JPH0570131B2 - - Google Patents

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JPH0570131B2
JPH0570131B2 JP59201422A JP20142284A JPH0570131B2 JP H0570131 B2 JPH0570131 B2 JP H0570131B2 JP 59201422 A JP59201422 A JP 59201422A JP 20142284 A JP20142284 A JP 20142284A JP H0570131 B2 JPH0570131 B2 JP H0570131B2
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light
axis
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color
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Jei Bosu Fuiritsupu
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Tektronix Inc
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    • G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
    • G02F1/1395—Optically compensated birefringence [OCB]- cells or PI- cells

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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光学装置、特に、１対の偏光フイ
ルタ間に置かれた１対の可変光学遅延器
（retarder）を有し、この可変光学遅延器が設定
された波長の光線の光学透過状態間の高速スイツ
チングを可能にする光ゲート、カラーフイルタ等
の高速電気光学装置に関する。 〔従来技術及びその問題点〕 従来、偏光系内に置かれて光ゲートのターンオ
ン及びターンオフ光学透過応答時間を短縮するね
じれネマチツク液晶デバイスを用いた高速電気光
学・光ゲートが周知である。このような光ゲート
は、英国ロンドンのOVUM社1975年発行、トビ
アス著“International Handbook of Liquid
Crystal Displays”、第9.5.3節、F9.19図及び
F9.20図に開示されている。この従来の電気光
学・光ゲートを第８図に示す。 第８図において、光ゲート１０は、低速補助シ
ヤツタ１４の前方に置かれた高速シヤツタ１２を
有する。高速シヤツタ１２は、１対のニユートラ
ル直線偏光フイルタ２０及び２２の間に互いに対
向して置かれた１対のねじれネマチツク液晶デバ
イス１６及び１８を有する。偏光フイルタ２０は
垂直吸収軸２４及び水平透過軸２６を有し、偏光
フイルタ２２は垂直透過軸２８及び水平吸収軸３
０を持つ。 外部光源（図示せず）から放射された光線は偏
光フイルタ２０に入射され、高速シヤツタ１２の
偏光フイルタ２２から放出される。液晶デバイス
１６及び１８は光学的に能動であり、“オン”及
び“オフ”スイツチング状態を有する。“オン”
状態では、液晶デバイスに適当な大きさの電圧信
号が印加され、液晶デバイスを透過する光線の偏
光の向きは変化しない。“オフ”状態では、液晶
デバイスに電圧信号が印加されず、透過する光の
偏光の向きが90度回転する。ねじれネマチツク液
晶デバイスにおいては、“オフ”状態から“オン”
状態へ切換わる時の応答時間（即ち、ターンオン
時間）の方が、“オン”状態から“オフ”状態へ
切換わる時の応答時間（即ち、ターンオフ時間）
より短い。 第９図において、時刻T1以前に両液晶デバイ
ス１６及び１８が共に“オフ”状態にあり（Ａ及
びＢ参照）、この間は、偏光フイルタ２０の水平
透過軸２６を透過する光線の偏光方向の総計は変
化せず、偏光フイルタ２２の水平吸収軸３０によ
り完全に吸収される。よつて、時刻T1までは高
速シヤツタから光線は出ない（Ｃ参照）。 時刻T1において、120ボルトの交流（AC）信
号が液晶デバイス１６及び１８のいずれか一方に
印加されるＡと、偏光フイルタ２０の水平透過軸
２６を透過した光線の偏光の向きが90度回転し、
光線は偏光フイルタ２２の垂直透過軸２８を透過
して高速シヤツタ１２から出るＣ。液晶デバイス
のターンオン時間を短縮させるために、比較的高
い電圧が用いられる。この状態を、高速シヤツタ
１２の透明な光学的透過状態という。 時刻T2において、120ボルトのAC信号が、時
刻T1では駆動されていなかつた液晶デバイス１
６及び１８の他方にも印加されるようになるＢ
と、偏光フイルタ２０の水平透過軸２６を透過し
た光線の偏光の向きには合計０の回転が与えら
れ、この光線は偏光フイルタ２２の水平吸収軸３
０により完全に吸収されるＣ。この状態を高速シ
ヤツタ１２の不透明な光学透過状態という。 高速シヤツタ１２における光線の透過及び遮断
は液晶デバイス１６及び１８を順次“オフ”状態
から“オン”状態に切換えることによつて行なわ
れる。高速シヤツタ１２の透明から不透明へ、及
び不透明から透明への透過状態の変化の応答時間
はいずれも液晶デバイスの短いターンオン時間で
決まる。 低速補助シヤツタ１４は、高速シヤツタ１２の
出力側に位置し、高速シヤツタの光透過が停止し
た後、液晶デバイス１６及び１８が共に“オフ”
状態に弛緩する間に光ゲート１０を光が透過する
のを防止する。低速補助シヤツタ１４は、偏光フ
イルタ２２及び３４間に配置されたねじれネマチ
ツク液晶デバイス３２を有する。偏光フイルタ２
２は、高速シヤツタ１２及び低速補助シヤツタ１
４に共有の要素となつている。偏光フイルタ３４
は垂直吸収軸３６及び水平透過軸３８を有する。 液晶デバイス３２に電圧信号が印加されないと
き、偏光フイルタ２２の垂直透過軸２８を透過し
た光線の偏光の向きは90度回転しこの光線は偏光
フイルタ３４の水平透過軸３８を透過する。この
状態は、時刻T1とT2との間の期間、時刻T1の直
前の短期間、及び時刻T2の直後の短期間に存在
しＤ、光は光ゲート１０を透過できるＣ。 高速シヤツタ１２の光透過停止後Ｃかつ液晶デ
バイス１６及び１８から120ボルトのAC信号が除
去される前に、液晶デバイス３２に10ボルトの
AC信号Ｄが印加され、時刻T3で液晶デバイス１
６及び１８から電圧信号が除去される（Ａ及び
Ｂ）とき、液晶デバイス１６及び１８のターンオ
フ時間応答特性の不一致により光ゲート１０を単
発的に光が透過するのを防止する。10ボルトの
AC信号は、液晶デバイス３２が時刻T3より前に
“オン”状態に達するよう充分時間的余裕をもつ
て時刻T3前に印加される。 光ゲート１０はすべての波長の光に対して光学
的透過を高速に切換えることができる。しかし、
これは多数の光学部品の使用により可能になるも
のであるから、光の強度はこれらを透過する間に
減衰してしまう。しかも、高速シヤツタに関連す
るねじれネマチツク液晶デバイスは容量性負荷を
生じるので、２つのスイツチング状態間でこのデ
バイスを高速に切換えるためには非常に高い電圧
のAC信号を必要とする。 〔発明の目的〕 本発明の１つの目的は、低電力の駆動回路を用
いて単一波長の光の光学透過状態を切換える電気
光学装置を提供することである。 本発明の他の目的は、１対の偏光フイルタ間に
配置された１対の可変光学遅延器を有し、この可
変光学遅延器の光伝達面上への光軸の投影が直交
して、光ゲートの光透過停止後、可変光学遅延器
がほぼ半波長遅延状態へ弛緩するとき光ゲートの
偽伝達を防止する電気光学装置を提供することで
ある。 本発明の他の目的は、可変光学遅延器がほぼ半
波長遅延状態へ弛緩するとき光の偽伝達を防止す
る低速補助シヤツタを不要にする電気光学装置を
提供することである。 本発明の他の目的は、本発明の光ゲートを含
み、フイールド順次表示システムに用いられて、
白色光及びフルカラー画像を形成する３つの異な
る色の光を出力する切換可能な電気光学装置を提
供することである。 〔発明の概要〕 この第１の発明電気光学装置は、第１Ａ図及び
第１Ｂ図に示す如く光伝達面への光軸の投影が互
いに直交するよう対向して配置され、特定の波長
の光に対して夫々零または略半波長の遅延を与え
る１対の可変光学遅延手段５４，５６とこの１対
の可変光学遅延手段５４，５６の両側に夫々この
可変光学遅延手段５４，５６に略平行して配置さ
れた１対の偏光手段４２，４４と、この１対の可
変光学遅延手段５４，５６の各々に、零または略
半波長の遅延を切換えるための制御信号を印加す
る制御手段５８，６０とを具え、この制御信号に
応じて特定の波長の光を選択的に透過または遮断
するようにしたものである。 またこの第２の発明電気光学装置は第４図に示
す如く光伝達面への光軸の投影が互いに直交する
よう対向して配置され、特定の波長の光に対して
夫々零または略半波長の遅延を与える１対の可変
光学遅延手段５４ｅ，５６ｅと、この１対の可変
光学遅延手段５４ｅ，５６ｅの間及び両側に夫々
可変光学遅延手段５４ｅ，５６ｅに略平行して配
置された３個の色選択偏光手段４２ｅ，８２，４
４ｅと、この１対の可変光学遅延手段５４ｅ，５
６ｅの各々に、零または略半波長の遅延を切換え
るための制御信号を印加する制御手段５８ｅ，６
０ｅとを具え、白色光を受けて、制御信号に応じ
て選択的に異なる色の光を透過させるようにした
ものである。 〔発明の作用〕 本発明は光源からの光を受ける高速電気光学・
光ゲートに関する、この光ゲートは１対の偏光手
段間に互いに対向して配置される１対の可変光学
遅延手段を有する。この１対の可変光学遅延手段
に接続された制御手段により第１及び第２の光学
透過状態が得られる。第１の光学透過状態では光
は光ゲートを透過し、第２の光学透過状態では光
は光ゲートに遮断される。 本発明による光ゲートの好適実施例において、
１対の偏光手段の各々は、２つの直交する偏光状
態、即ち偏光軸を持つ直線偏光フイルタを有す
る。１対の可変光学遅延器、即ち遅延手段は、光
学軸が投影される光伝達面を持つ零乃至略半波長
遅延器を有する。１対の可変光学遅延器は、その
光伝達面が略平行になるよう、且つその光軸の投
影が互いに直交すると共に直線偏光フイルタの各
偏光軸に対しては45度の角度になるよう光ゲート
内に配置される。各可変光学遅延器は、同一波長
の光を略半波長遅延させるよう設定される。 光ゲートの光の透過は、１対の可変光学遅延器
の各々に異なる切換信号を供給する制御手段によ
り選択的に制御される。制御手段の出力信号によ
り、可変光学遅延器は略遅延零で光を透過させる
第１（“オン”）光学遅延状態、あるいはこのデバ
イスの厚さによつて決まる色、即ち波長の光に対
して略半波長の遅延を与える第２（“オフ”）光学
遅延状態に切換えられる。 可変光学遅延器の光学透過応答特性は、透過軸
が互いに平行にされた１対のニユートラル直線偏
光フイルタ間にこの可変光学遅延器を置くことに
よつて確かめられる。ターンオン光学透過応答時
間特性は、可変光学遅延器が“オフ”光学遅延状
態から“オン”光学遅延状態に切換えられ出力端
に光を透過させるとき決定される。ターンオフ光
学伝達応答時間特性は、可変光学遅延器が“オ
ン”光学遅延状態から“オフ”光学遅延状態に切
換えられ、出力端への光が遮断されるとき決定さ
れる。ここに開示される好適な液晶可変光学遅延
器のターンオン光学透過応答時間はターンオフ光
学透過応答時間より明らかに早い。 従つて、１対の平行なニユートラル偏光フイル
タ間に配置された可変光学遅延器のターンオン及
びターンオフ光学透過スイツチング応答時間特性
は、夫々その可変光学遅延器自身のターンオン及
びターンオフ光学遅延スイツチング応答特性を表
わすことは明らかである。 光ゲートをうまく動作させるために、１対の可
変光学遅延器は夫々略一致した光学遅延及び強制
光学透過、応答時間特性を有する。光ゲートは、
１対の可変光学遅延器の光伝達面の光軸の投影が
直交するよう組立てられる。この配置により、不
透明から透明へ更に透明から不透明への光学透過
状態の変化が、マツチングのとれた可変光学遅延
器のターンオン光学遅延、即ち光学透過応答時間
となる光ゲートが得られる。 本発明の光ゲートはまた、フイールド順次カラ
ー表示システムに用いられて白色光とフルカラー
画像を形成する異なる３色の光との光出力状態を
得る切換可能なカラーフイルタの光学部品の一例
として開示されている。切換可能なカラーフイル
タは１対の可変光学遅延器を有し、これらは各々
異なる１対の３色選択直線偏光フイルタ間に配置
される。カラー表示システムの好適実施例におい
ては、各偏光フイルタは、３原色、赤、緑、青の
すべて（即ち白色光）の光を透過する１つの偏光
軸と、同じく原色の１つの光を透過する他の偏光
軸とを有する。この構成は、３原色光及び白色光
の光出力状態の発生に便利である。光ゲートの高
速光学透過応答時間特性は可変光学遅延器が設定
された波長、即ち色の光に対してのみ発揮され
る。 上述の切換可能なカラーフイルタを有するフイ
ールド順次カラー表示システムは、フレーム・シ
ーケンサに同期するとき、コントラストの高い、
細部の明瞭なフリツカーのない画像を提供する。 ここに開示された光ゲート及びフイールド順次
カラー表示システムの好適実施例において、各可
変光学遅延器は、デイスクリネーシヨンがなく且
つセル内の液晶物質の面非接触デイレクタの方向
を変化させる２つの光学遅延状態間を切換わると
きバウンス（チヤタリング）なく切換わるネマチ
ツク液晶セルから成る。この構成の液晶セルを可
変光学遅延デバイスとして用いることにより、単
一周波数・高速スイツチが得られる。このスイツ
チは低電力回路により広い視角範囲で見られるフ
ルカラーの優れた画像が形成できる。 〔実施例〕 高速電気光学光ゲートの構成及び動作 第１Ａ及び第１Ｂ図を参照すると本発明による
高速電気光学光ゲート４０は間隔をあけて配置さ
れた１対の偏光手段、即ち、ニユートラル直線偏
光フイルタ４２及び４４を有する。偏光フイルタ
４２及び４４は夫々光ゲート４０の入力手段及び
出力手段を構成する。偏光フイルタ４２は垂直透
過軸４６及び水平吸収軸４８を有し、偏光フイル
タ４４は垂直吸収軸５０及び水平透過軸５２を有
する。 １対の可変光学遅延器、即ち遅延手段５４及び
５６は偏光フイルタ４２及び４４間に互いに対向
して配置される。可変光学遅延器５４及び５６
は、制御回路または手段（図示せず）の対応する
出力信号５８及び６０に応じて予め定めた色の光
を選択的に略半波長遅延させる零乃至略半波長遅
延器から成る。 光学遅延という語は、この明細書において複屈
折に関係し且つ言及される限り、次の如く定義さ
れる。即ち、複屈折デバイスに付随する光線は常
光線及び異常光線として知られる２つの成分に分
解される。これらの光の成分は複屈折デバイス内
を異なる速度で進み、このデバイスから出力され
るとき一方の成分は他方に対して遅延する。遅延
は２つの出力光線間の位相にずれを生じさせ、ま
たこの遅延は出力光線の波長にも関係する。例え
ば Δnd／λ＝１／２ で表わされる実効複屈折率を有するデバイスは半
波長遅延器と呼ばれる。ここにΔnは実効複屈折
率、ｄはデバイスの厚さ、λは出力光線の波長で
ある。 可変光学遅延器５４の両光伝達面６４，６６上
への光軸の投影６２は、可変光学遅延器５６の両
光伝達面７０，７２上への光軸の投影６８と直交
する。可変光学遅延器５４，５６は、光軸の投影
６２，６８が偏光フイルタ４２，４４の各偏光軸
に対して45度の角度になるよう配置される。 第１Ａ図は、可変光学遅延器５４が、制御回路
出力５８により“オン”光学遅延状態とされ、す
べての波長の光を遅延略０で透過させると共に、
可変光学遅延器５６が制御回路出力６０により
“オフ”光学遅延状態とされ、この遅延器の厚さ
によつて決まる色の光を略半波長遅延させる場合
の光ゲート４０の通過する光線７４が順次分解及
び処理される様子を示す。光線７４の波長は、可
変光学遅延器５６が略半波長の遅延を与える如き
波長である。 光線７４は偏光フイルタ４２の垂直透過軸４６
を透過して垂直に偏光される。可変光学遅延器５
４は“オン”光学遅延状態にあるから、光線７４
の偏光の向きは遅延器５４を通過しても変わらな
い。次に光線７４が、“オフ”光学遅延状態にあ
る可変光学遅延器５６の光伝達面７０において、
１対の直交する成分７４ａ及び７４ｂに分解され
る。光線成分７４ａは光軸の投影６８に一致し、
光線成分７４ｂは投影６８に直角である。光線成
分が可変光学遅延器５６内を進行するにつれて、
光線成分７４ｂは光線成分７４ａに対して遅延し
て行き光伝達面７４から出る時には光線成分７４
ａに対して180度位相がずれる。 両光線成分７４ａ，７４ｂは偏光フイルタ４４
の偏光軸５０，５２に沿つた垂直及び水平成分に
分解し得る。光線成分７４ａ，７４ｂの水平軸へ
の投影である複合水平成分７４ｃは偏光フイルタ
４４の水平透過軸５２を通つて光ゲート４０から
出る。光線成分７４ａ，７４ｂの垂直軸への投影
である複合垂直成分７４ｄは互いに180度位相が
ずれているので相殺される。 可変光学遅延器５４，５６の一方が、“オン”
光学遅延状態にあり且つ他方が“オフ”光学遅延
状態にあるときは常に、光線は光ゲート４０から
射出されることが理解されよう。可変光学遅延器
をこのようにバイアスすることにより、光ゲート
４０の高強度の光学透過出力状態が得られる。 第１Ｂ図は、可変光学遅延器５４，５６が夫々
制御回路出力５８，６０により共に“オン”光学
遅延状態とされたとき、ゲート４０内を通過する
光線７６の様子を示す。光線７６は光学的遅延を
受けないのでゲート４０の通過時、偏光の向きは
変化しない。 光線７６は、偏光フイルタ４２の垂直透過軸４
６を透過して垂直方向に偏光する。光線７６は偏
光の向きに変化を受けないので偏光フイルタ４４
の垂直吸収軸に完全に吸収される。 可変光学遅延器５４及び５６が共に“オフ”光
学遅延状態とされたとき、光学遅延器５４の光伝
達面６４において、光線７４は光軸６２に沿つた
成分及び光軸６２に直角な成分に分解される。光
軸６２に直角な成分は、光学遅延器５４内を進行
するにつれて遅延されて行き、光伝達面６６から
出る時には180°位相がずれる。光学遅延器５４で
分解された光軸は、光学遅延器５６に伝達され
る。光学遅延器５４の光軸成分は、光学遅延器５
６の光伝達面７０において、光軸６８に直角な成
分と成り、光学遅延器５６内を進行するにつれて
遅延されて行き、光伝達面７２から出る時には
180°位相がずれる。したがつて、光伝達面７２か
ら出る直交する光線成分の複合垂直成分は、偏光
フイルタ４４の垂直吸収軸により吸収され、複合
水平成分は互いに180°位相が異なり、大きさが等
しいので相殺される。 可変光学遅延器５４，５６の両方が共に“オ
ン”または“オフ”光学遅延状態にあるとき、光
線は光ゲート４０から射出しないことが理解され
よう。このように可変光学遅延器をバイアスする
ことにより、光ゲート４０の光学不透過出力状態
が得られる。 光ゲート４０の高速光学透過応答時間特性の説
明図を第２図に示す。可変光学遅延器５４及び５
６の各各の光学透過応答時間特性は夫々第２Ａ図
及び第２図Ｃに示される。各可変光学遅延器の光
学透過応答時間特性は、透過軸を互いに平行に配
置した１対の直線偏光フイルタ間に単独でその可
変光学遅延器を置くことにより別個に得られる。
マツチングされた１対の可変光学遅延器が緑色光
（λ＝545nm）に対して略半波長の遅延を与える
よう設定された条件下では、各可変光学遅延器の
対応するターンオン及びターンオフ光学透過応答
時間特性は等しく、ターンオン応答時間特性は光
強度が10％から90％に変化する時間で約0.25ms
であり、ターンオフ応答時間特性は光強度が90％
から10％に変化する時間で約1.0msである。 第２図において、時刻T1に光ゲート４０が100
％光強度、即ち透明な光学透過状態にバイアスさ
れる。この状態は第１Ａ図に示した如く、制御回
路出力５８が可変光学遅延器５４に20ボルトの
AC信号が印加し（第２Ｂ図）、かつ制御回路出力
６０が可変光学遅延器５６に信号を印加しない
（第２Ｄ図）場合である。可変光学遅延器５４，
５６は、緑色光に対して略半波長の遅延を与える
よう設定されているので、緑色光は可変光学遅延
器５４，５６のターンオン光学透過応答時間特性
で光ゲート４０の出力端に現われる（第２Ｅ図）。 時刻T2で光ゲート４０は０％光強度、即ち不
透明な光学透過状態となるようバイアスされる。
この状態は第１Ｂ図に示した如く制御回路出力６
０が可変光学遅延器５６に20ボルトのAC信号を
印加し始める（第２Ｄ図）と共に制御回路出力５
８が可変光学遅延器５４に20ボルトのAC信号を
継続して印加する（第２Ｂ図）場合である。この
とき緑色光は可変光学遅延器５４，５６の略等し
いターンオン光学透過応答時間特性で光ゲート４
０の出力端から消滅する（第２Ｅ図）。 時刻T3で可変光学遅延器５４及び５６からAC
電圧信号が除去されこれらを“オフ”光学遅延状
態に弛緩させ光ゲートの再度の駆動に備える。光
ゲート４０は、可変光学遅延器５６が半波長遅延
状態に弛緩後、即ち1.0ms後に再始動され得る。
両可変光学遅延器５４，５６が“オン”から“オ
フ”状態に切り替えられる弛暖過程の任意の点で
は、光学遅延器５４において、光線は光軸６２に
沿つた成分及び光軸６２に直角な成分に分解さ
れ、更に光軸に直角な成分は−θだけ位相がずら
される。これらの光線成分は、光学遅延器５６に
伝達される。光学遅延器５６では、光学遅延器５
４の光軸成分が光軸６８に直角な成分となり、＋
θだけ位相がずらされる。したがつて、光学遅延
器５４，５６は互いに遅延量を補償し合い、光伝
達面７２から出る光線成分の複合垂直成分は、偏
光フイルタ４４の垂直吸収軸により吸収され、複
合水平成分は互いに180°位相が異なり、大きさが
等しいので相殺される。これにより、上述したト
ビアスの装置に必要とされる如き補助シヤツタを
用いることなく弛緩過程の期間に偽透過を禁止す
ることができる。 フイールド順次フルカラー表示装置 上述の光ゲート４０の構成は、白色光及びフル
カラー画像を形成する異なる３色の光の光出力状
態を作り出すフイールド順次カラー表示装置の切
換可能なカラーフイルタの部品として用いられ
る。 第３図において、フイールド順次カラー表示装
置７８は、光ゲート４０に用いられた一般的な型
の光学部品から成る。切換可能なカラーフイルタ
８０は、第１図の光ゲート４０の各光学部品に対
応する光学部品を有し、それらは第３及び第４図
において同一の参照番号に符号“ｅ”を付して示
され、更に可変光学遅延器５４ｅ及び５６ｅ間に
他の偏光フイルタ８２を有する。３個の偏光フイ
ルタ４２ｅ，８２，４４ｅは夫々色選択用の偏光
状態、即ち偏光軸４８ｅ，８４，５０ｅを有し、
且つ３原色C1，C2，C3の光、即ち白色光を透過
させる偏光状態、即ち偏光軸４６ｅ，８６，５２
ｅを有する。偏光フイルタ４２ｅの水平偏光軸４
８ｅは色C3の光を透過させ、偏光フイルタ８２
の垂直偏光軸８４は色C2の光を透過させ、偏光
フイルタ４４ｅの垂直偏光軸５０ｅは色C1の光
を透過させる。可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅは
色C3の光に対して上述の如く略半波長の遅延を
与える。 第３図を参照するに、偏光フイルタ４２ｅ，８
２，４４ｅ及び可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅに
より構成された切換可能なカラーフイルタ８０
は、光源８８の前面に配置される。光源８８、
赤、緑、青色で光画像を形成するために、蛍光ス
クリーンからこれら３原色の波長を含む多くの波
長の光を放出する。光源８８は白黒表示画像を出
力する陰極線管または投射装置から成る。フレー
ム同期回路又は手段９４の出力の１つに応じてラ
スタ発生器９２により発生された信号はテレビジ
ヨン型ラスタ走査を行ない、３つの時間間隔で順
次繰返して画像情報のフレームを形成する。 第１の時間間隔では、例えば赤の如き第１の色
で現われる画像と、赤色に緑及び青の如き第２、
第３の色を混合した色で現われる画像との両方に
関連する情報が蛍光スクリーン９０上に書込まれ
る。第２の時間間隔では、緑色で現われる画像
と、赤、緑青の混合色で現われる画像との両方に
関連する情報が蛍光スクリーン９０に書込まれ
る。第３の時間間隔では、青色で現われる画像
と、赤、緑、青の混合色で現われる画像との両方
に関連する情報が蛍光スクリーン９０に書込まれ
る。 制御回路９６はその入力端にフレーム同期回路
９４の出力端からの信号を受け、光源８８により
形成される画像の順次フレーム周期に同期して
夫々可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅを駆動する２
信号を出力端５８ｅ，６０ｅから出力する。 ３つの時間間隔内に順次表示される画像情報の
フレームは偏光フイルタ４２ｅを透過し、更に偏
光フイルタ８２，４４ｅ及び可変光学遅延器５４
ｅ，５６ｅを同期的に透過する。これにより、各
時間間隔毎に、光源に供給された画像情報に対応
する色の光画像が得られる。人間の目の網膜の残
像現象によりテレビジヨンラスタ信号の３フレー
ムに対応する３つの時間間隔の間、偏光フイルタ
４４ｅから放射される情報を合成して単一のフル
カラー画像の如き印象を与える。光画像源の輝度
変調により可視光の全スペクトル範囲に亘つて色
の「全階調」が得られる。 カラー表示装置の光成分のオリエンテーシヨン 第４図に、切換可能な色フイルタ８０、及びカ
ラー表示装置の好適実施例に係る偏光フイルタの
各偏光軸によつて透過される光の色を示す。第４
図に示す如く、偏光フイルタ８２は、偏光フイル
タ４２ｅ，４４ｅの偏光軸と同様、その偏光軸が
可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅの投影６２ｅ，６
８ｅに対して45度になるよう配置される。 可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅの各々は、光に
対する遅延が略０の“オン”光学遅延状態と、特
定の予め定めた波長の光に対して略半波長の遅延
を与える“オフ”光学遅延状態との２つの光学遅
延状態間を切換えられる。２個の可変光学遅延器
のスイツチング状態の４つの可能な組合わせによ
り、切換可能なカラーフイルタ８０には異なる色
を透過させる４つの出力状態が得られる。 出力状態１においては、可変光学遅延器５４
ｅ，５６ｅが夫々制御回路出力５８ｅ，６０ｅに
より共に“オン”光学遅延状態にされ、これらを
通過する光の偏光の向きは変化しない。従つて偏
光フイルタ４２ｅの垂直偏光軸４６ｅ及び水平偏
光軸４８ｅに付随する光線は夫々垂直及び水平方
向に直線偏光され、切換可能なカラーフイルタの
通過時に偏光の向きに変化は生じない。このとき
色C1，C2，C3の光線は偏光フイルタ４２ｅ，８
２，４４ｅの垂直偏光軸のいずれかを透過しない
ので、偏光フイルタ４４ｅの垂直偏光軸５０ｅか
ら光は射出しない。色C3の光のみが各偏光フイ
ルタ４２ｅ，８２，４４ｅの水平偏光軸を透過
し、偏光フイルタ４４ｅの水平偏光軸５２ｅを通
つて切換可能な色フイルタから射出する。 光出力状態２においては、可変光学遅延器５４
ｅが制御回路出力５８ｅにより“オン”光学遅延
状態にされ、可変光学遅延器５６ｅが制御回路出
力６０ｅにより“オフ”光学遅延状態にされる。
可変光学遅延器５４ｅは“オン”光学遅延状態に
あるため、これを通過する光線の偏光方向は変わ
らない。よつて色C2の光は偏光フイルタ８２の
垂直偏光軸８４を透過し、色C3の光は水平偏光
軸８６を透過する。 可変光学遅延器５６ｅを“オフ”光学遅延状態
にすることにより、予め定められた波長の光に略
半波長の遅延を与え、且つ可変光学遅延器５６ｅ
を透過する他のすべての波長、即ち色の光線は偏
光フイルタ４４ｅの偏光軸に沿つた成分に分離す
る。可変光学遅延器５６ｅが色C3の光に略半波
長の遅延を与えるよう設定されているとすれば、
色C3の光線の偏光方向は90度回転し、この光線
は偏光フイルタ４４ｅの垂直偏光軸５０ｅに完全
に吸収される。色C2の光線は、偏光フイルタ４
４ｅの水平偏光軸５２ｅに投射・透過する多数成
分と、垂直偏光軸５０ｅに吸収される少数成分と
に分離される。従つて光出力状態２では色C2の
光が切換可能なカラーフイルタを透過する。 光出力状態３では、可変光学遅延器５４ｅが制
御回路出力５８ｅにより“オフ”光学遅延状態に
され、可変光学遅延器５６ｅが制御回路出力６０
ｅにより“オン”光学遅延状態にされる。光出力
状態３において出力される光の色を決定するに
は、光の可逆性、即ち切換可能な色フイルタの入
出力の互換性を利用して、出力側フイルタ４４ｅ
から入力側フイルタ４２ｅへ逆方向に解析すると
便利である。 可変光学遅延器５６ｅは“オン”光学遅延状態
にあるから、これを通過する光線の偏光方向は変
化しない。よつて偏光フイルタ８２の垂直偏光軸
８４は光が透過せず、水平偏光軸８６は色C1，
C2，C3の光線が透過する。 可変光学遅延器５４ｅを“オフ”光学遅延状態
にすることにより予め定められた波長の光を略半
波長遅延させ、且つ可変光学遅延器５４ｅを通過
する他のすべての波長、即ち色の光線を偏光フイ
ルタ４２ｅの偏光軸に沿つた成分に分解する。可
変光学遅延器５４ｅが色C3の光を略半波長遅延
させるよう設定されていれば、色C3の光線の偏
光方向は90度回転し、この光線は偏光フイルタ４
２ｅの垂直偏光軸４６ｅのみを透過する。色C1
及びC2の光線は偏光フイルタ４２ｅの垂直偏光
軸４６ｅに入射・透過する光の多数成分と、水平
偏光軸４８ｅに入射・吸収される光の少数成分と
に分解される。従つて、光出力状態３では色C1，
C2，C3の光線が切換可能なカラーフイルタを透
過する。 光出力状態４においては、可変光学遅延器５４
ｅ，５６ｅは夫々制御回路出力５８ｅ，６０ｅに
より“オフ”光学遅延状態にされ、これにより色
C3の光を略半波長遅延させる。可変光学遅延器
５４ｅ，５６ｅの光軸の投影６２ｅ，６８ｅが直
交しているため、偏光フイルタ８２の垂直偏光軸
８４及び水平偏光軸８６の両方を透過する光に対
する遅延の総量は略０になる。よつて光出力状態
４では、可変光学遅延器５４ｅ，５６ｅ及び偏光
フイルタ８２の組合わせは色C2の光の光透過に
全体としては何ら影響を与えない。色C2の光は
偏光フイルタ４２ｅの垂直偏光軸４６ｅを透過
し、偏光フイルタ４４ｅの垂直偏光軸５０ｅに完
全に吸収される。従つて、色C2の光は、光出力
状態４においては切換可能なカラーフイルタを透
過しない。 色C1，C2，C3の光線は偏光フイルタ４２ｅの
垂直偏光軸を透過し、色C3の光は水平偏光軸４
８ｅを透過する。可変光学遅延器５４ｅが“オ
フ”光学遅延状態にあり、且つ色C3の光に対し
て略半波長の遅延を与えるように設定されている
ので、色C3の光線の偏光の向きは90度回転し、
この光線は偏光フイルタ８２の垂直偏光軸８４に
吸収される。色C1，C3の光線は、偏光フイルタ
８２の水平偏光軸８６に入射・透過する光の多数
成分と、垂直偏光軸８４に入射・吸収される光の
少数成分とに分解される。色C2の光線について
は既に述べた如く、光出力状態４においては切換
可能なカラーフイルタを透過しない。 可変光学遅延器５６ｅが“オフ”光学遅延状態
にあり且つ色C3の光に対して略半波長の遅延を
与えるよう設定されているため、色C3の光線の
偏光の向きは90度回転し、この光線は偏光フイル
タ４４ｅの垂直偏光軸５０ｅにより吸収される。
色C1の光線は、偏光フイルタ４４ｅの垂直偏光
軸５０ｅに入射・透過する光の多数成分と水平偏
光軸５２ｅに入射・透過する光の少数成分とに分
解される。従つて光出力状態４においては、色
C1の光が切換可能なカラーフイルタを透過する。 ３原色光及び白色光を出力する４つの光出力状
態を要約すれば表１のようになる。
〔発明の効果〕
本発明の第１の発明の電気光学装置である光ゲ
ートによれば、光の偏光方向を変化させるために
従来のねじれネマチツク液晶デバイスではなく、
ネマチツク液晶の複屈折を利用して特定の波長に
対し零乃至半波長遅延を与える可変光学遅延器を
用いたので、従来の低速補助シヤツタが不要にな
る。これにより、光ゲートを構成する光学部品点
数が削減され光強度の減衰を少なくできる。更に
従来のねじれネマチツク液晶デバイスの如き高圧
の励起電圧を必要とせず低電力の制御回路を用い
ることができる。 また、この光ゲートを利用した本発明の第２の
発明の電気光学装置であるカラーフイルタによれ
ば、白黒のフイールド順次表示装置と組合わせる
ことにより、順次、白色及び３原色の光を切換え
てフルカラーの光画像が得られる。画像の分解能
はカラーフイルタによつて制限されないので白色
光源（例えば白黒陰極線管）の高解像度をそのま
ま利用し得る。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ及び第１Ｂ図は、夫々透明及び不透明光
学透過状態となるよう指令された光ゲートを通過
する光線の処理シーケンスを示す本発明による高
速電気光学・光ゲートの実施例を示す構成図、第
２図は、本発明の光ゲートの光学透過応答時間特
性の分析に関するタイミングを示す線図、第３図
は本発明に係る光ゲートを含む切換可能なカラー
フイルタを用いたフイールド順次カラー表示装置
の例を示す簡略化されたブロツク図、第４図は第
３図のカラー表示装置のカラーフイルタの構成
図、第５図は本発明に係る光学遅延器として用い
られる液晶セルの側面断面図、第６Ａ、第６Ｂ、
第６Ｃ、第６Ｄ図は本発明に係る光学遅延器の液
晶セルのデイレクタ配列構造に関し、夫々電界に
より配列された“オン”及び、部分的に弛緩した
“オフ”状態、πラジアンねじれ状態、スプレイ
状態を示す構成図、第７図は本発明に係る光学遅
延器の液晶セルの“オン”状態から“オフ”状態
へ切換えられたときの光学応答を説明する特性
図、第８図は従来の電気光学・光ゲートの例を示
す構成図、第９図は第８図の説明に供する線図で
ある。 図中４２，４４は１対の偏光手段、４２ｅ，８
２，４４ｅは夫々第１、第２、第３偏光手段、５
４，５６及び５４ｅ，５６ｅは夫々１対の可変光
学遅延手段、９６は制御手段である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 夫々光入出力側に平行に配置され、直交する
    光学透過軸及び光学吸収軸を各々有する第１及び
    第２偏光フイルタと、 制御信号によりオン又はオフ状態に選択的に制
    御され、上記第１及び第２偏光フイルタ間に平行
    に対向して配置され、上記光学透過軸及び光学吸
    収軸に対して略45°の角度を成して互いに直交す
    る光軸を夫々有し、オン状態で一方の光伝達面へ
    の入射光を変化させずに透過させ、オフ状態で上
    記光伝達面への入射光を上記光軸の方向および該
    光軸に直角な方向の成分に分解し、且つ上記光軸
    に直角な方向の成分を上記光軸方向の成分に対し
    半波長分遅延させる特性の等しい第１及び第２液
    晶可変光学遅延手段と、 該第１及び第２液晶可変光学遅延手段に夫々上
    記制御信号を選択的に印加する制御手段と を具えることを特徴とする電気光学装置。 ２ 夫々光入出力側に平行に配置され、直交する
    ３色光を透過させる３色光透過軸及び上記３色光
    の内の異なる単色光を透過させる単色光透過軸を
    各々有し、上記３色光及び単色光透過軸が所定関
    係で夫々配置された第１、第２及び第３偏光フイ
    ルタと、 制御信号によりオン又はオフ状態に選
    択的に制御され、上記第１及び第２偏光フイルタ
    間並びに上記第２及び第３偏光フイルタ間に夫々
    平行に配置され、上記３色光透過軸及び単色光透
    過軸に対して略45°の角度を成して互いに直交す
    る光軸を夫々有し、オン状態で一方の伝達面への
    入射光を変化させずに透過させ、オフ状態で上記
    光伝達面への入射光を上記光軸の方向および該光
    軸に直角な方向の成分に分解し、且つ上記光軸に
    直角な方向の成分のうち特定の波長成分を上記光
    学方向の成分に対し半波長分遅延させる特性の等
    しい第１及び第２液晶可変光学遅延手段と、 該第１及び第２液晶可変光学遅延手段に夫々上
    記制御信号を選択的に印加する制御手段とを具え
    ることを特徴とする電気光学装置。
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