CN110858464A - 多视角显示装置与操控模拟机 - Google Patents

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陈世溥
林依萍
许宏辉
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Abstract

一种多视角显示装置与操控模拟机，多视角显示装置包括显示器荧幕元件以及光学结构元件。显示器荧幕元件包括多个像素，各像素包括左子像素与右子像素。光学结构元件设置于显示器荧幕元件。各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线分别通过光学结构元件，藉由光学结构元件以分隔各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线，使左子像素的光线与右子像素的光线产生相对应的左影像与右影像至操控模拟机中的第一驾驶位置与第二驾驶位置。此外，一种操控模拟机亦被提出。

Description

多视角显示装置与操控模拟机
技术领域
本发明涉及一种操控模拟机以及用于操控模拟机的一种多视角显示装置。
背景技术
飞行模拟机(Flight Simulator)可在地面进行模拟真实飞行状态的训练，故已成为航空公司或军方训练机师飞行技能不可或缺的重要训练设备。飞行模拟机的视觉系统(Visual system)主要负责驾驶舱外部视野的建立，提供学员或飞行员对于飞机外部环境的视觉感受与位置感知。由于现代化的客机至少需要机长与副机长两名飞行员进行协同飞行，故也必须同时提供两位飞行员正确角度的驾驶舱的窗外视野。
飞行模拟机依照学员的训练等级有不同的分类，从初阶的飞行程序与操作训练模拟机(Flight Training Device，FTD)、中阶的固定式飞行模拟机(Fixed BasedSimulator，FBS)以及高阶的全动式飞行模拟机(Full Flight Simulator，FFS)。上述全动式飞行模拟机与固定式飞行模拟机，其视觉系统皆需要具准直性(Collimated)的投影视觉系统，现有投影视觉系统的原理是藉由曲面镜将投影舱的背投影像在曲面镜反射，并将虚像成像于无穷远的位置，使得该影像的光线具有准直性的效果。然而，现有准直性的投影视觉系统的缺点是影像强度会衰退，所显示的影像与一般户外强光的感受有很大的差异，因此，现有准直性的投影视觉系统，亮度比较低，降低对外环境的视觉拟真度，会使机舱外呈现白天影像，但模拟机座舱内的亮度却是夜间的感觉，这样的状况与飞行员实际飞行所遭遇的情境大不相同或无法一致，而无法提供模拟若遭遇窗外强烈的逆光，或光线由窗外入射至模拟机座舱内的实际飞行状况，并且，现有准直性的投影视觉系统需定期停机维护，此举不仅增加设备成本也降低营运时数。
飞行程序与操作训练模拟机的视觉系统一般是利用显示器荧幕拼接，或多台投影机产生的影像进行拼接，换言之，相较于固定式飞行模拟机以及全动式飞行模拟机，飞行程序与操作训练模拟的视觉系统架构的成本较为便宜，但飞行程序与操作训练模拟机的视觉系统的正前方画面的中心点是位在两个飞行员座位的中间位置，因而对于左右两边的飞行员来说都会产生视角误差的问题，换言之，该视觉系统架构仅适用于单人操作，无法适用于多人操作，此与实际的飞行操作模式大不相同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操控模拟机与多视角显示装置，可产生至少两个互不干扰的影像至对应的操作者，以提供两位操作者所需的独立且正确的视野。
本发明的一实施例提供一种多视角显示装置，适于连接一操控模拟机，操控模拟机包括一第一驾驶位置与一第二驾驶位置，多视角显示装置包括一显示器荧幕元件以及一光学结构元件。显示器荧幕元件包括多个像素，各像素包括一左子像素与一右子像素。光学结构元件设置于显示器荧幕元件，各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线分别通过光学结构元件，藉由光学结构元件以分隔各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线，使左子像素的光线与右子像素的光线产生相对应的一左影像与一右影像至第一驾驶位置与第二驾驶位置。
本发明的一实施例提供一种操控模拟机，包括一模拟机座舱、一计算控制平台以及多视角显示装置。模拟机座舱包括一驾驶区域，驾驶区域具有一第一驾驶位置与一第二驾驶位置。计算控制平台设置于模拟机座枪内，计算控制平台用以提供至少一影像信息，各影像信息彼此独立。多视角显示装置连接于模拟机座舱，且多视角显示装置连接于计算控制平台。多视角显示装置包括一显示器荧幕元件以及一光学结构元件。显示器荧幕元件接收至少一影像信息，各影像信息包括多个像素，各像素包括一左子像素与一右子像素。光学结构元件设置于显示器荧幕元件，各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线分别通过光学结构元件，藉由光学结构元件以分隔各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线，使左子像素的光线与右子像素的光线产生相对应的一左影像与一右影像至第一驾驶位置与第二驾驶位置。
基于上述，在本发明的操控模拟机与多视角显示装置中，提供一个大于180度的广角视野(FOV)环境条件，并藉由光学结构元件以分隔各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线，使左子像素的光线与右子像素的光线分别产生相对应的左影像与右影像至第一驾驶位置与第二驾驶位置，使得同一个显示器荧幕元件的显示荧幕产生多个互不干扰的独立影像，且这些多个互不干扰的独立影像对应至第一驾驶位置与第二驾驶位置的不同观看位置，使得在第一驾驶位置与第二驾驶位置的不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同的观看视野，以提供第一驾驶位置的操作者与第二驾驶位置的操作者所需的独立且正确的视野，使得第一驾驶位置的操作者与第二驾驶位置的操作者可以同时直视显示荧幕前方，具有准直性(Collimated)的视野，并不会有角度误差(error angle)的问题，可同时提供飞行执照(Multi Crew Pilot License，MPL)的多组员的飞行训练，并不会有角度误差(error angle)的问题。
此外，显示器荧幕元件为一发光二极管(LED)显示器，发光二极管的像素本身具光源的特性，可个别控制发光亮度，故若物体需要发出强烈的光线，如日光、灯光等，可在特定的画面上个别控制其发光亮度，使得物体的亮度与周遭环境的画面产生明显的差异，以符合并模拟实际情境。进一步，发光二极管的像素的发光强度够强，更可模拟如飞行模拟机外的强烈自然光(如太阳光)或灯光的炫光现象，故可提供较高品质的画质与模拟太阳光的需求。
另外，本发明可提供多组相互独立的影像信息，并配合多视角显示装置，同使每一组影像信息配合每个驾驶位置的操作者，来画出正确视角的外部视野画面，进而提供每个驾驶位置的操作者正确的外部视野视角。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为本发明的多视角显示装置一实施例的示意图；
图1B为本发明的多视角显示装置另一实施例的示意图；
图2为本发明的光学结构元件一实施例的示意图；
图3为图2的光学结构元件应用于多视角显示装置的示意图；
图4为本发明的光学结构元件另一实施例的示意图；
图5为本发明的光学结构元件又一实施例的示意图；
图6A至图6C为本发明的光学结构元件再一实施例的示意图；图7为图1的控制左子像素与右子像素的发射夹角的示意图；
图8为本发明操控模拟机的示意图；
图9为本发明的影像信息一实施例的示意图；
图10为本发明的影像信息另一实施例的示意图。
其中，附图标记
10A、10B 多视角显示装置
11、21 显示器荧幕元件
112、212 像素
12、12A、12B、12C、12D、12E、12F 光学结构元件
121、122 限缩角度结构
21A 投影机
21B 投影荧幕
50 驾驶区域
51 第一驾驶位置
52 第二驾驶位置
6 操控模拟机
61 模拟机座舱
62 计算控制平台
63 航电系统
64 音效系统
65 力回馈飞行操控系统
66 仪表板控制界面
67 机械传动系统
A 第一位置
B 第二位置
D 距离
FOV1 第一视角区域
FOV2 第二视角区域
FOV3 第三视角区域
IL 左影像
IR 右影像
L 左子像素
LA 左半区
R 右子像素
RA 右半区
R1 半径
L1 左影像
L2 右影像
L11、L12、L13、L14 光线
L21、L22、L23、L24 光线
L1A、L1B、L2A、L2B 光线
L3A、L3B、L4A、L4B 光线
L5A、L5B、L6A、L6B 光线
LD 光线
O 基准位置
OB 3D虚拟物件
OL 左边位置
θ 角度
θ1、θ2 夹角
θ1R、θ2R 夹角
θ1L、θ2L 夹角
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。
需说明的是，在各个实施例的说明中，当一元件被描述是在另一元件的「上方/上」或「下方/下」，是指直接地或间接地在该另一元件之上或之下的情况，其可能包含设置于其间的其他元件；所谓的「直接地」是指其间并未设置其他中介元件。「上方/上」或「下方/下」等的描述是以附图为基准进行说明，但亦包含其他可能的方向转变。所谓的「第一」、「第二」、及「第三」是用以描述不同的元件，这些元件并不因为此类谓辞而受到限制。另外，为了说明上的便利和明确，附图中各元件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，且各元件的尺寸并未完全为其实际的尺寸。
在本发明中，「多视角显示装置」一词被定义为在同一显示荧幕产生多个互不干扰的独立影像，且这些多个互不干扰的独立影像对应至不同观看位置，使得在不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同(同一)观看场景(视野)的电子显示器或显示系统。此外，在本说明书中，「多视角显示装置」中使用的「多视角」一词明确地包括至少大于两个的独立影像。
图1A为本发明的多视角显示装置一实施例的示意图。请参阅图1A，本实施例的多视角显示装置10A适于连接操控模拟机，该操控模拟机可应用在一飞机、一船舶、一车辆或一火车。本实施例的操控模拟机例如为一飞行模拟机(flight simulator)，而多视角显示装置10A可作为该飞行模拟机的视觉系统(visual system)，能建立并提供给两位飞行员驾驶舱窗外的外部视野，来提供拟真的虚拟环境作为飞行训练的用途。操控模拟机包括一基准位置O、一第一驾驶位置51与一第二驾驶位置52，基准位置O位于第一驾驶位置51与第二驾驶位置52之间。
在本实施例中，多视角显示装置10A包括一显示器荧幕元件11以及一光学结构元件12，其中光学结构元件12为一3D光学膜。以图1A为例，显示器荧幕元件11为一环形荧幕，然本发明不对此加以限制，在其他实施例中，显示器荧幕元件可为一弧形荧幕或一球形荧幕。显示器荧幕元件11包括多个像素112，各像素112包括一左子像素L与一右子像素R。本实施例的光学结构元件12与显示器荧幕元件11分别为一各自独立的结构，而光学结构元件12设置于显示器荧幕元件11。然，本发明不对此加以限制，在其他实施例中，可将显示器荧幕元件11区分成多个模块化荧幕，且每个模块化荧幕上设有对应尺寸大小的光学结构元件12，藉由组合模块化荧幕来组成一广视角视野的显示荧幕。
在此配置之下，本实施例以环形荧幕为基础，提供一个大于180度的广角视野(FOV)环境条件，各像素112中的左子像素L的光线与右子像素R的光线分别通过光学结构元件12，并藉由光学结构元件12以分隔各像素112中的左子像素L的光线与右子像素R的光线，使左子像素L的光线与右子像素R的光线分别产生相对应的一左影像L1与一右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，使得同一个显示器荧幕元件11的显示荧幕产生多个互不干扰的独立影像，且这些多个互不干扰的独立影像对应至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的不同观看位置，使得在第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同观看视野，以提供第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者所需的独立且正确的视野，使得第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者可以同时直视显示荧幕前方，具有准直性(Collimated)的视野，并不会有角度误差(error angle)的问题，可提供飞行执照(Multi Crew Pilot License，MPL)的多组员的飞行训练。
此外，显示器荧幕元件11为一弧形发光二极管(LED)显示器，其本身为一弧形荧幕并可藉由发光二极管(LED)显示器产生具3D的立体显示效果的像素112，并可在每个发光二极管的像素112加入遮挡结构或光栅结构产生3D影像效果，或者在每个发光二极管的像素112加入深度计算来产生3D影像效果。由于本实施例的画面是由显示器荧幕元件11的像素112直接产生，且发光二极管的像素本身具光源的特性，可个别控制发光亮度，故若物体需要发出强烈的光线，如日光、灯光等，可在特定的画面上个别控制其发光亮度，使得物体的亮度与周遭环境的画面产生明显的差异，以符合并模拟实际情境。进一步，发光二极管的像素的发光强度够强，更可模拟如飞行模拟机外的强烈自然光(如太阳光)或灯光的炫光现象，故可提供较高品质的画质与模拟太阳光的需求，然本发明不对此加以限制，在其他实施例中，显示器荧幕元件11可为一有机发光二极管(OLED)显示器或一液晶显示器(LCD)或其中多个弧形发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、液晶显示器中至少二者的组合。
图1B为本发明的多视角显示装置另一实施例的示意图。请参阅图1B，需说明的是，图1B的多视角显示装置10B与图1A的多视角显示装置10A相似，其中相同的构件以相同的标号表示且具有相同的功能而不再重复说明，以下仅说明差异处。图1B的多视角显示装置10B与图1A的多视角显示装置10A的差异在于：显示器荧幕元件21为一背投影机，其包含一投影机21A与一投影荧幕21B，投影荧幕21B包括多个像素212，可藉由投影机21A产生3D影像并在投影荧幕21B投影反射以产生像素212，各像素212包括一左子像素L与一右子像素R。此外，以图1B为例，投影荧幕21B为一环形荧幕，然本发明不对此加以限制，在其他实施例中，投影荧幕可为一弧形荧幕或一球形荧幕。
在此配置之下，本实施例以环形荧幕为基础，提供一个大于180度的广角视野(FOV)环境条件，配合显示器荧幕元件21为背投影机，各像素212中的左子像素L的光线与右子像素R的光线分别通过光学结构元件12，藉由光学结构元件12以分隔各像素212中的左子像素L的光线与右子像素R的光线，使左子像素L的光线与右子像素R的光线分别产生相对应的左影像L1与右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，使得在第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同的观看视野，以提供第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者所需的独立且正确的视野，并提供具有准直性(Collimated)的视野效果，并不会有角度误差(error angle)的问题，藉此可提供飞行执照(Multi Crew Pilot License，MPL)的多组员的飞行训练。
由此可知，本发明可通过光学结构元件12让各像素112中的左子像素L的光线与右子像素R的光线各自分开，使左子像素L的光线与右子像素R的光线分别产生相对应的左影像L1与右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52。举例而言，如图2所示，图2为本发明的光学结构元件一实施例的示意图。光学结构元件12A为一限缩角度结构121、122，其中限缩角度结构121对应设置于像素112中的左子像素L，限缩角度结构122对应设置于像素112中的右子像素R。由于每个像素112所发出的光线会有发散角，限缩角度结构121、122例如为一套筒，其具有不同的尺寸与角度来限制并缩小左子像素L的光线的发散角与右子像素R的光线的发散角，使得左子像素L的光线的发散角的聚焦范围或发散角小于右子像素R的光线的发散角的聚焦范围或发散角，或者右子像素R的光线的发散角的聚焦范围或发散角小于左子像素L的光线的发散角的聚焦范围或发散角，即左子像素L的光线的发散角的聚焦范围或发散角与右子像素R的光线的发散角的聚焦范围或发散角不会彼此干扰。如图2所示，左子像素L的光线通过限缩角度结构121后，左子像素L的光线L13、L14的发散角大于右子像素R的发散角的聚焦范围或发散角，但光线L13、L14被限缩角度结构121所遮挡而不会去影响右子像素R的发散角的聚焦范围或发散角。如图2及图3所示，使得左子像素L的光线的发散角的聚焦范围限制在光线L11与光线L12之间，藉此调整左影像L1的位置。同理，如图2所示，右子像素R的光线通过限缩角度结构122后，右子像素R的光线L23、L24的发散角大于左子像素L的发散角的聚焦范围或发散角，但光线L23、L24被限缩角度结构122所遮挡而不会去影响左子像素L的发散角的聚焦范围或发散角。如图2及图3所示，使得右子像素R的光线的发散角的聚焦范围限制在光线L21与光线L22之间，藉此调整右影像L2的位置，换言之，本实施例的光学结构元件12A可缩小像素112发光的发散角，将每个像素112的左子像素L与右子像素R在发光后，分别在有限的发散角下偏折并个别投射并产生相对应的左影像L1与右影像L2到对应的第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，且左影像L1与右影像L2两者互不干扰。
本发明不限于图2的光学结构元件12A，如图4所示，图4为本发明的光学结构元件另一实施例的示意图。光学结构元件12B为一遮障型光学结构，藉由遮障型光学结构以遮挡右子像素R的光线所产生的右影像L2至第一驾驶位置51，即提供第一驾驶位置51的影像是藉由光学结构元件12B来遮挡住右子像素R的光线所产生的右影像L2，使得第一驾驶位置51仅能接收到左子像素L的光线所产生的左影像L1；同理，藉由遮障型光学结构以遮挡左子像素L的光线所产生的左影像L1至第二驾驶位置52，即提供第二驾驶位置52的影像是藉由光学结构元件12B来遮挡住左子像素L的光线所产生的左影像L1，使得第二驾驶位置52仅能接收到右子像素R的光线产生的右影像L2，藉此第一驾驶位置51与第二驾驶位置52分别接收到对应的互不干扰的独立的左影像L1与右影像L2。
本发明不限于图2的光学结构元件12A与图4的光学结构元件12A，如图5所示，图5为本发明的光学结构元件又一实施例的示意图。光学结构元件12C为一柱状透镜结构，藉由柱状透镜结构以折射各像素112中的左子像素L的光线与右子像素R的光线，换言之，本实施例可通过柱状透镜结构的如高度、角度或密度等不同的微结构，来使不同的左子像素L的光线与右子像素R的光线产生不同角度的折射，使得左子像素L的光线所产生的左影像L1至第一驾驶位置51，右子像素R的光线所产生的右影像L2至第二驾驶位置52，且左影像L1与右影像L2两者互不干扰。在另一实施例中，光学结构元件亦可利用光栅型透镜。
本发明不限于图2的光学结构元件12A、图4的光学结构元件12B与图5的光学结构元件12C，又如图6A至图6C所示，图6A至图6C为本发明的光学结构元件再一实施例的示意图。请先参阅图6A，光学结构元件12D为一菱镜结构，藉由菱镜结构来改变光线的折射角，以改变像素112中的左子像素L的光线L1A、L2A的折射角，通过光学结构元件12D后的光线L1A、L2A对应射出光线L1B、L2B，其中光线L1B、L2B之间的夹角为θ1，换言之，可藉由菱镜结构以改变各像素112中的左子像素L的光线的折射角，同理，亦可藉由菱镜结构以改变各像素112中的右子像素R的光线的折射角，故本实施例可藉由菱镜结构改变各像素112中左子像素L与右子像素R的光线的折射角，并产生相对应的左影像L1与右影像L2到对应的第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，且左影像L1与右影像L2两者互不干扰。进一步，可通过像素112与光学结构元件12D的相对位置不同，也可产生不同的折射角，如图6A，光学结构元件12D的形状为一正三角锥，左子像素L设置于光学结构元件12D底部的中央位置，如图6B，光学结构元件12E亦为一菱镜结构，且光学结构元件12E的形状为一正三角锥，换言之，图6B的光学结构元件12E与图6A的光学结构元件12D两者的结构与形状均相同，相较于图6A中左子像素L设置于光学结构元件12D底部的中央位置，图6B的左子像素L设置于光学结构元件12E底部的左边位置，便可使得图6B的光学结构元件12E后的光线L3A、L4A对应射出光线L3B、L4B不同于图6A的光学结构元件12D后的光线L1A、L2A对应射出光线L1B、L2B，换言之，通过调整像素112在光学结构元件12D的相对位置，便可产生不同的折射角。进一步如图6C，光学结构元件12F亦为一菱镜结构，将左子像素L设置于光学结构元件12F底部的中央位置，但光学结构元件12F的形状为一等腰三角锥，换言之，图6C的光学结构元件12F与图6A的光学结构元件12D两者差异在于菱镜结构的形状不同，此举造成图6C的光学结构元件12F改变像素112中的左子像素L的光线L5A、L6A的折射角，通过光学结构元件12F后的光线L5A、L5A对应射出光线L5B、L6B，其中光线L5B、L6B之间的夹角为θ2，其中图6C的夹角θ2小于图6A的夹角θ1，换言之，可藉由改变菱镜结构的形状，来调整射出光线后的发散角的角度，藉此来产生分隔且独立的影像至不同的驾驶位置。
图7为图1的控制左子像素与右子像素的发射夹角的示意图。请参阅图7，多视角显示装置10A包括一显示器荧幕元件11以及一光学结构元件12，其中显示器荧幕元件11为一环形荧幕，且显示器荧幕元件11的半径为R1，以基准位置O的径向方向为中心，将显示器荧幕元件11区分为左半区LA与右半区RA，其中第一驾驶位置51位于基准位置O的左半区LA，且第一驾驶位置51与基准位置O的距离为D，第二驾驶位置52位于基准位置O的右半区RA，且第二驾驶位置52与基准位置O的距离为D。任一个像素112至基准位置O的连线与基准位置O的径向方向之间具有一夹角，该夹角的角度为θ，角度θ的像素112所发出的光线LD可分割为两条发散的光线，使左子像素L的光线与右子像素R的光线分别产生相对应的左影像L1与右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，其中位于显示器荧幕元件11的右半区RA，两独立的左影像L1与右影像L2与光线LD的夹角各自为θ1R与θ2R，其中：
θ1R＝arctan((R1×sin(θ)+D)/R1×cos(θ))-θ；
θ2R＝θ-arctan((R1×sin(θ)-D)/R1×cos(θ))。
位于显示器荧幕元件11的左半区LA，两独立的左影像L1与右影像L2与光线LD的夹角各自为θ1L与θ2L，其中：
θ1L＝θ-arctan((R1×sin(θ)-D)/R1×cos(θ))；
θ2L＝arctan((R1×sin(θ))+D/R1×cos(θ))-θ。
由此可知，控制左子像素L与右子像素R的发射夹角(θ1L+θ2L)或(θ1R+θ2R)，就能产生两独立的左影像L1与右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52。
在其他实施例中，光学结构元件可通过利用具有双角度渐变结构的偏光片，使得越靠近显示器荧幕元件11边缘的像素112，其所需的聚焦点差距越小，来调整显示器荧幕元件11的聚焦位置由基准位置O对应移动至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52，藉此达成两独立的左影像L1与右影像L2至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的功能。
图8为本发明操控模拟机的示意图。请参阅图8，本实施例的操控模拟机6可应用在一飞机、一船舶、一车辆或一火车。本实施例的操控模拟机6包括一模拟机座舱61、一计算控制平台62、一航电系统63、一音效系统64、一力回馈飞行操控系统65、一仪表板控制界面66、一机械传动系统67以及多视角显示装置10A。计算控制平台62、航电系统63、音效系统64、力回馈飞行操控系统65与仪表板控制界面66等座舱硬体操作系统分别设置于模拟机座舱61内，且模拟机座舱61内包含驾驶区域50，以供多个飞行员驾驶，其中驾驶区域50可例如前述图1A的配置，而具有两个驾驶位置，但本发明不对此加以限制。机械传动装置67连接模拟机座舱61。
需说明的是，本实施例的操控模拟机6例如为一飞行模拟机(flight simulator)，模拟机座舱61内更可包含航电系统63、音效系统64、仪表板控制界面66等，航电系统63、音效系统64用以输出信息与音效至飞行员，飞行员可利用仪表板控制界面66与力回馈飞行操控系统65来输入一操作控制飞行的输入信息，并传输输入信息至计算控制平台62，计算控制平台62依据输入信息以输入一输出信息至航电系统63、音效系统64、仪表板控制界面66与力回馈飞行操控系统65，并藉由力回馈飞行操控系统65回馈至飞行员，与此同时，航电系统63、音效系统64依据输出信息可输入对应的音效与显示至飞行员，可端视实际操控模拟机应用的型态而可调整。而多视角显示装置10A可作为该飞行模拟机的视觉系统(visualsystem)，能建立并提供给两位飞行员驾驶舱窗外的外部视野，来提供拟真的虚拟环境作为飞行训练的用途。
在本实施例中，计算控制平台62设置于模拟机座舱61内，且计算控制平台62连接于多视角显示装置10A。相较于传统上模拟机的控制系统本身仅要提供一组影像信息(画面)给多个驾驶者，需说明的是，一般的模拟机的广视角画面可能是由多个影像信息或多个投影枪的影像信息融合而成为一组影像信息，故在此仍定义为一组画面，而非多组画面。计算控制平台62得依据外部地图信息(如地理位置、角度、高度等)并转换成对应该地图的至少一组影像信息，多视角显示装置10A的显示器荧幕元件11接收至少一影像信息，各组影像信息彼此独立。进一步，本发明计算控制平台62提供每位使用者(如本实施例的飞行员)正确的外部视野视角，可由图9与图10来说明，先参阅图9，图9为本发明的影像信息一实施例的示意图。多视角显示装置10A以基准位置O的径向方向为中心，第一位置A与第二位置B将显示器荧幕元件11区分为第一视角区域FOV1、第二视角区域FOV2以及第三视角区域FOV3，其中第一位置A与第二位置B分别至基准位置O的连线与基准位置O的径向方向之间具有一夹角，该夹角的角度为θ，其中θ在本实施例为30度。
需说明的是，现有技术是以显示器荧幕元件11的正中心为准，利用多台电脑独立计算后，再进行各区段的影像合并形成完整的广角视野(FOV)180度影像，换言之，现有技术的每个区段的影像仅负责广角视野(FOV)60度的影像计算。相较之下，本实施例是依据每个操作者的位置不同来调整每个区段的广角视野(FOV)，以图9为例，对左边的第一驾驶位置51来说，其正前方的外部视野中心已从荧幕的正中心位置朝左偏离至左边位置OL，以左边位置OL为中心，左边位置OL的左边区段的画面可用的显示宽度比左边位置OL的右边区段的画面可用的显示宽度短，故左边位置OL的左边区段的单位宽度所提供的影像需要更多，因此左边位置OL的左边区段的广角视野(FOV)值会提高，而左边位置OL的右边区段的广角视野(FOV)值则会降低，当然，实际的广角视野(FOV)值与显示器荧幕元件11的圆半径和操作者位置(驾驶位置)的设定值有关。以提供给第一驾驶位置51的第一独立影像的角度计算为例，三个区段的两个边界(第一位置A与第二位置B)是在θ＝30度的位置，其中第一位置A与第二位置B可例如为图7中像素112的位置，经计算可得左边第一视角区域FOV1＝60°+θ1L，其中θ1L为第一位置A至第一驾驶位置51的连线和第一位置A至基准位置O之间的夹角；第二视角区域FOV2＝60°+θ1R-θ1L，其中θ1R为第二位置B至第一驾驶位置51的连线和第二位置B至基准位置O之间的夹角；第三视角区域FOV3＝60°-θ1R。同理，提供给第二驾驶位置52的第二独立影像的角度经计算可得左边第一视角区域FOV＝60°-θ2L，其中θ2L为第一位置A至第二驾驶位置52的连线和第一位置A至基准位置O之间的夹角；中间的第二视角区域FOV＝60°+θ1R-θ1L；右边的第三视角区域FOV＝60°-θ2R，其中θ2R为第二位置B至第二驾驶位置52的连线和第二位置A至基准位置Oθ2R间的夹角。
在另一实施例中，请参阅图10，图10为本发明的影像信息另一实施例的示意图。本实施例可进一步配合计算控制平台62中的模拟飞行软体的影像计算，其操作流程：首先，定义左右边操作者的位置，即，定义如图10所示中第一驾驶位置51的操作者的位置与第二驾驶位置52的操作者的位置；接着，再将3D虚拟物件OB的影像个别聚焦到第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者，其中3D虚拟物件OB与显示器荧幕元件11的环形荧幕映射(Mapping)的部分就是在荧幕上的显像范围，如图10所示，左影像IL对应到第一驾驶位置51的操作者，右影像IR对应到第二驾驶位置52的操作者，此方式必须将显示器荧幕元件11的荧幕的实际角度与软体所计算的虚拟角度对齐，如此每个操作者才能看到正确的影像角度。
在本实施例中，计算控制平台62用以提供至少一组影像信息至显示器荧幕元件10A，即，本实施例的操控模拟机6能提供一组、两组或多组影像信息给多个使用者(如本实施例的飞行员)使用，其中两组或多组影像信息彼此系相互独立，而一组相同的影像信息但给予两组像素。由此可知，本实施例可提供一组、两组或多组相互独立的影像信息，并配合前述图1A所述的多视角显示装置10A，使得同一个显示器荧幕元件11的显示荧幕产生多个互不干扰的独立影像，且每组互不干扰的独立影像对应至第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的不同观看位置，使得在第一驾驶位置51与第二驾驶位置52的不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同观看视野，以提供第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者所需的独立且正确的视野，换言之，本发明能提供不同驾驶位置的操作者正确的外部视野视角。因此，第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者依据观看视野来操作操控模拟机6的模拟机座舱61，飞行员可利用仪表板控制界面66与力回馈飞行操控系统65来输入一操作控制飞行的输入信息，并传输输入信息至计算控制平台62，计算控制平台62依据输入信息以输入一输出信息至航电系统63、音效系统64、仪表板控制界面66与力回馈飞行操控系统65，并藉由力回馈飞行操控系统65回馈至驾驶区域50中的飞行员，与此同时，航电系统63、音效系统64依据输出信息可输入对应的音效与显示至驾驶区域50中的飞行员。在一实施例中，依据飞行员的操作姿态，模拟机座舱61可通过连接机械传动装置67的旋转、提升、降低、平移等机制来移动模拟机座舱61的姿态，与此同时，模拟机座舱61新的地理位置、角度、高度会藉由计算控制平台62来转换成对应地图的影像信息，以传输至多视角显示装置10A显示给第一驾驶位置51的操作者与第二驾驶位置52的操作者。
此外，需说明的是，多视角显示装置10A与第一驾驶位置51与第二驾驶位置52之间的关系可参考前述图1A、图2与图7说明，其中相同的构件以相同的标号表示且具有相同的功能而不再重复说明。当然，可将多视角显示装置10A替换成图1B的多视角显示装置10B，图2的光学结构元件12A也可替换成图4的光学结构元件12B、图5的光学结构元件12C、图6A的光学结构元件12D、图6B的光学结构元件12E或图6C的光学结构元件12F。
综上所述，在本发明的操控模拟机与多视角显示装置中，提供一个大于180度的广角视野(FOV)环境条件，并藉由光学结构元件以分隔各像素中的左子像素的光线与右子像素的光线，使左子像素的光线与右子像素的光线分别产生相对应的左影像与右影像至第一驾驶位置与第二驾驶位置，使得同一个显示器荧幕元件的显示荧幕产生多个互不干扰的独立影像，且这些多个互不干扰的独立影像对应至第一驾驶位置与第二驾驶位置的不同观看位置，使得在第一驾驶位置与第二驾驶位置的不同观看位置(不同的视差环境)的状况下，分别接收到相同的观看视野，以提供第一驾驶位置的操作者与第二驾驶位置的操作者所需的独立且正确的视野，使得第一驾驶位置的操作者与第二驾驶位置的操作者可以同时直视显示荧幕前方，具有准直性(Collimated)的视野，并不会有角度误差(error angle)的问题，可同时提供飞行执照(Multi Crew Pilot License，MPL)的多组员的飞行训练，并不会有角度误差(error angle)的问题。
此外，显示器荧幕元件为一发光二极管(LED)显示器，发光二极管的像素本身具光源的特性，可个别控制发光亮度，故若物体需要发出强烈的光线，如日光、灯光等，可在特定的画面上个别控制其发光亮度，使得物体的亮度与周遭环境的画面产生明显的差异，以符合并模拟实际情境。进一步，发光二极管的像素的发光强度够强，更可模拟如飞行模拟机外的强烈自然光(如太阳光)或灯光的炫光现象，故可提供较高品质的画质与模拟太阳光的需求。
另外，本发明系可提供多组相互独立的影像信息，并配合多视角显示装置，同使每一组影像信息配合每个驾驶位置的操作者，来画出正确视角的外部视野画面，进而提供每个驾驶位置的操作者正确的外部视野视角。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种多视角显示装置，适于连接一操控模拟机，该操控模拟机包括一第一驾驶位置与一第二驾驶位置，其特征在于，该多视角显示装置包括：
一显示器荧幕元件，包括多个像素，各该像素包括一左子像素与一右子像素；以及
一光学结构元件，设置于该显示器荧幕元件，各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线分别通过该光学结构元件，藉由该光学结构元件以分隔各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线，使该左子像素的光线与该右子像素的光线产生相对应的一左影像与一右影像至该第一驾驶位置与该第二驾驶位置。
2.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该光学结构元件为一限缩角度结构，该限缩角度结构能限制并缩小各该左子像素的光线的发散角与该右子像素的光线的发散角。
3.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该光学结构元件为一遮障型光学结构，藉由该遮障型光学结构以遮挡该左子像素的光线产生的该左影像至该第二驾驶位置，藉由该遮障型光学结构以遮挡该右子像素的光线产生的该右影像至该第一驾驶位置。
4.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该光学结构元件为一柱状透镜结构，藉由该柱状透镜结构以折射各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线。
5.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该光学结构元件为一菱镜结构，藉由该菱镜结构以改变各该像素中的该左子像素的光线的折射角与该右子像素的光线的折射角。
6.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该显示器荧幕元件包含一弧形荧幕、一环形荧幕或一球形荧幕。
7.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该显示器荧幕元件为一弧形发光二极管显示器、一有机发光二极管显示器、一液晶显示器或其中至少二者的组合。
8.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该显示器荧幕元件为一背投影机。
9.根据权利要求1所述的多视角显示装置，其特征在于，该操控模拟机为一飞机、一船舶、一车辆或一火车。
10.一种操控模拟机，其特征在于，包括：
一模拟机座舱，包括一驾驶区域，该驾驶区域具有一第一驾驶位置与一第二驾驶位置；
一计算控制平台，设置于该模拟机座枪内，该计算控制平台用以提供至少一影像信息，各该影像信息彼此独立；以及
一多视角显示装置，连接于该模拟机座舱，且该多视角显示装置连接于该计算控制平台，该多视角显示装置包括：
一显示器荧幕元件，接收该至少一影像信息，各该影像信息包括多个像素，各该像素包括一左子像素与一右子像素；以及
一光学结构元件，设置于该显示器荧幕元件，各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线分别通过该光学结构元件，藉由该光学结构元件以分隔各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线，使该左子像素的光线与该右子像素的光线产生相对应的一左影像与一右影像至该第一驾驶位置与该第二驾驶位置。
11.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该光学结构元件为一限缩角度结构，该限缩角度结构能限制并缩小各该左子像素的光线的发散角与该右子像素的光线的发散角。
12.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该光学结构元件为一遮障型光学结构，藉由该遮障型光学结构以遮挡该左子像素的光线产生的该左影像至该第二驾驶位置，藉由该遮障型光学结构以遮挡该右子像素的光线产生的该右影像至该第一驾驶位置。
13.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该光学结构元件为一柱状透镜结构，藉由该柱状透镜结构以折射各该像素中的该左子像素的光线与该右子像素的光线。
14.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该光学结构元件为一菱镜结构，藉由该菱镜结构以改变各该像素中的该左子像素的光线的折射角与该右子像素的光线的折射角。
15.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该显示器荧幕元件包含一弧形荧幕、一环形荧幕或一球形荧幕。
16.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该显示器荧幕元件为一弧形发光二极管显示器、一有机发光二极管显示器、一液晶显示器或其中至少二者的组合。
17.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该显示器荧幕元件为一背投影机。
18.根据权利要求10所述的操控模拟机，其特征在于，该操控模拟机为一飞机、一船舶、一车辆或一火车。
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