CN114995044A - 全向显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种全向显示装置，包括照明模块、透镜模块、偏折模块以及全向透镜。照明模块沿光轴提供显示光束。透镜模块配置于显示光束的传递路径上，用以将显示光束的束径调整为调径光束。偏折模块配置于调径光束的传递路径上。偏折模块时序性地偏折调径光束的传递路径。全向透镜配置于调径光束的传递路径上。全向透镜具有入光面、至少一反射面以及出光面，其中偏折模块时序性地导引调径光束至入光面的不同位置，以使调径光束借由出光面的不同位置出光以形成环场影像。本发明提供的全向显示装置可获得良好的立体影像。

Description

全向显示装置
技术领域
本发明是有关于一种光学装置，且特别是有关于一种全向显示装置。
背景技术
现有的全息投影技术，需利用多角锥型的透明投影幕成像，才可使观看者从各角度方位观看影像时，可看到该影像于以不同角度方位观察的画面。然而，此架构的全息投影装置除了整体系统体积庞大之外，更需特定架设舞台，因此很难于应用于日常中。
为解决此问题，曾有人思考过利用全景摄影机的概念将全像摄影原理反转为全像投射原理，然而若使投影机由全景镜正下方像上投射并朝周围360度出射，所成像的画面并非如同全息投影般包含所投影影像之不同角度方位的光学信息，而所成像的画面的立体感较差，进而使人感受到的仅是观察到投影面的不同角度，难以达到良好效果。除此之外，在目前的技术中，无法省略立体投影需要的透明投影幕。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种全向显示装置，可获得良好的立体影像。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种全向显示装置，包括照明模块、透镜模块、偏折模块以及全向透镜。照明模块沿光轴提供显示光束。透镜模块配置于显示光束的传递路径上，用以将显示光束的束径调整为调径光束。偏折模块配置于调径光束的传递路径上。偏折模块时序性地偏折调径光束的传递路径。全向透镜配置于调径光束的传递路径上。全向透镜具有入光面、至少一反射面以及出光面，其中偏折模块时序性地导引调径光束至入光面的不同位置，以使调径光束借由出光面的不同位置出光以形成环场影像。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的全向显示装置中，照明模块朝透镜模块提供显示光束，显示光束借由透镜模块调整束径为调径光束。调径光束借由偏折模块时序性地偏折并导引调径光束至全向透镜的入光面的不同位置，以使得调径光束借由全向透镜的出光面的不同位置出光以形成环场影像。如此一来，可不需架设透光投影幕即可立体投影，进而让使用者获得良好的立体影像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的全向显示装置的示意图。
图2为本发明另一实施例的全向显示装置的示意图。
图3为本发明另一实施例的全向显示装置的示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的全向显示装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种全向显示装置100，包括照明模块110、透镜模块120、偏折模块130以及全向透镜140。全向显示装置100使用全方向(Omnidirectional)的投影技术，沿特定角度范围投射出连续的影像画面以建立出环场影像(如环场影像光束)L3。而使用者由不同方向观察此全向显示装置100时，看到的影像是不同的，借此来达到立体投影的效果。举例而言，若环场影像L3为立体地球仪，则在两相对角度的观察者可分别从各自的观察角度观察到不同的地球仪资讯，例如其中一观察者观察到亚洲大陆，则另一相对观察角度的观察者则可以观察到美洲大陆。在一些实施例中，环场影像L3也可为范围不连续，而是沿指定角度范围变化，本发明并不限于此。
照明模块110沿主光轴I提供显示光束L1。照明模块110例如是微发光二极管显示器(Micro Light Emitting Diode Display,Micro LED Display)，但本发明并不限于此。照明模块110所提供的显示光束L1具有大于0度的张角。
透镜模块120配置于显示光束L1的传递路径上，用以将显示光束L1的束径调整为调径光束L2。透镜模块120在全向显示装置100中即作为目镜之用。透镜模块120例如为准直透镜组，可由多个光学透镜所构成。因此，可将传递通过的具有张角的显示光束L1调整为准直传递的调径光束L2。
偏折模块130配置于调径光束L2的传递路径上。偏折模块130时序性地偏折调径光束L2的传递路径。全向透镜(Omnidirectional lens)140配置于调径光束L2的传递路径上，全向透镜140具有入光面S1、至少一反射面S2以及出光面S3。其中，反射面S2可设置于全向透镜140中除了出光面S3的所有表面。在较佳的实施例中，反射面S2设置于全向透镜140的相对两侧，如图1所显示的第一反射面S21以及第二反射面S22。换句话说，在本实施例中，全向透镜140的反射面S2的数量为两个，且这两个反射面S2中其中一者与其中另一者不相连。如此一来，可借由折叠光路设计缩减装置体积。
在此状况下，两者较佳地夹有一锐角，将由偏折模块130传递而来的调径光束L2以反射方式向出光面S3传递。第一反射面S21以及第二反射面S22可镀反射涂层，或者是搭配偏折模块130的偏摆量所造成的光束入射角而配置为必然产生全反射的角度，使调径光束L2反射。调径光束L2可经由第一反射面S21反射即到达出光面S3，也可为依序经由第一反射面S21以及第二反射面S22才到达出光面S3，也可为在两者之间多次反射才到达出光面S3，本发明并不限于此。在另一实施例中，也可存在第三反射面，本发明亦不限于此。
入光面S1配置于垂直于主光轴I的参考平面E上，且出光面S3设置为环绕交点P，其中交点P为主光轴I与参考平面E的交点。此外，沿着主光轴I的方向，照明模块110、偏折模块130以及全向透镜140在参考平面E的投影皆重叠于焦点P。出光面S3可为单纯的平光透镜，或增设或修饰为特殊类型的透镜，如平场激光聚焦透镜(F-theta lens)或无焦系统(afocal system)等因应特殊需求而配置，本发明并不限于此。
在本实施例中，偏折模块130为反射式光学元件，且全向透镜140位于照明模块110与偏折模块130之间。偏折模块130例如是包含微机电系统反射镜(Micro ElectricMechanical System Scanning Mirror,MEMS Scanning Mirror)，故可利用偏摆的作动将调径光束L2以二维扫描地偏折至全向透镜140，以提高显示效果。
偏折模块130时序性地导引调径光束L2至入光面S1的不同位置，以使调径光束L2借由出光面S3的不同位置出光以形成环场影像L3。换言之，入光面S1的大小与偏折模块130将调径光束L2以与主光轴I倾斜传递的角度相关。具体而言，在本实施例中，偏折模块130时序性地将调径光束L2以与主光轴I倾斜地传递(即与主光轴I夹有一非0的角度)至垂直于主光轴I的参考平面E上，以在参考平面E形成以主光轴I为中心的二维度封闭路径，且入光面S1位于参考平面E。在本实施例中，偏折模块130将调径光束L2以圆形轨迹扫描于全向透镜140，并经由全向透镜140内的反射表面使其转为向360度出射，形成环状扫描轨迹。因此，由参考平面E所传递进入的调径光束L2将随不同的入射角度，透过反射面S2反射传递至出光面S3，以建立出环型的环场影像L3。如此一来，可不需架设透光投影幕即可立体投影，进而让使用者获得良好的立体影像。
除此之外，在本实施例中，全向显示装置100还包括束径调整组件150，配置于透镜模块120与偏折模块130之间。束径调整组件150可以是凸透镜及凹透镜的组合，用以将由透镜模块120出射的调径光束L2束径缩减，使调径光束L2束径符合偏折模块130的受光面大小，避免亮度损失或产生非预期的反射光束。如此一来，可提升光学使用效率，进而提供良好的显示效果。在本实施例中，束径调整组件150与全向透镜140为组合透镜，进一步缩减体积。在另一实施例中，束径调整组件150与全向透镜140之间可设计具有间隔层，以维持良好的光学传递路径，本发明并不限于此。在另一实施例中，束径调整组件150与全向透镜140以胶合的方式组成。
另一方面，为了可达到无论使用者从何种角度观察，均可观察到该影像于该角度应观察到的画面，产生立体感的效果，环场影像L3的更新频率与切割的视角数量将有直接关系。举例而言，若以1度为一视角将水平角度切割为360个视角，垂直角度设为单一视角，则想呈现的画面更新率为60Hz时，其输出画面为360×60帧/秒。意即，每秒帧数＝垂直分割数量×水平分割数量×影格率(Frame rate)。因此，可借由控制照明模块110所提供的显示光束L1。
图2为本发明另一实施例的全向显示装置的示意图。请参考图2。本实施例所显示的全向显示装置100A类似于图1所显示的全向显示装置100。两者不同之处在于，在本实施例中，全向透镜140A的反射面S2还包括第三反射面S23。因此，传递进入全向透镜140A的调径光束L2可借由第一反射面S21、第二反射面S22以及第三反射面S23所形成的折叠光路，进一步缩短全向透镜140A的结构。如此一来，可借由折叠光路设计缩减装置体积。换句话说，全向透镜140A的至少一反射面S2的数量为两个以上，且多个反射面S2中至少一者与至少另一者不相连。
图3为本发明另一实施例的全向显示装置的示意图。请参考图3。本实施例所显示的全向显示装置100B类似于图1所显示的全向显示装置100。两者不同之处在于，在本实施例中，偏折模块130A为穿透式光学元件，且偏折模块130A位于全向透镜140与照明模块110与之间。详细而言，偏折模块130A例如是非对称透光棱镜。因此，当调径光束L2传递通过偏折模块130A时，偏折模块130A偏折调径光束L2一角度，使调径光束L2以与主光轴I倾斜地传递至全向透镜140。透过沿垂直于主光轴I的方向旋转偏折模块130A，则可进一步将调径光束L2以圆形轨迹扫描于全向透镜140，并经由全向透镜140内的反射表面使其转为向360度出射，形成环状扫描轨迹。因此，由参考平面E所传递进入的调径光束L2将随不同的入射角度，透过反射面S2反射传递至出光面S3，以建立出环型的环场影像L3。如此一来，可不需架设透光投影幕即可立体投影，进而让使用者获得良好的立体影像。
综上所述，在本发明的全向显示装置中，照明模块朝透镜模块提供显示光束，显示光束借由透镜模块调整束径为调径光束。调径光束借由偏折模块时序性地偏折并导引调径光束至全向透镜的入光面的不同位置，以使得调径光束借由全向透镜的出光面的不同位置出光以形成环场影像。如此一来，可不需架设透光投影幕即可立体投影，进而让使用者获得良好的立体影像。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
100,100A,100B:全向显示装置
110:照明模块
120:透镜模块
130,130A:偏折模块
140,140A:全向透镜
150:束径调整组件
E:参考平面
I:光轴
L1:显示光束
L2:调径光束
L3:环场影像
P:交点
S1:入光面
S2:反射面
S21:第一反射面
S22:第二反射面
S23:第三反射面
S3:出光面。

Claims (10)

1.一种全向显示装置，其特征在于，所述全向显示装置包括照明模块、透镜模块、偏折模块以及全向透镜，其中：
所述照明模块沿光轴提供显示光束；
所述透镜模块配置于所述显示光束的传递路径上，用以将所述显示光束的束径调整为调径光束；
所述偏折模块配置于所述调径光束的传递路径上，所述偏折模块时序性地偏折所述调径光束的传递路径；以及
所述全向透镜配置于所述调径光束的传递路径上，所述全向透镜具有入光面、至少一反射面以及出光面，其中所述偏折模块时序性地导引所述调径光束至所述入光面的不同位置，以使所述调径光束借由所述出光面的不同位置出光以形成环场影像。
2.根据权利要求1所述的全向显示装置，其特征在于，所述偏折模块时序性将所述调径光束以与所述光轴倾斜地传递至垂直于所述光轴的参考平面上，以在所述参考平面形成以所述光轴为中心的二维度封闭路径，且所述入光面位于所述参考平面。
3.根据权利要求1所述的全向显示装置，其特征在于，所述偏折模块为反射式光学元件，且所述全向透镜位于所述照明模块与所述偏折模块之间。
4.根据权利要求3所述的全向显示装置，其特征在于，所述偏折模块包含微机电系统反射镜。
5.根据权利要求3所述的全向显示装置，其特征在于，还包括：
束径调整组件，其配置于所述透镜模块与所述偏折模块之间。
6.根据权利要求5所述的全向显示装置，其特征在于，所述束径调整组件与所述全向透镜为组合透镜。
7.根据权利要求5所述的全向显示装置，其特征在于，所述束径调整组件与所述全向透镜之间具有间隔层。
8.根据权利要求1所述的全向显示装置，其特征在于，所述偏折模块为穿透式光学元件，且所述偏折模块位于所述全向透镜与所述照明模块与之间。
9.根据权利要求8所述的全向显示装置，其特征在于，所述偏折模块为非对称透光棱镜。
10.根据权利要求1所述的全向显示装置，其特征在于，所述全向透镜的所述至少一反射面的数量为两个以上，且所述多个反射面中至少一者与至少另一者不相连。
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