JPS62249137A

JPS62249137A - 立体多色画像投射装置

Info

Publication number: JPS62249137A
Application number: JP62058702A
Authority: JP
Inventors: リチヤード・ジエイ・デイホフ
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1986-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1987-10-30
Also published as: EP0237283A2; EP0237283A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は立体多色画像投射装置、特に複数のイメージ光
源と光学的に関連した受動観察手段を用いた立体多色画
像投射装置に関する。更に詳しく言えば、本発明は、複
数の画像光源から出力する光を、夫々対応する可変移相
子（バリアプルリターダ）等を介し、観察者の両眼に夫
々場面（シーン）の斜視画像を交互に入射及び阻止する
ことにより、観察者に、画像の３次元多色画像を知覚さ
せる装置に関する。

［従来の技術］従来、立体画像投射装置では、種々の可変移相子が使用
されている０例えば、ｒＰＬＺＴセラミックスを用いた
立体観察」と題する記事（フエロエレクトリクス、Ｖｏ
ｌ、１０　（１９７６年）第４７頁〜第５２頁）では、
ＰＬＺＴ　（ジルコン酸チタンｌｉ！鉛ランタン）の強
誘電体セラミックスを使用した立体観察装置を開示して
いる。この立体観察装置は１対のＰＬＺＴ装置を構成要
素とし、このＰＬＺＴ装置は観察者が立体画像を観るた
めの眼鏡として使用するものである。１対のＰＬＺＴ装
置の夫々は、反射防止のコーティングを施したガラス、
前面偏光子、ＰＬＺＴセラミック・ウェハ、背面偏光子
を光学的に張り合わせたものである。ＰＬＺＴ装置の夫
々に、切換え可能な電源から、ＯＶ或いは５００Ｖの電
圧を選択的に印加して複屈折方向を制御し、入射光線の
偏光方向を変化させている。つまり、ＰＬＺＴ装置によ
り光の偏光方向を変えることにより、イメージを含む光
線を、観察者の眼に通過或いは阻止している。

上述の記事の第４９頁には、ＰＬＺＴ装置の前面偏光子
を除去し、偏光シートを投影スクリーン上に置いた場合
には、立体観察装置は動作しないと記載されている。こ
の理由は、イメージ観察角度が背面偏光子に直角な方向
からずれるに従い、イメージのコントラストが低下し、
視野が非常に狭くなるためである。

上述の記事に開示された立体観察装置は、観察者の眼前
に設ける観察装置に高電圧を加える必要があるため、安
全性に問題がある。

更に、「３次元カラーテレビジョン」と題する記事（Ｓ
ＭＰＴＥジャーナル（１９８５年８月号）第８２１頁〜
第８２５頁）では、従来のテレビジョンカメラの前面に
、間隔を置いて設けた左側及び右側レンズを有する装置
を開示している。この装置では、カメラの前に設けた光
学スイッチにより、偶数フィールド期間中は左側のレン
ズを介してカメラにイメージを送り、一方、奇数フィー
ルド期間中は右側のレンズを介してカメラにイメージを
送るようにしている。受信側では、液晶スクリーンによ
り、イメージを含む光を、偶数フィールド期間中は垂直
偏光し、奇数フィールド期間中は水平偏光する。観察者
は、水平偏光された奇数フィールド・イメージと、垂直
偏光された偶数フィールド・イメージとを通過させる１
個のレンズから成る眼鏡をかけて立体イメージを見る。

しかし、この装置は、左眼及び右眼のイメージを集束さ
せるために、外部光学素子を必要とするという欠点があ
る。

更に又、「立体カラーＴＶ用のパイサーキュラ−偏光の
利点について」と題する記事（Ｉ　ＥＥＥトランザクシ
ョン・オン・コンシューマ・エレクトロニクス、Ｖｏｌ
、ＣＥ−２８、Ｎｏ、　４　（１９８２年９月）第６３
８頁〜第６５０頁）では、２個のカラー陰ｆ！線管のス
クリーン面から出力するイメージを伝達するために、左
まわり及び右まわり円偏光を使用する３次元観察装置を
開示している。この装置では、２個の陰極線管は共に画
像の左及び右斜視イメージを出力し、２個の陰極線管の
夫々のスクリーンの前面に、ニュートラル直線偏光フィ
ルタ及び四分の一波長板を置く、２個の四分の一波長板
の光軸は平行であり、２枚の偏光子の透過軸は互いに直
角である。斜視イメージは、一方の陰極線管からは左ま
わり円偏光された光により伝搬され、他方の陰極線管か
ら右まわり円偏光された光により伝搬される。

この観察装置は夫々四分の一波長板とニュートラル直線
偏光子を有し、円偏光を直線偏光に変換して観察者の左
眼及び右眼に夫々左眼イメージ及び右眼イメーを投射す
る２個のアイピースより成る受動観察装置を使用する。

アイピースの一部を構成する２枚の四分の一波長板の光
軸は互いに平行であり、また、陰極線管のスクリーンの
前面に置かれた四分の一波長板の光軸に対しても平行で
ある。更に、ニュートラル直１１１１光子は、直交する
吸収軸を有する。上述の記事には、左及び右まわり円偏
光の利用により、観察者の頭の動きに影響を受けない３
次元イメージが得られると記載されている。

しかしながら、この従来例は、立体イメージを得るのに
、左右の斜視イメージを出力する別個の陰極線管を必要
とするという欠点がある。

更に又、米国特許第４．２８１，３４１号公報には、立
体テレビジョン装置の受像機を開示し、この受像機では
、陰極線管からフィールド順次形式で出力する斜視イメ
ージ光の偏光方向を、ねじれネマティック液晶セルを使
用して変更している。

ねじれネマティック液晶セルは、直線偏光子の後方に置
かれる。一方、この直線偏光子は、陰極線管のスクリー
ンの前面に設けられ、垂直方向に透過軸を有する。観察
者は、各々ニュートラル偏光子を有する２個のアイピー
スから成る眼鏡をかけて立体イメージを観察する。上述
のニュートラル偏光子の偏光軸は互いに直交し、一方の
偏光子の偏光軸は、陰極線管のスクリーンの前方に置い
た偏光子と平行である。

この従来例は、斜視イメージを伝搬する光の偏光方向を
急速に変更するのに、かなり高い電圧を加えなければな
らないという問題がある。この様な装置を低速スイッチ
ングで動作させればフリッカの原因となり、逆に、窩速
スイッチングで動作させれば低コントラストのイメージ
となるという欠点がある。

［目的］本発明は、３次元多色画像を実現する立体多色画像投射
装置を提供することをその目的とする。

本発明は、更に、複数の多色イメージ光源及びこのイメ
ージ光源と同数の可変移相子を有するイメージ・エンコ
ーダと、受動光学素子のみから成るイメージ・デコーダ
とを有する立体多色画像投射装置を提供することをその
目的とする。

本発明は、更に、深度の深い大型イメージを実現する立
体多色画像投射装置を提供することをその目的とする。

本発明は、更に、外部回路を必要とすることなく、両眼
のイメージ集束性を向上させた立体多色画像投射装置を
提供することをその目的とする。

本発明は、更に、フリッカ周期よりも早く且つコントラ
ストの大きい斜視イメージを、フィールド順次形式で実
現する立体画像投影装置を提供することをその目的とす
る。

［実施例コ以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示した立体多色画像投射装置１０は、３個の光
源１２．１４及び１６を有し、各光源は、例えば陰極線
管である。イメージ光源１２．１４及び１６は、夫々異
なった色のイメージ・フィールド情報（画像イメージ）
を出力し、画像の第１及び第２斜視イメージを交互に作
成する。好適実施例では、光源１２．１４及び１６は、
夫々、赤、緑及び青の画像イメージを出力するようにす
る。

第１群の偏光子１８．２０及び２２は、夫々、光源（以
下陰極線管とする場合がある）１２．１４及び１６の管
面の直前に置かれ、陰ｆｆｉ線管からの光線を所定の偏
光方向に偏光する。偏光子１８．２０及び２２は、夫々
、垂直吸収軸２４．２６及び２８と、水平透過軸３０．
３２及び３４を有するニュートラル直ＩＩ（ＩＩ光子で
ある。

第１及び第２斜視イメージを有する赤光線は、偏光子１
８の透過軸３０を介して、可変移相子３６に入射する。

この可変移相子３６は赤光線を半波長だけ遅らせる。可
変移相子３６の光軸３８は、偏光子１８の偏光軸２４及
び３０に対して略４５゛になるように設定されている。

受像器４０は、出力ｌ１４２を介し、赤のイメージ・フ
ィールド情報（画像の第１及び第２斜視イメージに対応
する）を陰極線管１２に出力し、上記情報の出力に同期
してスイッチ回路４４に信号を出力する。

一方、第１及び第２斜視イメージを有する緑光線は、偏
光子２０の透過軸３２を介して、可変移相子４６に入射
し、この可変移相子４６により、半波長だけ遅延される
。可変移相子４６の光軸４８は、偏光子２０の偏光軸２
６及び３２に対して略４５°になるように設定されてい
る。受像器４０は、出力線５０を介し、緑のイメージ・
フィールド情報（画像の第１及び第２斜視イメージに対
応する）を陰極線管１４に出力し、上記情報の出力に同
期してスイッチ回路４４に信号を出力する。

更に、第１及び第２斜視イメージを有する青光線は、偏
光子２２の透過軸３４を介して、可変移相子５２に入射
し、この可変移相子５２により、半波長だけ遅延される
。可変移相子５２の光軸５４は、偏光子２２の偏光軸２
８及び３４に対して略４５°になるように設定されてい
る。受像器４０は、出力線５６を介し、青のイメージ・
フィールド情報（画像の第１及び第２斜視イメージに対
応する）を陰極線管１６に出力し、上記情報の出力に同
期してスイッチ回路４４に信号を出力する。

スイッチ回路４４は、その出力線５８．６０及び６２を
介し、可変移相子３６．４６及び５２に、第１及び第２
スイツチ信号を加える。つまり、第１及び第２スイツチ
信号は、夫々可変移相子３６．４６及び５２に選択的に
印加され、２種類（第１及び第２）の遅延量を入射光に
与える。第１スイツチ信号により、可変移相子３６．４
６及び５２は、フィールド・アライメント或いはオン状
態で、第１イメージの水平偏光光線を略遅延なしに通過
させる。

偏光子１８．２０及び２２、可変移相子３６．４６及び
５２は、イメージ・エンコーダを構成する。このイメー
ジ・エンコーダは、第１イメージを第１偏光（即ち水平
偏光）でエンコード（処理）し、第２イメージを第２偏
光（即ち垂直偏光）でエンコードする。可変移相子３６
．４６．５２を夫々通過した赤、緑及び青の光線は、空
気等の伝搬媒体を介し、反射型の非偏光解消投影スクリ
ーン６６に投射される。スクリーン６６として、例えば
、イーストマン・コダック社製のスクリーン（商標名：
エフタライト）が使用可能である。しかし、本発明は、
半透過の非偏光解消の投影スクリーンの背後投射型装置
にも応用可能である。公知のレンズ・装置（図示せず）
を、夫々スクリーン６６と移相子３６，４６．５２との
間に設け、第１及び第２イメージをフルカラーでスクリ
ーン６６に投射する。

スクリーン６６上のイメージは、イメージ投影側の観察
者により観察される。第１及び第２イメージは、更に、
第１及び第２観察手段６８及び７０にも入射する。この
第１及び第２観察手段６８及び７０は、図示の如く、横
方向に設けられ、観察者がかける眼鏡である。第１観察
手段６８は、垂直透過軸７２及び水平吸収軸７４を有す
る第２のニュートラル直線偏光子であり、第２観察手段
７０は、垂直吸収軸７６及び水平透過軸７８を有する第
３のニュートラル直ｌ！偏光子である。

可変移相子３６．４６及び５２がオン状態であって、入
射光に位相変化を与えない場合には、赤、緑及び青の第
１イメージを有する水平偏光光線は、伝搬媒体６４を介
してスクリーン６６に到達し、このスクリーンで反射し
て偏光子６８及び７０に入射する６第１イメージは、偏
光子６８の吸収軸７４により阻止されるので観察者の左
眼８０には入射しないが、偏光子７０の透過軸７８によ
り観察者の右眼８２に入射する。

一方、可変移相子３６．４６及び５２がオフ状態となっ
て入射光を半波長遅らせる場合には、赤、緑及び青の第
２イメージを有する垂直偏光光線は、伝搬媒体６４を介
して投影スクリーン６６に到達し、このスクリーンで反
射して偏光子６８及び７０に達する。この場合、第２イ
メージは、偏光子６８の透過軸７２により観察者の左眼
８ｏに達するが、偏光子７０の吸収軸７６により観察者
の右眼８２には到達しない、各可変移相子３６．４６及
び５２は、通過色光線に半波長の遅れを与えるように調
整済であるので、観察者は、第２イメージを右眼８２で
知覚することはない、赤、緑及び青の偏光方向は夫々回
転するので、可変移相子３６．４”６及び５２がオフで
あれば９０’である。

偏光子６８及び７０はイメージ・デコーダを楕成し、観
察者の右眼８２及び左眼８０に、夫々、第１及び第２イ
メージを入射させる。このように、観察者の両眼の夫々
に対して斜視イメージを交互に阻止及び通過させること
により、観察者は３次元のイメージを知覚することがで
きる。

上述の本発明に係る装置では、大きなイメージを作るこ
とができるので、観察者は、かなり遠い距離からイメー
ジ観察が可能である。したがって、観察者の両眼に入射
する斜視イメージの入射角差を大きくできるので、観察
者の眼を緊張させることなく知覚深度を深くできる。

本発明に係る好適実施例では、可変移相子３６．４６及
び５２として動作する３個の液晶セルを使用し、この液
晶セルの電極に加えられる電圧により発生する電界強度
を制御することにより、通過光の移相量を制御している
。この液晶セルは、約３ミリ秒の短い遷移時間でオンか
らオフ状態に切換えられる。

第２図を参照して可変移相子（３６，４６又は５２）の
−例を説明する。第２図に示すように、液晶セル２００
は、略平行に間隔を置いて設けた１対の電ｆ！楕遺２０
２及び２０４を有し、この電極構造２０２及び２０４の
間にはネマティック液晶２０６が封入されている。電極
構造２０２は、ガラス製の誘電体基板２０８を有し、こ
の誘電体基板２０８の内部表面に透明型８ｉ！（例えば
ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）薄膜）２１０が設けられ
ている。更に、配向ｒ！Ａ２１２を透明電極２１０の内
側に設け、電極２１２と液晶２０６の境界膜とする。液
晶２０６と接する配向膜２１２の面は、この面と接触す
る液晶の好ましい配向を得るため、２つの好適な方法の
何れかにより処理される。配向膜の材料及び配向膜の処
理方法の詳細は後述する。尚、電極構造２０４は、上述
した電極構造２０２と同様の構成なので、電極構造２０
２の構成素子に相当する素子には対応する参照番号の後
にダッシュを付加しである。

電極構造２０２及び２０４の端部は、図示の如く、互い
にずれており、透明電極２１０及び２１０′に端子２１
３が接続できるようになっている。

尚、端子２１３は第１図のスイッチ回路４４に接続して
いる。更に、スペーサ（例えばグラスファイバー製）に
より、電極構造２０２及び２０４を平行に維持している
。

液晶セル内での配向膜のネマティック配向構造は、米国
特許第４．３３３，７０８号公報のカラム７、第４８行
〜第５５行に記載されている。しかし、上記米国特許に
述べられている液晶セルでは、ディレクタが交互に傾き
を有する構造であり、液晶セルの配向の一部分のみを占
めるにすぎないので、本発明で使用する液晶セルとは異
なっている。上記米国特許に開示された液晶セルは、液
晶セル内のディスクリネーション（線欠陥）を促進して
双安定スイッチ素子を得るためのものである。

次に、第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照して、本発明に使用
される液晶セルを説明する。電極構造２０２の配向Ｍ２
１２は、配向膜２１２に接触するディレクタ２１６がバ
イアス傾斜角θで互いに平行に配列するように処理され
ている。尚、傾斜角θは、配向膜２１２の表面に対して
反時計方向に測定されている。一方、配向Ｍ２１２′は
、配向膜２１２′に接触するディレクタ２１８がバイア
ス傾斜角−θで互いに平行に配列するように処理されて
いる。尚、傾斜角−θは、配向！２１２′の表面に対し
て時計方向に測定されている。このように、対向した配
向膜２１２及び２１２′に接するディレクタ２１６及び
２１８は、逆方向に傾斜している。

配向膜に接するディレクタ２１６．２１８を所望方向に
配向する好適な方法は、配向膜２１２及び２１２′にポ
リイミドを使用し、配向膜の表面をラビングして上述の
バイアス傾斜角θ（好ましい範囲は２゛〜４°）を得る
。一方、他の好ましい方法は、配向膜２１２及び２１２
′として一酸化けい素を用いる方法である。この場合、
１０゜〜３０°　（１５°〜２５°が望ましい）のバイ
アス傾斜角θを得るのに充分である蒸着角５°　（但し
透明電極表面から測定）の斜方蒸着法により配向膜を形
成する。

一酸化けい素及び他の適当な配向材料を使用して液晶分
子を所望方向に配向する方法は、既に開発され当業者に
公知である０例えば、米国特許第４．１６５．９２３号
公報を参照されたい。

第３図は、透明電極２１０及び２１０′に、信号電圧Ｖ
ｌ（周波数的２ｋＨｚ、実効電圧的２０■）を印加した
際の配向膜非接触（配向膜に接しない）ディレクタ２２
０の配向を示す図である。

スイッチ回路４４（第１図）は、第１スイツチ状態にな
ると、透明電極２１０′に信号電圧■１を加える（透明
電極２１０１接地されている）、このため、液晶セル２
００内に交番電界Ｅが発生し、液晶セル２００はオン状
態となり透過光に遅延を与える。正の誘電異方性値を有
する液晶２０６の大多数のディレクタ２２０は、液晶セ
ル内の電気力線の方向２２１の、実質上、端部から端部
に沿って配列される。ディレクタ２２０の配列方向は、
電極構造２０２及び２０８′に略直角である。このよう
に、液晶セル２００をオン状態にすると、配向膜非接触
ディレクタ２２０は、セルの表面に対して略直角に配列
する。

第３Ｂ図は、上述の信号電圧Ｖ１を除去した後のディレ
クタ２２０の配向状態を示す図である。

この場合、ディレクタ２２０の配列状態は、電極構造２
０２及び２０４間の電界ではなく、液晶の分子間弾性力
に依存し、ディレクタ２２０の配列は、オン状態の配列
に比較して弛緩している。尚、スイッチ４４を第２スイ
ツチ状態にすれば、信号電圧ｖ１が除去される。第３Ｂ
図に示したディレクタの配向は、液晶セルのオフ状態を
示す。

液晶セル２００をオフ状態に切換える他の方法は、スイ
ッチ回路４４から、透明電極２１０′に、■１未満の略
０電圧の信号電圧Ｖ２（周波数はＶｌの周波数と略同−
）を印加することである。

液晶セルがオン状態からオフ状態に移行する遷移期間中
、配向膜非接触ディレクタは、第３Ａ図の配向状態から
隣り合うディレクタに略平行になるように移動する。つ
まり、配向膜非接触ディレクタ２２０ａ及び２２０ｂは
、矢印２２２ａで示すように夫々時計方向に回転し、デ
ィレクタ２１６及び２２０ａに対して平行に近い状態と
なる。

一方、配向膜非接触の他のディレクタ２２０ｃ及び２２
０ｄは、矢印２２２ｂで示すように、夫々反時計方向に
回転し、ディレクタ２１８及び２２０ｃに対して平行に
近い状態となる。したがって、液晶セル２００がオフ状
態になると、配向膜非接触ディレクタの多くは、そのベ
クトルの水平成分（図面上）が大きくなる。しかし、配
向膜非接触ディレクタは、液晶セルの表面に垂直な平面
上に存在する。

液晶セル２００を可変移相子として使用するのは、配向
膜非接触ディレクタを、第３Ａ図の状態（電界により整
列した状態）から、ディスクリネーションを生じさせる
ことなく、第３Ｂ図のオフ状態（平面構造）とすること
を目的としている。

本発明では、液晶セル２００は、０波長或いは半波長の
移相子として動作し、その光軸は、配向膜非接触ディレ
クタ２２０の配向方向と一致する。

液晶セル２００がオン状態の場合には、電極構造２０２
及び２０４の表面に対して垂直に通過する直線偏光光線
の伝搬方向は、配向膜非接触ディレクタの配向方向と一
致する。更に、ディレクタ２２０の配向方法は、液晶セ
ル２００がオンの場合には、電極構造上への光軸の投影
は無視できる程度である。この状態で、液晶セル２００
は、矢印２２６の方向から入射した光に対して大幅に低
減した遅延を与える。

一方、液晶セル２００がオフ状態の場合には、電極構造
２０２及び２０４の表面に対して垂直に通過する直線偏
光光線の伝搬方向は、配向膜非接触ディレクタの配向方
向とは一致しない、この状態で、液晶セル２００に直角
に入射した光は複屈折する。

第１図に示す投影装置１０では、可変移相子３６．４６
及び５２の夫々の配向膜非接触ディレクタの配向により
、下記の式を満足する波長の光に対して略半波長の遅延
を与える。

Δｎ−ｄ／λ＝１／２ここで、ｄは液晶層の厚さ、Δｎは液晶セルの有効複屈
折率、λは透過光の波長を示す。

［発明の効果コ本発明によると、例えば左右斜視画像情報をフィールド
順次で表示する複数の光源手段、例えば赤、緑、青の３
色ＣＲＴからの光線を、液晶セルによる可変移相手段を
介してＯ又は半波長移相させて投射手段に投影する。投
射手段で大成した画像からの光を偏光手段で偏光（デコ
ード）して観察者の左右両眼に入射させている。その結
果、各光源手段からの光の波長と可変移相手段の移相量
を正確に選定同調させることができるので、表示観察さ
れる画像の品質が極めて高く、優れた３次元画像が得ら
れる。赤、緑、青の３原色光源を使用すると完全なフル
カラー（総天然色）の立体像が得られ、更に各光源をレ
ンズ等の光学装置を使用して任意の大きさに拡大し得る
。又、観察者は単に受動受光手段を眼鏡として使用する
のみであるので、安全性が高いのみならず負担が軽いな
どの種々の顕著な作用効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る立体多色画像投射装置の好適実施
例を示す図、第２図は本発明の好適実施例において可変
移相子として使用する液晶セルの正面断面図、第３Ａ図
及び第３Ｂ図は夫々第２図の液晶セルの動作を説明する
図である。図中、１２．１４．１６はＣＲＴ（光源手段）、３６．
４６．５２は可変移相手段、６６は投射手段（投影スク
リーン＞、６８．７０は受動偏光手段（観察手段）であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

夫々斜視画像情報を含む予め選択された異なる色の光を
出力する複数の光源手段と、該複数の光源手段の各出力
光線を光源手段の画像に応じて２つの光学状態に切換制
御する可変移相手段と、該可変移相手段を通つた上記光
源手段からの画像を合成する投影手段と、該投影手段か
らの光線が観察者の両眼に入射する前に偏光する受動偏
光手段とを具えることを特徴とする立体多色画像投射装
置。