CN1879422B - 用于二维或三维显示的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于有选择的三维可视显像或二维显像的装置，包括一个照明设备(1)、至少一个用于对源自照明设备(1)的光进行构造的滤波器阵列(2)、至少一个散射层(3a、3b)和一个可透射的显像设备(4)，其中在滤波器阵列(2)和散射层(3a、3b)之间的间距a是可变化的，如此使得在散射层(3a、3b)与滤波器阵列(2)间隔布置的第一位置时，由滤波器阵列(2)所造成的对源自照明设备(1)的光的构造由于散射层(3a、3b)的光散射作用而基本上被中止，优选地低于人视觉的对比度阈值，并在显像设备(4)上以其全分辨率显示二维图像，而在散射层(3a、3b)与滤波器阵列(2)紧密接触或至少靠近该滤波器阵列布置的第二位置时，由滤波器阵列(2)所造成的对源自照明设备(1)的光的构造基本上不被中止，并在显像设备(4)上可以显示三维可视的图像。

Description

用于二维或三维显示的装置

发明领域

本发明涉及一种用于图像的可选择的三维可视显示或二维显示装置。它涉及自动体视的显示屏，该显示屏有选择地显示通常显示质量的二维图像。

现有技术

在自动体视的显示领域的研究过程中，已经发展多种方法和装置，其不借助辅助工具给一个或多个观察者传达空间感。但该装置通常只允许受限地显示通常的文本或二维图形，譬如在US 547574和US5606455中就是这种情况。相反，对于使用者来说，如果他可以在同一设备上在无眼镜的3D显示和高分辨率的、尽可能不受损的2D显示之间有选择地进行切换，那么这是非常有利的。

为了在自动体视显示中对对象的透视视图进行光学重现，除了别的之外还采用了电子可控制的彩色LCD板，其中所述LCD板在传统种类和方式的控制中还适合于二维显像。在很多应用情况中，重点在于能够进行从空间自动体视显示(其在下文中由于强烈的空间感也被称作三维显示)到二维显示的切换。这对于文本的可读性是尤其重要的，这是因为在二维操作方式中由于较高的图像分辨率而使图像质量较好。

对于从2D到3D的以及相反的这种切换已经公开了一系列装置。从而在WO 01/56265中描述了一种用于空间显示的方法，其中采用了至少一个波长滤波器阵列来用于空间可视的显示。在该发明的一个特别的扩展方案中把一种LCD板用作具有可变透射率的波长滤波器阵列。从而实现了2D和3D显示之间的切换。然而这里的缺点在于：光线必须通过两个LCD板、也即通过多个元件，象譬如偏振滤波器、液晶层和诸如载体衬底的其他组件，如此使得在2D和3D显示中都降低了亮度。

在US 6157424中描述了一种2D/3D显示器，其中两个LCD板相邻地连接，其中一个用作可接入的屏障。

WO 02/35277描述了一种具有衬底的3D显示器，其具有第一光学特性的条纹和位于其中间的第二光学特性的条纹以及一个偏振镜。从而除了别的之外，通过偏振旋转或加入或去除偏振镜来实现2D/3D切换。

同样在US 6337721中公开了一种2D/3D可切换的显示器。其中设置有多个光源、一个双凸透镜和至少一个功能重要的可切换的散射透镜片。这些部件保证了用于分别实现2D或3D显示的不同照明模式。

在US 5897184中公开了一种用于便携计算机系统的具有缩小厚度的照明元件的自动体视显示器，其允许分区域地从3D到2D切换以及反向切换。这里的缺点在于：它是仅用于一个观察者的双通道3D显示器，另外该观察者还必须位于一个固定的观察位置。另外在3D模式中的图像亮度小于类似的双通道3D显示器。这是一种精确地显示一个左边的图像和一个右边的图像的3D显示器。另外，在观察位置到该3D显示器的距离选择不正确时会察觉到强烈的并有干扰的莫尔效应(Moiré-Effekte)。另外，为了能够通过照明的均匀化来消除3D图像分离，在2D模式中把用于3D模式的光进行散射。从而在2D模式中在具有可切换的散射透镜片的该装置中图像亮度被降低，这是因为该散射透镜片的散射状态具有小于1的透射率(譬如约50％)。此外，该设备只有用高的生产工艺耗费才能制造。另外其缺点在于：由于加入了可切换的散射透镜片，在照明元件和显像板之间的距离被加大，这尤其在具有小的像素和/或高分辨率的3D显示器中阻碍了正常的观察间距。

US 5134345描述了一种用于高分辨率3D显示器的照明系统，其首先生成按照时间顺序(频闪的)确定的照明图样。另一扩展方案为了实现2D/3D显示而设置有一个可在透射模式和散射模式之间切换的散射透镜片，其中该散射透镜片为2D模式而被切换为散射的。

另外US 5500765还描述了当在双凸透镜之上铰接一个互补透镜装置时，如何可以中止双凸透镜的作用。由此几乎切断3D显示。这种措施仅利用双凸透镜系统来产生作用，并需要生产精确互补的透镜装置。其他的缺点为灰尘敏感性和增大的反射损耗。

在DE 10053868C2中描述了一种利用两个光源来有选择地进行2D或3D显示的装置，其中为了2D显示而通常把3D照明断开，或者把由3D照明所发出的光遮断。这里的缺点在于：2D照明光在光密度方面可能被构造得不是足够均匀。另外，在采用商业通用的光导来作为2D照明的情况下，通常其宏观构造对于观察者是可见的并产生干扰图样。但是，视觉不可见的微观构造在生产制造中是耗费而昂贵的。

JP 10268805所基于的任务是：在2D和3D显示中实现明亮的2D图像和相同的亮度。这通过把一种透镜光栅用作照明屏障来努力达到，其中该透镜屏障位于成像器后面。另外在那里还设置一个活动的弱散射透镜片来暂时中止透镜的作用。

这里的缺点在于：为了获得方向平行的光固有地需要一个光源，如此使得在严格意义上可能不存在3D观察空间，而是只存在单个固定的3D观察位置。另外，为了获得平行的光辐射，在那里所采用的“侧光模式”中需要复杂的光导。在附加的“平行构造”中，在位于光导的耦合输出侧对面的、也即在光导的观察者侧的面上同样需要复杂而昂贵的“侧光”。由于该光学透镜光栅方法，譬如在平行照明倾斜的情况下焦点将不在散射器平面上。由此在3D显示时尤其在倾斜视线上产生不同的模糊。

根据US 2003/0011884A1，规定了一种利用“散射装置”的3D/2D切换。相对于单纯的3D显示器，该3D/2D显示器包含有附加“转换装置”，该“转换装置”在“第二状态”下由“散射装置”组成，其中所述“第二状态”这里被认为是2D模式，而“散射装置”以不同的方式和方法来实现2D显示。

在这种装置中的缺点在于：在2D模式中的分辨率非常差，并且在2D模式中达不到全分辨率(“full resolution”)。因此譬如在2D模式中所显示的文本是不可读的。在US 2003/0011884A1的图9和图10所示的、在透镜光栅15的内部具有可切换的散射层94的这种装置中，在散射层和子像素之间的光学间隔虽然较小，但仍然还是比较大的。此外这种透镜光栅在制造中是耗费而昂贵的，并且由于附加的可切换的散射特性而具有其他的缺点。同样达不到传统2D显示的环境光适用性。

在WO 99/44091中为了进行图像分离也优选地采用一种透镜光栅。这里分离图像的透镜光栅应当用作“光散射的”部件，其中它接近成像器。该透镜光栅本身无论在其凸或平的表面上还是在其内部都不是被构造为光散射的。散射作用应当在透镜光栅本身内部产生。但因此该散射层距成像器具有有限的间隔，距图像分离器有近似0mm的间隔。因此该散射层必定损害了成像器上的2D图像，并且不能中止透镜光栅的图像分离作用。因此在该装置中在2D模式中所显示的文本也是不可读的，另外也达不到传统2D显示的环境光适用性。

发明描述

基于此，本发明的任务在于创造一种开头所述种类的装置，该装置可以用简单的装置来实现。在3D模式中，该装置应当同时给多个观察者显示不借助辅助装置的空间可视的图像。在2D模式中，应当显示尽可能高分辨率的、优选为全分辨率的图像。在2D和3D模式中图像亮度应当相同，与单纯的3D显示相比，优选地不会由于2D/3D切换措施使图像亮度降低。本发明的另一任务在于实现典型的、优选为小的观察距离，尤其在3D显示时也具有高的分辨率。与单纯的2D显示相比，要创造的该装置应当优选地具有不变的环境光适用性。

根据本发明，该任务通过一种有选择的三维可视的或二维显示的装置而得到解决，该装置包括：

-一个发出面分布的光的照明设备，

-至少一个在观察方向上位于该照明设备之前的滤波器阵列，来用于对源自该照明设备的光进行构造，

-至少一个在观察方向上位于该滤波器阵列之前的散射层，

-一个在观察方向上位于该散射层之前或之后的可透射的显像设备，优选的是以TFT-LCD板的形式，其中：

-在该滤波器阵列和该散射层之间的间隔a是可改变的，如此使得

-在该散射层与滤波器阵列分隔地布置的第一位置时，由该滤波器阵列所引起的对源自该照明设备的光的构造由于散射层的光散射作用而基本上被中止，优选的是低于人视觉的对比度阈值，并且在该显像设备上以其全分辨率显示二维图像，以及

-在该散射层与该滤波器阵列紧密地接触或至少靠近滤波器阵列布置的第二位置时，由该滤波器阵列所引起的对源自该照明设备的光的构造基本上不被中止，并由此在该显像设备上所显示的图像是三维可视的。

不同的扩展变型方案被规定如下：

变型方案1a：在观察方向上位于该散射层之后的可透射的显像设备；显像设备、散射层和照明设备被固定地排列；该滤波器阵列被敷设到透明衬底上；透明衬底与滤波器阵列一起为了改变间隔a而相对于散射层移动。

变型方案1b：在观察方向上位于该散射层之前的可透射的显像设备；显像设备、散射层和照明设备被固定地排列；该散射层可以有选择地被敷设到透明衬底上；该滤波器阵列被敷设到透明衬底上；透明衬底与滤波器阵列一起为了改变间隔a而相对于散射层移动。

变型方案2a：在观察方向上位于该散射层之后的可透射的显像设备；该滤波器阵列被敷设到透明衬底上；透明衬底与滤波器阵列一起固定地与该照明设备连接(该滤波器阵列也可以直接被敷设到该照明设备上)；透明衬底、滤波器阵列和照明设备为了改变间隔a而一起相对于散射层和显像设备移动。

变型方案2b：在观察方向上位于该散射层之前的可透射的显像设备；该散射层可以有选择地敷设到透明衬底上；该滤波器阵列被敷设到透明衬底上；透明衬底与滤波器阵列一起固定地与该照明设备连接(该滤波器阵列也可以直接被敷设到该照明设备上)；透明衬底、滤波器阵列和照明设备为了改变间隔a而一起相对于散射层和显像设备移动。

变型方案3a：在观察方向上位于该散射层之后的可透射的显像设备；该散射层和该显像设备固定地相互连接；该滤波器阵列被敷设到透明衬底上；透明衬底与滤波器阵列一起固定地与该照明设备连接；显像设备和散射层为了改变间隔a而相对于滤波器阵列和照明设备移动。

变型方案3b：在观察方向上位于该散射层之前的可透射的显像设备；该散射层被敷设到透明衬底上；该滤波器阵列被布置在该照明设备之上；透明衬底和散射层为了改变间隔a而相对于滤波器阵列和照明设备移动。可选择的是也把该显像设备随该散射层和透明衬底一起移动。

基于前述的六个变型方案，可以通过组合构造出其他的变型方案。但在所有的变型方案中，滤波器阵列、照明设备、显像设备和散射层总是应当被校正为基本相互平行。另外，每个部件的移动优选地基本垂直于其主面来进行。

该间隔a尤其依赖于该散射层的状况、该显像设备的像素尺寸和该滤波器构造的尺寸及奇特性，该间隔譬如在第一位置时可以处于10mm至30mm之间，但或者也可以大于或优选地小于它。在第二位置时，该间隔a譬如为0.2mm或更大。

在此需要指出：前述的变型方案1a、2a、3a尤其可以被优选，这是因为它能够有利地把滤波器阵列和显像设备之间的间隔z置为零。间隔z应被理解为该显像设备与该滤波器阵列之间的、从显像设备的朝向该滤波器阵列的一面测得的间隔。

因此，即便在高分辨率的显像设备或这种具有非常小的像素周期的显像设备情况下，也可以在3D模式中、也即在该第二位置时实现正常的、也是尤其小的观察间距。

显然，对于该可透射的显像设备也可以考虑不同于TFT-LCD板的设备。另外，所述的TFT-LCD板能够适合于彩色或灰度级显示。对于变型方案1a、2a和3a，有利地位于显像设备之前和之处的散射层优选地涉及在观察者侧的偏振滤波器上的一个防闪光毛面层，这在LCD板中是常用的。在这种情况下，只有所述一个散射层被设于前述的特征方案。但是，如果除了该第一散射层之外还有一个第二散射层，其中该第二散射层则譬如在观察方向上位于显像设备之后，那么这也可能是有利的。在显像设备仅具有防反射镀膜的表面(没有防闪光毛面层)的情况下，或者在防反射镀膜的表面和防闪光镀膜的表面重新组合的情况下，该(于是)单独的散射层分别按照构造变型方案被布置于显像设备之前或之后。下面与具体的构造变型方案无关地仅使用单词“散射层”。

对于照明设备，譬如可以采用由平行布置的CCFL管组成的常规的背光，或者由具有CCFL管连同控制装置的光导以及各种衬底(譬如3M的亮度增强膜和双倍亮度增强膜)组成的侧光。

该滤波器阵列譬如是一种被曝光的并被显影的摄影胶片，该胶片优选包含有透明的和不透明的面片段。这些面片段被布置在所定义的预定二维构造中。为了构造和制造该滤波器阵列，这里应当典型地参见文献DE 20121318U1、WO 01/56265、PCT/EP 2004/004464、PCT/EP2004/001833以及DE 10145133。

滤波器阵列和散射层二者也都可以没有衬底地被使用；对此它们譬如可以分别跨越在一个框架上，从而具有一个平的表面。

按照滤波器阵列或照明设备与显像设备之间必需的间隔z，可能会导致视场的渐晕。这意味着：在倾斜地看一个或多个显示器边缘的情况下，视线会从滤波器阵列或照明设备旁边经过，并因此所显示的2D图像(在某些情况下是3D图像)没有以全尺寸被足够照亮。

优选在按照变型方案1a的构造中，通过环绕着滤波器阵列布置一个反射镜筒，以给滤波器阵列或照明设备的照明面进行实际均匀的放大，可以避免上述的缺点。按照本发明的装置的位置，该反射镜筒把照明设备的光或者透过滤波器阵列的照明设备的光进行反射，由此使渐晕不被看到。

譬如该反射镜筒用垂直于(90°)滤波器阵列的表面而环绕的、具有高反射率的前部面反射镜来实现(譬如ρ＞98％，被涂覆到一个平的载体衬底上的3M “增强镜面反射器”膜)。为相应地实现移动(参见上述变型方案)所必需的、用于使机械移动部件通过的缝隙应当尽可能保持最小。该反射镜表面应当是耐刮擦的。

为了避免前述的渐晕，另一变型方案采用一种在与显像设备相对的平面中(优选地在所有侧)被放大的照明设备，其中该照明设备具有被相应放大的滤波器阵列。从而实现了：在倾斜地看显像设备的画面边缘的情况下，视线会看到滤波器阵列或照明设备的照明平面，并因此避免了渐晕。

相对于最后所述的变型方案，借助反射镜筒的防渐晕具有的优点是：对照明设备和必要时的滤波器阵列的实际放大是近似无穷的，由此所有的倾斜视角都是无渐晕的，因此大的倾斜视角也是无渐晕的。

另外有利的是：为了实现二维图像显示进行一种逆向信息显示。这里优选地在蓝色背景上显示白色对象，譬如文本(譬如MicrosoftWORD文本)。由此实现了弱对比度对象的大大改善的对比度、改善的可读性、比较微小的闪光敏感性和用于第一位置(2D模式)的滤波器阵列与散射层之间的较小的间距a。

为了进一步优化，此外还可以在显像设备的里面上涂覆一个附加的弱散射的散射膜。从而对散射层(譬如显像设备的防闪光毛面层)的散射要求和/或对在本发明装置的第一位置时的间隔a大小的要求被最小化。

此外，在显像设备上(譬如彩色LCD板)作为散射层还敷设一种增强散射的防闪光毛面，以减小在第一和第二位置之间相应部件的偏移路径Δa。为此，尤其通过改善近角散射和/或譬如放大光密度/散射指标的半值角，使在防闪光毛面的该光密度/散射指标下的平面被放大。为了进一步减小偏移路径，可以减小显像设备上的像素节距/像素尺寸。因此在滤波器阵列上的构造同样具有较小的尺寸或周期，并从而对于人眼来说较不容易分辨，这对于第一位置(2D模式)和第二位置(3D模式)二者来说是值得追求的。

另外还可以设置用于控制显像设备的装置，如此使得来自一个场景或一个对象的多个视图的子信息可以按照定义的分配来同时地显示在该显像设备上，其中在显像设备的一个最小物理像素上要么只显示一个视图的一个子信息，要么显示由至少两个视图的子信息混合的信息，在此参见DE 10145133C2。显然，所述的用于控制显像设备的装置也可以按照其他的图像组合规则来处理多个视图的子信息，譬如按照DE 10118461或其他文献，这在前面已经进行了描述。

在现有技术中所公开的TFT-LC显示器中，其中该显示器被设置用于“室外”应用和在直射的阳光中的应用，偏振膜的防闪光毛面被替换为偏振膜的防反射镀膜。因此在这种非常亮的TFT-LCD板中没有防闪光毛面。在本发明装置中采用这种LCD板时，作为附加部件还设置有将要进行讨论的散射层。

如果散射层不是被构造为防闪光毛面，而是被构造为单独的层，那么所使用的散射层有利地被实施为永久(光)散射的。它优选地具有至少应超过50％的高的光透射率。在实际中它可以作为光散射层在被构造在透明衬底上，其在下文中称作散射透镜片。在实际的构造中，作为散射层譬如设置有用于LCD板背光或侧光的被涂覆到玻璃衬底上的散射膜(譬如来自生产商3M的)或革纸，或被构造为玻璃衬底的被粗糙化的和/或被腐蚀的表面。散射层和衬底应当尽可能地薄。

与此相反，在本发明的装置的一个构造变型方案中，散射层被构造为可控制的，使得它在第一模式中在该装置的第一位置时是散射的，在第二模式中在该装置的第二位置时是作为透明介质来起作用的。这种可电切换的散射层在现有技术中是公开的，并且譬如可以从INNOPTEC公司(意大利，Rovereto)作为PDLC胶片来得到。

对于前述的变型方案3b，具有散射层的所述衬底优选地作为垫片来作用，以使显像设备(这里为：TFT-LCD板)在3D模式中，也即在第二位置时与滤波器阵列保持期望的间距z。

在另外的变型方案(1a、2a和3a)中，在该装置的第二位置时滤波器阵列与显像设备之间的间隔z(优选地作为空气间隔被构造，也即，这里不需要附加的光学作用部件)总是在0mm(包含0mm)至20mm之间。但在本发明的范围之内同样也存在其他的值。所述的间隔z尤其与显像设备的像素节距以及与用于空间显示的光学观察距离有关。

另外，在本发明装置的各个要移动的部件上(譬如滤波器阵列和/或散射层和/或显像设备和/或照明设备-按变型方案)具有侧面固定安装的支架，借助该支架来移动部件。该支架构成一种至驱动装置的机械桥接。

作为移动的驱动装置譬如采用至少一个步进电机和/或至少一个压电元件和/或至少一个电磁体和/或泵。通常可以采用不同的允许平移的电磁组件。

譬如在变型方案1b的构造中，泵可以如此来影响滤波器阵列和显像设备之间的气压，使得该散射层根据该气压移动到所期望的第一或第二位置。

此外，如果散射层被构造为附加散射层并且不被构造为防闪光毛面层，那么该散射层也可以被构造为柔性的并且无透明衬底，譬如被构造为散射膜，其中其位置通过气压来改变。那么它在一定程度上被吸入或压到滤波器阵列上。此外也可以通过把由空气流动所产生的力作用在该散射层上，来实现这种柔性的散射层的空气动力学定位。也可以采用液压移动装置。相反，也可以按照所实现的移动变型方案来如此移动滤波器阵列。

在另一构造中，该装置的一个或多个部件可以允许使用者手动地触发移动，其中为了简化操作在本发明的装置的侧面设置有具有偏心曲线的小轮或叶片，该小轮或叶片与用于移动它们的部件机械连接的。那么使用者就施加驱动力来移动该部件(有时随其他部件一起，譬如随着透明衬底)。

此外，在本发明的范围内还可能把散射层以面片段来进行划分，并且针对该散射层的可选择的面片段可以分别独立地预给定第一位置和第二位置。因此可以实现从二维向三维可视显示的部分面的切换以及相反的切换，也即同时实现2D和3D显示。

此外很显然，为本发明装置的每种变型方案也分别设置有一个合适的机壳。

此外，发出面分布的光的照明设备、以及位于其之前的滤波器阵列也可以被替换为一个发出根据滤波器阵列构造而被构造的光的光源。这种光源通常具有很多小的发光面，该发光面设置于以二维构造所确定的黑的或不透明的面片段之间。此外，在本发明的装置中也可以采用其他的作用原理来用于自动体视显示屏的2D/3D可切换性，这在WO 2004/057878中有描述。

附图简述

在下文中借助附图对本发明进行详细解释。

其中：

图1示出了在优选的第一构造变型方案中本发明装置的原理简图，

图2示出了在第二位置时图1的构造变型方案的原理简图，

图3示出了在第一位置时图1的构造变型方案的原理简图，

图4示出了在第二构造变型方案中本发明装置的原理简图，

图5示出了在第二位置时图4的构造变型方案的原理简图，

图6示出了在第一位置时图4的构造变型方案的原理简图，

图7示出了在第三构造变型方案中本发明装置的原理简图，

图8示出了在第二位置时图7的构造变型方案的原理简图，

图9示出了在第一位置时图7的构造变型方案的原理简图，

图10示出了在第四构造变型方案中本发明装置的原理简图，

图11示出了在第五构造变型方案中本发明装置的原理简图，

图12示出了在第二位置时图10的构造变型方案的原理简图，

图13示出了在第一位置时图10的构造变型方案的原理简图，

图14示出了在另一可能的第二位置时图10的构造变型方案的原理简图，

图15示出了在第二位置时图11的构造变型方案的原理简图，

图16示出了在第二位置时的第六构造变型方案的原理简图，

附图详述

在图1中作为原理简图示出了本发明装置的第一构造变型方案。从图1中可以看出：该装置包括发出面分布的光的照明设备1、在观察方向B上位于照明设备1之前的并对源自照明设备1的光进行构造的滤波器阵列2、在观察方向B上位于滤波器阵列2和显像设备4之前的散射层3a以及这里譬如在观察方向B上位于散射层3a之后的可透射的显像设备4。

显像设备上的散射层3a优选地是常规的防闪光毛面，这在LCD板中是典型的。显像设备4通过图中未示出的设备组件与照明设备1固定连接。滤波器阵列2譬如被涂覆到透明衬底6上。

为了能够根据本发明改变滤波器阵列2和散射层3a之间的间距a，仅仅设置透明衬底6与滤波器阵列2一起共同相对于其余的组件移动，如箭头A所示。这对应于前面已叙述的、尤其根据变型方案1a的优选构造。它可以用非常简单的装置进行实现。

随着透明衬底6与滤波器阵列2一起从图3中所示的第一位置共同地移动到图2中所示的第二位置，该装置从2D显示模式(图3)切换到3D显示模式(图2)。

因此，在第一位置时(图3)由滤波器阵列2所造成的对源自照明设备1的光的构造由于散射层3a的光散射作用而基本被中止，并在显像设备4上显示全分辨率的二维图像。后者还可以由观察者(未示出)从观察方向B看到。该图像譬如可以是一个场景或一个对象的一个透视图，或者也可以是文本。

在图2中示出了按照变型方案1a的装置，其中这里散射层3a位于第二位置。现在散射层3a接近滤波器阵列2，也即：散射层3a与滤波器阵列2之间的间距a具有显像设备4的厚度的值，譬如a＝1.0mm，如此使得由滤波器阵列2所造成的对源自照明设备1的光的构造基本不被中止，并由此在显像设备4上所显示的、譬如由一个场景或一个对象的多个透视图组合而成的图像对于观察者来说从观察方向B是三维可视的。

这种3D图像譬如可以是由一个场景或一个对象的八个或更多个视图组合而成的图像，这在现有技术中是公开的。

在图4所示的本发明装置的第二构造变型方案中，在观察方向中又设置有散射层3a、显像设备4、被敷设到透明衬底6上的滤波器阵列2、以及照明设备1。

与第一构造变型方案不同，这里透明衬底6和滤波器阵列2固定地与照明设备1相连接，并且透明衬底6、滤波器阵列2和照明设备1为了改变间距a而被配置为共同移动的，这里同样用箭头A来表示。这对应于按照变型方案2a的构造。这里的移动也可以简单地实现。

随着间隔a的变化，可以调节为3D显示模式(该装置的第二位置)，这在图5中被示出，以及调节为2D显示模式(该装置的第一位置)，如图6中所示。

用于获得2D及3D模式的作用方式与图2和图3中所描述的类似，因此这里不必重复。

通过图7详细解释了第三构造变型方案。这里各个组件的顺序对应于已经详细解释的构造变型方案的顺序，但区别在于：显像设备4连同散射层3a为了改变间距a而被配置为共同移动的，而由滤波器阵列2、透明衬底6和照明设备1所组成的组件则处于相对静止或者被配置为保持固定。这对应于按照变型方案3a的构造。

与已经描述的构造变型方案相类似，这里在图8中所示的间隔a的情况下，同样被调节为3D观察模式，而在图9中所示的间隔a的情况下被调节为2D观察模式。

在图10中示出了第四构造变型方案的本发明的装置，确切地说，该装置具有在观察方向B上位于散射层3b之前的可透射的显像设备4，该显像设备4优选地被构造为TFT-LCD板。这里滤波器阵列2和散射层3b之间的间距a同样是可变化的，这用散射层3b上所标出的箭头A来表示。这对应于前面已经描述的变型方案3b，其中这里的显像设备4当然不必是移动的。虚线表示显像设备4但也可以共同移动。

图11示出了在第五构造变型方案的一个变型中本发明的装置的原理简图。这里设置有两个散射层3a和3b。散射层3a优选地是(如同第一至第三构造变型方案中一样)在TFT-LCD板(对应于显像设备4)上的常规防闪光毛面。散射层3b相反则是单独插入的，如同图10的构造中一样。在第一与第二位置之间的切换中，这里在滤波器阵列2与两个散射层3a和3b之间的间距a1和a2按照原理进行变化；偏移路径Δa显然对两个都是相同的。

在图13中示出了图10的构造变型方案的另一原理简图，其中散射层3b位于第一位置。这里在散射层3b与滤波器阵列2之间的间隔a按散射层3b的散射特性的强度为几个毫米，譬如a＝3mm。

由此由滤波器阵列2所造成的对源自照明设备1的光的构造由于散射层3b的光散射作用而基本被中止，并在显像设备4上显示全分辨率的二维图像。后者还可以由观察者(未示出)从观察方向B看到。该图像譬如可以是一个场景或一个对象的一个透视图，或者也可以是文本。

与此相反，在图12中再次示出了图10的第四构造变型方案的原理简图，但其中这里散射层3b位于第二位置。现在散射层3b与滤波器阵列2仅为紧密接触，也即：散射层3b与滤波器阵列2之间的间距a具有值a＝0mm，如此使得由滤波器阵列2所造成的对源自照明设备1的光的构造基本不被中止，并因此在显像设备4上所显示的、譬如由一个场景或一个对象的多个透视图所组合而成的图像对于观察者来说从观察方向B是三维可视的。

所使用的散射层3b有利地被构造为永久光散射的。它优选地具有应当至少超过50％的高的光透射率。

在借助图12至图14所示的、基于图10的第四构造(对应于变型方案3b)的本发明装置构造中，散射层3b被构造为在可透射衬底5上的光学散射层。实际的构造譬如还设置有对于LCD板的背光为常用的散射膜以作为散射层3b，该散射膜被涂覆到玻璃衬底上。被涂覆的散射膜优选地朝向滤波器阵列2。

在目前的借助图10、图12和图13所描述的原理简图中，为了改变滤波器阵列2与散射层3b之间的间距a而移动散射层3b和透明衬底5，而滤波器阵列2和显像设备4被配置为固定的，也即具有不变的相互间距。在这种情况下照明设备1同样被配置为不可移动的，也即至滤波器阵列2和显像设备4的间距是固定的。

但是，也可以把散射层3b与显像设备4以及(如果存在的话)可透射衬底5一起相对于滤波器阵列2移动来实现滤波器阵列2与散射层3b之间的间隔a的改变，而滤波器阵列2则被配置为固定的。该应用情况在图13和图14中被示出并对应于变型方案3b。照明设备1在该情况下也被构造为不可移动的。图13在这里可以与图14和前述的说明相结合来进行解释；而不与图12相结合，如前已述。

在该变型方案中，衬底5与散射层3一起被用作垫片，以使显像设备4在3D模式中、也即在本装置的第二位置时与滤波器阵列2保持一个确定的间距z。滤波器阵列2与显像设备4之间的间距z在本装置的第二位置时总是处于0.0mm(包含)和20mm(包含)之间；在变型方案1a、2a和3a中该间距为z＝0mm。

图15又示出了图11的构造变型方案的原理简图，其中一个单独的散射层3b以及一个散射层3a均处于第二位置。在此显像设备4连同散射层3a和3b以及其透明衬底5一起移动。这对应于变型方案3a和3b的组合。

最后图16再次示出了第六构造变型方案的原理简图，其中设有一个防闪光毛面形式的静止散射层3a1和可切换的散射层3a2，其中该构造处于第二位置(3D模式)，而显像设备4连同两个散射层3a1、3a2已经被移动。在该第二位置时，可切换的散射层3a2被切换为透明的。在用于2D显示(2D模式)第一位置(未示出)中，显像设备4连同两个散射层3a1、3a一起与照明设备1和透明衬底6上的滤波器阵列2保持一个确定的间距(譬如a＝5mm)，而可切换的散射层3a2被切换为散射的。前述的构造是变型方案3a的扩展。

在图16中，在观察方向上的第一散射层3a1对应于LCD板的防闪光毛面。第二散射层3a2位于前偏振镜和LCD板的前述防闪光毛面之间。

对于前述的所有构造变型方案适用以下注解：

被构造为显像设备4的LCD板可以按具有防反射或防闪光涂层的构造而譬如是商业通用的具有“防闪光前偏振镜”的LC显示器ViewSonic VX900的LCD板，或者是具有“防反射前偏振镜”的SharpLQ64D142。

作为照明设备1譬如可以采用由具有CCFL管的光导组成的常规侧光、或者由譬如16CCFL管连同控制装置以及各种膜(譬如散射器、亮度增强膜或双倍亮度增强膜)组成的背光。

作为滤波器阵列2优选地采用被曝光的或被打印的并被显影的摄影胶片，该胶片含有透明的和不透明的面片段。这些面片段被布置在所定义的预定二维构造中。但是该滤波器阵列也可以以印刷颜料的形式被敷设到该透明衬底6上。另外还可以通过表面的事后构造、譬如通过使用激光辐射来制造滤波器阵列。

对于滤波器阵列2的构造和制造这里应当再次参见DE20121318U1、WO 01/56265、PCT/EP 2004/004464、PCT/EP2004/001833以及DE 10145133。滤波器阵列2的其他构造当然也是可能的。

所有的衬底5、6都应当通过多层镀膜尽可能好的降反射。

为了平行地并且基本垂直于主面移动各个要移动的装置部件，如前已经详细解释的，可以设置侧面固定安装的支架，借助该支架来移动各部件。该移动譬如由至少一个步进电机和/或至少一个压电元件和/或至少一个电磁体来执行(图中未示出)。各个位置驱动装置与各个要移动的部件机械连接。

另一方面，滤波器阵列2或其他的/另外的部件的移动可以由使用者手动执行，其中为了简化操作在本发明的装置的侧面设置有具有偏心曲线的小轮或叶片，该小轮或叶片与滤波器阵列2(和/或其他部件)机械连接以便被移动。那么使用者就施加相应的力来移动。

本发明的优点是多种多样的。尤其用简单的装置就实现了如下一种装置，其中该装置适合用于有选择的三维可视的显像或二维显像。而且分别在2D或3D模式中所显示的图像的亮度是相同的；该亮度在优选的构造变型方案中也不会由于附加的部件而被降低。另外尤其在一些构造中(变型方案1a、2a、3a以及前述的第五构造)由于在滤波器阵列和显像设备之间的居中空间中放弃了加入光学部件而即便在具有高分辨率的板中也能在第二位置时实现通常的3D观察间距。本发明的装置与单纯的2D显示器相比具有相同的环境光适用性。

Claims (21)

1.一种用于对三维可视的显示或二维显示可选择的装置，该装置包括：

-一个发出面分布的光的照明设备(1)，

-一个在观察方向(B)上位于该照明设备(1)之前的滤波器阵列(2)，所述滤波器阵列通过使用透明的和不透明的面片段的布置来对源自该照明设备(1)的光进行构造，

-至少一个在观察方向(B)上位于该滤波器阵列(2)之前的散射层(3a、3b)，

-一个在观察方向(B)上位于该散射层(3a、3b)之前或之后的可透射的显像设备(4)，

其特征在于：

-在该滤波器阵列(2)和该散射层(3a、3b)之间的间隔a是可改变的，如此使得

-在该散射层(3a、3b)与滤波器阵列(2)分隔地布置的第一位置时，由该滤波器阵列(2)所造成的对源自该照明设备(1)的光的构造由于散射层(3a、3b)的光散射作用而基本上被中止，并且在该显像设备(4)上以其全分辨率显示二维图像，

-在该散射层(3a、3b)与该滤波器阵列(2)紧密地接触或靠近该滤波器阵列(2)布置的第二位置时，由该滤波器阵列(2)所造成的对源自该照明设备(1)的光的构造基本上不被中止，并在该显像设备(4)上可以显示三维可视的图像。

2.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于散射层(3a)之后的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-显像设备(4)、散射层(3a)和照明设备(1)被固定地排列，

-滤波器阵列(2)由透明衬底(6)所支撑，以及

-透明衬底(6)与滤波器阵列(2)一起为了改变间隔a而相对于散射层(3a)移动。

3.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于散射层(3a)之后的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-该滤波器阵列(2)由透明衬底(6)所支撑，

-透明衬底(6)与滤波器阵列(2)一起固定地与该照明设备(1)连接，以及

-透明衬底(6)、滤波器阵列(2)和照明设备(1)为了改变间隔a而一起相对于散射层(3a)和显像设备(4)移动。

4.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于该散射层(3a)之后的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-该散射层(3a)和该显像设备(4)固定地相互连接，

-该滤波器阵列(2)被敷设到透明衬底(6)上，

-透明衬底(6)与滤波器阵列(2)一起固定地与该照明设备(1)连接，以及

-散射层(3a)和显像设备(4)一起为了改变间隔a而相对于滤波器阵列(2)、透明衬底(6)和照明设备(1)移动。

5.根据权利要求2的装置，其特征在于：显像设备(4)包括LCD板，散射层(3a)包括所述LCD板的防闪光毛面。

6.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于该散射层(3b)之前的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-该散射层(3b)由透明衬底(5)所支撑，

-滤波器阵列(2)被布置到照明设备(1)上，以及

-透明衬底(5)和散射层(3b)以及显像设备(4)为了改变间隔a而相对于滤波器阵列(2)和照明设备(1)移动。

7.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于该散射层(3b)之前的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-显像设备(4)、散射层(3b)和照明设备(1)被固定地布置，

-滤波器阵列(2)由透明衬底(6)所支撑，以及

-透明衬底(6)与滤波器阵列(2)一起为了改变间隔a而相对于散射层(3b)移动。

8.根据权利要求1的装置，具有在观察方向(B)上位于该散射层(3b)之前的可透射的显像设备(4)，其特征在于：

-滤波器阵列(2)由透明衬底(6)所支撑，

-透明衬底(6)与滤波器阵列(2)一起与照明设备(1)固定地连接；

-透明衬底(6)、滤波器阵列(2)和照明设备(1)为了改变间隔a而共同相对于散射层(3b)和显像设备(4)移动。

9.根据权利要求5的装置，其特征在于：透明衬底(5)包括玻璃衬底，散射层(3b)包括被涂覆到玻璃衬底上的散射膜或革纸，或玻璃衬底的被粗糙化的和/或被腐蚀的表面。

10.根据权利要求1的装置，其特征在于：

-在第一位置时间隔a位于10mm至30mm的范围中，以及

-在第二位置时间隔a≥0.2mm。

11.根据权利要求1的装置，其特征在于：散射层(3a、3b)被构造为具有不可控制的散射效应。

12.根据权利要求1的装置，其特征在于：散射层(3a、3b)是可控制的，使得它在本装置的第一位置时是散射的，在本装置的第二位置时是作为透明介质来作用的。

13.根据权利要求11的装置，其特征在于：设置有两个散射层(3a1、3a2)，其中在观察方向(B)上的第一散射层3a1对应于LCD板的防闪光毛面，可控制的第二散射层3a2位于LCD板的前偏振镜和前述防闪光毛面之间。

14.根据权利要求1的装置，其特征在于：散射层(3a、3b)被划分为可选择的面片段，针对散射层(3a、3b)的可选择的面片段可以分别独立地调节第一和第二位置，如此使得部分面可以在三维可视显示和二维显示之间切换。

15.根据权利要求1的装置，其特征在于：滤波器阵列(2)是被曝光的或被打印的并被显影的摄影胶片，该胶片含有透明的和不透明的面片段，这些面片段被布置在所定义的预定二维构造中。

16.根据权利要求1的装置，其特征在于：滤波器阵列(2)与显像设备(4)之间的间距z在本装置的第二位置时总是处于0.0mm和20mm之间，包含0.0mm和20mm。

17.根据权利要求1的装置，其特征在于：为了给滤波器阵列(2)或照明设备(1)的照明面进行实际的均匀的放大，环绕着滤波器阵列(2)布置一个反射镜筒，该反射镜筒把照明设备的光或者透过滤波器阵列(2)的照明设备(1)的光进行反射，由此使渐晕不被看到。

18.根据权利要求17的装置，其特征在于：该反射镜筒用垂直于滤波器阵列(2)的表面而环绕的、具有高反射率的前表面反射镜来实现。

19.根据权利要求1的装置，其特征在于：为了执行移动设置有步进电机、压电元件、电磁体或泵。

20.根据权利要求1的装置，其特征在于：所述移动手动执行。

21.根据权利要求1的装置，其特征在于：发出面分布的光的照明设备(1)和位于其之前的滤波器阵列(2)被替换为一个发出根据滤波器阵列构造而被构造的光的光源。

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