JP2589834B2 - 改良されたビデオディスプレイシステム - Google Patents

改良されたビデオディスプレイシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、ビデオディスプレイ装置に関し、より特定
すれば、投射光学系に関連して能動マトリクスLCDを採
用する改良されたビデオディスプレイシステムに関する
ものである。
発明の背景 陰極線管(CRT)を用いたビデオディスプレイは、CRT
技術が現在なお多くの問題を有するとは言え、種々の目
的のために広く用いられている。CRTにおいて画像サイ
ズが依然として制限されていることは群観察を困難にす
るものである。家庭用の最小サイズに関する最小19イン
チ(対角線計測)の画像サイズを有する現在のディスプ
レイ装置は、大きくて取扱いにくいものであり、それを
設置する部屋の美観を損ね、また塵がたまり易く、しか
も床面積を有効に利用できず、全体として美観の不調和
を生ずるものである。さらに、人が座って視聴し易いよ
うに設置するため、ベッドからは視聴しにくい配置状態
となる。これらの形式的もしくは軽微な不便さを加え
て、カラーTVセットから放射されるX線による健康への
危害やフリッカ(ちらつき)度合いに関する目の疲れ、
及び高電圧による危険や画像管の破壊の可能性などが望
ましくない問題を提起している。
CRT型ビデオディスプレイの画像品質問題はカラー歪
み、地球磁場の影響による解像度の低下、収束誤差、経
時変化又は誤調整、並びに走査線や可視的な燐光ストラ
イプ及び燐光ドットなどのようにTVディスプレイ全般に
おいて固有の視覚的要因に基づく解像度の低下を含むも
のであり、これらは近距離で視聴するとき特に顕著な問
題となる。これらの視覚的要因は映画館における映像よ
りも劣る像品質しか与えないものである。近年“投射テ
レビジョン”が開発され、かつ市場に出回るようになっ
てきた。これらのテレビジョンは小型観賞スクリーンに
よる問題を解決するものであるが、前述したそれ以外の
問題は依然として残るものであり、さらにこの方式独特
の新たな問題をも伴うものである。すなわち、投射型テ
レビジョンは標準型の直接観賞用テレビジョンより高価
となり、さらに配置が複雑で、重量及びサイズを大きく
し、その携帯性もしくは可撓性を損なうことになる。投
射型テレビジョン方式としては二つの形式が一般化して
いる。その一つは各々投射レンズを付した3個のCRTを
用いるものであり、他の方式は電子ビームによって走査
されるオイルフィルムを用いるものである。
このCRT型システムは、比較的薄暗い照明による視聴
環境を要求するとともにきわめて限定された観賞角度し
か許容しない高価な特定のスクリーンを要求するもので
ある。3個のCRTは青、緑及び赤色原色において画像を
発生する。また、アイドファーシステム(Eidophor Sys
tem)としても紹介されるオイル型システムは、比較的
短い寿命しか有しない3個の“走査オイル素子”及び外
部光源を用いるものである。結局いずれのシステムにお
いても、これらの画像は一つのカラー画像を形成するよ
うにスクリーン上に収束されなければならない。いずれ
の方式においても、レンズの曲率及び回路の性能変化に
基づいてスクリーン上への妥当な収束を達することが難
しく、時には余分に30分以上の調整時間を要することが
ある。そして、プロジェクタ又はスクリーンが取り替え
られれば、その収束調整手順をその都度繰り返さなけれ
ばならない。CRTは可能な限り高輝度を得るため、高ア
ノード電圧で駆動される。アノード電圧の上昇はまた、
X線による危険性を増大するとともに管寿命を短くし、
さらに高電圧に関連するその他の問題をも誘発するもの
である。3個のCRT管は管の破壊する確率を倍に増加す
るものである。
近年、“ライトバルブ”型システムを用いることによ
り上述の問題を解決しようとする種々の試みがなされて
いる。このタイプのシステムは必要な輝度を得るために
外部光源を用い、ライトバルブにより画像情報を支持す
るように光を変調するものである。効果的に動作し得る
ライトバルブを開発するための調査及び実験は、物理的
効果と結合された種々の光学効果を利用することに焦点
が定められ、さらにライトバルブにおいて所望の効果を
達成するための種々の材料を発見し、かつ製造しようと
するものである。オイル走査型システムを除けば、有利
にかつ経済的に製造できるような他のライトバルブシス
テムは存在しない。実験はまた、CRT画面への電子ビー
ム走査と同時に観賞スクリーンへのイメージ走査を行う
レーザシステムについても行われた。しかしながら、レ
ーザシステムは携帯性の見地からは大き過ぎるものであ
り、使用及び維持のためにはきわめて複雑で経済的に高
価となり、危険性も大きく、しかも大画像の表示を不鮮
明にするものである。種々のライトバルブシステムにお
いて主に用いられる物質は、石英、カリウム二水素燐
酸、リチウムニオブ酸塩、バリウムストロンチウムニオ
ブ酸塩、イットリウムアルミニウムガーネット、又はク
ロームオキサイドなどのような結晶体、又はセマチック
もしくはネマチック型の液晶、又は支持液中のイオドギ
ニンスルフェートなどのような懸濁粒子などである。こ
れらの物質及び他の類似の物質は1または2以上の光学
効果を利用するために用いられる。すなわち、これらの
効果としては、偏光面の回転を発生し、又は加えられた
電界に基づくその物質の屈折率を変化するような電気−
光学効果、加えられた磁界を利用する磁気−光学効果、
電気−歪み効果、圧電−光学効果、静電粒子配向、光伝
導度、音響−光学効果、カラー写真効果、レーザ走査誘
導型二次電子放射、及びこれらの効果の種々の結合が存
在する。一つの不都合としては、このようなライトバル
ブは大きい絞り開口を有する大量のものを廉価に製造す
ることが不可能であり、しばしば有毒で危険かつ製品品
質において矛盾したものとなる。
すべてのライトバルブにおいては、異なった情報のた
めには異なった領域を用意しなければならず、したがっ
て、各領域を通じて異なった光量が発生し、それは総光
ビームにおいて完成した画像となるまで加えられる。こ
れはその物質がレーザ又は電子ビームにより走査される
べきことを要求し、導電路の小さい喰い違いのためにア
ドレス指定されるべきその物質の上に直接又は近接した
位置にマトリクスを配置すべきことを要求するものであ
る。走査ビーム方式においては、ガス排出、物質の腐
食、並びに輝度及び熱照射光に基づく画像情報損失の問
題が存在する。電気マトリクスシステムは技術者に対し
超高速のスイッチング回路を伴う良好な導電特性を要求
するが、これは物質の与えられた領域を活性化すべく要
求される高電圧下においては実施不能である。ここでの
約束により主システム(小領域をアドレスするために開
発された)はしばしば電子多重化として紹介される。
電子多重化は液晶などのような低電圧動作物質によっ
てのみ動作するものである。この方法によれば、すべて
の画像アドレスは導通グリッド上のx及びy座標とな
る。与えられた画素領域を活性化するため、x及びy導
体には特定された種々の大きさの電圧を印加しなければ
ならない。したがって、それらが互いに整合する領域が
閾値を越えて変調される。このような多重化に関する主
な欠点は、局部電界により影響された周囲領域が存在す
る場合のクロストークであり、これは周囲画像に影響を
与える誤動作データを発生する。クロストークはまた、
電子及びレーザ走査される物質に伴う問題として、コン
トラスト及び解像度と、色の飽和度及び精度を低下させ
るものである。これらのライトバルブは持続性がほとん
どなく、1回に一つの画素領域が活性化されるものであ
るため、全画素が“オフ”であれば、スクリーンを経て
究極的に観賞者まで到達する光をほとんどなくし、大部
分の時間は光を浪費して比較的小さいコントラストによ
る不鮮明な画像を再生し、これを補償するためにより高
輝度の光源を設けた場合には、より多くの熱を発生する
ものである。リフレッシュ速度を高くすることはより速
いスイッチ時間及びより速い応答性を有する物質が要求
されるため実質的ではない。
今日出回っている“ポケット型TV"は電子多重技術を
用いているが、画像が小さいため、光源輝度及び周囲条
件が制限される。但し、これらの欠点はそれほど顕著で
はない。しかしながら、映像が投影されるとき、前述し
た欠点は拡大され、大画素が映像品質を減ずるような顕
著な正方形及び列を形成する場合などにおけるそのよう
な欠点は許容範囲を越えたものとなる。さらに、コント
ラストは著しく低下し、したがって“黒”の表示が不可
能となる。さらに、コントラストを低下させる原因とし
て、高輝度高熱ランプはLCDを加熱して画像の中心部に
“ホットスポット”を発生し、それをガウス分布状パタ
ーンにおいて展開させ、これがさらにコントラストを低
下させる原因となる。演色性はまた、CRTにおけるより
もポケットTVにおいて顕著に低下することになる。
従来のビデオディスプレイ装置に関連するこれらの問
題点等を解決するため、本発明はきわめて大きい調整可
能サイズのビデオ映像であって、しかも高品質性を保持
し、通常照明の室内において観賞するに十分な輝度特性
を有するビデオ映像を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、特別に構成されたLCDラ
イトバルブと、内部もしくは外部スクリーンに対して正
面もしくは背面投射を行うための独立した光源及び光学
系を用いたビデオネィスプレイ装置を提供することであ
る。
本発明のさらに別の目的は、高解像度及び高コントラ
ストを有し、CRTのそれを越えたより正確な演色性を発
揮するディスプレイを可能とし、フリッカに関する歪み
を減少するとともにストライプ又は画素の外縁を制限す
るものである。
本発明のさらに別の目的は、大型スクリーンの存否に
関係なく比較的廉価に大量生産し得る、長期間点検不要
な動作寿命を有する小型軽量の携帯システムを提供する
ことである。
本発明のさらに別の目的は、観賞に先立って収束性又
はその他の特性を複雑に調整する必要のないシステムを
提供することである。
本発明のさらに別の目的は、X線を発生し又は管が破
裂するという危険がなく、比較的低電圧で動作するシス
テムを提供することである。
本発明のいま一つの目的は、特別のスクリーンを必要
とせず、例えば天井面に容易に投影し、比較的広角で観
賞できるようにしたシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、三次元映写が可能なシステ
ムを提供することである。
発明の要約 本発明のこれらの目的等は以下の説明において明らか
になるところであるが、それはマトリクス配置された液
晶素子の各々を電子的にアドレス指定し、かつ活性化す
るための“能動マトリクス”を用いた画像形成用液晶デ
ィスプレイ装置(LCD)を含む“改良されたビデオディ
スプレイシステム”によって達せられる。マトリクスは
個々のセパレートトランジスタ又は他の適当な半導体
が、各画素制御信号をストアするために各画素に近接し
て形成された状態において“能動型”ということができ
る。ビデオディスプレイシステムはさらに、LCDを照射
するための光源を含む投射光学機構と、前記光源からの
光を平行化(コリメート)する光学系と、前記LCDから
画像を所定の観賞面上に投射し、かつ収束するためのレ
ンズシステムからなっている。
本発明の一実施例における重要な態様は、単一の多色
LCDから得られた三つ組のカラー画素を重ね合わせるこ
とによりそれらの間のスペースを伴う合成カラー画素を
形成するための二色性ミラーシステムを用いることであ
る。
本発明の別の局面は画素間のスペースを満たすことに
関連する。これらの間のスペースは4−ミラーシステム
を用いて満たされる。この場合、第一対のストライプミ
ラーは各画素を写像して映像を画素間にすでに存在する
スペース中へ移動させるものである。また、第二対のミ
ラーは新たに発生した画素列を写像して原画素像及び複
写画素像を垂直に移動させて画素間の残りの空間を満た
すようにする。
他の方法は個々の画素イメージを拡大及び平行化する
ために拡大レンズアレイ及びコリメートレンズ又は第二
コリメートレンズを用いることである。
本発明は以下添付の図面を参照して行う好ましい実施
例の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。
図面の簡単な説明 第1図は各々の像を一つの共通スクリーン上に投射す
る3個のLCDを示した本発明の略図、 第2図は3個のLCDの像が1組の映写光学系を介して
共通スクリーン上に重畳映写されるようにした本発明の
変形例を示す略図、 第3図は隣接間隔を短縮した種々の画素を示す略図、 第4図は重ね合わされた“フルカラー画素”の投射映
像を示す略図、 第5図は隣接した画素間のスペースを満たす方法を示
した4−ミラーシステムの略図、 第6図は第5図の4−ミラーシステムにおける第一対
のミラー(“細長ミラー対”)により画素間のスペース
を満たす態様を示した略図、 第7図は第5図の4−ミラーシステムにおける前記細
長ミラー対を拡大して示す略図、 第8a及び8b図は本発明のレンズシステムの実施例をそ
れぞれ示す略図、 第9a図は本発明の好ましい実施例における二色性ミラ
ーシステムの略図、 第9b図は付加的な光路を含むように変形された第9a図
と類似の二色性ミラーシステムの実施例を示す略図、 第10図は2個のフルカラーLCDを通じて可視スペクト
ルにわたる透過光強度曲線であって、一方のLCDが段階
状の厚み(ステップドシックネス)を有するLCDキャビ
ティと対比された一対のLCDキャビティ厚さを有する状
態を示すグラフ、 第11a及び11b図は透過光強度−対−2個のフルカラー
LCDにおいて用いられた3波長のための印加電圧の関係
を示すグラフであって、一つのLCDが一定厚さのLCDキャ
ビティを有し、別の一つのLCDが段階状厚さのLCDキャビ
ティを有するようにしたものを示すグラフ、 第12図は赤、緑、及び青色光線がそれを横切るように
したLCDの異なった厚さを示すために描かれた“段階状
厚さ”を有するLCDキャビティの拡大略図、 第13図はCRTディスプレイ及び通常のカラーLCDディス
プレイのカラーレンジを本発明による一定のキャビティ
厚さ及び段階状厚さを有するLCDキャビティと比較して
示すCIE色度図、 第14図はベネチアン−ブラインド型の背面投射スクリ
ーンによる本発明の構成を採用した背面スクリーン投射
システムを示す略図、 第15a図はフルカラーLCDにおいて対応するカラー画素
領域上のカラーフィルタを示す略図、 第15b図は三色の組を表わす3個の画素が三角形によ
って示された選択的な画素配列の略図、 第16図は本発明において採用された音響抑制システム
を開放して示す斜視図、 第17図は本発明の好ましい実施例の略図である。
好ましい実施例の説明 これまでに吟味された動作可能なすべてのビデオディ
スプレイシステムのうちの一つとして前述の問題点を解
決するための最も効果的なものは、透過もしくは反射モ
ードにおいて用いられ、アドレス指定のための導電マト
リクスを有することにより液晶の偏光/回転又はスキャ
ッタリング能を利用するLCDディスプレイシステムであ
る。最新のビデオディスプレイ設計に対して種々の変形
が加えられるが、それは現在提起されている問題点を排
除するために電子多重化技術を用いるものである。
電子多重化技術を用いる現在のLCD−TVディスプレイ
は、十分に小さな画像を発生するものであるが、このよ
うな画像の大画面に投影されると、伝達される光はゼロ
にはならないため、コントラストを低下することにな
る。さらに、電子多重化によれば、クロストーク及び隣
接画素への“電子漏出”が発生して解像度及びカラー忠
実度を低下させることになる。画素のモザイクであれ
ば、各画素は正確な電流を受け入れて、各画素の原画輝
度並びにその演色性を再現しなければならない。さら
に、各画素は走査フィールドの一部分でのみターンオン
されるため、光は浪費され、かつ画素は不鮮明となる。
映像は不鮮明なものから鮮明なものに再生(リフレッシ
ュ)できないため、フリッカ並びに輝度効率調整不可能
なLCDの残像に支配されることになる。
その結果、出願人はライトバルブ投射素子について新
たな概念を提起するものである。この概念は各画素に隣
接して薄膜トランジスタを被着させることにより、いわ
ゆる“受動型”マトリクスでなく、“能動型”のものを
形成するということである。現今の多重化に代えて、各
トランジスタはそれが変化するまでストアされるある電
圧レベルを受け入れ、各画素のための単純な“トランジ
スタメモリ”を形成するものである。これにより各画素
はアドレスされ、かつターンオン(光透過又は反射)さ
れる。このオン状態は次のフレームのデータが現れるま
で維持される。このシステムによれば、インターレース
走査を用いる必要がないため、フリッカを除去すること
ができる。各画素はフレームの全長にわたってオンであ
り、次のフレームにおける画素のために透過率又は反射
率の妥当なレベルまで直ちに変化するものである。各画
素はすべての時間にわたってオン(所望量)となり、外
部光源からの光の最大スループットを許容するものであ
る。
この“能動マトリクス”はより高い輝度と与えられた
輝度レベルにおける少ない発熱を許容するものである。
各トランジスタの分離的なアドレス指定及びそのトラン
ジスタの付勢は各画素に通ずる電流を決定し、画素間に
ある程度の“デッドスペース”(死空間)を導入するこ
とに加えて、各画素が隣接画素からの何等のクロストー
クも存在しない正確な電流量を受け入れることを確実に
するものである。画素間に“デッドスペース”を許容す
ることにより、トランジスタの配置(隣接画素からの電
界が混在して誤ったデータを生じ、コントラストを低下
させ、かつ色混合を損なうような液晶(“オーバーラッ
プ”領域における配置)の必要性はクロストーク問題を
排除するものである。これらの領域を覆う不透明黒色の
配置は少なくとも二つの目的を有するものである。一つ
の目的は不当に変調され、もしくは無変調の光がスクリ
ーンに達することを阻止してトランジスタが強い光及び
熱の輻射による損傷を受けることから保護するものであ
る。この面積は画素サイズの分数となり得る。このよう
な薄膜トランジスタ能動マトリクス変調システムの使用
はコントラスト、輝度、フリッカ、及び演色性に関する
多くの問題点を排除するものである。半導体材料の被覆
に関する技術方法は、このシステムを量産するために用
いることができる。
この新たなLCDライトバルブは投射光学系に関連して
用いられる。好ましい実施例においては第17図に示す通
り、光源(1700)はコリメート光学系(1710)によりコ
リメートされる。このコリメート光学系は球面もしくは
放物面反射器(1720)、集光レンズ(1730)、及びコリ
メートレンズ(1740)からなっている。LCDライトバル
ブ(1750)はこのコリメート光線により照射され、その
面上にフルカラー光学像を発生する。次に、投射光学系
(1780)はこの像を観賞画面(1790)上に結像する。さ
らに説明する通り、選択的に映写像の品質を改善するた
め、それらの間のスペースによりフルカラー画素を形成
する三色組の画素を重ねるためのサブシステム(1760)
が用いられる。さらに説明する通り、画素間のスペース
を満たすためには別のサブシステム(1770)が用いられ
る。低い解像度とコントラスト、及びカラー忠実度とグ
レーレベルの源は必要な光投射管により発生した熱であ
る。この熱は光と同様にLCDをガウス分布状パターンに
おいて照射し、そのLCDの中央に“ホットスポット”
(加熱点)を生じさせる。過大な熱量はLCDに損傷を与
えるものである。熱量が損傷を与えるような閾値に達し
ていなくても、すでに述べたような映像の劣化はLCDの
膨張により、そのLCDを通過しなければならない光路長
の増大に基づいてなお発生する。これは光通過における
偏光面の回転による光散逸(スキャッタリング)を増大
させるとともに、コントラスト、解像度、並びにガウス
分布状パターンにおけるカラー及びグレー表現を低下さ
せるものである。
LCDの加圧効果を減殺するためには幾つかのステップ
が採用される。まず、LCDをも含むすべての光学系は、
例えばパワートランジスタなどにおいてみられるように
比較的大きい放熱手段と好ましく接触して取り付けられ
るべきである。さらに、すべての光学系は二色性反射器
においてみられるような、赤外線スペクトル反射用の妥
当な厚さを有する物質により被覆されるべきである。さ
らに、IR(赤外線)反射ミラー及び熱吸収性ガラスを光
路中に用いることができる。また、容器中に指数整合し
た高沸点流体(液体又は気体)を大量に収容し、かつ収
容範囲内で循環させるか、又は静止させて、さらなる冷
却を行うことができる。選択的に、透過光学系の代わり
に金属製反射光学系を利用してさらなる放熱を行い、か
つIR波長の反射を抑制することができる(すなわち、反
射器はIRにとって非反射性被覆を有するものである)。
LCD並びにシステム中の他の要素を冷却すべく採用し
得る最も単純な構成は冷却ファンの使用である。しかし
ながら、ファンはシステムの音響容積が特に小室などで
きわめて低レベルにあるときには無視し得ないノイズ問
題を生ずる。このようなノイズを抑制するためには、フ
ァンと本発明のハウジングの出口との間において“エア
バッフル”を用いることができる。第16図はプラットホ
ーム(1620)上にファン(1600)を配置してなる音響抑
制システムを示すものである。これにはエアフローブロ
ッカ(1630)を付加することにより、空気を出口(164
0)からハウジング外に放出されるまでに偏向する湾曲
路に沿って進行させる。エアが反射される表面は吸音物
質で被覆され、これにより視聴環境内に出るノイズを顕
著に減少させることができる。ある種のノイズは出口
(1640)においてなお存在するため、そのノイズ減少の
ためにさらに別の構成が採用される。この構成は残留ノ
イズを抽出して増幅器に送り、そのノイズの位相を180
゜反転させるマイクロフォン(1650)からなるものであ
る。反転されたノイズはスピーカ(1660)を介して再生
される。増幅器のボリューム及び位相を正確に調整する
ことにより残留ファンノイズは実質上相殺され、概ね無
音状態を現出する。
用いられる光源の輝度及び与えられたシステムの物理
的及び経済的制約に基づき、LCDには一定のガウス状熱
分布がとどまり、動作時に蓄積される全熱量は時間に応
じて変化することになる。その結果、すでに述べた問題
点を排除し、かつその他の不都合を救済することに加え
て電子的な試みが採用される。
偏向面の回転角度はその光が通過するLCDの厚みに支
配されるだけでなく、加えられる電界の大きさにも左右
されるため、温度効果とは反対に電界を変調して歪みを
排除し、その結果、LCDを通じて安全な性能を発揮させ
ることができる。異なった画素に対して異なった値で印
加されるバイアス電圧に対するこの大きさは、ガウス分
布状パターンを有し、個々のトランジスタ及び/又はア
ドレス回路により制御される。LCDにおいて配置される
サーミスタ又は他の温度検知装置は全体的な平均LCD温
度を監視し、ガウス状バイアス電圧分布を温度が変動す
るとき調整し、それには電子サーボ回路が用いられる。
より正確な温度制御のためには、画素間の間隔中におけ
る各画素トランジスタに隣接してサーミスタ型装置を被
覆配置し、各画素の熱補償バイアスを独立して制御する
ものである。
以上述べた方法は問題点の大半を解決するものである
が、カラー再生においてはそのための満足な方法を用い
なければならず、したがって、画素間のブランク空間に
ついてはある種の処理を施して投射像を拡大する。
単純でコンパクトかつ廉価なフルカラーテレビジョン
投射システムは単一の“フルカラー"LCDを用いて構成す
ることができる。投射方式を用いないフルカラー直接観
賞用映像ディスプレイは単一の“フルカラー"LCDにより
達せられた。しかしながら、この像が投射システムによ
り拡大されるときは幾つかの問題点が露呈されることに
なる。
標準CRT型TVシステムにおいて、赤、青及び緑色画素
データはCRT面上の近接した赤、青及び緑色燐光スポッ
トに対して送り出される。同様に、直接観賞型LCDTVシ
ステムにおいては、赤、青及び緑色画素データはLCDの
近接した領域に対して送り出される。これらの領域はそ
のLCD画素を通過する光が妥当な色彩を帯びるようにそ
れぞれ赤、青及び緑色のフィルタにより覆われる。第15
a図は与えられた色彩の画素が次々とその上に配置され
て、垂直のカラーストライプを生ずるように対応カラー
画素領域上に設けられた単純なカラーフィルタ配列を示
している。3個の水平面内で隣接した画素領域は実際の
像からの単一カラー画素を表わす三つ組を形成する。第
15b図は三つ組のカラーの3画素が三角形を形成するよ
うに配置された選択的な画素配列を示している。このよ
うな小型の圧縮された光の赤、青及び緑色スポットはそ
れらが発現するシーンにおいて色彩の幻影を生ずるもの
である。しかしながら、この像が投射により拡大される
と、各近接した赤、青及び緑色画素はもはや互いの輪郭
がなくなり、像としての色彩領域を発生する。したがっ
て、それらは解体された赤、青及び緑色領域として発現
し、自然に発色した像の外観とは異なったものとなる。
さらに、“能動マトリクス”を発生するために必要な薄
膜トランジスタの被覆が適用されるLCD内の隣接画素領
域の間のスペースは同様に拡大され、さらに解体され、
分裂した不自然な外観の像を発生する。
実際の色彩に代えて、解体された赤、青及び緑色スポ
ットの外観の問題は第9a図に示したような二色性ミラー
システムを用いることにより排除することができる。第
15a図のような画素配列をとる場合、個々の赤、青及び
緑色画素は次のような構成により重ね合わせるべく形成
される。コリメート光線(901)はフルカラーLCD(90
2)を透過して二色性ミラー(903)に入射し、このミラ
ーは青色像のみを反射することになる。残りの赤及び緑
色像は二色性ミラー(903)を透過して二色性ミラー面
(904)上に入射し、このミラー面は赤色像のみを反射
し、緑色像が通過することを許容する。青色像は正面ミ
ラー(910)及び(911)から反射され、さらに二色性ミ
ラー面(905)から反射される。その反射光は青色光線
のみである。ここで青色像は緑色像と再結合する。正面
ミラー(910)及び(911)を調整することにより青色画
素は緑色画素と重畳される。赤色像は正面ミラー(92
0)及び(921)から反射され、さらに二色性ミラー(90
6)から反射される。後者のミラーは赤色光のみを反射
する。この点において、赤色像は青及び緑色像と再結合
し、正面ミラー(920)及び(921)を調整することによ
り赤色画素はすでに結合された青及び緑色画素と重ねら
れる。この節目において、我々は第4図に示すように画
素間に大きいスペースを有するフルカラー像を獲得する
ことになる。
個々の色付画素が第15b図に示すような形でLCD上に配
列され、三つ組カラーが三角形を形成する場合、前記の
ように赤及び青色画素の表現は緑色画素が対応するそれ
らの赤及び青色画素から垂直に変位しているため、後二
者を緑色画素の頂面に重ね合すことを許さない。その結
果、この形態の画素配列は赤及び青色光線により用いら
れる光路と類似した付加的な二色性ミラー光路を要求す
る。これは第9a図におけるシステムの側面図である第9b
図においてより明確に示されており、付加的な光路を含
むように変形されていることが分かる。
コリメート光線(901)はすでに述べた通り、フルカ
ラーLCD(902)を通過する。しかしながら、LCD(902)
及び二色性ミラー(903)の間の距離は二色性ミラー(9
50)が挿入できるように拡大され、この二色性ミラーは
緑色光線を反射するとともに赤及び青色光線を透過する
ものである。すでに述べた通り、(903)は青色光線を
反射し、赤色光線を透過するものである。ここで、ミラ
ー面(904)及び(905)は正面ミラーを形成する。ミラ
ー(906)は赤色光線を反射し、青色光線を透過するも
のである。すでに述べた通り、ミラー(910)、(91
1)、(920)及び(921)は正面ミラーである。さら
に、ミラー(960)及び(970)もまた正面ミラーであ
る。ミラー(980)は緑色光線を反射するとともに赤及
び青色光線を透過するための二色性ミラーである。この
変調機構により、ミラー(911)からミラー(910)の妥
当な分離及びミラー(921)からミラー(920)の分離が
なお赤及び青色画素のオーバーラップを生ずる。さら
に、ミラー(960)及び(970)の適当な分離により緑色
画素をすでに結合された赤−青色画素対とオーバーラッ
プさせるようにする。このオーバーヘッド(頭越し)ミ
ラー配列は第15a図に示したような画素配列を有するカ
ラーLCDとともに用いることができる。この場合、ミラ
ー(960)及び(970)の間のスペースは緑色画素の垂直
変位を阻止するように調整される。これはそれらがすで
に赤及び青色画素と整列しているからであう。緑色光線
のための分離ミラー光路はシステムを等しく通過する各
カラーにより横切られる距離を形成する。これは平行化
(コリメート)されているとはいえ、光がなお距離の進
行に伴って幾分拡大されるという理由で重要である。そ
の結果、異なったカラー成分が異なった距離を進行し、
それらがフルカラー画素像として再結合されたときは、
より短い光路を有するカラー要素はカラー画素の像より
小さい画素像を発生し、より劣った品質のカラー像を形
成することになる。ここで、像は“ストライプ型ミラー
対”システム又はレンズアレイシステムのいずれかから
なる素子(930)を通過し、最終投射の場合の画素間隔
を投射光学系(940)により満たすものである。
対応するカラー画素を重ね合わせて“フルカラー画
素”を形成し、次いで画素間のスペースを画素の拡大又
は複製により満たすようにしたこの結合システムはCRT
型ビデオプロジェクタにおいて等しく有益であり、その
解像度を改善することができる。
上記の外、他の種々の組合せもここに自明である。例
えば、投射システムにおいて3個のフルカラーLCDを用
い、1個のLCDの赤色画素が第2のLCDの緑色画素と重な
り、その緑色画素は第3のLCDの青色画素と重なるよう
にする等である。これはまた、フルカラー画素を発生し
て第9図のミラーシステムの必要性をなくすものであ
る。3LCDシステムは、3個の光源(場合によっては1個
でもよいが)を許容し、輝度を3倍化するものであり、
それは第1図に示されている。
第1図は1個が赤(110)を表示し、別の1個が緑(1
11)を表示し、さらに別の1個が青(112)の画像デー
タを表示するようにした3個のLCDを示すものであり、
その各々は(100、101、102)で示すような適当な色彩
の光により照射される。光源(100)からの赤色光は集
光レンズ(120)により集導され、コリメート光学系(1
30)によりコリメート処理される。投射光学系(140)
は赤画像をスクリーン(150)上に収束させる。同様
に、緑及び青画像はスクリーン上に投射されて、集群を
構成し、フルカラー像を形成する。3個のLCDを採用す
るフルカラーシステムの不利益はプロジェクタ又はスク
リーンが移動する限り、光学系に対して映像の収束に関
する調整を行わなければならないことである。この問題
は第2図に示すように、二色性ミラー及び単一の投射レ
ンズを用いることにより排除される。LCD(200)からの
赤画像情報は正面ミラー(201)から反射されて、二色
性ミラー(204)に向かい、その二色性ミラーは赤色光
を反射するが、青及び緑色光を通過させるものである。
LCD(220)からの青画像情報は正面ミラー(202)から
反射され、さらに二色性ミラー(203)に入射する。こ
の二色性ミラーは青色光を反射するが、緑色光の透過を
許容し、この透過光はさらに二色性ミラー(204)をも
透過する。LCD(210)からの緑画像情報は二色性ミラー
(203)及び(204)を透過する。このようにして全体的
に整合したフルカラー像は投射光学系(205)により投
射され、これによってスクリーン(206)上に所定の映
像を形成する。収束はプロジェクタ又はスクリーンの再
配置とは無関係に常に完全になされる。複数のLCDを用
いることの不利益は多重LCDのコストを増大させること
である。
1個又は3個のレンズのいずれかによりこれらの像は
わずかにずらされて、画素間のスペースを満たすもので
ある。一例として第3図を参照すると、そこでは青色画
素(301)が赤色画素(302)よりわずかに高く、緑色画
素(303)が各赤色画素(302)のわずかに左側に位置す
ることが示されている。異なったカラー画素のずれに関
する多くの他の構成は妥当に考え付くことであり、それ
らはいずれも画像中のブラックスペースを減少する役目
を果たすが、同時に個々のカラーは近接範囲においてよ
り明瞭となる。このような像は十分許容されるものであ
るが、1個か又は複数個のLCDのずれを用いるかという
よりよい結論は、すべての画素を三つ組として正確に重
ね合せることにかかっている(三つ組とは赤、緑及び青
色が一体となってフルカラー画素を形成することであ
る)。この場合、三つ組画素間のスペース(適当なLCD
加工技術により構成される。)は絶対的用件ではない
が、なるべくなら画素の寸法に等しくされる。ここで、
画素像は複製もしくは拡大され、厳密に画素間のスペー
ス中を満たし、“連続像”を発生する。第4図におい
て、各画素(401)は対応する赤、青及び緑色画素の重
なりである。(402)はまた、満たされるべきスペース
を表わすものである。
“フルカラー"LCD又は多重モノカラー(単色)LCDの
いずれかが用いられると、“能動マトリクス”の使用が
画素間のスペースを拡大する。スペースを満たす好まし
い方法はミラーの適当な使用により構成される。画素を
妥当な配置において最少の光損失で複製するミラーシス
テムを構成するためには、特別の“細長ミラーシステ
ム”を用いることができる。その一つの配置形状は第5
図に示されている。フルカラー像情報を含んだ光(50
1)(第4図参照)は(502)及び(503)で示す“細長
ミラー対”に入射する。これは像の全体を複製させ、一
画素の幅を原画像の輝度がおよそ1/2となる範囲におい
て水平方向にずらせ(これはその原画輝度の1/2に輝度
を減少させることになる)、第6図に示したような水平
列中の画素間のスペースを満たすものである。垂直列
(601A)、(602A)及び(603A)は垂直列(601)、(6
02)及び(603)の各複製に当たるものである。第5図
のスペース(504)中に存在する結合像(現画像及び複
製像の結合)は、ここで第2の“細長ミラー対”(50
5)及び(506)を通過し、このミラー対は像を複製する
とともにそれを1画素分垂直にずらせ、等輝度の二つの
像を生成する。これらの像のうちの一方は他方の上にあ
り、第6図において(610)、(611)及び(612)とし
て示した水平列を満たすものである。このようにしてブ
ランクスペースのない“無空”像が形成される。ブラン
クスペースと、個別カラー画素及び画素間の限界を除去
することにより、この方式は今日のCRT画像における近
接範囲内の画素を上回る解像度を達成する。これはCRT
が識別可能なライン、画素及びスペースを有するからに
他ならない。
“細長ミラー対”は第7図において最もよく示されて
いる。単一画素(701)からの光はミラー対の第1ミラ
ー(702)における“クリヤー”スペース(720)上に入
射する。この第1ミラーはガラス、プラスチック、又は
他の適当な物質からなり、その表面には可視スペクトル
を対象とするAR被覆が施され、その反対面はアルミニウ
ム又は銀などのような適宜の反射性物質のストライプに
おいて被覆される。ストライプコーティングは例えば、
ガラス上にストライプマスクを配置し、これを通して真
空蒸着を行うなどの方法により達せられる。選択的にガ
ラスは感光剤により被覆され、所望サイズを有するスト
ライプの投影像に対して露出される。現像後、そのガラ
スは所望のストライプにおいてのみ真空金属被覆を行う
ために露出される。被覆後において、残留した感光剤は
剥離もしくは溶解され、所望のクリヤーストライプが現
れる。
ミラー対のうちの第2ミラー(703)もまた、交互に
クリヤーストライプ及び反射性ストライプを有するもの
である。しかしながら、このミラーにおいては反射性被
覆が薄くしてあり、これによって完全ミラーではなく、
部分ミラー(部分反射−部分透過)が形成される。反射
率の百分率は出現する二つの画素像が等しい輝度を有す
るように調整される。
画素(701)からの光はスペース(720)を透過した
後、部分ミラー(730)に入射し、透過ビーム(710)及
び第1ミラー(702)のミラー面(740)に入射する反射
ビームを生じる。これは光をミラー(703)のクリヤー
スペース(750)を通じて反射し、ビーム(710)の正確
な複製である第2ビーム(710a)を生成する。但し、そ
れはビーム(710)に隣接した状態に変位したものであ
る。画素間のスペースが画素の寸法に等しくなけば、ミ
ラー(702)上のミラー領域(740)並びにミラー(70
3)上のクリヤースペースは画素間のスペースの大きさ
に調整される。
第5図のオーバーヘッド図は垂直ストライプを有する
“ストライプミラー対”(502、503)が“垂直傾き軸”
の周りにおいて、ビーム(501)を基準として傾くこと
により水平変位した複製像を発生し、水平ストライプを
有する“ストライプミラー対”(505−506)が水平傾き
軸”(これは第1ストライプミラー対の傾き軸及びビー
ム(501)に対して直交したものである)のまわりにお
いて傾くことにより垂直変位複製像を発生することを示
している。
画素間のスペースを排除するに当たり、ミラーに代え
てレンズを用いる選択的な方法もまた用いることができ
る。この選択的な方法は、画素間のスペースが画素サイ
ズとは幾分異なるような場合に特に有効に用いられる。
例えば、画素間のスペースが画素寸法よりわずかに大き
いものとする。レンズがフルカラー画素と同数(各画素
(802)上における各レンズの中央と整列させられたLCD
上のカラー三つ組数)であるように構成されたレンズア
レイ(801)(第8a及び第8b図参照)は、第8a及び8b図
に描かれたような各画素を拡大するために用いられる。
ここで、第8a図に描かれたようなコリメートレンズアレ
イ(803)又は第8b図に描かれたような大型コリメート
光学系(804)のいずれかは適当な投射光学系を用いる
ことにより拡大され、かつ隣接した画素を再びコリメー
トするために用いられる。
画素間のスペースが水平よりも垂直方向の画素寸法に
より変動する場合には、スペースを妥当に満たすために
はアナモルフィックレンズ(円柱レンズ)が要求され
る。小型レンズアレイの製造は、従来技術の範疇に属す
るが、比較的容易に入手可能なレンティキュラーレンズ
を用いると、より単純かつ廉価なものとなる。これらの
円筒型レンズアレイは次々に直交したそれらの軸とオー
バーラップして同様の結果を得ることができる。各直交
したレンズ関数の分離はこのような小型サイズにおいて
正確な再現及び構成困難な歪像化レンズの必要性を排除
するものである。
“フルカラー"LCDの形成は別の問題を発生する。これ
は小型ディスプレイにおいてはそれほど顕著なものでは
ないが、大型ディスプレイにおいては主たる問題となる
ものである。この問題とはコントラスト比を低下させる
とともに、フルカラー忠実度を減殺するものである。こ
の結果生ずる不都合を理解し、かつそれを補正するため
に、フルカラーLCDディスプレイの作用は注意深く分析
されなければならない。
次の事項は問題の本質を説明するものである。印加電
圧がない状態で、ある波長(λ)における結晶の厚さを
(d)として、ねじりネマチック型液晶装置から出た透
過光の強度(TI)は屈折率異方性(Δn)及び液晶ねじ
り角(θ)に支配される。(TI)はこれらのパラメータ
値のほとんどまれな同時的組合せにおいてのみゼロに等
しくなる。これは与えられた何等かの結晶における波長
(λ)及び厚み(d)の特別の組合せを除き、ゼロ透過
強度又は“真黒色”を生じないであろうことを意味す
る。かくして、異方性、ねじり角及び結晶の厚みが固定
されておれば、それらは常套的なLCD(2枚の平板間に
液晶を配置したもの)におけるように1回にただ1色の
みが黒色に移行し得る。電圧が印加されればねじり角は
変化し、したがって、異なったカラーが黒色に移行す
る。この非直線性はすべてのカラーにおける同時的な真
コントラストの可能性を排除するものであり、知覚可能
なカラーが追加的に生成されるため、これが真のカラー
忠実度を制限することになる。さらに説明すると、第10
図の破線カーブは与えられた厚さを有する単純型フルカ
ラーLCDの可視スペクトルにわたる透過光強度を示して
いる。第11A図は均一な厚さを有するフルカラーLCDにお
いて用いられた三波長のための非直線的な透過率の変化
を電圧に対して作図したものである。例えば、赤の透過
率が最少であれば、青の透過率は10%、そして緑の透過
率は約5%となる。真黒色を用いないことは低コントラ
スト比をもたらすが、これは今日のLCDにおける主要な
問題点の一つである。この問題を解決するため、結晶の
厚さ(液晶を収容したプレート間のスペース)は正確な
ゼロ電圧において、そのカラーフィルタを透過する特定
波長のための偏光において妥当な回転が生ずるように各
カラーフィルタの下で選択される。用いられる三つの組
のカラーフィルタの各々において、これを行うことによ
り各カラー毎の最少光量は無電圧印加において伝搬され
る。これは黒色をより黒くし、したがって、より高いコ
ントラストを提供するものである。この効果は第12図に
示すような段階状を形成するように1枚のプレートの段
階状被覆もしくはエッチングが行われた場合に達成され
る。
“段階状の厚さ”を有するLCDキャビティの使用によ
り結晶の厚み、波長の組合せは同時に全三色が発生する
ことによる真黒色を許容し、かつその場合の印加電圧と
全色同時の透過強度との間の直線的な関係を確立するも
のである。これについては第10図(実線)において全三
色が同時発生した場合、電圧が印加されなければ透過光
はほぼゼロとなることが示され、さらに第11b図におい
て、全三色の透過光は電圧により変化することが示され
ている。
出願人の説明モデルにおいて、段階状厚さを有するキ
ャビティの使用はコントラスト比を100:1より大きくし
て、カラー忠実度をCRTのそれに近付けることが理解さ
れよう。この高いカラー忠実度は第13図のCIE線図にお
いて破線グラフが常套的な多色LCDディスプレイの色度
を表わし、点線グラフが結晶の厚み変化に伴うLCカラー
ディスプレイの色度変化を表わし、さらに実線グラフが
通常のCRTにおける色度を表わすものである。
開示されたビデオディスプレイシステムとの関連にお
いて、多くの投射フォーマットを用いることができる。
湾曲−方向感応型高反射率スクリーンに加えて、このシ
ステムにはより広角度に分散するスクリーンを用いるこ
とができる。また、基準型映写スクリーンもしくは単な
る壁面であっても、このような高輝度システムによく適
合するものである。正面ミラーの投射用レンズに対する
取付器具を垂直に配置することにより、画像は例えば寝
室の天井に映写させることができる。この技術は従来存
在しないものであり、就寝者が首又は背中をねじること
なくビデオ画像を快適に観賞することを可能にするもの
である。
同様に、背面映写もまた実現される。通常の背面スク
リーンテレビジョンは適当な輝度を得るためにレンティ
キュラーレンズ及びフレネルレンズを必要とするもので
ある。これは画像に識別性のあるパターンを加えるとと
もに、観賞角度を水平及び垂直方向において制限するも
のである。この型のスクリーンは通常のCRTと同様、視
聴者に対して周囲光を反射し、視聴者の視覚の負担もし
くは妨げとなる照り返しによる眩しさ、いわゆるグレア
を生ずるものである。本発明のシステムによれば、輝度
はより高められたため、それほど厳密な制約を有しない
スクリーンを用い、かつ比較的流線形で軽量及び美麗な
外観を有するディスプレイ装置の製造を可能にするもの
である。
本発明の高輝度性はグレーマット(すなわち、織り
布)からなる広角スクリーン材料の使用を可能にするも
のである。これは特定のいずれかの角度から均一輝度で
散光反射なく観賞し得る画像を発生するものである。こ
の無反射スクリーンは管形式及び動作電圧を選択するこ
とによりディスプレイの輝度及び色温度を変化させる能
力と結合され、長時間ビデオディスプレイ端末にとどま
っていなければならない人のために、きわめて疲労の少
ないディスプレイを提供するものである。背面スクリー
ン映写によれば、画像をそれがスクリーンの全体を占め
るまで十分に拡大するために、プロジェクタをスクリー
ンの背後1、2mのところに配置するよりも、むしろ1又
は2以上のミラーを用いることにより光ビームを1回又
は2回以上反射することにより画像を比較的小サイズの
キャビネット内で拡大することができる。例えば、約1m
以下(2〜3フィード)の奥行きを有するキャビネット
は対角線寸法40インチの背面映写スクリーンを画像で満
たすことができる。厚さを数インチまで減少させるため
には別の方法を用いることができる。すなわち、ビデオ
プロジェクタの映像はコヒーレント光学繊維束の入力端
に収束させる。繊維束の他端はレンズ面と密着もしくは
一体化される。かくして隣接繊維から独立した各繊維は
スクリーンに対し予め定められた倍率において画像の一
部を拡大供給する。構成された拡大像のまわりには連続
した大画像を形成し、これは光学繊維が撓み得るという
利点によりキャビネット厚さ(奥行き)を単なる数イン
チ程度に圧縮するものである。この技術はまた、第5、
6及び7もしくは8a及び8b図に関連して記載したような
画像間スペース充満のために、何等かのサブシステムを
要求しないものである。より芸術的かつ将来的な投射シ
ステムの一例は第14図に示されている。この場合、ビデ
オプロジェクタ(1401)は画像をミラー(1403)上に投
射すべく直立体(1402)に取付けることができる。ミラ
ー(1403)は像を反射して“空中吊り下げ体”として示
すフレーム内に取付けられた特殊背面スクリーン(140
4)上に焦点を当てる。このスクリーン自体はほとんど
背面映写材料からなるきわめて薄いスラット(薄板)
(1405)から形成されている。各スラットの両端上にギ
ヤを有する軸を取付けることにより、これらのスラット
を開放(床面に平行)及び閉止(床面に直交して立体的
な背面映写スクリーンを形成する)するためのモータ駆
動手段を用いることができるものであり、開放位置にお
いて、スクリーンは空間内の透明窓としての外観を呈す
る。例えば、遠隔制御により映写装置がオンに転じられ
ると、スラットは一斉かつ迅速に閉じていわゆる“空中
画像”を現出する。
投射画像法が用いられる限りにおいて、他の二つの重
要な問題点が存在する。すなわち、画像投射面が投射ビ
ームの光軸に直交していないならば、映像はスクリーン
面上に正確に結像されない画像部分による台形ひずみも
しくは“ぼやけ”から免れることはできない。これはプ
ロジェクタが床面上、低い台上又は天井面に取付けら
れ、かつスクリーンを壁面上に整合させる場合に固有の
問題となる。CRTシステムは電磁走査線の偏向状態を変
えることにより台形ひずみ問題に対処している。しかし
ながら、本発明により開示されたLCDシステムにおいて
は、予め定まった画素配置を有するものであり、したが
って、この技術を用いることはできない。
その結果、ある形式のアナモルフィックレンズシステ
ムが構成される。ズームレンズは投射光学形の素子間の
相対位置を変化することにより映写像のサイズを変化す
るものである。しかしながら、これは種々の曲率のレン
ズ素子が用いられる場合において達せられる。本願にお
いて、レンズはそれに加えてそれぞれ標準レンズの上方
及び下方に位置する2個の焦点距離変化型レンズであっ
て、1個のレンズとして成型されたものを用いるもので
ある。LCDの全体を拡大するに十分な大きさを有するレ
ンズの中央領域は正方形の映写像を形成する。しかしな
がら、このレンズがLCDに関して上昇もしくは下降させ
られると、倍率が変化し、LCD画像の頂辺又は底辺が四
辺形の最長辺となるような四辺形拡大像が発生する。し
たがって、レンズはビデオプロジェクタがスクリーンに
対してなす角度に応じて上向き又は下向きに調整され、
これにより台形ひずみ効果が排除される。
可変焦点問題は“シャイムフラッグコレクション”
(Scheimflag correction)として、ごく限られた分野
で知られている写真技術により補正することができる。
写真化されるべきシーンが大きい深度を有し、顕著に大
きい絞り開口を用いる場合、シーン中のすべての要素を
収束させるただ一つの方法は、レンズ及びフィルム面を
傾けてシーン中の全被写体を通るように引いた線がフィ
ルム面において同様な点を通るように引かれた線と交叉
し、それがレンズ面を通じて引かれた線と交叉するよう
にすることである。同様な論理を用いてLCD面及び投射
光学系の面を傾けてスクリーン面を通過する線と交叉さ
せるような機械的調整はプロジェクタからの光ビームが
スクリーンに向かって直角に進行しない場合であって
も、全画像を収束させるものである。
本発明は、三次元ビデオ映写をも可能にするものであ
る。3−D(三次元)映写を達成する一つの方法は、一
方のLCDシステムの偏光器が他方のLCDシステムの偏光器
に直交した二系列の投射システムを用いるものである。
例えば、2台の分離配置されたカメラから得られた立体
ビデオ信号を送り出し、それを非偏光化スクリーン上に
投射することは偏光化眼鏡を着用した視聴者がフルカラ
ーの3−D画像を観賞できるようにするものである。単
一レンズ3−Dビデオ投射システムは、二つのLCDシス
テムを一つの包囲体内に配置することにより構成するこ
とができる。第5図の第1“ストライプミラー対”(50
2)及び(503)における第2のミラー(503)を用いる
代わりに、1個のLCDの画素間の水平変位スペースは単
純なビームスプリッタ装置を通じて他のLCDの画素で充
満させ、これによって単一の投射レンズを通じた投射の
ために水平方向にインターレースされ、直交方向に偏光
された3−D画像対を発生することができる。ストライ
プミラー(502)は第1LCDから入来する光軸に関して45
゜傾けられる。このLCDの画素からの光はストライプミ
ラーのクリヤー領域を通過する。その軸が第1LCDの軸と
直交した第2LCDはストライプミラーの反射鏡からの光を
反射して直交方向に偏向した二つの画像からなるインタ
ーレースされた合成像を生ずる。
使用可能な3−D映写の別の方法は、背面スクリーン
自動立体化3−D映写法である。この方法は、3−D観
賞用として特定された何等の眼鏡をも必要としないもの
である。中間に半透明スクリーンを挟んで背中合せに配
置された2枚の同様なレンティキュラーレンズは2又は
3以上のビデオプロジェクタにより種々の角度で画像投
射され、立体化又は多角度観賞情報を支持することがで
きる。映像は空間内の種々の位置においてスクリーンの
両側から観賞することができる。人がスクリーンのまわ
りの種々の位置に移動する場合、映像は重なりを生ずる
ことなく1回に一つだけが観賞可能となる。これは空間
内における直接観察範囲及び疑似もしくは虚像観賞範囲
を生ずるものである。観賞者が彼の両眼を、一方の目に
一つの画像が入るような直接観察領域に置くと、3−D
観賞が可能となる。多くの観賞者は1回毎に幾つかの角
度から正確な3−Dビデオ映像を観察することができ
る。
本願において開示されたすべてのシステムは、ここに
アドレス指定及び保持(電気的)を行うことが可能な不
連続画素を用いるものである。この試みは今日まだ存在
しない真ディジタルテレビジョンのための原理を提供す
るものである。近年、オーディオ信号及びビデオ信号の
両方をディジタル化してレーザディスク及び“CS"上に
ディジタルビットとしてストアされる。このディジタル
化はマイクロ秒からマイクロ秒の範囲で信号の正確な値
を維持するものである。増幅器のノイズ及び非直線性、
記録媒体上のかき傷、消滅及び他の何等かの欠点とゴー
スト信号などはそれをオン又はオフ、すなわち“0"又は
“1"であるか否かを見るために各ビットにおいてのみ検
索するシステムによって完全に無視することができ、さ
らにそれが強度もしくは明瞭性に注意する必要をなくし
たものである。しかしながら、ディスプレイデータが赤
であれば、増幅器及び今日のビデオシステムの心臓部で
あるCRTはアナログ信号を用いてノイズ及び誤ったデー
タを再導入し、かつ映像の品質を低下させるものであ
る。CRTの基本は燐光面を電子ビーム走査する際、その
強度を電子ビーム移動時にアナログ態様において変化す
るものである。これに対し、本発明は現実に各画素上に
ディジタルコンピュータを作用させて、ディジタルモー
ドにおいて最もよく機能させるものである。これはより
正確な高品質のテレビジョン及びビデオ表示をもたらす
ものである。高精精度テレビジョンに向かう最近の傾向
は、システムの選択によりこの分野をディジタルディス
プレイ装置のこの形式に移動させるものである。解像度
を高めるため、人はコンピュータRAMがより多くのチッ
プを加えることにより増大するとき、画素数を増加する
ことを単に要求する。要約すれば、本発明は選択された
フォーマット条件に関係なく、ディジタル及び高精細度
TVの装置化のための可変性を提供するものである。
本発明の好ましい実施例は以上の通りに説明された
が、その実施例の変形及び応用は当業者において自明で
ある。しかしながら、そのような変形及び応用は添付の
請求の範囲において規定された本発明の精神及び範囲内
に含まれるものであることはいうまでもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 5/74 H04N 5/74 K (56)参考文献 特開 昭61−185725(JP,A) 特開 昭62−194788(JP,A) 特開 昭58−148582(JP,A) 特開 昭60−262131(JP,A) 特開 昭56−70585(JP,A) 実開 昭64−3273(JP,U) 実開 昭64−3274(JP,U) 実開 昭64−3834(JP,U) 実開 昭64−3886(JP,U) 実開 昭64−3885(JP,U)

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一枚のパネルにRGBのフルカラーの画素を
    有する液晶ディスプレイ(LCD)装置と、 各画素制御信号をストアするために各画素に関連して設
    けられたソリッドステート画素記憶素子と、 前記ソリッドステート画素記憶素子の動作を制御する制
    御手段と、 LCDにより形成された像を観賞領域に投射する手段と、 カラー画素の一つから放出された光が別のカラー画素か
    ら放出された光と重なりあうようにした2色性ミラーシ
    ステムと、 重なりあった後の画素間のデッドスペースを除去する光
    学素子を備えたことを特徴とするビデオディスプレイシ
    ステム。
  2. 【請求項2】RGBに対応する複数の液晶ディスプレイ(L
    CD)装置と、 各画素制御信号をストアするために各画素に関連して設
    けられたソリッドステート画素記憶素子と、 前記ソリッドステート画素記憶素子の動作を制御する制
    御手段と、 LCDにより形成された像を観賞領域に投射する手段と、 各LCDからの投射映像の画素を重ねる手段と、 重ねられた画素像をデッドスペース中に複製するための
    完全ミラー及び部分ミラーを有するミラーシステムを備
    えたことを特徴とするビデオディスプレイシステム。
  3. 【請求項3】前記各画素に関連する制御手段がゲート信
    号によりターンオンし、その時対応する画素を所望の輝
    度にするための特定の電圧値を導入することができるト
    ランジスタを含むことを特徴とする請求項1又は2記載
    のビデオディスプレイシステム。
  4. 【請求項4】前記トランジスタが電界効果トランジスタ
    からなることを特徴とする請求項1又は2記載のビデオ
    ディスプレイシステム。
  5. 【請求項5】前記デッドスペースからは実質上光が放出
    されないようにしたことを特徴とする請求項1又は2記
    載のビデオディスプレイシステム。
  6. 【請求項6】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、画素間に位置する遮光カバーを含むことを特徴とす
    る請求項5記載のビデオディスプレイシステム。
  7. 【請求項7】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、前記投射手段及び前記能動マトリクスの少なくとも
    一方から熱エネルギーを放散させるための放熱手段を含
    むことを特徴とする請求項1又は2記載のビデオディス
    プレイシステム。
  8. 【請求項8】前記投射手段が熱反射性の被覆を施された
    レンズ素子を含むことを特徴とする請求項1又は2記載
    のビデオディスプレイシステム。
  9. 【請求項9】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、前記投射手段及び前記能動マトリクスの少なくとも
    一方から放熱させるための熱吸収素子を含むことを特徴
    とする請求項1又は2記載のビデオディスプレイシステ
    ム。
  10. 【請求項10】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、前記投射手段及び前記能動マトリクスの少なくとも
    一方から放熱させるための流体手段を含むことを特徴と
    する請求項1又は2記載のビデオディスプレイシステ
    ム。
  11. 【請求項11】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、金属製反射光学素子を含むことを特徴とする請求項
    1又は2記載のビデオディスプレイシステム。
  12. 【請求項12】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、前記能動マトリクス近傍の熱に感応する感熱装置を
    含んでおり、前記感熱装置が温度を監視するとともにLC
    Dを温度変動効果に対抗するようにバイアス付勢するこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載のビデオディスプレ
    イシステム。
  13. 【請求項13】ミラーシステムがストライプ型のミラー
    システムである請求項2記載のビデオディスプレイシス
    テム。
  14. 【請求項14】前記重なりあった画素間のデッドスペー
    スを除去する光学系が、画素間のデッドスペースを充満
    させるためのレンズであることを特徴とする請求項1記
    載のビデオディスプレイシステム。
  15. 【請求項15】前記レンズがレンズアレイとして配列さ
    れたものであることを特徴とする請求項14記載のビデオ
    ディスプレイシステム。
  16. 【請求項16】前記レンズアレイがレンティキュラーで
    あることを特徴とする請求項15記載のビデオディスプレ
    イシステム。
  17. 【請求項17】前記重なりあった画素から放出される光
    が光学的に個々に拡大され、これによって画素間のデッ
    ドスペースを満たすようにしたことを特徴とする請求項
    1記載のビデオディスプレイシステム。
  18. 【請求項18】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、液晶容器を有し、前記容器が前記液晶ディスプレイ
    の異なった領域を通じて投射されるべき異なった波長の
    光に対応して、前記液晶中に異なったキャビティ長さを
    生成するように段階状に形成されたものであることを特
    徴とする請求項1記載のビデオディスプレイシステム。
  19. 【請求項19】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、映像を天井面に投射するための手段を含むことを特
    徴とする請求項1又は2記載のビデオディスプレイシス
    テム。
  20. 【請求項20】前記観賞領域が、実質上の剛体からなる
    複数の機械的に回転可能なスラットより構成されたベネ
    チアンブラインド型スクリーンを含むことを特徴とする
    請求項1又は2記載のビデオディスプレイシステム。
  21. 【請求項21】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、投射レンズシステムを含み、前記レンズシステムが
    画像を四辺形的に歪ませることにより、画像投射面がそ
    の表面と投射レンズとを結ぶ線に対して直角でないこと
    から生ずる台形歪みを補償するようにしたことを特徴の
    する請求項1又は2記載のビデオディスプレイシステ
    ム。
  22. 【請求項22】前記ビデオディスプレイシステムがその
    面と投射用光学系とを結ぶ線に対して直角でない画像投
    射面に対して投射を行う場合において、前記LCDが及び
    投射用光学系がそれらの平面を前記投射面の平面と交叉
    する直線において交叉するように傾斜配置されたもので
    あることを特徴とする請求項1又は2記載のビデオディ
    スプレイシステム。
  23. 【請求項23】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、同じ構造を有する複数のシステムから構成され、前
    記複数のシステムが3−D方向において観賞されるべき
    非偏光スクリーン上に偏光立体化関連画像を投射するも
    のであることを特徴とする請求項1又は2記載のビデオ
    ディスプレイシステム。
  24. 【請求項24】前記立体化関連画像が単一の投射レンズ
    システムによりスクリーン上に投射される前に、光学的
    に合成されるようにしたことを特徴とする請求項23記載
    のビデオディスプレイシステム。
  25. 【請求項25】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、同じ構造を有する複数のシステムから構成され、前
    記複数のシステムが背中合わせに配置された2枚のレン
    ティキュラーレンズからなるスクリーン上に画像を投射
    することにより、各画像の観賞角度を制限することを特
    徴とする請求項1又は2記載のビデオディスプレイシス
    テム。
  26. 【請求項26】前記ビデオディスプレイシステムがさら
    に、冷却システムノイズを除去するための音響抑制シス
    テムを含むことを特徴とする請求項1又は2記載のビデ
    オディスプレイシステム。
  27. 【請求項27】前記音響抑制システムが吸音物質を含む
    ことを特徴とする請求項26記載のビデオディスプレイシ
    ステム。
  28. 【請求項28】前記音響抑制システムがさらに音響の伝
    搬路を曲げるための障壁を含むことを特徴とする請求項
    26記載のビデオディスプレイシステム。
  29. 【請求項29】前記音響抑制システムがさらにマイクロ
    フォンと、スピーカと、それがスピーカに送られる前に
    おいてマイクロフォンにより検出された音響信号の位相
    を変換するための回路を含むものであることを特徴とす
    る請求項26記載のビデオディスプレシステム。
  30. 【請求項30】観賞領域が眩しさを減少させるように織
    成された表面を有するものであることを特徴とする請求
    項1又は2記載のビデオディスプレイシステム。
  31. 【請求項31】前記観賞面領域が暗色に着色されたもの
    であることを特徴とする請求項1又は2記載のビデオデ
    ィスプレイシステム。
  32. 【請求項32】画像情報に関する電気信号をディジタル
    化することを特徴とする請求項1又は2記載のビデオデ
    ィスプレイシステム。
  33. 【請求項33】高解像度のデータを用いて高解像度画像
    を表示することを特徴とする請求項1又は2記載のビデ
    オディスプレイシステム。
  34. 【請求項34】画像がコヒーレント光学繊維束の両端の
    うちの一方に入射するようにし、他端において観賞され
    るようにしたものであることを特徴とする請求項1又は
    2記載のビデオディスプレイシステム。
  35. 【請求項35】レンズが光学繊維束から出る画像をそれ
    が観賞される前に拡大するものであることを特徴とする
    請求項34記載のビデオディスプレイシステム。
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