CN104808430B - 时间多任务多视角投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时间多任务多视角投影装置，包括一投影模块，还包括一第一转向镜头，用以将一第一排光源画面投影至一屏幕上的一第一组视角；以及一第二转向镜头，用以将一第二排光源画面投影至所述屏幕上的一第二组视角。

Description

时间多任务多视角投影装置

技术领域

本发明涉及时间多任务多视角投影技术，特别涉及一种时间多任务多视角投影装置。

背景技术

自动立体显示(autostereoscopy display)，又称裸眼立体显示，为现今显示技术发展的新趋势。透过自动立体显示屏幕，用户仅凭裸眼即可观赏立体影像，摆脱传统3D眼镜的束缚。

公知的自动立体显示技术一般可分为空间多任务(spatial-multiplexed)方式以及时间多任务(time-multiplexed)方式。空间多任务技术主要包括使用视差屏障(parallax barrier)以及使用双凸透镜(lenticular lens)两种方式。然而，这两种空间多任务显示技术皆容易在成像时发生影像错位(misalignment)问题。此外，空间多任务显示技术会随着视角数目的增加而降低影像分辨率。

时间多任务(time multiplex)多视角(multiple view)显示技术可避免前述缺点。此技术是可透过扫描的方式将多个视角的光源画面在不同的时间依序投影至观赏平面上的多个视域。如此一来，观赏者的两眼即可分别接收不同视差的影像，进而产生立体的视觉感受。

然而，公知的时间多任务多视角投影技术一般会采用尺寸大致与两眼间距相同的光阀，因此，当投影机尺寸受限时，其所能产生的视角数量也会受限。此外，公知的时间多任务多视角投影技术往往配置多个投影光源，如此将大量占用投影装置的空间。

为了避免公知技术的种种问题，并进一步提高光源利用效率，本发明提供一种新的时间多任务多视角投影装置。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种时间多任务多视角投影装置。所述投影装置包括：一像素模块，用以依时序产生多个光源画面；以及一投影模块，用以接收所述多个光源画面，并在一光阑上成像出一第一排光源画面及一第二排光源画面，其中所述第一排光源画面与所述第二排光源画面呈上下排列，还包括一第一转向镜头，用以将所述第一排光源画面投影至一屏幕上的一第一组视角；以及一第二转向镜头，用以将所述第二排光源画面投影至所述屏幕上的一第二组视角，其中所述第一组视角与所述第二组视角是左右并列于所述屏幕上，且分别具有多个视角。本发明的投影装置可将光源数量减至最小，并且有提升光源利用率的效果。

可选地，还包括：一光源模块，用以提供多个扫描式光源至所述像素模块，包括：一扫描式光源数组，还包括一第一排光源及一第二排光源，其中所述第一排光源与所述第二排光源是呈上下排列，分别对应至所述第一排光源画面与所述第二排光源画面。

可选地，所述扫描式光源数组是由多个液晶光阀组成。

可选地，所述扫描式光源数组是数字微镜装置，所述数字微镜装置包括多个数字微镜。

可选地，所述光源模块还包括一雷射光源，用以将雷射光投射至所述扫描式光源数组。

可选地，所述光源模块还包括一集光柱，用以合光所述雷射光，其中所述集光柱的入口除所述雷射光进入之处皆以反射镜覆盖。

可选地，所述第一转向镜头及所述第二转向镜头各包括一反射镜及一全内射棱镜。

可选地，所述投影模块包括：一前部投影镜头，位于所述像素模块与所述光阑之间；以及一后部投影镜头，位于所述光阑与所述屏幕之间，还包括所述第一转向镜头及所述第二转向镜头。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是依据本发明最佳实施例的时间多任务多视角投影装置示意图。

图2A为本发明扫描式光源数组在照明光路上的数字微镜装置于入光及出光时的光线角度分布示意图。

图2B为本发明像素模块在成像光路上的数字微镜装置于入光及出光时的光线角度分布示意图。

图3为本发明中的投影镜头模块示意图。

图4A为依据本发明一实施例的时间多任务多视角投影装置中主要结构的立体图。

图4B、图4C及图4D则分别为对应图4A的俯视图、后视图及左视图。

图5为本发明的时间多任务多视角投影装置的投影效果示意图。

附图标记：

102～光源模块；

104～像素模块；

106～投影模块；

122～雷射光源；

124～集光柱；

126～反射镜；

128～扫描式光源数组；

301～空间；

302～数字微镜装置；304～前部投影镜头；

306～光阑；

308～后部投影镜头；

382～屏幕；

402～数字微镜装置；

410～前部投影镜头；

422～第一转向镜头；

424～第二转向镜头；

432～第一组视角；

434～第二组视角；

501～屏幕；

502～第一柱面透镜数组；

503～第一柱面透镜数组；

504～视域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明以下各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以后附的权利要求项为准。

本发明提供一种新的时间多任务多视角(time multiplex multiple view)投影装置，用以解决公知技术光源利用效率不佳的问题。为了方便理解，下文将以最佳实施例详述本发明。值得注意的是，本领域普通技术人员可将本发明的各项特征应用于各种适当的投影系统，不必以下述实施例中所描述的特定投影系统为限。

图1是依据本发明最佳实施例的时间多任务多视角投影装置示意图。在此最佳实施例中，本发明的投影装置包括一光源模块102、一像素模块104以及一投影模块106。其中，所述光源模块102又包括一雷射光源122、一集光柱(integration rod)124以及一扫描式光源数组128。

为了有效利用光源，本发明的光源模块102仅采用单一雷射光源122。由于雷射光具有较小的光展度(etendue)，因此有助于将光线集中在特定的目标区域。如图所示，雷射光源122将雷射光透过集光柱124以及多个光学组件(包括各种棱镜及透镜)投射至所述扫描式光源数组128之上，而所述扫描式光源数组128具有多个光阀，透过各个光阀的开启及关闭即可达到产生多个光源的效果。在一实施例中，本发明集光柱124的入口，除了雷射光所进入的部分外，皆可以反射镜126加以覆盖，用以将反射回来的光源予以回收，进而提升光源利用率。

值得注意的是，本发明也对传统的扫描式光源数组128做出改进。在一实施例中，本发明的扫描式光源数组128是为数字微镜装置(digital micro-mirror device，DMD)，所述数字微镜装置主要是由多个数字微镜所组成。采用数字微镜装置有助于进一步缩小雷射光源122所投射的目标区域(即，扫描式光源数组128)的尺寸。图2B为一般数字微镜装置于入光、出光及关闭状态时的光线角度分布示意图。一般而言，数字微镜装置是配置于像素模块中，例如本文后述的像素模块104中、位于「成像光路」上的数字微镜装置142。在一实施例中，如图2B所示，当像素模块的数字微镜装置转向至负12度角时，会将入射光线(入光)予以反射到关闭的方向分布，而在转向至正12度时，则会将入光反射出去而形成出光，投射至下一个光学组件，最后到达图5中的屏幕501。

图2A为本发明扫描式光源数组128在「照明光路」的数字微镜装置于入光及出光状态时的光线角度分布示意图。由于应用的方式不同，因此图2A与图2B有着不同的角度分布。当光源由负12度进入数字微镜装置时，雷射光源122会被反射，并循原路回收到集光柱124，达到关闭的效果；而当数字微镜装置的微镜角度转向至正12度时，原先由负12度进入的入射光将会被出射至下一个光学组件，到达像素模块104中的数字微镜装置142。

值得注意的是，为了提升光源利用率，本发明会进一步控制入射光线的照射范围。如图2A所示，本发明中扫描式光源数组128的数字微镜装置是排列成多排，包括一第一排光源202及第二排光源204，其中所述第一与第二排光源202及204是呈上下排列。通过此多排的光源数组设计，雷射光源122所投射的范围可更加聚集，避免公知单列式光源因为空间配置不佳所造成的能量浪费。值得注意的是，尽管本文的实施例是以两排光源数组做说明，本领域普通技术人员可了解到，本发明的光源数组中的排列数不必以此为限。此外，在某些实施例中，扫描式光源数组128也仍可采用液晶光阀(LCD slit)或各种适当的装置。

本发明扫描式光源数组128中的各排又分别具有多个扫描式光源，分别依照一时序开启及关闭。由于同一时间仅有单一光源开启，而所有的光源又会依照排列次序分别开启及关闭，因而具有「扫描式」之名。在图2A的实施例中，第一及第二排光源202及204分别具有6个扫描式光源，共计12个扫描式光源。此12个扫描式光源将依照时序分别将光线提供至像素模块104的数字微镜装置142，而本发明的数字微镜装置142则利用所述等扫描式光源而于后述的投影模块106中的一光阑(stop)上产生相对应的12个光源画面(每一画面包括多个像素)。明确地说，数字微镜装置142在光阑上所产生的对应光源画面也可分为排列于上方的第一排光源画面以及排列于下方的第二排光源画面。

像素模块104所产生的各个光源画面将被送至投影模块106，而投影模块106会将所述等光源画面依时序投影至一屏幕上的多个视角，达成时间多任务多视角显示效果。值得注意的是，在此实施例中的12个扫描式光源、12个光源画面及12个视角仅为方便说明，其数目皆可依照设计需求而调整。图1中仅略示本发明的投影模块106，更详细的投影模块请参照图3。图3为本发明的投影镜头模块示意图。投影镜头模块皆可区分为前部投影镜头304以及后部投影镜头308，镜头的光阑306介于前部投影镜头304以及后部投影镜头308之间，而镜头的光阑306和后部投影镜头308之间需有可供光线进行两次转折的空间301。其中，前部投影镜头304可将像素模块302所提供的光源画面成像于光阑306，而后部投影镜头304可将光阑306上的光源画面进一步投影至屏幕382之上。

由于屏幕上成像的多个视角必定并排于同一列上，因此本发明提供一特殊机构以将前述上下排列的光源画面予以重新排列成左右排列的视角。图4A为依据本发明一实施例的时间多任务多视角投影装置中主要结构的立体图。图4B、图4C及图4D图则分别为对应图4A的俯视图、后视图及左视图。如图所示，与公知技术相同的是，本发明投影装置的前部投影镜头会接收来自像素模块402(包括数字微镜装置)所提供的光源画面；而与公知技术不同的是，本发明投影装置的后部投影镜头另包括一第一转向镜头422以及一第二转向镜头424。请参照图4C，本发明的第一转向镜头422可将像素模块402所提供的第一排光源画面(对应至图2A的第一排光源202)进行两次转向：第一次转向是将由图面左方投射至图面右方的光线向上方反射，而第二次转向则将光线导向进入图面的方向。最后，第一转向镜头422会将光线投影至屏幕上而形成第一组视角432。相对似地，本发明的第二转向镜头424也可将像素模块402所提供的第二排光源画面(对应至图2A的第二排光源204)进行两次转向：第一次转向是将由图面左方投射至图面右方的光线向下方反射，而第二次转向则将光线导向进入图面的方向。最后，第二转向镜头424会将光线投影至屏幕上而形成第二组视角434。

请参看图5，第一组视角432和第二组视角434投射至屏幕501上，经屏幕的第一柱面透镜数组502成像成并连的两组光点数组。这两组光点数组再经屏幕的第二柱面透镜数组503成像，并在视域504上形成并连的左半部与右半部的多个视角。前部投影镜头410可以用前部投影镜头304实现。第一转向镜头422与第二转向镜头424可以用后部投影镜头308实现。本领域普通技术人员可了解到本发明的转向镜头422及424可以多种结构实施。举例而言，转向镜头422及424可如图4A所示通常由一反射镜及一全内反射棱镜(total internalreflection prsim，TIR prism)所构成。然而，在其他实施例中，反射镜及棱镜的数目及配置方式皆不必以前述实施例为限。

必须说明的是，为简化说明，前述实施例仅以两排光源及两排光源画面为例，然而本领域普通技术人员也可参照本发明的原理推广至两排以上的光源画面的实施方式。举例而言，透过将多个前述的后部投影镜头(包括两转向镜头)予以串接，即可达到转向多排光源画面的效果。此外，本发明的转向镜头的设计不必限于应用于前述扫描式光源，在某些实施例中，其也可应用于具有单个或多个光源的传统投影系统。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (7)

1.一种时间多任务多视角投影装置，包括：

一像素模块，用以依时序产生多个光源画面；以及

一投影模块，用以接收所述多个光源画面，并在一光阑上成像出一第一排光源画面及一第二排光源画面，其中所述第一排光源画面与所述第二排光源画面呈上下排列，其特征在于，还包括：

一光源模块，用以提供多个扫描式光源至所述像素模块，其包括：

一扫描式光源数组，还包括一第一排光源及一第二排光源，其中所述第一排光源与所述第二排光源是呈上下排列，分别对应至所述第一排光源画面与所述第二排光源画面；

一第一转向镜头，用以将所述第一排光源画面投影至一屏幕上的一第一组视角；以及

一第二转向镜头，用以将所述第二排光源画面投影至所述屏幕上的一第二组视角，

其中所述第一组视角与所述第二组视角是左右并列于所述屏幕上，且分别具有多个视角。

2.根据权利要求1所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述扫描式光源数组是由多个液晶光阀组成。

3.根据权利要求1所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述扫描式光源数组是数字微镜装置，所述数字微镜装置包括多个数字微镜。

4.根据权利要求1所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述光源模块还包括一雷射光源，用以将雷射光投射至所述扫描式光源数组。

5.根据权利要求4所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述光源模块还包括一集光柱，用以合光所述雷射光，其中所述集光柱的入口除所述雷射光进入之处皆以反射镜覆盖。

6.根据权利要求1所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述第一转向镜头及所述第二转向镜头各包括一反射镜及一全内反射棱镜。

7.根据权利要求1所述的时间多任务多视角投影装置，其特征在于，所述投影模块包括：

一前部投影镜头，位于所述像素模块与所述光阑之间；以及

一后部投影镜头，位于所述光阑与所述屏幕之间，还包括所述第一转向镜头及所述第二转向镜头。