CN105652581B - 立体投影装置 - Google Patents

Abstract

一种立体投影装置包含光源模块、光调制器、光学模块与镜头模块。光源模块依时序提供具有不同偏转角度的光束。光调制器将光束依时序调制成复合影像。光学模块将光束导引至光调制器，将复合影像导引至镜头模块。镜头模块包含分合光棱镜组、第一空间滤光元件、第二空间滤光元件与镜头。分合光棱镜组具有入光面、出光面、第一中继面与第二中继面且包含双面反射片，置于第一与第二中继面之间。光学模块置于入光面。第一空间滤光元件与第二空间滤光元件分别置于第一与第二中继面，分别将复合影像依时序滤为第一影像与第二影像。镜头置于出光面。

Description

立体投影装置

技术领域

本发明涉及一种立体投影装置。

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

本发明的一态样提供一种立体投影装置，包含光源模块、光调制器、光学模块与镜头模块。光源模块用以依时序提供多个光束。光束具有不同的偏转角度。光调制器用以将光束依时序调制成多个复合影像。光学模块用以将光源模块提供的光束导引至光调制器，更将复合影像导引至镜头模块。镜头模块包含分合光棱镜组、第一空间滤光元件、第二空间滤光元件与镜头。分合光棱镜组具有入光面、出光面、第一中继面与第二中继面，且包含双面反射片，置于第一中继面与第二中继面之间，光学模块置于入光面。第一空间滤光元件置于第一中继面，用以将复合影像依时序滤为多个第一影像。第二空间滤光元件置于第二中继面，用以将复合影像依时序滤为多个第二影像。第二影像不同于第一影像。镜头置于出光面。

在一或多个实施方式中，分合光棱镜组更包含第一直角棱镜、第二直角棱镜与第三直角棱镜。第一直角棱镜具有入光面与出光面。第二直角棱镜具有第一中继面。第三直角棱镜具有第二中继面，且双面反射片置于第二直角棱镜与第三直角棱镜之间。

在一或多个实施方式中，复合影像包含多个像素影像，呈阵列排列。第一空间滤光元件仅反射奇数排的像素影像，且第二空间滤光元件仅反射偶数排的像素影像。

在一或多个实施方式中，第一空间滤光元件包含透明板与反射层。反射层置于透明板上。反射层对应奇数排的像素影像。

在一或多个实施方式中，第一空间滤光元件包含反射板与光吸收层。光吸收层置于反射板上。光吸收层对应偶数排的像素影像。

在一或多个实施方式中，镜头模块更包含第一中继透镜组与第二中继透镜组。第一中继透镜组置于分合光棱镜组与第一空间滤光元件之间。第二中继透镜组置于分合光棱镜组与第二空间滤光元件之间。

在一或多个实施方式中，第一中继透镜组与第二中继透镜组皆偏移复合影像的光轴设置。

在一或多个实施方式中，镜头模块更包含入光透镜组，置于分合光棱镜组与光学模块之间。

在一或多个实施方式中，光学模块包含全内反射棱镜组。

在一或多个实施方式中，光源模块包含光源与光束偏转装置。光源用以提供光束。光束偏转装置用以依时序将光束偏转至不同角度。

在上述实施方式中，立体投影装置能产生双倍视域的影像。且镜头的投射夹角比光源模块的投射夹角来得大，如此一来即可避免第一影像与第二影像在屏幕上产生艾里斑(Airy disk)，进而影响视域面上的影像的解析度。

附图说明

图1为本发明一实施方式的立体投影装置与屏幕的立体示意图。

图2为图1的立体投影装置的平面示意图。

图3A为图2的复合影像经过第一中继透镜组与第一空间滤光元件的光路示意图。

图3B为图2的复合影像经过第二中继透镜组与第二空间滤光元件的光路示意图。

图4A为图2的入光透镜组的主视示意图。

图4B为图2的镜头的主视示意图。

图5为图2的分合光棱镜组的立体示意图。

图6为图2的复合影像的主视示意图。

图7A为图2的第一空间滤光元件的一实施方式的主视示意图。

图7B为图2的第二空间滤光元件的一实施方式的主视示意图。

图8A为图2的第一空间滤光元件的另一实施方式的主视示意图。

图8B为图2的第二空间滤光元件的另一实施方式的主视示意图。

其中，附图标记说明如下：

100立体投影装置

110光源模块

111光束

112光源

114光束偏转装置

120光调制器

130光学模块

132全内反射棱镜组

133第一棱镜

134第二棱镜

135间隙

136棱镜

140镜头模块

142分合光棱镜组

143a入光面

143b出光面

143c第一中继面

143d第二中继面

144双面反射片

146第一直角棱镜

147第二直角棱镜

148第三直角棱镜

152第一空间滤光元件

154、164透明板

155、165反射层

157、167反射板

158、168光吸收层

162第二空间滤光元件

172镜头

182入光透镜组

184第一中继透镜组

186第二中继透镜组

190、195反射镜

900屏幕

L1、L2开口长度

M复合影像

Ma上半部的复合影像

Mb下半部的复合影像

M1第一影像

M2第二影像

O1、O2、O3光轴

P像素影像

具体实施方式

以下将以附图公开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，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图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投影装置100与屏幕900的立体示意图，图2为图1的立体投影装置100的平面示意图，其中图2以实线箭头表示整体光束111(或复合影像M、第一影像M1、第二影像M2)的边缘的行进路径，而虚线箭头表示复合影像M(或第一影像M1、第二影像M2)的单一像素的行进路径。立体投影装置100包含光源模块110、光调制器120、光学模块130与镜头模块140。光源模块110用以依时序提供多个光束111。光束111具有不同的偏转角度，其中为了清楚起见，在图1中，除了自光源模块110至光学模块130之间的路径有绘示出多条具不同偏转角度的光束111外，其他地方皆以光束111(或复合影像M、第一影像M1、第二影像M2)整体路径的光轴表示其行进路径，而图2则是仅绘示具某一偏转角度的光束111(或复合影像M、第一影像M1、第二影像M2)的行进路径。光调制器120用以将光束111依时序调制成多个复合影像M。光学模块130用以将光源模块110提供的光束111导引至光调制器120，更将复合影像M导引至镜头模块140。镜头模块140包含分合光棱镜组142、第一空间滤光元件152、第二空间滤光元件162与镜头172。分合光棱镜组142具有入光面143a、出光面143b、第一中继面143c与第二中继面143d，且包含双面反射片144，置于第一中继面143c与第二中继面143d之间，光学模块130置于入光面143a。第一空间滤光元件152置于第一中继面143c，用以将复合影像M依时序滤为多个第一影像M1。第二空间滤光元件162置于第二中继面143d，用以将复合影像M依时序滤为多个第二影像M2。第二影像M2不同于第一影像M1。镜头172置于出光面143b。

详细而言，在某一时序，光源模块110提供具有某一偏转角度的光束111。光束111被光学模块130导引至光调制器120。光调制器120将光束111调制为复合影像M后，光学模块130再将复合影像M导引至镜头模块140。复合影像M自入光面143a进入镜头模块140的分合光棱镜组142，一部分的复合影像M被双面反射片144反射至第一中继面143c，镜头模块140使得复合影像M离轴入射第一空间滤光元件152(细节详见后述)。另一部分的复合影像M通过第二中继面143d，镜头模块140亦使得复合影像M离轴入射第二空间滤光元件162(细节详见后述)。第一空间滤光元件152将复合影像M滤为第一影像M1，而第二空间滤光元件162将复合影像M滤为第二影像M2。第一影像M1与第二影像M2分别自第一中继面143c与第二中继面143d回到分合光棱镜组142，因复合影像M分别离轴入射第一空间滤光元件152与第二空间滤光元件162，因此回到分合光棱镜组142的第一影像M1与第二影像M2皆相对复合影像M分别位移一定的距离。举例而言，第一影像M1往图2的出图面方向位移，且第二影像M2往图2的进入图面方向位移。之后第一影像M1与第二影像M2分别穿过分合光棱镜组142而到达镜头172，而后被投影至屏幕900。因此若本实施方式的光源模块110提供N个视域的光束111，则在此一时序，立体投影装置100的镜头172便同时产生第1个视域的影像(即第一影像M1)与第N+1个视域的影像(即第二影像M2)。而在下一时序，镜头172同时产生第2个视域的影像(即第一影像M1)与第N+2个视域的影像(即第二影像M2)，以此类推。因此在经过N个时序后，立体投影装置100即能产生2N个视域的影像。且因每一时序的第一影像M1与第二影像M2皆会产生位移，因此镜头172的开口(Aperture)增加，使得镜头172的投射夹角比光源模块110的投射夹角来得大，如此一来即可避免第一影像M1与第二影像M2在屏幕900上产生艾里斑(Airy disk)，进而影响视域面上的影像的解析度。

在本实施方式中，镜头模块140更包含入光透镜组182、第一中继透镜组184与第二中继透镜组186。入光透镜组182置于分合光棱镜组142与光学模块130之间。第一中继透镜组184置于分合光棱镜组142与第一空间滤光元件152之间。第二中继透镜组186置于分合光棱镜组142与第二空间滤光元件162之间。入光透镜组182、第一中继透镜组184与第二中继透镜组186皆可由多个透镜(未绘示)组成。入光透镜组182用以将点光源的光成像至无限远处(即平行光)，因此入射入光透镜组182的复合影像M即成为面光源。第一中继透镜组184用以将无限远处的光(在此处为复合影像M)成像于第一空间滤光元件152上，并且将第一空间滤光元件152产生的第一影像M1成像于无限远处。同样的，第二中继透镜组186用以将无限远处的光(在此处为复合影像M)成像于第二空间滤光元件162上，并且将第二空间滤光元件162产生的第二影像M2成像于无限远处。之后镜头172则将无限远处的光(即到达镜头172的第一影像M1与第二影像M2)成像至屏幕900。

接着请参照图3A与图3B，其中图3A为图2的复合影像M经过第一中继透镜组184与第一空间滤光元件152的光路示意图，图3B为图2的复合影像M经过第二中继透镜组186与第二空间滤光元件162的光路示意图。为了达成上述的第一影像M1与第二影像M2的位移，第一中继透镜组184与第二中继透镜组186皆偏移复合影像M的光轴O1设置。也就是说，第一中继透镜组184与第二中继透镜组186的光轴O2与O3皆不与光轴O1重叠。如此一来，第一影像M1离开第一中继透镜组184后，其位置即相对复合影像M偏移，而第二影像M2亦相对复合影像M偏移，其中光轴O2与O3分别往光轴O1的两侧偏移。

接着请参照图2、图4A与图4B，其中图4A为图2的入光透镜组182的主视示意图，图4B为图2的镜头172的主视示意图。在此以N个视域为例，在图4A中的标号1、2、…、N即为N个视域的复合影像M通过入光透镜组182的位置，且在图4B中的标号1、2、…、N即为N个视域的第一影像M1与第二影像M2通过入光透镜组182的位置。在图4A中，N个视域的复合影像M依时序通过入光透镜组182。N个视域的复合影像M共具有开口长度L1，其中每个视域的复合影像M的对应长度为L1/N。上半部的复合影像Ma会到达第一空间滤光元件152(如图2所示)而被滤为第一影像M1。之后第一影像M1因通过分合光棱镜组142的下半部而到达镜头172的下半部(如图4B所示)，同时因第一中继透镜组184的偏移(例如偏移L1/2的距离)，第一影像M1会往图4B的图面右方(亦即图2的出图面方向)位移L1/2的距离。另一方面，下半部的复合影像Mb会到达第二空间滤光元件162而被滤为第二影像M2。之后第二影像M2因通过分合光棱镜组142的上半部而到达镜头172的上半部(如图4B所示)，同时因第二中继透镜组186的偏移(例如偏移L1/2的距离)，第二影像M2会往图4B的图面左方(亦即图2的进入图面方向)位移L1/2的距离。如此一来，通过镜头172的第一影像M1与第二影像M2一并具有开口长度L2＝2L1，且镜头172所产生的视域数为光源模块110的两倍。

接着请参照图5，其为图2的分合光棱镜组142的立体示意图。在本实施方式中，分合光棱镜组142更包含第一直角棱镜146、第二直角棱镜147与第三直角棱镜148。第一直角棱镜146具有入光面143a与出光面143b。第二直角棱镜147具有第一中继面143c。第三直角棱镜148具有第二中继面143d，且双面反射片144置于第二直角棱镜147与第三直角棱镜148之间。第一直角棱镜146的尺寸实质为第二直角棱镜147(或第三直角棱镜148)的两倍。第一直角棱镜146、第二直角棱镜147与第三直角棱镜148例如可以贴合的方式组合，而双面反射片144例如可先以镀膜的方式形成于第二直角棱镜147或第三直角棱镜148上，也就是双面反射片144为一镀膜层，因此在贴合后，双面反射片144便可位于第二直角棱镜147与第三直角棱镜148之间。然而上述的实施方式仅为例示，只要分合光棱镜组142能够将复合影像M(如图2所示)分别导引至第一中继面143c与第二中继面143d，皆不脱离本发明的范畴。

接着将介绍将复合影像M滤为第一影像M1与第二影像M2的细节。请一并参照图6至图7B，其中图6为图2的复合影像M的主视示意图，图7A为图2的第一空间滤光元件152的一实施方式的主视示意图，且图7B为图2的第二空间滤光元件162的一实施方式的主视示意图。在本实施方式中，复合影像M包含多个像素影像P，呈阵列排列。第一空间滤光元件152仅反射奇数排的像素影像P，且第二空间滤光元件162仅反射偶数排的像素影像P。具体而言，光调制器120(如图2所示)可为数位微型反射镜元件(Digital Micromirror Device)，其具有呈阵列排列的多个微型反射镜。奇数排的微型反射镜可将光束111(如图2所示)调制成第一影像M1，偶数排的微型反射镜可将光束111调制成第二影像M2，因此复合影像M的奇数排的像素影像P即组成第一影像M1，且偶数排的像素影像P组成第二影像M2。当复合影像M到达第一空间滤光元件152时，第一空间滤光元件152会将奇数排的像素影像P反射，以形成第一影像M1。另一方面，当复合影像M到达第二空间滤光元件162时，第二空间滤光元件162会将偶数排的像素影像P反射，以形成第二影像M2。如此一来即可分别滤出第一影像M1与第二影像M2。

在本实施方式中，第一空间滤光元件152与第二空间滤光元件162可分别包含透明板154、164与反射层155、165。反射层155、165(例如以镀膜方式)分别置于透明板154、164上。反射层155、165分别对应奇数排与偶数排的像素影像P。详细而言，当复合影像M到达第一空间滤光元件152时，奇数排的像素影像P会被反射层155反射，而偶数排的像素影像P则会穿透透明板154，因此仅剩第一影像M1(如图2所示)可回到分合光棱镜组142(如图2所示)。另一方面，当复合影像M到达第二空间滤光元件162时，偶数排的像素影像P会被反射层165反射，而奇数排的像素影像P则会穿透透明板164，因此仅剩第二影像M2(如图2所示)可回到分合光棱镜组142。

然而第一空间滤光元件152与第二空间滤光元件162的结构并不以图7A与图7B为限。请一并参照图6、图8A与图8B，其中图8A为图2的第一空间滤光元件152的另一实施方式的主视示意图，且图8B为图2的第二空间滤光元件162的另一实施方式的主视示意图。在本实施方式中，第一空间滤光元件152与第二空间滤光元件162可分别包含反射板157、167与光吸收层158、168。光吸收层158、168分别置于反射板157、167上。光吸收层158、168分别对应偶数排与奇数排的像素影像P。详细而言，当复合影像M到达第一空间滤光元件152时，奇数排的像素影像P会被反射板157反射，而偶数排的像素影像P则会被光吸收层158吸收，因此仅剩第一影像M1(如图2所示)可回到分合光棱镜组142(如图2所示)。另一方面，当复合影像M到达第二空间滤光元件162时，偶数排的像素影像P会被反射板167反射，而奇数排的像素影像P则会会被光吸收层168吸收，因此仅剩第二影像M2(如图2所示)可回到分合光棱镜组142。

请一并参照图2与图8A。制作光吸收层158可例如先将一底片固定于反射板157上，之后利用光调制器120开启其偶数排的微型反射镜，使得被偶数排的微型反射镜反射的光束在底片上曝光以形成光吸收层158，如此一来即完成第一空间滤光元件152的制作。而因第二空间滤光元件162的制作方法与第一空间滤光元件152相似，因此便不再赘述。

接着请回到图1。在本实施方式中，光源模块110包含光源112与光束偏转装置114。光源112用以提供光束111。光束偏转装置114用以依时序将光束111偏转至不同角度。举例而言，光束偏转装置114可为电位镜(Golvo-Mirror)。依照所提供的电位不同，电位镜能够依时序改变其反射镜的放置角度，例如依照光束偏转装置114的箭头方向旋转。因此在不同时序中，光束111即能够被电位镜偏转至不同方向，而具不同偏转角度的光束111则对应至不同的视域。然而上述的电位镜仅为例示，光束偏转装置114可为任何能依时序改变光束111的偏转角度的装置。

请一并参照图1与图2。在本实施方式中，光学模块130包含全内反射(TotalInternal Reflection)棱镜组132。具体而言，全内反射棱镜组132包含第一棱镜133与第二棱镜134。第一棱镜133与第二棱镜134之间具有间隙135。而光学模块130可更包含一棱镜136，置于第一棱镜133与光调制器120之间。光束111进入第一棱镜133而被间隙135反射，通过棱镜136后到达光调制器120。之后光调制器120将光束111调制成复合影像M并反射回棱镜136，接着复合影像M依序通过第一棱镜133、间隙135与第二棱镜134后入射镜头模块140。而若立体投影装置100提供彩色影像，则棱镜136可替换为菲利浦棱镜组(Philips Prism)，且光调制器120的数量为多个，用以分别调制不同原色的影像。另外，在多个实施方式中，立体投影装置100可更包含反射镜190与195。反射镜190用以将光源模块110提供的光束111反射至光学模块130，而反射镜195用以将离开镜头172的第一影像M1与第二影像M2反射至屏幕900。然而依照光路设计的不同，反射镜190与195亦可省略。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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的范围为准。

Claims (10)

1.一种立体投影装置，其特征在于，包含：

一光源模块，用以依时序提供多个光束，所述多个光束具有不同的偏转角度；

一光调制器，用以将所述多个光束依时序调制成多个复合影像；

一光学模块，用以将该光源模块提供的所述多个光束导引至该光调制器；以及

一镜头模块，该光学模块还将所述多个复合影像导引至该镜头模块，其中该镜头模块包含：

一分合光棱镜组，具有一入光面、一出光面、一第一中继面与一第二中继面，且包含一双面反射片，置于该第一中继面与该第二中继面之间，该光学模块位于该入光面的一侧；

一第一空间滤光元件，位于该第一中继面的一侧，用以将所述多个复合影像依时序滤为多个第一影像；

一第二空间滤光元件，位于该第二中继面的一侧，用以将所述多个复合影像依时序滤为多个第二影像，所述多个第二影像不同于所述多个第一影像；以及

一镜头，位于该出光面侧。

2.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该分合光棱镜组还包含：

一第一直角棱镜，具有该入光面与该出光面；

一第二直角棱镜，具有该第一中继面；以及

一第三直角棱镜，具有该第二中继面，且该双面反射片置于该第二直角棱镜与该第三直角棱镜之间。

3.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该复合影像包含多个像素影像，呈阵列排列，该第一空间滤光元件仅反射奇数排的所述多个像素影像，且该第二空间滤光元件仅反射偶数排的所述多个像素影像。

4.如权利要求3所述的立体投影装置，其中该第一空间滤光元件包含：

一透明板；以及

一反射层，置于该透明板上，该反射层对应所述多个奇数排的所述多个像素影像。

5.如权利要求3所述的立体投影装置，其中该第一空间滤光元件包含：

一反射板；以及

一光吸收层，置于该反射板上，该光吸收层对应所述多个偶数排的所述多个像素影像。

6.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该镜头模块还包含：

一第一中继透镜组，置于该分合光棱镜组与该第一空间滤光元件之间；以及

一第二中继透镜组，置于该分合光棱镜组与该第二空间滤光元件之间。

7.如权利要求6所述的立体投影装置，其中该第一中继透镜组与该第二中继透镜组皆偏移所述多个复合影像的光轴设置。

8.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该镜头模块还包含：

一入光透镜组，置于该分合光棱镜组与该光学模块之间。

9.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该光学模块包含一全内反射棱镜组。

10.如权利要求1所述的立体投影装置，其中该光源模块包含：

一光源，用以提供所述多个光束；以及

一光束偏转装置，用以依时序将所述多个光束偏转至不同角度。