TW201734565A - 立體顯示屏幕與使用其的立體顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

立體顯示屏幕包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。光偏折元件用以使穿過其之光束朝多個方向行進。雙凸柱面透鏡設置於光偏折元件之一側，並包含本體、第一柱面透鏡陣列與第二柱面透鏡陣列。第一柱面透鏡陣列設置於本體上，並包含多個第一柱面透鏡，第一柱面透鏡於第一方向具有第一長度(A)。第二柱面透鏡陣列設置於本體上，並包含第二柱面透鏡與第三柱面透鏡。第二柱面透鏡及第三柱面透鏡於第一方向分別具有第二長度(B)及第三長度(C)，其中第一長度大於第二長度且第二長度大於第三長度(A＞B＞C)。

Description

立體顯示屏幕與使用其的立體顯示裝置
本發明是有關於一種立體顯示屏幕與使用其的立體顯示裝置。
隨著科技的發展，能呈現立體視覺顯示的光學產品已成為消費市場上的注目焦點。利用兩眼視差，立體顯示裝置可透過光學組件而將光源分布影像分別送至雙眼，進而產生立體畫面。亦即，利用人類的兩眼視差，立體顯示裝置可以分別提供觀賞者兩眼不同的光源分布影像，以達成立體顯示。
於立體顯示裝置之中，立體裸視顯示器不像其他的立體顯示裝置需要使用眼鏡來區分左右眼光源分布影像。亦即，立體裸視顯示器是將具不同光源分布影像之光束分別傳送到空間上不同的位置。因此，若不同的光源分布影像被分別傳至對應觀賞者之左右眼，觀賞者即能夠以裸視感受到立體光源分布影像。換言之，立體裸視顯示技術能避免眼鏡式立體顯示技術的不便，是目前重要的發展方向。
本發明之一實施方式提供一種立體顯示屏幕，其可應用於立體顯示裝置，其中立體顯示裝置包含光源分布影像發射源。光源分布影像發射源用以提供光源分布影像訊號。立體顯示裝置可透過光源分布影像發射源，以時間多工的方式提供立體光源分布影像。立體顯示屏幕包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合調整穿過立體顯示屏幕之光源分布影像訊號的投射方向，使得光源分布影像訊號於穿過立體顯示屏幕後可朝多個方向投射。因此，立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合，以空間多工的方式呈現完整的立體光源分布影像。此外，立體顯示屏幕可透過雙凸柱面透鏡加大立體光源分布影像的可視角度範圍。另一方面，雙凸柱面透鏡可根據所設定的參數，對應調整其上的柱面透鏡間的配置關係，以進一步調整立體顯示屏幕所呈現的觀賞視區。
本發明之一實施方式提供一種立體顯示屏幕，包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。光偏折元件用以使穿過其之光束朝多個方向行進。雙凸柱面透鏡設置於光偏折元件之一側，並包含本體、第一柱面透鏡陣列與第二柱面透鏡陣列。第一柱面透鏡陣列設置於本體上，並位於光偏折元件與本體之間。第一柱面透鏡陣列包含多個第一柱面透鏡，且每一第一柱面透鏡於第一方向具有第一長度(A)。第二柱面透鏡陣列設置於本體上，且本體位於第一柱面透鏡陣列與第二柱面透鏡陣列之間。第二柱面透鏡陣列包含多個第二柱面透鏡與至少一個第三柱面透鏡。每一第二柱面透鏡於第一方向具有第二長度(B)。第三柱面透鏡於第一方向具有第三長度(C)，其中第一長度大於第二長度，且第二長度大於第三長度(A＞B＞C)。第一方向實質上垂直於第一柱面透鏡陣列、本體與第二柱面透鏡陣列的排列方向。
於部分實施方式中，立體顯示屏幕係應用於立體顯示裝置。立體顯示裝置包含光源分布影像發射源，設置於立體顯示屏幕之一側。光偏折元件光學耦合於光源分布影像發射源與雙凸柱面透鏡之間，其中光源分布影像發射源用以朝立體顯示屏幕提供光源分布影像訊號。光源分布影像訊號具有依一時序呈現的複數個光源分布影像。
於部分實施方式中，光源分布影像訊號透過第一柱面透鏡陣列，被成像於本體之中。所成像之光源分布影像訊號於第一方向具有第四長度(S)，其中第一長度(A)之量值實質上與[(2*N+1)*S]相同，第二長度(B)之量值實質上與[(N+2)*S]相同，第三長度(C)之量值實質上與(N*S)相同，且N為大於1的正整數。
於部分實施方式中，第二柱面透鏡陣列的第二柱面透鏡的數量與第三柱面透鏡的數量之比值為[(M+1)/M]，其中M為正整數。
於部分實施方式中，至少兩個第二柱面透鏡彼此相鄰。
於部分實施方式中，部分第二柱面透鏡與部分第三柱面透鏡為交錯排列。
於部分實施方式中，光偏折元件包含多個折射界面。折射界面朝向雙凸柱面透鏡，且折射界面沿第二方向排列並沿第三方向延伸。第二方向與第三方向的其中任一者異於第一方向，且第二方向與第三方向正交。光偏折元件用以透過折射界面而使穿過其之光束偏折至多個偏折方向，且多個偏折方向彼此相異。
於部分實施方式中，第一方向平分第二方向與第三方向之間的夾角。
於部分實施方式中，光偏折元件包含入光面及多個微稜鏡，且微稜鏡位於入光面與雙凸柱面透鏡之間。
於部分實施方式中，微稜鏡沿第四方向排列，其中第一方向與第四方向夾一角度，且此角度介於30度至60度之間。
於部分實施方式中，第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與第二柱面透鏡之其中一者的光軸平行，且第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與第三柱面透鏡的光軸平行。
本發明之一實施方式提供一種立體顯示裝置，包含立體顯示屏幕與光源分布影像發射源。立體顯示屏幕包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。光偏折元件用以使穿過其之光束朝多個方向行進。雙凸柱面透鏡設置於光偏折元件之一側，並包含本體、第一柱面透鏡陣列與第二柱面透鏡陣列。第一柱面透鏡陣列設置於本體上，並位於光偏折元件與本體之間。第一柱面透鏡陣列包含多個第一柱面透鏡，且每一第一柱面透鏡於第一方向具有第一長度(A)。第二柱面透鏡陣列設置於本體上，且本體位於第一柱面透鏡陣列與第二柱面透鏡陣列之間。第二柱面透鏡陣列包含多個第二柱面透鏡與至少一個第三柱面透鏡。每一第二柱面透鏡於第一方向具有第二長度(B)。第三柱面透鏡於第一方向具有第三長度(C)，其中第一長度大於第二長度，且第二長度大於第三長度(A＞B＞C)。第一方向實質上垂直於第一柱面透鏡陣列、本體與第二柱面透鏡陣列的排列方向。光源分布影像發射源設置於立體顯示屏幕之一側。光偏折元件光學耦合於光源分布影像發射源與雙凸柱面透鏡之間，其中光源分布影像發射源用以朝立體顯示屏幕提供光源分布影像訊號。光源分布影像訊號具有依一時序呈現的複數個光源分布影像。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
本發明之一實施方式提供一種立體顯示屏幕，其可應用於立體顯示裝置，其中立體顯示裝置包含光源分布影像發射源。光源分布影像發射源用以提供光源分布影像訊號。立體顯示裝置可透過光源分布影像發射源，以時間多工的方式提供立體光源分布影像。立體顯示屏幕包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合調整穿過立體顯示屏幕之光源分布影像訊號的投射方向，使得光源分布影像訊號於穿過立體顯示屏幕後可朝多個方向投射。因此，立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合，以空間多工的方式呈現完整的立體光源分布影像。此外，立體顯示屏幕可透過雙凸柱面透鏡加大立體光源分布影像的可視角度範圍。另一方面，雙凸柱面透鏡可根據所設定的參數，對應調整其上的柱面透鏡間的配置關係，以進一步調整立體顯示屏幕所呈現的觀賞視區。
請參照第1圖，其中第1圖繪示本發明第一實施方式的立體顯示裝置100的配置示意圖。立體顯示裝置100可透過時間多工與空間多工提供立體光源分布影像至觀賞視區O1-O4。觀賞視區O1-O4沿第一方向D1陳列，其中第一方向D1為觀賞者觀看立體顯示裝置100時的雙眼連線方向。此外，為了不使圖式過於複雜，因此第1圖的觀賞視區數量繪示為4個。然而，觀賞視區的數量可以是超過4個。
立體顯示裝置100包含光源分布影像發射源102與立體顯示屏幕110。光源分布影像發射源102設置於立體顯示屏幕110之一側，並用以朝立體顯示屏幕110提供光源分布影像訊號104，使得自光源分布影像發射源102發射的光源分布影像訊號104可透過立體顯示屏幕110的導引而行進至觀賞視區O1-O4。立體顯示屏幕110包含光偏折元件112與雙凸柱面透鏡120，其中光偏折元件112可以是微光偏折元件(micro-deflector)。雙凸柱面透鏡120設置於光偏折元件112之一側，且光偏折元件112位於並光學耦合於光源分布影像發射源102與雙凸柱面透鏡120之間。
雙凸柱面透鏡120包含本體122、第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128，其中本體122、第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128可為一體成形。第一柱面透鏡陣列124設置於本體122上，並位於光偏折元件112與本體122之間。第二柱面透鏡陣列128設置於本體122上，並與第一柱面透鏡陣列124相對，且本體122位於第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128之間。此外，第一方向D1實質上垂直於第一柱面透鏡陣列124、本體122與第二柱面透鏡陣列128的排列方向。
第一柱面透鏡陣列124包含多個第一柱面透鏡126。每一第一柱面透鏡126於第一方向D1具有第一長度(A)。第二柱面透鏡陣列128設置於本體122上，且本體122位於第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128之間。第二柱面透鏡陣列128包含多個第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132。每一第二柱面透鏡130於第一方向D1具有第二長度(B)，第三柱面透鏡132於第一方向D1具有第三長度(C)，其中第一長度大於第二長度，且第二長度大於第三長度(A＞B＞C)。亦即，第一柱面透鏡126、第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132分別具有不同的尺寸。此外，第一方向D1實質上垂直於第一柱面透鏡陣列124、本體122與第二柱面透鏡陣列128的排列方向。
由於第一柱面透鏡126、第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132分別具有不同的尺寸，第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128為非對稱關係。亦即，第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128不會對稱於本體122。於第一柱面透鏡陣列124之中，第一柱面透鏡126沿第一方向D1重複地排列。於第二柱面透鏡陣列128之中，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132為週期性地排列。透過上述配置，光源分布影像發射源102所提供的光源分布影像訊號104可藉由雙凸柱面透鏡120而被分配至適當的位置，並加大觀賞者可視得立體光源分布影像之區域的範圍，此部分之細節於後將有更進一步的描述。
請同時看到第1圖與第2A圖，其中第2A圖繪示第1圖的立體顯示裝置100的光源分布影像發射源102的正視示意圖。同前所述，自光源分布影像發射源102發射的光源分布影像訊號104可透過立體顯示屏幕110的導引而行進至觀賞視區O1-O4。光源分布影像訊號104具有依時序呈現的多個光源分布影像106。由於光源分布影像發射源102所提供之光源分布影像訊號104具有依時序呈現的多個光源分布影像106，故立體顯示裝置100可透過光源分布影像發射源102，以時間多工的方式提供立體光源分布影像。
舉例而言，請看到第2B圖至第2D圖，其中第2B圖至第2D圖繪示光源分布影像發射源102於時序內發射不同光源分布影像106a、106b與106c的正視示意圖。為了不使圖式過於複雜，第2A圖至第2D圖所繪之光源分布影像訊號104的光源分布影像為沿水平方向排列。然而，光源分布影像發射源102所發射之光源分布影像訊號104的光源分布影像106也可以是沿垂直方向排列，或是，光源分布影像發射源102所發射之光源分布影像訊號104的光源分布影像106也可以是以陣列方式排列。
第2B圖中，光源分布影像發射源102於時序的第一時間點發射第一個光源分布影像106a。第2C圖中，光源分布影像發射源102於時序的第二時間點發射第二個光源分布影像106b。第2D圖中，光源分布影像發射源102於時序的第三時間點發射第三個光源分布影像106c。以此類推，當經過一個完整時序(即自時序的第一時間點至第八時間點)後，光源分布影像發射源102即可完成發射光源分布影像訊號104(請看到第1圖)的一個週期。第2B圖至第2D圖中，光源分布影像發射源102可於時序內發射具有八個光源分布影像106的光源分布影像訊號104，其中時序具有八個時間點，且此八個光源分布影像106於時序內由光源分布影像發射源102依序發射。
於立體顯示裝置中，光偏折元件與雙凸柱面透鏡的結構配置可根據光源分布影像發射源所提供之光源分布影像訊號做調整，以使光源分布影像訊號可被分配至適當的位置。以下將先分別對多個實施方式中的光偏折元件與雙凸柱面透鏡之結構作說明，而結合光偏折元件與雙凸柱面透鏡所產生的效果將於說明完光偏折元件與雙凸柱面透鏡之結構後再作進一步說明。
請參照再看到第1圖與第3A圖，其中第3A圖繪示本發明立體顯示屏幕110的光偏折元件112之一實施方式的正視示意圖。於第3A圖所繪的光偏折元件112中，「正視示意圖」所指的正視視角為自雙凸柱面透鏡120指向光偏折元件112。此外，為了方便說明，第1圖中的第一方向D1也繪示於第3A圖之中。光偏折元件112具有相對的入光面113與出光面114，其中入光面113朝向光源分布影像發射源102，而出光面114朝向雙凸柱面透鏡120。換言之，第3A圖所繪的視角為由雙凸柱面透鏡120朝向光偏折元件112的出光面114。
光偏折元件112包含多個折射界面，例如，第一折射界面A1與第二折射界面A2，其中第一折射界面A1與第二折射界面A2分別以不同的網底表示。第一折射界面A1與第二折射界面A2可視為光偏折元件112的出光面114，亦即第一折射界面A1與第二折射界面A2會朝向雙凸柱面透鏡120。第一折射界面A1與第二折射界面A2沿第二方向D2排列並沿第三方向D3延伸。第二方向D2與第三方向D3的其中任一者異於第一方向D1，且第二方向D2與第三方向D3正交。此外，於部分實施方式中，第一方向D1可平分第二方向D2與第三方向D3之間的夾角。
光偏折元件112用以透過折射界面而使穿過其之光束偏折至多個偏折方向，且多個偏折方向彼此相異。例如，光偏折元件112可用以使穿過其之光束朝多個行進方向(D)行進，其中D為大於1的正整數。本實施方式中，光偏折元件112為二階的光偏折元件。因此，自光源分布影像發射源102發射的光源分布影像訊號104於穿過光偏折元件112後可朝兩個方向行進。換言之，本實施方式的行進方向數D為2。
此外，光偏折元件112的折射界面可透過微稜鏡形成。具體而言，請看到第3A圖與第3B圖，其中第3B圖繪示沿第3A圖的連線BB的剖面示意圖。光偏折元件112可包含微稜鏡116a與116b，其中微稜鏡116a與116b的位置與入光面113相對。換言之，微稜鏡116a與116b位於入光面113與雙凸柱面透鏡120之間。微稜鏡116a與116b是沿第四方向D4排列，其中第二方向D2與第四方向D4互相平行。於微稜鏡116a與116b的排列方向中，第一方向D1與第四方向D4夾角度θ，且角度θ為介於30度至60度之間。例如，於第一方向D1平分第二方向D2與第三方向D3之間的夾角的實施方式中，第一方向D1與第四方向D4所夾的角度可為45度。
於此配置下，折射界面可以是透過微稜鏡116a與116b的表面而形成。例如，微稜鏡116a的兩個出光面分別為第一折射界面A1與第二折射界面A2，而微稜鏡116b的兩個出光面分別為第一折射界面A1與第二折射界面A2。藉由此配置，自光源分布影像發射源102發射的光源分布影像訊號104(請看到第1圖)於穿過光偏折元件112時，光源分布影像訊號104可被微稜鏡116a與116b偏折，並朝兩個相異的方向行進。
此外，第一折射界面A1與第二折射界面A2的尺寸可根據光源分布影像訊號104的光源分布影像大小作調整。例如，每一折射界面於第二方向D2上的長度可略小於或等於光源分布影像訊號104進入光偏折元件112時之單一光源分布影像的對角線長度。另一方面，第一折射界面A1與第二折射界面A2的數量也可根據光源分布影像訊號104的光源分布影像數量作調整。
另一方面，由於折射界面的延伸方向是與第一方向D1夾45度角，故當光源分布影像訊號104穿過光偏折元件112後，穿過光偏折元件112的光源分布影像訊號104相對原光源分布影像訊號104會具有水平方向上的平移分量與鉛直方向上的平移分量。再者，由於折射界面的延伸方向是與第一方向D1夾45度角，因此，穿過光偏折元件112的光源分布影像訊號104所具有之水平方向上的平移分量與鉛直方向上的平移分量實質上會相等。
請再看到第4A圖與第4B圖，其中第4A圖繪示本發明立體顯示屏幕的光偏折元件之另一實施方式的正視示意圖，而第4B圖繪示沿第4A圖的連線BB的剖面示意圖。第4A圖所繪之光偏折元件112與第3A圖所繪之光偏折元件112之間的至少一個差異為，第4A圖與第4B圖所繪之光偏折元件112為三階的光偏折元件，其中光偏折元件112具有第一折射界面A1、第二折射界面A2與第三折射界面A3，其分別以不同網底繪示。
第4B圖中，光偏折元件112可包含微稜鏡116a與116b，其中第一折射界面A1、第二折射界面A2與第三折射界面A3分別為微稜鏡116a與116b的三個出光面。例如，微稜鏡116a的三個出光面分別為第一折射界面A1、第二折射界面A2與第三折射界面A3，微稜鏡116b的三個出光面分別為第一折射界面A1、第二折射界面A2與第三折射界面A3。藉由此配置，自光源分布影像發射源102發射的光源分布影像訊號104於穿過光偏折元件112時，光源分布影像訊號104可被微稜鏡116a與116b偏折，並朝三個相異的方向行進。
請再看到第5圖，其中第5圖繪示光源分布影像訊號通過本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡120之一實施方式的示意圖。當光源分布影像發射源102所提供之光源分布影像訊號104穿過光偏折元件112後，由光偏折元件112偏折的光源分布影像訊號104會再接著進入雙凸柱面透鏡120。於部分實施方式中，立體顯示屏幕110(請看到第1圖)可更包含菲涅爾透鏡(未繪示)。菲涅爾透鏡可設置於光偏折元件112與雙凸柱面透鏡120之間，並用以使穿過光偏折元件112的光源分布影像訊號104可平行地進入雙凸柱面透鏡120。於光源分布影像訊號104進入雙凸柱面透鏡120後，光源分布影像訊號104可透過第一柱面透鏡陣列124而被成像於本體122之中，使得成像於本體122之中的光源分布影像訊號104成為成像訊號108，其中成像訊號108於第一方向D1具有第四長度(S)。亦即，光源分布影像訊號104於成像於本體122後具有第四長度(S)。
除此之外，第一柱面透鏡126、第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132於第一方向D1的長度可透過立體顯示裝置100的其他參數計算而得。具體而言，第一柱面透鏡126於第一方向D1的長度以第一長度(A)表示，第二柱面透鏡130於第一方向D1的長度以第二長度(B)表示，而第三柱面透鏡132於第一方向D1的長度為以第三長度(C)表示。第一長度(A)之量值實質上與[(2*N+1)*S]相同，第二長度(B)之量值實質上與[(N+2)*S]相同，第三長度(C)之量值實質上與(N*S)相同，且N為大於1的正整數。於部分實施方式中，正整數N可以是立體顯示屏幕110中，光源分布影像訊號104於穿過雙凸柱面透鏡120後，光源分布影像訊號104被投射的方向數量。例如，當一束平行光穿過雙凸柱面透鏡120之後，雙凸柱面透鏡120可將此平行光往N個方向投射。
此外，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132的排列方式可由正整數N推算。以下以X表示第二柱面透鏡130的位置，並以Y表示第三柱面透鏡132的位置。第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132的排列方式可表示為[X(XY)(N-1) ]，且第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132是根據此排列方式做週期性排列。例如，當正整數N為2時，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132會以[XXY]的排列方式做週期性排列。亦即，以[XXYXXYXXY]的規律進行週期性地排列。而當正整數N為3時，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132會以[XXYXY…]的排列方式做週期性排列。亦即，以[XXYXYXXYXYXXYXY…]的規律進行週期性地排列。於此排列方式下，至少兩個第二柱面透鏡130會彼此相鄰，換句話說，兩個第二柱面透鏡130之間沒有其他柱面透鏡(如第三柱面透鏡132)，且部分第二柱面透鏡130與部分第三柱面透鏡132為交錯排列。此外，第二柱面透鏡陣列128的第二柱面透鏡130的數量與第三柱面透鏡132的數量之比值為[(M+1)/M]，其中M為正整數。換言之，第二柱面透鏡130的數量可設定為比第三柱面透鏡132的數量多一個。
於第5圖所繪的雙凸柱面透鏡120之中，雙凸柱面透鏡120被設定為將穿過其之光源分布影像朝兩個方向投射，亦即正整數N等於2。因此，根據前述第一長度(A)、第二長度(B)與第三長度(C)之計算式，第一長度(A)會等於5S，第二長度(B)會等於4S，而第三長度(C)會等於2S。於第一柱面透鏡陣列124之中，第一柱面透鏡126為重複性地排列。於第二柱面透鏡陣列128之中，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132為週期性排列。於每一個第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132的週期排列中，為先設置兩個第二柱面透鏡130，接著再設置一個第三柱面透鏡132。
同前所述，第一柱面透鏡陣列124與第二柱面透鏡陣列128為非對稱關係，故第一柱面透鏡陣列124中的柱面透鏡與第二柱面透鏡陣列128的柱面透鏡之間可存在至少一個光軸的偏移關係。舉例而言，第一柱面透鏡126之其中至少一者的光軸與第二柱面透鏡130之其中一者的光軸平行且不重合。此外，第一柱面透鏡126之其中至少一者的光軸與第三柱面透鏡132的光軸平行且不重合。透過第一柱面透鏡陣列124的柱面透鏡與第二柱面透鏡陣列128的柱面透鏡之間所存在的光軸的偏移關係，進入雙凸柱面透鏡120的光源分布影像訊號104將會被投射往不同的方向。例如，分別透過第一柱面透鏡126a與126b進入雙凸柱面透鏡120的光源分布影像訊號104a與104b會被投射往不同的方向。
此外，當光束穿過雙凸柱面透鏡120後，行進往觀賞視區O1-O4的光束相較自光源分布影像發射源102發射的光束會具有更廣的發射角度。因此，雙凸柱面透鏡120可增加光源分布影像訊號104的發射角度，藉以使觀賞視區O1-O4可具有更廣的觀賞範圍。換言之，立體顯示屏幕110(請見第1圖)可透過雙凸柱面透鏡120加大立體光源分布影像的可視角度範圍。
請再看到第6圖，其中第6圖繪示本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡120之另一實施方式的示意圖。第6圖所繪之雙凸柱面透鏡120與第5圖所繪之雙凸柱面透鏡120的至少一個差異為，第6圖所繪之雙凸柱面透鏡120可將穿過其之光源分布影像朝三個方向投射，亦即正整數N等於3。舉例而言，分別透過第一柱面透鏡126a、126b與126c進入雙凸柱面透鏡120的光源分布影像訊號104a、104b與104c會被投射往不同的方向。
因此，根據前述第一長度(A)、第二長度(B)與第三長度(C)之計算式，第一長度(A)會等於7S，第二長度(B)會等於5S，而第三長度(C)會等於3S。於第一柱面透鏡陣列124之中，第一柱面透鏡126為重複性地排列。於第二柱面透鏡陣列128之中，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132為週期性排列。於每一個第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132的週期排列中，為依序設置兩個第二柱面透鏡130、一個第三柱面透鏡132、一個第二柱面透鏡130，接著再設置一個第三柱面透鏡132。
請再看到第7圖，其中第7圖繪示本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡120之再一實施方式的示意圖。第7圖所繪之雙凸柱面透鏡120與第5圖所繪之雙凸柱面透鏡120的至少一個差異為，第7圖所繪之雙凸柱面透鏡120可將穿過其之光源分布影像朝四個方向投射，亦即正整數N等於4。舉例而言，分別透過第一柱面透鏡126a、126b、126c與126d進入雙凸柱面透鏡120的光源分布影像訊號104a、104b、104c與104d會被投射往不同的方向。
因此，根據前述第一長度(A)、第二長度(B)與第三長度(C)之計算式，第一長度(A)會等於9S，第二長度(B)會等於6S，而第三長度(C)會等於4S。於第一柱面透鏡陣列124之中，第一柱面透鏡126為重複性地排列。於第二柱面透鏡陣列128之中，第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132為週期性排列。於每一個第二柱面透鏡130與第三柱面透鏡132的週期排列中，為依序設置兩個第二柱面透鏡130、一個第三柱面透鏡132、一個第二柱面透鏡130、一個第三柱面透鏡132、一個第二柱面透鏡130，接著再設置一個第三柱面透鏡132。
以下將對結合光偏折元件與雙凸柱面透鏡後所產生之效果作進一步的說明。請看到第8A圖，其中第8A圖繪示本發明立體顯示屏幕於導引光源分布影像之一實施方式的示意圖。本實施方式中，使用二階的光偏折元件112以及正整數N為2的雙凸柱面透鏡120。第8A圖中，每一個方格可視為光源分布影像訊號的光源分布影像中的一個像素P。斜線為表示光偏折元件112的相鄰的折射界面之間的界線，其中第8A圖繪示有例如第一折射界面A1與第二折射界面A2。虛線表示雙凸柱面透鏡120的相鄰的第一柱面透鏡126a與126b之間的界線，其中穿過第一柱面透鏡126a與126b之光源分布影像會分別往兩個方向投射。此外，立體顯示屏幕110可更包含遮蔽元件134。遮蔽元件134可貼附於光偏折元件112上，其以網底的方式繪示於第8A圖中。
透過以上結合光偏折元件112、雙凸柱面透鏡120與遮蔽元件134之配置，每一個像素P會對應到一個第一柱面透鏡(第一柱面透鏡126a或126b)與一個折射界面(第一折射界面A1或第二折射界面A2)，使得光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)可被投射往多個方向。進一步而言，由於光偏折元件112可將穿過其之光源分布影像朝兩個方向投射，而雙凸柱面透鏡120可透過第一柱面透鏡126a與126b將穿過其之光源分布影像朝兩個方向投射，故光源分布影像發射源102所提供之光源分布影像訊號104於穿過光偏折元件112及雙凸柱面透鏡120後，光源分布影像訊號104可被投射往四個方向(即前述之行進方向D與正整數N的乘積)。
請再看到第8A圖與第8B圖，其中第8B圖繪示第8A圖之第C1列與第C2列的示意圖。像素P1(標記為1之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第一折射界面A1、像素P2(標記為2之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第二折射界面A2、像素P3(標記為3之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第一折射界面A1，而像素P4(標記為4之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第二折射界面A2。像素P1-P4於穿過光偏折元件與雙凸柱面透鏡後，將會分別朝不同的四個方向行進。換言之，光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)於穿過立體顯示屏幕110後，將會被投射至四個方向。因此，立體顯示屏幕110可透過空間多工的方式，將完整的立體光源分布影像提供至觀賞視區之中。
請再看到第9A圖，其中第9A圖繪示本發明立體顯示屏幕110於導引光源分布影像之另一實施方式的示意圖。第9A圖所繪之實施方式與第8A圖所繪之實施方式之間的至少一個差異為，第9A圖所繪之實施方式為使用三階的光偏折元件112以及為正整數N為3的雙凸柱面透鏡120。本實施方式中，由於光偏折元件112可將穿過其之光源分布影像往三個方向投射，而雙凸柱面透鏡120亦可將穿過其之光源分布影像往三個方向投射，故光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)於穿過光偏折元件112及雙凸柱面透鏡120後，光源分布影像訊號104可被投射往九個方向(即前述之行進方向D與正整數N的乘積)。
第9A圖中，每一個方格可視為光源分布影像訊號104(請見第1圖)的光源分布影像中的一個像素P。斜線為表示光偏折元件112的相鄰的折射界面之間的界線，其中第9A圖繪示有第一折射界面A1、第二折射界面A2與第三折射界面A3。虛線表示雙凸柱面透鏡120的相鄰的第一柱面透鏡126a、126b與126c之間的界線，其中穿過第一柱面透鏡126a、126b與126c之光源分布影像會分別往三個方向投射。遮蔽元件134以網底的方式繪示於第9A圖中。
請再看到第9A圖與第9B圖，其中9B圖繪示第9A圖之第C1列至第C3列的示意圖。像素P1(標記為1之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第一折射界面A1、像素P2(標記為2之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第二折射界面A2、像素P3(標記為3之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第三折射界面A3、像素P4(標記為4之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第一折射界面A1、像素P5(標記為5之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第二折射界面A2、像素P6(標記為6之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第三折射界面A3、像素P7(標記為7之方格)為對應到第一柱面透鏡126c與第一折射界面A1、像素P8(標記為8之方格)為對應到第一柱面透鏡126c與第二折射界面A2，而像素P9(標記為9之方格)為對應到第一柱面透鏡126c與第三折射界面A3。像素P1-P9於穿過光偏折元件112與雙凸柱面透鏡120後，將會分別朝不同的九個方向行進。換言之，光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)於穿過立體顯示屏幕110後，將會被投射至九個方向。
請再看到第10A圖，其中第10A圖繪示本發明立體顯示屏幕110於導引光源分布影像之再一實施方式的示意圖。第10A圖所繪之實施方式與第8A圖所繪之實施方式之間的至少一個差異為，第10A圖所繪之實施方式為使用四階的光偏折元件112以及為正整數N為2的雙凸柱面透鏡120。本實施方式中，由於光偏折元件112可將穿過其之光源分布影像往四個方向投射，而雙凸柱面透鏡120可將穿過其之光源分布影像往兩個方向投射，故光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)於穿過光偏折元件112及雙凸柱面透鏡120後，光源分布影像訊號104可被投射往八個方向(即前述之行進方向D與正整數N的乘積)。
第10A圖中，每一個方格可視為光源分布影像訊號104(請見第1圖)的光源分布影像中的一個像素P。斜線為表示光偏折元件112的相鄰的折射界面之間的界線，其中第10A圖繪示有第一折射界面A1、第二折射界面A2、第三折射界面A3與第四折射界面A4。虛線表示雙凸柱面透鏡120的相鄰的第一柱面透鏡126a與126b之間的界線，其中穿過第一柱面透鏡126a與126b之光源分布影像會分別往兩個方向投射。遮蔽元件134以網底的方式繪示於第10A圖中。
請再看到第10A圖與第10B圖，其中第10B圖繪示第10A圖之第C1列與第C2列的示意圖。像素P1(標記為1之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第一折射界面A1、像素P2(標記為2之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第二折射界面A2、像素P3(標記為3之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第三折射界面A3、像素P4(標記為4之方格)為對應到第一柱面透鏡126a與第四折射界面A4、像素P5(標記為5之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第一折射界面A1、像素P6(標記為6之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第二折射界面A2、像素P7(標記為7之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第三折射界面A3，而像素P8(標記為8之方格)為對應到第一柱面透鏡126b與第四折射界面A4。像素P1-P8於穿過光偏折元件112與雙凸柱面透鏡120後，將會分別朝不同的八個方向行進。換言之，光源分布影像發射源102(請見第1圖)所提供之光源分布影像訊號104(請見第1圖)於穿過立體顯示屏幕110後，將會被投射至八個方向。
綜上所述，本發明之立體顯示屏幕可應用於立體顯示裝置，其中立體顯示裝置包含光源分布影像發射源。光源分布影像發射源用以提供光源分布影像訊號。立體顯示裝置可透過光源分布影像發射源，以時間多工的方式提供立體光源分布影像。立體顯示屏幕包含光偏折元件與雙凸柱面透鏡。立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合調整穿過立體顯示屏幕之光源分布影像訊號的投射方向，使得光源分布影像訊號於穿過立體顯示屏幕後可朝多個方向投射。因此，立體顯示屏幕可透過光偏折元件與雙凸柱面透鏡之組合，以空間多工的方式呈現完整的立體光源分布影像。此外，立體顯示屏幕可透過雙凸柱面透鏡加大立體光源分布影像的可視角度範圍。另一方面，雙凸柱面透鏡可根據所設定的參數，對應調整其上的柱面透鏡間的配置關係，以進一步調整立體顯示屏幕所呈現的觀賞視區。
雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，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‧‧‧立體顯示裝置
102‧‧‧光源分布影像發射源
104、104a、104b‧‧‧光源分布影像訊號
106、106a、106b、106c‧‧‧光源分布影像
108‧‧‧成像訊號
110‧‧‧立體顯示屏幕
112‧‧‧光偏折元件
113‧‧‧入光面
114‧‧‧出光面
116a、116b‧‧‧微稜鏡
120‧‧‧雙凸柱面透鏡
122‧‧‧本體
124‧‧‧第一柱面透鏡陣列
126、126a、126b、126c、126d‧‧‧第一柱面透鏡
128‧‧‧第二柱面透鏡陣列
130‧‧‧第二柱面透鏡
132‧‧‧第三柱面透鏡
P、P1-P9‧‧‧像素
A‧‧‧第一長度
A1‧‧‧第一折射界面
A2‧‧‧第二折射界面
A3‧‧‧第三折射界面
A4‧‧‧第四折射界面
B‧‧‧第二長度
BB‧‧‧連線
C‧‧‧第三長度
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向
O1-O4‧‧‧觀賞視區
S‧‧‧第四長度
θ‧‧‧角度
第1圖繪示本發明立體顯示裝置之一實施方式的配置示意圖。 第2A圖繪示第1圖的立體顯示裝置的光源分布影像發射源的正視示意圖。 第2B圖至第2D圖繪示光源分布影像發射源於時序內發射不同光源分布影像的正視示意圖。 第3A圖繪示本發明立體顯示屏幕的光偏折元件之一實施方式的正視示意圖。 第3B圖繪示沿第3A圖的連線BB的剖面示意圖。 第4A圖繪示本發明立體顯示屏幕的光偏折元件之另一實施方式的正視示意圖。 第4B圖繪示沿第4A圖的連線BB的剖面示意圖。 第5圖繪示光源分布影像訊號通過本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡之一實施方式的示意圖。 第6圖繪示本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡之另一實施方式的示意圖。 第7圖繪示本發明立體顯示屏幕的雙凸柱面透鏡之再一實施方式的示意圖。 第8A圖繪示本發明立體顯示屏幕於導引光源分布影像之一實施方式的示意圖。 第8B圖繪示第8A圖之第C1列與第C2列的示意圖。 第9A圖繪示本發明立體顯示屏幕於導引光源分布影像之另一實施方式的示意圖。 第9B圖繪示第9A圖之第C1列至第C3列的示意圖。 第10A圖繪示本發明立體顯示屏幕於導引光源分布影像之再一實施方式的示意圖。 第10B圖繪示第10A圖之第C1列與第C2列的示意圖。
100‧‧‧立體顯示裝置
102‧‧‧光源分布影像發射源
104‧‧‧光源分布影像訊號
110‧‧‧立體顯示屏幕
112‧‧‧光偏折元件
113‧‧‧入光面
114‧‧‧出光面
120‧‧‧雙凸柱面透鏡
122‧‧‧本體
124‧‧‧第一柱面透鏡陣列
126‧‧‧第一柱面透鏡
128‧‧‧第二柱面透鏡陣列
130‧‧‧第二柱面透鏡
132‧‧‧第三柱面透鏡
A‧‧‧第一長度
B‧‧‧第二長度
C‧‧‧第三長度
D1‧‧‧第一方向
O1-O4‧‧‧觀賞視區

Claims (21)

  1. 一種立體顯示屏幕，包含： 一光偏折元件，用以使穿過其之光束朝複數個方向行進；以及 一雙凸柱面透鏡，設置於該光偏折元件之一側，並包含： 一本體； 一第一柱面透鏡陣列，設置於該本體上，並位於該光偏折元件與該本體之間，其中該第一柱面透鏡陣列包含複數個第一柱面透鏡，且每一該第一柱面透鏡於一第一方向具有一第一長度(A)；以及 一第二柱面透鏡陣列，設置於該本體上，且該本體位於該第一柱面透鏡陣列與該第二柱面透鏡陣列之間，其中該第二柱面透鏡陣列包含複數個第二柱面透鏡與至少一第三柱面透鏡，每一該第二柱面透鏡於該第一方向具有一第二長度(B)，該第三柱面透鏡於該第一方向具有一第三度(C)，其中該第一長度大於該第二長度，且該第二長度大於該第三長度(A＞B＞C)，且該第一方向實質上垂直於該第一柱面透鏡陣列、該本體與該第二柱面透鏡陣列的排列方向。
  2. 如申請專利範圍第1項的立體顯示屏幕，係應用於一立體顯示裝置，該立體顯示裝置包含一光源分布影像發射源，設置於該立體顯示屏幕之一側，且該光偏折元件光學耦合於該光源分布影像發射源與該雙凸柱面透鏡之間，其中該光源分布影像發射源用以朝該立體顯示屏幕提供一光源分布影像訊號，該光源分布影像訊號具有依一時序呈現的複數個光源分布影像。
  3. 如申請專利範圍第2項的立體顯示屏幕，其中該光源分布影像訊號透過該第一柱面透鏡陣列而被成像於該本體之中，且所成像之光源分布影像訊號於該第一方向具有一第四長度(S)，其中該第一長度(A)之量值實質上與[(2*N+1)*S]相同，該第二長度(B)之量值實質上與[(N+2)*S]相同，該第三長度(C)之量值實質上與(N*S)相同，且N為大於1的正整數。
  4. 如申請專利範圍第1項的立體顯示屏幕，其中該第二柱面透鏡陣列的該些第二柱面透鏡的數量與該第三柱面透鏡的數量之比值為[(M+1)/M]，其中M為正整數。
  5. 如申請專利範圍第4項的立體顯示屏幕，其中至少兩個該些第二柱面透鏡彼此相鄰。
  6. 如申請專利範圍第4項的立體顯示屏幕，其中部分該些第二柱面透鏡與部分該些第三柱面透鏡為交錯排列。
  7. 如申請專利範圍第1項的立體顯示屏幕，其中該光偏折元件包含複數個折射界面，該些折射界面朝向該雙凸柱面透鏡，且該些折射界面沿一第二方向排列並沿一第三方向延伸，其中該第二方向與該第三方向的其中任一者異於該第一方向，且該第二方向與該第三方向正交，該光偏折元件用以透過該些折射界面而使穿過其之光束偏折至複數個偏折方向，且該些偏折方向彼此相異。
  8. 如申請專利範圍第7項的立體顯示屏幕，其中該第一方向平分該第二方向與該第三方向之間的夾角。
  9. 如申請專利範圍第1至8項之任一項的立體顯示屏幕，其中該光偏折元件包含一入光面及複數個微稜鏡，且該些微稜鏡位於該入光面與該雙凸柱面透鏡之間。
  10. 如申請專利範圍第9項的立體顯示屏幕，其中該些微稜鏡沿一第四方向排列，其中該第一方向與該第四方向夾一角度，該角度介於30度至60度之間。
  11. 如申請專利範圍第1項的立體顯示屏幕，其中該些第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與該些第二柱面透鏡之其中一者的光軸平行，且該些第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與該第三柱面透鏡的光軸平行。
  12. 一種立體顯示裝置，包含： 一立體顯示屏幕，包含： 一光偏折元件，用以使穿過其之光束朝複數個方向行進；以及 一雙凸柱面透鏡，設置於該光偏折元件之一側，並包含： 一本體； 一第一柱面透鏡陣列，設置於該本體上，並位於該光偏折元件與該本體之間，其中該第一柱面透鏡陣列包含複數個第一柱面透鏡，且每一該第一柱面透鏡於一第一方向具有一第一長度(A)；以及 一第二柱面透鏡陣列，設置於該本體上，且該本體位於該第一柱面透鏡陣列與該第二柱面透鏡陣列之間，其中該第二柱面透鏡陣列包含複數個第二柱面透鏡與至少一第三柱面透鏡，每一該第二柱面透鏡於該第一方向具有一第二長度(B)，該第三柱面透鏡於該第一方向具有一第三度(C)，其中該第一長度大於該第二長度，且該第二長度大於該第三長度(A＞B＞C)，且該第一方向實質上垂直於該第一柱面透鏡陣列、該本體與該第二柱面透鏡陣列的排列方向；以及 一光源分布影像發射源，設置於該立體顯示屏幕之一側，且該光偏折元件光學耦合於該光源分布影像發射源與該雙凸柱面透鏡之間，其中該光源分布影像發射源用以朝該立體顯示屏幕提供一光源分布影像訊號，該光源分布影像訊號具有依一時序呈現的複數個光源分布影像。
  13. 如申請專利範圍第12項的立體顯示裝置，其中該光源分布影像訊號透過該第一柱面透鏡陣列而被成像於該本體之中，且所成像之光源分布影像訊號於該第一方向具有一第四長度(S)，其中該第一長度(A)之量值實質上與[(2*N+1)*S]相同，該第二長度(B)之量值實質上與[(N+2)*S]相同，該第三長度(C)之量值實質上與(N*S)相同，且N為大於1的正整數。
  14. 如申請專利範圍第12項的立體顯示裝置，其中該第二柱面透鏡陣列的該些第二柱面透鏡的數量與該第三柱面透鏡的數量之比值為[(M+1)/M]，其中M為正整數。
  15. 如申請專利範圍第14項的立體顯示裝置，其中至少兩個該些第二柱面透鏡彼此相鄰。
  16. 如申請專利範圍第14項的立體顯示裝置，其中部分該些第二柱面透鏡與部分該些第三柱面透鏡為交錯排列。
  17. 如申請專利範圍第12項的立體顯示裝置，其中該光偏折元件包含複數個折射界面，該些折射界面朝向該雙凸柱面透鏡，且該些折射界面沿一第二方向排列並沿一第三方向延伸，其中該第二方向與該第三方向的其中任一者異於該第一方向，且該第二方向與該第三方向正交，該光偏折元件用以透過該些折射界面而使穿過其之光束偏折至複數個偏折方向，且該些偏折方向彼此相異。
  18. 如申請專利範圍第17項的立體顯示裝置，其中該第一方向平分該第二方向與該第三方向之間的夾角。
  19. 如申請專利範圍第12至18項之任一項的立體顯示裝置，其中該光偏折元件包含一入光面及複數個微稜鏡，且該些微稜鏡位於該入光面與該雙凸柱面透鏡之間。
  20. 如申請專利範圍第19項的立體顯示裝置，其中該些微稜鏡沿一第四方向排列，其中該第一方向與該第四方向夾一角度，該角度介於30度至60度之間。
  21. 如申請專利範圍第12項的立體顯示裝置，其中該些第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與該些第二柱面透鏡之其中一者的光軸平行，且該些第一柱面透鏡之其中至少一者的光軸與該第三柱面透鏡的光軸平行。
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