JP3331575B2 - Optical device - Google Patents
Optical deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶、プラズマ、EL
(エレクトロルミネッセンス)等の如く画素が離散的な
ディスプレイや、撮像画素が離散的なCCD(電荷結合
素子)により代表される固体撮像素子に好適な光学装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to liquid crystal, plasma, EL
The present invention relates to an optical device suitable for a display having discrete pixels such as (electroluminescence) and a solid-state imaging device represented by a CCD (charge coupled device) having discrete imaging pixels.
【0002】[0002]
【従来の技術】液晶、プラズマ、EL等の如くモザイク
状、ドット状等の離散的な画素配列を持った表示素子に
対して、NTSC方式等で線順次走査の画素表示を行う
際、本来アナログ信号であるべき輝度信号が粗くサンプ
リングされて水平方向の位置情報が欠落してしまう。ま
た、垂直方向の画素分解能が走査線数だけ実装できない
場合、走査線の情報を欠落するか、あるいは同一画素上
に上書きするために、輝度信号等の位置分解能(即ち、
ディスプレイの解像度)を低下させていた。2. Description of the Related Art For a display element having a discrete pixel arrangement such as a mosaic or a dot such as a liquid crystal, a plasma, an EL, or the like, when performing line sequential scanning pixel display by the NTSC method or the like, an analog signal is originally used. A luminance signal that should be a signal is roughly sampled, and horizontal position information is lost. Further, when the vertical pixel resolution cannot be implemented by the number of scanning lines, the position resolution of a luminance signal or the like (ie,
Display resolution).
【0003】例えば、NTSC方式で駆動するTFT(T
hin-Film-Transistor)−TN(Twisted Nematic)の液晶
ビューファインダーにおいて、NTSC方式では、1フ
レーム(つまり、ビューファインダーが表示する一枚の
絵)は、偶数本目の走査線と奇数本目の走査線からそれ
ぞれ成る二つのフィールドで形成され、フレーム周波数
は30Hz(つまり、フィールド周波数は60Hz)である。現
状のTFTビューファインダーは、NTSC方式の走査
線数 525本を実装できないため、奇数フィールドと偶数
フィールドを同一画素に書き込む等の方法をとってい
る。このため、垂直分解能がNTSC方式の原理よりも
低下しているのが現状である。[0003] For example, a TFT (T
In the hin-Film-Transistor) -TN (Twisted Nematic) liquid crystal viewfinder, in the NTSC system, one frame (that is, one picture displayed by the viewfinder) is composed of even-numbered scanning lines and odd-numbered scanning lines. And the frame frequency is 30 Hz (that is, the field frequency is 60 Hz). Since the current TFT viewfinder cannot mount 525 scanning lines in the NTSC system, a method such as writing an odd field and an even field in the same pixel is used. For this reason, the vertical resolution is currently lower than the principle of the NTSC system.
【0004】また、画素サイズが大きく、さらにブラッ
クマトリックス等の非表示画素部分のつなぎ目の存在に
より、離散的画素配列のモザイク状の画面が目立ち、画
面の質感を低下させていた。[0004] In addition, due to the large pixel size and the presence of seams of non-display pixels such as a black matrix, a mosaic screen having a discrete pixel array is conspicuous, and the texture of the screen is reduced.
【0005】上記の現象は、CCDによる撮像において
も同様に生じる。即ち、CCDを構成している撮像画像
が離散的なために、被写体の画像情報が構成画素ピッチ
でサンプリングされてしまうため、水平及び垂直の空間
分解能を低下させていた。[0005] The above-mentioned phenomenon also occurs in CCD image pickup. That is, since the captured image forming the CCD is discrete, the image information of the subject is sampled at the constituent pixel pitch, so that the horizontal and vertical spatial resolution is reduced.
【0006】そこで、ウォブリング技術を採用して、絵
素ずらし素子を導入し、奇数フィールドと偶数フィール
ドの画像を空間的にずらすことにより、垂直分解能を向
上させる方法が提案されている。これは、水平方向にも
適用され、水平分解能の向上も可能である。Therefore, there has been proposed a method of improving the vertical resolution by introducing a picture element shifting element by adopting a wobbling technique and spatially shifting an image of an odd field and an even field. This applies to the horizontal direction, and the horizontal resolution can be improved.
【0007】しかし、これまで提案されているウォブリ
ング素子では、応答速度が遅く、ビデオレートでは駆動
できないため、実用的ではなく、また、デバイスの構成
条件も不十分であった。[0007] However, the wobbling element proposed so far has a low response speed and cannot be driven at a video rate, so that it is not practical and the configuration conditions of the device are insufficient.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、離散
的画素からなるディスプレイや、離散的受光画素からな
る固体撮像素子等に対して高速のウォブリング(絵素ず
らし)を可能にし、高解像度化を効率よく達成でき、モ
ザイク状の点描画的画面等を継ぎ目のない連続的な画面
に向上させることができる光学装置を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to enable high-speed wobbling (picture element shifting) for a display composed of discrete pixels, a solid-state image pickup device composed of discrete light-receiving pixels, etc. It is an object of the present invention to provide an optical device capable of efficiently achieving image formation and improving a mosaic-like point-drawing screen or the like into a continuous screen without any seams.
【0009】本発明の他の目的は、上記の目的に加え
て、更に高コントラスト化、高解像度化、色ムラの抑制
を可能とし、性能の良好なデバイスを低コストに提供す
ることにある。Another object of the present invention, in addition to the above objects, is to provide a device having a high performance at a low cost, which enables higher contrast, higher resolution, and suppression of color unevenness.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、光学的
に透明な電極と配向膜とをこの順に設けた光学的に透明
な基体の複数個が前記電極及び前記配向膜の側で互いに
所定の間隙を隔てて対向配置され、強誘電性液晶(FL
C)と反強誘電性液晶(AFLC)と電傾効果を示すス
メクチック液晶(SmA)とから選ばれた少なくとも1
種の液晶(混合液晶であってもよい。)が前記間隙内に
注入されている位相変調光学素子と;前記位相変調光学
素子を透過する偏光を受け入れる位置に配置され、光の
偏光方向に応じて前記光の光軸を選択的にシフトさせる
光学的に透明な複屈折媒体と;前記位相変調光学素子の
後位及び/又は前位に配置され、広い波長範囲で偏光面
を約90度回転させて光軸をシフトさせるための位相調整
媒体と;の組み合わせからなり、前記位相変調光学素子
と前記複屈折媒体と前記位相調整媒体とが、観察位置と
高解像度化されるべき表示素子との間、又は被写体と撮
像素子との間の光路中に配置されてウォブリング素子を
構成し、前記表示素子又は前記撮像素子が一次元又は二
次元にウォブリングされるように構成した光学装置に係
るものである。That is, according to the present invention, a plurality of optically transparent substrates provided with an optically transparent electrode and an alignment film in this order are arranged on the side of the electrode and the alignment film. The ferroelectric liquid crystal (FL) is disposed opposite to each other with a predetermined gap therebetween.
C), an antiferroelectric liquid crystal (AFLC), and a smectic liquid crystal (SmA) exhibiting an electroclinic effect.
A phase modulation optical element in which a kind of liquid crystal (which may be a mixed liquid crystal) is injected into the gap; and a liquid crystal element arranged at a position for receiving polarized light transmitted through the phase modulation optical element, according to the polarization direction of the light. An optically transparent birefringent medium for selectively shifting the optical axis of the light by rotating the plane of polarization by about 90 degrees over a wide wavelength range; And a phase adjustment medium for shifting the optical axis. The phase modulation optical element, the birefringent medium, and the phase adjustment medium are arranged between the observation position and the display element to be improved in resolution. An optical device which is arranged in an optical path between a subject or an image sensor and forms a wobbling element, and wherein the display element or the image sensor is wobbled one-dimensionally or two-dimensionally. is there.
【0011】本発明の光学装置によれば、上記の位相変
調光学素子により光の位相を変化させて偏光面をずら
し、更に上記の複屈折媒体によって入射光を選択的に屈
折させるので、離散的画素に対して効果的にウォブリン
グを行え、解像度を向上させ、かつ、画質も良好にする
ことができる。特に、ビデオレートでの空間分解能を向
上させ、モザイク状の点描画的画面を継目のない連続的
な画面に向上させることができる。According to the optical apparatus of the present invention, the phase modulation optical element changes the phase of light to shift the plane of polarization, and the birefringent medium selectively refracts incident light. The wobbling can be effectively performed on the pixels, the resolution can be improved, and the image quality can be improved. In particular, the spatial resolution at the video rate can be improved, and the mosaic-like point drawing screen can be improved to a continuous screen without any seams.
【0012】そして、上記の位相変調光学素子に用いる
強誘電性液晶等の液晶はいずれも、電界の作用に対して
液晶ダイレクタの方向が変化し易く、応答速度が非常に
速い(例えば、立ち上がり及び立ち下がり時間ともにμ
sec オーダーであって、ツイストネマチック液晶の特に
立ち下がり時間に比べてはるかに速い)ので、ビデオレ
ートでの駆動が十分可能となる。The liquid crystal such as ferroelectric liquid crystal used in the above-mentioned phase modulation optical element easily changes the direction of the liquid crystal director in response to the action of an electric field, and has a very fast response speed (for example, rising and falling). Both fall time μ
Since it is in the order of sec and is much faster than the falling time of the twisted nematic liquid crystal, the driving at the video rate is sufficiently possible.
【0013】本発明においては、高解像度化されるべき
表示素子と観察位置との間、又は被写体と撮像素子との
間の光路中に、位相変調光学素子と複屈折媒体と位相調
整媒体とが配置されてウォブリング素子を構成し、前記
表示素子又は前記撮像素子が一次元又は二次元にウォブ
リングされる。In the present invention, a phase modulation optical element, a birefringent medium, and a phase adjusting medium are provided between a display element to be improved in resolution and an observation position or in an optical path between a subject and an image pickup element. The display element or the imaging element is wobbled one-dimensionally or two-dimensionally.
【0014】また、複屈折媒体が、入射光の偏光方向に
より光軸のずれを与える水晶等の透明基板からなってい
てウォブリング方向に等価的に一軸性の異常光軸の成分
を有するように配置されるか、或いは光が透過する基板
対向面が平行でなく、見掛けの異常光軸が両平面に垂直
な平面に平行又は垂直であってよい。Further, the birefringent medium is made of a transparent substrate made of quartz or the like which shifts the optical axis depending on the polarization direction of the incident light, and is arranged so as to have a uniaxial extraordinary optical axis component equivalently in the wobbling direction. Alternatively, the light-transmitting substrate-facing surface may not be parallel, and the apparent extraordinary optical axis may be parallel or perpendicular to a plane perpendicular to both planes.
【0015】本発明において、上記の位相変調光学素子
の後位及び/又は前位に、広い波長範囲で偏光面を約90
度回転させて光軸をシフトさせるための位相調整媒体が
更に配置されていることが重要である。In the present invention, the polarization plane is provided with a polarization plane of about 90 in a wide wavelength range at the rear and / or front of the phase modulation optical element.
It is important that a phase adjusting medium for rotating the optical axis by rotating by an angle is further provided.
【0016】このように構成すれば、高解像度化におい
て偏光面を約90度回転させる光の波長範囲を広げること
ができ、高コントラスト化、高解像度化の向上、更に色
ムラの抑制を達成できる。また、ウォブリング効果が得
られる波長範囲を可視光領域全域に拡大できるために、
特に赤(R)、緑(G)、青(B)の3板から構成され
る表示素子、或いは撮像素子の高解像度化を1枚のウォ
ブリング素子で行うことができ、コストの低減をはかる
ことができる。With this configuration, it is possible to widen the wavelength range of light for rotating the plane of polarization by about 90 degrees in high resolution, and to achieve high contrast, high resolution, and suppression of color unevenness. . Also, since the wavelength range in which the wobbling effect can be obtained can be extended to the entire visible light region,
In particular, it is possible to increase the resolution of a display element or an imaging element composed of three plates of red (R), green (G), and blue (B) with a single wobbling element, thereby reducing costs. Can be.
【0017】しかも、位相調整による位相補償で、カイ
ラルスメクチック素子の位相差の偏差、即ちギャップ精
度の偏差の条件が緩和するため、歩留りが向上する。そ
して、撮像素子において、ローパスフィルタの効果を十
分に発揮できるため、高解像度かつモアレ縞や色偽信号
等を低減した画像を撮像することができる。In addition, the phase compensation by the phase adjustment reduces the deviation of the phase difference of the chiral smectic element, that is, the condition of the deviation of the gap accuracy, thereby improving the yield. Since the effect of the low-pass filter can be sufficiently exerted in the image sensor, an image with high resolution and reduced moiré fringes, false color signals, and the like can be captured.
【0018】この場合、位相調整媒体が、π電子系を含
む液晶材料からなる素子と、少なくとも透明電極に液晶
が挟まれたアクティブ液晶素子と、π電子系を含む高分
子フィルムとのうちのいずれかによって構成され、ウォ
ブリング時のフィールド間における使用波長範囲での積
分量としてのクロストークを位相調整の行われないウォ
ブリング素子よりも減少させるものであることが望まし
い。In this case, the phase adjustment medium may be any one of an element made of a liquid crystal material containing a π-electron system, an active liquid crystal element having a liquid crystal interposed at least between transparent electrodes, and a polymer film containing a π-electron system. It is desirable to reduce the crosstalk as an integral amount in the used wavelength range between fields during wobbling as compared with a wobbling element in which phase adjustment is not performed.
【0019】位相調整媒体が、光学的に透明で一様に配
向したスメクチック液晶(カイラル液晶を含む。)素子
と、ネマチック液晶素子と、主鎖型高分子液晶と、側鎖
型高分子液晶と、芳香族ポリエステル系フィルムと、ポ
リカーボネートフィルムと、ポリスチレン又はスチレン
系樹脂フィルムと、メタクリル系樹脂フィルムと、ビニ
ル系樹脂フィルムと、セルロース系フィルムと、ポリア
ミド系樹脂フィルムと、ポリフェニレン系フィルムと、
ポリフェニレンスルフィド系フィルムと、ポリスルフォ
ン系フィルムと、非晶ポリアレートフィルムと、ポリエ
ーテルスルフォン系フィルムと、ポリエーテルイミド系
フィルムと、ポリエーテルケトン系フィルムと、ポリア
ミドイミド系フィルムと、ポリイミド系フィルムとのう
ちのいずれかによって構成されてよい。The phase adjusting medium includes an optically transparent and uniformly oriented smectic liquid crystal (including chiral liquid crystal) element, a nematic liquid crystal element, a main chain type polymer liquid crystal, and a side chain type polymer liquid crystal. Aromatic polyester film, polycarbonate film, polystyrene or styrene resin film, methacrylic resin film, vinyl resin film, cellulose film, polyamide resin film, polyphenylene film,
Polyphenylene sulfide-based film, polysulfone-based film, amorphous polyalate film, polyethersulfone-based film, polyetherimide-based film, polyetherketone-based film, polyamide-imide-based film, and polyimide-based film May be constituted by any of the above.
【0020】また、表示素子用のウォブリング素子を構
成する位相調整用のフィルムが、カイラルスメクチック
液晶からなる位相変調光学素子に直接貼り付けられてい
ないこと、撮像素子用のウォブリング素子を構成する位
相調整用のフィルム及び偏光板がカイラルスメクチック
液晶からなる位相変調光学素子に直接貼り付けられてい
ないことがよい。Further, a phase adjusting film constituting a wobbling element for a display element is not directly adhered to a phase modulation optical element composed of a chiral smectic liquid crystal, and a phase adjusting film constituting a wobbling element for an image pickup element is provided. It is preferred that the film and the polarizing plate are not directly attached to the phase modulation optical element made of chiral smectic liquid crystal.
【0021】そして、広い波長範囲で偏光面を約90度回
転させ、ウォブリングのクロストークを最小にするよう
に、カイラルスメクチック液晶からなる位相変調光学素
子の位相差と位相調整媒体の位相差、更には入射偏光の
軸、前記位相変調光学素子の遅相軸、前記位相調整媒体
の遅相軸、光軸ずらしのための複屈折媒体の異常光軸の
方向をそれぞれ調節することができる。Then, the polarization plane is rotated by about 90 degrees in a wide wavelength range, and the phase difference of the phase modulation optical element made of a chiral smectic liquid crystal and the phase difference of the phase adjusting medium are further reduced so as to minimize the wobbling crosstalk. Can adjust the directions of the axis of incident polarized light, the slow axis of the phase modulation optical element, the slow axis of the phase adjustment medium, and the direction of the extraordinary optical axis of the birefringent medium for shifting the optical axis.
【0022】カイラルスメクチック液晶からなる位相変
調光学素子の配向処理方向が画素ずらし方向に平行或い
は垂直であってよく、その配向処理が、ラビング又は真
空蒸着によって行われてよい。The alignment direction of the phase modulation optical element made of a chiral smectic liquid crystal may be parallel or perpendicular to the pixel shifting direction, and the alignment processing may be performed by rubbing or vacuum deposition.
【0023】また、カイラルスメクチック液晶からなる
位相変調光学素子の632.8nmでの位相差が160nm〜380nm
であること、位相調整媒体が160nm〜380nmのレタデーシ
ョンを示し、カイラルスメクチック液晶からなる位相変
調光学素子の632.8nmでの位相差と同じ位相差を有する
こと、位相変調光学素子の液晶ダイレクタの2つのスイ
ッチング状態のうちのどちらかの状態の遅相軸に対し
て、位相調整媒体の遅相軸をほぼ直交させることが望ま
しい。Further, the phase difference at 632.8 nm of the phase modulation optical element composed of a chiral smectic liquid crystal is 160 nm to 380 nm.
That the phase adjustment medium shows a retardation of 160 nm to 380 nm, and has the same phase difference as the phase difference at 632.8 nm of the phase modulation optical element composed of chiral smectic liquid crystal, and two of the liquid crystal director of the phase modulation optical element. It is desirable that the slow axis of the phase adjustment medium be substantially orthogonal to the slow axis in either of the switching states.
【0024】また、高解像度化されるべき表示素子又は
撮像素子が離散的画素から構成されるツイストネマチッ
ク液晶、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶等の液晶表示
素子、発光ダイオード等の自発光型表示素子又はCCD
等であってよい。Further, a liquid crystal display element such as a twisted nematic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal in which a display element or an image pickup element to be improved in resolution is composed of discrete pixels, and a self-luminous light such as a light emitting diode. Type display element or CCD
And so on.
【0025】高解像度化されるべき表示素子又は被写体
からの光が偏光していない場合、ウォブリング素子と前
記表示素子又は被写体との間の光路中に、偏光を与える
素子が配置されるのがよい。When the light from the display element or the object to be improved in resolution is not polarized, it is preferable that an element for giving polarization is arranged in the optical path between the wobbling element and the display element or the object. .
【0026】本発明で使用される液晶は、ブックシェル
フ、疑似ブックシェルフ又はシェブロン構造の液晶層構
造のカイラルスメクチック液晶であってよい。The liquid crystal used in the present invention may be a bookshelf, a pseudo bookshelf or a chiral smectic liquid crystal having a liquid crystal layer structure of a chevron structure.
【0027】この場合、カイラルスメクチック液晶のプ
レチルト角は0〜45度であるのが望ましい。また、使用
される液晶の見かけのコーン角θは26〜64度であるのが
望ましい。In this case, the pretilt angle of the chiral smectic liquid crystal is desirably 0 to 45 degrees. The apparent cone angle θ of the liquid crystal used is desirably 26 to 64 degrees.
【0028】本発明の上記位相変調光学素子に使用され
る液晶の2つのスイッチ状態における各ダイレクタ間の
2等分線が、表示素子からの光の偏光面(P1)又はそ
れに直交する線(P2)とのなす角δは、位相調整(又
は補償)を行わない場合にはδ=22.5±10度であること
が望ましい。または、位相調整(又は補償)を行った位
相変調光学素子において液晶の2つのスイッチ状態にお
ける位相補償後の各スイッチ状態のうち、絶対値の大き
な複屈折の遅相軸とP1又はP2との間の2等分線が、
表示素子からの光の偏光面(P1)又はそれに直交する
線(P2)とのなす角δ1は、δ1=22.5±10度の範囲
であることが望ましい。The bisector between the directors of the liquid crystal used in the phase modulation optical element of the present invention in the two switch states is the polarization plane (P1) of the light from the display element or a line (P2) orthogonal to it. ) Is preferably 22.5 ± 10 degrees when phase adjustment (or compensation) is not performed. Alternatively, in each of the switch states after the phase compensation in the two switch states of the liquid crystal in the phase modulation optical element that has been subjected to the phase adjustment (or compensation), between the slow axis of birefringence having a large absolute value and P1 or P2. The bisector of
It is desirable that the angle δ1 between the polarization plane (P1) of the light from the display element and the line (P2) orthogonal thereto is in the range of δ1 = 22.5 ± 10 degrees.
【0029】そして、高解像度化されるべき表示素子と
しての液晶ディスプレイ又は撮像素子が、赤、緑及び青
のトリオ画素を1絵素とする単板である場合、 632.8nm
の光源を用いて測定した位相差が 130nm〜370nm の範囲
にあるのがよい。When the liquid crystal display or the image pickup device as a display device to be improved in resolution is a single plate having red, green and blue trio pixels as one picture element, 632.8 nm
The phase difference measured using the above light source is preferably in the range of 130 nm to 370 nm.
【0030】また、高解像度化されるべき表示素子とし
ての液晶ディスプレイ又は撮像素子が3板の場合、組み
合わせる各フィルタの透過率特性の波長範囲の上限をλ
Maxとし、下限をλMin とすると、許容できる位相差は
λMax /2〜λMin /2の範囲にあり、光源として赤、
緑、青の蛍光体の発光を用いる場合には、それぞれの有
効位相差範囲は中心波長をλC としたときに(λC −10
0)/2〜(λC +100)/2の範囲にある(但し、上記の
各位相差の単位はnmである。)のがよい。When the liquid crystal display or the image pickup device as a display device to be improved in resolution has three plates, the upper limit of the wavelength range of the transmittance characteristic of each filter to be combined is λ.
If the lower limit is λ Min and the lower limit is λ Min , the allowable phase difference is in the range of λ Max / 2 to λ Min / 2,
Green, in the case of using the light emission of the blue phosphor, when each of the effective phase difference range in which the center wavelength and λ C (λ C -10
0) / 2 to (λ C +100) / 2 (however, the unit of each phase difference is nm).
【0031】撮像素子を組み合わせるときには、撮像波
長が赤外光を含む(波長 700〜1200nm)場合、632.8nm
の光源を用いて測定した位相差が 350nm〜600nm の範囲
であるのがよい。When the image pickup element is combined, when the image pickup wavelength includes infrared light (wavelength 700 to 1200 nm), 632.8 nm
It is preferable that the phase difference measured using the above light source is in the range of 350 nm to 600 nm.
【0032】位相変調光学素子は、矩形波駆動、パルス
駆動等の双極性の印加電圧を用いて駆動されることがで
きる。The phase modulation optical element can be driven by using a bipolar applied voltage such as rectangular wave drive or pulse drive.
【0033】この場合、ウォブリング時に、駆動電圧の
立ち上がりと立ち下がりの各応答時間がフィールド時間
の1/3以下であり、かつ、立ち上がり時間と立ち下が
り時間との比が互いに2倍を超えないことが望ましい。In this case, at the time of wobbling, the response time of the rise and fall of the drive voltage is not more than 1/3 of the field time, and the ratio between the rise time and the fall time does not exceed twice as large. Is desirable.
【0034】ウォブリング方向の長さ成分に対して、絵
素口径(モノクロ画面或いは3板の時は画素アパーチ
ャ、単板では赤、緑、青の画素トリオを1つとする。)
をLA、絵素ピッチをLP とするとき、絵素ずらし量L
は、 Min(LP −LA 、LA /2) ≦ L ≦ Max(LA 、
LP −LA /2) (但し、Min(x、y)、Max(x、y)はそれぞ
れ、x、yの内の小さい値、大きい値を与える関数とす
る。)とするのがよい。Picture element diameter for the length component in the wobbling direction (pixel aperture for monochrome screen or three boards, one pixel trio for red, green, and blue for single board)
Where L A is the pixel pitch and L P is the pixel pitch, the pixel shift amount L
Is, Min (L P -L A, L A / 2) ≦ L ≦ Max (L A,
L P −L A / 2) (however, Min (x, y) and Max (x, y) are preferably functions giving smaller and larger values of x and y, respectively). .
【0035】また、水平走査線数Nの表示素子と、この
表示素子の画面垂直方向にN分割〜1分割(好ましくは
N分割〜3分割、更にはN/2分割又は(N+1)/2
分割以下、3分割以上がよい。)した駆動電極を有する
位相変調光学素子とが組み合わされているのがよい。A display element having the number N of horizontal scanning lines, and N to 1 divisions (preferably N to 3 divisions, further N / 2 divisions or (N + 1) / 2) in the vertical direction of the screen of the display elements.
Below division, three or more divisions are preferred. It is preferable to combine a phase modulation optical element having the driving electrodes described above.
【0036】この場合、分割電極間の距離が液晶セルギ
ャップよりも長い(更には、ブラックマトリックス部の
如き非表示部位よりは短い)のがよい。In this case, the distance between the divided electrodes is preferably longer than the liquid crystal cell gap (further shorter than the non-display portion such as the black matrix portion).
【0037】ウォブリング時には、検出したビデオ垂直
同期信号を基準とし、表示素子の駆動と位相変調光学素
子の駆動とを同期させ、1フィールドの時間を必要電極
数分割し、位相変調光学素子の各チャンネルでシーケン
シャルにフィールド内での時間遅れを与え、駆動するこ
とができる。At the time of wobbling, the driving of the display element and the driving of the phase modulation optical element are synchronized based on the detected video vertical synchronizing signal, the time of one field is divided by the required number of electrodes, and each channel of the phase modulation optical element is divided. With this, a time delay in the field can be sequentially given and driving can be performed.
【0038】また、同期信号を基準とし、撮像素子の駆
動と位相変調光学素子の駆動とを同期させ、各フィール
ド内で撮像し、データを転送して1フレームを形成する
ことができる。Further, based on the synchronization signal, the drive of the image pickup device and the drive of the phase modulation optical device are synchronized with each other, an image is taken in each field, and data is transferred to form one frame.
【0039】本発明の光学装置では、光軸をずらすため
の複屈折媒体と位相変調光学素子とが光学用接着剤で貼
り合わせられたり、或いは、複屈折媒体としての水晶板
に透明電極及び配向膜を設け、液晶素子と一体化するこ
とができる。In the optical device of the present invention, the birefringent medium for shifting the optical axis and the phase modulation optical element are bonded with an optical adhesive, or the transparent electrode and the orientation are attached to a quartz plate as the birefringent medium. A film can be provided and integrated with the liquid crystal element.
【0040】また、直視型、反射型又は投射型ディスプ
レイ装置として構成されたり、可視光の波長範囲で使用
されることが可能である。Further, it can be configured as a direct-view, reflection-type or projection-type display device, or can be used in the wavelength range of visible light.
【0041】また、ウォブリング素子を固体撮像素子と
組み合わせ、可視光或いは赤外光撮像装置として構成さ
れることができる。Further, the wobbling element can be combined with a solid-state image pickup element to constitute a visible light or infrared light image pickup apparatus.
【0042】また、ウォブリング素子と光学ローパスフ
ィルタと固体撮像素子とが組み合わされることができ、
この場合、ウォブリング素子と光学ローパスフィルタと
の間の光路中に、4分の1波長板が配置されるのがよ
い。Further, the wobbling element, the optical low-pass filter, and the solid-state image sensor can be combined,
In this case, a quarter-wave plate is preferably disposed in the optical path between the wobbling element and the optical low-pass filter.
【0043】[0043]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0044】図1及び図2は、本発明によるウォブリン
グ素子を組み込んだ光学装置の一例を概略的に示すもの
である。FIGS. 1 and 2 schematically show an example of an optical device incorporating a wobbling element according to the present invention.
【0045】この例は、本発明を液晶光学表示装置1に
適用したものであって、同一光路中に光の進行方向に沿
って順次配置された液晶表示素子(LCD)2と、位相
変調光学素子としての強誘電性液晶素子(FLC)3
と、水晶板等の透明基板からなる複屈折媒体4との組み
合わせによって構成されている。ここで、理解容易のた
めに、各構成素子は、液晶表示素子LCDの1つの構成
表示画素5に対応した区画についてそれぞれ示されてい
る(以下、同様)。In this example, the present invention is applied to a liquid crystal optical display device 1, in which a liquid crystal display element (LCD) 2 sequentially arranged in the same optical path along the traveling direction of light, and a phase modulation optical Ferroelectric liquid crystal device (FLC) 3 as device
And a birefringent medium 4 made of a transparent substrate such as a quartz plate. Here, for ease of understanding, each constituent element is shown for a section corresponding to one constituent display pixel 5 of the liquid crystal display element LCD (the same applies hereinafter).
【0046】上記のLCD2の画素5は全体としてモザ
イク状等の離散的な画素配列からなっており、また、使
用される液晶はTN(ツイストネマチック)、STN
(超ツイストネマチック)、SH(スーパーホメオトロ
ピック)、更にはFLC等からなっている。このLCD
2は、図示省略したが、公知の如くにパネル自身に偏光
板を有し、出力光6は直線偏光を有している。The pixel 5 of the LCD 2 has a discrete pixel arrangement such as mosaic as a whole, and the liquid crystal used is TN (twisted nematic) or STN.
(Super twisted nematic), SH (super homeotropic), and FLC. This LCD
Although not shown, the panel 2 has a polarizing plate on the panel itself and the output light 6 has linearly polarized light, as is well known.
【0047】そして、この直線偏光6に対し、上記のF
LC3と複屈折媒体4とで構成されるウォブリング素子
(絵素ずらし素子)7によって平行方向又は垂直方向に
絵素ずらしが行われる。Then, for the linearly polarized light 6, the above F
A picture element is shifted in the parallel or vertical direction by a wobbling element (picture element shifting element) 7 composed of the LC 3 and the birefringent medium 4.
【0048】このためには、FLC素子3の一つの異常
光軸8を表示画素5の偏光面9と平行あるいは垂直とな
るように配置し、更に、等価的に一軸性の光学軸(一軸
的な光学異方性)を有する透明基板4の異常光軸10のX
−Y面(入射側)への射影成分を偏光面9に対し、平行
(Y方向)あるいは垂直(X方向)に配置している。For this purpose, one extraordinary optical axis 8 of the FLC element 3 is arranged so as to be parallel or perpendicular to the polarization plane 9 of the display pixel 5, and furthermore, equivalently, a uniaxial optical axis (uniaxial optical axis). X of the extraordinary optical axis 10 of the transparent substrate 4 having
The projection component on the −Y plane (incident side) is arranged parallel (Y direction) or perpendicular (X direction) to the polarization plane 9.
【0049】FLC素子3に用いる液晶は、ビデオレー
トで高速スイッチング可能なものであって、カイラルス
メクチック液晶等が挙げられ、また、複屈折媒体4には
水晶板等が使用可能である。但し、後述するように、F
LCに代えて反強誘電性液晶(AFLC)や、電傾効果
を示すスメクチック液晶(例えばスメクチックA)も有
効であり、また、水晶板以外の複屈折素子も勿論使用可
能である。The liquid crystal used for the FLC element 3 is a liquid crystal capable of high-speed switching at a video rate, such as a chiral smectic liquid crystal, and the birefringent medium 4 can be a quartz plate or the like. However, as described later,
Instead of LC, an antiferroelectric liquid crystal (AFLC) or a smectic liquid crystal (for example, smectic A) exhibiting an electroclinic effect is also effective, and a birefringent element other than a quartz plate can of course be used.
【0050】次に、この表示装置1におけるウォブリン
グ動作を概略的に説明する。Next, the wobbling operation in the display device 1 will be schematically described.
【0051】まず、図1のように、強誘電性液晶素子3
のスイッチ状態が状態1の場合、表示素子2側から照射
される光6の偏光面9と強誘電性液晶素子3の異常光軸
8が平行のため、透過光11は偏光面を維持したまま複屈
折を有する水晶板4に照射される。水晶板4では、入射
偏光面内に水晶の異常光軸10を含むため、Y軸方向に偏
光している光は水晶板4の異常光軸10の傾いている方向
へ屈折し、再び空気層へ12として出るとき光軸と平行に
なり、入射光の光軸とのずれがY方向に生じる。First, as shown in FIG.
Is in the state 1, the polarization plane 9 of the light 6 emitted from the display element 2 side is parallel to the extraordinary optical axis 8 of the ferroelectric liquid crystal element 3, so that the transmitted light 11 maintains the polarization plane. The light is applied to the crystal plate 4 having birefringence. In the quartz plate 4, since the extraordinary optical axis 10 of the quartz is included in the incident polarization plane, the light polarized in the Y-axis direction is refracted in the direction in which the extraordinary optical axis 10 of the quartz plate 4 is inclined, and the air layer is again formed. When the light exits as 12, the light becomes parallel to the optical axis, and the deviation of the incident light from the optical axis occurs in the Y direction.
【0052】一方、図2のように、強誘電性液晶素子3
のスイッチ状態が状態2の場合、偏光面9と異常光軸8
が約45度の角をなしているため、透過光11は異常光軸の
向きに回転し、直線偏光(Y軸方向)→楕円偏光→円偏
光→楕円偏光→直線偏光(X軸方向)と強誘電性液晶素
子3内を変化し、偏光面は初期状態から90度回転し、水
晶板4に照射される。水晶板4では、入射偏光面内に水
晶の異常光軸10を含まないため、光11は屈折しないでそ
のままの光軸を維持し、再び空気層へ出射光12として出
る。On the other hand, as shown in FIG.
Is the state 2, the polarization plane 9 and the extraordinary optical axis 8
Has an angle of about 45 degrees, the transmitted light 11 rotates in the direction of the extraordinary optical axis, and becomes linearly polarized light (Y-axis direction) → elliptically polarized light → circularly polarized light → elliptically polarized light → linearly polarized light (X-axis direction). The inside of the ferroelectric liquid crystal element 3 changes, and the plane of polarization is rotated by 90 degrees from the initial state, and is irradiated on the quartz plate 4. In the quartz plate 4, since the extraordinary optical axis 10 of the crystal is not included in the incident polarization plane, the light 11 is maintained as it is without being refracted, and exits to the air layer again as the outgoing light 12.
【0053】このように、FLC3のスイッチ状態、即
ち、状態1と状態2での水晶板4による屈折の有無で光
軸をずらし、この光軸のずれを絵素ずらしの動作原理と
して用いることができる。As described above, the optical axis is shifted depending on the switching state of the FLC 3, that is, the presence or absence of refraction by the quartz plate 4 in the state 1 and the state 2, and the shift of the optical axis is used as an operation principle of the picture element shifting. it can.
【0054】ここで、FLC3における上記スイッチ状
態を決める液晶のコーン角について説明する。強誘電性
液晶(反強誘電性液晶でも同様)では、電界印加による
液晶ダイレクタのスイッチング挙動としては、「液晶辞
典」(培風館発行)のP150に記載されている南部−ゴ
ールドストーンモードに従って液晶分子が仮想的なコー
ン上を動く。さらに、電傾効果を有するスメクチックA
液晶(同液晶辞典のP145)では、同液晶辞典のP119 に
記載されているソフトモードを利用した場合でも、コー
ン角に類似した各液晶組成物に固有のコーン角を有して
いる。Here, the cone angle of the liquid crystal that determines the switch state in the FLC 3 will be described. In a ferroelectric liquid crystal (similarly in an antiferroelectric liquid crystal), the switching behavior of a liquid crystal director by applying an electric field is such that the liquid crystal molecules follow a southern-goldstone mode described in P150 of “Liquid Crystal Dictionary” (published by Baifukan). Move on a virtual cone. Further, smectic A having an electroclinic effect
The liquid crystal (P145 of the liquid crystal dictionary) has a cone angle unique to each liquid crystal composition similar to the cone angle even when the soft mode described in P119 of the liquid crystal dictionary is used.
【0055】即ち、図3に示すようなITO(インジウ
ムにスズをドープしたIndium tin oxide) からなる透明
電極13−14間に挟まれた液晶15のコーンモデルを考え
る。コーンの開き角をコーン角θrと呼び、このコーン
角の透明電極の付いたガラス基板への投影を見かけのコ
ーン角θと呼ぶ。光学的にはこの見かけのコーン角θに
ついて考えれば良い。このコーン角は、以下に示すよう
に温度依存性を示すために、有効なウォブリング効果を
得るために例えば25℃でコーン角45度を得ていても、そ
の環境温度により低温側ではコーン角が大きく、高温側
ではコーン角が小さいという現象がある。That is, consider a cone model of the liquid crystal 15 sandwiched between transparent electrodes 13-14 made of ITO (indium tin oxide doped with indium) as shown in FIG. The opening angle of the cone is called a cone angle θr, and the projection of this cone angle onto a glass substrate provided with a transparent electrode is called an apparent cone angle θ. Optically, the apparent cone angle θ may be considered. This cone angle shows temperature dependence as shown below, so even if a cone angle of 45 degrees is obtained at 25 ° C, for example, in order to obtain an effective wobbling effect, the cone angle will be lower on the low temperature side due to its environmental temperature. There is a phenomenon that the cone angle is large and the cone angle is small on the high temperature side.
【0056】例えば、下記の表1及び図4に示すよう
に、チッソ石油化学社製のFLC液晶CS−1014を
用いたSiO斜方蒸着配向膜付きの反平行セルでは、25
℃近傍では見かけのコーン角は約45度であるが、0℃で
は約51.6度と大きく、55℃では7度にまで低下してい
る。また、下記の表2及び図5に示すように、メルク社
製のFLC液晶ZLI−3774を用いた同様のセルで
は、25℃で見かけのコーン角は約45度であるが、低温側
では−10℃で54.8度と大きくなる。For example, as shown in the following Table 1 and FIG. 4, an antiparallel cell with an obliquely vapor-deposited alignment film of SiO using FLC liquid crystal CS-1014 manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd.
The apparent cone angle is about 45 degrees near 0 ° C, but it is as large as about 51.6 degrees at 0 ° C and drops to 7 degrees at 55 ° C. As shown in Table 2 below and FIG. 5, in a similar cell using FLC liquid crystal ZLI-3774 manufactured by Merck, the apparent cone angle is about 45 degrees at 25 ° C., but −45 ° C. on the low temperature side. It becomes as large as 54.8 degrees at 10 ° C.
【0057】 [0057]
【0058】 [0058]
【0059】このように、見かけのコーン角θ、即ちス
イッチング前後での液晶の異常光軸8のなす角が45度か
らずれると、上記した如き理想的な90度の偏光面の回転
は達成できず、種々の問題が生ずる。As described above, if the apparent cone angle θ, that is, the angle formed by the extraordinary optical axis 8 of the liquid crystal before and after switching deviates from 45 degrees, the ideal rotation of the polarization plane of 90 degrees as described above can be achieved. However, various problems occur.
【0060】更に、コーン角の効果を検討するため、25
℃でコーン角の大きな液晶としてチッソ石油化学社製の
CS−2003(コーン角60度)、CS−2002(コ
ーン角64度)、CS−2004(コーン角88度)が使用
可能である。これらはいずれも、Iso−N* −SmC
* −Crystを示す組成物である。そして、コーン角65〜
80度の組成物は、CS−2002(コーン角64度)とC
S−2004(コーン角88度)をブレンドすることによ
り調製する。Further, to examine the effect of the cone angle, 25
CS-2003 (cone angle 60 degrees), CS-2002 (cone angle 64 degrees) and CS-2004 (cone angle 88 degrees) manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd. can be used as liquid crystals having a large cone angle at ° C. These are all Iso-N * -SmC
* A composition showing -Cryst. And cone angle 65 ~
An 80 degree composition is CS-2002 (cone angle 64 degrees) and C
Prepared by blending S-2004 (cone angle 88 °).
【0061】なお、コーン角の測定は、2つのスイッチ
状態における液晶ダイレクタのなす角を測定するもので
あり、具体的には、偏光子が直交した偏光顕微鏡下で液
晶セルを観察し、消光位(回転して暗くなる位置)での
ステージの回転角から求めた。The measurement of the cone angle is to measure the angle formed by the liquid crystal director in two switch states. Specifically, the liquid crystal cell is observed under a polarizing microscope in which the polarizers are orthogonal, and the extinction position is measured. It was determined from the rotation angle of the stage at (the position where it turns dark).
【0062】そこで、本発明者は鋭意努力の結果、次に
述べる光軸の組み合わせが有効であることを見出した。The present inventor has found, as a result of diligent efforts, that the following combinations of optical axes are effective.
【0063】素子環境温度のために見かけのコーン角が
45度から外れる(例えば45+γ度:ここでγは45>γ>
−45)場合、ウォブリング動作において、スイッチ状態
の片方の状態での液晶ダイレクタの光軸を理想的に表示
素子側偏光面に平行あるいは直交して合わせると、この
スイッチ状態では透過光の偏光面は変化しない。この場
合には、偏光面が回転していないため、例えば図1のよ
うに、水晶板4の異常光軸10の方向に 100%の光が屈折
し、光軸からのずれを与える。この時、Z軸上の成分は
ほとんどない。The apparent cone angle is
Deviates from 45 degrees (for example, 45 + γ degrees: where γ is 45>γ>
-45) In the wobbling operation, if the optical axis of the liquid crystal director in one of the switch states is ideally aligned parallel or orthogonal to the polarization plane on the display element side, the polarization plane of the transmitted light in this switch state becomes It does not change. In this case, since the polarization plane is not rotated, 100% of the light is refracted in the direction of the extraordinary optical axis 10 of the quartz plate 4 as shown in FIG. At this time, there is almost no component on the Z axis.
【0064】そして、もう一方のスイッチ状態では45+
γ度となるために、γが正の場合は透過光の偏光面は90
度以上の回転をし、γが負の場合は偏光面は90度まで回
転しない。偏光面が完全に90度回転した時には、図2に
示したようにZ軸上の成分がほぼ 100%となるが、図6
に示したように、偏光面の回転が90度からγの角度ずれ
る場合、偏光成分としてY軸方向の成分も増加してくる
ので、Z軸上以外に、Y方向にずれた成分が含まれるよ
うになる。従って、この場合には、本来高解像度化する
べき画素ずらしの効果が減ぜられてしまう。In the other switch state, 45+
When γ is positive, the plane of polarization of transmitted light is 90
When the γ is negative, the plane of polarization does not rotate to 90 degrees. When the plane of polarization is completely rotated by 90 degrees, the component on the Z axis is almost 100% as shown in FIG.
As shown in the above, when the rotation of the polarization plane deviates from 90 degrees by an angle of γ, the component in the Y-axis direction also increases as the polarization component, so that a component shifted in the Y-direction is included in addition to on the Z-axis. Become like Therefore, in this case, the effect of the pixel shift which should be originally made higher in resolution is reduced.
【0065】特に、高解像度化の効果を減ずる原因とし
ては、画素ずらし時の漏れ成分によるものであることが
わかった。In particular, it has been found that the effect of reducing the effect of increasing the resolution is due to a leak component when shifting pixels.
【0066】ここで、図6で示した液晶のコーン角につ
いて更に説明する。液晶のコーン角が45度でない場合、
図7に示すように、奇数フィールド、偶数フィールド間
での光の漏れ(即ち、クロストーク)が生じる。この結
果、例えば奇数フィールドが白、偶数フィールドが黒の
場合、完全にウォブリングが行われれば、十分なコント
ラストで縞が観察されるが、漏れ成分が存在すると白が
暗くなり、黒が明るくなり、コントラストが低下する。
例えば、本来の表示素子のコントラストが 100:1あれ
ば、フィールド間のクロストークが10%あると、 100%
白レベルは90.1%となり、0%白レベル(黒レベル)は
10.9%となり、90.1:10.9=8.27:1となり、コントラ
ストがかなり低下してしまう。Here, the cone angle of the liquid crystal shown in FIG. 6 will be further described. If the cone angle of the liquid crystal is not 45 degrees,
As shown in FIG. 7, light leakage (that is, crosstalk) occurs between the odd field and the even field. As a result, for example, if the odd field is white and the even field is black, if wobbling is performed completely, fringes will be observed with sufficient contrast, but if there is a leak component, white will be dark and black will be bright, The contrast decreases.
For example, if the contrast of the original display element is 100: 1, if there is 10% crosstalk between fields, 100%
White level is 90.1%, 0% white level (black level) is
10.9%, which is 90.1: 10.9 = 8.27: 1, and the contrast is considerably reduced.
【0067】即ち、ディスプレイとして実用に耐えるに
はコントラスト8:1以上は必要なため、フィールド間
のクロストークを約10%以下に抑えることが重要となる
(コントラストが保証されてのみ、高解像度化の効果が
確認されるのである)。That is, since a contrast of 8: 1 or more is necessary to endure practical use as a display, it is important to suppress crosstalk between fields to about 10% or less (only when the contrast is guaranteed, the resolution is increased). Effect is confirmed).
【0068】そこで、このクロストーク量を評価するた
めの光学系を図8に示す。この光学システムは、偏光顕
微鏡(ニコン社製のOPTIPHOTO−POL)70、
可視分光光度計(大塚電子株式会社100)71、パーソ
ナルコンピュータとモニタ72から構成される。FIG. 8 shows an optical system for evaluating the amount of crosstalk. The optical system includes a polarizing microscope (OPTIPHOTO-POL manufactured by Nikon) 70,
It comprises a visible spectrophotometer (Otsuka Electronics Co., Ltd. 100) 71, a personal computer and a monitor 72.
【0069】ハロゲン光源73から出た光は偏光子74/F
LC素子7/検光子75を通り、石英ファイバー76を経由
して可視分光器71により分光され、そのスペクトルを得
ることができる。ここで、偏光子74と検光子75は平行に
設置してあり、FLC7により偏光面の回転を受けない
場合は、偏光子74を透過した光は 100%検光子75を透過
し、分光器71に導入される。しかし、FLC分子ダイレ
クタのY軸からのずれをζとし、ζがゼロでない場合、
偏光子74からの光は偏光面の回転を受ける。ζ=45度
で、さらにギャップを調整すると、偏光面を丁度90度回
転できるようになる。その結果、検光子75で透過せず、
透過率0%となる。The light emitted from the halogen light source 73 is a polarizer 74 / F
The light passes through the LC element 7 / analyzer 75, passes through the quartz fiber 76, and is separated by the visible spectroscope 71, whereby the spectrum can be obtained. Here, the polarizer 74 and the analyzer 75 are installed in parallel, and when the polarization plane is not rotated by the FLC 7, the light transmitted through the polarizer 74 passes through the 100% analyzer 75 and the spectrometer 71. Will be introduced. However, if the deviation of the FLC molecular director from the Y axis is ζ, and ζ is not zero,
Light from the polarizer 74 undergoes rotation of the plane of polarization. With ζ = 45 degrees, adjusting the gap further allows the plane of polarization to be rotated exactly 90 degrees. As a result, it does not pass through the analyzer 75,
The transmittance becomes 0%.
【0070】ここで、この液晶ダイレクタをコーン角の
変化に対応させて回転させたときの、偏光面の回転特性
を評価した。即ち、透過率が0%であれば、十分なウォ
ブリングが行え、透過率が例えば10%であれば、入射光
のうちの10%が反対側のフィールド成分に漏れることに
なるわけである。そこで、実際の実験結果を以下に示
す。Here, the rotation characteristics of the polarization plane when this liquid crystal director was rotated corresponding to the change in the cone angle were evaluated. That is, if the transmittance is 0%, sufficient wobbling can be performed, and if the transmittance is, for example, 10%, 10% of the incident light leaks to the field component on the opposite side. Thus, actual experimental results are shown below.
【0071】図9、図10はζを変えたときのスペクトル
変化を示している。さらに、最小透過率の波長に対し
て、ζを変えたときの透過率変化を最大透過率を 100%
としてプロットすると図11(A)又は(B)のようにな
る。FIGS. 9 and 10 show the spectrum change when と き is changed. Furthermore, for the wavelength of the minimum transmittance, the transmittance change when ζ is changed is set to the maximum transmittance of 100%.
FIG. 11A or FIG. 11B.
【0072】ここで、0度以下は0度で鏡像関係を、あ
るいは45度以上は45度で鏡像関係にある。コントラスト
8以上を確保するためには(即ち、透過率が10%以下、
或いは90%以上)、ζが約±10度以下、36度〜54度であ
ることが必要となる。Here, 0 ° or less has a mirror image relationship at 0 °, and 45 ° or more has a mirror image relationship at 45 °. In order to ensure a contrast of 8 or more (that is, the transmittance is 10% or less,
Or 90% or more), and ζ needs to be about ± 10 degrees or less, and 36 degrees to 54 degrees.
【0073】理論的には、偏光子と検光子が平行な時の
透過率は、 I/IO =sin2(2ζ)・cos2(πΔn・d/λ) で表される。ここで、λは波長、Δnは複屈折率、dは
セルギャップである。位相の項πΔn・d/λ=πとし
て透過光強度を計算し、プロットすると、ほぼ実測値に
対応するが、実測値の方が制約条件が緩くなっているの
がわかる(図11(B)参照)。Theoretically, the transmittance when the polarizer and the analyzer are parallel is expressed by I / I O = sin 2 (2ζ) · cos 2 (πΔn · d / λ). Here, λ is the wavelength, Δn is the birefringence, and d is the cell gap. When the transmitted light intensity is calculated and plotted assuming the phase term πΔn · d / λ = π, it almost corresponds to the actually measured value, but it can be seen that the actually measured value has less restrictive conditions (FIG. 11B). reference).
【0074】さらに、上記の方法でコントラスト40以上
とするには透過率 1.5%以下であることが必要となり、
そのためにはζが約±5度以下、41度〜49度であること
が必要となる。即ち、これを見かけのコーン角で換算す
ると、ウォブリングで高解像度化が可能な範囲はθが26
〜64度、さらに好ましくは36〜54度が必要であることが
判った。これは、図12に示す他の象限でも同様であるこ
とは明らかである。Further, in order to obtain a contrast of 40 or more by the above method, the transmittance must be 1.5% or less.
For that purpose, ζ needs to be about ± 5 degrees or less, and 41 degrees to 49 degrees. That is, when this is converted into an apparent cone angle, the range in which high resolution can be obtained by wobbling is 26
It has been found that ~ 64 degrees, more preferably 36-54 degrees, is required. It is clear that the same applies to the other quadrants shown in FIG.
【0075】そこで、図13に示すように、この画素ずら
し時の解像度の低下(非対称性)を改善するために、上
記2つのスイッチ状態のなす角の2等分線16が、表示素
子からの光の偏光面(Y方向)あるいは偏光面に対して
直交した線(X方向)に対してなす角δが、理想的には
22.5度の角度をなしていれば良いことがわかった。Therefore, as shown in FIG. 13, in order to improve the reduction in resolution (asymmetry) at the time of pixel shift, the bisector 16 of the angle formed by the above two switch states is set to a distance from the display element. Ideally, the angle δ between the plane of polarization of light (Y direction) or a line perpendicular to the plane of polarization (X direction) is
It turns out that it is only necessary to make an angle of 22.5 degrees.
【0076】このように、液晶ダイレクタ8の向きを配
置することにより、図14、図15に示されるように、両方
のスイッチ状態でクロストークを生じるようになるが、
各スイッチ状態でのクロストークは小さく、かつ、その
和は片側だけクロストークが生じる場合よりも平均化さ
れて少なくなるため、高解像度化の効果を減ずることは
ないことがわかった。By arranging the direction of the liquid crystal director 8 as described above, crosstalk occurs in both switch states as shown in FIGS. 14 and 15.
The crosstalk in each switch state is small, and the sum is averaged and smaller than the case where crosstalk occurs only on one side, so that the effect of high resolution is not reduced.
【0077】上記と同様の考え方でδ軸の範囲を考える
と、見かけのコーン角θが26度あるいは64度の場合はδ
=22.5度のみとなるが、見かけのコーン角θが45度の
時、δの範囲はδ=22.5±10度が良く、更に好ましくは
δ=22.5±5度が必要であることを示している。When the range of the δ axis is considered in the same way as described above, when the apparent cone angle θ is 26 degrees or 64 degrees, δ
= 22.5 degrees only, but when the apparent cone angle θ is 45 degrees, the range of δ is better for δ = 22.5 ± 10 degrees, and more preferably δ = 22.5 ± 5 degrees is required. .
【0078】ここで、コーン角θの範囲、さらには、2
スイッチ状態の2等分線が表示素子からの光の偏光面或
いはそれに直交する線とのなす角δは、以下のウォブリ
ングの実験結果から明確となった。Here, the range of the cone angle θ, and
The angle δ formed by the bisector of the switch state with the polarization plane of the light from the display element or a line perpendicular to the polarization plane was clarified from the following wobbling experiment results.
【0079】即ち、片側の軸固定の検討では、θ=26〜
64度の範囲で、ウォブリング効果により高解像度化すべ
き元の液晶表示素子の 240TV本から 370TV本以上へと高
解像度化できた。さらに、θ=36〜54度の範囲で、色付
きの少ない高解像度化ができた。そして、θ=36〜54度
の範囲でδ軸の位置を検討した結果、δ=22.5±10度
で、色付きがほとんどなく、 370本以上へと高解像度化
できることがわかった。さらに、θ=36〜54度、δ=2
2.5±5度の範囲で、フィールド間のクロストークが少
なくなり、フィールド間のコントラスト比が高まるた
め、さらに 390本以上へと高解像度化することが目視に
より確認された。That is, when examining the fixing of the shaft on one side, θ = 26 to
In the range of 64 degrees, the resolution could be increased from 240 TV lines of the original liquid crystal display element to be increased to 370 TV lines or more by the wobbling effect. Further, in the range of [theta] = 36 to 54 [deg.], High resolution with little coloring was achieved. As a result of examining the position of the δ axis in the range of θ = 36 to 54 degrees, it was found that when δ = 22.5 ± 10 degrees, there was almost no coloring, and the resolution could be increased to 370 lines or more. Further, θ = 36 to 54 degrees, δ = 2
In the range of 2.5 ± 5 degrees, crosstalk between fields was reduced and the contrast ratio between fields was increased. Therefore, it was visually confirmed that the resolution was further increased to 390 lines or more.
【0080】なお、ここでの解像度評価は、NTSCの
解像度評価用パターン(ビデオシグナルパターンジェネ
レータ:ソニー社製MTSG−1000)からの信号を
ビデオ入力し、白黒のラインの解像性を観測により判別
した(以下、同様)。The resolution evaluation is performed by inputting a signal from an NTSC resolution evaluation pattern (video signal pattern generator: MTSG-1000 manufactured by Sony Corporation) as a video signal and observing the resolution of black and white lines by observation. (The same applies hereinafter).
【0081】次に、位相差については、液晶自体がその
複屈折量に波長依存性を有するので、全波長域にわたっ
てのマッチングは難しい。高解像度化する液晶ディスプ
レイがRGBトリオ画素(1絵素を形成)(但し、白黒
の場合は1画素=1絵素)の単板である場合について検
討した。ここで用いたRGBフィルタは図16に示すよう
に、それぞれ透過の主波長が650nm(R)、550nm(G)、450n
m(B)に存在している。ここで、人間の目の解像度に対す
る視感度を考慮すると、その感度比はR(赤):G
(緑):B(青)=3:6:1であるので、これらの主
波長に感度の重み付けを行った加重平均波長に対しての
半波長の位相差を与えれば良い。Next, with respect to the phase difference, since the liquid crystal itself has a wavelength dependency in the amount of birefringence, it is difficult to match over the entire wavelength range. The case where the liquid crystal display to be improved in resolution is a single plate of RGB trio pixels (forming one pixel) (however, in the case of monochrome, one pixel = 1 pixel) was examined. As shown in FIG. 16, the RGB filters used here have main transmission wavelengths of 650 nm (R), 550 nm (G), and 450 nm, respectively.
exists in m (B). Here, considering the visibility with respect to the resolution of the human eye, the sensitivity ratio is R (red): G
Since (green): B (blue) = 3: 6: 1, a phase difference of a half wavelength with respect to the weighted average wavelength obtained by weighting the sensitivity of these main wavelengths may be provided.
【0082】すなわち、最適位相差=450nm × 0.1+55
0nm × 0.6+650nm × 0.3=570nmとなり、従って半波
長 285nmに調整すれば良い。半波長の位相のずれは、後
述するように偏光面を有効に回転させる上で重要であ
る。That is, the optimum phase difference = 450 nm × 0.1 + 55
0 nm x 0.6 + 650 nm x 0.3 = 570 nm, so it is sufficient to adjust the half wavelength to 285 nm. The phase shift of half a wavelength is important for effectively rotating the plane of polarization as described later.
【0083】実際に、種々の位相差を有する強誘電性液
晶素子を用いて画素ずらしを検討した結果を下記の表3
に示す。これによれば、632.8nm の光源(He−Neレ
ーザー光)を用いて測定した位相差 130nm〜370nm の範
囲で、高解像度化の効果が認められた。この高解像度化
したセルの中でも、 137nm以下の位相差と 350nmを超え
る位相差では、画面の色付きが大きく、使用に耐え難く
なった。従って、RGBがモザイク状に散在している単
板のパネルの高解像度化の際には、632.8nm の光源(H
e−Neレーザー光)を用いて測定した位相差が 140nm
〜350nm の範囲が更に好ましい。The results of actually examining the pixel shift using ferroelectric liquid crystal elements having various phase differences are shown in Table 3 below.
Shown in According to this, the effect of increasing the resolution was recognized in the range of a phase difference of 130 nm to 370 nm measured using a 632.8 nm light source (He-Ne laser light). Among the cells with higher resolution, with a phase difference of less than 137 nm and a phase difference of more than 350 nm, the coloration of the screen was large and it became difficult to use. Therefore, when increasing the resolution of a single panel in which RGB are scattered in a mosaic pattern, a light source of 632.8 nm (H
phase difference measured using e-Ne laser light) is 140 nm
More preferably, it is in the range of -350 nm.
【0084】 [0084]
【0085】 [0085]
【0086】さらに、高解像度化する液晶ディスプレイ
が3板の投射型ディスプレイの場合、R、G、Bの各カ
ラーフィルタ特性の各々に対して位相差を設定すれば良
い。この場合、各フィルタの透過率特性の波長範囲の上
限をλMax とし、下限をλMin とすると、許容できる位
相差はλMax /2〜λMin /2の範囲が好ましい。Further, when the liquid crystal display to be improved in resolution is a three-panel projection display, a phase difference may be set for each of the R, G, and B color filter characteristics. In this case, assuming that the upper limit of the wavelength range of the transmittance characteristic of each filter is λ Max and the lower limit is λ Min , the allowable phase difference is preferably in the range of λ Max / 2 to λ Min / 2.
【0087】光源としてR、G、B螢光体の発光を用い
る場合には、R、G、Bは輝線スペクトルとなるため、
この条件では非常に狭くなってしまう。通常、R、G、
Bフィルタでは各フィルタの波長範囲がクロスオーバー
しており、中心波長λC に対して±100nm の幅を持って
いる。従って、ここでは、その波長範囲として各光源の
中心波長に対して±100nm の幅が有効である。すなわ
ち、その有効位相差範囲は、中心波長をλC としたと
き、(λC −100)/2〜(λC +100)/2の範囲(それ
ぞれの単位はnm)が好ましい。When light emission of R, G, and B phosphors is used as a light source, R, G, and B have emission line spectra.
Under this condition, it becomes very narrow. Usually, R, G,
The wavelength range of each filter is B filters has crossover, has a width of ± 100 nm with respect to the center wavelength lambda C. Therefore, here, a range of ± 100 nm from the center wavelength of each light source is effective as the wavelength range. That is, the effective phase difference range is preferably in the range of (λ C −100) / 2 to (λ C +100) / 2 (each unit is nm), where λ C is the center wavelength.
【0088】次に、本発明に基づく液晶光学装置を構成
する各素子の具体的な組み合わせ例のスイッチ状態を図
17に示す。ここで組み合わせる液晶表示素子2として
は、アクティブマトリックスTN液晶、STN液晶表示
素子、強誘電性液晶表示素子、反強誘電性液晶表示素
子、SH表示素子等、その種類を問わない。ここではそ
の一例として、TN液晶との組み合わせ例を示す。Next, the switch states of specific examples of combinations of the elements constituting the liquid crystal optical device according to the present invention are shown.
See Figure 17. The liquid crystal display element 2 to be combined here may be of any type, such as an active matrix TN liquid crystal, STN liquid crystal display element, ferroelectric liquid crystal display element, antiferroelectric liquid crystal display element, SH display element, and the like. Here, as an example, a combination example with a TN liquid crystal is shown.
【0089】図18に示すノーマリーホワイトのTN液晶
表示素子の場合、TN液晶に電界が印加されない状態で
光源からの光が透過するものである。ここでは、バック
ライト17−偏光板18−TN液晶2−偏光板19の組み合わ
せ、或いは、反射板−偏光板18−TN液晶2−偏光板19
の組み合わせが従来と同様のTN液晶表示素子を示す。
そして、TN液晶素子2、強誘電性液晶素子3にはそれ
ぞれ、透明電極がその両面に配置してあるのは言うまで
もない。In the case of a normally white TN liquid crystal display device shown in FIG. 18, light from a light source is transmitted when no electric field is applied to the TN liquid crystal. Here, a combination of a backlight 17-a polarizing plate 18-a TN liquid crystal 2-a polarizing plate 19, or a reflecting plate-a polarizing plate 18-a TN liquid crystal 2-a polarizing plate 19
Shows a TN liquid crystal display element similar to the conventional one.
Needless to say, the TN liquid crystal element 2 and the ferroelectric liquid crystal element 3 each have transparent electrodes disposed on both sides thereof.
【0090】この場合、電界強度が増大するにつれてT
N液晶2のねじれが解除され、徐々に偏光板を通して光
がもれ、階調表示が実現されるが、いずれの透過光も強
誘電性液晶素子3の前で偏光板19により同一の直線偏光
になるため、上述した動作原理に従って絵素ずらしを行
うことができる。In this case, as the electric field strength increases, T
The twist of the N liquid crystal 2 is released, light gradually leaks through the polarizing plate, and a gradation display is realized. However, any transmitted light has the same linear polarization by the polarizing plate 19 in front of the ferroelectric liquid crystal element 3. Therefore, picture element shifting can be performed according to the above-described operation principle.
【0091】図19に示すノーマリーブラックのTN液晶
表示素子の場合、TN液晶に電界が印加された状態で光
が透過するモードであり、電界強度が減少するにつれて
TN液晶2のねじれが徐々に復帰し、徐々に暗くなり、
階調表示が実現されるが、いずれの透過光も強誘電性液
晶素子3の前で偏光板19により同一の直線偏光になるた
め、上述した動作原理に従って絵素ずらしを行うことが
できる。In the case of the normally black TN liquid crystal display element shown in FIG. 19, the mode is such that light is transmitted when an electric field is applied to the TN liquid crystal, and the twist of the TN liquid crystal 2 gradually decreases as the electric field intensity decreases. It returns, gradually darkens,
Although gradation display is realized, any transmitted light is converted into the same linearly polarized light by the polarizing plate 19 in front of the ferroelectric liquid crystal element 3, so that the picture element can be shifted in accordance with the above-described operation principle.
【0092】このように、どのようなタイプの液晶表示
素子でも、表示素子から出てくる光がほぼ直線偏光であ
れば、本発明を適用できることが明確である。As described above, it is clear that the present invention can be applied to any type of liquid crystal display device if the light emitted from the display device is substantially linearly polarized light.
【0093】上述した例は、偏光を有する表示素子につ
いてのものであるが、本発明は無偏光の表示素子にも勿
論適用できる。Although the above-described example is for a display element having polarized light, the present invention can of course be applied to a non-polarized display element.
【0094】図20に示すように、表示画素5からの光の
偏光度が小さい場合、偏光にするために、表示素子2と
絵素ずらし素子7を結ぶ光路中に偏光板19を挿入すれば
良い。光学的配置条件は上述の液晶表示素子の場合と同
様である。As shown in FIG. 20, when the degree of polarization of the light from the display pixel 5 is small, a polarizing plate 19 is inserted into the optical path connecting the display element 2 and the picture element shifting element 7 to make the light polarized. good. The optical arrangement conditions are the same as in the case of the liquid crystal display element described above.
【0095】ここで使用可能な無偏光ディスプレイ2と
しては、プラズマディスプレイ、LEDディスプレイ等
の自発光型表示素子がある。As the non-polarized display 2 that can be used here, there are self-luminous display elements such as a plasma display and an LED display.
【0096】上述した如く、本発明に基いて、ビデオレ
ートで駆動可能なカイラルスメクチック液晶をはじめと
した位相変調素子(強誘電性液晶、反強誘電性液晶、あ
るいは電傾効果を有するスメクチックA液晶)3を用い
たウォブリング素子7を離散的な画素から構成される液
晶、プラズマ、LED等のディスプレイと観測者の網膜
とを結ぶ光路中に配置し、ウォブリング(絵素ずらし)
を行うことができるが、ここで、位相変調素子3として
は下記の〔1〕、複屈折媒体としては下記の〔2〕が挙
げられる。As described above, based on the present invention, a phase modulation element such as a chiral smectic liquid crystal which can be driven at a video rate (a ferroelectric liquid crystal, an anti-ferroelectric liquid crystal, or a smectic A liquid crystal having an electroclinic effect). 3.) A wobbling element 7 using 3 is arranged in an optical path connecting a display such as a liquid crystal, a plasma, an LED or the like composed of discrete pixels to a retina of an observer, and wobbling (pixel shifting).
Here, the phase modulation element 3 includes the following [1], and the birefringent medium includes the following [2].
【0097】〔1〕ビデオレートで駆動可能な強誘電性
液晶、反強誘電性液晶あるいは電傾効果を有するスメク
チックA液晶のスイッチ状態において、少なくとも2つ
の状態が存在し、そのうち少なくとも2つの状態の異常
光軸が26〜64度の角をなすカイラルスメクチック液晶素
子で偏光面を回転できるように光学配置した素子。 〔2〕入射された光の偏光方向により光軸のずれを与え
る透明基板であり、具体的には(a)ウォブリング方向
に等価的に一軸性の異常光軸の成分を有するように配置
したもの(b)光が透過する基板対向面が平行でない基
板であり、見かけの異常光軸が両平面に垂直な平面に平
行あるいは垂直である素子。[1] At least two states exist in the switch state of a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or a smectic A liquid crystal having an electroclinic effect, which can be driven at a video rate. A chiral smectic liquid crystal element with an extraordinary optical axis at an angle of 26 to 64 degrees, which is optically arranged so that the plane of polarization can be rotated. [2] A transparent substrate that shifts the optical axis depending on the polarization direction of the incident light. Specifically, (a) the transparent substrate is disposed so as to have a uniaxial extraordinary optical axis component equivalently in the wobbling direction. (B) An element in which a substrate facing surface through which light passes is not parallel, and an apparent extraordinary optical axis is parallel or perpendicular to a plane perpendicular to both planes.
【0098】次に、素子3の構成要素(セル)の具体的
な作製方法及び動作特性について記述する。Next, a specific manufacturing method and operation characteristics of the constituent elements (cells) of the element 3 will be described.
【0099】〔1〕強誘電性液晶スイッチング素子 セルの構成は図21に示す通りである。即ち、透明ガラス
基板20、21上に透明電極(例えば 100Ω/□のITO)
13、14を設け、さらにその上に、液晶配向膜としてSi
Oの斜方蒸着膜22、23を形成した。SiO斜方蒸着膜の
形成方法は、真空蒸着装置内に、SiO蒸着源から鉛直
上に基板を配し、鉛直の線と基板法線のなす角を85度と
して設置した。SiOを基板温度 170℃で真空蒸着後、
300℃、1時間の焼成を行った。[1] Ferroelectric Liquid Crystal Switching Element The structure of the cell is as shown in FIG. That is, a transparent electrode (eg, 100Ω / □ ITO) is provided on the transparent glass substrates 20 and 21.
13 and 14 are further provided, and Si
O oblique deposition films 22 and 23 were formed. In the method of forming the SiO oblique deposition film, a substrate was disposed vertically from a SiO deposition source in a vacuum deposition apparatus, and an angle between a vertical line and a substrate normal was set to 85 degrees. After vacuum deposition of SiO at 170 ° C substrate temperature,
The firing was performed at 300 ° C. for one hour.
【0100】このようにして作製した配向膜付きの基板
を、その配向処理方向が対向面で反平行となるように組
み、そのスペーサとして、目的ギャップ長に応じたガラ
スビーズ(真糸球:直径 0.8〜3.0 μm(触媒化成
製))24を用いた。スペーサは、透明基板の大きさによ
り、小さい面積の場合は周囲を接着するシール材(UV
硬化型の接着材(フォトレック:セキスイ化学(株)
製))25中に例えば 0.3wt%程度分散させることによ
り、基板間のギャップを制御した。基板面積が大きい場
合には、上記真糸球を基板上に平均密度で 100個/mm2
散布したのち、ギャップをとり、セルの周囲に液晶の注
入孔を確保して上記シール材でセル周囲を接着した。The substrate with the alignment film thus manufactured is assembled so that the alignment processing direction is anti-parallel on the opposing surface, and glass beads (thread: diameter: diameter) corresponding to the target gap length are used as spacers. 0.8 to 3.0 μm (manufactured by Catalyst Chemicals)) 24 was used. Depending on the size of the transparent substrate, the spacer is a sealing material (UV
Curable adhesive (Photorec: Sekisui Chemical Co., Ltd.)
The gap between the substrates was controlled by dispersing, for example, about 0.3 wt% in 25). When the substrate area is large, the above-mentioned true ball is placed on the substrate at an average density of 100 pieces / mm 2.
After spraying, a gap was formed, a liquid crystal injection hole was secured around the cell, and the periphery of the cell was adhered with the sealing material.
【0101】その後、強誘電性液晶(例えばチッソ
(株)製のCS−1014)を等方相温度あるいはカイ
ラルネマチック相温度の流動性を示す状態で減圧下で注
入した。液晶注入後、徐冷し、注入孔周囲のガラス基板
上の液晶を除去したのち、エポキシ系の接着剤で封止
し、強誘電性液晶素子を作製した。用いる強誘電性液晶
はチッソ(株)製、メルク(株)製、BDH社製、ある
いは例えば下記の強誘電性液晶化合物又はこれらを含む
非カイラル液晶からなる組成物でも可能であるが、その
制限はなく、また、その相系列の制限も必要とせず、必
要なのは使用温度範囲でカイラルスメクチック液晶相を
とることである。Thereafter, a ferroelectric liquid crystal (for example, CS-1014 manufactured by Chisso Corporation) was injected under reduced pressure while exhibiting fluidity at an isotropic phase temperature or a chiral nematic phase temperature. After the injection of the liquid crystal, the liquid crystal was gradually cooled to remove the liquid crystal on the glass substrate around the injection hole, and then sealed with an epoxy-based adhesive to produce a ferroelectric liquid crystal element. The ferroelectric liquid crystal used may be manufactured by Chisso Co., Ltd., manufactured by Merck Co., Ltd., manufactured by BDH, or may be, for example, a ferroelectric liquid crystal compound described below or a composition comprising an achiral liquid crystal containing these compounds. There is no need to limit the phase series, and it is necessary to obtain a chiral smectic liquid crystal phase in the operating temperature range.
【0102】ここで用いたカイラルスメクチック液晶素
子の液晶層構造は、配向処理方向の組み合せにより、反
平行でブックシェルフ構造、平行でシェブロン構造ある
いは疑似ブックシェルフ構造を有していることがX線構
造解析により明確となった。The liquid crystal layer structure of the chiral smectic liquid crystal element used here has an antiparallel bookshelf structure and a parallel chevron structure or pseudo bookshelf structure according to the combination of the alignment treatment directions. Analysis clarified it.
【0103】[0103]
【化1】 Embedded image
【0104】[0104]
【化2】 Embedded image
【0105】[0105]
【化3】 Embedded image
【0106】[0106]
【化4】 Embedded image
【0107】[0107]
【化5】 Embedded image
【0108】更に、カイラルスメクチック液晶以外で
も、スイッチングスピードが高速で有れば、例えば、下
記の反強誘電性液晶(AFLC)や電傾効果を示すスメ
クチックA相でも適用可能である。Further, in addition to the chiral smectic liquid crystal, if the switching speed is high, for example, the following antiferroelectric liquid crystal (AFLC) or a smectic A phase exhibiting an electroclinic effect can be applied.
【0109】<反強誘電性液晶>反強誘電性液晶は、C
handani らにより1988年に見出されたものであって、次
の3点を特徴としている。 (1)反強誘電状態と2つの強誘電状態の3安定状態間
のスイッチングを利用する。 (2)明確なしきい値特性を示し、マルチプレクス駆動
した時のコントラストを高くとれる。 (3)プラスとマイナスのヒステリシスを交互に使い、
内部分極の発生が抑えられるため、焼き付き現象が起こ
りにくい。<Antiferroelectric Liquid Crystal> The antiferroelectric liquid crystal is C
It was discovered in 1988 by handani et al. and has the following three features. (1) Utilizing switching between an antiferroelectric state and three stable states of two ferroelectric states. (2) A clear threshold characteristic is exhibited, and the contrast at the time of multiplex driving can be increased. (3) Use positive and negative hysteresis alternately,
Since the occurrence of internal polarization is suppressed, the burn-in phenomenon does not easily occur.
【0110】この反強誘電性液晶材料の特徴としては、
強誘電性液晶と異なり、カイラル液晶がその組成物のほ
とんどであるということ(自発分極が大きく、強誘電性
液晶のほぼ10倍)、不斉炭素に関する置換基はCH
3 基、CF3 基、C2 H5 基をもつ化合物は容易に反強
誘電性を示し、コア構造が拡張する。例えば、チッソ社
製のCS−4000がある。The characteristics of this antiferroelectric liquid crystal material are as follows.
Unlike ferroelectric liquid crystals, chiral liquid crystals are the majority of the composition (large spontaneous polarization, almost 10 times that of ferroelectric liquid crystals), and the substituent for asymmetric carbon is CH
3 group, CF 3 group, compounds having C 2 H 5 group is readily indicates the antiferroelectric, the core structure is expanded. For example, there is CS-4000 manufactured by Chisso Corporation.
【0111】<電傾効果を示すスメクチック液晶>電傾
効果とは、カイラル分子によって構成されるスメクチッ
クA相において、温度を一定としたときに電場によって
配向ベクトルの傾き角が誘起される現象である。スメク
チックA相において、配向ベクトルはスメクチック層の
法線方向を向き、長軸回りに自由回転しているが、層に
沿った電場を印加することによって自由回転が阻害さ
れ、電場方向の分極Pが誘起される。<Smectic liquid crystal exhibiting electroclinical effect> The electroclinical effect is a phenomenon in which, in a smectic A phase composed of chiral molecules, an electric field induces a tilt angle of an orientation vector when a temperature is constant. . In the smectic A phase, the orientation vector is oriented in the normal direction of the smectic layer and freely rotates around its long axis. However, the application of an electric field along the layer inhibits the free rotation and causes the polarization P in the electric field direction to change. Induced.
【0112】分極Pと傾き角θの線形結合をP=kθと
仮定すれば、 P=(ε⊥* −ε⊥0)εO Ε 従って、θ=(ε⊥* −ε⊥0)εO Ε/k のように、印加電場Eに比例した傾き角が生じる。ここ
で、ε⊥* とε⊥0は光学活性物質のラセミ体の誘電
率、εO は真空の誘電率である。このことから、カイラ
ル液晶のラセミ体のそれぞれの誘電率の差が大きいほ
ど、大きな電傾効果を現す。Assuming that a linear combination of the polarization P and the inclination angle θ is P = kθ, P = (ε⊥ * −ε⊥0) ε O Ε Therefore, θ = (ε⊥ * −ε⊥0) ε O An inclination angle proportional to the applied electric field E occurs, such as Ε / k. Here, .epsilon..perp * and ε⊥0 dielectric constant of the racemate of the optically active substance, the epsilon O is the dielectric constant of a vacuum. From this, the greater the difference between the respective dielectric constants of the racemic chiral liquid crystals, the greater the electroclinical effect.
【0113】複屈折率による位相差の調節:FLC素子
に用いた強誘電性液晶の複屈折率、相転移温度を下記の
表4に示す。Adjustment of phase difference by birefringence: Table 4 below shows the birefringence and phase transition temperature of the ferroelectric liquid crystal used in the FLC device.
【0114】 [0114]
【0115】上述したウォブリング動作にとって、液晶
の偏光面を90度回転させるためには位相を 180度ずらせ
ば良い。複屈折率(ne −no )、セルギャップdと位
相差δの間には以下の関係がある。 δ=2πd(ne −no )/λIn the wobbling operation described above, the phase may be shifted by 180 degrees in order to rotate the polarization plane of the liquid crystal by 90 degrees. Birefringence (n e -n o), the following relationship exists between the cell gap d and the phase difference [delta]. δ = 2πd (n e -n o ) / λ
【0116】ここで、δ=πとすればよい。このために
は、セルギャップdを d=λ/2(ne −no ) とすれば良いことになる。しかし実際には、液晶分子の
基板とのなす角α(プレチルト角)は0度でないため
に、ne は小さくなり、ギャップ長dをさらに長くとら
なければならない。Here, it is sufficient to set δ = π. For this purpose, comprising a cell gap d that may be set d = λ / 2 (n e -n o). In practice, however, the angle alpha (pretilt angle) to the substrate of the liquid crystal molecules in order not 0 degree, n e is small, must take a longer gap length d.
【0117】ここで、常光no は入射角に依存せず、液
晶分子短軸方向の屈折率n⊥に等しい。即ち、no =n
⊥である。[0117] Here, ordinary n o is independent of the angle of incidence is equal to the refractive index of the liquid crystal molecules minor axis direction n⊥. In other words, n o = n
⊥.
【0118】具体的にはne はプレチルト角αの関数で
あり、[0118] More specifically, a function of n e is the pre-tilt angle α,
【数1】 (Equation 1)
【0119】dは次のようにプレチルト角αに依存す
る。 d=λ/2〔ne (α)−no 〕D depends on the pretilt angle α as follows. d = λ / 2 [n e (α) -n o]
【0120】即ち、配向膜の種類によりαを求め、上記
関係式をもとに最適ギャップdを計算できる。従って、
配向膜はSiO等の様な無機系配向膜、あるいはポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール(PVA)な
どの有機系配向膜の種類を問わず使用できる。That is, α is determined according to the type of the alignment film, and the optimum gap d can be calculated based on the above relational expression. Therefore,
The alignment film can be used regardless of the type of an inorganic alignment film such as SiO or an organic alignment film such as polyimide, polyamide or polyvinyl alcohol (PVA).
【0121】さらに、プレチルト角αが90度では、上記
式によりギャップ長dは無限大となってしまうため、0
〜89度のプレチルト角が必要である。但し、プレチルト
角を45度を超えて制御するのは難しいため、実用的には
0〜45度のプレチルト角が好ましい。Further, when the pretilt angle α is 90 degrees, the gap length d becomes infinite according to the above equation.
A pretilt angle of ~ 89 degrees is required. However, since it is difficult to control the pretilt angle beyond 45 degrees, a pretilt angle of 0 to 45 degrees is practically preferable.
【0122】下記の表5では、無機配向膜(SiO斜方
蒸着膜)での電気光学特性の一例を示す。位相差δ(R
etardation)の測定は、オーク社の自動複屈折計を用
い、位相差の値がλ/4を越えるために、He−Ne
〔632.8nm 〕と半導体レーザ光源〔780nm 〕の2波長を
用いて測定した。Table 5 below shows an example of the electro-optical characteristics of the inorganic alignment film (SiO oblique deposition film). The phase difference δ (R
measurement was performed using an automatic birefringence meter of Oak Co., Ltd., and the value of the phase difference exceeded λ / 4, so that He-Ne was used.
The measurement was performed using two wavelengths of [632.8 nm] and a semiconductor laser light source [780 nm].
【0123】 [0123]
【0124】いずれのFLCも、使用光学波長の約半分
の位相差を示しており、入射光の偏光面を約90度回転で
きるスペックを有していることがわかる。Each FLC shows a phase difference of about half of the used optical wavelength, and it can be seen that the FLC has a specification capable of rotating the polarization plane of the incident light by about 90 degrees.
【0125】さらに、このSiO斜方蒸着セルにおいて
セルギャップを調整することにより、種々の位相差を有
するウォブリングセルを作製した。測定波長 632.8nmで
の結果を下記の表6に示す。これらのデータをプロット
すると、図22のようにほぼ直線関係になり、ギャップ制
御により位相差が任意に設定できることがわかる。これ
らのセルは上述した位相差の範囲の検討に使用した。Further, by adjusting the cell gap in this SiO oblique deposition cell, wobbling cells having various phase differences were produced. The results at a measurement wavelength of 632.8 nm are shown in Table 6 below. When these data are plotted, a substantially linear relationship is obtained as shown in FIG. 22, indicating that the phase difference can be arbitrarily set by gap control. These cells were used for studying the range of the phase difference described above.
【0126】 [0126]
【0127】 [0127]
【0128】これらの強誘電性液晶素子の駆動法は、従
来の一般的なFLCの駆動法を適用できる。図23に、1
フレーム、2フィールドの駆動波形の1例を示す。As a driving method for these ferroelectric liquid crystal elements, a conventional general FLC driving method can be applied. In FIG.
One example of a driving waveform of a frame and two fields is shown.
【0129】図23(A)は、リセットパルス付きのパル
ス駆動であり、書込み直前にリセットパルスを加えてフ
ィールド内での電気的中性条件を保つ方法であり、液晶
に長時間の直流成分が印加されにくい。FLCの他、A
FLCにも使用できる。FIG. 23A shows a pulse driving method with a reset pulse, in which a reset pulse is applied immediately before writing to maintain an electrical neutral condition in a field. It is difficult to apply. In addition to FLC, A
Can also be used for FLC.
【0130】図23(B)は、リセットパルス無しのパル
ス駆動であり、1フレーム内での電気的中性条件を保つ
方法である。FLCの他、AFLCにも使用できる。FIG. 23B shows a pulse driving without a reset pulse, which is a method for maintaining an electrical neutral condition within one frame. In addition to FLC, it can be used for AFLC.
【0131】図23(C)は、方形波駆動であり、1フレ
ームで電気的中性条件を保つ方法であって、パルス駆動
に比べDC電圧が印加されている時間が長いが、素子の
絶縁性が高い場合には信頼性の高い駆動法である。FL
Cの他、AFLC、電傾効果型スメクチックAにも使用
できる。FIG. 23C shows a square-wave drive method in which the electrical neutral condition is maintained in one frame. The DC voltage is applied for a longer time than in the pulse drive, but the device is insulated. If the reliability is high, the driving method is highly reliable. FL
In addition to C, it can be used for AFLC and electromigration type smectic A.
【0132】FLCの高速応答性:上記の駆動波形によ
るスイッチング特性を上記の表5に示した。立ち上がり
(10−90%T)及び立ち下がり(90−10%T)とも、い
ずれもμsec オーダーの高速応答を示しており、1フィ
ールド内での十分な応答を保証し、ビデオレートでの有
効な絵素ずらし効果が初めて達成される。High-speed response of FLC: The switching characteristics according to the above drive waveforms are shown in Table 5 above. Both the rising (10-90% T) and falling (90-10% T) show a high-speed response on the order of μsec, guarantee a sufficient response within one field, and provide an effective response at the video rate. The picture shifting effect is achieved for the first time.
【0133】特に、ウォブリング(絵素ずらし)では、
立ち上がりと立ち下がりの応答時間がフィールド時間の
1/3以下で、かつ、立ち上がり時間と立ち下がり時間
との比が互いに2倍を越えないものが好ましい。Particularly, in wobbling (picture element shifting),
It is preferable that the response time between the rise time and the fall time is 1/3 or less of the field time, and that the ratio between the rise time and the fall time does not exceed twice.
【0134】この点、ネマチック液晶を用いた場合は、
高速のものでも電界印加時の立ち上がり時間は比較的短
いが、オフ時の立ち下がり時間は長いために、フィール
ド内でのスイッチングが十分でなく、有効な絵素ずらし
効果が得られない。ツイストネマチックの絵素ずらし素
子では、透過率変化0〜90%での立ち上がり+立ち下が
り時間は最小で15msec 程度(室温)であり、NTSC
の2:1線飛越走査方式(1フィールド当たり1/60秒
(16.7ms))でもかなり実現が困難であり、さらにフ
レーム数が同じで4:1線飛越走査方式を適用すれば、
1フィールド当たり1/120 秒(8.3ms)であり、全く
追従できなくなる。この点、強誘電性液晶素子を用いた
絵素ずらし法は、そのスイッチング時間がTN液晶より
も短いため、有効であることがわかる。ちなみに、強誘
電性液晶素子の立ち上がり+立ち下がり時間はμsec オ
ーダーから、最も遅いものでも数ms以下である。In this respect, when a nematic liquid crystal is used,
Even with a high-speed device, the rise time when applying an electric field is relatively short, but the fall time when off is long, so that switching within the field is not sufficient, and an effective picture element shifting effect cannot be obtained. In a twisted nematic picture element shifting element, the rise + fall time at a transmittance change of 0 to 90% is a minimum of about 15 msec (room temperature).
It is very difficult to realize even the 2: 1 line interlaced scanning method (1/60 second (16.7 ms) per field), and if the number of frames is the same and the 4: 1 line interlaced scanning method is applied,
It is 1/120 second (8.3 ms) per field, and cannot follow at all. In this respect, the picture element shifting method using the ferroelectric liquid crystal element is effective because the switching time is shorter than that of the TN liquid crystal. Incidentally, the rise and fall time of the ferroelectric liquid crystal element is on the order of μsec, and the slowest one is several milliseconds or less.
【0135】下記の表7には、各種液晶の応答時間を比
較して示すが、本発明に使用可能な液晶の応答速度は著
しく早い。 Table 7 below shows a comparison of the response time of various liquid crystals. The response speed of the liquid crystal usable in the present invention is extremely high.
【0136】〔2〕入射された光の偏光方向により光軸
のずれを与える複屈折性透明基板 (a)等価的に一軸性の異常光軸10が図1のようにZ軸
と同一面上に存在し、かつ、軸に対して平行でない素
子。[2] Birefringent transparent substrate that shifts the optical axis depending on the polarization direction of incident light (a) Equivalently uniaxial extraordinary optical axis 10 is on the same plane as Z axis as shown in FIG. Element that is not parallel to the axis.
【0137】例えば水晶板での光学軸のずれLを下記の
式により計算する。図24のように、複屈折透明媒体4の
異常光軸10がウォブリング光学系の光軸となす角をβと
し、水晶板4の厚みをdとする。ここで、水晶板4の常
光の屈折率no と異常光の屈折率ne は、ne =1.5533
6 、no =1.54425 である。ここでは、 0.7インチ、1
0.3万画素のアクティブマトリックスTN液晶ディスプ
レイを垂直方向に高解像度化するために、L=24.5μm
のずれを与える値としてβ=45度、d=4.17mmとした。For example, the deviation L of the optical axis on the quartz plate is calculated by the following equation. As shown in FIG. 24, the angle between the extraordinary optical axis 10 of the birefringent transparent medium 4 and the optical axis of the wobbling optical system is β, and the thickness of the quartz plate 4 is d. Here, the refractive index n e of the refractive index n o and extraordinary light of ordinary light of the quartz plate 4, n e = 1.5533
6, is a n o = 1.54425. Here, 0.7 inch, 1
In order to increase the resolution of the active matrix TN liquid crystal display of 0.3000 pixels in the vertical direction, L = 24.5 μm
Β were set to 45 degrees and d was set to 4.17 mm.
【0138】[0138]
【数2】 (Equation 2)
【0139】ここで、光軸のずれLを発現させるのに効
果的なβの範囲は10〜80度であった。この光学軸のずれ
は、後述する構成画素ピッチにより異なる。また、光学
軸を偏光のスイッチを用いてずらす方法として次の
(b)も適用できる。Here, the effective range of β for expressing the deviation L of the optical axis was 10 to 80 degrees. This shift of the optical axis differs depending on the constituent pixel pitch described later. The following method (b) can also be applied as a method of shifting the optical axis using a polarization switch.
【0140】(b)光が透過する基板表面が平行でない
基板で、見かけの異常光軸が両平面に垂直な平面に平行
あるいは垂直である素子。(B) An element in which the surface of the substrate through which light is transmitted is not parallel, and the apparent extraordinary optical axis is parallel or perpendicular to a plane perpendicular to both planes.
【0141】クサビ型ネマチック液晶セルを図25の如く
に構成する。このセル34は、ポリエチレンテレフタレー
ト(PET)フィルム30をスペーサとして両基板31、32
間を角度αで固定したものであり、その基板間に液晶33
が注入されている。A wedge-type nematic liquid crystal cell is constructed as shown in FIG. The cell 34 is formed by using the polyethylene terephthalate (PET) film 30 as a spacer and the two substrates 31 and 32.
The liquid crystal 33 is fixed between the substrates by an angle α.
Has been injected.
【0142】ここで作製したセルは、27mm当たり常光、
異常光との光軸のずれLが30.7μmとなるように設計し
た。The cell fabricated here has an ordinary light per 27 mm,
It was designed such that the deviation L of the optical axis from the extraordinary light was 30.7 μm.
【0143】使用したネマチック液晶:メルク社製ZL
I−2008−000 ne =1.707 no =1.517 (注)メルク社測定値Nematic liquid crystal used: ZL manufactured by Merck
I-2008-000 n e = 1.707 n o = 1.517 ( Note) Merck & Co., Inc. measurements
【0144】配向処理方向と液晶の配列方向及び光学的
性質:配向膜としては液晶の複屈折を最大限に生かすた
めに、プレチルト角の小さいポリイミド系のラビング膜
(宇部U−ワニス)を用いた。プレチルト角は実測で約
1度以下である。Orientation direction, alignment direction of liquid crystal and optical properties: A polyimide rubbing film (Ube U-varnish) having a small pretilt angle was used as an alignment film in order to maximize the birefringence of the liquid crystal. . The pretilt angle is less than about 1 degree as measured.
【0145】ラビングは1方向に行い、その方向をクサ
ビ型セルの中に図26、図27のように矢印35で示した。ま
た、配向の組み合わせは、タイプ1ではパラレル配向、
タイプ2ではアンチパラレル配向とした。セル組み立て
後、ネマチック液晶を注入し、周囲を接着剤で封止し
た。The rubbing was performed in one direction, and the direction was indicated by an arrow 35 in the wedge type cell as shown in FIGS. 26 and 27. In addition, the combination of orientations is parallel orientation in type 1,
In type 2, anti-parallel alignment was used. After assembling the cell, nematic liquid crystal was injected, and the periphery was sealed with an adhesive.
【0146】ここで、屈折率をni とし、クサビの角を
αrad 、セルからスクリーンまでの距離をlとすれば、
光軸からのずれはDi となる。屈折率ni は次式で与え
られる。Here, if the refractive index is n i , the angle of the wedge is αrad, and the distance from the cell to the screen is 1,
Deviation from the optical axis becomes D i. The refractive index ni is given by the following equation.
【0147】[0147]
【数3】 (Equation 3)
【0148】ここでの計算上では、l=27mmとすれば、
Di =De −Do =30.7μmとなる。また、実際に、l
=6450mmとしたとき、下記の表8の結果が得られた。In this calculation, if l = 27 mm,
The D i = D e -D o = 30.7μm. Also, in fact, l
= 6450 mm, the results in Table 8 below were obtained.
【0149】 [0149]
【0150】上記では、クサビ型の光学素子として液晶
を用いたが、これに代えて、ポリカーボネート等の如き
複屈折の大きな樹脂の射出成形あるいはフィルムの積層
によっても、複屈折媒体を形成できる。この場合の異常
光の光軸は液晶の場合と同様である。In the above description, liquid crystal is used as the wedge-type optical element. Alternatively, a birefringent medium can be formed by injection molding of a resin having a large birefringence such as polycarbonate or lamination of films. The optical axis of the extraordinary light in this case is the same as that of the liquid crystal.
【0151】複屈折媒体として使用可能な例えばポリカ
ーボネートフィルムの一般的なポリカーボネートの分子
構造は下記の通りである。The general polycarbonate molecular structure of, for example, a polycarbonate film that can be used as a birefringent medium is as follows.
【0152】ビスフェノールAタイプBisphenol A type
【化6】 Embedded image
【0153】上記構造のポリカボネート樹脂をミニマッ
クス成型機(図28に80で示す型)に入れ、クサビ型のポ
リカーボネート板81を作製した。即ち、ポリカーボネー
ト樹脂を約 300℃で溶融し、金型温度60℃で手動で射出
成型した。この成型時の金型温度を低下させ、溶融粘度
を上げ、ポリカーボネート分子の配向を十分にさせるこ
とを考慮してある。ポリカーボネートの溶融粘度と分子
配向性と複屈折の関係は永井らによって報告されている
(" Melt Viscosity and Flow Birefringenceof Polyca
rbonate" J. Appl. Polym. Sci., Vol.44(1992)pp.1171
-1177)。The polycarbonate resin having the above structure was placed in a mini-max molding machine (model indicated by 80 in FIG. 28) to produce a wedge-shaped polycarbonate plate 81. That is, the polycarbonate resin was melted at about 300 ° C. and injection-molded manually at a mold temperature of 60 ° C. Consideration is given to lowering the mold temperature during molding, increasing the melt viscosity, and making the orientation of the polycarbonate molecules sufficient. The relationship between melt viscosity, molecular orientation and birefringence of polycarbonate has been reported by Nagai et al. ("Melt Viscosity and Flow Birefringence of Polyca").
rbonate "J. Appl. Polym. Sci., Vol.44 (1992) pp.1171
-1177).
【0154】使用した金型は、表面をクロムの鏡面仕上
げにしてあり、その型の形状は図28に示す通りであり、
15mm×20mmの寸法を有している。得られたクサビ型のポ
リカーボネート81は傾きαが24度となっており、27mm当
たり40μmの光軸のずれを与えることができた。The used mold had a mirror-finished surface of chrome, and the shape of the mold was as shown in FIG.
It has dimensions of 15mm x 20mm. The obtained wedge-shaped polycarbonate 81 had an inclination α of 24 degrees, and could give an optical axis shift of 40 μm per 27 mm.
【0155】次に、本発明に基づく上述の液晶光学装置
を更に具体的に説明する。Next, the above-mentioned liquid crystal optical device according to the present invention will be described more specifically.
【0156】液晶表示素子の高解像度化の駆動法と動作 NTSCの2:1線飛越走査方式では、2フィールドで
完全な一つの画面(1フレーム)ができる。そして、第
1(奇数)フィールドと第2(偶数)フィールドでは、
垂直方向の位置情報に関して互いに補間しあっており、
1秒間のフィールド枚数を多くして解像度を維持する方
法である。しかし、液晶表示素子の如く、特に垂直画素
数が少ない場合に、奇数フィールドと偶数フィールドを
同一走査線上に上書きしてしまうために、本来有してい
る解像度を低下させている。 Driving Method and Operation for Higher Resolution of Liquid Crystal Display Element In the NTSC 2: 1 interlaced scanning method, a complete screen (one frame) can be formed in two fields. Then, in the first (odd) field and the second (even) field,
They interpolate each other for vertical position information,
This is a method of maintaining the resolution by increasing the number of fields per second. However, when the number of vertical pixels is small, as in the case of a liquid crystal display device, the odd field and the even field are overwritten on the same scanning line, thereby lowering the inherent resolution.
【0157】ここでは、奇数フィールドと偶数フィール
ドで同期をとって絵素ずらしを行い、高速な映像の置き
換えによる残像効果を応用して、垂直方向の高解像度化
を図った。以下に、その絵素ずらしのシフト量について
述べる。実際には、液晶には点順次あるいは線順次走査
があり、時系列的に走査されるが、ここでの説明では原
理が理解し易いように同時刻で取り扱う。Here, picture elements are shifted in synchronization with the odd and even fields, and the resolution in the vertical direction is increased by applying the afterimage effect by high-speed image replacement. The shift amount of the picture element shift will be described below. Actually, the liquid crystal has a dot-sequential scanning or a line-sequential scanning, and is scanned in time series. However, in this description, the liquid crystal is treated at the same time so that the principle can be easily understood.
【0158】モノクロマチック表示素子、3板式カラー
表示素子或いはカラーシーケンシャル表示素子の場合:
1つのスイッチング素子が1絵素に相当するので、単純
に1絵素の絵素ずらし方向の重心点間距離(構成表示画
素間の中心間距離)の半分の長さの光軸の絵素ずらし方
向へのシフトにより、高解像度化され、同時に画素間の
非表示部位(例えばブラックマトリックス)が目立たな
くなる。しかし、シフトは絵素の重心点間距離の正確に
半分でなくてもよい。In the case of a monochrome display element, a three-plate color display element or a color sequential display element:
Since one switching element corresponds to one picture element, the picture element of the optical axis is simply shifted by half the distance between the centers of gravity in the picture element shifting direction (center-to-center distance between constituent display pixels) in one picture element. Due to the shift in the direction, the resolution is increased, and at the same time, a non-display portion (for example, a black matrix) between pixels becomes less noticeable. However, the shift need not be exactly half the distance between the centroid points of the picture elements.
【0159】即ち、図29に示すように、ブラックマトリ
ックス部と構成画素部の口径の大きさの違いにより、そ
の有効なシフト量が異なる。ブラックマトリックス部が
構成画素口径と同じか大きい場合、高解像度化を行いた
い方向の構成画素ピッチの半分の長さのシフト(a)が
最適であるが、その許容度は画素位置のシフトが認識さ
れる構成画素口径の半分が必要である。さらに、ブラッ
クマトリックス部が構成画素口径よりも小さい場合、最
低限、ブラックマトリックス部の長さのシフトが有効と
なる(b、c)。That is, as shown in FIG. 29, the effective shift amount differs depending on the difference in the aperture size between the black matrix portion and the constituent pixel portion. When the black matrix portion is the same as or larger than the constituent pixel aperture, a shift (a) of a half of the constituent pixel pitch in the direction in which it is desired to increase the resolution is optimal, but the tolerance is recognized by the shift of the pixel position. Required half of the aperture of the constituent pixel. Further, when the black matrix portion is smaller than the constituent pixel aperture, at least the shift of the length of the black matrix portion is effective (b, c).
【0160】絵素ずらし方向の長さ成分に対して、ブラ
ックマトリックス部の長さをLB 、構成画素口径をLA
とすると、画素ピッチはLP =LA +LB となり、絵素
ずらし量Lは、 Min(LB 、LA /2)≦ L ≦ Max(LP −LB 、L
P −LA /2) で表される。With respect to the length component in the picture element shifting direction, the length of the black matrix portion is L B , and the aperture of the constituent pixel is L A.
Then, the pixel pitch is L P = L A + L B , and the pixel shift amount L is Min (L B , L A / 2) ≦ L ≦ Max (L P −L B , L
Represented by P -L A / 2).
【0161】この式をLP とLA を用いて表せば、 Min(LP −LA 、LA /2)≦ L ≦ Max(LA 、L
P −LA /2) となる。なお、上記の各式におけるMin(x、y)、Max
(x、y)はそれぞれ、x、yの内の小さい値、大きい
値を与える関数とする。[0161] Expressed this equation by using the L P and L A, Min (L P -L A, L A / 2) ≦ L ≦ Max (L A, L
The P -L A / 2). Note that Min (x, y), Max in the above equations
(x, y) is a function that gives a small value and a large value of x and y, respectively.
【0162】ここでの例のように、垂直方向に絵素ずら
しを行えば、図30のように垂直方向が高解像度化され
る。同様にして、水平方向に絵素ずらしを行えば、水平
方向が高解像度化される(図31)。更に、斜め方向に絵
素ずらしを行えば、垂直及び水平方向が高解像度化され
る(図32)。If the picture elements are shifted in the vertical direction as in the example here, the resolution is increased in the vertical direction as shown in FIG. Similarly, if the picture elements are shifted in the horizontal direction, the resolution in the horizontal direction is increased (FIG. 31). Further, if the picture elements are shifted in an oblique direction, the resolution in the vertical and horizontal directions is increased (FIG. 32).
【0163】カラーフィルタを有するカラー液晶表示素
子の場合:通常のカラー表示素子では、R、G、Bカラ
ーフィルタのトリオにより1絵素を構成している。R、
G、Bの配置法は、インライン配列(図33)、デルタ配
列(図34)等があるが、ここでの光軸のシフト量は絵素
ずらし方向の最近接RGBトリオ面積重心間距離の1/
2の長さにすれば良い。In the case of a color liquid crystal display device having a color filter: In a normal color display device, one picture element is constituted by a trio of R, G, and B color filters. R,
The arrangement method of G and B includes an in-line arrangement (FIG. 33), a delta arrangement (FIG. 34), and the like. Here, the shift amount of the optical axis is one of the distance between the nearest RGB trio area and the center of gravity in the pixel shifting direction. /
What is necessary is just to make it 2 length.
【0164】このような絵素ずらし素子の絵素ずらし方
向は、垂直方向だけでなく、水平方向或いは斜め方向も
含む2次元の絵素ずらしにより、ずらした方向の解像度
を向上させることができる。更に、絵素ずらし範囲は、
絵素ずらし方向の長さ成分に対する構成画素口径LA を
RGBの画素トリオのものとし、ブラックマトリックス
部の長さをLB とすることにより、上記したモノクロマ
チック表示素子と同様の条件とすることができる。The picture element shifting direction of such a picture element shifting element can be improved not only in the vertical direction but also in the horizontal or oblique direction by two-dimensional picture element shifting, so that the resolution in the shifted direction can be improved. Furthermore, the picture element shift range is
Picture element shifting direction configuration pixel diameter L A for the length component to that of the RGB pixel trio, by the length of the black matrix portion and L B, be the same conditions as monochromatic display element having the above-described Can be.
【0165】絵素ずらし動作における駆動電極分割数の
範囲:上述したような、高解像度化されるべき素子は、
原理的には、1画素当たりの各々のスイッチングに同期
させた絵素ずらしを必要とする。この場合には、点順次
走査の場合はTFT(Thin Film Transistor) のマトリ
ックスのように画素数分の絵素ずらし素子が必要とな
る。さらに、線順次走査の場合は、水平走査線の数の電
極分割が必要であることになる。The range of the number of drive electrode divisions in the picture element shifting operation:
In principle, a picture element shift synchronized with each switching per pixel is required. In this case, in the case of point sequential scanning, picture element shifting elements for the number of pixels are required, such as a matrix of thin film transistors (TFTs). Further, in the case of line sequential scanning, it is necessary to divide the electrodes into the number of horizontal scanning lines.
【0166】従って、高解像度化したい表示素子の水平
走査線数をNとした場合、線順次走査の時は透明電極を
垂直方向に1/N分割するのが理想的である。しかし、
高解像度化のためには、コスト的に同等の絵素ずらし素
子が必要となってしまう。そこで、本発明者は、ヒュー
マンファクタによりこの電極分割上限を低下させ、コス
トダウンを行えると考え、次に示す実験を行った。Therefore, when the number of horizontal scanning lines of the display element to be increased in resolution is assumed to be N, it is ideal to divide the transparent electrode into 1 / N in the vertical direction during line-sequential scanning. But,
In order to increase the resolution, a picture element shifting element equivalent in cost is required. Therefore, the present inventor considered that it is possible to reduce the upper limit of the electrode division by the human factor to reduce the cost, and conducted the following experiment.
【0167】上記のTFTカラー液晶表示素子と組み合
わせ、垂直同期信号に同期させて強誘電性液晶素子のス
イッチングのタイミングをとったところ、時系列データ
を考慮しないで、パネル全面のFLC素子のスイッチン
グを行っても、パネル垂直方向の約1/4が 240TV本
から 370TV本へと高解像度化された。When the switching timing of the ferroelectric liquid crystal element was determined in synchronization with the vertical synchronizing signal in combination with the above-described TFT color liquid crystal display element, the switching of the FLC element on the entire panel was performed without considering the time-series data. Even so, about 1/4 in the vertical direction of the panel was increased in resolution from 240 TV lines to 370 TV lines.
【0168】ここでの実験から、1/4程度までの垂直
方向の分割でも高解像度化が有効であることが判った。
即ち、高解像度化のためには、水平走査線数Nの表示素
子と組み合わせる絵素ずらし素子は垂直方向にN分割〜
1分割すれば良いが、パネル全面の高解像度化を行うた
めには、N分割〜3分割が好ましい。さらに、電極加工
精度、コスト等を考慮すれば、N/2或いは(N+1)
/2のうちのいずれかの整数分割以下が好ましい。From this experiment, it has been found that high resolution is effective even in the vertical division up to about 1/4.
That is, in order to increase the resolution, the picture element shifting element combined with the display element having the number N of horizontal scanning lines is divided into N divided in the vertical direction.
One division is sufficient, but in order to increase the resolution of the entire panel, N division to three divisions are preferable. Further, considering electrode processing accuracy, cost, etc., N / 2 or (N + 1)
/ 2 or less is preferable.
【0169】5分割電極構成によるFLC絵素ずらし素
子の高解像度化の具体例:図35に分割電極の組み合わせ
例を示す。この分割電極はガラス基板上に透明電極(I
TO)13、14を形成し、電極を5分割するようにエッチ
ングした。ITO電極間距離(エッチング部分)を10μ
mとした。この電極間距離はセルギャップよりも大きい
(更には、非表示部位よりは短い)ことが電極間電位差
による絶縁破壊防止、即ち、耐圧等の点で必要である。
ここでは、セルギャップは1μm〜3.0μmとした。分
割電極の組み合わせは、片側をコモン電極としてもよ
く、また、両側を分割電極としてもよいことは容易に判
る。Specific Example of Higher Resolution of FLC Picture Shifting Element Using Five-Division Electrode Configuration: FIG. 35 shows an example of a combination of division electrodes. This divided electrode is a transparent electrode (I
TO) 13 and 14 were formed, and the electrodes were etched so as to divide them into five. 10μ distance between ITO electrodes (etched part)
m. It is necessary that the distance between the electrodes is larger than the cell gap (further shorter than the non-display portion) in order to prevent dielectric breakdown due to a potential difference between the electrodes, that is, withstand voltage and the like.
Here, the cell gap was 1 μm to 3.0 μm. It is easily understood that the combination of the divided electrodes may be such that one side may be a common electrode and both sides may be a divided electrode.
【0170】さらに、配向膜としてはSiO配向膜を用
い、セル組み立て方法及び液晶注入方法は単極セルの場
合と同様である。液晶配向方向については絵素ずらし方
向を考慮して設定した。Further, an SiO alignment film is used as the alignment film, and the cell assembling method and the liquid crystal injection method are the same as those in the case of the monopolar cell. The liquid crystal alignment direction was set in consideration of the picture element shifting direction.
【0171】絵素ずらし素子の同期信号について: 飛越走査法(インターレース) 動画像、例えば映画では毎秒24こま、テレビでは毎秒25
枚または30枚の画像を送っている。しかし、毎秒24枚か
ら30枚ではフリッカー妨害が大きく、使用に絶えない。
このため、映画では1こまを2回ずつ照射し、毎秒48こ
まの繰り返しを行い、テレビでは飛越走査法を用いて伝
送帯域幅を増加しないで毎秒の繰り返し回数を増やして
いる。日本国内標準では2:1線飛越走査法を使用して
いる。Synchronization signal of picture element shifting element: Interlaced scanning method (interlace) For a moving image, for example, 24 frames per second for a movie, 25 frames per second for a television
You have sent 30 or 30 images. However, at 24 to 30 sheets per second, flicker interference is so great that it can be used continuously.
For this reason, in a movie, one frame is irradiated twice, and 48 frames are repeated every second. In a television, the number of repetitions per second is increased without increasing the transmission bandwidth by using an interlaced scanning method. The Japanese standard uses a 2: 1 line interlaced scanning method.
【0172】即ち、図36に示すように、a点から開始し
た走査はN/2回の水平走査でb点に達して、垂直帰線
期間にc点に移り、さらにN/2回の水平走査でd点に
達し、垂直基線期間に再びa点に戻る。dからbに至る
期間を第1(奇数)フィールドといい、bからdに至る
期間を第2(偶数)フィールドという。2:1線飛越走
査方式では2フィールドで完全な一つの画面(1フレー
ム)ができる。この他、3:1、5:1線飛越走査方式
などがある。That is, as shown in FIG. 36, the scanning started from the point a reaches the point b in N / 2 horizontal scans, moves to the point c in the vertical flyback period, and further N / 2 horizontal scans. The scanning reaches the point d, and returns to the point a again in the vertical baseline period. The period from d to b is called a first (odd) field, and the period from b to d is called a second (even) field. In the 2: 1 line interlaced scanning method, a complete screen (one frame) is formed in two fields. In addition, there is a 3: 1 and 5: 1 interlaced scanning method.
【0173】NTSC方式等の線順次走査の画面表示を
行う際に、現在のCRTではアナログ的なためにその解
像度においては問題が少ないが、液晶、プラズマ、EL
等の如く画素が離散的なディスプレイについては、離散
的画素配列のためにかなりの水平方向の位置情報が欠落
したり、走査線の情報を欠落するか、あるいは輝度信号
の位置分解能を低下させる(即ち、ディスプレイの解像
度を低下させる)ことについては、既述した通りであ
る。When displaying a screen in line-sequential scanning of the NTSC system or the like, there is little problem with the resolution of the current CRT because it is analog.
For a display having discrete pixels such as a pixel array, a considerable amount of horizontal position information is lost due to a discrete pixel arrangement, information of a scanning line is lost, or positional resolution of a luminance signal is reduced ( That is, the resolution of the display is reduced) as described above.
【0174】ここで、絵素ずらし(ウォブリング)のタ
イミングをとる具体的方法を示す。テレビ信号は、図37
に示すように各フィールドの輝度信号と垂直同期パル
ス、水平同期パルス、色信号、色同期パルスから構成さ
れている。ここでは、奇数フィールド(第1フィール
ド)及び偶数フィールド(第2フィールド)の垂直同期
パルスを検出し、ここからFLCドライバに同期信号を
送り、続いて、ドライバ内で各チャンネル毎にディレイ
を与えたドライブ波形をFLCセルに送れば良い。Here, a specific method of setting the timing of picture element shifting (wobbling) will be described. TV signal, Figure 37
As shown in (1), each field is composed of a luminance signal, a vertical synchronization pulse, a horizontal synchronization pulse, a color signal, and a color synchronization pulse. Here, a vertical synchronization pulse of an odd field (first field) and an even field (second field) are detected, a synchronization signal is sent to the FLC driver from this, and then a delay is given to each channel in the driver. What is necessary is just to send a drive waveform to an FLC cell.
【0175】分割FLC素子とFLCドライブ回路とビ
デオ信号処理系との同期について:図38に、電極の構成
とドライブ回路、ビデオ信号処理系の接続と同期方法に
ついて示した。即ち、ビデオ信号処理装置40によって、
奇数フィールド(第1フィールド)及び偶数フィールド
(第2フィールド)の各同期パルスとRGB信号を表示
素子2に供給すると同時に、各フィールドの垂直同期パ
ルスを検出してFLCドライバ41に同期信号を送り、続
いて、ドライバ41内で各チャンネル毎にディレイを与え
たドライブ波形をFLCセル3に送る。Synchronization of divided FLC element, FLC drive circuit and video signal processing system: FIG. 38 shows the configuration of the electrodes, the connection of the drive circuit, and the video signal processing system and the method of synchronization. That is, by the video signal processing device 40,
The sync pulse and the RGB signal of the odd field (first field) and the even field (second field) are supplied to the display element 2, and at the same time, the vertical sync pulse of each field is detected and the sync signal is sent to the FLC driver 41. Subsequently, a drive waveform with a delay applied to each channel in the driver 41 is sent to the FLC cell 3.
【0176】駆動波形は図39のようにし、全面ITOの
側をコモン電極とし、5分割電極側をCh1〜Ch5に
分けて、図示したようにパルス駆動した。即ち、検出し
た垂直同期信号を基準とし、1フィールドの時間を5分
割し、各チャンネルでシーケンシャルに遅れを与えた。
従って、TN液晶表示素子2の駆動とFLC素子3の駆
動は同期していることが重要である。なお、これらの駆
動波形は、一般的なFLCの駆動法及び矩形波駆動を適
用できる。The driving waveform was as shown in FIG. 39, the entire ITO side was used as a common electrode, and the five-divided electrode side was divided into Ch1 to Ch5, and pulse driving was performed as shown. That is, the time of one field is divided into five parts based on the detected vertical synchronizing signal, and each channel is sequentially delayed.
Therefore, it is important that the driving of the TN liquid crystal display element 2 and the driving of the FLC element 3 are synchronized. Note that a general FLC driving method and rectangular wave driving can be applied to these driving waveforms.
【0177】さらに、絵素ずらしの方向を変える具体的
方法を説明する。表示素子2の垂直方向を高解像度化す
る場合(図40)と、垂直、水平方向を高解像度化する方
法(図41)を示す。この結果、各目的とした方向の高解
像度化が確認できた。Further, a specific method for changing the direction of shifting the picture element will be described. A method for increasing the resolution in the vertical direction of the display element 2 (FIG. 40) and a method for increasing the resolution in the vertical and horizontal directions (FIG. 41) will be described. As a result, it was confirmed that the resolution was improved in the respective directions.
【0178】上記の5分割FLC素子において、ドライ
ブ条件、光学的配置、絵素ずらし量を考慮して高解像度
化の検討を行ったところ、 0.7インチ、10.3万画素のア
クティブマトリックスTN液晶ディスプレイにおいてパ
ネル全面に亘って 240TV本から 370TV本以上へと高
解像度化し、更に、非表示部位であるブラックマトリッ
クスが目立たなくなり、高解像度でかつ滑らかな画面が
達成できた。In the above-mentioned five-division FLC element, a study was made on a high resolution in consideration of drive conditions, optical arrangement, and picture element shift amount. As a result, a 0.7-inch, 130,000-pixel active matrix TN liquid crystal display panel was used. The resolution was increased from 240 TV lines to 370 TV lines or more over the entire surface, and the black matrix as a non-display portion became inconspicuous, and a high-resolution and smooth screen was achieved.
【0179】その他の構造上の改善:上述した例では、
カイラルスメクチック液晶素子3は、図42に明示するよ
うに透明ガラス基板20、21を用いて作製したが、さらに
コスト、容積、重量を低減させるため、図43〜図44のよ
うに透明基板の一方20を水晶板4に置き換え、この水晶
板に透明電極13、配向膜22を付け、カイラルスメクチッ
ク液晶素子3との一体化も可能である。そして、屈折率
の整合により反射を抑制し、光の透過率をも向上でき
る。図44では、更に、表示素子2側に反射板42を設け、
表示性能を向上させている。Other Structural Improvements: In the above example,
The chiral smectic liquid crystal element 3 was manufactured using the transparent glass substrates 20 and 21 as shown in FIG. 42, but in order to further reduce the cost, volume and weight, one of the transparent substrates was used as shown in FIGS. 20 can be replaced with a quartz plate 4, and a transparent electrode 13 and an alignment film 22 can be attached to the quartz plate to integrate with the chiral smectic liquid crystal element 3. Further, reflection can be suppressed by matching the refractive index, and the light transmittance can be improved. In FIG. 44, a reflection plate 42 is further provided on the display element 2 side,
The display performance has been improved.
【0180】これらの高解像度化技術は直視型、反射
型、投射型等、様式を問わずに使用できる。このうち、
図45〜図47に投射型ディスプレイの三例をそれぞれ示し
た。These high resolution techniques can be used regardless of the mode such as a direct view type, a reflection type and a projection type. this house,
FIGS. 45 to 47 show three examples of the projection type display, respectively.
【0181】図45の例では、ハロゲンランプ17からの光
をコールドフィルタ43を通してバックライトとして表示
素子2に導き、上述したウォブリング処理後にレンズ系
44からスクリーン45へと画像が投影される。In the example of FIG. 45, the light from the halogen lamp 17 is led to the display element 2 as a backlight through the cold filter 43, and after the above-described wobbling processing, the lens system
An image is projected from 44 to a screen 45.
【0182】図46はミラー型ディスプレイを示し、光源
17からの光をフィルタ46を通し、各ダイクロイックミラ
ー47によって所定の波長光(R、G、B)にそれぞれ分
離し、コンデンサーレンズ48から各ウォブリング素子に
入射され、ここでウォブリングされた後、再び合成され
てスクリーン45上に投影される。FIG. 46 shows a mirror type display, in which a light source is shown.
The light from 17 passes through a filter 46, is separated into light of a predetermined wavelength (R, G, B) by each dichroic mirror 47, and is incident on each wobbling element from a condenser lens 48, where it is wobbled and then again. The images are synthesized and projected on the screen 45.
【0183】図47は、プリズム型ディスプレイを示し、
各波長光がダイクロイックプリズム48を介して合成され
ること以外は、図46のものと基本的には同様である。FIG. 47 shows a prism type display,
This is basically the same as that in FIG. 46 except that the light of each wavelength is synthesized via the dichroic prism 48.
【0184】上述した高解像度化技術は、ディスプレイ
として応用するため、可視光の波長範囲で使用する。The above-described high resolution technology is used in the visible light wavelength range for application as a display.
【0185】撮像素子への適用 本発明は、上述した表示素子2に限らず、離散的な画素
から構成されるCCD等の撮像素子と被写体とを結ぶ光
路中に上述したウォブリング素子7を配置する場合にも
適用される。[0185] applying the invention to the image pickup element, placing the wobbling element 7 described above in the optical path connecting the not limited to the display device 2 described above, an imaging element such as a CCD composed of discrete pixels and the object The case also applies.
【0186】本発明を図48及び図49に示した撮像装置71
に適用する場合も、上述した表示装置において述べた各
種の条件及び原理、説明が同様にして採用されることが
望ましい。以下においては、上述した表示装置について
の内容と同様のものは特に繰り返して説明しないが、そ
れに比べて、撮像装置に特有のものを主として説明する
こととする。An image pickup apparatus 71 according to the present invention shown in FIGS.
It is preferable that the above-described various conditions, principles, and descriptions of the display device be similarly adopted. In the following, the same components as those of the display device described above will not be particularly described repeatedly, but, in comparison, those specific to the imaging device will be mainly described.
【0187】撮像素子、例えばCCDを用いるとき、例
えば1/3インチCCDを水平方向、垂直方向あるいは
水平及び垂直方向に同時に高解像度化するため、β=45
度として水晶板の厚さdを調整することにより、絵素ず
らしの量を調節した。1/3インチCCDの水平方向の
ピッチが6.35μm、垂直方向のピッチが 7.4μmである
ので、各方向への高解像度化のための絵素ずらし量は、
各ピッチの約1/2の3.18μm、 3.7μmとすれば良
い。更に、斜め方向の絵素ずらしの場合は水平、垂直方
向成分を各辺とした長方形の対角線の長さのシフトが必
要となり、この時は、4.88μmとすれば良い。When an image pickup device such as a CCD is used, β = 45 in order to increase the resolution of, for example, a 1/3 inch CCD in the horizontal direction, the vertical direction, or the horizontal and vertical directions simultaneously.
By adjusting the thickness d of the quartz plate as a degree, the amount of pixel shift was adjusted. Since the horizontal pitch of the 1/3 inch CCD is 6.35 μm and the vertical pitch is 7.4 μm, the pixel shift amount for increasing the resolution in each direction is as follows.
The pitch may be set to 3.18 μm or 3.7 μm which is about 1 / of each pitch. Further, in the case of shifting the picture element in the oblique direction, it is necessary to shift the length of the diagonal line of the rectangle having the horizontal and vertical components on each side. In this case, the length may be 4.88 μm.
【0188】例えば、L=3.7 μmのずれを与えるた
め、β=45度、d=0.63mmとした。ここで、光軸のずれ
Lを発現させるのに効果的なβの範囲は10〜80度であっ
た。For example, in order to give a deviation of L = 3.7 μm, β = 45 degrees and d = 0.63 mm. Here, the range of β effective for expressing the deviation L of the optical axis was 10 to 80 degrees.
【0189】撮像素子を使用する際、被写体と撮像素子
4を結ぶ光路中に、被写体−偏光子−FLC素子−複屈
折基板−撮像素子の順序で配置される。この場合、レン
ズ系、アイリス、波長制限フィルタは被写体と撮像素子
を結ぶ光路中のどこに配してもよい。When using the image sensor, the subject, the polarizer, the FLC device, the birefringent substrate, and the image sensor are arranged in the optical path connecting the object and the image sensor 4 in this order. In this case, the lens system, the iris, and the wavelength limiting filter may be arranged anywhere in the optical path connecting the subject and the image sensor.
【0190】図48、図49に示すように、強誘電性液晶素
子3のスイッチ状態が状態1の場合、被写体50の側から
の照射光成分aは、レンズ51、絞り52を通った後、偏光
板19により絵素ずらし方向に偏光される。光の偏光面と
強誘電性液晶素子3の異常光軸8が平行のため、透過光
は偏光面を維持したまま複屈折を有する水晶板4に照射
される。水晶板4では、入射偏光面内に水晶の異常光軸
を含むため、Y軸方向に偏光している光は水晶板の異常
光軸の傾いている方向へ屈折し、再び空気層へ出るとき
光軸と平行になり、入射光の光軸とのずれが生じ、CC
D撮像素子53の各絵素に照射される。As shown in FIGS. 48 and 49, when the switch state of the ferroelectric liquid crystal element 3 is the state 1, the irradiation light component a from the object 50 side passes through the lens 51 and the aperture 52, The light is polarized by the polarizing plate 19 in the direction in which the picture element is shifted. Since the polarization plane of the light and the extraordinary optical axis 8 of the ferroelectric liquid crystal element 3 are parallel, the transmitted light is applied to the quartz plate 4 having birefringence while maintaining the polarization plane. In the quartz plate 4, since the extraordinary optical axis of the quartz is included in the incident polarization plane, the light polarized in the Y-axis direction is refracted in the direction in which the extraordinary optical axis of the quartz plate is inclined, and exits to the air layer again. Being parallel to the optical axis, the deviation of the incident light from the optical axis occurs, and CC
Each picture element of the D imaging device 53 is irradiated.
【0191】一方、強誘電性液晶素子3のスイッチ状態
が状態2の場合、偏光面と異常光軸8が約45度の角をな
しているため、透過光は異常光軸の向きに回転し、直線
偏光(Y軸方向)→楕円偏光→円偏光→楕円偏光→直線
偏光(X軸方向)と強誘電性液晶素子内を変化し、偏光
面は初期状態から90度回転し、水晶板4に照射される。
水晶板4では、入射偏光面内に水晶の異常光軸を含まな
いため、屈折しないでそのままの光軸を維持し、再び空
気層へ出て、CCD撮像素子53の各絵素に照射される。
即ち、被写体のa’部分を撮像することになる。この状
態1と状態2の光軸のずれを絵素ずらしの動作原理とし
て用いることができる。On the other hand, when the switch state of the ferroelectric liquid crystal element 3 is the state 2, the transmitted light rotates in the direction of the extraordinary optical axis because the polarization plane and the extraordinary optical axis 8 form an angle of about 45 degrees. , Linearly polarized light (Y-axis direction) → elliptically polarized light → circularly polarized light → elliptically polarized light → linearly polarized light (X-axis direction) in the ferroelectric liquid crystal element, and the polarization plane is rotated by 90 degrees from the initial state. Is irradiated.
In the quartz plate 4, since the extraordinary optical axis of the crystal is not included in the plane of polarization of the incident light, the optical axis is maintained without being refracted, exits to the air layer again, and is irradiated on each picture element of the CCD image sensor 53. .
That is, an image of the part a 'of the subject is taken. The shift of the optical axis between the state 1 and the state 2 can be used as the operation principle of the picture element shift.
【0192】素子環境温度のために、見かけのコーン角
が45度から外れる(例えば45+γ度:ここでγは45>γ
>−45)場合、ウォブリング動作において、スイッチ状
態の片方の液晶ダイレクタの光軸を理想的に偏光板の偏
光面に平行あるいは直交して合わせると、このスイッチ
状態では透過光の偏光面は変化しない。この場合には、
偏光面が回転していないため、例えば図48のように水晶
板4の異常光軸の方向に 100%の光が屈折し、光軸から
のずれを与える。この時、a点以外の成分はほとんどな
い。Due to the ambient temperature of the element, the apparent cone angle deviates from 45 degrees (for example, 45 + γ degrees: where γ is 45> γ).
> −45) In the wobbling operation, if the optical axis of one of the liquid crystal directors in the switch state is ideally aligned parallel or orthogonal to the polarization plane of the polarizing plate, the polarization plane of the transmitted light does not change in this switch state. . In this case,
Since the plane of polarization is not rotated, 100% of the light is refracted in the direction of the extraordinary optical axis of the quartz plate 4, for example, as shown in FIG. At this time, there is almost no component other than the point a.
【0193】もう一方のスイッチ状態では、45+γ度と
なるために、γが正の場合は透過光の偏光面は90度以上
の回転をし、γが負の場合は偏光面は90度まで回転しな
い。偏光面が完全に90度回転した時には、図49に示した
ようにa’の成分がほぼ 100%となる。しかし、図50に
示したように偏光面の回転が90度からγの角度ずれる場
合、偏光成分としてY軸方向の成分も増加して来るの
で、Y方向の隣接撮像画素に若干のもれが生じる。従っ
てこの場合には、本来高解像度化すべき画素ずらしの効
果が若干減ぜられてしまう。In the other switch state, since the angle is 45 + γ degrees, when γ is positive, the polarization plane of the transmitted light is rotated by 90 degrees or more, and when γ is negative, the polarization plane is rotated to 90 degrees. do not do. When the polarization plane is completely rotated by 90 degrees, the component of a 'becomes almost 100% as shown in FIG. However, as shown in FIG. 50, when the rotation of the polarization plane deviates from 90 degrees by an angle of γ, the component in the Y-axis direction also increases as a polarization component, so that a slight leak occurs in the adjacent imaging pixels in the Y direction. Occurs. Therefore, in this case, the effect of pixel shifting, which should originally be a high resolution, is slightly reduced.
【0194】そこで、図13で既述したと同様の理由か
ら、上記2つのスイッチ状態のなす角の2等分線が偏光
板の偏光面あるいは偏光面に対して直交した線に対して
なす角δが、理想的には22.5度の角度をなしていれば良
い。このように、液晶ダイレクタ8の向きを配置するこ
とにより、図51、図52に示されるように、両方のスイッ
チ状態でクロストークを生じるようになるが、各スイッ
チ状態でのクロストークは小さく、かつ、その和は片側
だけのクロストークよりも少ないため、高解像度化の効
果を減ずることはないことがわかった。Therefore, for the same reason as described with reference to FIG. 13, the bisector of the angle formed by the above two switch states forms the angle formed by the polarization plane of the polarizing plate or a line perpendicular to the polarization plane. Ideally, δ should form an angle of 22.5 degrees. By arranging the orientation of the liquid crystal director 8 in this manner, as shown in FIGS. 51 and 52, crosstalk occurs in both switch states, but crosstalk in each switch state is small. In addition, since the sum is smaller than the crosstalk of only one side, it has been found that the effect of high resolution is not reduced.
【0195】ここで、このθの範囲、さらに2スイッチ
状態の2等分線が光の偏光面或いはそれに直交する線と
なす角δは、以下のウォブリングの実験結果から明確と
なった。Here, the range of θ, and the angle δ formed by the bisector of the two-switch state with the polarization plane of light or a line orthogonal thereto are clarified from the following wobbling experimental results.
【0196】即ち、片側の軸固定の検討では、θ=26〜
64度の範囲でウォブリング効果によりCCDの高解像度
化が確認できた。さらに、θ=36〜54度の範囲で色付き
の少ない高解像度化ができた。That is, in the examination of one-sided shaft fixing, θ = 26 to
High resolution of the CCD was confirmed by the wobbling effect in the range of 64 degrees. Furthermore, high resolution with little coloring was achieved in the range of θ = 36 to 54 degrees.
【0197】さらに、θ=36〜54度の範囲でδ軸の位置
を検討した結果、δ=22.5±10度で色付きがほとんどな
く、高解像度化できることがわかった。さらに、θ=36
〜54度、δ=22.5±5度の範囲でフィールド間のクロス
トークが少なくなり、フィールド間のコントラスト比が
高まるため、さらに高解像度化した。Further, as a result of examining the position of the δ axis in the range of θ = 36 to 54 degrees, it was found that there was almost no coloring at δ = 22.5 ± 10 degrees and high resolution could be achieved. Further, θ = 36
In the range of .about.54 degrees and .delta. = 22.5. ± .5 degrees, cross-talk between fields was reduced, and the contrast ratio between fields was increased.
【0198】なお、ここでの解像度評価は、格子縞の解
像度評価用パネルを撮像し、ビデオ信号に変換後にCR
Tモニタに表示し、観測することにより判別した。Note that the resolution evaluation here is performed by taking an image of a lattice evaluation resolution evaluation panel, converting it to a video signal, and then executing a CR.
It was displayed on a T monitor and determined by observation.
【0199】図53には、具体的な配置例を示した。ビデ
オカメラ、スチルビデオカメラ等の光学系の場合、外界
からの入射光は概ね偏光していないので、外界(被写
体)と強誘電性スイッチング素子の間に偏光板を入れる
ことを特徴とし、レンズ、絞りに対しての位置関係を問
わない。その他の光学配置は、被写体−レンズ−絞り−
偏光板−強誘電性スイッチング素子−一軸的な光学異方
性を有する透明基板−撮像素子の順である。ここで組み
合わせる撮像素子としては、CCD、MOS型素子等、
その種類を問わない。FIG. 53 shows a specific arrangement example. In the case of an optical system such as a video camera and a still video camera, since incident light from the outside is not generally polarized, a polarizing plate is inserted between the outside (subject) and the ferroelectric switching element. Regardless of the positional relationship with respect to the aperture. Other optical arrangements include subject-lens-aperture-
The order is a polarizing plate, a ferroelectric switching element, a transparent substrate having uniaxial optical anisotropy, and an imaging element. Examples of the imaging device to be combined here include a CCD, a MOS type device, and the like.
Regardless of its type.
【0200】こうした撮像素子は、表示素子とは異な
り、受光素子であるために、被写体の空間解像度(空間
分離能)を向上させることができる。ここでは、表示素
子のように順次方式ではなく、同時方式で行えるため、
FLC素子3のスイッチング部はCCD素子全面に同時
に作用してよく、位相変調素子3の空間的な電極分割を
必要としない。即ち、例えばCCD撮像素子の画素も、
離散的なために光軸のずれがない場合には各画素にa、
b、cの位置分解能しかないが、フレームを分割し、ま
ずこのa、b、cの情報を同時方式で蓄積後、転送し、
次のフィールドで強誘電性液晶素子3の絵素ずらしによ
り、a’、b’、c’の位置情報を同時方式で蓄積後、
転送し、最初のフィールドとの再合成を行うことによ
り、垂直分解能が2倍に向上する。[0200] Unlike the display element, such an image pickup element is a light receiving element, so that the spatial resolution (spatial resolution) of a subject can be improved. Here, since it can be performed in a simultaneous method instead of a sequential method like a display element,
The switching section of the FLC element 3 may operate on the entire surface of the CCD element at the same time, and does not require spatial electrode division of the phase modulation element 3. That is, for example, the pixels of the CCD image sensor also
If there is no deviation of the optical axis because of the discrete, a,
Although there is only the position resolution of b and c, the frame is divided, and the information of a, b and c is first stored in a simultaneous method and then transferred.
In the next field, the position information of a ', b', and c 'is accumulated in a simultaneous manner by shifting the picture elements of the ferroelectric liquid crystal element 3,
By transferring and recombining with the first field, the vertical resolution is doubled.
【0201】特に垂直解像度だけでなく、水平解像度も
向上させるためには、1フレームをさらに3フィール
ド、4フィールドとしなければならないが、このために
も強誘電性液晶素子の高速応答性が必要である。ツイス
トネマチックの絵素ずらし素子では、透過率変化0〜90
%での立ち上がり+立ち下がり時間は最小で15msec程度
(室温)でり、NTSCの2:1線飛越走査方式(1フ
ィールド当たり1/60秒((16.7ms))でもかなり実現
が困難であり、さらにフレーム数が同じで4:1線飛越
走査方式を適用すれば、1フィールド当たり1/120 秒
(8.3ms)であり、全く追従できなくなる。この点、強誘
電性液晶素子を用いた絵素ずらし法は、そのスイッチン
グ時間がTN液晶よりも短いため、有効であることがわ
かる。ちなみに、強誘電性液晶素子の立ち上がり+立ち
下がり時間はμsec オーダーから、最も遅いものでも数
ms以下である。In particular, in order to improve not only the vertical resolution but also the horizontal resolution, one frame must be further composed of three fields and four fields. This also requires a high-speed response of the ferroelectric liquid crystal element. is there. In the twisted nematic pixel shifting element, the transmittance change is 0 to 90.
% Is a minimum of about 15 msec (room temperature), and it is quite difficult to realize even with NTSC's 2: 1 line interlaced scanning method (1/60 second per field ((16.7 ms)). Furthermore, if the same number of frames is used and the 4: 1 line interlaced scanning method is applied, it is 1/120 seconds (8.3 ms) per field and cannot follow at all. The shift method is effective because the switching time is shorter than that of the TN liquid crystal, and the rise and fall time of the ferroelectric liquid crystal element is on the order of μsec.
ms or less.
【0202】モノクロマチック撮像素子、3板式カラー
撮像素子の場合:1つのスイッチング素子単位が1絵素
に相当するので、単純に解像度改善方向の1絵素の重心
点間距離の半分の長さの光軸の解像度改善方向へのシフ
トにより、高解像度化される。さらに、その許容範囲は
シフト長の50%〜150 %が適当である。In the case of a monochrome image pickup device and a three-plate color image pickup device: since one switching element unit corresponds to one picture element, it is simply a half of the distance between the centers of gravity of one picture element in the resolution improving direction. The resolution is improved by shifting the optical axis in the resolution improving direction. Further, the allowable range is suitably 50% to 150% of the shift length.
【0203】カラーフィルタを有する撮像素子の場合:
R、G、Bカラーフィルタのトリオにより1絵素を構成
している。R、G、Bの配置法はデルタ配列、インライ
ン配列等があるが、ここでの光軸のシフト量は解像度改
善方向の最近接R、G、Bトリオ面積重心間距離の1/
2の長さにすれば良い。さらに、その許容範囲はシフト
長の50〜150 %が適当である。In the case of an image pickup device having a color filter:
One picture element is composed of a trio of R, G, and B color filters. The R, G, and B arrangement methods include a delta arrangement, an inline arrangement, and the like. The shift amount of the optical axis in this case is 1/1/3 of the closest distance between the centers of gravity of the R, G, and B trios in the resolution improving direction.
What is necessary is just to make it 2 length. Further, the allowable range is suitably 50 to 150% of the shift length.
【0204】その他の構造上の改善:上記した例では、
強誘電性液晶素子3は水晶板4とは別の基板を用いて作
製したが、さらにコスト、容積、重量を低減させるた
め、図54にそれぞれ例示するように、水晶基板4に透明
電極、配向膜(いずれも図示省略)を付け、強誘電性液
晶素子3と一体化した絵素ずらし素子をCCD全面の保
護ガラス基板60を介して配するか(A)、或いはこれを
省略して水晶板側を接着し、保護すること(B)ができ
る。同図(C)は、CCD53と水晶板4を一体化し、F
LC素子3は上述した例と同様に構成したものである。Other Structural Improvements: In the above example,
Although the ferroelectric liquid crystal element 3 was manufactured using a substrate different from the quartz plate 4, in order to further reduce the cost, volume, and weight, as shown in FIG. A film (both not shown) is attached, and a picture element shift element integrated with the ferroelectric liquid crystal element 3 is arranged via a protective glass substrate 60 on the entire surface of the CCD (A), or a quartz plate is omitted. The side can be glued and protected (B). FIG. 3C shows the CCD 53 and the quartz plate 4 integrated,
The LC element 3 has the same configuration as the above-described example.
【0205】これらセルのビデオカメラ:ハンディカム
TR−1(ソニー社製)への具体的実装例を説明する
が、まず、それに使用可能な赤外カットフィルタ及びロ
ーパスフィルタについて説明する。A specific example of mounting these cells on a video camera: Handycam TR-1 (manufactured by Sony Corporation) will be described. First, an infrared cut filter and a low-pass filter that can be used for the camera will be described.
【0206】〔1〕通常の可視光の撮像の場合 CCD撮像素子などの半導体撮像素子は、その感度域が
380〜1200nmにまで広がっている。通常の可視光の画像
を撮像する場合には、本来人間の眼で感知できない近赤
外光域まで撮像してしまうため、画像に対して悪影響を
及ぼす。従って、図55のように赤外カットフィルタ61を
被写体50とCCD53との間に入れる必要がある。[1] In the case of normal visible light imaging A semiconductor imaging device such as a CCD imaging device has a sensitivity range of
It extends to 380-1200nm. When a normal visible light image is taken, the image is taken up to a near-infrared light region that cannot be sensed by human eyes, which has an adverse effect on the image. Therefore, it is necessary to insert the infrared cut filter 61 between the subject 50 and the CCD 53 as shown in FIG.
【0207】ここでは、絵素ずらし素子に赤外カットフ
ィルタ(700nm以上の波長をカットする。)61を組み合わ
せる場合の例を示す。さらに、ウォブリング素子に用い
られている水晶板だけでは、高周波成分のカットが不十
分であるため、光学ローパスフィルタが必要である。そ
こで、一般に高画質のCCDビデオカメラに用いられて
いる7点ボケ用の水晶ローパスフィルタ(複数の水晶板
64からなる。)を組み込んだ(図55、図56)。Here, an example is shown in which an infrared cut filter (which cuts a wavelength of 700 nm or more) 61 is combined with the picture element shifting element. In addition, only a quartz plate used for a wobbling element does not sufficiently cut high-frequency components, and therefore requires an optical low-pass filter. Therefore, a quartz low-pass filter (a plurality of quartz plates) for seven-point blurring, which is generally used in a high-quality CCD video camera, is used.
Consists of 64. ) Was incorporated (FIGS. 55 and 56).
【0208】このローパスフィルタは、1枚の水晶板中
で入射光をその複屈折を利用して2点ボケにし、さらに
光軸の周りに回転させた他の水晶板の積層により2点像
を4点像に、さらに3枚目の水晶板で7点像としてぼか
し、ローパスフィルタ特性を向上させることができるも
のである。In this low-pass filter, incident light is made into a two-point blur by utilizing the birefringence in one quartz plate, and a two-point image is formed by laminating another quartz plate rotated around the optical axis. The four-point image is further blurred as a seven-point image by a third quartz plate, so that the low-pass filter characteristics can be improved.
【0209】即ち、このように入射光をぼかすことによ
り、画像情報の空間周波数の高い成分を除去でき、モア
レ縞及び色偽信号等の問題を回避することができる。但
し、水晶板1枚の場合は、y方向のみ高周波成分をカッ
ト若しくは分散できるが、上記ではx、yの両方向にお
いて高周波成分をカット若しくは分散でき、低周波成分
の感度を保持したまま高周波成分の画像への影響(結像
した画像出力にモアレ縞パターンや色偽信号が生じるこ
と)を一層なくすことができる。That is, by blurring the incident light in this way, a high spatial frequency component of image information can be removed, and problems such as moire fringes and false color signals can be avoided. However, in the case of a single quartz plate, the high-frequency component can be cut or dispersed only in the y direction, but in the above case, the high-frequency component can be cut or dispersed in both the x and y directions, and the high-frequency component can be cut while maintaining the sensitivity of the low-frequency component. The influence on the image (moire fringe pattern or false color signal generated in the formed image output) can be further reduced.
【0210】こうしたローパスフィルタを用いない実装
例を図57に、同ローパスフィルタを用いた実装例を図58
に示した。いずれも、絵素ずらし素子(ウォブリング素
子)7はCCD53の前位に設けられている。FIG. 57 shows an implementation example without such a low-pass filter, and FIG. 58 shows an implementation example using the low-pass filter.
It was shown to. In each case, the picture element shifting element (wobbling element) 7 is provided in front of the CCD 53.
【0211】ローパスフィルタ64を用いる場合、ローパ
スフィルタの第1の異常光軸がウォブリング時の偏光と
30〜60°の角度をなすときは、ローパスフィルタの効果
は得られるが、それ以外ではローパスフィルタ特性がフ
ィールドで変化してしまう。このとき、絵素ずらし素子
7と光学ローパスフィルタとの間にλ/4板(図示せ
ず)を入れることにより、フィールド間でのローパスフ
ィルタ特性の差を低減し、ローパスフィルタ特性を十分
発揮できるようになる。When the low-pass filter 64 is used, the first extraordinary optical axis of the low-pass filter is the same as the polarization at the time of wobbling.
When the angle is 30 to 60 °, the effect of the low-pass filter is obtained, but otherwise, the low-pass filter characteristic changes in the field. At this time, by inserting a λ / 4 plate (not shown) between the picture element shifting element 7 and the optical low-pass filter, a difference in low-pass filter characteristics between fields can be reduced, and the low-pass filter characteristics can be sufficiently exhibited. Become like
【0212】図59には、CCDを3つ用いた色分解カメ
ラシステムを示している。但し、CCDドライブ回路、
ウォブリング素子ドライブ回路は省略した。FIG. 59 shows a color separation camera system using three CCDs. However, CCD drive circuit,
The wobbling element drive circuit is omitted.
【0213】〔2〕赤外光の撮像の場合 CCD撮像素子などの半導体撮像素子の近赤外光域を利
用し、本来人間の眼で感知できない近赤外光域のみを撮
像することができる。この場合、敢えて、赤外カットフ
ィルタを入れる必要はない。[2] Infrared Light Imaging Using the near infrared light region of a semiconductor image pickup device such as a CCD image pickup device, only the near infrared light region that cannot be sensed by human eyes can be picked up. . In this case, there is no need to insert an infrared cut filter.
【0214】この場合、赤外光だけを撮像するには、可
視光カットフィルタ(760nm以下をカットする。)を被写
体とCCDとの間に入れる必要がある。これにより、被
写体の温度分布等を撮像することができる。このときの
撮像波長は 700〜1200nmにまで及ぶため、絵素ずらし素
子の位相差はその半波長の 350〜600nm が必要である。In this case, in order to image only infrared light, it is necessary to insert a visible light cut filter (cut at 760 nm or less) between the subject and the CCD. This makes it possible to image the temperature distribution and the like of the subject. Since the imaging wavelength at this time extends to 700 to 1200 nm, the phase difference of the picture element shifting element needs to be half the wavelength of 350 to 600 nm.
【0215】次に、以上に述べた実施例において、位相
調整用の複屈折媒体(位相補償媒体)を使用する本発明
の他の実施例を説明する。Next, another embodiment of the present invention using a birefringent medium (phase compensating medium) for phase adjustment in the above-described embodiment will be described.
【0216】以下に示す実施例によれば、 400nmから 7
00nmの波長範囲における偏光面の90度の回転を行う位相
補償媒体を素子中に入れることにより、両方のスイッチ
状態でのクロストークを更に減少させ、一層の高解像度
化を達成できる。その具体的実施例を示す。According to the embodiment shown below, the range from 400 nm to 7
By inserting a phase compensation medium that rotates the polarization plane by 90 degrees in the wavelength range of 00 nm into the element, crosstalk in both switch states can be further reduced, and higher resolution can be achieved. Specific examples will be described.
【0217】位相補償媒体の実装例 図60に、位相補償媒体100 を実装したウォブリング素子
107 及び液晶光学表示装置101 を示す。[0217] The implementation view 60 of the phase compensation medium, wobbling device that implements the phase compensation medium 100
107 and a liquid crystal optical display device 101 are shown.
【0218】図60(A)では、強誘電性液晶(FLC)
素子3の遅相軸108 と、FLC素子3の位相差とほぼ同
じ位相差を有する位相補償媒体100 の遅相軸118 とがほ
ぼ直交している。これによって、FLC素子3で生じた
位相差をそれとは逆相の位相補償媒体100 でキャンセル
することができるので、構成表示画素5から出た偏光6
はその偏光面の回転を受けずに、光軸シフトのための複
屈折媒体4に偏光面がβに傾斜した異常光軸10に見かけ
上平行に入射し、その結果、光軸がシフトする。In FIG. 60A, a ferroelectric liquid crystal (FLC)
The slow axis 108 of the element 3 is substantially orthogonal to the slow axis 118 of the phase compensation medium 100 having the same phase difference as the FLC element 3. As a result, the phase difference generated in the FLC element 3 can be canceled by the phase compensation medium 100 having a phase opposite to that of the FLC element 3.
Is incident on the birefringent medium 4 for shifting the optical axis, apparently parallel to the extraordinary optical axis 10 whose polarization plane is inclined at β, without being rotated by the polarization plane. As a result, the optical axis is shifted.
【0219】図60(B)では、FLC素子3の遅相軸10
8 が、FLC素子3への電界印加に伴うスイッチにより
状態2となる。その結果、FLC素子3の遅相軸108 と
位相補償媒体100 の遅相軸118 とから合成される新たな
遅相軸は、Y軸に対して45度の傾きとなる。従って、こ
の合成された遅相軸により偏光面は90度の回転を受け、
偏光面はZ軸に平行になり、光軸シフトのための複屈折
媒体4に偏光面がβに傾斜した異常光軸10に見かけ上垂
直に入射するため、光軸はシフトしない。In FIG. 60B, the slow axis 10 of the FLC element 3 is
8 changes to state 2 by a switch associated with the application of an electric field to the FLC element 3. As a result, the new slow axis synthesized from the slow axis 108 of the FLC element 3 and the slow axis 118 of the phase compensation medium 100 has an inclination of 45 degrees with respect to the Y axis. Therefore, the plane of polarization is rotated by 90 degrees due to the synthesized slow axis,
The polarization plane is parallel to the Z axis, and apparently perpendicularly enters the extraordinary optical axis 10 whose polarization plane is inclined to β into the birefringent medium 4 for shifting the optical axis, so that the optical axis does not shift.
【0220】ここで、FLCの見かけのコーン角をθと
して、図61(A)に光軸の関係を示す。この図では、P
1はY軸に平行な偏光面の方向或いは偏光板の偏光軸を
示す。P2はX軸に平行な軸であり、光軸シフトのため
の複屈折媒体における偏光面がβに傾斜した異常光軸10
と直交している。またLC1及びLC2はFLC素子3
の各スイッチ状態の遅相軸108 、PCは位相補償媒体10
0 の遅相軸118 を示す。Here, assuming that the apparent cone angle of FLC is θ, FIG. 61A shows the relationship between the optical axes. In this figure, P
Reference numeral 1 denotes the direction of the polarization plane parallel to the Y axis or the polarization axis of the polarizing plate. P2 is an axis parallel to the X axis, and the extraordinary optical axis 10 whose polarization plane in the birefringent medium for shifting the optical axis is inclined to β.
And orthogonal. LC1 and LC2 are FLC elements 3
In each of the switch states, the slow axis 108 and the PC
A zero slow axis 118 is shown.
【0221】ここでの光軸の関係は、FLC素子の各ス
イッチ状態の遅相軸LC1、LC2が入射偏光面P1の
軸に対して線対称の位置となるように配置する。そし
て、一つのスイッチ状態、例えばLC1に対して、位相
補償媒体の遅相軸PCをほぼ直交するように配置するこ
とにより、偏光面P1はFLC素子のLC1の影響でL
C1の軸側に回転するが、LC1とほぼ同じ位相差を有
するPCによりキャンセルされ、また元の偏光面P1に
戻される。FLC素子を電界印加によりスイッチし、遅
相軸をLC2とすることにより、偏光面P1はLC2の
軸側に回転し、さらに、位相補償媒体の遅相軸PCの影
響を受け、偏光面は更に遅相軸PCの軸側に回転し、そ
の結果、FLC素子と位相補償媒体のトータルで偏光面
P1は偏光面P2まで回転される。即ち、LC2とPC
の合成された遅相軸(LC2+PC)はP1と丁度π/
4の角度になる。The relationship between the optical axes here is such that the slow axes LC1 and LC2 of the respective switch states of the FLC element are line-symmetric with respect to the axis of the incident polarization plane P1. Then, by arranging the slow axis PC of the phase compensating medium so as to be substantially orthogonal to one switch state, for example, LC1, the polarization plane P1 becomes L under the influence of LC1 of the FLC element.
Although rotated toward the axis of C1, it is canceled by the PC having substantially the same phase difference as LC1, and is returned to the original polarization plane P1. By switching the FLC element by applying an electric field and setting the slow axis to LC2, the polarization plane P1 rotates toward the axis of LC2, and is further affected by the slow axis PC of the phase compensation medium, and the polarization plane further increases. The polarization plane P1 is rotated toward the axis side of the slow axis PC, and as a result, the polarization plane P1 is rotated to the polarization plane P2 in total of the FLC element and the phase compensation medium. That is, LC2 and PC
Is the slow axis (LC2 + PC) of P1 and just π /
4 angles.
【0222】また、位相補償媒体100 として、使用して
いるFLC素子3と同一の素子を用いると、さらに温度
変化等に伴うコーン角の変動を吸収できる。この原理図
を図61(B)に示す。即ち、図61(A)に示した位相補
償フィルムの代わりに、第2のFLC素子を用いる方法
である。この位相補償用の第2のFLCの遅相軸をPC
LC1、PCLC2とする。When the same element as the FLC element 3 used is used as the phase compensation medium 100, the fluctuation of the cone angle due to a temperature change or the like can be further absorbed. FIG. 61B shows this principle. That is, a method using a second FLC element instead of the phase compensation film shown in FIG. The slow axis of the second FLC for phase compensation is set to PC
LC1 and PCLC2.
【0223】ここでまず、第2のFLCのメモリー状
態、あるいは電圧印加でPCLC1にし、第1のFLC
素子3を電界印加によりLC1とLC2にスイッチす
る。これにより、図61(A)の位相補償フィルムを用い
た場合と同じ効果が得られる。更に、複屈折率の波長依
存性が第1FLCと第2FLCで同じものが使用できる
ため、位相補償の効果が優れることが判る。Here, first, the memory state of the second FLC or PCLC1 is set by applying a voltage, and the first FLC is changed to PCLC1.
The element 3 is switched between LC1 and LC2 by applying an electric field. Thus, the same effect as that obtained by using the phase compensation film of FIG. 61A can be obtained. Further, since the same wavelength dependency of the birefringence can be used in the first FLC and the second FLC, it can be seen that the effect of the phase compensation is excellent.
【0224】ここで、素子の温度環境が変化すると、図
4、図5に示したように見かけのコーン角が変化する。
図61(A)の構成では、このコーン角の変化により、ウ
ォブリング時の奇数フィールド、偶数フィールド間での
光の漏れ、即ちクロストークが生じる。しかし、図61
(B)では、第2FLC素子の遅相軸の配置も同一の温
度変化をするため、LC1とPCLC1のなす角度は常
にπ/2となり、位相差がキャンセルされる。一方、L
C2とPCLC1から合成される遅相軸(LC2+PC
LC1)は常にP1、P2に対してπ/4の角度をな
し、位相差の温度依存性は若干残るものの、クロストー
クは低減される。Here, when the temperature environment of the element changes, the apparent cone angle changes as shown in FIGS.
In the configuration shown in FIG. 61A, the change in the cone angle causes light leakage between the odd field and the even field during wobbling, that is, crosstalk. However, FIG.
In (B), the arrangement of the slow axis of the second FLC element undergoes the same temperature change, so that the angle between LC1 and PCLC1 is always π / 2, and the phase difference is canceled. On the other hand, L
Slow axis synthesized from C2 and PCLC1 (LC2 + PC
LC1) always forms an angle of π / 4 with respect to P1 and P2, and the temperature dependence of the phase difference slightly remains, but the crosstalk is reduced.
【0225】この例では、FLC素子としてCS−10
14液晶/SiO斜方蒸着反平行セルを用いた。セルギ
ャップは 2.1μmであり、 632.8nmでの位相差は263.69
nmである。クロストーク量を評価するための光学系は図
8に示したものと同じである。In this example, CS-10 is used as the FLC element.
A 14 liquid crystal / SiO oblique deposition antiparallel cell was used. The cell gap is 2.1 μm, and the phase difference at 632.8 nm is 263.69.
nm. The optical system for evaluating the amount of crosstalk is the same as that shown in FIG.
【0226】まず、FLC素子を図62に示すように配置
して、電界印加によりスイッチした場合のスペクトルを
図63に示す。これによれば、LC1状態では、偏光子か
らの偏光は偏光面の回転を受けずに、検光子を透過す
る。一方、LC2状態では、偏光子からの偏光はその偏
光面を回転し、その回転に応じて検光子で吸収され、透
過光量が変化する。ここでは、約550nm の波長成分がち
ょうど90度の偏光面の回転を受けていることになる。First, FIG. 63 shows a spectrum when the FLC elements are arranged as shown in FIG. 62 and are switched by applying an electric field. According to this, in the LC1 state, the polarized light from the polarizer passes through the analyzer without being rotated by the polarization plane. On the other hand, in the LC2 state, the polarized light from the polarizer rotates its plane of polarization, and is absorbed by the analyzer according to the rotation, and the amount of transmitted light changes. In this case, the wavelength component of about 550 nm is just rotated by 90 degrees in the plane of polarization.
【0227】更に、この特性を改善するために、図60に
示したように位相補償フィルム100を配置した。測定系
の光学系は図64に示す通りである。また、その光学系で
のスペクトルを図65に示す。これによれば、LC1のス
イッチ状態では、PCにより位相差がキャンセルされる
ために偏光面は回転を受けず、このため、図65に示すよ
うに 450から700nm までほぼ全域に亘り、検光子を透過
する。一方、LC2では偏光面は90度回転し、偏光面は
検光子と直交するため吸収され、 450から700nm までほ
ぼ全域に亘り、透過率がほぼゼロになる。Further, in order to improve this characteristic, a phase compensation film 100 was arranged as shown in FIG. The optical system of the measurement system is as shown in FIG. FIG. 65 shows the spectrum of the optical system. According to this, in the switching state of LC1, since the phase difference is canceled by the PC, the plane of polarization is not rotated. Therefore, as shown in FIG. 65, the analyzer is almost completely covered from 450 to 700 nm. To Penetrate. On the other hand, in LC2, the plane of polarization is rotated by 90 degrees, and the plane of polarization is absorbed because it is orthogonal to the analyzer, and the transmittance becomes almost zero over almost the entire range from 450 to 700 nm.
【0228】次に、この位相補償されたウォブリング素
子を用いて高解像度化の検討を行った。Next, the use of the phase-compensated wobbling element was examined to increase the resolution.
【0229】まず、位相補償されていない結果を下記の
表9に示す。これによれば、高解像度化の効果は、目視
により確認されるが、最大 390本程度の高解像度化であ
り、ギャップの変動による画面の色付きがある。First, the results without phase compensation are shown in Table 9 below. According to this, the effect of increasing the resolution is visually confirmed, but the resolution is increased up to about 390 lines, and the screen is colored due to a change in the gap.
【0230】 [0230]
【0231】 [0231]
【0232】一方、FLC素子の位相差と同等の位相差
を有する位相補償フィルム100 、ここでは、ポリカーボ
ネートフィルム(例えば日東電工(株)製)を選択し
た。例えば、ギャップ 2.1μmの素子では 260nmの位相
補償フィルムを用いた。On the other hand, a phase compensation film 100 having a phase difference equivalent to the phase difference of the FLC element, here, a polycarbonate film (for example, manufactured by Nitto Denko Corporation) was selected. For example, a device having a gap of 2.1 μm uses a 260 nm phase compensation film.
【0233】結果を下記の表10に示すが、画面の色付き
は減少し、高解像度化を与えるギャップ範囲も拡大し、
更に第1フィールドと第2フィールドでの光軸シフトに
伴うクロストークが減少し、各フィールドのコントラス
トが向上したため、位相補償なしのときよりも高解像度
化でき、 450〜480 TV本までの高解像度化が確認でき
た。[0233] The results are shown in Table 10 below, where the coloring of the screen is reduced, the gap range for providing higher resolution is expanded,
Further, crosstalk due to the optical axis shift in the first field and the second field is reduced, and the contrast of each field is improved, so that a higher resolution can be obtained as compared with the case without the phase compensation. Was confirmed.
【0234】 [0234]
【0235】 [0235]
【0236】この結果は、即ち、ウォブリング素子に位
相補償を行うことにより、 632.8nmの光源を用いて測定
したFLC素子の位相差が 160〜380nm のものを用いれ
ば、色付きなしに高解像度化を達成できることを示して
いる。即ち、FLC素子と組み合わせるべき位相補償フ
ィルムとして、 160〜380nm の範囲で同等の位相差のも
のを選択すればよいことが判る。This result indicates that, by performing phase compensation on the wobbling element, if the FLC element having a phase difference of 160 to 380 nm measured using a light source of 632.8 nm is used, high resolution can be obtained without coloring. It shows what can be achieved. In other words, it can be seen that a film having the same phase difference in the range of 160 to 380 nm should be selected as the phase compensation film to be combined with the FLC element.
【0237】このように、位相補償によりウォブリング
時のフィールド間のクロストークが少なくなり、フィー
ルド間のコントラスト比が高まるため、さらに高解像度
化したことがわかる。As described above, since crosstalk between fields during wobbling is reduced by the phase compensation and the contrast ratio between the fields is increased, it can be seen that the resolution is further improved.
【0238】位相補償により、例えば図61(C)に示す
ように、スイッチ状態LC1の時、PCによってキャン
セルされるので、その複屈折の大きさは小さく、遅相軸
の向きはあまり影響しない。しかし、スイッチ状態LC
2の時、PCとの合成によりLC2+PCの位置(P
1、P2に対して45度)に遅相軸を有することになる
が、配向処理方向の偏差、さらには温度変化などによる
コーン角の変化に伴い、合成された遅相軸LC2+PC
は45度からずれてくる。このずれの影響は複屈折率が無
視できないほど大きなものであるので、上述したと同様
の検討を行った。As shown in FIG. 61C, for example, as shown in FIG. 61C, the phase is canceled by the PC in the switch state LC1, so that the birefringence is small and the direction of the slow axis has little effect. However, the switch state LC
2, the position of LC2 + PC (P
1, 45 degrees with respect to P2), but with the deviation of the alignment processing direction and the change of the cone angle due to the temperature change, etc., the synthesized slow axis LC2 + PC
Comes off 45 degrees. Since the influence of this shift is so large that the birefringence cannot be ignored, the same study as described above was conducted.
【0239】即ち、位相補償を行った位相変調光学素子
において液晶の2つのスイッチ状態における位相補償後
の各スイッチ状態のうち、絶対値の大きな複屈折の遅相
軸とP1又はP2間での2等分線が、表示素子からの光
の偏光面(P1)又はそれに直交する線(P2)とのな
す角をδ1とすると、θ=36〜54度の範囲でδ軸の位置
を検討した結果、δ1=22.5±10度の範囲で色付きがな
く、フィールド間のクロストークが少なくなり、フィー
ルド間のコントラスト比が高まるため、さらに高解像度
化した。That is, in each of the switch states after phase compensation in the two switch states of the liquid crystal in the phase-compensated phase modulation optical element, the two axes between the slow axis of birefringence having a large absolute value and P1 or P2. Assuming that the angle formed by the equal line with the polarization plane (P1) of the light from the display element or the line (P2) orthogonal thereto is δ1, the result of examining the position of the δ axis in the range of θ = 36 to 54 degrees. , Δ1 = 22.5 ± 10 degrees, no coloration, crosstalk between fields was reduced, and the contrast ratio between fields was increased, so that the resolution was further improved.
【0240】ここで、用いる位相補償フィルムはポリカ
ーボネート以外にも、下記に示す芳香族ポリエステル系
等の無色透明の高分子フィルムを用いることができる。Here, besides polycarbonate, a colorless and transparent polymer film such as an aromatic polyester shown below can be used as the phase compensation film.
【0241】使用可能な位相補償フィルム材料:ポリス
チレン樹脂、スチレン−無水マレイン酸共重合体、AS
樹脂(アクリルニトリル−スチレン共重合体);メタク
リル系樹脂;酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共
重合体;セルロース系プラスチックス、特に酢酸セルロ
ース(Cell−OCOCH3) 、酢酸プロピオン酸セルロース
(Cell−OCOCH3,−OCOC2H5)、酢酸・酪酸セルロース
(Cell−OCOCH3,−OCOC3H7);ナイロンに代表されるポ
リアミド樹脂;ポリカーボネート;変性ポリフェニレン
エーテル;熱可塑性ポリエステル樹脂(PET:ポリエ
チレンテレフタレート、PBT:ポリブチレンテレフタ
レート、PCT:ポリシクロヘキサンテレフタレート、
PBN:ポリブチレンナフタレート);ポリフェニレン
スルフィド(ポリチオエーテルスルフォン、ポリチオエ
ーテルケトン、ポリスルフィドスルフォン、ポリスルフ
ィドスルフォンケトン);ポリスルフォン;非晶ポリア
リレート;ポリエーテルスルフォン;ポリエーテルイミ
ド;ポリエーテルケトン;ポリアミドイミド;ポリイミ
ド;更には、主鎖型高分子液晶のうちπ電子系を含む芳
香族ポリエステル系等;側鎖型高分子液晶、例えばアク
リレート系の側鎖に液晶を導入したもの。Usable phase compensation film materials: polystyrene resin, styrene-maleic anhydride copolymer, AS
Resin (acrylonitrile-styrene copolymer); methacrylic resin; vinyl acetate resin, ethylene-vinyl acetate copolymer; cellulosic plastics, especially cellulose acetate (Cell-OCOCH 3 ), cellulose acetate propionate (Cell-OCOCH) 3, -OCOC 2 H 5), cellulose acetate butyrate (Cell-OCOCH 3, -OCOC 3 H 7); polyamide resins represented by nylon; polycarbonate; modified polyphenylene ether; thermoplastic polyester resin (PET: polyethylene terephthalate, PBT: polybutylene terephthalate, PCT: polycyclohexane terephthalate,
PBN: polybutylene naphthalate); polyphenylene sulfide (polythioether sulfone, polythioether ketone, polysulfide sulfone, polysulfide sulfone ketone); polysulfone; amorphous polyarylate; polyether sulfone; polyetherimide; polyether ketone; polyamideimide; Polyimide; further, an aromatic polyester-based compound containing a π-electron system among main-chain-type polymer liquid crystals; a side-chain-type polymer liquid crystal, for example, one in which liquid crystal is introduced into acrylate-based side chains.
【0242】これらに共通する点は、分子構造中に、フ
ェニル基、即ちπ電子系の構造を含むことであり、これ
により、常光、異常光の屈折率の波長依存性がFLC素
子と同様になるため、広い波長範囲での位相補償には好
ましいことがわかる。即ち、π電子系を含む高分子材料
を用いることにより、ウォブリング時のフィールド間の
使用波長範囲での積分量としてのクロストークを、位相
補償のないウォブリング素子よりも向上させることがで
きる。The common feature is that the molecular structure includes a phenyl group, that is, a π-electron system structure, whereby the wavelength dependence of the refractive index of ordinary light and extraordinary light is similar to that of the FLC element. Therefore, it can be seen that it is preferable for phase compensation in a wide wavelength range. That is, by using a polymer material containing a π-electron system, it is possible to improve crosstalk as an integral amount in a used wavelength range between fields during wobbling as compared with a wobbling element without phase compensation.
【0243】これら位相補償フィルムの遅相軸は、フィ
ルム形成過程(溶融状態からの押し出し、あるいは溶液
状態からの紡糸浴への押し出し)での延伸操作(インフ
レーション法、ロール延伸等)、あるいはフィルム形成
後の延伸操作(ロール延伸等)により、積極的に分子配
向を促す方法により決定される。即ち、分子鎖に平行方
向に電子が動きやすい時(ポリカーボネート、芳香族ポ
リエステルなど)は、分子配向軸がほぼ遅相軸となる。
一方、分子鎖に垂直方向に電子が動きやすい時(ポリス
チレンなど)は、分子配向軸にほぼ垂直な方向が遅相軸
となる。The slow axis of these phase compensation films is determined by a stretching operation (inflation method, roll stretching, etc.) in a film forming process (extrusion from a molten state or extrusion from a solution state to a spinning bath) or film formation. It is determined by a method of actively promoting molecular orientation by a subsequent stretching operation (roll stretching or the like). That is, when electrons move easily in the direction parallel to the molecular chain (such as polycarbonate and aromatic polyester), the molecular orientation axis becomes almost a slow axis.
On the other hand, when electrons move easily in the direction perpendicular to the molecular chains (such as polystyrene), the direction substantially perpendicular to the molecular orientation axis is the slow axis.
【0244】また、偏光板には、通常、保護膜としてT
AC(トリアセチルセルロース)が貼り付けられている
が、この場合は、むしろ位相差がないためクロストーク
の改善はない。ウォブリングに適用する場合は、偏光板
にさらに上記の特性を満足する位相補償板を付加しなけ
ればならない。The polarizing plate usually has a protective film made of T
Although AC (triacetylcellulose) is stuck, in this case, there is no improvement in crosstalk because there is no phase difference. When applied to wobbling, it is necessary to add a phase compensator satisfying the above characteristics to the polarizing plate.
【0245】また、図60中に仮想線で示すように、位相
補償フィルム100 を表示素子2とFLC素子3との間に
入れ換えても、上記と同等の効果が得られた。或いは、
後述するように、位相補償フィルム100 をFLC素子3
と複屈折媒体4との間、及び表示素子2とFLC素子3
との間の双方に配置することもできる。この場合は、更
に、位相調整に変化性を与えることができるものと考え
られる。Further, as shown by the imaginary line in FIG. 60, even if the phase compensation film 100 was replaced between the display element 2 and the FLC element 3, the same effect as described above was obtained. Or,
As described later, the phase compensation film 100 is
And the birefringent medium 4, and the display element 2 and the FLC element 3
It can also be arranged on both sides. In this case, it is considered that the phase adjustment can be further changed.
【0246】位相補償のため、図60に示したFLC素子
3と位相補償FLC素子110 とを組み合わせた実施例を
図66に示す。FIG. 66 shows an embodiment in which the FLC element 3 shown in FIG. 60 and the phase compensation FLC element 110 are combined for phase compensation.
【0247】ここでは、組み合わせた位相補償FLC素
子110 はスイッチ用のFLC素子3と同じ仕様の素子を
用いた。また、光軸の配置は図61(B)に示した配置と
した。このとき、位相補償FLC素子110 の状態1を維
持するためには、FLCのメモリー状態、或いは電圧印
加状態を用いることができる。Here, as the combined phase compensation FLC element 110, an element having the same specifications as the switching FLC element 3 was used. The optical axis is arranged as shown in FIG. 61 (B). At this time, in order to maintain the state 1 of the phase compensation FLC element 110, the FLC memory state or the voltage applied state can be used.
【0248】図4に示したCS−1014液晶のコーン
角の温度依存性を考慮すれば、0℃〜45℃までのコーン
角のなだらかな変化、45℃以上での急激な変化がみられ
る。そこで、後述の図79に示すプロジェクター方式で確
認したところ、FLC素子の環境温度は初期に約23℃、
3分後に約45℃に達した。更に、外気温を30℃で検討し
たところ、FLC環境温度は50℃に達した。Considering the temperature dependence of the cone angle of the CS-1014 liquid crystal shown in FIG. 4, a gradual change in the cone angle from 0 ° C. to 45 ° C. and a sharp change at 45 ° C. or more are observed. Therefore, when confirmed by the projector method shown in FIG. 79 described later, the environmental temperature of the FLC element was initially about 23 ° C.
Approximately 45 ° C. was reached after 3 minutes. Further, when the outside air temperature was examined at 30 ° C., the FLC ambient temperature reached 50 ° C.
【0249】位相補償媒体としてポリカーボネートフィ
ルムを用いた場合では、FLC素子の環境温度が45℃ま
では解像度として、元の液晶表示素子の 240TV本から
450〜480 TV本までの高解像度化が確認できた。しか
し、FLC素子環境温度が50℃では、 370〜380 TV本
前後の高解像度化となった。In the case where a polycarbonate film is used as the phase compensation medium, the resolution is determined from the original 240 TV lines of the liquid crystal display element until the ambient temperature of the FLC element reaches 45 ° C.
High resolution up to 450 to 480 TV lines was confirmed. However, when the FLC element ambient temperature was 50 ° C., the resolution was improved to about 370 to 380 TV lines.
【0250】一方、位相補償媒体として、FLCスイッ
チ素子と同じ仕様のFLC素子110とを組み合わせた場
合は、FLC素子の環境温度が45℃までは解像度とし
て、元の液晶表示素子の 240TV本から 450〜480 TV
本までの高解像度化が確認できた。更に、FLC素子環
境温度が50℃では、 400〜430 TV本程度の高解像度化
を達成した。即ち、温度変化に伴う解像度の低下を抑制
できることが確認された。On the other hand, when the FLC switching element is combined with the FLC element 110 having the same specifications as the FLC switching element, the resolution is changed from 240 TV lines of the original liquid crystal display element to 450 dpi when the environmental temperature of the FLC element is up to 45 ° C. ~ 480 TV
High resolution up to the book was confirmed. Further, when the FLC element ambient temperature was 50 ° C., a high resolution of about 400 to 430 TV was achieved. That is, it was confirmed that a decrease in resolution due to a temperature change can be suppressed.
【0251】また、位相補償FLC素子110 を表示素子
2とスイッチ用FLC素子3との間に入れ換えても、上
記と同等の効果が得られた。Even if the phase compensation FLC element 110 was replaced between the display element 2 and the switching FLC element 3, the same effect as described above was obtained.
【0252】上記の実施例では、位相補償媒体100 又は
110 をFLC素子3の前位或いは後位に配置した場合を
示したが、例えば、位相補償フィルムをFLC素子3の
前後に同時に配置する場合について述べる。In the above embodiment, the phase compensation medium 100 or
The case where 110 is arranged before or after the FLC element 3 has been described. For example, a case where the phase compensation film is arranged before and after the FLC element 3 at the same time will be described.
【0253】位相補償フィルムとして、FLC素子3の
前後に配置した各ポリカーボネートフィルムの光軸を維
持して、これらのフィルムの位相差の和がFLC素子の
位相差とほぼ同じにした。ここでは、ギャップ 2.1μm
のFLC素子を用いて更に、位相差 100nmと 160nmのポ
リカーボネートフィルムを用いた。As a phase compensation film, the optical axes of the polycarbonate films disposed before and after the FLC element 3 were maintained, and the sum of the phase differences of these films was made substantially the same as the phase difference of the FLC element. Here, the gap is 2.1 μm
And a polycarbonate film having a phase difference of 100 nm and 160 nm.
【0254】これにより、位相補償フィルム1枚の時と
同様の 450〜480 TV本までの高解像度化が確認でき
た。As a result, it was confirmed that the resolution was increased to 450 to 480 TV lines as in the case of one phase compensation film.
【0255】また、液晶表示素子、特にSTN(Super
Twisted Nematic)液晶表示素子で用いられている位相補
償方式も適用できる。これは、「液晶ディスプレイ製造
技術ハンドブック」(嶋田隆司 監修、(株)サイエン
スフォーラム 発行)のP.36−37に記載されているよ
うに、ガラス基板に挟まれたSTN液晶パネルに位相補
償板を重ね、さらにそれらを両側から偏光板でサンドイ
ッチすることにより、STN方式の欠点である画面の色
付きを解消したものである。この位相補償板は、光軸の
方向を変えたものを何枚か重ねた方が、より正確になる
ため、多数枚使用することもある。Further, a liquid crystal display element, particularly, an STN (Super
Twisted Nematic) The phase compensation method used in the liquid crystal display device can also be applied. This is described in the Handbook of Liquid Crystal Display Manufacturing Technology (published by Takashi Shimada, published by Science Forum Co., Ltd.). As described in 36-37, a phase compensator is superimposed on an STN liquid crystal panel sandwiched between glass substrates, and furthermore, they are sandwiched by polarizing plates from both sides, so that the coloring of the screen, which is a drawback of the STN method, is achieved. It has been resolved. This phase compensator may be used in large numbers, because it is more accurate to stack several plates with different optical axis directions.
【0256】さらに、この複数枚の重ねに関して、上記
の「液晶ディスプレイ製造技術ハンドブック」(嶋田隆
司 監修、(株)サイエンスフォーラム 発行)のP.1
84−185 に記載されているように、位相差フィルムの持
つ複屈折(Δn)は、一般的には下式のように波長λに
依存する。 Δn(λ)=A+B/(λ2 −λO 2) (A、Bは定数、λO は吸収端)[0256] Further, regarding the superposition of a plurality of sheets, see the above-mentioned "Liquid Crystal Display Manufacturing Technology Handbook" (edited by Takashi Shimada, published by Science Forum Co., Ltd.), p.
As described in JP-A-84-185, the birefringence (Δn) of the retardation film generally depends on the wavelength λ as in the following equation. Δn (λ) = A + B / (λ 2 −λ O 2 ) (A and B are constants, λ O is an absorption edge)
【0257】この波長分散はフィルムの材料によっても
異なるため、異種の材料(例えばポリカーボネートとポ
リプロピレン、あるいはポリカーボネートとポリビニル
アルコール等)の組み合わせ、遅相軸の貼り合わせ角度
の調整により、多数枚貼り合わせた位相補償フィルムの
波長分散特性をコントロールすることが可能である。こ
れが、従来のSTNに用いられてきた位相補償技術であ
る。Since this wavelength dispersion differs depending on the material of the film, a large number of sheets were bonded by adjusting the bonding angle of the slow axis by combining different materials (for example, polycarbonate and polypropylene or polycarbonate and polyvinyl alcohol). It is possible to control the wavelength dispersion characteristics of the phase compensation film. This is the phase compensation technique used in the conventional STN.
【0258】こうした技術を本発明に基づくウォブリン
グ素子における位相補償媒体に適用することによって、
位相補償フィルムの複屈折の波長分散特性をウォブリン
グ素子に用いた液晶材料の複屈折の波長分散特性に合わ
せることが可能であり、これにより、ウォブリング素子
のクロストークを低減することができる。By applying such a technique to the phase compensation medium in the wobbling element according to the present invention,
It is possible to match the birefringence wavelength dispersion characteristics of the phase compensation film with the birefringence wavelength dispersion characteristics of the liquid crystal material used for the wobbling element, whereby crosstalk of the wobbling element can be reduced.
【0259】上述した例では、表示素子が偏光を有する
場合について述べたが、本発明は無偏光の表示素子の場
合にも適用可能である。In the example described above, the case where the display element has polarized light has been described. However, the present invention can be applied to a case of a non-polarized display element.
【0260】即ち、プラズマディスプレイ、LEDディ
スプレイ等の場合(即ち、表示画素からの光の偏光度が
小さい場合)、偏光にするために表示素子と上記の絵素
ずらし素子を結ぶ光路中に偏光板を挿入すればよい。光
学的配置条件は液晶表示素子の場合と同様である。That is, in the case of a plasma display, an LED display, or the like (ie, when the degree of polarization of light from a display pixel is small), a polarizing plate is provided in the optical path connecting the display element and the picture element shifting element to make the light polarized. Should be inserted. The optical arrangement conditions are the same as in the case of the liquid crystal display element.
【0261】次に、上記の位相補償媒体を組み込んだ液
晶光学装置を更に具体的に説明する。Next, a liquid crystal optical device incorporating the above-described phase compensation medium will be described more specifically.
【0262】位相補償した場合の駆動方法 駆動波形は図39に示した駆動波形も適用できるが、図70
に示す駆動波形を適用した。また、ウォブリング用セル
においては、配向膜として日本合成ゴム社製のポリイミ
ド配向膜JALS−1524を用いた。The drive waveform shown in FIG. 39 can be applied to the drive waveform when the phase compensation is performed.
The driving waveform shown in FIG. In the wobbling cell, a polyimide alignment film JALS-1524 manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co. was used as the alignment film.
【0263】このポリイミド配向膜の形成法は、ポリイ
ミド溶液をスピンキャスト法或いはグラビア印刷法によ
り塗布し、焼成後、80nmの厚さの配向膜を得た。ラビン
グ方向は以下に示すように、位相補償しない場合とは異
なる。In the method of forming the polyimide alignment film, a polyimide solution was applied by a spin casting method or a gravure printing method, and after baking, an alignment film having a thickness of 80 nm was obtained. The rubbing direction is different from the case without phase compensation as described below.
【0264】即ち、図67において、上面がポリイミド配
向膜側であるが、矢印で示す配向処理方向は、画面に対
して図68のように水平或いは垂直方向に画素ずらしを行
う場合、画素ずらし方向に平行或いは垂直方向である。
また、斜めずらしの場合、画面の対角方向に対して平行
が好ましい。That is, in FIG. 67, the upper surface is on the side of the polyimide alignment film, but the alignment processing direction indicated by the arrow is the same as that in the case where the pixel is shifted horizontally or vertically with respect to the screen as shown in FIG. Parallel or vertical.
Further, in the case of the oblique displacement, it is preferable to be parallel to the diagonal direction of the screen.
【0265】更に、セル組の方向は配向膜側をラビング
処理方向が平行或いは反平行となるように配置し、スペ
ーサーを分散させたシール材を用いてギャップ約2μm
とした。図68(A)には上下の基板を接合してセルを組
み立てるときの状態を示し、図68(B)は上下基板での
配向処理方向と画素ずらし方向との関係を示す。ここで
はセル組後における配向方向を平行としたが、反平行で
もよい。Further, the direction of the cell set is such that the rubbing direction is parallel or anti-parallel on the alignment film side, and a gap of about 2 μm is formed using a sealing material in which spacers are dispersed.
And FIG. 68 (A) shows a state in which the upper and lower substrates are joined to assemble a cell, and FIG. 68 (B) shows the relationship between the alignment processing direction and the pixel shifting direction on the upper and lower substrates. Here, the orientation directions after the cell assembly are parallel, but may be antiparallel.
【0266】そして、平行に両基板を対向させたセルで
画素ずらし方向が垂直の場合で検討を進めた。このセル
の上面に、強誘電性液晶ダイレクタのスイッチ状態に垂
直となるように、日東電工(株)製の位相補償フィルム
(632.5nmの波長での位相差が260nm)の異常光軸を合わ
せ、粘着材により貼り付けた。The study was carried out in a case where the pixel shift direction is vertical in a cell in which both substrates face each other in parallel. A phase compensation film manufactured by Nitto Denko Corporation is placed on the upper surface of this cell so as to be perpendicular to the switch state of the ferroelectric liquid crystal director.
The extraordinary optical axes (the phase difference at a wavelength of 632.5 nm was 260 nm) were aligned, and they were attached with an adhesive.
【0267】更に、このセルを図69に示すようにTN液
晶表示素子2と組み合わせ、高解像度化の確認を行っ
た。なお、斜めずらしの場合の例も同図に示した。Further, this cell was combined with a TN liquid crystal display element 2 as shown in FIG. 69, and confirmation of higher resolution was performed. In addition, the example of the case of the oblique displacement is also shown in FIG.
【0268】次に、使用した駆動波形の例を図70に示
す。この駆動波形は強誘電性液晶素子でメモリー時に、
ツイストとする場合に有効である。特に、FLCのメモ
リー特性が弱い場合、或いはメモリー時に液晶配向のツ
イストにより十分な偏光面の回転効果を得られない場合
に有効である。Next, an example of the used drive waveform is shown in FIG. This drive waveform is stored in a ferroelectric liquid crystal device during memory.
This is effective for twisting. This is particularly effective when the memory characteristics of the FLC are weak, or when a sufficient effect of rotating the polarization plane cannot be obtained due to the twist of the liquid crystal alignment during the memory.
【0269】即ち、この駆動波形は、少なくとも2つの
正のパルス印加と、これに後続する少なくとも2つの負
のパルス印加とを繰り返し、これらのパルス印加におけ
る同極性のパルスのうち、第1のパルスの絶対値を第2
のパルスの絶対値よりも大きくしているので、第1のパ
ルスで高速化が図れ、第2のパルスで見かけのコーン角
を調整できるため、従来よりも全体として低電圧で駆動
でき、電気化学的な安定性を改善でき、経時劣化を防ぐ
ことが可能となる。また、第2のパルスで見かけのコー
ン角を45度±5度に調整できるため、ウォブリング効果
の低下を抑制できる。That is, this drive waveform repeats application of at least two positive pulses and subsequent application of at least two negative pulses. Of the pulses of the same polarity in these pulse applications, the first pulse is applied. The absolute value of
Since the absolute value of the pulse is larger than that of the first pulse, the speed can be increased by the first pulse, and the apparent cone angle can be adjusted by the second pulse. Stability can be improved, and deterioration over time can be prevented. In addition, since the apparent cone angle can be adjusted to 45 ° ± 5 ° by the second pulse, a decrease in the wobbling effect can be suppressed.
【0270】上記した5分割FLC素子において、上記
ドライブ条件、光学的配置、画素ずらし量を考慮して高
解像度化の検討を行ったところ、 0.7インチ、10.3万画
素のアクティブマトリックスTN液晶ディスプレイにお
いてパネル全面に亘って 240TV本から 450TV本以上
へと高解像度化し、更に非表示部位であるブラックマト
リックスが目立たなくなり、高解像度でかつ滑らかな画
面を実現できた。In the above-mentioned five-division FLC element, a study was made to increase the resolution in consideration of the drive conditions, the optical arrangement, and the amount of pixel shift. As a result, a 0.7-inch, 130,000-pixel active matrix TN liquid crystal display panel was used. The resolution has been increased from 240 TV lines to 450 TV lines or more over the entire surface, and the black matrix, which is a non-display portion, has become inconspicuous, and a high-resolution and smooth screen has been realized.
【0271】図71〜図74は、位相補償ウォブリング素子
の配置及び位相補償フィルム100 の貼り付け位置の各種
の例を示す。FIGS. 71 to 74 show various examples of the arrangement of the phase compensation wobbling element and the position where the phase compensation film 100 is attached.
【0272】図71は、粘着材120 による位相補償フィル
ム100 の貼り付け位置が強誘電性液晶素子3と水晶板4
との間の場合を示し、図72は、同貼り付け位置が強誘電
性液晶素子3と表示素子2との間の場合を示す。このよ
うに、位相補償フィルム100の貼り付け位置は、スメク
チック液晶の電気光学素子(例えばFLC素子3)の前
位或いは後位のどちらに貼り付けても有効である。FIG. 71 shows that the position at which the phase compensation film 100 is adhered to the ferroelectric liquid crystal element 3 and the quartz
FIG. 72 shows a case where the sticking position is between the ferroelectric liquid crystal element 3 and the display element 2. As described above, it is effective to attach the phase compensation film 100 to either the front or rear of the smectic liquid crystal electro-optical element (for example, the FLC element 3).
【0273】位相補償フィルム100 の貼り付け位置につ
いては、一般に、スメクチック液晶の電気光学素子で
は、位相補償フィルムの貼り付け時に配向の乱れが生じ
やすいために、FLC素子側に貼る代わりに、図73及び
図74のように水晶板4等の複屈折媒体や表示素子2に直
接貼り付けてもよい。この場合、液晶配向の乱れを生ず
ることなく、性能及び歩留りを向上させることができ
る。また、TN液晶表示素子の偏光板の上面に貼り付け
ることも可能である。With respect to the position at which the phase compensation film 100 is attached, in general, in a smectic liquid crystal electro-optical element, the orientation tends to be disordered when the phase compensation film is attached. As shown in FIG. 74, it may be directly attached to a birefringent medium such as the quartz plate 4 or the display element 2. In this case, the performance and the yield can be improved without causing disturbance of the liquid crystal alignment. Further, it can be attached to the upper surface of the polarizing plate of the TN liquid crystal display element.
【0274】また、ウォブリング素子の透過率を向上さ
せるために、図75のように、複屈折媒体(水晶板4)と
電気光学素子3との間を、複屈折媒体4とガラス基板の
屈折率に近い屈折率を有する光学用接着剤121 で貼り付
けることができる。この構造により、空気/水晶板界面
での反射が低減し、透過率が向上した。In order to improve the transmittance of the wobbling element, as shown in FIG. 75, the space between the birefringent medium (quartz plate 4) and the electro-optical element 3 is changed to the refractive index of the birefringent medium 4 and the glass substrate. It can be attached with an optical adhesive 121 having a refractive index close to the above. With this structure, reflection at the air / quartz plate interface was reduced, and the transmittance was improved.
【0275】その他構造上の改善:上記の例では、カイ
ラルスメクチック液晶素子3は透明ガラス基板を用いて
作製したが、更にコスト、容積、重量を低減させるた
め、図76のように、この透明基板を水晶板4に置き換
え、透明電極、配向膜を付けて、カイラルスメクチック
液晶素子3との一体化も可能であり、同時に、屈折率の
整合により反射を抑制し、光の透過率をも向上できる。Other Structural Improvements: In the above example, the chiral smectic liquid crystal element 3 was manufactured using a transparent glass substrate. However, in order to further reduce cost, volume, and weight, as shown in FIG. Can be integrated with the chiral smectic liquid crystal element 3 by attaching a transparent electrode and an alignment film to the crystal plate 4, and at the same time, the reflection can be suppressed by matching the refractive index, and the light transmittance can be improved. .
【0276】図77は、図76と同様に透明基板を水晶板4
に置き換えると共に、位相補償媒体100 をTN液晶表示
素子2側の偏光板に貼り付けた例を示す。FIG. 77 is a view similar to FIG.
And an example in which the phase compensation medium 100 is attached to a polarizing plate on the TN liquid crystal display element 2 side.
【0277】上記した高解像度化技術は、図69の如き直
視型、図78〜図82の如き投射型等、様式を問わず使用で
きる。ここで、図78〜図82はそれぞれ、記述した図45〜
図47に対応するものであって、所定箇所に位相補償媒体
100 を設けている点が異なっているが、動作原理は基本
的には同様である。The above-described high resolution technology can be used regardless of the mode, such as a direct view type as shown in FIG. 69 and a projection type as shown in FIGS. 78 to 82. Here, FIGS. 78 to 82 correspond to FIGS.
Corresponding to FIG. 47, the phase compensation medium
The difference is that 100 is provided, but the operating principle is basically the same.
【0278】撮像素子への適用 上述したイメージャへの応用にも、この位相補償効果は
適用できる。ここで用いたFLC素子は、電極を分割し
ていないもので行った。これは、撮像が同時刻の撮像で
あるために時間的なシフトを行わなくても良いことによ
る。また、ここでは位相補償媒体としてポリカーボネー
トフィルムを用いると、広範囲な波長域での光軸シフト
が確実に行えるために、高解像度化の効果が向上した。 Application to Imaging Device This phase compensation effect can be applied to the application to the imager described above. The FLC element used here was one in which the electrodes were not divided. This is because there is no need to perform a temporal shift since the imaging is performed at the same time. In addition, when a polycarbonate film is used as the phase compensation medium, the optical axis shift can be reliably performed in a wide wavelength range, and the effect of increasing the resolution is improved.
【0279】具体的な実装例171 を図83〜図88にそれぞ
れ示す。いずれの場合も、有効な画素ずらしによる高解
像度化が得られた。また、ソニー社製ハンディカム T
R1への実装例も図87に示した。これらの各図は、記述
した図53〜図59にそれぞれ対応するものであって、所定
箇所に位相補償媒体100 を設けている点が異なっている
が、動作原理は基本的には同様である。FIGS. 83 to 88 show specific implementation examples 171 respectively. In each case, high resolution was obtained by effective pixel shifting. Also, Sony's Handycam T
An example of implementation on R1 is also shown in FIG. These drawings respectively correspond to FIGS. 53 to 59 described above, and differ in that a phase compensation medium 100 is provided at a predetermined position, but the operation principle is basically the same. .
【0280】上述した例のイメージャでは、水晶板を用
いたローパスフィルタの複屈折率異方性Δn=ne −n
o =0.0091を用い、CCD撮像素子のモアレ縞や色偽信
号等を除去している。しかし、ローパスフィルタに入射
される光が直線偏光の場合、ローパスフィルタの効果が
低減する。In the imager of the above example, the birefringence anisotropy Δn = n e −n of the low-pass filter using the quartz plate
By using o = 0.0091, moire fringes and false color signals of the CCD image sensor are removed. However, when the light incident on the low-pass filter is linearly polarized light, the effect of the low-pass filter is reduced.
【0281】そこで、図89のように、光軸シフト用複屈
折媒体4とローパスフィルタとの間に1/4波長板130
を配置する。これは、1/4波長板は複屈折媒体からの
各偏光に対し、遅相軸をほぼ45度の角度に配置すると、
直線偏光が円偏光になるため、ローパスフィルタの効果
が十分に機能するためである。Therefore, as shown in FIG. 89, a 波長 wavelength plate 130 is provided between the optical axis shifting birefringent medium 4 and the low-pass filter.
Place. This is because the quarter-wave plate places the slow axis at an angle of approximately 45 degrees for each polarized light from the birefringent medium.
This is because the effect of the low-pass filter functions sufficiently because the linearly polarized light becomes the circularly polarized light.
【0282】例えば、図89(A)の場合、光軸シフト用
の複屈折媒体4を出たY軸に平行な偏光12は、1/4波
長板130 を通過する際に遅相軸の方向へ回転する左円偏
光となって水晶ローパスフィルタに入射する。一方、図
89(B)の場合、光軸シフト用の複屈折媒体を出たX軸
に平行な偏光12は、1/4波長板130 を通過する際に遅
相軸の方向へ回転する右円偏光となって水晶ローパスフ
ィルタに入射する。これにより、水晶ローパスフィルタ
では偏光の影響を受けないため、光学的ローパスフィル
タ効果が有効に行え、その結果、高解像度でかつモアレ
縞や色偽信号等を低減した画像を撮像することができ
た。For example, in the case of FIG. 89 (A), the polarized light 12 parallel to the Y-axis that has exited the birefringent medium 4 for shifting the optical axis passes through the quarter-wave plate 130 and is directed in the direction of the slow axis. Then, the light becomes the left-handed circularly polarized light and enters the quartz low-pass filter. Meanwhile, the figure
In the case of 89 (B), the polarized light 12 parallel to the X axis exiting the birefringent medium for shifting the optical axis is converted into right circularly polarized light that rotates in the direction of the slow axis when passing through the quarter-wave plate 130. And enters the quartz low-pass filter. As a result, since the crystal low-pass filter is not affected by polarization, the optical low-pass filter effect can be effectively performed. As a result, an image with high resolution and reduced moiré fringes and false color signals can be captured. .
【0283】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments can be further modified based on the technical idea of the present invention.
【0284】例えば、上述した液晶素子をはじめ、各構
成部分の構造、材質や形状、組み立て方法等は種々変更
してよい。基板もガラス板ではなく、他の光学的に透明
な材質であればよい。液晶についても、種々のものが採
用可能である。For example, the structure, material, shape, assembling method, and the like of each component, including the above-described liquid crystal element, may be variously changed. The substrate is not limited to a glass plate, but may be any other optically transparent material. Various liquid crystals can also be adopted.
【0285】本発明が適用される対象は、上述した表示
装置、撮像装置の如き光学システムと共に、同システム
に組み込み可能なウォブリング素子も包含することは勿
論である。The object to which the present invention is applied, of course, includes not only the optical system such as the above-described display device and imaging device, but also a wobbling element that can be incorporated in the system.
【0286】[0286]
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、強誘電性液
晶(FLC)と反強誘電性液晶(AFLC)と電傾効果
を示すスメクチック液晶(SmA)とから選ばれた少な
くとも1種の液晶が基体間の間隙内に注入されている位
相変調光学素子と;光学的に透明な複屈折媒体と;の組
み合わせからなる光学装置としているので、上記の位相
変調光学素子により光の位相を変化させて偏光面をずら
し、更に上記の複屈折媒体によって入射光を選択的に屈
折させるので、離散的画素に対して効果的にウォブリン
グを行え、解像度を向上させ、かつ、画質も良好にする
ことができる。As described above, the present invention provides at least one type of liquid crystal selected from ferroelectric liquid crystal (FLC), antiferroelectric liquid crystal (AFLC), and smectic liquid crystal (SmA) exhibiting an electroclinic effect. Is a combination of a phase modulation optical element injected into the gap between the substrates and an optically transparent birefringent medium, so that the phase of the light is changed by the phase modulation optical element. Since the polarization plane is shifted and the incident light is selectively refracted by the above-mentioned birefringent medium, it is possible to effectively wobble the discrete pixels, improve the resolution, and improve the image quality. it can.
【0287】そして、上記の位相変調光学素子に用いる
強誘電性液晶等の液晶はいずれも、電界の作用に対して
液晶ダイレクタの方向が変化し易く、応答速度が非常に
早いので、ビデオレートでの駆動が十分可能となる。し
かも、広い波長範囲で偏光面を約90度回転させて光軸を
シフトさせるための位相調整媒体が、位相変調光学素子
の後位及び/又は前位に更に配置されているので、高解
像度化において偏光面を約90度回転させる光の波長範囲
を広げることができ、高コントラスト化、高解像度化の
向上、更に色ムラの抑制を達成でき、ウォブリング時の
フィールド間における使用波長範囲での積分量としての
クロストークを位相調整の行われないウォブリング素子
よりも減少させることができる。また、ウォブリング効
果が得られる波長範囲を可視光領域全域に拡大できるた
めに、特に赤(R)、緑(G)、青(B)の3板から構
成される表示素子、或いは撮像素子の高解像度化を1枚
のウォブリング素子で行うことができ、コストの低減を
はかることができる。The liquid crystal such as ferroelectric liquid crystal used in the above-mentioned phase modulation optical element easily changes the direction of the liquid crystal director in response to the action of an electric field, and has a very fast response speed. Can be driven sufficiently. In addition, since a phase adjusting medium for rotating the polarization plane by about 90 degrees in a wide wavelength range to shift the optical axis is further disposed at the rear and / or front of the phase modulation optical element, high resolution can be achieved. , The wavelength range of light that rotates the polarization plane by about 90 degrees can be widened, high contrast, high resolution can be improved, color unevenness can be suppressed, and integration over the used wavelength range between fields during wobbling. The amount of crosstalk can be reduced compared to a wobbling element without phase adjustment. Further, since the wavelength range in which the wobbling effect can be obtained can be extended to the entire visible light region, the height of a display element or an imaging element composed of three plates of red (R), green (G), and blue (B) is particularly high. The resolution can be increased by one wobbling element, and the cost can be reduced.
【図1】本発明の実施例による表示装置の状態1での概
略図である。FIG. 1 is a schematic view of a display device in a state 1 according to an embodiment of the present invention.
【図2】同表示装置の状態2での概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the display device in a state 2;
【図3】同表示装置に用いる強誘電性液晶(FLC)の
コーン角の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a cone angle of a ferroelectric liquid crystal (FLC) used in the display device.
【図4】同コーン角の温度依存性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the cone angle.
【図5】他の液晶での同コーン角の温度依存性を示すグ
ラフである。FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the same cone angle in another liquid crystal.
【図6】同表示装置のFLCの異常光軸のずれを説明す
るための図2と同様の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram similar to FIG. 2 for explaining a shift of an abnormal optical axis of an FLC of the display device.
【図7】ウォブリング(絵素ずらし)時のフィールド間
でのクロストークを説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining crosstalk between fields during wobbling (picture element shifting).
【図8】ウォブリング時の偏光度測定用システムの概略
図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a system for measuring the degree of polarization during wobbling.
【図9】液晶の透過スペクトル変化を示すグラフであ
る。FIG. 9 is a graph showing a transmission spectrum change of a liquid crystal.
【図10】図9と同様のグラフである。FIG. 10 is a graph similar to FIG. 9.
【図11】同透過率の変化を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a change in transmittance.
【図12】液晶の好ましいコーン角を説明するための図で
ある。FIG. 12 is a diagram for explaining a preferable cone angle of the liquid crystal.
【図13】改善された液晶ダイレクタ方向の説明図であ
る。FIG. 13 is an explanatory diagram of an improved liquid crystal director direction.
【図14】同液晶ダイレクタの状態2における図2と同様
の概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram similar to FIG. 2 in a state 2 of the liquid crystal director.
【図15】同液晶ダイレクタの状態1における図1と同様
の概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram similar to FIG. 1 in a state 1 of the liquid crystal director.
【図16】同表示装置に用いるRGBフィルタの透過スペ
クトル図である。FIG. 16 is a transmission spectrum diagram of an RGB filter used in the display device.
【図17】同表示装置の具体例の各スイッチ状態での概略
図である。FIG. 17 is a schematic diagram of a specific example of the display device in each switch state.
【図18】同表示装置にノーマリーホワイトのTN液晶表
示素子を用いた場合の概略図である。FIG. 18 is a schematic diagram of a case where a normally white TN liquid crystal display element is used in the display device.
【図19】同表示装置にノーマリーブラックのTN液晶表
示素子を用いた場合の概略図である。FIG. 19 is a schematic diagram in the case where a normally black TN liquid crystal display element is used in the display device.
【図20】偏光度の小さい表示素子を用いた表示装置の概
略図である。FIG. 20 is a schematic diagram of a display device using a display element with a small degree of polarization.
【図21】FLC液晶素子を用いた位相変調素子としての
液晶セルの断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view of a liquid crystal cell as a phase modulation element using an FLC liquid crystal element.
【図22】同液晶セルのセルギャップによる位相差の変化
を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing a change in a phase difference due to a cell gap of the liquid crystal cell.
【図23】同位相変調素子の各種駆動方法を示す波形図で
ある。FIG. 23 is a waveform chart showing various driving methods of the phase modulation element.
【図24】複屈折媒体による光軸のずれの説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram of an optical axis shift due to a birefringent medium.
【図25】複屈折媒体となるクサビ型セルの概略斜視図で
ある。FIG. 25 is a schematic perspective view of a wedge cell serving as a birefringent medium.
【図26】同クサビ型セルの光学的性質を説明する概略図
である。FIG. 26 is a schematic diagram illustrating optical properties of the wedge cell.
【図27】他のクサビ型セルの光学的性質を説明する概略
図である。FIG. 27 is a schematic diagram illustrating optical properties of another wedge-type cell.
【図28】更に他の複屈折媒体の成型金型と同媒体を示す
平面図及び斜視図である。28A and 28B are a plan view and a perspective view showing a molding die of still another birefringent medium and the same medium.
【図29】ウォブリング(絵素ずらし)時のシフト量を各
場合で示す概略図である。FIG. 29 is a schematic diagram showing a shift amount at the time of wobbling (picture element shifting) in each case.
【図30】ウォブリング状態の説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram of a wobbling state.
【図31】他のウォブリング状態の説明図である。FIG. 31 is an explanatory diagram of another wobbling state.
【図32】更に他のウォブリング状態の説明図である。FIG. 32 is an explanatory diagram of still another wobbling state.
【図33】RGBインライン配列表示素子のウォブリング
状態の説明図である。FIG. 33 is an explanatory diagram of a wobbling state of the RGB inline array display element.
【図34】RGBデルタ配列表示素子のウォブリング状態
の説明図である。FIG. 34 is an explanatory diagram of a wobbling state of the RGB delta array display element.
【図35】位相変調素子における分割電極を示す概略斜視
図である。FIG. 35 is a schematic perspective view showing divided electrodes in the phase modulation element.
【図36】インターレース走査法の説明図である。FIG. 36 is an explanatory diagram of an interlaced scanning method.
【図37】テレビの各フィールドでの同期信号の波形図で
ある。[Fig. 37] Fig. 37 is a waveform diagram of a synchronization signal in each field of the television.
【図38】上記表示装置の各素子間の接続関係を示すブロ
ック図である。FIG. 38 is a block diagram showing a connection relationship between elements of the display device.
【図39】電極分割型の位相変調素子の駆動波形図であ
る。FIG. 39 is a drive waveform diagram of the electrode-divided phase modulation element.
【図40】同素子を用いた表示装置の概略図である。FIG. 40 is a schematic diagram of a display device using the same element.
【図41】同素子を用いた他の表示装置の概略図である。FIG. 41 is a schematic view of another display device using the same element.
【図42】上記表示装置の構造例の断面図である。FIG. 42 is a cross-sectional view of a structural example of the display device.
【図43】同他の構造例の断面図である。FIG. 43 is a cross-sectional view of another example of the structure.
【図44】同更に他の構造例の断面図である。44 is a sectional view of still another example of the structure. FIG.
【図45】上記表示装置を適用したディスプレイの断面図
である。FIG. 45 is a cross-sectional view of a display to which the display device is applied.
【図46】ディスプレイへの他の適用例の断面図である。FIG. 46 is a cross-sectional view of another application example to a display.
【図47】ディスプレイへの更に他の適用例の断面図であ
る。FIG. 47 is a cross-sectional view of still another application example to a display.
【図48】本発明の他の実施例による撮像装置の状態1で
の概略図である。[Fig. 48] Fig. 48 is a schematic diagram of an imaging device in a state 1 according to another embodiment of the present invention.
【図49】同撮像装置の状態2での概略図である。FIG. 49 is a schematic diagram of the imaging device in a state 2;
【図50】同撮像装置のFLCの異常光軸のずれを説明す
るための図49と同様の概略図である。FIG. 50 is a schematic diagram similar to FIG. 49 for explaining a shift of an abnormal optical axis of an FLC of the imaging device.
【図51】改善された液晶ダイレクタの状態2における図
49と同様の概略図である。FIG. 51 is an improved liquid crystal director in state 2
FIG. 49 is a schematic view similar to 49.
【図52】同液晶ダイレクタの状態1における図48と同様
の概略図である。FIG. 52 is a schematic diagram similar to FIG. 48 in a state 1 of the liquid crystal director.
【図53】同撮像装置の具体例の概略図である。[Fig. 53] Fig. 53 is a schematic diagram of a specific example of the imaging device.
【図54】上記撮像装置の構造例の断面図である。[Fig. 54] Fig. 54 is a cross-sectional view of a structural example of the imaging device.
【図55】水晶光学ローパスフィルタの実装状態の概略図
である。FIG. 55 is a schematic view of a mounted state of a quartz optical low-pass filter.
【図56】同水晶フィルタ3枚により生じるボケを説明す
る原理図である。FIG. 56 is a principle diagram for explaining blur caused by three pieces of the quartz filters.
【図57】上記撮像装置の実装例の断面図である。FIG. 57 is a cross-sectional view of a mounting example of the imaging device.
【図58】他の実装例の断面図である。FIG. 58 is a cross-sectional view of another mounting example.
【図59】更に他の実装例の断面図である。FIG. 59 is a cross-sectional view of still another mounting example.
【図60】本発明の他の実施例による表示装置の具体例の
各スイッチ状態での概略図である。FIG. 60 is a schematic view of a specific example of a display device according to another embodiment of the present invention in each switch state.
【図61】同表示装置におけるFLC素子と位相補償(位
相調整)フィルムの各状態での光軸の関係を示す説明図
である。FIG. 61 is an explanatory diagram showing a relationship between an optical axis in each state of an FLC element and a phase compensation (phase adjustment) film in the display device.
【図62】表示装置において位相補償のない場合の光学配
置を示す説明図である。FIG. 62 is an explanatory diagram showing an optical arrangement in a case where there is no phase compensation in the display device.
【図63】同光学配置における各状態での透過率スペクト
ル図である。FIG. 63 is a transmittance spectrum diagram in each state in the optical arrangement.
【図64】表示装置において位相補償した場合の光学配置
を示す説明図である。FIG. 64 is an explanatory diagram illustrating an optical arrangement when phase compensation is performed in a display device.
【図65】同光学配置における各状態での透過率スペクト
ル図である。FIG. 65 is a transmittance spectrum diagram in each state in the optical arrangement.
【図66】本発明の他の実施例による表示装置の具体例の
各スイッチ状態での概略図である。FIG. 66 is a schematic view of a specific example of a display device according to another embodiment of the present invention in each switch state.
【図67】表示装置における各種配向処理方向を示す基板
の各概略平面図である。FIG. 67 is a schematic plan view of a substrate illustrating various alignment processing directions in the display device.
【図68】表示装置における液晶セル組み立て時の状況を
説明する各概略平面図である。FIG. 68 is a schematic plan view for explaining a state at the time of assembling the liquid crystal cell in the display device.
【図69】垂直及び/又は水平方向に高解像度化する方法
を示す概略図である。[Fig. 69] Fig. 69 is a schematic diagram illustrating a method for increasing the resolution in the vertical and / or horizontal directions.
【図70】液晶素子駆動方法を説明する駆動波形図であ
る。FIG. 70 is a driving waveform chart for explaining a liquid crystal element driving method.
【図71】上記表示装置の構造例の断面図である。FIG. 71 is a cross-sectional view of a structural example of the display device.
【図72】同他の構造例の断面図である。FIG. 72 is a cross-sectional view of another example of the structure.
【図73】同他の構造例の断面図である。FIG. 73 is a cross-sectional view of another example of the structure.
【図74】同表示装置の他の構造例の断面図である。FIG. 74 is a cross-sectional view of another example of the structure of the display device.
【図75】同表示装置の他の構造例の断面図である。FIG. 75 is a cross-sectional view of another example of the structure of the display device.
【図76】同表示装置の他の構造例の断面図である。FIG. 76 is a cross-sectional view of another example of the structure of the display device.
【図77】同表示装置の更に他の構造例の断面図である。FIG. 77 is a cross-sectional view of still another example of the structure of the display device.
【図78】同表示装置を適用したディスプレイの断面図で
ある。FIG. 78 is a cross-sectional view of a display to which the display device is applied.
【図79】ディスプレイへの他の適用例の断面図である。FIG. 79 is a cross-sectional view of another application example to a display.
【図80】ディスプレイへの他の適用例の断面図である。FIG. 80 is a cross-sectional view of another application example to a display.
【図81】ディスプレイへの他の適用例の断面図である。FIG. 81 is a cross-sectional view of another application example to a display.
【図82】ディスプレイへの更に他の適用例の断面図であ
る。FIG. 82 is a cross-sectional view of still another application example to a display.
【図83】本発明の他の実施例による撮像装置の具体例の
概略図である。[Fig. 83] Fig. 83 is a schematic diagram of a specific example of an imaging device according to another embodiment of the present invention.
【図84】同撮像装置の構造例の断面図である。84 is a sectional view of a structural example of the imaging device. FIG.
【図85】同撮像装置の他の構造例の断面図である。FIG. 85 is a cross-sectional view of another example of the structure of the imaging device.
【図86】同撮像装置の更に他の構造例の断面図である。86 is a cross-sectional view of still another example of the structure of the imaging device. FIG.
【図87】同撮像装置の実装例の断面図である。FIG 87 is a cross-sectional view of a mounting example of the imaging device.
【図88】他の実装例の断面図である。FIG. 88 is a cross-sectional view of another mounting example.
【図89】本発明の更に他の実施例による撮像装置の具体
例の概略図である。FIG. 89 is a schematic diagram of a specific example of an imaging device according to still another embodiment of the present invention.
1、101 ・・・(液晶光学)表示装置 2・・・(液晶)表示素子 3・・・強誘電性液晶素子 4・・・複屈折媒体 5・・・表示画素 7、107 ・・・ウォブリング素子(絵素ずらし素子) 8、10・・・異常光軸 9・・・偏光方向 13、14・・・透明電極 15・・・液晶 17・・・光源 18、19・・・偏光板 20、21・・・透明基板 22、23・・・配向膜 50・・・被写体 53・・・CCD素子 61・・・赤外カットフィルタ 64・・・光学ローパスフィルタ 71、171 ・・・撮像装置 100 、110 ・・・位相補償(位相調整)媒体 108 、118 ・・・遅相軸 1, 101 ... (liquid crystal optical) display device 2 ... (liquid crystal) display element 3 ... ferroelectric liquid crystal element 4 ... birefringent medium 5 ... display pixel 7, 107 ... wobbling Element (picture element shifting element) 8, 10: extraordinary optical axis 9: polarization direction 13, 14, transparent electrode 15: liquid crystal 17: light source 18, 19: polarizing plate 20, 21: transparent substrate 22, 23: alignment film 50: subject 53: CCD element 61: infrared cut filter 64: optical low-pass filter 71, 171: imaging device 100, 110: phase compensation (phase adjustment) medium 108, 118: slow axis
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松居 恵理子 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社 内 (72)発明者 楊 映保 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社 内 (72)発明者 秀 史朝 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社 内 審査官 右田 昌士 (56)参考文献 特開 平1−142619(JP,A) 特開 平4−63074(JP,A) 特開 平5−289044(JP,A) 特開 平4−113308(JP,A) 特開 平2−271326(JP,A) 特開 平5−88144(JP,A) 特開 平2−87122(JP,A) 特開 平4−152322(JP,A) 特開 平4−177216(JP,A) 特開 昭60−83486(JP,A) 特開 昭61−251819(JP,A) 特開 昭63−53519(JP,A) 特開 昭61−252532(JP,A) 特開 昭62−191824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 505 G02F 1/1335 G02F 1/137 G02F 1/133 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Eriko Matsui 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Within Sony Corporation (72) Inventor Eibo Yang 7-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. 72 within Sony Corporation (72) Inventor Hidefumi, 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Examiner within Sony Corporation Masashi Migita (56) References JP-A-4-63074 (JP, A) JP-A-5-289044 (JP, A) JP-A-4-113308 (JP, A) JP-A-2-271326 (JP, A) JP-A-5-Japanese 88144 (JP, A) JP-A-2-87122 (JP, A) JP-A-4-152322 (JP, A) JP-A-4-177216 (JP, A) JP-A-60-83486 (JP, A) JP-A-61-251819 (JP, A) JP-A-63-53519 (JP, A) Open Akira 61-252532 (JP, A) JP Akira 62-191824 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G02F 1/13 505 G02F 1/1335 G02F 1/137 G02F 1/133
Claims (37)
に設けた光学的に透明な基体の複数個が前記電極及び前
記配向膜の側で互いに所定の間隙を隔てて対向配置さ
れ、強誘電性液晶と反強誘電性液晶と電傾効果を示すス
メクチック液晶とから選ばれた少なくとも1種の液晶が
前記間隙内に注入されている位相変調光学素子と;前記
位相変調光学素子を透過する偏光を受け入れる位置に配
置され、光の偏光方向に応じて前記光の光軸を選択的に
シフトさせる光学的に透明な複屈折媒体と;前記位相変
調光学素子の後位及び/又は前位に配置され、広い波長
範囲で偏光面を約90度回転させて光軸をシフトさせるた
めの位相調整媒体と;の組み合わせからなり、前記位相
変調光学素子と前記複屈折媒体と前記位相調整媒体と
が、観察位置と高解像度化されるべき表示素子との間、
又は被写体と撮像素子との間の光路中に配置されてウォ
ブリング素子を構成し、前記表示素子又は前記撮像素子
が一次元又は二次元にウォブリングされるように構成し
た光学装置。1. A plurality of optically transparent substrates provided with an optically transparent electrode and an alignment film in this order are arranged facing each other with a predetermined gap therebetween on the electrode and the alignment film side, A phase modulation optical element in which at least one type of liquid crystal selected from a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, and a smectic liquid crystal exhibiting an electroclinic effect is injected into the gap; An optically transparent birefringent medium disposed at a position for receiving the polarized light to selectively shift the optical axis of the light according to the polarization direction of the light; And a phase adjustment medium for shifting the optical axis by rotating the polarization plane by about 90 degrees in a wide wavelength range; and the phase modulation optical element, the birefringent medium, and the phase adjustment medium. But observation position and high resolution Between the display element to be,
Alternatively, an optical device which is arranged in an optical path between a subject and an image sensor to form a wobbling element, and wherein the display element or the image sensor is wobbled one-dimensionally or two-dimensionally.
光軸のずれを与える透明基板からなっていてウォブリン
グ方向に等価的に一軸性の異常光軸の成分を有するよう
に配置されるか、或いは光が透過する基板対向面が平行
でなく、見掛けの異常光軸が両対向面に垂直な平面に平
行又は垂直である、請求項1に記載した光学装置。2. The birefringent medium is composed of a transparent substrate that shifts the optical axis depending on the polarization direction of incident light, and is arranged so as to have a component of an extraordinary optical axis that is equivalent to a wobbling direction. 2. The optical device according to claim 1, wherein the substrate facing surface through which light passes is not parallel, and an apparent abnormal optical axis is parallel or perpendicular to a plane perpendicular to both facing surfaces.
される、請求項1に記載した光学装置。3. The optical device according to claim 1, wherein the wobbling element is driven at a video rate.
料からなる素子と、少なくとも透明電極に液晶が挟まれ
たアクティブ液晶素子と、π電子系を含む高分子フィル
ムとのうちのいずれかによって構成され、ウォブリング
時のフィールド間における使用波長範囲での積分量とし
てのクロストークを位相調整の行われないウォブリング
素子よりも減少させるものである、請求項1に記載した
光学装置。4. A phase adjusting medium comprising one of an element composed of a liquid crystal material containing a π-electron system, an active liquid crystal element having a liquid crystal sandwiched at least between transparent electrodes, and a polymer film containing a π-electron system. The optical device according to claim 1, wherein the crosstalk as an integral amount in a used wavelength range between fields during wobbling is reduced as compared with a wobbling element in which phase adjustment is not performed.
補償後の各スイッチ状態のうち、絶対値の大きな複屈折
の遅相軸と、表示素子からの光の偏光面(P1)又はそ
れに直交する偏光面(P2)との間の2等分線が、前記
偏光面(P1)又は(P2)となす角δが22.5±10度で
ある、請求項1に記載した光学装置。5. The phase of the liquid crystal after the phase compensation in the two switch states, the slow axis of the birefringence having a large absolute value, the polarization plane (P1) of the light from the display element, or the polarization orthogonal thereto. 2. The optical device according to claim 1, wherein an angle δ between a bisector of the plane (P2) and the plane of polarization (P1) or (P2) is 22.5 ± 10 degrees. 3.
配向したスメクチック液晶(カイラル液晶を含む。)素
子と、ネマチック液晶素子と、主鎖型高分子液晶と、側
鎖型高分子液晶と、芳香族ポリエステル系フィルムと、
ポリカーボネートフィルムと、ポリスチレン又はスチレ
ン系樹脂フィルムと、メタクリル系樹脂フィルムと、ビ
ニル系樹脂フィルムと、セルロース系フィルムと、ポリ
アミド系樹脂フィルムと、ポリフェニレン系フィルム
と、ポリフェニレンスルフィド系フィルムと、ポリスル
フォン系フィルムと、非晶ポリアレートフィルムと、ポ
リエーテルスルフォン系フィルムと、ポリエーテルイミ
ド系フィルムと、ポリエーテルケトン系フィルムと、ポ
リアミドイミド系フィルムと、ポリイミド系フィルムと
のうちのいずれかによって構成されている、請求項4に
記載した光学装置。6. A phase adjusting medium comprising an optically transparent and uniformly oriented smectic liquid crystal (including chiral liquid crystal) element, a nematic liquid crystal element, a main chain type polymer liquid crystal, and a side chain type polymer. Liquid crystal, aromatic polyester film,
Polycarbonate film, polystyrene or styrene resin film, methacrylic resin film, vinyl resin film, cellulose film, polyamide resin film, polyphenylene film, polyphenylene sulfide film, polysulfone film And an amorphous polyarate film, a polyethersulfone-based film, a polyetherimide-based film, a polyetherketone-based film, a polyamideimide-based film, and a polyimide-based film. The optical device according to claim 4.
る位相調整用のフィルムが、カイラルスメクチック液晶
からなる位相変調光学素子に直接貼り付けられていな
い、請求項6に記載した光学装置。7. The optical device according to claim 6, wherein the phase adjusting film constituting the wobbling element for the display element is not directly attached to the phase modulation optical element made of a chiral smectic liquid crystal.
る位相調整用のフィルム及び偏光板がカイラルスメクチ
ック液晶からなる位相変調光学素子に直接貼り付けられ
ていない、請求項6に記載した光学装置。8. The optical device according to claim 6, wherein the phase adjusting film and the polarizing plate constituting the wobbling element for the imaging element are not directly attached to the phase modulation optical element made of a chiral smectic liquid crystal.
せ、ウォブリングのクロストークを最小にするように、
カイラルスメクチック液晶からなる位相変調光学素子の
位相差と位相調整媒体の位相差、更には入射偏光の軸、
前記位相変調光学素子の遅相軸、前記位相調整媒体の遅
相軸、光軸ずらしのための複屈折媒体の異常光軸の方向
をそれぞれ調節した、請求項1に記載した光学装置。9. Rotating the plane of polarization about 90 degrees over a wide wavelength range to minimize wobbling crosstalk,
The phase difference of the phase modulation optical element made of chiral smectic liquid crystal and the phase difference of the phase adjusting medium, and further the axis of the incident polarized light,
The optical device according to claim 1, wherein a direction of a slow axis of the phase modulation optical element, a direction of a slow axis of the phase adjustment medium, and a direction of an extraordinary optical axis of a birefringent medium for shifting an optical axis are adjusted.
相変調光学素子の配向処理方向が画素ずらし方向に平行
或いは垂直である、請求項9に記載した光学装置。10. The optical device according to claim 9, wherein the alignment processing direction of the phase modulation optical element made of a chiral smectic liquid crystal is parallel or perpendicular to the pixel shifting direction.
よって行われている、請求項10に記載した光学装置。11. The optical device according to claim 10, wherein the alignment treatment is performed by rubbing or vacuum deposition.
相変調光学素子の632.8nmでの位相差が160nm〜380nmで
ある、請求項9に記載した光学装置。12. The optical device according to claim 9, wherein a phase difference at 632.8 nm of the phase modulation optical element comprising a chiral smectic liquid crystal is 160 nm to 380 nm.
ーションを示し、カイラルスメクチック液晶からなる位
相変調光学素子の632.8nmでの位相差と同じ位相差を有
する、請求項12に記載した光学装置。13. The optical device according to claim 12, wherein the phase adjusting medium exhibits a retardation of 160 nm to 380 nm and has the same phase difference as that of a phase modulation optical element made of chiral smectic liquid crystal at 632.8 nm.
2つのスイッチング状態のうちのどちらかの状態の遅相
軸に対して、位相調整媒体の遅相軸をほぼ直交させた、
請求項1に記載した光学装置。14. The slow axis of the phase adjusting medium is substantially orthogonal to the slow axis of one of the two switching states of the liquid crystal director of the phase modulation optical element.
The optical device according to claim 1.
像素子が離散的画素から構成される液晶表示素子、自発
光型表示素子又は電荷結合素子である、請求項1に記載
した光学装置。15. The optical device according to claim 1, wherein the display element or the imaging element to be improved in resolution is a liquid crystal display element composed of discrete pixels, a self-luminous display element, or a charge-coupled element.
写体からの光が偏光していない場合、ウォブリング素子
と前記表示素子又は前記被写体との間の光路中に、偏光
を与える素子が配置される、請求項1に記載した光学装
置。16. When a light from a display element or a subject to be improved in resolution is not polarized, an element for providing polarization is disposed in an optical path between the wobbling element and the display element or the subject. The optical device according to claim 1.
疑似ブックシェルフ又はシェブロン構造の液晶層構造の
カイラルスメクチック液晶である、請求項1に記載した
光学装置。17. The liquid crystal used is a bookshelf,
The optical device according to claim 1, wherein the optical device is a chiral smectic liquid crystal having a pseudo bookshelf or a liquid crystal layer structure having a chevron structure.
ト角は0〜45度である、請求項17に記載した光学装
置。18. The optical device according to claim 17, wherein the pretilt angle of the chiral smectic liquid crystal is 0 to 45 degrees.
は26〜64度である、請求項1に記載した光学装置。19. The apparent cone angle θ of the liquid crystal used
The optical device according to claim 1, wherein is between 26 and 64 degrees.
2つのスイッチ状態における各ダイレクタ間の2等分線
が、表示素子からの光の偏光面(P1)又はそれに直交
する偏光面(P2)となす角δは、位相調整(又は補
償)を行わない場合にはδ=22.5±10度であり;また
は、位相調整(又は補償)を行った位相変調光学素子に
おいて液晶の2つのスイッチ状態における位相補償後の
各スイッチ状態のうち、絶対値の大きな複屈折の遅相軸
と、前記偏光面(P1)又は(P2)との間の2等分線
が、前記偏光面(P1)又は(P2)となす角δ1は、
δ1=22.5±10度である、請求項1に記載した光学装
置。20. The bisector between each director in the two switch states of the liquid crystal used for the phase modulation optical element, the plane of polarization (P1) of the light from the display element or the plane of polarization (P2) orthogonal thereto. The angle δ is 22.5 ± 10 degrees when the phase adjustment (or compensation) is not performed; or in the two switch states of the liquid crystal in the phase modulation optical element that has performed the phase adjustment (or compensation). Among the switch states after the phase compensation, the bisector between the slow axis of the birefringence having a large absolute value and the polarization plane (P1) or (P2) is the polarization plane (P1) or ( P2) and the angle δ1
The optical device according to claim 1, wherein δ1 = 22.5 ± 10 degrees.
の液晶ディスプレイ又は撮像素子が、赤、緑及び青のト
リオ画像を1絵素とする単板である場合、632.8nmの光
源を用いて測定した位相差が130nm〜370nmの範囲にあ
る、請求項1に記載した光学装置。21. When a liquid crystal display or an image sensor as a display device to be improved in resolution is a single plate having red, green and blue trio images as one picture element, measurement is performed using a light source of 632.8 nm. The optical device according to claim 1, wherein the determined phase difference is in a range of 130 nm to 370 nm.
の液晶ディスプレイ又は撮像素子が3板の場合、組み合
わせる各フィルタの透過率特性の波長範囲の上限をλ
Maxとし、下限をλMinとすると、許容できる位相差はλ
Max/2〜λMin/2の範囲にあり、光源として赤、緑、
青の蛍光体の発光を用いる場合には、それぞれの有効位
相差範囲は中心波長をλCとしたときに(λC−100)
/2〜(λC+100)/2の範囲にある(但し、上記の
各位相差の単位はnmである。)、請求項1に記載した光
学装置。22. When the liquid crystal display or the image sensor as a display device to be improved in resolution has three plates, the upper limit of the wavelength range of the transmittance characteristic of each filter to be combined is λ
Let Max be the lower limit and λ Min be the allowable phase difference is λ
Max / 2 to λ Min / 2, with red, green,
When the emission of the blue phosphor is used, each effective phase difference range is (λ C -100) when the center wavelength is λ C.
2. The optical device according to claim 1, wherein the ratio is in the range of (1/2) to (λ C +100) / 2 (where the unit of each phase difference is nm).
200nm)場合、632.8nmの光源を用いて測定した位相差が
350nm〜600nmの範囲である、請求項1に記載した光学装
置。23. The imaging wavelength includes infrared light (wavelength 700 to 1).
200nm), the phase difference measured using a 632.8nm light source
The optical device according to claim 1, wherein the optical device has a range of 350 nm to 600 nm.
圧を用いて駆動される、請求項1に記載した光学装置。24. The optical device according to claim 1, wherein the phase modulation optical element is driven using a bipolar applied voltage.
がりと立ち下がりの各応答時間がフィールド時間の1/
3以下であり、かつ、立ち上がり時間と立ち下がり時間
との比が互いに2倍を超えないようにした、請求項1に
記載した光学装置。25. At the time of wobbling, each response time of the rise and fall of the drive voltage is 1/100 of the field time.
The optical device according to claim 1, wherein the ratio between the rise time and the fall time is not more than twice each other.
て、絵素口径(モノクロ画面或いは3板の時は画素アパ
ーチャ、単板では赤、緑、青の画素トリオを1つとす
る。)をLA、絵素ピッチをLPとするとき、絵素ずらし
量Lは、 Min(LP−LA、LA/2) ≦ L ≦ Max(LA、LP−LA/2) (但し、Min(x、y)、Max(x、y)はそれぞ
れ、x、yの内の小さい値、大きい値を与える関数とす
る。)とする、請求項1に記載した光学装置。Respect 26. wobbling direction of length component picture element diameter (monochrome screen or 3 pixel apertures when the plate is a single plate red, green, and one pixel trio blue.) The L A , when the pixel pitch and L P, the pixel shift amount L, Min (L P -L a, L a / 2) ≦ L ≦ Max (L a, L P -L a / 2) ( where, 2. The optical device according to claim 1, wherein Min (x, y) and Max (x, y) are functions giving a small value and a large value of x and y, respectively.
示素子の画面垂直方向にN分割〜1分割した駆動電極を
有する位相変調光学素子とが組み合わされている、請求
項1に記載した光学装置。27. The display device according to claim 1, wherein a display element having the number N of horizontal scanning lines and a phase modulation optical element having drive electrodes divided into N to 1 in the screen vertical direction of the display element are combined. Optical device.
よりも長い、請求項27に記載した光学装置。28. The optical device according to claim 27, wherein a distance between the divided electrodes is longer than a liquid crystal cell gap.
し、表示素子の駆動と位相変調光学素子の駆動とを同期
させ、1フィールドの時間を必要電極数分割し、位相変
調光学素子の各チャンネルでシーケンシャルにフィール
ド内での時間遅れを与え、駆動するようにした、請求項
27に記載した光学装置。29. The driving of the display element and the driving of the phase modulation optical element are synchronized based on the detected video vertical synchronizing signal, the time of one field is divided by the required number of electrodes, and each channel of the phase modulation optical element is divided. 28. The optical device according to claim 27, wherein the optical device is sequentially driven with a time delay in a field.
と位相変調光学素子の駆動とを同期させ、各フィールド
内で撮像し、データを転送して1フレームを形成するよ
うにした、請求項1に記載した光学装置。30. The method according to claim 30, wherein the drive of the image pickup device and the drive of the phase modulation optical device are synchronized with each other on the basis of the synchronization signal, an image is taken in each field, and data is transferred to form one frame. 2. The optical device according to 1.
変調光学素子とが光学用接着剤で貼り合わせられてい
る、請求項1に記載した光学装置。31. The optical device according to claim 1, wherein the birefringent medium for shifting the optical axis and the phase modulation optical element are bonded with an optical adhesive.
及び配向膜を設け、液晶素子と一体化した、請求項1に
記載した光学装置。32. The optical device according to claim 1, wherein a transparent electrode and an alignment film are provided on a quartz plate serving as a birefringent medium and integrated with a liquid crystal element.
イ装置として構成される、請求項1に記載した光学装
置。33. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is configured as a direct-view, reflective or projection display device.
項1に記載した光学装置。34. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is used in a visible light wavelength range.
み合わせ、可視光或いは赤外光撮像装置として構成され
る、請求項1に記載した光学装置。35. The optical device according to claim 1, wherein the wobbling element is combined with a solid-state image sensor to constitute a visible light or infrared light image pickup device.
ルタと固体撮像素子とが組み合わされる、請求項35に
記載した光学装置。36. The optical device according to claim 35, wherein the wobbling element, the optical low-pass filter, and the solid-state imaging device are combined.
ルタとの間の光路中に、4分の1波長板が配置される、
請求項36に記載した光学装置。37. A quarter wave plate is disposed in an optical path between the wobbling element and the optical low-pass filter;
An optical device according to claim 36.
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