JPH0784280A - カラー画像表示装置 - Google Patents

カラー画像表示装置

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JPH0784280A
JPH0784280A JP6229086A JP22908694A JPH0784280A JP H0784280 A JPH0784280 A JP H0784280A JP 6229086 A JP6229086 A JP 6229086A JP 22908694 A JP22908694 A JP 22908694A JP H0784280 A JPH0784280 A JP H0784280A
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controlling
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saturation
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JP6229086A
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バルビエ ブルーノ
Jean-Claude Ebert
ウベルト ジャン−クロード
Patrick Lach
ラシェ パトリク
Jean-Blaise Migozzi
ミゴッジ ジャン−ブレ−ス
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Thales Avionics SAS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 人間の視覚能力及び個々の観察者の視覚にも
最適に適合できるカラー画像表示装置を提供する。 【構成】 カラー画像表示装置は、白色画像源と、表示
された画像の色相を制御するための液晶マトリクスと、
表示された画像の彩度を制御するための液晶マトリクス
とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、最適化カラー表示装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】カラー
画像の各点（各画素）における視覚上の見え方は、３つ
の独立したパラメータ、即ち、輝度、色相及び彩度（飽
和度）によって完全に規定される。そのうちの色相及び
彩度は、その画素の色を決定する。輝度の変動に対する
人間の眼の知覚は、色の空間的及び時間的変動に対する
場合と全く異なっている。
【０００３】従来の表示システムにおいては、輝度と色
とを独立して制御していないので、輝度と色とに対する
人間の知覚の相違にほとんど適応できなかった。
【０００４】カラー画像を形成する方法として、「加
法」として知られている第１の方法、「減法」として知
られている第２の方法の２つがある。
【０００５】この加法を用いるシステムでは、各々定ま
った色である３つの独立したビームそれぞれの光度を変
調した後、これらビームを重ね合わせる。これら３つの
独立した色は、３原色として知られており、一般的に
は、例えば赤、緑及び青である。隣接画素の空間的平
均、時間的平均、空間的重畳等の加法混色を行うため
に、画像内の隣接する画素の色を考慮にいれる幾つかの
技術が公知である。
【０００６】画像内の各画素の視覚上の見え方は、３原
色ビームの各々の光度を変化させることによって制御さ
れる。これらビームの光度の比がその画素の視覚的な色
を決定し、これらビームの光度の和がその画素の輝度を
決定する。ある画素の色を変化させることなくその輝度
のみを変化させるためには、３原色ビームの光度を均一
に変化させねばならない。同様に、輝度を変化させるこ
となくその色のみを変化させるためには、３原色ビーム
の光度をそれぞれ変化させねばならない。
【０００７】減法を用いるシステムにおいては、変調さ
れる３つのパラメータは、もともと白色であるビームが
連続的に通過する固定色の３つのバンドパスフィルタそ
れぞれの透過レベルである。これら３つの独立した色
は、例えば前述した３原色の補色であるシアン、マゼン
タ及びイエローである。
【０００８】画像内の各画素の視覚上の見え方は、３つ
のフィルタの透過レベルを変化させることによって制御
される。ある点の色を変化させることなくその輝度のみ
を変化させるためには、３つのフィルタの透過レベルを
均一に変化させねばならない。同様に、輝度を変化させ
ることなくその色のみを変化させるためには、３つのフ
ィルタの透過レベルをそれぞれ変化させねばならない。
減法によるシステムの他の問題点は、各フィルタが少な
くとも１つのスペクトルバンドを常に吸収するので、透
過光度の最大値が制限されてしまうことにある。
【０００９】従って、カラー画像表示システムの制御
は、それが加法又は減法によるシステムであろうと、可
視スペクトルの所定位置における幾つかのスペクトルバ
ンドを用い、可変の比でこれらを変調し、光源からの入
射光にこれらを加算するか又は入射光からこれらを減算
することからなる。このようなシステムは、輝度を変化
させることなく色を直接的に制御することができない
し、また、色を変化させることなく輝度を直接的に制御
することもできない。１つの結論としては、画素の色及
び輝度の鮮明度が同一であるということである。換言す
れば、所与の画像について、画素の輝度成分の最大値が
画素の色成分の最大値と同一であるか、又は一定色にお
いてシステムが正しく再生できる輝度の変調の最大空間
周波数が一定輝度においてシステムが正しく再生できる
色の変調の最大空間周波数に等しいということである。
【００１０】残念ながら、人間の視覚能力は、特に空間
周波数に関して、公知の画像合成システムで用いられて
いる技術と全くなじまない。即ち、視覚は色に対してよ
りも輝度に対してはるかに鋭敏である。従って、公知の
システムは人間の視特性にうまく適合しない。
【００１１】本発明の目的は、人間の視覚能力及び個々
の観察者の視覚にも最適に適合できるカラー画像表示装
置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による表示装置
は、互いに直列に配置された、表示された画像の輝度を
制御するためのデバイスと、その画像の色相を制御する
ためのデバイスと、その画像の彩度を制御するためのデ
バイスとを備えている。
【００１３】
【実施例】本発明の他の構成及び効果は、添付の図面を
参照した以下の好ましい実施例に関する記載から明らか
となるであろう。
【００１４】図１は、陰極線管、偏光子及び２つの制御
デバイスを用いる本発明の表示装置の第１の実施例を簡
略化して示した分解図である。この装置１は、画像源２
から観察者３の眼に向かう方向に順に配列された、偏光
デバイス４と、色相制御デバイス５と、彩度制御デバイ
ス６とを具備している。偏光デバイス４は、例えばスペ
クトル的にニュートラルな直線偏光子であるが、スペク
トル的にニュートラルな円偏光子であってもよい。デバ
イス４〜６の順序は、必ずしも上述したものである必要
はなく、多くの実施例ではその順序が入れ替えられ得
る。
【００１５】画像源２は、偏光子４によって偏光された
白色画像（グレイレベル）を公知の方法で供給する。デ
バイス５は、画像源２からの光を２つの直交する偏光軸
に沿って２つの補色に分割する液晶光学バルブである。
これら補色の色相（主波長）は光学バルブに印加される
制御電圧に依存したものとなる。
【００１６】デバイス６は、前述した２つの偏光軸の１
つに沿って（又は偏光子４が円偏光子である場合は１つ
の偏光方向に沿って）受け取る光の可変部分を抑圧する
液晶光学バルブである。
【００１７】これによって、デバイス２は輝度のみに影
響を与え、デバイス５及び６は基本的には色にそして部
分的のみに輝度に影響を与えることとなる。ここで、デ
バイス５は色相（主波長）に影響を与え、デバイス６は
彩度に影響を与える。
【００１８】構成要素２及び４は、輝度のみに作用し
て、偏光された白色画像を供給する。構成要素５は、こ
の光を、２つの直交する偏光軸（ｘ及びｙ）に沿って、
その色相（主波長）がこの構成要素に印加される制御電
圧に依存した２つの補色に分割する。構成要素６は、構
成要素５を介して構成要素２及び４から受け取る光の可
変部分を抑圧し、表示された画像の基本的に色にそして
部分的には輝度に影響を与える。以上述べた例では、構
成要素５は表示された画像の色相（主波長）に影響を与
え、デバイス６はその彩度に影響を与える。
【００１９】その結果、本発明の装置は、表示装置１に
よって形成される画像を人間の視覚に対して最適化する
ために、各光電デバイス２、５及び６の特性を別々に適
合させることができる。この最適化は、輝度、色相及び
彩度について以下のパラメータを別々に調整することに
ある。即ち、コントラスト、鮮明度、表示された画像の
画素の定量化レベルの値及び間隔、リフレッシュ周波
数、及び画像パラメータ制御信号の立ち上がり時間等で
ある。
【００２０】本発明の装置は、特に、色パラメータが
「過剰の鮮明度」となることを防止することができる。
これは、例えば、従来技術で定義されたＮ行でＮ画素／
行の画像について、３Ｎ2 個の変調されるべき画素が存
在することである。表示される画像の質に知覚できる影
響を与えることなく、色相の鮮明度及び彩度の鮮明度を
各軸（行及び列）上で２つに分割することは全く可能で
ある。これにより、変調されるべき画素数を１．５Ｎ2
に減少させることができる。
【００２１】さらに、色相及び彩度を変調する光学バル
ブの鮮明度のこの減少は、光学バルブの光学的な透明度
を著しく増大させ、その結果、表示装置のエネルギ効率
を向上させる。
【００２２】陰極線管２は、白色蛍光体を有するもので
あり、表示される画像はそのスクリーン上に形成され
る。この陰極線管は、その光度が空間的に変調された白
色光を出射する。この光は、赤色、緑色及び青色を含ん
でいる。
【００２３】偏光子は、例えば、ｙ軸（垂直）に沿って
作用するニュートラル直線偏光子である。この偏光子は
陰極線管２の光エネルギの半分を吸収する。Ｌ（λ）が
陰極線管２から出射される３原色光線の１つのスペクト
ル輝度を表わすとすると、偏光子４を通過した光のスペ
クトル輝度は０．５Ｌ（λ）となる。
【００２４】マトリクス５の効果は、そのネットワーク
の各交点において、直交する２つのマトリクス偏光軸ｘ
及びｙに沿った光エネルギのスペクトル分布を、これら
各点に印加された電圧の関数として変化させることにあ
る。このマトリクス５は、当該交点に対応する電極それ
ぞれに印加される電圧を制御することによって、独立し
た配向が電気的に制御される液晶分子を含んでいる。こ
れら分子の軸は、液晶層の「異常」軸を表わしている。
【００２５】輝度０．５Ｌ（λ）を有しておりｙ軸に沿
って（偏光子４によって偏光されて）入射した光の光度
について、マトリクス５の出力における各偏光軸に沿っ
た光エネルギは、下式で与えられる。 Ｌｘ（λ）＝０．５Ｌ（λ）ｓｉｎ2 （ｋ／λ） Ｌｙ（λ）＝０．５Ｌ（λ）ｃｏｓ2 （ｋ／λ） ここで、Ｌ（λ）は陰極線管から出射されたスペクトル
輝度、λは波長、Ｌｘ（λ）はｘ軸に沿ったスペクトル
輝度、Ｌｙ（λ）はｙ軸に沿ったスペクトル輝度、ｋは
マトリクス５の該当する交点に印加された電圧の関数で
ある係数を示している。
【００２６】入射光エネルギのスペクトル分布を変化さ
せるこの現象は、ネマティック液晶によるものである。
このネマティック液晶では、マトリクス５を通る光線に
出会う最初の分子の軸がｙ軸に対して４５°配向してい
る。厚さ方向に背側の分子の軸は、４５°と異なる角度
となっている。
【００２７】電圧が印加されていない状態では、係数ｋ
は液晶セルの厚さと複屈折率との積の関数である。セル
に高い電圧が印加されると、液晶分子の軸が光の伝搬方
向（ｚ軸）に沿って一直線に整列する。光の偏光面は変
化せず、これはｋが零の場合に対応する。
【００２８】セルに印加される電圧が中間値である場
合、ｋは零と電圧なしの際の上述した値との間の値とな
る。
【００２９】陰極線管２からの光が白色であることによ
って、偏光軸ｘ及び偏光軸ｙにそれぞれ付随する光エネ
ルギの色は補色となる。
【００３０】５に示したようなマトリクスは、複屈折制
御として一般的に知られている原理に従って動作する。
【００３１】液晶マトリクス６は、電気的に制御され得
る偏光度に応じて（「検光子」フィルタのように）光を
分光する。マトリクス６に電圧が印加されていない場
合、このマトリクスを透過する光エネルギは偏光軸ｙの
光エネルギである。マトリクス６に高い電圧が印加され
ると、このマトリクスは１００％の光を透過させる。即
ち、陰極線管２によって形成されマトリクス６の背後で
観察される画像の色相は、陰極線管２によるもの（白
色）である。マトリクス６に印加される電圧が中間値で
ある場合、光エネルギは、ｙ軸に部分的にはｘ軸に沿っ
て損失なしに透過する。このｘ軸に沿った成分は次式で
与えられる。 Ｌｔ（λ）＝｛ａ（Ｖ）Ｌｘ（λ）｝＋Ｌｙ（λ） ここで、ａ（Ｖ）はマトリクス６に印加される電圧の関
数である０〜１の透過率を示している（ａ（０）＝０及
びａ（∞）＝１）。
【００３２】この方法において、電圧Ｖが上昇すると、
色の範囲を白色から偏光軸ｙに付随する色に走査するこ
とができる。この現象は以下のように説明することがで
きる。液晶は、スペクトル的な点からは一般にニュート
ラルであり、ｘ軸に沿って一直線に整列しこの軸に沿っ
た光エネルギを吸収する染料分子を含んでいる。マトリ
クスに印加される電圧を用いてこれら分子の軸を光の伝
搬方向に傾けることによりそれら分子の透過率を変化さ
せることができる。染料分子を有するネマティック液晶
によるこのようなマトリクスは、「ゲスト・ホスト」と
して知られている。
【００３３】図２は、第１の実施例と同様であるが、偏
光子の代わりに制御デバイスを用いた本発明の第２の実
施例を簡略化して示した分解図である。即ち、同図に示
す第２の実施例においては、図１の場合と同様に、白色
蛍光体を有する陰極線管２と、第１のマトリクス５と、
第２のマトリクス６とを含む装置が用いられる。しかし
ながら、本実施例では、偏光子４が第３のマトリクス７
に置き換えれられている。この第３のマトリクス７は、
マトリクス６と同様に、可変偏光マトリクスである。偏
光解消光のマトリクス５による透過は、スペクトル的に
ニュートラルである。マトリクス７を除去しかつマトリ
クス６を非偏光モードに制御（マトリクス６に高い電圧
を印加）した場合、マトリクス５及び６の組は、全体と
して１００％の透過率を有しスペクトル的にニュートラ
ルとなる。従って、マトリクス７によって可変偏光とな
るように制御することにより、陰極線管２から出射され
る光エネルギの透過特性をスペクトル的にニュートラル
に保ちながら図１の装置に比して改善することができ
る。２つのマトリクス７及び６が同一のものであり同じ
電圧Ｖで変調される場合、マトリクス７、５及び６の組
を透過する光束Ｌｔは、これらマトリクスの可変透過率
の関数であり、次式で与えられる。 Ｌｔ（λ）＝０．５Ｌ（λ）［｛１＋ａ（Ｖ）2 ｝ｃｏ
ｓ2 （ｋ／λ）＋２ａ（Ｖ）2 ｓｉｎ2 （ｋ／λ）］
【００３４】この式において、透過率ａ（Ｖ）は、透過
率が可変（偏光度が変化するので）の２つのマトリクス
７及び６の状態に依存する。即ち、この透過率ａ（Ｖ）
は０〜１の範囲である。
【００３５】図２の装置においては、図１の装置と比較
して、マトリクス６の後方から見た画像の色が陰極線管
２によって生成される色（一般に白色）と同じである場
合（この場合ａ（Ｖ）＝１）に、光エネルギの透過を２
重に行っている。無彩色に近い（非常に不飽和な）色に
対し、この画像表示装置の全体的な透過率は、図１の装
置と比較して、著しく高めてられる。これは、偏光軸の
一方の上及び部分的には他方の上で光源からのエネルギ
が、その色の彩度に依存して、実際に完全に回復される
ためである。
【００３６】彩度の高い色（飽和した色）に対し、即ち
ａ（Ｖ）＝０の色又は彩度について白色から遠い色に対
し、光エネルギの透過率は第１の実施例の場合より低く
はない。
【００３７】中間の色（白色と完全に飽和した色との間
の色）に対し、これらマトリクスの組の透過率は、表示
された色の彩度に依存して、第１の実施例の１〜２倍で
ある。
【００３８】図３は、第１の実施例と同様であるが、陰
極線管の代わりに光源からバックライトしたマトリクス
光学バルブを用いた、本発明の第３の実施例を簡略化し
て示した分解図である。即ち、本実施例では、マトリク
ス７、５及び６の組が設けられており、第１の実施例の
陰極線管がスペクトル的にニュートラルな液晶を備えた
マトリクス光学バルブ８に置き換えられている。このバ
ルブは、例えば、前側に置かれたニュートラル直線偏光
子９と共に使用されるねじれネマティック液晶マトリク
スであり得る。このマトリクス８は、好ましくは白色の
光源１０により、好ましくはコリメータ１１を介してバ
ックライトされていることが好ましい。
【００３９】図３の実施例において、画像源８がスペク
トル的にニュートラルな光学バルブであるため、その構
成要素の順序を完全に逆にすることができる。即ち、図
示の１０、１１、９、８、７、５、６の順序の代わり
に、１０、１１、６、５、７、８、９の順序とすること
ができる。これにより、構成要素９は観察者に最も近く
に位置することとなる。
【００４０】上述した実施例においては、表示装置の必
須の構成要素（画像源、マトリクス、及び必要ならば偏
光子）が互いに非常に接近して、場合によっては互いに
接触して設けられている。
【００４１】しかしながら、図４に概略的に示すよう
に、これらを広い間隔をとって分離し、光学結合要素を
用いてこれらを光学的に結合することが可能である。
【００４２】図４は、第１の実施例と同様であるが、結
合光学系を用いた、本発明の第４の実施例を簡略化して
示した分解図である。即ち、この実施例においては、観
察者３の眼と共に構成要素２、４、５及び６という、第
１図の構成要素と同じものが用いられている。前述した
他の実施例の構成要素を用いること、及び上述したよう
にこれらの順序を逆にしたものを用いることはもちろん
可能である。
【００４３】偏光子４及び陰極線管２のみが互いに接近
して又は接触して設けられており、構成要素５及び６
は、互いに、及び偏光子４に対して距離を置いて設けら
れている。構成要素４及び５の間に第１の結合光学系１
２が位置しており、構成要素５及び６の間に第２の結合
光学系１３が位置している。光学系１２は画像源２をマ
トリクス５に結合し、光学系１３は構成要素５及び画像
源２を構成要素６に結合する。結合光学系は、従来から
存在しており１又はこれとは異なる倍率を有する光学系
（例えば、写真装置の通常の対物レンズ）で、又は異な
るマトリクスを互いに接近させなければならないような
場合に有効な、例えば光ファイバ等の適当な画像透過装
置で構成できる。もちろん、２つの結合光学系のうちの
一方（１２又は１３）が互いに非常に近接して設けられ
ているような場合は、その一方を省略することができ
る。
【００４４】使用中に、上述した表示装置に対する観察
者の位置がほとんど変化しない場合は、観察者はこの装
置によって生成される画像を直接的に見ることができ
る。
【００４５】一方、観察者の位置が大きく変わる可能性
のある場合は、上述した装置の前に半透明スクリーン１
４を設けると共に、構成要素６とこのスクリーン１４と
の間に結合光学系１５を設ける（構成要素１４及び１５
は図４では破線で示されている）。付加的な構成要素１
４及び１５を含む表示装置は、その他の利点も有してい
る。即ち、観察者３によって見られる画像の形成に寄与
する光線の入射角（スクリーン１４に対する）は、スク
リーン１４に対する観察者３の位置が変わった場合に
も、スクリーン１４と画像源２との間の光路に沿って変
化しない。従って、観察者の位置が変わった際の、各構
成要素２、５及び６に対応する画素間のいかなる視誤差
をも除去することができる（もちろん、構成要素５及び
６が正しく一直線に配列されており、光学系１２、１３
及び１５が正しく設置されている場合である）。さら
に、観察者の位置が変わった際の、構成要素５及び６の
各々の画素の色についてのいかなる変化をも除去するこ
とができる。
【００４６】以上述べたように、本発明による装置は、
高い光学的透過度を提供するにもかかわらず、小型に構
成することができる（図１〜３に示す実施例）。
【図面の簡単な説明】
【図１】陰極線管、偏光子及び２つの制御デバイスを用
いる、本発明の第１の実施例を簡略化して示した分解図
である。
【図２】第１の実施例と同様であるが、偏光子の代わり
に制御デバイスを用いた、本発明の第２の実施例を簡略
化して示した分解図である。
【図３】第１の実施例と同様であるが、陰極線管の代わ
りに光源からバックライトしたマトリクス光学バルブを
用いた、本発明の第３の実施例を簡略化して示した分解
図である。
【図４】第１の実施例と同様であるが、結合光学系を用
いた、本発明の第４の実施例を簡略化して示した分解図
である。
【符号の説明】 １ 表示装置 ２ 画像源 ３ 観察者 ４ 偏光デバイス ５ 色相制御デバイス ６ 彩度制御デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−クロード ウベルト フランス国， 33160 サン ムダール アン ジャレ “レ ボスケ”， リュ デュ ペリゴール 34番地 (72)発明者 パトリク ラシェ フランス国， 33000 ボルドー， リュ ティアク 18番地 (72)発明者 ジャン−ブレ−ス ミゴッジ フランス国， 91400 オルセー， リュ デュ ジェネラル ドゥ ゴーユ 35ビ ス番地

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に人間の視覚に関してその画像パラメ
    ータの最適化が可能なカラー画像表示装置であって、互
    いに直列に配置された、表示された画像の輝度を制御す
    るためのデバイスと、前記画像の色相を制御するための
    デバイスと、前記画像の彩度を制御するためのデバイス
    とを含んでいることを特徴とするカラー画像表示装置。
  2. 【請求項２】 表示された画像の輝度を制御するための
    前記デバイスが陰極線管であることを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記陰極線管が白色蛍光体を有するタイ
    プであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 表示された画像の輝度を制御するための
    前記デバイスがマトリクス光学バルブであることを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記光学バルブがスペクトル的にニュー
    トラルであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記光学バルブがねじれネマティック液
    晶型であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記光学バルブがニュートラル偏光子を
    伴っていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記光学バルブがコリメータ付光源によ
    ってバックライトされていることを特徴とする請求項４
    に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記光源が白色光源であることを特徴と
    する請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記画像の色相を制御するための前記
    デバイス及び前記画像の彩度を制御するための前記デバ
    イスの各々が可変電圧によって制御される液晶マトリク
    スを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 スペクトル的にニュートラルな偏光子
    をさらに含んでいることを特徴とする請求項１０に記載
    の装置。
  12. 【請求項１２】 可変偏光の第３の液晶マトリクスをさ
    らに含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記画像の色相を制御するための前記
    デバイス及び前記画像の彩度を制御するための前記デバ
    イスに伴う少なくとも１つの結合光学系を含んでいるこ
    とを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載
    の装置。
  14. 【請求項１４】 半透明スクリーンを含んでいることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記半透明スクリーンが結合光学系を
    伴っていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
JP6229086A 1993-09-07 1994-08-31 カラー画像表示装置 Withdrawn JPH0784280A (ja)

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