(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の像成分を透過させる第１の要素および第２の像成分を透過させる第２の要素を含む、光変調素子のマトリクスと、
該第１および第２の要素からの光をそれぞれ直線偏光するための第１の偏光軸を有する偏光手段と、
少なくとも１つの第１の遅延素子を備えた第１の光遅延手段であって、該第１の遅延素子は、該第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた第１の光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた第２の光学軸を有する第２の領域を含むことによって、該第１の要素からの光が該第１の領域によって偏光されかつ、該第２の要素からの光が該第２の領域によって該第１の領域にて偏光された該光に対して直交方向に偏光される、第１の光遅延手段と、
第１および第２の検出部を有する検出手段であって、各検出部はそれぞれ、少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた第２の光遅延手段および、該第１の偏光軸に対して規定された方向に設けられることを意図された第２の偏光軸を有する検光手段を備えた検出手段とを有し、
該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の像成分に関連する光のみが該第１の検出部によって透過されるように、前記第１の遅延素子の前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、
該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第２の像成分に関連する光のみが該第２の検出部によって透過されるように、前記第１の遅延素子の前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有している、イメージングシステム。
【請求項２】
前記第１の光遅延手段は、前記第１の要素からの光を第１の方向に直線偏光し、かつ前記第２の要素からの光を該第１の方向に対して平行でない第２の方向に直線偏光するように構成されている、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１の遅延素子は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する１／２波長板を含む、請求項１または２に記載のイメージングシステム。
【請求項４】
前記１／２波長板の前記第１および第２の領域の前記光学軸は、前記第１の偏光軸に対して−２２．５°および＋２２．５°に向けられている、請求項３に記載のイメージングシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の遅延素子は１／２波長板を含んでおり、前記第１および第２の検出部の該２つの１／２波長板は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する、請求項１、２、３または４に記載のイメージングシステム。
【請求項６】
前記第１および第２の検出部の前記１／２波長板の前記光学軸は、前記第１の偏光軸に対して−６７．５°および＋６７．５°にそれぞれ向けられている、請求項５に記載のイメージングシステム。
【請求項７】
前記検出手段は前記第１の光遅延手段に対して傾けられることが可能であり、
前記第１の光遅延手段の前記第１および第２の領域からの光を円偏光するための第３の光遅延手段と、
該第３の光遅延手段からの円偏光された光を直線偏光して該検出部の前記第２の光遅延手段に入力する、前記検出部の各々に対応付けられた第４の光遅延手段と、
をさらに有する請求項１から６のいずれかに記載のイメージングシステム。
【請求項８】
前記第３の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して９０°に向けられた光学軸を有する１／４波長板を含む、請求項７に記載のイメージングシステム。
【請求項９】
前記各検出部の前記各第４の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して平行な光学軸を有する１／４波長板を含む、請求項７または８に記載のイメージングシステム。
【請求項１０】
前記第３の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた光学軸を有する第２の領域を有する１／４波長板を含み、前記第１の要素からの光が所定の方向に円偏光され、かつ前記第２の要素からの光が該所定の方向の反対方向に円偏光される、請求項７に記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
前記第１の光遅延手段は直列に設けられた２つの１／２波長板を含み、該１／２波長板の各々は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する、請求項１から１０のいずれかに記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
前記第２の光遅延手段は直列に設けられた２つの１／２波長板を含み、該１／２波長板の各々は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する、請求項の１から１１のいずれかに記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
前記イメージングシステムは立体視イメージングシステムであり、前記検出手段の前記第１および第２の検出部は、左目観察部および右目観察部から構成され、該左目観察部および右目観察部を用いて前記第１および第２の像成分を左目および右目で同時に観察することにより、観察者は立体視像を観察し得る、請求項１から１２のいずれかに記載のイメージングシステム。
【請求項１４】
前記変調素子のマトリクス、前記偏光手段、および前記第１の遅延手段はディスプレイデバイスを構成し、前記検出手段は前記観察者が装着する眼鏡を構成し、前記右目観察部および左目観察部が該観察者の右目および左目の前に位置する、請求項１３に記載のイメージングシステム。
【請求項１５】
立体視イメージングモードにおいては前記第１および第２の像成分を透過し、非立体視イメージングモードにおいては前記検出手段なしで観察可能な２Ｄ像を透過するように前記光変調素子を制御する、切り替え可能な制御手段が設けられた、請求項１３または１４に記載のイメージングシステム。
【請求項１６】
第１の向きの第１の光学軸を有する第１の遅延部によって偏光された偏光および、第２の向きの第２の光学軸を有する第２の遅延部によって偏光された、該第１の遅延部によって偏光された光に対して直交方向の偏光を検出するための検出システムであって、
第１および第２の検出部を有する検出手段を有し、
前記第１および第２の検出部はそれぞれ、少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた光遅延手段および、所定方向に規定された偏光軸を有する検光手段を備えており、
該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延部によって偏光された偏光のみが該第１の検出部によって透過されるように、前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、
該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第２の遅延部によって偏光された偏光のみが該第２の検出部によって透過されるように、前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有する、検出システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第２の遅延素子は１／２波長板を含んでおり、前記各１／２波長板は、基準軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸をそれぞれ有する、請求項１６に記載の検出システム。
【請求項１８】
前記第１および第２の検出部の前記１／２波長板の前記光学軸は、前記基準軸に対して−６７．５°および＋６７．５°に向けられている、請求項１６に記載の検出システム。
【請求項１９】
第１の像成分を透過させる第１の要素および第２の像成分を透過させる第２の要素を含む光変調素子のマトリクスを、第１および第２の検出部を有する検出手段と組み合わせることにより立体視像を得る方法であって、
第１の偏光軸を有する偏光手段によって該第１および第２の要素からの光をそれぞれ直線偏光する工程と、
該第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた第１の光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた第２の光学軸を有する第２の領域を含み、少なくとも１つの第１の遅延素子が前記マトリクスに対応して設けられた第１の光遅延手段によって、該第１の要素からの光を該第１の領域によって偏光させ、かつ、該第２の要素からの光を該第２の領によって該第１の領域にて偏光された該光に対して直交方向に偏光させる工程と、
少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた第２の光遅延手段および、該第１の偏光軸に対して規定された方向に設けられることを意図された第２の偏光軸を有する検光手段をそれぞれ備えた第１および第２の検出部をそれぞれ有し、該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延素子の前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延素子の前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有している、検出手段によって、前記第１の像成分に関連する光のみを該第１の検出部によって透過させ、前記第２の像成分に関連する光のみを該第２の検出部によって透過させる工程と、
を包含する、立体視像を得る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイメージングシステムに関し、特に、限定しないが、液晶ディスプレイデバイスなどの画素化したディスプレイデバイスを有するタイプの立体視ディスプレイシステムおよび、観察者の目の直前に位置させることによりディスプレイデバイスに表示された立体視像を観察することを可能にする、補完用観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、各々が観察者の各目の直前に位置されるように設けられた２つの直交偏光子を有する眼鏡の形態の補完用観察装置とともに、立体視ディスプレイデバイスを有する、公知の立体視ディスプレイシステムの概略図である。立体視ディスプレイデバイスは画素マトリクスを有している。画素マトリクスの半分は第１の方向に偏光された光を発し、他の半分は第１の方向に対して直交する第２の方向に偏光された光を発する。例えば、画素をマトリクスの列および行として構成し、交互の画素または交互の画素行または画素列が２つの異なる偏光型をとるようにしてもよい。従って、ユーザの２つの目は２つの偏光型の画素の切り替えによって決定される異なる像を見ることにより、観察者は３次元の光景を知覚する。理想的には、３次元像を最良の質にするためには、異なる像のうちの１つのみに属する光が、なるべく広い波長帯域でユーザの各目に入射したほうがよい。
【０００３】
図１を参照して、このような公知の立体視ディスプレイデバイスは、２つの透明電極２および３の間に閉じこめられた液晶材料１の層を有し得る。透明電極２および３のうち一方が、２つの領域ＡおよびＢに分割されており、このデバイスの２つの画素に対応している。さらに、電極２および３ならびにその間に閉じこめられた液晶材料１は２つの直線偏光子４および５の間に設けられている。２つの直線偏光子４および５の偏光軸は、デバイス中の液晶材料のスイッチングモードによって決定される位置関係を有する。例えば、ツイステッドネマティック液晶ディスプレイ（ＴＮＬＣＤ）デバイスにおいては、偏光子の偏光軸は通常互いに対して垂直に構成されている。周知のように、デバイスの液晶材料は、発光を画素単位で制御することを可能にする画素化された光学シャッタとして機能する。従って、本明細書においてこれらのデバイスのスイッチング動作を詳細に記載する必要はないであろう。
【０００４】
図１に概略的に示す特定の構成において、液晶材料１ならびにその電極２および３の前に位置する偏光子５の偏光軸１１は、垂直にされている。さらに、光遅延器（オプティカルリターダ）としての１／４波長板６が偏光子５の前に設けられており、これは、２つの異なるパターンの領域Ａ’およびＢ’を有している。領域Ａ’およびＢ’の光学軸１２および１３は、偏光子５の偏光軸に対してそれぞれ−４５°および＋４５°に向けられている。このようにして、画素Ａを透過した光は、矢印７に示すように１／４波長板６の領域Ａ’から右回り方向に円偏光されて現れ、画素Ｂを透過した光は、矢印８に示すように１／４波長板６の領域Ｂ’から左回り方向に円偏光されて現れる。
【０００５】
立体視像を観察するためには、観察者の左目が１つの型の画素（例えば画素Ａ）を透過した光のみを感じ、他方の型の画素（例えば画素Ｂ）の状態を全く感じないようにする一方で、観察者の右目が後者の型の画素（例えば画素Ｂ）を透過した光のみを感じ、前者の型の画素（例えば画素Ａ）の状態を全く感じないようにすることが必要である。この目的のために、異なる偏光構成を有する観察眼鏡を観察者の目の直前に置く。図１では、観察者の右目１４の前の構成のみを図示している。
【０００６】
この場合の構成は、光遅延器としての１／４波長板９および偏光子１０を有している。１／４波長板９の光学軸１５は、１／４波長板６の領域Ｂ’の光学軸１３に平行である。偏光子１０の偏光軸１６は、偏光子５の偏光軸１１に対して９０°の方向に向けられている。このように、平行な光学軸１３および１５を有する１／４波長板６の領域Ｂ’および１／４波長板９が、直交する偏光子５および１０の間に設けられかつ偏光軸１１に対し＋４５°の方向に向けられた光学軸を有する１／２波長板としてふるまう結果、光が画素Ｂを透過して観察者の右目１４に到達する。一方、１／４波長板６および１／４波長板９の領域Ａ’の光学軸は直交しており、直交する偏光子５および１０の間に設けられているため、画素Ａを透過した光は全ての波長においてほぼ完全に相殺され（１／４波長板６および９が同一の材料で作製されており同じ分散特性を有していると仮定する）、その結果、画素Ａから観察者の右目１４に到達する光は実質的に存在しない。このような、光遅延器の効果を加算してゼロ遅延することに基づく完全にアクロマティック（無彩色）な挙動は、例えば米国特許第４７１９５０７号に記載されており、公知である。
【０００７】
図１には具体的に示していないが、ユーザの左目に対応する反対側の構成は、１／４波長板６の領域Ａ’の光学軸１２に平行な光学軸を有する１／４波長板および、偏光子５の偏光軸１１に対して９０°方向の偏光軸を有する偏光子からなることが理解されるであろう。この場合、互いに平行な光学軸を有する上記１／４波長板および１／４波長板６の領域Ａ’は、直交する偏光子の間に設けられかつ偏光軸に対し−４５°の方向に向けられた光学軸を有する１／２波長板としてふるまう結果、画素Ａを透過した光が観察者の左目に到達する。一方、上記１／４波長板および１／４波長板６の領域Ｂ’の光学軸は直交しているため、画素Ｂから観察者の左目に到達する光は実質的に存在しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２から理解されるように、１／２波長遅延器（ゼロ波長遅延器ではなく）を構成する２つの連続１／４波長板は、単一の波長において必要な作用を行うのみであり、直交する偏光子間の透過特性はアクロマティックでなくクロマティック（色付く）である。図２は、１／４波長板６の領域Ａ’および領域Ｂ’から検光子１０を通過した後に観察者の右目１４によって受け取られる光について、透過レベルを波長の関数として示している。領域Ａ’からの光は全波長において実質的に完全に相殺されるのに対し、領域Ｂ’からの光は、検光子１０を通過後、実質的に減衰されていないのは１つの波長（約５２５ｎｍ）のみであり、他の波長における光はより大きく減衰されている。勿論、観察者の左目によって受け取られる光は、図２においてＡ’をＢ’を逆にしたのと同様な透過曲線を有する。
【０００９】
上記デバイスにおいて、偏光子５の偏光軸１１に平行な偏光軸を偏光子１０に持たせることにより、図２のグラフの場合のようにアクロマティックな暗状態およびクロマティックな明状態を有する代わりに、クロマティックな暗状態およびアクロマティックな明状態を有するように構成することができる。図３は、観察者の右目が１／４波長板６の領域Ａ’およびＢ’から受け取る光の透過曲線のグラフである。図３は、期待される通り、領域Ｂ’から受け取られる光が波長依存性を有することを示している。やはり、観察者の左目が受け取る光の透過曲線は、図３においてＡ’をＢ’を逆にしたのと同様になる。
【００１０】
図４は、１／４波長板６の領域Ａ’およびＢ’から観察者の右目が受け取る光レベルを示すグラフであるが、ここではポリカーボネート遅延器を用いて観察用眼鏡の各部における１／４波長板９を形成している。そのようなポリカーボネート遅延器の方が従来よく用いられており、使用が安価である。ポリカーボネート遅延器の使用によりシステムの性能が大きく妥協されることはない。
【００１１】
Ｓ．  Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍの”Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  Ｐｌａｔｅｓ”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉａｎ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ｖｏｌ．  ＸＬＩ、ｎｏ．４、Ｓｅｃ．Ａ、１９５５、ｐｐ．１３０−１３６およびｐｐ．１３７−１４４に、スタック化均一遅延フィルムを用いることによるアクロマティック性を改善が説明されている。しかし、これらの文献は特に立体視イメージングシステムに関するものではない。
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、立体視イメージングシステムに好適に用いられる、アクロマティック帯域幅が改善されたイメージングシステムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のイメージングシステムは、第１の像成分を透過させる第１の要素および第２の像成分を透過させる第２の要素を含む、光変調素子のマトリクスと、
該第１および第２の要素からの光をそれぞれ直線偏光するための第１の偏光軸を有する偏光手段と、少なくとも１つの第１の遅延素子を備えた第１の光遅延手段であって、該第１の遅延素子は、該第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた第１の光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた第２の光学軸を有する第２の領域を含むことによって、該第１の要素からの光が該第１の領域によって偏光されかつ、該第２の要素からの光が該第２の領域によって該第１の領域にて偏光された該光に対して直交方向に偏光される、第１の光遅延手段と、第１および第２の検出部を有する検出手段であって、各検出部はそれぞれ、少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた第２の光遅延手段および、該第１の偏光軸に対して規定された方向に設けられることを意図された第２の偏光軸を有する検光手段を備えた検出手段とを有し、該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の像成分に関連する光のみが該第１の検出部によって透過されるように、前記第１の遅延素子の前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第２の像成分に関連する光のみが該第２の検出部によって透過されるように、前記第１の遅延素子の前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１４】
前記第１の光遅延手段は、前記第１の要素からの光を第１の方向に直線偏光し、かつ前記第２の要素からの光を該第１の方向に対して横方向である第２の方向に直線偏光するように構成されてもよい。
【００１５】
前記少なくとも１つの第１の遅延素子は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する１／２波長板を含む構成としてもよい。
【００１６】
前記１／２波長板の前記第１および第２の領域の前記光学軸は、前記第１の偏光軸に対して約−２２．５°および約＋２２．５°に向けられている構成としてもよい。
【００１７】
前記少なくとも１つの第２の遅延素子は１／２波長板を含んでおり、前記第１および第２の検出部の該２つの１／２波長板は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する構成としてもよい。
【００１８】
前記第１および第２の検出部の前記１／２波長板の前記光学軸は、前記第１の偏光軸に対して約−６７．５°および約＋６７．５°に向けられている構成としてもよい。
【００１９】
前記検出手段は前記第１の光遅延手段に対して傾けられることが可能であり、前記第１の光遅延手段の前記第１および第２の領域からの光を円偏光するための第３の光遅延手段と、該第３の光遅延手段からの円偏光された光を直線偏光して該検出部の前記第２の光遅延手段に入力する、前記検出部の各々に対応付けられた第４の光遅延手段と、をさらに有する構成としてもよい。
【００２０】
前記第３の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して約９０°に向けられた光学軸を有する１／４波長板を含む構成としてもよい。
【００２１】
前記各検出部の前記各第４の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して実質的に平行な光学軸を有する１／４波長板を含む構成としてもよい。
【００２２】
前記第３の光遅延手段は、前記第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた光学軸を有する第２の領域を有する１／４波長板を含み、前記第１の要素からの光が所定の方向に円偏光され、かつ前記第２の要素からの光が該所定の方向の反対方向に円偏光される構成としてもよい。
【００２３】
前記第１の光遅延手段は直列に設けられた２つの１／２波長板を含み、該１／２波長板の各々は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する構成としてもよい。
【００２４】
前記第２の光遅延手段は直列に設けられた２つの１／２波長板を含み、該１／２波長板の各々は、前記第１の偏光軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する第１および第２の領域を有する構成としてもよい。
【００２５】
前記イメージングシステムは立体視イメージングシステムであり、前記検出手段の前記第１および第２の検出部は、左目観察部および右目観察部から構成され、該左目観察部および右目観察部を用いて前記第１および第２の像成分を左目および右目で同時に観察することにより、観察者は立体視像を観察し得る構成としてもよい。
【００２６】
前記変調素子のマトリクス、前記偏光手段、および前記第１の遅延手段はディスプレイデバイスを構成し、前記検出手段は前記観察者が装着する眼鏡を構成し、前記右目観察部および左目観察部が該観察者の右目および左目の前に位置する構成としてもよい。
【００２７】
立体視イメージングモードにおいては前記第１および第２の像成分を透過し、非立体視イメージングモードにおいては前記検出手段なしで観察可能な２Ｄ像を透過するように前記光変調素子を制御する、切り替え可能な制御手段が設けられた構成としてもよい。
【００２８】
本発明による検出システムは、第１の向きの第１の光学軸を有する第１の遅延部によって偏光された偏光および、第２の向きの第２の光学軸を有する第２の遅延部によって偏光された、該第１の遅延部によって偏光された光に対して直交方向の偏光を検出するための検出システムであって、第１および第２の検出部を有する検出手段を有し、前記第１および第２の検出部はそれぞれ、少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた光遅延手段および、所定方向に規定された偏光軸を有する検光手段を備えており、該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延部によって偏光された偏光のみが該第１の検出部によって透過されるように、前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第２の遅延部によって偏光された偏光のみが該第２の検出部によって透過されるように、前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２９】
前記少なくとも１つの第２の遅延素子は１／２波長板を含んでおり、前記第１および第２の検出部の該２つの１／２波長板は、基準軸に対して等しくかつ互いに逆方向の角度に向けられた光学軸を有する構成とすることができる。
【００３０】
前記第１および第２の検出部の前記１／２波長板の前記光学軸は、前記基準軸に対して約−６７．５°および約＋６７．５°に向けられている構成としてもよい。
【００３１】
本発明の立体視像を得る方法は、第１の像成分を透過させる第１の要素および第２の像成分を透過させる第２の要素を含む光変調素子のマトリクスを、第１および第２の検出部を有する検出手段と組み合わせることにより立体視像を得る方法であって、第１の偏光軸を有する偏光手段によって該第１および第２の要素からの光をそれぞれ直線偏光する工程と、該第１の偏光軸に対して第１の方向に向けられた第１の光学軸を有する第１の領域および該第１の偏光軸に対して第２の方向に向けられた第２の光学軸を有する第２の領域を含み、少なくとも１つの第１の遅延素子が前記マトリクスに対応して設けられた第１の光遅延手段によって、該第１の要素からの光を該第１の領域によって偏光させ、かつ、該第２の要素からの光を該第２の領によって該第１の領域にて偏光された該光に対して直交方向に偏光させる工程と、少なくとも１つの第２の遅延素子を備えた第２の光遅延手段および、該第１の偏光軸に対して規定された方向に設けられることを意図された第２の偏光軸を有する検光手段をそれぞれ備えた第１および第２の検出部をそれぞれ有し、該第１の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延素子の前記第２の光学軸に垂直状態であって前記第１の光学軸に対して平行でない光学軸を有し、該第２の検出部の少なくとも１つの第２の遅延素子は、前記第１の遅延素子の前記第１の光学軸に垂直状態であって前記第２の光学軸に対して平行でない光学軸を有している、検出手段によって、前記第１の像成分に関連する光のみを該第１の検出部によって透過させ、前記第２の像成分に関連する光のみを該第２の検出部によって透過させる工程と、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００３２】
以下に作用を説明する。
【００３３】
本発明による上記イメージングシステムは特に、前記第１および第２の検出部が、観察者が立体視像を観察し得る観察手段の左目観察部および右目観察部によって構成された立体視イメージングシステムに、適用可能である。各観察部の第２の遅延器が第１および第２の光学軸のうち一方に対して実質的に垂直に設けられかつ第１および第２の光学軸のうち他方に対して横方向に設けられているため、観察者の各目は、実質的に第１および第２の像要素のうち一方からのみの光を受け取り、他方の像要素からの光は実質的に相殺される。従ってそのようなシステムは、同様な材料を遅延器に用いた従来技術の立体視ディスプレイシステムに比較して、アクロマティック性を実質的に改善することが可能である。
【００３４】
しかし、本発明のイメージングシステムは立体視ディスプレイシステム以外のシステムにも応用可能であることを理解することが重要である。例えば、本システムは、２つのアクロマティックチャネルのそれぞれを、第１および第２の像要素を別々に検出または観察するための（立体視像の２つの部分としてではなく）各検出器または観察器に適用したシステムに、応用し得る。さらに本システムは、立体視像が適切な受像面上に投影されて、観察手段の左目観察部および右目観察部を介して観察者によって観察される投影システムに、応用し得る。
【００３５】
または、第１の光遅延手段は、対応する要素からの光を円偏光するように構成されてもよい。いずれの場合にも、各遅延手段に１つ以上の遅延器を設け、それらの和が必要な直線または円偏光を生成するように構成してもよい。
【００３６】
第１の要素からの偏光および第２の要素からの偏光の間に必要な直交関係は、光が直線偏光されているか円偏光されているかに関わらず満たされ得る。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の理解をより完全にするために、本発明による立体視ディスプレイシステムのいくつかを実施例として、付属の図面を参照しながら説明する。
【００３８】
以下に説明する本発明の各立体視ディスプレイシステムにおいて、ディスプレイデバイスの要素と観察用眼鏡の要素とが協同して、図１のシステムのように単純な１／４波長板を用いて得られる帯域幅に比較してより優れたアクロマティック帯域幅を創出するように、光遅延素子が選択される。そのような改善されたアクロマティック性は、２つのシステム中の光遅延素子に同じ複屈折性材料を用いることに依存していることを理解することが重要である。なぜならば、図１のシステムの１／４波長板に用いられる材料と比較して大きく劣る材料（すなわち高分散性材料）を本発明のシステム中の光遅延素子に用いると、そのような改善を得ることができないからである。
【００３９】
以下の説明において、光遅延素子は、その公称値が５２５ｎｍ波長であるように選択される。しかし実際において、そのような遅延素子の複屈折率は温度の関数であることに注意されたい。従って、そのような遅延素子の材料を選択するとき、ディスプレイデバイスと観察用眼鏡とでは典型的な動作温度が異なることに留意することが必要である。以下の説明において、全ての遅延素子の材料は、特に断らない限りジアクリレートポリマーＲＭ２５７（Ｍｅｒｃｋ  Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能）であることを仮定している。そのようなポリマーは光重合が可能であるため、フォトリソグラフィー加工によりパターニングされた遅延素子を作製することが可能である。
【００４０】
図５に概略図示する本発明の第１の立体視ディスプレイシステムは、図１に示すものと同様な液晶材料１、電極２、３および偏光子４、５を含む液晶光学シャッタを有しており、図５においてこれらの要素を同じ参照符号で表している。図５の立体視ディスプレイシステムにおいて、図１の１／４波長板６の代わりに、パターニングされた１／２波長板２０を用いている。１／２波長板２０は、偏光子５の偏光軸１１に対して−２２．５°に向けられた光学軸２１を有する領域Ａ’および偏光子５の偏光軸１１に対して＋２２．５°に向けられた光学軸２２を有する領域Ｂ’を有している。このようにして、画素Ａを透過した光は、矢印２３に示すように１／２波長板２０の領域Ａ’から偏光子５の偏光軸１１に対して−４５°で直線偏光されて現れ、画素Ｂを透過した光は、矢印２４に示すように１／２波長板２０の領域Ｂ’から偏光子５の偏光軸１１に対して＋４５°で直線偏光されて現れる。図５においても、観察者の右目１４に対応する観察構成のみを図示している。この構成は、偏光子５の偏光軸１１に対して−６７．５°に向けられた光学軸２６を有する１／２波長板２５および、偏光軸５の偏光軸１１に対して９０°に向けられた偏光軸２８を有する偏光子２７を有する。当然、観察者の左目に対応する観察構成は、偏光子５の偏光軸１１に対して＋６７．５°に向けられた光学軸を有する１／２波長板および、偏光軸５の偏光軸１１に対して９０°に向けられた偏光軸を有するさらなる偏光子を有している。このように、観察者の右目に対応する１／２波長板２５の光学軸２６は、１／２波長板２０の領域Ｂ’の光学軸２２に対して垂直であり、１／２波長板２０の領域Ａ’の光学軸２１に対して横方向（すなわち平行ではない）である。さらに、観察者の左目に対応する１／２波長板の光学軸は、領域Ａ’の光学軸２１に対して垂直であり、領域Ｂ’の光学軸２２に対して横方向である。
【００４１】
図５には具体的に示していないが、例えば液晶ディスプレイパネルの場合、遅延素子２０はディスプレイパネルの基板の内側または外側に位置し得る。遅延素子２０をディスプレイパネルの内側に位置させる場合、偏光子５が遅延素子２０の内側に位置される限り、遅延素子２０は液晶材料と電極３との間に位置し得る。本発明による同様なシステムを立体視投射システムに応用することができ、その場合、１／２波長板２０から出射する光を適切なスクリーン上に投射して、得られた立体視像を左右の目用の観察構成を介して観察し得ることが理解されるであろう。この場合、液晶光学シャッタに代えて、偏光子４、５および１／２波長板２０を備えたスライドを、光源とスクリーンとの間に位置するように用いる。
【００４２】
図６は、観察者の右目に到達する、１／２波長板２０の領域Ａ’およびＢ’からの光の透過レベルを示すグラフである。領域Ｂ'から出射する光は−４５°に偏光されており１／２波長板２５の光学軸２６に対して１１２．５°の角度を有するため、この出射光は光学軸２６に対して２×１１２．５°の角度に回転され、偏光子５の偏光軸１１に対して−（６７．５＋１１２．５）＝−１８０°の角度を有する。結果として、この光は偏光軸２７によって相殺され、領域Ｂ'から観察者の右目１４に到達する光は実質的に無い。勿論、これは１／２波長板２５の光学軸２６が、１／２波長板２０の領域Ｂ'の光学軸２２に対して直交しているという事実から予測し得ることである。一方、＋４５°に偏光された領域Ａ'からの光は、１／２波長板２５の光学軸２６に対して２２．５°の角度を有しているため、１／２波長板２５からの出射光は−（６７．５＋２２．５）＝−９０°で出射する。従って、この光は偏光子２７を通過して観察者の右目１４に到達する。同様に、観察者の左目に対応する１／２波長板は、＋６７．５°の向きの光学軸を有し、偏光子５の偏光軸１１に対して９０°の向きの偏光軸を有する偏光子を有しているため、この１／２波長板の光学軸は、１／２波長板２０の領域Ａ'の光学軸２１と直交している。結果として、領域Ａ'からの光は１／２波長板によって相殺され、領域Ｂ'からの光のみが観察者の左目によって受け取られる。
【００４３】
図６は、観察者の右目１４によって受け取られる１／２波長板２０の領域Ａ'およびＢ'からの光の、波長に対する透過レベルを示しており、図１の公知のシステムによって得られる図２の透過曲線に対してアクロマティック性が実質的に改善されていることがわかる。すなわち、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ波長範囲における領域Ａ'からの光の透過曲線が平坦になっていることからわかるように、観察者の目において受け取られる光の波長への依存性が実質的に減少している。この場合、観察者の右目によって受け取られる光は、（図２におけるように領域Ｂ'からの光ではなく）領域Ａ'からの光であることに注意されたい。やはり、観察者の左目において受け取られる光は、図６においてＡ’をＢ’と逆にしたのと同様な透過曲線を有する。
【００４４】
図１を参照して上述した公知のシステムと同様に、上記構成はアクロマティックな暗状態およびクロマティックな明状態を有する。あるいは、偏光子２７を９０°回転させて偏光軸２８が偏光子５の偏光軸１１に平行になるように構成することにより、本システムをクロマティックな暗状態およびアクロマティックな明状態を有するように選択し得る。このような別態様における透過曲線を図７に示す。この場合、１／２波長板２０の領域Ｂ'からの光が主に観察者の右目で受け取られ、領域Ａ'からの光は実質的に消光される。やはり、図７の透過曲線と図３の透過曲線の比較により、アクロマティック性が本発明において実質的に改善されていることがわかる。
【００４５】
しかし、図５のシステムは図１の公知のシステムに対して１つの欠点を有している。すなわち、図１の公知のシステムの場合、１／４波長板６の領域Ａ'およびＢ'から出射する光は円偏光されており（狭い波長範囲内であるが）、図２および３の透過曲線が、観察用眼鏡の１／４波長板９および偏光子１０の組合わさった回転（すなわち観察者の頭部の傾き）に対してある程度独立になることを意味している。この利点は図５のシステムにおいては得られない。なぜならば、１／２波長板２０の領域Ａ'およびＢ'から出射する光は円偏光ではなく直線偏光されているからである。これは、図８および９のグラフによって示されている。図８および９は、図１のシステムおよび図５のシステムのそれぞれにおいて、観察者の頭部が＋２０°傾けられたときに（従って、例えば１／４波長板９の光学軸１５の角度が６５°で偏光子１０の光学軸１６の角度が１１０°になる場合）、観察者の右目によって受け取られる光の透過曲線を示すグラフである。図８を図２と比較すると、観察者の頭部をこのように傾けても観察者の右目が受け取る光の透過曲線は大きく影響を受けることがないことがわかる。一方、図９を図６と比較すると、観察者の頭部をこのように傾けることによる影響のため、領域Ｂ'から実質的な量の光が観察者の右目に到達してしまうことがわかる。
【００４６】
図１０に示す本発明による第２の立体視ディスプレイシステムにおいて、ディスプレイデバイスと観察用眼鏡の両方において追加的な要素が設けられている。すなわち、１／２波長板２０の前には、偏光子５の偏光軸１１に対して９０°に向けられた光学軸３１を有する１／４波長板３０が設けられており、観察者の各目に対応する１／２波長板の後方には、偏光子５の偏光軸１１に平行な光学軸３３を有するさらなる１／４波長板３２が設けられている。直交する光学軸３１および３３を有する１／４波長板３０および３２の効果は、ディスプレイデバイスと観察用眼鏡との間を通過する円偏光３４および３５が生成されることである。
【００４７】
図１１は、図１０のシステムを用いた際に観察者の右目が１／２波長板２０の領域Ａ'から受け取る光の透過曲線を示しており、図５のシステムにおける透過曲線を示す図６と同様なアクロマティック性が得られていることがわかる。さらに、図１２は、図１０のシステムを用い、観察者の頭部が＋２０°傾けられた際に観察者の右目が受け取る光の透過曲線を示している。図１２を図９（観察者の頭部が同じ角度だけ傾けられた際に得られる図５のシステムの透過曲線を示す）と比較することにより、透過曲線の観察者の頭部の傾きに対する独立性が大きく改善されていることがわかる。
【００４８】
図１１のクロマティック性プロットを得る際、図１０のシステム中の光遅延素子は、複屈折性ジアクリレートポリマーＲＭ２５７からなっている。ポリマーＲＭ２５７は光重合が可能であるので、フォトリソグラフィーによってパターニングすることができ、図１０の１／２波長板２０の材料として特に適している。しかし観察用眼鏡の１／４波長板３２および１／２波長板２５はパターニングされていないため、これらの要素を、延伸された遅延膜(リターダフィルム)を用いたより従来に近くかつより安価な材料で作製することが好ましい場合もあり得る。実際においてこれらの要素はポリカーボネートで形成されてもよい。
【００４９】
図１３は、１／４波長板３２および１／２波長板２５をポリカーボネートで作製した場合の（ただし１／２波長板２０および１／４波長板３０はポリマーＲＭ２５７で作製している）図１０のシステムにおいて、観察者の右目の受け取る光の透過曲線を示す。図１１および図１３の透過曲線にはわずかな違いがあることがわかる。例えば、図１３における約３５０ｎｍの波長領域において、暗状態は絶対的にアクロマティックではなくなっている。しかし、１／４波長板３２および１／２波長板２５をポリカーボネートで作製した場合は、図１０のシステムは依然として図１に示す公知のシステムにおけるよりも実質的に改善されたアクロマティック性を提供している。この面において、図１３の透過曲線を、図４の透過曲線（図１に示す公知のシステムにおいて１／４波長板９をポリカーボネートで作製した場合に観察者の右目が受け取る光を示す）と比較されたい。
【００５０】
図１４に、１つ以上のパターニングされた光遅延素子を用いることによりシステムのアクロマティック性をさらに改善した、本発明による第３のディスプレイシステムを示す。この構成において、ディスプレイデバイスは３つの光遅延素子、すなわち２つの１／２波長板４０および４１ならびに１／４波長板４２を備えている。１／２波長板４０の領域Ａ'およびＢ'は、−６．８７°および＋６．８７°に向けられた光学軸を有する。１／２波長板４１の領域Ａ'およびＢ'は、−３４．５３°および＋３４．５３°に向けられた光学軸を有する。１／４波長板４２の領域Ａ'およびＢ'は、−１００．３３°および＋１００．３３°に向けられた光学軸を有する。図１０のシステムと同様に、ディスプレイデバイスと観察用眼鏡との間を円偏光４３および４４が通過する。一方観察用眼鏡は、偏光子５の偏光軸１１に平行な偏光軸を有する偏光子４８に加えて、各目につき３つの光遅延素子、すなわち１／４波長板４５（１９０．３３°の光学軸を有する）、１／２波長板４６（１２４．５３°の光学軸を有する）、および１／２波長板４７（９６．８７°の光学軸を有する）を有している。３つの遅延素子４５、４６および４７が組合わさって円偏光子を形成している。図１４においては観察者の右目１４に対応する遅延素子群を示しており、観察者の左目に対応する遅延素子群はそれぞれ負の角度に向けられた光学軸を有することが理解されるであろう。
【００５１】
観察者の右目に対応する１／２波長板４６の光学軸（１２４．５３°方向）は、１／２波長板４１の領域Ｂ'の光学軸（＋３４．５３°方向）に対して垂直であり、１／２波長板４１の領域Ａ’（−３４．５３°方向）の光学軸に対して横方向（すなわち平行でない）であることが理解されるであろう。さらに、観察者の左目に対応する１／２波長板４６の光学軸（−１２４．５３°方向）は、１／２波長板４１の領域Ａ’の光学軸に対して垂直であり、１／２波長板４１の領域Ｂ’の光学軸に対して横方向である。
【００５２】
図１５は、図１４のシステムにおいて観察者の右目が受け取る光の透過曲線を示している。画素Ａと観察者の右目との間に設けられた遅延素子群の総合効果は、実質的にゼロの遅延を付与することにより、平行偏光子間が白く見えるようにすることである。一方、画素Ｂと観察者の右目との間に設けられた遅延素子群の総合効果は、１／２波長板として作用することにより平行偏光子間が黒く見えるようにすることである。結果として、図１に示す公知のシステムに比較してずっと広い帯域幅が提供される。前述のシステムにおけると同様に、偏光子４８を９０°回転してその偏光軸が偏光子５の偏光軸１１と直交する構成を用いることにより、暗状態と明状態を逆にすることができる。
【００５３】
図１６は、図１４のシステムと同じ数の遅延素子を有する、本発明による第４の立体視ディスプレイシステムを示す。ただし図１６のシステムにおける遅延素子群は、０．３２２λ遅延素子５０（領域Ａ’における光学軸が−１０２．５°で領域Ｂ’における光学軸が＋１０２．５°）、１／２波長板５１（領域Ａ’における光学軸が−１７２．５°で領域Ｂ’における光学軸が＋１７２．５°）、および、０．３２２λ遅延素子５２（領域Ａ’における光学軸が−１０２．５°で領域Ｂ’における光学軸が＋１０２．５°）を含んでいる。さらに、観察用眼鏡の各目に対応する遅延素子群は、０．３２２λ遅延素子５３（±１９２．５°の光学軸）、１／２波長板５４（±２６２．５°の光学軸）、および、０．３２２λ遅延素子５５（±１９２．５°の光学軸）を含んでいる。３つの遅延素子５０、５１および５２が組合わさり、各領域Ａ’またはＢ’につきユニークな光学軸を有する第１の１／４波長遅延素子を形成する。各目に対応する３つの遅延素子５３、５４および５５が組合わさり、第１の１／４波長遅延素子の一方の光学軸に対して垂直でかつ第１の１／４波長遅延素子の他方の光学軸に対して横方向である光学軸を有する、第２の１／４波長遅延素子を形成する。図１７は、図１６のシステムにおいて観察者の右目が受け取る光の透過曲線を示しており、このシステムにおいても図１４のシステムと同様な特性が達成されることが理解されるであろう。
【００５４】
本発明の発展形において、液晶ディスプレイパネルは、立体視像表示モードと従来の２Ｄ（非立体視）像表示モードとの２つのモードの間で制御可能であり、ユーザが操作可能なスイッチを設けることにより、ユーザがこれら２つのモード間で切り替えを行うことを可能にする。従来の２Ｄ像表示モードにおいては、公知の２Ｄディスプレイシステムにおいて２Ｄ像を表示するために用いられるような従来の２Ｄデータ信号により、液晶ディスプレイパネルを駆動する。人間の目は光の偏光状態を感知しないため、観察者は単に観察装置（図５の構成要素２５および２７を含む）を目の前から取り除くことにより２Ｄ像を観察することができる。図５の実施態様から構成要素２５および２７を取り除いた状態を図１８として示す。この場合、遅延素子２０は実質的に光の偏光状態のみに影響するため、観察者はパターニングされた遅延素子２０を実質的に意識しなくなる。従って、通常供給される３Ｄ像データの代わりにディスプレイパネルの画素に適切な２Ｄ像データが供給されると、パネルは従来の２Ｄディスプレイパネルとして動作し、ユーザは観察装置の助けなしにこれを観察することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によると、立体視イメージングシステムに好適に用いられる、アクロマティック帯域幅が改善されたイメージングシステムを提供することができる。
【００５６】
さらに、本発明のイメージングシステムは立体視ディスプレイシステム以外のシステムにも応用可能であり、例えば、２つのアクロマティックチャネルのそれぞれを、第１および第２の像要素を別々に検出または観察するための各検出器または観察器に適用したシステムに応用し得る。さらに本システムは、立体視像が適切な受像面上に投影されて、観察手段の左目観察部および右目観察部を介して観察者によって観察される投影システムに応用し得る。また、３Ｄ（立体視）像表示モードと２Ｄ（非立体視）像表示モードとの間で切換え可能なイメージングシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の立体視ディスプレイシステムを示す概略図である。
【図２】図１のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図３】図１のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図４】図１のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図５】本発明による第１の立体視ディスプレイシステムを示す概略図である。
【図６】図５のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図７】図５のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図８】図２のグラフと同様なグラフであって、観察者の頭部が２０°傾けられた場合を示す。
【図９】図６のグラフと同様なグラフであって、観察者の頭部が２０°傾けられた場合を示す。
【図１０】本発明による第２の立体視ディスプレイシステムを示す概略図である。
【図１１】図１０のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図１２】図１０のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図１３】図１０のシステムを用いた際に観察者の一方の目によって受け取られる光の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図１４】本発明による第３の立体視ディスプレイシステムを示す概略図である。
【図１５】図１４のシステムを用いた際の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図１６】本発明による第４の立体視ディスプレイシステムを示す概略図である。
【図１７】図１６のシステムを用いた際の、波長に対する透過レベルを示すグラフである。
【図１８】第１のディスプレイシステムを２Ｄ像を表示するために用いられた場合を示す概略図である。
【符号の説明】
１  液晶材料
２、３  電極
４、５  偏光子
１１  偏光軸
１４  観察者の右目
２０  パターニングされた１／２波長板
２１、２２  光学軸
２５  １／２波長板
２６  光学軸
２７  偏光板
２８  偏光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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