用於二維或三維顯示的裝置的製作方法
2023-06-10 20:22:16
專利名稱：用於二維或三維顯示的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於圖像的可選擇的三維可視顯示或二維顯示裝置。它涉及自動體視的顯示屏，該顯示屏有選擇地顯示通常顯示質量的二維圖像。
現有技術在自動體視的顯示領域的研究過程中，已經發展多種方法和裝置，其不藉助輔助工具給一個或多個觀察者傳達空間感。但該裝置通常只允許受限地顯示通常的文本或二維圖形，譬如在US 547574和US5606455中就是這種情況。相反，對於使用者來說，如果他可以在同一設備上在無眼鏡的3D顯示和高解析度的、儘可能不受損的2D顯示之間有選擇地進行切換，那麼這是非常有利的。
為了在自動體視顯示中對對象的透視視圖進行光學重現，除了別的之外還採用了電子可控制的彩色LCD板，其中所述LCD板在傳統種類和方式的控制中還適合於二維顯像。在很多應用情況中，重點在於能夠進行從空間自動體視顯示(其在下文中由於強烈的空間感也被稱作三維顯示)到二維顯示的切換。這對於文本的可讀性是尤其重要的，這是因為在二維操作方式中由於較高的圖像解析度而使圖像質量較好。
對於從2D到3D的以及相反的這種切換已經公開了一系列裝置。從而在WO 01/56265中描述了一種用於空間顯示的方法，其中採用了至少一個波長濾波器陣列來用於空間可視的顯示。在該發明的一個特別的擴展方案中把一種LCD板用作具有可變透射率的波長濾波器陣列。從而實現了2D和3D顯示之間的切換。然而這裡的缺點在於光線必須通過兩個LCD板、也即通過多個元件，象譬如偏振濾波器、液晶層和諸如載體襯底的其他組件，如此使得在2D和3D顯示中都降低了亮度。
在US 6157424中描述了一種2D/3D顯示器，其中兩個LCD板相鄰地連接，其中一個用作可接入的屏障。
WO 02/35277描述了一種具有襯底的3D顯示器，其具有第一光學特性的條紋和位於其中間的第二光學特性的條紋以及一個偏振鏡。從而除了別的之外，通過偏振旋轉或加入或去除偏振鏡來實現2D/3D切換。
同樣在US 6337721中公開了一種2D/3D可切換的顯示器。其中設置有多個光源、一個雙凸透鏡和至少一個功能重要的可切換的散射透鏡片。這些部件保證了用於分別實現2D或3D顯示的不同照明模式。
在US 5897184中公開了一種用於便攜計算機系統的具有縮小厚度的照明元件的自動體視顯示器，其允許分區域地從3D到2D切換以及反向切換。這裡的缺點在於它是僅用於一個觀察者的雙通道3D顯示器，另外該觀察者還必須位於一個固定的觀察位置。另外在3D模式中的圖像亮度小於類似的雙通道3D顯示器。這是一種精確地顯示一個左邊的圖像和一個右邊的圖像的3D顯示器。另外，在觀察位置到該3D顯示器的距離選擇不正確時會察覺到強烈的並有幹擾的莫爾效應(Moiré-Effekte)。另外，為了能夠通過照明的均勻化來消除3D圖像分離，在2D模式中把用於3D模式的光進行散射。從而在2D模式中在具有可切換的散射透鏡片的該裝置中圖像亮度被降低，這是因為該散射透鏡片的散射狀態具有小於1的透射率(譬如約50％)。此外，該設備只有用高的生產工藝耗費才能製造。另外其缺點在於由於加入了可切換的散射透鏡片，在照明元件和顯像板之間的距離被加大，這尤其在具有小的像素和/或高解析度的3D顯示器中阻礙了正常的觀察間距。
US 5134345描述了一種用於高解析度3D顯示器的照明系統，其首先生成按照時間順序(頻閃的)確定的照明圖樣。另一擴展方案為了實現2D/3D顯示而設置有一個可在透射模式和散射模式之間切換的散射透鏡片，其中該散射透鏡片為2D模式而被切換為散射的。
另外US 5500765還描述了當在雙凸透鏡之上鉸接一個互補透鏡裝置時，如何可以中止雙凸透鏡的作用。由此幾乎切斷3D顯示。這種措施僅利用雙凸透鏡系統來產生作用，並需要生產精確互補的透鏡裝置。其他的缺點為灰塵敏感性和增大的反射損耗。
在DE 10053868C2中描述了一種利用兩個光源來有選擇地進行2D或3D顯示的裝置，其中為了2D顯示而通常把3D照明斷開，或者把由3D照明所發出的光遮斷。這裡的缺點在於2D照明光在光密度方面可能被構造得不是足夠均勻。另外，在採用商業通用的光導來作為2D照明的情況下，通常其宏觀構造對於觀察者是可見的並產生幹擾圖樣。但是，視覺不可見的微觀構造在生產製造中是耗費而昂貴的。
JP 10268805所基於的任務是在2D和3D顯示中實現明亮的2D圖像和相同的亮度。這通過把一種透鏡光柵用作照明屏障來努力達到，其中該透鏡屏障位於成像器後面。另外在那裡還設置一個活動的弱散射透鏡片來暫時中止透鏡的作用。
這裡的缺點在於為了獲得方向平行的光固有地需要一個光源，如此使得在嚴格意義上可能不存在3D觀察空間，而是只存在單個固定的3D觀察位置。另外，為了獲得平行的光輻射，在那裡所採用的「側光模式」中需要複雜的光導。在附加的「平行構造」中，在位於光導的耦合輸出側對面的、也即在光導的觀察者側的面上同樣需要複雜而昂貴的「側光」。由於該光學透鏡光柵方法，譬如在平行照明傾斜的情況下焦點將不在散射器平面上。由此在3D顯示時尤其在傾斜視線上產生不同的模糊。
根據US 2003/0011884A1，規定了一種利用「散射裝置」的3D/2D切換。相對於單純的3D顯示器，該3D/2D顯示器包含有附加「轉換裝置」，該「轉換裝置」在「第二狀態」下由「散射裝置」組成，其中所述「第二狀態」這裡被認為是2D模式，而「散射裝置」以不同的方式和方法來實現2D顯示。
在這種裝置中的缺點在於在2D模式中的解析度非常差，並且在2D模式中達不到全解析度(「full resolution」)。因此譬如在2D模式中所顯示的文本是不可讀的。在US 2003/0011884A1的圖9和
圖10所示的、在透鏡光柵15的內部具有可切換的散射層94的這種裝置中，在散射層和子像素之間的光學間隔雖然較小，但仍然還是比較大的。此外這種透鏡光柵在製造中是耗費而昂貴的，並且由於附加的可切換的散射特性而具有其他的缺點。同樣達不到傳統2D顯示的環境光適用性。
在WO 99/44091中為了進行圖像分離也優選地採用一種透鏡光柵。這裡分離圖像的透鏡光柵應當用作「光散射的」部件，其中它接近成像器。該透鏡光柵本身無論在其凸或平的表面上還是在其內部都不是被構造為光散射的。散射作用應當在透鏡光柵本身內部產生。但因此該散射層距成像器具有有限的間隔，距圖像分離器有近似0mm的間隔。因此該散射層必定損害了成像器上的2D圖像，並且不能中止透鏡光柵的圖像分離作用。因此在該裝置中在2D模式中所顯示的文本也是不可讀的，另外也達不到傳統2D顯示的環境光適用性。
發明描述基於此，本發明的任務在於創造一種開頭所述種類的裝置，該裝置可以用簡單的裝置來實現。在3D模式中，該裝置應當同時給多個觀察者顯示不藉助輔助裝置的空間可視的圖像。在2D模式中，應當顯示儘可能高解析度的、優選為全解析度的圖像。在2D和3D模式中圖像亮度應當相同，與單純的3D顯示相比，優選地不會由於2D/3D切換措施使圖像亮度降低。本發明的另一任務在於實現典型的、優選為小的觀察距離，尤其在3D顯示時也具有高的解析度。與單純的2D顯示相比，要創造的該裝置應當優選地具有不變的環境光適用性。
根據本發明，該任務通過一種有選擇的三維可視的或二維顯示的裝置而得到解決，該裝置包括-一個發出面分布的光的照明設備，-至少一個在觀察方向上位於該照明設備之前的濾波器陣列，來用於對源自該照明設備的光進行構造，-至少一個在觀察方向上位於該濾波器陣列之前的散射層，-一個在觀察方向上位於該散射層之前或之後的可透射的顯像設備，優選的是以TFT-LCD板的形式，其中-在該濾波器陣列和該散射層之間的間隔a是可改變的，如此使得-在該散射層與濾波器陣列分隔地布置的第一位置時，由該濾波器陣列所引起的對源自該照明設備的光的構造由於散射層的光散射作用而基本上被中止，優選的是低於人視覺的對比度閾值，並且在該顯像設備上以其全解析度顯示二維圖像，以及-在該散射層與該濾波器陣列緊密地接觸或至少靠近濾波器陣列布置的第二位置時，由該濾波器陣列所引起的對源自該照明設備的光的構造基本上不被中止，並由此在該顯像設備上所顯示的圖像是三維可視的。
不同的擴展變型方案被規定如下變型方案1a在觀察方向上位於該散射層之後的可透射的顯像設備；顯像設備、散射層和照明設備被固定地排列；該濾波器陣列被敷設到透明襯底上；透明襯底與濾波器陣列一起為了改變間隔a而相對於散射層移動。
變型方案1b在觀察方向上位於該散射層之前的可透射的顯像設備；顯像設備、散射層和照明設備被固定地排列；該散射層可以有選擇地被敷設到透明襯底上；該濾波器陣列被敷設到透明襯底上；透明襯底與濾波器陣列一起為了改變間隔a而相對於散射層移動。
變型方案2a在觀察方向上位於該散射層之後的可透射的顯像設備；該濾波器陣列被敷設到透明襯底上；透明襯底與濾波器陣列一起固定地與該照明設備連接(該濾波器陣列也可以直接被敷設到該照明設備上)；透明襯底、濾波器陣列和照明設備為了改變間隔a而一起相對於散射層和顯像設備移動。
變型方案2b在觀察方向上位於該散射層之前的可透射的顯像設備；該散射層可以有選擇地敷設到透明襯底上；該濾波器陣列被敷設到透明襯底上；透明襯底與濾波器陣列一起固定地與該照明設備連接(該濾波器陣列也可以直接被敷設到該照明設備上)；透明襯底、濾波器陣列和照明設備為了改變間隔a而一起相對於散射層和顯像設備移動。
變型方案3a在觀察方向上位於該散射層之後的可透射的顯像設備；該散射層和該顯像設備固定地相互連接；該濾波器陣列被敷設到透明襯底上；透明襯底與濾波器陣列一起固定地與該照明設備連接；顯像設備和散射層為了改變間隔a而相對於濾波器陣列和照明設備移動。
變型方案3b在觀察方向上位於該散射層之前的可透射的顯像設備；該散射層被敷設到透明襯底上；該濾波器陣列被布置在該照明設備之上；透明襯底和散射層為了改變間隔a而相對於濾波器陣列和照明設備移動。可選擇的是也把該顯像設備隨該散射層和透明襯底一起移動。
基於前述的六個變型方案，可以通過組合構造出其他的變型方案。但在所有的變型方案中，濾波器陣列、照明設備、顯像設備和散射層總是應當被校正為基本相互平行。另外，每個部件的移動優選地基本垂直於其主面來進行。
該間隔a尤其依賴於該散射層的狀況、該顯像設備的像素尺寸和該濾波器構造的尺寸及奇特性，該間隔譬如在第一位置時可以處於10mm至30mm之間，但或者也可以大於或優選地小於它。在第二位置時，該間隔a譬如為0.2mm或更大。
在此需要指出前述的變型方案1a、2a、3a尤其可以被優選，這是因為它能夠有利地把濾波器陣列和顯像設備之間的間隔z置為零。間隔z應被理解為該顯像設備與該濾波器陣列之間的、從顯像設備的朝向該濾波器陣列的一面測得的間隔。
因此，即便在高解析度的顯像設備或這種具有非常小的像素周期的顯像設備情況下，也可以在3D模式中、也即在該第二位置時實現正常的、也是尤其小的觀察間距。
顯然，對於該可透射的顯像設備也可以考慮不同於TFT-LCD板的設備。另外，所述的TFT-LCD板能夠適合於彩色或灰度級顯示。對於變型方案1a、2a和3a，有利地位於顯像設備之前和之處的散射層優選地涉及在觀察者側的偏振濾波器上的一個防閃光毛面層，這在LCD板中是常用的。在這種情況下，只有所述一個散射層被設於前述的特徵方案。但是，如果除了該第一散射層之外還有一個第二散射層，其中該第二散射層則譬如在觀察方向上位於顯像設備之後，那麼這也可能是有利的。在顯像設備僅具有防反射鍍膜的表面(沒有防閃光毛面層)的情況下，或者在防反射鍍膜的表面和防閃光鍍膜的表面重新組合的情況下，該(於是)單獨的散射層分別按照構造變型方案被布置於顯像設備之前或之後。下面與具體的構造變型方案無關地僅使用單詞「散射層」。
對於照明設備，譬如可以採用由平行布置的CCFL管組成的常規的背光，或者由具有CCFL管連同控制裝置的光導以及各種襯底(譬如3M的亮度增強膜和雙倍亮度增強膜)組成的側光。
該濾波器陣列譬如是一種被曝光的並被顯影的攝影膠片，該膠片優選包含有透明的和不透明的面片段。這些面片段被布置在所定義的預定二維構造中。為了構造和製造該濾波器陣列，這裡應當典型地參見文獻DE 20121318U1、WO 01/56265、PCT/EP 2004/004464、PCT/EP2004/001833以及DE 10145133。
濾波器陣列和散射層二者也都可以沒有襯底地被使用；對此它們譬如可以分別跨越在一個框架上，從而具有一個平的表面。
按照濾波器陣列或照明設備與顯像設備之間必需的間隔z，可能會導致視場的漸暈。這意味著在傾斜地看一個或多個顯示器邊緣的情況下，視線會從濾波器陣列或照明設備旁邊經過，並因此所顯示的2D圖像(在某些情況下是3D圖像)沒有以全尺寸被足夠照亮。
優選在按照變型方案1a的構造中，通過環繞著濾波器陣列布置一個反射鏡筒，以給濾波器陣列或照明設備的照明面進行實際均勻的放大，可以避免上述的缺點。按照本發明的裝置的位置，該反射鏡筒把照明設備的光或者透過濾波器陣列的照明設備的光進行反射，由此使漸暈不被看到。
譬如該反射鏡筒用垂直於(90°)濾波器陣列的表面而環繞的、具有高反射率的前部面反射鏡來實現(譬如ρ＞98％，被塗覆到一個平的載體襯底上的3M 「增強鏡面反射器」膜)。為相應地實現移動(參見上述變型方案)所必需的、用於使機械移動部件通過的縫隙應當儘可能保持最小。該反射鏡表面應當是耐刮擦的。
為了避免前述的漸暈，另一變型方案採用一種在與顯像設備相對的平面中(優選地在所有側)被放大的照明設備，其中該照明設備具有被相應放大的濾波器陣列。從而實現了在傾斜地看顯像設備的畫面邊緣的情況下，視線會看到濾波器陣列或照明設備的照明平面，並因此避免了漸暈。
相對於最後所述的變型方案，藉助反射鏡筒的防漸暈具有的優點是對照明設備和必要時的濾波器陣列的實際放大是近似無窮的，由此所有的傾斜視角都是無漸暈的，因此大的傾斜視角也是無漸暈的。
另外有利的是為了實現二維圖像顯示進行一種逆向信息顯示。這裡優選地在藍色背景上顯示白色對象，譬如文本(譬如MicrosoftWORD文本)。由此實現了弱對比度對象的大大改善的對比度、改善的可讀性、比較微小的閃光敏感性和用於第一位置(2D模式)的濾波器陣列與散射層之間的較小的間距a。
為了進一步優化，此外還可以在顯像設備的裡面上塗覆一個附加的弱散射的散射膜。從而對散射層(譬如顯像設備的防閃光毛面層)的散射要求和/或對在本發明裝置的第一位置時的間隔a大小的要求被最小化。
此外，在顯像設備上(譬如彩色LCD板)作為散射層還敷設一種增強散射的防閃光毛面，以減小在第一和第二位置之間相應部件的偏移路徑Δa。為此，尤其通過改善近角散射和/或譬如放大光密度/散射指標的半值角，使在防閃光毛面的該光密度/散射指標下的平面被放大。為了進一步減小偏移路徑，可以減小顯像設備上的像素節距/像素尺寸。因此在濾波器陣列上的構造同樣具有較小的尺寸或周期，並從而對於人眼來說較不容易分辨，這對於第一位置(2D模式)和第二位置(3D模式)二者來說是值得追求的。
另外還可以設置用於控制顯像設備的裝置，如此使得來自一個場景或一個對象的多個視圖的子信息可以按照定義的分配來同時地顯示在該顯像設備上，其中在顯像設備的一個最小物理像素上要麼只顯示一個視圖的一個子信息，要麼顯示由至少兩個視圖的子信息混合的信息，在此參見DE 10145133C2。顯然，所述的用於控制顯像設備的裝置也可以按照其他的圖像組合規則來處理多個視圖的子信息，譬如按照DE 10118461或其他文獻，這在前面已經進行了描述。
在現有技術中所公開的TFT-LC顯示器中，其中該顯示器被設置用於「室外」應用和在直射的陽光中的應用，偏振膜的防閃光毛面被替換為偏振膜的防反射鍍膜。因此在這種非常亮的TFT-LCD板中沒有防閃光毛面。在本發明裝置中採用這種LCD板時，作為附加部件還設置有將要進行討論的散射層。
如果散射層不是被構造為防閃光毛面，而是被構造為單獨的層，那麼所使用的散射層有利地被實施為永久(光)散射的。它優選地具有至少應超過50％的高的光透射率。在實際中它可以作為光散射層在被構造在透明襯底上，其在下文中稱作散射透鏡片。在實際的構造中，作為散射層譬如設置有用於LCD板背光或側光的被塗覆到玻璃襯底上的散射膜(譬如來自生產商3M的)或革紙，或被構造為玻璃襯底的被粗糙化的和/或被腐蝕的表面。散射層和襯底應當儘可能地薄。
與此相反，在本發明的裝置的一個構造變型方案中，散射層被構造為可控制的，使得它在第一模式中在該裝置的第一位置時是散射的，在第二模式中在該裝置的第二位置時是作為透明介質來起作用的。這種可電切換的散射層在現有技術中是公開的，並且譬如可以從INNOPTEC公司(義大利，Rovereto)作為PDLC膠片來得到。
對於前述的變型方案3b，具有散射層的所述襯底優選地作為墊片來作用，以使顯像設備(這裡為TFT-LCD板)在3D模式中，也即在第二位置時與濾波器陣列保持期望的間距z。
在另外的變型方案(1a、2a和3a)中，在該裝置的第二位置時濾波器陣列與顯像設備之間的間隔z(優選地作為空氣間隔被構造，也即，這裡不需要附加的光學作用部件)總是在0mm(包含0mm)至20mm之間。但在本發明的範圍之內同樣也存在其他的值。所述的間隔z尤其與顯像設備的像素節距以及與用於空間顯示的光學觀察距離有關。
另外，在本發明裝置的各個要移動的部件上(譬如濾波器陣列和/或散射層和/或顯像設備和/或照明設備-按變型方案)具有側面固定安裝的支架，藉助該支架來移動部件。該支架構成一種至驅動裝置的機械橋接。
作為移動的驅動裝置譬如採用至少一個步進電機和/或至少一個壓電元件和/或至少一個電磁體和/或泵。通常可以採用不同的允許平移的電磁組件。
譬如在變型方案1b的構造中，泵可以如此來影響濾波器陣列和顯像設備之間的氣壓，使得該散射層根據該氣壓移動到所期望的第一或第二位置。
此外，如果散射層被構造為附加散射層並且不被構造為防閃光毛面層，那麼該散射層也可以被構造為柔性的並且無透明襯底，譬如被構造為散射膜，其中其位置通過氣壓來改變。那麼它在一定程度上被吸入或壓到濾波器陣列上。此外也可以通過把由空氣流動所產生的力作用在該散射層上，來實現這種柔性的散射層的空氣動力學定位。也可以採用液壓移動裝置。相反，也可以按照所實現的移動變型方案來如此移動濾波器陣列。
在另一構造中，該裝置的一個或多個部件可以允許使用者手動地觸發移動，其中為了簡化操作在本發明的裝置的側面設置有具有偏心曲線的小輪或葉片，該小輪或葉片與用於移動它們的部件機械連接的。那麼使用者就施加驅動力來移動該部件(有時隨其他部件一起，譬如隨著透明襯底)。
此外，在本發明的範圍內還可能把散射層以面片段來進行劃分，並且針對該散射層的可選擇的面片段可以分別獨立地預給定第一位置和第二位置。因此可以實現從二維向三維可視顯示的部分面的切換以及相反的切換，也即同時實現2D和3D顯示。
此外很顯然，為本發明裝置的每種變型方案也分別設置有一個合適的機殼。
此外，發出面分布的光的照明設備、以及位於其之前的濾波器陣列也可以被替換為一個發出根據濾波器陣列構造而被構造的光的光源。這種光源通常具有很多小的發光面，該發光面設置於以二維構造所確定的黑的或不透明的面片段之間。此外，在本發明的裝置中也可以採用其他的作用原理來用於自動體視顯示屏的2D/3D可切換性，這在WO 2004/057878中有描述。
附圖簡述在下文中藉助附圖對本發明進行詳細解釋。
其中圖1示出了在優選的第一構造變型方案中本發明裝置的原理簡圖，圖2示出了在第二位置時圖1的構造變型方案的原理簡圖，圖3示出了在第一位置時圖1的構造變型方案的原理簡圖，圖4示出了在第二構造變型方案中本發明裝置的原理簡圖，圖5示出了在第二位置時圖4的構造變型方案的原理簡圖，圖6示出了在第一位置時圖4的構造變型方案的原理簡圖，圖7示出了在第三構造變型方案中本發明裝置的原理簡圖，圖8示出了在第二位置時圖7的構造變型方案的原理簡圖，圖9示出了在第一位置時圖7的構造變型方案的原理簡圖，圖10示出了在第四構造變型方案中本發明裝置的原理簡圖，圖11示出了在第五構造變型方案中本發明裝置的原理簡圖，圖12示出了在第二位置時圖10的構造變型方案的原理簡圖，圖13示出了在第一位置時圖10的構造變型方案的原理簡圖，圖14示出了在另一可能的第二位置時圖10的構造變型方案的原理簡圖，圖15示出了在第二位置時圖11的構造變型方案的原理簡圖，圖16示出了在第二位置時的第六構造變型方案的原理簡圖，附圖詳述在圖1中作為原理簡圖示出了本發明裝置的第一構造變型方案。從圖1中可以看出該裝置包括發出面分布的光的照明設備1、在觀察方向B上位於照明設備1之前的並對源自照明設備1的光進行構造的濾波器陣列2、在觀察方向B上位於濾波器陣列2和顯像設備4之前的散射層3a以及這裡譬如在觀察方向B上位於散射層3a之後的可透射的顯像設備4。
顯像設備上的散射層3a優選地是常規的防閃光毛面，這在LCD板中是典型的。顯像設備4通過圖中未示出的設備組件與照明設備1固定連接。濾波器陣列2譬如被塗覆到透明襯底6上。
為了能夠根據本發明改變濾波器陣列2和散射層3a之間的間距a，僅僅設置透明襯底6與濾波器陣列2一起共同相對於其餘的組件移動，如箭頭A所示。這對應於前面已敘述的、尤其根據變型方案1a的優選構造。它可以用非常簡單的裝置進行實現。
隨著透明襯底6與濾波器陣列2一起從圖3中所示的第一位置共同地移動到圖2中所示的第二位置，該裝置從2D顯示模式(圖3)切換到3D顯示模式(圖2)。
因此，在第一位置時(圖3)由濾波器陣列2所造成的對源自照明設備1的光的構造由於散射層3a的光散射作用而基本被中止，並在顯像設備4上顯示全解析度的二維圖像。後者還可以由觀察者(未示出)從觀察方向B看到。該圖像譬如可以是一個場景或一個對象的一個透視圖，或者也可以是文本。
在圖2中示出了按照變型方案1a的裝置，其中這裡散射層3a位於第二位置。現在散射層3a接近濾波器陣列2，也即散射層3a與濾波器陣列2之間的間距a具有顯像設備4的厚度的值，譬如a＝1.0mm，如此使得由濾波器陣列2所造成的對源自照明設備1的光的構造基本不被中止，並由此在顯像設備4上所顯示的、譬如由一個場景或一個對象的多個透視圖組合而成的圖像對於觀察者來說從觀察方向B是三維可視的。
這種3D圖像譬如可以是由一個場景或一個對象的八個或更多個視圖組合而成的圖像，這在現有技術中是公開的。
在圖4所示的本發明裝置的第二構造變型方案中，在觀察方向中又設置有散射層3a、顯像設備4、被敷設到透明襯底6上的濾波器陣列2、以及照明設備1。
與第一構造變型方案不同，這裡透明襯底6和濾波器陣列2固定地與照明設備1相連接，並且透明襯底6、濾波器陣列2和照明設備1為了改變間距a而被配置為共同移動的，這裡同樣用箭頭A來表示。這對應於按照變型方案2a的構造。這裡的移動也可以簡單地實現。
隨著間隔a的變化，可以調節為3D顯示模式(該裝置的第二位置)，這在圖5中被示出，以及調節為2D顯示模式(該裝置的第一位置)，如圖6中所示。
用於獲得2D及3D模式的作用方式與圖2和圖3中所描述的類似，因此這裡不必重複。
通過圖7詳細解釋了第三構造變型方案。這裡各個組件的順序對應於已經詳細解釋的構造變型方案的順序，但區別在於顯像設備4連同散射層3a為了改變間距a而被配置為共同移動的，而由濾波器陣列2、透明襯底6和照明設備1所組成的組件則處於相對靜止或者被配置為保持固定。這對應於按照變型方案3a的構造。
與已經描述的構造變型方案相類似，這裡在圖8中所示的間隔a的情況下，同樣被調節為3D觀察模式，而在圖9中所示的間隔a的情況下被調節為2D觀察模式。
在圖10中示出了第四構造變型方案的本發明的裝置，確切地說，該裝置具有在觀察方向B上位於散射層3b之前的可透射的顯像設備4，該顯像設備4優選地被構造為TFT-LCD板。這裡濾波器陣列2和散射層3b之間的間距a同樣是可變化的，這用散射層3b上所標出的箭頭A來表示。這對應於前面已經描述的變型方案3b，其中這裡的顯像設備4當然不必是移動的。虛線表示顯像設備4但也可以共同移動。
圖11示出了在第五構造變型方案的一個變型中本發明的裝置的原理簡圖。這裡設置有兩個散射層3a和3b。散射層3a優選地是(如同第一至第三構造變型方案中一樣)在TFT-LCD板(對應於顯像設備4)上的常規防閃光毛面。散射層3b相反則是單獨插入的，如同圖10的構造中一樣。在第一與第二位置之間的切換中，這裡在濾波器陣列2與兩個散射層3a和3b之間的間距a1和a2按照原理進行變化；偏移路徑Δa顯然對兩個都是相同的。
在圖13中示出了圖10的構造變型方案的另一原理簡圖，其中散射層3b位於第一位置。這裡在散射層3b與濾波器陣列2之間的間隔a按散射層3b的散射特性的強度為幾個毫米，譬如a＝3mm。
由此由濾波器陣列2所造成的對源自照明設備1的光的構造由於散射層3b的光散射作用而基本被中止，並在顯像設備4上顯示全解析度的二維圖像。後者還可以由觀察者(未示出)從觀察方向B看到。該圖像譬如可以是一個場景或一個對象的一個透視圖，或者也可以是文本。
與此相反，在圖12中再次示出了圖10的第四構造變型方案的原理簡圖，但其中這裡散射層3b位於第二位置。現在散射層3b與濾波器陣列2僅為緊密接觸，也即散射層3b與濾波器陣列2之間的間距a具有值a＝0mm，如此使得由濾波器陣列2所造成的對源自照明設備1的光的構造基本不被中止，並因此在顯像設備4上所顯示的、譬如由一個場景或一個對象的多個透視圖所組合而成的圖像對於觀察者來說從觀察方向B是三維可視的。
所使用的散射層3b有利地被構造為永久光散射的。它優選地具有應當至少超過50％的高的光透射率。
在藉助圖12至圖14所示的、基於圖10的第四構造(對應於變型方案3b)的本發明裝置構造中，散射層3b被構造為在可透射襯底5上的光學散射層。實際的構造譬如還設置有對於LCD板的背光為常用的散射膜以作為散射層3b，該散射膜被塗覆到玻璃襯底上。被塗覆的散射膜優選地朝向濾波器陣列2。
在目前的藉助圖10、圖12和圖13所描述的原理簡圖中，為了改變濾波器陣列2與散射層3b之間的間距a而移動散射層3b和透明襯底5，而濾波器陣列2和顯像設備4被配置為固定的，也即具有不變的相互間距。在這種情況下照明設備1同樣被配置為不可移動的，也即至濾波器陣列2和顯像設備4的間距是固定的。
但是，也可以把散射層3b與顯像設備4以及(如果存在的話)可透射襯底5一起相對於濾波器陣列2移動來實現濾波器陣列2與散射層3b之間的間隔a的改變，而濾波器陣列2則被配置為固定的。該應用情況在圖13和圖14中被示出並對應於變型方案3b。照明設備1在該情況下也被構造為不可移動的。圖13在這裡可以與圖14和前述的說明相結合來進行解釋；而不與圖12相結合，如前已述。
在該變型方案中，襯底5與散射層3一起被用作墊片，以使顯像設備4在3D模式中、也即在本裝置的第二位置時與濾波器陣列2保持一個確定的間距z。濾波器陣列2與顯像設備4之間的間距z在本裝置的第二位置時總是處於0.0mm(包含)和20mm(包含)之間；在變型方案1a、2a和3a中該間距為z＝0mm。
圖15又示出了圖11的構造變型方案的原理簡圖，其中一個單獨的散射層3b以及一個散射層3a均處於第二位置。在此顯像設備4連同散射層3a和3b以及其透明襯底5一起移動。這對應於變型方案3a和3b的組合。
最後圖16再次示出了第六構造變型方案的原理簡圖，其中設有一個防閃光毛面形式的靜止散射層3a1和可切換的散射層3a2，其中該構造處於第二位置(3D模式)，而顯像設備4連同兩個散射層3a1、3a2已經被移動。在該第二位置時，可切換的散射層3a2被切換為透明的。在用於2D顯示(2D模式)第一位置(未示出)中，顯像設備4連同兩個散射層3a1、3a一起與照明設備1和透明襯底6上的濾波器陣列2保持一個確定的間距(譬如a＝5mm)，而可切換的散射層3a2被切換為散射的。前述的構造是變型方案3a的擴展。
在圖16中，在觀察方向上的第一散射層3a1對應於LCD板的防閃光毛面。第二散射層3a2位於前偏振鏡和LCD板的前述防閃光毛面之間。
對於前述的所有構造變型方案適用以下注解被構造為顯像設備4的LCD板可以按具有防反射或防閃光塗層的構造而譬如是商業通用的具有「防閃光前偏振鏡」的LC顯示器ViewSonic VX900的LCD板，或者是具有「防反射前偏振鏡」的SharpLQ64D142。
作為照明設備1譬如可以採用由具有CCFL管的光導組成的常規側光、或者由譬如16CCFL管連同控制裝置以及各種膜(譬如散射器、亮度增強膜或雙倍亮度增強膜)組成的背光。
作為濾波器陣列2優選地採用被曝光的或被列印的並被顯影的攝影膠片，該膠片含有透明的和不透明的面片段。這些面片段被布置在所定義的預定二維構造中。但是該濾波器陣列也可以以印刷顏料的形式被敷設到該透明襯底6上。另外還可以通過表面的事後構造、譬如通過使用雷射輻射來製造濾波器陣列。
對於濾波器陣列2的構造和製造這裡應當再次參見DE20121318U1、WO 01/56265、PCT/EP 2004/004464、PCT/EP2004/001833以及DE 10145133。濾波器陣列2的其他構造當然也是可能的。
所有的襯底5、6都應當通過多層鍍膜儘可能好的降反射。
為了平行地並且基本垂直於主面移動各個要移動的裝置部件，如前已經詳細解釋的，可以設置側面固定安裝的支架，藉助該支架來移動各部件。該移動譬如由至少一個步進電機和/或至少一個壓電元件和/或至少一個電磁體來執行(圖中未示出)。各個位置驅動裝置與各個要移動的部件機械連接。
另一方面，濾波器陣列2或其他的/另外的部件的移動可以由使用者手動執行，其中為了簡化操作在本發明的裝置的側面設置有具有偏心曲線的小輪或葉片，該小輪或葉片與濾波器陣列2(和/或其他部件)機械連接以便被移動。那麼使用者就施加相應的力來移動。
本發明的優點是多種多樣的。尤其用簡單的裝置就實現了如下一種裝置，其中該裝置適合用於有選擇的三維可視的顯像或二維顯像。而且分別在2D或3D模式中所顯示的圖像的亮度是相同的；該亮度在優選的構造變型方案中也不會由於附加的部件而被降低。另外尤其在一些構造中(變型方案1a、2a、3a以及前述的第五構造)由於在濾波器陣列和顯像設備之間的居中空間中放棄了加入光學部件而即便在具有高解析度的板中也能在第二位置時實現通常的3D觀察間距。本發明的裝置與單純的2D顯示器相比具有相同的環境光適用性。
權利要求
1.用於有選擇的三維可視的顯示或二維顯示的裝置，該裝置包括-一個發出面分布的光的照明設備(1)，-至少一個在觀察方向(B)上位於該照明設備(1)之前的濾波器陣列(2)，用於對源自該照明設備(1)的光進行構造，-至少一個在觀察方向(B)上位於該濾波器陣列(2)之前的散射層(3a、3b)，-一個在觀察方向(B)上位於該散射層(3a、3b)之前或之後的可透射的顯像設備(4)，優選的是以TFT-LCD板的形式，其特徵在於-在該濾波器陣列(2)和該散射層(3a、3b)之間的間隔a是可改變的，如此使得-在該散射層(3a、3b)與濾波器陣列(2)分隔地布置的第一位置時，由該濾波器陣列(2)所造成的對源自該照明設備(1)的光的構造由於散射層(3a、3b)的光散射作用而基本上被中止，優選的是低於人視覺的對比度閾值，並且在該顯像設備(4)上以其全解析度顯示二維圖像，以及-在該散射層(3a、3b)與該濾波器陣列(2)緊密地接觸或至少靠近該濾波器陣列(2)布置的第二位置時，由該濾波器陣列(2)所造成的對源自該照明設備(1)的光的構造基本上不被中止，並在該顯像設備(4)上可以顯示三維可視的圖像。
2.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於散射層(3a)之後的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-顯像設備(4)、散射層(3a)和照明設備(1)被固定地排列，-濾波器陣列(2)被敷設到透明襯底(6)上，以及-透明襯底(6)與濾波器陣列(2)一起為了改變間隔a而相對於散射層(3a)移動。
3.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於散射層(3a)之後的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-該濾波器陣列(2)被敷設到透明襯底(6)上，-透明襯底(6)與濾波器陣列(2)一起固定地與該照明設備(1)連接，以及-透明襯底(6)、濾波器陣列(2)和照明設備(1)為了改變間隔a而一起相對於散射層(3a)和顯像設備(4)移動。
4.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於該散射層(3a)之後的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-該散射層(3a)和該顯像設備(4)固定地相互連接，-該濾波器陣列(2)被敷設到透明襯底(6)上，-透明襯底(6)與濾波器陣列(2)一起固定地與該照明設備(1)連接，以及-散射層(3a)和顯像設備(1)一起為了改變間隔a而相對於濾波器陣列(2)、透明襯底(6)和照明設備(1)移動。
5.根據權利要求2至4之一的裝置，其特徵在於顯像設備(4)是LCD板，散射層(3a)對應於所述LCD板的防閃光毛面。
6.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於該散射層(3b)之前的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-該散射層(3b)被敷設到透明襯底(5)上，-濾波器陣列(2)被布置到照明設備(1)上，以及-襯底(5)和散射層(3b)以及可選擇地還有顯像設備(4)為了改變間隔a而相對於濾波器陣列(2)和照明設備(1)移動。
7.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於該散射層(3b)之前的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-顯像設備(4)、散射層(3b)和照明設備(1)被固定地布置，-濾波器陣列(2)被敷設到透明襯底(6)上，以及-透明襯底(6)與濾波器陣列(2)一起為了改變間隔a而相對於散射層(3b)移動。
8.根據權利要求1的裝置，具有在觀察方向(B)上位於該散射層(3b)之前的可透射的顯像設備(4)，其特徵在於-濾波器陣列(2)被敷設到透明襯底(6)上，-透明襯底(6)與濾波器陣列(2)一起與照明設備(1)固定地連接；-透明襯底(6)、濾波器陣列(2)和照明設備(1)為了改變間隔a而共同相對於散射層(3b)和顯像設備(4)移動。
9.根據權利要求6至8之一的裝置，其特徵在於襯底(5)被構造為玻璃襯底，散射層(3b)被構造為被塗覆到玻璃襯底上的散射膜或革紙，或被構造為玻璃襯底的被粗糙化的和/或被腐蝕的表面。
10.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於-在第一位置時間隔a優選地位於10mm至30mm的範圍中，以及-間隔a在第二位置時為0.2mm或更大。
11.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於散射層(3a、3b)被構造為永久散射的。
12.根據前述權利要求1至10之一的裝置，其特徵在於散射層(3a、3b)被構造為可控制的，使得它在第一模式中在本裝置的第一位置時是散射的，在第二模式中在本裝置的第二位置時是作為透明介質來作用的。
13.根據前述權利12的裝置，其特徵在於設置有兩個散射層(3a1、3a2)，其中在觀察方向(B)上的第一散射層3a1對應於LCD板的防閃光毛面，可控制的第二散射層3a2位於LCD板的前偏振鏡和前述防閃光毛面之間。
14.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於散射層(3a、3b)被劃分為面片段，針對散射層(3a、3b)的可選擇的面片段可以分別獨立地調節第一和第二位置，如此使得可以部分面地從三維可視顯示切換到二維顯示，反之也可以。
15.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於濾波器陣列(2)是被曝光的或被列印的並被顯影的攝影膠片，該膠片含有透明的和不透明的面片段，這些面片段被布置在所定義的預定二維構造中。
16.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於濾波器陣列(2)與顯像設備(4)之間的間距z在本裝置的第二位置時總是處於0.0mm和20mm之間，包含0.0mm和20mm。
17.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於為了給濾波器陣列(2)或照明設備(1)的照明面進行實際的均勻的放大，環繞著濾波器陣列(2)布置一個反射鏡筒，該反射鏡筒把照明設備的光或者透過濾波器陣列(2)的照明設備(1)的光進行反射，由此使漸暈不被看到。
18.根據前述權利要求17的裝置，其特徵在於該反射鏡筒用垂直於濾波器陣列(2)的表面而環繞的、具有優選地ρ＞98％的高反射率的前部面反射鏡來實現。
19.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於為了執行移動設置有步進電機、壓電元件、電磁體或泵。
20.根據前述權利要求1至18之一的裝置，其特徵在於所述移動手動執行。
21.根據前述權利要求之一的裝置，其特徵在於發出面分布的光的照明設備(1)和位於其之前的濾波器陣列(2)被替換為一個發出根據濾波器陣列構造而被構造的光的光源。
全文摘要
本發明涉及一種用於有選擇的三維可視顯像或二維顯像的裝置，包括一個照明設備(1)、至少一個用於對源自照明設備(1)的光進行構造的濾波器陣列(2)、至少一個散射層(3a、3b)和一個可透射的顯像設備(4)，其中在濾波器陣列(2)和散射層(3a、3b)之間的間距a是可變化的，如此使得在散射層(3a、3b)與濾波器陣列(2)間隔布置的第一位置時，由濾波器陣列(2)所造成的對源自照明設備(1)的光的構造由於散射層(3a、3b)的光散射作用而基本上被中止，優選地低於人視覺的對比度閾值，並在顯像設備(4)上以其全解析度顯示二維圖像，而在散射層(3a、3b)與濾波器陣列(2)緊密接觸或至少靠近該濾波器陣列布置的第二位置時，由濾波器陣列(2)所造成的對源自照明設備(1)的光的構造基本上不被中止，並在顯像設備(4)上可以顯示三維可視的圖像。
文檔編號G02B27/02GK1879422SQ200480033245
公開日2006年12月13日 申請日期2004年9月2日 優先權日2003年11月11日
發明者W·茨肖佩, T·布呂格爾特, M·克利普施泰因, I·雷爾克, U·霍夫曼 申請人:新景象有限責任公司