(57)【要約】【課題】受動ディスプレイと、光源およびビデオ信号入力を含むディスプレイ装置を提供する。【解決手段】本発明のディスプレイ装置は、動作時に、ビデオ信号に応答して、受動ディスプレイが像を作り出すように光源からの光を調整し、光源の強度がビデオ信号によって制御される。光源によって照明された受動ディスプレイを使用して表示像を作り出す方法が、所望量の情報と、グレイスケールおよび色特性を備えた表示像を得るように光源を制御することで特徴づけられる。調光ディスプレイが像を形成するように光源からの入射光を調整するようになっているディスプレイシステムにより消費電力を減少させる方法が、相対的に暗い像の出力を減少させるように光源に与えられた電力を制御することで特徴づけられる。【選択図】図１
2010204675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定数の区分されたグレイ濃淡度を有する所定のグレイ濃淡度範囲内でカラーによるディスプレイが可能であり、照明光源とコンピュータコントロールとを有するディスプレイ装置によりディスプレイされるイメージのコントラストを制御する方法であって、
入力イメージ信号に含まれる輝度情報とカラー情報とを処理し、前記入力イメージ信号が、前記所定のグレイ濃淡度範囲よりも小さい範囲内で前記所定数の区分されたグレイ濃淡度よりも少ない第１の数のグレイ濃淡度を含むものである場合には、前記第１の数のグレイ濃淡度を該第１の数より多い第２の数のグレイ濃淡度に変更し、かつ、前記照明光源からの光量を調節する
ことからなり、
該光量の調節は、
前記入力信号が暗いイメージを表すものである場合には光量を減少させ、
前記入力信号が輝度の高いイメージを表すものである場合には光量を増加させる
ことからなることを特徴とするコントラストを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ディスプレイ強調に関する。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。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、本件出願人により出願され、1996年7月30日に特許された米国特許第5541745号、1996年7月2日に付与された同第5532854号、1996年5月21日に付与された同第5519524号、1996年7月16日に付与された同第5537256号、1996年11月5日に付与された同第5572341号、1998年2月3日に付与された同第5715029号、1997年4月15日に付与された同第5621572号、1998年9月15日に付与された同第5858589号および1997年2月5日に付与された同第5606458号を参照する。これら特許を全て引用により本明細書に組み入れる。
【０００３】
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、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である。
【０００４】
従来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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
前述した特許には、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明者は、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。
【００２３】
容易に認識されるように、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、本発明者は、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ることを着想した。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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
例えば、もし１００段階のグレイの濃淡のグレイスケールと、１０段階のグレイの濃淡を有するディスプレイとが存在する場合には、照明源の強度は例えば１０段階の異なるレベルで変化させるものとし、また、ディスプレイ自体からも１０段階の異なるグレイの濃淡を与えることができる。従って、これは１００段階のグレイの濃淡をもたらすものとなる。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（１０の６乗に相当する異なる段階の照明レベル及びカラー表示を可能にする）。以上のことは、イメージに没頭することが極めて重要な頭部取付け式の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。
【００２６】
本発明において、輝度及びイメージの２つの機能を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。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
以上に鑑みて、本発明は、ディスプレイのコントラストを改善する方法及びディスプレイ装置である。本発明の一態様は、照明用光源とコンピュータコントロールとを有し、所定数の区分されたグレイ濃淡度を有する所定のグレイ濃淡範囲内でカラーディスプレイが可能であり、入力イメージ信号に対応するイメージが高輝度イメージ又は暗いイメージである場合には、該入力イメージ信号が前記所定数のグレイ濃淡度より少ない第１の数の区分されたグレイ濃淡度を有するようになるディスプレイ装置においてディスプレイされるイメージのコントラストを制御する方法である。この方法は、入力イメージ信号の輝度情報及びカラー情報を処理して前記第１の数の区分されたグレイ濃淡度を求め、入力イメージが高輝度イメージ又は暗いイメージである場合には、照明光源の光量を調節して前記第１の数の区分されたグレイ濃淡度を該前記第１の数の区分されたグレイ濃淡度より多い第２の数の区分されたグレイ濃淡度に変更することからなる。
【００２８】
別の態様は、照明用光源とコンピュータコントロールとを有するディスプレイ装置におけるディスプレイイメージのコントラストを制御する方法である。この方法は、コンピュータコントロールにより入力イメージ信号の輝度情報及びカラー情報を処理して、入力イメージ信号におけるグレイの濃淡度を求め、入力イメージ信号に対応するイメージが暗いイメージである場合には照明光源からの光量を減少させ、入力イメージ信号に対応するイメージが高輝度イメージである場合には照明光源からの光量を増加させて、入力イメージ信号に対応するイメージのディスプレイにおけるグレイ濃淡度の数を増加させることからなるディスプレイイメージのコントラストを制御する方法である。
また、本発明の他の態様は、イメージをディスプレイするディスプレイ装置である。このディスプレイ装置は、ディスプレイと、照明用光源と、コンピュータコントロールとを備える。コンピュータコントロールは、輝度情報及びカラー情報を含む入力信号を受け、該入力信号におけるグレイ濃淡度を求め、高輝度の場合には前記照明用光源からの光量を増加させ、低輝度の場合には前記照明用光源からの光量を減少させて、入力信号に対応してディスプレイ上にディスプレイされるイメージのグレイ濃淡度の数を増加させるものである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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】
【００３３】
【図１】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】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】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４】図４の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）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５】図５の（Ａ）および（Ｂ）は、電気光学ディザリングシステムの概要図である。
【図６】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７】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８】図７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９】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１０】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１１】多色ディスプレイのための赤、緑、及び青ピクセル配列の一部分の概要図である。
【図１２】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１３】移動していない元のピクセルイメージの位置と、図１２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１４】例えば図１２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１５】例えば図１２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１６】例えば図１２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１７】例えば図１８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１８】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１７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１９】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２０】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２１】例えば図１９−２０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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】本発明の動作を説明する図である。
【図２７】本発明の動作を説明する図である。
【図２８】本発明の動作を説明する図である。
【図２９】本発明の動作を説明する図である。
【図３０】本発明の動作を説明する図である。
【図３１】本発明の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
全体を１で示す電気光学ディザリングシステムは、参考として示されるもので、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。
【００３５】
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５ａ、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。
【００３６】
図１に示す例では、ディスプレイ２はＣＲＴである。ディスプレイ２はＬＣＤ、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１０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。
【００３９】
図１に示す光ディスプレイシステム３の例では、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
以上の説明から、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。こ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１１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。
【００４５】
ディスプレイ２として液晶ディスプレイ（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、これらのディスプレイが直線偏光特性を与えるので、別に設けられる直線偏光子１２を省略することができる。
【００４６】
図２では、電気光学ディザリングシステム１は透過型ＬＣＤ２０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。ＬＣＤ２０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。ＬＣＤ２０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２０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。
【００４７】
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。
【００４８】
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）。
【００４９】
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。
【００５０】
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ＬＣＤ２０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ＬＣＤ２０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４のＡ、Ｂ、及びＣに示す。
【００５１】
暫時、上述した軸の関係を示す図４のＡ、Ｂ、及びＣを参照する。図４のＡ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ＣＲＴ２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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
図５のＡを簡単に参照すると、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５のＡ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。
【００５６】
図５のＡ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。
【００５７】
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５のＢ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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
例えばＣＲＴ２、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６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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
図６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。
【００６５】
図７及び８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。ＬＣＤ１００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８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８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。
【００６６】
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８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。
【００６７】
図７及び８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。
【００６８】
ＬＣＤ１００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。
【００６９】
ＬＣＤ１００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ＥＤＳ１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、ＬＣＤ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。
【００７０】
ＥＤＳ１及びＬＣＤ１００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。
【００７１】
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９及び１０に示す。図９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ＬＣＤ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９及び１０に示すような、例えばＬＣＤ１００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ＬＣＤ１００には供給されない。ＥＤＳ１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。
【００７２】
同期の別の例として図１０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１４４、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。
【００７３】
２つの例にしかすぎないが、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参考例である。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。
【００７４】
ＥＤＳ１、２０１は、単色または多色のディスプレイシステム３、１３、９９など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１１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、ＥＤＳ１、１０１等を使用する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。
【００７５】
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。
【００７６】
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ディ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ば、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。
【００７７】
図１２と、図１３と、表１とを以下に参照する。光学的ディスプレイ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はディスプレイ６４５から面偏光入力６４４を受ける。もしもディスプレイ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。ディスプレイシステム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。
【００７８】
ディスプレイシステム６４０を使ってビデオ表示をつくる。ＮＴＳＣやＰＡＬのようなビデオディ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つのフィールド（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。光学的なディ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、像源として液晶ディスプレイもしくは他のディ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ィスプレイシステムにおいてフレーム毎に２つのフィールドと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ィ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ィスプレイシステムと関連していてもよい。
【００７９】
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６４３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。
【００８０】
光学的ディスプレイシステム６４０の動作を説明するにあたり、ディ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、ディスプレイ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１３に見られるように、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のフィ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。
【００８１】
以下に表１を参照する。フレーム１、フィールド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１におけるフレーム１、フィールド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６５３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。
【００８２】
第１のフレームの第２のフィールド、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のフィ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。ディ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ィ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のフィ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１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のフィールドを表し、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のフィールドを表す。
【００８３】
表１の行３と行４とは、ピクセル６６２、６６２’と６６３、６６３’をつくるため表１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フィールドは、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ィ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ィスプレイに本当の、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ィールドに生じるピクセルは、その同じフレームの第２のフィールドがつくられるときに、異なる位置に生じる。
【００８４】
【表１】
2010204675.tif 000003
【００８５】
ＬＣＤのようなディ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、液晶ディスプレイのようなディ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つのフィ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、ＬＣＤの一つのピクセルは、フレームの特定のフィ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、ディスプレイシステム６４０のようなディ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のフィ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。
【００８６】
光学的ディスプレイシステム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、フレーム毎フィールド毎に得られ、こうしてピクセル６６０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６６０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ィ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ィスプレイ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をつくるディスプレイ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、ＬＣＤ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ィスプレイシステム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ィスプレイ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ィスプレイシステム６４０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ィスプレイ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
本発明に使用できる液晶ディスプレイの例を示す図１４を参照する。一例としての液晶ディスプレイの赤、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。
【００８７】
カラー液晶ディ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。
【００８８】
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、カラー液晶ディ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１４を参照して説明する。図１４の２行のピクセルはカラー液晶ディ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１４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１７に示すように行をずらせる。
【００８９】
例えば、光学的ディスプレイシステム６４０を使用するとき、図１４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、ディスプレイへの入力ビデオ信号がつくるディ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ィ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１４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。
【００９０】
図１５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１２の光学的ディスプレイシステム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１５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１５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、ディ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。
【００９１】
図１５のディスプレイが光学的ディスプレイシステム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１６に示すディスプレイは光学的ディスプレイシステム６４０のと同じように変更した動作を表す。すなわち、図１６における横移行は図１５におけるのと同じように起こるが、図１６においては像の垂直移行が結果としてつくる移行像は、ディスプレイ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ィスプレイ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ィ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ィスプレイシステム３４０のための所望形式の可視出力をつくれる。
【００９２】
図１７と図１８とを簡単に参照する。ＬＣＤ６４５のような図１７のディ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ィスプレイシステム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）を通過後上記のディ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６８４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。
【００９３】
光学的ディスプレイシステム６８０とそれのディザリングシステム６８１、６８２、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。
【００９４】
図１９を参照する。人７０４が、頭につけるビューイング・システム７０５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ィ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。
【００９５】
頭に装着されるビューイング・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７０５ｍ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インチである。これらは一例に過ぎず、他の寸法でもよい。
【００９６】
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。
【００９７】
図２０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１９）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。
【００９８】
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７１８（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。
【００９９】
光学的システム７１４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７２３、７２３’である。
【０１００】
像源７１５はディスプレイ７２４ｄと入射光源７２４ｉとを含む。光源はディスプレイ７２４ｄを含み、このディ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ィスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等を使用できる。幾つかのディ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７２８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ＯＬＤ７１８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ィスプレイシステム７０５の動作を制御する電気信号を与える。
【０１０１】
これらの制御動作を要約すると、ディスプレイ７２４ｄはツイステッド・ネマチック液晶ディスプレイであり、そしてＯＬＤ７１８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ィスプレイ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ィスプレイシステム７０５の動作と光学的出力とを改善する。
【０１０２】
ディスプレイ７０５の光学的システム７１４の光学的要素の詳細を図２１に示す。図２１に示す光学的要素は図２０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２１ではハウジング７０５ｈと支持体７０５ｍとは図面を簡単にするため示されてはいない。
【０１０３】
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。ディスプレイシステム７０５も像源７１５（図２０）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ィスプレイであり、これは例えばディ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が含む液晶ディスプレイ７２４ｄは像源７２４ｉからの光を変調して目７１３で見られる像を形成する。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ィスプレイでよい。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。
【０１０４】
本発明はいかなる形式の像源もしくはディスプレイ・ソースと一緒に有効に利用できる。このようなディスプレイ・ソースの一例はコンパクトな、平らなパネルディスプレイであり、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ィスプレイを利用したものである。
【０１０５】
図２１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、そしてその光はディスプレイシステム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２１と他の図面において合焦点要素７２１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。
【０１０６】
像源７１５は図２１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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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２１の位置８２８の方に向かう。観察者(人)の目７１３は位置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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
図２１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。
【０１１１】
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ＨＭＤのディスプレイシステム７０５を頑丈にし、そして信頼できるものにするのである。
【０１１２】
図２１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２１に示される。像８３０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。
【０１１３】
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ゼロラジアンもしくは略ゼロラジアンから２，３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。
【０１１４】
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８２７ａ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。ディスプレイシステム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。
【０１１５】
ディスプレイシステム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、従来のディ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、従来のディスプレイシステム、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ィ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。
【０１１６】
例示の目的で図２１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として見られる像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２１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。
【０１１７】
図２１で反射器７２３の像８３０は像源ディスプレイ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８２５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、像源ディスプレイ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。
【０１１８】
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７１３ａに光学的に重ね合わされているのである。
【０１１９】
こ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。
【０１２０】
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２０）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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
図２２を参照する。図は、透光ディスプレイシステムを９０１で示す。このディスプレイシステム９０１は光源９０２、図２０に７２４ｄで示すような液晶ディスプレイ９０３、図２０に７１４で示すような、液晶ディ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２０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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
液晶ディスプレイ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。液晶ディスプレイ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ィ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９０３の代わりに使用できる液晶セルとディスプレイ装置の例は米国特許番号第４，３８５，８０６号と、同第４，４３６，３７６号と、同第４，５４０，２４３号と、再発行特許番号第３２，５２１号と米国特許番号第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、そして本件出願により出願され付与された米国特許番号第５、５３２、８５４号にも開示されている。
【０１２５】
投影して見るための出力像をつくる目的で液晶ディスプレイからは別個の、及び／又は液晶ディ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ィ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ィスプレイ９０３の形成像を投影する投影光学装置である。
【０１２６】
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）信号もしくはディスプレイ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、例えば多くのディ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）はディスプレイ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はディスプレイ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、その間そのディ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ィ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ィールド・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ィスプレイ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ィ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。このフィールドシーケンシャル式操作を利用して、ディ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。
【０１２７】
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は液晶ディスプレイ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。
【０１２８】
像信号源９０６から入ってく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９０５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、ディスプレイ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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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ィスプレイシステムにも利用できる。
【０１３１】
装置９０１の所要電力は従来のディ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、受動ディ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。
【０１３２】
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。ディスプレイ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。
【０１３３】
図２３を参照すると、光反射ディスプレイシステムは９０１’で示される。ディスプレイシステムは９０１’は光源９０２’、液晶ディスプレイ９０３’、この液晶ディスプレイ９０３’がつくる像の投影もしくは観察のための光学要素９０４’、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。ディスプレイ９０３’と光学要素９０４’の種々の構成部分は上述の米国特許に開示されたものと同様もしくは類似している。光源９０２’とディスプレイ９０３’とは本件出願人により出願された付与された米国特許番号第５、５４１、７４５号に開示された型式のものである。
【０１３４】
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。液晶ディスプレイ９０３’は反射式、可変複屈折液晶ディスプレイ装置である。
【０１３５】
フルカラー・フレームシーケンシャル照明システムとディスプレイ
図２４を参照する。フルカラーディスプレイ・サブシステム９１９は照明システム９２０を含んでいる。ディスプレイ・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９０８ａ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。
【０１３６】
照明システム９２０はディスプレイ９０３’を順次照明することを意図されており、このディスプレイ９０３’（もしくはディ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、ディスプレイ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ィスプレイ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・マルチカラーディ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、緑そして青ディ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。
【０１３７】
ディスプレイ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ィスプレイ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ィスプレイ９０３’がつくるときは、赤色の光がディスプレイ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。
【０１３８】
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／又は付勢の下でディスプレイ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。
【０１３９】
本明細書において９６１で示されるようなディスプレイ・サブシステムのフレーム・シーケンシャルもしくはフィールド・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。フィールド・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。
【０１４０】
図２５を参照する。頭取付けディスプレイ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ィスプレイシステム９６１、９６２とコントロールシステム７０５を含んでいる。これらのディスプレイシステム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とを使ってディスプレイ９６０を頭に取付けてもよい。
【０１４１】
ディスプレイシステム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がディスプレイ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。
【０１４２】
ディスプレイシステム９６１、９６２は同じである。コントロールシステム９０５はディスプレイシステム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。ディスプレイ９６０はヘッド・アップ式ディスプレイのような、頭に付けるディスプレイ、バーチュアル・リアリティディスプレイもしくはマルチメディアディスプレイでよい。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ィ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。ディスプレイシステム９６１、９６２が含む合焦点光学要素はディスプレイシステムの像を見やすい距離、目の前２，３インチから２，３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。
【０１４３】
液晶セル９０３’の特徴は頭部取付け式のディスプレイ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ィ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ィスプレイシステムを使用するディスプレイシステムである。このようなディ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、そのようなディスプレイシステムは、そのディ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ィ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ィ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。
【０１４４】
以下、本発明による装置の作動を説明している図２６−３１を参照する。図２６はドットマトリックス液晶ディ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（濃淡度）を示している。図２６の下のグラフで実際の濃淡度を示す。図２６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２６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２６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２７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て輝いた、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ィスプレイ側面図である。
【０１４５】
図２８は図２７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。ディ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。
【０１４６】
図２９は図２７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。
【０１４７】
図２７ないし図２９は標準のディスプレイ装置の動作を示す。図３０と図３１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３０に見ら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３１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。
【符号の説明】
【０１４８】
１    電気光学ディザリングシステム
２、２０、１００    ディスプレイ
３、１３、９９    光ディスプレイシステム
５    出力光信号
１０    光屈折材料
１１    スイッチ
１２    偏光子
１３    光ディスプレイシステム
２２    光源
７０４    人
７０５    ビューイングシステム
【図１】
2010204675.tif 000004
【図２】
2010204675.tif 000005
【図３】
2010204675.tif 000006
【図４】
2010204675.tif 000007
【図５】
2010204675.tif 000008
【図６】
2010204675.tif 000009
【図７】
2010204675.tif 000010
【図８】
2010204675.tif 000011
【図９】
2010204675.tif 000012
【図１０】
2010204675.tif 000013
【図１１】
2010204675.tif 000014
【図１２】
2010204675.tif 000015
【図１３】
2010204675.tif 000016
【図１４】
2010204675.tif 000017
【図１５】
2010204675.tif 000018
【図１６】
2010204675.tif 000019
【図１７】
2010204675.tif 000020
【図１８】
2010204675.tif 000021
【図１９】
2010204675.tif 000022
【図２０】
2010204675.tif 000023
【図２１】
2010204675.tif 000024
【図２２】
2010204675.tif 000025
【図２３】
2010204675.tif 000026
【図２４】
2010204675.tif 000027
【図２５】
2010204675.tif 000028
【図２６】
2010204675.tif 000029
【図２７】
2010204675.tif 000030
【図２８】
2010204675.tif 000031
【図２９】
2010204675.tif 000032
【図３０】
2010204675.tif 000033
【図３１】
2010204675.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月7日(2010.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力イメージ信号により表される所定数の区分されたグレイ濃淡度を有する所定のグレイ濃淡度範囲内でディスプレイが可能であり、照明光源と受動的ディスプレイパネルとコントロールとを有するディスプレイ装置を用いて、入力イメージ信号により表されるイメージをディスプレイする方法であって、
前記入力イメージ信号を処理して、輝度情報と、前記入力イメージ信号により表されるグレイ濃淡度範囲及びグレイ濃淡度の数を含むグレイ濃淡度情報とを求め、
前記入力イメージ信号が、前記ディスプレイ装置における前記所定のグレイ濃淡度範囲より小さい範囲内で前記所定数の区分されたグレイ濃淡度よりも少ない第１の数のグレイ濃淡度を含むものである場合には、前記第１の数のグレイ濃淡度を該第１の数より多い第２の数のグレイ濃淡度に変更するように前記受動的ディスプレイパネルの透過度を調節し、かつ、前記照明光源からの光量を調節する
ことからなり、
該光量の調節は、
前記入力イメージ信号に対応するイメージが暗いイメージである場合には光量を減少させ、
前記入力イメージ信号に対応するイメージが輝度の高いイメージである場合には光量を増加させる
ことからなることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載した方法であって、イメージをディスプレイするために、前記受動的ディスプレイパネルを少なくとも３つのカラーを有する前記照明光源により照明することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載した方法であって、
イメージをディスプレイするために、前記受動的ディスプレイパネルを少なくとも３つの独立に制御可能なカラーを有する前記照明光源により照明することからなり、
前記入力イメージ信号を処理して、輝度情報と前記グレイ濃淡度情報とを求める前記段階は、前記入力イメージ信号に用いられている前記少なくとも３つの独立に制御可能なカラーの各々について遂行され、
前記受動的ディスプレイパネルの透過度を調節し、かつ、前記照明光源からの光量を調節する前記段階は、カラーごとに独立に前記入力イメージ信号に対応するイメージに用いられているグレイ濃淡度の数を増加させ、かつ、カラーごとに独立に、前記入力イメージ信号に対応するイメージが比較的暗いイメージである場合には光量を減少させ、カラーごとに独立に、前記入力イメージ信号に対応するイメージが比較的輝度の高いイメージである場合には光量を増加させることからなる
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
所定数の区分されたグレイ濃淡度を有する所定のグレイ濃淡度範囲内でディスプレイが可能であるディスプレイ装置であって、
受動的ディスプレイパネルと、
前記受動的ディスプレイパネルを照明するように配置された照明光源と、
コンピュータコントロールと、
を備え、前記コンピュータコントロールは、
輝度情報と、前記ディスプレイ装置の前記所定数の区分されたグレイ濃淡度より少ない第１の数の区分されたグレイ濃淡度を用いるグレイ濃淡度情報とを含む入力イメージ信号を受け、
前記第１の数の区分されたグレイ濃淡度を第２の数の区分されたグレイ濃淡度に変更して、イメージを前記ディスプレイパネル上にディスプレイするために使用し、かつ、前記入力イメージ信号に対応するイメージが輝度の高いイメージである場合には前記照明光源からの光量を増加させ、前記入力イメージ信号に対応するイメージが暗いイメージである場合には前記照明光源からの光量を減少させる、
ように動作可能である
ことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項４に記載したディスプレイ装置であって、前記照明光源は、少なくとも３つの異なるカラーの光を生成するように構成されたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項４に記載したディスプレイ装置であって、前記照明光源は、少なくとも３つの独立に制御可能な異なるカラーの光を生成するように構成されたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項７】
請求項６に記載したディスプレイ装置であって、前記少なくとも３つの異なるカラーの各々についてイメージのグレイ濃淡度が求められ、前記少なくとも３つの異なるカラーの各々について独立にディスプレイのためのグレイ濃淡度が増加させられ、前記少なくとも３つの異なるカラーの各々について、該カラーの相対的輝度が他のカラーよりも暗い場合には、該暗いカラーのための前記照明光源の光量が減少させられ、前記少なくとも３つの異なるカラーの各々について、該カラーの相対的輝度が他のカラーよりも高い場合には、該輝度の高いカラーのための前記照明光源の光量が増加させられることを特徴とするディスプレイ装置。