(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画像からの第１の光が通る第１の光路および第２の画像からの第２の光が通る第２の光路を設ける光学系であって、
上記光学系は、互いに距離をおいて配置された第１および第２の部分反射体を含んでおり、
上記第１の光路は、上記光学系の物理的長さよりも長く、一部の上記第１の光が上記第１の部分反射体を上記第２の部分反射体に向けて透過し、透過した上記第１の光の一部が上記第２の部分反射体によって上記第１の部分反射体に向けて反射し、反射した上記第１の光の一部が上記第１の部分反射体によって上記第２の部分反射体に向けて反射し、反射した上記第１の光の一部が上記第２の部分反射体を透過することにより形成され、
上記第２の光路は、上記第１の光路とは異なる長さであり、一部の上記第２の光が上記第１の部分反射体を上記第２の部分反射体に向けて透過し、透過した上記第２の光の一部が上記第２の部分反射体を透過することにより形成され、
上記光学系は、上記第１の光が上記第２の部分反射体へ最初に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第１の光を上記光学系の外部に放射しない一方、上記第１の光が上記第２の部分反射体へ次に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第１の光を上記光学系の外部に放射し、上記第２の光が上記第２の部分反射体へ最初に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第２の光を上記光学系の外部に放射する一方、上記第２の光が上記第２の部分反射体へ次に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第２の光を上記光学系の外部に放射しない光学素子と、
上記第１の光の偏光を、上記第１の光路に沿って通過している間に、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において変化させる偏光変化素子と、
上記第１の光が上記第１の光路に沿って伝播する第１のモードと、上記第２の光が上記第２の光路に沿って伝播する第２のモードとの間で切り替え可能である２分の１波長板とを含んでいる光学系。
【請求項２】
上記第１および第２の部分反射体は実質的に平面である請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
上記第１および第２の部分反射体は実質的に平行である請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
上記第１および第２の部分反射体は、反射直線偏光子および部分透過ミラーをそれぞれ含んでおり、
上記光学素子は、円偏光子であり、上記第１の部分反射体との間に上記第２の部分反射体が配置される位置に配置されており、
上記偏光変化素子は、上記第１の部分反射体と上記第２の部分反射体との間に配置された４分の１波長板であり、
上記２分の１波長板は、上記第１の部分反射体と上記円偏光子との間に配置されている請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
上記第１および第２の部分反射体は、部分透過ミラーおよび少なくとも１つの反射円偏光子をそれぞれ含んでいる請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
上記偏光変化素子は、４分の１波長板である請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学系を含み、
上記第１の画像と上記第２の画像とが視認者に同時に見えるように、上記２分の１波長板が上記第１のモードと上記第２のモードとを切り替えることにより、上記第１の画像と上記第２の画像とを切り替えて交互に表示する光学機器。
【請求項８】
望遠ミラー、単眼ミラー、一対の双眼ミラーおよびカメラのうちのいずれか１つを含んでいる請求項７に記載の光学機器。
【請求項９】
上記第１の画像および上記第２の画像を表示するディスプレイ装置と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学系とを含んでいるディスプレイ。
【請求項１０】
上記ディスプレイは、上記第１および第２の画像を同時または時間系列的に表示して、上記第１および第２の画像のうちのいずれか一方が、上記第１および第２の画像の他方の上に重ね合わせられたように見せるように構成されている請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１１】
上記第１および第２の部分反射体は、上記ディスプレイ装置の表面と実質的に平行である請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】
上記ディスプレイ装置は液晶デバイスを含んでいる請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
上記第１および第２の部分反射体は、上記ディスプレイ装置の画像表示領域上の実質的に全体に位置する請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
第１の画像からの第１の光が通る第１の光路および第２の画像からの第２の光が通る第２の光路を設ける光学系と、上記第１の画像および上記第２の画像を表示するディスプレイ装置とを含むディスプレイであって、
上記光学系は、部分透過ミラーおよび反射直線偏光子をそれぞれ含み、互いに距離をおいて配置された第１および第２の部分反射体を有しており、
上記第１の光路は、上記光学系の物理的長さよりも長く、一部の上記第１の光が上記第１の部分反射体を上記第２の部分反射体に向けて透過し、透過した上記第１の光の一部が上記第２の部分反射体によって上記第１の部分反射体に向けて反射し、反射した上記第１の光の一部が上記第１の部分反射体によって上記第２の部分反射体に向けて反射し、反射した上記第１の光の一部が上記第２の部分反射体を透過することにより形成され、
上記第２の光路は、上記第１の光路とは異なる長さであり、一部の上記第２の光が上記第１の部分反射体を上記第２の部分反射体に向けて透過し、透過した上記第２の光の一部が上記第２の部分反射体を透過することにより形成され、
上記光学系は、上記第１の光が上記第２の部分反射体へ最初に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第１の光を上記光学系の外部に放射しない一方、上記第１の光が上記第２の部分反射体へ次に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第１の光を上記光学系の外部に放射し、上記第２の光が上記第２の部分反射体へ最初に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第２の光を上記光学系の外部に放射する一方、上記第２の光が上記第２の部分反射体へ次に入射するとき、上記第２の部分反射体を透過した上記第２の光を上記光学系の外部に放射しない光学素子と、
上記第１の光の偏光を、上記第１の光路に沿って通過している間に、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において変化させる偏光変化素子と、
上記第１の光が上記第１の光路に沿って伝播する第１のモードと、上記第２の光が上記第２の光路に沿って伝播する第２のモードとの間で切り替え可能であるパターン化リターダまたは偏光回転子とを含み、
上記パターン化リターダまたは上記偏光回転子は、上記第１の部分反射体と上記ディスプレイ装置との間に配置されているディスプレイ。
【請求項１５】
平行バックライトを含んでおり、上記光学系は拡散器を含んでいる請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
上記部分透過ミラーは、開口のアレイを有するミラーを含んでおり、
上記拡散器は、上記開口に位置合わせされたレンズのアレイを含んでいる請求項１５に記載のディスプレイ。
【請求項１７】
上記パターン化リターダまたは上記偏光回転子は、パターン化されていない均一な状態へ切り替え可能である請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
上記パターン化リターダまたは上記偏光回転子は、パターン化された４分の１波長板を含んでいる請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
上記パターン化リターダまたは上記偏光回転子は、均一な４分の１波長板、およびパターン化された２分の１波長板またはパターン化された９０°偏光回転子を含んでいる請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
上記パターン化リターダまたは上記偏光回転子は液晶セルを含んでいる請求項１４に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
上記液晶セルは、パターン化された電極構成を含んでいる請求項２０に記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明はディスプレイに関するものである。このようなディスプレイを用いて、例えば、奥行き感または変動された奥行き感（impression of depth or changed depth）を与えることが可能である。このようなディスプレイは、例えば、情報表示の応用（コンピュータ支援設計、ゲームおよびテレビを含む）や、警告または他のメッセージがバックグラウンドから飛び出す必要がある応用において用いられ得る。本発明は、さらに、このようなディスプレイを備えるインストルメントパネルに関する。本発明は、さらに、このようなシステムを含む光学系および光学機器に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
自動車および航空機のような乗り物には、離散型の機械ダイアルまたは電気ダイアルに代わって、例えばインストルメントクラスタの画像を提供する電子ディスプレイを備えていることが知られている。しかしながら、このようなディスプレイは、通常、ディスプレイ機に対して異なる奥行きに画像を生成することが不可能なために、リアル性が制限されている。このディスプレイのリアル性が制限されていることに加えて、異なる奥行きに画像を生成することができない点によって、画像の視認性または鮮明度が低減する。立体ディスプレイおよび裸眼立体ディスプレイが公知であり、三次元画像の印象を生成可能であるが、このようなディスプレイは、実際の奥行きの印象を生成するものではなく、情報に正確に焦点を当てて再生することは不可能である。さらに、このようなディスプレイは、自由な視点（freedom of viewing position）を制限し、ユーザを混乱させ、眼精疲労および頭痛さえも引き起こし得る。
【０００３】
添付の図面の図１は、ＵＳ４，７３６，２１４に開示されたタイプの、バックグラウンド画像およびフォアグラウンド画像を異なる画像奥行きで表示するディスプレイを示す図である。このディスプレイは、投写フィルム２によって伝送される画像を投写するプロジェクタ１を含み、ここでは各フレームが分割されていて、バックグラウンド画像３およびフォアグラウンド画像４を提供している。プロジェクタ１は、各フレームの画像を同時に、後部投写スクリーン５と、ミラー６，７と、部分伝送ミラー８とを含む光学系上に投写させる。２つの奥行き面を有する動画を生成するために、これらバックグラウンド画像とフォアグラウンド画像とは、異なる長さの光学経路を介して投写される。このような装置は、観客９に異なる奥行きで画像を示すことが可能であるが、当該装置が比較的大きく、且つ、比較的高価な機材を用いる必要があるために、アプリケーションは制限されている。
【０００４】
添付の図面の図２は、ＷＯ９９４２８８９、ＷＯ０３０４０８２０、ＷＯ０４００１４８８、ＷＯ０４００２１４３、および、ＷＯ０４００８２２６に開示されたタイプのディスプレイを示す図である。このタイプのディスプレイは、デュアルパネル型構成であり、空間光変調器１１，１２を重ね合わせたバックライト１０を備えている。空間光変調器１１，１２は、バックライト１０からの光を一対の画像または連続した画像で変調して、この一対の画像または連続した画像が異なる奥行きで表示されるようにする。しかしながら、このような構成は、いくつかの不都合を有している。例えば、空間光変調器１１，１２は、同一の規則正しいブラックマスクの模様を有することもあるので、結果的にモアレ縞が生じ、このようなモアレ縞の発生を低減するためにさらなる光学素子１３が必要となる。同様に、２つ（または２つ以上）の空間光変調器を用いるため、結果として光透過率は大幅に低減され、視認に必要な画像または所望の画像を得るには、極めて明るいバックライト１０が必要となる。
【０００５】
このような構成は、「減光」型であり、例えば、第２の変調器１２内の視野方向（line of sight）内の画素を視認者が視認可能であるためには、第１の変調器１１内の画素は「オン」であるか、または、光が透過されている必要がある。従って、光の対象を暗いバックグラウンド上で見ることは不可能である。同様に、光が、離間された２つの変調器１１，１２を通り抜ける時には、画像境界にパララックス作用が生じる。
【０００６】
複数の空間光変調器を用いることによって、実質的には、上記ディスプレイのコストは、単一の空間光変調器を用いた従来のディスプレイと比べると増大する。奥行き面の数を増やすには、空間光変調器の数を増やさなければならず、結果的に、コストが直線的に増加することになり、実験上（experiental）、奥行き面の数に合わせて輝度が低減することになる。さらに、このような構成では、複数の空間光変調器を同時に制御する必要がある。
【０００７】
ＵＳ２，４０２，９６２６にも、同様のタイプのマルチパネルディスプレイが開示されている。当該ディスプレイは、賭博ゲーム装置における使用を意図したものである。
【０００８】
ＥＰ０１０５９６２６およびＥＰ０４５４４２３には、時計または携帯型ゲームのような特定のアプリケーション用の多層ディスプレイが開示されており、当該多層ディスプレイは、固定された電極パターンを有している。ＥＰ１２６５０９７には、自動車のインストルメントクラスタ用ディスプレイが開示されており、このディスプレイは、特定の車両機能を表すためのパターン形成されたディスプレイが重ね合わされたマトリクス−アドレス可能なディスプレイを含む。これらディスプレイは、上述のマルチパネルディスプレイと同様の欠点を有している他、電極パターンによって決定される制限された画像だけを表示することしかできない。
【０００９】
ＥＰ１０９３００８、ＪＰ０２２６２１１、ＷＯ０９１１２５５、ＪＰ６２２３５９２９およびＵＳ２２１０５５１６には、散乱型多層と偏光子のない表示パネルとに基づいたボリュームディスプレイ（volumetric display）が開示されている。このディスプレイは、表示された画像の輝度を、光吸収性表示パネルと比べて改善することを目的としたものである。しかしながら、このタイプのディスプレイは、様々な欠点を有している。例えば、光が周囲に透過されるように、非散乱状態によって暗状態が形成される。これは、多くのアプリケーション（特に夜間走行中の自動車のディスプレイ）では望ましいことでない。この多重ディスプレイはまた、比較的高価である。さらに、このタイプのディスプレイは、通常、比較的遅いスイッチング時間を有しており、例えば自動車環境内のような広範囲の温度変動幅での使用には適していない。
【００１０】
添付の図面の図３は、例えば、ＵＳ４３３３７１５、ＵＳ２２１６３４８２およびＵＳ４６７０７４４に開示されているような、公知のタイプのタイムシーケンシャル型投写ボリュームディスプレイを示す図である。異なる面の画像が、プロジェクタ１５によって順次表示され、複数の投写スクリーン１６に投写される。これら投写スクリーン１６は、能動型であり、これらスクリーンは、プロジェクタ１５が、スクリーンの位置で視認させることを目的とした画像を同時に投写することを可能にするスクリーンである。投写スクリーン１６は、スイッチがオンされる時には反射型または離散型であり、スイッチがオフされる時にはほぼ透明である。しかしながら、このようなディスプレイは、大きな容積を必要とするために、用途が制限されている。このようなディスプレイは、また、投写スクリーンとプロジェクタによって投写される画像とを同時に起動させることが必要であるため不便である。
【００１１】
２００３年の東京モーターショーで展示されたダイムラークライスラー（DaimlerChrysler）社のＦ５００  Ｍｉｎｄ  Ｃａｒ実験車は、半透明ミラー（half-silvered mirror）によって、標準インストルメントクラスタと液晶液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルとを重ね合わせたインストルメントクラスタを開示していた。しかしながら、このような構成では、互いに斜めに配置される必要のある２つのディスプレイを収容するために、大きな容積を必要とする。また、上述のように、多重ディスプレイを用いることで、このようなシステムは比較的高価なものとなる。
【００１２】
添付の図面の図４〜図６は、ＷＯ０９８１０５８４に開示されたタイプのディスプレイを示す図である。図４に示すディスプレイは、部分反射光学素子２１の形をしたビーム合成素子を有するハウジング２０を含む。ハウジング２０は、視認開口（viewing aperture）２２と、フォアグラウンド画像を表示するディスプレイ装置２３が中に配置された開口と、バックグラウンド画像を表示するディスプレイ装置２４が中に設置された開口とを有している。視認者からディスプレイ装置２３までの光学経路と、視認者からディスプレイ装置２４までの光学経路とは異なっており、装置２３は実際の位置に出現するが、装置２４は、装置２３の後方に出現して、仮想のバックグラウンド画像２５を供給する。
【００１３】
添付の図面の図５に示すディスプレイは、単一のディスプレイ装置３０を含み、当該ディスプレイ装置は、飛び越し走査された（interlaced）フォアグラウンド画像（３１で示す）とバックグラウンド画像（３２で示す）とを表示するための比較的大きな領域に分割されている。各フォアグラウンド素子３１からの光は、部分的に反射するミラー３３とアレイ状の光学拡大素子３４とを通って、視野領域まで直接移動するが、各バックグラウンド素子３２からの光は、ミラー３５および部分反射するミラー３３によって反射されるので、視野領域まで長い光路を有する。
【００１４】
添付の図面の図６は、プロジェクタ４０と、第１の投写スクリーン４２および第２の投写スクリーン４３が搭載された回転ロッド４１とを含む他の一ディスプレイを示す図である。このプロジェクタは、第１の画像および第２の画像または連続した画像を、同時に、プロジェクタの前方にある各スクリーン４２，４３に投写する。
【００１５】
図４に示すディスプレイは、比較的大きな容積を有していると共に、多数のディスプレイ装置を用いているので比較的高価であるという欠点を有している。図５に示したディスプレイは、ディスプレイ装置３０の飛び越し走査された部分が比較的大きく、画像を全ディスプレイ領域に満たすにはさらなる拡大素子３４が必要であるという欠点を有している。このような素子を設けると、結果的に、素子３４のＦナンバーのために視認者の移動の自由は低減される。素子３４は、ディスプレイ装置３０の領域と正確に揃っている必要があるので、製造中は不都合であると共にコストが増大する。上記ディスプレイ装置の各バックグラウンド部分に２つのミラー部材が必要であるので、製品の寸法は大きくなり、コストも増大する。視認者は上記ディスプレイに相対的に移動するので、軸上の視認のために完全な補償体（compensation）が設けられたとしても、素子３４内の収差は、画像歪みを生じさせる。
【００１６】
添付の図面の図６に示すディスプレイは、比較的大きな容積を有しており、異なる画像奥行きを提供する機械的なシステムを必要としている。このディスプレイは、また、この機械的なアッセンブリの回転位置と投写された画像とを同期化させるための手段が必要であるという不具合がある。
【００１７】
ＵＳ２００５／０１５６８１３には、添付の図面の図７に示すタイプのディスプレイが開示されている。このディスプレイは、フォアグラウンド画像を表示する部分４６とバックグラウンド画像を表示する部分４７とを有するＬＣＤパネル４５を含む。パネル４５は、添付の図面の図７の平面上に偏向方向を有する両画像で変調された光を供給する。部分４６からの光は、反射偏光子４８を通ってディスプレイの視野領域まで移動する。
【００１８】
部分４７からの光は、光の偏向方向を９０°変動させるリターダ４９を通るので、この光は、添付の図面の図７の平面に対して垂直になる。結果として生じる光は、ミラー５０によって反射偏光子４８に反射されるので、結果としてこの反射された光は、再び偏光子４８によって視野領域に反射される。
【００１９】
このようなディスプレイは、単一のＬＣＤパネルから異なる複数の画像奥行きを設けるが、このパネルの各部分（separate portions）は、２つの画像を形成する必要があるので、所定の寸法の多重奥行き画像を生成するには、より大きな表示パネルを必要とする。ミラー５０を設けることによっても、上記ディスプレイの視角は大幅に制限される。画面方向が視認方向に対して垂直ではあり得ないため、この画面の方向も制限される。
【００２０】
〔発明の開示〕
本発明の第１の形態によると、第１の光路を提供する光学系であって、当該第１の光路は、上記光学系の物理的長さよりも長く、上記光学系は、互いに距離をおいて配置された第１および第２の部分反射体を含んでおり、且つ、上記第１の反射体への第１の光の入射に対して上記第１の光路を設け、当該第１の光路は、上記第１の反射体を介して上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な透過と、上記第２の反射体から上記第１の反射体へ向かう少なくとも部分的な反射と、上記第１の反射体から上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な反射と、上記第２の反射体を介した少なくとも部分的な透過とを含んでおり、上記光学系は、上記第１および第２の反射体による反射中に反射されなかった上記第１の光が、上記第２の反射体から放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の部分反射体への最初の光入射は上記光学系から離れない光学系が提供される。
【００２１】
従って、製造コストが比較的安価で、かつ比較的簡素な光学系を提供することができる。この光学系は、その物理的長さよりも長い光路を設けることができる。このような構成は、画像ディスプレイ装置よりも離れた位置にあるディスプレイに画像を提供するアプリケーション、および光学機器の長さを短縮するアプリケーションなど、多くのアプリケーションを含んでいる。
【００２２】
上記光学系は、第１の光の偏光を、第１の経路に沿って通過している間に変化させるように構成することができる。上記光学系は、第１の光の偏光を、第１の経路に沿って通過している間に、第２の反射体への入射と第１の反射体からの反射との間において変化させるように構成することができる。
【００２３】
上記光学系は、上記第１の経路の長さとは異なる長さを有する第２の光路を設けるように構成することができる。当該第２の光路は、上記第１の反射体を介して上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な透過と、上記第２の反射体を介した少なくとも部分的な透過とを含んでいてもよい。上記光学系は、当該第２の反射体によって透過されなかった上記第２の光が、上記第２の反射体から放射されるのを実質的に防ぐように構成することができる。上記光学系は、第１の光が第１の光路に沿って伝播する第１のモードと、光が第２の光路に沿って伝播する第２のモードとの間で切り替え可能である。
【００２４】
さらに、長さがそれぞれ異なる２つの光路を有する光学系であって、これら２つの長さのうち少なくとも１つは、当該光学系の物理的長さとは異なる長さである光学系を提供することができる。当該光学系もまた、比較的小型で、製造コストが安価である。直視型ディスプレイ装置と共に用いられた場合は、視認者からそれぞれ異なる距離で配置された画像を有する直視型ディスプレイであって、これら画像のうち少なくとも１つは、ディスプレイ装置の物理的位置の奥行き方向に置き換えることのできる直視型ディスプレイを提供することができる。
【００２５】
上記第１および第２の反射体は実質的に平面であってもよい。
【００２６】
上記第１および第２の反射体は実質的に平行であってもよい。
【００２７】
上記第１および第２の反射体は、反射直線偏光子および部分透過ミラーをそれぞれ含んでいてもよく、上記光学系は、上記第１の反射体との間に配置された上記第２の反射体を有する円偏光子と、上記第１の反射体と上記第２の反射体との間に配置された４分の１波長板と、上記第１の反射体と上記円偏光子との間に配置された、切り替え可能な２分の１波長板とを含んでいてもよい。
【００２８】
上記第１および第２の反射体は、部分透過ミラーおよび少なくとも１つの反射円偏光子をそれぞれ含んでいてもよい。上記光学系は、４分の１波長板を含んでいてもよい。上記光学系は、切り替え可能な２分の１波長板を含んでいてもよい。上記第１および第２の反射体は、反射偏光子を含んでいてもよく、上記光学系は、切り替え可能な指向性２分の１波長板を含んでいてもよい。
【００２９】
上記第１および第２の反射体は、反射直線偏光子を含んでいてもよく、上記光学系は、ファラデー回転子および切り替え可能な２分の１波長板を含んでいてもよい。
【００３０】
本発明の第２の形態によると、本発明の上記第１の形態に係る光学系を含んだ光学機器が提供される。
【００３１】
上記光学機器は、光強度を有する、屈折性、反射性、または回折性素子を少なくとも１つ含んでいてもよい。例えば、上記光学機器は、望遠ミラー、単眼ミラー、一対の双眼ミラーまたはカメラを含んでいてもよい。
【００３２】
本発明の第３の形態によると、第１の画像または連続画像を有する第１の光を変調するディスプレイ装置と、上記第１の画像または連続の位置の知覚される奥行きを大きくするように構成された光学系とを含んだディスプレイであって、当該光学系は、互いに距離をおいて配置された第１および第２の部分反射体を含んでおり、且つ、上記第１の光に対して、上記装置から視野領域へと第１の光路を設け、当該第１の光路は、上記第１の反射体を介して上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な透過と、上記第２の反射体から上記第１の反射体へ向かう少なくとも部分的な反射と、上記第１の反射体から上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な反射と、上記第２の反射体を介して上記視野領域へ向かう少なくとも部分的な透過とを含んでいるディスプレイが提供される。
【００３３】
上記光学系は、上記第１および第２の反射体による反射中に反射されなかった上記第１の光が、上記視野領域へ透過されるのを実質的に防ぐように構成することができる。
【００３４】
上記光学系は、上記第１の光の偏光を、上記第１の経路に沿って通過している間に変化させるように構成することができる。上記光学系は、上記第１の光の上記偏光を、上記第１の経路に沿って通過している間に、上記第２の反射体への入射と上記第１の反射体からの反射との間において変化させるように構成することができる。
【００３５】
上記装置は、第２の画像または連続画像を有する第２の光を変調するように構成することができ、上記光学系は、上記装置から上記視野領域へ、上記第１の経路の長さとは異なる長さを有する第２の光路を設け、上記第１の画像または連続の位置の知覚される奥行きとは異なる、上記第２の画像または連続の位置の知覚される奥行きを提供するように構成することができる。上記第２の光路は、上記第１の反射体を介して上記第２の反射体へ向かう少なくとも部分的な透過と、上記第２の反射体を介して上記視野領域へ向かう少なくとも部分的な透過とを含んでいてもよい。上記光学系は、上記第２の反射体によって透過されなかった上記第２の光が、上記視野領域へ透過されるのを実質的に防ぐように構成することができる。
【００３６】
上記ディスプレイは、上記第１の画像または連続を表示する第１のモードと、上記第２の画像または連続を表示する第２のモードとを切り替えて、知覚される画像位置の奥行きを変化させることができる。
【００３７】
上記ディスプレイは、上記第１および第２の画像または連続を同時または時間系列的に表示して、上記第１および第２の画像または連続のうちのいずれか一方が、上記第１および第２の画像または連続の他方の上に重ね合わせられたように見せるように構成することができる。上記ディスプレイは、スケールを示す他方の画像または連続と、ポインタを示す一方の画像または連続とに対して画像データを生成する画像発生器を含んでいてもよい。上記一方の画像または連続に対する上記画像データは、視認可能な警告を示すことができる。
【００３８】
上記第１および第２の反射体は実質的に平面であってもよい。
【００３９】
上記第１および第２の反射体は実質的に平行であってもよい。上記第１および第２の反射体は、上記装置のディスプレイ表面に実質的に平行であってもよい。
【００４０】
上記装置は発光装置であってもよい。
【００４１】
上記装置は透過型空間光変調器を含んでいてもよい。上記変調器は液晶デバイスを含んでいてもよい。
【００４２】
上記第１および第２の反射体は、上記装置の画像表示領域上の実質的に全体に位置していてもよい。
【００４３】
上記第１および第２の反射体は、上記装置と円偏光子との間に配置された、反射直線偏光子および部分透過ミラーをそれぞれ含んでいてもよく、上記光学系は、上記第１の反射体と上記第２の反射体との間に配置された４分の１波長板と、上記第１の反射体と上記円偏光子との間に配置された切り替え可能な２分の１波長板とを含んでいてもよい。
【００４４】
上記第１および第２の反射体は、部分透過ミラーおよび少なくとも１つの反射円偏光子をそれぞれ含んでいてもよい。上記光学系は、４分の１波長板を含んでいてもよい。上記光学系は、切り替え可能な２分の１波長板を含んでいてもよい。
【００４５】
上記第１および第２の反射体は反射偏光子を含んでいてもよく、上記光学系は切り替え可能な指向性２分の１波長板を含んでいてもよい。
【００４６】
上記第１および第２の反射体は、反射直線偏光子を含んでいてもよく、上記光学系は、ファラデー回転子および切り替え可能な２分の１波長板を含んでいてもよい。
【００４７】
上記第１および第２の反射体は、部分透過ミラーおよび反射直線偏光子をそれぞれ含んでいてもよく、上記光学系は、上記第１の反射体と上記第２の反射体との間に配置された４分の１波長板と、上記第１の反射体と上記装置との間に配置された、パターン化リターダまたは偏光回転子とを含んでいてもよい。
【００４８】
上記ディスプレイは、上記装置のための直線出口偏光子、または上記装置の直線出口偏光子を含んでいてもよい。
【００４９】
上記ディスプレイは、平行バックライトを含んでいてもよく、上記光学系は、拡散器を含んでいてもよい。上記部分透過ミラーは、開口のアレイを有するミラーを含んでいてもよく、上記拡散器は、上記開口と位置合わせされたレンズのアレイを含んでいてもよい。これらのレンズは、収束レンズであってもよい。
【００５０】
上記パターン化リターダまたは回転子は、パターン化されていない均一な状態へ切り替え可能である。
【００５１】
上記パターン化リターダまたは回転子は、パターン化された４分の１波長板を含んでいてもよい。
【００５２】
上記パターン化リターダまたは回転子は、均一な４分の１波長板、およびパターン化された２分の１波長板またはパターン化された９０°偏光回転子を含んでいてもよい。
【００５３】
上記パターン化リターダまたは回転子は、液晶セルを含んでいてもよい。上記液晶セルは、パターン化された電極構成を含んでいてもよい。
【００５４】
上記装置は、スキャンリフレッシュ（scan-refreshed）することができ、上記光学系は、セグメント化された、切り替え可能な、偏光に作用する素子を含んでいてもよい。これらのセグメントは、上記装置によって表示される画像の関連部分がリフレッシュされた時に切り替えられるように構成されている。
【００５５】
上記変調器は、スキャンリフレッシュすることができ、上記装置は、フレームリフレッシュの連続対間において照射するように構成されたバックライトを含んでいてもよい。
【００５６】
本発明の第４の形態によると、本発明の上記第３の形態に係るディスプレイを含んだ車両用のインストルメントパネルが提供される。
【００５７】
従って、比較的安価なディスプレイを提供することができる。一般的には、複数の表示パネルを用いる必要がないため、コストを削減することができる。また、これによって、公知の多重ディスプレイ装置構成の比較的低い光スループットを回避することができる。奥行きの立体的錯覚を起こす３Ｄディスプレイに関連した眼精疲労は、虚像を１つ以上生成することによって防止することができる。また、上記ディスプレイは、比較的広い視野領域において視認可能であるため、視認者の視野自由度が大幅に高まる。
【００５８】
このような構成は、複数の画像または複数の連続を表示するために用いられた場合は「付加的」であるため、明るい物体は暗い背景の前面に現れる。さらに、一般的には、公知の様々な複数の表示パネル構成と比較して、モアレ効果が低減される。画像または連続画像を表示するために用いられない光は、周囲環境へ透過されるのではなく、上記ディスプレイ内に吸収される。
【００５９】
このような構成は可動部品を必要とせず、また多くの実施形態において、製造中に光学素子同士を位置合わせする必要がない。このような構成は、放射型または透過型ディスプレイ装置と共に用いることができる。
【００６０】
また、光路が、当該光路を提供する光学系の物理的長さよりも長い光学系を提供することができる。このような光学系を、例えば光学機器内において用いることによって、その光学機器を小型化することができる。上記光学系は、光学機器の長さを短縮できるだけではなく、幅を大きくする必要がない。上記光路は、横方向へ逸脱させる必要はなく、効果的に「それ自身を折り畳む」ことができる。このため、幅を広げることなく、また２つまたは２つ以上の光路部分間に横方向において距離を置く必要なく、長さを短縮することができる。
【００６１】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、従来の多重画像奥行きディスプレイ（multiple image depth display）の一例を示す断面図である。
【００６２】
図２は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６３】
図３は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６４】
図４は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６５】
図５は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６６】
図６は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６７】
図７は、従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【００６８】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、本発明の一般的な実施形態を構成するディスプレイを示す図であり、奥行き追加モードおよび「無奥行き」モードをそれぞれ示す図である。
【００６９】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００７０】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、上記第１の実施形態の動作を示す図である。
【００７１】
図１１は、さらに変形された、本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００７２】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を構成するディスプレイの構造および動作を示す図である。
【００７３】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、ディスプレイを示す図（図１３（ａ）および図１３（ｂ））、および、本発明の第３の実施形態を構成する変形されたディスプレイを示す図（図１３（ｃ））である。
【００７４】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、本発明の第４の実施形態を構成するディスプレイの構造および動作を示す図である。
【００７５】
図１５（ａ）は、カラーフィルタの性能を示す図であり、図１５（ｂ）は、上記第４の実施形態の他の一実施例を構成する変形されたディスプレイを示す図である。
【００７６】
図１６は、本発明の第５の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００７７】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、本発明の第６の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００７８】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第１の奥行きモードの動作を示す図である。
【００７９】
図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第２の奥行きモードの動作を示す図である。
【００８０】
図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、本発明の第７の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００８１】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示したディスプレイの変形例を示す図である。
【００８２】
図２２は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）のディスプレイのさらなる変形例を示す図である。
【００８３】
図２３（ａ）〜図２３（ｅ）は、本発明の飛び越し走査された画像実施形態において用いる光学素子の実施例を示す図である。
【００８４】
図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、本発明の第８の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００８５】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）は、本発明の第９の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００８６】
図２６は、本発明の第９の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【００８７】
図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイの一変形例を示す図である。
【００８８】
図２８は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００８９】
図２９は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９０】
図３０は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９１】
図３１は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９２】
図３２は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９３】
図３３は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９４】
図３４は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【００９５】
図３５は、グレースケールまたは変形されたガンマ関数を示す値に対する、表示輝度を示すグラフである。
【００９６】
図３６は、上記ディスプレイ内の使用に適したＬＣＤ画素配置を示す図である。
【００９７】
図３７は、上記ディスプレイ内の使用に適したＬＣＤ画素配置を示す図である。
【００９８】
図３８は、本発明の複数の実施形態を構成するディスプレイのアプリケーションを示す図である。
【００９９】
図３９および図４０は、本発明の複数の実施形態を構成するディスプレイの動作を示す図である。
【０１００】
図４１（ａ）および図４１（ｂ）は、本発明のいくつかの実施形態に適用可能な一変形例を示す図である。
【０１０１】
図４２（ａ）〜図４２（ｄ）は、本発明のいくつかの実施形態に適用可能なクロストーク補正を示す図である。
【０１０２】
図４３（ａ）および図４３（ｂ）は、制御ボタンをシミュレートするディスプレイのアプリケーションを示す図である。
【０１０３】
図４４は、公知のタイプの天体望遠ミラーを示す図である。
【０１０４】
図４５は、本発明の第１０の実施形態を構成する天体望遠ミラーを示す図である。
【０１０５】
図４６は、本発明の第１１の実施形態を構成する地上望遠ミラーを示す図である。
【０１０６】
図４７は、公知のタイプのデジタルカメラを示す図である。
【０１０７】
図４８は、本発明の本発明の第１２の実施形態を構成するデジタルカメラを示す図である。
【０１０８】
〔発明を実施する最良の形態〕
図８（ａ）および図８（ｂ）は、ディスプレイの構成を示す図であり、当該ディスプレイの２つの動作モードを示している。このディスプレイは、バックライト６０を含み、当該バックライトは、液晶デバイス（ＬＣＤ）６１の形の空間光変調器（ＳＬＭ）の後方に配置されている。ＬＣＤ６１の前方には（その視認者側）には、第１の部分反射体６２および第２の部分反射体６３が配置されており、ＬＣＤ６１は、反射体６２と６３との間に配置された偏光変調光学素子６４を備えている。反射体６２，６３は、奥行きが変わった画像を形成するために適切に離間されることによって互いに分離されており、互いに平行且つ像面に対して平行である。例えば、部分反射体６２，６３は、光の１つの偏光状態を反射させると共に直交状態を伝達（transmit）させるように配置されており、他のいくつかのタイプの部分反射するミラー（または反射素子の組み合わせ）であってもよい。偏光光学素子６４は、光学素子６４をいずれかの方向または両方の方向に通り抜ける光の少なくとも１つの偏光状態を変動させるように配置されている。
【０１０９】
素子６１〜６４は、ＬＣＤ６１によって表示される、第１の画像および第２の画像または連続した画像が、様々な光路に沿って１人以上の視認者が位置している広範囲の視野領域に移動するように配置されている。第１の画像および第２の画像または連続した画像用の光路の例を６５，６６にそれぞれ示している。第１の画像または連続した画像では、光は、少なくとも部分的に、第１の反射体６２によって第２の反射体６３に透過される。第２の反射体６３は、この光を、少なくとも部分的に第１の反射体６２に反射させ、第１の反射体６２は、入射光線の少なくとも一部を第２の反射体６３に反射し返す。第２の反射体６３は、反射された光の少なくとも一部を視野領域に透過させるので、上記第１の画像または連続した画像によって符号化された（encoded）光は、視認者に届く前に「ジグザグ」経路をたどる。このディスプレイは、上記第１の画像または連続した画像を符号化する光が、透過によって反射体６２，６３を介して視認者に直接移動しないように、配置されている。
【０１１０】
光路６６によって示すように、第２の画像または連続した画像によって符号化された光は、基本的に直接路を通って視野領域に進むように、少なくとも部分的に反射体６２，６３によって透過される。経路６５，６６が異なる（特に長さが異なる）ために、第２の画像または連続した画像は、ほぼＬＣＤ６１の位置に出現するが、第１の画像または連続した画像の奥行きは変動されて、位置６７に出現する。従って、上記ディスプレイは、デュアル奥行きのディスプレイとして機能し、視認者が画像を異なる平面に見ることが可能になる。
【０１１１】
光が経路６５をたどるかまたは経路６６をたどるかは、異なる多数の方法によって決定され得る。これら方法の例は、経路６５，６６を、異なる回数用いること、または異なる色によって用いること、もしくはＬＣＤ６１の異なる経路から出現する光によって用いることを含む。
【０１１２】
このようなディスプレイは、（視認者が異なる奥行き面の画像を同時に有効に視ることが可能な）デュアル奥行きディスプレイとは違う方法で動作され得る。例えば、上記ディスプレイは、光が経路６５をたどり、経路６６をたどらないように動作してもよい。この場合、このディスプレイは、奥行きが変動された（depth-shifting）ディスプレイとして機能し、画像は、ＬＣＤ６１よりも視認者からさらに離れた平面からやってくるように見える。このような構成によって、上記ディスプレイは、さらに遠くに見える画像および当該ディスプレイに搭載することが不可能または不都合である位置の画像を表示することが可能になる。
【０１１３】
上記ディスプレイが、異なる奥行きの画面間を切り替わるように動作することも可能である。例えばゲーム機は、通常動作中には、画面６７に現れる画像を表示している。しかし、プレーヤーが勝利したときには、奥行き面が切り替えられて、画像が前方に飛び出すように見える。
【０１１４】
ディスプレイをデュアル奥行きディスプレイとして動作する場合には、異なる面の画像が、タイムシーケンシャル的に表示され得る。従って、ＬＣＤ６１は、第１の画像および第２の画像の表示を交互に行い、必要に応じて、偏光光学素子６４は同時に切り替えられるので、第１の画像からの光は光路６５をたどるが、第２の画像からの光は光路６６をたどる。フリッカーの視認を回避するために画像間の切り替えを十分に急速にすれば、視認者は、意図した異なる奥行き面の複数の画像を見る。
【０１１５】
このタイプの動作は、ＬＣＤ６１の全画画像がフルカラーおよびフル解像度で表示されるという利点を有している。しかしながら、このタイプの動作では、ＬＣＤ６１は、フリッカーの出現を排除するために十分に高いフレームレート（例えば１００Ｈｚ以上の係数（order of））で動作可能である必要がある。ＬＣＤは、このようなフレームレートで動作するように存在している。しかしながらこのディスプレイは、ＬＣＤＳＬＭの使用に限定されるものではなく、バックライトを有する光放射装置および光減衰装置を含む他の好適な装置を用いてもよい。例えば、用いられ得る他のタイプのディスプレイ装置は、ブラウン管、プラズマディスプレイ装置、投写型ディスプレイシステム、および、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ装置を含む。
【０１１６】
あるいは、デュアル奥行きディスプレイは、偏光光学素子および異なる波長の光へ異なる影響を及ぼす反射体に基づいていてもよい。例えば、反射体６２，６３および光学素子６４は、いくつかの波長の光（例えば赤色）が経路６６をたどり、他のある波長の光（例えば青色および緑色）が経路６５をたどるように配置されていてもよい。これにより、視認者は、様々な色が異なる奥行き面に現れる画像を見ることになる。
【０１１７】
このタイプの動作は、タイムシーケンシャル型ディスプレイでは、高フレームレートを必要としない。また画像は、ＬＣＤ６１のようなディスプレイ装置のフル空間解像度で表示される。しかしながら、光路６５をたどる波長域および光路６６をたどる波長域の２つの波長域に分割される各原色（赤，緑，青）の波長域が十分に狭くなるように選択されていない限り、フルカラー画像は、異なる奥行き面に表示され得ない。
【０１１８】
デュアル奥行きディスプレイに適した他の一動作モードでは、第１の画像および第２の画像は、ＬＣＤ６１上で空間的に飛び越し走査されている。こうして、反射体６２，６３および光学素子６４は、第１の画像を表示している画素からの光が経路６５をたどり、第２の画像を表示している画素からの光が経路６６をたどるように配置される。画像は、ＬＣＤ６１上で行と列とに飛び越し走査され得る。このような配置は、高いフレームレートを必要とせず、フルカラーの画像を表示する。しかしながら、画像の解像度は、ＬＣＤ６１の基本空間解像度よりも低い。つまり、デュアル奥行きディスプレイの場合には、各画像が表示される解像度は、ＬＣＤ６１の基本解像度の半分である。
【０１１９】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示したタイプのディスプレイを示す図である。この実施形態では、第１の部分反射体６２は、光の一直線偏光状態を伝播（transmit）させると共に直交状態を反射させる反射偏光子を含む。このような偏光子は、例えば、Ｍｏｘｔｅｋ  Ｉｎｃ．によって製造されたタイプのワイヤグリッド偏光子または３Ｍによって製造されたＤＢＥＦ（方向性の輝度上昇フィルム：指向性輝度 （enhancing film））を含む。ＬＣＤ６１が出口偏光子を必要とする場合には、反射偏光子６２は、出口偏光子として用いられるか、または当該出口偏光子に加えて設けられえる。
【０１２０】
反射偏光子６２の上方には、固定された４分の１波長板６８が配置されており、当該４分の１波長板は、直線偏光と円偏光との間を変換することが出来るように配置されている。４分の１波長板６８は、適切な厚さの複屈折材料のフィルムだけを含むが、このようなフィルムは、正確には、単一波長だけのために４分の１波長の機能を実施する。４分の１波長板６８が、可視スペクトル中の波長範囲のための理想的な４分の１波長板として機能するには、複数の複屈折層から形成されていることが可能である。このようなフィルムは、Ｐｏｌａｔｅｃｈｎｏ  Ｌｉｍｉｔｅｄ（日本）、または、住友化学株式会社（日本）から入手可能である。
【０１２１】
４分の１波長板６８の上方には、切り替え可能な２分の１波長板６９が配置されている。このような切り替え可能な２分の１波長板は、電気的にオン状態とオフ状態とに切り替え可能である液晶セルを含み得る。このアプリケーションに適したセルの例は、垂直配向ネマチック型（ＶＡＮ）セル、フレデリックセル、および、Ｐｉセル、または、光学補償複屈折（optically compensated birefringence）（ＯＣＢ）セルを含む。このようなセルは公知であり、「Liquid Crystal Displays：Addressing Schemes and Electro-Optic Effects」Ernst Lueder，Wiley-SID Series in Display Technology 2001のような液晶ディスプレイに関する標準的な公開文献に開示されている。Ｐｉセルは、オン状態とオフ状態との間を素早く切り替え可能であることから、このアプリケーションに好適である。
【０１２２】
切り替え可能な２分の１波長板６９の上方には、ガラス層７０の形をした、または、通り抜ける光の偏光状態にほぼ何の影響も及ぼさない他の透明な材料の形をしたスペーサが配置されている。スペーサ７０は任意であり、見掛け上の奥行き（apparent depth）を所望の奥行きに増大させるために設けられ得る。
【０１２３】
第２の部分反射体６３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含む。ミラー６３は、約半分の入射光線を反射させ、約半分の入射光線を透過させる「５０％」ミラーとして示されている。しかしながら、異なる奥行きで表示される画像の所望の相対光度を得るために、光の、透過されるか、または反射される割合（fraction）は決定される。
【０１２４】
上記ミラーは、透明な基板上にアルミニウムのような金属の薄層を塗布することによって製造するか、または透明な誘電体層の被膜物（誘電体ミラー）を含むことが可能である。部分的な反射は、反射層を均一に部分的に透明に製造することによって、または透明な隙間または孔を備える完全な反射ミラーを用いることによって、実現可能である。これら孔または隙間が、裸眼に映るものよりも小さい規模であるならば、これら孔または隙間のパターンは視認されず、上記ミラーは、部分的に反射しているように見えると共に部分的に透明に見える。
【０１２５】
金属層から形成されているミラーでは、部分反射体を均一化するために孔または隙間を用いることが好ましい。これは、層厚を正確に制御して、均一層において再現可能かつ均一な反射率を得ることが困難である場合があることと、部分的に均一に反射するミラーにおける反射率の偏光状態への依存度よりも、孔を有するミラーにおける反射率の偏光状態への依存度の方が弱い場合があることと、の２つの理由による。
【０１２６】
ミラー６３上には、円偏光子７１が配置されている。当該円偏光子は、左円偏光を透過させ、右円偏光を吸収する。光学素子の順序は、ディスプレイの動作を変更せずに様々に変化させることができる。例えば、反射偏光子６２と部分的に反射するミラー６３との間における任意の位置に、ガラス層７０を配置することができる。また、４分の１波長板６８の位置と切り替え可能な２分の１波長板６９との位置を交換することもできる。
【０１２７】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）には、奥行きシフトモードにおけるディスプレイの動作が示されている。偏光子６２は、図の平面内に配向された透過軸７３を有しており、４分の１波長板６８は、透過軸７３に対して４５°の角度で配向された速軸７４を有している。ＬＣＤ６１からの光は、図の平面内において（≪）電界ベクトルと共に偏光されるため、反射偏光子６２を透過する。４分の１波長板６８は、直線偏光を右円偏光Ｒに変換し、右円偏光Ｒは、ミラー６３によって部分的に反射および部分的に透過される。このモードでは、２分の１波長板６９はオフにされるため、図１０（ａ）では省略されている。
【０１２８】
透過された光は、吸収されるため、円偏光子７１によって遮断される。一方、反射された光は、左円偏光Ｌに変換される。４分の１波長板６８は、上記光を、図（Ａ）の平面に対して垂直な方向に直線偏光される状態に変換する。この光は、反射偏光子６２によって反射され、そして４分の１波長板６８によって左円偏光に変換される。ミラー６４によって透過された上記光の部分は、また、円偏光子７１によって透過され、さらにディスプレイの視野領域に向かって伝播する。ミラー６３によって反射された光部分は、右円偏光に変換される。当該右円偏光は、４分の１波長板６８によって、図の平面に対して平行な方向に直線偏光される光へ変換される。この光は、偏光子６２によって、ＬＣＤ６１内へ再び透過される。
【０１２９】
当該動作モードでは、視野領域に透過する光は、部分反射体６２および６３によって反射された光のみである。従って、視認者は、前述したように、図９（ａ）に示されている位置６７において、ＬＣＤ６１の画像を視認する。この画像は、その実際の位置から、部分反射体６２と６３との間隔の約二倍の距離分、「下方へ」効果的に変位される。実際の変位はまた、ディスプレイの様々な素子の屈折指数によって決定される。
【０１３０】
図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は、２分の１波長板６９がオンである場合のディスプレイの動作を示している。図１０（ｄ）に示されているように、２分の１波長板６９の速軸の配向は任意であってもよい。しかし、実際は、例えばディスプレイ内において用いられる光学素子の不完全性、あるいはそれら光学素子の視野角への依存度に応じて、好ましい配向がある場合もある。このアプリケーションでは、２分の１波長板は、右円偏光Ｒと左円偏光Ｌとの間で変換を行う。
【０１３１】
図１０（ｃ）に示されているように、図の平面内の偏光方向に直線偏光される光は、反射偏光子６２によって透過され、そして４分の１波長板６８によって右円偏光に変換される。２分の１波長板６９は、これを左円偏光に変換する。当該左円偏光は、ミラー６３によって部分的に透過され、部分的に反射される。透過された光は、ディスプレイ視野領域に向かって円偏光子７１を通過する。反射された光は、右円偏光に変換され、そして２分の１波長板６９によって左円偏光に変換される。４分の１波長板６８はこれを、図の平面に対して垂直な方向に直線偏光される光へ変換する。この光は、反射偏光子６２によって反射され、そして４分の１波長板６８によって左円偏光に変換される。
【０１３２】
２分の１波長板６９は、上記光を右円偏光に変換する。当該右円偏光は、ミラー６３によって部分的に透過され、部分的に反射される。透過された光は、円偏光子７１によって吸収されるため遮断され、視野領域への透過が防がれる。反射された光は、左円偏光に変換され、そして２分の１波長板６９によって右円偏光に変換される。４分の１波長板６８は、これを、図の平面に対して平行な方向に直線偏光される光に変換する。この光は、反射偏光子６２によって、ＬＣＤ６１内へ再び透過される。
【０１３３】
図９ａ、図９ｂおよび図１０ａ〜図１０ｄに示されている二重奥行きモードにあるディスプレイは、これを動作させるためには、時間系列的に動作される。従って、奥行きをシフトすることによって視認される画像と、奥行きをシフトせずに視認される画像とが、ＬＣＤ６１によって交互に表示される。奥行きがシフトされる画像が表示される際には、２分の１波長板がオフにされ、ディスプレイは図１０（ａ）に示されているように動作する。シフトされない次の画像が表示される際には、２分の１波長板６９がオンにされ、ディスプレイは図１０（ｃ）に示されているように動作する。２分の１波長板６９およびＬＣＤ６１は、視認者によって知覚されるフリッカーが全くまたはほぼ生じないように、十分に高い切り替えレートまたはフレームレートで動作しなければならない。実際のレートとしては、画像の輝度および環境要因から判断して、８０Ｈｚ〜１２０Ｈｚを用いることができる。
【０１３４】
ミラー６３が入射光の約５０％を反射し、約５０％を透過させ、第１および第２の画像が表示される時間の長さが実質的に同等である場合、視認者によって視認される、奥行きがシフトされる画像の輝度は、ＬＣＤ６１によって表示される当初の輝度の約四分の一であり、シフトされない画像の輝度は、ＬＣＤ６１によって表示される輝度の約半分である。従って、ディスプレイの総時間平均輝度は、ＬＣＤ６１によって表示される輝度の約３／８である。しかし、これら画像の表示時間およびミラー６４の反射率／透過率を様々に変更して、画像の相対輝度およびディスプレイの総時間平均輝度を選択することができる。例えば、奥行きがシフトされる画像が表示される時間が、シフトされない画像が表示される時間の二倍である場合、これら画像の見かけ上の輝度は実質的に同等であるが、時間平均輝度は、ＬＣＤ輝度の三分の一である。また、ミラー６３の透過率を５０％以上に上げた場合は、ディスプレイの輝度が全体的に上昇するように、シフトされない画像の輝度の上昇は、奥行きがシフトされる画像の輝度の低下よりも大きくなる。
【０１３５】
前述のように、光学素子の順序は、ディスプレイの動作の仕方を変化させることなく様々に変えることができる。しかし、これら素子の理想の動作との違い、および波長依存状態に応じて、いかなる特殊な実施例においても「最適な」順序がある場合がある。互いに機能がわずかに異なる光学素子を、交互に配置してもよい。例えば、図９（ｃ）に示されているように、ミラー６３と円偏光子７１との間に、切り替え可能な２分の１波長板６９を配置することができる。この構造では、光は、切り替え可能な２分の１波長板６９を一度のみ透過するため、その動作のあらゆる不完全性からの影響が低減される。
【０１３６】
前述のように、このようなディスプレイにおいては、任意のタイプの透過型または放射型ディスプレイ装置を用いることができる。例えば、図９（ｃ）は、バックライト６０およびＬＣＤ６１の代わりに、陰極線管（cathode ray tube; ＣＲＴ）７２の使用を示している。
【０１３７】
切り替え可能な２分の１波長板６９として液晶セルが用いられる場合は、補償フィルムを１つ以上付加することによって性能を上げることができる。例えば、液晶セルは、公称的に「オフ」である場合（一般的には、その液晶層全体に電圧が印加された場合）、残留リターダンス（residual retardance）を有している可能性がある。具体的な例を挙げると、ゼロリターダンスと２７５ｎｍリターダンスとの間で切り替えを行うように設計されたセルの場合、当該セルをリターダンスが公称的にゼロとなるように切り替えた場合、残留リターダンスは５０ｎｍとなる。このような残留リターダンスによって、画像奥行き面間において可視的なクロストークが生じ得る。しかしこれは、「オン」状態におけるリターダンスが３２５ｎｍとなるようにセルを構成し、また、上記セルと上記セルの速軸に対して垂直な速軸とに５０ｎｍの固定リターダを直列に備えることによって、実質的に除去することができる。これによって、「オン」状態における総リターダンスは所望の２７５ｎｍとなり、残留リターダンスはキャンセルされて、「オフ」状態におけるリターダンスがゼロとなる。さらに、印加電圧を変更することによって両状態における実際のリターダンスを調節し、所望の性能または最適な性能を得ることができる。
【０１３８】
ディスプレイ面に垂直な軸に対する一部の素子の配向は、図１０（ｂ）および図１０（ｄ）に示されている実施例とは異なっていてもよい。例えば、４分の１波長板６８を９０°回転させて、４分の１波長板６８をそれぞれ透過する光の偏光状態が、図１０（ａ）および図１０（ｃ）に示されている状態に直交するようにすることができる。これにより、２分の１波長板６９がオンである時には、奥行きがシフトされた画像が視認され、２分の１波長板６９がオフである時には、シフトされない画像が視認される。また、円偏光子７１は、右円偏光を透過させて左円偏光を反射または吸収するタイプの円偏光子であってもよい。２分の１波長板６９は、理論的には、性能に影響を与えることなく回転させることが可能である。しかし、実際には、理想的な動作からの逸脱および波長依存度に応じて、好ましい配向がある場合もある。
【０１３９】
前述のように、ＬＣＤは、既に偏光された光を放射するため、反射偏光子６２を介して光が失われることはほぼないという利点を有しているが、上記ディスプレイ装置はＬＣＤである必要はない。しかし、ＬＣＤを高速で駆動させて、フリッカーフリーかつ時間系列的なディスプレイを提供し、さらに高速なディスプレイ装置（例えば、リアプロジェクター、陰極線管、プラズマディスプレイ、および有機ＬＥＤディスプレイ）をも用いることができるようにすることは、より困難である傾向がある。
【０１４０】
反射体６２および６３は、図では、互いに平行かつＬＣＤ６１の画像表面に平行であるが、このような構成である必要はない。例えば、一部のアプリケーションでは、奥行きがシフトされる画像とシフトされない画像とが互いに平行に現れないようにする必要があり、このために反射体を適切に配向することができる。
【０１４１】
上記ディスプレイの一部の素子は、２つ以上の部分からなっている場合がある。これらの部品は、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示されている位置とは異なる位置に配置されていてもよい。例えば、円偏光子７１は、４分の１波長板および直線偏光子を有しており、これら２つの素子は離れて配置されていてもよい。例えば、直線偏光子は、図において円偏光子が示されている位置に配置されていてもよく、また４分の１波長板は、その下において、ガラス層７０または切り替え可能な２分の１波長板６９によって直線偏光子から離れて配置されていてもよい。
【０１４２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）および図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示されているディスプレイは、それぞれ異なる複数の奥行き面において同時に視認される画像を提供するものとして説明されている。しかし、これらのディスプレイは、本明細書において説明されている他の全てのディスプレイと同様に、前述した方法における任意の方法で動作させることができる。例えば、一方の面から他方の面へと画像を切り替えて、前後に動いているように見えるように構成することができる。ゲーム機に関する説明において挙げた実施例では、プレーヤーが勝った時に画像が前方に飛び出すように制御して、視認者の注意を引くように構成することができる。また、ディスプレイ領域を２つ以上のセグメントに分割して、これらをそれぞれ独立して制御し、これによって例えば、表示される画像が現れる奥行きをセグメント毎に独立して選択できるように構成することができる。
【０１４３】
図９（ａ）〜図９（ｃ）および図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示されている実施形態は、奥行きがそれぞれ異なる２つの画面に画像を表示することができる。これと同じ技術を用いて、ディスプレイからの奥行きがそれぞれ全て異なる３つ以上の画面を生成することができる。図１１に、その実施例を示す。
【０１４４】
図１１に示されているディスプレイでは、図９ａ〜図９ｂに示されている素子と同一タイプの素子６０〜素子６３および素子６８〜素子７１が、図９ａ〜図９ｂに示されている素子と同一の相対位置に配置されている。図１１では、素子６２、６３、および６８〜７１は、ＬＣＤ６１の上方に配置された「スタック１」と示されている。別のセットの素子は、図１１では「スタック２」と示されている。スタック２は、スタック１の上方に位置しており、反射偏光子６２'、固定４分の１波長板６８'、切り替え可能な２分の１波長板６９'、ガラススペーサ７０'、「５０％」ミラー６３'、および円偏光子７１'を含んでいる。つまり、スタック１の素子がスタック２において複製されており、ガラススペーサ７０'の厚さとガラススペーサ７０の厚さとが異なっている点を除いては、実質的に同一である。従って、この構成は、ディスプレイからの奥行きがそれぞれ異なる４つの画面に画像を表示することができる。
【０１４５】
２分の１波長板６９と６９'との両方がオンである場合、光は、層内を「経路１」に沿って視野領域へと直接通過する。このため、表示される画像は、ＬＣＤ６１の画像生成面の実際の位置から実質的に発せられているものと知覚される。２分の１波長板６９'がオンであり２分の１波長板６９がオフである場合、光は、「経路２」を辿り、ミラー６３および反射偏光子６２において反射する。表示される画像は、画面６７ｂにあるように見える。２分の１波長板６９'がオフであり２分の１波長板６９がオンである場合は、光は「経路３」を辿り、ミラー６３'および反射偏光子６２'において反射する。表示される画像は、画面６７ａにおいて知覚される。２分の１波長板６９と６９'との両方がオフである場合、光は「経路４」を辿り、ミラー６３、反射偏光子６２、ミラー６３'、および反射偏光子６２'において反射する。従って、表示される画像は、画面６７ｃにおいて知覚される。
【０１４６】
図１１に示されているディスプレイは、所望の効果を得るために、前述した方法のうちの任意の方法で動作させることができる。例えば、４つの画像または連続した画像を時間系列的に表示し、そして切り替え可能な２分の１波長板６９および６９'を同時に制御することによって、視認者は、４つの異なる奥行き画面において同時かつ効果的に画像を視認することができる。あるいは、これらの画面を切り替えて、画像が視認者に向かってきたり離れたりする印象を与えることもできる。
【０１４７】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されているディスプレイは、バックライト（図示せず）、およびディスプレイ装置としてＬＣＤ６１を有している。しかし、本明細書に記載の全ての実施形態と同様に、任意の適切なディスプレイ装置を用いることができる。本実施形態では、第１の部分反射体６２は、部分反射ミラーを有している。当該部分反射ミラーは、本実施例では、入射光の実質的に５０％を透過させ、入射光の実質的に５０％を反射するように構成されている（光損失は無視する）。また、第２の部分反射体６３は、コレステリック反射体を有している。当該コレステリック反射体は、円偏光状態（この場合は右Ｒ）を透過させ、直交円偏光状態（本実施例では左Ｌ）を反射する。コレステリック反射体６３は、自然ならせん構造をした液晶層を含んでいる。このような反射体は、例えば、前述したLuederの文献によって周知かつ開示されている。このような反射体は、電界を印加することによってオフになるように構成することができ、あるいは、固定して切り替え不可となるようにすることもできる。この場合、液晶層は重合によって固定することができる。
【０１４８】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されているディスプレイでは、固定４分の１波長板６８は、ＬＣＤ６１とミラー６２との間に配置されている。ＬＣＤ６１は、透過軸７３と共に出口偏光子（exit polariser）を有しており、４分の１波長板６８は、透過軸７３に対して４５°の角度を成す速軸７４と共に配向されている。上記ディスプレイは、前出の実施形態と同様に、反射体６２と６３との間に、切り替え可能な２分の１波長板６９を有しており、その速軸は所望の通りに配向することができる。
【０１４９】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、画像ディスプレイの奥行きシフトモードにおける動作を示している。電界ベクトルの向きが図の平面に平行である直線偏光は、４分の１波長板６８によって右円偏光Ｒに変換される。この光の約半分は、ミラー６２によって透過される。残りの約半分は反射され、そして４分の１波長板６８によって、電界ベクトルが図の平面に垂直である直線偏光に変換され、そしてＬＣＤ６１の出口偏光子によって吸収される。２分の１波長板６９はアクティブであり、透過された上記光を左円偏光Ｌに変換する。この偏光状態は、コレステリック反射体６３によって反射され、そして右円偏光Ｒに変換される。この光の約半分はミラー６２によって透過され、そして４分の１波長板６８によって、電界ベクトルが図の平面に対して垂直である直線偏光に変換され、そしてＬＣＤ６１の出口偏光子によって吸収される。ミラー６２への入射光の半分は、反射され、そして左円偏光Ｌに変換される。これは、２分の１波長板６９によって右円偏光状態Ｒに変換され、そしてコレステリック反射体６３によって視野領域に向かって透過される。
【０１５０】
奥行きがシフトされない動作モード（図示せず）では、２分の１波長板６９はオフにされるため、２分の１波長板６９を介して伝播する光の偏光状態に与える影響は実質的にはない。前述同様、ＬＣＤ６１によって放射された光は右円偏光に変換される。当該右円偏光は、実質的に偏光を変化させることなく、オフにされた２分の１波長板６９によって透過され、そしてコレステリック反射体６３によって視野領域へ向かって透過される。
【０１５１】
知覚される画像の奥行きを所望の通りにシフトさせるためには、反射体６２および６３を適切な距離をおいて配置させる。これは、例えばガラスから形成された、透明なスペーサ（図示せず）を用いて調節することができる。また、これら素子の順序は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されている順序から変更することができる。例えば、２分の１波長板６９は、４分の１波長板６８とミラー６２との間に配置してよく、あるいは、ミラー６２の位置とコレステリック反射体６３の位置とを交換することができる。さらに、コレステリック反射体６３を、４分の１波長板と反射偏光子との組み合わせと置き換えることもできる。
【０１５２】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示されているディスプレイは、切り替え可能な２分の１波長板６９が省略されている点と、コレステリック反射体６３が切り替え可能なタイプである点とにおいて、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されているディスプレイとは異なっている。コレステリック反射体６３は、オフである時には、その偏光状態とは無関係に光を透過させ、オンである時には、左円偏光Ｌを透過させて右円偏光Ｒを反射する。奥行きがシフトされるモードの一般的な構成および動作は図１３ａに示されており、４分の１波長板およびＬＣＤ６１の出口偏光子の配向は図１３ｂに示されている。
【０１５３】
奥行きがシフトされるモードでは、コレステリック反射体６３がオンにされる。ＬＣＤ６１は、電界ベクトルが図の平面内に配向された直線偏光を放射する。この直線偏光は、４分の１波長板６８によって右円偏光Ｒに変換される。この約半分は、偏光状態への実質的な変化なく、ミラー６２によって透過され、約半分は、４分の１波長板６８に向かって反射される。４分の１波長板６８は、反射された上記光を、電界ベクトル方向が図の平面に対して垂直である直線偏光に変換する。この光は、ＬＣＤ６１の出口偏光子によって吸収される。
【０１５４】
ミラー６２によって透過された上記光は、コレステリック反射体６３によって反射される。この光の半分は、前述と同様に、ミラー６８によって透過され、そして吸収される。この光の反射された部分は、左円偏光状態に変換され、そして反射体６３によって視野領域へ向かって透過される。
【０１５５】
シフトされないモードでは、コレステリック反射体６３はオフにされる。従って、ＬＣＤ６１によって放射されてミラー６２によって透過される部分の光は、反射体６３を介して視野領域へ透過される。
【０１５６】
切り替え可能なコレステリック反射体は、波長の比較的狭い周波数帯（典型的には１００ｎｍ程度）において動作するように形成することができる。従って、切り替え可能なコレステリック反射体６３は、そのような切り替え可能な反射体のスタックとして形成する必要がある。例えば、このような反射体を３つ設けて、光の三原色である赤色、緑色、および青色を選択的に反射することができる。このような反射体は、例えば、"Reflective multicolour displaying using cholesteric liquid crystals," M. Okada et al、SID 1997 Digest and "Multiple color resolution reflective cholesteric liquid crystal displays," D. Davies et al、SID 1997 Digestにおいて開示されている。このような構成においては、異なる色は異なるモードで動作するように、これら３つの色を互いに独立して切り替えることができる。モード間において、それぞれ異なる時点で色を切り替えることによって、フリッカーの視認性を低減することができる。
【０１５７】
このタイプのディスプレイは、３つ以上の奥行き面を示すように改変することができる。例えば、図１３Ｃには、３つの異なる奥行き面を示すことのできる上記タイプのディスプレイが示されている。このディスプレイは、切り替え可能なコレステリック反射体６３が、互いに距離をおいて配置された２つのコレステリック反射体６３ａおよび６３ｂによって置き換えられている点において、図１３ａに示されているディスプレイとは異なっている。反射体６３ａおよび６３ｂが両方ともオフである場合、光は「直接」経路６６をたどるため、表示される画像の奥行きは実質的にシフトしない。反射体６３ａがオンであり、反射体６３ｂがオフである場合、ディスプレイは図１３ａに示されているように動作する。この場合、光は、より長い経路６５ａをたどり、表示される画像の奥行きが比較的大きくシフトする。反射体６３ｂがオンであり、反射体６３ａがオフである場合、光は経路６５ｂをたどり、奥行きがシフトされる異なる画面が得られる。
【０１５８】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示されているディスプレイは、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示されているディスプレイと同様であるが、切り替え可能なコレステリック反射体または反射体は、一対の固定「単色」コレステリック反射体６３ｃおよび６３ｄと置き換えられている。反射体６３ｃおよび６３ｄは、互いに最小の距離をおいて直接隣接している。反射体６３ｃは、赤色右円偏光を反射し、その他全ての光を透過させる。反射体６３ｄは、青色右円偏光を反射し、その他全ての光を透過させる。
【０１５９】
ＬＣＤ６１によって放射された緑色光は、４分の１波長板６８によって右円偏光Ｒに変換され、その約半分は透過され、約半分はミラー６２によって反射される。反射された光は、４分の１波長板６８を介して戻り、そして前述のようにＬＣＤ６１内に吸収される。透過された光は、直接光路６６に沿って、視野領域へ向かって反射体６３ｃおよび６３ｄを通過する。
【０１６０】
ＬＣＤ６１によって放射された赤色および青色光もまた同様に、４分の１波長板６８によって右円偏光Ｒに変換され、ミラー６２によって部分的に透過される。赤色光は、反射体６３ｃによって反射され、青色光は、反射体６３ｄによって再びミラー６２に向かって反射され、光の一部は透過および吸収され、一部は反射される。反射された赤色および青色光の偏光は、この反射によって左円偏光状態Ｌに変化し、この反射された赤色および青色光は、反射体６３ｃおよび６３ｄによって光路６５に沿って透過される。
【０１６１】
従って、光路６５および６６は、異なる色に対して異なる長さを有している。従って、視認者は、赤色および青色を含んだ奥行きの深い方の画像と、緑色を含んだ奥行きの浅い方の画像との、２つの奥行き面を有する画像を視認する。
【０１６２】
赤色および青色コレステリック反射体の使用は、単なる典型例であって、これとは異なる色の組み合わせの反射体を用いてもよい。また、例えば、三原色が異なる画面に現れるように、異なる面において反射体同士を離して配置することができる。また、このタイプの反射体を用いた場合には、異なる色を異なる時間に切り替えることができる。例えば、二重奥行きディスプレイは、状態Ａと状態Ｂとを素早く切り替えることができる。状態Ａでは、「前方」奥行き面に対しては赤色および青色成分が表示され、「後方」奥行き面に対しては緑色成分が表示される。状態Ｂでは、後方奥行き面に対しては赤色および青色成分が表示され、前方奥行き面に対しては緑色成分が表示される。
【０１６３】
図１５（ｂ）に示されているディスプレイは、図１４（ａ）に示されている一般的なタイプのディスプレイと同一であるが、２つの異なる奥行きに「フルカラー」画像を供給する。当該ディスプレイは、コレステリック反射体スタック６３を有している。コレステリック反射体スタック６３は、比較的狭い赤色波帯Ｒ１、比較的狭い緑色波帯Ｇ２、および比較的狭い青色波帯Ｂ１において右円偏光状態の光を反射するように構成されている。ＬＣＤ６１の画素は、図１５（ａ）に示されているように、波帯Ｒ１、Ｒ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ１、およびＢ２に光を透過させるためのカラーフィルタを有している。例えば、ＬＣＤ６１は、例えば反復パターン（例えば、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を透過させる縦列または横列の反復パターンを有する、カラーフィルタ構造を有していてもよい。コレステリック反射体スタック６３は、各色の帯のいずれか１つをそれぞれ反射する３つの反射体を含んでいてもよい。しかし、図１５（ａ）のＣ１およびＣ２で示される反射スペクトルを有する２つのコレステリック反射体を設けて、一方の反射体が波帯Ｂ１を反射し、他方の反射体が波帯Ｇ２およびＲ１を反射するように構成することも可能である。
【０１６４】
ＬＣＤ６１は、空間的に多重化またはインターレースされた細片として、２つの画像を表示する。これら２つの画像の一方は、波帯Ｒ１、Ｇ２、およびＢ１内の光によって符号化され、他方の画像は、波帯Ｒ２、Ｇ１、およびＢ２内の光によって符号化される。上記第１の画像を符号化する光は光路６５をたどり、上記第２の画像を符号化する光は光路６６をたどる。従って、２つのフルカラー画像またはほぼフルカラーの画像または連続画像が、異なって知覚される奥行きに表示される。
【０１６５】
このようなディスプレイは、各波帯の光によって順々にＬＣＤ６１を照射するように制御できるバックライトと共に使用できるように、改変することができる。そのような構成のＬＣＤ６１はカラーフィルタを必要とせず、また、２つの画像の赤色、緑色および青色部分を時間系列的かつバックライトによる照射の色と同期して動作させることができる。あるいは、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示されているカラーフィルタ構造を、交互になった画像フレームに異なる赤色、緑色、および青色波帯の光を供給するバックライトと共に用いて、２つの画像または連続画像が時間系列的かつバックライトの動作と同期して表示されるようにすることができる。
【０１６６】
図１６に示されているディスプレイは、ＬＣＤ６１の前に配置されている光学構造が、部分反射体および切り替え可能な指向性２分の１波長リターダ６９として反射偏光子６２および６３を含んでいる点において、これまで説明した実施形態とは異なる。これらの反射偏光子は、電界ベクトルが図の平面方向を向く光を透過し、直交偏光状態を反射するように構成されている。切り替え可能な指向性リターダ６９は、それを通過する光の偏光に実質的に何らの影響も与えない「オフ」状態と、「オン」状態との間で切り替え可能である。「オン」状態では、リターダ６９は、ディスプレイ面垂線（display plane normal）に対して＋３０°傾斜した方向に伝播する光に対して２分の１波長板として機能し、ディスプレイ面垂線に対して−３０°傾斜した方向に伝播する光の偏光には実質的に何らの影響も与えない。リターダ６９は、例えば、ＧＢ  ２  ４０５５１６に開示されているタイプの液晶セルを含んでいてもよい。
【０１６７】
図１６は、リターダ６９がオン状態にある奥行きシフトモードにおける、ディスプレイの動作を示している。視認条件としては、ディスプレイを視認する視認者が、＋３０°付近の角度に位置している。
【０１６８】
ＬＣＤ６１から発せられる光は、その電界ベクトルが図の平面内にあるように直線偏光される。リターダ６９は、電界ベクトルが図の平面に対して垂直にあるように、リターダ６９を通過する光の偏光を＋３０°回転させる。この光は、反射偏光子６３から反射され、そしてその偏光が影響を受けないように、再びリターダ６９を−３０°の角度で通過する。次に、この光は、反射偏光子６２によって反射され、そしてその偏光が９０°回転されるように、リターダ６９を＋３０°の角度で通過する。これによって得られる光は、反射偏光子６３により、視野領域に向かって透過される。
【０１６９】
リターダ６９は、オフである場合は、リターダ６９を通過する光の偏光に何らの影響も与えない。従って、ＬＣＤ６１によって放射されて偏光子６２を通過する光は、また、反射偏光子６２および６３透過軸が平行であるため、偏光子６３を通過する。
【０１７０】
この構造は、両動作モードにおいて、実質的に完全な輝度の画像（full-brightness image）を提供できるという利点を有している。実際には、光は、様々な光学素子を通過する際、または様々な光学素子によって反射される際に失われる。しかし、それら光学素子の規定の動作によって、減衰は起こらない。
【０１７１】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示されているディスプレイは、ＬＣＤ６１の前の光学構造が、反射偏光子６２および６３を有しており、反射偏光子６２と６３との間には固定ファラデー回転子７５および切り替え可能な２分の１波長板６９が配置されている点において、前述のディスプレイとは異なっている。偏光子６２の透過軸７３の方向は、図の平面内にあり、反射偏光子６３の透過軸７６の方向は、透過軸７３に対して４５°の角度である。２分の１波長板６９は、オンにされると、透過軸７３に対して垂直な速軸７７を有する。上記ファラデー回転子は、光が回転子７５を介していずれかの方向に通過した後に、直線偏光された光の偏光を＋４５°回転させる。
【０１７２】
ファラデー回転子は、ファラデー回転子を通過する光の偏光状態を回転させる材料の層を含んでおり、この回転は、上記層に印加される磁界に比例する角度で行われる。このような装置は、例えば"Optics," E. Hecht et al、fourth edition、Addison Wesley（2003）など、標準的な参照文献において説明されており、公知である。
【０１７３】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、奥行きシフトモードにおける、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示されているディスプレイの動作を示している。この奥行きシフトモードでは、２分の１波長板６９はオフであるため、２分の１波長板６９を通過する光の偏光には実質的に何らの影響も与えない。ＬＣＤ６１から発されて反射偏光子６２を通過する直線偏光の電界ベクトルの方向は、図の平面内にある。回転子７５は、電界ベクトルの方向が＋４５°となるように、また反射偏光子６３によって反射して戻されるように、電界ベクトルを回転させる。上記光は、再び回転子７５を通過し、その電界ベクトルの方向が図の平面に対して垂直となって発される。上記光は、偏光子６２によって反射され、回転子７５を通過する。回転子７５は、電界ベクトルの方向が−４５°の角度となるように、偏光面を回転させる。反射偏光子６３は、この光を視野領域に向かって透過させる。
【０１７４】
図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、非シフトモードにおける動作を示している。このモードでは、２分の１波長板６９はオンである。電界ベクトルの方向が図の平面内にある光が、回転子７５を通過する。回転子７５は、電界ベクトルの方向が＋４５°の角度になるように、偏光面を回転させる。２分の１波長板６９は、２分の１波長板６９から出る光の電界ベクトル方向が−４５°になるように、上記偏光面をさらに回転させる。この光は、反射体偏光子６３によって、視野領域に向かって透過される。
【０１７５】
前述の実施形態と同様に、光は、様々な光学素子の動作によって失われることはない。従って、表示される画像は、奥行きがシフトされるモードとシフトされないモードとの両方において比較的明るい。
【０１７６】
図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示されているディスプレイでは、効果的な様々な奥行きに表示される画像の対が、空間多重化を用いることによって、ＬＣＤ６１によって同時に表示される。ＬＣＤ６１は、縦横に配置された画素によってピクセル化されている。これらの画像は、例えば、奥行きがシフトされる画像の縦に細長い片を表示する「Ｄ画素」と、シフトされない画像の縦方向に細長い片を表示する「Ｔ画素」とによって、縦列または横列にインターレースされて表示される。あるいは、チェッカー盤模様を用いることもできる。ＬＣＤは、入口偏光子８０および出口偏光子８１を有している。出口偏光子８１は、図の平面内に配向された透過軸８３を有している。
【０１７７】
出口偏光子８１の上方には、パターン化された４分の１波長リターダ８２が配置されている。パターン化された４分の１波長リターダ８２は、その速軸同士が交互になった４分の１波長リターダ領域を含んでいる。従って、Ｄ画素の上方に位置する８４などのリターダ部分の速軸は、Ｄ画素から放射される光を右円偏光Ｒに変換するように配向されている。Ｔ画素の上方に位置する８５などのリターダ部分の速軸は、Ｔ画素から出る光が左円偏光Ｌに変換されるように配向されている。
【０１７８】
パターン化された４分の１波長リターダ８２の上方には、「５０％」ミラー６２が配置されている。ミラー６２の上方には４分の１波長板６８が配置されており、その速軸７４は出口偏光子８１の透過軸８３に対して４５°の角度で配向されている。４分の１波長板６８の上方には反射偏光子６３が配置されており、その透過軸７６は透過軸８３と平行である。
【０１７９】
Ｄ画素およびＴ画素からの光は、それぞれ、右円偏光および左円偏光に変換されるように、出口偏光子８１および４分の１波長板８２を通過する。この光の約半分はミラー６２によって反射されて、光学系から効果的に失われる。上記入射光の約半分は、ミラー６２によって４分の１波長板６８へ透過される。Ｄ画素からの光は、電界ベクトル方向が図の平面に対して垂直である直線偏光に変換される。この光は、４分の１波長板６８を介して反射偏光子６３に反射し返され、そして反射偏光子６３において偏光が右円偏光状態Ｒに変換される。上記４分の１波長板からの光は、部分的にミラー６２によって透過され、効果的に光学系に失われる。ミラー６２への光入射は部分的に反射され、左円偏光状態Ｌに変換される。この光は、４分の１波長板６８によって、電界ベクトルが図の平面に平行である直線偏光状態に変換され、そして偏光子６３によって視野領域へ透過される。
【０１８０】
ミラー６２から透過されたＴ画素からの光は、４分の１波長板６８によって、直電界ベクトルが図の平面に平行である直線偏光に変換される。従って、この光は、反射偏光子６３によって視野領域へ透過される。
【０１８１】
画像が表示されるＬＣＤ６１内の平面と、パターン化リターダ８２とが大幅に離れている場合は、視差効果が生じる。視差効果は、ディスプレイを正確に視認するための視野領域、ひいては視認者が動ける自由度を制限する。例えば、領域８４および８５が縦方向に伸びる、インターレースされた縦列として画像が表示される場合、視認者は、表示される画像を正確に知覚している間に上下に動く場合がある。しかし、視認者が左右に動いた場合、インターレースされた画像間においてクロストークが生じ、複数の奥行き効果が脅かされる。同様に、インターレースされた横列として画像が表示される場合、視認者は、表示される画像を正確に知覚している間に左右に動く場合がある。しかし、この場合においても、視認者が上下に動いた場合は、クロストークが生じる。
【０１８２】
図２１（ａ）は、改変されたディスプレイを示している。このディスプレイは、バックライト６０が平行型であり、パターン化リターダ８２とミラー６２との間に拡散器９０が配置されている点において、図２０に示されているディスプレイとは異なっている。平行バックライト（collimated backlight）６０は、ＬＣＤ６１を介して、実質的に画面の垂線に沿うように光を向ける。平行バックライトは、例えば、"Proceedings of the International Display Workshops"、Fukuoka、Japan、December 2004、paper FMC 20-4において開示されており、周知である。適切なバックライトは、例えばオムロンから入手することができる。
【０１８３】
拡散器９０は、表示される画像が、比較的広い視認範囲から視認可能となるようにする必要がある。拡散器９０は、拡散器９０を通過する光の偏光に実質的に何らの影響も与えないタイプの拡散器である。このような拡散器の例としては、例えばマイクロシャープ株式会社（英国）から入手可能な、「グリンフィルム（GRIN film）」が公知である。
【０１８４】
好ましくない視差効果は、また、パターン化リターダ８２とＬＣＤ６１の画面との距離を縮めることによって低減することができる。例えば、ＬＣＤ６１内のＬＣＤ基板間に、パターン化リターダ８２および出口偏光子８１を配置することができる。あるいは、偏光子８１およびリターダ８２に隣接するＬＣＤ基板を比較的薄く形成し、当該基板上または比較的薄い基板上に偏光子８１を形成することができる。
【０１８５】
図２１（ｂ）は、改変された別のディスプレイを示している。このディスプレイは、出口偏光子８１、パターン化リターダ８２、および拡散器９０を有しておらず、またＬＣＤ６１とミラー６２との間に４分の１波長板９１が配置されている点において、図２１（ａ）に示されているディスプレイとは異なっている。出口偏光子が配置されていないため、ＬＣＤ６１の個々の画素は、調光の偏光状態を制御して、画素が現れる奥行き面をＬＣＤ６１が制御できるようにする。画素がオンである場合、偏光状態は、その画素を通過する光がディスプレイを直接介して通過するように、また、そのような光を用いる画像または連続画像が実質的にＬＣＤ６１のディスプレイ面において画像奥行きを有するように、回転される。逆に、画素がオフである場合、調光は長い方の光路６５を辿り、対応する画像または複数の画像がシフトされた画面に現れる。この構成では、ＬＣＤ６１は画素画像の奥行きを決定するが、画像の光を変調しない。従って、ディスプレイの外観は２つの画面から成り、一方の面に表示される画像は、他方の面に表示される画像の「ネガ（negative）」である。そのようなディスプレイは目立つ外観であり、広告および情報ディスプレイに応用することができる。例えば、「後方」面に投影して詳細が表示されるように、「前方」面では暗い背景の上に明るい詳細を表示することができる。
【０１８６】
完全に制御された画像を表示するために、入口偏光子８０と平行バックライト６０との間に、ＬＣＤなどのさらなる空間光変調器を配置することができる。当該さらなるＬＣＤ（図示せず）は、入口偏光子および出口偏光子を有しており、またＬＣＤの画素が位置合わせされたＬＣＤ６１と同一の画素構成を有している。上記さらなるＬＣＤの出口偏光子は、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示されている入口偏光子８０によって設けることができる。
【０１８７】
図２２は、図２１（ａ）および図２１（ｂ）の左側に示されているディスプレイの改変を示している。この改変によると、５０％ミラー６２および拡散器９０は、基板１０１上に形成された複合素子によって置き換えられている。当該素子は、基板１０１内に埋め込まれたレンズ１０２のアレイを有している。レンズ１０２の焦面は、基板１０１の上面と一致している。基板１０１の上面は、反射素子６２を形成する高反射ミラー層によって被覆されている。レンズが球状に被覆されている場合は、レンズ１０２の焦点において、ミラー層内に隙間１０３が形成される。あるいは、レンズ１０２は、レンズの焦線に隙間１０３が形成された、円筒型に被覆されたレンズを含んでいてもよい。従ってこれらの隙間は、基板１０１の表面積上方における比較的小さい部分しか占有していない。
【０１８８】
平行光は、参照符号１０４に示されているように、平行バックライトからＬＣＤを介して複合素子に入射されると、非平行となるようにレンズ１０２によって隙間１０３を介して焦点が合わせられ、そして参照符号１０５に示されているように透過される。逆に、参照符号１０６に示されているように、反射偏光子６３から反射された光がミラー層６２に入射すると、大部分の入射光は反射される。
【０１８９】
このような複合素子を用いることによって、光利用の効率、ひいてはディスプレイの輝度が大幅に改善される。図２１（ａ）に示されている、５０％ミラー６２を有するディスプレイを用いた場合（実際の実施形態において生じる損失は無視する）、シフトされない画像の輝度は、ＬＣＤ６１によって供給される画像輝度の約５０％まで低下し、奥行きがシフトされる画像の輝度は、表示される画像輝度の約２５％まで低下する。図２２に示されている素子を用いることによって、平行光１０４は、比較的高い効率（例えば約９０％）で透過される。ミラー層６２によって反射された光１０６もまた同様に、約９０％という比較的高い効率で反射される。従って、シフトされない画像の輝度は、ＬＣＤ６１によって表示される画像の輝度の約９０％であり、奥行きがシフトされる画像の輝度は約８１％である。
【０１９０】
パターン化リターダ（例えば、図２０に示されているリターダ８２）、および以下に説明する実施形態に示されている様々なリターダは、様々な方法によって形成することができる。それらの一部は、図２３（ａ）〜図２３（ｅ）に示されている。例えば、図２３（ａ）に示されているように、リターダ機能は、リターダ機能を提供することが求められていない領域内において破壊される場合がある。図２３（ａ）〜図２３（ｅ）は、２分の１波長リターダを示しているが、４分の１波長あるいはその他のリターダに対しても同一の原理を用いることができる。従って、参照符号１０７などの領域はリターダ機能を保持するが、参照符号１０８などの領域は、例えば紫外線（ＵＶ)放射への曝露によってリターダ機能が破壊されている。従って、まず均一なリターダ層が透過性基板１０９上に形成され、そして適切なマスクを介して紫外線照射に曝露されて、パターン化リターダが形成される。あるいは、図２３（ｂ）に示されているように、リターダ機能を有している必要のない領域を除去することができる。リターダ材料を除去する方法の例としては、エッチングおよびレーザ加工が挙げられる。
【０１９１】
パターン化リターダは、液晶材料を用いて形成することもできる。図２３（ｃ）には、第１の実施例が示されている。ガラス基板１１０間に、パターン化リターダが形成される。パターン化リターダは、透過性樹脂またはフォトレジスト材料１１２の細片とインターレースされた、あるいは交互になった、液晶材料１１１の細片を含んでいる。複屈折軸を所望の方向に合わせるために、ガラス基板１１０の対向面（facing surface）には、適切な位置合わせ層が備えられている。このような位置合わせ層（図示せず）は、任意の適切なタイプの位置合わせ層であってよく、位置合わせ方向は、公知の位置合わせ層摩擦処理あるいはその他の適切な技術によって決定することができる。
【０１９２】
パターン化リターダが、光の直線偏光電界ベクトルを回転させる必要がある場合、リターダの代わりに、偏光回転構成を用いることができる。例えば、液晶材料１１１および隣接する位置合わせ層は、９０°またはその他任意の角度で偏光回転させるためのねじれネマチックセルを備えた構成とすることができる。
【０１９３】
上記パターン化された層は、パターン化される構成とパターン化されない構成とで切り替え可能である必要がある場合がある。図２３（ｄ）には、この形成方法の実施例が示されている。この場合、基板下方に、例えばインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）から成る、均一な透過性電極１１３が備えられる。基板上方は、同じ材料から成るパターン化された電極１１２を有している。これら電極上に形成された位置合わせ層間には、液晶層１１１が設けられる。上記装置によって用いられる液晶モードでは、均一な電極１１３とパターン化された電極１１２との間に電圧が印加されない場合、液晶セルが均一な２分の１波長あるいはその他のリターダとして機能する。上記電極間に電圧が印加されると、パターン化された電極に隣接する液晶分子が、液晶層の面に対して実質的に垂直に整列する。これによって、これらの領域は実質的に遅延を有さず、パターン化された電極間の隙間に隣接する部分の液晶層は実質的に何らの影響も受けずに、所望の遅延を提供し続ける。
【０１９４】
図２３（ｄ）に示されている構成はまた、切り替えおよびパターン化された偏光回転子を提供するために用いることができる。例えば、電極間に電圧が印加されない場合、液晶が偏光回転子として機能するように、当該液晶を整列させてねじれネマチックモードにする。電極間に電圧が印加された場合は、パターン化された電極１１２の領域内においてねじれネマチック構造が失われて、パターン化された偏光回転子が形成される。
【０１９５】
素子領域全体において、パターン化リターダまたは偏光回転子が必要とされる実施形態では、図２３（ｅ）に示されているように、光学軸をパターン化することができる。これを行うために、上記位置合わせ層のいずれか１つまたは両方をパターン化することができる。この場合、位置合わせ方向を同一にパターン化することによって、パターン化された上部位置合わせ層１１４および下部位置合わせ層１１５が設けられる。これにより、液晶領域Ａは同一方向に位置合わせされ、液晶領域Ｂは異なる方向に位置合わせされる。このようなパターン化された位置合わせ層の形成方法は公知であり、例えばＥＰ０８８７６６７に開示されている。
【０１９６】
上記のようなパターン化リターダを用いて、例えば、パターン化リターダを要する図２１（ａ）に示されているディスプレイにおいて、その全領域において異なる遅延または偏光回転を行うことができる。しかし、領域の一部が遅延を行う必要のある一部の実施形態に対しては、図２３（ｅ）に示されているタイプのリターダを用いることもできる。例えば、パターン化リターダが２分の１波長板である場合、遅延を行う必要のない領域は、その光学軸が直線偏光の電界ベクトルに対して平行または垂直になるように配向され、遅延を行う必要のある領域の光学軸は、具体的なアプリケーションに応じて適切な異なる角度で配向される。
【０１９７】
パターン化リターダが、「アクティブ」遅延素子として液晶材料を用いている場合は、当該液晶材料の電気的に切り替え可能な光学効果を利用して、二重（または多重）効果をオフにすることができる。例えば、図２３ｃに示されている実施例では、両方の基板１１０は、均一な透過性電極を用いて形成することができる。液晶材料１１１に電界を印加することによって、素子の面に対して液晶分子が実質的に垂直に整列する。これによって、上記液晶材料は、垂線に沿った入射光の偏光状態に対して実質的に何らの影響も与えない。従って、素子の全領域は、偏光に実質的に何らの影響を与えないため、全ての画素が同一面内に画像を表示する。この面は、大部分の実施形態においてより明るい画像を提供するため、シフトされない画面である。図２３（ｄ）に示されている実施例は、単一面に画像を表示する機能を有している。これは、印加電界の非存在下では、液晶層１１１全体が同一の状態にあるからである。図２３（ｅ）に示されている実施例にも、上記機能を備えさせることができる。これは、上記層の面に対して全ての液晶分子が実質的に垂直に整列して均一層が設けられるように、両方の基板１１０に均一な電極を設けることによって行うことができる。
【０１９８】
液晶材料を用いて、単一奥行きディスプレイに切り替える機能を必要とすることなく、パターン化リターダ（または偏光回転子）を提供する実施形態では、製造中に液晶材料を固定して、液晶材料全体に電界を印加する必要のないようにすることができる。例えば、この液晶材料は、Merckの反応性メソゲンなど、重合性液晶材料を含んでいてもよい。このような材料は、製造中に重合させて、湿度、温度、および機械的損傷に対する液晶セルの感度を低減することができる。
【０１９９】
図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示されているタイプのディスプレイは、これらが二重奥行きディスプレイである場合、各画像は、ＬＣＤ６１の実際の空間分解能の半分で表示される。これにより、視認者は、表示される画像内に細片を知覚する場合がある。このような細片の視認性は、画像の様々な色成分を別々にインターレースすることによって低減することができる。例えば、ディスプレイの偶数列は、シフトされない画像の赤色および緑色成分、および奥行きがシフトされる画像の青色成分を表示し、ディスプレイの奇数列は、奥行きがシフトされる画像の赤色および緑色成分、およびシフトされない画像の青色成分を表示することができる。これは、例えば、ディスプレイの素子内に波長依存性リターダを挿入することによって行うことができる。当該波長依存性リターダは、赤色および緑色に対しては２分の１波長リターダとして機能するが、青色に対しては実質的に何らの影響も与えない。このような波長依存性リターダの例は、ＵＳ６,２７３,５７１に開示されている。
【０２００】
図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示されているディスプレイは、パターン化された４分の１波長リターダ８２が、均一な４分の１波長板１２０およびパターン化された２分の１波長リターダ１２１に置き換えられている点において、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示されているディスプレイとは異なっている。速軸１２３は、４分の１波長板６８の速軸７４に対して垂直である。パターン化リターダ１２１は、光の偏光状態には実質的に何らの影響も与えない領域（例えば参照符号１２４）と、４分の１波長板１２０の速軸１２３に実質的に平行である速軸１２６を有した２分の１波長リターダとして機能する領域（例えば参照符号１２５）とを含んでいる。
【０２０１】
図２４（ａ）および図２４（ｂ）における、４分の１波長板１２０とパターン化された２分の１波長リターダ１２１との組み合わせが、光の偏光状態に与える影響は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示されているパターン化された４分の１波長リターダ８２と実質的に同じである。従って、リターダ１２１の領域（例えば参照符号１２５）を通過する光は光路６５をたどり、参照符号１２４などの領域を通過する光は光路６６をたどる。パターン化リターダ１２１は、例えば図２３に示されている素子など、前述した素子のうちの任意の素子を含んでいてもよい。
【０２０２】
図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６は、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示されているディスプレイと同様のタイプのディスプレイを示している。本実施形態では、パターン化された２分の１波長板１２１は、図２３（ｄ）に示されているタイプの液晶デバイスによって統合されている。好ましくないアーチファクトが視認されないように、パターン化リターダ１２１上およびＬＣＤ６１上には、ブラックマスク領域１２８が設けられている。具体的には、このようなアーチファクトは、パターン化された電極１１２の縁において生じ得るものであり、ブラックマスク部分はこれを視界から隠す。パターン化リターダ１２１上には、ディスプレイの視野角特性を向上させるために補償フィルム１２９が配置されている。このような補償フィルムは、液晶技術においては周知であり、その実施例は、前出のLuederの文献において説明されている。
【０２０３】
上記ディスプレイは、さらに、５０％ミラー６２が７０％ミラーに置き換わっており、反射偏光子６３の透過軸７６の方向が９０°回転されており、また、透過軸が軸７６に平行であるさらなる吸収偏光子１３０が反射偏光子６３上に配置されている点において、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示されているディスプレイとは異なっている。吸収偏光子１３０は、ディスプレイの表面からの周辺光の反射を低減する。そのような偏光子の非存在下では、その偏光が反射偏光子６３の透過軸に直交する入射光は、（例えば視認者に向かって）反射し返される。吸収偏光子１０３が配置されていることによって、そのような反射光を防止または大幅に軽減することができる。
【０２０４】
ミラー６２は、入射光の約７０％を透過させ、入射光の約３０％を反射するように構成されている。このようなミラーは、ディスプレイによって提供される全体的な画像輝度を向上させる。具体的には、５０％ミラーが配置されている場合、シフトされない画像の輝度は、理論的には（損失は無視する）、ＬＣＤ６１における画像輝度の５０％と等しく、奥行きがシフトされる画像の輝度は、理論的には２５％低減される。７０％ミラーを用いることによって、シフトされない画像の輝度が７０％まで上昇し、奥行きがシフトされる画像の輝度は、２１％という比較的低い割合で低減する。
【０２０５】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示されているディスプレイは、リターダ１２１の均一な電極１１３とパターン化された電極１１２との間に電圧が印加された二重奥行きモードにある。パターン化された電極１１２に隣接する液晶領域では、電界を印加することによって、液晶分子が液晶層の面に対して実質的に垂直になるように配向される。従って、上記領域は、それを通過する光の偏光状態には実質的に何らの影響も与えない。パターン化された電極１１２間の隙間に隣接する液晶領域は、電界が印加されないため、位置合わせ層によって配向される。従って、液晶材料のこれら領域は、速軸が４分の１波長板１２０の速軸１２３に平行である２分の１波長板として機能する。従って、Ｄ画素からこれら領域を通過する光は視野領域へと直接伝播し、「切り替えられた」液晶領域を通過するＴ画素からの光は、より長い経路６５を辿って視野領域へ伝播する。
【０２０６】
前述したように、液晶セルの位置合わせは、印加電界の非存在下においては、液晶材料がねじれネマチックモードにおいて直線偏光の電界ベクトルを９０°回転させる偏光回転子として機能するように行われる。従って、ディスプレイの動作は前述の通りとなる。これは、パターン化された電極１１２に隣接する液晶領域内に電界が印加されることによって、ねじれネマチック構造が破壊されるからである。
【０２０７】
図２６は、別の単一奥行き動作モードにある、図２５（ａ）および図２５（ｂ）のディスプレイを示している。この動作モードでは、電極１１２と電極１１３との間に電界は印加されないため、液晶モードは、位置合わせ層および液晶材料によって決定される。この場合、素子１２１は、均一な２分の１波長板または偏光回転子として機能する。これによって、画像または連続画像と共にＬＣＤ６１によって変調される全ての光は、直接経路６６をたどって視野領域へ伝播し、画像はシフトされない画像として表示される。
【０２０８】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示されている装置の変形例では、図２３（ｅ）に示されているような、位置合わせがパターン化された液晶セルが用いられる。図２３（ｅ）の液晶領域Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂは、配向が交互になった４分の１波長板として機能する。４分の１波長板１２０は不要である。補償フィルム１２９も用いられない場合は、ブラックマスク１２８を反射材料（例えばアルミニウムまたは銀）から形成することによって、ミラー６２およびブラックマスク１２８の機能を組み合わせることができる。
【０２０９】
図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示されているディスプレイの変形例を示している。具体的には、ブラックマスク１２８および補償フィルム１２９は配置されていない。図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示されているディスプレイの動作は、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示されているディスプレイの動作と実質的に同じであるため、ここでの説明は省略する。
【０２１０】
図２８は、画像輝度を高めるように構成されたディスプレイを示している。当該ディスプレイは、いくつかの点において、図２５（ａ）に示されているディスプレイとは異なっている。４分の１波長板１２０は、液晶セル１１１と出口偏光子８１との間に配置されている。液晶セル１１１上の部分のブラックマスク１２８は、部分ミラー６２としての機能を有しており、またパターン化された金属反射体（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銀の薄層）を含んでいる。上記部分ミラーの反射部分を、ＬＣＤ６１内の非透過性ブラックマスク領域１２８と対応するように構成することによって、全体的な輝度を高めることができる。これは、ミラー６２の非透過性部分が、光が全くまたはほとんど通過しない領域を覆い隠すからである。この構成では、液晶セル１１１は、２分の１波長板として機能する必要があり、また導波モードでは、フレデリックセルとして形成することができる。
【０２１１】
図２９に示されているディスプレイは、反射濃度が空間的に異なる金属ミラーがミラー６２として機能する点において、図２８に示されているディスプレイとは異なっている。この実施例では、反射／透過濃度がそれぞれ異なる反射領域６２ａおよび６２ｂが存在する。濃度は、例えば反射層を薄くすることによって、あるいはわずかに空間パターン化を行うことによって変化させることができる。このような構成は、ディスプレイ内において空間的に異なる他の構造と共に用いて、一般的なパターン化打ち込み（patterning beating）によって生じるモアレ縞を低減させるのに有用である。
【０２１２】
図３０に示されているディスプレイは、図２８に示されているディスプレイのタイプと同様であるが、４分の１波長板６８の機能は液晶セル内に組み入れられている。当該セルは、透過性ポリマーの段（transparent polymer step）１１１ａによって空間的にパターン化されている。１１１ｄなどの段は、セルの厚さ全体に伸びている。一方、１１１ｅなどの段は、下面から上方に向かって伸びており（方向は図３０に示されている）、またその上面上には、反射体６２の反射領域が形成されている。段１１１ｅ上のセル領域および反射領域は、液晶材料が４分の１波長板１１１ｃとして機能するような厚さとなっている。領域１１１ｅおよびその上部の反射領域の厚さまたは深さは、２分の１波長板１１１ｂを提供する液晶セルを形成するような厚さとなっている。
【０２１３】
このような構成では、個々の部品の数量を減らす必要があり、これは少なくとも一部のアプリケーションにおいて有利である。また、「上方」または前方画素からの光路は、いかなる波長板をも通過する必要がないため、偏光誤差によって生じる損失およびクロストークが低減される。しかし別の一実施形態では、液晶材料全体に適切な電圧を印加するために、透過性ポリマー領域１１１ｄを、液晶材料および電極に置き換えることもできる。
【０２１４】
図３１に示されているディスプレイは、４分の１波長板６８が、部分反射体６２を形成するパターン化されたアルミニウム領域の上方に位置する領域を含んでいる点において、図２８に示されているディスプレイとは異なっている。従って、４分の１波長板領域６８を通過する光は、経路６５を辿る光のみであるため、偏光誤差によって生じる損失およびクロストークが低減される。
【０２１５】
前述の実施形態では、前方および後方（または上方または下方）の画像は、実質的に同じ空間分解能で表示される、例えば、ＬＣＤ６１の画素の交互の横列によって、交互の画像の細片で表示される。しかしこれは不要であり、上方の画像および下方の画像を異なる空間分解能で表示することができる。図３２は、図２７（ａ）に示されているタイプのディスプレイにおける上記の実施例を示している。この場合、下方の画像には、上方の画像の二倍の数の横列に二倍の数の画素が割り当てられる。このような構成により、下方の画像の解像度および輝度が高くなる。しかし、具体的なアプリケーションに応じて、所望の数の画素および横列を割り当てることができる。
【０２１６】
図３３に示されているディスプレイは、４分の１波長板１２０と液晶セル１１１との間に２分の１波長板１２１が配置されている点において、図２７（ａ）に示されているディスプレイとは異なっている。４分の１波長板１２０と２分の１波長板１２１とを組み合わせることによって、その組み合わせ自体が、図２７（ａ）のディスプレイ内の４分の１波長板１２０と実質的に同じように機能する。しかし、波長板を組み合わせることによって無色彩反応（achromatic response）が多くなる。これは、クロストークおよび色アーチファクトを低減するのに有用である。
【０２１７】
ディスプレイ内においては、好ましくない様々なアーチファクトが生じ得、これによって性能が低下する場合がある。例えば、ディスプレイの部品間の界面において、フレネル反射が生じる場合がある。このような反射は、図３２に示されているディスプレイでは、４分の１波長板６８と部分ミラー６２との界面、部分ミラー６２と４分の１波長板１２０との界面、および４分の１波長板１２０と液晶セル１１１との界面において生じ得る。このような反射によって、損失が生じ、クロストークが増加する場合がある。これらの反射は、例えば部品間の（index-matching）、あるいは１つ以上の部品の表面に反射防止被覆を施すことによって低減することができる。
【０２１８】
ディスプレイ用の典型的なバックライトは、一般的に、視野領域を広くするために、比較的広い角度範囲において均一に照射するように設計されている。しかし、本願において開示されているディスプレイは、一般的に、ディスプレイの液晶セルとその他の部品との視差により、視野範囲の角度はより限定的である。従って、部分的に平行なバックライトを用いて、ディスプレイからの照明をより狭い角度範囲にすることができる。一定の入力では、このような構成によって画像輝度を高めることができる。
【０２１９】
本願に開示されているディスプレイの少なくとも一部では、液晶モードを交互にすることができる。具体的には、従来のねじれネマチック構成の代わりに、より厚い液晶層を用いて、当該液晶層が公知のモーガン領域内において動作するようにすることができる。このような構成によって、軸上および軸より高い角度において偏光誤差が低減するため、クロストークが低減する。
【０２２０】
「単一画像モード」が使用可能である場合、「単一画像モード」における輝度を高めるために、部分ミラー６２を、透過性の非反射モードに電気的に切り替えることができる。適切なタイプの電気的に切り替え可能なミラーは、例えば、ＵＳ６，９６１，１０５に開示されている。
【０２２１】
図３４は、本願に開示されているタイプのディスプレイが、ケーシング１３１である筐体内にいかにして実装されているかを示している。図３４に示されている構成では、ケーシング１３１内に、部品８０，６１，８１，１１１，１１２，１２０，６２および６８が実装されている。反射偏光子６３および吸収偏光子１３０は、ケーシングの外側において、透過性ウィンドウの上方に実装されている。これによってケーシングは、反射偏光子５３を部分ミラー６２から離す便利な手段となり、奥行き効果を高めることができる。
【０２２２】
図３５は、本願に開示されているディスプレイに対して用いて、ディスプレイの見かけ上の輝度を高めることのできる、画像処理技術を示している。この画像処理技術は、特に、「下方の面」内に生成された画像に対して有用である。当該技術は、画像のガンマ値の調節に依存している。ガンマ値は、画像内のグレーレベルデータと、ＬＣＤ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。図３５は、グレースケール値に対する表示輝度および線形関係を示している。図３５はまた、「上昇したガンマ（increased gamma）」関数を示している。「ガンマ上昇」関数では、中間グレーレベルの表示輝度は高く、完全な黒色レベルおよび完全な白色レベルは不変である。このため、画像の見かけ上の輝度が高くなる。
【０２２３】
図３６は、参照符号１４０において、公知のＬＣＤパネルの典型的な画素配置を示している。黒色領域は非透過性であり、また黒色材料によって被覆されており、例えばトランジスタ、キャパシタおよびパネルの制御線を被覆するマスクを形成している。この構成内における全ての画素は、同一の口径比を有している。このような画素構成は、本願に開示されているディスプレイに用いることができる。しかし、この配置を参照符号１４１に示されているように変更して、下方の面の画像を表示する画素Ｌの口径比が、上方の面の画像を表示する画素Ｕの口径比よりも大きくなるようにすることができる。このような構成とすることによって、下方の面の画像の輝度を高くすることができる。
【０２２４】
図３７は、参照符号１４２において別の画素構成を、そして参照符号１４０において従来の構成を示している。構成１４２では、全体的な口径比が維持されるように、画素の横列間における非透過領域が広くなっており、画素の縦列間における領域が狭くなっている。このような構成を用いて、ディスプレイの視野自由度を高めることができる。
【０２２５】
図３８は、前述したタイプのディスプレイの別のアプリケーションを示している。このアプリケーションにおけるディスプレイは、狭視野角すなわち「プライベート」モードと、広視野角すなわち「パブリック」視野モードとを切り替えることができる。当該ディスプレイは、プライベート視野モードにある場合は、角度視野範囲が限定的である。このため、中央の視認者１３２は表示される画像を視認することができるが、軸外の視認者１３３は表示される画像を視認することができない。当該ディスプレイは、プライベートモードでは、ＬＣＤの「裏」にある、奥行きがシフトされる位置６７において画像が視認されるように動作される。このモードは、例えば金銭に関わる情報あるいはその他の繊細な情報など、公的に閲覧するための情報ではない情報を表示するために用いることができる。公的に閲覧するための情報が表示される場合には、上記ディスプレイは、実質的にＬＣＤ６１のディスプレイ表面に画像が現れるように、シフトされないモードで動作される。パブリックモードにおける角度視野範囲を十分に広くするためには、偏光光学６２〜６４が、ＬＣＤ６１のディスプレイ表面よりも広く形成される。
【０２２６】
前述のＬＣＤ６１では、通常は、一度に一つの横列がアップデートまたはリフレッシュされる。これは、当該ＬＣＤの最上部から底部へと、フレームが完全にリフレッシュされるように行われる。ＬＣＤ６１が第１の画像および第２の画像あるいは連続画像を交互に表示する、時間系列的に動作されるディスプレイの場合、画像間の切り替えは、横列から横列へと行われる。この結果表示される画像の例は、図３９に示されている。この場合、画像は１６ミリ秒毎に変わる。これは、ＬＣＤのフレームレートである。
【０２２７】
これにより、ディスプレイにおいて、ＬＣＤの前の光学構造の１つ以上の素子が連続画像と同期して切り替わるという問題が生じ得る。例えば、図９（ａ）の実施形態に示されている２分の１波長板は、上記画像または連続画像のいずれか１つに対してオンにされる必要があり、他の画像または連続画像に対してはオフにされる必要がある。
【０２２８】
ＬＣＤが横列から横列へとリフレッシュされる影響を低減するために、切り替えられる関連光学素子を、個々に切り替え可能な複数のセグメントに分割することができる。これは、例えば、各セグメントがＬＣＤの複数の横列を被覆するように行うことができる。これにより、個々のセグメントは、順々に且つその下にあるＬＣＤの全ての横列の切り替えと同期して切り替えられる。このため、画素のリフレッシュと、その上に位置する個々のセグメントとの切り替えとの時間差は、比較的小さい。これは、図４０に示されている。図４０では、その状態のいずれか１つに切り替えられた光学素子のセグメントには陰影が付けられており、光学素子はこのようなセグメントを４つ有している。
【０２２９】
図４１（ａ）および図４１（ｂ）は、このようなセグメント化された切り替え可能な光学素子を、独立して切り替え可能な３つの水平セグメント９３，９４および９５を含んだ液晶セルとして有している。当該光学素子は、ガラス基板９６および９７を有しており、それらの間には、液晶材料から成る層を含んだ液晶セル９８が形成されている。下方の基板９７は、光学素子の全領域に広がる単一電極を有しており、上方の基板９６は、光学素子の３つの区域を形成する３つの電極９９を有している。個々の電極９９は、各光学素子セグメントを独立して切り替えられるように、別々にアドレスすることができる。電極９８および９９は、光学素子の液晶モードのためにに、適切な位置合わせ層１００を有している。
【０２３０】
横列から横列へとＬＣＤをリフレッシュすることによって生じる影響を低減するためには、連続フレームのリフレッシュとリフレッシュとの間における時間周期を長くするという別の技術がある。当該技術によって、リフレッシュを行うために用いられるフレームリフレッシュ周期の長さが短くなり、横列から横列へとアップデートすることによって生じる同期誤差が低減される。
【０２３１】
横列から横列へとアップデートすることによって生じる影響は、また、バックライト６０を、横列のリフレッシュ中にはオフにし、連続したフレームリフレッシュ周期間にはオンにすることによって低減することができる。冷陰極蛍光灯など一部のバックライトは、オンとオフとが瞬時には切り替わらない。しかし、フレーム周期への照射時間を短くすることによって同期誤差が低減し、ひいては視認者によって知覚される画像間のクロストークが低減する。
【０２３２】
例えば、このようなバックライトは、連続フレームリフレッシュ間における「待機時間」中、および各フレームリフレッシュ周期の開始時と終了時とにおいて、数ミリ秒、オンにすることができる。上記切り替え可能な光学素子は、バックライトがオフである間に状態を切り替える。この結果、画面の最上部と底部との付近に位置する画素に対してわずかな同期誤差が生じるが、ＬＣＤ６１の大部分の画素に対する誤差は実質的に皆無であるため、クロストーク性能における改善が得られる。
【０２３３】
本明細書に記載の全ての実施形態では、異なる奥行き画面間における画像の分離が完全ではない可能性がある。奥行きがシフトされる面Ｄに対する画像の一部が、実際の奥行き面Ｔに漏れ、Ｔ画像の一部が面Ｄに漏れる場合がある。このような漏れによってクロストークが生じるが、このようなクロストークは、視認者には実質的に知覚不可能である程度に低減しなければならない。例えば、Ｔ画像が暗い背景上の明るい図であり、Ｄ画像の大部分が暗い場合、視認者は、Ｄ画像上に重畳された明るい図の痕跡をわずかに視認する場合がある。
【０２３４】
なぜこのようなクロストークが、Ｄ画像からＴ画像とＴ画像からＤ画像との両方において生じ易いのかについては、多数の理由がある。偏光を操作する光学素子は、一般的に完全ではない。例えば、実際の偏光子は一般的に、一部の「不適切な偏光」を透過させ、リターダの動作は配向、波長、および処理条件に依存しており、また（時間系列的なディスプレイでは）液晶素子の切り替え時間が有限であるため、面Ｔと面Ｄとの両方から光が出るように見える時間周期が生じる。
【０２３５】
大部分のクロストークメカニズムによって、Ｔ画像の輝度とＤ画像の輝度との両方が、当初の画像データにほぼ線形に依存する。これは、ディスプレイ装置内の特定の画素の輝度を、特定の時点において二倍にすることによって、意図された奥行き面内では、上記画素からの両方の光が二倍になり、また上記時点において、意図されない奥行き面内へ上記画素から光が漏れるからである。
【０２３６】
従って、クロストークの問題は、行列形式によって表すことができる。これについて、以下では、時系列的なタイプのディスプレイに関して説明するが、インターレース画像および波長多重化に依存するディスプレイに対しても同様の技術を用いることができる。ディスプレイ装置に送信されるデータ値は、その画素によって表示される輝度に比例するものと仮定する。しかし、そうでない場合には、実際の「伝達関数」を考慮に入れなければならない。例えば陰極線管装置は、表示される輝度が、信号入力部へ印加される電圧の指数に比例する、指数法則反応（power-law response）を示す場合が多い。
【０２３７】
ｄを、その２つの成分が、ディスプレイ装置（ＣＲＴ、ＬＣＤ、あるいはその他の装置）がそれぞれモードＤおよびモードＴにある時間系列的な画像サイクル時に、当該ディスプレイの特定の画素に送られるデータである、ベクトルとする。使用可能なデータ値の範囲は、０〜１であるものと仮定する。ベクトルｂは、２つの奥行き面の上記特定の画素において視認者が見る画像の輝度である。上述した線形性ゆえに、これら２つのベクトルは２×２行列Ｍの関係となる。
Ｂ＝Ｍｄ
上記ディスプレイを使用する際には、輝度ｂ’を特定し、これらの輝度を示すためにディスプレイに送る必要のあるデータｄ’を計算する必要がある。従って、上記行列を逆にして、
ｄ’＝Ｍ−１ｂ’
というようにｄ’を計算する必要がある。
【０２３８】
原理上は、上記計算はクロストークに合わせて調節されるため、歪みのない画像が表示される。しかし不運にも、上記計算によって、成分ｄ’の値が、許容された範囲である［０、１］の範囲外となる。これを回避するためには、輝度ｂ’の範囲を用いる必要がある。
【０２３９】
上記行列の成分は、正数である。
Ｍ  ＝[ａ      β]
[γ      ｄ]
奥行き面１の輝度が主にデータ成分ｄ１によって制御され、奥行き面２が主に成分ｄ２によって制御される場合は、α＞β且つδ＞γである。画像データｄの値として考えられる全ての値は、図３０（ａ）に示されているような単位正方形である。図３０（ｂ）は、ｂの値として考えられる値の範囲の結果（実線で描かれた四辺形）を示している。
【０２４０】
β＜ｂ１＜α且つγ＜ｂ２＜δである場合は、ｄ’の値を許容範囲外に逸脱させることなく、両方の輝度を独立して変えることができる。これによって、ｂ’の値が長方形Ｂに制限される。これらの輝度の最小値はゼロと等しくないため、コントラストの損失が生じる。
【０２４１】
実際には、未加工の画像データｄは、
ｂ’１＝β＋（α−β）ｄ１
ｂ’２＝ｇ＋（d−γ）ｄ２
というスケーリング演算によって輝度範囲Ｂ内にマッピングされる。
【０２４２】
次に、ｂ’に逆行列Ｍ−１を適用することによって、補正されたデータｄ’が計算される。
【０２４３】
図４２（ａ）および図４２（ｄ）は、上記処理の実施例を示している。図４２（ｃ）の下方のグラフは、クロストークを補正することなく二重奥行きディスプレイに送られた画像データの横列の１つを示している。座標ｘは、画面全体の距離である。本実施例では、Ｍの成分は、
Ｍ＝[０．９      ０．２]
[０．１      ０．６]
となる。
【０２４４】
図４２（ｃ）の上方のグラフは、２つの奥行き面内における画像の輝度を示している。ｘ＝１２の地点において、成分ｂ１内にエッジが存在する。これは、データｄ１内には存在していない。これは、クロストークによって生じたものである。
【０２４５】
図４２（ｄ）は、クロストーク補正の処理を示している。許容輝度範囲内に上記成分をマッピングすることによって、データｄから輝度ｂ’が計算される。次に、ｂ’に逆行列Ｍ−１を適用することによって、補正されたデータｄ’が計算される。クロストークによって画像内に生じる不要な特徴は除去されるが、ゼロ輝度が使用不可能となったことによってコントラストが損失する。
【０２４６】
行列Ｍは、ディスプレイ上における画素の光の色（赤色、緑色、または青色）および位置に依存している。クロストーク補正は、色および／または位置に依存する係数の値を用いて適用することができる。
【０２４７】
Ｍは、環境要因にも依存する場合がある。具体的には、温度は、液晶セルの切り替え時間、ひいてはクロストークに影響を与える場合がある。このため、上記ディスプレイは、クロストーク補正方法に情報を提供して、環境の変化に応じて係数を変化させる、環境センサを備えていてもよい。
【０２４８】
クロストーク補正に用いられる係数を制御するために、フィードバック方法を用いることができる。例えば、ディスプレイの一角における画素（おそらくカバーの裏に隠れている）は、２つの奥行き面からの光を独立して検出できるような角度で配置されたフォトダイオードによってモニタすることができる。そして、これらのフォトダイオードによって測定された輝度を用いて、クロストーク補正係数が補正される。
【０２４９】
場合によっては、クロストークは、上述した線形モデルの通りではない。これによって、例えば、画像Ｄの強度を二倍にしても、画像Ｔへのクロストークの強度は二倍にならないか、あるいは、画像Ｔへのクロストークの強度は、画像Ｔの輝度に依存する。この場合、クロストーク補正を適用することはできるが、面Ｄと面Ｔとの両方における画像輝度の多数の値に対してクロストークの測定を行い、両方の面における全ての輝度値において良好に機能する補正を適用しなければならない。
【０２５０】
図４３（ａ）および図４３（ｂ）は、制御ボタンおよびその動作を示す、上方の画面と下方の画面との両方における画像を示している。例えば、ディスプレイの前にタッチパネルを設けて、ユーザが押したディスプレイ上の位置を検出できるようにすることができる。図４３（ａ）は、押されていない制御ボタンを示している。当該ボタンの「最上部」は、参照符号１５５において示されており、上方の画面内に表示される。当該ボタンの囲い、すなわちベゼルは、下方の画面内において、参照符号１５６の位置に表示される。図４３ｂは、制御ボタンが押された場合の画像を示している。この場合、制御ボタン１５５の最上部およびベゼル１５６は、両方とも下方の画面内に表示される。このような構成を用いることによって、押した時に反応する物理的な制御ボタンのより現実的な「感覚」を得ることができる。このような構成のアプリケーションの実施例としては、社内の娯楽システムまたは衛星ナビゲーションシステムを制御するための自動車用センターコンソールが挙げられる。
【０２５１】
本明細書においてこれまで説明した実施形態では、画面の奥行きを変化させることのできるディスプレイ、あるいは２つ以上の異なる奥行き面に画像を表示することのできるディスプレイを提供するために、ディスプレイ装置と共に光学系が用いられている。しかし、上記光学系を他の目的のために用いることができる。例えば、上記光学系を用いて、上記光学系の物理的長さよりも長い光学経路または光路を提供して、光学機器の長さを短くすることができる。
【０２５２】
例えば、このような光学系は、望遠ミラーあるいはその他の同様の機器に用いることができる。添付図４４は、公知のタイプの天体望遠ミラー、すなわちケプラー式望遠ミラーを示している。このような望遠ミラーは、焦点距離ｆｏｂを有する対物レンズ１４０と、焦点距離ｆｏｃを有する接眼レンズ１４１とを備えている。レンズ１４０および１４１は、同一の焦点面１４２を有しており、ｆｏｂ／ｆｏｃと等しい角倍率を提供する。
【０２５３】
高い倍率を得るためには、対物レンズ１４０の焦点距離ｆｏｂを比較的大きくする、および／または、接眼レンズ１４１の焦点距離ｆｏｃを比較的小さくする必要がある。接眼レンズ１４１によって生じる光学収差によって、最小焦点距離ｆｏｃが数レンズ径に制限される。従って、比較的高い倍率を得るためには、対物レンズ１４０の焦点距離ｆｏｂを長くする必要がある。上記望遠ミラーのレンズ間の全長は、上記焦点距離の和と等しい。このため、高い倍率を得るためには、上記望遠ミラーの物理的長さを大きくする必要がある。
【０２５４】
図４５に示されている天体望遠ミラーは、図９（ａ）に示されているタイプの光学系と、反射偏光子６２と、４分の１波長板６８と、５０％ミラー６３と、円偏光子７１とを有している。上記光学系は、レンズ１４０とレンズ１４１との間に配置されており、また、細長い光路６５を提供できるように単一モードで動作する。反射偏光子６２を対物レンズ１４０に隣接して配置し、円偏光子７１およびミラー６３を接眼レンズ１４１に隣接して配置することによって、倍率が同じでありながら、上記望遠ミラーの物理的長さを、図４４に示されている公知の望遠ミラーの長さの約３分の１まで短くすることができる。従って、倍率性能が同じでありながら、遥かに小型の機器を得ることができる。
【０２５５】
光路６５を形成するための前述の光学系は全て、レンズ１４０と１４１との間において用いることができる。また、図４５に示されている光学系、および他の実施形態における全ての光学系は、光学光路の長さを維持しながら機器の長さを短くする他のアプリケーションにおいて用いることができる。例えば、地上望遠ミラーまたは同様の機器を得るためには、図４４および図４５に示されているタイプの天体望遠ミラーによって生成されたインバータ画像を逆にする必要がある。これは通常、ミラー、追加的なレンズ、あるいはプリズムによって行うことができる。図４６に示されている地上望遠ミラーでは、画像を逆にするためにミラー１４３が用いられている。ミラー１４３は、図４５に示されているタイプの望遠ミラーシステム内に挿入されており、４分の１波長板６８と反射偏光子６２との間に配置されている。これによって、一定の倍率を有する地上望遠ミラーを、遥かに小型化することができる。
【０２５６】
図４７は、公知のタイプのデジタルカメラを図式的に示している。このカメラは、複合レンズ１４５を有している。複合レンズ１４５は、画像センサ１４７のセンサ面において、被写体１４６の画像を生成する。複合レンズ１４５は、カメラの縦軸１４８に沿って可動であるため、カメラからの様々な距離をおいて、被写体からの画像に正確に焦点を合わせることができる。複合レンズ１４５から画像センサ１４７までの距離は、少なくとも部分的には、レンズ１４５の焦点距離によって決定される。
【０２５７】
図４８に示されているように、カメラの物理的長さは、本明細書において説明した任意のタイプの光学系を画像センサと複合レンズとの間に配置することによって短くすることができる。例えば、図４８は、図４５に示されているタイプの光学系を示している。反射偏光子６２は、複合レンズ１４５の内端に隣接して配置されている。ミラー６３および円偏光子７１は、画像センサ１４７の前面に取り付けられている。従って、複合レンズ１４５の焦点距離が一定である、遥かに「短い」カメラを形成することができる。従ってこのような構成は、例えば、カメラ機能が組み込まれた移動または「携帯」電話など、小型である必要のあるアプリケーションにおいて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５８】
【図１】従来の多重画像奥行きディスプレイ（multiple image depth display）の一例を示す断面図である。
【図２】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図３】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図４】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図５】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図６】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図７】従来の多重画像奥行きディスプレイの一例を示す断面図である。
【図８（ａ）】本発明の一般的な実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図８（ｂ）】奥行き追加モードおよび「無奥行き」モードを示す図である。
【図９（ａ）】本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図９（ｂ）】本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図９（ｃ）】本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図１０（ａ）】上記第１の実施形態の動作を示す図である。
【図１０（ｂ）】上記第１の実施形態の動作を示す図である。
【図１０（ｃ）】上記第１の実施形態の動作を示す図である。
【図１０（ｄ）】上記第１の実施形態の動作を示す図である。
【図１１】さらに変形された、本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図１２（ａ）】本発明の第２の実施形態を構成するディスプレイの構造を示す図である。
【図１２（ｂ）】本発明の第２の実施形態を構成するディスプレイの動作を示す図である。
【図１３（ａ）】ディスプレイを示す図である。
【図１３（ｂ）】ディスプレイを示す図である。
【図１３（ｃ）】本発明の第３の実施形態を構成する変形されたディスプレイを示す図である。
【図１４（ａ）】本発明の第４の実施形態を構成するディスプレイの構造を示す図である。
【図１４（ｂ）】本発明の第４の実施形態を構成するディスプレイの動作を示す図である。
【図１５（ａ）】カラーフィルタの性能を示す図である。
【図１５（ｂ）】上記第４の実施形態の他の一実施例を構成する変形されたディスプレイを示す図である。
【図１６】本発明の第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１７（ａ）】本発明の第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１７（ｂ）】本発明の第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１８（ａ）】図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第１の奥行きモードの動作を示す図である。
【図１８（ｂ）】図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第１の奥行きモードの動作を示す図である。
【図１９（ａ）】図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第２の奥行きモードの動作を示す図である。
【図１９（ｂ）】図１７（ａ）および図１７（ｂ）のディスプレイの第２の奥行きモードの動作を示す図である。
【図２０（ａ）】本発明の第７の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２０（ｂ）】本発明の第７の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２１（ａ）】図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示したディスプレイの変形例を示す図である。
【図２１（ｂ）】図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示したディスプレイの変形例を示す図である。
【図２２】図２０（ａ）および図２０（ｂ）のディスプレイのさらなる変形例を示す図である。
【図２３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の飛び越し走査された画像実施形態において用いる光学素子の実施例を示す図である。
【図２４（ａ）】本発明の第８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（ｂ）】本発明の第８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）】本発明の第９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（ｂ）】本発明の第９の実施形態を構成するディスプレイを示す図である。
【図２６】本発明の第９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）】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイの一変形例を示す図である。
【図２７（ｂ）】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイの一変形例を示す図である。
【図２８】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図２９】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３０】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３１】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３２】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３３】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３４】図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２６に示すディスプレイのさらなる一変形例を示す図である。
【図３５】グレースケールまたは変形されたガンマ関数を示す値に対する表示輝度を示すグラフである。
【図３６】上記ディスプレイ内の使用に適したＬＣＤ画素配置を示す図である。
【図３７】上記ディスプレイ内の使用に適したＬＣＤ画素配置を示す図である。
【図３８】本発明の複数の実施形態を構成するディスプレイのアプリケーションを示す図である。
【図３９】本発明の複数の実施形態を構成するディスプレイの動作を示す図である。
【図４０】本発明の複数の実施形態を構成するディスプレイの動作を示す図である。
【図４１（ａ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能な一変形例を示す図である。
【図４１（ｂ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能な一変形例を示す図である。
【図４２（ａ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能なクロストーク補正を示す図である。
【図４２（ｂ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能なクロストーク補正を示す図である。
【図４２（ｃ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能なクロストーク補正を示す図である。
【図４２（ｄ）】本発明のいくつかの実施形態に適用可能なクロストーク補正を示す図である。
【図４３（ａ）】制御ボタンをシミュレートするディスプレイのアプリケーションを示す図である。
【図４３（ｂ）】制御ボタンをシミュレートするディスプレイのアプリケーションを示す図である。
【図４４】公知のタイプの天体望遠ミラーを示す図である。
【図４５】本発明の第１０の実施形態を構成する天体望遠ミラーを示す図である。
【図４６】本発明の第１１の実施形態を構成する地上望遠ミラーを示す図である。
【図４７】公知のタイプのデジタルカメラを示す図である。
【図４８】本発明の本発明の第１２の実施形態を構成するデジタルカメラを示す図である。
【図１】
0005495568.tif 000002
【図２】
0005495568.tif 000003
【図３】
0005495568.tif 000004
【図４】
0005495568.tif 000005
【図５】
0005495568.tif 000006
【図６】
0005495568.tif 000007
【図７】
0005495568.tif 000008
【図８（ａ）】
0005495568.tif 000009
【図８（ｂ）】
0005495568.tif 000010
【図９（ａ）】
0005495568.tif 000011
【図９（ｂ）】
0005495568.tif 000012
【図９（ｃ）】
0005495568.tif 000013
【図１０（ａ）】
0005495568.tif 000014
【図１０（ｂ）】
0005495568.tif 000015
【図１０（ｃ）】
0005495568.tif 000016
【図１０（ｄ）】
0005495568.tif 000017
【図１１】
0005495568.tif 000018
【図１２（ａ）】
0005495568.tif 000019
【図１２（ｂ）】
0005495568.tif 000020
【図１３（ａ）】
0005495568.tif 000021
【図１３（ｂ）】
0005495568.tif 000022
【図１３（ｃ）】
0005495568.tif 000023
【図１４（ａ）】
0005495568.tif 000024
【図１４（ｂ）】
0005495568.tif 000025
【図１５（ａ）】
0005495568.tif 000026
【図１５（ｂ）】
0005495568.tif 000027
【図１６】
0005495568.tif 000028
【図１７（ａ）】
0005495568.tif 000029
【図１７（ｂ）】
0005495568.tif 000030
【図１８（ａ）】
0005495568.tif 000031
【図１８（ｂ）】
0005495568.tif 000032
【図１９（ａ）】
0005495568.tif 000033
【図１９（ｂ）】
0005495568.tif 000034
【図２０（ａ）】
0005495568.tif 000035
【図２０（ｂ）】
0005495568.tif 000036
【図２１（ａ）】
0005495568.tif 000037
【図２１（ｂ）】
0005495568.tif 000038
【図２２】
0005495568.tif 000039
【図２３】
0005495568.tif 000040
【図２４（ａ）】
0005495568.tif 000041
【図２４（ｂ）】
0005495568.tif 000042
【図２５（ａ）】
0005495568.tif 000043
【図２５（ｂ）】
0005495568.tif 000044
【図２６】
0005495568.tif 000045
【図２７（ａ）】
0005495568.tif 000046
【図２７（ｂ）】
0005495568.tif 000047
【図２８】
0005495568.tif 000048
【図２９】
0005495568.tif 000049
【図３０】
0005495568.tif 000050
【図３１】
0005495568.tif 000051
【図３２】
0005495568.tif 000052
【図３３】
0005495568.tif 000053
【図３４】
0005495568.tif 000054
【図３５】
0005495568.tif 000055
【図３６】
0005495568.tif 000056
【図３７】
0005495568.tif 000057
【図３８】
0005495568.tif 000058
【図３９】
0005495568.tif 000059
【図４０】
0005495568.tif 000060
【図４１（ａ）】
0005495568.tif 000061
【図４１（ｂ）】
0005495568.tif 000062
【図４２（ａ）】
0005495568.tif 000063
【図４２（ｂ）】
0005495568.tif 000064
【図４２（ｃ）】
0005495568.tif 000065
【図４２（ｄ）】
0005495568.tif 000066
【図４３（ａ）】
0005495568.tif 000067
【図４３（ｂ）】
0005495568.tif 000068
【図４４】
0005495568.tif 000069
【図４５】
0005495568.tif 000070
【図４６】
0005495568.tif 000071
【図４７】
0005495568.tif 000072
【図４８】
0005495568.tif 000073