DE3850101T2

DE3850101T2 - Stereoskopische Anzeige.

Info

Publication number: DE3850101T2
Application number: DE3850101T
Authority: DE
Inventors: Michael H Kalmanash
Original assignee: Kaiser Aerospace and Electronics Corp
Current assignee: Rockwell Collins ElectroMechanical Systems Inc
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: CA1312226C; EP0349692B1; JPH0248634A; US4877307A; DE3850101D1; IL88402A0; EP0349692A2; EP0349692A3; IL88402A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein stereoskopisches Anzeigesystem im allgemeinen, und insbesondere auf eine hocheffiziente stereoskopische Anzeige, die in der Lage ist, Farbbilder zu erzeugen.
Ein Beobachter mit normaler binokularer Sicht sieht etwas verschiedene Perspektiven einer Realwelt, eine dreidimensionale Szene mit jedem Auge. Diese relative perspektivische Verschiebung zwischen den Augen ist eine Funktion des Abstandes Szene zu Objekt und führt zu einer Wahrnehmung der Tiefe in der Szene durch den Beobachter.
Über die Jahre wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um eine dreidimensionale Szene einem Beobachter darzustellen, das ein zweidimensionales Format verwendet. Diese schließt in typischer Weise entweder eine simultane oder eine zeitlich abfolgende Anzeige eines Paares von zweidimensionalen Bildern entsprechend der rechtsäugigen und linksäugigen perspektivischen Sicht eines dreidimensionalen Subjektes ein, wobei die Bilder mit rechtsäugigen oder linksäugigen Informationen "codiert" sind, wodurch sie nur mit einem Auge gesehen werden können, das mit einem geeigneten "Decodierer" versehen beziehungsweise abgeblendet ist.
Ein wohlbekanntes Beispiel ist die "stereoskopische" Anzeige, die seit viktorianischen Zeiten bekannt ist und welche zunächst ein Paar von statischen, zweidimensionalen Bildern, üblicherweise Fotografien entsprechend der linksäugigen und rechtsäugigen Perspektive einer dreidimensionalen Szene, aufzeichnet, die in fester Seite-an-Seite-Beziehung festgelegt ist, und dann diese zur Ansicht durch eine Vorrichtung wiedergibt, welche die Sicht von jedem Auge eines Betrachters auf das geeignete entsprechende Bild mittels einer Optik beschränkt. Eine verbesserte Form dieser Vorrichtung ist heute in den meisten Spielwarengeschäften erhältlich.
Ein anderes Verfahren, das bis heute für bewegte Szenen verwendet wird, wie beispielsweise in Kinofilmen, schließt das Aufzeichnen einer rechtsäugigen und linksäugigen Perspektive in verschiedenen Farben auf dem gleichen Filmrahmen ein, wonach der projizierte Rahmen durch eine Brille betrachtet wird, die ein Paar von Farbfiltern enthält, die jeweils in der Brille angeordnet sind, um das geeignete Bild entsprechend dem rechten oder linken Auge durchzulassen und den Empfang des anderen gleichzeitig wiedergegebenen, aber unterschiedlich gefärbten Bildes durch das andere Auge zu blockieren.
Eine Variation in diesem Verfahren ist die Aufzeichnung der rechtsäugigen und linksäugigen Perspektive an überlagerten Folien eines orthogonal polarisierten, dichroischen Polarisationsmaterials und dann Betrachten der Perspektiven, die simultan auf einem nicht-depolarisierendem Schirm projiziert sind, durch eine Brille mit einem Paar von orthogonal polarisierten Linsen. Eine Beschreibung der beiden vorangegangenen Verfahren zusammen mit einer Modifikation, um stereoskopische Bilder zur Betrachtung im Fernsehen geeignet darzustellen, ist in der US-A-4,431,265 gegeben.
Die US-A-4 559 556 beschreibt eine Polarisationsbrille zur Verwendung mit einem Verfahren der Schirmaufteilungsbilddarstellung, in welchem die rechtsäugige und linksäugige Perspektive gleichzeitig in einer "oben und unten" orthogonal polarisierten Weise auf einem Fernsehschirm zur Betrachtung dargestellt ist.
Die US-A-4 583 117 beschreibt eine ähnliche Bilddarstellung vom "oben-und-unten"-Typ, in welcher ein Paar von konventionellen Videokameras so modifiziert ist, daß nur die Hälfte der horizontalen Zeilen verwendet wird, um die Perspektiven zu bilden, welche dann in einer Zeitreihenfolge wiedergegeben werden. Elektronisch abblendende und synchronisierte Brillen werden verwendet, um die Szenen ohne Flackern zu betrachten.
Das "Abblenden" kann entweder mechanisch oder elektrooptisch erfolgen. Das letztere Verfahren basiert typischer Weise auf Flüssigkristalleinrichtungen. Eine Flüssigkristallblende umfaßt eine Schichtung eines ersten ebenen Polarisators, einer aktiven Flüssigkristalleinrichtung, und einem "Analysator", das heißt einen zweiten ebenen Polarisator. In einem ersten Spannungszustand ist die Flüssigkristalleinrichtung optisch neutral und in einem zweiten Zustand dient sie zur Drehung der Polarisationsebene des transmittierten Lichtes um 90º. Durch geeignete anfängliche Ausrichtung der Polarisationsachsen der drei Elemente kann die Blende danach elektrisch zwischen "offen" und "geschlossen" Bedienungen geschaltet werden.
Ein Paar von Augengläsern, welche zwei solcher Blendeneinrichtungen für jedes Auge verwenden und die über ein Kabel, welches diese mit einer Anzeige zur Abfolge dargestellten Rechtsauge- und Linksaugebilder verbindet, ist in der US-A-4 021 846 beschrieben.
Es ist möglich, die Blende aufzuteilen und den ersten Polarisator und die Flüssigkristalleinrichtung vor der Bilderzeugungseinrichtung anzuordnen. In einer solchen Konfiguration arbeiten die zwei Elemente, wenn sie synchron mit der Bildanzeigegeschwindigkeit geschaltet werden, als ein "schaltbarer Polarisator", um das rechtsäugige und linksäugige Bild abwechselnd in orthogonalen Richtungen zu polarisieren, damit sie durch den zweiten Polarisator geeignet analysiert werden, der von dem Betrachter als ein Paar von Polarisationsgläsern mit orthogonalen Polarisationsachsen getragen wird. Stereoskopische Anzeigen, die ein solches Verfahren verwenden, werden in der US-A-3 858 001 und der US-A-4 281 381 beschrieben.
Die US-A-4 670 744 beschreibt ein vollständig verschiedenes Mittel zur Anzeige eines dreidimensionalen Bildes unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre ("CRT"), zum abfolgenden Projizieren einer Reihe von Bildern entsprechend verschiedenen Tiefenebenen eines dreidimensionalen Subjektes. Diese Bilder werden dann selektiv übertragen oder reflektiert von geeigneten Positionen entlang eines optischen Weges mittels einer Anzahl von "Lichtrichtungsmodulatoren", welche bekannt sind für ihre Verwendung als "Chiralzellen", das heißt cholesterischen Flüssigkristallzellen und zirkular polarisiertem Licht zum Erzielen von gewünschten Reflexionen und Transmissionen.
Es ist zu beachten, daß der vorangegangene Stand der Technik eine zeitweise Anwendung im Bereich der Luftfahrt hatte, worin visuelle Information, die für einen Piloten oder Elektronikwartungsoperator nützlich war, wie beispielsweise Navigation, Feuerkontrolle, Schußumgebungsinformation, in dreidimensionaler Weise und innerhalb des Zusammenhanges der dreidimensionalen Sicht des Piloten oder Operators auf die reale Welt angezeigt wird.
Jedoch stellt der oben diskutierte Stand der Technik bestimmte Probleme in Hinsicht auf seine praktische Verwendung in Luft- und Raumfahrtelektroniksystemen dar. Beispielsweise sind solche, die Blendenelemente in den Brillen des Betreibers verwenden, klobig und plump zu tragen, haben eine niedrige Durchsichtstransmission (weniger als 20%) und müssen an die Anzeige angebunden werden mittels eines Kabels oder Radiosignales, um die Synchronisiersignale zu tragen.
Diejenigen die farbige Brillen verwenden, transmittieren relativ niedrige Pegel von Licht und geben eine Sicht der realen Welt wieder, die sowohl gedämpft wie auch eigenartig gefärbt ist.
Selbst solche, die eine Brille verwenden, welche ein einfaches Paar von "klaren", linearen Polarisatoren mit gekreuzten Polarisatorachsen verwendet, sind nicht ohne diese Probleme, weil 1) die letzteren ebenfalls nur ungefähr 40% des einfallenden Lichtes der realen Welt zu den Augen des Betreibers durchlassen, wobei dieser Pegel als nicht akzeptabel in vielen Luftfahrtselektronikanwendungen betrachtet werden muß, wo eine "reale Welt" Situationswahrnehmung beibehalten werden muß, und 2) ist es schwierig, das erste Polarisatorelement und das "Analysatorelement", richtig orientiert mit Bezug aufeinander zu halten, insbesondere wenn der Kopf des Betreibers Seitwärtsdrehungen ausgesetzt ist wie beispielsweise in Luftfahrtmanövern. Eine solche Desorientierung kann zu Verlusten der Schießeffizienz führen und "Geister" auf der Anzeige erzeugen, in welcher Geisterbilder durch das "falsche" Auge gesehen werden.
Anzeigen zur Synthetisierung dreidimensionaler Bilder aus einer Anzahl von tiefen Ebenen lassen eine ausreichende Definition vermissen, so lange nicht eine große Anzahl solcher Ebenen erzeugt wird, was zu sehr komplizierten und teuren Anzeigen führt.
Die vorliegende Erfindung lehrt einen Weg, um diese Probleme in einer dreidimensionalen Anzeige zu lösen, die geeignet für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtelektronik ist und sowohl in monochromatischen wie in Vollfarben-Ausführungen verfügbar ist.
Gemäß der Erfindung ist eine stereoskopische Anzeige charakterisiert durch die Merkmale in dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1.
Ein besseres Verständnis der stereoskopischen Anzeige gemäß der Erfindung wird aus einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung einiger exemplarischer, bevorzugter Ausführungsformen erhalten werden, insbesondere wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, die im folgenden kurz beschrieben werden:
Fig. 1 ist eine isometrische schematische Ansicht einer stereoskopischen Anzeige des Standes der Technik;
Fig. 2 ist eine vergrößerte isometrische schematische Anzeige einer anderen herkömmlichen stereoskopischen Anzeige;
Fig. 3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer stereoskopischen Anzeige in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 4 ist eine vergrößerte, isometrische schematische Ansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform einer stereoskopischen Anzeige in Übereinstimmung mit der Erfindung; und
Fig. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines bevorzugten Brillenelementes der Erfindung gemäß dem Schnitt 5-5 von Fig. 4.
Eine herkömmliche Anzeige 10 des oben diskutierten Typs ist schematisch in Fig. 1 gezeigt und umfaßt eine Einrichtung 12, wie beispielsweise die gezeigte CRT, zum Projizieren entweder simultan oder nacheinander von aufeinanderfolgenden Paaren von scheinbar übereinander gelagerten Bildern 14R und 14L entsprechend jeweils den rechtsäugigen und linksäugigen perspektivischen Ansichten eines dreidimensionalen Subjektes.
In einem dieser bekannten Systeme werden die Bilder simultan auf ein entsprechendes Auge des Beobachters projiziert und "codiert" durch Färben jeweils mit einer verschiedenen Farbe beispielsweise rot für das Linksaugenbild 14L und blau für das Rechtsaugenbild 14R. Der Beobachter ist mit einer Brille 16 versehen, die ein Paar von "Dekodier"-Elementen enthält, welche einen Rotfilter 18R über dem rechten Auge und einen Blaufilter 18L über dem linken Auge enthält. Die Farbfilter blockieren entsprechend gefärbte Bilder, so daß die Augen nur ihre entsprechende Perspektive sehen, die dann in dem Gehirn des Beobachters zusammengefügt werden, um die Wahrnehmung einer Tiefe zu erzeugen. Eine solche Anzeige ist in der US-A-4,431,265 beschrieben.
Eine modifizierte Form der Anzeige 10 kann erhalten werden durch Projektion des Bildpaares 14R, 14L in Monochrom oder Farbe und Codieren derselben für die entsprechenden Augen durch lineare Polarisation in orthogonale Richtungen. Dies kann beispielsweise ausgeführt werden durch Verwendung der Schirmaufspalttechnik, die in der US-A-4,559,556 beschrieben ist, in Kombination mit einem Paar von Polarisationsschichten, welche geeignet an den Schirmen der CRT 12 angepaßt sind. Die Bilder werden dann durch die Brille 16 analysiert, welche ein Paar von ebenen Polarisatoren 18R und 18L enthält, welche ihre Polarisationsachsen in Bezug auf die jeweiligen Achsen der entsprechenden polarisierten Bilder ausgerichtet haben. Jeder Polarisator wirkt so, daß ein entsprechend polarisiertes Bild hindurchgeht und ein orthogonal polarisiertes Bild blockiert wird. Es ist zu beachten, daß, wenn die Schirmaufteiltechnik verwendet wird, eine zusätzliche Optik innerhalb der Brille 16 notwendig ist, um die aufgeteilten Bilder in ein einziges ganzes Bild zusammenzufügen.
In Fig. 2 ist ein anderes bekanntes stereoskopisches Anzeigesystem 50 erläutert das von einem Typ ist, wie er in der US-A-3,858,001 und in der US-A-4,281,341 beschrieben ist und das der Anzeige gemäß der Erfindung näher kommt.
Das Anzeigesystem 50 umfaßt eine Bildprojektionseinrichtung 52, beispielsweise eine CRT, welche hintereinander nicht-polarisierte Rechtsaugen- und Linksaugenbilder 54 projizieren kann mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um die Wahrnehmung eines Flackerns zu vermeiden, das heißt eine Bildrate von 120 Hz oder größer oder einer Rahmengeschwindigkeit (bestehend aus einem Rechtsaugenfeld plus einem Linskaugenfeld) von mindestens 60 Hz.
Ein "schaltbarer Polarisator" 56 ist vor der CRT angeordnet, um Bilder zu empfangen, wo sie zuerst durch eine Ebenenpolarisatorschicht 58 des vorbekannten Typs hindurchgehen und dabei linear polarisiert werden in einer Ebene, die durch den Pfeil 59 angezeigt ist.
Nahe der Vorderseite des Polarisators 58 ist eine gedrehte nematische Flüssigkristallzelle 60 eines vorbekannten Typs angeordnet. Die Flüssigkristallzelle hat zwei Zustände "ein" und "aus", welche durch Anlegen eines verteilten Hoch- beziehungsweise Niederspannungsfeldes über der Flüssigkristallmaterie erzielt werden. Gemäß der Konvention kann ein Ein-Zustand beschrieben werden als optisch neutral, während ein Aus-Zustand das polarisierte Licht, das von der Zelle durchgelassen wird, um 90º dreht.
Auf diese Weise werden unpolarisierte Bilder, welche sowohl durch den Polarisator 58 wie auch durch die Flüssigkristallzelle 60 hindurchgehen, während die Zelle ein ist, linear polarisiert in der Ebene, die durch den durchgezogenen Pfeil 61 angezeigt wird, während Bilder, die durch die Zelle hindurchgehen, während die Zelle aus ist, in einer Ebene polarisiert werden, die senkrecht auf der ersten Ebene steht, wie durch den gepunkteten Pfeil 62 angezeigt wird.
Eine elektronische Einrichtung, die mit "SYNC" in Fig. 2 bezeichnet ist, synchronisiert die Schaltung der Zelle 60 mit der Bildprojektionsrate der CRT 52, so daß die Rechtsaugen- und Linksaugenbilder geeignet codiert werden mit orthogonalen Polarisationen zur Analyse durch die Brille 64, welche ein Paar von linearen Polarisatoren 66R, 66L enthält, deren Polarisationsachsen jeweils mit einer der orthogonalen Polarisationsachsen 61 oder 62 der beiden Bilder ausgerichtet sind.
Wenn der schaltbare Polarisator 56 nahe der CRT 52 durch ein Paar von kleineren Einrichtungen innerhalb der Brille 64 ersetzt wird, wobei jeweils eine vor jedem Polarisator 66R beziehungsweise 66L angeordnet ist, dann wird eine Form von Blendenbrillen des Typs erreicht, der in US-A-444,021,846 beschrieben ist.
Während jede der herkömmlichen Anzeigen, die oben in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 diskutiert wurden, einige Merkmale aufweisen, die auf stereoskopische Systeme der Luft- und Raumfahrtelektronik anwendbar sind, haben sie auch einige Nachteile.
Eine Analysatorbrille, welche verschiedene Farbfilter verwendet, verfälscht die Sicht des Piloten auf die tatsächliche Umgebung zu einem Grad, der nicht akzeptabel ist und hat außerdem eine relativ geringe Lichttransmission.
Anzeigen mit linearen Polarisatoren sind zwar in der Lage, eine halbwegs genaue Farbe zu transmittieren, doch geben sie eine unakzeptabel niedrige Lichttransmission. Beispielsweise sind die oben beschriebenen abblendbaren Gläser nicht nur klotzig zu tragen und erfordern ein "Halteseil" in Form eines Synchronisatorkabels, sondern sie sind auch nicht in der Lage, mehr als 20% des gesamten einfallenden Lichtes zu transmittieren. Während Brillen mit nur einem Paar von ebenen Polarisatoren, wie sie beispielsweise in Fig. 2 erläutert sind, weniger beschränkt zu tragen sind und bis zu 40% des einfallenden Lichtes transmittieren, wird diese Ziffer immer noch als zu niedrig für die meisten Luft- und Raumfahrtanwendungen betrachtet. Schließlich haben sie niedrige Toleranzen für abweichende Ausrichtungen zwischen ihren Achsen und der eines entfernt angeordneten ersten Polarisators, wie es beispielsweise durch Neigen oder Verdrehen des Pilotkopfes verursacht werden würde.
Eine exemplarische erste bevorzugte Ausführungsform einer stereoskopischen Anzeige 100, die mindestens einen Teil dieser Nachteile überwindet, ist in Fig. 3 erläutert. Die Anzeige 100 umfaßt eine CRT 102 mit einem Schirm 104, welcher mit einer seltenen Erde (schmales Emissionsband) Phosphorschicht beschichtet ist, welche sichtbares im wesentlichen monochromatisches Licht imitiert, das eine relativ scharfe Emissionsspitze bei einer Wellenlänge von ungefähr Lo aufweist, wenn ein Elektronstrahl von der CRT-Kanone auftrifft.
Einrichtungen, welche nicht gezeigt sind, sind vorgesehen, um den Schirm 104 mit einem Elektronenstrahl aus der Kanone so zu "überstreichen", daß jeweils abwechselnd aufeinanderfolgende Paare von im wesentlichen monochromatischen unpolarisierten Bildern 106 entsprechend der rechtsäugigen und linksäugigen Perspektive eines dreidimensionalen Subjektes oder Szene von dem Schirm projiziert werden mit einer Rate von mindestens 120 Bildern pro Sekunde, um Flackern zu vermeiden.
Die Anzeige 100 umfaßt ebenfalls einen variablen Polarisator 107 einschließlich eines Zirkularpolarisators 108, welcher einen Linearpolarisator 108a mit einer optischen Achse einschließt und eine vierte Wellenplatte 108b, welch eine "langsame" Achse in 45º mit Bezug auf die Polarisatorachse aufweist, so daß das Paar zusammen die Funktion eines Zirkularpolarisators hat. Der Zirkularpolarisator 108 kann entweder als rechtshändiger Zirkularpolarisator (RHCP) oder als linkshändiger Zirkularpolarisator (LHCP) gebaut sein, welcher auf das Bild 106 von der CRT 102 wirkt, um dieses zirkular in der gleichen Richtung oder "Chiralität" zu polarisieren, wie der Polarisator.
Der variable Polarisator 107 umfaßt ebenso eine doppelbrechende nematische Flüssigkristallzelle 110, welche vor dem Zirkularpolarisator 108 angeordnet ist. Die nematische Flüssigkristallzelle 110 hat ebenfalls eine langsame Achse und wird als variable "Verzögerungs"-Platte verwendet , das heißt eine Platte, deren differentielle Verzögerung zwischen schnell und langsamer Achse variabel ist zwischen Null und einer halben Welle abhängig von der über sie angelegten Spannung. Folglich ist gemäß der Konvention, wenn die Verzögerungsplatte eingeschaltet ist (hohe Spannung angelegt) die Platte optisch neutral und ein rechtshändig zirkularpolarisiertes Bild 112 (durchgezogener Pfeil), welches von dem Polarisator 108 kommt, wird durch die optisch klare Verzögerungsplatte 110 transmittiert, da das RHCP Bild 114 in seiner Polarisation nicht beeinflußt wird (durchgezogener Pfeil). In dem Aus-Zustand (niedrige Spannung angelegt) wird die Verzögerungsplatte 110 so eingestellt, daß sie um eine halbe Welle verzögert und das Bild 112 wird von ihr zu einem LHCP Bild 116 (gepunkteter Pfeil) transformiert.
Wenn der variable Verzögerer 110 zwischen Aus- und Einzuständen synchron mit der Bildprojektionsrate der CRT 102 mittels des Blocks mit der Bezeichnung "SYNC" geschaltet wird, dann treten Rechtsaugen- und Linksaugenperspektiven von dem variablen Polarisator 107 mit einer Zirkularpolarisation von entgegengesetzter Richtung codiert aus.
In der erläuterten exemplarischen ersten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Brille 118, die zum Decodieren oder Analysieren der rechtshändigen und linkshändigen Perspektiven für die entsprechenden Augen verwendet wird, ein Paar von cholesterischen Flüssigkristallelemente 120R und 120L, welche auf die bestimmte Farbe oder Wellenlänge der Bilder "abgestimmt" sind. Unter "Abstimmung" ist gemeint, daß die Schicht aus cholesterischem Flüssigkristallmaterial in den Elementen so eingestellt ist, daß ein Brechungsindex von n und ein Abstand p eingestellt ist, wobei np ungefähr gleich Lo der Wellenlänge der Bilder ist.
Ein cholesterisches Flüssigkristall funktioniert als ein wirksamer Zirkularpolarisator für Licht einer Wellenlänge nahe oder bei Lo. Daher wird in dem Spektralbereich nahe Lo nur eine Richtung von zirkularpolarisierten Licht nahe oder bei Lo transmittiert, wohingegen zirkularpolarisiertes Licht der entgegengesetzten Richtung nahe oder bei Lo reflektiert wird. Licht von anderen Wellenlängen wird von der cholestrischen Schicht nicht beeinflußt. Da die Verdrehrichtung des cholestrisch Flüssigkristallmaterials entweder rechtshändig oder linkshändig gemacht werden kann, kann die Cholestrik entweder in ein RHCP oder in ein LHCP eingestellt werden. Gemäß der Konvention hat die vorangegangene einen Film oder eine Schicht, welche rechtshändig zirkularpolarisiertes Licht reflektiert und linkshändig zirkularpolarisiertes Licht mit einer hohen Effizienz transmittiert, wohingehen die letztere genau in der entgegengesetzten Weise funktioniert.
So umfaßt die Brille 118 der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 3 ein cholestrisches Flüssigkristall RHCP für ein Auge und ein LHCP für das andere, die beide auf Lo eingestellt sind, der Emissionsspitze des CRT Phosphors. Wenn die Rechtsaugenbilder zirkularpolarisiert werden in rechtshändiger Richtung und die linkshändigen Bilder entgegengesetzt polarisiert sind, dann umfaßt das Rechtsaugenelement 120R ein LHCP und das Linksaugenelement 120L ein RHCP.
Wenn die Umgebung mit der cholestrischen Brille 118 betrachtet wird, dann ist die Lichttransmission nahe 100% mit Ausnahme für den Satz von Wellenlänge nahe Lo, wo die Transmission nahe 50% ist, aufgrund der nahezu perfekten Transmission in eine Richtung der Zirkularpolarisation und der nahezu perfekten Reflexion in der anderen. In dieser Hinsicht können die cholestrischen Elemente 120R und 120L als sehr schmale Paßbänder oder "Schlitz"-Filter mit einem Zentrum aus der Frequenz fo = C/Lo betrachtet werden. Da der aktive Bereich um Lo ziemlich schmal gehalten werden kann, ergibt sich eine hohe Lichttransmission, wodurch die beiden Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Die sich ergebende Brille 118 erscheint im wesentlichen klar und kann leichtgewichtig hergestellt werden zum Beispiel als ein herunterziehbarer Schirm in einem Pilothelm und erfordert kein elektronisches Verbindungskabel zu der CRT.
Es sollte weiterhin beachtet werden, daß, wenn die Polarisatoren, die in dem variablen Polarisator 107 und der Brille 118 verwendet werden, Zirkularpolarisatoren sind, die Drehung des Beobachterkopfes in eine der Seiten nicht zu einer Desorientierung der jeweiligen Achsen führt und daher werden die "Geister"-Probleme der herkömmlichen Anzeigen, wie sie oben diskutiert wurden, ebenfalls vermieden.
Eine alternative Ausführungsform einschließlich einer Anzeige von großer Helligkeit wird erreicht durch Ersetzen der Zirkularpolarisatoren 108 in dem variablen Polarisator 107 mit einer cholestrischen Flüssigkristallplatte ähnlich der in der Brille 118, welche ebenfalls auf die Emissionsspitze Lo des CRT Phosphors abgestimmt ist. Dies führt zu einer beträchtlichen Erhöhung im Lichtbetrag, welcher den Beobachter von der CRT erreicht, wodurch die Anzeige geeignet wird für beispielsweise Bedienungen mit hohem umgebenden Licht.
Als eine andere beispielhafte alternative Ausführungsform ist eine stereoskopische Vielfarben- oder Vollfarben-Anzeige 200 schematisch in Fig. 4 erläutert, wobei Elemente ähnlich denen von Fig. 3 entsprechend numeriert sind plus 100. Die Anzeige 200 umfaßt eine CRT 202 mit einem Schirm 204 mit einer Matrix aus selten Erden Phosphorelementen, die darauf aufgebracht ist, wobei jede in der Lage ist, Licht mit einer verschiedenen aus einer Anzahl von schmalbandigen Farben zu emittieren, wenn es mit elektromagnetischer Energie z. B. einem Elektronenstrahl beleuchtet wird.
Für die Vollfarbenanzeige können die Phosphorelemente auf dem Schirm 204 in benachbarten Gruppen beispielsweise konventionellen Dreiergruppen von primärfarbigen Phosphorelementen, das heißt rot, blau und grün abgelagert werden und konventionelle Fernsehverfahren können verwendet werden, um Vollfarben rechtsäugiger und linksäugiger Bildpaare oder Rahmen 206 zu erzeugen, wobei jedes Bildfeld aus der Summe von drei monochromen primärfarbigen Bildkomponenten besteht.
Die variablen, hellen Vollfarben-Polarisatoren 207 verwenden eine variable Verzögerungsplatte 210, identisch zu derjenigen, die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform diskutiert wurde, sowie auch einen "Stapel" von individuellen cholestrischen Flüssigkristall-Zirkularpolarisatoren 208A, 208B und 208C, die anzahlmäßig gleich der Anzahl der verschiedenen Bildprimärfarben sind, wobei jede auf eine der Primärfarben der Bildkomponenten abgestimmt ist. In der erläuterten exemplarischen Ausführungsform sind drei LHCP's gezeigt, die jeweils auf die Farben rot, grün und blau abgestimmt sind. So kann das Codieren der rechtsäugigen und linskäugigen Bilder mit ihren jeweiligen entgegengesetzten Polarisatoren innerhalb des variablen Polarisators 207 als eine monochromatische komponentenweise Darstellung betrachtet werden.
Die analysierende Brille 218, welche in der Anzeige 200 verwendet wird, umfaßt einen rechtsäugigen und einen linksäugigen Analysator 222R und 222L und umfaßt ebenfalls "Stapel" von Paaren von entgegengesetzt ausgerichteten cholestrischen Flüssigkristallpolarisatoren, wobei jedes Paar in dem Stapel auf eine der Farbkomponenten abgestimmt ist und innerhalb der Brille angeordnet ist, um die geeignet codierten Bilder für das entsprechende Auge zu transmittieren und die ungeeignet codierten Bilder zu reflektieren. Ein vergrößerter teilweiser Querschnitt durch den rechtsäugigen Analysator 222R ist in Fig. 5 dargestellt und umfaßt drei cholestrische Flüssigkristallmaterialschichten oder Filme 22t&, 226B und 226G entsprechend den rechtsäugigen Analysatoren, die auf die Farben rot, blau und grün abgestimmt sind.
Der Fachmann wird erkennen, daß verschiedene Abänderungen in Hinsicht auf die Materialien, den Aufbau und das Verfahren in den oben diskutierten und erläuterten Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise kann in einer Kopfanzeigenanwendung es wünschenswert sein, die CRT und den variablen Polarisator zu invertieren und diese um 90º relativ zur Vorwärtssichtlinie des Piloten zu drehen. Wenn ein halbversilberter Spiegel in 45º von der Sichtlinie zwischen dem variablen Polarisator und der Analysatorbrille angeordnet ist, können dreidimensionale Bilder dem Piloten angezeigt werden innerhalb der Umgebung der Vorwärtssicht des Piloten.
Ebenso ist zu beachten, daß die Bildquelle nicht notwendigerweise eine CRT sein muß, sondern auch jeden anderen Typ von erneuerbarer Anzeige umfassen kann, so sind z. B. Flüssigkristall, lichtemittierende Dioden (LED), Vakuumfluoreszenz, etc. und andere Abänderungen ebenfalls möglich.

Claims

1. Stereoskopische Anzeige (110; 200) einschließlich einer Vorrichtung (102; 202) zum sequentiellen Projizieren von Paaren von aufeinanderfolgenden Bildern (106; 206) entsprechend der perspektivischen linksäugigen- und rechtsäugigen Ansicht einer Szene; variable Polarisatorvorrichtung (107; 207), die so angeordnet ist, daß sie sequentiell mit der Projektionsvorrichtung (102; 202) schaltet, um die jeweiligen Bilder jedes Paares in entgegengesetztem Sinne zirkular zu polarisieren; und Sichtvorrichtung (118; 218) mit einem Paar von Zirkular- Polarisationseinrichtungen (120; 220), jeweils eines für jedes Auge eines Benutzers, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Bilder im wesentlichen monochromatisch ist und jede Zirkular-Polarisationseinrichtung so angeordnet ist, daß sie nur eines von jedem Paar der zirkularpolarisierten Bilder hindurchläßt, wobei Licht von Frequenzen anders als diejenigen, der im wesentlichen monochromatischen Bilder durch die Sichtvorrichtung (118; 218) im wesentlichen unbeeinflußt ist.

2. Anzeige nach Anspruch 1, in welcher jeder Zirkular-Polarisatoreinrichtung (120; 220) ein cholesterisches Flüssigkristallelement umfaßt.

3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die variable Polarisatorvorrichtung (107; 207) einen Zirkular-Polarisator (108; 208) und einen variablen Verzögerer (110; 210) umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie zwischen einer ersten Betriebsart, welche eines von dem Paar der Bilder mit seiner Polarisation im wesentlichen unbeeinflußt und einer zweiten Betriebsart schaltet, welche das andere des Paares mit einer Verzögerung von im wesentlichen einer halben Welle hindurchläßt.

4. Anzeige nach Anspruch 3, in welcher der variable Verzögerer (110; 210) eine Schicht von nematischem Flüssigkristallmaterial umfaßt.

5. Anzeige nach Anspruch 2 oder 3, in welcher der Zirkular-Polarisator (108; 208) einen Linear-Polarisator (108a) und eine Viertel-Wellen-Platte (108b) umfaßt, welche eine langsame Achse im wesentlichen unter 45º zu der Achse des Linear-Polarisators aufweist.

6. Anzeige nach Anspruch 2 oder 3, in welcher der Zirkular-Polarisator (108; 208) ein cholesterisches Flüssigkristallelement umfaßt.

7. Anzeige nach einem der vorangegangenen Ansprüche für Vielfarben-Bilder, in welcher eine Projektor-Vorrichtung (202) so angeordnet ist, daß sie eine Anzahl von verschiedenfarbigen, im allgemeinen monochromatischen Bildkomponenten projiziert, welche zusammen hintereinander linkes-Auge- und rechtes-Auge-Vielfarbenbilder bilden, wobei die Sichtvorrichtung (218) eine Anzahl von Paaren von Zirkular-Polarisationseinrichtung (220) in gleicher Anzahl zur Anzahl der Bildkomponenten umfaßt und jede für eine der verschiedenen Bildkomponenten-Farben wirksam ist.

8. Anzeige nach Anspruch 7 in Abhängigkeit von Anspruch 3, in welcher die variable Polarisationseinrichtung (207) eine Anzahl von Zirkular-Polarisatoren (208) in gleicher Anzahl zur Anzahl der Bildkomponenten umfaßt und jede wirksam ist für eine der verschiedenen Bildkomponenten-Farben.

9. Anzeige nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher die Projektionsvorrichtung (102; 202) eine Kathodenstrahlröhre umfaßt, welche eine schmalbandige Selten-Erde-Phosphorschicht aufweist.

10. Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in welcher die Projektionsvorrichtung eine Flüssigkristallanzeige oder eine Licht-Dioden-Anzeige umfaßt.

11. Anzeige nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher die Sichtvorrichtung (118; 218) als Brille vorgesehen ist.