(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
視認される画像の面形状を変化させるための光学システムであって、
間隙を介した第１および第２の部分反射体を備え、
上記第１および第２の部分反射体の少なくとも一方は、非平坦な第１の形状と、上記第１の形状とは異なる少なくとも１つの第２の形状との間を選択的に切替え可能であり、
上記第１および第２の部分反射体は、第１の部分反射体に入射する光の光路を形成し、
上記光路は、第１の部分反射体から第２の部分反射体へと向かう部分透過と、第２の部分反射体から第１の部分反射体へと戻る部分反射と、第１の部分反射体から第２の部分反射体へと向かう部分反射と、第２の部分反射体を通る部分透過とを少なくとも備えていることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
上記第１および第２の部分反射体による反射の間に反射されなかった光が、上記第２の部分反射体から出射されるのを実質的に防ぐように構成されており、
上記第２の部分反射体に初めて入射した光が上記光学システムから抜け出さないことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
上記第２の形状は、平坦であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学システム。
【請求項４】
上記第２の形状は、非平坦であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学システム。
【請求項５】
上記第１および第２の部分反射体の一方が、非平坦な上記第１の形状と、上記第１の形状とは異なる少なくとも１つの上記第２の形状との間を選択的に切替え可能であり、上記第１および第２の部分反射体の他方が固定形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項６】
上記固定形状は、平坦であることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項７】
上記固定形状は、非平坦であることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
【請求項８】
上記第１および第２の部分反射体の他方は、非平坦な第３の形状と上記第３の形状とは異なる第４の形状との間を選択的に切替え可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項９】
上記第４の形状は、平坦であることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
【請求項１０】
上記第４の形状は、非平坦であることを特徴とする請求項８に記載の光学システム。
【請求項１１】
上記第３の形状は、上記第１の形状の鏡像であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１２】
上記第４の形状は、上記第２の形状の鏡像であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１３】
上記第１および／または第３の形状は、凸状または凹状の画像を形成するために、少なくとも１つの方向に連続的に湾曲していることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１４】
上記第１および／または第３の形状は、複数の平坦部材を備えており、
隣り合う上記平坦部材は、縁に沿って互いに接触しており、かつ、０°よりも大きくなおかつ１８０°より小さい角度をなしていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１５】
上記第１および／または第３の形状は、曲がりくねった切断面を有していることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１６】
上記第１および／または第３の形状は、平面であるが、少なくとも１つの方向に傾いていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１７】
上記第１および／または第３の形状は、平坦および非平坦な領域を有していることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１８】
上記第１および／または第３の形状は、同一平面上にない複数の平坦および／または非平坦な領域を有していることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１９】
上記第１および第３の形状は、少なくとも相似形であり、いずれの箇所も互いに平行であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項、あるいは、請求項１１に従属しない場合の請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項２０】
上記光路を通過している間に、光の偏光を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項２１】
上記光路を通過している間に、上記第２の部分反射体への入射と、上記第１の部分反射体からの反射との間で光の偏光を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の光学システム。
【請求項２２】
上記画像の歪みを少なくとも部分的に補正するためのレンズ構成を備えていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項２３】
少なくとも１つの４分の１波長板を備えていることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項２４】
上記第１および第２の部分反射体の間に、上記４分の１波長板として第２の４分の１波長板を備えていることを特徴とする請求項２３に記載の光学システム。
【請求項２５】
上記４分の１波長板として第１の４分の１波長板を、上記第１の部分反射体を挟んで上記第２の部分反射体とは反対側に配置していることを特徴とする請求項２３に記載の光学システム。
【請求項２６】
複数の上記４分の１波長板を備え、
複数の上記４分の１波長板として、上記第１の部分反射体を挟んで上記第２の部分反射体とは反対側に配置された第１の４分の１波長板と、上記第１および第２の部分反射体の間に配置された第２の４分の１波長板とを備えていることを特徴とする請求項２３に記載の光学システム。
【請求項２７】
上記第１の部分反射体は、第１の部分反射体用パーシャルミラーを備えていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項２８】
上記第１の部分反射体用パーシャルミラーは、集光レンズアレイと関連してパターンミラーを備えていることを特徴とする請求項２７に記載の光学システム。
【請求項２９】
上記第２の４分の１波長板、および、上記パターンミラーは統合セルを形成することを特徴とする請求項２４または２６を引用する請求項２８に記載の光学システム。
【請求項３０】
上記第２の４分の１波長板は、パターン化されており、
上記パターンミラーの反射領域に位相差部が配置されており、
上記パターンミラーの透過領域に非位相差部が配置されていることを特徴とする請求項２９に記載の光学システム。
【請求項３１】
上記第１の部分反射体は、第１の部分反射体用反射偏光子を備えていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項３２】
上記第２の部分反射体は、第２の部分反射体用反射偏光子を備えていることを特徴とする請求項１〜３１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項３３】
上記第２の部分反射体用反射偏光子は、コレステリック反射体を備えていることを特徴とする請求項３２に記載の光学システム。
【請求項３４】
上記第２の部分反射体用反射偏光子は、非平坦であり、
上記第１の部分反射体からの光が略正常に上記第２の部分反射体用反射偏光子に入射するように、該光を向き直させる第１のプリズムフィルムを備えていることを特徴とする請求項３２または３３に記載の光学システム。
【請求項３５】
上記第１のプリズムフィルムに入射する光の方向に、上記第２の部分反射体用反射偏光子からの光を向き直させる第２のプリズムフィルムを備えていることを特徴とする請求項３４に記載の光学システム。
【請求項３６】
上記第２の部分反射体は、第２の部分反射体用パーシャルミラーを備えていることを特徴とする請求項１〜３１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項３７】
ファラデー回転子を備えていることを特徴とする請求項１〜３６のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項３８】
上記ファラデー回転子は、４５°の偏光回転をさせるように構成されていることを特徴とする請求項３７に記載の光学システム。
【請求項３９】
入力直線偏光子を備えていることを特徴とする請求項１〜３８のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項４０】
出力直線偏光子を備えていることを特徴とする請求項１〜３９のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項４１】
ディスプレイ装置の画像表示面における画像または画像シーケンスの光を調整するための上記ディスプレイ装置と、
請求項１〜４０のいずれか１項に記載の光学システムとを備え、
上記装置と上記第２の部分反射体との間に、上記第１の部分反射体が配置されていることを特徴とするディスプレイ。
【請求項４２】
液晶装置、プロジェクションディスプレイ装置、有機発光ダイオード装置、プラズマ発光装置、および、陰極線管のうち、少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項４１に記載のディスプレイ。
【請求項４３】
機器ディスプレイ、宣伝用ディスプレイ、没入型ディスプレイ、娯楽用ディスプレイ、および、テレビ用ディスプレイのうち、少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項４１または４２に記載のディスプレイ。
【請求項４４】
上記第１および第２の部分反射体による画像の歪み、あるいは、非平坦な上記第１および第２の部分反射体のいずれかに一方による画像の歪みの少なくとも一部を補正するために、画素を再マッピングする画像処理装置を備えていることを特徴とする請求項４１〜４３のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【請求項４５】
想定外の光路を通って上記光学システムから抜け出る光の少なくとも一部を補正するために、画素のカラーチャネルを再マッピングする画像処理装置を備えていることを特徴とする請求項４１〜４４のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【請求項４６】
上記画像の少なくとも一部の見かけ上の輝度の少なくとも一部を向上させるために、画素のグレーレベルを調整する画像処理装置を備えていることを特徴とする請求項４１〜４５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【請求項４７】
上記光学システムは、上記装置に取り付けられた取り外し可能な付属部品を備えていることを特徴とする請求項４１〜４６のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【請求項４８】
タッチパネルを含んでいることを特徴とする請求項４１〜４７のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば平坦画像から非平坦画像への変換、あるいは、非平坦画像から他の非平坦画像への変換等、画像の概観を変更するための光学システムに関する。さらに、本発明は、非平坦画像を生成するディスプレイにも関する。このようなディスプレイは、例えば表示画像に湾曲した外観を与えるために用いられ得る。該ディスプレイは、例えば、自動車用（例えば、機器ディスプレイ等）、宣伝用、テレビ番組用、ゲーム用、あるいは、他の娯楽用途または他の没入型のディスプレイ用途等を含む情報表示用途に用いることができ、より高い芸術性がユーザから求められるいかなる用途にでも適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車および飛行機等を始めとした乗り物は、例えば、個々の機能的または電子的ダイアルの代用品としてのインストルメントクラスタの画像を表示する電子ディスプレイを搭載していることが知られている。しかし、このようなディスプレイは、一般的に芸術性が制限されている。それは、このようなディスプレイでは、表示画面に表示されている標準的な二次元（２Ｄ）画像とは異なる画像を生成することができないためである。加えて、このようなディスプレイの芸術性を低減しようとする場合、平坦に見えない画像を生成することができないことが、そのようなディスプレイの現実性を制限してしまう虞がある。３次元画像の印象を与えることができるディスプレイとして、立体ディスプレイおよび自動立体ディスプレイが知られている。しかし、これらのディスプレイは、潜在的な自由な視点の制限、および、焦点問題に起因して、眼精疲労および頭痛等を引き起こす問題がある。
【０００３】
また、例えばショッピングセンター内の大面積の公共用ディスプレイおよび高速道路の標識用ディスプレイ等、最大限の注目を集めるための宣伝用ディスプレイも知られている。しかし、これらのディスプレイはますます一般化されつつあるが、サイズが大きいこと以外において、普通のディスプレイの中で目立ち、認知を助長することができるような芸術的に魅力的な形態を一般的に備えていない。このようなディスプレイにおいて、ディスプレイの表示画面に表示されている標準的な平坦な２Ｄ画像とは異なる画像を生成することができないことを克服することによって、該ディスプレイの広範囲な認知に貢献できる。
【０００４】
さらに、例えばパチンコ機器等、娯楽用の装置に搭載する電子ディスプレイも知られている。該電子ディスプレイは中央に配置され、例えば、動画、アニメーション、または、デジタルなスロットマシン等を表示する。このような娯楽用の装置は、機械的な可動部分および豊富な点滅灯等、ますます魅力的な形態を備えている。しかし、これらに搭載されるディスプレイとしては、表示画面に表示されている標準的な平坦な２Ｄ画像と異なる広告用の画像を表示することができないものに制限されてしまう。この問題を克服すると共に、普通のディスプレイの中で目立つようなディスプレイを形成することによって、プレーヤの興味および娯楽の向上を助長できる。
【０００５】
従来技術の第一分野では、単一のパネルから立体ディスプレイおよび自動立体ディスプレイの形成方法が開示されている。例えば、添付図面の図１には、ＥＰ０８２９７４４（１９９８年３月１８日公開，ＭＯＳＥＬＥＹ  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｒｏｂｅｒｔ；  ＷＯＯＤＧＡＴＥ  Ｇｒａｈａｍ  Ｊｏｈｎ；  ＪＡＣＯＢＳ  Ａｄｒｉａｎ；  ＨＡＲＲＯＬＤ  Ｊｏｎａｔｈａｎ；  ＥＺＲＡ  Ｄａｖｉｄ）に開示されているような、パララックスバリアの使用に基づいた切替え可能な２Ｄ／３Ｄ（二次元／三次元）ディスプレイを示している。パララックスバリアは、開口領域１０１およびバリア領域１０２が交互に並ぶ偏光調整層１００と、偏光子としての偏光シート１０３とを備えている。この偏光シート１０３は省略してもよい。パララックス部材によって、広視野角で最大解像度による２Ｄモードのディスプレイ、あるいは、指向性３Ｄ自動立体モードのディスプレイを実現できる可能性がある。しかし、この装置は、湾曲した外観を持つ画像を表示するというよりは、３Ｄ画像を形成するための１対の立体画像を表示する。自動立体ディスプレイには、頭部の自由の制限、および、立体画像から認識される３Ｄと他の要素（ヘッドモーション、焦点）から認識される３Ｄとの不整合等の欠点がある。これらの欠点は、ユーザを混乱し、時には眼精疲労および頭痛を与えてしまう。
【０００６】
従来技術の第二分野は、湾曲ディスプレイあるいは等角ディスプレイに関する。例えば、添付図面の図２には、ＷＯ９４／１１７７９（１９９４年５月２６日公開，ＧＲＯＳＳ  Ｈｙｍａｎ  Ａｂｒａｈａｍ  Ｍｏｓｅｓ；ＡＲＴＬＥＹ  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｊｏｈｎ；  ＣＬＡＲＫ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｅｏｒｇｅ；ＨＡＹＴＨＯＲＮＴＨＷＡＩＴＥ  Ａｒｔｈｕｒ；  ＷＩＬＫＩＮＳＯＮ  Ｐｅｔｅｒ；ＷＡＬＬＩＳ  Ｍｉｌｅｓ）に開示されているタイプのディスプレイを示している。湾曲液晶ディスプレイは、予め湾曲して成形された２つの透明プラスチック基板１０５、または、２つのフレキシブル基板の間に、液晶層１０４を挟むことによって形成される。
【０００７】
添付図面の図３に示すように、ＵＳ２００６／００９８１５３Ａ１（２００６年５月１１日公開，ＳＬＩＫＫＥＲＶＥＥＲ  Ｐｅｔｅｒ  Ｊ；ＢＯＵＴＥＮ  Ｐｅｔｒｕｓ  Ｃｏｒｎｅｌｉｕｓ  Ｐ；ＣＩＲＫＥＬ  Ｐｅｔｅｒ  Ａ）には、同じタイプのディスプレイが開示されているが、フラットパネル表示層１０６を作製した後、付加フィルム１０７を該表示層に接着することによって、該表示層自身を湾曲させて湾曲ディスプレイを形成している。この付加フィルムを、例えば事前に伸長し、ディスプレイに接着した後、その収縮圧を開放することによってディスプレイを屈曲させてもよい。
【０００８】
フレキシブルディスプレイのように、これらの湾曲ディスプレイは湾曲画像を形成することができるが、これらのディスプレイはすべて所望の湾曲を得るために物理的に屈曲した表示画面に依存している。このような湾曲ディスプレイには、高コスト、材料効率および材料の多様性の制限、および、製造の困難性等の多くの不利な点がある。さらに、このタイプのディスプレイでは、実現可能な湾曲形状の種類が限られており、また特定の湾曲を持つディスプレイを一度製造すると、その湾曲を変えることができないため、デザインが限定されてしまう。また、湾曲ディスプレイの製造では、各製造ラインを特定の湾曲デザインに適合させる必要があるため、該ディスプレイは大量生産にはまだ不向きである。
【０００９】
従来技術の第三分野は、湾曲面にプロジェクションを用いるディスプレイに関する。例えば、ＵＳ６７２７９７１（２００４年４月２７日公開，ＬＵＣＡＳ  Ｗａｌｔｅｒ  Ａ）およびＵＳ６９０６８６０（２００５年６月１４日公開，ＳＴＡＲＫＷＥＡＴＨＥＲ  Ｇａｒｙ  Ｋ）には、添付図面の図４ａおよび４ｂそれぞれに示したタイプのディスプレイが開示されている。両文献とも、少なくとも１つのプロジェクタ１０８と、画像が投影される湾曲スクリーン１０９とを備えたディスプレイを開示している。
【００１０】
このようなディスプレイは、公共の場ではよく知られており、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄａｓｈ社製の再構成可能なディスプレイまたは没入型ディスプレイ等の多くの用途に用いられている。しかし、これらのディスプレイは、大きな空間が求められると同時に、プロジェクション技術に限定されるという不利な点がある。さらに、これらのディスプレイは一般的に、プロジェクションシステムのみではなく、該プロジェクションシステムと湾曲スクリーンとを併せてディスプレイを構成するものとされている。
【００１１】
従来技術の最終分野は、ヘッドマウントディスプレイ用途に関する。このような用途に用いられるディスプレイは、該ディスプレイからの光を、観察者の網膜に集光するために念入りに設計された光学システムを通常用いる。光学システムとしてはできるだけコンパクトな装置を用いる。
【００１２】
例えば、添付図面の図５には、ＵＳ６３０４３０３（２００１年１０月１６日公開，ＹＡＭＡＮＡＫＡ  Ａｔｓｕｓｈｉ）に開示されているような、ヘッドマウントディスプレイに用いられるディスプレイが示されている。該ディスプレイは、ディスプレイのサイズおよび重量を軽減すると共に、視野角を広げるために、２つの反射面１１０および１１１を持つ折り返し光路技術を用いる。しかし、このようなディスプレイは、湾曲なしに高品質な画像を提供することを課題としている。
【００１３】
添付図面の図６に示すように、ＵＳ５５１５１２２（１９９６年５月７日公開，ＭＯＲＩＳＨＩＭＡ  Ｈｉｄｅｋｉ；ＭＴＳＵＭＵＲＡ  Ｓｕｓｕｍｕ；ＴＡＮＩＧＵＣＨＩ  Ｎａｏｓａｔｏ；ＹＯＳＨＩＮＡＧＡ  Ｙｏｋｏ；ＫＯＢＡＹＡＳＨＩ  Ｓｈｉｎ；ＳＵＤＯ  Ｔｏｓｈｉｙｕｋｉ；ＫＡＮＥＫＯ  Ｔａｄａｓｈｉ；ＮＡＮＢＡ  Ｎｏｒｉｈｉｒｏ；ＡＫＩＹＡＭＡ  Ｔａｋｅｓｈｉ）には、同じタイプのディスプレイが開示されているが、該ディスプレイはレンズシステム１１２と反射層１１３および１１４とを併用するというまったく異なる技術を用いて、観察者が見る画像の存在感および現実性を向上するために仮想の湾曲画像１１５を作成している。
【００１４】
ＧＢ２４３７５５３（２００７年１０月３１日公開，ＥＶＡＮＳ  Ａｌｌａｎ；ＣＵＲＤ  Ａｌｉｓｔａｉｒ  Ｐａｕｌ；ＷＹＮＮＥ−ＰＯＷＥＬＬ  Ｔｈｏｍａｓ  Ｍａｔｔｈｅｗ）には、多重奥行画像を単一のディスプレイパネルから作成する二重奥行ディスプレイおよび多重奥行ディスプレイの一群が開示されている。異なる光路から異なる奥行効果を提供するために、ディスプレイパネルの前面から短距離だけ離れた位置に光学部材が配置されている。偏光効果および部分反射を利用することによって、異なる長さの光路ごとに異なる画像が作成され、異なる平面から作り出されたように見える。これらの画像を時系列に並べる、または、空間的に点在させることによって、多重奥行効果を得ることができる。
【００１５】
ＧＢ２４３７５５３に記載の実施形態が、添付図面の図７ａおよび７ｂに示されている。第１の部分反射体１１５および第２部分反射体１１６は、第１の部分反射体１１５および第２の部分反射体１１６の間に配置されている偏光調整光学素子１１７を持つ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル１１４の前に配置されている。第１の部分反射体１１５および第２部分反射体１１は、奥行シフトされた画像を形成するのに十分な空間だけ互いに離れている。ＬＣＤパネル１１４に表示された異なる２つの画像からの光は、それぞれ観察者へと向かう異なる光路に沿って移動する。図７ｂに示すように、第１の画像をエンコードしている光は、光学システムを直接透過して、観察領域へと進む。一方、図７ａに示すように、第２の画像をエンコードしている光は、折り返されている光路１１８を通って、観察者に到達する。光路１１８および１１９の長さが異なる結果、第１の画像はＬＣＤ１１４の位置で観察されるのに対して、ＬＣＤの第２画像１２０は奥行がシフトされ、ＬＣＤの下方で観察される。そのため、観察者は画像を異なる奥行平面で観察することになる。
【００１６】
このタイプのディスプレイは、複数のディスプレイパネルを用いた多重奥行ディスプレイよりも、例えばコスト、輝度、および、ボリューム等の点から、明らかに有利な点を持つ。しかし、これらのディスプレイの主目的は、別々の奥行を持つ２つ以上の画像を作成することである。加えて、このようなディスプレイにおける光学システムの部分反射体は、互いに平行であり、なおかつ、ディスプレイの表示画面に対して平行である。
【００１７】
同じディスプレイから、２つの画像を独立して観察者に表示する必要がある場合、画像間で漏洩またはクロストークが生じることがある。これは、ディスプレイに送られた画像データを調整することによって補正できる。しかし、クロストークを効果的に除去することができたとしても、コントラストの損失という問題もある。
【００１８】
ＥＰ０９５３９６２（１９９９年１１月３日公開，ＪＯＮＥＳ  Ｇｒａｈａｍ；ＨＯＬＬＩＭＡＮ  Ｎｉｃｏｌａｓ）には、３Ｄディスプレイおよびデュアルビューディスプレイにおけるクロストーク補正が開示されている。これらの２つのタイプのディスプレイにおいては、クロストークは対称性および色依存性を持つ傾向にある。換言すれば、画像１から画像２への漏洩は、画像２から画像１への漏洩と同じであり、かつ、画像の赤色成分、緑色成分、および、青色成分についても同じである。
【００１９】
ＧＢ２４３７５５３には、同じクロストーク補正の基本原理が開示されているが、本文献ではクロストーク補正を二重奥行ディスプレイに適用している。このタイプのディスプレイでは、クロストークは色に依存するのと同様に、どの平面から漏洩が発生しているのかにも依存する。
【００２０】
ＧＢ２４４９６８２（２００８年１２月３日公開，Ｇａｙ  Ｇｒｅｇｏｒｙ；  ＷＡＬＴＯＮ  Ｈａｒｒｙ  Ｇａｒｔｈ）には、標準的な平坦画像を非平坦画像に変換する光学システムが開示されている。この光学システムは、少なくとも一方が湾曲した反射層１２１，１２２と、標準的な平坦画像モードと非平坦画像モードとを電気的に切替えるための切替え可能な均一な付加ＬＣセルとに基づいた折り返し光学的光路技術を用いる。ＧＢ２４４９６８２に記載されている実施形態を添付図面の図８ａおよび８ｂに示す。図８ａに示すように、切替え可能な付加半波長板１２３をオフにすると、光は光学システムを直接透過して、観察領域へと進む。一方、図８ｂに示すように、付加切替え可能な半波長板１２３をオンにすると、光は二重反射光路１２４を進む。反射偏光子１２２が持つ湾曲形状および二重反射光路１２４に起因して、ディスプレイの縁部分に向かうほど光学光路が長いため、表示画像１２５は湾曲した外観を持って見える。
【００２１】
これらのタイプのディスプレイは、標準的な２Ｄモードと湾曲外観モードとを電気的に切替える能力によって、非平坦画像を従来のフラットディスプレイから形成することができる。しかし、切替えには付加ＬＣセルが求められるため、さらなるコストが必要となる上、両方の画像モードにおいてクロストークが増えるため、ディスプレイの画像品質が悪化してしまう。加えて、反射フィルムは固定配置されているため、製造段階で湾曲外観モードにおいて表示される画像の湾曲を決定する必要があり、その後固定される。
【発明の概要】
【００２２】
以下の説明において、システムのいかなる要素であっても「平坦」と表現されたものは、平面であり、ディスプレイ装置に平行なことを意味する。その他のもの、例えば、平面であるがディスプレイ装置に対して傾いているもの、または、部分的あるいは継続的に１つ以上の方向に湾曲しているものは、以下の説明において「非平坦」と表現される。
【００２３】
本発明に係る第１の形態によれば、視認される画像の面形状を変化させるための光学システムであって、間隙を介した第１および第２の部分反射体を備え、上記第１および第２の部分反射体の少なくとも一方は、非平坦な第１の形状と、上記第１の形状とは異なる少なくとも１つの第２の形状との間を選択的に切替え可能であり、上記第１および第２の部分反射体は、第１の反射体に入射する光の光路を形成し、上記光路は、第１の反射体から第２の反射体へと向かう部分透過と、第２の反射体から第１の反射体へと戻る部分反射と、第１の反射体から第２の反射体へと向かう部分反射と、第２の反射体を通る部分反射とを少なくとも備えていることを特徴とする光学システムが提供される。
【００２４】
この代わりの構成として、上記第１および第２の反射体による反射の間に反射されなかった光が、上記第２の反射体から出射されるのを実質的に防ぐように構成されており、
上記第２の部分反射体に初めて入射した光が上記光学システムから抜け出さない光学システムに変更してもよい。
【００２５】
少なくとも一方の反射偏光子の形状を変えて、光路を変えずに光路長だけを変更することによって、光学システムは、平坦画像モードと非平坦画像モードとの間、または、非平坦画像モードと他の非平坦画像モードとの間を切替わることができる。
【００２６】
上記第２の形状は、平坦であってもよい。これに代わる別の構成としては、上記第２の形状は、非平坦であってもよい。
【００２７】
上記第１および第２の反射体の少なくとも一方は、選択的に切替え可能であり、上記第１および第２の反射体の一方を備えており、他方は固定形状であってもよい。上記固定形状は、平坦であってもよい。これに代わる別の構成としては、上記固定形状は、非平坦であってもよい。
【００２８】
上記第１および第２の反射体の他方は、非平坦な第３の形状と上記第３の形状とは異なる第４の形状との間を選択的に切替え可能であってもよい。上記第４の形状は、平坦であってもよい。これに代わる別の構成としては、上記第４の形状は、非平坦であってもよい。上記第３の形状は、上記第１の形状の鏡像であってもよい。上記第４の形状は、上記第２の形状の鏡像であってもよい。
【００２９】
上記第１および／または第３の形状は、凸状または凹状の画像を形成するために、少なくとも１つの方向に連続的に湾曲していてもよい。
【００３０】
上記第１および／または第３の形状は、少なくとも１つの方向に部分的に湾曲していてもよい。
【００３１】
上記第１および／または第３の形状は、曲がりくねった切断面を有していてもよい。
【００３２】
上記第１および／または第３の形状は、複数の平坦部材を備えており、隣り合う上記平坦部材は、縁に沿って互いに接触しており、かつ、０°よりも大きくなおかつ１８０°より小さい角度をなしていてもよい。
【００３３】
上記第１および／または第３の形状は、平面であるが、少なくとも１つの方向に傾いていてもよい。
【００３４】
上記第１および／または第３の形状は、平坦および非平坦な領域を有していてもよい。
【００３５】
上記第１および／または第３の形状は、同一平面上にない複数の平坦および／または非平坦な領域を有していてもよい。
【００３６】
上記第１および第３の形状は、少なくとも相似形であり、いずれの箇所も互いに平行であってもよい。
【００３７】
上記光路を通過している間に、光の偏光を変化させるように構成されていてもよい。上記光学システムは、上記光路を通過している間に、上記第２の部分反射体への入射と、上記第１の部分反射体からの反射との間で光の偏光を変化させるように構成されていてもよい。
【００３８】
上記光学システムは、上記画像の歪みを少なくとも部分的に補正するためのレンズ構成を備えていてもよい。
【００３９】
上記光学システムは、少なくとも１つの４分の１波長板を備えていてもよい。上記光学システムは、上記第１および第２の部分反射体の間に、上記４分の１波長板あるいは第２の４分の１波長板を備えていてもよい。上記４分の１波長板あるいは第１の４分の１波長板は、上記第２の部分反射体とは反対側に位置する上記第１の部分反射体側に配置されていてもよい。
【００４０】
上記第１の反射体は、第１のパーシャルミラーを備えていてもよい。上記第１のパーシャルミラーは、パターンミラーを備えていてもよい。上記第１のパーシャルミラーは、集光レンズアレイと関連してパターンミラーを備えていてもよい。上記４分の１波長板あるいは上記第２の４分の１波長板、および、上記パターンミラーは統合セルを形成してもよい。上記４分の１波長板あるいは上記第２の４分の１波長板は、パターン化されており、上記パターンミラーの反射領域に位相差部が配置されており、上記パターンミラーの透過領域に非位相差部が配置されていてもよい。
【００４１】
上記第１の反射体は、第１の反射偏光子を備えていてもよい。
【００４２】
上記第２の反射体は、第２の反射偏光子を備えていてもよい。上記第２の反射偏光子は、コレステリック反射体を備えていてもよい。上記第２の反射偏光子は、非平坦であり、上記第１の部分反射体からの光が略正常に上記第２の反射偏光子に入射するように、該光を向き直させる第１のプリズムフィルムを備えていてもよい。上記光学システムは、上記第１のプリズムフィルムに入射する光の方向に、上記第２の反射偏光子からの光を向き直させる第２のプリズムフィルムを備えていてもよい。
【００４３】
上記第２の反射体は、第２のパーシャルミラーを備えていてもよい。
【００４４】
上記光学システムは、ファラデー回転子を備えていてもよい。上記ファラデー回転子は、４５°の偏光回転をさせるように構成されていてもよい。
【００４５】
上記光学システムは、入力直線偏光子を備えていてもよい。
【００４６】
上記光学システムは、出力直線偏光子を備えていてもよい。
【００４７】
本発明に係る第２の形態によれば、ディスプレイ装置の画像表示面における画像または画像シーケンスの光を調整するための上記ディスプレイ装置と、本発明に係る第１の形態の光学システムとを備え、上記装置と上記第２の部分反射体との間に、上記第１の部分反射体が配置されていることを特徴とするディスプレイを提供できる。
【００４８】
上記ディスプレイは、液晶装置、プロジェクションディスプレイ装置、有機発光ダイオード装置、プラズマ発光装置、および、陰極線管のうち、少なくとも１つを備えていてもよい。
【００４９】
上記ディスプレイは、機器ディスプレイ（例えば、自動車用）、宣伝用ディスプレイ、没入型ディスプレイ、娯楽用ディスプレイ、テレビ用ディスプレイ、あるいは、高い芸術性および現実性の付加がユーザに求められるような他のディスプレイのうち、少なくとも１つを備えていてもよい。
【００５０】
上記ディスプレイは、上記第１および第２の反射体による画像の歪み、あるいは、非平坦な上記第１および第２の反射体のいずれかに一方による画像の歪みの少なくとも一部を補正するために、画素を再マッピングする画像処理装置を備えていてもよい。
【００５１】
上記ディスプレイは、想定外の光路を通って上記光学システムから抜け出る光の少なくとも一部を補正するために、画素のカラーチャネルを再マッピングする画像処理装置を備えていてもよい。
【００５２】
上記ディスプレイは、上記画像の少なくとも一部の見かけ上の輝度の少なくとも一部を向上させるために、画素のグレーレベルを調整する画像処理装置を備えていてもよい。
【００５３】
上記光学システムは、上記装置に取り付けられた取り外し可能な付属部品を備えていてもよい。
【００５４】
上記ディスプレイは、タッチパネルを含んでいてもよい。
【００５５】
このため、視認される画像の「面」形状の変更が可能な構成にすることができる。例えば、従来または変更されていないディスプレイ装置を用いて、該ディスプレイ装置によって形成された平坦または略平坦な画像を、例えば湾曲画像あるいは傾斜画像等の非平坦画像に変換することができる。この非平坦画像は、さらに他の非平坦画像または平坦画像を形成するように変更することができる。
【００５６】
また、比較的単純な方法によって非平坦画像から平坦画像を作成することができる。例えば、フレキシブルディスプレイ装置あるいは湾曲ディスプレイ装置を用いて、該ディスプレイ装置によって形成された非平坦画像を平坦画像に変換することができる。この平坦画像は、さらに非平坦画像に変更することができる。
【００５７】
これは、一般的に利用可能であり、比較的低コストの光学部材によって享受することができる。視野の自由および画像解像度は、基本的なディスプレイ装置のものと同等あるいは略同等な可能性がある。そのため、芸術的に所望の外観あるいは目立った外観が提供され得る。
【００５８】
本発明の上述あるいは他の目的、機能、および、利点は、後述の本発明に関する詳細な説明と共に、添付図面によって、よりよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】２Ｄモードと３Ｄモードとの間で切替え可能な自動立体ディスプレイを形成するための周知技術を示す図である。
【図２】周知のタイプの湾曲ディスプレイを示す図である。
【図３】湾曲ディスプレイを形成するための周知の方法を示す図である。
【図４ａ】湾曲面に投影するプロジェクションを用いた周知のタイプのディスプレイを示す図である。
【図４ｂ】湾曲面に投影するプロジェクションを用いた周知のタイプのディスプレイを示す図である。
【図５】周知のタイプのヘッドアップ型のディスプレイを示す図である。
【図６】他の周知のタイプのヘッドアップ型のディスプレイを示す図である。
【図７ａ】周知のタイプの二重奥行ディスプレイを示す図である。
【図７ｂ】周知のタイプの二重奥行ディスプレイを示す図である。
【図８ａ】ＧＢ２４４９６８２に開示されている、電気的に切替え可能な湾曲外観ディスプレイを示す図である。
【図８ｂ】ＧＢ２４４９６８２に開示されている、電気的に切替え可能な湾曲外観ディスプレイを示す図である。
【図９】ａおよびｂは、本発明に係る実施形態を構成するディスプレイを概略的に示す図である。
【図１０ａ】本発明に係る第１の実施形態に係るディスプレイを示す図である。
【図１０ｂ】本発明に係る第１の実施形態に係るディスプレイを示す図である。
【図１１】ａおよびｂは、図１０ａに示したディスプレイの構造および動作を示す図である。
【図１２】ａおよびｂは、図１０ｂに示したディスプレイの構造および動作を示す図である。
【図１３】ａおよびｂは、図１０ａに示した本発明に係る第１の実施形態の他の例として、変更した構造および動作を示す図である。
【図１４】ａおよびｂは、図１０ｂに示した本発明に係る第１の実施形態の他の例として、変更した構造および動作を示す図である。
【図１５】本発明に係る第１の実施形態のさらに他の例として、さらに変更した構造および動作を示す図である。
【図１６ａ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の従来例を示す図である。
【図１６ｂ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の従来例を示す図である。
【図１６ｃ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の従来例を示す図である。
【図１７ａ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状のより複雑な例を示す図である。
【図１７ｂ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状のより複雑な例を示す図である。
【図１７ｃ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状のより複雑な例を示す図である。
【図１８ａ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の他の例を示す図である。
【図１８ｂ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の他の例を示す図である。
【図１８ｃ】本発明に係る実施形態に適用される反射体の形状の他の例を示す図である。
【図１９】本発明に係る第１の実施形態のさらに他の例として、さらに変更した構造および動作を示す図である。
【図２０】本発明に係る第１の実施形態をさらに変更した例を構成するディスプレイを示す図である。
【図２１】ａおよびｂは、本発明に係る第２の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２２】ａおよびｂは、本発明に係る第２の実施形態の他の例として、変更した構造および動作を示す図である。
【図２３】ａおよびｂは、本発明に係る第３の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２４】本発明に係る第４の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２５】ａおよびｂは、本発明に係る第５の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２６ａ】本発明に係る第６の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２６ｂ】本発明に係る第６の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２７】ａおよびｂは、クロストークのメカニズムと、そのクロストークを軽減するための方法とを示す図である。
【図２８ａ】切替え可能な反射体の平坦状態と非平坦状態とをそれぞれ示す図である。
【図２８ｂ】切替え可能な反射体の平坦状態と非平坦状態とをそれぞれ示す図である。
【００６０】
図面において、同一の参照番号および参照文字は、同一の部材を示している。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の実施形態に係るすべての図面において、観察者に達する光の光路のみを図示している。図面を分かりやすくするために、ディスプレイ装置の主要な動作に寄与していない別の光は省略している。
【００６２】
さらに、Ｒは、右回りの円偏光を意味するために用いられており、Ｌは、左回りの円偏光を意味するために用いられている。記号
0005524207.tif 000002
は、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光を示すために用いられており、記号
0005524207.tif 000003
は、電界が図の紙面に対して垂直な直線偏光を示すために用いられている。
【００６３】
システムのいかなる要素であっても「平坦」と表現するものは、平面であり、ディスプレイ装置に平行なことを意味する。その他のもの、例えば、平面であるがディスプレイ装置に対して傾いているもの、または、部分的あるいは継続的に１つ以上の方向に湾曲しているものは、以下において「非平坦」と表現する。
【００６４】
加えて、以下で用いられている「擬似湾曲」という用語は、実質的に平面であり、ディスプレイパネルに平行な面を歪ませたものであれば、いかなる形のものをも意味する。例えば「擬似湾曲外観」という用語も、「湾曲した外観」、「楔形の外観」、「正弦波状の外観」、「階段状の外観」、または、「傾斜した外観」を意味する。さらに「擬似湾曲画像」という用語も、部分的あるいは継続的に湾曲した画像、または、傾斜した画像を意味するものであり、平面ではなく、ディスプレイに平行でないものであれば、いかなる種類の画像をも意味する。
【００６５】
図９ａおよび９ｂに示すディスプレイは、光を出射可能であり、略平坦な表示画面を持つディスプレイ装置１を備えている。第１および第２の部分反射体３および５は、それぞれディスプレイ装置１の前（ディスプレイ装置１の観察者側）に配置されている。偏光調整光学素子２はディスプレイ装置１と第１の部分反射体３との間に配置されており、偏光調整光学素子４はディスプレイ装置１と部分反射体３および５との間に配置されている。部分反射体３および５は、擬似湾曲外観を持つ画像を作成するのに適した形状をしている。
【００６６】
例えば、部分反射体３および５は、一偏光状態にある光を反射し、その直交状態にある光を透過するように構成されていてもよいし、あるいは、部分的に反射させる他のタイプの反射ミラー（または反射部材を組合わせたもの）であってもよい。偏光調整光学素子２および４は、少なくとも１つの偏光状態にある光のうち、光学素子２および４のいずれかあるいは双方を通る光の方向を変えるように構成されている。
【００６７】
ディスプレイは、標準的な平坦な２Ｄ画像を表示するモードと、擬似湾曲外観を持つ画像を表示するモードとの間で切替わるように機能してもよい。
【００６８】
擬似湾曲モードあるいは「非平坦画像モード」では、図９ａに示すように、ディスプレイ装置１に表示されている画像、あるいは、画像シーケンスからの光が、１人以上の観察者８が位置する広大な観察領域まで到達するように要素１〜５は構成されている。光は第１の部分反射体３によって少なくとも一部が透過され、第２部分反射体５へと向かう。第２の部分反射体２はその光の少なくとも一部を第１の部分反射体３に反射し、第１の部分反射体３ではその入射光の少なくとも一部を再び第２の部分反射体５に反射する。第２の部分反射体５は反射されてきた光の少なくとも一部を観察領域に向けて透過する。これによって、透過光は「二重反射」光路６を通って観察者８に到達する。ディスプレイは、画像または画像シーケンスをエンコードしている光が出射されないように、すなわち部分反射体３および５を直接透過して観察者８に達しないように構成されている。部分反射体３および５は、画像または画像シーケンスをエンコードしている光に、異なる位置で同じ光路長を持たせないように構成されており、好ましくは「擬似湾曲」形状機能を持つように構成されている。これによって、ディスプレイは、観察者８が非平坦画像を視認できるように擬似湾曲外観を持つ。
【００６９】
標準２Ｄモードあるいは「平坦画像モード」では、図９ｂに示すように、ディスプレイ装置１に表示されている画像、あるいは、画像シーケンスからの光は、擬似湾曲モードと同じ「二重反射」光路６を通る。しかし、部分反射体３および５の形状は、擬似湾曲形状から平坦形状に変えられている。これがディスプレイ装置１から出射された光が通る光路に影響を与える結果、平坦に見える画像となる。本実施形態においては、第１の部分反射体３は、第１の非平坦形状（図９ａ）と第２の平坦形状（図９ｂ）との間を選択的に切替え可能であり、第２の部分反射体５は、第３の非平坦形状（図９ａ）と第４の平坦形状（図９ｂ）との間を選択的に切替え可能である。
【００７０】
双方の部分反射体３および５を十分に互いの近くに移動した場合、すべての方向において「二重反射」光路６の長さは短くなり、部分反射体３および５の間で生じる二重反射７は光路全長に比して極少量のものになる。光はディスプレイ装置１から観察領域まで直接光路を通っているように見えるため、画像は平坦に見えると共に、実質的にディスプレイ装置１の位置に見える。その代わりに、二重反射７が極少量となるほど部分反射体３および５を互いの近くに移動しない場合、画像は平坦に見えるが、奥行はディスプレイ装置１の下方にシフトされるため好ましい。
【００７１】
標準２Ｄモードあるいは擬似湾曲モードにおいて、光が「二重反射」光路６を通るか否かは、部分反射体３および５の双方の形状に依存しており、いくつかの異なる方法によって制御され得る。これらの例については、本発明において実施可能な形態についての後の詳細な説明において説明する。
【００７２】
標準２Ｄモードおよび擬似湾曲モードのいずれにおいても、「二重反射」光路６を通らない光が、第２の部分反射体５から観察者８側に透過するのを防ぐように、部材２〜５を備える光学システムを構成してもよい。例えば、ディスプレイ装置１から出射された後、第１の部分反射体３によって部分的に透過された光のように、第２の部分反射体５に初めて入射した光は、光学システムから抜け出るのが防がれる。この構成の具体例については、以下に詳細に説明する。
【００７３】
ディスプレイ装置１は、同じ機能を持っているものであれば、異なるタイプのうちの１つであればよい。このようなタイプには、従来のフラットパネルディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、湾曲ディスプレイ、および、等角ディスプレイ等がある。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）およびプロジェクションディスプレイシステム等の空間光変調器ディスプレイ、ならびに、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）等の放射型ディスプレイは、すべて擬似湾曲ディスプレイに適用され得るディスプレイ装置の例であるが、必ずしもこれに限定されるわけではない。空間光変調器ディスプレイの場合、ディスプレイ装置は通常光源を有している。
【００７４】
図１０ａおよび１０ｂには、図９ａおよび９ｂに示したタイプのディスプレイが示されている。本実施形態では、図１０ａおよび１０ｂに示すように、ディスプレイ装置１は光学層の束の下方に配置されている。擬似湾曲モードおよび標準２Ｄモードのいずれにおいても用いられる光学部材は同じである。一連の層は以下の通りである。
【００７５】
第１の吸収「入力」直線偏光子９は、ディスプレイ装置１の前に配置されている。吸収直線偏光子は、例えば垂直偏光された光のように、一偏光状態にある光を透過すると共に、例えば水平偏光された光のように、それに直交する光を吸収する部材である。
【００７６】
第１の固定４分の１波長板１０は、第１の直線偏光子９の上に配置されており、自身を通過する直線偏光状態にある２つの光の間に、４分の１位相差を生じさせる。このようなフィルムは、入射した直線偏光を円偏光に変換、あるいは、その逆に変換するように構成されている。第１の４分の１波長板１０は、複屈折材料からなる適当な厚さのフィルムをただ備えていてもよいが、このようなフィルムは単一波長に対してのみ４分の１波長機能を実行する。このため、第１の４分の１波長板１０は複数の複屈折層から構成してもよい。これによって、可視スペクトルの波長域に渡ってより好適な広帯域の４分の１波長板として機能させることができる。このようなフィルムは、日本の日東電工社、日本の住友電工社、および、他の企業によって製造されている。
【００７７】
第１の部分反射体３は、部分的に反射させると共に、部分的に透過させるミラーを備えている。第１のパーシャルミラー３は、略半分の入射光を反射すると共に、略半分の入射光を透過するため、「５０％」ミラーと称すこともできる。
【００７８】
第１のパーシャルミラー３は、透明基板へのアルミニウム等の金属膜のコーティング、あるいは、透明誘電体層（誘電体ミラーとも称される）のコーティングによって得ることができる。部分反射は、一部分が均一に透明な反射層の使用、あるいは、透過性の隙間または孔を持つ非透過性ミラーの使用によって実現される。これらの隙間あるいは孔のサイズが肉眼で視認できるサイズよりも小さい場合、隙間あるいは孔は目に見えないため、ミラーは部分的に反射性と部分的に透過性とを持つように見える。これらの隙間または孔は、規則正しい模様で形成してもよいし、少なくともランダム性を持つデザインおよび／またはモアレ縞および電位回折を防ぐための空間位置に形成してもよい。さらに他の方法としては、規則正しい模様に起因する潜在的なモアレ縞の軽減を助長するために、空間ごとに異なる反射率を持つパーシャルミラーを形成する方法がある。パーシャルミラーの反射率は、位置に応じて金属膜の膜厚を薄くすることによって、または、位置に応じて空間デザインを調整することによって、位置の機能として異ならせることができる。
【００７９】
金属膜によって構成されているミラーについては、均一な部分反射体を得るために、以下の２つの理由から隙間または孔を使用することが好ましい。１つは、再生可能であり、かつ、均一な反射率を持つ均一な膜を得るために、膜厚を正確に制御することが難しいためである。そしてもう１つは、孔を持つミラーにおける偏光状態に対する反射率の依存性が、均一な部分反射ミラーにおける上記の依存性よりも弱い可能性があるためである。
【００８０】
しかし、以下に説明するすべての実施形態においては、第１の部分反射体３は以上で説明したいかなるタイプのパーシャルミラーであってもよく、該第１の部分反射体３から透過または反射される光の割合は、表示する所望の画像の相対輝度を制御するために異ならせてもよい。
【００８１】
第２の４分の１波長板１１は、第１の部分反射体３の上に配置されている。この第２の４分の１波長板１１は、第１の４分の１波長板１０と同じ光学的特性を備えていてもよい。しかし、４分の１波長板１０および１１は、それぞれ光学システム内において、自身の速軸上の異なる位置に配置してもよい。
【００８２】
第２の部分反射体５は、（「第２の」）反射直線偏光子を備えている。反射偏光子は、一偏光状態にある光を透過すると共に、その直交状態にある光を吸収する部材である。このような偏光子は、例えば、Ｍｏｘｔｅｃ社で製造されているタイプのワイヤグリッド偏光子、または、３Ｍ社で製造されているデュアル輝度向上フィルム（ＤＢＥＦ）等の複屈折性誘電性干渉スタックを備えていてもよい。
【００８３】
光学システムにおける最後の部材は、第２の吸収「出力」直線偏光子１２である。この第２の直線偏光子１２は出口偏光子として使用されており、第１の吸収直線偏光子９と同じ光学的特性を備えている。加えて、反射偏光子５が完璧であれば該反射偏光子５によって反射される光が、該反射偏光子５から漏れ出てしまった場合、第２の吸収直線偏光子１２は、そのような間違った偏光状態を有する光を吸収するための除去偏光子としても機能する。また、この直線偏光子１２は、ディスプレイからの周辺光の反射を軽減するためも用いられている。吸収偏光子１２がなければ、反射偏光子５の透過軸に対して直交する偏光状態の光は、ディスプレイの上部から強く反射される。この反射された光は、明るい状況において、ディスプレイの視認と干渉してしまう可能性がある。吸収偏光子１２は、このような反射光を防ぐまたは大きく減らすことができる。この周辺光の反射をさらに減らしたい場合には、出口直線偏光子１２の上に反射防止コーティング膜を重ねればよい。出口偏光子１２の除去偏光子としての役割は、ディスプレイの良好な動作には必ずしも必要なものではなく、推奨されるものに過ぎないので、以下に説明するすべての実施形態では出口偏光子１２は省略してもよい。
【００８４】
この直線偏光子１２としては、非平坦形状のものを採用してもよい。この形状の変化によってディスプレイの動作方法が変わるわけではないが、ディスプレイ自身の芸術性を向上することができる。
【００８５】
例えば、ディスプレイの視認画像１３は、該ディスプレイの前面と平行であってもよい。このような視認効果は、例えば自動車での使用（特にダッシュボードディスプレイ）では車内の曲線に沿うことが求められるため好適である。逆に、ディスプレイの視認画像１３は、該ディスプレイの前面と平行でなくてもよい。例えば、湾曲する方向が逆の方向であってもよい。このような視認効果は、観察者８にとっては珍しく、また意外性があるため、例えば宣伝用のディスプレイに適用して人目を引く効果をより向上させてもよい。
【００８６】
以下に説明するすべての実施形態においては、擬似湾曲ディスプレイの光学システムを構成する光学部材は、空中インターフェイスによって互いに離間されていてもよいし、層間屈折率整合手段によって、適当な屈折率を持つ部材（接着フィルム、接着流体、または、接着ポリマー等）を用いて互いに接合させてもよい。空隙が不要であり、かつ、屈折率整合部材だけでは埋められないほど層間の離間距離が大きい場合、適当な形状および屈折率を持つ一片のポリマーまたはガラスをシステム内に新たに導入してもよい。システム内のフレネル反射を軽減するためには層間屈折率整合が好適であり、またそのため電位損失および画像問題を軽減することができるが、実際には、用途よっては１つの構成が他の構成よりも好適である場合がある。システムに空隙を用いる場合は、１つ以上の隣接面に反射防止フィルムまたは反射防止コーティングを設けることが好ましい。
【００８７】
本発明に係る第１の実施形態では、標準フラットディスプレイまたは擬似湾曲ディスプレイとしてディスプレイ装置１を任意に利用する能力を提供することができる。光学的光路の基本は一切変えずに、部分反射体３および５の少なくとも一方の形状を変えることによって、一方のモードから他方のモードへの切替え、またその逆を行うことができる。この形状変化は機械的に実現することができ、その詳細については以下に種々の例を挙げて説明する。
【００８８】
例えば、このような切替え能力は大面積の宣伝用ディスプレイにとって好適となり得る。具体的には、文字情報または一般的なバナーを表示するときは２Ｄモードで一般的な従来のディスプレイのように機能し、特定の宣伝用の動画に関して観察者の注意を引きたいときは擬似湾曲モードに切替えることによって、高い芸術性の外観を活かすことができる。２Ｄモードと擬似湾曲モードとの切替えは、娯楽用のディスプレイにとっても好適となり得る。具体的には、ユーザが賭けに勝ったときには、従来の平坦な２Ｄ画像から擬似湾曲画像に切替えて、画像を突然「飛び上がらせる」ことによって、存在感と現実性とに溢れる画像をユーザに見せることができる。
【００８９】
擬似湾曲モードにおけるディスプレイの動作を図１１ａおよび１１ｂに示す。図示されている光の偏光状態と、光学システムのほとんどの部材の光軸方向とは、それぞれ一例として挙げられている。しかし、他に様々な構成が可能ではあるのだが、以下のすべての実施形態における図面については、適用可能な１つの構成のみを図示していることを理解されたい。
【００９０】
直線偏光子９は、図の紙面上に伸びる透過軸１５を持っており、第１の４分の１波長板１０は、透過軸１５と４５°をなす速軸１６を持っている。ディスプレイ装置１から出射される光は直線偏光子９を透過し、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光に偏光される。その後この光は第１の４分の１波長板１０によって左回りの円偏光に変換され、パーシャルミラー３に突き当たる。このパーシャルミラー３は、入射光の半分を第２の４分の１波長板側に透過すると共に、入射光の半分をディスプレイ装置１側に反射する。
【００９１】
ディスプレイ装置１としてＬＣＤを用いる場合、ディスプレイから出射される光は既に直線偏光されているため、偏光子９は省略してもよい。上述した内容は事実であり、直線偏光子９が入口偏光子として用いられているのであれば、本実施形態および以下の他の実施形態すべてに適用することができる。
【００９２】
パーシャルミラー３は、反射時に１８０°の位相変化を与えるものであり、左回りの円偏光を右回りの円偏光に変える。その後この光は、第１の４分の１波長板１０によって再び直線偏光に変換される。しかし、今回は図の紙面に対して直交する方向に偏光される。この直線偏光は、直線偏光子９によって吸収される。したがって、該直線偏光は直線偏光子９によって遮断され、システム内で消失したと見なされる。
【００９３】
第２の４分の１波長板１１は、第１の４分の１波長板１０の速軸１５に対して略直交する速軸１７を持っている。したがって、４分の１波長板１０および１１のいずれにおいても、透過が減法される。透過された左回りの円偏光は、第２の４分の１波長板１１によって、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光に再び変換される。この場合、入射光は反射偏光子５によって反射された光と同じ偏光状態を有しており、その後再び第２の４分の１波長板１１側に反射される。この直線偏光は、４分の１波長板１１によって再び左回りの円偏光に変換され、再びパーシャルミラー３に突き当たる。
【００９４】
パーシャルミラー３によって透過された光の一部は、第１の４分の１波長板１０によって、図の紙面と平行な方向に偏光された光に変換される。この光は、直線偏光子９によって再びディスプレイ装置１内に透過され、システム内で消失したと見なされる。
【００９５】
パーシャルミラー３によって反射された光の一部は、反射時に１８０°の位相変化を受けるため、円偏光の方向が変えられる。この場合、入射した左回りの円偏光は、右回りの円偏光に変えられる。この反射された右回りの円偏光は、第２の４分の１波長板１１を通り、自身の電界ベクトルが図の紙面に対して垂直な直線偏光に再び変換される。反射偏光子５と直線偏光子１２は、それぞれ図の紙面に対して垂直な透過軸１８および１９を持っている。入射光の偏光状態と、反射偏光子５および吸収偏光子１２によって透過された光の偏光状態とが同じになるため、装置から抜け出ることができ、観察者８まで到達することができる。
【００９６】
したがって、観察者８まで透過する光は、上述したように、「二重反射」光路６を通る光のみである。図１０ａおよび１０ｂと、図１１ａおよび１１ｂとに示すように、反射偏光子５がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に近くなるように、反射偏光子５を湾曲させている。そのため、観察位置がディスプレイの縁側に動くに従って、光路長は長くなる。観察者８は、湾曲しており、かつ、本来の位置よりも低い位置にディスプレイ装置１の画像を視認する。
【００９７】
２Ｄモードにおけるディスプレイの動作を図１２ａおよび１２ｂに示す。２Ｄモードにおけるシステムは、擬似湾曲モードで説明した部材と同じものを使用する。唯一の違いは、反射偏光子５がディスプレイ装置１と平行な単一平面上に平坦に配置されている点である。
【００９８】
このモードにおける動作では、ディスプレイ装置１から出射された光は、擬似湾曲モードと同じように「二重反射」光路６を通る。しかし、部分反射体３および５はそれぞれ平坦であるため、光が受けるこの二重反射７は、すべての視野角に対して、画像における位置の機能として一定の長さを持つ。観察者８は、平坦に見えるディスプレイ装置１の画像を視認する。
【００９９】
部分反射体３および５の間の離間が小さすぎて、部分反射体３および５の間で生じる二重反射７が光路全長に比して極少量のものになる場合、光はディスプレイ装置１から直接光路を通って、観察者８まで到達するように見える。この場合、画像は平坦な標準２Ｄモードで見えると共に、ディスプレイ装置１と略同じ平面１４上に見える。一方、逆の場合でも画像は平坦な標準２Ｄモードで見えるが、ディスプレイ装置１の後方に奥行がシフトされているように見える。
【０１００】
２Ｄモードを実現するための別の方法は、部分反射体３および５をそれぞれ平坦にはせず、いずれの箇所も互いに平行となるようにする方法である。この場合、二重反射７によって生じる光路長の増加は、画像における位置に依存していないため、画像は平坦に見える。２Ｄモードを実現するこの方法は、反射フィルム３および５を著しく近接させる場合において、すべての視野角に関して最もよい方法である。フィルム間の離間が増すにつれて、画像が平坦に視認される通常の出射光に対する視野角の大きさが下がってしまう。
【０１０１】
擬似湾曲モードから標準２Ｄモードへの切替え、または、その逆の切替えは、反射層３および５の少なくとも一方の湾曲を直接変更することによって、機械的に実現することができる。例えば、この機械的な切替えは、動力部材、水力部材、空気部材、または、磁気部材を介して、あるいは、単純に手動による制御された駆動によって実現することができる。このような駆動装置は、反射フィルム３および５の少なくとも一方の形状を、３次元方向のうちの少なくとも１つの方向に変更するために、複数の異なる方法（当業者に知られているもの）によって設計することができる。
【０１０２】
この機械的な駆動を実現するための別の方法として、温度、または、供給される電圧の変化量が制御されているときに制御された変形を受ける特定材料を使用する方法がある。公知の変形可能な材料のうち、この構成に適用でき得るものが多く存在する。機械的な変位をもたらす電界変化を生じさせる逆圧電材料、電圧供給を行って変形を引き起こす電気活性高分子、および、機械的な変位をもたらす温度変化を生じさせる金属材料等が典型的な例である。このような変形可能な材料は公知のものであり、駆動装置に関する標準的な参考文献に開示されている。例えば、Ｊｏｓｅ  Ｐｏｎｓによる「Ｅｍｅｒｇｉｎｇ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：ａ  ｍｅｃｈａ−ｔｒｏｎｉｃ  ａｐｐｒｏａｃｈ」、Ｍ．Ｓｈａｈｉｎｐｏｏｒ，Ｙ．Ｂａｒ−Ｃｏｈｅｎ，Ｔ．Ｘｕｅ，Ｊ．Ｏ．Ｓｉｍｐｓｏｎｓらによる「Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＩＰＭＣ）  Ａｓ  Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」（ＳＰＩＥ’ｓ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｎ  Ｓｍａｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９８）、および、Ｊ．Ａ．Ｐｅｌｅｓｋｏ，Ｄ．Ｈ．Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎらによる「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ＭＥＭＳ  ａｎｄ  ＮＥＭＳ」である。
【０１０３】
同様の構成に基づいた第１の実施形態および以下のすべての実施形態では、用途に応じてディスプレイシステムの性能を最適化するために、該ディスプレイシステムの詳細および構成は、何通りかに異なっていてもよい。
【０１０４】
例えば、上述したように、パーシャルミラー３は、入射光のおよそ５０％を反射すると共に、入射光のおよそ５０％を透過する。これによって、観察者８が視認する最終的な視認画像１３（図１０に示す）の輝度は、ディスプレイ装置１で表示した場合の本来の輝度のおよそ４分の１に相当する。この４分の１の輝度値は、本実施形態に係るシステム構成において得られる最高の輝度値ではあるが、この先の本発明の実施形態においては、例えば反射率／透過率の割合等のパーシャルミラー３の光学的特性は、表示する画像の相対輝度に応じて変更してもよい。換言すれば、パーシャルミラー３は、システムの最適な性能を実現するために設計してもよい。
【０１０５】
反射偏光子５は、パーシャルミラー３と同じようなパーシャルミラーに置換えることができる。このような構成は、ディスプレイ全体の輝度に関して有利な点をもたらすものではないが、画像品質を向上させることができる。また、コストを削減できる可能性もある。
【０１０６】
光学部材の再配列ならびに再配置も、装置の重要な本質部分およびディスプレイの動作方法を変えずに行うことが可能である。例えば、第１および第２の４分の１波長板１０および１１は、それぞれの速軸が略垂直な限り、それぞれ交換あるいは回転することができる。同様に、直線偏光子９および１２は、それぞれの透過軸が略垂直である限り、それぞれ交換あるいは回転することができる。また、反射偏光子５は、自身の透過軸が出口偏光子１２の透過軸と平行であれば、回転することができる。
【０１０７】
僅かに動作方法が異なるような光学部材の他の配置も適用可能である。透過軸１５，１８，１９、入口偏光子９、反射偏光子５、および、出口偏光子１２がそれぞれディスプレイの機能を変えないような適当な方向に位置づけられているのであれば、第１および第２の４分の１波長板１０および１１の速軸１６および１７は、互いに直交あるいは平行であってもよい。
【０１０８】
さらに他の実施では、同じ光学部材であるが、逆の順序に並び替えられたものを用いる。図１３ａおよび１３ｂに擬似湾曲モードを示しており、図１４ａおよび１４ｂに標準２Ｄモードを示している。図１１ａおよび１１ｂと、図１２ａおよび１２ｂとに示した構成とは僅かに動作方法が異なるが、ディスプレイ自身は同じ機能を示すことには変わりない。
【０１０９】
ディスプレイ装置１から出射された光は、直線偏光子９によって直線偏光に変換される（直線偏光子９がシステム内に存在する場合）。（「第１の」）反射偏光子５の透過軸１８が、下にある入口偏光子９の透過軸１５と同じ方向であるため、この光は（「第１の」）反射偏光子５を通過する。光は、その後第１の４分の１波長板１０によって、左回りの円偏光に変換され、（「第２の」）パーシャルミラー３に突き当たる。光の半分は透過し、出口直線偏光子１２によって吸収される。一方、残りの半分は反射時に１８０°の位相変化を受け、右回りの円偏光に変換される。この反射光は、第１の４分の１波長板１０を再び通り、自身の電界ベクトルが図の紙面に対して垂直な直線偏光に偏光される。その後、反射偏光子５によって反射され、第１の４分の１波長板１０を通る際に右回りの円偏光に変換される。この右回りの円偏光はパーシャルミラー３に突き当たり、光の半分が再び反射され、ディスプレイ装置１に戻る。一方、残りの半分は透過される。この透過光は第２の４分の１波長板１１を通り、直線偏光子１２を透過した光と同じ偏光状態を有する直線偏光に変換される。そのため、光は装置から抜け出ることができ、観察者８まで到達することができる。
【０１１０】
図１３ａおよび１３ｂに示しているように、擬似湾曲モードにおいては、反射偏光子５がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に遠くなるように、反射偏光子５を湾曲させている。そのため、ディスプレイの中央部分に向かうにつれて二重反射光路６は長くなり、観察領域では擬似湾曲外観を持つ画像を視認することができる。
【０１１１】
図１４ａおよび１４ｂに示しているように、標準２Ｄモードにおいては、ディスプレイ装置１から出射された光は、擬似湾曲モードと同じように「二重反射」光路６を通る。しかし、部分反射体３および５はそれぞれ平坦であるため、観察者８は平坦に見えるディスプレイ装置１の画像を視認する。部分反射体３および５の間の離間が小さすぎて、部分反射体３および５の間で生じる二重反射７が光路全長に比して極少量のものになる場合、光はディスプレイ装置１から直接光路を通って、観察者８まで到達するように見える。この場合、画像は平坦な２Ｄモードで見えると共に、ディスプレイ装置１と略同じ平面上に見える。一方、部分反射体３および５の離間が大きすぎて、二重反射７が極少量になる場合、画像は平坦な２Ｄモードで見えるが、ディスプレイ装置１の後方に奥行がシフトされているように見える。
【０１１２】
基本的には、これらの光学部材の配列順序の変更は、ディスプレイの性能を変えないが、光学部材の理想的な配列からの逸脱、あるいは、波長および／または視野角に対する依存性に起因して、実際には１つの構成が他の構成よりも好適となる場合がある。
【０１１３】
図１１ａおよび１３ａに示すように、第１の実施形態に係る擬似湾曲モードでは、反射偏光子５がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に近くなるように、反射偏光子５を湾曲させているため、ディスプレイ装置１の擬似湾曲画像が表示されると説明した。しかし、部分反射体３および５の少なくとも一方の形状を他の擬似湾曲形状に変更することによって、ディスプレイシステムの基本的な動作方法は変わらないが、異なった擬似湾曲外観を持つ画像が観察者８に到達することを理解されたい。
【０１１４】
図１５は、視認されるディスプレイ装置１の擬似湾曲外観１３を強めるために、部分反射体３および５の双方が擬似湾曲形状を持つ擬似湾曲モードのディスプレイを示す図である。ディスプレイ装置１から出射される光は、上述したように、すべての光学システムを通過する。上述と同じように、光学システム内では部分反射が起こり、光は「二重反射」光路６を通る。しかし今回は、パーシャルミラー３および反射偏光子５の双方が湾曲しており、ディスプレイの縁部分よりも中央部分の方で互いに近くなるように反対方向に配置されている。そのため、光学的光路６はディスプレイの縁部分に向かうにつれてさらに長くなり、部分反射体３および５のいずれか一方のみに同じ擬似湾曲形状を与えた場合と比較して、視認される画像の擬似湾曲外観は強まる。
【０１１５】
この構成においては、パーシャルミラー３および反射偏光子５の双方は湾曲しており、ディスプレイの縁部分よりも中央部分の方で互いに近くなるように反対方向に配置されている。したがって、第１の実施形態および以下のすべての実施形態においては、所望の用途で求められる擬似湾曲外観に応じて、これらを変形する形状を異ならせればよいことを理解されたい。他の実施を図１６〜１８に示すが、潜在的な可能性はこれらの例に限定されるわけではない。
【０１１６】
例えば、図１６ａに、パーシャルミラー３および反射偏光子５の双方が湾曲しており、ディスプレイの縁部分よりも中央部分の方で互いに近くなるように反対方向に配置されている構成を示す。図１６ｂおよび１６ｃでは、パーシャルミラー３のみが湾曲しており、反射偏光子５は平坦である。図１６ａ〜１６ｃに示した構成、および、第１の実施形態に関する上述の説明では、ディスプレイ装置１の後方に見える画像を表示すると共に、観察者側に向かって滑らかな凸型または凹型となっている画像を表示するために、擬似湾曲形状をした部分反射体は、少なくとも１つの方向に連続的に湾曲している。
【０１１７】
反射フィルム３および５の少なくとも一方が有する擬似湾曲形状はより複雑なものであってもよい。これによって、図１７および１８に示すように、ディスプレイの視認画像１３をより複雑な外観にさせることができる。図１７ａに、滑らかにまたは連続的に湾曲させた波状の部分反射体となるような、曲がりくねった切断面を持つ部分反射体を示す。図１７ｂに、複数の平坦部材を備え、隣り合う平坦部材が互いに縁に沿って接触しており、かつ、隣り合う平坦部材が０°より大きくなおかつ１８０°より小さい角度をなす部分反射体を示す。これら２種類の部分反射体は、それぞれ「波状の外観」および「プリズム状の外観」を持つ画像を提供する。いずれの場合も、画像はディスプレイ装置１の後方に見える。
【０１１８】
部分反射体３および５の少なくとも一方が有する擬似湾曲形状は、平面に見えるが、ディスプレイ装置１に対して傾いて見える画像を提供できるような形状にしてもよい。このような構成は、軸外に位置する観察者が、軸上から表示画像を見ているかのように該画像を見たい場合に好適である。すなわち、観察者の視線に対して垂直な平面上に画像を見ることができる。図１７ｃにこの構成の例を示す。具体的には、パーシャルミラー３および反射偏光子５の双方がディスプレイの垂直軸に対して傾斜している。これによって、ディスプレイ装置１に対して傾いていると共に、ディスプレイ装置１の後方に見える画像が作成される。
【０１１９】
ディスプレイの所望の外観は、表示領域の特定の領域でのみ非平坦となるものであってもよい。したがって、所望の画像の形状が連続的な１つの面である限り、該画像も連続的な反射フィルムによって形成することができるが、駆動に際して反射フィルム３および５の少なくとも一方の形状を変える必要がある。これは、画像の擬似湾曲部分がディスプレイ装置１に対して傾いており、この傾きが画像の平坦部分と連続している場合の構成として図１８に示されている。したがって、反射偏光子５に求められる形状は、直線状のヒンジでつながれた２つの平面である。
【０１２０】
しかし、所望の画面は連続的でなくてもよい。この例を図１８ｂに示す。具体的には、画像のすべての部分が平坦であり、なおかつ、ディスプレイパネルに対して平行であるが、これらはすべてが同一平面上にあるわけではない。すなわち、観察者が視認する画像において、奥行に不連続な段差がある。画像は、ディスプレイ装置１の後方で「奥行がずれた」ように見える。この具体例では、画像の中心部分は、他の部分と比較して観察者の近くに見える。このような擬似湾曲外観を得るためには、図１８ｂに示すように、反射フィルム３および５の少なくとも一方を１つ以上の片で形成すると共に、それぞれを異なる平面上に配置する必要がある。さらに、上述した駆動方法と組合わせる場合は、反射フィルムの各片を移動し、その形状を変更してもよい。
【０１２１】
図１８ｃに、他の擬似湾曲ディスプレイの具体例として、互いに全く同じ形状を持ち、かつ、すべての箇所が互いに平行な部分反射体３および５を持つディスプレイを示す。以上で述べたとおり、全表示領域に渡ってこれら２つの反射フィルムが互いに著しく近接している場合、すべての視野角において観察者は平坦な画像を視認する。しかし、フィルム間の離間が比較的大きい場合は、観察者は軸上では平坦な画像を視認するが、観察者が軸外に移動すると画像は擬似湾曲外観となる。
【０１２２】
第１の実施形態の範囲は、図１６ａ〜１８ｃに示した特定の形態に限定されるものではないことは言うまでもない。上述したように切替え機構と組合わせる場合は、これらの特定のフィルムはいずれも平坦であってもよいし、ディスプレイ装置１に対して傾いていてもよいし、他の実施可能な擬似湾曲デザインを備えていてもよい。
【０１２３】
図１６ａ，１７ａ，１７ｃに、部分反射体３および５のいずれも非平坦であり、両部分反射体の中間に位置する平面において、部分反射体３および５が互いの鏡像となっている例を示す。
【０１２４】
単一の部分反射体の形状を変更することによって特定の擬似湾曲外観を得るよりも、部分反射体３および５の双方の形状を組合わせて、上記と同じ所望の擬似湾曲外観を得る方が好ましい。例えば、パーシャルミラー３が垂直方向に連続的に湾曲しているのに対して、反射偏光子５は水平方向に連続的に湾曲していてもよい。それぞれは有限半径の湾曲を有しており、このような形状の組合わせによって、ドーム型の外観が得られる。
【０１２５】
反射層３および５の少なくとも一方の形状を、正に平坦から非平坦、その逆の非平坦から平坦、および、非平坦から非平坦等のように、変更することのさらなる利点は、多くの形状の組合せが可能であるため、ディスプレイを多種多様な形状の擬似湾曲外観にできると共に、ディスプレイがディスプレイ装置１の平面１４の下方または前方に位置するように見せることができる。
【０１２６】
本発明に係る第１の実施形態は、平坦画像モードから非平坦画像モードへの切替え、または、その逆の切替え、あるいは、異なる非平坦画像モードの間の切替えを行うことができる擬似湾曲ディスプレイに関する。これは、部分反射体３および５の少なくとも一方を、その三次元方向の少なくとも１つの方向に動かすことによって実現することができる。これらの多種多様な形状の少なくとも１つに部分反射体を成形することによって、ただ単純に平坦あるいは非平坦に見える画像を表示するだけでなく、時間によって異なる外観を持つ画像を表示することもできるディスプレイを提供することができるのは、当業者には明らかである。
【０１２７】
例えば、図１９に示すように、反射層３および５の少なくとも一方は、時間ｔ０において位置１の擬似湾曲形状１から、時間ｔｎにおいて位置１とは異なる位置２の、擬似湾曲形状１とは異なる擬似湾曲形状２に移動するように構成されていてもよい。この時間変化によって、中間時間に中間位置にある擬似湾曲画像を複数表示することができる。この複数の擬似湾曲画像のうち１つは、観察者には平坦に見える画像である。
【０１２８】
第１の実施形態の具体例では、図１９に示した制御された変動を得るために、反射偏光子５がなす形状を比較的早い時間で変化させてもよい。反射偏光子５は、時間ｔ０ではディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に近くなるように、かつ、時間ｔｎではディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に遠くなるような湾曲になっている。
【０１２９】
例えば、このような方法で時間によって表示画像の擬似湾曲外観が変わるようにディスプレイを動作することは、宣伝用ディスプレイの外観の芸術性、および、娯楽用ディスプレイの人目を引く力を向上させることにとって利点がある可能性がある。ディスプレイの擬似湾曲した外観の動きは、例えばアピール効果を奏する可能性がある。
【０１３０】
図１０〜１９に示すように、ディスプレイが擬似湾曲モードで機能している場合は、部分反射体３および５の少なくとも一方のみが擬似湾曲形状を有している。システムの他の部材、例えば４分の１波長板１０および１１等の部材については、以上では平坦であると説明している。しかし、部分反射体３および５以外の光学部材についても、擬似湾曲形状に変えてもよい（特に部分反射体の少なくとも一方と接着あるいは屈折率整合されている場合）。基本的にはこのような構成は装置の基本的な動作に影響を与えないが、実際には、部材の理想的な配置からのずれ、波長依存性、または、視野角依存性等の理由から、全体的な性能に関しては、１つの構成は他の構成よりも好適である可能性がある。
【０１３１】
しかし、反射層３および５に与える構成によっては、画像問題を引き起こす場合がある。例えば、反射フィルムの少なくとも一方が僅かに間違った形状に形成された場合、および／または、反射フィルムが相互の相対的な所要位置に正確に配置されていない場合、表示画像の拡大、縮小、または、歪み等の画像問題が生じる虞がある。このような潜在的な画像問題をなくすために、図２０に示すように、慎重に選択されたレンズシステム２０を光学システム内に配置すると共に、画像の拡大または縮小および／または歪みを少なくとも部分的に補正してもよい。
【０１３２】
選択されたレンズシステム２０は、光学システム内のどこに配置してもよく、補正効果を最も効果的にするように構成される。例えば、レンズシステム２０は、上部反射偏光子５と出口直線偏光子１２との間に配置されていてもよい。また、レンズシステム２０は、単一レンズ、フレネルレンズ、または、マイクロレンズアレイを備えていてもよい。
【０１３３】
具体例としては、図２０に示すように、パーシャルミラー３が略平坦であるのに対して、反射偏光子５がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でディスプレイ装置に遠くなるように反射偏光子５を湾曲させてもよい。このような場合において、レンズシステム２０が光学システムに加えられていない場合、観察者８によって視認されるディスプレイの画像１３ｂは通常拡大化してしまう。適当に選択したレンズシステム２０を反射偏光子５および直線偏光子１２の間に追加する場合、光が反射偏光子５を通過するまでのディスプレイの動作は、図１０に示したディスプレイの動作と変わりはない。しかし、拡大化された光は、反射偏光子５から出射された後レンズシステム２０を通るが、該レンズシステム２０が光路を調整することによって、画像の拡大化を補正する。このレンズシステム２０を用いることによって、システムから出射される光は補正された「二重反射」光路６を通るため、観察者８によって視認されるディスプレイの画像１３ａは予定通りの擬似湾曲外観を有している。
【０１３４】
本発明に係る第２の実施形態を図２１ａおよび２１ｂに示す。本実施形態の部材のうち、前述の実施形態でも説明されていない部材はコレステリック反射体２１である。これは自然螺旋構造を持つ液晶層であり、一円偏光状態にある光を反射すると共に、他の円偏光状態にある光を透過する部材である。このような部分反射体は公知のものであり、液晶技術に関する標準的な図書に開示されている。例えば、Ｅｒｎｓｔ  Ｌｕｅｄｅｒによる「Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ：Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ」（Ｗｉｌｅｙ−ＳＩＤ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｉｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１）である。本実施形態においては、この部分反射体は固定され、切替え不可能になっている。液晶層は、液晶分子自身の重合、あるいは、付随するモノマーの重合によって、所定の位置に固定されていてもよい。
【０１３５】
図２１ａおよび２１ｂに示すディスプレイでは、第２の反射体がコレステリック反射体２１を備えているのに対して、第１の反射体はパーシャルミラー３を備えている。このコレステリック反射体２１は、例えば左回りの円偏光を反射するが、右回りの円偏光を透過するために選ばれている。ディスプレイ装置１は、図の紙面と平行な透過軸１５を持つ直線偏光子９の下に配置されており、４分の１波長板１０は、透過軸１５と４５°をなす速軸１６を持っている。
【０１３６】
ディスプレイ装置１から出射される光は、入口直線偏光子９を通過し、自身の電界ベクトルが図の紙面と平行な直線偏光に偏光される。その後この光は４分の１波長板１０によって左回りの円偏光に変換され、パーシャルミラー３に突き当たる。光の一部はパーシャルミラー３によって透過されるのに対して、残りの光はパーシャルミラー３によってディスプレイ装置１側に反射される。反射光は、パーシャルミラー３によって、反射時に１８０°の位相変化を受け、右回りの円偏光に変換される。この光は、４分の１波長板１０によって、自身の電界ベクトルが図の紙面に対して垂直な直線偏光に偏光された後、直線偏光子９によって吸収される。パーシャルミラー３によって透過された左回りの円偏光は、固定コレステリック反射体２１によって反射され、再びパーシャルミラー３に戻る。前と同じように、この光の一部はパーシャルミラー３によって透過され、４分の１波長板１０によって、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光に変換された後、直線偏光子９を通過してディスプレイ装置１に戻る。一方、パーシャルミラー３によって反射された光の一部は、偏光状態の１８０°の位相変化を受ける。そのため、この残りの光は右回りの円偏光であることから、固定コレステリック反射体２１を観察領域の方向に通過する。
【０１３７】
パーシャルミラー３がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でコレステリック反射体に近くなるように、パーシャルミラー３を連続的に湾曲させているため、ディスプレイの中央部分に向かうにつれて二重反射光路６は長くなり、凸状の外観を持つ画像がディスプレイ装置１の下方に見える。
【０１３８】
以上で述べたように、装置の重要な本質部分およびディスプレイの動作方法を変えずに、ディスプレイの光学部材を異なる配列および他の配置にしてもよい。しかし、これらの変更が基本的にディスプレイの動作原理を変えないとしても、実際には、部材の理想的な配置からのずれが、いずれの具体例においても、ディスプレイの性能という観点からは「最もよい」部材の配列を導く可能性がある。
【０１３９】
円偏光を出射するディスプレイにおいては、低いコントラスト比が問題となっている虞がある。この制限をなくすために、コレステリック反射体２１の上に、円偏光を直線偏光に変換するための第２の４分の１波長板１１および出口直線偏光子１２を追加してもよい。この他の実施の例を図２２ａおよび２２ｂに示す。第２の４分の１波長板１１の速軸１７は、第１の４分の１波長板１０の速軸１６と直交しており、出口直線偏光子１２は、図の紙面に対して垂直な透過軸１９を持っている。これら２つの部材１１および１２を光学システムに加えることによって、原則的にディスプレイの性能が向上する可能性があるが、いずれの適用例においても、１つの構成が他の構成よりも好適である可能性がある。
【０１４０】
図２１ａおよび２１ｂに、パーシャルミラー３がディスプレイの縁部分よりも中央部分の方でコレステリック反射体に近くなるように、パーシャルミラー３を湾曲させている、擬似湾曲外観を持つディスプレイを示す。パーシャルミラー３の代わりに、コレステリック反射体２１の形状を変えることによって、同様の擬似湾曲外観効果を得ることができる。
【０１４１】
本発明のすべての実施形態のように、用途に応じると共に、所望の擬似湾曲外観を得るために、反射層の少なくとも一方の形状を擬似湾曲に変える必要がある。ほとんどの添付図面は、ディスプレイシステムが分かりやすいように、連続的に凸型または凹型に擬似湾曲した部分反射体を示している。しかし、部分反射体の少なくとも一方の形状を、その三次元方向のうちの少なくとも１つの方向において、いかなる擬似湾曲形状に変えてもよいことを理解されたい。加えて、少なくとも一方の部分反射体は、いずれも画像の外観を平坦から非平坦へと変化させる、あるいは、異なる非平坦モード間で変化させるように構成されている。
【０１４２】
部分反射体の使用は、システム内の大きな輝度損失をもたらす。理論上では、直線偏光子９と組合わせた場合のディスプレイ装置１の輝度が１００％の場合、第１の実施形態で述べたディスプレイの輝度は最高でもたったの２５％である。これは、装置の動作方法に起因している。
【０１４３】
本発明に係る第３の実施形態を図２３ａおよび２３ｂに示す。第３の実施形態は、光の利用効率を十分に向上させ、それ故、擬似湾曲外観を持つディスプレイの全体的な輝度を十分に向上させる装置を備えている。
【０１４４】
本実施形態に示されているディスプレイは、前述したディスプレイとは、ディスプレイ装置１の前の光学的な構成が、２つの反射偏光子２２および５と、その間に配置されたファラデー回転子２３とを備えている点で異なる。入口偏光子９は、反射偏光子２２の下に配置されており、出口偏光子１２は、反射偏光子５の上に配置されている。例えば、直線偏光子９および反射偏光子２２の透過軸１５および２４は、図の紙面上において互いに平行であるのに対して、反射偏光子５および直線偏光子１２の透過軸１８および１９は互いに平行であり、かつ、透過軸１５および２４に対して−４５°の角度をなしている。ファラデー回転子２３は、回転子２３を介していずれかの方向に通過した直線偏光を＋４５°回転させる。
【０１４５】
直線偏光子９および１２はいずれもシステムの良好な動作に必要なものではなく、これらの存在がシステムの重要な本質部分を変えるものではない。例えば、ディスプレイの他の実施においては、これら２つの吸収偏光子９および１２のいずれか、あるいは、双方を省略しても、該ディスプレイは同じ機能を提供することができる。基本的には、これらの変更はディスプレイの性能および動作方法を変えないが、実際には、１つの構成が他の構成よりも好適である可能性がある。
【０１４６】
ファラデー回転子２３は、自身を通過する光の偏光状態を回転させる材料の層を備えており、層に印加される磁界に応じた角度に回転する。このような装置の基本的な機能は公知であり、例えば、Ｅ．Ｈｅｃｈｔ，Ａ．Ｚａｊａｃらによる「Ｏｐｔｉｃｓ」（Ｆｏｕｒｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ａｄｄｉｓｏｎ  Ｗｅｓｌｅｙ，２００３）等の標準的な参考文献に開示されている。
【０１４７】
ファラデー回転子と、光の偏光状態を回転する他の部材との重要な違いは、ファラデー回転子が非リシプロカルな点である。換言すれば、光線がファラデー回転子を通ってミラー上で反射し、ファラデー回転子を通って戻ってくる場合、ファラデー回転子を１回通過することによって回転する角度をθとすると、その光線は合計２θだけ回転する。これは、キラル液晶等の光学活性材料と正反対である。光学活性材料では、光が２回通過した後に最終結果が得られ、１回の反射では偏光状態には変わりがない。
【０１４８】
図２３ａおよび２３ｂに示すように、ディスプレイ装置１から出射された光は、入口偏光子９を通過し、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光に偏光される。光が固定ファラデー回転子２３に到達するように、直線偏光子９および下部反射偏光子２２の透過軸１５および２４は、図の紙面に対して平行となるように構成されている。その後、偏光面がファラデー部材２３によって＋４５°に回転されるため、上部反射偏光子５で光は反射される。２回目のファラデー回転子２３の通過において、反射光の偏光面はさらに＋４５°に回転され、自身の電界ベクトルが図の紙面に対して垂直となっている状態で出射される。その結果、光は下部反射偏光子２２によって反射され、再びファラデー回転子２３を通過する。ファラデー回転子２３では、偏光面がさらに＋４５°に回転され、自身の電界ベクトルが−４５°をなした状態となる。光は最終的に上部反射偏光子５および出口直線偏光子１２を透過する。
【０１４９】
そのため、観察者８に到達する光は「二重反射」光路６を通る。反射偏光子２２および５のいずれもが、ディスプレイの縁部分よりも中央部分の方で互いに近くなるように、連続的に湾曲しているため、「二重反射」光路６もディスプレイの縁部分に向かうにつれて長くなっており、観察者８は凸状の外観を持つディスプレイを視認する。
【０１５０】
この構成の利点は、２Ｄモードおよび擬似湾曲モードのいずれにおいても、ほぼ十分な明るさの画像を提供することができる点である。実際には、様々な光学部材を光が通過あるいは反射することによって、いくらかの光の損失はある。しかし、第１および第２の実施形態のように、意図している動作による減衰はもたらされない。
【０１５１】
本発明に係る第４の実施形態を図２４に示す。擬似湾曲ディスプレイの起点にある「二重反射」光路の不利な点は、部分反射体の使用によって、システム内で大きな輝度損失が生じる点である。理論上では、直線偏光子９と組合わせた場合のディスプレイ装置１の輝度が１００％の場合、第１の実施形態で述べたディスプレイの輝度は最高でもたったの２５％である。これは、装置の基本的な動作方法に起因している。
【０１５２】
この第４の実施形態は、光の利用効率を十分に向上させ、それ故に擬似湾曲外観を持つディスプレイの全体的な輝度を十分に向上させるための装置の改良方法を示している。本実施形態では、平行光を出射するディスプレイ装置１および高反射性のパターンミラー２６と共にレンズアレイ２５が用いられている。パターンミラー２６は、大部分が反射性を有しているが、小さな透過領域を有している。パターンミラー２６は、レンズアレイ２５の焦点面に実質的に含まれるように構成されている。
【０１５３】
図２４に示すように、ディスプレイ装置１からの比較的平行な光は、略正常に画面から出射し、レンズアレイ２５に突き当たる前に直線偏光子９を通過する。アレイのレンズは、パターンミラー２６の透過領域に光を集光するように構成されている。このシステムによって、パターンミラー２６を通る光の透過率を高めることができる。反射偏光子５によって反射された光は、パターンミラー２６に入射する。パターンミラー２６は大部分が反射性を有しているため、高い反射率が得られる。
【０１５４】
残りのシステムは、前述の実施形態と同様に動作する。擬似湾曲外観を持つ画像はシステム内の「二重反射」光路６によって形成されており、反射層５および２６の少なくとも一方は擬似湾曲形状を有している。
【０１５５】
ディスプレイ装置１としてＬＣＤを用いる場合、ディスプレイから出射される光は既に直線偏光されているため、偏光子９はシステムから省略してもよい。ディスプレイ装置１からの平行光がパターンミラー２６を９０％効率で透過すると共に、同パターンミラー２６を９０％効率で反射したと仮定した場合、擬似湾曲画像の理論上の輝度は、２５％から８０％に増加する。
【０１５６】
アレイ部材２５のレンズは、球状の凸レンズまたは円筒状の凹レンズであってもよい。しかし、レンズの光学パラメータとしては、ディスプレイ装置１から入射する平行光をパターンミラー２６の孔に集光するようなパラメータが選択されている。例えば、レンズアレイ２５は、円筒状または角状のレンズを備えていてもよい。しかし、レンズシステム２５がパターンミラー２６の開口部に光を集光するように構成されていることが重要である。
【０１５７】
ディスプレイは、以上で説明したいずれの方法によって動作させてもよい。用途に応じた所望の擬似湾曲外観を提供するために、反射層の少なくとも一方はいずれかの方向に非平坦であってもよい。この場合も同様に、部分反射体の少なくとも一方は、標準平坦画像と、異なる擬似湾曲した外観を持つ画像との間を切替えることができるように構成されていてもよい。加えて、光学部材の再配列ならびに再配置によっては、ディスプレイの重要な本質部分およびディスプレイの動作方法を変えずに行うことが可能である。しかし、これらの変更が基本的にディスプレイの性能を変えないとしても、実際には、部材の理想的な配置からのずれによっては、いかなる具体例においても「最もよい」部材の配列を導く可能性がある。
【０１５８】
本発明に係る第５の実施形態を図２５ａおよび２５ｂに示す。具体的には、ディスプレイは第１の実施形態で示したものと同じ一般的なタイプのものであるが、図１０ａおよび１０ｂに示した４分の１波長板１０および１１の機能、ならびに、パーシャルミラー３の機能が、単一の統合セル３１に一緒に統合されている。
【０１５９】
パターンミラー２６は、小さな透過領域から光を部分的に透過すると共に、高反射領域に入射した光を部分的に反射するように構成されている。パターンミラー２６は、縁問題を回避すると共に、液晶層の配置を可能にするために最適化されていてもよい。
【０１６０】
図２５ａおよび２５ｂに示すように、パターンミラー２６は第１の基板２７と第２の基板２８との間に配置されている。第１および第２の基板２７および１８は、それぞれガラス基板またはプラスチック基板であってもよい。パターン化された４分の１位相差板３０は、パターンミラー２６のすべての高反射領域上に位相差部が位置するように配置されている。これに対して、透明非位相差材料の塊２９はパターンミラー２６のすべての透過領域上に配置されている。例えば、パターン化４分の１位相差板３０は、固定液晶層であってもよく、セル内にある透明材料の塊２９の各々は、４分の１波長板に対応する液晶領域の厚さと同じ高さのポリマー壁であってもよい。
【０１６１】
ディスプレイ装置１から出射される光は、入口直線偏光子９を通過し、自身の電界ベクトルが図の紙面上にある直線偏光に偏光される。光の一部はパターンミラー２６の反射領域に突き当たり、ディスプレイ装置１側に反射される。一方、光の他の部分はパターンミラー２６の透過領域および透明材料の塊２９を透過する。その後、透過光は反射偏光子５によって統合セル３１側に反射される。この反射光の一部は、セル１３の透過領域を直接通過し、システム内で消失する。一方、光の他の部分は、まずパターン化４分の１位相差板３０を通過し、直線偏光から左回りの円偏光に変換される。そして、光はパターンミラー２６によって反射され、偏光状態に対する１８０°の位相変化を受けて左回りの円偏光を右回りの円偏光に変えられる。この光はパターン化４分の１位相差板３０まで戻り、図の紙面に対して垂直な偏光状態で統合セル３１から抜け出す。その後、この光は反射偏光子５および出口直線偏光子１２によって透過され、観察者８まで到達する。
【０１６２】
前述した実施形態においては、「二重反射」光路６と反射偏光子５が有する形状との組合わせは、観察者８によって視認される画像の外観に影響を与える。
【０１６３】
図２５ａに示すように、部分反射体５は、例えばディスプレイの縁部分よりも中央部分の方が、ディスプレイ装置１に近くなるように湾曲していてもよい。このような構成は、連続的な凸型となっているように見えるディスプレイの画像を観察者８に見せることができる。しかし、部分反射体５が擬似湾曲形状を有していない場合は、図２５ｂに示すように、ディスプレイの画像は平坦な標準２Ｄモードで視認される。
【０１６４】
このような統合セル３１を用いることによって、システム内の光学部材の数を削減することができるという利点がある。そのため、製造コストに影響を与える可能性もある。また、光が位相差板を通過する回数を減らすことができるため、偏光異常に起因した潜在的な画像問題の低減を助長することができる。
【０１６５】
図２５ａおよび２５ｂに示した位相差板３０のような固定されたパターン化光学位相差板は、様々な方法で形成することができる。１つの方法では、例えばＵＳ６６２４６８３（２００３年９月２３日公開，ＪＡＣＯＢＳ  Ａｄｒｉａｎ  Ｍａｒｃ  Ｓｉｍｏｎ；ＡＣＯＳＴＡ  Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ  Ｊａｎｅ；ＨＡＲＲＯＬＤ  Ｊｏｎａｔｈａｎ；ＴＯＷＬＥＲ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｊｏｈｎ；ＷＡＬＴＯＮ  Ｈａｒｒｙ  Ｇａｒｔｈ）およびＷＯ／２００３／０６２８７２（２００３年７月３１日公開，ＲＹＡＮ  Ｔｉｍｏｔｈｙ  Ｇｅｏｒｇｅ；ＨＡＲＶＥＹ  Ｔｈｏｍａｓ  Ｇｒｉｅｒｓｏｎ）に開示されているように、液晶部材を用いて製造することができる。例えば、液晶材料としては、Ｍｅｒｃｋ社製の活性型メソゲンのような重合可能な液晶材料がある。このような材料は、湿度、気温、および、機械的損傷に対する液晶セルの感受性を軽減するために、製造途中で重合させてもよい。
【０１６６】
他の方法では、位相差フィルム１０および１１と同じタイプであり、当初と同形の位相差層、すなわち適当な厚さの複屈折材料を用いて、固定パターン化位相差板を形成する。位相差機能が不要な領域では位相差機能を破棄してもよい。あるいは、そのような位相差機能が不要な領域は、所望の形態に従って単純に物理的に除去してもよい。位相差材料を破棄あるいは除去する方法の例としては、紫外線照射の暴露、化学的エッチング、フォトリソグラフィック処理、レーザ加工、および、標準的な切断等がある。
【０１６７】
本発明に係る第６の実施形態を図２６ａおよび２６ｂに示す。本実施形態は、擬似湾曲ディスプレイに用いる他のタイプの用途を示しており、本実施形態では、観察者８に没入感をもたらすことができる。例えば、表示画面が観察者の視野３３を十分に覆うほどの大面積の擬似湾曲ディスプレイ３２の近くに観察者８が立ち、なおかつ、擬似湾曲外観ディスプレイが表示画面１４に向かって湾曲しているように見える視認画像１３を表示するように構成されている場合、観察者８はディスプレイ３２を見た際に、大きな没入感を感じることができる。
【０１６８】
上述したすべての実施形態において、画像問題が引き起こされ、ディスプレイに表示された擬似湾曲画像の見栄えを乱す場合がある。例えば、観察者８は表示された画像を正しく視認しながら、上下に動くことができる。しかし、観察者の横方向の移動によって画像問題が引き起こされ、湾曲外観効果が損なわれてしまう場合がある。「二重反射」光路６を通るはずの光は、直接光路を介して光学システム外に直接漏れ出てしまい、表示されている画像の擬似湾曲外観を乱してしまう場合がある。このような漏出は、クロストークと呼ばれる画像問題を引き起こす。このクロストークは、観察者８が分からないほどに抑制されるべきものである。クロストークが起こってしまう主な原因は、システムで用いられている偏光操作光学部材が概して完璧ではないためである（特に軸外において）。例えば、直線偏光子および反射偏光子は、「間違った偏光」を透過してしまうことがある。また、位相差板は、配置、波長、および、加工条件に対する依存性を有している。さらには、液晶部材は、正しい偏光状態の光のみの透過を行わない場合がある。
【０１６９】
この種のクロストークを抑制し、擬似湾曲ディスプレイの性能を高めるためのハードウェア的な解決方法の１つは、１つ以上の補正フィルムの追加である。例えば、視野角補正フィルムを位相差板１０および１１の上および／または下に配置することによって、擬似湾曲ディスプレイの視野角特性を向上させることができる。
【０１７０】
この種のクロストークに適用できる他の補正方法は、ディスプレイの元画像データの操作である。例えば、直接光路からの光の漏出割合が小さく、原色の成分ごとにその漏出割合が分かっているのであれば、表示画面に表示されている想定外の画像が薄くなり、ほとんど観察者８によって視認されないように、画像データ値に補正機能を適用することができる。この補正機能としては、所要の補正レベルに応じて、直線タイプおよび非直線タイプのいずれを用いてもよい。例えば、画素のカラーチャネルを再マッピングするために、画像処理装置を用いてもよい。しかし、このようなクロストーク補正方法の不利な点は、ディスプレイの画像品質、特にコントラスト比を低下してしまう虞があることである。
【０１７１】
上述したように、反射偏光子５のような偏光操作光学部材は完璧ではなく、軸外において低い光学性能を見せる虞がある。擬似湾曲している場合、軸上でさえも入射光３６は反射偏光子５に対して角度を付けて突き当たる可能性がある。そのため、図２７ａに示すようなクロストークをもたらしてしまう。図２７ｂに示すように、反射偏光子５の両面に設けられた設計プリズムフィルム３４および３５を用いることによって、ここを起点に発生するクロストークを抑制することができる。これらの設計プリズムフィルム３４および３５は、湾曲した反射偏光子５を通る光の方向を変更する。これらのプリズムフィルムは、異なるまたは様々な頂角を持つように構成されていてもよいし、また光の再利用および均一性を向上するために、プリズム面の１つをメタライズ化してもよい。第１のプリズムフィルム３４は、軸上の入射光３６を、擬似湾曲している領域における反射偏光子５への正常な入射方向に実質的に向き直す、あるいは、該入射方向と近い方向に向き直すために用いられている。一方、第２のプリズムフィルム３５は、光がシステムから抜け出すように、入射光３６と略同じ方向、すなわち軸上に向き直すために用いられている。これら２つの最適化されたプリズムフィルム３４および３５を加えることによって、反射偏光子５は、軸上の光が完璧に平坦、あるいは、少なくともより平坦かのように該光に作用する。残りのシステムは、前述と同様に動作する。擬似湾曲外観を持つ画像はシステム内の「二重反射」光路６によって形成されており、少なくとも一方の反射層は擬似湾曲形状を有している。
【０１７２】
擬似湾曲外観ディスプレイ技術において、生じ得る他の画像問題の例は、部分反射体の擬似湾曲形状に関連するものである。第１の実施形態において述べたように、反射層３および５に与える変更によっては、表示画像の拡大化あるいは縮小化の問題をもたらす場合がある。この種の画像問題は、図２０に示したようなレンズシステムを加える等のハードウェア的な変更によって補正可能である。しかし、よりシンプルな方法はソフトウェア的な実施に基づく。
【０１７３】
ソフトウェアによって制御された画像処理装置による、画像の湾曲または歪みの補正はいくつかの方法によって実現可能である。２つの例を以下に示す。
【０１７４】
１つ目の例では、擬似湾曲を表すための機能を得るために、歪みの知識が用いられている。上記の擬似湾曲を表すための機能としては、出力される画像の面を「ｘ」および「ｙ」座標でパラメータ化するものが好ましい。補正画像の「欠落」を防ぐため、すなわち歪んだ元画像の中で描画されない画素を防ぐために、出力時にはすべての画素に対して処理が行われる。歪みを表現するための機能は、源画像における各出力画素の位置を抽出するために用いられている。この際、画像品質を維持するために、指示された源画素の周囲のいくつかの画素に渡る抽出を含んでいてもよい。これによって、出力画像を正常に表示することができる。
【０１７５】
２つ目の例では、歪みの知識、あるいは、それをもたらす表面を用いて、歪みを表す３Ｄ物体を形成している。ディスプレイ上に正確に画像を投影することができる場合、コンピュータグラフィックハードウェアにおけるテクスチャマッピングを用いて、歪みがない画像に見えるように、出力画像を表面上に移動させてもよい。出力画像の移動は、ディスプレイを観察している人の視点から投影しているかのように、歪みを表している表面上に源画像を投影することによって実現することができる。
【０１７６】
このことから、第１および第２の部分反射体３および５による画像の歪み、あるいは、非平坦な第１および第２の部分反射体各々による画像の歪みは、画素を再マッピングすることによって部分的に補正してもよい。
【０１７７】
ディスプレイの基本的な動作の結果、以上のほとんどの実施形態で示した擬似湾曲ディスプレイでは、輝度が制限されやすい。理論上では、入口直線偏光子９と組合わせた場合のディスプレイ装置１の輝度が１００％の場合、第１の実施形態で述べたディスプレイの輝度はたった２５％である。これは、部分反射体に起因している。ソフトウェアによる元画像の調整を、この輝度問題の補正を補助するために用いてもよい。
【０１７８】
このタイプの輝度問題の補正を補助するための方法として適用可能なものは、ディスプレイに与えられる元画像データを操作する方法である。所望の補正レベルに応じた直線タイプまたは非直線タイプの補正機能は、画像または画像シーケンスの少なくとも一部の画像データ値に適用してもよい。例えば、元画像におけるガンマ値を調整する画像処理技術は、擬似湾曲ディスプレイの見かけ上の輝度を向上させるために用いることができる。ガンマ値は、画像内のグレーレベルデータと、ディスプレイに印加される実際の電圧との対応、すなわち最終的に表示される輝度を示している。そのため、例えばガンマ値を向上させることによって、中間グレーレベルの表示輝度が向上するのに対して、完全な黒色レベルおよび／または完全な白色レベルは変わらない。それ故、画像処理装置は、画素のグレーレベルを調整するために用いてもよい。全体的な効果として、画像の見かけ上の輝度が向上する。しかし、見かけ上の輝度の向上について考えられ得る不利な点は、ディスプレイにおける元画像品質の歪みの大きな補正が生じる虞があることである。
【０１７９】
この輝度問題の補正を補助するための他の解決方法は、ハードウェアによってもたらされ得る。以上で説明したような潜在的な画像問題に由来して、標準的なディスプレイと比較して、擬似湾曲ディスプレイの水平視野角および／または鉛直視野角が狭くなる可能性がある。そのため、輝度を向上するための方法は、これらの視野角制限に関して有利である。例えば、平行あるいはやや平行な照明システムを使用することによって、あるいは、単一輝度向上フィルム（ＢＥＦ）または複数のＢＥＦを交差させたものをディスプレイ装置１の照明システムに導入することによって、輝度を向上させることができ得る。このようなＢＥＦは、３Ｍ社、Ｋｏｄａｋ社、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社、および、他のアジアの会社から得ることができる。これによって、大部分の軸外の光を軸上の方向へと向き直すことができ、不必要な水平観察画面および／または鉛直観察画面の輝度を下げることができるため、軸上から見たときにはディスプレイ全体が明るく見えるようになり、軸外から見たときには薄暗く見えるようになる。残りのディスプレイは、用途に応じた所望の擬似湾曲外観を得るために反射層の少なくとも一方がその形状が変更可能に構成されていれば、以上で説明したいずれの方法によって動作させてもよい。
【０１８０】
本発明に係るすべての実施形態において、用途に応じて、および、現状のフラットパネルディスプレイを擬似湾曲ディスプレイに変更するために、擬似湾曲ディスプレイの光学システムを構成する光学部材を、ディスプレイ装置１の筐体の一部として、該ディスプレイ装置１に直接固定させてもよい。あるいは、ディスプレイの取り外し可能な付属部品として、別ユニットで構成してもよい。取り外し可能な付属部品とすることで多くの利点がある。例えば、その柔軟性の利用、異なるディスプレイへの順応性、および、元のディスプレイ装置１を変更しないままにするという事実である。しかし、実際には、用途の応じて１つの構成が他の構成よりも好適である可能性がある。
【０１８１】
擬似湾曲ディスプレイは、対話式の機能を付加するためには、タッチパネルと組合わせると好適である。タッチパネルとしては、ディスプレイシステムの前面に搭載するいかなるタイプのものを用いてもよく、例えば抵抗性タイプあるいは容量性タイプを用いてもよい。あるいは、投影式の容量性タイプのタッチパネルを用いるのが推奨され得る。このタイプのタッチパネルは指の近接を検出し、指が直接触れる必要がないため、必要に応じて擬似湾曲システムに用いられるいくつかの光学フィルムの下に搭載してもよい。あるいは、ワイヤグリッド偏光子またはパターンミラー等のようにシステム内に存在している光学フィルムの少なくとも１つの特性を単に利用してもよい。
【０１８２】
具体例として、形状を切替え可能な部分反射体の具体的な構成を図２８ａおよび２８ｂに示す。このような構成は、反射体３が切替え可能なときは該反射体３として用いてよいし、図に示すように反射体５として用いてもよい。反射体５は、自動空気圧式ポンプ（図示せず）によって機械的に作動する。より分かりやすいように、反射偏光子５のみを図示している。擬似湾曲効果を得るために必要とされる他の光学部材は、すべてディスプレイ装置４０内に備え付けられているものと仮定する。
【０１８３】
反射偏光子５は、上部クランピングフレーム４１および下部クランピングフレーム４２によって、縦方向に沿って支持されている。これらのクランピングフレーム４１および４２は、反射体５が動作している間に該反射体５を固定するように構成されている。加えて、反射偏光子５は、ディスプレイ装置４０の左右両方の面に、中央クランプ４３によってそれぞれ固定されている。空気圧式アクチュエータ４４は、ディスプレイ装置４０の各角に配置されており、上部クランピングフレーム４１および下部クランピングフレーム４２のいずれかに接続されている。各空気圧式アクチュエータ４４は、少なくとも１つの外部駆動電子システムによって、別々あるいは一緒に制御されていてもよい。この外部駆動電子システムは、ディスプレイ装置４０の正常軸に対する自身の相対的な位置を規定する。
【０１８４】
図２８ａに示すように、空気圧式アクチュエータが位置０にある場合、上部クランピングフレーム４１および下部クランピングフレーム４２は、中央クランプ４３の前面と同じ平面上に位置する。反射偏光子５は、平にして配置されており、ディスプレイ装置４０の前面に対して平行に配置されている。その結果、表示画像は平坦な標準２Ｄモードで見える。
【０１８５】
異なる形状への切替えは、空気圧式アクチュエータ４４の位置に基づいて行われている。図２８ｂに示すように、４つのすべての空気圧式アクチュエータ４４が位置１にある場合、上部および下部クランピングフレーム４１および４２はいずれもディスプレイ装置４４から押しのけられる。そのため、反射偏光子５の上部および下部の縁はディスプレイ装置４０から物理的に引き離され、ディスプレイ４５の前面に近接した位置まで移動される。この際、反射体５の中央部分は、中央クランプ４３に由来してディスプレイ装置４０の近くに位置したままである。結果、反射偏光子５は湾曲形状をなすため、擬似湾曲画像が視認される。
【０１８６】
機械的な作動による反射層３および５の少なくとも一方の湾曲の直接的な変更は、共通した本質に基づいていれば、異なる方法で実現してもよい。所望の湾曲、クランピング部分の配置、および、作動メカニズムの性質に応じて、異なる形状間の切替えは反射層３および５の少なくとも一方の少なくとも一部の制御された変化に関連している。
【０１８７】
以上のように説明した本発明においては、同じ方法をいくつもの異なる方法で行ってよいことは明らかである。このような違いは、本発明の精神と範囲とを逸脱するものであると理解されるべきものではない。また、当業者にとって明らかとなるすべての変更は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【図１】
0005524207.tif 000004
【図２】
0005524207.tif 000005
【図３】
0005524207.tif 000006
【図４ａ】
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【図４ｂ】
0005524207.tif 000008
【図５】
0005524207.tif 000009
【図６】
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【図７ａ】
0005524207.tif 000011
【図７ｂ】
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【図８ａ】
0005524207.tif 000013
【図８ｂ】
0005524207.tif 000014
【図９】
0005524207.tif 000015
【図１０ａ】
0005524207.tif 000016
【図１０ｂ】
0005524207.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
0005524207.tif 000019
【図１３】
0005524207.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
0005524207.tif 000022
【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
0005524207.tif 000026
【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
0005524207.tif 000030
【図１８ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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