TW201329518A - 多視角立體顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種多視角立體顯示器，包含一投影裝置陣列及一對柱狀透鏡陣列；其中該投影裝置陣列包含複數個投影機，其中各該投影機包含一光源陣列，該光源陣列係由複數個光源組成，該等光源所產生的光線，係分別經由該等投影機，朝向一分割視域區投射；該對柱狀透鏡陣列設置於該投影裝置陣列與該分割視域區之間，使該分割視域區上的每一位置均可獲得各該光源所投射的部分該光線。

Description

多視角立體顯示器

本發明係關於一種多視角立體顯示器，特別是一種結合時間多工方法與多投影機方法之多視角立體顯示器。

依據人眼的視覺特性，當雙眼同時觀看同一影像時，由於兩眼間隔約是65mm，因此雙眼看到的影像會稍微不同，而構成立體影像。立體顯示技術可分為眼鏡式(stereoscopic)及裸眼式(auto- stereoscopic)，其中裸眼式立體顯示技術又可依照成像方式，更細分為空間多工式(spatial multiplex)、多投影機(multiple projectors)及時間多工式(time-multiplex)。

習知的空間多工式立體顯示技術係利用視差光柵來控制光前進的方向，將不同角度的影像投射到空間中不同位置，進而將不同角度的影像分別投影至左右眼，而產生立體的影像；然而，由於影像被分割為左右眼之影像顯示區域，使得影像畫面的亮度降低，影像的解析度也隨之下降。

為了保有影像的解析度，多投影機與時間多工式常利用於一般的立體顯示技術。請參閱第1圖，習知的多投影機立體顯示系統1是利用多個投影機11排列成一陣列，將影像一對一地投影至不同位置的分割視域區13，而所述分割視域區13亦為使用者的最佳觀察位置，藉由左右眼分別看到的不同影像，以達到立體顯示的效果。為使得每一個投影機皆能夠投影到整個螢幕，需要一定的投影距離，然而，當螢幕增大時所需投影機數目增多，且投影距離也越長，需要的空間亦越大，成本也隨之升高。

請參閱第2圖，時間多工式投影裝置2是採用一組指向性背光21搭配一個快速反應面板23，依序分別顯示左眼影像25及右眼影像27，使觀察者的雙眼分別看到不同的影像，在影像合成後顯示立體影像。由於影像必須要在一個畫面周期內處理完左眼影像25及右眼影像27，因此必須提高投影裝置之畫面更新頻率，投影裝置內部的光源數目將是設計重點，而由於顯示的範圍較小，因此通常適用於小型的顯示裝置。

有鑑於此，提供一種新穎之多視角立體顯示器，乃為此一業界持續努力的目標。

本發明之主要目的在於提供一種多視角立體顯示器，結合時間多工式及多投影機之立體顯示方法之特性，本發明之多視角立體顯示器所呈現的影像不會被分割至不同視域，而是一次提供至多個視域，使左右眼同時看到不同影像，以達成一種亮度充足且解析度佳之多視角立體顯示器。

本發明之另一目的在於提供一種多視角立體顯示器，藉由多個投影機係以堆疊方式排列可減少相較於平行排列時空間之使用，並將每一投影機內置入多個光源，利用時序控制器切換每一光源的開啟及關閉時間，使投影機之投影有加乘的效應，以減小空間的使用及花費的成本。

本發明之又一目的在於提供一種多視角立體顯示器，藉由增加投影機之數目，使調節畫面更新率之光調節器不需使用到高倍率之光調節器，且更因為投影機數目的增多，使投影的範圍變大，更能夠增加投影的範圍。

為達到上述目的，本發明提供一種多視角立體顯示器，包含一投影裝置陣列及一對柱狀透鏡陣列。該投影裝置陣列包含複數個投影機，其中各該投影機包含一光源陣列，該光源陣列係由複數個光源組成，該等光源所產生的光線，係分別經由該等投影機，朝向該對柱狀透鏡陣列投射，而後光線再經由該對柱狀透鏡陣列朝向一分割視域區投射；該對柱狀透鏡陣列設置於該投影裝置陣列與該分割視域區之間，使該分割視域區上的每一位置均可獲得各該光源所投射的部分該光線。

為讓上述目的、技術特徵和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

請參閱第3圖，係為本發明之多視角立體顯示器3之示意圖。如圖所示主要係包含一投影裝置陣列30及一對柱狀透鏡陣列33。其中投影裝置陣列30包含複數個投影機31，各投影機包含一光源陣列311，光源陣列係由複數個光源311a組成，該等光源311a所產生的光線，係分別經由該等投影機31朝一對柱狀透鏡陣列33投射，而後光線再由該對柱狀透鏡陣列33朝向一分割視域區35投射；一對柱狀透鏡陣列33設置於投影裝置陣列30與分割視域區35之間，其目的在於使分割視域區35上的每一位置，均可獲得各光源311a所投射的部分光線。

請繼續參閱第3圖，一對柱狀透鏡陣列33包含一第一柱狀透鏡陣列331及一第二柱狀透鏡陣列333，該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一光線折射調變區331a，朝向投影裝置陣列30以接收光線，第二柱狀透鏡陣列333具有複數個第二光線折射調變區333a，朝向並傳遞光線至分割視域區35。

請參閱第4圖，柱狀透鏡陣列4之光線折射調變區41係由長條狀的凸透鏡組成，每一光線折射調變區41之折射率沿徑向逐漸改變，使柱狀透鏡具有成像的功能。更由於光線是以不同角度射出，使得在一定的距離及角度內，左眼與右眼會看到不同的影像。柱狀透鏡陣列可採用外貼光學膜，或製作於面板上。請復參第3圖，較佳地，一對柱狀透鏡陣列中更包含一光擴散板335，設置於第一柱狀透鏡陣列331及第二柱狀透鏡陣列333之間。

請參閱第5圖，所示為多視角立體顯示器之其中一投影機之局部示意圖。如圖所示，投影機31內部包含複數光源311a排列於投影機31內，該等光源311a並非同時開啟，而是由一時序控制器(圖未示)，於一時間間隔切換該等光源311a。由於人眼有視覺暫留(Persistence of vision)的特性，觀看第一影像時，第一影像成像在視網膜上，經由視神經輸入人腦，而感覺到第一影像，當第一影像變換到第二影像瞬間，眼睛所看到的第一影像消失後，視神經對第一影像之印象不會立刻消失，而會保留一段時間。最適合人眼的速度大約是1/48~1/100秒左右，第一影像與第二影像之時間差若超過這個範圍，影像就會不連續，產生抽格感。為使影像產生連續的感覺，一般來說每一影像之間的間隔需低於1/60秒。本發明之實施例中，若投影裝置陣列之投影機數量為N，且每一投影機中之光源的數量為M，則時序控制器需控制切換每一影像之時間間隔小於1/(60M)秒。

請同時參閱第6圖及第7圖，所示為本發明之一較佳實施例之投影面正視圖。如圖所示，投影機31係於一水平方向上排列，且投影機31數目為2，各投影機具有一出瞳孔313，為讓光源311a能夠彼此並列，出瞳孔313可設計為一矩形，出瞳孔313在水平方向上具有一寬度313a，且水平方向上相鄰之出瞳孔313之間具有一間距315，間距315係為出瞳孔313之寬度313a的2的整數倍。且第一光線折射調變區331a之節距（pitch）331b與第二光線折射調變區333a之節距333b的比例係為(1的該整數倍+1) :1。

請參閱第8圖，所示為本發明之另一較佳實施例之投影機排列示意圖。其中，投影機的數量係大於2，而投影機31可於水平方向上排列，並進一步於一垂直方向交錯堆疊排列。如圖所示，當投影機的數量為3時，排列方式為標示1-3之投影機31，當投影機的數量為4時，排列方式為標示1-4之投影機31，以此類推，當投影機的數量為6時，排列方式則為標示1-6之投影機31。

各投影機31亦具有一出瞳孔313，出瞳孔在水平方向上具有一寬度313a，在水平方向上相鄰之出瞳孔313之間具有一間距315，當投影機31數目N大於2時，間距315係為出瞳孔313之寬度的13-2N倍。需注意的是，為了避免投影機31相互阻擋光源311a，沿水平方向之投影機31數目不超過3，且全部投影機31數目不大於6，其主要原因是因為當出瞳孔313之寬度為1倍且投影機數目為6時，當代入上述提及之間距315公式，其間距315為1，如第8圖所示，投影機31之投影方向以經被完全填滿，若高於這個數值，則有可能會造成投影影像互相干擾的現象。投影機31排列數目的次序如第8圖所示。

請參閱第9-12圖，所示為本實施例之柱狀透鏡陣列節距關係示意圖。如第9圖所示，其中當投影機31之數目N為6時，第一光線折射調變區331a之節距（pitch）331b與第二光線折射調變區333a之節距333b的比例係為1:1。請參閱第10-12圖，當投影機數目N介於3-5之間，第一光線折射調變區之節距（pitch）與第二光線折射調變區之節距的比例係為(6-N):1。

在實際之配置上，由於空間有限，投影機31的疊置時可能會彼此互相干擾，故投影機31並不限定並列，只要最後的出瞳孔313依據前述實施例排列即可。以3台投影機31為例，請參閱第13圖，所示為投影機31擺放之俯視圖，光機317可依據空間上的彈性配置，經由光學元件319使光線朝同一方向投射即可。可以想見地，左右的光機317在同一水平高度，而中間的光機317則略高，使得最終的排列如同第8圖中標示1-3之投影機31所示。

綜上所述，本發明之多視角立體顯示器，藉由時間多工式及多投影機之立體顯示方法之特性，可提供具有多視域、亮度充足且解析度佳等特性之多視角立體顯示器，其同時具有減小空間及降低成本之效果。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．多投影機立體顯示系統

11．．．投影機

13．．．分割視域區

2．．．時間多工式投影裝置

21．．．指向性背光

23．．．快速反應面板

25．．．左眼影像

27．．．右眼影像

3．．．多視角立體顯示器

30．．．投影裝置陣列

31．．．投影機

311．．．光源陣列

311a．．．光源

313．．．出瞳孔

313a．．．寬度

315．．．間距

317．．．光機

319．．．光學元件

33．．．一對柱狀透鏡陣列

331．．．第一柱狀透鏡陣列

331a．．．第一光線折射調變區

333．．．第二柱狀透鏡陣列

333a．．．第二光線折射調變區

331b、333b．．．節距

335．．．光擴散板

35．．．分割視域區

4．．．柱狀透鏡陣列

41．．．光線折射調變區

第1圖係習知技術之多投影機立體顯示技術示意圖；

第2圖係習知技術之時間多工式立體顯示裝置示意圖；

第3圖係本發明多視角立體顯示器之示意圖；

第4圖係柱狀透鏡陣列之示意圖；

第5圖係本發明多視角立體顯示器之局部示意圖；

第6圖係本發明之一較佳實施例堆疊投影機方式示意圖；

第7圖係本發明較佳實施例柱狀透鏡比例關係示意圖；

第8圖係本發明另一較佳實施例堆疊投影機方式示意圖；

第9-12圖係本發明柱狀透鏡比例關係示意圖；以及

第13圖係本發明多視角立體顯示器之一種配置示意圖。

3．．．多視角立體顯示器

30．．．投影裝置陣列

31．．．投影機

311．．．光源陣列

311a．．．光源

33．．．一對柱狀透鏡陣列

331．．．第一柱狀透鏡陣列

331a．．．第一光線折射調變區

333．．．第二柱狀透鏡陣列

333a．．．第二光線折射調變區

335．．．光擴散板

35．．．分割視域區

Claims (16)

1. 一種多視角立體顯示器，包含：
        一對柱狀透鏡陣列；以及
        一投影裝置陣列，包含複數個投影機，其中各該投影機包含一光源陣列，該 光源陣列係由複數個光源組成，該等光源所產生的光線，係分別經由該等投影機朝該對柱狀透鏡陣列投射，而後光線再經由該對柱狀透鏡陣列朝向一分割視域區投射；
        其中，該對柱狀透鏡陣列係設置於該投影裝置陣列與該分割視域區之間，使該分割視域區上的每一位置均可獲得各該光源所投射的部分該光線。
2. 如請求項1所述之多視角立體顯示器，其中該對柱狀透鏡陣列包含一第一柱狀透鏡陣列及一第二柱狀透鏡陣列，該第一柱狀透鏡陣列具有複數個第一光線折射調變區，朝向該投影裝置陣列以接收該光線，該第二柱狀透鏡陣列具有複數個第二光線折射調變區，朝向並傳遞該光線至該分割視域區。
3. 如請求項2所述之多視角立體顯示器，更包含一光擴散板，設置於該第一柱狀透鏡陣列及該第二柱狀透鏡陣列之間。
4. 如請求項3所述之多視角立體顯示器，其中該等投影機的數量為N，各該投影機中之該等光源的數量為M。
5. 如請求項4所述之多視角立體顯示器，更包括一時序控制器，於一時間間隔切換該等光源。
6. 如請求項5所述之多視角立體顯示器，該時間間隔係小於1/(60M)秒。
7. 如請求項4所述之多視角立體顯示器，其中該等投影機係於一水平方向上排列。
8. 如請求項7所述之多視角立體顯示器，其中該等投影機係更於一垂直方向交錯堆疊排列。
9. 如請求項7所述之多視角立體顯示器，其中沿該水平方向之該等投影機數目不超過3。
10. 如請求項7所述之多視角立體顯示器，其中各該投影機具有一出瞳孔，該出瞳孔在該水平方向上具有一寬度。
11. 如請求項10所述之多視角立體顯示器，其中在該水平方向上相鄰之該等出瞳孔之間具有一間距，當N大於2時，該間距係為該出瞳孔之該寬度的13-2N倍。
12. 如請求項11所述之多視角立體顯示器，其中N不大於6。
13. 如請求項11所述之多視角立體顯示器，其中當N小於6，該等第一光線折射調變區之節距（pitch）與該等第二光線折射調變區之節距的比例係為(6-N) : 1。
14. 如請求項11所述之多視角立體顯示器，其中當N等於6，該等第一光線折射調變區之節距（pitch）與該等第二光線折射調變區之節距的比例係為1:1。
15. 如請求項10所述之多視角立體顯示器，其中在該水平方向上相鄰之該等出瞳孔之間具有一間距，當N為2時，該間距係為該出瞳孔之該寬度的2的一整數倍。
16. 如請求項15所述之多視角立體顯示器，其中該等第一光線折射調變區之節距（pitch）與該等第二光線折射調變區之節距的比例係為(1的該整數倍+1 ) : 1。