JPH0366646B2 - - Google Patents

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JPH0366646B2
JPH0366646B2 JP56180275A JP18027581A JPH0366646B2 JP H0366646 B2 JPH0366646 B2 JP H0366646B2 JP 56180275 A JP56180275 A JP 56180275A JP 18027581 A JP18027581 A JP 18027581A JP H0366646 B2 JPH0366646 B2 JP H0366646B2
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Tooshu Puramaa Uiriamu
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Polaroid Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は、一般的には放射エネルギのスペクト
ル組成を変化させるためのフイルタに関し、特
に、好ましくは液晶および偏光子を用い、スペク
トルの可視領域における放射スペクトル構成を変
化させることによつて所定数の色のうちの任意の
１色を与えるフイルタに関する。 色フイルタは、写真および光学技術の分野で公
知されており、色を合成する目的で、それらに入
射する電磁放射のスペクトル強度分布および／ま
たは偏光状態を所望に応じて変化させうる装置お
よび材料を包含している。 吸収フイルタと呼ばれる公知の形式のフイルタ
は、ある波長の入射放射を部分的に、または完全
に、選択的に吸収すなわち除去して、フイルタを
透過した残余の放射が所望の色をもつようにする
ための、ゼラチンまたはプラスチツクなどの適宜
の媒体に溶解した化学染料を有している。他の公
知のフイルタとしては、色を合成するための干渉
効果を作りだす各種物質の薄いコーテイングまた
は薄膜を用いたものがあり、これらはその性質上
干渉フイルタと呼ばれている。１方向に偏光した
放射を他方向に偏光した放射よりも強く選択的に
吸収する２色性フイルタも公知である。 また、燐酸二水素アンモニウム（ADP）おた
び燐酸二水素ナトリウム（KDP）などの、外部
からの磁界および電界の印加によつて光学的に活
性化される材料も公知である。これらの材料は平
面偏光子および２色性偏光フイルタとさまざまに
組合わされて、印加された電界または磁界に応答
して各種の色を発生しうる多色フイルタ装置を形
成するのに用いられる。 米国特許第2493200号には、複数の２色性偏光
子、平面偏光子、および分数波長遅延板として作
用するように配置されたADPを包含する複数の
カー・セルを組合わせた色フイルタが開示されて
いる。 もう１つの例は、米国特許第4068926号で、こ
れには無色直線偏光子と着色直線偏光子との間に
サンドイツチ状に挾まれたねじれネマチツク液晶
セルが開示されている。この組合わせは、像とバ
ツクグランドとの組合わせにおいて、着色したも
のの上に無色のものがあるか、または、無色のも
のの上に着色したものがあるような着色パターン
を表示するように配置される。 米国特許第2834254号には、分数波長遅延板と
して作用するADP材料の性質を、偏光子と組合
わせて使用するもう１つの例が開示されている。 米国特許第3936147号には、複合色偏光素子、
無色偏光フイルタ、および1/4波長遅延板を包含
する機械的に操作できる可変色フイルタが説明さ
れている。 米国特許第3994565号には、相異なる平面内で
直線偏光した２つの色光源を、ねじれネマチツク
構造をもつた液晶と組合わせて、相異なる色のバ
ツクグラウンド上に文字を表示することが説明さ
れている。 米国特許第4025164号には、色表示装置として
構成された、２色性偏光子、液晶、平面偏光子、
および鏡の組合配列が説明されている。 米国特許第2586635号には、平面偏光子、偏光
色フイルタ、および複屈折性偏光面回転装置の組
合わせを包含する色フイルタが説明されている。 1973年11月のJournal of Applied Physics，
Vol.44，No.11所載のTerry J.Schefferによる論文
“New Multicolor Liquid Crystal Displays
That Use Ａ Twisted Nematic Electro−
optical Cell”には、偏光子、液晶、および光遅
延板を利用した２色および４色表示が説明されて
いる。 （発明の目的） 多色フイルタ装置の上述の諸例から明らかなよ
うに、色の合成は光学および写真技術の分野にお
いて重要性を有する。従つて、本発明は、入射す
る可視光のスペクトル組成を変化させて、各種の
所定の異なる色の任意の１つを選択的に透過さ
せ、かつその飽和度と色相を制御することのでき
る色フイルタを提供することを主たる目的とす
る。 本発明のもう１つの目的は、放射エネルギのス
ペクトル組成を連続的に変化させることによつて
１つの光線を合成する色成分のうちの任意の１つ
を与えうる色フイルタを提供することである。 本発明のもう１つの目的は、１つの光線を合成
する色成分のうちの任意の１つを発生しうる電気
−光学的色フイルタを提供することである。 本発明のさらにもう１つの目的は、平面偏光
子、２色性偏光子、および偏光面回転器の好まし
い配置を用いて、改良された色飽和および色相の
制御を行ないうる色フイルタを提供することであ
る。 （発明の概要） 本発明のフイルタは、光路に沿い、該光路を進
む光をさえぎるように配置された、相異なる色の
複数の染色偏光素子を包含している。それぞれの
染色偏光素子は、可視スペクトルの一部を平面偏
光させ、可視スペクトルの残余部分を偏光させず
に透過させるように構成された装置を構成してい
る。 さらに、前記光路に沿つて平面偏光子が配置さ
れ、可視スペクトルの全ての波長を実質的に一様
に偏光させるようになつている。 フイルタにはまた、直線偏光の回転を0゜から
90゜まで変化させるための複数の装置が包含され
ている。これらの装置は、それぞれの染色偏光素
子に対して１つずつ、前記光路に沿つて配置さ
れ、例えばねじれネマチツク液晶で構成されて、
印加された電圧に応じて直線偏光の回転を0゜から
90゜まで変化させうる。物理的に回転を制御可能
な半波長波板を代わりに使用することもできる。 染色偏光素子、平面偏光子、およびねじれネマ
チツク液晶セルは、フイルタに入射する可視光の
スペクトル組成を変化させて、所定数の色の任意
の１つがフイルタによつて透過されるようにする
ために、所定の様式で光路に沿つて配置され、該
１つの色の飽和度および色相は、ねじれネマチツ
ク液晶セルに印加される電圧によつて制御され
る。 このフイルタの実施例においては、３つの染色
偏光素子の１つが緑色光を吸収し且つ平面偏光さ
せるが赤色光および青色光は偏光させずに透過さ
せるマゼンタ染料を包含したものであり、第２の
ものが赤色光を吸収し且つ平面偏光させるが青色
光および緑色光は偏光させずに透過させるシアン
染料を包含し、第３のものが青色光を吸収し且つ
平面偏光させるが緑色光および赤色光は偏光させ
ずに透過させる黄色染料を包含したものが用いら
れている。 光路に沿つての、フイルタ諸要素の好ましい配
列は次の順序によるものである。すなわち、マゼ
ンタ染色偏光素子、ねじれネマチツク液晶セル、
平面偏光子、もう１つのねじれネマチツク液晶セ
ル、シアン染色偏光素子、第３の液晶セル、次に
黄色染色偏光素子、の順序である。 本発明の諸特徴は、特許請求の範囲に記載され
ており、添付図面を参照しつつ行なわれる実施例
に関する以下の説明において明らかにされる。 （実施例） 第１図には、本発明の色フイルタの実施例が１
０に示されている。このフイルタ１０は、放射エ
ネルギ源１１からの可視光のスペクトル組成を選
択的に変化させ、異なつた飽和度および色相を有
する所定数の色を透過させるためのものである。
これを実現するための、フイルタ１０の好ましい
構造は、光軸OAに沿つて左から右へ、マゼンタ
染色偏光子１２、第１液晶セル１４、通常の直線
偏光子すなわち平面偏光子１６、第２液晶セル１
８、シアン染色偏光子２０、第３液晶セル２２、
および黄金染色偏光子２４を包含するものであ
る。 染色偏光子１２，２０および２４は、好ましく
は吸収性染料によつて処理された引伸ばされたポ
リビニルアルコール・シートを包含しており、そ
れによつてそれぞれの染色偏光子は、可視スペク
トルの異なつた部分を吸収し、染料によつて吸収
されるその可視スペクトル部分を平面偏光せしめ
るが、可視スペクトルの非吸収部分は偏光せずに
透過させるようになつている２色性偏光子であ
る。染色偏光子１２，２０および２４の製造、お
よびそれらに対する染料の選択は米国特許第
2328219号および第4025164号に説明されているよ
うに行なえばよい。 第２図、第３図、および第４図にはそれぞれ、
染色偏光子１２，２０、および２４の好ましい相
対透過特性が曲線５０，５４および５８によつて
示されている。それぞれの染色偏光子の相対透過
特性は、用いられている特定染料の吸収スペクト
ルの形を表わしている。特定の応用のために所望
される絶対的透過特性は、適宜の染料濃度レベル
を用いることによつて公知の方法で容易に制御さ
れうる。 染色偏光子１２は、好ましくはマゼンタ染料を
含有せしめられた、緑色光（波長約0.5ないし0.6
ミクロン）を平面偏光せしめるが、青色光（約
0.4ないし0.5ミクロン）および赤色光（約0.6ない
し0.7ミクロン）は偏光させずに透過させる２色
性偏光子である。染色偏光子１２の透過軸１３は
好ましくは水平に配置し、緑色光が透過軸１３に
平行な平面内に偏光するようにする。 染色偏光子２０はシアン染料を含有せしめら
れ、赤色光を平面偏光させ且つ吸収するが、青色
光および緑色光は偏光させずに透過させる２色性
偏光子である。染色偏光子２０の透過軸１７は、
やはり水平に配置し、青色光が透過軸１７と、染
色偏光子１２の透過軸１３との双方に平行な平面
内に偏光するようにする。 染色偏光子２４は黄金染料を含有せしめられ、
青色光を吸収し且つ平面偏光させるが、緑色光お
よび赤色光は偏光させずに透過させる２色性偏光
子である。染色偏光子２４の透過軸１９は鉛直に
配置されているので、これによつて偏光せしめら
れた青色光は、透過軸１９に平行な平面内に偏光
して染色偏光子２４から出てくる。 平面偏光子１６は、公知のように、可視スペク
トルの全波長を実質的に一様に平面偏光させる作
用を有する。平面偏光子１６の透過軸１５は鉛直
に配置されている。このように配置された場合、
染色偏光子１２，２０，２４、および平面偏光子
１６は、相互にそれらの偏光透過軸が方位角を
90゜ずつ増加して行くように位置している。 液晶セル１４，１８，２２は、1971年２月の
Applied Physics Letters，Vol.18，No.４，15所
載の論文、Ｍ・SchadtおよびＷ・Helfrich著
“Voltage−Dependent Optical Activity of Ａ
Twisted Nematic Liquid Crystal”に説明さ
れているねじれネマチツク形のものである。それ
ぞれの液晶セル１４，１８，２２は、導電被覆さ
れた２枚のガラス板間に配置された適宜のネマチ
ツク液晶材料を包含している。第１図において
は、セル１４の液晶材料は３０に示されており、
適宜の導電性制御層を有するそのガラス板は２６
および２８に示されている。セル１８の液晶材料
は３８に示されており、導電被覆を有するそのガ
ラス板は３４および３６に示されている。また、
セル２２の液晶材料は４６に示されており、導電
被覆を有するそのガラス板は４２および４４に示
されている。これらの液晶セル１４，１８、およ
び２２は、上述の論文に説明されているように動
作し、それらのそれぞれの導電層間に印加された
電圧に応じて、直線偏光の回転量を連続的に0゜か
ら90゜まで変化させる。液晶セル１４，１８およ
び２２のそれぞれの導電被覆に必要な電圧は、公
知の可変電圧電源３２，４０、および４８によつ
て印加できるようになつている。 それぞれの液晶セル１４，１８および２２は、
付勢されていない時には全スペクトルに対し偏光
軸を90゜回転させ（第１図でＡ軸方向）、完全に付
勢された時には平面偏光を回転させず（第１図で
Ｂ軸方向）に透過させるように配置されている。
完全に付勢された状態を与える所定レベルより低
い電圧においては、液晶セル１４，１８，２２の
いずれに入射する平面偏光も、それぞれθ1，θ2お
よびθ3によつて示されているように、Ｂ軸に対し
て90゜より小さい角だけ回転せしめられる。これ
らの角θ1，θ2およびθ3は、それぞれの液晶セル１
４，１８、および２２に印加される電圧によつて
きまる。 それぞれの染色偏光子１２，２０、および２４
は、平面偏光子１６に対して前述のように配置さ
れているので、染色偏光子の任意の１つ１２，２
０、または２４は平面偏光子１６と組合わされる
ことにより、その染色偏光子によつて吸収される
光の偏光面が平面偏光子１６の透過軸に平行にな
つている時には全可視スペクトルを透過せしめ、
吸収される光の偏光面が平面偏光子１６の透過軸
と交差している時、すなわち液晶セル１４，１
８、および２２によつて角θ1，θ2、およびθ3だけ
回転せしめられている時は、補色を吸収すること
によりその染色偏光子に特定された色、すなわち
マゼンタ、シアン、および黄色の光を透過させる
ことになる。 第２図の曲線５２は、完全に付勢された液晶セ
ル１４によつて平面偏光子１６と交差せしめられ
た時のマゼンタ染色偏光子１２が透過させる色を
示している。第３図の曲線５６は、完全に付勢さ
れた液晶セル１８によつて平面偏光子１６と交差
せしめられた時のシアン染色偏光子２０が透過さ
せる色を示している。また、第４図の曲線６０
は、完全に付勢された液晶セル２２によつて平面
偏光子１６と交差せしめられた時の黄色染色偏光
子２４が透過させる色を示している。 液晶セル１４，１８、および２２が付勢されて
いない時には、それらのそれぞれの制御層は、全
スペクトルに対し偏光軸を90゜回転させる（第１
図のＡ軸方向）。この状態においては、マゼンタ
フイルタ１２は平面偏光子１６の透過軸に光学的
に平行になり、緑色光を部分的にのみ吸収する。
シアン染色偏光子２０は平面偏光子１６の透過軸
に光学的に平行になり、光を全く吸収しない。そ
のわけは、３色の全てが平面偏光子１６からその
軸１５に平行に出た後液晶セル４０によつて90゜
回転せしめられるので、それらがシアン染色偏光
子２０の透過軸１７に平行になるからである。ま
た、黄色染色偏光子２４も平面偏光子１６の透過
軸に光学的に平行になり、光を全く吸収しない。
そのわけは、３色の全てがシアン染色偏光子２０
からその透過軸１７に平行に出た後液晶セル２２
によつて90゜回転せしめられるので、それらが染
色偏光子２４の透過軸１９に平行になるからであ
る。しかし、第１図に示されているように、それ
ぞれの液晶セル１４，１８，２２が完全に付勢さ
れている時は、液晶材料はその「ねじれ」を失
い、それぞれのセル１４，１８，２２は偏光を回
転させずに通過させることになる。従つて、３つ
の液晶セル１４，１８，２２が全て完全には付勢
されている時は、マゼンタ染色偏光子１２とシア
ン染色偏光子２０とは平面偏光子１６と組合わさ
れることにより、緑色光と赤色光とを吸収し、第
２図および第３図の曲線５２および５６によつて
表わされた透過特性を示す。しかし、黄色染色偏
光子２４は、平面偏光子１６との間に２回の90゜
回転を有するので、平面偏光子１６に対して光学
的に平行のままになつている。従つて、３つの液
晶セル１４，１８，２２が全て完全に付勢されて
いる時には、結局色は青になる。３つの液晶セル
１４，１８，２２が完全に付勢された状態１また
は付勢されない状態０をとることによつて生じる
全部で８つの可能な条件下において得られる色は
次の表に要約されている通りである。
【表】 フイルタ１０は、表にあげた各色を与えうる
だけでなく、染色偏光子１２，２０，２４によつ
て作り出される全染色領域内の任意の色表示を与
えることができる。これらの他の色は、液晶制御
セル１４，１８，２２に対し、完全な付勢状態を
与える所定レベルより低い適宜の電圧レベルを印
加することによつて実現することができる。平面
偏光が回転せしめられる角度は、液晶セル１４，
１８，２２に印加される電圧によつてきまり、そ
れぞれθ1，θ2，θ3によつて示されている。３つの
回転角がθ1，θ2，θ3で表わされるとき、フイルタ
１０による緑色光、赤色光、青色光の透過度TG，
TR，TBはそれぞれ次のようになる。 TG＝sin2θ1 TR＝sin2θ2 TB＝sin2（θ2＋θ3） TBを０から100％の透過度まで完全に且つ連続
的に調節しうるためには、θ3は90゜の範囲でなく
180゜の範囲をもたなければならない。これを実現
するためには、液晶セル２２を、それぞれが平面
偏光を90゜回転させうる１対のそのようなセルを
縦に並べたもので置換すればよい。セル２２の代
わりにこのような縦に並べたセルを使用しても、
これらの縦に並べたセルに対し0゜または90゜の回
転を行なうための２つの適当な電圧レベルを用い
れば、表にあげられている色はやはり実現でき
る。 実施例のフイルタ１０においては、マゼンタ染
色偏光子１２が平面偏光子１６の一方の側に配置
されているが、これはその吸収領域が可視スペク
トルの中央部にあるからである。この配置の場
合、平面偏光子１６の反対側に置かれているシア
ン染色偏光子２０および黄色染色偏光子２４にお
いては、スペクトル吸収特性の重なり合いが最少
のものとなる。 染色偏光子１２，２０，２４、平面偏光子１６
およびねじれネマチツク液晶セル１４，１８，２
２は、フイルタ１０の光軸OAに沿つて所定の様
式で配列され、フイルタ１０は、該フイルタ１０
に入射する可視光のスペクトル内容を変化せしめ
て、飽和度および色相がねじれネマチツク液晶セ
ル１４，１８，２２に印加された電圧に関係す
る、所定数の色のうちの任意の１つを透過せしめ
る。 本発明のフイルタは、異なつた染料の量が上述
の偏光面の変化によつてシミユレートされている
という点で、減色方式に類似した様式で動作する
ものといえる。色飽和度は液晶セル１４，１８，
２２がどれだけ回転せしめられるかによつて制御
され、色相はどの染色偏光子１２，２０，２４が
直線偏光子１６と交差せしめられるかによつて制
御される。色フイルタ１０について最も重要なこ
とは、これが実質的な範囲にわたり飽和度と色相
との両者を調節するのに使用できることである。 第５図には、黄色染色偏光子２４の右側に配置
された鏡６２と組合わされた本発明の実施例のフ
イルタ１０が示されている。鏡６２を追加するこ
とにより、フイルタ１０は反射様式で使用でき
る。それは、鏡６２から反射した光は、反射後あ
たかもその光が光源１１から出てフイルタを通過
したのと同様の処理を受けるからである。鏡６２
から反射した光の色に対する実質効果は、光源１
１が鏡６２の位置にあつた場合の効果と同様であ
る。 フイルタ１０は、公知のようにして、着色した
文字、数字情報を透過するように改変されうる。
これは、第６図に示されているように、６４に示
されているような液晶セルのガラス板上に、６６
に示されている公知の７セグメント・パターンの
形に導電層を配置することによつて行なわれる。
パターン６６の相異なる部分は、公知の電子装置
により、適宜の方法で選択的に動作せしめられる
複数の導線６８を経て、個々に制御できるように
なつている。パターン６６、またはこれに類似し
た文字、数字パターンは、光軸OAに沿つて相互
に整列して、液晶セル１４，１８，２２のそれぞ
れのガラス板に配置でき、上述のように選択的に
動作させることができる。 次に、第７図の７０には、本発明の染色偏光子
および平面偏光子の好ましい配列に関する別の実
施例が示されている。フイルタ７０においては、
マゼンタ染色偏光子は７２に、平面偏光子は７６
に、シアン染色偏光子は８０に、また黄色染色偏
光子は８４にそれぞれ示されており、これらの全
ては本発明の前述の実施例におけると同様に配列
されている。マゼンタ染色偏光子７２と平面偏光
子７６との間には、公知の半波長波板７４が配置
されており、これは適宜のハンドル９２を用いて
手動で回転せしめうるようになつている。平面偏
光子７６とシアン染色偏光子８０との間には、も
う１つの半波長波板７８が配置されており、これ
も手動回転のためのハンドル９４を有している。
さらに、シアン染色偏光子８０と黄色染色偏光子
８４との間には第３の半波長波板８２が配置さ
れ、これも手動回転のためのハンドル９６を有し
ている。７４，７８，８２に示されているような
半波長波板は、ある直線偏光を異なる方位角をも
つた直線偏光に変換する動作をする。さらに、も
し半波長波板の高速軸またはこれに垂直な低速軸
のいずれかが平面偏光と整列すれば、その平面偏
光は半波長波板を変化を受けずに通過する。しか
し、半波長波板の高速または低速軸が平面偏光の
偏光面と整列していなければ、半波長波板は偏光
の角度を、平面偏光の平面と半波長波板の高速ま
たは低速軸の平面との間の角度の２倍だけ回転さ
せる。半波長波板７４，７８，８２の高速軸は、
第７図ではそれぞれ８６，８８，９０に示されて
おり、これらの高速軸は、本発明の前述の実施例
における各液晶セルが付勢されていない状態にあ
る時と同様に動作するように配置されている。半
波長波板９２，９４，９６を手動回転すると、フ
イルタ１０の各液晶セルによつて得られた効果と
同じ効果が、フイルタ７０によつて得られる。 本発明の範囲から逸脱することなく、上述の各
実施例に対してはある改変を施すことができ、本
技術分野に精通している者ならば以上の開示に基
づいてさらに他の諸改変を行なうことができるは
ずである。従つて、以上の説明に包含されてい
る、または添付図面に示されている全ての事項
は、例示的なものであつて限定的な意味はもたな
いものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の色フイルタの分解斜視図で
ある。第２図、第３図、第４図は、第１図のフイ
ルタの諸要素のスペクトル透過特性を示すグラフ
である。第５図は、反射器と組合わされた第１図
の色フイルタの側面図である。第６図は、数字を
表示するように改変された第１図のフイルタの平
面図である。第７図は、第１図のフイルタと共通
の要素を用いた別の実施例によるフイルタ装置の
分解斜視図である。 符号の説明、１０……フイルタ、１２……マゼ
ンタ染色偏光子、１４……第１液晶セル、１６…
…平面偏光子、１８……第２液晶セル、２０……
シアン染色偏光子、２２……第３液晶セル、２４
……黄色染色偏光子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 可視光のスペクトル組成を変化させるフイル
    タにおいて、 光路に沿つて該光路を進む光をさえぎるように
    配置された減色法による３原色のそれぞれの色の
    ３つの２色性偏光子にして、各偏光子は当該色に
    より決められる可視光の一部を選択的に平面偏光
    し、残余の部分は偏光せずに透過させるようにな
    つた前記３つの２色性偏光子と、 前記光路に配置され前記可視光のスペクトルの
    全ての波長を実質的に一様に偏光させる平面偏光
    子と、 前記３つの２色性偏光子の各々に対して１つづ
    つそれに隣接して設けられた３つの電圧応答型の
    ねじれネマチツク液晶素子にして、各液晶素子は
    それに印加される電圧に応じて直線偏光の回転角
    度を変化させるように作用する前記３つの液晶素
    子と、 を備え、前記３つの２色性偏光子と平面偏光子
    は、前記光路に沿つて、それぞれの偏光の透過軸
    が90度づつ増加するような方向性をもつて配置さ
    れ、前記液晶素子に印加される電圧に応じて入射
    する可視光のスペクトル成分を変更して各種の異
    なる色の任意の１つを透過させ、かつその飽和度
    と色相が制御されるようにした前記フイルタ。
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