CN102402014B - 观赏眼镜、三维显示系统及其图像光束调整方法 - Google Patents

Abstract

观赏眼镜、三维显示系统及图像光束调整方法。该方法包含以下步骤：依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向决定一调整角度；检测观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位；依据此空间相对方位决定补偿角度；依据调整角度与补偿角度中的至少其一调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为垂直或平行于偏光片的偏振轴方向的目标偏振方向。

Description

观赏眼镜、三维显示系统及其图像光束调整方法

技术领域

本发明是有关于一种显示系统及其图像的调整方法，且特别是有关于一种使用观赏眼镜的三维显示系统及其图像的调整方法。

背景技术

随着科技的日益进步，在显示技术的发展方面，除了追求显示装置的轻薄短小之外，更希望能达成显示立体画面的目标。一般来说，显示立体画面的原理为将两种不同画面分别送入左右眼，进而使大脑建构出一幅三度空间的画面。

目前3D显示技术主要可分为两种，亦即需要戴眼镜的显示技术与不须戴眼镜的显示技术。其中戴眼镜的部分又可分为早期的红蓝眼镜、快门眼镜、与现今的偏光眼镜。无论何种最主要的3D基本原理就是让左右眼看到不同的图像使大脑认为其为3D图像。以目前3D快门眼镜(shutter glasses)通常可搭配3D液晶(liquid crystal)电视以及3D投影机等不同的显示装置来呈现3D的效果。

已知快门眼镜包括前偏光片、液晶层以及后偏光片。其中前偏光片的偏振轴方向与三维显示装置所发出的图像光束的偏振方向平行，且前偏光片与后偏光片的偏振轴方向为正交。液晶层设置于前偏光片与后偏光片的中间，液晶层受控于一操作电压而改变图像光束的偏振方向，使图像光束在穿过液晶层后的偏振方向可平行或垂直于后偏光片，进而使图像光束可通过后偏光片或被后偏光片所阻挡。随着对快门眼镜的左右镜片的循序施加电压，快门眼镜可遮挡不同时间的从三维显示装置送出来的左右眼画面，而使观赏者的左眼看到左眼画面、右眼看到右眼画面，之后再经由大脑迭合形成立体图像。

已知快门眼镜虽然可搭配三维显示装置达到显示立体图像的效果，但由于现在市面上三维显示装置所发出的图像光束的偏振方向并无统一的规格，不同的显示装置可能具有不同偏振方向的图像光束，因此具有特定偏振轴方向的快门眼镜仅能搭配具有对应偏振光方向的显示装置使用，如此一来将提高厂商的生产成本与眼镜价格，同时也造成使用者必须独立购买各种眼镜而造成不必要的浪费。

发明内容

本发明提供一种观赏眼镜，可调整图像光束的偏振方向，使观赏眼镜可适用于各种不同偏振方向的三维显示装置。

本发明提供一种使用观赏眼镜的三维显示系统及其图像光束调整方法，可依据使用者的观赏位置以及观赏姿势对图像光束的偏振方向的调整角度进行补偿，以避免立体图像画面出现偏暗的情形。

本发明提出一种三维显示装置的观赏眼镜，其中三维显示装置用以在一显示屏幕上显示图像，观赏眼镜包括一眼镜框架、一第一控制单元以及两个镜片。其中第一控制单元依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向与偏光片的偏振轴方向输出控制信号。上述两个镜片设置于眼镜框架上，其中两个镜片中每一镜片包括一偏光片以及一偏振转换单元。其中偏振转换单元连接第一控制单元，并配置于显示屏幕与偏光片之间，其受控于控制信号而调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为第一偏振方向或第二偏振方向，其中第一偏振方向垂直于偏光片的偏振轴方向，第二偏振方向则平行于偏光片的偏振轴方向。

在本发明的一实施例中，上述的偏振转换单元为一第一液晶层，其中控制信号包括液晶层的操作电压。

在本发明的一实施例中，上述的偏振转换单元包括一第一液晶层以及一第二液晶层。其中第一液晶层配置于显示屏幕与偏光片之间，并连接第一控制单元，受控于控制信号而依据图像光束的偏振方向与第一偏振方向调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为第一偏振方向。另外第二液晶层则配置于第一液晶层与偏光片之间，并连接第一控制单元，受控于控制信号而将图像光束的偏振方向保持在第一偏振方向或将图像光束的偏振方向转换为第二偏振方向，其中控制信号包括第一液晶层与第二液晶层的操作电压。

本发明亦提出一种三维显示系统，包括一三维显示装置以及一观赏眼镜。其中三维显示装置用以于一显示屏幕上显示图像。观赏眼镜则包括一眼镜框架、一第一控制单元以及两个镜片。其中第一控制单元依据一调整角度与一补偿角度中的至少其一输出一控制信号，其中调整角度是依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向而决定，补偿角度是依据观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位而决定，空间相对方位为观赏眼镜相对于显示屏幕沿一正交坐标系统的三坐标轴中的至少其一移动及/或旋转时，观赏眼镜与显示屏幕间的空间相对关系。上述两个镜片设置于眼镜框架上，其中两个镜片中每一镜片包括一偏光片以及一偏振转换单元。其中偏振转换单元连接第一控制单元，并受控于控制信号而调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为第一偏振方向或第二偏振方向。其中第一偏振方向垂直于偏光片的偏振轴方向，第二偏振方向平行于偏光片的偏振轴方向。

在本发明的一实施例中，上述的观赏眼镜还包括一平衡感应器以及一第一控制单元。其中平衡感应器连接第一控制单元，感应空间相对方位，第一控制单元依据图像光束的偏振方向决定调整角度，并依据平衡感应器所感应到的空间相对方位判断补偿角度，并依据调整角度与补偿角度中的至少其一来控制偏振转换单元调整图像光束的偏振方向。

在本发明的一实施例中，上述的三维显示装置还包括一感应器、一信号发送器以及一第二控制单元。其中感应器用以检测空间相对方位。信号发送器用以发送对应补偿角度的补偿信号至观赏眼镜。另外，第二控制单元连接感应器以及信号发送器，其依据感应器所检测到的空间相对方位判断补偿角度，并依据补偿角度控制信号发送器发送补偿信号。

在本发明的一实施例中，上述的观赏眼镜还包括一接收器以及一第一控制单元。其中接收器连接第一控制单元，用以接收补偿信号。第一控制单元依据补偿信号取得补偿角度，并依据调整角度与补偿角度中的至少其一控制偏振转换单元调整图像光束的偏振方向。

在本发明的一实施例中，上述的观赏眼镜还包括多个位置信号发射器，各位置信号发射器发射一位置信号，感应器检测此些位置信号，并依据检测到此些位置信号时的信息来判断空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的感应器拍摄观赏眼镜的图像，第二控制单元则分析图像以检测空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的第二控制单元分析图像以检测观赏眼镜的轮廓或一预设图案，以获得空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的第二控制单元分析图像以检测使用观赏眼镜的观赏者的脸部相对于显示屏幕的空间相对方位，以获得观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的观赏眼镜还包括一感应器，其拍摄三维显示装置的图像，第一控制单元分析图像以检测空间相对方位。

本发明提出一种三维显示系统的图像光束调整方法，其中三维显示系统包括一三维显示装置以及一观赏眼镜，且三维显示装置包括用以显示图像的一显示屏幕，而观赏眼镜则包括两个镜片，且两个镜片中每一镜片包括一偏光片以及一偏振转换单元。图像调整方法包括，先依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向决定一调整角度。接着，检测观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位，其中空间相对方位为观赏眼镜相对于显示屏幕沿一正交坐标系统的三坐标轴中的至少其一移动及/或旋转时，观赏眼镜与显示屏幕的空间相对关系。继之，依据此空间相对方位决定补偿角度。最后，依据调整角度与补偿角度中的至少其一调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为一第一偏振方向或一第二偏振方向。其中第一偏振方向垂直于偏光片的偏振轴方向，第二偏振方向平行于偏光片的偏振轴方向。

在本发明的一实施例中，上述的图像光束的偏振方向依据三维显示装置的种类而不同。

在本发明的一实施例中，上述的三维显示系统的图像光束调整方法，其中检测空间相对方位的步骤包括先利用观赏眼镜与三维显示装置其中之一发射多个位置信号，之后再利用观赏眼镜与三维显示装置其中的另一检测上述位置信号，并依据检测到位置信号时的时间差获得空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的检测空间相对方位的步骤包括利用三维显示装置拍摄观赏眼镜的图像，并分析图像以检测空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的检测该空间相对方位的步骤还包括，利用三维显示装置分析图像以检测观赏眼镜的轮廓或一预设图案，以获得空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的检测空间相对方位的步骤还包括利用三维显示装置分析图像以检测使用观赏眼镜的观赏者的脸部相对于显示屏幕的空间相对方位，以获得观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的检测空间相对方位的步骤包括，利用赏眼镜拍摄该三维显示装置的图像，并分析图像以检测空间相对方位。

在本发明的一实施例中，上述的利用检测空间相对方位的步骤还包括，利用观赏眼镜分析图像以检测三维显示装置的轮廓或一预设图案，以获得空间相对方位。

基于上述，本发明利用偏振转换单元依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向以及观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位来调整图像光束的偏振方向，使观赏眼镜可适用于各种不同偏振方向的三维显示装置，以节省厂商的生产成本，同时避免使用者购买多支不同的眼镜而造成浪费，另外亦可避免因使用者的观赏位置以及观赏姿势的不同而造成的立体图像画面偏暗的情形。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为本发明一实施例的三维显示装置的观赏眼镜的示意图。

图2绘示为本发明另一实施例的三维显示装置的观赏眼镜的示意图。

图3绘示为本发明一实施例的图像光束的偏振方向与操作电压的关系图。

图4绘示本发明另一实施例的三维显示装置的观赏眼镜的示意图。

图5绘示为本发明一实施例的三维显示系统的示意图。

图6绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图7绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图8绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图9绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图10绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图11绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。

图12绘示为本发明一实施例的图像光束调整方法的流程图。

[主要元件标号说明]

100、602、704：观赏眼镜            102：偏光片

104：偏振转换单元                  106：显示屏幕

202、402、404：液晶层              600～1100：三维显示系统

604：平衡感应器                    606、710、714：控制单元

702：三维显示装置                706：感应器

708：信号发送器                  712：接收器

802：位置信号发射器              X、Y、Z：坐标轴

SC1：补偿信号                    SP1～SP3：位置信号

L1：图像光束                     S1202～S1208：步骤

具体实施方式

图1绘示为本发明一实施例的三维显示装置的观赏眼镜的示意图，其中观赏眼镜100用来观赏三维显示装置在显示屏幕106上显示的图像。此处的三维显示装置可由线偏振光的三维液晶显示器、三维投影机等立体图像显示装置或者其它具偏光的显示器来实现，如添加偏光片的有机发光二极管(Organic Light Emitter Diode Display，OLED)投影机或数字光学处理(Digital Light Processing，DLP)投影机。当三维显示装置为三维液晶显示器时，显示屏幕106意指三维液晶显示器上液晶显示面板所显示的画面区域，而当三维显示装置为三维投影机时，显示屏幕106意指三维投影机所投影的平面上显示画面的区域。

观赏眼镜100包括一眼镜框架与设置于眼镜框架上对应左右两眼的两片镜片，而各镜片包括(但不局限于)一偏光片102以及一偏振转换单元104，其中偏振转换单元104配置于偏光片102与显示屏幕106之间。偏振转换单元104接收显示屏幕106所发出的图像光束L1，并受控于观赏眼镜100中一控制单元(未绘示)输出的控制信号而调整图像光束L1的偏振方向，其中控制信号为控制单元依据显示屏幕106发出的图像光束L1的偏振方向与偏光片102的偏振轴方向输出。偏振转换单元104将图像光束L1的偏振方向转换为跟偏光片102的偏振轴方向平行或垂直，以使图像光束L1顺利通过偏光片102而到达观赏者的眼睛成像，或是阻止图像光束L1的通过而使观赏者的眼睛无法接收图像光束L1。举例来说，假设显示屏幕106所发出图像光束L1的偏振方向为90度，而偏光片102的偏振轴方向为135度，偏振转换单元104可将图像光束L1的偏振方向转换为45度或135度，以控制图像光束L1穿过偏光片102或被偏光片102所阻挡。

通过分别控制左右镜片中的偏振转换单元104并依据左、右眼画面的次序来决定图像光束L1的通过与否，来依序遮蔽观赏者左眼或右眼的画面，即可达到使观赏者感受到立体图像的效果。由于偏振转换单元104可依据图像光束L1的偏振方向与偏光片102的偏振轴方向调整图像光束L1的偏振方向，因此不论显示屏幕106所发出的图像光束L1的偏振方向为何，左右镜片中的偏振转换单元104都可分别将图像光束L1的偏振方向转换为跟偏光片102的偏振轴方向平行或正交，进而达到遮蔽左、右眼画面而显示立体图像的效果。至于观赏眼镜100如何得知图像光束L1的偏振方向，这可以由三维显示装置发送信号以告知观赏眼镜100，或在观赏眼镜100设计一个开关或旋钮之类的输入装置，由观赏者手动设定，亦或者是由观赏眼镜100自动检测。

因此，本实施例的观赏眼镜100可避免如已知技术般只能支持特定三维显示装置的特性，进而节省厂商的生产成本，并使使用者不须配合不同规格的三维显示装置购买不同的眼镜而造成浪费。

详细来说，偏振转换单元104可利用一液晶层202来实施，如图2所示的观赏眼镜的示意图。液晶层202可依据施加于其上的控制信号(例如：操作电压)而改变液晶层中液晶的旋转角度，进而将图像光束L1的偏振方向转换为与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直。如图3所示的图像光束L1的偏振方向与液晶层操作电压的关系图所示，当三维显示装置所使用的液晶种类不同时，例如横向电场切换(in-plane switching，IPS)模式、扭曲向列(TwistedNematic，TN)模式、光学补偿弯曲排列(Optically Compensated Bend，OCB)模式、垂直配向(Vertical Alignment，VA)模式等各种模式的液晶，其所发射出的图像光束L1的偏振方向也不同，例如图3中左边第一图为横向电场切换模式的液晶偏振方向，第二图与第三图则分别为扭曲向列模式与垂直配向模式的液晶偏振方向。通过对液晶层202施加对应不同偏振方向的电压，即可将具有不同偏振方向的图像光束L1转换为与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直，使图像光束L1通过偏光片102，或阻止图像光束L1通过偏光片102。

例如可依据图3中具有不同偏振方向的各图像光束L1(从左到右，偏振方向的角度依序为0度、135度、90度以及45度)对液晶层202施加对应的的操作电压(其值依序为2V、2.3V、2.8V以及3.1V)，以使图3中图像光束L1的偏振方向转成与偏光片102的偏振轴方向垂直，而使图像光束L1无法穿过偏光片102。而当施加于液晶层202的操作电压的值为0V(亦即不向液晶层202施加电压)时，液晶层202将自动地将图像光束L1的偏振方向转换为与偏光片102的偏振轴方向平行，而使图像光束L1通过偏光片102。其中图3所示的电压值2V、2.3V、2.8V以及3.1V为当不同偏振轴方向的图像光束L1无法穿透偏光片102时，所分别对应施加于液晶层202上的电压值。

图3的电压值只是范例。在实际应用时，由于液晶层202的设计细节是已知的，只要知道需要将L1的偏振方向扭转多少角度，很容易就能得出需要施加的操作电压。

如图4绘示本发明另一实施例的三维显示装置的观赏眼镜的示意图。请参照图4，上述图1实施例的偏振转换单元104可利用两液晶层402与404来实现，其中液晶层402配置于显示屏幕106与偏光片102之间，液晶层404则配置于液晶层402与偏光片102之间。在本实施例中，液晶层402先将所接收的图像光束L1的偏振方向的角度转换为45度，之后再由液晶层404接收通过液晶层402的图像光束L1，并由液晶层404来控制决定图像光束L1是否能通过偏光片102。液晶层402先依据不同的操作电压(2V、2.3V、2.8V以及3.1V)分别将不同偏振方像(0度、135度、90度以及45度)的图像光束L1转为45度，之后再由液晶层404来调整图像光束L1的偏振方向，以决定其是否可通过偏光片102，其中当液晶层404的操作电压为12V时，图像光束L1的偏振方向与偏光片102的偏振轴方向平行，图像光束L1可通过偏光片102；而当液晶层404的操作电压为0V时，图像光束L1的偏振方向与偏光片102的偏振轴方向垂直，图像光束L1无法通过偏光片102。

值得注意的是，上述实施例中图像光束L1的调整角度与其操作电压的对应关系为在观赏眼镜100位于显示屏幕106正前方、观赏眼镜100的镜片与显示屏幕106平行且观赏眼镜100无任何倾斜角度的情形下所得到。然实际应用上，观赏者在使用观赏眼镜100时，观赏眼镜100很难满足上述的位置条件。观赏眼镜100相对于显示屏幕106的位置与角度会随观赏者观看显示屏幕106时的所在位置以及观赏者的观看姿势而有所不同(例如观赏者可能躺着或歪头观看)，因此观赏眼镜100必须针对观赏眼镜100与显示屏幕106的空间相对方位额外对图像光束L1调整一补偿角度，以避免观赏者观看到偏暗的立体图像画面。其中，假设显示屏幕106位于一正交坐标系统的原点，上述的空间相对方位为观赏眼镜100相对于显示屏幕106沿正交坐标系统的三坐标轴中的至少其一移动及/或旋转时，观赏眼镜100与显示屏幕106间的空间相对关系。

其中，影响上述观赏眼镜100与显示屏幕106的空间相对方位的因素包括两个，一个是观赏眼镜100的倾斜角度，另一个则是观赏眼镜100相对于显示屏幕106的位置。其中观赏眼镜100的倾斜角度意指观赏眼镜在一参考平面上的倾斜角度，其中此参考平面的法线平行观赏眼镜100所接受的图像光束L1。另外，观赏眼镜100相对于显示屏幕106的位置可通过图5所绘示的三维显示系统的示意图来定义。假设观赏眼镜100位于坐标轴X、坐标轴Y以及坐标轴Z所构成的三维空间中，其中显示屏幕106位于由坐标轴X与坐标轴Y所构成的坐标平面上，而坐标轴X、坐标轴Y以及坐标轴Z的交点为显示屏幕106的中心点。观赏眼镜100相对于显示屏幕106的位置可由观赏眼镜100在以坐标轴X、Y、Z所构成的三维空间中的坐标值来定义。其中随着观赏眼镜100位置的不同，观赏眼镜100调整图像光束L1偏振方向所需的补偿角度也将不同。也就是说观赏眼镜100在相对于显示屏幕106偏左或偏右、偏上或偏下的位置所接受到的图像光束L1的偏振方向，对于观赏眼镜100而言并不相同，因此需要不同的补偿角度来调整图像光束L1的偏振方向。

以下将列举几个实施例来说明检测上述观赏眼镜100与显示屏幕106的空间相对方位的实施手段。图6绘示为本发明一实施例中的三维显示系统观赏眼镜的示意图。请参照图6，本实施例的三维显示系统600中的观赏眼镜602除了上述的偏光片102以及偏振转换单元104外，还包括一平衡感应器604以及一控制单元606。其中控制单元606连接平衡感应器604与偏振转换单元104，平衡感应器604负责感测观赏眼镜602的倾斜状态，其中平衡感应器604至少包括重力加速度传感器、运动传感器以及电子罗盘其中之一。控制单元606则依据图像光束L1的偏振方向决定图像光束L1的调整角度，并依据平衡感应器604感应观赏眼镜602与显示屏幕106的空间相对方位来判断观赏眼镜602所需的补偿角度。

请注意调整角度为依据显示屏幕106发出的图像光束L1的偏振方向而决定，而图像光束L1的偏振方向依据三维显示装置的种类而不同。也就是说，调整角度为在观赏眼镜602位于显示屏幕106正前方、观赏眼镜602的镜片与显示屏幕106平行且观赏眼镜602无任何倾斜角度的情形下，将图像光束L1的偏振方向转换为与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直时，所需旋转图像光束L1的偏振方向的角度。其中调整角度的控制方式可例如为，观赏眼镜602的使用者依据三维显示装置的种类手动切换设置于观赏眼镜602的一开关(未绘示)，以调整该观赏眼镜转换该图像光束L1的偏振方向的角度，将图像光束L1的偏振方向转换为与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直。或者，通过三维显示装置更发射一切换信号，使观赏眼镜602依据切换信号调整转换图像光束L1的偏振方向的角度，将图像光束L1的偏振方向转换为与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直。

补偿角度则是依据观赏眼镜602与显示屏幕106的空间相对方位而决定，亦即在观赏眼镜602相对于显示屏幕106的位置与角度随观赏者观看显示屏幕106时的所在位置以及观赏者的观看姿势而有所不同时，观赏眼镜602为保持图像光束L1的偏振方向与偏光片102的偏振轴方向平行或垂直时，除了调整角度外所须额外旋转图像光束L1的偏振方向的角度。

因此当观赏眼镜602位于显示屏幕106正前方、且观赏眼镜602的镜片与显示屏幕106平行且观赏眼镜602无任何倾斜角度时，仅须针对调整角度进行图像光束L1的偏振方向的调整，以使观赏眼镜602可适用于不同种类的三维显示装置。而当观赏眼镜602已适用于三维显示装置时，仅在观赏眼镜602相对于显示屏幕106的位置与角度随观赏者观看显示屏幕106时的所在位置以及观赏者的观看姿势有所不同时，才须针对补偿角度进行图像光束L1的偏振方向的调整。另外当观赏眼镜602不适用于三维显示装置且观赏眼镜602相对于显示屏幕106的位置与角度随观赏者观看显示屏幕106时的所在位置以及观赏者的观看姿势而有所不同时，则须同时针对调整角度以及补偿角度进行图像光束L1的偏振方向的调整。

如上所述，通过调整角度及/或补偿角度来控制偏振转换单元104调整图像光束L1的偏振方向，即可同时依据图像光束L1的偏振方向的不同以及观赏眼镜602与显示屏幕106的空间相对方位来调整图像光束L1的偏振方向，以确保图像光束L1可完全地穿透偏光片102或被偏光片102阻挡，而避免呈现偏暗的立体图像画面。

图7绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。三维显示系统700包括三维显示装置702以及观赏眼镜704。三维显示装置702包括感应器706、信号发送器708以及控制单元710，而观赏眼镜704除了上述的偏光片102以及偏振转换单元104外，还包括了接收器712及控制单元714。其中三维显示装置702中的控制单元710连接感应器706以及信号发送器708，观赏眼镜704中的控制单元714则连接接收器712与偏振转换单元104。

三维显示装置702用以于显示屏幕106上显示图像并利用其感应器706检测观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。控制单元710则依据感应器706所检测到的空间相对方位判断图像光束L1所需的补偿角度，并依据此补偿角度控制信号发送器708发送和补偿角度相对应的补偿信号SC1给观赏眼镜704中的接收器712。观赏眼镜704中的控制单元714依据图像光束L1的偏振方向决定其调整角度，并依据接收器712所接收的补偿信号SC1取得图像光束L1的补偿角度，之后便依据调整角度与补偿角度的和控制偏振转换单元104调整图像光束L1的偏振方向，以避免呈现偏暗的立体图像画面。

表1为观赏者头部在不同观看姿势下所对应的补偿角度范例以及图2与图4实施例中各液晶层对应不同补偿角度所需施加的操作电压。在实际应用时，可将类似的查找表储存于三维显示装置或观赏眼镜中，在检测得到观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位后，直接以查表的方式得到对应的补偿角度与各液晶层所需被施加的操作电压值。其中各种不同的空间相对方位以及补偿角度与操作电压值的对应关系可以在设计观赏眼镜时进行详细的实际量测而得知。

表1

举例来说，当观赏者头部逆时针倾斜20度时，补偿角度为顺时针旋转20度，亦即朝与头部倾斜的相反方向补偿20度。此时依据表1中的电压值施加2.4V的电压于图2实施例的液晶层202，以确保显示屏幕所发出的图像光束L1可完全地穿透偏光片102。其中此电压值(2.4V)即为将补偿角度的值加上此图像光束的偏振方向所对应的调整角度值后，依据补偿角度与调整角度中的至少其一所得到的将图像光束的偏振方向转换为与偏光片平行或垂直时所需的操作电压值。而在图4中，液晶层402需被施加的电压为2.7V，以使液晶层402将图像光束L1的偏振方向先转换为45度，之后液晶层404所需被施加的电压与图4实施例相同。

另外当观赏者头部左右转动或上仰下俯等动作时，亦会对应到不同的补偿角度。举例来说，当观赏者头部左转45度时，其对应的补偿角度相当于头部逆时针倾斜10度时所需的补偿角度，而观赏者头部上仰25度所对应的补偿角度则相当于头部顺时针倾斜40度时所需的补偿角度。如此利用查表的方式可快速地得到液晶层404所需被施加的操作电压值，以使图像光束L1可完全地穿透偏光片102，不使画面变暗。

上述三维显示装置702中的感应器706在实际上可由摄影机之类的图像感应器来实施，而获得观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的方式可利用感应器706拍摄观赏眼镜704的图像，并经由控制单元710来分析感应器706所拍摄的图像来得到观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。其中控制单元710分析所拍摄的图像的方式，可通过检测观赏眼镜704的轮廓或观赏眼镜704上的预设图案在所拍摄的图像中的位置来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。其中观赏眼镜704上的预设图案可为观赏眼镜704所具有的特定颜色的特定区块。可例如是将观赏眼镜设计成具有多个相同颜色的区块(如多个红点)，亦或者例如是一个长型蓝白相间的区块，使控制单元710可通过检测此些区块的相对位置来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。

在本发明的另一实施例中，上述空间相对方位的判断亦可通过分析感应器706所拍摄的图像中使用观赏眼镜704的观赏者的脸部相对于显示屏幕106的空间相对方位，例如分析观赏者的两耳以及鼻子的相对位置来获得观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。

图8绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。请参照图8，本实施例的三维显示系统800与图7实施例的三维显示系统700的不同之处在于，：本实施例的观赏眼镜704还包括多个位置信号发射器802(在本实施例中为3个，然不以此为限)，其配置于观赏眼镜704上的不同位置，并分别发射位置信号SP1、SP2以及SP 3，其中位置信号SP1、SP2以及SP 3可分别具有不同的信号强度或波长，感应器706可检测位置信号发射器802所发出的位置信号SP1、SP2以及SP3，并依据检测到位置信号SP1、SP2、SP3所得到的信息(例如：位置信号SP1、SP2、SP3的时间差、强度与方向等信息)来判断检测观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。又或者是可将位置信号发射器802设置于观赏眼镜704的左右两侧，使感应器706可检测信号发射器802所发出的位置信号SP1以及SP2，以分析眼镜的位置与倾斜角，进而判断出观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。本领域技术人员应可了解，在不违背本发明的精神下，关于位置信号所提供的相关信息的各式各样变化均是可行的。

图9绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。请参照图9，本实施例的三维显示系统900与图8实施例的三维显示系统800的不同之处在于，本实施例的观赏眼镜704仅包括一位置信号发射器802，且三维显示装置702包括多个感应器706(在本实施例中为3个，然不以此为限)。其中各个感应器706可检测位置信号发射器802所发出的位置信号SP1，并依据各个感应器706检测到位置信号SP1时所得到的信息(例如：位置信号SP1、SP2、SP3的时间差、强度与方向等信息)来判断上述空间相对方位。

图10绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。请参照图10，本实施例的三维显示系统1000与图8实施例的三维显示系统800的不同之处在于：本实施例以多个感应器706(在本实施例中为3个，然不以此为限)代替图8观赏眼镜704中的3个位置信号发射器802，并以一位置信号发射器802代替图8三维显示装置702中的感应器706。其中各个感应器706可检测位置信号发射器802所发出的位置信号SP1、SP2、SP3，并依据各个感应器706检测到位置信号SP1、SP2、SP3时所得到的信息空间相对方位，而控制单元714则可依据空间相对方位决定上述的补偿角度，以依据补偿角度控制偏振转换单元104调整图像光束L1的偏振方向。

图11绘示为本发明另一实施例的三维显示系统的示意图。请参照图11，本实施例的三维显示系统1100与图8实施例的三维显示系统800的不同之处在于，本实施例以一感应器706代替图8观赏眼镜704中的3个位置信号发射器802，并以多个位置信号发射器802代替图8三维显示装置702中的感应器706。其中感应器706可检测位置信号发射器802所发出的位置信号SP1、SP2、SP3，并依据感应器706检测到位置信号SP1、SP2、SP3时所得到的信息来判断空间相对方位，而控制单元714则可依据空间相对方位决定上述的补偿角度，以依据补偿角度控制偏振转换单元104调整图像光束L1的偏振方向。

上述位置信号发射器802可为红外线发射器或红外线二极管，位置信号SP1、SP2以及SP3可为红外线信号，而感应器706则可为红外线接收器或红外光摄影机，但此并非本发明的限制条件。另外上述图8、图9中的感应器706设置于三维显示装置702的内部或外部，位置信号发射器802则设置于观赏眼镜704上，而图10、图11中的位置信号发射器802设置于三维显示装置702的内部或外部，感应器706则设置于观赏眼镜704上

值得注意的是，上述实施例分别举例了多种检测判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的方式，然实际应用上并不限定各个实施例须分别独立实施，亦可配合不同实施例的检测方式来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。例如上述例用检测观赏眼镜704的轮廓或观赏眼镜704上的预设图案来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的实施例，或是利用感应器706来检测观赏眼镜704上位置信号发射器802所发射的位置信号来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的实施例等等，皆可配合图6实施例中的平衡感应器604来进行观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的判断。

另外，上述观赏眼镜704中的感应器706在实际上可以摄影机之类的图像感应器来实施，而获得观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位的方式可利用观赏眼镜704中的感应器706拍摄三维显示装置702的图像，并经由控制单元714来分析感应器706所拍摄的图像来得到观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。其中控制单元714分析所拍摄的图像的方式，可通过检测三维显示装置702的轮廓或三维显示装置702上的预设图案在所拍摄的图像中的位置来判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。

另外，由于当显示屏幕106在显示图像画面时，显示屏幕106的亮度相较于环境周遭的物体要高，因此在部分实施例中亦可在显示屏幕106显示图像画面时，通过检测与显示屏幕106大小相同的亮光区域来检测显示屏幕106的位置，进而判断观赏眼镜704与显示屏幕106的空间相对方位。

综上所述，以上三维显示系统的图像光束调整方法可归纳为如图12所示的图像光束调整方法的步骤。首先，依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向决定调整角度(步骤S1202)。接着，检测观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位(步骤S1204)。例如可使观赏眼镜发射多个位置信号，并使三维显示装置检测此些位置信号，以获得观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位。又或者是，利用三维显示装置拍摄观赏眼镜的图像，并分析图像以检测观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位。另外，亦可利用三维显示装置分析图像以检测使用观赏眼镜的观赏者的脸部相对于显示屏幕的空间相对方位，以获得观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位。

接着，在步骤S1206中，依据空间相对方位决定调整图像光束的偏振方向所需的补偿角度。然后再依据调整角度与补偿角度中的至少其一调整图像光束的偏振方向，以将图像光束的偏振方向转换为和偏光片的偏振轴方向垂直或平行的方向(步骤S1208)。如此便可使观赏眼镜支持具有不同偏振方向的图像光束的三维显示装置，进而节省厂商的生产成本，并避免使用者购买多支不同的眼镜而造成浪费。

综上所述，本发明利用偏振转换单元依据显示屏幕发出的图像光束的偏振方向以及观赏眼镜与显示屏幕的空间相对方位来调整图像光束的偏振方向，可使观赏眼镜适用于各种不同偏振方向的三维显示装置，进而节省厂商的生产成本，并避免使用者购买多支不同的眼镜而造成浪费，另外更可依据使用者的观赏位置以及观赏姿势对图像光束的偏振方向的调整角度进行补偿，以避免立体图像画面出现偏暗的情形。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (29)

1.一种三维显示装置的观赏眼镜，其中该三维显示装置用以在一显示屏幕上显示图像，该观赏眼镜包括：

一眼镜框架；

两个镜片，设置于该眼镜框架上，其中该两个镜片中每一镜片包括：

一偏光片；以及

一偏振转换单元，配置于该显示屏幕与该偏光片之间；以及

一第一控制单元，依据该显示屏幕发出的一图像光束的偏振方向与该偏光片的偏振轴方向输出一控制信号；

其中该偏振转换单元是受控于该控制信号而调整该图像光束的偏振方向，以将该图像光束的偏振方向转换为一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中该第一偏振方向垂直于该偏光片的偏振轴方向，该第二偏振方向平行于该偏光片的偏振轴方向。

2.根据权利要求1所述的观赏眼镜，其中该偏振转换单元包括一液晶层，以及该控制信号包括该液晶层的操作电压。

3.根据权利要求1所述的观赏眼镜，其中该偏振转换单元包括：

一第一液晶层，配置于该显示屏幕与该偏光片之间，受控于该控制信号而依据该图像光束的偏振方向与该第一偏振方向调整该图像光束的偏振方向，以将该图像光束的偏振方向转换为该第一偏振方向；以及

一第二液晶层，配置于该第一液晶层与该偏光片之间，受控于该控制信号而将该图像光束的偏振方向保持在该第一偏振方向或将该图像光束的偏振方向转换为该第二偏振方向；

其中该控制信号包括该第一液晶层与该第二液晶层的操作电压。

4.一种三维显示系统，包括：

一三维显示装置，于一显示屏幕上显示图像；

一观赏眼镜，包括：

一眼镜框架；

两个镜片，设置于该眼镜框架上，其中该两个镜片中每一镜片包括：

一偏光片；以及

一偏振转换单元，配置于该显示屏幕与该偏光片之间；以及

一第一控制单元，依据一调整角度与一补偿角度中的至少其一输出一控制信号，其中该调整角度是依据该显示屏幕发出的一图像光束的偏振方向而决定，该补偿角度是依据该观赏眼镜与该显示屏幕的空间相对方位而决定；

其中该偏振转换单元是受控于该控制信号而调整该图像光束的偏振方向，以将该图像光束的偏振方向转换为一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中该第一偏振方向垂直于该偏光片的偏振轴方向，该第二偏振方向平行于该偏光片的偏振轴方向。

5.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该图像光束的偏振方向依据该三维显示装置的种类而不同。

6.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该观赏眼镜还包括：

一切换开关，该观赏眼镜的使用者依据该三维显示装置的种类来手动切换该开关，以调整该观赏眼镜转换该图像光束的偏振方向的角度，将该图像光束的偏振方向转换为与该偏光片的偏振轴方向平行或垂直。

7.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该三维显示装置还发射一切换信号，而且该观赏眼镜依据该切换信号调整转换该图像光束的偏振方向的角度，将该图像光束的偏振方向转换为与该偏光片的偏振轴方向平行或垂直。

8.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该观赏眼镜还包括：

一平衡感应器，连接该第一控制单元，感应该空间相对方位，该空间相对方位为该观赏眼镜相对于该显示屏幕沿一正交坐标系统的三坐标轴中的至少其一移动及/或旋转时，该观赏眼镜与该显示屏幕的空间相对关系；该第一控制单元依据该平衡感应器所感应到的该空间相对方位判断该补偿角度，并依据该调整角度以及该补偿角度中的至少其一来控制该偏振转换单元调整该图像光束的偏振方向。

9.根据权利要求8所述的三维显示系统，其中该平衡感应器至少包括一重力加速度传感器、一运动传感器以及一电子罗盘其中之一。

10.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该三维显示装置包括：

一感应器，检测该空间相对方位；

一信号发送器，发送对应该补偿角度的一补偿信号至该观赏眼镜；以及

一第二控制单元，连接该感应器以及该信号发送器，依据该感应器所检测到的该空间相对方位判断该补偿角度，并依据该补偿角度控制该信号发送器发送该补偿信号。

11.根据权利要求10所述的三维显示系统，其中该观赏眼镜还包括：

一接收器，接收该补偿信号，该第一控制单元依据该补偿信号取得该补偿角度，并依据该调整角度与该补偿角度中的至少其一控制该偏振转换单元调整该图像光束的偏振方向。

12.根据权利要求10所述的三维显示系统，其中该观赏眼镜还包括：

多个位置信号发射器，各该位置信号发射器发射一位置信号，其中各该位置信号分别具有不同的信号强度或波长，该感应器检测所述位置信号，并依据检测到所述位置信号时的信息来判断该空间相对方位。

13.根据权利要求12所述的三维显示系统，其中该感应器为红外线接收器，所述位置信号发射器为红外线发射器，其中该感应器设置于该三维显示装置的内部或外部，所述位置信号发射器设置于该观赏眼镜上。

14.根据权利要求10所述的三维显示系统，其中该感应器拍摄该观赏眼镜的图像，该第二控制单元分析该图像以获得该空间相对方位。

15.根据权利要求14所述的三维显示系统，其中该第二控制单元通过检测该观赏眼镜的轮廓来分析该图像或者该第二控制单元分析使用该观赏眼镜的观赏者的脸部相对于该显示屏幕的空间相对方位来判断该空间相对方位，以获得该空间相对方位。

16.根据权利要求10所述的三维显示系统，其中该三维显示装置包括多个感应器，而且该观赏眼镜还包括：

一位置信号发射器，发射一位置信号，其中该多个感应器检测该位置信号，并依据各该感应器检测到该位置信号时的信息来判断该空间相对方位。

17.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该三维显示装置包括：

一位置信号发射器，发射一位置信号；

而且该观赏眼镜还包括：

多个感应器，检测该位置信号，并依据各该感应器检测到该位置信号时的信息来判断该空间相对方位，其中该第一控制单元依据该空间相对方位决定该补偿角度。

18.根据权利要求17所述的三维显示系统，其中该多个感应器为红外线接收器，该位置信号发射器为红外线发射器，所述感应器设置于该观赏眼镜上，该位置信号发射器设置于该三维显示装置的内部或外部。

19.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该三维显示装置包括：

多个位置信号发射器，各该位置信号发射器发射一位置信号；

而且该观赏眼镜还包括：

一感应器，检测所述位置信号，并依据检测到所述位置信号时的信息来判断该空间相对方位，其中该第一控制单元依据该空间相对方位决定该补偿角度。

20.根据权利要求4所述的三维显示系统，其中该观赏眼镜还包括：

一感应器，拍摄该三维显示装置的图像，该第一控制单元分析该图像以检测该空间相对方位。

21.根据权利要求20所述的三维显示系统，其中该第一控制单元分析该图像以检测该三维显示装置的轮廓或者检测该显示屏幕的位置，以获得该空间相对方位。

22.一种三维显示系统的图像光束调整方法，其中该三维显示系统包括一三维显示装置以及一观赏眼镜，该三维显示装置包括用以显示图像的一显示屏幕，该观赏眼镜包括两个镜片，且该两个镜片中每一镜片包括一偏光片以及一偏振转换单元，该图像调整方法包括：

依据该显示屏幕发出的一图像光束的偏振方向决定一调整角度；

检测该观赏眼镜与该显示屏幕的空间相对方位；

依据该空间相对方位决定一补偿角度；以及

依据该调整角度与该补偿角度中的至少其一来调整该图像光束的偏振方向，以将该图像光束的偏振方向转换为一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中该第一偏振方向垂直于该偏光片的偏振轴方向，该第二偏振方向平行于该偏光片的偏振轴方向。

23.根据权利要求22所述的图像光束调整方法，其中该图像光束的偏振方向依据该三维显示装置的种类而不同。

24.根据权利要求22所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤包括：

该观赏眼镜与该三维显示装置其中之一发射多个位置信号；以及

该观赏眼镜与该三维显示装置其中的另一检测所述位置信号，并依据检测到所述位置信号时的时间差获得该空间相对方位。

25.根据权利要求22所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤包括：

该观赏眼镜与该三维显示装置其中之一发射一位置信号；以及

该观赏眼镜与该三维显示装置其中的另一使用多个感应器检测该位置信号，并依据所述感应器检测到该位置信号时的信息来判断该空间相对方位。

26.根据权利要求22所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤包括：

该三维显示装置拍摄该观赏眼镜的图像，并分析该图像以检测该空间相对方位。

27.根据权利要求26所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤还包括：

该三维显示装置分析该图像以检测该观赏眼镜的轮廓或者检测使用该观赏眼镜的观赏者的脸部相对于该显示屏幕的空间相对方位，以获得该空间相对方位。

28.根据权利要求22所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤包括：

该观赏眼镜拍摄该三维显示装置的图像，并分析该图像以检测该空间相对方位。

29.根据权利要求28所述的图像光束调整方法，其中检测该空间相对方位的步骤还包括：

该观赏眼镜分析该图像以检测三维显示装置的轮廓或者检测该显示屏幕的位置，以获得该空间相对方位。