CN103901712B - 虚像显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚像显示系统，包含：一投影机、一光传递结构、一反射镜及一光栅阵列。投影机具有一本体及一投影镜头，本体连接投影镜头，且本体通过投影镜头来输出一光束；光传递结构与投影镜头相面对，且设置于投影镜头下；反射镜与光传递结构相倾斜，且设置于光传递结构上；光栅阵列与反射镜相倾斜，且设置于反射镜前；投影镜头还设置于反射镜及光栅阵列间。藉此，虚像显示系统的各元件可较为紧密地配置。

Description

虚像显示系统

技术领域

本发明有关一种显示系统，且特别有关于一种虚像显示系统。

背景技术

立体显示近年来被热门地研究，而其主要原理为：一显示装置分别馈送左右眼不同的物体观看角度的影像至观察者的左右眼，根据人眼的视觉特性，于双眼分别观视相同影像内容但具有不同视差（parallax）的二影像时，观测者会感觉所视影像具有深度，故感受到该影像为立体。

实现上述的立体显示的原理的技术有许多种，而其中有一种技术称为“时间多工自动立体显示系统”。

请参阅图9所示，该“时间多工自动立体显示系统”是由剑桥大学(Cambridgeuniversity)的Adrian Travis教授所发明，该显示系统9具有一阴极射线管显示器(CRT)91、二透镜92及一光栅阵列(shutter or slit array)93。

CRT91可投射出一光束(影像)，然后该光束经由透镜92传递而照射于光栅阵列93上。光栅阵列93具有多个光栅(slit)931，多个光栅931可轮流地开启，而非同时地开启。更详细地说，在一特定时序上，多个光栅931之中只有一个光栅931A会开启，而其余光栅931B会关闭。

光束虽然照射于光栅阵列93的全部光栅931上，但只有一小部分的光束可通过唯一开启的光栅931A，而其余部分的光束会被关闭的光栅931B档住。CRT91会依据开启的光栅931A的位置不同，而调整其每一像素所投射出的光束的强度(即CRT91会调整所显示的影像)。因此当多个光栅93轮流地开启时，CRT91的每一像素会有不同强度及不同方向的光线从光栅阵列93处射出。

通过发射出不同强度及不同方向的光线，显示系统9可模拟出一物体在空间中所散发出的光，以构成该物体的虚拟影像(virtual image)，供位于光栅阵列93前方的观察者94观看。因此，该时间多工自动立体显示系统又可称为“虚像显示系统”。

该虚像显示系统可应用于医疗上，让医护人员通过该显示系统来观察患者的器官的立体影像。该虚像显示系统也可应用于视频通话上，让通话者们可看到彼此的立体影像。

然而，该现有的虚像显示系统的体积庞大、占据大量的空间，使得其放置位置受限，且难以直接放置于桌面上。另外，该现有的虚像显示系统若要提供较大尺寸的显示画面时，虚像显示系统的体积会大幅增加，因此现有的虚像显示系统仅提供较小尺寸的显示画面。

有鉴于此，提供一种可改善至少一种上述缺失的虚像显示系统，乃为此业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的其中一目的在于提供一种虚像显示系统，其能使元件的配置较为紧密。本发明的又一目的在于提供又一种虚像显示系统，其可提供较大的显示画面。

为达上述目的，本发明所揭露的虚像显示系统，包含：一投影机，具有一本体及一投影镜头，该本体连接该投影镜头，且该本体用以通过该投影镜头来输出一光束；一光传递结构，与该投影镜头相面对，且设置于该投影镜头之下；一反射镜，与该光传递结构相倾斜，且设置于该光传递结构之上；以及一光栅阵列(slit array)，与该反射镜相倾斜，且设置于该反射镜之前，该光栅阵列具有多个光栅(slit)；其中，该投影镜头设置于该反射镜及该光栅阵列之间的一间隔中。

为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。

本发明的虚像显示系统将各元件(即投影机、光传递结构、反射镜及光栅阵列)较为紧密地配置，使得虚像显示系统的整体体积可缩减。并且，在这样的元件配置下，“从投影镜头传递至光传递结构”的光束路径，与“从光传递结构传递至光栅阵列”的光束路径，会在同个空间(即光传递结构、反射镜及光栅阵列所围成的空间)中，以减少光束传递的使用空间。

附图说明

图1A为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的一立体示意图(有光束时)。

图1B为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的另一立体示意图(无光束时)。

图2为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的一平面示意图(侧视图)。

图3为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的另一平面示意图(前视图)。

图4为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的投影镜头与光传递结构的平面示意图(前视图)。

图5A为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的一光路示意图。

图5B为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的另一光路示意图。

图6为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的另一立体示意图。

图7为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的一使用状态示意图。

图8为依据本发明的第二较佳实施例的虚像显示系统的一平面示意图(侧视图)。

图9为现有的虚像显示系统的一示意图。

其中，附图标记说明如下：

本发明

1、2 虚像显示系统

10 投影机

11 本体

12 投影镜头

121 光轴

13 光束

20 光传递结构

21 菲涅耳透镜

211 光轴

22 扩散板

30 反射镜

40 光栅阵列

41 光栅

50 壳体

X 第一方向

Y 第二方向

Z 第三方向

现有

9 显示系统

91 阴极射线管显示器(CRT)

92 透镜

93 光栅阵列

931、931A、931B 光栅

具体实施方式

请参阅图1A及图1B，分别为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的二立体示意图；并请一并参阅图2及图3，分别为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的二平面示意图。

于本发明的第一实施例中，一虚像显示系统1被提出，该虚像显示系统1设置于一空间中，而该空间具有相互垂直的一第一方向X、一第二方向Y及一第三方向Z。该第一方向X及第二方向Y可为水平方向，而该第三方向Z可为垂直方向。

该虚像显示系统1包含：一投影机10、一光传递结构20、一反射器30及一光栅阵列40，所述多个元件的技术内容将依序说明如后。

投影机10具有一本体11及一投影镜头12，而该本体11与该投影镜头12相连接。该本体11为投影机10的主要部分，包含例如光源及成像装置(例如DMD)等主要元件。该本体11可产生一光束(即影像)13至投影镜头12，然后投影镜头12再将光束13输出；换言之，本体11可通过投影镜头12来输出光束13。

于本实施例中，投影镜头12可为一广角镜头，以使光束13输出时能有较大的扩散角，进而使光束13能照射至光传递结构20的每一处。然而，若是光传递结构20的面积较小时，则投影镜头12可不需为广角镜头。

于本实施例中，本体11为水平设置(即沿着第一方向X设置)，而为了使本体11产生的光束13可朝下输出，投影镜头12将会实施成一L型投影镜头(L-shaped projectionlens)等可让光束13转向的镜头。若是本体11为垂直设置时(即沿着第三方向Z设置，图未示)，则投影镜头12可不需实施成L型投影镜头。

光传递结构20与投影镜头12相面对，且设置于投影镜头12的下方，以能被投影镜头12输出的光束13照射。当光束13照射于光传递结构20时，光束13会被光传递结构20传递至反射镜30上。

请配合参阅图4，为依据本发明第一较佳实施例的虚像显示系统其投影镜头与光传递结构的平面示意图(前视图)。光传递结构20可由透镜、扩散板、反射镜等元件来实施出，而本实施例的光传递结构20是实施成具有一菲涅耳透镜（Fresnel lens）21及一扩散板（diffuser）22，而菲涅耳透镜21位于扩散板22之上。

当光束13照射于光传递结构20时，光束13会先被菲涅耳透镜21汇聚至扩散板22，然后在扩散板22中扩散；扩散板22本身可为一具有微小结构的扩散反射层(图未示)或扩散板22下方设有一反射镜(图未示)，以将扩散后的光束13反射回菲涅耳透镜21；接着，光束13会被菲涅耳透镜21传递至反射镜30上。

请复参阅图1A至图3，反射镜30与光传递结构20相倾斜，且反射镜30设置于光传递结构20的上方，以及可设置于投影镜头12的后方。反射镜30可将从光传递结构20来的光束13反射至光栅阵列40。

需说明的是，反射镜30的形状仅需符合光束13的照射范围，即可达到让光束13反射的目的。于本实施例中，从光传递结构20来的光束13照射于反射镜30时，光束13的照射范围大致为梯型(如图3所示)，因此本实施例的反射镜30较佳地实施成一梯型反射镜。

光栅阵列40与该反射镜30相倾斜，且光栅阵列40可设置于反射镜30之前。于第一方向X上，光栅阵列40与反射镜30之间具有一间隔，而投影镜头12设置于反射镜12及光栅阵列40之间的该间隔中。整体而言，光栅阵列40、投影镜头12及反射镜30沿着第一方向X依序地排列。

该光栅阵列40具有多个光栅41(如图1B所示)，本实施例中，光栅41的数目为一百个。多个光栅41的每一个皆可被施加电能而开启，以让从反射镜30来的光束13的不同部份通过。此外，多个光栅41并非同时地开启，而是依序地开启；换言之，一百个多个光栅41中，一次仅有一个光栅41被开启，而其他光栅41为关闭。如此，一个时间点上，仅会有一小部分的光束13从开启的光栅41通过而被观赏者观看到。当多个光栅41依序开启完一轮后，一虚拟影像即可产生。

光栅阵列40较佳地可为一液晶面板，而多个光栅41各为液晶面板的其中一排液晶。当其中一排液晶被施以电能时，即可让光线通过，从而实现出光栅41的功能。

请参阅图5A，为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的一光路示意图。将光栅阵列40、投影镜头12及光栅阵列40之间的光束传递情况“展开”至第一方向X及第三方向Z构成的一平面时，即为图5A所示。

从图5A所示可知，于第一方向上，菲涅耳透镜21的一光轴211并非位于形状的中心处，且菲涅耳透镜21的光轴211与投影透影12的一光轴121为相偏移。如此，于第一方向X上，当投影透镜12从偏移菲涅耳透镜21的形状中心处输出光束13至菲涅耳透镜21时，菲涅耳透镜21(光传递结构20)仍可使光束13传递至光栅阵列40。

请参阅图5B，为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的另一光路示意图。将光栅阵列40、投影镜头12及光栅阵列40之间的光束传递情况“展开”至第二方向Y及第三方向Z构成的一平面时，即为图5B所示。

从图5B所示可知，于第二方向Y上，菲涅耳透镜21的光轴211可位于形状的中心处，且菲涅耳透镜21的光轴211与投影透影12的一光轴121可相迭合。如此，于第二方向Y上，投影透镜12所输出的光束13可被菲涅耳透镜21(光传递结构20)传递至光栅阵列40。

请参阅图6所示，为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的又一立体示意图。本实施例的虚像显示系统1还可包含一壳体50，该壳体50可将投影机10、光传递结构20及反射镜30部分或全部包覆。

综合上述，本实施例的虚像显示系统1将各元件(即投影机10、光传递结构20、反射镜30及光栅阵列40)较为紧密地配置，使得虚像显示系统1的整体体积可缩减。并且，在这样的元件配置下，“从投影镜头12传递至光传递结构20”的光束路径，与“从光传递结构20传递至光栅阵列40”的光束路径，会在同个空间(即光传递结构20、反射镜30及光栅阵列40所围成的空间)中，以减少光束13传递的使用空间。

请参阅图7所示，为依据本发明的第一较佳实施例的虚像显示系统的使用状态示意图。由于虚像显示系统1的体积较现有者小，因此虚像显示系统1的放置场所较不受限，也可轻易地放置于桌面上。

请参阅图8所示，为依据本发明的第二较佳实施例的虚像显示系统的平面示意图。于第二实施例，另一虚像显示系统2被提出。该虚像显示系统2与虚像显示系统1大致相同，而差异处在于：虚像显示系统2的投影机10的本体11如同反射镜30般，相对于光传递结构20为倾斜，且本体11与反射镜30的倾斜角度可为相同。投影机10的本体11倾斜设置后，虚像显示系统2的整体体积可更为缩减。虚像显示系统2的其余技术特征及功效与虚像显示系统1相同或相似，因此将不再次描述。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，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均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (6)

1.一种虚像显示系统，包含：

一投影机，具有一本体及一投影镜头，该本体连接该投影镜头，且该本体用以通过该投影镜头来输出一光束；

一光传递结构，与该投影镜头相面对，且设置于该投影镜头之下；

一反射镜，与该光传递结构相倾斜，且设置于该光传递结构之上；以及

一光栅阵列，与该反射镜相倾斜，且设置于该反射镜之前，该光栅阵列具有多个光栅；

其中，该投影镜头设置于该反射镜及该光栅阵列之间的一间隔中；

所述光传递结构具有一菲涅耳透镜及一扩散板，该菲涅耳透镜位于该扩散板之上，其中该菲涅耳透镜的一光轴与该投影镜头的一光轴于一第一方向上相互偏移；该菲涅耳透镜的该光轴与该投影镜头的该光轴于一第二方向上相互迭合；该第一方向与该第二方向为相垂直正交，而该光栅阵列、该投影镜头及该反射镜沿着该第一方向依序排列。

2.如权利要求1所述的虚像显示系统，其中该投影机的该本体相对于该光传递结构倾斜。

3.如权利要求1所述的虚像显示系统，其中该光栅阵列为一液晶面板，而所述多个光栅各为一排液晶。

4.如权利要求1所述的虚像显示系统，其中该反射镜为一梯型反射镜。

5.如权利要求1所述的虚像显示系统，其中该投影镜头为一L型投影镜头。

6.如权利要求1所述的虚像显示系统，还包含一壳体，该壳体包覆该投影机、该光传递结构及该反射镜。