TW201426014A - 立體顯示系統 - Google Patents

Abstract

一種立體顯示系統，包括多個投影裝置以及一屏幕模組。投影裝置用以分別投射出多個影像光束。屏幕模組配置於這些投影裝置前方，其中這些影像光束朝向屏幕模組傳遞。屏幕模組包括一光擴散層以及一分光層。光擴散層具有至少一擴散方向，光擴散層適於將這些影像光束沿著擴散方向以對應擴散方向的一擴散角度擴散。光擴散層配置於分光層與這些投影裝置之間，其中被光擴散層擴散的每一影像光束通過分光層之後被分為多個子影像光束，且每一影像光束之這些子影像光束以不同的角度傳遞，以使這些影像光束於通過屏幕模組之後形成多個立體影像視域區。

Description

立體顯示系統

本發明是有關於一種投影系統，且特別是有關於一種立體投影系統。

隨著近年來顯示科技以及各項科技工藝的進步，各種顯示裝置被發明，例如從精巧的手持型顯示器到高畫質的顯示螢幕甚至於幾乎可以假亂真的立體顯示器，其栩栩如生的影像顯示品質，使人類天馬行空的想像力得以馳騁於其中。其中，立體顯示技術的突飛猛進與消費需求的大量增加，使得在2010年立體顯示器的出貨量已達百萬之數，並隨著價格快速下降及內容逐漸普及，未來幾年立體顯示產業更將快速發展。然而，目前市面上的立體顯示器絕大多數需要戴著特製眼鏡才能看到立體影像，如常見的偏振式立體顯示眼鏡或色差式立體顯示眼鏡，其與自然視覺的訴求背道而馳，因此，裸視立體顯示技術必將成為下世代顯示器之重要發展方向已是業界的共識。

目前市面上已有少數裸視立體顯示技術產品，但均有視角小與解析度低等缺點，難以應用在需要高影像品質與高觀賞自由度的場合，為因應市場上的需求，發展兼具高解析度、大視角、與具自然影像感的立體顯示器已成為當前亟待解決的課題之一。

本發明提出一種立體顯示系統，包括多個投影裝置以及一屏幕模組。投影裝置用以分別投射出多個影像光束。屏幕模組配置於這些投影裝置前方，其中這些影像光束朝向屏幕模組傳遞。屏幕模組包括一光擴散層以及一分光層。光擴散層具有至少一擴散方向，光擴散層適於將這些影像光束沿著擴散方向以對應擴散方向的一擴散角度擴散。光擴散層配置於分光層與這些投影裝置之間，其中被光擴散層擴散的每一影像光束通過分光層之後被分為多個子影像光束，且每一影像光束之這些子影像光束以不同的角度傳遞，以使這些影像光束於通過屏幕模組之後形成多個立體影像視域區。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是本發明之一實施例中的立體顯示裝置，請參照圖1，在本實施例中，立體顯示系統100包括多個投影裝置110以及一屏幕模組120。投影裝置110用以分別投射出多個影像光束IB。屏幕模組120配置於這些投影裝置110前方，其中這些影像光束IB朝向屏幕模組120傳遞。屏幕模組120包括一光擴散層122以及一分光層124。在本實施例中，光擴散層122與分光層124的距離d例如為100微米，然本發明不以此為限。光擴散層122具有至少一擴 散方向，光擴散層122適於將這些影像光束IB沿著擴散方向以對應擴散方向的一擴散角度ψ擴散，在本實施例中，擴散方向例如是沿著圖1中的Y軸方向擴散。一般而言，。光擴散層122配置於分光層124與這些投影裝置110之間，其中被光擴散層122擴散的每一影像光束IB在通過分光層124之後被分為多個子影像光束IBS，且每一影像光束IB之這些子影像光束IBS以不同的角度傳遞，以使這些影像光束IB於通過屏幕模組120之後形成多個立體影像視域區VZ。舉例而言，如圖1中所繪示，投影裝置110例如可包括三個投影裝置110a、110b與110c並分別投射出影像光束IBa(以虛線表示)、IBb(以實線表示)、IBc(以鏈線表示)，並且投影裝置110a與投影裝置110b的間隔E1在本實施例中例如為300毫米，投影裝置110b與投影裝置110c的間隔E2在本實施例中例如為280毫米，然本發明亦不以此為限。其中，這些影像光束IBa、IBb與IBc在通過光擴散層122後會分別以原行進方向擴散一角度ψ(為延著Y軸方向的擴散角度)而朝向分光層124傳遞，在本實施例中，角度ψ在Y軸方向上的擴散角度約為40度，然而，實際上的光擴散層122除了在Y軸方向上有擴散角度外，在X軸方向上亦會有極小的擴散角度，在本實施例中，光擴散層在X軸方向上的擴散角度例如為0.1度，然本發明不以此為限。在通過分光層124後，影像光束IBa例如可被分為子影像光束IBa1、IBa2與IBa3，影像光束IBb例如可被分為子影像光束IBb1、IBb2與IBb3，且影像 光束IBc例如可被分為子影像光束IBc1、IBc2與IBc3。其中，子影像光束IBa1、IBb1與IBb1在通過分光層124後朝向第一立體影像視域區VZ1傳遞，子影像光束IBa2、IBb2與IBb2在通過分光層124後朝向第二立體影像視域區VZ2傳遞，子影像光束IBa3、IBb3與IBb3在通過分光層124後朝向第三立體影像視域區VZ3傳遞。換言之，在本實施例中，觀賞者可分別在第一立體影像視域區VZ1、第二立體影像視域區VZ2與第三立體影像視域區VZ3觀賞到投影裝置110a、110b與110c所投影出的畫面。換言之，分光層124可將這些投影裝置110所發出的影像光束IB複製到多個到多個視域VZ內以供觀賞，在本實施中，投影距離L1可設定在這些投影裝置110的投影距離上，且在本實施例中例如為1710毫米，而觀賞距離L2可依照實際需求而制定之，在本實施例中例如為1500毫米，然本發明不以此為限。當這些投影裝置110所顯示的是立體影像時，觀賞者可在多個立體影像視域區VZ觀賞到立體影像，可避免隨著觀賞者的移動而使得觀賞者觀賞到的立體影像產生變化甚至無法觀賞的情況。同時，亦可避免當面對投影螢幕正中央的觀賞者會有看不到投影螢幕邊緣位置影像的現象，換言之，分光層124除了可將投影螢幕正中央的影像分配至觀賞者位置的邊緣位置，同樣亦可將邊緣位置的影像導向至觀賞者位置的中央，藉此可使得觀賞者即使在螢幕前移動，亦不致錯過完整的立體影像。並且，由於這些立體影像視域區VZ都帶有相同的資訊，而非犧 牲空間解析度而產生，亦即，立體投影裝置100可在不減少影像解析度的情況下利用分光層124增加多個立體影像視域區VZ。值得注意的是，上述的投影裝置110與影像光束IB與子影像光束IBS的數量僅用於輔助說明本實施例，可依據實際需求設計而有所不同，例如當投影裝置110的數量增加時，立體投影裝置100的影像光束IB會隨之增加，並且可使得各立體影像視域區VZ內的子影像光束IBS數量增加，因此立體影像視域區VZ亦可隨之增加，然而本發明不以此為限。藉此，立體投影裝置100可提供大視角與高解析度的立體影像。有關投影裝置110的排列方式與分光層124的詳細敘述將於後續舉例說明。

詳細而言，圖2A是依照圖1實施例中的分光層的局部放大的立體示意圖，圖2B到圖2D繪示出圖2A實施例中的各種光路的示意圖，請參照圖1至圖2D，在本實施例中，分光層124具有一第一表面S1與配置於第一表面S1上並週期性排列的多個第一分光微結構M1，每一第一分光微結構M1包括具有不同斜率的多個表面P。在本實施例中，這些投影裝置110可沿著一第一方向(亦即圖1及圖2A中的三維立體座標的X軸方向)排列，並且這些第一分光微結構M1與這些立體影像視域區VZ亦沿著平行於第一方向之方向排列。並且，在本實施例中，這些第一分光微結構M1可為多邊形柱面透鏡，並且該些第一分光微結構M1的延伸方向平行於一第二方向(亦即Y軸方向)，且這些影像光束IB可沿著Z軸方向朝向分光層124傳遞。 在本實施例中，這些表面P的數量例如是3個，換言之，在本實施例中所繪示的第一分光微結構M1例如為多個梯形分光微結構，然本發明不以此為限，在其他實施例中可依據實際需求而改變表面P的數量與所配置的斜率關係，本發明不以此為限。值得注意的是，在本說明書中所述之第一方向與第二方向分別對應至圖示中的三維立體直角座標中的X軸與Y軸，並且投影裝置、光擴散層與屏幕模組沿著Z軸方向排列，然而本發明不以此為限。

詳細而言，請先參照圖2B，在本實施例中，當由投影裝置110a發出的影像光束IBa通過分光層124時，可被分光層上的第一分光微結構M1折射而分光並分別朝向不同方向傳遞。舉例而言，圖2B中每一個第一分光微結構M1包括具有不同斜率的3個表面P1、P2與P3，表面P1可將投影裝置110a發出的影像光束IBa中的子影像光束IBa1折射至立體影像視域區VZ1，表面P2可將投影裝置110a發出的影像光束IBa中的子影像光束IBa2折射至立體影像視域區VZ2，表面P3可將投影裝置110a發出的影像光束IBa中的子影像光束IBa3折射至立體影像視域區VZ3。依此類推，圖2C中由投影裝置110b所發出的影像光束IBb的子影像光束IBb1、IBb2與IBb3亦可被第一分光微結構M1的3個表面P1、P2與P3分別折射至立體影像視域區VZ1、立體影像視域區VZ2與立體影像視域區VZ3。圖2D中由投影裝置110c所發出的影像光束IBc的子影像光束IBc1、IBc2與IBc3亦可被第一分光微結構M1 的3個表面P1、P2與P3分別折射至立體影像視域區VZ1、立體影像視域區VZ2與立體影像視域區VZ3。更進一步而言，在其他實施例中，當每一第一分光微結構M1之這些表面P的數目為M個，影像光束IB可被複製為M組，亦即，這些立體影像視域區VZ的數量可為M個。藉此，分光層124可將影像光束IBa、IBb與IBc複製至多個立體影像視域區VZ，除了可增進立體顯示系統100的可觀賞視角以外，亦不致影響每一個立體影像視域區VZ中投影畫面的解析度。然而，值得注意的是，第一分光微結構M1之這些表面P在設計上需考慮由投影裝置110入射的影像光束IB的入射角需小於第一分光微結構M1上這些表面P的臨界角，以避免產生內全反射而造成部分影像遺失的情形。並且，這些第一分光微結構M1的尺寸需小於欲投影的影像像素大小，以避免影像間有部分或完全重疊的現象產生。

圖3A、圖3C與圖3E分別繪示出圖1實施例中的立體顯示系統的局部示意圖，圖3B、圖3D與圖3F分別繪示出圖3A、圖3C與圖3E的第一分光微結構的局部放大示意圖，請參照圖1、圖3A至圖3F，在本實施例中，屏幕模組120可具有一屏幕中心120c，並且在分光層124中的這些第一分光微結構M1中，靠近屏幕中心120c的區域之側並與第一表面S1接觸的一表面P1的斜率的絕對值大於遠離屏幕中心120c的區域之側並與第一表面S1接觸的另一表面P3的斜率的絕對值。舉例而言，請先參照圖3A， 在本實施例中，為了使影像光束IB在每個立體影像視域區VZ中維持對稱的影像分布(亦即可避免每一個立體影像視域區VZ的差距太同而使得觀賞者在不同立體影像視域區VZ看到的影響會有明顯差異的情形)，分光層124中對應靠近屏幕模組120的區域內的這些第一分光微結構M1的表面P1與P3可具有不同的斜率以調整這些立體影像視域區VZ的位置。在圖3A中，影像光束IBb以垂直於屏幕模組120的方向傳遞至觀察面IP，且影像光束IBb通過屏幕模組120的屏幕中心120c的稍右處，影像光束IBa與影像光束IBb的夾角α約為-9.3度，而影像光束IBc與影像光束IBb的夾角β約為9.95度。因此，為了維持對稱的立體影像視域區VZ影像分布，靠近屏幕中心120c的表面P1的斜率絕對值可設計大於表面P3的斜率絕對值。

詳細而言，在圖3A與圖3B中，由於表面P1與表面P3皆很靠近屏幕中心120c，因此表面P1與表面P3的斜率很靠近。在本實施例中，表面P1與表面P3的夾角ψ 2約為111度，而表面P1與第一表面S1的夾角ψ 1約為34.55度，表面P3與第一表面S1的夾角ψ 3約為34.45度。藉此，可使立體影像視域區VZ1與立體影像視域區VZ2的距離J12(在圖3A中例如為17毫米)以及立體影像視域區VZ2與立體影像視域區VZ3的距離J23(在圖3A中例如為18毫米)。其中，立體影像視域區VZ1(例如為529毫米)、立體影像視域區VZ2(例如為510毫米)與立體影像視域區VZ3(例如為519毫米)在觀察面IP上的寬度W1、W2與 W3相近，可使得位於各立體影像視域區VZ的觀賞者觀賞到完整的立體影像，且在此範圍內不會看到無影像顯示的黑帶，或是因過度重疊而產生亮紋。值得注意的是，上述之夾角ψ 1、ψ 2與ψ 3以及各立體影像視域區VZ的大小與間距是以第一分光微結構M1的寬度WD為300微米且第一分光微結構M1間的彼此間格U為150微米，並且投影裝置110與屏幕模組120的距離L1例如為1710毫米，並且觀察面IP與屏幕模組120的距離L2為1500毫米時所推算的數值，本發明不以此為限，在其他實施例中，亦可依照實際情況而有所變化，而仍不脫離本發明之範疇。且，在上述之數值計算中，是以符合人眼舒適觀賞影像的範圍，即每一個立體影像視域區VZ包含20度角度範圍為例加以計算(例如是以30台投影裝置110投影，而每台投影裝置110涵蓋0.7度角度範圍)，並且分光層124的折射率以1.5為例，並且光擴散層122與分光層124的距離為100微米為例，然而在其他實施例中，亦可依據實際需求而有所變化，本發明不以此為限。

進一步而言，請參照圖3C與圖3D，與圖3A相似，然而圖3C中的這些第一分光微結構M1距離屏幕中心120c距離稍遠，在圖3C中，影像光束IBb與垂直於屏幕模組120的方向(即圖3C中的鉛直線)夾一角度γ且角度γ約為8度，影像光束IBa與垂直於屏幕模組120的方向夾一角度α且角度α約為-2度，而影像光束IBc與垂直於屏幕模組120的方向夾一角度β且角度β約為17度。在圖 3C中，由於此區域偏離屏幕中心120c，因此表面P1與表面P3的斜率差異相較於圖3B中表面P1與表面P3的斜率差異較大始能達成與圖3A中實施例相近之效果。在本實施例中，表面P1與表面P3的夾角ψ 2約為111度，而表面P1與第一表面S1的夾角ψ 1約為37.1度，表面P3與第一表面S1的夾角ψ 3約為31.9度。藉此，可使立體影像視域區VZ1與立體影像視域區VZ2的距離J12(在圖3A中例如為42毫米)以及立體影像視域區VZ2與立體影像視域區VZ3的距離J23(在圖3A中例如為17毫米)。其中，立體影像視域區VZ1(641毫米)、立體影像視域區VZ2(510.7毫米)與立體影像視域區VZ3(446毫米)在觀察面IP上的寬度W1、W2與W3相近，藉此可達成與圖3A實施例相似之功效。

更進一步而言，請參照圖3E與圖3F，與圖3A及圖3C相似，然而圖3E中的這些第一分光微結構M1距離屏幕中心120c距離較圖3C中更遠，在圖3C中，影像光束IBb與垂直於屏幕模組120的方向(即Z軸方向)夾一角度γ且角度γ約為15度，影像光束IBa與垂直於屏幕模組120的方向夾一角度α且角度α約為6度，而影像光束IBc與垂直於屏幕模組120的方向夾一角度β且角度β約為24度。在圖3E中，由於此區域更偏離屏幕中心120c，因此表面P1與表面P3的斜率差異相較於圖3C中表面P1與表面P3的斜率差異更大始能達成與圖3C中實施例相近之效果。在本實施例中，表面P1與表面P3的夾角ψ 2約為111 度，而表面P1與第一表面S1的夾角ψ 1約為40.9度，表面P3與第一表面S1的夾角ψ 3約為28.1度。藉此，可使立體影像視域區VZ1與立體影像視域區VZ2的距離J12(在圖3E中例如為14.7毫米)以及立體影像視域區VZ2與立體影像視域區VZ3的距離J23(在圖3E中例如為16毫米)。藉此，立體影像視域區VZ1(860毫米)、立體影像視域區VZ2(509毫米)與立體影像視域區VZ3(384毫米)在觀察面IP上的寬度W1、W2與W3差異仍可達成與圖3A實施例相似之功效，在此不再贅述。值得注意的是，在圖3A至圖3F實施例中所述的數據是假設影像光IB本身具有0.1度的擴散角度，藉此可使得觀察者在觀察面IP上觀察到足夠大的影像，例如影像光IB具有0.1度的擴散角度並在經由光擴散層122後對應到觀察面IP上的影像約為30毫米，而能符合觀賞之需求。

圖4A繪示出圖1實施例中的分光層的一種變化，圖4B繪示出圖1實施例中的分光層的另一種變化，請參照圖1至圖4B，在本實施例中，第一分光微結構M1例如可區分為更多表面P，如圖4A中的五個表面P，藉此可在不犧牲投影解析度的情況下將影像光束IB複製至5個不同的立體影像視域區VZ，其中，相關的詳細敘述可參照圖3A中所述，在此不再贅述。此外，在圖4B中，分光層124可更包括相對於第一表面S1的一第二表面S2以及配置於第二表面S2上並週期性排列的多個第二分光微結構M2，每一第二分光微結構M2包括具有不同斜率的多個表面P。 詳細而言，這些第二分光微結構M2可沿著平行於第一方向(如圖4A與圖1)之方向排列。並且，第一分光微結構M1所包括的這些表面的數量為M，且這些第二分光微結構M2所包括的這些表面的數量為N，並且這些立體影像視域區VZ在沿著第一方向上的數量為M×N個。

舉例而言，在本實施例中，第一分光微結構M1與第二分光微結構M2為具有3個表面P，亦即為圖4B中繪示的梯形分光微結構，然本發明不以此為限，在其他實施例中，亦可第一分光微結構M1與第二分光微結構M2可分別具有不同數量的表面P，且每一個第一分光微結構M1的寬度D1與每一個第二分光微結構M2的寬度D2可相同或不相同，並且每一個第一分光微結構M1間的間隔與每一個第二分光微結構M2間的間隔可相同或不相同。藉此，在本實施例中，影像光束IB可先被第一分光微結構M1複製為投影至不同立體影像視域區VZ的三份子影像光束IBS，而每一個子影像光束IBS可被第二分光微結構M2再次地分為投影至不同立體影像視域區VZ的三份子影像光束IBS’。換言之，影像光束IB在通過第一分光微結構M1與第二分光微結構M2後會被分為3×3=9份的子影像光束IBS以投射至9個立體影像視域區VZ。藉此，分光層124可更進一步地藉由第一分光微結構M1與第二分光微結構M2增加立體影像視域區VZ的數量，並同時可維持投影影像的解析度。

然而，圖1實施例中所述之立體投影系統100僅可提 供單一維度上的顯示，換言之，僅可提供在X軸方向上具有兩眼視差的影像，而在Y軸方向上則無。可提供X軸與Y軸二維立體顯示的立體投影系統可利用透鏡陣列(lens array)實施，並將於後續詳述之。

圖5是本發明之另一實施例中的立體投影系統的示意圖，請參照圖1與圖5，與圖1之實施例相似，然而在本實施例中，投影裝置510可更沿著垂直於第一方向的一第二方向排列，且這些第一分光微結構M1亦沿著平行於第二方向之方向排列，並且分光層524包括第一分光微結構M1在第一方向與第二方向上排列所形成的一分光陣列MA1，其中這些第一分光微結構M1在第一方向與第二方向上的縱切面所包括的這些具有不同斜率的表面P的數量皆為M，這些立體影像視域區VZ在第一方向上的數量為M個，且這些立體影像視域區VZ在第二方向上的數量亦為M個。舉例而言，請參照圖5，在本實施例中，第一分光微結構M1可如圖5中繪示之立體梯形並具有四個腰與一個頂面，然此形狀僅用於舉例說明本實施例，本發明不以此為限。第一分光微結構M1在第一方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量為3個，且第一分光微結構M1在第二方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量亦為3個，然本發明不以此為限。藉此，二維的投影裝置510所投影出的影像光束IB可被二維的第一分光微結構M1在觀察面IP投射為M×M個立體影像視域區VZ，觀賞者可在這些二維排列的立體影像視域區VZ分別觀看到影像光束 IB所攜帶的完整的影像內容，藉此，立體顯示系統500可應用於大型電影院及大型播放器等播放場合，以滿足位於各個立體影像視域區與各個角度的觀賞者同時觀賞影片。

圖6是依照圖5實施例中的分光層的一種變化，請參照圖1、圖5及圖6，與圖5中所繪示的分光層524相似，然而在本實施例中，分光層624包括第一分光微結構M1與第二分光微結構M2分別在第一方向與第二方向上排列所形成的一分光陣列MA1與分光陣列MA2，其中這些第一分光微結構M1在第一方向與第二方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量皆為M，這些第二分光微結構M2在第一方向與第二方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量皆為N，並且這些立體影像視域區VZ在沿著第一方向上的數量為M×N個，這些立體影像視域區VZ在沿著第二方向上的數量亦為M×N個。舉例而言，圖6中的第一分光微結構M1與第二分光微結構M2例如為立體梯形並具有四個腰與一個頂面。其中，第一分光微結構M1在第一方向上與第二方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量分別為3個，且第二分光微結構M2在第一方向上與第二方向上的縱切面所包括的這些表面P的數量亦分別為3個。藉此，分光層624可更進一步地將影像光束IB在第一方向上分為3×3=9個立體影像視域區VZ，並在第二方向上亦分為3×3=9個立體影像視域區VZ，換言之，分光層624可將影像光束IB分為9×9=81個立體影像視域區VZ，並且可在不犧牲影像解析度的情況下，增加立體顯示系統 600的立體影像視域區VZ數量，以滿足觀賞需求。值得注意的是，上述之第一分光微結構M1與第二分光微結構M2在第一方向與第二方向上的大小可相同或不相同，並且每個第一分光微結構M1與每個第二分光微結構M2在第一方向與第二方向上的間隔可相同或不相同，圖6中所繪示的分光層624僅用於舉例說明本實施例，然而本發明不以此為限。

圖7A是本發明之另一實施例中未配置調光層的光擴散層擴散光的示意圖，圖7B繪示出圖7A中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖，圖7C是本發明之又一實施例中配置有調光層的光擴散層擴散光的示意圖，圖7D繪示出圖7C中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖，請先參照圖7A與圖7B，在圖7A的實施例中，光擴散層722的至少一擴散方向包括一第一擴散方向F1與一第二擴散方向F2。這些影像光束IB以對應第一擴散方向F1的一第一擴散角度θ 1擴散，且影像光束IB以對應第二擴散方向F2的一第二擴散角度θ 2擴散，並且第一擴散角度θ 1大於第二擴散角度θ 2。在本實施例中，第一擴散角度θ 1例如為40度第二擴散角度θ 2例如為0.2度，並且第一擴散方向F1可與第一方向垂直，且第二擴散方向F2與第一方向平行，其中第一擴散方向F1與第二擴散方向F2位於平行於光擴散層724的一參考表面RP上。舉例而言，在圖7A之實施例中，參考表面RP為靠近這些立體影像視域區VZ的表面，而投影裝置710a、710b與710c可沿著第 一方向排列並朝向光擴散層722傳遞影像光束IB，其中，光擴散層722在本實施例中例如為光學擴散薄膜，並且光擴散層722的第一擴散方向F1垂直於第一方向，而光擴散層722的第二擴散方向F2平行於第一方向，這些傳遞至光擴散層722的影像光束IB可沿著垂直於第一方向的方向擴散而在平行於第二方向的方向上幾乎不擴散，簡言之，影像光束IB在通過光擴散層722後在沿著Y軸方向上的擴散角度遠大於沿著X軸方向上的擴散角度，如圖1實施例中所述，進而可使觀賞者在第一方向上觀賞到立體的影像。然而，請參照圖7A與圖7B，由於投影裝置710a、710b與710c所投影出來的影像光束IB為高斯光束(Gaussian beam)，因此在影像光束IB通過光擴散層722後的一參考線RL上容易產生影像光束重疊的情形，如圖7B中所繪示的波形重疊，甚至產生暗區(black band)的情形(如圖7B中所繪示之黑帶BB)而造成影像有雲彩紋(morie)的現象，或是立體影像有鬼影(crosstalk)的情況，而影響顯示影像的畫面品質。

然而，在圖7C與圖7D之實施例中，可藉由配置於光擴散層722與這些立體影像視域區VZ之間的調光層726改變出光的光形以改善高斯光束之間的彼此重疊而產生的黑帶現象。其中，調光層726可包括多個調光微結構CL，且調光層726可藉著改變這些影像光束IB的光形，以使這些影像光束IB在這些立體影像視域區VZ上的投影彼此實質上相鄰且不重疊，如圖7D中的方波光形彼此緊鄰並且 不重疊，藉此可黑帶現象。詳細而言，這些調光微結構CL為週期排列的多個調光柱面透鏡CL’，並且這些調光柱面透鏡CL’的排列方向平行於第一方向。在本實施例中，調光柱面透鏡CL’可為張角角度極小(在本實施例中約為0.5度)的圓柱面，然而本發明不以此為限。

圖8A是本發明之另一實施例中未配置調光層的光擴散層擴散光的示意圖，圖8B繪示出圖8A中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖，圖8C是本發明之又一實施例中配置有調光層的光擴散層擴散光的示意圖，圖8D繪示出圖8C中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖，請先參照圖8A及圖8B，與圖7A及圖7B相似，然而不同之處在於，在本實施例中，光擴散層822包括結構週期排列的多個擴散柱面透鏡DL，這些擴散柱面透鏡DL的排列方向垂直於第一方向。藉此，可與圖7A及圖7B實施例中所述之光擴散薄膜有相似之功效，在此不再贅述。更進一步而言，在圖8C之實施例中，光擴散層822的這些結構週期排列的多個擴散柱面透鏡DL與這些調光柱面透鏡CL’的排列方向垂直。藉此亦可達到與圖7C及圖7D相似之功效，在此亦不再贅述。其中，這些擴散柱面透鏡DL例如可利用曲率半徑很大的微圓柱透鏡黏貼於光擴散層822上，亦或是，這些擴散柱面透鏡DL例如可利用一般角度較大的微圓柱透鏡黏貼於光擴散層822上再利用折射率略大或略小於或等於微圓柱透鏡的材質以填平光擴散層822，而可具有相似之功效。

圖9A是本發明之再一實施例的立體顯示系統的示意圖，圖9B繪示出圖9A中的立體顯示系統在已配置光學匯聚層時的光路示意圖，圖9C繪示出圖9A中的立體顯示系統在未配置光學匯聚層時的光路示意圖，請參照圖5、圖9A製圖9C，與圖5之實施例中的立體顯示系統500相似，然而不同之處在於，立體顯示系統900可更包括一光學匯聚層950，配置於這些投影裝置910與光擴散層922之間，這些影像光束IB在通過光學匯聚層950後，每一影像光束IB中的這些子影像光束IBS在至少一截面上彼此實質上平行。詳細而言，在本實施例中，光學匯聚層950為一光學匯聚鏡片，例如為凸透鏡或菲涅耳透鏡(Fresnel lens)，並且光學匯聚鏡片的焦點實質上在立體顯示系統900的投影位置，亦即觀察面IP上。舉例而言，在本實施例中，圖9B所繪示的投影裝置910a所發出的子影像光束IBa1與IBa2在通過光學匯聚層950後彼此實質上平行，投影裝置910b所發出的子影像光束IBb1與IBb2在通過光學匯聚層950後彼此實質上平行，投影裝置910c所發出的子影像光束IBc1與IBc2在通過光學匯聚層950後彼此實質上平行，藉此，光學匯聚層950可使這些子影像光束IBS收斂而向觀察面IP傳遞。藉此，立體顯示系統900除了可提供一個維度(如X軸)上的正投影(orthographic-perspective)影像外，亦可在二個維度方向(如X-Y軸)上提供正投影(orthographic-orthographic)的影像。此外，光學匯聚層950之焦距亦可小於投影距離，藉此子影像光束IBS的投射方 向可由彼此平行轉變為收斂(converge)。因此，立體顯示系統900亦可提供一個維度(如X軸)上的透視(perspective-perspective)投影。

此外，在本實施例中，分光層924中的這些第一分光微結構M1可為沿著垂直於第一方向上的一第二方向排列的二維矩陣。然而，在其他實施例中，分光層924亦可具有如圖6實施例中的第一分光結構M1與第二分光結構M2，本發明不以此為限。此外，在本實施例中，這些調光微結構CL為多個調光透鏡CL”，並且這些調光透鏡CL”可分別沿著第一方向與第二方向排列。如圖9A中所繪示支圓形透鏡陣列，然而，在其他實施例中亦可為其他適於匯聚光束的透鏡形狀本發明不以此為限。

綜上所述，本發明之一實施例利用分光層將被光擴散層擴散的每一影像光束分為以不同的分光角度朝向多個立體影像視域區傳遞的多個子影像光束，可增加立體投影系統的立體影像視域區數量，可便於使用者由不同位置觀賞立體影像。其中，分光層所包含的多個分光微結構可為一維排列或為二維矩陣，藉此可更進一步地增加立體影像視域區的數量，同時仍可維持良好的影像解析度。並且，本發明之一實施例亦利用調光層改變這些影像光束的光形，以使這些影像光束在這些立體影像視域區上的投影彼此實質上相鄰且不重疊，藉此可避免投影畫面不連續或是因為影像重疊而產生的鬼影。此外，本發明之一實施例可藉由利用光學匯聚層使每一影像光束中的這些子影像光束在一 參考截面上彼此實質上平行，增加影像光束在投影畫面上的匯聚程度，藉此可應用在積成式立體影像(orthographic-perspective)的影像顯示上。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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、500、600、900‧‧‧立體顯示系統

110、110a、110b、110c、510、710a、710b、710c、910、910a、910b、910c‧‧‧投影裝置

120‧‧‧屏幕模組

120c‧‧‧屏幕中心

122、722、822、922‧‧‧光擴散層

124、524、624‧‧‧分光層

726‧‧‧調光層

950‧‧‧光學匯聚層

BB‧‧‧黑帶

CL‧‧‧調光微結構

CL’‧‧‧調光柱面透鏡

CL”‧‧‧調光透鏡

D1、D2、WD、W1、W2、W3‧‧‧寬度

DL‧‧‧擴散柱面透鏡

D、L1、L2、J12、J23‧‧‧距離

E1、E2、U‧‧‧間隔

F1‧‧‧第一擴散方向

F2‧‧‧第二擴散方向

IB、IBa、IBb、IBc‧‧‧影像光束

IBS、IBS’、ISB”、IBa1、IBb1、IBc1、IBa2、IBb2、IBc2、IBa3、IBb3、IBc3‧‧‧子影像光束

IP‧‧‧觀察面

M1‧‧‧第一分光微結構

M2‧‧‧第二分光微結構

MA1、MA2‧‧‧分光陣列

P、P1、P2、P3‧‧‧表面

RL‧‧‧參考線

RP‧‧‧參考表面

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

VZ‧‧‧立體影像視域區

VZ1‧‧‧第一立體影像視域區

VZ2‧‧‧第二立體影像視域區

VZ3‧‧‧第三立體影像視域區

θ 1‧‧‧第一擴散角度

θ 2‧‧‧第二擴散角度

ψ‧‧‧擴散角度

ψ 1、ψ 2、ψ 3、α、β、γ‧‧‧夾角

圖1是本發明之一實施例中的立體顯示裝置。

圖2A是依照圖1實施例中的分光層的局部放大的立體示意圖。

圖2B到圖2D繪示出圖2A實施例中的各種光路的示意圖。

圖3A、圖3C與圖3E分別繪示出圖1實施例中的立體顯示系統的局部示意圖。

圖3B、圖3D與圖3F分別繪示出圖3A、圖3C與圖3E的第一分光微結構的局部放大示意圖。

圖4A繪示出圖1實施例中的分光層的一種變化。

圖4B繪示出圖1實施例中的分光層的另一種變化。

圖5是本發明之另一實施例中的立體投影系統的示意圖。

圖6是依照圖5實施例中的分光層的一種變化。

圖7A是本發明之另一實施例中未配置調光層的光擴 散層擴散光的示意圖。

圖7B繪示出圖7A中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖。

圖7C是本發明之又一實施例中配置有調光層的光擴散層擴散光的示意圖。

圖7D繪示出圖7C中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖。

圖8A是本發明之另一實施例中未配置調光層的光擴散層擴散光的示意圖。

圖8B繪示出圖8A中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖。

圖8C是本發明之又一實施例中配置有調光層的光擴散層擴散光的示意圖。

圖8D繪示出圖8C中影像光束被光擴散層擴散後的光形示意圖。

圖9A是本發明之再一實施例的立體顯示系統的示意圖。

圖9B繪示出圖9A中的立體顯示系統在已配置光學匯聚層時的光路示意圖。

圖9C繪示出圖9A中的立體顯示系統在未配置光學匯聚層時的光路示意圖。

100‧‧‧立體顯示系統

110、110a、110b、110c‧‧‧投影裝置

120‧‧‧屏幕模組

120c‧‧‧屏幕中心

122‧‧‧光擴散層

124‧‧‧分光層

d‧‧‧距離

E1、E2‧‧‧間隔

IB、IBa、IBb、IBc‧‧‧影像光束

IBS、IBa1、IBb1、IBc1、IBa2、IBb2、IBc2、IBa3、IBb3、IBc3‧‧‧子影像光束

IP‧‧‧觀察面

L1‧‧‧投影距離

L2‧‧‧觀賞距離

M1‧‧‧第一分光微結構

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

VZ‧‧‧立體影像視域區

VZ1‧‧‧第一立體影像視域區

VZ2‧‧‧第二立體影像視域區

VZ3‧‧‧第三立體影像視域區

ψ‧‧‧擴散角度

Claims (22)

1. 一種立體顯示系統，包括：多個投影裝置，用以分別投射出多個影像光束；以及一屏幕模組，配置於該些投影裝置前方，其中該些影像光束朝向該屏幕模組傳遞，該屏幕模組包括：一光擴散層，具有至少一擴散方向，該光擴散層適於將該些影像光束沿著該擴散方向以對應該擴散方向的一擴散角度擴散；以及一分光層，其中光擴散層配置於該分光層與該些投影裝置之間，被該光擴散層擴散的每一影像光束通過該分光層之後被分為多個子影像光束，且每一影像光束之該些子影像光束以不同的角度傳遞，以使得該些影像光束於通過該屏幕模組之後形成多個立體影像視域區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示系統，其中該分光層具有一第一表面與配置於該第一表面上並週期性排列的多個第一分光微結構，每一第一分光微結構包括具有不同斜率的多個表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之立體顯示系統，其中該些投影裝置沿著一第一方向排列，並且該些第一分光微結構與該些立體影像視域區亦沿著平行於該第一方向之方向排列。
4. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示系統，其中每一第一分光微結構之該些表面的數目為M個，並且該些立體影像視域區的數量為M個。
5. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示系統，其中該屏幕模組具有一屏幕中心，並且在該分光層中的該些第一分光微結構中，靠近該屏幕中心的區域之側並與該第一表面接觸的該平面的斜率的絕對值大於遠離該屏幕中心的區域之側並與該第一表面接觸的另一表面的斜率的絕對值。
6. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示系統，其中：該些投影裝置更沿著垂直於該第一方向的一第二方向排列；該些第一分光微結構沿著該第二方向排列；該分光層之該些第一分光微結構在該第一方向與該第二方向上排列成一分光陣列；以及每一第一分光微結構在該第一方向與該第二方向上的縱切面所包括的該些表面的數量皆為M，該些立體影像視域區在該第一方向上的數量為M個，且該些立體影像視域區在該第二方向上的數量亦為M個。
7. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示系統，其中該分光層更包括相對於該第一表面的一第二表面以及配置於該第二表面上並週期性排列的多個第二分光微結構，且每一第二分光微結構包括具有不同斜率的多個表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之立體顯示系統，其中該些第二分光微結構沿著該第一方向之方向排列。
9. 如申請專利範圍第8項所述之立體顯示系統，其中 每一第一分光微結構所包括的具有不同斜率的該些表面的數量為M，且該些第二分光微結構所包括的具有不同斜率的該些表面的數量為N，並且該些立體影像視域區在該第一方向上的數量為M×N個。
10. 如申請專利範圍第8項所述之立體顯示系統，其中：該些投影裝置更沿著垂直於該第一方向的一第二方向排列；該些第一分光微結構與該些第二分光微結構亦沿著該第二方向排列；該分光層之該第一分光微結構與該第二分光微結構在該第一方向與該第二方向上分別排列成一分光陣列；以及該些第一分光微結構在該第一方向與該第二方向上的縱切面所包括的該些表面的數量皆為M，該些第二分光微結構在該第一方向與該第二方向上的縱切面所包括的該些表面的數量皆為N，並且該些立體影像視域區在沿著該第一方向上的數量為M×N個，且該些立體影像視域區在沿著該第二方向上的數量亦為M×N個。
11. 如申請專利範圍第3項所述之立體顯示系統，其中該光擴散層的至少一擴散方向包括一第一擴散方向與一第二擴散方向，該些影像光束以對應該第一擴散方向的一第一擴散角度擴散，且該影像光束以對應該第二擴散方向的一第二擴散角度擴散，並且該第一擴散角度大於該第二 擴散角度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之立體顯示系統，其中該第一擴散方向與該第一方向垂直，且該第二擴散方向與該第一方向平行，其中該第一擴散方向與該第二擴散方向位於平行於該光擴散層的一參考表面上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之立體顯示系統，其中該光擴散層包括結構週期排列的多個擴散柱面透鏡，該些擴散柱面透鏡的排列方向垂直於該第一方向。
14. 如申請專利範圍第12項所述之立體顯示系統，其中該光擴散層為一光擴散膜。
15. 如申請專利範圍第2項所述之立體顯示系統，更包括一調光層，配置於該光擴散層與該些立體影像視域區之間，其中該調光層包括多個調光微結構，且該調光層改變該些影像光束的光形，以使該些影像光束在該些立體影像視域區上的投影彼此實質上相鄰且不重疊。
16. 如申請專利範圍第15項所述之立體顯示系統，其中該些調光微結構為週期排列的多個調光柱面透鏡，並且該些調光柱面透鏡的排列方向平行於該第一方向。
17. 如申請專利範圍第16項所述之立體顯示系統，其中該光擴散層包括結構週期排列的多個擴散柱面透鏡，該些擴散柱面透鏡的排列方向與該些調光柱面透鏡的排列方向垂直。
18. 如申請專利範圍第15項所述之立體顯示系統，其中該些第一分光微結構更沿著垂直於該第一方向上的一第 二方向排列，且該些調光微結構為多個調光透鏡，並且該些調光透鏡分別沿著該第一方向與該第二方向排列。
19. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯示系統，更包括一光學匯聚層，配置於該些投影裝置與該光擴散層之間，該些影像光束在通過該光學匯聚層後，每一影像光束中的該些子影像光束在至少一截面上彼此實質上平行。
20. 如申請專利範圍第19項所述之立體顯示系統，其中該光學匯聚層為一光學匯聚鏡片，並且該光學匯聚鏡片的焦點實質上在該立體顯示系統的投影位置。
21. 如申請專利範圍第19項所述之立體顯示系統，每一影像光束在至少一截面上彼此實質上匯聚。
22. 如申請專利範圍第21項所述之立體顯示系統，該光學匯聚鏡片的焦點實質上位於匯聚鏡片及投影機陣列之間。