TW201326907A - 立體顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種立體顯示裝置,其包含一影像投影模組、複數個投影鏡頭以及一光路切換模組,光路切換模組設置於影像投影模組與投影鏡頭之間,光路切換模組具有一入光面以及複數個相異的出光面,影像投影模組產生之一影像訊號由入光面進入光路切換模組,光路切換模組包含複數個偏振光分束器以及一偏振調節模組,偏振調節模組設置於偏振光分束器之間,光路切換模組依時序切換偏振調節模組將影像訊號分別導引至相異的出光面,並由出光面經投影鏡頭分別形成複數個成像光。
Description
本發明係有關於一種顯示裝置,且特別是有關於一種立體顯示裝置及其光學結構。
近年來,立體顯示的技術已逐漸突破,開始有立體電影、立體電視等應用問市。立體顯示器所帶來的立體視覺效果,實際上便是同時將不同視角的左眼影像與右眼影像,分別獨立呈現給觀賞者的雙眼。透過上述左眼影像與右眼影像可模仿雙眼觀看時,由於眼睛間距所帶來的景深效果。
左眼影像與右眼影像須分別獨立投射至觀賞者的兩眼,觀賞者之右眼看不到左眼圖像,反之亦然。這種顯示方式一般借助於觀看者佩戴之光學濾光鏡,常見的有雙色濾光法以及偏振方向濾光法,上述兩種方法都需要使用者額外配戴特殊的光學眼睛,才能在同一個屏幕上分離出兩眼的影像資訊。
裸眼立體顯示技術則是較新開發的立體顯示作法,可不需透過特殊的立體眼鏡就可以用肉眼直接觀賞到立體的影像效果。請參閱第1圖,其繪示習知技術中的一種立體顯示裝置100的示意圖。
如第1圖所示,習知立體顯示裝置100經常包含兩組投影機120, 122、雙凸透鏡陣列(凸透鏡層142與凸透鏡層144)以及設置於兩凸透鏡層之間的散射層146。目前,習知的立體影像顯示系統係利用兩個獨立的投影機120, 122在觀測平面分別形成兩個影像顯示區160, 162,藉此對應左眼影像與右眼影像形成立體視覺。習知技術中,採用兩個獨立的投影機120, 122以產生兩個影像顯示區160, 162,當需要產生多個影像顯示區時,便需要設置多個投影機。因此,習知的立體顯示裝置造價昂貴且重量與體積較大不利於隨身攜帶。
左眼影像與右眼影像須分別獨立投射至觀賞者的兩眼,觀賞者之右眼看不到左眼圖像,反之亦然。這種顯示方式一般借助於觀看者佩戴之光學濾光鏡,常見的有雙色濾光法以及偏振方向濾光法,上述兩種方法都需要使用者額外配戴特殊的光學眼睛,才能在同一個屏幕上分離出兩眼的影像資訊。
裸眼立體顯示技術則是較新開發的立體顯示作法,可不需透過特殊的立體眼鏡就可以用肉眼直接觀賞到立體的影像效果。請參閱第1圖,其繪示習知技術中的一種立體顯示裝置100的示意圖。
如第1圖所示,習知立體顯示裝置100經常包含兩組投影機120, 122、雙凸透鏡陣列(凸透鏡層142與凸透鏡層144)以及設置於兩凸透鏡層之間的散射層146。目前,習知的立體影像顯示系統係利用兩個獨立的投影機120, 122在觀測平面分別形成兩個影像顯示區160, 162,藉此對應左眼影像與右眼影像形成立體視覺。習知技術中,採用兩個獨立的投影機120, 122以產生兩個影像顯示區160, 162,當需要產生多個影像顯示區時,便需要設置多個投影機。因此,習知的立體顯示裝置造價昂貴且重量與體積較大不利於隨身攜帶。
為解決上述問題,本揭示文件提出一種立體顯示裝置,其包含光路切換模組具有一入光面以及多個相異的出光面,藉由光路切換模組中可切換的偏振調節模組,光路切換模組將單一影像投影模組產生的影像訊號由各個出光面依時序導引至不同的投影鏡頭。因此,本發明的立體顯示裝置以單一個影像投影模組配合光路切換模組便可具有多個光學輸出路徑,藉此可省下習知技術中為了多個影像顯示區而設置多個影像投影裝置的成本、重量與空間。
本揭示內容之一態樣是在提供一種立體顯示裝置,其包含一影像投影模組、複數個投影鏡頭以及一光路切換模組,該光路切換模組設置於該影像投影模組與該等投影鏡頭之間,該光路切換模組具有一入光面以及複數個相異的出光面,該影像投影模組產生之一影像訊號由該入光面進入該光路切換模組,該光路切換模組包含複數個偏振光分束器以及一偏振調節模組,該偏振調節模組設置於該等偏振光分束器之間,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組將該影像訊號分別導引至該等相異的出光面,並由該等出光面經該等投影鏡頭分別形成複數個成像光,該等成像光其中一者對應左眼影像,該等成像光其中另一者對應右眼影像。
根據本揭示內容之一實施例,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭以及一第二投影鏡頭,該光路切換模組包含一第一偏振光分束器以及一第二偏振光分束器,第一偏振光分束器具有一入光面,該影像訊號由該入光面進入該第一偏振光分束器,該第一偏振光分束器用以將該影像訊號分光為具有相異偏振方向之一第一偏振光束以及一第二偏振光束。第二偏振光分束器具有相異之一第一出光面以及一第二出光面,該第二偏振光分束器用以對該第一偏振光束以及該第二偏振光束進行合光。其中,該偏振調節模組設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組。於一第一時間點,該偏振調節模組開啟,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向互換,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光。於一第二時間點,該偏振調節模組關閉,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向不變,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光。
於上述實施例中,其中該第一偏振光束以及該第二偏振光束之偏振方向相異,且分別為垂直偏振(S-polarized)或水平偏振(P-polarized)。
於上述實施例中,其中垂直偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將被反射而改變方向,水平偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將直線通過。
於上述實施例中,其中該光路切換模組更包含一第一反射棱鏡以及一第二反射棱鏡,該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第二偏振光分束器之一側邊。該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之另一側邊以及該第二偏振光分束器之另一側邊。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
根據本揭示內容之另一實施例,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭、一第二投影鏡頭以及一第三投影鏡頭,該光路切換模組包含第一偏振光分束器、第二偏振光分束器、第三偏振光分束器以及第四偏振光分束器。第一偏振光分束器具有一入光面,影像訊號由入光面進入第一偏振光分束器。第三偏振光分束器具有一第三出光面。第四偏振光分束器具有相異之一第一出光面以及一第二出光面。其中,該偏振調節模組包含第一偏振調節單元、第二偏振調節單元、第三偏振調節單元、第四偏振調節單元以及第五偏振調節單元。第一偏振調節單元設置於該第一偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上。第二偏振調節單元設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上。第三偏振調節單元設置於該第三偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上。第四偏振調節單元設置於該第二偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上。第五偏振調節單元設置於該第二偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上,其中該第五偏振調節單元固定於開啟狀態。
其中,於一第一時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元關閉且該第四偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光。
於一第二時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元開啟且該第四偏振調節單元關閉,該光路切換模組將該影像訊號由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光。
於一第三時間點,該第一偏振調節單元關閉,該第二偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第三出光面投射至該第三投影鏡頭形成一第三成像光。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組中該第一偏振調節單元、該第二偏振調節單元、該第三偏振調節單元以及該第四偏振調節單元分別包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組中該第五偏振調節單元固定於開啟狀態,為一半波長相位延遲器(half wave phase retardar)。
於上述實施例中,其中該光路切換模組更包含一第一反射棱鏡以及一第二反射棱鏡。該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第三偏振光分束器之一側邊。該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第二偏振光分束器之一側邊以及該第四偏振光分束器之一側邊。
本揭示內容之一態樣是在提供一種立體顯示裝置,其包含一影像投影模組、複數個投影鏡頭以及一光路切換模組,該光路切換模組設置於該影像投影模組與該等投影鏡頭之間,該光路切換模組具有一入光面以及複數個相異的出光面,該影像投影模組產生之一影像訊號由該入光面進入該光路切換模組,該光路切換模組包含複數個偏振光分束器以及一偏振調節模組,該偏振調節模組設置於該等偏振光分束器之間,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組將該影像訊號分別導引至該等相異的出光面,並由該等出光面經該等投影鏡頭分別形成複數個成像光,該等成像光其中一者對應左眼影像,該等成像光其中另一者對應右眼影像。
根據本揭示內容之一實施例,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭以及一第二投影鏡頭,該光路切換模組包含一第一偏振光分束器以及一第二偏振光分束器,第一偏振光分束器具有一入光面,該影像訊號由該入光面進入該第一偏振光分束器,該第一偏振光分束器用以將該影像訊號分光為具有相異偏振方向之一第一偏振光束以及一第二偏振光束。第二偏振光分束器具有相異之一第一出光面以及一第二出光面,該第二偏振光分束器用以對該第一偏振光束以及該第二偏振光束進行合光。其中,該偏振調節模組設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組。於一第一時間點,該偏振調節模組開啟,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向互換,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光。於一第二時間點,該偏振調節模組關閉,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向不變,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光。
於上述實施例中,其中該第一偏振光束以及該第二偏振光束之偏振方向相異,且分別為垂直偏振(S-polarized)或水平偏振(P-polarized)。
於上述實施例中,其中垂直偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將被反射而改變方向,水平偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將直線通過。
於上述實施例中,其中該光路切換模組更包含一第一反射棱鏡以及一第二反射棱鏡,該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第二偏振光分束器之一側邊。該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之另一側邊以及該第二偏振光分束器之另一側邊。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
根據本揭示內容之另一實施例,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭、一第二投影鏡頭以及一第三投影鏡頭,該光路切換模組包含第一偏振光分束器、第二偏振光分束器、第三偏振光分束器以及第四偏振光分束器。第一偏振光分束器具有一入光面,影像訊號由入光面進入第一偏振光分束器。第三偏振光分束器具有一第三出光面。第四偏振光分束器具有相異之一第一出光面以及一第二出光面。其中,該偏振調節模組包含第一偏振調節單元、第二偏振調節單元、第三偏振調節單元、第四偏振調節單元以及第五偏振調節單元。第一偏振調節單元設置於該第一偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上。第二偏振調節單元設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上。第三偏振調節單元設置於該第三偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上。第四偏振調節單元設置於該第二偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上。第五偏振調節單元設置於該第二偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上,其中該第五偏振調節單元固定於開啟狀態。
其中,於一第一時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元關閉且該第四偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光。
於一第二時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元開啟且該第四偏振調節單元關閉,該光路切換模組將該影像訊號由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光。
於一第三時間點,該第一偏振調節單元關閉,該第二偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第三出光面投射至該第三投影鏡頭形成一第三成像光。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組中該第一偏振調節單元、該第二偏振調節單元、該第三偏振調節單元以及該第四偏振調節單元分別包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
於上述實施例中,其中該偏振調節模組中該第五偏振調節單元固定於開啟狀態,為一半波長相位延遲器(half wave phase retardar)。
於上述實施例中,其中該光路切換模組更包含一第一反射棱鏡以及一第二反射棱鏡。該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第三偏振光分束器之一側邊。該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第二偏振光分束器之一側邊以及該第四偏振光分束器之一側邊。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備,可參照所附之圖式及以下所述各種實施例,圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍,而光學結構運作之描述非用以限制其絕對關係,任何由元件重新組合之結構,所產生具有均等功效的裝置,皆為本發明所涵蓋的範圍。另一方面,眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中,以避免對本發明造成不必要的限制。
請參閱第2圖,其繪示根據本發明之一實施例中一種立體顯示裝置300的功能方塊示意圖。如第2圖所示,立體顯示裝置300包含影像投影模組320、光路切換模組340以及複數個投影鏡頭,於此實施例中,立體顯示裝置300共包含兩組投影鏡頭360, 362,但本發明並不以兩組投影鏡頭360, 362為限。
影像投影模組320用以產生之影像訊號V0,如第2圖所示,實際應用中,影像投影模組320可包含光源322、導光單元324、空間光調變器(Spatial Light Modulator, SLM)326以及中繼透鏡(Relay Lens)單元328。
請一併參閱第3圖,第3圖繪示於一實施例中第2圖中立體顯示裝置300的光學結構示意圖。如第2圖與第3圖所示,光源322產生之光束經由導光單元324的引導,經過空間光調變器326形成帶有顯示內容資訊(對應左右雙眼視覺之色彩、亮暗、圖樣等)的光學訊號,上述光學訊號輸出為經中繼透鏡328輸出為顯示內容資訊所對應的中繼影像(intermediate images),即本案中影像訊號V0。
光路切換模組340設置於影像投影模組320與該等投影鏡頭360, 362之間,光路切換模組340具有面對影像投影模組320的入光面以及複數個相異的出光面(於此實施例中為兩個出光面)分別面對投影鏡頭360, 362,光路切換模組340依時序不同將影像訊號V0分別導引至不同的投影鏡頭360, 362,藉此形成不同的成像光V1或成像光V2。
光路切換模組340包含偏振光分束器(Polarization Beam Splitter, PBS) 342a, 342b以及偏振調節模組344,偏振調節模組344設置於偏振光分束器342a, 342b之間。
光路切換模組340依時序不同切換偏振調節模組344將影像訊號V0分別導引至該等相異的出光面,並由該等出光面經該等投影鏡頭360, 362分別形成兩組成像光V1, V2,其中,於部份實施例中,成像光V1或成像光V2其中一者可對應觀察者的左眼,即作為左眼影像,而另一者可對應觀察者的右眼,即作為右眼影像。
如此一來,便可基於光路切換模組340將單一影像投影模組320用以產生之影像導引至多個投影鏡頭,並可藉此在觀察平面上形成不同視角的影像觀察區,達到立體顯示的效果。
以下將說明本案中的光路切換模組340如何依時序不同將影像訊號V0導引至不同的出光面,請一併參閱第4圖,其繪示第3圖中光路切換模組340的結構示意圖。
如第4圖所示,光路切換模組340包含偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b,偏振光分束器342a具有入光面IN,影像訊號V0由入光面IN進入偏振光分束器342a,偏振光分束器342a用以將影像訊號V0分光為具有相異偏振方向之偏振光束P1以及偏振光束P2。於此實施例中,偏振光束P1之偏振方向為水平偏振(P-polarized),而偏振光束P2之偏振方向為垂直偏振(S-polarized)。
偏振光分束器342b,其具有相異之第一出光面O1以及第二出光面O2,偏振光分束器342b用以對偏振光束P1以及偏振光束P2進行合光。
偏振光分束器(Polarization Beam Splitter, PBS)中具有光學選擇性平面,當垂直偏振(S-polarized)之光束通過偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b將被反射而改變方向,水平偏振(P-polarized)之光束通過偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b將直線通過。
其中,該偏振調節模組344設置於偏振光分束器342a與偏振光分束器342b之間的光路徑上,光路切換模組340依時序不同切換偏振調節模組344。於此實施例中,偏振調節模組344採用可切換開關狀態的半波板(half wave plate),於實際應用中,可採用液晶(liquid crystal, LC)層、鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、法拉第板轉器(Faraday rotator)、勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
此外,如第4圖所示其中光路切換模組340更包含反射棱鏡346a以及反射棱鏡346b。反射棱鏡346a之兩側邊分別鄰近偏振光分束器342a之一側邊以及偏振光分束器342b之一側邊,於此例中,反射棱鏡346a位於偏振光分束器342a的底側並位為偏振光分束器342b的左側。反射棱鏡346b之兩側邊分別鄰近偏振光分束器342a之另一側邊以及偏振光分束器342b之另一側邊,於此例中,反射棱鏡346b位於偏振光分束器342a的右側並位為偏振光分束器342b的頂側。
於一時間點(例如當T=k時),光路切換模組340將偏振調節模組344開啟,開啟後的偏振調節模組344用以將偏振光束P1以及偏振光束P2的偏振方向互換,偏振光束P1之偏振方向轉變為垂直偏振(S-polarized),而偏振光束P2之偏振方向轉變為水平偏振(P-polarized),經偏振光分束器342b合光後之光束由第一出光面O1投射至投影鏡頭360形成成像光V1。
於另一時間點(例如當T=k+1時),光路切換模組340將偏振調節模組344關閉,因偏振調節模組344已關閉,故偏振光分束器342a分光後的偏振光束P1以及偏振光束P2的偏振方向不變。如此一來,經偏振光分束器342b合光後之光束將由第二出光面O2投射至投影鏡頭362形成成像光V2。
如上所述,光路切換模組340可將同一入光面IN的光束隨時間不同分配到相異的第一出光面O1與第二出光面O2,於此例中,第一出光面O1與第二出光面O2為彼此垂直的相異出光表面。
如第3圖與第4圖所示,第一出光面O1輸出的光束可進一步透過導光單元348(如第3圖中為凸透鏡配合反射板)改變光行進方向,以進入該投影鏡頭362形成成像光V1,但本發明並不以此為限。請參閱第5圖,其繪示於另一實施例中立體顯示裝置300的光學結構示意圖,如第5圖所繪示之實施例中,導光單元348亦可採用反射棱鏡來改變光行進方向。
須說明的是,上述實施例中立體顯示裝置300包含兩組投影鏡頭360以及投影鏡頭362,光路切換模組340用以形成一對二的時序分光機制,但本發明並不僅以一對二為限,依相同架構可進一步延伸至一對多的時序分光。
請參閱第6圖、第7圖以及第8圖,第6圖繪示根據本發明一實施例中一種立體顯示裝置500之功能方塊圖。第7圖繪示於一實施例中第6圖中立體顯示裝置500的光學結構示意圖。第8圖繪示第7圖中光路切換模組540的結構示意圖。
如第6圖所示,立體顯示裝置500包含影像投影模組520、光路切換模組540以及複數個投影鏡頭,於此實施例中,立體顯示裝置500共包含三組投影鏡頭560, 562, 564,但本發明並不以此為限。
於此實施例中,影像投影模組520用以產生影像訊號V0,其立體顯示裝置500的內部架構與先前實施例中的立體顯示裝置300大致相同,可參考先前段落,在此不另贅述。
其主要差異在於,立體顯示裝置500具有單一影像投影模組520與三組投影鏡頭560, 562, 564,光路切換模組540可用以將單一入光面IN的光束依時序分配給三個相異的出光面O1, O2, O3。如第8圖所示,光路切換模組540包含四個偏振光分束器542a, 542b, 542c, 542d以及偏振調節模組,於此例中,偏振調節模組包含五個偏振調節單元544a, 544b, 544c, 544d, 544e。
其中,偏振光分束器542a具有入光面IN,影像訊號V0由入光面IN進入偏振光分束器542a。偏振光分束器542c具有第三出光面O3。偏振光分束器542d相異之第一出光面O1以及第二出光面O2。
偏振調節單元544a設置於偏振光分束器542a與偏振光分束器542c之間的光路徑上。偏振調節單元544b設置於偏振光分束器542a與偏振光分束器542b之間的光路徑上。偏振調節單元544c設置於偏振光分束器542c與偏振光分束器542d之間的光路徑上。偏振調節單元544d設置於偏振光分束器542b與偏振光分束器542d之間的光路徑上。偏振調節單元544e設置於偏振光分束器542b與偏振光分束器542c之間的光路徑上。偏振調節單元544a~544d等四個偏振調節單元須可切換於開啟狀態與關閉狀態之間。其中偏振調節單元544e則可固定於開啟狀態。
偏振調節模組中偏振調節單元544a、偏振調節單元544b、偏振調節單元544c以及偏振調節單元544d分別採用可切換開關狀態的液晶(liquid crystal, LC)層、鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、法拉第板轉器(Faraday rotator)、勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
而偏振調節單元544e不須採用可切換狀態的偏振調節元件,僅須採用固定的半波板(Half wave plate) ,例如用双折射率物質(Birefringent dielectric)構成的半波長相位延遲器(Half wave phase retardar)。
此外,光路切換模組540更包含反射棱鏡546a以及反射棱鏡546b,反射棱鏡546a之兩側邊分別鄰近偏振光分束器542a之一側邊以及偏振光分束器542c之一側邊。反射棱鏡546b之兩側邊分別鄰近偏振光分束器542b之一側邊以及偏振光分束器542d之一側邊。
其中,於一第一時間點(例如當T=k時),該偏振調節單元544a開啟、該偏振調節單元544b關閉、該偏振調節單元544c關閉且該偏振調節單元544d開啟,該光路切換模組540將影像訊號V0由第一出光面O1投射至投影鏡頭560形成成像光V1;
於一第二時間點(例如當T=k+1時),該偏振調節單元544a開啟、該偏振調節單元544b關閉、該偏振調節單元544c開啟且該偏振調節單元544d關閉,該光路切換模組540將影像訊號V0由第二出光面O2投射至投影鏡頭562形成成像光V2;以及
於一第三時間點(例如當T=k+2時),該偏振調節單元544a關閉,該偏振調節單元544b開啟,光路切換模組540將影像訊號V0由第三出光面O3投射至投影鏡頭564形成成像光V3。
如上所述,藉由光路切換模組540切換偏振調節模組中各個偏振調節單元,可將單一影像投影模組520產生之影像訊號V0,分配至三個出光面,形成一對三的時序分光機制。同理,依據本發明之上述兩實施例中光路切換模組的設置,依此類推繼續延伸,可形成一對N(N為任意自然數)的時序多光路切換機制。如此一來,便可利用單一影像投影模組對應到多個投影鏡頭。
綜上所述,本案的立體顯示裝置包含光路切換模組具有一入光面以及多個相異的出光面,藉由光路切換模組中可切換的偏振調節模組,光路切換模組將單一影像投影模組產生的影像訊號由各個出光面依時序導引至不同的投影鏡頭。因此,本發明的立體顯示裝置以中單一個影像投影模組配合光路切換模組便可具有多個光學輸出路徑,藉此可省下習知技術中為了多個影像顯示區而設置多個影像投影裝置的成本、重量與空間。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
請參閱第2圖,其繪示根據本發明之一實施例中一種立體顯示裝置300的功能方塊示意圖。如第2圖所示,立體顯示裝置300包含影像投影模組320、光路切換模組340以及複數個投影鏡頭,於此實施例中,立體顯示裝置300共包含兩組投影鏡頭360, 362,但本發明並不以兩組投影鏡頭360, 362為限。
影像投影模組320用以產生之影像訊號V0,如第2圖所示,實際應用中,影像投影模組320可包含光源322、導光單元324、空間光調變器(Spatial Light Modulator, SLM)326以及中繼透鏡(Relay Lens)單元328。
請一併參閱第3圖,第3圖繪示於一實施例中第2圖中立體顯示裝置300的光學結構示意圖。如第2圖與第3圖所示,光源322產生之光束經由導光單元324的引導,經過空間光調變器326形成帶有顯示內容資訊(對應左右雙眼視覺之色彩、亮暗、圖樣等)的光學訊號,上述光學訊號輸出為經中繼透鏡328輸出為顯示內容資訊所對應的中繼影像(intermediate images),即本案中影像訊號V0。
光路切換模組340設置於影像投影模組320與該等投影鏡頭360, 362之間,光路切換模組340具有面對影像投影模組320的入光面以及複數個相異的出光面(於此實施例中為兩個出光面)分別面對投影鏡頭360, 362,光路切換模組340依時序不同將影像訊號V0分別導引至不同的投影鏡頭360, 362,藉此形成不同的成像光V1或成像光V2。
光路切換模組340包含偏振光分束器(Polarization Beam Splitter, PBS) 342a, 342b以及偏振調節模組344,偏振調節模組344設置於偏振光分束器342a, 342b之間。
光路切換模組340依時序不同切換偏振調節模組344將影像訊號V0分別導引至該等相異的出光面,並由該等出光面經該等投影鏡頭360, 362分別形成兩組成像光V1, V2,其中,於部份實施例中,成像光V1或成像光V2其中一者可對應觀察者的左眼,即作為左眼影像,而另一者可對應觀察者的右眼,即作為右眼影像。
如此一來,便可基於光路切換模組340將單一影像投影模組320用以產生之影像導引至多個投影鏡頭,並可藉此在觀察平面上形成不同視角的影像觀察區,達到立體顯示的效果。
以下將說明本案中的光路切換模組340如何依時序不同將影像訊號V0導引至不同的出光面,請一併參閱第4圖,其繪示第3圖中光路切換模組340的結構示意圖。
如第4圖所示,光路切換模組340包含偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b,偏振光分束器342a具有入光面IN,影像訊號V0由入光面IN進入偏振光分束器342a,偏振光分束器342a用以將影像訊號V0分光為具有相異偏振方向之偏振光束P1以及偏振光束P2。於此實施例中,偏振光束P1之偏振方向為水平偏振(P-polarized),而偏振光束P2之偏振方向為垂直偏振(S-polarized)。
偏振光分束器342b,其具有相異之第一出光面O1以及第二出光面O2,偏振光分束器342b用以對偏振光束P1以及偏振光束P2進行合光。
偏振光分束器(Polarization Beam Splitter, PBS)中具有光學選擇性平面,當垂直偏振(S-polarized)之光束通過偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b將被反射而改變方向,水平偏振(P-polarized)之光束通過偏振光分束器342a以及偏振光分束器342b將直線通過。
其中,該偏振調節模組344設置於偏振光分束器342a與偏振光分束器342b之間的光路徑上,光路切換模組340依時序不同切換偏振調節模組344。於此實施例中,偏振調節模組344採用可切換開關狀態的半波板(half wave plate),於實際應用中,可採用液晶(liquid crystal, LC)層、鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、法拉第板轉器(Faraday rotator)、勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
此外,如第4圖所示其中光路切換模組340更包含反射棱鏡346a以及反射棱鏡346b。反射棱鏡346a之兩側邊分別鄰近偏振光分束器342a之一側邊以及偏振光分束器342b之一側邊,於此例中,反射棱鏡346a位於偏振光分束器342a的底側並位為偏振光分束器342b的左側。反射棱鏡346b之兩側邊分別鄰近偏振光分束器342a之另一側邊以及偏振光分束器342b之另一側邊,於此例中,反射棱鏡346b位於偏振光分束器342a的右側並位為偏振光分束器342b的頂側。
於一時間點(例如當T=k時),光路切換模組340將偏振調節模組344開啟,開啟後的偏振調節模組344用以將偏振光束P1以及偏振光束P2的偏振方向互換,偏振光束P1之偏振方向轉變為垂直偏振(S-polarized),而偏振光束P2之偏振方向轉變為水平偏振(P-polarized),經偏振光分束器342b合光後之光束由第一出光面O1投射至投影鏡頭360形成成像光V1。
於另一時間點(例如當T=k+1時),光路切換模組340將偏振調節模組344關閉,因偏振調節模組344已關閉,故偏振光分束器342a分光後的偏振光束P1以及偏振光束P2的偏振方向不變。如此一來,經偏振光分束器342b合光後之光束將由第二出光面O2投射至投影鏡頭362形成成像光V2。
如上所述,光路切換模組340可將同一入光面IN的光束隨時間不同分配到相異的第一出光面O1與第二出光面O2,於此例中,第一出光面O1與第二出光面O2為彼此垂直的相異出光表面。
如第3圖與第4圖所示,第一出光面O1輸出的光束可進一步透過導光單元348(如第3圖中為凸透鏡配合反射板)改變光行進方向,以進入該投影鏡頭362形成成像光V1,但本發明並不以此為限。請參閱第5圖,其繪示於另一實施例中立體顯示裝置300的光學結構示意圖,如第5圖所繪示之實施例中,導光單元348亦可採用反射棱鏡來改變光行進方向。
須說明的是,上述實施例中立體顯示裝置300包含兩組投影鏡頭360以及投影鏡頭362,光路切換模組340用以形成一對二的時序分光機制,但本發明並不僅以一對二為限,依相同架構可進一步延伸至一對多的時序分光。
請參閱第6圖、第7圖以及第8圖,第6圖繪示根據本發明一實施例中一種立體顯示裝置500之功能方塊圖。第7圖繪示於一實施例中第6圖中立體顯示裝置500的光學結構示意圖。第8圖繪示第7圖中光路切換模組540的結構示意圖。
如第6圖所示,立體顯示裝置500包含影像投影模組520、光路切換模組540以及複數個投影鏡頭,於此實施例中,立體顯示裝置500共包含三組投影鏡頭560, 562, 564,但本發明並不以此為限。
於此實施例中,影像投影模組520用以產生影像訊號V0,其立體顯示裝置500的內部架構與先前實施例中的立體顯示裝置300大致相同,可參考先前段落,在此不另贅述。
其主要差異在於,立體顯示裝置500具有單一影像投影模組520與三組投影鏡頭560, 562, 564,光路切換模組540可用以將單一入光面IN的光束依時序分配給三個相異的出光面O1, O2, O3。如第8圖所示,光路切換模組540包含四個偏振光分束器542a, 542b, 542c, 542d以及偏振調節模組,於此例中,偏振調節模組包含五個偏振調節單元544a, 544b, 544c, 544d, 544e。
其中,偏振光分束器542a具有入光面IN,影像訊號V0由入光面IN進入偏振光分束器542a。偏振光分束器542c具有第三出光面O3。偏振光分束器542d相異之第一出光面O1以及第二出光面O2。
偏振調節單元544a設置於偏振光分束器542a與偏振光分束器542c之間的光路徑上。偏振調節單元544b設置於偏振光分束器542a與偏振光分束器542b之間的光路徑上。偏振調節單元544c設置於偏振光分束器542c與偏振光分束器542d之間的光路徑上。偏振調節單元544d設置於偏振光分束器542b與偏振光分束器542d之間的光路徑上。偏振調節單元544e設置於偏振光分束器542b與偏振光分束器542c之間的光路徑上。偏振調節單元544a~544d等四個偏振調節單元須可切換於開啟狀態與關閉狀態之間。其中偏振調節單元544e則可固定於開啟狀態。
偏振調節模組中偏振調節單元544a、偏振調節單元544b、偏振調節單元544c以及偏振調節單元544d分別採用可切換開關狀態的液晶(liquid crystal, LC)層、鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、法拉第板轉器(Faraday rotator)、勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或克爾盒(Kerr cell)光調制器等。
而偏振調節單元544e不須採用可切換狀態的偏振調節元件,僅須採用固定的半波板(Half wave plate) ,例如用双折射率物質(Birefringent dielectric)構成的半波長相位延遲器(Half wave phase retardar)。
此外,光路切換模組540更包含反射棱鏡546a以及反射棱鏡546b,反射棱鏡546a之兩側邊分別鄰近偏振光分束器542a之一側邊以及偏振光分束器542c之一側邊。反射棱鏡546b之兩側邊分別鄰近偏振光分束器542b之一側邊以及偏振光分束器542d之一側邊。
其中,於一第一時間點(例如當T=k時),該偏振調節單元544a開啟、該偏振調節單元544b關閉、該偏振調節單元544c關閉且該偏振調節單元544d開啟,該光路切換模組540將影像訊號V0由第一出光面O1投射至投影鏡頭560形成成像光V1;
於一第二時間點(例如當T=k+1時),該偏振調節單元544a開啟、該偏振調節單元544b關閉、該偏振調節單元544c開啟且該偏振調節單元544d關閉,該光路切換模組540將影像訊號V0由第二出光面O2投射至投影鏡頭562形成成像光V2;以及
於一第三時間點(例如當T=k+2時),該偏振調節單元544a關閉,該偏振調節單元544b開啟,光路切換模組540將影像訊號V0由第三出光面O3投射至投影鏡頭564形成成像光V3。
如上所述,藉由光路切換模組540切換偏振調節模組中各個偏振調節單元,可將單一影像投影模組520產生之影像訊號V0,分配至三個出光面,形成一對三的時序分光機制。同理,依據本發明之上述兩實施例中光路切換模組的設置,依此類推繼續延伸,可形成一對N(N為任意自然數)的時序多光路切換機制。如此一來,便可利用單一影像投影模組對應到多個投影鏡頭。
綜上所述,本案的立體顯示裝置包含光路切換模組具有一入光面以及多個相異的出光面,藉由光路切換模組中可切換的偏振調節模組,光路切換模組將單一影像投影模組產生的影像訊號由各個出光面依時序導引至不同的投影鏡頭。因此,本發明的立體顯示裝置以中單一個影像投影模組配合光路切換模組便可具有多個光學輸出路徑,藉此可省下習知技術中為了多個影像顯示區而設置多個影像投影裝置的成本、重量與空間。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、500...立體顯示裝置
120、122...投影機
142、144...凸透鏡層
146...散射層
160、162...影像顯示區
320、520...影像投影模組
322、522...光源
324、524...導光單元
326、526...空間光調變器
328、528...中繼透鏡單元
340、540...光路切換模組
342a、342b、542a、542b、542c、542d...偏振光分束器
344...偏振調節模組
544a、544b、544c、544d、544e...偏振調節單元
346a、346b、546a、546b...反射棱鏡
348...導光單元
360、362、560、562、564...投影鏡頭
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:
第1圖繪示習知技術中的一種立體顯示裝置的示意圖;
第2圖繪示根據本發明之一實施例中一種立體顯示裝置的功能方塊示意圖;
第3圖繪示於一實施例中第2圖中立體顯示裝置的光學結構示意圖;
第4圖繪示第3圖中光路切換模組的結構示意圖。
第5圖繪示於另一實施例中立體顯示裝置的光學結構示意圖;
第6圖繪示根據本發明另一實施例中一種立體顯示裝置之功能方塊圖;
第7圖繪示於一實施例中第6圖中立體顯示裝置的光學結構示意圖;以及
第8圖繪示第7圖中光路切換模組的結構示意圖。
第1圖繪示習知技術中的一種立體顯示裝置的示意圖;
第2圖繪示根據本發明之一實施例中一種立體顯示裝置的功能方塊示意圖;
第3圖繪示於一實施例中第2圖中立體顯示裝置的光學結構示意圖;
第4圖繪示第3圖中光路切換模組的結構示意圖。
第5圖繪示於另一實施例中立體顯示裝置的光學結構示意圖;
第6圖繪示根據本發明另一實施例中一種立體顯示裝置之功能方塊圖;
第7圖繪示於一實施例中第6圖中立體顯示裝置的光學結構示意圖;以及
第8圖繪示第7圖中光路切換模組的結構示意圖。
300...立體顯示裝置
320...影像投影模組
322...光源
324...導光單元
326...空間光調變器
328...中繼透鏡單元
340...光路切換模組
342a、342b...偏振光分束器
344...偏振調節模組
348...導光單元
360、362...投影鏡頭
Claims (10)
- 一種立體顯示裝置,包含:
一影像投影模組;
複數個投影鏡頭;以及
一光路切換模組,該光路切換模組設置於該影像投影模組與該等投影鏡頭之間,該光路切換模組具有一入光面以及複數個相異的出光面,該影像投影模組產生之一影像訊號由該入光面進入該光路切換模組,該光路切換模組包含複數個偏振光分束器以及一偏振調節模組,該偏振調節模組設置於該等偏振光分束器之間,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組將該影像訊號分別導引至該等相異的出光面,並由該等出光面經該等投影鏡頭分別形成複數個成像光,該等成像光其中一者對應左眼影像,該等成像光其中另一者對應右眼影像。 - 如請求項1所述之立體顯示裝置,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭以及一第二投影鏡頭,該光路切換模組包含:
一第一偏振光分束器,其具有一入光面,該影像訊號由該入光面進入該第一偏振光分束器,該第一偏振光分束器用以將該影像訊號分光為具有相異偏振方向之一第一偏振光束以及一第二偏振光束;以及
一第二偏振光分束器,其具有相異之一第一出光面以及一第二出光面,該第二偏振光分束器用以對該第一偏振光束以及該第二偏振光束進行合光;
其中,該偏振調節模組設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上,該光路切換模組依時序不同切換該偏振調節模組;
於一第一時間點,該偏振調節模組開啟,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向互換,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光;以及
於一第二時間點,該偏振調節模組關閉,該第一偏振光束以及該第二偏振光束的偏振方向不變,經該第二偏振光分束器合光後之光束由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光。 - 如請求項2所述之立體顯示裝置,其中該第一偏振光束以及該第二偏振光束之偏振方向相異,且分別為垂直偏振(S-polarized)或水平偏振(P-polarized)。
- 如請求項3所述之立體顯示裝置,其中垂直偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將被反射而改變方向,水平偏振之光束通過該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器將直線通過。
- 如請求項2所述之立體顯示裝置,其中該光路切換模組更包含:
一第一反射棱鏡,該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第二偏振光分束器之一側邊;以及
一第二反射棱鏡,該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之另一側邊以及該第二偏振光分束器之另一側邊。 - 如請求項2所述之立體顯示裝置,其中該偏振調節模組包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器。
- 如請求項1所述之立體顯示裝置,其中該等投影鏡頭包含一第一投影鏡頭、一第二投影鏡頭以及一第三投影鏡頭,該光路切換模組包含:
一第一偏振光分束器,其具有一入光面,該影像訊號由該入光面進入該第一偏振光分束器;
一第二偏振光分束器;
一第三偏振光分束器,其具有一第三出光面;以及
一第四偏振光分束器,其具有相異之一第一出光面以及一第二出光面;
其中,該偏振調節模組包含:
一第一偏振調節單元,設置於該第一偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上;
一第二偏振調節單元,設置於該第一偏振光分束器與該第二偏振光分束器之間的光路徑上;
一第三偏振調節單元,設置於該第三偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上;
一第四偏振調節單元,設置於該第二偏振光分束器與該第四偏振光分束器之間的光路徑上;以及
一第五偏振調節單元,設置於該第二偏振光分束器與該第三偏振光分束器之間的光路徑上,其中該第五偏振調節單元固定於開啟狀態;
其中,於一第一時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元關閉且該第四偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第一出光面投射至該第一投影鏡頭形成一第一成像光;
於一第二時間點,該第一偏振調節單元開啟、該第二偏振調節單元關閉、該第三偏振調節單元開啟且該第四偏振調節單元關閉,該光路切換模組將該影像訊號由該第二出光面投射至該第二投影鏡頭形成一第二成像光;以及
於一第三時間點,該第一偏振調節單元關閉,該第二偏振調節單元開啟,該光路切換模組將該影像訊號由該第三出光面投射至該第三投影鏡頭形成一第三成像光。 - 如請求項7所述之立體顯示裝置,其中該偏振調節模組中該第一偏振調節單元、該第二偏振調節單元、該第三偏振調節單元以及該第四偏振調節單元分別包含可切換開關狀態的一液晶(liquid crystal, LC)層、一鐵電式液晶(ferroelectric liquid crystal, FLC)層、一法拉第板轉器(Faraday rotator)、一勃克爾斯盒(Pockels cell)光調制器或一克爾盒(Kerr cell)光調制器。
- 如請求項7所述之立體顯示裝置,其中該偏振調節模組中該第五偏振調節單元包含一半波長相位延遲器(half wave phase retardar)。
- 如請求項7所述之立體顯示裝置,其中該光路切換模組更包含:
一第一反射棱鏡,該第一反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第一偏振光分束器之一側邊以及該第三偏振光分束器之一側邊;以及
一第二反射棱鏡,該第二反射棱鏡之兩側邊分別鄰近該第二偏振光分束器之一側邊以及該第四偏振光分束器之一側邊。
Priority Applications (2)
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