专利名称：三维显示器及方法
技术领域：
本发明涉及一种亮度调制型(即，发光率或强度调制型)3D(三维)显示器及方法，它通过改变图像的亮度和从观众的视点上彼此重叠图像显示一个物体的多个图像而显示给观众一个3D图像。
背景技术：
有一种LC(液晶)光阀镜或类似方法可作为3D显示器，它可以显示电影的3D图像并可以电子重写3D图像，这种LC光阀镜(shutter glass)方法是通过把一个图像信号输入到一个2D显示器来实现3D图像显示的，这个图像信号，是由从几个方向拍摄一个3D物体的图片所获得的视差信息的图像数据组成的。一个观众或观察者戴着一对LC光阀眼镜。当2D显示器上是一个奇数场图像的时候，右眼的LC光阀变得能够通过光，而左眼的LC光阀变得能够阻断光。另一方面，当2D显示器上是偶数场图像的时候，右眼的LC光阀变成能够阻断光，而左眼的LC光阀变得能够使光通过。在此，通过显示在奇数场中右眼的图像和显示在偶数场中的左眼的图像，且两图像同步，观众就能够通过用眼观看这两个图像而看见3D图像，这包括了他的右眼和左眼的视差。
按照这种LC光阀镜方法，观众必需使用一对LC光阀眼镜。例如，在电视会议中使用一对LC光阀眼镜就不是很合适的。在3D观看的生理学因素中，(i)两眼的视差或充塞和(ii)聚焦之间可能发生很大矛盾。这就是说，虽然LC光阀镜方法可以满足两眼的视差和充塞，但由于在图像的表面上有一个聚焦面，这个矛盾使观众眼睛感到疲劳。
于是，一种立体方法被提出，它通过在观众前面放置多个2D显示器来显示3D图像，以便解决上述(i)两眼视差或充塞和(ii)聚焦之间的矛盾问题。立体方法通过显示设置在预定间隔上的两个2D显示器上的，在观众视点的深度方向上被取样的一组几个2D图像，而显示在两个2D显示器之间的3D图像。这个方法不同于LC光阀镜方法，它能够减轻(i)两眼的视差或充塞和(ii)聚焦之间的矛盾，不过，立体方法，难于显示设置在两个2D显示器的中间位置上的物体，或大幅度地朝向观众的深度方向改变其位置的物体，因为几个2D图像是分离地设置在观众的深度方向中的。
于是，亮度调制型3D显示方法被提出，即使几个2D图像的位置是分离的，它也能通过改变两个2D显示器的每一个上显示的2D图像的亮度，补足间隔。按照这种亮度调制方法，能够减轻(i)两眼视差或充塞和(ii)聚焦之间的矛盾，能够减轻眼睛的疲劳。同时，亮度调制方法具有一个优点，它减少了表示3D图像的数据的数量，因为它能使观众三维地观看在两个图像表面的中间位置中出现的物体并进而显示多个表面上的物体。
不过，这种亮度调制方法存在这样一个问题，即3D显示器不能显示半透明物体的图像或通过其观众可以看见其背后物体的图像。
为了解决这个问题，通过使用一组半透明反射镜在几个2D显示器上重叠和显示物体的图像，而能显示半透明物体的图像和通过其观众可以看见图像背后的物体的图像的亮度调制方法，在日本专利申请公报NO.2000-115812中提出了。
不过，在这种方法中，3D显示器的尺寸大，并且复杂，使得该3D显示器不能满足有关技术领域的小型化，重量轻和成本低的一般要求，这是因为3D显示器包括多个光学元件，例如半透明反射镜等等。
发明内容
因此，本发明的目的是要提供一种亮度调制型的3D显示器和3D显示方法，它可以显示改进的3D图像而具有较小的尺寸和简单的结构。
本发明的上述目的可通过下述3D显示器达到，它具有一组显示器件，显示器件在观众的视线上以预定间隔依次设置；一个控制器，用于控制各显示器分别显示图像，从而为观众显示一个三维图像，除设置在离观众最远的显示器件外，至少一个显示器件包括一个图像显示表面，它同时具有自发光特性和透光特性。
按照本发明的3D显示器，显示器件以预定间隔依次设置在观众的视线上。本发明的“视线”是指一个理想或实际的观众的视线或轴，或其观看的路线，该观众观看本发明的3D显示器以便能感觉到3D图像。至少一个显示器件，除设置在离观众最远处的显示器件外，(下面，必要时，简称之为“最后显示器件”)，包括具有自发光特性和透光特性的图像显示表面。因此，至少一个显示器件可以通过自发光显示图像，并且当不是照明的时候，从其背面来的光可以穿过它。
在操作中，在控制器的控制下，在每个显示器件的基本相同的屏幕位置上，显示器件分别显示同一物体的各个图像(例如，物体的相同图像，或同一物体的各个图像，它们的尺寸可能彼此不同，等等)，在各显示器件之间，它们的亮度是不同的，因此，观众可以看见设置在前部位置上的显示器显示的一个图像(下面，必要时，简称之为“靠前显示器件”)，它通过靠前显示器件而重叠在由靠后位置上设置的显示器件显示的另一个图像上(下面，必要时，简称之为“靠后显示器件“。即，在视线上的观众可以看见一个亮度调制方法的3D图像。
另一方面在每个显示器件的不同屏幕位置上，显示器件可以分别显示不同物体的图像，它们的亮度响应于每个物体相对于观众的位置或深度，在显示器件之间是不同的。在这种情况下，在视线上的观众也能看见亮度调制方法的3D图像。
特别是，在本发明中，每一个按上述方式设置的显示器件，或除最后显示器件外的至少一个显示器件都包括一个包括图像显示表面的显示器件，它具有自发光特性和透光特性。对此，EL显示单元可以被使用。另一方面，最后显示器件不需要具有透光性，因为来自最后显示器件背后的图像不存在。对于最后显示器，例如LCD(液晶显示器)单元，等离子显示单元，CRT(阴极射线管)显示单元等可以被使用。
在本发明中，使用至少两个显示器件作为一组显示器件是合适的。在这种情况下，观众观看在两个显示器件之间的3D图像，它是在两个显示元件的每一个显示的图像的亮度有关的位置上显示的图像。也可以这样构成三个显示器件，其中每一个与彩色RGB信号之一对应。进而，能够构成显示广播图像，显示3D图像，3D图像叠加在广播图像上。
如上所述，按照本发明，一种小尺寸的，不需要如上述日本专利申请公报NO.2000-115812所述的光学元件，例如一组用于叠加或混合物体的多个图像的半透明反射镜的亮度调制方法的容易控制的3D显示器，通过使用具有自发光特性和透光特性的显示器件被实现了。
顺便提及，在本发明中，除了最后显示器件的所有显示器件可以由具有透光特性的显示器件，例如EL显示单元等构成。另一方面，除最后显示器件以外的仅仅一个显示器可以通过具有透光特性的显示器件，例如EL显示单元和除该仅仅一个显示器件外的其它显示单元构成，最后显示器件可以由不具有透光特性的显示器件，例如LCD单元构成，它被用于通过半透明反射镜显示图像。
在本发明的3D显示器的一个方面中，控制器控制显示器件，以便在各个显示器件的基本相同的屏幕位置上分别显示同一物体的各个图像。
按照这个方面，在每个显示器件基本相同的屏幕位置上，显示器件分别显示同一物体的各个图像，它们的亮度在显示器件之间是不同的。因此，在视线上的观众可以观看亮度调制方法的3D图像。
在本发明的3D显示器的一个方面中，控制器控制显示器件，以使靠前设置的显示器件之一显示同一物体的一个图像比其它靠后设置的显示器件的亮度要高，如果要被显示的一个三维图像较靠近观众的话。并且，使得，如果一个要被显示的三维图像离观众较远，靠后设置的显示器件之一显示同一物体的一个图像比其它靠前设置的显示器件的亮度要高。
按照这个方面，控制器控制每个显示器件显示的图像的亮度，以便观众可以观看作为3D图像的物体的图像。例如，控制器使靠前显示器件显示的图像的亮度高，并使靠后显示器件显示的图像的亮度低，从而使观众看见在观众附近位置上的3D图像。然后，观众可以看见在离靠前显示器件不远的位置上显示的3D图像。另一方面，控制器使靠前显示器件显示的图像的亮度低，并使靠后显示器件上显示的图像的亮度高，从而使观众看到离观众较远位置上的3D图像，然后，观众观看到靠后显示器件附近的位置上显示的3D图像，因此，在视线上的观众可以看见亮度调制方法的3D图像。
在这方面，控制器可以进一步控制显示器件，以使从靠前位置到靠后位置的显示器件的亮度的总和保持一个预定值。
通过这样的构成，控制器可以防止屏幕判随亮度变化而出现闪烁，因为在控制器件控制的任何时候，由所有显示器件的亮度构成的总亮度保持在预定值(例如，一个值或恒定值)。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，控制器控制亮度，是根据距拍摄同一物体的图像的摄像机距该同一物体的距离进行的。
按照这个方面，本发明的3D显示器中显示的图像的亮度的控制，是根据摄像机到物体的距离进行的。摄像机到每个物体的距离是通过距离测量器测量的，它与图像信息一致，作为距离信息被记录。当物体离摄像机近时，靠前显示器件的亮度就越比靠后显示器的亮度要高。相反，当物体离摄像机远时，靠前显示器的亮度比靠后显示器件的亮度越低。因此，拍摄真实物体的图像的距离关系可以再现。为了测量距离，超声波，红外线或类似方法可以被使用。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，3D显示器还具有一个输入器，通过输入器亮度被设置到一个希望值。
按照这个方面。观众或生产者可以通过输入器设置图像亮度成为希望值。因此，观众可以随意地设置物体的位置关系和观看3D图像。在显示图像中设计物体的位置关系可能是重要的，特别是，由计算机进行设计。作为输入器，通过计算机程序的执行方法，或通过输入单元例如一个键盘同时观看图像进行设计的方法可以被使用。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，至少一个显示器件是自发光的，以使朝向观众的自发射光的数量比离开观众的要多。
根据这个方面，对于靠前显示器件或除最后显示器件外的显示器件，离开观众方向上发射的光的数量是更少的。因此，构成朝向观众的图像噪声的光的数量可以被减少，这个图像噪声，是由在离开观众方向上发射的光反射到发射显示器件背面上设置的显示器件的表面上而产生的。因此，3D图像质量可以提高。
在本发明的3D显示器的另一方面中，至少一个显示器件在其背面具有一个半透明反射镜。
按这个方面，对于靠前显示器件或除最后显示器件外的显示器件，能够通过半透明反射镜减少或遮断在离开观众方向上发射的光。因此，构成朝向观众的图像噪声的光的数量可以被减少，这个图像噪声，是由在离开观众方向上发射的光反射到发射显示器件背面上设置的显示器件的表面上而产生的。
顺便指出，上述半透明反射镜最好设置在显示器件的附近或设置在离显示器件一个预定间隔而垂直于同一视线的位置上，上述半透明反射镜最好与这个显示器件重叠或面对这个显示器件设置。因此，能够防止由于半透明反射镜的存在而引起的光系统的大尺寸。
在本发明的3D显示器另一个方面中，至少一个显示器的背面具有一个滤光器，以使通过滤光器的离开观众的自发射光比通过滤光器的朝向观众的自发射光要少。
按照这个方面，对于靠前显示器件或除最后显示器件外的显示器件，通过滤光器能够减少或遮断离开观众方向上发射的光。因此，构成朝向观众的图像噪声的光的数量可以被减少，这个图像噪声是由在离开观众方向上发射的光反射到发射显示器件背面上设置的显示器件的表面上而产生的。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，至少有一个显示器件在其背面具有一个偏光板。
按照这个方面，对于靠前显示器件或除最后显示器件的显示器件，能够通过偏光板去减少或遮断离开观众方向上发射的光。因此，变成朝向观众的图像噪声的光的数量可以被减少，这个图像噪声，是由在离开观众的方向上发射的光反射到发射显示器件背后设置的显示器件的表面上而产生的。特别是，如果该偏光板设置得能够透过靠后显示器件显示的物体的图像的光，亮度好的3D图像可以被显示。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，至少一个显示器件在其背面表面上被抗反射处理。
按照这个方面，在靠后显示器件或最后显示器件的表面上的，从靠前显示器件向后发射的光的反射，通过抗反射膜，层或涂层被有效地防止了。结果，朝向观众的由光反射引起的图像噪声可以被减小。
在本发明的3D显示器的另一方面中，靠后设置的另一个显示器件在其前部表面上是被抗反射处理的。
按照这个方面，在靠后显示器件或最后显示器件的表面上，从靠前显示器件向后发射的光的反射可以通过抗反射膜，层或涂层有效地被防止了。结果，由光反射引起的，朝向观众的图像噪声，可以被减小。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，靠后设置的另一个显示器件在其前边表面上有一个光散射板。
按照这个方面，从靠前显示器件向后发射的光，在光到达靠后器件或最后显示器件以前，通过光散射板被散射。因此，在靠后显示器件或最后显示器件的表面上，向后发射的光的反射，通过光散射板被有效地防止了。结果，由光反射引起的，朝向观众的图像噪声被减小了。
顺便指出，靠前显示器件和/或靠后显示器件的上述各方面的任意组合可以使3D图像的质量进一步提高。
在本发明的3D显示器的另一方面中，至少一个显示器件包括一个EL元件。
按照这个方面，显示器件，例如EL显示单元或类似的包括EL元件的单元，在自发光和透光两个方面都是优越的。因此，能够制造薄的小尺寸的3D显示器，最好是用EL显示单元这样的显示器件构成本发明的3D显示器。
在本发明的3D显示器的另一个方面中，离观众最远设置的显示器件具有一个无透光特性的图像显示表面。
按照这个方面，对于不需要透光性的最后显示器件，例如LCD单元，等离子显示单元，CRT显示单元等等可以被使用。它能够有效地提高整个3D显示器的性价比和容量。
不过，象其它显示器件一样，能够用EL显示单元等构成具有自发光和透光性的最后显示器件。即使这样构成，只要具有自发光和透光性的显示器件被用作最后显示器件，上述本发明的几个优点就都能被获得。
本发明的上述目的可以通过使用上述本发明的3D显示器的3D显示方法来达到，这个方法包括下面的步骤产生显示器件分别显示图像的图像信号；根据产生的图像信号控制显示器在各个显示器件的基本相同的屏幕位置上分别显示同一物体的图像。
按照本发明的3D显示方法，在观众的相同的视线里显示器件是按照上述的本发明的3D显示器的同样方式以预定的间隔依次地设置。通过这个控制过程，显示器件分别显示同一物体的图像，它的亮度在显示器件之间是变化的。观众通过靠前显示器件可以看见靠前显示器件显示的图像，它叠加在靠后显示器件显示的图像的上面。即，视线上的观众可以观看亮度调制方法的3D图像。
特别在本发明中，每一个按上述方式设置的显示器件或除最后显示器件外的至少一个显示器件都包括一个显示器件，该显示器件包括具有自发光特性和透光特性两者的图像显示表面。因此不需要，如上述日本专利申请公报NO.2000-115812所公开的光学元件，如用于重叠或混合物体的多个图像的半透明反射镜的亮度调制方法的小尺寸和易于控制的3D显示器可以被实现。
在本发明的3D显示方法的一个方面中，控制过程包括如下步骤如果一个要被显示的三维图像离观众较近，控制显示器件，以使靠前设置的显示器之-显示同一物体的一个图像，其亮度比靠后设置的显示器件的要高；并且控制显示器件，使得，如果一个要被显示的三维图像离观众较远，靠后设置的显示器件之一显示同一物体的一个图像，其亮度比靠前设置的显示器件的亮度要高。
按照这个方面，控制过程控制每个显示器件上显示的图像的亮度，以使观众能够观看作为3D图像的物体的图像。例如，控制器使靠前显示器上显示的图像的亮度高，和使靠后显示器件上显示的图像的亮度低，从而使观众看见在观众附近位置上的3D图像。然后观众可以观看靠前显示器件附近位置上显示的3D图像。另一方面，控制器使靠前显示器件上的图像的亮度低，并使靠后显示器件上显示的图像的亮度高，从而使观众看见离观众较远位置上的3D图像。然后，观众看见靠后显示器件附近位置上显示的3D图像。因此，视线上的观众可以观看亮度调制方法的3D图像。
在本发明的另一个方面，控制过程进一步控制显示器件，以使从靠前位置向靠后位置设置的显示器件的亮度之总和保持为一个预定值。
通过这种方式的构成，控制过程可以防止随亮度变化产生的屏幕闪烁，这是因为在任何控制过程的控制情况下，由所有显示器件的亮度构成的总亮度被保持在一个预定值(例如，一个值或恒定值)。
在本发明的3D显示方法的另一个方面中，控制过程控制亮度，是根据拍摄同一物体的图像的摄像机离该同一物体的距离进行的。
按照这个方面，本发明的3D显示方法所显示图像的亮度控制，是根据摄像机到物体的距离进行的。摄像机到每个物体的距离是通过距离测量器进行测量的，它和图像信息一致，作为距离信息被记录。当物体离摄像机近时，靠前显示器件的亮度比靠后显示器件的亮度高。另一方面，当物体离摄像机远时，靠前显示器件的亮度越比靠后显示器件的亮度低。因此，拍摄真实物体的图像的距离关系可以被再现。
通过参考本发明的最佳实施例的详细描述并结合下面简短的附图描述，本发明的性质，功效和进一步的特点将会更加明显。
图1是原理图，表示与本发明的3D显示器及方法有关的本实施例的显示。
图2是另一个原理图，表示与本发明的3D显示器及方法有关的本实施例。
图3是方块图，表示与本发明的3D显示的拍摄图像的摄像系统有关的实施例的概要结构。
图4是方块图，表示与本发明的3D显示器有关的实施例的概要结构。
图5是示意透视图，表示与用于显示本发明3D显示器的图像的装置有关的第一和第二实施例。
图6是示意透视图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第三实施例。
图7是示意透视图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第四实施例。
图8是示意透视图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第五实施例。
图9是示意透视图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第六实施例。
图10是示意截面图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的更详细的第二实施例的例子。
图11是一个示意截面图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第二实施例的另一个更详细的例子。
图12是一个示意截面视图，表示与用于显示本发明的3D显示器的图像的装置有关的第二实施例的另一个更详细的例子。
具体实施例方式
首先，参考图1和图2解释本发明的3D显示的原理。图1是观众可以看见在3D显示中较靠前设置的物体的情况，图2是观众可以看见在3D显示中较靠后设置的物体的情况。除非特别规定，3D显示器的“一个表面“或“一个前表面“，意味着一个指向观众(即，面向观众的表面)的表面，3D显示器的“背面”，意味着反向于观众的表面(即，不面对观众的表面)。
在图1中，显示单元11和显示单元12平行设置，并且在观众10的同一视线上依次地以一预定间隔d0设置。在这种情况下，对于同一物体，图像111被显示在显示单元11上，图像121被显示在显示单元12上。图像111和121被显示在这样的位置上，在这个位置，观众10可以看见图像111和121重叠。
这时，图像111和图像121被显示，以使图像111的亮度和图像121的亮度彼此具有一个预定关系，而图像111的亮度和图像121的亮度之总和是一个常数。通过在这种情况下显示两个图像，观众10可以在显示单元11和显示单元12之间的一个位置上看见一个组合图像131。例如，如果图像111的亮度高于图像121的亮度，则图像131就可能被观看成向后离显示单元11距离为d1和向前离显示单元12距离为d2(d1＜d2，d1+d2＝d0)。
图2中，是与图1中的物体具有相同形状的另一物体，图像112被显示在显示单元11上，图122被显示在显示单元12上。这时，如果图像112的亮度低于图像122的亮度，合成图像132被观看成向后离显示单元11的距离是d3和向前离显示单元12的距离是d4(d3＞d4，d3+d4＝d0)。这时，图像132被显示，以使显示单元11和显示单元12的亮度和与在图1的情况一样，是一个常数。
通过显示上述图1和图2解释过的图像，图像131就直观地，被识别在图像132的前面，通过在预定周期交替地显示这些图像，余象效应对观众10保持有效。作为这个预定周期，合适的周期可以被设定，例如1/60秒，它表示NTSC(national television system committee)型的场图像周期，1/30秒，它表示NTSC型的一个帧图像周期，或1/50秒，它表示PAL(phase Alternation byline)型的场图像周期，1/25秒，它表示PAL型帧图像周期或一个预定的较好的周期，这是因为余象效应可以作为3D显示系统被保持。
用于3D显示图像的摄像装置下面，参考图3解释摄像装置1的一个例子，它拍摄3D显示的图像。
在图3中，摄像装置1具有一个摄像机23，一个距离测量单元24和一个记录单元25，摄像机23可能是NTSC型，PAL型的TV摄像机等等。距离测量单元24用于测量到物体的距离，它用红外线或超声波进行测量。记录单元25具有磁带，磁盘等记录介质，它记录由摄像机23拍摄的图像的数据和由距离测量单元24检测的到物体的距离。到物体的距离或对应的物体的亮度可以作为一个预定值由输入装置26输入，输入装置26例如是，一个遥控单元，前端面板开关，键盘等等。
假设这里有两个物体被用于拍摄3D显示图像，它们分别是第一物体21和第二物体22。第一物体21和第二物体22被设置得它们之间在相对于观众10的前、后方向上具有一个距离间隔。如上述设置的第一物体21和第二物体22通过摄像机23从观众10的观察方向被拍摄图像，图像数据被记录到记录单元25中。
在用摄像机23拍摄图像的同时，到第一物体21的距离D1和到第二物体22的距离D2的每一个，通过距离测量单元24被测量。所测得的距离D1和D2和由摄像机23拍摄的图像数据一起，由记录单元25记录。关于3D图像的播放，以后将参考图4作详细描述，由于根据距离D1和D2的距离数据控制亮度，把第一物体21和第二物体22的图像分别显示在一组显示单元上，所以观众10可以观看第一物体21和第二物体22的三维图像。
再者，通过直接输(i)由摄像机23拍摄的图像数据和(ii)由距离测量器24测量的距离数据到3D显示器2中，能够显示3D图像。距离数据和图像数据不限于摄像装置1获得的数据，它能够使用计算机产生的数据。
3D显示器下面，参考图4解释3D显示器2。图4示出了通过使用上述摄像装置1获得的图像数据和距离数据来显示的3D图像。
在图4中，3D显示装置具有第一显示单元11，第二显示单元12，图像播放单元31，显示图像单元32，距离信息单元33，同步信号单元34，亮度调制单元35，第一显示单元的信号产生器36，第二显示单元的信号产生器37，第1显示单元的驱动单元38，第二显示单元的驱动单元39等等。
第一显示单元11设置在观众10附近，它具有一个显示器件，显示器件自发光并具有透光性，例如是一个EL元件。第二显示单元12与第一显示单元11相比是设置在远离观众10的位置上，它具有一个显示器件，它能自发光并具有和第一显示单元11一样的透光特性，例如是一个EL元件，或者具有一个LCD(Liquid crystal display)单元，CRT(Cathode ray tube)显示单元等。
第一显示单元11和第二显示单元12设置在观众10的同一视线上，它们的屏幕与观众10的视线垂直。进而，虽然在图4中没有示出，在第一显示单元11和第二显示单元12之间能够插入一个或一组显示单元。所插入的显示单元或单元组可以由显示器件构成，它能自发光并和第一显示单元11一样具有透光性。自然，每个显示单元需要有驱动器件。
一个EL元件，在第一显示单元11和第二显示单元1 2之间需要的场合，它被用作为第一显示单元11，它也可能被用作为第二显示单元12，它能自发光并能通过从其背面来的光。采用这些自发光和光通过单元，是本发明的3D显示器的特殊特点，有助于减小尺寸和使设备成本降低。当然，能够使用EL显示单元作为第二显示单元12。
顺便指出，本发明的3D显示器的显示单元不限于EL，只要显示单元具有自发光和能通过从其背面来的光的特点，都在本发明的范围之中。
图像播放单元31通过使用或再现一个介质，例如磁盘而输出图像数据和距离数据，在该介质上，其图像被摄像装置1拍摄的，(i)第一物体21和第二物体22的图像数据和(ii)第一物体21和第二物体22的距离数据被记录。顺便指出，如果摄像机23的输出被直接用于显示3D图像，图像播放单元31就是不需要的。
显示图像单元32从图像播放单元31播放或再现的信息中产生实际被显示的图像数数据。这就是说，如图3所示，显示图像单元32把其图像被拍摄的，第一物体21和第二物体22的图像数据分开，并输出图像信息到下一级显示程序。
距离信息单元33把其图像被拍摄的物体的信息，例如图3所示第一物体21或第二物体22对于摄像机23(更精确地说，是对距离测量单元24)的距离，也即来自记录介质的播放信号的距离数据分开。然后，距离信息单元33输出距离数据到下一级显示程序。在这种情况下，距离数据和与距离数据同时使用的图像数据，保持彼此同步的关系。
同步信号单元34在，(i)利用记录介质的播放信号显示图像的同步信号，例如，水平同步和垂直同步信号以及被实际显示为同步的第一物体21和第二物体22的图像数据，和(ii)距离摄像机23的距离数据之间获得同步。用这种方式，同步信号单元34使距物体的距离和表示物体的图形相互关联。
亮度调制器35控制第一物体21和第二物体22的亮度，在第一显示单元11和第二显示单元12上，和从摄像机23到要被显示的第一物体21和第二物体22的距离(即离开观众10的距离)一致显示它们。假设第一物体21被设置得离观众10比第二物体22近，控制使在第一显示单元11上显示的第一物体21的亮度高于在第二显示单元12上显示的第一物体21的亮度，同时使在第一显示单元11上显示的第二物体22的亮度低于在第二显示单元12上显示第二物体22的亮度。
顺便指出，鉴于观众10的余象效应，第一物体21和第二物体22被显示在不同的场或帧中。因此，(i)在显示第一物体21中的第一显示单元11的亮度和(ii)第二显示单元12的亮度的合成亮度被设置得等于(i)在显示第二物体22中的第一显示单元11的亮度和(ii)第二显示单元12的亮度的合成亮度，以便消除视觉的不舒适。
第一显示单元的信号产生器36根据显示图像单元32，亮度调制单元35和同步信号单元34的一个信号，产生一个图像信号，这个图像信号要被显示在第一显示单元11上。假设第一物体21离观众10比第二物体22近，则这里产生的图像信号使显示第一物体21的亮度高，同时使显示第二物体22的亮度低。用于显示的同步信号被加到用这种方式产生的这个图像信号上。
第二显示单元的信号产生器37根据显示图像单元32，亮度调制单元35和同步信号单元34的信号产生一个图像信号，这个图像信号将被显示在第二显示单元12上。假设第一物体21离观众10比第二物体22近，则这里产生的图像信号使显示第一物体21的亮度低，而使显示第二物体22的亮度高。用于显示的同步信号被加到用这种方式产生的这个图像信号上。
第一显示单元的驱动单元38把第一显示单元的信号产生器36发送的图像信号转换成与该种第一显示单元11(例如EL显示单元)对应的一个驱动波形。第一显示单元的驱动单元38获得一个驱动电压和驱动电流并把这个电压和电流加到第一显示单元11上，使显示单元11显示图像。
第二显示单元的驱动单元39把第二显示单元的信号产生器37发送的图像信号转换成与该种第二显示单元12(例如EL显示单元，LCD单元，CRT显示单元等)对应的驱动波形。第二显示单元的驱动单元39获得一个驱动电压和驱动电流并把该电压和电流加到第二显示单元12上，使显示单元12显示图像。
由于在第一显示器11和第二显示器12上显示如上所述产生的图像信号，所以观众10就可以观看3D图像。
首先，第一物体21的图像111被显示在第一显示单元11上，第一物体22的图像121被显示在第二显示单元12上。图像111和图像121彼此同步并且被显示在与观众10的视线重合的位置上。图像111的亮度高于图像121的亮度。在这种情况下，如图1所示，观众10可以看见第一显示单元11附近的位置上的图像131。
另一方面，在下一个显示周期，第二物体22的图像112被显示在第一显示单元11上，第二物体22的图像122被显示在第二显示单元12上。图像112和图像122彼此同步，并被显示在与观众10的视线相重合的位置上。图像122的亮度高于图像112的亮度。这种情况下，如图2所示，观众10可以看见在第二显示单元12附近位置上的图像132。
用这种方式，观众10可以观看第一物体21和第二物体22，它们被放置成靠后和靠前，由此，通过在观众10的余象时间内重复上述显示的图像就可以观看3D图像。
顺便指出，本发明的3D显示装置的特点是，使小尺寸和低成本的装置成为现实，因为它的结构是这样的，通过使用具有自发光和透光性的显示单元作为靠前显示单元，观众通过靠前显示单元可以观看在靠后显示单元上显示的图像。因此，摄像装置和3D显示器不限于上述的描述。可以设计一种具有相同操作或功能的器件和装置。
(3D显示器中的图像显示器的第一实施例)现在参考图5解释图像显示器的第一实施例。
如图5所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光显示图像(如通过自发射光L1和L2表示的)，并且它透过从其背面来的光L3，例如是EL元件。因此，除了在第一显示单元11上显示的图像，观众10还可以通过第一显示单元11看见在第二显示单元12上显示的图像。这种器件可使3D显示器小尺寸。
(3D显示器的图像显示器件的第二实施例)下面参照图5用同样的方法解释图像显示器件的第二实施例。
如图5所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光显示图像(如自发射光L1和L2所表示的)，它透过从其背面来的光L3，例如是一个EL元件。其表面光的数量大于背面光的数量的显示器件被用在第二实施例中。通过使用显示器件的一个照明元件能够实现这种显示器件，它从表面发射的光多于从背面表面发射的光。从背表面发射的光L2作为光L4到达第二显示单元12，第二显示单元12的表面上的反射光L5返回到第一显示单元11。反射光L5可能或多或少地损害图像显示，因此，通过减少背表面发射的光L2，即减少第二显示单元11的表面上的反射光L5，能够提高3D图像的质量。
(3D显示器中图像显示器件的第三实施例)下面参照图6解释图像显示器件的第三实施例如图6所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光显示图像(如通过自发射光L1和L2所表示的)，它透过从其背面来的光L3，例如，它是EL元件。进而，显示器件的背表面具有一个半透明反射镜13。从第一显示单元11朝向第二显示单元12发射的光L2，实际上被半透明反射镜13阻断，另一方面，从第二显示单元12发射的光L3可以通过半透明反射镜13和第一显示单元11。因此，观众10通过半透明反射镜13和第一显示单元11可以观看在第二显示单元12上显示的图像。因为防止显示单元11的背面发射的光L2在第二显示单元12上反射和返回到观众10的那边，所以能够提高3D图像的质量。
(3D显示器中图像显示器件的第四实施例)下面参照图7解释图像显示器件的第四实施例。
如图7所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光显示图像(如通过自发射光L1和L2所表示的)，它透过从其背面来的光L3，它例如是，EL元件。进一步，显示器件的背表面有一个滤光器14。通过滤光器14从观众10一侧到观众10的相反侧的光，比通过滤光器14从观众10的相反侧到观众10的一侧的光要弱。因为有滤光器14，从第一显示单元11到第二显示单元12发射的光L4被减小，同时从第二显示单元12发射的光L3在通过滤光器14时的衰减量是小的，因此，观众10通过第一显示单元11可以看见显示在第二显示单元12上的图像。因为在第二显示单元12上的反射光L5很弱，所以能够提高3D图像的质量。
(3D显示器中图像显示器件的第五实施例)下面参考图8解释图像显示器件的第五实施例。
如图8所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光显示图像(如自发射光L1和L2所表示的)，它透过从其背面来的光L3，它例如是EL元件。进一步，在显示器件的背表面具有一个偏振片15。因为有了偏振片15，从第一显示单元11到第二显示单元12的光L4被偏移。第二显示单元12上反射的反射光L5在通过偏振片15时被阻断，很难或不能到达观众10处。另一方面，第二显示单元12发射的光L3能够通过偏振片15。因此，观众10通过第一显示单元11可以观看在第二显示单元12上显示的图像。因为反射光L5难于或不能返回到观众10处，所以能够提高3D图像的质量。
(3D显示器中图像显示器件的第六实施例)下面参考图9解释图像显示器件的第六实施例。
如图9所示，本实施例的第一显示单元11具有一个显示器件，它通过自发光来显示图像(如自发射光L1和L2所表示的)，它能透过从其背面来的光L3，例如，它是EL元件。第二显示单元12的表面具有一个抗反射膜16。通过抗反射膜16，从第一显示单元11发射到第二显示单元12的光L4被减小。因此，光L4的反射光L5几乎不返回到观众10处。另一方面，第二显示单元12发射的光L3可以通过抗反射16。因此，观众10通过第一显示单元11可以观看在第二显示单元12上显示的图像。因为在第二显示单元12上的反射光L5几乎不返回到观众10处，所以能够提高3D图像的质量。
顺便指出，代替在第二显示单元12的表面上提供抗反射膜16，能够使用其它减少反射光L5的方法，例如，通过机械装置或化学装置在第二显示单元12的表面上进行抗反射处理或抗反射膜涂层处理，或安装一个光散射片。
图像显示器件的第一到第六实施例已在上面做了解释。在技术可达到的范围内自然可以把它们中的两个或多个进行组合。例如，来自在前面设置的显示单元的，指向其后面的光的数量可能被减少，而抗一反射膜可以被设置在后面设置的显示单元的表面上。
如上所述，按照本实施例，亮度调制型的3D显示方法可以通过使用比较简单的结构和控制来实现。
此外，在观众的余象效应保持有效的期间内，通过控制两个前后设置的显示器件上的亮度交替地显示深度互不相同的多个物体，观众能够观看多个物体，识别它们的前后距离关系。
虽然上面描述了3D显示的例子，但是第一到第六实施例的一个或组合也可以显示2D图像。
进一步，在上述第二实施例中的具有增加前面光的发射量并且减少来自背面的光L2的发射量的结构的，多个第一显示器件11的具体例子将参考图10到图12进行解释。图10到12的每一个，解释第二实施例中所用的第一显示单元11的具体结构。
如图10所示，有机EL显示单元100可以用作第二实施例中的第一显示单元11。有机EL显示单元100具有一个有机EL发射层111，一个基片112，一个ITO(Indium Tin Oxide)电极(阳极)113，一个绝缘膜115，一个阴极隔板116，一个透明玻璃密封壳117，一个透明电极118，一个反射板119。
有机EL发射层111包括一个空子注射层，一个空穴传送层，一个光发射层，一个电子传送层和一个电子注入层，这些在图10中未示出。空子注射层可以由例如CuPc(Copper Phthalocyanine)组成。空穴传送层可以由NPB(N，N·di(naphthalene-1-y1)·N，N-diphenyl-benzidene)组成。光发射层可以由Alqzz(atris-(8-hydroxyquinoline)aluminum)组成。电子传送层可以由例如BCP(abathocuproine)组成。电子注入层由例如LiF(Lithium fluoride)组成。
基片112用于保护和支持有机EL发射层111。基片112可以包括一个玻璃基片。聚合物基片可被用作基片112。观众10所观看的图像是由有机EL发射层111通过基片112发出的光线组成的。
ITO电极113是一个阳极，它具有透光特性。IZO(Indium Zine Oxide)电极可以代替ITO电极用作阳极。
绝缘膜115用于防止电泄漏。绝缘膜115可以由聚酰亚胺组成，并形成在，除有机EL发射层111形成在其上的基片113的那一部分外的基片113上。
阴极隔板116在制作阴极中用于把阴极(即，透明电极118)做成任意形的。阴极隔板116形成在除阴极形成的那一部分外的绝缘膜115上。
透明玻璃密封壳117用于保护上述元件免受外部影响。另一方面，透明密封膜可以用来代替透明玻璃密封壳117。
透明电极118是包括例如ITO的阴极电极，它具有透光特性。透明电极118可以包括IZO或一个薄膜形状的金属电极。
反射片119可以由金属组成，例如铝，它的反射率很高。反射片119最好设置在有机EL发射层111和透明电极118之间的边界表面的至少一部分上。
具有上述结构的有机EL显示单元100，使从整个有机EL发射层111发射的光通过其前表面的方向。另一方面，有机EL显示单元100使，除反射片119没有形成在其上的有机EL发射层111的那一部分外的有机EL发射层111发射的光，通过其背面表面的方向。因此，象上述第二实施例的第一显示单元11那样，能够实现这样的显示单元，它从前表面发射的光多于从后表面发射的光，并从后表面发射较少的光L2。
如图11所示，有机EL发射层111的至少一部分具有反射片119而有机EL发射层111的另一部分不具有反射片119，有这样结构的有机EL显示单元101，具有如上述有机EL显示单元100相同的优点。
即，由(i)不具有反射片119的有机EL发射层111和(ii)具有反射片119的有机EL发射层111两者发射的光，通过前表面的方向。另一方面，仅由不具有反射片119的有机EL发射层111发射的光，通过后表面的方向。
因此，如图10所示的结构，能够实现一种显示单元，它从前表面发射的光多于从后表面发射的光，并且从后表面发射较少的光L2。
对于上述有机EL显示单元100和101，图5所示的光L1相当于朝向基片112发射的光。图5所示的光L2相当于朝向基片112的反面发射的光。不过，不限于此，图5所示的光L1可以相当于朝向基片112的反面发射的光，而图5所示的光L2相当于朝向基片112发射的光。在这种情况下，作为有机EL显示单元102，反射片119最好设置在图12中所示的有机EL发射层111和ITO电极113之间的边界表面或边界表面的至少一个部分上。
权利要求
1，一种三维显示器(2)，其特征在于，所述显示器包括一组显示器件(11，12)，它们以预定间隔依次设置在观众(10)的视线上；和一个控制器(31-39)，用于控制各显示器件分别显示图像，从而把一个三维图像显示给观众，除离观众最远的显示器件(12)外，至少一个显示器件(11)包括一个图像显示表面，该表面具有自发光特性和透光特性。
2，如权利要求1的三维显示器(2)，其特征在于，所述控制器(31-39)控制显示器件(11，12)以在各个显示器件的基本相同的屏幕位置上分别显示同一物体的各个图像。
3，如权利要求2的三维显示器(2)，其特征在于，所述控制器(31-39)控制显示器件(11，12)，使得，如果一个要显示的三维图像离观众(10)较近，则靠前设置的显示器件(11)之一在显示同一物体的一个图像时的亮度高于靠后设置的其它显示器件(12)亮度，并使得，如果一个要显示的三维图像离观众较远，则靠后设置的显示器件(12)之一在显示同一物体的一个图像时的亮度高于靠前设置的其它显示器件(11)的亮度。
4，如权利要求3的三维显示器(2)，其特征在于，所述控制器(31-39)还控制显示器件(11，12)，使得(i)从靠前设置的到靠后设置的显示器件(11，12)的亮度之和保持一个预定值。
5，如权利要求3或4的三维显示器(2)，其特征在于，所述控制器(31-39)根据拍摄同一物体的图像的摄像机(1)至该同一物体的距离，控制亮度。
6，如权利要求3到5的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述显示器还包括一个输入器(26)，通过它，亮度被设置到一个希望值。
7，如权利要求1-6的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，至少一个显示器件(11)自发光使得朝向观众(10)的自发射光的数量比离开观众的要多。
8，如权利要求1-7的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述至少一个显示器件(11)在其背面具有一个半透明反射镜(13)。
9，如权利要求1-8的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述至少一个显示器件(11)在其背面具有一个滤光器(14)，使得通过滤光器离开观众(10)的自发射光的数量比通过滤光器朝向观众的少。
10，如权利要求1-9的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述至少一个显示器件(11)在其背面有一个偏振片(15)。
11，如权利要求1-10的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述至少一个显示器件(11)在其背面表面上进行了防反射处理。
12，如权利要求1-11的任何一个三维显示器(2)，其特征在于，另一个靠后设置的显示器件(12)在其前表面上进行了防反射处理。
13，如权利要求1-12的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，另一个靠后设置的显示器件(12)在其前表面上具有一个光散射片(16)。
14，如权利要求1-13的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，所述至少一个显示器件(11)包括一个电致发光元件。
15，如权利要求1-14的任何一个的三维显示器(2)，其特征在于，离观众(10)最远的所述显示器件(12)包括一个不具有透光特性的图像显示表面。
16，一种使用三维显示器(2)的三维显示方法，该三维显示器(2)包括(i)一组显示器件，它们以预定间隔依次设置在观众(10)的视线上，和(ii)控制器(31-39)，用于控制显示器件分别显示图像，从而为观众显示一个三维图像，除离观众最远的显示器件外，至少一个显示器件包括一个图像显示表面，该表面具有自发光特性和透光特性，其特征在于，上述方法包括如下步骤产生图像信号以使显示器件分别显示图像；和根据产生的图像信号控制显示器件，以便在各个显示器件的基本相同的屏幕位置上分别显示同一物体的图像。
17，如权利要求16的三维显示方法，其特征在于，上述控制过程包括如下步骤控制显示器件(11，12)，使得，如果一个要显示的三维图像离观众(10)较近，则靠前设置的显示器件之一在显示同一物体的一个图像时的亮度高于靠后设置的其它显示器件的亮度；和控制显示器件，使得如果一个要被显示的三维图像离观众较远，则靠后设置的显示器件之一在显示同一物体的一个图像时的亮度高于靠前设置的其它显示器件。
18，如权利要求17的三维显示方法，其特征在于所述控制过程进一步控制显示器件，使得从靠前设置的到靠后设置的显示器件的亮度总和保持为一个预定值。
19，如权利要求16-18的任何一个的三维显示方法，其特征在于，所述的控制过程根据拍摄同一物体的图像的摄像器件至该同一物体的距离控制亮度。
全文摘要
三维显示器及方法,一种3D显示器(2)具有一组显示器件(11，12)，它们以预定间隔依次设置在观众(10)的视线上；一个控制器(31－39)，用于控制显示器以便分别显示图像，从而为观众显示三维图像。除设置得离观众最远的显示器件(12)外，至少一个显示器件(11)具有图像显示表面，该表面同时具有自发光特性和透光特性。
文档编号H04N13/04GK1457199SQ0313847
公开日2003年11月19日 申请日期2003年5月9日 优先权日2002年5月9日
发明者黑田和男, 杉浦聪, 柳泽秀一 申请人:日本先锋公司