TW200909909A - High resolution display of 3D images - Google Patents

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TW200909909A
TW200909909A TW097123515A TW97123515A TW200909909A TW 200909909 A TW200909909 A TW 200909909A TW 097123515 A TW097123515 A TW 097123515A TW 97123515 A TW97123515 A TW 97123515A TW 200909909 A TW200909909 A TW 200909909A
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lenses
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TW097123515A
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Lorne A Whitehead
Michele Ann Mossman
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Univ British Columbia
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Description

200909909 九、發明說明： 【發明所属之技術領域】 發明領域 本揭示内谷係有關於一維(2D)平面之影像的顯示器，其 5係使得觀看者認為顯示影像是高解析度的三維(3D)影像。 發明背景 觀看者用特殊眼鏡或頭罩可產生3D影像。觀看者在戴 上眼鏡或頭罩時可看到一對立體影像。該眼鏡或頭罩使得 10觀看者的眼睛中之一個一次只能看到影像中之一個。在立 體影像產生時，稍微調整物件在各影像内的位置以考慮到 由觀看者左右眼之位置差異所造成的視差。該眼鏡或頭罩 會迅速及依序地呈現立體影像對的左影像至觀看者之左 眼，然後呈現立體影像對的右影像至觀看者之右眼，然後 15再度呈現立體影像對的左影像至觀看者之左眼，等等。以 觀看者察覺不到的交替方式充分迅速地交替呈現左右影像 使得觀看者察覺到顯示影像内的深度。不過，觀看者可能 不喜歡戴上特殊眼鏡或頭罩，從而這會限制前述三維影像 顯示器技術的使用。 20 冑些替代三維影像顯示器技術不要求觀看者戴上特殊 眼鏡或頭罩。替代物之—為整合式顯像㈣丨啊ing)， ,、係使用光子t構以於觀看角度不同時產生不同的影像。 例如諸如透鏡片或孔罩（ape伽幻之類的光學結構可 安置於由許多並列小影像組成的合成影像上 。在以稍微不 200909909 :===/=谢細個別視 像 ★文變日夺觀看者會看到不同區域的合成影 角對應至並列小影像中之"個，在有限的觀看 角度_内，觀看者會認為合成影像有深度。 10 15 取t在寬廣的影像觀看角度範圍内可顯現深度，同時 保持门〜像解析度1述立體影像触術可產生相對直 實的3D影像而不會使影像解析度實質降級。不過，只能從 -個硯看位置察覺到3D效果，而且在觀看者之頭或眼移動 時觀察不到自然視差。更複雜的系統是用更多影像使得 觀看者通過觀看角度之一範圍能由不同的觀看位置察覺到 3D效果，以及在觀看者之頭或眼對影像水平移動時可提供 會隨者描繪影像物件相對於顯示3D影像之2D平面的深 度增加而減少。下文會描述這些缺點。 提出先前技術的前述例子及其限制意在說明而且不是 諸此藝者在閲讀本專利說明書以及研究附圖後 會明白先前技術的其他限制。
C發明内容J 〃依據本發明之-實施例，係特地提出一種顯示器，装 係包含：-背光源；安置在該背光源之外側面上的二 平面影像面板；安置在該影像面板之外側面上的 2 面透鏡陣列，該透鏡_包含多個聚光透鏡，各個透^ 20 200909909 實貝垂直於該影像面板的一光轴；安置在該透鏡陣列之外 側面上的一實質平面孔罩，該孔罩包含多個電光元件，各 元件係經定位成緊鄰於該等透鏡中與其對應的一個以及可 選擇性地在以下兩種狀態之間切換：該元件允許光線穿過 5該元件的“開，，狀態，該元件阻止光線穿過該元件的“關，，狀 態’其中該等電光元件係以數個相鄰元件為一子集的方气 排列；一控制器，其係電子耦合至該影像面板以及至該孔 罩，該控制器可操作以重覆以下動作：在該等電光元件的 每一子集中選定一電光元件；“開啟”該等選定元件以及“關 10閉”各子集中所有的其他元件；以及將一影像對應至該等選 定“開啟”元件的多個選定圖像施加至該影像面板，各圖像 對應至該影像的多個不同觀看方向。 依據本發明之一實施例，係特地提出一種顯示一影像 於一二維平面上使得觀看者感知顯示影像之深度的方法， 15該方法包含下列步驟：產生第一多個影像資料結構’各資 料結構界定由第一多個水平及斜角分布觀看方向中之—貝 不同的方向看到的影像；提供有第二多個影像區的—影: 面板，各影像區由影像像素之一MxN陣列組成，在此J触 為整數；把每—個該等影像資料結構分成數個影像子沾 20構，各個子結構由影像像素之一MxN陣列組成 ^ 像素係對應至該等觀看方向中之唯一的-個以及對應至 一的—個;提供在該影像面板之外:面: 的W聚从鏡’各個透鏡有實㈣直於該 光軸；提供在該等透鏡之外側面上❹„光_板二 200909909 件可選擇性地在以下兩種狀態之間切換：允許光線穿過該 元件的“開”狀態，以及阻止光線穿過該元件的“關”狀態； 將各元件定位成緊鄰於該等透鏡中與其對應的一個；以數 個相鄰元件為一子集的方式排列該等元件；重覆地：在每 5 一個該等子集中選定在順序上是下一個的元件；以及“開 啟”該等選定元件以及“關閉”各子集中所有的其他元件，同 時施加至每一個該等影像區的是該等影像子結構中之一個 不同的子結構，該子結構係對應至該等影像區中之一個以 及對應至與該等影像區中之一個關連的“開啟”元件。 10 圖式簡單說明 附圖圖示數個示範具體實施例。揭示於本文的具體實 施例及附圖旨在圖解說明而不具限定性。 第1A圖及第1B圖的側面橫截面圖與俯視圖係不按比 例示意圖示正在觀看高解析度三維影像顯示器的觀看者。 15 第2圖的後視圖係不按比例而大幅放大地示意圖示第 1A及1B圖顯示器的10個孔罩及10個透鏡子集。 第3圖為不按比例繪出與第1A及1B圖顯示器的顯像面 板部份對齊的第2圖結構之俯視橫截面圖。 第4圖與第3圖類似，其係描繪第2圖結構的啟動以允許 20 光線穿過結構中之一個穿孔。 第5A圖及第5B圖與第3圖及第4圖類似，除了第5B圖為 顯像面板部份的前視圖以外。 第5C圖及第5D圖分別與第5A圖及第5B圖類似，除了第 5C圖及第5D圖是描繪使用習知徑向對稱透鏡的具體實施 200909909 例以外，而第5A圖及第5B圖是描述使用只在一個平面中有 對稱性之柱面透鏡的具體實施例。 第6A圖及第6B圖示意圖示對應至使用柱面透鏡（第6A 圖）及習知徑向對稱透鏡（第6B圖）之具體實施例的MxN像 5 素矩陣。 第7A圖至第7J圖與第3圖及第4圖類似，以及示意圖示 第2圖結構的順序啟動以允許光線穿過結構中依序選定的 不同穿孔。 第8圖示意圖示與第1A及1B圖顯示器中之4個線性鄰 10 接顯像面板部份對齊的4個線性鄰接之第2圖結構，以及描 繪第2圖結構的啟動以允許光線穿過每一個結構之中的一 個穿孔。 第9 A圖為用於透鏡狀新月透鏡陣列之單一小透鏡的俯 視放大圖。第9B圖圖示光線入射第9A圖小透鏡的入射角 15 Θ。第9C圖至第9E圖分別圖示以不同入射角穿過第9A圖小 透鏡的光線。 C實施方式3 較佳實施例之詳細說明 為了讓熟諳此藝者更加明白本發明而於下文提出特定 20 的細節。不過，習知的元件可能不詳述圖示或描述以免不 必要地混淆本揭示内容。因此，應將描述及附圖視為是用 作圖解說明而沒有限定本發明的意思。 第1A圖及第1B圖示意圖示高解析度三維影像顯示器 10，其中觀看者V係以預期觀看距離d以及通過一角度範圍 200909909 的水平分布觀看方向A(亦即’觀看方向a是分布在圖示於第 1B圖的x方向中）在2方向中觀看。假設觀看者v不通過顯著 範圍的垂直分布觀看方向（亦即，觀看方向是分布在圖示於 第1A圖的y方向）來觀看顯示器10，除非使用如下文所解釋 5的徑向對稱透鏡。顯示器1〇包含安置在實質平面透鏡陣列 之外側面上的實質平面孔罩12，該鏡片陣列14接著安置在 實質平面影像面板16之外側面上。背光源18照明影像面板 16。在第ία圖、第3圖、第4圖、第5A圖、第5C圖及第8圖 中是用雙箭頭B表示‘‘向内，，(亦即，向後)與“向外”(亦即，向 10前）方向。如以下所解釋的，控制器19與孔罩12及影像面板 16電氣耦合以及控制彼等的操作。 第2圖、第3圖、第4圖、第5A圖及第5C圖繪出顯示器 10的水平小區段，其係由孔罩12的1〇個穿孔子集、透鏡陣 列14的10個透鏡子集之一部份以及影像面板16的相關部份 15 組成。顯示器10包含許多這類區段。 孔罩12有許多個可選擇性啟動的電光開關 (electro-optic switch)。例如，孔罩12可為具有排列成規則 陣列組(亦即，排列成有序重覆的圖形)之許多個可選擇性啟 動LCD元件的液晶顯示器（LCD)面板。第2圖、第2圖及第4 20圖圖示一組10個可選擇性啟動、水平鄰接的LCD元件12A、 12B、12c、12D、12E、12F、12G、12H、12,、12厂各LCD 元 件可在“開”狀態與“關”狀態之間選擇性地啟動。當LCD元件 處於”開”狀態時’該元件透明，使得光線可穿過該元件。 當LCD元件處於“關”狀態時，該元件不透明而阻止光線穿 10 200909909 過該元件。其他可選擇性啟動的電光_(例如，揭示於國 際專利公開案第W0/2005/036517號的電潤溼顯示裝置的） 可用來形成孔罩12。 透鏡陣列14有排列成規則陣列組的許多個透鏡，每一 個透鏡與孔罩12的-個LCD元件緊挨著對齊。第2圖、第3 圖及第4圖圖示10個水平鄰接的柱面透鏡“^、Mb、 14D 14E、14F、14G、14h、14!、14:，以及LCD元件 12八位 於透鏡uA的水平巾心LCD元件12b位於透鏡&的水平中 心、等等。第2圖的虛線雙箭頭表示每—個柱面透鏡心 10 15 2〇 14c 14° ' 14e ' 14F ' 14〇 ' 14H ' 14, ' 的 y 方向中延伸。透鏡 14a、14b、14c、14d、i4e、i4f、i4g、 1½ 14】、μ邊有—致的形狀與尺寸。該等透麟經對齊 成光軸彼此實質平行，以及與透鏡陣_的宏平面# 質垂直（亦即’透鏡的光軸與圖中的2方向實質平行，應瞭 解x、y、z方向是彼此的）。該等透鏡都夠小以致於在觀看 者V以預期觀看距胸觀看顯示器1〇時無法個別辨別。例 如：_各透鏡的錄約有1毫米。替換地，各個透鏡的最短物 理爾與透鏡的光軸垂直)可在〇.5毫米至15毫米之間。 每-個透鏡 Ua'14b、14c、14d、14e、14f、i4g、14h、 1七、14」都是大焦比(亦即 :上一平_點丄:：: 設計成有實質平扭隹Λ」马 、十一.、'、曲面的圓柱形新月透鏡以及
:二掏鏡有大於透鏡最短物理 的J 距七’各個她^是在魏最㈣__5倍;: 11 200909909 15倍之間。如果透鏡為柱面透鏡(如第2圖、第3圖、第4圖 及弟5A圖所不）’則在X方向有正值光焦度(p〇sitiVe optical power)，而在y方向有零光焦度。如果透鏡為如第5C圖所示 的徑向對稱型（而不是只在一個平面中有對稱性的柱面透 5鏡），則在X、y方向中有相同的光焦度。該等透鏡可排列成 矩形陣列（如圖示）、六角形陣列或其他的規則陣列。如第3 圖所不’在鄰透鏡之間可加上吸光隔板(light-absorptive barrier)17A、17B、17c、17D、17E、17F、17G、%、I?】、 17j以防止光線在透鏡之間通過。 10 影像面板16可為物理範圍與透鏡陣列14大致相同的可 電氣控制式LCD面板，以法線方向與透鏡陣列14中的透鏡 之光軸平行（亦即’與z方向平行）的方式，安置在透鏡的焦 曲面處。透鏡陣列14的像素總數明顯大於透鏡陣列14的透 鏡總數，亦即，至少有5比1。如果透鏡為柱面透鏡，像素 15 數目可比透鏡數大5倍至15倍。如果透鏡為徑向對稱透鏡， 像素數目可比透鏡數大25倍至200倍。 控制器19把選定子集的孔罩12之電光開關“打開，，以及 把其餘的開關“關閉”使得與“開啟”開關對齊的透鏡可通過 “開啟”開關來聚集發源於影像面板16中之不重疊部份(各部 20 份的面積大於個別透鏡的面積）的光線。藉由重覆及順序地 切換選定的開關子集，控制器19以超過人類視覺感知系統 之閃爍融合頻率（flicker fusion frequency)的頻率“開啟，，各 子集之中的開關持續一段相等的選定時段部份。控制器19 也與孔罩12之電光開關的“開”、“關，，切換動作同步地重覆 12 200909909 及順序地施加影像轉像面板16。鐘言之，控制器19施 加選定區段的影像至影像面板16中對應至“開啟，，開關的部 伤因此肖開啟開關對齊的透鏡接收到光線以及通過 “開啟”開關來聚集發源於影像之對應區段的光線。重覆順 序_段的影像至影像面板μ的對應部份， 以及重覆順序W速地以同步方式“開啟”孔罩12中與影像面 板16之對應部份關連的開關，可產生想要的整合高解析度 f文會用第4圖、第从圖、第5關及第7八圖 至第7J圖加以解釋。 10 、鏡陣列14與影像面板16係經隔開成每 15 20 A、14Β、14C、14d、、、Mf、w、％、 應至影像面板16上的彡㈣16a、16 „ 16ε、16ρ、16。、16υ、 H l6i、16〗(第5B圖）。各影像區大約比 對應透鏡大10倍。例如，如果各個透鏡有m毫米的直徑， 則各〜像區有約1G毫米的直徑。因此，如果影像面板㈣ 内與透鏡陣列14的間⑯為1()毫米，以及如果透鏡為柱面透 兄（第2圖第3圖、第4圖及第5a圖所示），則影像區各由 如像面板16上1〇條分開的影像像素微條（image Pixei _)組成，各個像素微條有⑽微㈣高度。替換地，如果 i = 圖所示的經向對稱型，以及如果影像面板16 := 兄陣列14的間隔為〗。毫米，則各個影像區由LCD 個相的影像像素組成，各像素有！毫平 =:在此麵條各由1〇條各有_米寬的像= &兩種^中’可得利—維整合影像攝影術可獲 1七、14』都對 I ' 16r ' 16η ' 13 200909909 致的高影像解析度，這有助於產生具有觀看者v可感知之實 質影像深度的高解析度3〇影像。 第6A圖不⑦、圖不對應至使用柱面透鏡之顯示器的
MxN像素矩陣，其帽竭別為在顯示器x、y方向的影像 5像素數在使用柱面透鏡的顯示器中，⑺個柱面透鏡一組 對應至與第5B圖影像區16d類似的—組職影像像素微 條。多組柱面透鏡在y方向中對齊成可產生在y方向對齊的 多個對應影像像素微條，這會產生在y方向—起提供n個像 素、實質連續且對齊的一組1〇條影像像素微條，如第从圖 1〇所不。多組柱面透鏡也在x方向對齊成可產生在1方向相互 田比鄰在X方向-起提彻個像素的多條影像像素微條，如 苐6A圖所示。 第6B圖示意圖示對應至使用習知徑向對稱透鏡之顯示 器的MxN像素矩陣，其中M、N也分別為顯示器在x、y方向 15的影像像素數目。在使用徑向對稱透鏡的顯示器中，各個 透鏡對應至與第5〇圖影像區16〇類似的1〇χΐ〇影像像素陣列 (亦即100個像素）。該等透鏡在y方向中對齊成可產生在y 方向對齊的多個對應10Xl0影像像素陣列，這會產生在y方 ° <長1仏N個像素、實質連續且對齊的一組1 Ox 1 〇影像像 2〇素陣列’如第沾圖所示。該等透鏡也在X方向對齊成可產生 在X方向相互眺鄰、在x方向—起提供Μ個像素的多個1〇xl〇 影像像素陣列，如第6B圖所示。 使用柱面透鏡的顯示器可具有10個為-组的線性鄰接 一牛及透鏡，如上述。第8圓示意圖示4個線性鄰接組 14 200909909 5 10 15 20 30、32、34、36的10個LCD元件12與10個透鏡14，這4組分 別與影像面板16的4個線性鄰接顯像面板部份4〇、42、44、 46對齊。如第8圖所示，可選擇性地同時啟動各組3〇、32、 34、36内的對應LCD元件以允許光線穿過各組之中的一個 透鏡與—個LCD元件。在1(H^LCD元件及透鏡的每一組 中，各個LCD元件會被重覆及順序地“打開，，百分之1〇的顯 示器操作時間，以及“關閉，，百分之9〇的顯示器操作時間。 反之’使用習知徑向對稱透鏡的對應顯示器可具有⑽百為 一組机CD元件及透鏡，其中各組是排列成丨_矩形陣 列在母-組(1〇0個為一址）内，各個LCD元件 順序地八 曰叹里復汉 刀之1的顯示器操作時間’以及“關閉，，百分 的顯不器操作時間。使用習知徑向對 :點在於觀看者V在以大範圍的水平及垂直分布= 觀看方向分布在圖示於第U圖及第1Β圖的 :中)觀看顯示器1〇時可感知 看者V觀看使用杠 久 < 如果觀 看方向咖卩，觀看=鏡的料器，以域圍的垂直分布觀 時，無法感知3D影像效=於圖示於第1A_y方向)觀看 鏡的顯示！|相& 不過與使用習知徑向對稱透 於：柱面透L優點在 以及柱面透以°°的先輪出為習知透鏡顯示器的U)倍. 十分之一；^：5；必要頻率響應為習知透鏡顯示器的 布觀看方向觀看^物觀看者要以大範圍的垂直分 顯示器為使用習二: Θ對稱透鏡之顯示器的實用替代物。 15 200909909 由於柱面透鏡 14a、14B、14c、14D、14E、14F、14(3、 14H、14广丨七各對應至LCD影像面板16中的1〇個分開影像 像素，顯示器10可同時顯示100個個別的影像。不過，若沒 有進一步的動作，則顯示影像會重疊，而不可接受地使影 5像觀看經驗降級。這種情形圖示第5A圖、第5B圖及第7A圖 至第7J圖。第7A圖圖示在第一時段期間“打開，，的lCD元件 12A以及“關閉，，的LCD元件 i2b、12c、12d、12e、％、％、 12H、12!、12j。透鏡1、通過1^0元件12A(亦即，至觀看者 V左邊）聚集對應至特定觀看角度以及發源於影像區16八之 ⑺像素26A的光線22A。透鏡14八同時通過LCD元件12a聚集對 應至另一觀看角度以及發源於影像區16八之不同像素28a的 光線24A。透鏡14A同樣同時通過LCD元件12a聚集—百條光 線，各條光線各發源於構成影像區16a之1〇〇個像素以及各 對應至觀看者V可觀看顯示器1〇的1〇〇個水平及斜角分布觀 Μ看方向A。第7A圖只圖示一百條光線之中的兩條以避免圖 示第7A圖的細節。 第7B圖圖示在第-時段後於第二時段期間“打開，，的 LCD元件12B以及“關閉，，的LCD元件12八、12 L 丄厶D 、 12ε 、 12F、12G、12h、l2l、l2j。因此第二時段期間，透鏡％能 扣夠同時通過LCD元件12l(亦即，至觀看者ν左邊）聚集發源於 影像區的100條光線(各發源於構成影像區Ιββ的⑽個像 素以及各對應至100個水平及斜角分布觀看方向Α。第圖 至第Ή圖同樣分別圖示透鏡14c、14〇、14 1-+G ' 14η ' 14丨、14】，在各個第三、第四、第五、第六、第七、第八、 16 200909909 第九及第十連續時段期間，彼等係同時通過LCD元件12c、 12D' 12E' 12g、12h、12i、12j各自（向觀看者v)聚集 各自發源於影像區 16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i、 16j的100條光線。不需要按照順序“開，，“關，，該等lcd元件， 5而可以確定的非序貫順序(n〇n-sequential ordw)切換成“P开1” 與關。例如，可以隨機切換開關藉此於再度以隨機順序 ‘‘開”“關”同一組的10個LCD元件、等等來重覆開關模式之 前，以隨機順序“開”“關，，組中的1 〇個LCD元件。相較於更容 易識別及惱人的順序開關模式’以隨機順序開關可減少觀 10 看者V識出開關模式以及被它煩擾的能力。 如果透鏡 14a、14b、14c、14D、14E、14F、14(3、1½、 14】、14j中之一個能夠通過LCD元件12A、12B、12c、1 2d、 12E、12F、12G、12H、12丨、12_r中之一個來聚集發源於影像 區 16A、16B、16c、16D、16e、16F、16G、i6H、16!、16】中 15 之一個的一條光線；同時透鏡中之另一個通過LCD元件中 之另一個聚集發源於影像區中之另一個的另一條光線，則 這兩條聚焦光線會重疊（因為示意圖示於第5B圖的影像區 重疊）而不可接受地使觀看者V的影像觀看經驗降級。 為了避免此類重疊’以可控制的方式啟動孔罩12使得 20觀看者V在任何一個時段只看到一個透鏡14a ' 14B、14c、 14D、14E、14F、14G、14η、14丨、14』。更特別的是，將孔罩 12啟動成在任何一個時段只有一個LCD元件12α、ΐ2Β、 12c、12D、12Ε、12F、12G、12η、A、％是處於透明的“開” 狀態，而在該時段其他的9個LCD元件保持在不透明的“關” 17 200909909 狀態’如第4圖、第5A圖及第5B圖所示。
例如’如第4圖及第5A圖所示，LCD元件12D已被啟動 (其方式為熟諳此藝者所習知）藉此可“打開”LCD元件12D。 因此’ LCD元件12d會呈透明而允許發源於構成影像區16d 5的100個像素中之任何一個的光線可同時通過LCD元件12d 而被透鏡14d聚集。圖示於第4圖及第5A圖的其他9個LCD 兀件 12a、12B、12c、12e、12f、12g、12h、12,、12)都被“關 閉（在第5A圖中以斜影線表示）。因此，這9個“關閉，，的LCD 凡件都呈不透明，這可阻止光線通過這9個LCD元件中之任 10何一個。因此，透鏡14〇能夠通過LCD元件12d向觀看者¥聚 集發源於構成影像區16。的⑽像素中之任何—個的光線， 但是沒有—個透鏡 14八、14B、14C、14E、14F、14G、14h、 14,
G 、14;旎夠通過LCD元件 12八、12b、l2c、i2p %、i2 12H、12t、12』中之任何—個來聚集光線。 15 每一個LCD元件 12 η 12】12』會被迅速順序及重覆地“打開，，同時關閉其他9 個LCD兀件。對應至“開啟”元件、發源於構成影像區 的100個像素中之任何1的光線都同時通過 “開啟’’LCD 元件而被對應至“開啟”LCD元件的透鏡聚焦，同時對應至 20關閉LCDt^、發源於構成影像區之像素的光線都被擔 掉。發源於各像素的光線都龍至㈣的影像 ’以及各個 也對應至觀看者V可觀看顯示器1〇的1〇〇個水平及斜角分布 觀看方向A。 ^罩2'、而可選擇性啟動以便能夠以高頻切換LCD元 18 200909909 件 12A、12B、12C、12D、12E、12F、12G、12H、12!、12』的“開”、 關狀癌。因此’孔罩12只需具有早色（亦即，黑與白）特性。 如果觀看者V是在顯示器10的觀看表面1米外，顯示在顯示 器1 〇之觀看表面附近的物件可得到±0.5毫弧度的斜角觀看 5精確度(angular viewing accuracy)。顯示在無限遠處的物件 可得到不大於士5毫弧度的斜角觀看精確度。相較於通過窗 戶來觀看’在同時以局解析度顯示附近的物件時，這使得 觀看者V可明顯地感受到影像深度。如果以1 〇個一組地電氣 互連LCD元件，則在任何一個時段可啟動控制器19以“打 10開”顯示器中百分之十的元件。如果每組有1〇個以上的Lcd 元件，則在任何一個時段可啟動控制器19以“打開，，顯示器 中百分之十以下的元件，因而可減少耗電量然而這也會減 少顯示亮度。如果每組有10個以下的LCD元件，則在任何 一個時段控制器19應“打開，，顯示器中百分之十以上的元 15 件’因而可增加顯示亮度’然而也會增加耗電量。 如果孔罩12與影像面板16均為LCD片，以及如果這兩 片能夠以8位元來控制（亦即，如果每個LCD元件有8種可能 的開關狀態而不是兩個）’則可得到16位元的影像深度。藉 由形成有多個局部條狀光源(例如，有機發光二極體(〇LED)) 20的背光源18可改善顯示器的效率。此類條狀光源與構成孔 罩12的LCD元件光學耦合會更有效率。更特別的是，可與 對應LCD元件的“開”、“關”同步地選擇性地“開”、“關”每個 條狀光源。這有助於只用處於透明“開，，狀態的LCD元件來 照明，以及避免處於不透明“關，，狀態之LCD元件的不必要 19 200909909 照明。 藉由從100個不同水平及斜角分布的觀看方向數位攝 影真實的3D景象可產生用於在顯示器1〇上觀看的3D影 像。每個數位照片是由資料結構組成。如果影像面板16由 5多個100像素之影像區組成，則每個資料結構會被分成多個 1〇〇像素之子結構，其中每個子結構各自對應至影像面板16 的100像素之影像區之中的一個。 如先前所述，控制器19會“打開”孔罩12的電光開關之 選定子集以及“關閉，，其餘的開關使得與“開啟”開關對齊的 10透鏡可通過“開啟，，開關來聚集發源於影像面板16中之不重 疊部份的光線。藉由想像待顯示之實際3D景象是位在取代 影像面板16的孔罩12及透鏡陣列14之内側面而不是影像面 板16，可了解所得到的3D影像效果。當孔罩12中特定的一 組LCD元件被“打開”(亦即，開啟）時，觀看者V感知一個景 15象，而在不同組的LCD元件被“打開，，時，觀看者v會感知一 個猶微不同的景象’由於對應至這兩組元件的觀看角度稍 微不同，因而光線會以稍微不同的角度通過各組由3d景象 放射至觀看者V。該等些微差異導致觀看者V可感知景象的 深度。 20 儘管上文描述了一些示範方面及具體實施例，熟諳此 藝者會明白彼等仍有若干修改、排列、增添及次級組合。 例如，在使用柱面透鏡的顯示器中，不是像上文所述的那 樣以10個為一組地排列LCD元件及透鏡，而是以1〇個以上 或以下為一組地排列。不過，隨著組大小增加，顯示器在 20 200909909 各個LCD元件處於“開，，狀態時所放射的光量也會跟著減 少，這導致顯示器的亮度不合意地對應減少。增加組大小 也必須增加顯示器的頻率響應以協助各組的所有lcd元件 以對應的幀率（frame rate)順序地“打開，’及“關閉，，。隨著組大 5小減少，顯示器的解析度也跟著減少，這不合乎需要。用 10個的組大小可得到合理的折衷方案，然而其他8個到12個 的組大小是可接受的。 作為另一實施例，可以相互並聯的方式電子控制在不 同組内的對應LCD元件以減少控㈣19的複雜度。例如， 10如果顯示器有總共一千個LCD元件，則該等元件可以職 IXDtc件為一組排列成1〇〇組。各組的第一個元件可用 第—電子開關控制藉此在第—時段可用第一開關同時“打 開”―百個第一 LCD元件以及在後續日寺段同時“關閉，，它 們，各組的第二個LCD元件可用第二電子開關控制藉此在 15第_日守段可用帛二開關同時“打開，，一百個第二元件以 及在後續時段同時“關閉，，它們；等等。 第9A圖圖不透鏡狀新月透鏡陣列（例如，透鏡陣列14) 中之個小魏的合冑大小及做。錢跟賴擬可用來 測定光線以θ=ο。至㈣5。的入射角度範圍入射第9a圖小 2〇透鏡的路徑’在此角度0係圖示於第9B圖。第9A圖小透鏡 此夠以小於0.1毫米的聚焦位置差異聚集入射光線至位於 1〇毫米遠的焦曲面。第9cgl '第9D圖及第9E圖示意圖示不 同入射角的光線之路徑。當角度小時，如第9C圖及第9D圖 所不’所有光線都穿過單一小透鏡。至於角度較大時，如 21 200909909 第9E圖所示，有些光線在小透鏡的側邊截斷。如果相互毗 鄰地裝設多個小透鏡以形成一個陣列（例如圖示於第3圖的 透鏡陣列14)，進入一個小透鏡的光線可通過毗鄰的小透鏡 射出。這會不合意地使影像品質降級，但可藉由在相鄰小 5 透鏡的區域中至少一部份加上光吸收微條來防止。例如， 如前述，可在相鄰透鏡之間加上吸光隔板17八、17]3、170、 17〇、17e、17f、17g、17η、17丨、17】以防止光線在透鏡之間 通過。這會大體降低離軸觀看角度的顯示器亮度，不過可 保持影像品質。 10 希望以下隨附申請專利範圍的申請項及附屬項被解釋 成可涵蓋所有此類的修改、排列、增添及次級組合而落在 本發明的精神及範疇内。 C圖式簡單說明3 第1Α圖及第1Β圖的側面橫截面圖與俯視圖係不按比 15 例示意圖示正在觀看高解析度三維影像顯示器的觀看者。 第2圖的後視圖係不按比例而大幅放大地示意圖示第 1Α及1Β圖顯示器的10個孔罩及10個透鏡子集。 第3圖為不按比例繪出與第1Α及1Β圖顯示器的顯像面 板部份對齊的第2圖結構之俯視橫截面圖。 20 第4圖與第3圖類似，其係描繪第2圖結構的啟動以允許 光線穿過結構中之一個穿孔。 第5Α圖及第5Β圖與第3圖及第4圖類似，除了第5Β圖為 顯像面板部份的前視圖以外。 第5C圖及第5D圖分別與第5Α圖及第5Β圖類似，除了第 22 200909909 5 C圖及第5 D圖是描繪使用習知徑向對稱透鏡的具體實施 例以外，而第5A圖及第5B圖是描述使用只在一個平面中有 對稱性之柱面透鏡的具體實施例。 第6A圖及第6B圖示意圖示對應至使用柱面透鏡（第6A 5 圖）及習知徑向對稱透鏡（第6B圖）之具體實施例的MxN像 素矩陣。 第7A圖至第Ή圖與第3圖及第4圖類似，以及示意圖示 第2圖結構的順序啟動以允許光線穿過結構中依序選定的 不同穿孔。 10 第8圖示意圖示與第1Α及1Β圖顯示器中之4個線性鄰 接顯像面板部份對齊的4個線性鄰接之第2圖結構，以及描 繪第2圖結構的啟動以允許光線穿過每一個結構之中的一 個穿孔。 第9Α圖為用於透鏡狀新月透鏡陣列之單一小透鏡的俯 15 視放大圖。第9Β圖圖示光線入射第9Α圖小透鏡的入射角 Θ。第9C圖至第9Ε圖分別圖示以不同入射角穿過第9Α圖小 透鏡的光線。 【主要元件符號說明】 10…高解析度三維影像顯示器 12…實質平面孔罩 12Α-12 广.LCD 元件 12X...LCD 元件 14…實質平面透鏡陣列 14α-14;···柱面透鏡 23 200909909 16…平面影像面板 16a-16:…影像區 17Α-17;…吸光隔板 18…背光源 19…控制器 22A…光線 24A…光線 26A…像素 28A〜像素 30,32,34,36…線性鄰接組 40,42,44,46…線性鄰接顯像面板部份 0…入射角 B···向内及向外的方向 d·.·預期觀看距離 V…觀看者 A…水平分布觀看方向 24

Claims (1)

  1. 200909909 十、申請專利範圍： 1. 一種顯示器，其係包含： 一背光源； 安置在該背光源之外側面上的一實質平面影像面板； 安置在該影像面板之外側面上的一實質平面透鏡 陣列，該透鏡陣列包含多個聚光透鏡，各個透鏡有實質 垂直於該影像面板的一光軸； 安置在該透鏡陣列之外側面上的一實質平面孔 罩，該孔罩包含多個電光元件，各元件係經定位成緊鄰 於該等透鏡中與其對應的一個以及可選擇性地在以下 兩種狀態之間切換：該元件允許光線穿過該元件的“開” 狀態，該元件阻止光線穿過該元件的“關”狀態，其中該 等電光元件係以數個相鄰元件為一子集的方式排列； 一控制器，其係電子耦合至該影像面板以及至該孔 罩，該控制器可操作以重覆以下動作： 在該等電光元件的每一子集中選定一電光元件； “開啟”該等選定元件以及“關閉’’各子集中所有的 其他元件；以及 將一影像對應至該等選定“開啟”元件的多個選定 圖像施加至該影像面板，各圖像對應至該影像的多個不 同觀看方向。 2. 如申請專利範圍第1項的影像顯示器，其中該等透鏡均 為在與該光軸垂直之第一方向中有正值光焦度以及在 與該光軸垂直之第二方向中有零光焦度的柱面透鏡。 25 200909909 3. 如申請專利範圍第2項的影像顯示器，其中各個透鏡有 一平焦場。 4. 如申請專利範圍第2項的影像顯示器，其中該等透鏡係 以數個水平鄰接透鏡為一組的方式排列，各組對應至該 等電光元件的一個子集。 5. 如申請專利範圍第4項的影像顯示器，其中各個透鏡有 約1毫米的寬度。 6. 如申請專利範圍第4項的影像顯示器，其中各個透鏡有 長度在0.5毫米至1.5毫米之間、與該透鏡之光軸垂直的 最短物理範圍。 7. 如申請專利範圍第6項的影像顯示器，其中各個透鏡的 焦距大於該透鏡之該最短物理範圍的5倍。 8. 如申請專利範圍第6項的影像顯示器，其中各個透鏡的 焦距是在該透鏡之該最短物理範圍的5倍至15倍之間。 9. 如申請專利範圍第2項的影像顯示器，其中各個透鏡為 一新月透鏡。 10. 如申請專利範圍第1項的影像顯示器，其中該等透鏡均 為在與該光軸垂直之第一及第二方向中有正值光焦度 的徑向對稱透鏡。 11. 如申請專利範圍第10項的影像顯示器，其中各個透鏡有 一平焦場。 12. 如申請專利範圍第10項的影像顯示器，其中該等透鏡係 以數個鄰接透鏡之規則陣列為一組的方式排列，各組對 應至該等電光元件的一個子集。 26 200909909 α如申請專利範圍第12項的影像顯示器，其中各個透鏡有 約1毫米的直經。 R如申請專利範圍第12項的影像顯示器，其中各個透鏡有 長义在0.5毫米至15毫米之間、與該透鏡之光轴垂直的 最短物理範圍。 15.如申請專利範圍第14項的影像顯示器，其中各個透鏡的 焦距大於該透鏡之該最短物理範圍的5倍。 16」隹°申料利_第_的影侧示||，其中各個透鏡的 …在X透鏡之§《最短物理範圍的5倍至15倍之間。 Π·如申請專利範圍第1〇項的影像顯示器，其中各個透鏡為 —新月透鏡。 18.如申st專利範11第1項的影像顯示n，其中： 該等透鏡有-公共焦曲面； 該影像面板係安置於該焦曲面； 5亥影像面板的面積大約等於該透鏡陣列的面積； 該影像面板有多個像素；以及 像素數目明顯大於透鏡數。 19·如申請專利範圍第18項的影像顯示器 ，其中： 就"亥等電光元件的各個選定子集而言，鄰近該選定 集中之一電光元件的各個透鏡係對應至該影像面板 之—部份，該部份係與該影像面板中之任一其他部份 重4 ’ 5亥任—其他部份係對應至鄰近該選定子集 中之 任—其他電光元件的任—其他透鏡；以及 該影像面板的該等部份中之任何 一個的面積大於 27 200909909 該等透鏡中之任何一個的面積。 20. 如申請專利範圍第19項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便：用大於人類視覺感知系統之閃爍融合 頻率的頻率，以相等的持續時段“開啟’’該等選定元件以 及“關閉”各子集中所有的其他元件。 21. 如申請專利範圍第20項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便：以預定的非序貫順序“開啟”該等選定 元件以及“關閉”各子集中所有的其他元件。 22. 如申請專利範圍第20項的影像顯示器，其中該非序貫順 序為隨機式。 23. 如申請專利範圍第18項的影像顯示器，其中像素數目至 少大於透鏡數的5倍。 24. 如申請專利範圍第18項的影像顯示器，其中： 該等透鏡均為在與該光軸垂直之第一方向中有正 值光焦度以及在與該光軸垂直之第二方向中有零光焦 度的柱面透鏡；以及 像素數目大於透鏡數的5倍至15倍。 25. 如申請專利範圍第18項的影像顯示器，其中： 該等透鏡均為在與該光轴垂直之第一及第二方向 中有正值光焦度的徑向對稱透鏡；以及 像素數目大於透鏡數的25倍至200倍。 26. 如申請專利範圍第1項的影像顯示器，其更包含在相鄰透 鏡之間的一吸光隔板以防止光線在該等透鏡之間通過。 27. 如申請專利範圍第20項的影像顯示器，其中該控制器可 28 200909909 進一步操作以便：在任一時段中“開啟”不大於百分之20 的該等電光元件。 28. 如申請專利範圍第20項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便：在任一時段中“開啟”百分之5至15的 該等電光元件。 29. 如申請專利範圍第23項的影像顯示器，其中各個透鏡有 一平焦場。 30. 如申請專利範圍第29項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟’’該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”不大於百分之20的該等電光 元件。 31. 如申請專利範圍第3項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟”該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”不大於百分之2 0的該等電光 元件。 32. 如申請專利範圍第2項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 29 200909909 率，以相等的持續時段“開啟”該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”不大於百分之20的該等電光 元件。 33. 如申請專利範圍第23項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟”該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”不大於百分之20的該等電光 元件。 34. 如申請專利範圍第25項的影像顯示器，其中各個透鏡為 一新月透鏡。 35. 如申請專利範圍第34項的影像顯示器，其更包含在相鄰透 鏡之間的一吸光隔板以防止光線在該等透鏡之間通過。 36. 如申請專利範圍第35項的影像顯示器，其中該控制器可 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟’’該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”百分之5至15的該等電光元件。 37. 如申請專利範圍第36項的影像顯示器，其中各個透鏡的 焦距是在該透鏡之該最短物理範圍的5倍至15倍之間。 38. 如申請專利範圍第31項的影像顯示器，其中： 30 200909909 5專透鏡均為在與該光軸垂直之第一方向中有立 、'、、、度以及在與該光軸垂直之第二方向中有零光焦 度的柱面透鏡；以及 像素數目大於透鏡數的5倍至15倍。 39·如申請專利範圍第31項的影像顯示器，其中： °亥等透鏡均為在與該光軸垂直之第一及第二方向 中有正值光焦度的徑向對稱透鏡；以及 像素數目大於透鏡數的25倍至2〇〇倍。 40.如申明專利範圍第39項的影像顯示器，其中各個透鏡為 一新月透鏡。 41_如申請翻制第4G項的影細示器，其更包含在相鄰透 鏡之間的—吸光隔板以防止光線在該等透鏡之間通過。 42. 如申凊專利範圍第41項的影像顯示器，其中該控制器玎 進一步操作以便： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟，，該㈣定元相及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任-時段中“開啟’’百分之5至15的該等電光元件。 43. 如申請專利第42項的影像顯示器，其中各個透鏡的 焦距是在該透鏡之該最短物理範圍的5倍至15倍之間。 44. -種顯示―景彡像於—二特面上㈣觀看錢知顯示 影像之珠度的方法’該方法包含下列步驟. 產生第-多個影像資料結構，各資料結構界定由第 -多個水平及斜角分布觀看方向中之_個不同的方向 31 200909909 看到的影像； 提供有第二多個影像區的一影像面板，各影像區由 影像像素之一ΜχΝ陣列組成，在此Μ與N為整數； 把每一個該等影像資料結構分成數個影像子結 構，各個子結構由影像像素之一ΜχΝ陣列組成，該等影 像像素係對應至該等觀看方向中之唯一的一個以及對 應至該等影像區中之唯一的一個； 提供在該影像面板之外側面上的多個聚光透鏡，各 個透鏡有實質垂直於該影像面板的一光軸； 提供在該等透鏡之外側面上的多個電光元件，各元件 可選擇性地在以下兩種狀態之間切換：允許光線穿過該元 件的“開”狀態，以及阻止光線穿過該元件的“關”狀態； 將各元件定位成緊鄰於該等透鏡中與其對應的一個； 以數個相鄰元件為一子集的方式排列該等元件； 重覆地： 在每一個該等子集中選定在順序上是下一個的元 件；以及 “開啟’’該等選定元件以及“關閉”各子集中所有的 其他元件，同時施加至每一個該等影像區的是該等影像 子結構中之一個不同的子結構，該子結構係對應至該等 影像區中之一個以及對應至與該等影像區中之一個關 連的“開啟”元件。 45_如申請專利範圍第44項的方法，其中像素數目至少大於 透鏡數的5倍。 32 200909909 46·如申請專利細第44項的方法，其中各個透鏡有—平焦場。 •如申請專利範圍第44項的方法，其切關該等選定 的步驟更包含： 用大於人類視覺感知系統之閃㈣合頻率的頻 率’以相等的持續時段‘‘開啟”該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟，，不大於百分之2G的該等 元件。 工 48. 如申請專利範圍第45項的方法，其中各個透鏡有一平焦場。 49. 如申請專利範圍第45項的方法，其中開關該等選定 的步驟更包含： ；用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟，，該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 一在任—時段中“開啟，，不大於百分之2〇的該等電光 元件。 士申6月專利範圍第46項的方法’其中開關該等選定元 的步驟更包含： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率’以相等的持續時段“開啟”該等選定元件以及“關閉,， 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟，，不大於百分之2〇的該等 元件。 次* 士申》月專利範圍第48項的方法，其中開關該等選定元件 33 200909909 的步驟更包含： 用大於人類視覺感知系統之閃爍融合頻率的頻 率，以相等的持續時段“開啟”該等選定元件以及“關閉” 各子集中所有的其他元件；以及 在任一時段中“開啟”不大於百分之20的該等電光 元件。 34
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