CN104950464B - 立体显示装置 - Google Patents

Abstract

立体显示装置包含投影机、角度放大模块、屏幕与偏振选择器。投影机提供具第一偏振态的光源影像单元。角度放大模块包含光偏折板、波长延迟片与偏振片。光偏折板具有交替排列的第一光偏折区与第二光偏折区。第一光偏折区与第二光偏折区分别将光源影像单元偏转至第一方向与第二方向，第一方向不同于第二方向。波长延迟片具有对齐于第一光偏折区的穿透区与对齐于第二光偏折区的波长延迟区。穿透区允许光源影像单元穿透并维持第一偏振态，且波长延迟区将光源影像单元的第一偏振态转变为第二偏振态。偏振选择器置于投影机与角度放大模块之间。

Description

立体显示装置

技术领域

本发明涉及一种立体显示装置。

背景技术

利用人类的两眼视差，公知的立体显示装置以分别提供观赏者两眼不同的光源影像来达成立体显示。而其中的立体裸视显示器，顾名思义，不像其他的立体显示装置需要使用眼镜来区分左右眼光源影像，立体裸视显示器将具不同光源影像的光束分别传送到空间上不同的位置，因此若不同的光源影像同时分别传至观赏者的左右眼，观赏者即能够以裸视感受到立体影像。立体裸视显示技术能避免眼镜式立体显示技术的不便，是目前重要的发展方向。

发明内容

本发明的一实施方式提供一种立体显示装置，包含至少一投影机、角度放大模块、屏幕与偏振选择器。投影机用以提供具第一偏振态的光源影像单元。角度放大模块包含光偏折板、波长延迟片与偏振片。光偏折板具有至少一第一光偏折区与至少一第二光偏折区，第一光偏折区与第二光偏折区交替排列。第一光偏折区用以将光源影像单元偏转至第一方向，且第二光偏折区用以将光源影像单元偏转至第二方向，其中第一方向不同于第二方向。波长延迟片具有至少一穿透区与至少一波长延迟区，穿透区对齐于第一光偏折区，波长延迟区对齐于第二光偏折区。穿透区允许光源影像单元穿透并维持第一偏振态，且波长延迟区将光源影像单元的第一偏振态转变为第二偏振态。波长延迟片置于光偏折板与偏振片之间。角度放大模块置于投影机与屏幕之间。偏振选择器置于投影机与角度放大模块之间。于第一时序时，偏振选择器将光源影像单元的第一偏振态转变为第二偏振态，光源影像单元通过角度放大模块后，被偏转至第一方向后入射屏幕。于第二时序时，光源影像单元通过偏振选择器后维持第一偏振态，光源影像单元进入角度放大模块，角度放大模块将光源影像单元偏转至第二方向后入射屏幕。

在一或多个实施方式中，光偏折板包含多个第一光偏折元件与多个第二光偏折元件。第一光偏折元件位于第一光偏折区，且第二光偏折元件位于第二光偏折区。每一第一光偏折元件皆具有第一入光面，且每一第二光偏折元件皆具有第二入光面，第一入光面不同于第二入光面。

在一或多个实施方式中，光偏折板具有穿过相邻的第一光偏折区与第二光偏折区之间的垂直面(normal surface)。第一入光面与第二入光面对称于垂直面。

在一或多个实施方式中，第一光偏折元件与第二光偏折元件的剖面皆为锯齿状。

在一或多个实施方式中，偏振片允许让具第二偏振态的光源影像单元通过，并阻挡具第一偏振态的光源影像单元。

在一或多个实施方式中，第一透镜阵列具有远离第二透镜阵列的表面。光源影像单元在表面上形成多个像素，每一像素皆与光偏折板的至少部份的第一光偏折区以及至少部份的第二光偏折区于表面上的正投影重叠。

在一或多个实施方式中，所述多个像素至少沿一排列方向排列，光偏折板的第一光偏折区与第二光偏折区于表面上的正投影皆具有一延伸方向。延伸方向与排列方向相夹约45度。

在一或多个实施方式中，立体显示装置还包含一准直透镜，置于角度放大模块与屏幕之间。

在一或多个实施方式中，偏振选择器为液晶面板。

在一或多个实施方式中，屏幕包含第一透镜阵列与第二透镜阵列。第一透镜阵列面向角度放大模块设置。第一透镜阵列置于角度放大模块与第二透镜阵列之间。

上述实施方式的立体显示装置能够在提供足够视域光源影像数量的光源影像单元的同时，避免光源影像单元在屏幕的光源影像会聚面上产生艾里斑(Airy disk)，进而影响视域面上光源影像的解析度。

附图说明

图1为本发明一实施方式的立体显示装置的俯视图。

图2为图1的角度放大模块的局部爆炸图。

图3为图1的偏振选择器与角度放大模块于第一时序的光路示意图。

图4为图1的偏振选择器与角度放大模块于第二时序的光路示意图。

图5为图1的第一透镜阵列的表面的正视图。

图6为图1的角度放大模块的正视图。

图7为本发明另一实施方式的立体显示装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：投影机 200：角度放大模块

104：像素 202：第一方向

204：第二方向 206：轴

210：光偏折板 212：第一光偏折区

214：第一光偏折元件 214a、224a：正投影

216：第一入光面 222：第二光偏折区

224：第二光偏折元件 226：第二入光面

230：波长延迟片 232：穿透区

242：波长延迟区 250：偏振片

300：屏幕 302：光源影像会聚面

310：第一透镜阵列 320：第二透镜阵列

312：表面 500：准直透镜

400：偏振选择器 E：延伸方向

A：排列方向 N：垂直面

I、I1、I2：光源影像单元 θ：投射夹角

夹角

Φ：投影夹角

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些公知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。

图1为本发明一实施方式的立体显示装置的俯视图。立体显示装置包含至少一投影机100、角度放大模块200、屏幕300与偏振选择器400。投影机100用以提供具第一偏振态的光源影像单元I，其中光源影像单元I包含多个不同视域的光源影像。角度放大模块200置于投影机100与屏幕300之间。偏振选择器400置于投影机100与角度放大模块200之间。于第一时序时，偏振选择器400将光源影像单元I的第一偏振态转变为第二偏振态，光源影像单元I通过角度放大模块200后，被偏转至第一方向202后成为光源影像单元I1并入射屏幕300。于第二时序时，光源影像单元I通过偏振选择器400后维持第一偏振态。光源影像单元I进入角度放大模块200，角度放大模块200将光源影像单元I偏转至第二方向204后成为光源影像单元I2并入射屏幕300，其中第一方向202不同于第二方向204。

简言之，本实施方式的立体显示装置能够在提供足够视域光源影像数量的光源影像单元I1与I2的同时，避免光源影像单元I1与I2在屏幕300的光源影像会聚面302上产生艾里斑(Airy disk)，进而影响视域面上光源影像的解析度。具体而言，在本实施方式中，投影机100提供的光源影像单元I具有投射夹角θ。若投射夹角θ过小，则光源影像单元I所包含的光源影像个数便有所限制，以免在光源影像会聚面302上形成艾里斑。然而在本实施方式中，在第一时序时，角度放大模块200将光源影像单元I朝第一方向202偏转，而成为光源影像单元I1；在第二时序时，角度放大模块200将光源影像单元I朝第二方向204偏转，而成为光源影像单元I2。因此在通过角度放大模块200后，光源影像单元I1与I2共同具有投射夹角2θ。也就是说，投射夹角被放大了。如此一来，进入屏幕300的光源影像单元I1与I2因形成较大的投射夹角2θ而避免艾里斑的产生，同时光源影像单元I1与I2能够提供的光源影像数量为光源影像单元I的两倍。

接着请一并参照图1与图2，其中图2为图1的角度放大模块200的局部爆炸图。角度放大模块200包含光偏折板210、波长延迟片230与偏振片250。光偏折板210具有至少一第一光偏折区212与至少一第二光偏折区222，第一光偏折区212与第二光偏折区222交替排列。第一光偏折区212用以将光源影像单元I偏转至第一方向202，且第二光偏折区222用以将光源影像单元I偏转至第二方向204。波长延迟片230具有至少一穿透区232与至少一波长延迟区242，穿透区232对齐于第一光偏折区212，波长延迟区242对齐于第二光偏折区222。穿透区232允许光源影像单元I穿透并维持第一偏振态，且波长延迟区242将光源影像单元I的第一偏振态转变为第二偏振态，波长延迟区242例如由二分之一波长延迟片所组成。波长延迟片230置于光偏折板210与偏振片250之间。

详细而言，请参照图2。在本实施方式中，光偏折板210可包含多个第一光偏折元件214与多个第二光偏折元件224。第一光偏折元件214位于第一光偏折区212，且第二光偏折元件224位于第二光偏折区222。每一第一光偏折元件214皆具有第一入光面216，且每一第二光偏折元件224皆具有第二入光面226，第一入光面216不同于第二入光面226。具体而言，第一光偏折元件214与第二光偏折元件224可皆呈条状，且图2中呈现的为第一光偏折元件214与第二光偏折元件224的剖面。第一光偏折元件214与第二光偏折元件224的剖面可皆为锯齿状，而第一入光面216与第二入光面226可皆为锯齿的斜面。也就是说，图1中的光源影像单元I以斜向入射第一入光面216与第二入光面226，因此光源影像单元I的行进方向能够被偏转，而因第一入光面216不同于第二入光面226，因此自第一入光面216入射的光源影像单元I所偏转的方向不同于第二入光面226入射的光源影像单元I所偏转的方向。

在一或多个实施方式中，光偏折板210具有穿过相邻的第一光偏折区212与第二光偏折区222之间的垂直面(normal surface)N。第一入光面216与第二入光面226对称于垂直面N，亦即通过第一入光面216与第二入光面226的光源影像单元I(如图1所绘示)所偏转的角度相同但方向相反。更进一步地，光源影像单元I所偏转的角度可为(1/2)θ，因此通过角度放大模块200的光源影像单元I1与I2的共同的投射夹角可被放大为2θ，然而本发明不以此为限。

接着请参照图3，其为图1的偏振选择器400与角度放大模块200于第一时序的光路示意图。应注意的是，为了清楚起见，图3仅绘示部份光源影像单元I的行经路径。在本实施方式中，第一偏振态例如为P偏振态，而第二偏振态例如为S偏振态。为了清楚起见，图3的P偏振态以符号表示，而S偏振态以符号(⊙)表示。在本实施方式中，偏振片250允许让具第二偏振态(即S偏振态)的光源影像单元I通过，并阻挡具第一偏振态(即P偏振态)的光源影像单元I。另外，偏振选择器400可为液晶面板，当液晶面板处于开启状态(例如施加电压于液晶面板中)时，液晶面板将光源影像单元I的P偏振态转变为S偏振态，且当液晶面板处于关闭状态时，通过液晶面板的光源影像单元I维持P偏振态。

在第一时序时，偏振选择器400处于开启状态，因此具P偏振态的光源影像单元I通过偏振选择器400后会转变为S偏振态。具S偏振态的光源影像单元I入射角度放大模块200。一部份的光源影像单元I到达光偏折板210的第一光偏折区212，因此往第一方向202偏转。之后往第一方向202偏转的光源影像单元I通过波长延迟片230的穿透区232，维持其S偏振态，接着穿透偏振片250而离开角度放大模块200。另外，另一部份的光源影像单元I到达光偏折板210的第二光偏折区222，因此往第二方向204偏转。之后往第二方向204偏转的光源影像单元I通过波长延迟片230的波长延迟区242，被转变为P偏振态，因此被偏振片250所阻挡。如此一来，在第一时序中，仅往第一方向202偏转的部份光源影像单元I得以离开角度放大模块200而成为光源影像单元I1。

接着请参照图4，其为图1的偏振选择器400与角度放大模块200于第二时序的光路示意图。应注意的是，为了清楚起见，图4仅绘示部份光源影像单元I的行经路径。在第二时序时，偏振选择器400处于关闭状态，因此具P偏振态的光源影像单元I通过偏振选择器400后会维持其P偏振态。具P偏振态的光源影像单元I入射角度放大模块200。一部份的光源影像单元I到达光偏折板210的第一光偏折区212，因此往第一方向202偏转。之后往第一方向202偏转的光源影像单元I通过波长延迟片230的穿透区232，维持其P偏振态，因此被偏振片250所阻挡。另外，另一部份的光源影像单元I到达光偏折板210的第二光偏折区222，因此往第二方向204偏转。之后往第二方向204偏转的光源影像单元I通过波长延迟片230的波长延迟区242，被转变为S偏振态，接着穿透偏振片250而离开角度放大模块200。如此一来，在第二时序中，仅往第二方向204偏转的部份光源影像单元I得以离开角度放大模块200而成为光源影像单元I2。接着，只要依序切换第一时序与第二时序，即可达到角度放大的效果。

应注意的是，虽然在本实施方式中，投影机100提供的光源影像单元I具有P偏振态，但在其他的实施方式中，光源影像单元I可具有S偏振态。另外，在其他的实施方式中，偏振片250可允许让具第一偏振态(即P偏振态)的光源影像单元I通过，并阻挡具第二偏振态(即S偏振态)的光源影像单元I。基本上，只要光源影像单元I能够在一时序偏转至一方向，且在另一时序偏转至另一方向，皆在本发明的范畴中。

接着请回到图1。离开角度放大模块200的光源影像单元I1与I2接着进入屏幕300。在本实施方式中，屏幕300可包含第一透镜阵列310与第二透镜阵列320。第一透镜阵列310面向角度放大模块200设置，且第一透镜阵列310置于角度放大模块200与第二透镜阵列320之间。屏幕300的光源影像会聚面302位于第一透镜阵列310与第二透镜阵列320之间，光源影像会聚面302可为第一透镜阵列310与第二透镜阵列320的共焦面。

光源影像单元I1与I2(共同具有投射夹角2θ)由第一透镜阵列310入射屏幕300，且在光源影像会聚面302上成像。因光源影像单元I1与I2的共同投射夹角是原来光源影像单元I的两倍，因此可避免在光源影像会聚面302上形成艾里斑。另外，通过角度放大模块200，光源影像单元I1与I2的总光源影像数量为光源影像单元I的两倍，举例而言，若光源影像单元I包含8个光源影像，则光源影像单元I1与I2共有16个光源影像，达到多视域的立体显示。而于光源影像会聚面302上的光源影像单元I1与I2接着可通过第二透镜阵列320，其中光源影像单元I1与I2的共同的投射夹角2θ会被放大为投影夹角Φ，藉此得到立体显示装置的可观赏角度。

接着请同时参照图1与图5，其中图5为图1的第一透镜阵列310的表面312的正视图。在本实施方式中，第一透镜阵列310具有远离第二透镜阵列320的表面312，光源影像单元在表面312上可形成多个像素104，每一像素104皆与光偏折板210的至少部份的第一光偏折区212以及至少部份的第二光偏折区222(皆如图2所绘示)于表面312上的正投影214a以及224a重叠。也就是说，对每一个像素104而言，有一半像素的光束会在第一时序偏转至第一方向202且成为光源影像单元I1，而另一半像素的光束会在第二时序偏转至第二方向204且成为光源影像单元I2。因此每一像素104皆能够平均往第一方向202与第二方向204偏转。

接着请一并参照图2与图5。在一或多个实施方式中，像素104至少沿一排列方向A排列，光偏折板210的第一光偏折区212与第二光偏折区222于表面312上的正投影214a以及224a皆具有一延伸方向E。延伸方向E与排列方向A相夹夹角约45度。如此一来，第一光偏折元件214与第二光偏折元件224皆可沿着延伸方向E而制作，能够简化制程步骤。另一方面，每一像素104在排列方向A(其与第一方向202或第二方向204同向)皆部份与第一光偏折区212的正投影214a重叠，且另一部份与第二光偏折区222的正投影224a重叠，因此像素104可均匀地往第一方向202与第二方向204偏转，以降低光源影像品质不良(无法分解开不同视域的光源)的情况产生。

接着请参照图6，其为图1的角度放大模块200的正视图，其中角度放大模块200系利用图5的架构，也就是说，延伸方向E与排列方向A相夹夹角约45度，如图5所示。若以光源影像单元I未经过角度放大模块200的位置为基准的话，光源影像单元I1会沿着轴206偏移，也就是光源影像单元I1不但会往第一方向202偏移(1/2)θ，亦会往上方偏移。另外，光源影像单元I2亦会沿着轴206偏移，也就是光源影像单元I2不但会往第二方向204偏移(1/2)θ，亦会往下方偏移，因此光源影像单元I1与I2会共同形成具有投射夹角2θ的光源影像单元。虽然光源影像单元I1与I2分别会沿上方与下方偏移，但可在屏幕300的光源影像会聚面302(皆如图1所绘示)加入扩散板，藉此平均光源影像单元I1与I2于上下方向的偏移。

接着请参照图7，其为本发明另一实施方式的立体显示装置的示意图。本实施方式与图1的实施方式的不同处在于准直透镜500的存在。在本实施方式中，立体显示装置可更包含准直透镜500，置于角度放大模块200与屏幕300之间。准直透镜500能够将点光源(即投影机100)转变为面光源，因此通过准直透镜500的光源影像单元I1与I2(皆如图1所绘示)能够均匀地打至屏幕300整体。另一方面，准直透镜500可为菲涅耳透镜(Fresnel Lens)，菲涅耳透镜具有图案的一面可面对屏幕300设置，因此在一或多个实施方式中，角度放大模块200可固定于菲涅耳透镜不具图案的一面，然而本发明不以此为限。至于本实施方式的其他细节因与图1的实施方式相同，因此便不再赘述。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种立体显示装置，包含：

至少一投影机，用以提供具一第一偏振态的一光源影像单元；

一角度放大模块，包含：

一光偏折板，具有至少一第一光偏折区与至少一第二光偏折区，该第一光偏折区与该第二光偏折区交替排列，该第一光偏折区用以将该光源影像单元偏转至一第一方向，且该第二光偏折区用以将该光源影像单元偏转至一第二方向，其中该第一方向不同于该第二方向；

一波长延迟片，具有至少一穿透区与至少一波长延迟区，该穿透区对齐于该第一光偏折区，该波长延迟区对齐于该第二光偏折区，其中该穿透区允许该光源影像单元穿透并维持该第一偏振态，且该波长延迟区将该光源影像单元的该第一偏振态转变为一第二偏振态；以及

一偏振片，该波长延迟片置于该光偏折板与该偏振片之间；

一屏幕，该角度放大模块置于该投影机与该屏幕之间；以及

一偏振选择器，置于该投影机与该角度放大模块之间，其中于一第一时序时，该偏振选择器将该光源影像单元的该第一偏振态转变为该第二偏振态，该光源影像单元通过该角度放大模块后，被偏转至该第一方向后入射该屏幕，于一第二时序时，该光源影像单元通过该偏振选择器后维持该第一偏振态，该光源影像单元进入该角度放大模块，该角度放大模块将该光源影像单元偏转至该第二方向后入射该屏幕。

2.根据权利要求1的立体显示装置，其中该光偏折板包含多个第一光偏折元件与多个第二光偏折元件，所述多个第一光偏折元件位于该第一光偏折区，且所述多个第二光偏折元件位于该第二光偏折区，其中每一所述多个第一光偏折元件皆具有一第一入光面，且每一所述多个第二光偏折元件皆具有一第二入光面，该第一入光面不同于该第二入光面。

3.根据权利要求2的立体显示装置，其中该光偏折板具有一穿过相邻的该第一光偏折区与该第二光偏折区之间的一垂直面，多个所述第一入光面与多个所述第二入光面对称于该垂直面。

4.根据权利要求2的立体显示装置，其中所述多个第一光偏折元件与所述多个第二光偏折元件的剖面皆为锯齿状。

5.根据权利要求1的立体显示装置，其中该偏振片允许让具该第二偏振态的该光源影像单元通过，并阻挡具该第一偏振态的该光源影像单元。

6.根据权利要求1的立体显示装置，其中该屏幕包含：

一第一透镜阵列，面向该角度放大模块设置；以及

一第二透镜阵列，该第一透镜阵列置于该角度放大模块与该第二透镜阵列之间。

7.根据权利要求6的立体显示装置，其中该第一透镜阵列具有一远离该第二透镜阵列的一表面，该光源影像单元在该表面上形成多个像素，每一所述多个像素皆与该光偏折板的至少部份的该第一光偏折区以及至少部份的该第二光偏折区于该表面上的正投影重叠。

8.根据权利要求7的立体显示装置，其中所述多个像素至少沿一排列方向排列，该光偏折板的该第一光偏折区与该第二光偏折区于该表面上的正投影皆具有一延伸方向，该延伸方向与该排列方向相夹约45度。

9.根据权利要求1的立体显示装置，还包含：

一准直透镜，置于该角度放大模块与该屏幕之间。

10.根据权利要求1的立体显示装置，其中该偏振选择器为一液晶面板。