JPH05127121A

JPH05127121A - 立体表示システム

Info

Publication number: JPH05127121A
Application number: JP3288987A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishii; 裕石井; Yoshitaka Yamamoto; 良高山元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1993-05-25

Abstract

(57)【要約】【目的】立体表示システムにおいて、地磁気による画
像形成上の悪影響を受けることがなく、またカラー化へ
の対応が可能であり、しかも視認域に制約がなく、高解
像度・小型化が図れ、かつ多人数で観察でき、加えて明
るい画像が得られるようにする。【構成】光源１から発した光の中で、光学部材の一つ
であるビームスプリッタプリズム７０の斜面７０ａで反
射されたＳ波偏光成分は、第１の液晶表示装置１０を経
てビームスプリッタプリズム７０に戻る。ここで、該装
置１０で光変調を受けない画素を通過した光は光源１側
に戻るが、光変調を受けた画素の光はＰ波偏光成分を生
じてプリズム７０の斜面７０ａで反射されスクリーン６
側へ出射される。即ち、スクリーン６に向けて第１、第
２の液晶表示装置１０、１０´の画像は偏光されてお
り、かつその方向が９０°異なるものとして出射され
る。そこで、各々の装置１０、１０´に右、左眼用画像
を表示しておき、その画像を偏光板で構成されたメガネ
で捉えることにより、立体的に物体等を観察することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体や風景等を立体的
に表示する立体表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】上記立体表示システムの表
示原理について、先ず図９に基づき説明する。同図
（ａ）に示すように観察者Ｚの右眼の前方にある物体Ｐ
を観察者Ｚが見ると、同図（ｂ）に示すように左右眼の
離隔距離ａに基づき、右眼の網膜上には物体Ｐが網膜の
中心位置であるＦ_Rと同一のＰ_R´の位置に捉えられ、左
眼の網膜上には物体Ｐが網膜の中心位置であるＦ_Lから
少しずれたＰ_L´の位置に捉えられる。つまり、右眼で
は前方に位置するように見えるが、左眼では右眼側に寄
った位置にあるように見える。また、同図（ａ）に示す
ように左眼の前方にある物体Ｑを観察者Ｚが見ると、同
図（ｂ）に示すように左右眼の距離ａに基づき、左眼の
網膜上には物体ＱがＱ_L´の位置に捉えられ、右眼の網
膜上には物体ＱがＱ_R´の位置に捉えられる。つまり、
左眼では前方に位置するように見えるが、右眼では左眼
側に寄った位置にあるように見える。即ち、左右眼の網
膜上にできる物体像の位置にズレが生じる。このズレの
量を両眼視差といい、下記数１で表される。

【０００３】

【数１】

【０００４】この両眼視差を利用して物体の奥行きに関
する貴重な情報を表示面上に与えることにより、立体的
に物体を捉えることが可能となる。具体的には、物体
Ｐ、Ｑを観察距離Ｌの表示面に再現するためには、表示
面上にＰの左眼用の像をＰ_L″の位置に、Ｐの右眼用の
像をＰ_R″の位置に形成し、Ｑの左眼用の像をＱ_L″、Ｑ
の右眼用の像をＱ_R″に形成すると共に、右眼でＰ_R″、
Ｑ_R″の位置に形成した像を、左眼でＰ_L″、Ｑ_L″の位
置に形成した像を認知できるようにすればよい。

【０００５】ところで、従来の投影型液晶表示装置とし
ては、以下に説明する種々の方式のものが知られてい
る。

【０００６】その一つに、時分割立体ディスプレイ方式
がある。この方式は、図１０に示すように、右眼用と左
眼用の信号を例えばビデオディスク等に記録し、再生時
に左右信号を交互に読みだしてＣＲＴ１０２に表示する
一方、観察者がこれと同期して左右の眼の視野を交互に
開閉するようにしたシャッタメガネ１０３を掛けること
により、両眼視差により立体ディスプレイを感知できる
ようにした方式である。上記シャッタメガネ１０３とし
ては、図１１に示すようなＴＮ（Twisted Nematic）型
液晶メガネが一般的に使用される。

【０００７】このメガネ１０３は図示のように、２系統
のシャッタ機構を有し、一方の系統は（ａ）図に示すよ
うに２つの偏光板（検光子）１０４、１０５と、これら
偏光板１０４、１０５で挟まれた液晶素子１０６とから
なる。他方の系統は、一方の系統と同様であり、（ｂ）
図に示すように２つの偏光板（検光子）１０７、１０８
と、これら偏光板１０７、１０８で挟まれた液晶素子１
０９とからなる。このシャッタメガネ１０３のシャッタ
動作は、一方の系統の液晶素子１０６に電圧を印加しな
い状態にしておき、入側の偏光板１０４を介して液晶素
子１０６に入射した偏光を、ＴＮ表示モードの光学的性
質によりほぼ９０°回転させて液晶素子１０６から出射
させると、この出射光と偏光方向を平行になした出側の
偏光板１０５を偏光が透過し、“開”の状態となる。こ
のとき、他方の系統の液晶素子１０９は、或る閾値以上
の高い電圧を印加した状態にしておくと、入側の偏光板
１０７を介して液晶素子１０９に入射した偏光は、液晶
素子１０９を透過して出射した偏光と偏光方向が一致
し、その出射偏光が出側の偏光板１０８を通過すること
ができず、“閉”の状態となる。

【０００８】したがって、このような開閉動作を行うよ
うにシャッタメガネ１０３に交互に電圧を印加すること
により、左右の眼に所望のＣＲＴ画像を提示することが
できる。しかしながら、本方式においては、ビデオディ
スクを用いてシャッタ切換えのフィールド周波数を６０
Ｈｚとしたものが既に商品化されているが、シャッタの
切換えによるフリッカが生じやすいことや、垂直解像度
が低く、また小型化を図りにくいという問題がある。な
お、フリッカを改善すべく、次の方式が提案されてい
る。その方式とは、左右の眼に対する画像信号を一段フ
レームメモリに記憶し、書き込み時の２倍の周波数で信
号を読みだしてＣＲＴに１２０Ｈｚで画像を表示する方
式である。しかし、この方式においてはフリッカを改善
できる反面、シャッタメガネがより高速で応答すること
が要求される不都合がある。

【０００９】時分割ディスプレイ方式の他の方式として
は、図１２に示すものがある。この方式は（ａ）に示す
ように１系統の表示機構１１０を有し、その表示機構１
１０はＣＲＴ１１１と、その前面に配した偏光子１１２
と、その偏光子１１２から出射した偏光の偏光方向を９
０°回転したり、あるいは回転しない状態にできる、例
えば液晶素子やＰＬＺＴ等の光変調素子１１３とを備え
る。かかる方式による場合は、（ａ）図に示すように或
るタイミングのときＣＲＴ１１１に右眼用イメージを表
示し、次ぎのタイミングのとき（ｂ）図に示すようにＣ
ＲＴ１１１に左眼用イメージを表示する一方、観察者は
偏光方向を左右で９０°回転させた偏光メガネ１１４を
かけておく。これによって、前例と同様の動作原理によ
り立体ディスプレイが可能となる。この場合、メガネ１
１４には、電圧供給用のコードが不要になるというメリ
ットがある。しかし、この方式による場合も、時分割表
示を行うために、前記方式と同様に解像度が低く、小型
化しにくいという難点がある。

【００１０】以上は時分割立体ディスプレイ方式である
が、その他に非時分割立体ディスプレイ方式がある。こ
の方式にも種々の方式があり、例えば以下に説明する５
つの方式が知られている。

【００１１】その一つは図１３に示すステレオビューア
方式である。この方式は、左右の眼前にレンズ系１１５
を介して２台の超小型ＣＲＴ１１６、１１７を設置し、
各ＣＲＴ１１６、１１７に両眼視差に対応した画像を表
示することにより、立体ディスプレイを表示する方式で
ある。しかし、この方式による場合は、一人でしか見ら
れないことや、眼前に比較的大きな装置を装着して見な
ければならず煩わしく、またＣＲＴ１１６、１１７に超
小型のものを使用する必要があるために、視域が狭いと
いう欠点がある。

【００１２】２つ目としては、図示しないが、左右の画
像を青と赤で分離して立体表示し、その表示画面を偏光
メガネで見るアナグリフ方式である。しかし、この方式
の場合には、構成自体を簡略にできる反面、良好なカラ
ー表示が不可能である。また、解像度が低く、小型化で
きないという欠点もある。

【００１３】３つ目としては、偏光合成方式がある。こ
の方式は、図１４に示すように、右眼用信号源１１８か
らのハイビジョン信号を、偏光フィルタを備えた右眼用
ＣＲＴ１１９に与え、このＣＲＴ１１９にて形成された
像をスクリーン１２０に投影させ、一方、左眼用信号源
１２１からのハイビジョン信号を、偏光フィルタを備え
た左眼用ＣＲＴ１２２に与え、このＣＲＴ１２２にて形
成された像をスクリーン１２０に投影させる。このと
き、左右の画像を偏光させると共に、その偏光方向を９
０°に交差させておく。そして、スクリーン１２０を、
左右で９０°偏光方向が異なるメガネ１２３を掛けて見
ることにより、観察者が立体的に感知できるようにした
方式である。しかしながら、この方式による場合には、
２台のＣＲＴ（１１９、１２２）とスクリーン１２０と
で構成されるため、小型化が困難であった。

【００１４】４つ目としては図１５（平面図）に示すパ
ララックスバリア方式がある。この方式は、ＣＲＴの画
面１２４の縦方向にストランプ状のバリア１２５を設置
し、特定の位置により表示画面より左右の画像を分離し
て見る方式である。しかし、この方式による場合は、メ
ガネ等の補助器具が不要になる利点があるが、立体画像
を観察できる場所が特定となるために、この表示装置の
設置位置や観察者が座る位置に制限がある。また、表示
装置の解像度を低下させて観察していることになるた
め、解像度の点でも問題がある。

【００１５】５つ目としては図１６（平面図）に示すレ
ンティキュラ方式がある。この方式は、ＣＲＴ表示装置
の画面１２６の前にシリンドリカル状レンズ１２７を設
置し、このレンズ１２７の作用により、表示画面を左右
の画像に分離する方式である。しかし、この方式による
場合にも、前方式と同様に立体画像が観察可能な場所や
人数、及び解像度の点で問題があり、またレンズと表示
画面とのピッチ精度や位置合わせ精度にも問題がある。

【００１６】なお、上述した５つの方式以外にも、非時
分割立体ディスプレイ方式としてホログラフィ方式があ
るが、この方式はまだ基礎研究段階にあり、テレビ画像
が得られておらず、今後多くの課題に対して技術的に解
決する必要がある。

【００１７】以上、従来の投影型液晶表示装置に関して
説明したが、その内容をまとめると表１のようになる。

【００１８】

【表１】

【００１９】この表より理解されるように、従来のシス
テムにおいてはどの方式によっても、カラー化を図るこ
とや、視認域に制約のないこと、高解像度・小型化を図
ること、或は多人数で観察できることの全てを満足でき
ずにいた。

【００２０】加えて、従来システムはＣＲＴが主となっ
ているため、ＣＲＴの持つ欠点、即ち装置の重量や大き
さがＬＣＤ（液晶表示装置）と比べて劣ると共に、高精
細表示を行った時に地磁気の影響も受ける。一方、ＣＲ
Ｔの代わりにＬＣＤを使った例も一部報告されている
が、従来のＬＣＤでは解像度が低く、パネルが大型化す
るなどといった問題もある。

【００２１】そこで、本願出願人は、地磁気による画像
形成上の悪影響を受けることがなく、またカラー化への
対応が可能であり、しかも視認域に制約がなく、高解像
度・小型化が図れ、かつ多人数で観察できる立体表示シ
ステムを先に提案した（図１７参照）。

【００２２】この立体表示システムは、光源１からの光
を、偏光ビームスプリッタプリズム７０を介して液晶表
示装置１０に与え、かつ、液晶表示装置１０からの反射
光を図示しない偏光板を有する偏光ビームスプリッタプ
リズム７０に通した後、光変調素子５０に与える構成と
なっている。

【００２３】このシステムにおいては、２個のプリズム
を組み合わせた偏光ビームスプリッタプリズム７０を使
用しているが、その理由は上記液晶表示素子１２の液晶
に強誘電性液晶等、偏光を利用した表示モードを用いる
場合に対応させている。つまり、上記液晶表示素子１２
の液晶に、例えば強誘電性液晶を使用した場合には、液
晶表示素子１２の光入射側もしくは出射側に偏光を利用
する必要があるためである。ここで、本プリズムの代わ
りに、無偏光の光をＳ波偏光とＰ波偏光に分離するもの
であれば使用可能であり、例えばミラー等も適用でき
る。

【００２４】上記偏光ビームスプリッタプリズム７０に
光源１から照射された光は、偏光ビームスプリッタプリ
ズム７０の斜面７０ａで一部反射され、その反射光が所
定の偏光方向をもつ偏光（Ｓ波偏光）となって液晶表示
装置１０に入射される。液晶表示装置１０に入射した光
は、液晶表示装置１０を構成する光選択手段１３と液晶
表示素子１２とにおける動作により、所定の画像情報を
もつ赤色光、緑色光、青色光となり、偏光ビームスプリ
ッタプリズム７０側へ向けて出射される。

【００２５】偏光ビームスプリッタプリズム７０を透過
した光（Ｐ波偏光）は、光変調素子５０に与えられ、こ
こで例えば右眼用画像の各色画像については９０°旋光
され、左眼用画像の各色画像については旋光されないよ
うに処理され、投射レンズ５を経たのちにスクリーン６
に表示される。その表示された画像を前同様の偏光メガ
ネにて観察することにより、物体は立体的に観察される
ようになっている。

【００２６】しかしながら、提案された立体表示システ
ムにおいては、右眼用及び左眼用画像信号が与えられる
各フレーム信号期間内に赤、緑、青の画像を表示しなけ
ればならないという条件の下で、目にフリッカを感じな
い程度に表示するためには、液晶表示素子１２や光選択
手段に極めて高速の液晶が要求されるという問題があっ
た。

【００２７】本発明は上述したすべての問題を解決すべ
くなされたものであり、地磁気による画像形成上の悪影
響を受けることがなく、しかも視認域に制約がなく、高
解像度小型化が図れ、かつ多人数で観察でき、加えて明
るい画像が得られる立体表示システムを提供することを
目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の立体表示システ
ムは、光源と、該光源からの光を入射し、入射光を異な
る偏光方向に分離する光学部材と、該部材の表面にて反
射された光の進行方向上に配された第１の反射型液晶表
示素子と、該部材を透過した光の進行方向上に配された
第２の反射型液晶表示素子と、該第１、第２の液晶表示
素子の夫々に、同じタイミングで右眼用画像と左眼用画
像を表示させるとともに、該第１、第２の液晶表示素子
に入射した光のうち右眼用画像に関しては第１の方向を
もつ偏光となし、左眼用画像に関しては第１の方向とは
異なる第２の方向をもつ偏光となして出射する光変調素
子と、該光変調素子から出射された偏光を投影するスク
リーンと、該スクリーンに向けて使用され、該第１の方
向をもつ偏光を見るための右眼用偏光板及び該第２の方
向をもつ偏光を見るための左眼用偏光板を少なくとも有
するメガネとを備えており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２９】

【作用】本発明にあっては、光源から発した光の中で、
光学部材の一つであるビームスプリッタプリズムの斜面
で反射されたＳ波偏光成分は、第１の液晶表示素子を経
てビームスプリッタプリズムに戻る。ここで、該素子で
光変調を受けない画素を通過した光は光源側に戻るが、
光変調を受けた画素の光はＰ波偏光成分を生じてプリズ
ムの斜面で反射されスクリーン側へ出射される。

【００３０】即ち、スクリーンに向けて第１、第２の液
晶表示素子の画像は偏光されており、かつその方向が９
０°異なるものとして出射される。そこで、各々の素子
に右、左眼用画像を表示しておき、その画像を偏光板で
構成されたメガネで捉えることにより、立体的に物体等
を観察することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３２】図１に本実施例の立体表示システムを示
す。このシステムは、例えば白色光を発する光源１と、
光源１からの光を入射する偏光ビームスプリッタプリズ
ム７０とを備える。尚、プリズム７０の代わりとして、
無偏光の光をＳ波偏光とＰ波偏光に分離する光学部材で
あれば、どのようなものでも使用可能であり、例えばミ
ラー等も使用できる。偏光ブームスプリッタプリズム７
０は、２つのプリズム７２と７３の斜面を対向させて組
み合わされてなる。光源１より発せられた光は、光選択
手段１３を通り、偏光ビームスプリッタプリズム７０に
入射したのち、斜面７０ａで一部が反射されて反射光ａ
（Ｓ波偏光）となり、残りの偏光（Ｐ波偏光）は斜面７
０ａを通過して通過光ｂとなる。

【００３３】反射光ａの進行方向上と透過光６の進行方
向上には、夫々反射型液晶表示装置１０、１０’が配設
され、各液晶表示素子１０、１０’に反射された光は夫
々前記進行方向とは逆方向とは進んで、偏光ビームスプ
リッタプリズム７０に入って合流し、その合流し光変調
を受けた光Ｃはレンズ５を経たのちスクリーン６に投影
され、図示しない偏光メガネにて捉えられるように構成
されている。

【００３４】前記液晶表示素子１０と１０’は同一構成
となっており、以下一方の液晶表示装置１０を例に挙げ
て、構成及び作用を説明する。

【００３５】液晶表示装置１０は、図２（ａ）に示すよ
うに、反射型液晶表示素子１２と、反射型液晶表示素子
１２を駆動する駆動回路１４と、液晶表示装置１０に所
望の色彩で所望の表示を行うために駆動回路１４を制御
する表示制御回路１６とを含んで構成される。

【００３６】反射型液晶表示素子１２は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示素子であり、偏光板使用型液晶表
示モード、例えば４５°のねじれ配向をしたＴＮ型液晶
を使用している。また、反射型液晶表示素子１２は、透
明基板１７と、透明基板１７側からの入射光を反射する
光反射手段が設けられる基板１８とを対向して配置し、
透明基板１７と基板１８との間に液晶１９が介在して構
成される。透明基板１７の基板１８に対向する表面のほ
ぼ全面には一枚の共通電極が形成され、基板１８の透明
基板１７に対向する表面にはマトリクス状に複数の表示
電極が形成され、それぞれの電極の重なる領域が表示領
域（画素）となる。反射型液晶表示素子１２は、駆動回
路１４からの駆動電圧が共通電極及び表示電極間に印加
され、所定の表示が行われる。駆動回路１４は、表示制
御回路１６からの表示制御信号によって制御される。そ
の表示制御信号としては、１フレームについて、右眼用
画像信号と左眼用画像信号とを有し、かつ、右・左眼用
画像信号はそれぞれ、赤、緑、青色成分の画像信号から
なる。このため、反射型液晶表示素子１２は、１フレー
ム分について、右もしくは左眼用画像の赤、緑、青色成
分の画像を表示する。つまり、１フレームにおいて３種
の画像を表示する。

【００３７】光選択手段１３を図２（ｂ）に示す。この
光選択手段１３は反射型液晶表示素子１２に表示される
３種の画像に色を与えるためのものであり、シアンフィ
ルタ２９Ｃ、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄色フィルタ２
９Ｙがこの順に積層され、反射型液晶表示素子１２の透
明基板１７側に配置される。シアンフィルタ２９Ｃは、
一対の透明基板２０、２１の対向する表面の全面にわた
り図示しない透明電極をそれぞれ形成し、基板２０、２
１間に後述するシアンの二色性色素を含む液晶２２を介
在して構成される。マゼンタフィルタ２９Ｍは、一対の
透明基板２３、２４の対向する表面の全面にわたり図示
しない透明電極をそれぞれ形成し、基板２３、２４間に
後述するマゼンタの二色性色素を含む液晶２５を介在し
て構成される。黄色フィルタ２９Ｙは、一対の透明基板
２６、２７の対向する表面の全面にわたり図示しない透
明電極をそれぞれ形成し、基板２６、２７間に後述する
黄色の二色性色素を含む液晶２８を介在して構成され
る。

【００３８】シアンフィルタ２９Ｃとマゼンタフィルタ
２９Ｍと黄色フィルタ２９Ｙとは、それぞれスイッチン
グ回路３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙを介して交流電源３１か
らの交流電圧が供給される。スイッチング回路３０Ｃ、
３０Ｍ、３０Ｙは、表示制御回路１６からの切換信号に
基づいて、選択的にシアンフィルタ２９Ｃ、マゼンタフ
ィルタ２９Ｍ、黄色フィルタ２９Ｙに交流電圧を印加
し、各フィルタを駆動する。このように各フィルタのオ
ン／オフを制御することによって、色の３原色である赤
色光、緑色光、青色光を反射型液晶表示素子１２に入射
させることができる。下記の表２には、各フィルタの駆
動状態と入射光の色彩との対応関係が示されている。

【００３９】

【表２】

【００４０】図３は、光選択手段１３の基本的動作を示
すタイミングチャートである。時刻ｔ１から時刻ｔ３ま
での期間において、シアンフィルタ２９Ｃに電圧が印加
される。液晶分子は、電圧を印加しても直ちに配向状態
が変化するわけではなく、一定の遷移期間τを必要とす
る。この期間τは、液晶分子の電界に対する応答回復速
度に対応している。したがって、時刻ｔ１に電圧の印加
が開始されても、実際にシアンフィルタ２９Ｃがその電
圧に応答して配向状態の変化が安定するのは、前記遷移
期間τを経過した後の時刻ｔ２である。したがって、時
刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間ＴＲにおいて、光選択手
段１３の透過光は赤色光となる。

【００４１】以下同様に、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄
色フィルタ２９Ｙ、シアンフィルタ２９Ｃ、…の順で各
フィルタへの電圧の印加が繰返えされ、光選択手段１３
の透過光は緑色光、青色光、赤色光…となる。なお、本
手段は本例に限ることなく、赤、青、緑の二色性色素を
含む３種類の液晶で構成することや、カラー偏光板と液
晶パネルの積層、ニュートラル偏光板と液晶パネルとの
積層、図７に示すような機械式回転フィルタ等によって
も、基本的に所望の色を高速に変換できるものであれば
使用可能である。また、設置する位置についても光源１
とレンズ５の間では任意の位置でよい。但し、液晶表示
装置とブームスプリッタ間では、液晶表示装置（１０、
１０´）用に本手段が２個必要となる。

【００４２】図４は、駆動回路１４の基本構成を示す回
路図である。この回路１４は、信号走査部３２からの駆
動信号を保持するために２つの信号保持用コンデンサ３
３ａ、３３ｂを設け、さらに信号走査部３２からの駆動
信号をコンデンサ３３ａ又は３３ｂに切換えて与えるス
イッチＳＷ１と、コンデンサ３３ａ又は３３ｂに保持さ
れている駆動信号を絵素駆動部３４に切換えて与えるス
イッチＳＷ２とを設けている。この回路の一部もしくは
全ては、実際にはアクティブマトリクス基板１８に組み
込まれている。

【００４３】この駆動回路１４は、所望の表示を行って
いる間に、次画面の駆動信号を書き込むものである。そ
の詳細を図４及び図５を参照して説明する。各液晶（画
素）３５がコンデンサ３３ｂに蓄積されている駆動信号
情報によって駆動されている間に、信号走査部３２及び
スイッチＳＷ１を介して次に絵素に表示させるべき駆動
信号情報をコンデンサ３３ａに蓄積させておく。このよ
うな動作を全絵素に対して行い、各画素の次に表示させ
るべき駆動信号情報を液晶表示素子１２（駆動回路１
４）内に取り込んだ後に適当なタイミングで各絵素に対
応して設けられているスイッチＳＷ１を端子ａ１に、ス
イッチＳＷ２を端子ｂ２にそれぞれ切換える。このスイ
ッチＳＷ１、ＳＷ２の切換えによって、液晶表示素子１
２の表示画面は瞬時に次の画面に切換わる。その後、次
に表示される駆動信号情報をコンデンサ３３ｂに蓄積
し、液晶表示素子１２（駆動回路１４）内に駆動信号情
報を取り込んでおく。以下、状出の動作を繰り返し、画
面の切換タイミング、即ちスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切
換タイミングを光選択手段１３の色彩変化のタイミング
と同期させることによって、カラー表示が可能となる。
また、このとき、図３に示したように赤色光→緑色光→
青色光への１サイクルの色変化を１フレームの右眼用画
像もしくは左眼用画像に対して行う。なお、図５の
（４）において期間Ｗ２は液晶表示素子１２に適用され
る表示モードの応答特性に対応しており、より短時間で
あることが好ましい。

【００４４】なお、前記光選択手段１３において、シア
ンフィルタ２９Ｃ、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄色フィ
ルタ２９Ｙへの各印加電圧の印加タイミングを適当に取
ることによって、２色（青と赤、赤と緑、緑と青）の混
合を避けることは可能であり、それに伴い、図５に示す
期間Ｗ２の開始タイミングも適当に設計することができ
る。更に、反射型液晶表示素子１２においては、例えば
透明基板上、透明電極界面、各種薄膜界面上での光反射
が問題となるが、これらの箇所に反射防止膜を形成すれ
ば、コントラスト特性の向上に有効となる。

【００４５】ここで問題となるのは、各液晶素子の応答
特性である。人間の眼が表示のフリッカを感じることの
ない周波数の下限は約３０Ｈｚであるため、上述の実施
例では、赤、青、緑の各色に対応して表示される許容時
間は約１０ｍｓｅｃである。１０ｍｓｅｃ間で十分な表
示を行わせるためには、光選択手段１３と、反射型液晶
表示素子１２とは、それぞれ応答時間が数ｍｓｅｃ以下
で、色変調及び表示が実現可能なものが要求される。

【００４６】本願発明者は、上記応答特性を考慮し、各
種液晶表示素子を検討した結果、液晶表示モードとして
は、二色性色素を添加した相転移モード、高分子分散型
液晶表示モード、高速応答型ＴＮモード（例えば２周波
型液晶）、ホモジニアス型ネマティック液晶モード、及
び強誘電性液晶表示モードが好ましいことを見いだし
た。

【００４７】かかる構成の反射型液晶表示素子１２は、
１フレームの画像について、例えば左眼用画像を赤、
緑、青の順に表示することを繰り返し行い、多数のフレ
ームの画像を連続的に表示する。そして、反射型液晶表
示素子１２に表示された情報は、前記偏光ビームスプリ
ッタプリズム７０に入射される。

【００４８】以上は、反射光ａが入射される液晶表示装
置１０について説明したが、もう一方の透過光ｂが入射
される液晶表示装置１０’においては、例えば右眼用画
像を表示し、動作は同様のことが行われ、その透過光ｂ
も画像情報をもったカラー光となって偏光ビームスプリ
ッタプリズム７０に入射される。

【００４９】偏光ビームスプリッタプリズム７０に入射
する画像情報をもった反射光ａと透過光ｂとが、前記斜
面７０ａにおいて重なった状態で、かつ、偏光方向が直
交した状態で偏光ビームスプリッタプリズム７０からス
クリーン上へ出射される。従って、偏光ビームスプリッ
タプリズム７０は、入射した光のほぼ全量を、左右眼用
画像情報をもつ光として出射できる。

【００５０】このようにしてスクリーン６上に表示され
たものを、図示しない偏光メガネにより見る。偏光メガ
ネは、偏光方向が異なる右眼用偏光板と左眼用偏光板と
を有し、例えば右眼用偏光板は右眼用画像を提示した液
晶表示装置１０´より出射された偏光した光を捉え、左
眼用偏光板は左眼用画像を提示した液晶表示装置１０よ
り出射された偏光した光を捉えるようにしている。この
ため、かかる偏光メガネを観察者がかけることにより、
立体的に物体を観察できる。

【００５１】なお、旋光させる角度は９０°に限らず、
０°より大きく、１８０°より小さい範囲内であって、
右眼用画像と左眼用画像とを容易に識別できるような角
度であればよい。好ましくは４５°〜１３５°の範囲と
する。

【００５２】更に、ビームスプリッタプリズム７０とス
クリーン６の間に複屈折板を設置し、表示装置１０、１
０´より出射した直線偏光を回転方向の異なる円偏光と
し、スクリーン６に投射することも可能である。この場
合、メガネは位相板と偏光板より構成される。即ち、観
察者に入射する円偏光を位相差板を用いて、左右の眼で
異なる方向の直線偏光に変換し、これを偏光板に通すこ
とにより、左眼には左眼用画像を、右眼には右眼用画像
を捉えるようにする。

【００５３】以上のように、このように構成された立体
表示システムにおいては、偏光ビームスプリッタプリズ
ム７０に入射した光のほぼ全量を左右画像情報をもつ光
として出射でき、明るい画像をスクリーン６ｂに形成で
きる。加えて、液晶表示装置１０を使用するため、地磁
気による画像形成上、悪影響を受けることがない。ま
た、この実施例のように液晶表示素子１２の光入射側も
しくは出射側に光選択手段１３を設置することにより、
カラー表示を行うことができ、よってカラー化を容易に
図り得る。更に、通常のスクリーン表示と同様に観察す
ることが可能であるので、視認域に制約がなく、多人数
で観察することができ、またフリッカの発生を防止でき
る前述の液晶を使用することにより、解像度の向上を図
り得、更にこの解像度の向上により立体表示システムを
小型化できる。

【００５４】なお、上述した液晶表示装置１０、１０´
に使用する４５°ねじれ配向をさせたＴＮ液晶として
は、通常のネマティック液晶が適用可能であるが、応答
速度の高速性を得るためには、材料の粘性を考慮する必
要があり、一般には３５センチポアズ（ｃｐ）以下であ
れば本発明を実現する効果を示し、更に好適には２５ｃ
ｐ以下が望ましいことが本願の発明者らの経験によって
明らかになっている。このような特性を示す材料には、
ビフェニル化合物、フェニルエステル系化合物、シクロ
ヘキサン系化合物、フェミルピリミジン系化合物、ジオ
キサン系化合物、トラン系化合物、アルケニル系化合
物、フッソ系化合物などが適合し、あるいはこれらの混
合物が有効である。また、液晶のねじれ角は４５°に限
定するものではない。更に、表示モードとしては、偏光
を利用するものであれば適用が可能であり、具体的には
ＴＮモード、相転移モード、ゲストホストモード、高分
子分散型液晶モード、ホモジニアス型液晶モード、強誘
電性液晶モード、反強誘電性液晶モード、エレクトロク
リニック液晶モード等が使用できる。

【００５５】他の方法としては、各表示画素上に染色法
や電着法や印刷法等によってマイクロカラーフィルタを
装着する構造によってもカラー表示が可能である。この
場合には、光選択手段が不要になる。即ち、前述の様に
右又は左眼用画像に要する期間中に赤、緑、青用画像を
液晶表示素子１０又は１０´に順次表示するのではな
く、上記期間中に各画素に対応する色信号を伝送すれば
よい。従って、本方式では表示素子１２に要求される応
答速度は光選択手段１３が必要な前記の場合より３倍遅
くても支障がないことになる。よって、使用する表示モ
ード及び液晶材料としては、応答速度の制約が緩和した
分だけ幅広い選択ができる。

【００５６】一方、反射型液晶表示素子のアモルファス
マトリクス基板としては、アモルファスシリコン、ポリ
シリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオ
ード等の非線形素子を形成したガラス基板やシリコン等
の結晶基板が使用できる。特に、後者の場合には前記の
した各画素背後に信号保持用メモリ回路１４が内蔵し易
い点で望ましい。図６にマイクロカラーフィルタとシリ
コン基板を結合させた具体的構造を例示する。図６にお
いて、シリコン基板９１の上層部に液晶９２のスイッチ
ング回路及びメモリ回路領域９３を３個１組を画素とし
て形成し、各スイッチング回路領域９３の上に各電極兼
反射膜９４を形成した状態で、単結晶シリコン基板９１
に全面にわたってゼラチン膜を形成する。そして、この
ゼラチン膜の、１組を構成する３つのスイッチング回路
領域９３の各上部を赤、緑、青に染色してカラーフィル
タ赤９４ａ、カラーフィルタ緑９４ｂ、カラーフィルタ
青９４ｃとなし、残りの部分をゼラチン膜のままの無染
色領域９４ｄとしている。なお、図中の９５はシリコン
基板９１に対向配設した透明ガラス基板であり、９５ａ
はその基板９５の内面側全面に形成した透明対向電極で
ある。

【００５７】更に、液晶表示素子の構造としては、図８
に示すようにフレームメモリを内蔵したタイプにしても
よい。具体的には、ベースとなる単結晶シリコン基板７
１の上の中央部に液晶表示部７２が形成され、その周り
に液晶駆動回路部７３と記憶回路、画像処理回路等７４
が形成されている。入力信号は、記憶回路、画像処理回
路等７４にて処理され、処理された信号は液晶駆動回路
部７３へ転送され、液晶表示部７２を表示させる構成に
なっている。

【００５８】この構成の液晶表示素子を使用する場合
は、基板として単結晶シリコン基板を使用しているの
で、ＩＣ技術をそのまま適用可能である。つまり、微細
加工技術、高品質薄膜形成技術、高精細不純物導入技術
などが適用できる。また、これらの技術の適用により高
精細化が図れるとともに、高速動作や高信頼性を得る上
でも有利となる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ビ
ームスプリッタプリズムやミラー等、無偏光の光を２方
向の偏光に分離する光学部材に入射した光のほぼ全量
を、左右の眼に対応する画像情報をもつ光として出射で
きるので、立体表示される画像としてはフリッカのない
明るいものとなる。加えて、液晶表示装置を使用するた
め、地磁気による画像形成上、悪影響を受けることがな
い。また、液晶表示素子に光選択手段やカラーフィル
タ、或は機械式Ｒ．Ｇ．Ｂ回転フィルタ等を添設するこ
とによりカラー表示を行うことができ、よってカラー化
を容易に図り得る。更に、通常のスクリーン表示と同様
に観察することが可能であるので、視認域に制約がな
く、多人数で観察することができ、またメモリ性を有す
る回路を使用すること、並びにＩＣの微細加工技術の適
用により、解像度の向上を図り得、更にこの解像度の向
上により立体表示システムを小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の立体表示システムを示す概略図であ
る

【図２】（ａ）は液晶表示装置を示す断面図であって電
気回路を併せて示しており、（ｂ）は光選択手段を示す
断面図であって電気回路を併せて示している。

【図３】印加電圧に関するタイムチャートと透過光の種
類とを併せて示す図である。

【図４】駆動回路を示すブロック図である。

【図５】走査時間等に関するタイムチャートと透過光の
種類とを併せて示す図である。

【図６】カラーフィルタを一体的に組み込んだ液晶表示
素子を示す断面図である。

【図７】機械式Ｒ．Ｇ．Ｂ回転フィルタを示す斜視図で
ある。

【図８】フレームメモリを内蔵した液晶表示素子を示す
斜視図である。

【図９】立体表示の原理説明図である。

【図１０】従来の立体表示システムを示す概略図であ
る。

【図１１】図１０に備わった偏光メガネの動作を説明す
るための概略図である。

【図１２】従来の他の立体表示システムを示す概略図で
ある。

【図１３】従来の更に他の立体表示システムを示す概略
図である。

【図１４】従来の更に他の立体表示システムを示す概略
図である。

【図１５】従来の更に他の立体表示システムを示す概略
図である。

【図１６】従来の更に他の立体表示システムを示す概略
図である。

【図１７】本願出願人が先に提案した立体表示システム
を示す概略図である。

【符号の説明】

１光源６スクリーン１０、１０’ 液晶表示装置１２液晶表示素子１３光選択手段１４駆動回路１６表示制御回路７０偏光ビームスプリッタプリズム

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を入射し、入射
光を異なる偏光方向に分離する光学部材と、該部材の表面にて反射された光の進行方向上に配された
第１の反射型液晶表示素子と、該部材を透過した光の進行方向上に配された第２の反射
型液晶表示素子と、該第１、第２の液晶表示素子の夫々に、同じタイミング
で右眼用画像と左眼用画像を表示させるとともに、該第
１、第２の液晶表示素子に入射した光のうち右眼用画像
に関しては第１の方向をもつ偏光となし、左眼用画像に
関しては第１の方向とは異なる第２の方向をもつ偏光と
なして出射する光変調素子と、該光変調素子から出射された偏光を投影するスクリーン
と、該スクリーンに向けて使用され、該第１の方向をもつ偏
光を見るための右眼用偏光板及び該第２の方向をもつ偏
光を見るための左眼用偏光板を少なくとも有するメガネ
とを備えた立体表示システム。