JP3038494B2 - 全色３次元投射表示装置 - Google Patents

全色３次元投射表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は投射表示システムに関するものであり、特に
カラーシステムに関する。更に詳細には、本発明は３次
元（3D）システムに関する。
〔従来の技術〕
関連技術では、多種類の3Dカラー投射・表示システム
が存在する。一つの方法は二つの投射器または表示シス
テムを備え、一方の投射器がスクリーン上に右目の表示
を行い、他方が左目の表示を行い、各表示がそれ自身の
偏り、たとえば、それぞれ「Ｐ」および「Ｓ」を備えて
いる。観察者は目に3D眺望用立体表示を見せる偏光眼鏡
を着用する。他のシステムは、各像がそれ自身の偏りを
持つた。右目および左目の像を組合わせる。像は3D眺望
用偏光眼鏡を通して目により知覚される。
〔発明が解決しようとする課題〕
当業界には多数の3Dカラー表示システムが存在する
が、出願人は本発明のような3Dカラー表示システムの存
在することを知らない。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、単一投射表示装置を用いる簡潔高解像度の
全色3D表示システムを提供する。本発明は、高解像およ
び高照度の陰極線管（CRT）、光バルブ、またはレーザ
投射システムを使用し、色の加法により典型的に全色の
像を発生する。すなわち、本発明は、本発明の3D機構に
適用可能な、混合色の偏りを調節する色混合機構の原理
を活用している。
本発明の長所は、前面投射または背面投射を利用する
単一表示システム、混合多色表示装置より高い3Dカラー
解像度、全色より大きい照度、物理的大きさの等しい二
重チヤンネル法、120ヘルツ（Hz）のフイールド速度で
動作しなければならない、典型的な時間多重システムよ
り高い解像度、120Hz動作のタイミングの問題およびそ
の結果生ずる同期化の問題を除去したことによる両眼間
混信の最小、各目に対して平行に像を発生する別々のプ
ロセツサを使用する柔軟性、偏光像を発生する液晶表示
装置との適合性、および非常に偏光効率の高い二色性像
混合器、を備えていることである。本発明は、現在の民
生用および軍用の全色投射システムを解像度を悪くする
ことなく3Dに容易に変換するのに使用することができ
る。
本発明は、三つの単色像源および加色混合システムか
ら発する3D像を投射する色および偏りを組込んでいる。
緑チヤンネルへの像信号は観察者の目の一方が見る一つ
の偏りの出力を生ずる。赤および青（マゼンタまたはマ
イナス緑）のチヤンネルへの像信号は観察者の目の他方
が見る他の偏りの出力を生ずる。出力は、異なる二つの
偏りを備えているが、観察者が偏光眼鏡を掛けているた
め観察者の異なる目により確実に知覚される。直線偏光
または円偏光を使用することができる。円偏光にしたい
場合には、90°位相遅延器（すなわち、四分の一波長
板）を使用し、観察者が偏りの形式を変える。電気制御
二分の一波長板を使用して観察者に対する左右のチヤン
ネルの偏りを交互にし、それぞれの目が感知する色を一
定でないようにする。
〔好適実施例の説明〕
第１図は３色加色投射システムを示すが、これでは三
つの単色像表示源14,18、および24が全色共線像を生ず
る混合プリズム12で組合わされる像を備えている。混合
プリズムの特性は表示源14,18、および24からの各像を
直線的に偏らせることができることである。「Ｓ」偏光
像20および26は反射に加担して「Ｓ」に偏光される青い
像26および赤い像20を生ずる。「Ｐ」偏光（「Ｓ」偏光
に直交している）は混合プリズム12を通して透過に加担
し、「Ｐ」に偏光される緑の像16を生ずる。プリズム12
を通して像16を送る緑像表示装置14はスクリーン44の上
に像32としてプリズム12を出る。赤い像20は赤像表示装
置18から発生し、赤い「Ｓ」偏光を反射し青および緑の
光を透過する二色性被膜22に突き当る。像20はプリズム
12からスクリーン44に出るとき像30として反射する。二
色性被膜22は短波通過被膜である。表示装置24からの青
い像26は偏光として青を反射し赤および緑の光を透過す
る長波通過被膜である二色性被膜28に突き当る。像光26
はスクリーン44への像34としてプリズム12から反射され
る。偏り像30,32、および34は、たとえば、緑の像表示
装置14を介して左目の光景を、赤の像表示装置18および
青の像表示装置を介して右目の光景を送ることによりス
クリーン44に偏り3D表示を作り出すのに利用される。ス
クリーン44を眺める偏光眼鏡を掛けた観察者は、それぞ
れ、それぞれの目でそれぞれの目の光景、すなわち像の
異なる眺望を、3Dカラー像を認識する。右目38は、スク
リーン44の上の像32を遮断する「Ｓ」偏光子36を通して
スクリーン44の上の「Ｓ」に偏光した青および赤（マゼ
ンタ）の像30および34だけを見る。左目42は、赤い像30
および青い像34を遮断する「Ｐ」偏光子40を通してスク
リーン44の上の緑の像32を見る。緑の像32は左目42が通
常見る光景の眺望を表わす。赤い像30および青い像34は
共に右目38が通常見る3D光景の眺望を表わす。したがつ
て、それぞれ右目38および左目42で知覚した像30および
34、および像32は脳の中で混合されて観察者に提示され
ている像の3D知覚を与える。緑の像32およびマゼンタ
（赤および青）の像30および34は常に互いに直角に偏ら
されている。したがつて、装置10は色多重により3D像を
提示する。代りに、システム10または50の表示源18また
は24をマゼンタ像表示源とすることができ、残りの赤ま
たは青の表示源を除外することができる。
混合プリズム12は被膜22および28を設けることができ
る線に沿つて切断した立方体である。プリズム12は四つ
の三角ユニツトにまたは各々が二つの三角形部分を備え
ている二つの組合せユニツトに切断することができる。
切断は観察者の正常の水平基準に直角に行うことができ
る。混合プリズム12は、流体に、または本発明に対する
反射および混合の機能を果すどんな他の光学装置にもす
ることができる。立方体が三つの像を偏らせる手段とな
らない場合には、表示装置の前面に偏光子を設置してこ
の任務を行わせることができる。
第２図の装置50は第１図の装置10の拡張である。レン
ズ15,17、および19はそれぞれ表示源14,18、および24か
らの像光の焦点距離および光路を調節するためのもので
ある。第１図の装置10を用いると、緑だけを見る左目42
および赤および青だけを見る右目により生ずる両眼抗争
の可能性がある。電気制御可能な二分の一波長板すなわ
ち遅延器（ECR）46は両眼抗争のこの可能性を除去する
のに使用される。ECR46は偏光状態を、すなわち「Ｓ」
から「Ｐ」へまたはその逆に切換え、左目42が赤および
青の像30および34を見、右目38が緑の像32を見ることに
なる。右目38および左目42に対してそれぞれ３次元光景
の右眺望および光景の左眺望を維持するには、源14,1
8、および24に対する光景の像眺望をスイツチ56,58、お
よび60によりECR46が偏光状態を切換えると同時に切換
える。スイツチ56が左像から右像に切換えるとスイツチ
58および60は右像から左像に、またはその逆に切換え
る。ECR46はスイツチ56、58、および60の切換えを追尾
するECR切換器54によつて切換えられ、またはスイツチ5
6、58、および60がECR46が切換えられると同時に切換わ
る。偏光切換えおよび左右像の切換えは高速で行う必要
はない。切換えの充分な速さは毎秒数回であるが、切換
えは垂直ブランキング中に60Hzで行われる。構造的に、
装置50では、ECR46は典型的に混合プリズムの後で投射
スクリーンの前に挿入される。ECR46の一例は、セルの
スイツチを入れたとき、入射波を1 1/2λだけ、すなわ
ち波長の1/2だけ遅らせるように設定された厚さを有す
る液晶セルである。ECR46はテクトロニクスのπセルと
することができる。
「Ｓ」および「Ｐ」の直線偏光は混合プリズム12と投
射レンズ52との間に挿入した四分の一波長遅延器48を用
いて円偏光状態に変換することができる。「Ｓ」偏光の
赤および青の像30および34は四分の一波長遅延器48を用
いて左円偏光像に変換される。「Ｐ」偏光の緑の像32は
右円偏光像に変換される。次に円偏光像30、32、および
34は非偏光解消スクリーン44に投射される。観察者は、
円偏光眼鏡を掛けていればスクリーン44の上で全色3D像
を見ることになる。「Ｓ」偏光レンズ36は左円偏光レン
ズで置き換えられ、「Ｐ」偏光レンズ40は右円偏光レン
ズで置き換えられる。
第３図は観察者の各目に示される光景眺望の一連の色
を示す。各源からの像の見え方（左または右）は時間Ｔ
の後変化するが、これは像の偏りを変えるECR46と同期
している。Ｔはどんな時間でもよいが、ビデオ電子装置
に使用するには1/60秒が便利である。第4a図および第4b
図はECR46の動作を示す。第4a図で、ECR46は「オフ」状
態にあり、ECR46を通して伝達される光の偏りは変化し
ない。第4b図で、ECR46は「オン」状態にあり、偏光状
態が変化する（直線偏光は90°回転し、円偏光は方向を
逆転する）。
第５図は偏光色多重を利用する本発明の立体視3D投射
装置の流れ図である。３色像投射は、CRT、光バルブ、
液晶カラーマトリツクス表示装置、レーザ、および他の
すべての像投射装置、のようなどんな種類の像源からも
得ることができることに注目することができる。
第６図は、赤、緑、および青の像112、114、および11
6を混合するのにプリズム12ではなく投射スクリーン68
を使用するシステムである実施例70を示す。システム70
は偏光色多重および偏軸投射を利用する3D投射表示装置
である。混合プリズム12が無いので、第６図のシステム
70は第２図のシステム50と似ている。赤の表示装置62お
よび青の表示装置66は最初投射スクリーン68に光景の右
像を示し、同時に、緑の表示装置64は投射スクリーン68
に光景の左像を示す。偏光子72および76は像112および1
16に「Ｓ」偏光を与える。偏光子74は緑の像114に
「Ｐ」偏光を与える。ECR82および86は像112および116
の偏光状態を「Ｓ」偏光から「Ｐ」偏光へ、またはその
逆に変える。ECR84は像114の「Ｐ」偏光を「Ｓ」偏光
に、またはその逆に切替える。偏光状態がECR82、84、
および86により切替えられると、表示装置62および66へ
のビデオ入力61および65が、ECR82および84が再び切替
えるにつれて右像から左像へ、またはその逆に切替えら
れる。対応して、表示装置64へのビデオ入力63がECR84
が偏光を切替えるにつれて左像から右像へ、またはその
逆に切替わる。表示装置62、64、および66、およびECR8
2、84、および86へのビデオ入力が同期して切替えられ
ることにより一定の色の像だけを見る各目により生ずる
両眼抗争の可能性が除去される。表示装置62および66の
「Ｓ」偏光はそれぞれ四分の一遅延器92および96により
左円偏光に変換することができ、表示装置64からの像の
「Ｐ」偏光は四分の一遅延器94により右円偏光に変換す
ることができる。円偏光を使用すれば、観察者は投射ス
クリーン68の3Dカラー表示を見るのに円偏光レンズを備
えた眼鏡を掛けることになる。投射レンズ102、104、お
よび106はそれぞれ像112、114、および116を投射スクリ
ーン68に結ぶ。円偏光は、3D表示を観察者の向きに無関
係にするので直線偏光より好ましい。代りに、システム
70の表示源62または66をマゼンタ表示源とし、残りの赤
または青の表示源を除外することができる。
第７図は本発明を実施し、各種基本成分を3D投射表示
システムに組込むことを明らかにする一般システム80を
示す。ビデオ投射器78は装置10のまたは装置70の構成と
類似の構成を備えている。切換回路88はECR46への切換
えを行い、赤および青の像を緑の像と共にECR46の切換
えと同期して反転する。切換回路88への右および右の光
景のビデオ情報は源90から来る。源90はどんなビデオ立
体対発生器でもよいが、図示のように、左目の観察用の
左の光景または眺望ビデオテーププレヤー108および右
目観察用の右の光景または眺望ビデオテーププレヤー11
0を備えている。左の光景または眺望はカメラ98で検知
することができ、右の光景または眺望はカメラ100で検
知することができる。したがつて、観察者によるスクリ
ーン44の上の3Dカラー画像光景は生かまたは記録したプ
ログラムのいずれでもよい。
本発明を記録装置または再生装置108および110を組込
んだシステム120で実施する電子工学的ブロツク図を第
８図に示す。カラービデオ投射器78は、四分の一波長板
48、ECR46、および投射スクリーン44と共に、第７図の
システム80の投射器78のものと類似とすることができ
る。切換器箱122は第７図の切換回路88と似ている。第
８図の切換器箱の中には、光景の左および右の眺望像を
受け、これらを、ECR駆動装置134からECR46への信号と
適合する順序および仕方でカラービデオ投射器の表示装
置に提示する。切換器132はECR駆動装置134に対するフ
イールド論理を行う。第８図の真理値表に従つて、偶論
理に対し、チヤンネル１の左の眺望に対する緑の像、お
よびチヤンネル２の右の眺望に対する赤および青の像が
存在する。奇論理の指示に対し、チヤンネル１の左の眺
望に対する赤および青の像、およびチヤンネル２の右の
眺望に対する緑の像が存在する。NTSC（国際テレビジヨ
ンシステム委員会）からRGB（赤、緑、および青）への
変換器128および130は変換用ビデオ源118からのNTSCビ
デオ信号を左および右の眺望に対する、赤、緑、および
青の像に変換する。切換器箱122はシステム120のための
電源136をも組込んでいる。ビデオ源118は、それぞれ左
および右の立体ビデオテープを再生または記録するビデ
オレコーダ108および110を備えている。ビデオレコーダ
108および110はNTSC複合ビデオ信号をそれぞれ時間軸補
正器124および126に出力する。基準黒バースト発生器13
8は外部同期化信号を時間軸補正器124および126へ、お
よび切換器箱122のビデオ源切換器132へ出力する。時間
軸補正器124および126はタイミング補正信号をそれぞれ
ビデオレコーダ108および110にフイードバツクする。時
間軸補正器124および126は時間補正したNTSCビデオ信号
を切換器箱122に出力する。
第９図は本発明を取入れたシステム140を示す。シス
テム140は、システム140がそのビデオ源142としてシス
テム120の場合のようにビデオレコーダ108および110で
はなくビデオカメラ144および146を利用している以外は
第８図のシステム120と同じである。ビデオカメラ144は
光景の左の眺望を見、ビデオカメラ146は光景の右の眺
望を見、これにより生の３次元カラー聴視範囲を観察者
に与える。カメラ144および146はNTSC複合ビデオ信号を
切換器箱122に出力する。基準黒バースト信号発生器138
は外部同期化信号をカメラ144および146に、および切替
器箱122に与える。
【図面の簡単な説明】
第１図は立体ビーム偏光子／混合器を示す。 第２図は偏光色多重および軸上投射を使用する3D投射表
示装置を示す。 第３図はそれぞれの目に提示された一連の色を示す表で
ある。 第４図は電気制御可能な遅延器の動作を示す。 第５図は本発明の機能原理の流れ図である。 第６図は偏光色多重および偏軸投射を使用する3D表示装
置である。 第７図は本発明を組込んだシステムの構成要素を示す図
である。 第８図はビデオ画像の源としてVCRを備えている本発明
を組込んだシステムの構成要素のブロツク図である。 第９図は画像の源としてビデオカメラを備えている本発
明を組込んだシステムの構成要素のブロツク図である。 12……混合手段、14,18,24,62,64,66……光源、16,20,2
6……画像、30,32,34……組合せ画像、44,68……表示手
段、46,54,82,84,86……偏り切換装置、52,102,104,106
……投射手段、56,58,60,61,63,65……光源切換手段。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 13/00 - 15/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の色および第１偏光を有する第１の画
    像の第１の光を発生する第１像表示源手段（14）と、 第２の色および第２偏光を有する第２の画像の第２の光
    を発生する第２像表示源手段（18、24）と、 前記第１および第２の光を混合して第３の光とする混合
    手段（12）と、 前記第３の光を表示手段（44）に投射する投射手段（5
    2）と、 前記混合手段と前記投射手段との間に設置され、第１偏
    光を第２偏光に、また第２偏光を第１偏光に切り替える
    偏光切換手段（46,54）と、 前記第１像表示源手段と前記偏光切替手段に接続され、
    前記偏光切換手段の切換に一致して第１の画像を第２の
    画像に切換え、およびその逆を行う第１の表示源切換手
    段（56）と、 前記第２像表示源手段と前記偏光切替手段に接続され、
    前記第１の像表示源切換手段の切換に一致して第２の画
    像を第１の画像に、およびその逆を行う第２の像表示源
    切換手段（58、60）と、 を備え、 前記表示手段を一方の目が第１偏光を有する第１レンズ
    を通し、また他方の目が第２偏光を有する第２レンズを
    通して眺める観察者は、前記第１の画像と前記第２の画
    像とから構成される全色３次元の第３の画像を見ること
    になる全色３次元表示装置。
  2. 【請求項２】第１の色および第１偏光を有する第１の画
    像を第１の光路に沿って発生する第１像表示源手段（1
    4）と、 第２の色および第２偏光を有する第２の画像の第２の光
    路に沿って発生する第２像表示源手段（18）と、 第３の色および第２偏光を有する第３の画像の第３の光
    路に沿って発生する第３像表示源手段（24）と、 画像を第４の光路に沿って混合する混合手段（12）と、 画像を前記第４の光路に沿って表示手段（44）投射する
    投射手段（52）と、 前記混合手段と前記投射手段との間に設置され、第１偏
    光を第２の偏光に、また第２偏光を第１の偏光に切り替
    える偏光切換手段（46,54）と、 前記第１像表示源手段と前記偏光切替手段に接続され、
    前記偏光切換手段の切換に一致して第１画像を第２画像
    に、およびその逆を行う第１の像表示源切換手段（56）
    と、 前記第２像表示源手段と前記偏光切替手段に接続され、
    前記偏光切換手段の切換に一致して第２画像を第１画像
    に、およびその逆を行う第２の像表示源切換手段（58）
    と、 前記第３像表示源手段と前記偏光切替手段に接続され、
    前記偏光切換手段の切換に一致して第２画像を第１画像
    に、およびその逆を行う第３の像表示源切換手段（60）
    と、 を備え、 前記表示手段を一方の目が第１偏光を有する第１レンズ
    を通し、また他方の目が第２偏光を有する第２レンズを
    通して眺める観察者は、前記第１の画像と前記第２の画
    像とから構成される全色３次元の第３の画像を見ること
    になる全色３次元表示装置。
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