CN102809818A

CN102809818A - 浮在空中的虚拟全像显示装置

Info

Publication number: CN102809818A
Application number: CN2011101577898A
Authority: CN
Inventors: 林志雄
Original assignee: TIMES OPTO-ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIMES OPTO-ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; Kao Corp
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-12-05

Abstract

本发明是一种浮在空中的虚拟全像显示装置，包括一扫描机构、一光学绕射元件及其重建光源所组成；当该重建光源射出的光线穿透该光学绕射元件，且被该光学绕射元件绕射后，在该光学绕射元件的前方显示一个全像光点；该全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一浮在空中的虚拟全像；通过控制重建光源射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的虚拟全像显示可变化的虚拟影像。

Description

浮在空中的虚拟全像显示装置

技术领域

本发明是有关显示装置，尤其是有关可作为屏幕用的浮在空中的显示装置。

背景技术

中国台湾公开专利第200951771号，揭示一种虚拟触控屏幕的装置，包含一屏幕、一光学机构、及一侦测模块；光学机构设有至少一光学透镜，利用光学成像原理，将屏幕的画面经由光学机构于空间呈现一对应的虚拟屏幕影像；侦测模块用以侦测使用者是否接触虚拟屏幕影像，及侦测分析接触虚拟屏幕的位置，并转换成对应于接触屏幕的位置及信号指令，使用者得以触控的模式来操作显示于虚拟屏幕上的数字内容，达到不直接接触而实质操作屏幕的功能。上述中国台湾公开专利仍需利用一般的屏幕来提供虚拟屏幕所需的影像，并不能省略传统的屏幕而节省费用。

如图1所示，市面上有一种透明的光学绕射元件(Diffractive opticalelements，DOE)1，是利用一光源照射一物体及感光基材，然后在基材形成对应于该光源及物体反射光线的干涉(Interference)条纹而被制成。当以重建光源2(当时制作DOE 1时所用的光源)由DOE 1的一面照射DOE 1时，即可在DOE 1的另一面的外部适当距离的位置显示一对应于该物体，且浮在空中的虚拟全像3。但目前无法利用DOE 1显示一浮在空中动态的全像。

如图2所示，市面上有一种利用微机电系统(Micro ElectroMechanical System，MEMS)41结合微扫描镜(Micro scanning mirror，MSM)42制成的MEMS(微机电系统)扫描机构4。当将一光源43射出对应于一固定或动态影像的光线投射于MSM 42时，经由MSM 42由左至右，由上至下扫描投射至一投影面40上，即可显示对应影像。但目前的MSM投影机无法投射一浮在空中动态的全像。

发明内容

为了进一步改良现有的浮在空中的显示装置，能具有显示动态浮在空中的虚拟全像功能，而本发明的目的是提出浮在空中的虚拟全像显示装置。

为实现上述目的，本发明提供一种浮在空中的虚拟全像显示装置，包括：一光学绕射元件；至少一个重建光源，是该光学绕射元件的重建光源；一扫描机构；其中当该重建光源射出的光线穿透该光学绕射元件，且被该光学绕射元件绕射后，在该光学绕射元件的前方显示一个全像光点；该全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一浮在空中的虚拟全像。

其中，该扫描机构设有一第一马达、一第一轴、一第一架体、一第二马达、一第二轴及一第二架体；该第一架体分别结合该第一轴及该第二马达；该第二轴结合该第二架体；当该第一马达带动该第一轴旋转时，使该第一架体以该第一轴为旋转轴由左至右返覆扫描；当该第二马达带动该第二轴旋转时，使该第二架体以该第二轴为旋转轴由上至下返覆扫描；该重建光源、该光学绕射元件及该影像信号处理单元分别结合该第二架体。

其中，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线分别射至该光学绕射元件，而在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

其中，该扫描机构设有一扫描镜；该重建光源射出的光线先射至该扫描镜，再被该扫描镜反射至该光学绕射元件。

其中，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线，被该扫描镜反射至该光学绕射元件，而在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描镜扫描变更后，在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

其中，该扫描机构设有一扫描单元；该重建光源贴合该扫描单元而随该扫描单元变更位置，使射到该光学绕射元件的光线进行扫描。

其中，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线穿透该光学绕射元件，且被该光学绕射元件绕射后，在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个重建光源分别贴合该扫描单元而随该扫描单元变更位置，使射到该光学绕射元件的光线进行扫描，而在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

其中，进一步包括一影像信号处理单元；该重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该重建光源射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的虚拟全像显示一可变化的虚拟影像。

其中，进一步包括一影像信号处理单元；该多个重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该多个重建光源射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的立体虚拟全像显示一可变化的立体虚拟影像。

其中，该重建光源是一多波长重建光源；该多波长重建光源以多种波长分别射出光线，使该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一立体虚拟全像。

其中，进一步包括一影像信号处理单元；该重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该重建光源射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的虚拟全像显示一可变化的虚拟影像；该扫描机构是微机电系统扫描机构；该重建光源是发光二极管或激光其中之一；该光学绕射元件是产生绕射纹路的液晶显示器或有机电激光显示器其中之一。

其中，进一步包括一影像信号处理单元；该多个重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该多个重建光源射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的立体虚拟全像显示一可变化的立体虚拟影像；该扫描机构是微机电系统扫描机构；该重建光源是发光二极管或激光其中之一；该光学绕射元件是产生绕射纹路的液晶显示器或有机电激光显示器其中之一。

本发明的技术效果：

本发明的主要目的，在提供一种浮在空中的虚拟全像显示装置，包括一扫描机构、DOE及其重建光源所组成，利用重建光源射出对应于一影像的光线；该光线穿透DOE且被DOE绕射而在DOE的前方显示一全像光点；该全像光点的位置被扫描机构描变更后，显示一对应于该影像且浮在空中的虚拟全像，如一浮在空中动态的屏幕。

本发明的另一目的，在提供一种浮在空中的虚拟全像显示装置，利用一DOE及对应的多个重建光源，多个重建光源射出的光线穿透DOE，且被DOE绕射而在DOE的前方显示多个全像光点；该多个全像光点的位置被扫描机构描变更后，显示一浮在空中的立体虚拟全像。

附图说明

图1为利用已知的DOE显示一浮在空中的虚拟全像的示意图。

图2为利用已知的MSM投影机投射一影像的示意图。

图3为本发明第一实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置的示意图。

图4为本发明第二实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置的示意图。

图5为本发明第三实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置的示意图。

图6为本发明第四实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置的示意图。

图7为本发明第五实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置的示意图。

主要元件符号说明

1、52、62、72、82、92 DOE

2、51、61、71、711、712、713、714、81、911、912、913、914重建光源

3、50、60、70、80、90浮在空中的虚拟全像

4 MEMS扫描机构

40投影面

41微机电系统

42微扫描镜

43光源

5、6、7、8、9浮在空中的虚拟全像显示装置

501、601、701、702、703、704、801、901、902、903、904全像光点

511、611、811光线

53、63、73、83、93扫描机构

531第一马达

532、632第一轴

533第一架体

534第二马达

535、633第二轴

536第二架体

54、64、74、84、94影像信号处理单元

631、731扫描镜

831、931扫描单元

71、91多波长重建光源

具体实施方式

本发明的其它目的、功效，请参阅图式及实施例，详细说明如下。

如图3所示，本发明第一实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置5，包括一重建光源51、一DOE 52、一扫描机构53及一影像信号处理单元54所组成。重建光源51电气连接影像信号处理单元54。扫描机构53设有一第一马达531、一第一轴(X轴)532、一第一架体533、一第二马达534、一第二轴(Y轴)535及一第二架体536，是一般现有结构；第一架体533分别结合第一轴532及第二马达534；第二轴535结合第二架体536；第一马达531可带动第一轴532旋转，使第一架体533以第一轴532为旋转轴由左至右返覆扫描；第二马达534可带动第二轴535旋转，使第二架体536以第二轴535为旋转轴由上至下返覆扫描。本实施例的重建光源51、DOE 52及影像信号处理单元54分别结合扫描机构53的第二架体536。扫描机构53的扫描方式可先以第一轴532为旋转轴由左至右扫描，然后再以第二轴535为旋转轴由下至上旋转一小角度后，再以第一轴532为旋转轴由右至左扫描，重复上述反复由左至右，由上至下的扫描作业。当重建光源51射出光线511；该光线511穿透DOE 52且被DOE 52绕射而在DOE 52的前方显示一全像光点501；该全像光点501的位置被扫描机构53扫描(每秒超过24次对虚拟全像50的全画面进行扫描)变更后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言在DOE 52的前方显示一浮在空中的虚拟全像50。通过影像信号处理单元54控制重建光源51射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的虚拟全像50显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。

如图4所示，本发明第二实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置6，包括一重建光源61、一DOE 62、一扫描机构63及一影像信号处理单元64所组成；重建光源61电气连接影像信号处理单元64；扫描机构63设有一扫描镜631；扫描镜631的扫描方式可为光以第一轴(X轴)632为旋转轴由左至右返覆扫描，然后再以第二轴(Y轴)633为旋转轴由下至上旋转一小角度后，再重复上述由左至右，由上至下的扫描作业。当重建光源61射出光线611，该光线611穿透DOE 62且被DOE 62绕射而在DOE 62的前方显示一全像光点601；该全像光点601的位置被扫描机构63扫描变更后，显示一浮在空中的虚拟全像60。本实施例是使重建光源61射出的光线611先射至扫描镜631，再被扫描镜631反射至DOE 62；利用扫描镜631扫描变更光线611射至DOE 62的位置而扫描变更全像光点601的位置；全像光点601的位置被扫描镜631扫描(每秒超过24次对虚拟全像60的全画面进行扫描)变更后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言在DOE 62的前方显示一浮在空中的虚拟全像60。通过影像信号处理单元64控制重建光源61射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的虚拟全像60显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。

如图5所示，本发明第三实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置7，包括多个重建光源711、712、713、714、一DOE 72、一扫描机构73及一影像信号处理单元74所组成；多个重建光源711、712、713、714分别电气连接影像信号处理单元74；扫描机构73设有一扫描镜731。本实施例与实施例二的结构及作用大致相同；但本实施例的DOE 72配合多个重建光源711、712、713、714。当多个重建光源711、712、713、714射出的光线穿透DOE 72，且被DOE 72绕射后，在DOE 72的前方显示多个呈线状排列的全像光点701、702、703、704，多个呈线状排列的全像光点701、702、703、704的位置被扫描机构73扫描变更后，就人体的视觉而言，在DOE 72的前方显示一浮在空中的立体虚拟全像70。本实施例是使多个重建光源711、712、713、714射出的光线，先射至扫描镜731，再被扫描镜731分别反射至DOE 72，利用扫描镜731扫描变更光线射至DOE 72的位置而扫描变更全像光点701、702、703、704的位置。通过影像信号处理单元74控制多个重建光源711、712、713、714射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的立体虚拟全像70显示可变化的立体虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。本实施例也可用一个多波长重建光源71取代多个重建光源711、712、713、714；多波长重建光源71电气连接影像信号处理单元74。当多波长重建光源71以四种波长分别射出光线时，相当于以四个重建光源711、712、713、714分别射出光线穿透DOE 72，且被DOE 72绕射后，在DOE 72的前方显示多个呈线状排列的全像光点701、702、703、704的作用。

如图6所示，本发明第四实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置8，包括一重建光源81、一DOE 82、一扫描机构83及一影像信号处理单元84所组成；重建光源81电气连接影像信号处理单元84；扫描机构83设有一扫描单元831。本实施例与实施例二的结构及作用大致相同；但本实施例的重建光源81贴合扫描单元831，可随扫描单元831变更位置使射到DOE 82的光线811进行扫描。当重建光源81射出的光线811穿透DOE 82，且被DOE 82绕射后，在DOE 82的前方显示一个全像光点801，全像光点801的位置被扫描机构83扫描变更后，就人体的视觉而言，在DOE 82的前方显示一浮在空中的虚拟全像80。本实施例是使重建光源81射出的光线811被扫描单元831如上述图4中的扫描镜631的扫描方式扫描，而变更光线811射至DOE 82的位置而扫描变更全像光点801的位置。通过影像信号处理单元84控制重建光源81射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的虚拟全像80显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。

如图7所示，本发明第五实施例的浮在空中的虚拟全像显示装置9，包括一重建光源91、一DOE 92、一扫描机构93及一影像信号处理单元94所组成；重建光源91电气连接影像信号处理单元94；扫描机构93设有一扫描单元931；多个重建光源911、912、913、914分别贴合扫描单元931，可随扫描单元931变更位置使射到DOE 92的光线进行扫描。本实施例与实施例四的结构及作用大致相同；但本实施例的DOE 92配合多个重建光源911、912、913、914。当多个重建光源911、912、913、914射出的光线穿透DOE 92，且被DOE 92绕射后，在DOE 92的前方显示多个呈线状排列的全像光点901、902、903、904，多个呈线状排列的全像光点901、902、903、904的位置被扫描机构93扫描变更后，就人体的视觉而言，在DOE 92的前方显示一浮在空中的立体虚拟全像90。本实施例是使多个重建光源911、912、913、914射出的光线被扫描单元931如上述图4中的扫描镜631的扫描方式扫描，变更光线射至DOE92的位置，而扫描变更全像光点901、902、903、904的位置。通过影像信号处理单元94控制重建光源91射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的立体虚拟全像90显示可变化的立体虚拟影像。本实施例也可用一个多波长重建光源91取代多个重建光源911、912、913、914；多波长重建光源91电气连接影像信号处理单元94。当多波长重建光源91以四种波长分别射出光线时，相当于以四个重建光源911、912、913、914分别射出光线穿透DOE 92，且被DOE 92绕射后，在DOE 92的前方显示多个呈线状排列的全像光点901、902、903、904的作用。

本发明上述第一实施例若设有与DOE相配合的多个重建光源或多波长重建光源，即可显示浮在空中的虚拟立体全像，且通过影像信号处理单元控制多个重建光源射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使浮在空中的立体虚拟全像显示可变化的立体虚拟影像。

本发明上述实施例中二至五的扫描机构可为一般现有的MEMS(微机电系统)扫描机构。

本发明上述各实施例中的重建光源可以是发光二极管(Light-emitting diode，LED)或激光(Laser)；DOE可以是其它可以产生绕射纹路的液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)或有机电激光显示器(Organic Electroluminesence Display，OELD)。

本发明浮在空中的虚拟全像显示装置，进一步改良现有的浮在空中的显示装置，具有显示动态浮在空中的虚拟全像功能；利用重建光源射出对应于一影像的光线；该光线穿透DOE且被DOE绕射而在DOE的前方显示一全像光点；该全像光点的位置被扫描机构描变更后，显示一对应于该影像且浮在空中的虚拟全像，如一浮在空中动态的屏幕；且利用一DOE及对应的多个重建光源，多个重建光源射出的光线穿透DOE，被DOE绕射而在DOE的前方显示多个全像光点；该多个全像光点的位置被扫描机构描变更后，显示一浮在空中的立体虚拟全像。

以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本发明所为之修饰、变化，皆属本发明所主张的专利范围。

Claims

1.一种浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，包括：

一光学绕射元件；

至少一个重建光源，是该光学绕射元件的重建光源；

一扫描机构；

其中当该重建光源射出的光线穿透该光学绕射元件，且被该光学绕射元件绕射后，在该光学绕射元件的前方显示一个全像光点；该全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一浮在空中的虚拟全像。

2.如权利要求1所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，该扫描机构设有一第一马达、一第一轴、一第一架体、一第二马达、一第二轴及一第二架体；该第一架体分别结合该第一轴及该第二马达；该第二轴结合该第二架体；当该第一马达带动该第一轴旋转时，使该第一架体以该第一轴为旋转轴由左至右返覆扫描；当该第二马达带动该第二轴旋转时，使该第二架体以该第二轴为旋转轴由上至下返覆扫描；该重建光源、该光学绕射元件及该影像信号处理单元分别结合该第二架体。

3.如权利要求2所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线分别射至该光学绕射元件，而在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

4.如权利要求1所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，该扫描机构设有一扫描镜；该重建光源射出的光线先射至该扫描镜，再被该扫描镜反射至该光学绕射元件。

5.如权利要求4所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线，被该扫描镜反射至该光学绕射元件，而在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描镜扫描变更后，在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

6.如权利要求1所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，该扫描机构设有一扫描单元；该重建光源贴合该扫描单元而随该扫描单元变更位置，使射到该光学绕射元件的光线进行扫描。

7.如权利要求6所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，包括多个重建光源；该多个重建光源分别射出的光线穿透该光学绕射元件，且被该光学绕射元件绕射后，在该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个重建光源分别贴合该扫描单元而随该扫描单元变更位置，使射到该光学绕射元件的光线进行扫描，而在该光学绕射元件的前方显示一立体虚拟全像。

8.如权利要求1、2、4或6所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，进一步包括一影像信号处理单元；该重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该重建光源射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的虚拟全像显示一可变化的虚拟影像。

9.如权利要求3、5或7所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，进一步包括一影像信号处理单元；该多个重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该多个重建光源射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的立体虚拟全像显示一可变化的立体虚拟影像。

10.如权利要求8所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，该重建光源是一多波长重建光源；该多波长重建光源以多种波长分别射出光线，使该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一立体虚拟全像。

11.如权利要求1、4或6所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，进一步包括一影像信号处理单元；该重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该重建光源射出对应于一影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的虚拟全像显示一可变化的虚拟影像；该扫描机构是微机电系统扫描机构；该重建光源是发光二极管或激光其中之一；该光学绕射元件是产生绕射纹路的液晶显示器或有机电激光显示器其中之一。

12.如权利要求5或7所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，进一步包括一影像信号处理单元；该多个重建光源电气连接该影像信号处理单元；通过该影像信号处理单元控制该多个重建光源射出对应于一立体影像的明、暗及不同色彩的光线，使该浮在空中的立体虚拟全像显示一能变化的立体虚拟影像；该扫描机构是微机电系统扫描机构；该重建光源是发光二极管或激光其中之一；该光学绕射元件是产生绕射纹路的液晶显示器或有机电激光显示器其中之一。

13.如权利要求11所述的浮在空中的虚拟全像显示装置，其特征在于，该重建光源是一多波长重建光源；该多波长重建光源以多种波长分别射出光线，使该光学绕射元件的前方显示多个呈线状排列的全像光点；该多个呈线状排列的全像光点的位置被该扫描机构扫描变更后，显示一立体虚拟全像。