TW200916831A - Directionally controlled illumination unit for autostereoscopic displays - Google Patents

Description

200916831 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本=關於—種提供予自動立體顯示器之 裝置，其可透過傳輸影像重建裝置，將啟動的照明 ==的Ϊ間而投射至能見範圍内。觀察者的眼睛得以二 並觀二二^繼的影像與其—光線 此發明應用於自動立體顯示器，藉此 控制裝置與影像控制裝置的協助下，在-個相對寬縱設備 =察空間中移動至其他位置時，自動==前 方式呈現二ΰ痛以2D或3D方式，或者於综合 【先前技術】 2用包含-可控财向照雜置的自動立體顯示器的範例， 示器對==之抓10裏042 325專利申請案中被描述。此顯 • ϋ序且對縣-錢察者_可同倾供 立體圖呈狀其他魏，已於1外 ^像 卜目社之說明 照明裝置包 在此說财賴的自動立體顯示n之可控制方向 200916831 含-個位於光線分布方向的照明裝置以及自動照喊光照射的照 明兀素，此外還有—包含投影元素之投射裝置。投影元素可將照 月衣置中,¾明元素的光線形成能見範圍，並透過類似平行光束射 線投射至觀察者眼_。每健影元素均可投影大量照明元素， 因為正常設置的_元素數量均會大於正常設置的投影元素數倍 之多。 對於影像或其他資訊之自動立醜示而言，均存在—要求，亦 即能見範圍必須也像影像重建裝置得續時均自·射於同一平 面而使间ασ質的3D影像得以被看見。而對於每隻眼睛所造成 的立體影像干擾則應予以避免。 旎見fe圍可以用不同形式來規定，且在此範圍内，觀察者單隻 或一雙眼睛均可被接受。同時，當觀察者移動到此空間中位於顯 不謂的新位置時’單且/或立體影像必麟續地雜提供良好品 質。 若透過上述描述之自動立體顯示器而提供例如兩位觀察者立 體影像時，必須為四個不同轉位置麵四減見範圍。而為了 能提供多位觀察者良好之影像品質，仍還有許多問題等待解決。 200916831 、m要的在於’例如轉—可較之伽者舒適喜好，觀察 2又眼睛的能見侧續輯其_察者兩隻眼_能見範園 細’以避免讓位於自齡體顯的_觀察者發生相互影麼。 眾所周知的，魏睛位於絲軸_近顯示器前的㈣位置時， 對於觀察者而言，此時為最好之光學投影狀況。 若觀察者眼睛逐漸從顯示器中央而往側邊移開時，因為逐漸加 的反射角’而亦會使投影的品質縣。藉由使用雙凸透鏡當作 投射裝置，將可避免光學聽，轉差纽礙產钱大之預定能 見範圍。此外，像差將不允許錢_度，因絲輻娜不能傳 達至偏離顯示器中間很遠的觀察者。在此，以觀察者為起點之觀 測角或觀測範u ’將定義為顯示n前的空間或範圍，且其中，觀 察者得以停留或是以其顧的方式相影像。對於—辦使用者 的顯示器來說，必須要有—較大的觀察角。而這所謂的缺點，亦 可如眾所周知的可藉由使用可操控式之折射裝置來避免。 在國際專利W0 2004Λ)99847中，可操控之電光學單元亦即所 述之電濕潤單元是非常著名的。此單元使用毛細現象與電濕潤， 以靠著靜電學勢能來改變流體表面張力，且藉此操控光學折射行 為。一個電濕潤單元原則上包含一個電容器，在其兩電極間内含 不溶解於水的液體，如油與水，同時其中一電極將被塗以防水。 200916831 沒有電場時，崎如爾雜 油薄層’因為此場會將偶極的極化情形提高^面水 兩極中間便會存在-邊界層。此單元可以在—平方公^ 產生電控的光學透鏡與稜鏡元素。 小内 透過電濕潤單以各種邊界層傾斜度的操控，光學折射行奸 變更二此’相較傳統光學元件，此方式更能確實二 ^予像差。射此種特性，電濕潤單元更可以完美的裳設 施光學和波光學作用的設備上。 、 國 靖Σ Γ 中的自動立體重建系統即使用此電 ，晦準的光線會以離散像素來照亮一 =:Γ )’其可為每隻觀察者眼睛在視差下產生 =二示設施包含光束因子與動態且可由電 的絲調節裝置’藉轉以鮮縣至適當 者_中。It由這_的光束裝置 : 置像素都緊密地分配到一電渴潤單元，又也的凋I衣 響的光束發射角得以調整至當==在=強度而受到影 地分配給平面顯示11的像素時，需要高度科技的雜，特別是1 於完成的精雜上。麟統是為軒料的點歸響而設計的， 且未對於干利m喊生需求提供。_是在電賴單元邊界的 非線性傳動行為，會s為電制單元不精準的分財像素 響調整過光線的分布範圍，且妨礙3D影 ^ 200916831 【發明内容】 本發明在於根據上述習用技術的缺失而提出一具體的解決方 案。 ' 本發明在醜所描述之自動立體顯示器中的光線引導時，可創 造一包含簡絲學設備的可控制方向酬裝置，其可使多位的觀 察者同犧在顯4前的空財，從其被分_的能見範圍中觀 看J不又妨礙之2D與/或3D影像。在顯示器前透過跟縱設備控制 裝置與影像控織置而能達_空間相對來說應為非常寬大。根 據本發明之構想，可_方向照雜置係可將照明設備發散出之 光線，確實無損耗地且均勻地傳輪至能見範圍内。 此外’應避免將電濕潤單元分配給影像重建裝置中細微像素結 構之像素。_地，亦應避免可控财向照明裝置在事後對透過 影像重建裝置而調整過的光線產生負面影響。除此之外，還岸透 過先學設蘭·，__胁贴· 顯示器的投影品質。 ,點在於—爛_赠，其透過跟縱 裝置來操控’並可將能夠變換調整並提 t、，、口至V人之先束射線塑造成接近眼睛 此外 光束射線可以接收相對於影像重建裝咖 200916831 調整 由像素結馳合成之影像重建裝置亦可透過立體影像頻率來 光束射線。 本發明典_特徵包括位於重絲置前，且在光線路捏上 成序的平面照明裝置上的可控制方向照明裝置，其可提供均 質光給繼咖⑽糊，伽咖，魏括至少一 ===潤單元的區域，此外，折射11亦可藉由跟縱設備控 制裝置及4控制裝置至少於—群組中特定位置，並可在光折射 3為時物_，且為了使絲雜之射財轉 3=整的光束射線折射至可相實際被調整的立體影像魏 =置中，而峨可操控之稜鏡作用，此外折娜可進行可 木工之透鏡作用，根據觀察者眼睛相較於影像重 調整能見範圍。 :术 此種光學結構有以下優點，即折射 單亓祕4 _切學，制是電濕潤 ^的數目抑卩其光柵麵（強度)不較限於影像重縣置 素結構並可自由抉擇。因電濕潤單 A π , t ’域面大於像素的橫截 面，因此與像素邊緣處不需要準確的對應 可忐fr 免凡靶圍延樣的優勢亦 =立在喊面下I透過相__而與光棘徑垂直的平 200916831 此平種 置可㈣合宜價格來當作均質平喃射器使 用。此種平面輻射器可 背光板使用而著名。器科技來當作常述之 f ’ _裝置可峨設計如_或線形照明元 至少-折射·素發料之光束射線麵準 個折射1 °折射裝置至少包含—個折射元素區域。每— 凡。或每—個條狀的圓柱狀透鏡均會對；* 定數旦 元素，以細準被輕射出之光束射線。域疋數里之照明 因為照明裝置位於影像重建裝置前的光 射裝置或折__麵物_咖物。-折 若要調整能見顧，則可使驗拼 適之折射灯，糾钟射上合 射元素數量將會以電_單 ### °自_擇的折 ==備控制裝置與影像控制裝置 = 更輕易的计异或定位電濕潤單元 衣罝靶 單元將可以如同單一折射元素來處理，=:元=電m 被分配之電濕潤單元將構成-功能光學裝置。〜射70素與 200916831 射凡。多-方面可以㈣肖色麵頭而達到色錄 1匕，排舰序之折錄置巾的特材質便可展現不_色散行 為鏟另一方面’至少兩顆專為-維的稜鏡移動負責的單元，可: 方疋轉90度而上下堆疊。& J 乂 a 切關時控败折射兩軸線 ，Y)触束射線。且亦可讓麵示器前同— 觀察者，同賴察展示之影像。 料丄者的 更進一步的電濕潤單元設計為；將至少兩種不同且不可混人之 材質包含在-個電濕潤單元内，且至少可相互產生—個界面^ 界面的應·蝴轉她構。當討確認出-個 適合光束躲二维婦的電辦，料_界面 組大量之電濕潤單元。 矿匕3 下述為本發明之優勢；與目前現有科技相較，在一個位於自動 立體顯不器前的大的觀察者空間，藉由實施已描述過之光學裝置 與其結合’便可產生包含高度光線與高度反差且如同少數互相闡 明之能見朗，並可達到-個均質的影像鍵裝置照明。 旦，此曰外，由多位觀察者被分配到之能見範圍來觀察單或/且立體 影像是可㈣，若沒有補可能性，齡造成齡者彼此之間的 干擾HUb祕者便可以自由且不受約束地在—個寬廣的觀察空 12 200916831 間中移動，其亦會同時與—個擴大的追棘園連接。 器，且 電濕潤單元的幫助 m㈣，不財改善影像鏡裝針的猶麵 柯改善透單方式而產生的能見麵光線分配均質性，' =圍，可控制方向照明裝置會提供已設置平面照明的折_ 跟祝備控繼置與影像控姆置亦可在電控 。 下，調整能見範圍内的照明情形。 質將會提 其他優勢亦包括；自鼓體顯·的傳輪與折射品 ，且相較於現有科技，亦可減少光學設備之使用。 接下來將藉由參考下觸示，進—步說明本發明： =二案較佳實施例之平面圖，鱗—個原則性的自動立體實 =4不㈣構造與-個於本發明闡述之可控制方向照明裝 應圖1且提供給兩位 圖2本案較佳實施例之平面圖，插繪一對 觀察者的顯示器實施例； 圖3a ’ 3b本案較佳實施例之陣列 、折射時之實施例 【實施方式】 圖1僅描繪自動立體顯示器或實降与 束射線折射日。 』早讀給—維或二維光 像顯示器之原則性構造的 13 200916831 ㈣柯㈣方向照明 明裝置卜如同所示單^穿過大量折 .3與接後之影像重建裝置6，直達眼睛位置 Γ条隹光2=可構造出—個能見範圍。此三個能見範圍將同時 被-又右眼接收，其立體·4於影像重 咖，藉此觀察者就可同時觀看二： '、大豕看到的3D影像内容可以相同亦可以不同。 ==者續顯示提供給部份觀察者。圖1亦可說明， 個規察者可依序在影像重建裝置6前的^ 像，且崎位細畑所對應之崎勸可被追t 置^(了見追圖=位置而使用的跟縱設備嶋置與影像控制裝 之定位系、亀嶋撤峨現祕她而與未晝出 向的圖圖2亍為主提 立觀察者之可控制方向照明裝置。位於光線方 值⑽ 牛依序為：照明褒置1，投射裝置2，折射器3， 傳動衫像重建裝置6，一個 像控卿w 1n $ ‘魏4，一個跟蹤設備控制裝置與影 位置H 舰晴位置AP1與AP2。之後再將觀察者眼睛 、.-員不s w之位置’為此亦會產生__相對應之能見範圍。 14 200916831 且其亦可設置於投射裝 平面照明裝置1可為均質平面輻射器 置2前的聚歸上。箭頭域學軸線8上之光線路徑。 投射裝置2的投影元素可以包含球狀或非球狀透鏡，全息攝影 光學元素⑽)或娜絲讀⑽）。朗裝置柯為離或線 狀照明元素形成之區域。 在圖2中的投射裝置2為圓柱狀透鏡，且透過至少—個投射元 素區域，舰由已啟_照明元素形成的光束射線辭至至少一 個群組或折射H的區域中。每個投射裝置2的投影元素均可調整 地分配至龍投概置2衫個電测單元。齡配至觀察者眼 睛的光束射線將依序堆疊在能見位置中。#影毅建裝置6動作 時’光束射線將與分開的影像組同時被調整，而使在能見範圍的 觀察者可以從選擇出之2D或3D或混合的方式來看見影像。這個 過程將透過轉設備控繼置與影像控繼置10來操控。此外， 跟縱設備控織置與影像控繼置亦可為單—投影元素，定位且 "周正根據光束路㈣分配給投影元素之全體電测單元。根據這 ==式’每個投影元素與被分配之電·單元將可構成—功能光 子衣置。因為兩位觀察者位於與顯示器同樣距離之地點，故在電 濕潤單元巾僅會產生稜鏡作用，崎光束射線—定會折射至眼睛 位置AH與AP2。此稜鏡均僅緣製出一個角度，在現實中，相鄰的 15 200916831 且將不同折射角度化為可能。相對於 維折射可以減少電極與操控浪費，此 單元亦會產生不同的調整， 二維電濕潤單元的情形，— 亦為其優勢。 —額外的·鏡4將會接續在投射裝置2後 線對應於能驗·分配。 σ先束射 在之後的實施例中，稜鏡作用將以二維方式實現，且在此作用 下，被界面二維操控的電極整理將於兩種材質間組織起來。相同 的’亦可將單元裡的材質結合，而產生兩個界面。若此光束射線 在相互不同的方向仍可受到控制，這時即可產生—嘛束射線的 二維折射。稜鏡與透鏡作用均可在兩個方向成立。 在圖3a與3b中，將顯示在不同應用情形下的陣列折射器3。 在圖3a中，透鏡是以透視圖方式呈現。折射器3包含大量且 以四方體規律排列的電濕潤單it，這僅是-部份情況。電極與操 控器則未被畫於此圖示中。圖示裡的電濕潤單元中，主要包含至 少兩個不可混合且不同的材質，在其中將會產生一個可變之界 面。根據圖3a，每一個單元中的界面是可以透過控制來調整的， 因此該界面將形成一平坦平面，且僅在一個方向，這裡也就是χ 16 200916831 方向，會對入射光束射線產生稜鏡作用。此x方向應符合自動立 體顯示器前的側邊折射角。為便於了解，此產生之界面僅畫在二 個電濕潤單元上。接著，此界面將會變形，且透過控制而形成拱 形，藉此該界面將可產生一維的透鏡作用。透過控制數個電濕潤 單凡，此根據探測到之眼睛位置AP1，AP2或AP3(見圖2)，界面 將產生對狀-侧斜肢，且該界面會以—料式將光束射線 折射至探測到的眼睛位置 ▲此外，界面變形可以透過根據操㈣電極來控制。藉由變形將 調整能見位制顯示器的位置，以便配合觀察者。透過結合棱鏡 與透鏡作用，可使-維’亦即於χ方向，為多位且距離顯示器不 R位置的觀察者產生很大的折射角與觀察者角度。根據本發明， ^射器之_係射粒’婦，且分配到投影設備與影像重建 =的特定區域。藉此可產生„優勢，即折糖之電测單元的 =與其光栅翻（強度)將可侧咖像蝴置的像素結構 為能達成二維的稜鏡與透鏡作 w g卩是說騎Υ方向，可將 兩個相同折射的折射器堆疊起來 堆, 认木此兩陣列將以相互成45度旋轉 隹宜的方式排列。每陣列將會如 用。 如所描繪而在其方向產生作 200916831 ' 纟圖3b中’將以平面圖圖示的方式緣出堆疊排列的其他實施 • 例。兩個一維且可操控之陣列將以同樣構造方式來設計，且以旋 轉45度角錯開堆叠。用此種實施例，將可使至少一個被選定方向， 例如X方向’的折射區域在假設的角度範圍内擴大。陣列並不一 定要如同圖3b中所緣，以正方形的方式來設計，而可接受任何一 個四角型的雜。職通常會視電制單元卿狀而定，其最好 是在堆疊的情形下仍能保持一致性。 此外亦可省下與電濕潤單元的結構比較影像重建裝置之像素 •、結構形式的動作，因為在發明的光學組件整合中，沒有分配給 與影像重建裝置的細微像素結構的電賴單元。電濕潤單元均大 於一像素大小。因此便產生此發明相對於現有技術之優勢。 當將折射為排列於影像重建裝置後的光線分布範圍方向時，電 濕潤單元與像素必須維持差不多一樣大小，且確實地彼此對應分 配。僅有在此情況下能夠提供多位觀察者良好之投影品質。若在 18 200916831 此所稱之元素大小不一，則需要添加光學或電子形式之調整器， 以提升投影品質。在本發明中即排除了此項缺點。 將本發明如同投影系統應用於自動立體顯示器 重建裝置亦即為顯示器的撥放螢幕。 、吩 所夫in揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而轉 所未有之作法亦具備專利性，桌 、而，'刖 實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之請。惟上述之 專利範圍如附。 專利粑圍’因此’提出申請 19 200916831 【圖式簡單說明】 圖1 且提供給兩位 圖2本案較佳實施例之平_ ’彳崎―對應圖 觀察者的顯示器實施例； 圖3a ’ 3b本案較佳實施例之陣列 束射線折射時之實施例。 电濕潤單元供給—維或二維光 元件符號簡單說明： 平面照明裝置 投射裝置 折射器

10 AP 場透鏡 影像重建裝置 跟蹤設備控制裝置與影像控制裂置 眼睛位置 、 20

Claims (1)

1. 200916831 十、申請專利範圍： 光束射線形成近似_大小細 =^控雜触調整過之 觀察者在㈣的眼睛_ £域，此可提供至少-位 /am獲得與影像重建裝置之聯繫； ⑹前'、叮裝置在光學路徑上係依序侧在影像重建裝置 建裝置（6)的像素結構均 ^面照9歧備⑴，其提供影像重 貝光； 斗:=Γ括至少一個已整合電制單元的區域； 使光束射線的人射方向得以it 進行調整，且為了 操控至可相實際賴整、^^換碰的光束射線而 t，則至少實現，可操控之眼目;奶；· 建裝置之遠近 而根據觀察者眼睛相較=亦可進行可 2器之可控制方向照明裝置，其帽射 濕潤。園以)：述明裝置，其+該電 21 200916831 4.如申請專利範圍第2項 的電濕潤單元將可產生不 日錄置，其中疊堆 重現之顏色。 长之折射率，並以色散校正的方式 個相互混雜之界面 濕潤:^=2:=;;，:;，明裝置，其中一電 —個知芳、、9仙t m 一 不了此5材貝的界面，或包含至少 照明設可㈣方向_紅，其中平面 7.如申請專利範圍第丨項 照明設備⑴射作為至少包 方㈣職置，其中平面 點狀或·朗元置⑵之鄉元素區域的 射出之光束射線細準至少—彳 元素發 匕申請專利細第2項 置（】0)，將會如同單—投 有電濕潤單元。 物酿中投射 ’早凡’且分配至各投影 ^置對應的多個電濕 影元素來進行處理， …、.一 μ素的跟辦傷控制裝置與影像控制裝 而可定位且調整所 明裝置，其中每個 光學裝置。 22 200916831 10.如申請專利範圍第1至第5項其中一項所述之可控制方向照明 • 裝置，其中額外之場透鏡(4)將會被分配至各投射裝置（2)。 23