CN102143373A - 用于二维或三维显示的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于二维或三维显示的装置，其具有由多个透光的图像元件构成的图像显示设备(1)，在这些图像元件上可以显示多个透视图中的图像信息，还具有波长滤波器阵列(3)，具有包括至少两种工作方式的、可控的照明设备，其中在第一工作方式中，光从被布置在波长滤波器阵列(3)后面的第一照明源(2)出发通过透光的滤波器元件中的至少一部分、并且随后通过图像显示设备(1)的所分配的部分图像元件到达观察者(7)，因此场景或物体对于观察者来说是三维可见的。在这种装置中，在第二工作方式中，光从第二照明源(4)出发，并且通过图像显示设备(1)的图像元件、而不通过波长滤波器阵列(3)的滤波器元件到达观察者(7)，因此场景或物体对于观察者(7)来说是至少部分二维可见的，其中此外还设置有用于在第二工作方式中均匀照明的装置。

Description

用于二维或三维显示的装置

本申请为200380107130.5号、申请日为2003年12月19日、发明名称为“用于二维或三维显示的装置”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及用于二维或三维显示的装置。

现有技术

许多自动立体显示方法所基于的原理在于，同时光学显示物体或场景的多个不同透视图，然而通过适当的措施使得对于观察者的每只眼睛来说分别只能分开地看见这些透视图中选出的一个。因此产生一种视差效应，其提供观察者具有明显的深度等级的空间知觉。

在自动立体显示领域的研究过程中，开发出了许多方法和装置，它们使一个或多个不具有辅助工具的观察者获得空间感。然而这些装置通常只能有限地显示一般的文本或二维的图形，例如在US 5,457,574和US 5,606,455中情况就是如此。然而，若用户可以在同一个设备上可选地在无需眼镜的三维显示和高分辨率的、尽可能未被减损的二维显示之间转换，那么对于该用户来说是非常有利的。

为了在自动立体显示中光学显示物体的透视图，主要使用可以电子方式控制的彩色LCD，该彩色LCD在以传统方式控制时也适合用于二维图像显示。在许多应用情况中，可以将相同场景或相同物体的空间自动立体显示(由于强烈的空间感，所以以下也被称为三维显示)转换为二维显示是非常让人感兴趣的。这对于文本的可读性来说尤其相关，因为图像质量在二维模式下由于更高的图像分辨率而更好。

关于这种从2D至3D或相反的转换，已经公开了一系列装置。

申请人的WO 01/56265描述了一种用于空间显示的方法，其中至少一个波长滤波器阵列负责可以有立体感的显示。在该发明的一种特别的扩展方案中，LCD作为具有可变的透射比的波长滤波器阵列起作用。由此实现了在2D和3D显示之间的转换。然而其中的缺点在于，光线必须通过两个LCD、即通过许多偏振滤光片、彩色滤光片、液晶层以及其它器件、例如载体衬底，因此亮度不但在2D显示中而且在3D显示中被降低。

WO 02/35277描述了一种带有衬底的3D显示器，其包括第一光学特性的条纹以及位于其间的第二光学特性的条纹以及偏光镜。由此，其中的2D/3D转换通过偏振旋转或增加/去除偏光镜而实现。

在US 6,157,424中描述了一种2D/3D显示器，其中两个LCD彼此串联并且其中一个用作可接通的光栅。

同样地，在US 6,337,721中公开了一种2D/3D可转换的显示器。其中设置了多个光源、一个双凸透镜和一个功能重要的散射盘。这些器件保证不同的照明模式以便分别实现2D或3D显示。

在US 5,897,184中公开了一种具有用于便携式计算机的、厚度被减小的照明元件的自动立体显示器，它允许逐区域地从3D切换至2D或进行相反地切换。其中缺点是，它是仅为一个观察者设置的双通道3D显示器，而且该观察者还必须位于一个固定的观察位置上。此外，在3D模式中的图像亮度较可比的双通道3D显示暗(意思是指这些3D显示，其精确地显示一个左边的图像以及精确地显示一个右边的图像)。此外，在3D显示器前方的距离上不正确地选择的观察位置上，可以看到严重的和干涉的摩尔效应(Moiré)。在2D模式中，为3D模式可用的光被散射，以便通过照明的均匀化消除3D图像分离。因此，在具有可开关的散射盘的装置中，在2D模式中只实现比在3D模式中低的图像亮度，因为这些散射盘的漫射状态具有小于1的透射比。此外，该设备仅能以高昂的生产技术花费来制造。

此外，US 5,500,765描述了双凸透镜的作用如何由于叠加在其上的互补的透镜装置而被消除。通过这种方式，3D显示在一定程度上被关断。这种方法首先只与透镜系统一同起作用，并且还要求制造精确互补的透镜装置。

在申请人的DE 10053868C2中描述了用于可选的2D或3D显示的装置。在此设置了两个光源，其中为了2D显示或部分的2D显示，3D照明被一直关断或者由其发射的光被阻挡。在此的缺点在于，2D照明光在亮度方面无法变得足够均匀。此外在使用商业上通用的光导体作为2D照明时，通常其宏观的结构对于观察者(们)来说是可见的并且产生干涉图案。然而视觉上不可见的微观结构在制造上费力而且昂贵。

发明描述

从现有技术出发，本发明所基于的任务在于，简化文章开头所提及的装置在3D工作方式和2D工作方式之间的可转换性并改进特别是在3D工作方式中的图像质量，其中在该3D工作方式中至少一个、然而优选地是多个观察者无需辅助工具就能看见立体图像。此外，在2D工作方式中的图像质量基本上不应次于传统的2D监视器的图像质量，即它应该能为观察者(们)显示亮的、完全可分辨的图像。可选地，在2D工作方式中应该达到比在3D工作方式中更高的图像亮度。对于2D工作方式来说，特别应该实现尽可能均匀的照明，即对于相应的照明来说得到几乎为零的对比度。该装置应该可以这样来确定尺寸，使得对于用于2D/3D转换的元件来说存在足够的位置，此外，它应该可以尽最大可能地以商业上通用的部件来实现。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的前序部分以及权利要求1的特征部分的装置来解决。

因此，为了2D显示，在第二工作方式中接通第二照明源。另外设置了用于在第二工作方式中一致地、即尽可能均匀地照明。

例如可以使用由荧光材料制成的透明板作为第二照明源。该透明板由例如被垂直布置的、薄的、杆状的荧光灯从侧面照射，并且被激励以便发荧光。

在本发明的一种有利的扩展方案中，设置被构造为板状光导体的平面照明源作为第二照明源，其中该光导体被构造成具有两个互相对立的大表面以及环绕的窄表面，并且背对和/或正对图像显示设备的大表面对应于一个或多个发射平面，并且光由一个或多个布置在侧面的光源供给光导体，其中光经过窄表面中一个或多个耦合输入到光导体中，在光导体中部分地通过全反射在大表面上来回反射并且部分地在对应于一个发射平面的大表面中或对应于多个发射表面的那些大表面中被耦合输出。

在本发明的一种优选的、能够在第二工作方式中实现均匀的和明亮的照明的扩展方案中，在第二工作方式中除了第二照明源之外还接通第一照明源，只有背对图像显示设备的大表面被设置为发射平面，并且为了均匀地照明，在发射平面中仅设置了这些区域，当沿着平面法线投影到波长滤波器阵列上时这些区域基本上与被不透光的滤波器元件所覆盖的区域对准。这样，第二照明源基本上在这些位置上发射光线，这些位置对应于波长滤波器阵列上由不透光的滤波器元件所覆盖的区域。

有利地，两个照明源被构造为可变暗，即其亮度可以与环境亮度相匹配。

波长滤波器阵列例如被安置在对应于发射平面的大表面上。在此，可将“阵列”理解为滤波器元件的所有有规律的布置，即栅格状布置以及条带状布置，其中条带可以垂直地延伸，可是也可以与垂直方向有大的偏差，只要在第一工作方式中还可以进行三维观察。此外，除了(在可见范围内)透光和不透光的滤波器元件，当然也可以等效地使用灰度级滤波器元件以及偏振滤波器滤波器。

此外，还可以规定，对应于发射平面的大表面在被设置用于发射的区域内配备有干涉全反射的结构。这种结构例如可以由微粒组成。在此优选的是，微粒的干涉能力在发射平面的延伸上在两个边界值之间是不均匀的，其中边界值取决于涂层中的微粒密度。另外，微粒的干涉能力可以在每个被涂覆的区域内基本上是恒定的。

在另外一种有利的扩展方案中，设置两个相互平行相对的窄表面，以用于光耦合输入，并且被涂覆的区域的干涉能力随着距离×1、×2的不断增大在与窄表面平行地对准的、条带状的表面段(Flaechenabschnitten)中逐渐提高、直至一个共同的最大值。

相反，在另外一种扩展方案中，微粒的干涉能力不但在每个区域中而且在发射平面的延伸上都是基本上均匀的。为此，优选地设置两个在垂直方向上彼此相对的窄表面，用于光耦合输入。在分别包括一或多行或/和列的、互相不重叠并且整体上完全覆盖波长滤波器阵列的、波长滤波器阵列的所选出的区域内，由在预定的波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的表面区域与由不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域的表面面积之比分别依赖于在平面照明源的发射平面中的这些表面段中最大可达到的亮度来规定，这些表面段在沿着表面法线方向投影时分别对应于波长滤波器阵列的这样选出的区域。

在这方面，在一定程度上滤波器结构(逐行或/和逐列地)与光导体中的相应情况相匹配：当用于耦合输出的微粒的干涉能力恒定时，通常在边沿上、即在用于光耦合输入的窄表面附近由于第二照明源可达到相对高的亮度，而亮度朝中心下降。为了补偿这种亮度下降，现在就以不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域而言，由在预定波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的表面区域与由不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域的表面面积之比在到耦合输入窄表面的边沿处选择得比在第二照明源的中心小。由此功能上重要的是，由于微粒在光导体的中心相对于边沿从光导体中放大地耦合输出光。总之，这种方法正好补偿了光导体在耦合输入表面附近发射出特别多的光的特性。由此，第二照明源基本上作为均匀的光源起作用。

所述的不透光的滤波器元件与在预定的波长范围内透光的滤波器元件之比在到用于光耦合输入的窄表面的边沿处例如可以为7比1。若现在可利用第二照明源、即平面照明源大致在中间(即在两个耦合输入光的窄平面之间)得到的亮度比在边沿小一些，则在那里可以例如选择约10比1作为不透光的滤波器元件与在预定的波长范围内透光的滤波器元件之比，这样在那里由于较大的微粒表面或较大数量的微粒耦合输出更多的光，其中这些微粒被设置在配备有不透光的滤波器元件的表面段上。总之，以这种方式，由于第二照明源大致实现均匀的亮度分布。当然，在表面段之间除了上面说明的比例7比1或10比1之外还可设置其它比例、例如8比1以及9比1或者非整数的比例。

要说明的是，由于由此对波长滤波器阵列的影响，感觉到的3D印象也会被影响；这尤其可归因于以下事实，即视图的单眼分别可见的选择以及特别是不同视图中的图像信息的相对份额会直接受上面所述的比例影响。

另外在干涉全反射的涂层上可以涂覆上另外一层基本上吸收光的覆盖层。

有利的是，迄今所描述的本发明装置的特征还在于，照明设备配备有用于第一照明源的控制器以产生就波长滤波器阵列的平面而言的亮度梯度。以此可以补偿第二照明源的亮度的不均匀性，由此补偿在第二工作方式中所感觉到的2D图像的亮度的均匀性的不足。在第一照明源中的亮度梯度也可以用于在3D模式中、即在第一工作方式中的亮度均匀化。

若在图像显示设备之后插入弱散射盘，则代替附加地接通第一照明源，可以仅用第二照明源来实现均匀的照明。

例如在照明设备中设置在朝着波长滤波器阵列的一侧具有与波长滤波器阵列平行的平面防护玻璃的放电灯作为第一照明源。在此，根据具有放电灯的第一照明源的构造，也可以可开关地通过相应的控制器来获得上述的亮度梯度。在防护玻璃的内侧上涂覆具有荧光材料的涂层。

在此有利的是，具有荧光材料的涂层仅被涂覆在这样的区域中，这些区域在沿着平面法线投影到波长滤波器阵列上时基本上与在预定波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的区域是对准的。由此保证了所有由荧光材料发射的光基本上不被不透光的滤波器元件吸收或阻挡，而是更多地在后侧照亮图像显示设备。

在此，若波长滤波器阵列被置于防护玻璃的外侧，则是有利的。

另外可以规定，在第二工作方式中借助光学元件将第一照明源的一部分光耦合输出并且又耦合输入第二照明源中，其中这部分是通过波长滤波器阵列中在预定波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的表面区域与由不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域之比来确定的。在这一点上，光导体和/或反射元件特别适合用于耦合输出和输入。

此外，在第一和第二照明源之间可以布置光学有效的材料、优选的是滤板或具有起棱镜作用的微观结构的薄膜，由此第一照明源的、具有比第二照明源的全反射的(临界)角更大的入射角的光基本上不到达第二照明源。另外，这里可应用具有几毫米厚度的滤波器阵列的滤板来说使光线晕映(Vignettierung)。滤波器层的厚度的数量级大约对应于透光的滤波器元件的数量级，该数量级可以例如在0.1mm和0.3mm之间。

本发明装置的另一种扩展方案规定，设置多个单独可控的、向图像显示设备方向发射光的光源作为第二照明源，所述光源同时被构造为波长滤波器阵列中的不透光的滤波器元件。在这一点上，作为光源，例如可以设置发光的、基本上为平面的聚合物层。

本发明的任务同样通过用于显示场景或物体的图像的装置来解决，该装置具有图像显示设备，该图像显示设备包括多个半透明的图像元件，在这些图像元件上可以显示场景或物体的多个透视图的图像信息；还具有在观察者的观察方向上被布置在图像显示设备之后的阵列，该阵列包括多个以行和/或列布置的、单独可控的并且被设置用于在预定波长范围内发光的照明源，其中在第一工作方式中仅由这样的照明源发射光，光从这些照明源通过一部分分别被分配给照明源的图像显示设备的图像元件到达观察者，因此三维地实现图像显示，并且在第二工作方式中附加地至少由另一部分照明源发射光，在不进行特殊的分配的情况下光从所述另一部分照明源通过图像显示设备的图像元件到达观察者，因此图像至少部分地二维地被显示。

在此，作为照明源，可以设置基本上平面的、发光的聚合物层。替代地也可以使用液晶显示器作为照明源。

本发明的任务同样通过根据权利要求2的前序部分的装置来解决，其中作为用于在第二工作方式中均匀地照明的装置，在至少一个大表面上设置可以被接通和关断的光耦合输出结构。

该可接通和关断的光耦合输出结构优选的是可转换的散射层，该散射层位于距波长滤波器阵列微小距离处、优选地与其接触。

可转换的散射层在第一工作方式中被转换为透明的并且在第二工作方式中被转换为散射的。优选的是，在此可转换的散射层在第二工作方式中被转换为整个表面散射。这对应的情况是，在图像显示设备的整个图像表面上可以显示二维可见的图像。

本发明的其它扩展方案规定，在第二工作方式中可转换的散射层只有部分表面被转换为散射的。在此，该部分表面优选地被构造为狭窄的和条带状，并且可以具有不同的宽度。同时，在可转换的散射层上这种条带状的部分表面中每两个相邻的部分表面可以通过永久透明的条带状的部分表面互相隔开，这样在光导体的不同位置上每(足够大的)单位面积的光导体的光耦合输出程度(Lichtauskopplungsgrad)大小不同。永久透明的条带状的部分表面尤其可以是可转换的散射层的被转换为持续透明的段，或者是光导体的不配备有可转换为散射的材料的空白区域。

这样，各个局部的光耦合输出程度通过可转换的散射层的条带状部分表面的宽度和局部频率的改变来确定(目的为均匀亮度的“光耦合输出程度的几何匹配”)。由此，例如当在被布置在侧面的光耦合输入的光源附近的光耦合输出程度比距其一定距离处的光耦合输出程度低时，可以借助第二照明源整体上实现图像显示设备的更均匀的照明。

另外还可以在第二工作方式中在不同的位置上将可转换的散射层转换为以不同强度散射，这样光导体的光耦合输出程度在光导体的不同位置同样是不同大小的。为了在可转换的散射层的不同地方获得不同强度散射的位置，成对地施加不同的控制信号。

此外，最后提及的“光耦合输出程度的电匹配”可以与前面描述的几何匹配相结合，以达到特别均匀的2D照明。

另外有利的是，在朝着观察者一侧的波长滤波器阵列的不透光的滤波器元件漫散射，例如配备有不光滑的白漆。由此，在朝着滤波器阵列的一侧耦合输出的光被反向漫散射，通过这种方式，在第二工作方式中的照明更有效并更亮。替代地，不透光的滤波器元件也可以配备有反射层。

在第二照明源中的光导体此外在其大表面上优选地具有平面的和/或结构化的表面部分。这种结构化可以对相应的局部的光耦合输出程度产生其它影响。

可转换的散射层例如是液晶散射层、特别是具有胆甾型液晶向列过渡(Cholesteric-Nematic-Uebergang)的这种液晶散射层，其在施加合适的电压时是透明的，而在没有电压时将光散射。优选地使用Sniaricerche(Italien)公司的“聚合物分散液晶(PDLC)膜”类型的可转换的散射盘作为可转换的散射层。

另外，为了进一步改善均匀性以及为了提高亮度，可以在第二工作方式中除了第二照明源之外还接通第一照明源。当在不透光的滤波器元件的表面上的亮度(对应于第二照明源的光)和在透光的滤波器元件的表面上的亮度(对应于第一照明源的光)相同时，对于第二工作方式来说产生(宏观上)均匀的2D照明。

最后提及的扩展方案的优点是多方面的。特别是用于第二照明源的光导体能够简单进行制造，因为不需要昂贵地主要制造用于使光导体表面微观结构化的注射成型工具。当在可转换的散射层中使用液晶时，会固有地产生微观的光耦合输出结构，它在2D模式(第二工作方式)中以裸眼无法分辨。前面描述的这些用于在第二工作方式中使照明几何和/或电均匀化的变形方案还允许针对不同类型和大小的显示器来优化第二照明源。本发明的主要优点在于，在第一工作方式中，不能识别光导体上干扰视觉的或可见的光耦合输出结构或摩尔现象。与现有技术相比，光导体不必再被布置成与滤波器阵列紧密接触，这带来加工技术上的优点。

本发明的任务此外由根据权利要求2的前序部分的装置来解决，其中作为用于在第二工作方式中均匀照明的装置，在光导体和图像显示设备之间布置可转换的散射盘，它在第一工作方式中被转换为透明的，而在第二工作方式中被转换为至少部分表面为散射的，这样在第二工作方式中通过可转换的散射盘的光的亮度对比被降低。对比度降低用于使照明在第二工作方式，即在用于二维显示的工作方式中均匀化。

即使在最后提及的本发明装置中，在第二工作方式中也可除了第二照明源之外同样接通第一照明源。然而，与前面已描述的本发明的第一扩展方案的区别是，第一照明源(其光通过透光的滤波器元件以及其它的装置部件向观察者发射)的亮度可以比第二照明源(其光特别是在不透光的滤波器元件上向观察者发射)的亮度高很多。通过这种方式，在第二工作方式中可以达到更高的亮度。

前面描述的本发明的扩展方案提供了另一优点，即在第二工作方式中的图像亮度特别高，因为实现了光到光导体中的反馈。当在第二工作方式中接通第二和第一照明源时，出现的亮度对比通过使用被转换为散射的散射盘来补偿。特别在这种扩展方案中，光导体有利地不一定必须被微观结构化，因为其在第二工作方式中的结构通过散射盘而变得在视觉上不可见。总的来说，为第二工作方式实现了照明光的非常好的均匀化和亮度。

另外，本发明的任务还由根据权利要求38的装置来解决。

因为使用了两个可以彼此相对移动的波长滤波器阵列，所以当滤波器阵列彼此采用不同的相对位置时，这种扩展构型也允许在第一和/或第二工作方式中改变图像亮度。当在第一工作方式中改变时，另外还能够使分别获得的“累计的”滤波器阵列与不同数目的待显示的视图匹配。

优选的是使用两个同类型的滤波器阵列，为了避免摩尔效应在相互没有光学距离的情况下布置这两个滤波器阵列。所述滤波器阵列另外还可以被构造成完全没有不透光的滤波器元件。

然而也可以设置多于两个的、(总)数目为W的波长滤波器阵列，其中至少W-1个波长滤波器阵列分别是可以移动的。

优选的是规定，每个可移动的波长滤波器阵列的移动在由图像显示设备的图像元件构成的栅格的行方向上进行。特别优选的是，所规定的每个可移动的波长滤波器阵列的移动路径比位于相应波长滤波器阵列上的透光的滤波器元件的水平周期小，如果这种周期存在的话。

每个可移动的波长滤波器阵列的移动通常通过电机执行器、例如压电定位装置来保证。

本发明的任务另外通过根据权利要求2的前序部分的装置来解决，其中作为用于在第二工作方式中均匀照明的装置，在波长滤波器阵列和光导体之间设置光散射薄膜，它优选地被构成漫反射白光或再发射白光。

这种薄膜在其最简单的形式中是没有结构的，并且这样具有均匀的光学特性，使得它漫散射入射光。因此，该薄膜不仅可以被实施为薄的，而且可以被实施为在力学上非常有弹性，并且此外可以廉价地制造。在本发明的一个优选的实施方案中因此规定，为了转换到第一工作方式，将薄膜从波长滤波器和光导体之间去除。这可以手动地进行，可是优选的是借助卷起和展直机构来进行。

在第二工作方式中可获得的亮度因此与传统的2D屏幕的亮度相同，可以为节省能量而舍弃通过第一照明源的附加的照明。在第二工作方式中的照明是均匀的，不出现摩尔条纹。

然而当薄膜例如具有不等于零的透射比时，也可以附加地接通第一照明源，由此可以提高图像亮度。

在本发明的另一种扩展方案中，薄膜被构造为电泳组件。它在第一工作方式中是透光的，而在第二工作方式中光漫散射。第二和第一工作方式之间的转换通过影响电泳特性来进行。这种实施方案的主要优点在于，可以舍弃机械地去除或插入薄膜。

波长滤波器阵列也可以被构造为电泳组件。在这种情况下，配备有用于控制不透光的滤波器元件的控制器。这些不透光的滤波器元件在第一工作方式中被转换为吸收光并且在第二工作方式中被转换为反射光，即光被漫反射或再发射。

最后，本发明的任务还通过用于显示场景或物体的图像的装置来解决，该装置具有图像显示设备，该图像显示设备由多个透光的、被布置在由行和/或列构成的栅格中的图像元件组成，在这些图像元件上可以显示场景或物体的多个透视图中的图像信息；该装置还具有在观察者的观察方向上被布置在图像显示设备之后的、平面的、可控的波长滤波器阵列，该波长滤波器阵列由许多被布置在行和/或列中的滤波器元件组成，这些滤波器元件中的一部分在预定的波长范围内是透光的；该装置还具有在观察方向上被布置在波长滤波器阵列之后的照明源，其优选的是平面照明源，其中在第一工作方式中，滤波器元件中其余部分被控制成不透光，光从照明源出发通过透光的滤波器元件中的至少一部分并且随后通过图像显示设备的所分配的部分图像元件到达观察者，这样场景或物体对观察者来说三维可见，其中波长滤波器阵列被构造为电泳组件，并且在第二工作方式中，滤波器元件中的其余部分被控制为透光的，这样场景或物体对于观察者来说二维可见。

在这种装置中，可以完全舍弃在第二工作方式中的附加的第二照明源，因此不需要例如光导体的部件和其照明。由此改善在第一工作方式中的显示质量。

另外可能有利的是，在迄今描述的本发明装置的每个实施方案中分别在用于至少部分地三维显示的第一工作方式中，观察者的每个眼睛主要、但不是仅仅看见场景或物体的多个透视图的所显示图像信息的确定选择，由此在观察者处产生空间感。例如在本申请人的DE20121318U以及在WO 01/56265中描述了在这些前提下产生空间感的例子。

在此，所描述的这些实施方案都可以被这样设计，使得在图像显示设备中仅在一部分上三维地显示图像，而在剩余部分上二维地显示其它图像，或相反，即分别在不同的工作模式中控制不同的部分表面。

自然，在各个第二工作方式中只应显示一个二维图像、而不是由多个视图组合而成的图像，这通过对图像显示设备的合适的控制能够很容易实现。

附图简述

以下借助附图来进一步说明本发明，其中大多数图都不是按比例的，并且其中：

图1示出了本发明装置的第一扩展方案的普遍原理概略图，

图2示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图3示出了用于在图像显示设备上显示不同(此处为9)视图的图像信息的图像组合规则(部分示图)，

图4示出了基于根据图2和图3的情况的单眼视野例子，

图5示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的另一个示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图6示出了用于在图像显示设备上显示不同(此处为8)视图的图像信息的另一图像组合规则(部分示图)，

图7示出了基于根据图5和图6的情况的单眼视野例子，

图8示出了用于均匀地照明图像显示设备的第一和第二照明源的共同作用的示意图，

图9示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的另一个示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图10示出了用于在图像显示设备上显示不同(此处为11)视图的图像信息的另一图像组合规则(部分示图)，

图11示出了基于根据图9和图10的情况的单眼视野例子，

图12示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的另一示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图13示出了用于在图像显示设备上显示不同(此处为9)视图的图像信息的另一图像组合规则(部分示图)，

图14示出了基于根据图12和图13的情况的单眼视野例子，

图15示出了本发明装置的第一扩展方案的一种特殊形式，其中第一照明源的、具有比第二照明源的全反射的角更大的入射角的光基本上不会到达第二照明源，

图16示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的另一示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图17示出了在本发明装置的第一扩展方案中应用的另一示例性波长滤波器阵列(部分示图)，

图18a示出了本发明装置的第二扩展方案的原理概略图，

图18b示出了可接通和关断的光耦合输出结构的可能结构的原理概略图，

图18c示出了可接通和关断的光耦合输出结构的另一可能结构的原理概略图，

图19示出了本发明装置的第二扩展方案的第一工作方式的原理概略图，

图20示出了本发明装置的第二扩展方案的第二工作方式的原理概略图，

图20a示出了本发明装置的第二扩展方案的第二工作方式的另一原理概略图，

图21示出了可接通和关断的光耦合输出结构的特殊扩展方案的原理概略图，该光耦合输出结构负责使每单位面积的光导体的光耦合输出程度在光导体的不同位置上大小不同，

图22示出了可接通和关断的光耦合输出结构的另一种特殊扩展方案的原理概略图，该光耦合输出结构负责使每单位面积的光导体的光耦合输出程度在光导体的不同位置上大小不同，

图23示出了本发明装置的第三扩展方案的原理概略图，

图24示出了本发明装置的第四扩展方案的原理概略图，在此示出的是在第一工作方式中，

图25示出了本发明装置的第四扩展方案的原理概略图，在此示出的是在第二工作方式中，

图26示出了在本发明装置的第三扩展方案中应用的示例性滤波器阵列，

图27示出了在本发明装置的第三扩展方案中在第一工作方式中使用的两个滤波器阵列彼此的相对位置，

图28示出了波长滤波器阵列的一种特别的扩展方案，

图29示出了波长滤波器阵列的另一种特别的扩展方案，

图30示出了电泳式波长滤波器阵列，

图31示出了可关断的电泳式波长滤波器阵列，

图32示出了电泳式光散射薄膜，以及

图33示出了可机械地卷起和展直的光散射薄膜。

附图详述

图1示出了本发明装置的第一扩展方案的普遍原理概略图，其中该装置具有由许多图像元件构成的图像显示设备1，在观察者7的观察方向上在图像显示设备1的后方布置有具有滤波器元件的波长滤波器阵列3，这些滤波器元件中的一部分是透光的，其余部分是不透光的。在第一工作方式中，光从布置在波长滤波器阵列3后面的第一照明源2通过波长滤波器阵列3中的至少一部分透光的滤波器元件并且随后通过图像显示设备1的被分配的部分图像元件到达观察者7，这样场景或物体对观察者7来说是三维可见的。在第二工作方式中，具有布置在波长滤波器阵列3和图像显示设备1之间的、基本上与波长滤波器阵列3平行的发射平面的第二照明源4的光附加地从该发射平面出发通过图像显示设备1的图像元件、然而不通过波长滤波器阵列3的滤波器元件到达观察者7，这样场景或物体对观察者7来说至少部分地为二维可见。在此，只规定第二照明源4的发射平面中的这样的区域用于发射光，这些区域在沿着平面法线投影到波长滤波器阵列3上时基本上与由不透光的滤波器元件所覆盖的区域对准。

波长滤波器阵列3例如可以具有几十微米至几毫米的厚度；在图1中只是为了清楚起见而描绘得厚一些。

为了2D显示，在第二工作方式中接通补偿的光源、即第二照明源4，其基本上在对应于波长滤波器阵列3上利用不透光的滤波器元件覆盖的区域的位置上发射光。

有利的是这样构造该装置，使得设置被构造为板状光导体的平面照明源作为第二照明源4，其中该光导体被构造成具有两个彼此相对的大表面和环绕的窄表面，并且背对图像显示设备1的大表面对应于发射表面，并且光导体由一个或多个被布置在侧面的光源5提供光，这些光源5可以配备有附加的反射器6。在此，光通过一个或多个窄表面耦合输入至光导体中，在那里在大表面上部分地由于全反射而来回反射，并且部分地在对应于发射平面的大表面中耦合输出。

这里，波长滤波器阵列3被设置在光导体的对应于发射平面的大表面上。

此外还规定，对应于发射平面的大表面在被规定用于发射的区域内配备有干涉全反射的、由微粒构成的涂层。微粒的干涉能力不仅在每个区域内而且在发射平面的延伸上基本上是一致的。如已经提及的那样，微粒优选地被设置在滤波器阵列的不透光的区域上以及同时也设置在所述的大表面上。

光导体的直接与干涉微粒接触的大表面被视为发射平面，因为在此在光导体中发生光传播方向的相应干涉，以便实现(在光导体的另一大表面上的)最终的光耦合输出。

另外，光导体的两个平行相对的窄表面被规定用于光耦合输入，如在图1中通过两个光源5所示的那样。

波长滤波器阵列3例如可以具有如在DE 20121318.4U中所描述的结构之一。此外优选的是，使用在所述文献中所介绍的用于相应滤波器阵列的图像组合。

以下参照图2至图4来进一步阐述本发明的特别有利的扩展方案。在该例子中，在所选出的波长滤波器阵列3的、分别包括一行或多行的、互相不重叠并且整体上完全覆盖波长滤波器阵列3的区域内，由在预定波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的表面区域与由不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域的表面面积之比分别依赖于平面照明源的发射平面中的那些表面段中最大可实现的亮度来预定，这些表面段当沿着表面法线投影时分别对应于这样选出的波长滤波器阵列的区域。为了更好的理解，在此应说明的是，如上文进一步指出的那样，参与光耦合输出的干涉微粒直接被设置在不透光的滤波器元件上。因此，在图2中用黑色示出的表面区域在照明时对于裸眼来说不一定实际是黑色的，而是干涉微粒的颜色，其优选的是白色。

参照图2，例如在滤波器阵列3的第一个五行中，实现7个不透光的滤波器元件比1个透明的、即在确定的波长范围(在此：VIS范围)内透光的滤波器元件的比例，其中滤波器阵列3在此没有按比例地并且被放大很多地示出。假设用于光耦合输入的光导体的窄侧面是水平的，并且(在图示平面中)位于滤波器平面的上方和下方，则大部分的光首先在光导体的上边沿和下边沿上耦合输出，并且例如与滤波器平面的中心并且由此也与光导体的中心相比，在那里可以达到从光导体耦合输出的光的相对高的亮度。

为了补偿这种从边沿到中心的亮度下降，现在就利用不透光的滤波器元件覆盖的表面区域而言，由在预定波长范围内不透光的滤波器元件所覆盖的表面区域与由透光的滤波器元件所覆盖的表面区域的表面面积之比在到耦合输入窄表面的边沿处比在第二照明源4的中心选择得更小，如在图2中所示的那样。由此功能重要的是，由于较大的干涉微粒区域，与在边沿处相比，光在中心从光导体中被放大地耦合输出。整体上，这种情况正好补偿了光导体在耦合输入表面附近发射特别多的光的特性。通过这种方式，第二照明源作为均匀光源起作用。

在根据图2的例子中，在光导体的中心并且由此在滤波器阵列3的中心，所述的不透光的滤波器元件与在预定波长范围内透光的滤波器元件的比例为10比1，因此在那里由于更大的微粒表面或更大数目的微粒而耦合输出更多的光，因此由于第二照明源在整体上实现了大致均匀的亮度分布，其中所述微粒被布置在配备有不透光的滤波器元件的表面段上。自然，在面积段之间除了以上详细说明的7比1或10比1的比例之外也可以规定8比1和9比1的其它比例。

图3示出了来自多个视图的图像信息的示例性图像组合。该图像组合考虑到：由于波长滤波器阵列的结构，所以必须改变图像信息的布置。每一方块对应于图像显示设备1的一个像点；列R、G、B例如代表被构造为LCD的图像显示设备1的红色、绿色和蓝色的子像素。方块中的数字代表相应位置上的图像信息所源于的视图。该图不是按比例的，并且被放大了很多。

在图3中在上方的行中使用了8个视图，而继续往下使用了9个视图。粗体标出的两行对应于过渡行，它们在一定程度上保证从8个视图到9个视图的过渡。

图4示出在考虑了描述图2和图3时所示出的情况时观察位置的单眼视野例子。当然，该视野例子只是示出了一部分，更具体地说是在图2中以8标识的波长滤波器阵列3的行。

因此很容易理解，由于如前面所构造的那样的波长滤波器阵列3，感觉到的3D印象也会被影响；这尤其可归因于，单眼分别可见的视图的选择以及特别是来自不同视图的图像信息的相对成分直接受所述的波长滤波器阵列3上的区域的比例影响。

此外，为了达到不透光的滤波器元件的极好的遮光度，在干涉全反射的涂层上涂覆另一层基本上吸收光的覆盖层。

为了说明利用具有不透光的滤波器元件的区域与具有在确定波长范围内透光的滤波器元件的区域的比例变化的、扩展方案的其它例子，以下参考图5至图8。

图5也是不按比例的并且被放大了很多，其示出了另一种波长滤波器阵列结构，对于该结构来说，不透光与透光的滤波器元件的比例以及因此用于从光导体耦合输出光的干涉微粒的成分从上边沿和下边沿向共同的中心增加。由此也实现了上面描述的有利的效果，即由于在光导体中心的提高的耦合输出率，基本上实现了从光导体均匀地发射光。如针对图2的论证一样，黑色示出的滤波器元件原则上具有朝着光导体一侧的干涉微粒的颜色，优选为白色。然而，若它们没有从第二照明源(在此是光导体)接收光，则事实上它们看起来是黑色的或基本上不发射光，如在图5中所示。这对于第一工作方式、即3D模式来说是有意义的。

在图6中可以看出示例的适合于根据图5的滤波器阵列的图像组合，其在3D模式(第一工作方式)中产生空间感。在这里，列R、G、B也代表红色、绿色和蓝色的色彩子像素列。因此，在图7中所示的示例的单眼视野是可能的。在相应位置的观察者的眼睛看到的主要是视图2，可是也有较小部分是视图1和3。若观察者的另一只眼睛例如看到(在图中未一同示出的)视图5以及少许的4和6的混合，则该观察者感觉到立体图像。由此也可以再次看出，影响滤波器阵列3的结构的、不透光与透光的滤波器元件(以及因此具有干涉微粒与没有干涉微粒的区域的面积比)的比例对感觉到的3D图像具有直接并且不可分割的影响。

现在例如为了转换到第二工作方式、即2D模式，除了第一照明源2之外还接通第二照明源4。在这里选出的例子中，因此接通灯5，灯5的光被耦合输入光导体中。由于前面所描述的受影响的光导体的光耦合输出，现在从光导体中发射出基本上均匀的光。第二平面照明源4、即光导体的相应大表面上的未配备有干涉微粒的表面对应于在确定波长范围内透光的滤波器元件所处的表面。在此该滤波器元件例如是在图5中用白色表示的、对于整个可见光谱来说基本上透光的、即透明的滤波器元件。在第二工作方式中第一照明源2的光仍然可以透过这些滤波器元件，这样第一照明源2的光和第二照明源4的光在该第二工作方式中基本上均匀地相互补充。在此，实际上在由第一和第二照明源2、4对图像显示设备1的总照明中实现了非常小的对比度。所述的对比度几乎为0。这在图8中以此表示，即在所观察的表面上分别绘出了源于两个照明源2、4的光的边界。白色表示的表面应代表光发射。

相应的，图8示出了用于均匀照明图像显示设备1的第一和第二照明源2、4的共同作用的示意图。换句话说：与波长滤波器阵列3互相作用的第一照明源2对应于图像显示设备1的3D照明，而第二照明源4在一定程度上具有2D附加照明的功能，因为为了2D模式除了3D照明、即第一照明源2之外还接通该第二照明源4。

当然，对于第二工作方式来说，图像显示设备1上的图像内容也应该是二维的。这种2D图像内容然后以惯常的方式被二维地感知。

有利的是，照明设备配备有控制器，用于控制第一照明源2以便产生相对于波长滤波器阵列3的平面的亮度梯度。因此必要时还可补偿存在的第二照明源4的亮度的不均匀性，由此，在第二工作方式中所感觉到2D图像亮度的均匀性方面的不充分性被补偿。在第一照明源2中的亮度梯度也可以用于在3D模式、即第一工作方式中的亮度均匀化。

在该例子中，在照明设备中作为第一照明源2设置了在朝着波长滤波器阵列3的一侧具有与波长滤波器阵列3平行的平面防护玻璃的放电灯。视具有放电灯的第一照明源2的构造而定，由此可以通过合适的控制器选择性地接通所述的亮度梯度。在防护玻璃的内侧涂覆具有荧光材料的涂层。

在此有利的是，只在这样的区域中涂覆具有荧光材料的涂层，这些区域在沿着平面法线投影到波长滤波器阵列3上时基本上与由在预定波长范围内透光的滤波器元件所覆盖的区域对准。由此保证了所有由荧光材料发射的光基本上不被不透光的滤波器元件吸收，而是更多地照亮图像显示设备1的背面。在此有利的是，波长滤波器阵列3被设置在防护玻璃的外侧。

其它有利的扩展方案在图9至图11或图12至图14中说明，其中在套用的意义上对图5至图7的描述在这里同样适用，因此在这里不再重复。然而作为上面提到的这些滤波器阵列实施方案的特殊之处还要说明的是，在此从一行到另一行宽度变化，或在滤波器元件分别同样大的情况下在确定的波长范围内透光的滤波器元件的数目是变化的。因此，一方面3D印象、另一方面光耦合输出也由于波长滤波器阵列3的结构变化以及因此干涉微粒的布置而受到影响。这种扩展方案尤其还允许滤波器阵列3和图像显示设备1之间的距离变大，由此就不需要强制使用薄的光导体。

以下将概略地叙述通常可以如何使滤波器阵列3和照明设备1之间的距离变大。在图像由8个视图(8通道显示)组成的情况下，条件D＝m(BE/8A)适用于波长滤波器阵列3和图像显示设备1之间的距离D，其中B是波长滤波器阵列1的周期，E是观察者距离，A是观察者7的平均瞳距以及m是自然数。周期B对应于透光和不透光的滤波器元件的序列重复的距离，或者一行中两个透光滤波器元件的表面中心之间的距离。借助对应于两个相邻滤波器元件的表面中心之间的距离的子像素周期C，可以在m＝1时根据等式B＝8AC/(A-C)计算出周期B的值。为了计算D，为E选择一个起始值，它比所希望的观察空间的上限大得多，这样保证了足够大的距离D。若已经以这种方式计算出D的值，并且C和A是已知的，则可以通过在等式E_m＝D(A-mC)/(mC)以及等式B_m＝8AC/(A-mC)中代入m的不同值来分别计算观察者距离E_m和所属的周期B_m，然后可以这样实现观察者距离E_m和所属的周期B_m，使得它们沿着滤波器阵列3中的一行是恒定的。在此，自然数m必须比1大，并且在本例中不允许是8的偶数倍。这些周期B_m中的每一个都对应于一个观察距离E_m，该观察距离基部上比初始距离B更靠近图像显示设备1。在此对于所有行来说周期B_m不必都相同，而是滤波器阵列3可以包括多个周期，并且有多个观察平面可供观察者7使用。在波长滤波器阵列3和图像显示设备1之间的距离D＝12.33mm(足以安置第二照明源4)并且瞳距为65mm时，在38.8mm和87.8mm之间的深度范围内以0.1mm的子像素周期产生11个观察平面，在这些观察平面上观察者7可以看到极好的三维图像。而针对m＝1计算出来的初始距离E为8m。

在迄今描述的实施例的改进方案中，在第一照明源2和第二照明源4之间布置光学有效的材料，优选为滤板，由此入射角比第二照明源4的全反射角大的、第一照明源2的光基本上不到达第二照明源4。该事实在图15中被示意性地示出。在此，滤板实际上对应于波长滤波器阵列3，其中该波长滤波器阵列的厚度为几毫米(例如1mm)。由此以前述方式实现了光线的晕映：入射角比第二照明源4的全反射角大的、第一照明源2的光基本上不到达第二照明源4、即光导体。滤板或构成其的波长滤波器阵列3的厚度的数量级大致对应于滤波器阵列3上的透光滤波器元件的尺寸。

如在图15中所示的那样，通过所述的晕映防止来自第一照明源2的、入射角比第二照明源4的全反射的临界角大的光线进入第二照明源4。若对于所使用的构成第二照明源4的光导体来说全反射的临界角例如为41°，则在图15中以虚线示出的、角度g’＞41°的光线11由于所述的晕映而不能进入光导体。与此相反，以实线示出的光线9、10完全地进入光导体。特别是例如光线10以角度g进入光导体或者射在光导体朝着图像显示设备1的大表面上，该角度比全反射的临界角(在此例如为41°)小。阻止源于第一照明源2的、大于全反射临界角的光线进入光导体的优点尤其在于，避免了干涉反射并且由此进一步改善了在第二工作方式(2D)中的对比度。这涉及自动对比度降低(autokontrastreduzierung)。

图16和图17另外还示意性地并且不按比例地示出了滤波器阵列的其它可设想的实施形式，其中光导体的光耦合输出的影响(因为干涉微粒位于不透光的滤波器元件上)又和预定的光传播方向受滤波器阵列结构的影响在功能上重要地相关联。在前面提及的根据图16和图17的例子中，各行的在确定波长范围内透光的(在此：透明的)滤波器元件的宽度或其数目(若这些滤波器元件总是大致相同大小)也发生变化。在上边沿和下边沿，所得到的透明的滤波器区域较窄，而向中心方向增加到一个共同的最大值。在这里描述的装置的工作方式的意义上，由此可以避免提供第一照明源2的合适的亮度梯度的必要性，因为源于第一照明源2的并且通过波长滤波器阵列3的光线的均匀性就光线在波长滤波器阵列3朝着图像显示设备1一侧的可测量的亮度而言通过透明滤波器段的变化的事实而基本上被保证了。

在使用根据图16和图17的滤波器阵列3时，对于图像显示设备1来说有利的是考虑这样的图像组合结构，其图像元件的各行或从一组行到下一组行分别体现视图的不同周期。因此例如在第一行中8个水平相邻的图像元件以这种顺序显示视图1-8的图像信息，即1至8的周期一直(直到屏幕边沿)重复。下一行或下一组(例如5)行还可以在视图1至8的每4个周期之间还显示视图1至9的图像信息的单独周期等等。

除了在此示出的波长滤波器阵列和图像组合之外，还可以使用这样的图像组合，其中完整的行或列分别以单个视图的图像信息来控制。于是，相应的行或列以透光的滤波器元件来覆盖。以这种方式，可以提高在第一工作方式中的亮度。

重要的是，基于波长滤波器阵列3上的滤波器元件，在那里显示的图像信息的光传播方向总是这样来预定，使得对于观察者来说产生空间感。

刚才描述的扩展方案提供特别的优点，即在2D模式中能够实现图像显示设备1的几乎均匀的照明，其对比度接近零。此外根据本发明，这些扩展方案允许在3D模式中同时为多个观察者产生不借助辅助工具的3D印象。

图18a示出了本发明装置的第二扩展方案的原理示意图，该装置具有图像显示设备1、第一照明源2、波长滤波器阵列3、第二照明源4以及光耦合输出结构13。第二照明源4被构造为具有两个彼此相对的大表面12的板状光导体。多个被布置在侧面的光源5为光导体提供光。根据本发明，光耦合输出结构13可以被设置在大表面之一12上或者两个大表面上，在这里它被设置在背对着观察者的大表面12上。

在图18a中另外还示出了反射器6，它用于更好地利用从光源5中发射出的光。在此，可接通和关断的光耦合输出结构13优选的是一个可转换的散射层。如大致在图18b中所示，该散射层可以包括被涂覆在被构造为板状光导体的第二照明源4上的ITO层17和紧接着的液晶层16、另一个ITO层15以及覆盖层14、例如PET薄膜或由光学塑料构成的薄膜。与此相对，如在图18c中所示，也可以插入另一个由光学塑料构成的衬底层18，其折射率比光导体的折射率大。与PET不同，光学塑料没有体积散射或体积吸收，并且没有光学双折射。在所描述的情况中，部件14至18的层状结构对应于整个可转换的散射盘，该散射盘例如可以层叠在光导体上。作为可转换的散射层或光耦合输出结构13，可以使用Sniaricerche(意大利)公司的“聚合物分散液晶(PDLC)薄膜”类型的薄的、可转换的散射盘(优选地大约0.5mm厚)。由于这种措施，本发明装置可以简单地借助商业上通用的组件来实现。

此外，有利的是，波长滤波器阵列3的在操作观察者一侧的不透光的滤波器元件漫散射，例如配备有不光滑的白漆。由此，在朝着滤波器阵列3一侧耦合输出的光被反向漫散射。

图19示出了本发明装置的第二扩展方案的第一工作方式的原理概略图。被实施为可转换的散射层的光耦合输出结构13在第一工作方式中被转换为透明的。由此，源于第一照明源2的光通过滤波器阵列3的透光滤波器元件中的至少一部分并且接着通过图像显示设备1的图像元件中所分配的部分到达观察者，因此对于观察者来说场景或物体是三维可见的。在观察者处产生空间感在上面引用的本申请人的WO 01/56265中描述过，在此不需要继续阐述。

与此相对，图20示出了第二工作方式的原理概略图。这里被实施为可转换的散射层的光耦合输出结构13被转换为至少部分表面散射、优选的是整个表面散射。整个表面散射对应于这种情况，即在图像显示设备1的整个图像表面上可以显示二维可见的图像。由于在这种工作方式中可转换的散射层作为光耦合输出结构13起作用，所以可以为二维显示实现图像显示设备1的最大限度的均匀照明。与图2中所示的不同，被实施为可转换的散射层的光耦合输出结构13也可以布置在被实施为光导体的第二照明源4的朝着图像显示设备1的、并且由此也朝着观察者的大表面12上，或者甚至布置在光导体的两个大表面12上。在第一种情况中，在第二工作方式中亮度分布的均匀性特别好，并且由于光反馈到光导体中，图像亮度也同样更好。

优选的是，在第二工作方式中除了第二照明源4之外还接通第一照明源2，以便实现图像显示设备1的尽可能无对比度(K＝0)的照明。在此原则上第一照明源2的光与第二照明源4的光相互补充，以便在亮度方面最大限度地实现均匀的照明光。这在图20a中示意性地示出。

在图21中示出了可接通和关断的光耦合输出结构13的一种特别的扩展方案的原理概略图，该光耦合输出结构13负责使被实施为光导体19的第二照明源4的每足够大单位面积的光耦合输出程度在光导体19的不同位置上大小不同。这里“13b”是指被实施为可转换的散射层的光耦合输出结构13的示意图，其中相对于较浅的区域，较深的区域具有更大的光耦合输出程度。

在第二工作方式中，在此可转换的散射层的条带状部分表面20被转换为散射，其中这种条带状部分表面20中每两个相邻的条带状部分表面通过可转换的散射层上永久透明的条带状部分表面21互相分隔，因此每单位面积的光导体19的光耦合输出程度在光导体19的不同位置上大小不同。在此通过可转换的散射层的条带状部分表面20的宽度和局部频率的局部变化来确定相应的局部光耦合输出程度(目的为均匀亮度的“光耦合输出程度的几何匹配”)。据此又可以借助第二照明源实现整体上更均匀的照明，例如当在被布置在光耦合输入侧面的光源5附近的光耦合输出程度比距其一定距离的光耦合输出程度低时。

图22示出了可接通和关断的光耦合输出结构13的另一种特别的扩展方案的原理概略图，该光耦合输出结构13同样负责使每单位面积的光导体19的光耦合输出程度在光导体的不同位置或地方大小不同。在此，“13c”是指可转换的散射层的示意图，其中相对于较浅的区域，较深的区域具有更大的光耦合输出程度。在此情况下，现在在第二工作方式中可转换的散射层在不同位置上被转换为以不同强度散射，这样光导体19的光耦合输出程度在光导体19的不同位置上同样是不同大小的。为了在可转换的散射层的不同位置上实现不同强度散射的位置，成对不同的控制电压被施加在散射层的条带状部分表面20上，这些条带状部分表面优选的是互相电隔离。不同的控制电压可以通过不同的电极对来施加。自然，为了同时施加不同电压，设置了相应的电控制设备(在图中未被示出)。其中部分表面20的不同影线或纹理对应于不同的散射强度。

最后提及的“光耦合输出程度的电匹配”此外可以与前面描述的几何匹配相结合，以实现特别均匀的2D照明。

在图23中示出了本发明装置的第三扩展方案的原理概略图。这里，第二照明源4也被构造为具有两个大表面12的板状光导体19。在光导体19和图像显示设备1之间布置可转换的散射盘22，它在第一工作方式中被转换为透明的，而在第二工作方式中被转换为至少部分表面散射，因此在第二工作方式中穿过可转换的散射盘22的光的亮度对比度被减小。

最后提及的对比度降低用于在第二工作方式中、即在用于二维显示的工作方式中的照明均匀化。在此使用的光导体19可以是传统类型的，优选的是具有特殊的光耦合输出结构的光导体。最后提及的光耦合输出结构以一种修改过的形式只形成在光导体19的这些表面段上，这些表面段当在大表面12的表面法线方向上投影时对应于不透光的滤波器元件。

即使在这种本发明装置中，在第二工作方式中也可以除了第二照明源4之外还接通第一照明源2，以便有更多的光可供使用。基于被转换为散射的散射盘22，附加的第一照明源2的光对用于图像显示设备1的照明的光的均匀性没有影响。

另外图24示出了本发明装置的第四扩展方案的原理概略图，在此以第一工作方式示出，以及图25示出了本发明装置的该第四扩展方案的原理概略图，在此以第二工作方式示出。

这又涉及到用于显示场景或物体的图像的装置，然而该装置具有两个在观察者7的观察方向上被布置在图像显示设备1之后的平面波长滤波器阵列23、24。两个波长滤波器阵列分别由多个被布置在行和/或列中的滤波器元件构成。这些滤波器元件中的一部分在预定波长范围内透光，其余部分不透光。两个波长滤波器阵列23、24其中之一相对于另一个是可移动的，优选的是这两个波长滤波器阵列彼此紧密接触。在波长滤波器阵列23、24和图像显示设备1之间有一个可转换的散射盘22，它在第一工作方式中被转换为透明的并且在第二工作方式中被转换为至少部分表面散射。

在图24中所示的第一工作方式中，波长滤波器阵列23、24彼此采用这样的相对位置，使得从被布置在波长滤波器阵列23、24后面的照明源2发射的光通过两个波长滤波器阵列23、24的透光滤波器元件中的至少一部分并且随后通过图像显示设备1的所分配的部分图像元件到达观察者，因此对于观察者来说场景或物体是三维可见的。

在图25中所示的第二工作方式中，可转换的散射盘22被转换为至少部分表面散射，并且波长滤波器阵列23、24彼此采用这样的相对位置，使得相对于第一工作方式有更多的光通过两个波长滤波器阵列23、24的透光滤波器元件并且随后通过在第二工作方式中被转换为散射的散射盘22以及图像显示设备1的图像元件到达观察者，因此对于观察者来说场景或物体是二维可见的。

可转换的散射盘22至波长滤波器阵列23、24的被称为“足够”的距离通常为几毫米。“足够”的意思是，散射盘22距离波长滤波器阵列23、24足够远，以便将其(大部分)可见的结构这样强地散射，使得这些结构在视觉上不能可分辨。

通常也可以设置多于两个的、(总)数目为W的波长滤波器阵列23、24，其中至少W-1个波长滤波器阵列分别是可移动的。

优选的是，每个可移动的波长滤波器阵列23、24的移动被设置在由图像显示设备1的图像元件构成的栅格的行方向上。

特别优选的是，所规定的每个可移动的波长滤波器阵列23、24的移动路径比位于相应波长滤波器阵列23、24上的透光滤波器元件的水平周期更小，只要这种周期存在。这个事实在图24和图25中已被考虑到，即在那里规定下面的滤波器阵列24的移动大约为所述周期的八分之三。

每个可移动的波长滤波器阵列的移动都通过机械的执行器、例如压电定位器(Piezostelleinrichtung)来保证，该执行器在这里没有被示出。

图26部分地并且未按比例地示出了波长滤波器阵列23、24的、用于在当前所讨论的本发明装置的扩展方案中使用的示例性结构。设置了两个正是具有所示结构的滤波器阵列23、24。尺寸例如如下来选择：每个波长滤波器阵列23、24总共约为310mm宽并且235mm高。滤波器阵列23、24的每行大约为0.30086mm高。每行的透明的以及不透明的段大约为0.40114mm宽。从一行的透明或不透明的段到相邻一行的透明或不透明的段的偏移为0.066857mm。这种波长滤波器阵列例如非常适合与LG类型的15.1”LCD组合使用。

在图27中可以看到两个同类型的根据图26的波长滤波器阵列23、24在一种可能的彼此的相对位置情况下在第一工作方式中使用的简要效果。其中滤波器阵列23、24相互水平移动了大约0.30086mm。如上面描述的那样，在这种模式中可转换的散射盘被转换为透明的。为了在图像显示设备1上显示图像，可以考虑合适的图像组合结构，例如在DE 20121318U中根据图53的那种结构。

对于第二工作方式，两个滤波器阵列23、24例如可以在彼此没有相对移动的情况下被设置，即它们大体上保持根据图26的原有外观。散射盘22现在被转换为散射的，由此实现图像显示设备1的均匀照明。

波长滤波器阵列3的滤波器元件在前面描述的大多数情况下在沿着观察者的观察方向的深度上具有不可忽略的空间伸展。若不透光的滤波器元件完全地-即不仅在朝着观察者7的一侧、而且在沿着观察者7的观察方向定位的侧面上-以具有尽可能小的吸收系数的漫散射白光的材料来覆盖，那么这导致在第一工作方式中直接的、自动的对比度降低。若光以不利的角度入射到漫散射的侧面上，那么它会进入该材料层并且在那里导致照明。因此值得期望的是，将该材料层构造得尽可能薄和/或构造成具有反射-不透光的边沿。

这种对比度降低可以利用图28中示出的波长滤波器阵列来避免。在那里(明显放大地并且与其它组件相比不是按比例地)示出了在衬底30上具有透光滤波器元件26和不透光滤波器元件27的波长滤波器阵列25。不透光的滤波器元件27在其朝着观察者的一侧以漫散射的材料来覆盖。这里，侧面以反射材料来覆盖，这样光线28不再能够进入滤波器元件27。因此，被反射的光不但在第一工作方式中而且在第二工作方式中导致图像的更高的亮度。光线29在衬底内部被全反射，对于波长滤波器阵列25的该衬底，优选的是选择具有小的体积吸收的光学材料。

减小对比度的另一种可能性在图29中示出。这里示出了由一整块制成的波长滤波器阵列31，其中来自第一照明源2的倾斜入射的光线28通过在侧面的全反射而被反射，然后类似地在上侧离开波长滤波器阵列31，其中在上侧光线28在与空气的界面上的入射角比全反射的临界角小。在这个例子中，为了进一步降低对比度，还规定使用增强亮度的层32、例如3M公司的亮度增强薄膜(Brightness Enhancement Film)，借助该层这样影响第一照明源的亮度，使得在观察者方向上在一定角度范围内亮度明显比在侧面更高，这在图29中以不同长度的箭头表示。

在图30中示出了减小对比度的另一种可能性。这里示出了一种可转换的、电泳式波长滤波器阵列33，其中不透光的滤波器元件34具有两种对应于工作方式的工作状态。在第一工作方式中，为了三维显示，从观察者的方向上来看滤波器元件呈现出吸收光，而在第二工作方式中同样从观察者的方向上来看呈现出反射例如来自第二照明源4的光。这两种工作方式可以通过以下方式来实现，即在构造滤波器元件34中利用电泳原理，即在直接电场中的胶质带电微粒的迁移，这早已公开，可是迄今仅在纸的打印中使用。在图30中，在左侧的三个滤波器元件34在第一工作方式中显示，在右侧的三个滤波器元件34在第二工作方式中显示。滤波器元件34在光学透明的液体中包含不同极性的两种微粒，例如黑色的、带正电荷的微粒35和白色的、带负电荷的微粒36。在此，这些微粒必须这样来选择，使得在黑色微粒情况下这些微粒整体上具有足够的光学密度(吸收能力)，或者在白色微粒情况下具有高的漫反射系数、即散射系数。此外它们必须持续地保持其电荷，然而它们不必都是同类型的，虽然在此为了清楚起见而这样示出。滤波器元件34在图30中虽然被表示为方形，但是它们也可以具有其它多边形的形状、半球形或球形的形状。

若在滤波器元件34背对观察者的一侧的透明电极上施加负电压，并且在面对观察者的一侧的电极上施加正电压，则不透光的滤波器元件34为第一工作方式而被转换。若将电压反转，则它为第二工作方式而被转换。微粒35、36根据其电荷状态而向电极迁移。第一和第二工作方式之间的转换时间可以选择得非常短，并且小于现代LCD屏幕中的图像转换时间，其目前大约为16ms。

三束光线37、38、39象征性地表示了几种光学情形。光线38在两种工作方式中都无阻碍地穿过透光的滤波器元件。光线37在第一工作方式中(3D)被吸收，没有出现直接的对比度降低。而在第二工作方式中，光线37穿过漫散射层并且通过多次散射被分成许多光线，这些光线有助于提高在2D模式中的图像亮度。对于光线39也有不同的情形。在第二工作方式中它被吸收，在第一工作方式中它在漫散射层上被分解为多个光线，它们接着以不同方向离开滤波器元件34并且有助于提高3D图像的亮度。

在图31中示出了一种完全舍弃第二照明源4的可能性。在该实施例中设置了一个可以完全关断的波长滤波器阵列40，这里它被设置在透明的滤波器衬底41上。该波长滤波器阵列40同样在利用电泳的情况下起作用。在内部，黑色微粒35位于透明的液体层中，这些黑色微粒例如带负电荷，不过也可以带正电荷。在所示出的第一工作方式中，微粒35固定在正电极42的附近，在此该正电极位于朝着观察者的一侧，但是同样也可以位于另一侧。负电极没有被示出。该滤波器阵列40的左右两边超出其它部件一些，在这些段中有所谓的聚集区(Sammelbereich)，黑色微粒在第二工作方式、即2D模式中聚集于其中，因为在这种工作方式中该滤波器阵列是完全透明的。

为了将波长滤波器阵列从第一工作方式转换至第二工作方式，可以首先将离中心最近的那些电极42关断。同时将在围绕着中心的那些电极42上的电压升高，具体地说，升高的电压值大致对应于现在被关断的电极42在接通状态时的电压，即至少大约是原来固定在被关断的电极42上的电荷的数目。黑色微粒35然后向这些电压被升高了的电极42迁移。然后这个过程继续，直到所有微粒都处于最靠近聚集区的电极附近。然后首先在聚集区施加正电压，同时将黑色微粒35现在所处的电极42的电压设置为零，这样所有的微粒35都迁移至聚集区中，在那里它们被静电固定。从第二工作方式到第一工作方式的转换也类似进行。在一些情况下可能必须使用交变场，以便瞬时改变电极的极性。

因为可以完全舍弃从观察者的角度看被布置在波长滤波器阵列之前的第二照明源4或光导体，所以不发生对比度降低，在两种工作方式中的图像质量都很高。

替代利用带电微粒的电泳迁移，对于这种波长滤波器阵列来说还可以利用另一种效应，其产生所谓的“悬浮微粒装置(suspended particle devices)”。这里使用吸收光的、具有在电场中被感生的偶极矩的胶质微粒。在电场被关断时，这些微粒的偶极矩都随机地定向，并且这些微粒的积聚是不透明的。在施加交变电场时，这些偶极矩对齐，微粒积聚变为透明。以这种方式可以舍弃上面提及的聚集容器。

也可以应用电泳原理，以便在2D显示的情况下通过接通3D照明来减小对比度升高。在图32中示出了这种实施例。这里，在波长滤波器阵列3和第二照明源4之间设置了被构造为电泳组件的、光学散射的薄膜43，该薄膜优选的是将白光漫反射或再次发射，其散射作用基于白色微粒36的积聚，这些微粒在第二工作方式中尽可能覆盖表面地分布在薄膜上，这样一方面将从第二照明源4中发出的光以漫反射的方式散射，并且另一方面将从第一照明源2中发出的光漫散射。为了转换至第一工作方式，其过程与前面对图31的描述的过程类似。

在一种简化的实施方案中，薄膜也可以机械地、即用手或电动地放入装置中，以转换至第二工作方式，或者将其从该装置中移除，以转换至第一工作方式。在图33中示出了这种例子。该装置的右边和左边有卷起和展直机构45，它可以或者手动地或者电动地来操作，也可以借助程序来控制。光学散射的薄膜44在3D模式中例如可以被卷成在屏幕的上方或一侧的卷，在2D模式中它可以从屏幕的上方或一侧通过窄的、防光和防尘的缝隙沿着一侧的导轨在波长滤波器阵列3和第二照明源4之间展直。

另外可能有利的是，在迄今所描述的本发明装置的每个实施方案中，分别在用于至少部分表面的三维显示的第一工作方式中，观察者的每个眼睛主要、但不是仅仅看到场景或物体的多个透视图中所显示的图像信息的特定选择，由此在观察者处会产生空间感。在这种前提下产生空间感的例子例如在已经引用的本申请人的DE 20121318U和WO 01/56265以及WO 03/024122中描述了。

自然，在各个第二工作方式中仅显示二维图像，而不是由多个视图组合的图像，这通过图像显示设备的合适的控制能够容易实现。

在这里所描述的理论的等效变型方案中，已有的波长滤波器阵列有时可以由栅栏屏(Barriereschirm)、透镜屏(Linsenschirm)或者其它光学部件在使用全息光学元件的情况下来替代。

在此要着重指出的是，在本申请中公开的特征可以由专业人士在其它的、此处未明确提出的变型方案中相互组合。这种变型方案包括在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于显示场景或物体的图像的装置，

-具有由多个透明的图像元件构成的图像显示设备(1)，在这些图像元件上可以显示来自所述场景或物体的多个透视图的图像信息，

-具有在观察者的观察方向上被布置在所述图像显示设备(1)之后的阵列，所述阵列包括多个被布置在行和/或列中的、单独可控的并且在预定的波长范围内用于发射光的照明源，其中

-在第一工作方式中只有这样的照明源发射光，光从这些照明源出发通过图像显示设备(1)的分别分配给照明源的部分图像元件到达观察者，因此三维地实现图像显示，以及

-在第二工作方式中，附加地至少由另一部分照明源发射光，光从该部分照明源出发在没有特别分配的情况下通过图像显示设备(1)的图像元件到达观察者，因此至少部分地二维显示图像。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，设置基本上为平面的、发射光的聚合物层作为照明源。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，设置液晶显示器作为照明源。

4.用于显示场景或物体的图像的装置，

-具有由多个透光的、被布置在由行和/或列构成的栅格中的图像元件构成的图像显示设备(1)，在这些图像元件上可以显示来自所述场景或物体的多个透视图的图像信息，

-具有至少两个在观察者(7)的观察方向上被布置所述图像显示设备(1)之后的平面波长滤波器阵列(23，24)，这两个波长滤波器阵列分别由多个被布置在行和/或列中的滤波器元件构成，这些滤波器元件中的一部分在预定的波长范围内透光，而其余部分不透光，其中两个波长滤波器阵列之一(23或24)相对于另一个(24或23)是可移动的，并且两者优选地紧密接触，

-具有在观察方向上位于所述波长滤波器阵列(23，24)之后的、优选为平面照明源的照明源(2)，

-具有被布置在所述图像显示设备(1)和所述波长滤波器阵列(23，24)之间并且与后者有足够间隔的可转换的散射盘(22)，所述散射盘在第一工作方式中被转换为透明的，而在第二工作方式中被转换为至少部分表面散射，

-其中在第一工作方式中，所述波长滤波器阵列(23，24)彼此采用这种相对位置，使得从被布置在所述波长滤波器阵列(23，24)之后的照明源(2)发射的光通过两个波长滤波器阵列(23，24)的透光滤波器元件中的至少一部分、并且随后通过图像显示设备(1)的所分配的部分图像元件到达观察者(7)，因此对于观察者(7)来说场景或物体是三维可见的，以及

-其中在第二工作方式中，可转换的散射盘(22)被转换为至少部分表面散射，并且所述波长滤波器阵列(23，24)彼此采用这种相对位置，使得相对于第一工作方式有更多的光通过两个波长滤波器阵列(23，24)的透光的滤波器元件并且随后通过在第二工作方式中被转换为散射的散射盘(22)以及图像显示设备(1)的图像元件到达观察者(7)，因此对于观察者(7)来说场景或物体是二维可见的。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于，设置有多于两个的、数目为W的波长滤波器阵列，其中至少W-1个波长滤波器阵列是可移动的。

6.根据权利要求4或5之一的装置，其特征在于，每个可移动的波长滤波器阵列(23，24)的移动被规定在由图像显示设备的图像元件构成的栅格的行方向上。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，所规定的每个可移动的波长滤波器阵列(23，24)的移动路径比位于相应波长滤波器阵列(23，24)上的透光的滤波器元件的水平周期小，如果这种周期存在的话。

8.根据权利要求4至7之一的装置，其特征在于，为了移动每个可移动的波长滤波器阵列(23，24)，设置有电机执行器、例如压电定位器。

9.用于显示场景或物体的图像的装置，

-具有由多个透光的、被布置在由行和/或列构成的栅格中的图像元件构成的图像显示设备(1)，在这些图像元件上可以显示来自场景或物体的多个透视图的图像信息，

-具有在观察者(7)的观察方向上被布置在所述图像显示设备(1)之后的、平面的、可控的波长滤波器阵列(3)，它由多个被布置在行和/或列中的滤波器元件构成，这些滤波器元件中的一部分在预定的波长范围中是透光的，

-具有在观察方向上被布置在所述波长滤波器阵列(3)之后的照明源(2)，所述照明源优选的是平面照明源，

-其中在第一工作方式中，其余部分的滤波器元件被控制为不透光的，并且光从所述照明源通过透光的滤波器元件中的至少一部分并且随后通过图像显示设备(1)的所分配的部分图像元件到达观察者(7)，因此场景或物体对于观察者(7)来说是三维可见的，

-其特征在于，

-所述波长滤波器阵列(3)被构造为电泳组件(40)，并且在第二工作方式中，其余部分的滤波器元件被控制为透光的，因此场景或物体对于观察者(7)来说是二维可见的。

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