考文献 特開 平５−2148（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−287192（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22 G02B 27/42 G02F 1/13 505

Claims (43)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の画素を有する光学装置であって、
    各画素は開口部を有し、該開口部は該開口部を横切って
    変化する複素透過特性を有することによって、少なくと
    も１つの非ゼロ次回折光を減少し、かつゼロ次回折光を
    増大し、該複素透過特性は、振幅および位相透過特性の
    うち少なくとも一つを含む、光学装置。
  2. 【請求項２】 前記複素透過特性は、該装置の横方向に
    変化する、請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 入射光を吸収および／または反射するよ
    うに構成された吸収および／または反射手段によって各
    画素の前記振幅透過特性は該装置の横方向に変化し、該
    吸収および／または反射手段の吸収／反射特性は、該装
    置の横方向に変化する、請求項２に記載の光学装置。
  4. 【請求項４】 各開口部の前記複素透過特性は、前記画
    素がアクティブ状態であるかどうかに関わらず、パッシ
    ブかつ固定である、請求項３に記載の光学装置。
  5. 【請求項５】 前記吸収および／または反射手段は、パ
    ターニングされたカラーフィルタを有する、請求項４に
    記載の光学装置。
  6. 【請求項６】 前記吸収および／または反射手段は、パ
    ターニングされたブラックマスク層を有する、請求項４
    に記載の光学装置。
  7. 【請求項７】 前記ブラックマスク層はリソグラフィー
    技術を用いてパターニングされる、請求項６に記載の光
    学装置。
  8. 【請求項８】 前記ブラックマスク層はその厚さが変化
    する、請求項６に記載の光学装置。
  9. 【請求項９】 前記吸収および／または反射手段は、前
    記装置の横方向に変化する振幅透過特性を有する画素を
    構成する液晶層を有する、請求項８に記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】 前記液晶層からの距離が変化する電極
    を有し、厚さが変化する誘電体層が該電極と該液晶層と
    の間に設けられている、請求項９に記載の光学装置。
  11. 【請求項１１】 各画素は、該画素の第１の領域の振幅
    透過を制御するように構成された第１の電極および、該
    画素の該第１の領域に近接する第２の領域の振幅透過を
    制御するように構成された第２の電極を有する、請求項
    ９に記載の光学装置。
  12. 【請求項１２】 位相透過を各画素を横切って前記装置
    の横方向に変化させる位相変化手段を有する、請求項２
    から１１のいずれかに記載の光学装置。
  13. 【請求項１３】 前記位相変化手段は、段階的な屈折率
    を有する領域を含むガラス基板を有する、請求項１２に
    記載の光学装置。
  14. 【請求項１４】 前記位相および／または振幅透過特性
    は、前記装置の横方向に連続的に変化する、請求項２か
    ら１３のいずれかに記載の光学装置。
  15. 【請求項１５】 前記画素は、前記装置の横方向以外の
    方向に回折を生成するような形状を有する、請求項２か
    ら１４のいずれかに記載の光学装置。
  16. 【請求項１６】 前記画素はダイアモンド型形状を有す
    る、請求項１５に記載の光学装置。
  17. 【請求項１７】 前記画素は菱形形状を有する、請求項
    １５に記載の光学装置。
  18. 【請求項１８】 前記装置の横方向に選択的に回折を誘
    起する回折誘起手段を有する、前記請求項のいずれかに
    記載の光学装置。
  19. 【請求項１９】 前記回折誘起手段は液晶層を有し、該
    液晶層は、第１の櫛形電極によって該液晶層中に実質的
    に不透明なラインを形成するように制御される、請求項
    １８に記載の光学装置。
  20. 【請求項２０】 前記第１の櫛形電極の効果を打ち消す
    ように構成された第２の櫛形電極を有する、請求項１９
    に記載の光学装置。
  21. 【請求項２１】 前記横方向の回折を最小化する場合
    に、前記第１の櫛形電極の代わりに用いられる連続的な
    電極を有する、請求項１９に記載の光学装置。
  22. 【請求項２２】 第１の画素セットおよび第２の画素セ
    ットを有し、該第２の画素セットは一連の実質的に不透
    明なストライプ形状である回折誘起手段を有している、
    請求項１８に記載の光学装置。
  23. 【請求項２３】 前記回折誘起手段は一連の実質的に不
    透明なストライプを有するパネルを有しており、該パネ
    ルは前記装置の横方向の回折が最小化される位置と高回
    折位置との間を回転可能である、請求項１８に記載の光
    学装置。
  24. 【請求項２４】 前記回折誘起手段は、ストライプ状の
    フォトクロミック材料を有するパネルおよび、該フォト
    クロミック材料の感度が高い周波数の放射を行う放射源
    を有している、請求項１８に記載の光学装置。
  25. 【請求項２５】 前記フォトクロミック材料は紫外線光
    に感度が高い、請求項２４に記載の光学装置。
  26. 【請求項２６】 前記回折誘起手段は、実質的に透明と
    なるか、複数の実質的に不透明なストライプを表示する
    ように制御され得る空間光変調子を有する、請求項１８
    に記載の光学装置。
  27. 【請求項２７】 前記空間光変調子は液晶ディスプレイ
    である、請求項２６に記載の光学装置。
  28. 【請求項２８】 前記複素透過特性は、前記装置の横方
    向に対して直交方向に変化する、前記請求項のいずれか
    に記載の光学装置。
  29. 【請求項２９】 空間光変調子を有する、前記請求項の
    いずれかに記載の光学装置。
  30. 【請求項３０】 パララックスバリヤを有する、請求項
    １から２８のいずれかに記載の光学装置。
  31. 【請求項３１】 前記請求項にいずれかに記載の光学装
    置を有する指向性表示装置。
  32. 【請求項３２】 前記表示装置は自動立体表示装置であ
    る、請求項３１に記載の指向性表示装置。
  33. 【請求項３３】 所定の視認領域において視認可能な像
    を表示するための表示素子を有しており、選択的に回折
    を誘起することによって該所定の視認領域外で該像を視
    認可能にする回折誘起手段を有する、指向性表示装置。
  34. 【請求項３４】 前記回折誘起手段は前記装置の横方向
    に回折を誘起するように構成された、請求項３３に記載
    の指向性表示装置。
  35. 【請求項３５】 前記回折誘起手段は前記表示素子の液
    晶層を有し、該液晶層は、第１の櫛形電極によって該液
    晶層中に実質的に不透明なラインを形成するように制御
    される、請求項３３または３４に記載の指向性表示装
    置。
  36. 【請求項３６】 前記第１の櫛形電極の効果を打ち消す
    ように構成された第２の櫛形電極を有する、請求項３５
    に記載の指向性表示装置。
  37. 【請求項３７】 前記横方向の回折を最小化する場合
    に、前記第１の櫛形電極の代わりに用いられる連続的な
    電極を有する、請求項３５に記載の指向性表示装置。
  38. 【請求項３８】 第１の画素セットおよび第２の画素セ
    ットを有し、該第２の画素セットは一連の実質的に不透
    明なストライプ形状である回折誘起手段を有している、
    請求項３３に記載の指向性表示装置。
  39. 【請求項３９】 前記回折誘起手段は前記表示手段上に
    形成された一連の実質的に不透明なストライプを有して
    おり、該表示素子は前記表示装置の横方向の回折が最小
    化される位置と高回折位置との間を回転可能である、請
    求項３３に記載の指向性表示装置。
  40. 【請求項４０】 前記回折誘起手段は、ストライプ状の
    フォトクロミック材料を有するパネルおよび、該フォト
    クロミック材料の感度が高い周波数の放射を行う放射源
    を有している、請求項３３に記載の指向性表示装置。
  41. 【請求項４１】 前記フォトクロミック材料は紫外光に
    感度が高い、請求項４０に記載の指向性表示装置。
  42. 【請求項４２】 前記回折誘起手段は、実質的に透明と
    なるか、複数の実質的に不透明なストライプを表示する
    ように制御され得る空間光変調子を有する、請求項３３
    に記載の指向性表示装置。
  43. 【請求項４３】 前記空間光変調子は液晶ディスプレイ
    である、請求項４２に記載の指向性表示装置。
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