JPH02181138A - 液晶投射型立体表示装置 - Google Patents

液晶投射型立体表示装置

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JPH02181138A
JPH02181138A JP64000723A JP72389A JPH02181138A JP H02181138 A JPH02181138 A JP H02181138A JP 64000723 A JP64000723 A JP 64000723A JP 72389 A JP72389 A JP 72389A JP H02181138 A JPH02181138 A JP H02181138A
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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〕 本発明は、立体感のある表示画像を提供する立体表示装
置、特に液晶表示素子を投射する液晶投射型立体表示装
置に関する。
〔従来の技術〕
近年、画面の迫力や臨場感を演出するために大画面の立
体表示装置が望まれている。これを実現するために、1
台の映写機やCRTプロジェクタ等を用いて立体画像を
発生させ、偏光めがねで観察する立体表示装置が従来数
多く提案されている。
中でも、液晶表示素子を使用した液晶投射型立体表示装
置については、特願昭61−174898号1投射型立
体テレビジョン受像機」明細書中に述べられている。
第3図は、かかる従来例を説明するための液晶投射型立
体表示装置の平面図である。
この従来例によれば、液晶投射型立体表示装置は、第3
図に示すように、光TA50と、第1の偏光ビームスプ
リッタ51と、ミラー52.53と、左眼画像用液晶装
置54と、右眼画像用液晶装置55と、第2の偏光ビー
ムスプリッタ56と、投射レンズ57とから構成され、
次のようにしてスクリーン61上への画像の投影が行わ
れる。
すなわち、光源50から第1の偏光ビームスプリッタ5
1に光が投射されると、投射光58は、第1の偏光ビー
ムスプリッタ51により、第1の偏光光59と第2の偏
光光60の互いに偏光面が直交する光に分離される。第
1の偏光光59はミラー52により光路を変えられた後
、左眼画像用液晶装置54に入射する。左眼画像用液晶
装置54は左眼映像信号に暴づき第1の偏光光59を変
調する。変調された第1の偏光光59は、第2の偏光ビ
ームスプリッタ56及び投射レンズ57を介してスクリ
ーン61に投射される。
また、第2の偏光光60はミラー53により光路を変え
られた後、右眼画像用液晶装置55に入射する。
右眼画像用液晶装置55は右眼映像信号に基づき第2の
偏光光60を変調する。変調された第2の偏光光60は
、第2の偏光ビームスプリッタ56及び投射レンズ57
を介してスクリーン61に投射される。
このようにして、スクリーン61上には、左眼画像用液
晶装置54による画像と右眼画像用液晶装置55による
画像が投影されることとなり、観察者は、偏光めがね6
2を介してスクリーン61上の画像を観察することによ
り、巣行感のある立体画像を観察できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、かかる従来例の構成にあっては、実用化にあた
り、次のような問題がある。
すなわち、−iに、液晶テレビに用いられている直視型
液晶表示素子では、観察者の視野角が広くなるように、
液晶の配向方向、並ひに偏光子、検光子としての偏光板
を透過する先の偏光方向は、表示画像の上下方向に対し
45度傾斜している。
一方、従来例の構成において、第3図における第1の偏
光ビームスプリ・7り5■と第2の偏光ビームスブリッ
ク56を透過する光の偏光方向は、表示画像の上下方向
に対し平行または垂直である。従って、従来例の構成に
おいて、左眼画像用液晶装置54.右眼画像用液晶装置
55として前記液晶テレビを用いた場合、すなわち上述
の如く表示画像の上下方向に対し45度傾斜していると
、偏光方向の不整合のため、透過光量は、液晶テレビ透
過時に約1/2に、第2の偏光ビームスプリッタ透過時
にさらに約1/2に減少し、結果として約75%の光量
が損失するので、表示画面の明るさが大幅に暗くなると
いう問題点があった。
また、偏光方向の整合をとるため、液晶の配向方向並び
に偏光板を透過する光の偏光方向を変更するには、液晶
テレビの製造装置を特別に改造し、新たな製作方法を用
いる必要が生し、液晶テレビの汎用性が得られないこと
となる。
本発明の目的は、簡易な構成で、液晶テレビの製作方法
の変更を必要とせずに、偏光方向の不整合による光量損
失が生じない明るい表示画面が得られる液晶投射型立体
表示装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、光源からの光束を偏光方向が互いに直交する
直線偏光光である二つの光束に分離する第1の偏光ビー
ムスプリッタと、前記二つの光束のいずれか一方を右眼
用画像信号に基づき変調する第1の液晶表示素子と、前
記二つの光束の他方を左眼用画像信号に基づき変調する
第2の液晶表示素子と、第1及び第2の液晶表示素子で
それぞれ変調された二つの光束を再び一光束に合成する
第2の偏光ビームスプリッタとを有し、第1の液晶表示
素子の画像と第2の液晶表示素子の画像をスクリーン上
に投射し、偏光めがねを介して前記スクリーン上の画像
を観察する液晶投射型立体表示装置であって、 前記第1の液晶表示素子と前記第2の液晶表示素子の光
の入射面及び出射面に、二枚の174波長板から成る偏
光回転素子をそれぞれ配置したことを特徴としている。
〔作用〕
液晶表示素子の光の入射面及び出射面に二枚の174波
長板から成る偏光回転素子をそれぞれ配置すると、分離
用の偏光ビームスプリッタから入射せしめられる光と液
晶表示素子と再合成用の偏光ビームスプリッタとの間で
偏光方向の整合をとることができ、液晶表示素子に一般
的な液晶TVに用いられるものを使用しても、偏光方向
の不整合に起因する光量の損失を防ぐことができる。従
って、簡易な構成で偏光方向の不整合による光M損失が
生じない明るい表示画面が得られる液晶投射型立体表示
装置が可能になる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の一実施例を説明するだめの液晶投射
型立体表示装置の平面図である。
第1図に示すように、本実施例装置は、光源1と、第1
の偏光ビームスブリック2及び第2の偏光ビームスブリ
ック11と、ミラー3,4と、2つの液晶表示素子5,
6と、液晶表示素子5,6の画像をスクリーン16上に
投射する投射レンズ12とを備えており、スクリーン1
6上の画像を偏光めがね17を用いて観察するようにな
っていると共に、各液晶表示素子5,6の入出射側に偏
光回転素子が設けられている。
すなわち、液晶表示素子5側には、その入射面及び出射
面に液晶表示素子5用の第1及び第2の偏光回転素子7
,8が配置されており、また、液晶表示素子6側につい
ても、同様に、液晶表示素子6用の第1及び第2の偏光
回転素子9,10がその入射面及び出射面に配置されて
いる。
第1の偏光ビームスプリッタ2は、光源からの光束を偏
光方向が互いに直交する直線偏光光である二つの光束に
分離するための偏光ビームスプリッタであり、本実施例
では、光源からの投射光13を、互いに直交する偏光面
を有するP偏光である投射光14とS偏光である投射光
15とに分離するようにしている。
各液晶表示素子5.6は、−船釣な液晶TVに用いられ
る液晶表示素子を使用することができる。
これらは、いずれか一方が右眼用のもので、他方が左眼
用のものであって、両眼視差情報を有する右眼用画像及
び左眼用画像の映像信号がそれぞれ入力される。本実施
例では、液晶表示素子5が右眼用画像のためのもの、ま
た液晶表示素子6が左眼用画像のためのものとされてお
り、液晶表示素子5が、第1の偏光ビームスプリッタ2
により分離されかつミラー3により反射された投射光1
4を右眼用画像信号に基づき変調する第1の液晶表示素
子を構成し、また液晶表示素子6が、上記第1の偏光ビ
ームスプリッタ2により分離されかつミラー4により反
射された他方の光束である投射光15を左眼用画像信号
に基づき変調する第2の液晶表示素子を構成している。
第2の偏光ビームスプリッタ11は、液晶表示素子5,
6で変調された二つの光束を再び一光束に合成するのに
用いられる偏光ビームスプリッタである。
ミラー3からの反射投射光14が与えられる液晶表示素
子5の入射面及び出射面に配置された偏光回転素子7,
8、更にはミラー4からの反射投射光15が与えられる
液晶表示素子6の入射面及び出射面に配置された偏光回
転素子9,10は、投射光14、投射光15と、液晶表
示素子5.液晶表示素子6と、第2の偏光ビニムスプリ
ンタ11との間で、偏光方向の整合をとるのに用いられ
、それぞれ二枚の174波長板から構成されている。
各別に入出射面側に上記のような二枚の1/4波長板か
ら成る偏光回転素子7〜10を有する液晶表示素子5,
6と、第2の偏光ビームスプリッタ11と、投射レンス
12と、スクリーン16とは、液晶表示素子5及び液晶
表示素子6の各画素がスクリーン16上のそれぞれ同一
場所に結像されるような位置関係に配置されている。
このように、本実施例装置は、光源1と、光源1からの
光束を偏光方向が互いに直交する直線偏光光である二つ
の光束に分離する第1の偏光ビームスプリッタ2と、前
記二つの光束のいずれか一方を右眼用画像信号に基づき
変調する第1の液晶表示素子と、他方を左眼用画像信号
に基づき変調する第2の液晶表示素子と、それぞれ変調
された前記二つの光束を再び一光束に合成する第2の偏
光ビームスプリッタ11と、前記第1の液晶表示素子の
画像と前記第2の液晶表示素子の画像をスクリーン16
上に投射する投射レンズ12とから少なくとも構成され
、偏光めがね17を介してスクリーン16上の画像を観
察する液晶投射型立体表示装置において、前記第1の液
晶表示素子と前記第2の液晶表示素子の光の入射面及び
出射面に、二枚の174波長板から成る偏光回転素子7
〜10をそれぞれ配置するようにしている。
第1図の構成の液晶投射型立体表示装置において、各液
晶表示素子5,6の画像のスクリーン16への投影、並
びに奥行感のある立体表示画面の観察は、次のようにし
て行われ、しかも、この場合、液晶表示素子5,6が一
般的な液晶TVに用いられる液晶表示素子であっても、
第3図に示した構成の場合のような光量損失は生ぜず、
表示画面の明るさが大幅に暗くなることばない。
以下、具体的に説明する。
第1図において、光源1は投射光13を発生ずる。
投射光13ば第1の偏光ビームスプリッタ2に入射し、
それぞれP偏光及びS偏光の互いに直交する偏光面を有
する直線偏光光である投射光14.投射光15の二つの
光束に分離される。投射光14は、ミラー3によりその
光路を変え、液晶表示素子5用の入射面例の第1の偏光
回転素子7、液晶表示素子5、出射面側の第2の偏光回
転素子8に入射する。
一方、投射光15は、ミラー4によりその光路を変え、
液晶表示素子6用の入射面側の第1の偏光回転素子9、
液晶表示素子6、出射面側の第2の偏光回転素子10に
入射する。
投射光14.1.5は変調され、再合成のため第2の偏
光ヒームスプリソク11へ入射せしめられるが、この場
合、各偏光回転素子7〜10ばそれぞれ二枚の1/4波
長板から成っていて、かかる偏光回転素子が液晶表示素
子の光の入射面及び出射面に配置されているので、透過
光量が従来のように減少することはない。
これは、次のように説明することができる。
すなわち、第2Mは本発明の原理説明に供する図であっ
て、この第2図を用いて説明するに、まず、波長板は、
屈折率異方性のある媒質を光が進行する際に生じる位相
差を利用し、光の偏光状態を変化させるものである。特
に、174波長板は、入射光の直線偏光を円偏光に、ま
たは円偏光を直線偏光に、変換する作用を持ち、この1
74波長板を二枚用いて偏光回転素子を構成すると、直
線偏光の偏光方向を任意に回転させることが可能である
本発明は、以上の原理を利用するものである。
まず、第2図(a)において、投射光28は、分離用の
偏光ビームスプリッタを透過したP偏光の直線偏光光で
あるとする。この場合、投射光28の偏光方向29は、
液晶表示素子26の表示画面の上下方向27に対し垂直
である。一方、液晶表示素子26を透過することのでき
る偏光方向は、既述の如く−gの液晶テレビのもののと
きは、表示画面の上下方向27に対し45度傾斜した偏
光方向32である。
従って、ここで、もし、投射光28が直接液晶表示素子
26に入射すると、偏光方向の不整合のため投射光28
の光量は約半分に低下してしまう。そこで、P偏光の直
線偏光光のときは、第2図(a)に示すよ・うに、液晶
表示素子26の入射面に、第1の174波長板20と第
2の1/4波長板21とから成る入射面側の第1の偏光
回転素子22を配置すると(図ではM単のため液晶表示
素子26と離して描いているが密着して配置しても良い
)、投射光28の偏光方向29は、第1の1/4波長板
20で円偏光30に変換され、次に第2の174波長板
21で偏光方向31の直線偏光に変換される。この偏光
方向31が、液晶表示素子26を透過することのできる
偏光方向32と同一となるようにするには、第2の1/
4波長板21の屈折率異方軸を表示画面の上下方向27
に垂直または平行に設定することにより可能である。従
って、偏光方向の整合がとれるため、投射光28の光量
損失は生じない。次に、液晶表示素子26を透過した光
は、再び再合成用の偏光ビームスブリックに入射する必
要があるか、ここでも直接入射すると、前述の偏光方向
の不整合のため投射光28の光量が損失する。そこで、
液晶表示素子26の出射面に第3の174波長板23と
第4の]/4波長板24とから成る出射面側の第2の偏
光回転素子25を配置すると、同様に、投射光28は第
3の174波長板23で円偏光33に、第4の174波
長板24では偏光方向34の直線偏光に、順次変換する
ことができ、偏光方向の整合がとれるので、光量損失が
生じない。
すなわち、再合成するときの偏光ビームスプリッタの透
過時にも透過光量を大きくすることができる。
第2図(b)は、投射光36が偏光ビームスプリッタを
透過したS偏光の直線偏光光である場合を示す。
この場合は、S偏光の直線偏光光、すなわち第2図(a
)のP偏光の直線偏光光とは偏光方向が直交する直線偏
光光であるから、投射光36の偏光方向37は、液晶表
示素子26の表示画面の上下方向27に対し平行である
このような投射光36が前段の分離用の偏光ビームスプ
リッタから分離されて入射されると、投射光36は、第
1の174波長板20で円偏光38に、第2の174波
長板21で偏光方向39の直線偏光に、変換される。こ
の偏光方向39は液晶表示素子26を透過することので
きる偏光方向40と同一である。従って、入射面側の第
1の偏光回転素子22によって、偏光方向の整合をとる
ことができる。
次に、後段の再合成用の偏光ビームスプリッタに対して
も、第2図(a)の場合と同様、整合をとるこ七ができ
る。すなわち、第3の1/4波長板23で円偏光41に
、第4の174波長板24で偏光方向42の直線偏光に
、変換し、出射面側の第2の偏光回転素子25で偏光方
向の整合をとることができる。
このように、液晶表示素子の光の入射面及び出射面に二
枚の1/4波長板から成る偏光回転素子をそれぞれ配置
することにより、簡易な構成で偏光方向の不整合による
光量損失が生じない明るい表示画面が得られる液晶投射
型立体表示装置を実現することができる。
さて、第1図に戻り、液晶表示素子5用及び液晶表示素
子6用の各人出射面側の偏光回転素子、すなわち第1の
偏光回転素子7.第2の偏光回転素子8.第1の偏光回
転素子9及び第2の偏光口転素子10ば、投射光14.
投射光15と液晶表示素子5、e、高表示素子6と第2
の偏光ビームスプリッタ11との間で偏光方向の整合を
とるものであり、それぞれ二枚の174波長板から成る
本実施例では、液晶表示素子5用の人出射面側の第1の
偏光回転素子7及び第2の偏光回転素子8は、それぞれ
第2図(a)の第1の偏光回転素子22及び第2の偏光
回転素子25と同じ構成であって、それぞれは174波
長板20.21.1/4波長板2324の二枚の174
波長板から成り、更に、液晶表示素子6用の人出射面側
の第1の偏光回転素子9及び第2の偏光回転素子10は
2それぞれ第2図(b)の第1の偏光回転素子22及び
第2の偏光回転素子25と同じ構成であり、これらもそ
れぞれは第2図(b)の174波長板20.21.17
4波長板23.24の二枚の174波長板から成ってお
り、第1図に示す投射光14.投射光15は、従来のも
ののようには光量の低下を来たさずに投射レンズ12へ
到達し、また、このとき、それぞれ右眼用画像信号と左
眼用画像信号で変調されてスクリーン16上へ投射され
る。
すなわち、既述したように、液晶表示素子5、液晶表示
素子6、第2の偏光ビームスプリッタ11、投射レンズ
12並びにスクリーン16の位置関係は、液晶表示素子
5及び液晶表示素子6の各画素がスクリーン16」二の
それぞれ同一場所に結像されるように配置されていて、
投射光14、投射光15ば、共に第2の偏光ビームスプ
リッタ11、投射レンズ12を介してスクリーン16に
投射される。
そして、このようにして液晶表示素子5の画像と液晶表
示素子6の画像が投射されるスクリーン16上の画像か
ら奥行感のある立体表示画面を観察するには、次のよう
にすればよい。
すなわち、第1図の液晶投射型立体表示装置を用いて、
奥行感のある立体表示画面を得るためには、まず、両眼
視差情報を有する右眼用画像及び左眼用画像の映像信号
を液晶表示素子5及び液晶表示素子6に入力し、表示さ
せるようにする。ここでは、既述のように、液晶表示素
子5が右眼用画像を、液晶表示素子6が左眼用画像を、
それぞれ表示するようにしており、このように表示した
とすると、各画像がスクリーン16上に投射されると共
に、この場合、液晶表示素子5の投射光14についてば
P偏光の直線偏光で、液晶表示素子6の投射光15につ
いてはS偏光の直線偏光で、それぞれスクリーン16上
に投射される。
このような状態で観察者は偏光めがね17を介してスク
リーン16上の画像を観察する。ここで、偏光めがね1
7は、二枚の偏光板で構成され、それぞれ右眼、左眼の
前に配置されるようにする。但し、偏光板を透過する光
の偏光方向が、右眼の前に配置された偏光板については
、右眼用画像が表示されている液晶表示素子5を投射し
ている投射光14の偏光方向と同じになるように、また
左眼の前に配置された偏光板については、左眼用画像が
表示されている液晶表示素子6を投射している投射光1
5の偏光方向と同しになるように、それぞれ偏光板を配
置する必要がある。また、投射光14及び投射光15は
それぞれP偏光及びS偏光であり、互いに直交する偏光
方向を有しているため、偏光めがね17の二枚の偏光板
も、透過する光の偏光方向か互いに直交するように配置
することになる。
このような偏光めがね17を用いてスクリーン16」二
の画像を観察すれば、観察者は、右眼で右眼用画像のみ
を、左眼では左眼用画像を見ることになり、各画像はそ
れぞれ両眼視差情報を持った画像であるため、奥行感の
ある立体表示画面を観察でき、しかも前述のようにして
光量を十分確保することもできるので、立体画像の観察
にあたり明るい表示画面で観察することができる。
なお、液晶表示素子5が左眼用画像を、液晶表示素子6
が右眼用画像を表示した場合には、偏光めがね17の偏
光板の偏光方向が逆になるように配置すると良い。
以下は、第1図に示した構成の液晶投射型立体表示装置
において、それぞれ使用した光源1、各偏光ヒームスプ
リソク2,11、ミラー3,4、各偏光回転素子7〜1
0での1/4波長板、各液晶表示素子5,6、スクリー
ン16等についての具体例である。
マス、光源1については、ハロゲンランプや」−セノン
ランプ等輝度の高い白色光源を用いた。また、図には明
示していないが、投射光13により他の部品が劣化する
のを防ぐため、投射光13は可視光のみを透過するフィ
ルターを通している。
第1の偏光ビームスプリッタ2と第2の偏光ビームスプ
リッタ11は、共に二つの直角プリズムの一方の斜面に
金属膜や誘電体多層膜等から成る半透膜をコートして斜
面どうしを接合したものであり、特に可視域の波長の光
に対して有効に互いに直交する偏光成分であるP偏光と
S偏光とに分離できるものを用い、その消光比はおよそ
20dBであった。また、第1の偏光ビームスプリッタ
2と第2の偏光ビームスプリッタ11の光の人出射面に
は、反射防止膜を施した。
また、ミラー3、ミラー4は、共にアルミニウムの表面
鏡であるが、特に誘電体多層膜等により反射率を高めた
増反射ミラーを用いた。
更に、それぞれ二枚の174波長板から成る各偏光回転
素子7〜10における174波長板としては、ポリビニ
ルアルコールフィルムを延伸させ複屈折性を持たせたも
のを用いた。
更にまた、使用液晶表示素子5,6については、先にも
触れたように、−船釣なものであって、具体的には、液
晶表示素子5及び液晶表示素子6はTN(ツィステッド
・ネマティック)型液晶セルであり、薄膜トランジスタ
を各画素ごとにマトリクス状に配列させ液晶を駆動する
アクティブマトリクス型のものを用いたが、他にも単純
マトリクス型、あるいは薄膜ダイオードを配列させたア
クティブマ)・リクス型等一般的な液晶TVに用いられ
る液晶表示素子が使用できる。ただし、スクリーン16
側から見ると、液晶表示素子5及び液晶表示素子6は、
第2の偏光ビームスブリック11の接合面に対し、それ
ぞれ鏡像関係にあるため、一方の液晶表示素子の画像形
成を左右反転させる必要がある。これは信号系によって
実現しても良いし、液晶表示素子のいずれか一方を裏返
して配置しても可能である。
また、スクリーン16に関しては、偏光保持特性のある
もの、例えばアクリル板を素材としたリアスクリーンま
たは金属反則面を持つ反射型スクリンを用いた。
なお、第1図の構成において、液晶表示素子5及び液晶
表示素子6は白黒表示の場合、カラーフィルターを内蔵
したカラー表示の場合のいずれにも適用できる。また、
投射光をグイクロイックフィルターで赤、青、緑の三色
に分離し、それぞれ三枚の液晶表示素子に入射させ、再
びダイクロ・インクフィルターで合成してカラー表示を
行う場合についても、液晶表示素子の光の入出射面につ
いて、それぞれ偏光回転素子を配置した構成をとること
により、同様の液晶投射型立体表示装置が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、二枚の174波
長板から成る偏光回転素子を液晶表示素子の光の入射面
及び出射面にそれぞれ配置することにより、投射される
光、液晶表示素子、及び偏光ビームスプリッタにおりる
光の偏光方向の整合がとれ、光量損失が生じないため、
従来例に比べて明るい立体表示画像を簡易な構成で得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するだめの液晶投射型
立体表示装置の平面図、 第2図は本発明の原理説明に供する偏光回転素子及び液
晶表示素子の部分の斜視図、 第3図は従来の一例を説明するための液晶投射型立体表
示装置の平面図である。 1・・・・・・光源 2・・・・・・第1の偏光ビームスプリッタ3.4・・
・・ミラー 5.6.26・・液晶表示素子 7.9.22・・第1の偏光回転素子 8、1.0.25・・第2の偏光回転素子11・・・・
・・第2の偏光ビームスプリッタ]2・・・・・・投射
レンズ 13、14.1.5.28.36・・投射光16・・・
・・・スクリーン 17・・・・・・偏光めがね

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源からの光束を偏光方向が互いに直交する直線
    偏光光である二つの光束に分離する第1の偏光ビームス
    プリッタと、前記二つの光束のいずれか一方を右眼用画
    像信号に基づき変調する第1の液晶表示素子と、前記二
    つの光束の他方を左眼用画像信号に基づき変調する第2
    の液晶表示素子と、第1及び第2の液晶表示素子でそれ
    ぞれ変調された二つの光束を再び一光束に合成する第2
    の偏光ビームスプリッタとを有し、第1の液晶表示素子
    の画像と第2の液晶表示素子の画像をスクリーン上に投
    射し、偏光めがねを介して前記スクリーン上の画像を観
    察する液晶投射型立体表示装置であって、 前記第1の液晶表示素子と前記第2の液晶表示素子の光
    の入射面及び出射面に、二枚の1/4波長板から成る偏
    光回転素子をそれぞれ配置したことを特徴とする液晶投
    射型立体表示装置。
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