CN103207511A - 多视角立体显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多视角立体显示器，包含一投影装置阵列及一对柱状透镜阵列；其中该投影装置阵列包含多个投影机，其中各该投影机包含一光源阵列，该光源阵列由多个光源组成，该多个光源所产生的光线，分别经由该多个投影机，朝向一分割视域区投射；该对柱状透镜阵列设置于该投影装置阵列与该分割视域区之间，使该分割视域区上的每一位置均可获得各该光源所投射的部分该光线。

Description

多视角立体显示器

技术领域

本发明关于一种多视角立体显示器，特别是一种结合时间多任务方法与多投影机方法的多视角立体显示器。

背景技术

依据人眼的视觉特性，当双眼同时观看同一影像时，由于两眼间隔约是65mm，因此双眼看到的影像会稍微不同，而构成立体影像。立体显示技术可分为眼镜式(stereoscopic)及裸眼式(auto-stereoscopic)，其中裸眼式立体显示技术又可依照成像方式，更细分为空间多任务式(spatial multiplex)、多投影机(multiple projectors)及时间多任务式(time-multiplex)。

现有的空间多任务式立体显示技术利用视差光栅来控制光前进的方向，将不同角度的影像投射到空间中不同位置，进而将不同角度的影像分别投影至左右眼，而产生立体的影像；然而，由于影像被分割为左右眼之影像显示区域，使得影像画面的亮度降低，影像的分辨率也随之下降。

为了保有影像的分辨率，多投影机与时间多任务式常利用于一般的立体显示技术。如图1所示，现有的多投影机立体显示系统1是利用多个投影机11排列成一阵列，将影像一对一地投影至不同位置的分割视域区13，而所述分割视域区13亦为使用者的最佳观察位置，藉由左右眼分别看到的不同影像，以达到立体显示的效果。为使得每一个投影机皆能够投影到整个屏幕，需要一定的投影距离，然而，当屏幕增大时所需投影机数目增多，且投影距离也越长，需要的空间也越大，成本也随之升高。

如图2所示，时间多任务式投影装置2是采用一组指向性背光21搭配一个快速反应面板23，依序分别显示左眼影像25及右眼影像27，使观察者的双眼分别看到不同的影像，在影像合成后显示立体影像。由于影像必须要在一个画面周期内处理完左眼影像25及右眼影像27，因此必须提高投影装置的画面更新频率，投影装置内部的光源数目将是设计重点，而由于显示的范围较小，因此通常适用于小型的显示装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多视角立体显示器，结合时间多任务式及多投影机的立体显示方法的特性，本发明的多视角立体显示器所呈现的影像不会被分割至不同视域，而是一次提供至多个视域，使左右眼同时看到不同影像，以达成一种亮度充足且分辨率佳的多视角立体显示器。

本发明的另一目的在于提供一种多视角立体显示器，由多个投影机以堆栈方式排列可减少相较于平行排列时空间的使用，并将每一投影机内置入多个光源，利用时序控制器切换每一光源的开启及关闭时间，使投影机的投影有加乘的效应，以减小空间的使用及花费的成本。

本发明的又一目的在于提供一种多视角立体显示器，由增加投影机的数目，使调节画面更新率的光调节器不需使用到高倍率的光调节器，且更因为投影机数目的增多，使投影的范围变大，更能够增加投影的范围。

为达到上述目的，本发明提供一种多视角立体显示器，包含一投影装置阵列及一对柱状透镜阵列。该投影装置阵列包含多个投影机，其中各该投影机包含一光源阵列，该光源阵列由多个光源组成，该多个光源所产生的光线，分别经由该多个投影机，朝向该对柱状透镜阵列投射，而后光线再经由该对柱状透镜阵列朝向一分割视域区投射；该对柱状透镜阵列设置于该投影装置阵列与该分割视域区之间，使该分割视域区上的每一位置均可获得各该光源所投射的部分该光线。

为让上述目的、技术特征和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合附图进行详细说明。

附图说明

图1为现有技术的多投影机立体显示技术示意图；

图2为现有技术的时间多任务式立体显示装置示意图；

图3为本发明多视角立体显示器的示意图；

图4为柱状透镜阵列的示意图；

图5为本发明多视角立体显示器的局部示意图；

图6为本发明的一较佳实施例堆栈投影机方式示意图；

图7为本发明较佳实施例柱状透镜比例关系示意图；

图8为本发明另一较佳实施例堆栈投影机方式示意图；

图9-12为本发明柱状透镜比例关系示意图；

图13为本发明多视角立体显示器的一种配置示意图。

其中，附图标记说明如下：

1    多投影机立体显示系统

11   投影机

13   分割视域区

2    时间多任务式投影装置

21   指向性背光

23   快速反应面板

25   左眼影像

27   右眼影像

3    多视角立体显示器

30   投影装置阵列

31   投影机

311  光源阵列

311a 光源

313  出瞳孔

313a 宽度

315  间距

317  光机

319  光学组件

33   一对柱状透镜阵列

331  第一柱状透镜阵列

331a 第一光线折射调变区

333  第二柱状透镜阵列

333a 第二光线折射调变区

331b、333b  节距

335  光扩散板

35   分割视域区

4    柱状透镜阵列

41  光线折射调变区

具体实施方式

如图3所示，为本发明的多视角立体显示器3的示意图。如图所示本发明主要包含一投影装置阵列30及一对柱状透镜阵列33。其中投影装置阵列30包含多个投影机31，各投影机包含一光源阵列311，光源阵列由多个光源311a组成，该多个光源311a所产生的光线，分别经由该多个投影机31朝一对柱状透镜阵列33投射，而后光线再由该对柱状透镜阵列33朝向一分割视域区35投射；一对柱状透镜阵列33设置于投影装置阵列30与分割视域区35之间，其目的在于使分割视域区35上的每一位置，均可获得各光源311a所投射的部分光线。

如图3所示，一对柱状透镜阵列33包含一第一柱状透镜阵列331及一第二柱状透镜阵列333，该第一柱状透镜阵列331具有多个第一光线折射调变区331a，朝向投影装置阵列30以接收光线，第二柱状透镜阵列333具有多个第二光线折射调变区333a，朝向并传递光线至分割视域区35。

如图4所示，柱状透镜阵列4的光线折射调变区41由长条状的凸透镜组成，每一光线折射调变区41的折射率沿径向逐渐改变，使柱状透镜具有成像的功能。更由于光线是以不同角度射出，使得在一定的距离及角度内，左眼与右眼会看到不同的影像。柱状透镜阵列可采用外贴光学膜，或制作于面板上。如图3所示，较佳地，一对柱状透镜阵列中更包含一光扩散板335，设置于第一柱状透镜阵列331及第二柱状透镜阵列333之间。

如图5所示，为多视角立体显示器的一投影机的局部示意图。如图所示，投影机31内部包含多个光源311a排列于投影机31内，该多个光源311a并非同时开启，而是由一时序控制器(图未示)，于一时间间隔切换该等光源311a。由于人眼有视觉暂留(Persistence of vision)的特性，观看第一影像时，第一影像成像在视网膜上，经由视神经输入人脑，而感觉到第一影像，当第一影像变换到第二影像瞬间，眼睛所看到的第一影像消失后，视神经对第一影像的印象不会立刻消失，而会保留一段时间。最适合人眼的速度大约是1/48～1/100秒左右，第一影像与第二影像的时间差若超过这个范围，影像就会不连续，产生抽格感。为使影像产生连续的感觉，一般来说每一影像之间的间隔需低于1/60秒。本发明的实施例中，若投影装置阵列的投影机数量为N，且每一投影机中的光源的数量为M，M、N均为大于1的正整数，则时序控制器需控制切换每一影像的时间间隔小于1/(60M)秒。

如图6与图7所示，为本发明的一较佳实施例的投影面主视图。如图所示，投影机31于一水平方向上排列，且投影机31数目为2，各投影机具有一出瞳孔313，为让光源311a能够彼此并列，出瞳孔313可设计为一矩形，出瞳孔313在水平方向上具有一宽度313a，且水平方向上相邻的出瞳孔313之间具有一间距315，间距315为出瞳孔313的宽度313a的2的整数倍。且第一光线折射调变区331a的节距(pitch)331b与第二光线折射调变区333a的节距333b的比例为(1的该整数倍+1)∶1。

如图8所示，为本发明的另一较佳实施例的投影机排列示意图。其中，投影机的数量大于2，而投影机31可于水平方向上排列，并进一步于一垂直方向交错堆栈排列。如图所示，当投影机的数量为3时，排列方式为标示①、②、③的投影机31，当投影机的数量为4时，排列方式为标示①、②、③、④的投影机31，以此类推，当投影机的数量为6时，排列方式则为标示①、②、③、④、⑤、⑥的投影机31。

各投影机31亦具有一出瞳孔313，出瞳孔在水平方向上具有一宽度313a，在水平方向上相邻的出瞳孔313之间具有一间距315，当投影机31数目N大于2时，间距315为出瞳孔313的宽度的13-2N倍。需注意的是，为了避免投影机31相互阻挡光源311a，沿水平方向的投影机31数目不超过3，且全部投影机31数目不大于6，其主要原因是因为当出瞳孔313的宽度为1倍且投影机数目为6时，当代入上述提及的间距315公式，其间距315为1，如图8所示，投影机31的投影方向被完全填满，若高于这个数值，则有可能会造成投影影像互相干扰的现象。投影机31排列数目的次序如图8所示。

如图9-图12所示，为本实施例的柱状透镜阵列节距关系示意图。如图9所示，其中当投影机31的数目N为6时，第一光线折射调变区331a的节距(pitch)331b与第二光线折射调变区333a的节距333b的比例为1∶1。如图10-图12所示，当投影机数目N介于3-5之间，第一光线折射调变区的节距(pitch)与第二光线折射调变区的节距的比例为(6-N)∶1。

在实际的配置上，由于空间有限，投影机31的迭置时可能会彼此互相干扰，故投影机31并不限定并列，只要最后的出瞳孔313依据前述实施例排列即可。以3台投影机31为例，请参阅图13，所示为投影机31摆放的俯视图，光机317可依据空间上的弹性配置，经由光学组件319使光线朝同一方向投射即可。可以想见地，左右的光机317在同一水平高度，而中间的光机317则略高，使得最终的排列如同图8中标示①、②、③的投影机31所示。

综上所述，本发明的多视角立体显示器，通过时间多任务式及多投影机的立体显示方法的特性，可提供具有多视域、亮度充足且分辨率佳等特性的多视角立体显示器，其同时具有减小空间及降低成本的效果。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或等同替代均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求为准。

Claims (16)

1.一种多视角立体显示器，包含：

一对柱状透镜阵列；以及

一投影装置阵列，包含多个投影机，其中各该投影机包含一光源阵列，该光源阵列由多个光源组成，该多个光源所产生的光线，分别经由该多个投影机朝该对柱状透镜阵列投射，而后光线再经由该对柱状透镜阵列朝向一分割视域区投射；

其中，该对柱状透镜阵列设置于该投影装置阵列与该分割视域区之间，使该分割视域区上的每一位置均可获得各该光源所投射的部分该光线。

2.如权利要求1所述的多视角立体显示器，其中该对柱状透镜阵列包含一第一柱状透镜阵列及一第二柱状透镜阵列，该第一柱状透镜阵列具有多个第一光线折射调变区，朝向该投影装置阵列以接收该光线，该第二柱状透镜阵列具有多个第二光线折射调变区，朝向并传递该光线至该分割视域区。

3.如权利要求2所述的多视角立体显示器，还包含一光扩散板，该光扩散板设置在该第一柱状透镜阵列及该第二柱状透镜阵列之间。

4.如权利要求3所述的多视角立体显示器，其中所述投影机的数量为N，各该投影机中的该多个光源的数量为M，其中M、N均为大于1的正整数。

5.如权利要求4所述的多视角立体显示器，还包括一时序控制器，该时序控制器在一时间间隔切换该多个光源。

6.如权利要求5所述的多视角立体显示器，该时间间隔小于1/(60M)秒。

7.如权利要求4所述的多视角立体显示器，其中该多个投影机在一水平方向上排列。

8.如权利要求7所述的多视角立体显示器，其中该多个投影机还在一垂直方向交错堆栈排列。

9.如权利要求7所述的多视角立体显示器，其中沿该水平方向的该多个投影机数目不超过3。

10.如权利要求7所述的多视角立体显示器，其中各该投影机具有一出瞳孔，该出瞳孔在该水平方向上具有一宽度。

11.如权利要求10所述的多视角立体显示器，其中在该水平方向上相邻的该多个出瞳孔之间具有一间距，当N大于2时，该间距为该出瞳孔的该宽度的13-2N倍。

12.如权利要求11所述的多视角立体显示器，其中N不大于6。

13.如权利要求11所述的多视角立体显示器，其中当N小于6，该多个第一光线折射调变区的节距与该多个第二光线折射调变区的节距的比例为(6-N)∶1。

14.如权利要求11所述的多视角立体显示器，其中当N等于6，该多个第一光线折射调变区的节距与该多个第二光线折射调变区的节距的比例为1∶1。

15.如权利要求10所述的多视角立体显示器，其中在该水平方向上相邻的该多个出瞳孔之间具有一间距，当N为2时，该间距为该出瞳孔的该宽度的2的一整数倍。

16.如权利要求15所述的多视角立体显示器，其中该多个第一光线折射调变区的节距与该多个第二光线折射调变区的节距的比例为(1的该整数倍+1)∶1。

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