TW202142926A - 產生浮空影像的裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
一種產生浮空影像的裝置與方法。光學成像模組,用以生成第一浮空影像。感測模組,發出偵測訊號,用以感測受測體於第一時間點的第一位置資訊,當該第一位置資訊位於該第一浮空影像之輪廓範圍內時,依據該第一位置資訊生成反饋訊號。訊號處理模組,與該光學成像模組及該感測模組電性連接,用以接收該反饋訊號,並產生對應該反饋訊號之至少一控制指令及/或至少一反饋指令。該至少一控制指令被傳至控制器以對該控制器執行對應的控制,該至少一反饋指令被傳至該光學成像模組,以使該光學成像模組生成與該第一浮空影像不同的第二浮空影像。
Description
本發明是有關於一種產生浮空影像的裝置及方法。
人機互動介面(human machine interface,HMI)是使用者與裝置互動的媒介。人機互動介面可根據互動方式分為接觸式介面與非接觸式介面。使用接觸式介面時,由使用者直接接觸裝置表面以與裝置互動。而使用非接觸式介面時,使用者可不直接接觸裝置表面便可以與裝置互動。
接觸式介面的應用相當廣泛。接觸式介面經使用者使用後,需時常清潔表面以維持表面清潔,避免部份疾病因使用者接觸後,造成接觸式介面的表面汙染,進而可能傳染之後觸碰接觸式介面的其他使用者。
相對地,使用非接觸式介面時不需直接接觸裝置表面,可以避免體液殘留於裝置表面,進而降低間接接觸的傳染途徑。不過,非接觸式介面易具有使用不夠直覺,缺乏有效提示導致使用者的操控體驗性差等問題。
本發明提供一種產生浮空影像的裝置及方法,可產生具有真實空間立體感的影像,並根據受測體的位置產生對應的光學影像。
本發明的一實施例中提供一種產生浮空影像的裝置。光學成像模組,用以生成第一浮空影像。感測模組,發出偵測訊號,用以感測受測體於第一時間點的第一位置資訊,當第一位置資訊位於第一浮空影像之輪廓範圍內時,依據第一位置資訊生成反饋訊號。訊號處理模組,與光學成像模組及感測模組電性連接,用以接收反饋訊號,並產生對應反饋訊號之至少一控制指令及/或至少一反饋指令。其中至少一控制指令被傳至控制器以對控制器執行對應的控制,至少一反饋指令被傳至光學成像模組,以使光學成像模組生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。
本發明的另一實施例中提供一種產生浮空影像的方法,包括:生成第一浮空影像。發出偵測訊號,用以感測受測體於第一時間點的第一位置資訊,當第一位置資訊位於第一浮空影像之輪廓範圍內時,依據第一位置資訊生成反饋訊號。接收反饋訊號,並產生對應反饋訊號之至少一控制指令及/或至少一反饋指令,其中以至少一控制指令執行對應的控制,以至少一反饋指令生成與第一浮空影像不同的第二浮空影像。
本發明實施例所述的產生浮空影像的裝置與方法,可還原空間立體影像,並根據受測體的位置產生對應的光學影像。藉由直覺式操作保留現有使用習慣,可利於取代傳統式接觸式或非接觸式介面。
下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細的說明,但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外,所繪圖式中的元件尺寸係為說明方便而繪製,並非代表其實際之元件尺寸比例。而且,雖然文中使用如「第一」、「第二」等來描述不同的元件及/或膜層,但是這些元件及/或膜層不應當受限於這些用語。而是,這些用語僅用於區別一元件或膜層與另一元件或膜層。因此,以下所討論之第一元件或膜層可以被稱為第二元件或膜層而不違背實施例的教示。為了方便理解,下文中相似的元件將以相同之符號標示來說明。
本發明實施例的說明中不同範例可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或用字係為了簡化與清晰的目的,並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構的關係。再者,若是本說明書以下的揭露內容敘述了將第一特徵形成於一第二特徵之上或上方,即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例,還包含了將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間,而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。為了方便理解,下文中相似的元件將以相同之符號標示來說明。
當光源照射到一物體時,觀察者觀察到由物體所反射的反射光,進而觀察到該物體。也就是說,觀察者藉由物體表面往四周反射的反射光線看到空間中的物體。觀察者所觀察到的反射光具有位置與角度等特徵,這些特徵可以用全光函數(plenoptic Function) P(x, y, z, θ, φ, λ, t)來描述,其中x、y、z為觀察者相對於該物體的三維空間座標;θ與φ分別代表觀察者相對於該物體的球座標中的極角(polar angle) θ與方位角(azimuth angle)φ;λ代表反射光的波長;以及t代表接收到反射光的時間。
藉由光場成像片與透鏡的組合,透過演算法模擬並還原進入觀察者眼睛的反射光特徵與方向,可以用光學方法重建全光函數P(x, y, z, θ, φ, λ, t),也就是重建光的行進方向與強度,進而在空間中重建出虛擬物體在真實空間的立體影像,使觀察者從各個角度觀察重建的虛擬影像都可以產生與觀察真實物體一樣的視覺效果。
圖1為產生浮空影像的裝置的一個實施例。浮空影像裝置10A可包括光學成像模組100A、感測模組200、訊號處理模組300、供電模組400以及外殼500。
光學成像模組100A用以生成浮空影像I。光學成像模組100A包括光源102、光篩選器104以及光學調變器106。光源102與訊號處理模組300電性連接。由光源102所產生的光線L依序通過光篩選器104與光學調變器106。當由光源102所產生的光線L通過光篩選器104與光學調變器106時,可以藉由重建原物體的全光函數,還原進入使用者眼睛的反射光強度與行進方向,在空間中重建出虛擬物體在真實空間的立體影像,讓使用者在四面八方觀看時,都可以產生與觀察真實物體相同的視覺效果。
光源102用來產生光線L。根據一些實施例,光源102產生的光線L為平行光。根據一些實施例,若光源102產生的光線L為非平行光,可在光源102的出光面前方設置一透鏡,例如在光源102的出光面前方設置一菲涅耳透鏡(Fresnel lens)(未繪出),以使光線L為平行光。根據一些實施例,光源102產生的光線L可為單色光、多種單色光或白光。根據一些實施例,光源102可為發光二極體(light emitting diode, LED)、量子點(quantum dot)、有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)或其他類似光源,但並不以此為限。
如圖1所示,光源102產生的光線L通過光篩選器104。光篩選器104用以接收光線L,並將光線L進行圖案化與光學場形優化,以形成光場影像。根據一些實施例,光篩選器104可為高解析度集成成像片。電腦可藉由演算法計算出物體的全光函數P後,將影像訊息記錄在成像片上,影像訊息包括形成浮空影像I的光線方向與角度等資訊,使得入射的光線L可以重建原物體的立體光學影像。成像片可記錄一物體的影像訊息,每一成像片可產生一個浮空影像。根據一些實施例,將影像訊息寫在成像片上的方法可以為黃光製程或是網印製程,或是其他類似的方式。根據一些實施例,成像片的材質可以是玻璃、塑膠或是其他透明材質。
根據一些實施例,光篩選器104也可以產生光學場形優化的功效。根據一些實施例,入射光L可能為非平行光。當入射光L為非平行光時,入射光L進入光篩選器104時,入射光L可能會反射到非預期的區域,產生非預期的影像改變。根據一些實施例,在設計作為光篩選器104的成像片時,可透過演算法調整光篩選器104的結構或圖案,例如改變光篩選器104部份區域的厚度(例如增加部份區域厚度,使入射光L進入光篩選器104後,部份大角度的入射光無法通過光篩選器104,相對平行的光可以穿過光篩選器104)。如上述,可以藉由光篩選器104達到光學場形優化的效果,來優化成像品質。
如圖1所示,光線L通過光篩選器104之後通過光學調變器106。光學調變器106用以接收通過光篩選器104的光線L,將通過光篩選器104的光線L聚焦,生成浮空影像I。如圖1所示,部份浮空影像I位於外罩500內,部份浮空影像I浮出外罩500外部。根據一些實施例,透過調整光學調變器106的位置,浮空影像I可全部位於外罩500內(未示出)或位於外罩500外(未示出)。根據一些實施例,光學調變器106可以是微透鏡陣列(microlens array)、柱狀透鏡、光纖、光柵或光子晶體,但並不以此為限。在一些實施例中,光學調變器106可以是微透鏡陣列,利於完整呈現浮空影像,可全方位或是以360度觀看影像。在另一些實施例中,光學調變器106可以是柱狀透鏡。當光學調變器106為柱狀透鏡時,在主要觀測方向(例如沿柱狀透鏡光軸垂直的方向),浮空影像可具有立體變化,而在非主要觀測方向(例如沿柱狀透鏡光軸平行的方向),浮空影像並不具有立體變化。
根據一些實施例,在光學調變器106與浮空影像I之間,可再設置透鏡108,透鏡108可以是單個透鏡或是透鏡組。透鏡108可具有聚焦的效果,使光線L更為集中,讓影像I變得更清楚或是增加可視角。
如圖1所示,光線L由光源102產生之後,通過光篩選器104,再通過光學調變器106,使光線聚焦於特定位置,並生成一浮空影像I。光線L在形成浮空影像I之前先通過光篩選器104以及光學調變器106,可以使浮空影像I具有較高的解析度。
如圖1所示,浮空影像裝置10A具有感測模組200用以感測受測體於一時間點的位置資訊,當該位置資訊位於該浮空影像I之輪廓範圍內時,依據該位置資訊生成一反饋訊號。
如圖1所示,感測模組200可包括感測模組210、感測模組211及/或感測模組220。感測模組210位於浮空影像裝置10A的外殼500的鼻罩510處。該鼻罩510上覆於光學成像模組100A的光學調變器106的部分出光面,並環繞該浮空影像I。如圖1所示,部份浮空影像I位於鼻罩510內,部份浮空影像I浮出鼻罩510外部。感測模組211位於浮空影像裝置10A的外殼500的鼻罩510外側。鼻罩510可具有開孔512,感測模組211覆蓋於開孔512上。開孔512可作為訊號通透區,使感測模組211可藉由開孔512感測浮空影像I,以進行物體偵測。另,感測模組220可設置於光篩選器104的入光面,並位於光源102與光篩選器104之間。感測模組220位於光篩選器104的訊號通透區以進行物體偵測。
如圖1所示,感測模組200可定義浮空影像I的輪廓範圍,並發出訊號以感測進入該浮空影像I的輪廓範圍內的受測體的位置資訊。根據一些實施例,感測模組200所發出的偵測訊號為不可見光訊號、超音波訊號或其他不會干擾光線L的訊號。
如圖1所示,浮空影像裝置10A具有訊號處理模組300。訊號處理模組300可位於光學成像模組100A的光源102的背侧,但也可位於其他適合的位置,並不以此為限。訊號處理模組300與感測模組200(包括感測模組210、感測模組211及/或感測模組220)電性連接。訊號處理模組300與光學成像模組100A電性連結。根據一些實施例,訊號處理模組300接收由感測模組200所發出的反饋訊號,並根據該反饋訊號產生對應之至少一控制指令及/或至少一反饋指令。該至少一控制指令被傳至一控制器(未繪出),可對該控制器執行對應的控制。該反饋指令可回傳至光學成像模組100A以使光學成像模組100A產生一個新的浮空影像。根據一些實施例,訊號處理模組300可為一中央處理器,但並不以此為限。
如圖1所示,浮空影像裝置10A可具有供電模組400。供電模組400與光學成像模組100A、感測模組200與訊號處理模組300電性連接,用以提供浮空影像裝置中光學成像模組100A、感測模組200與訊號處理模組300所需的電源。
如圖1所示,根據一些實施例,浮空影像裝置10A可具有外罩500。如圖1所示,光學成像模組100A、感測模組200、訊號處理模組300與供電模組400可位於外罩500之內。外罩500包括一鼻罩510。鼻罩510位於光學成像模組100A出光面上。根據一些實施例,外罩500的內側,包括鼻罩510的內側,顏色為黑色或深色,可避免因光學成像模組100A所產生的光線L在外罩500內因反射而產生眩光。根據一些實施例,浮空影像裝置10A可不包括外罩500。根據一些實施例,浮空影像裝置10A可不包括鼻罩510,並使用感測模組220。
圖2A到圖2F是根據本發明實施例的控制浮空影像裝置的方法。為簡化圖式,浮空影像裝置10A的部份元件並未繪出。
請參考圖2A。浮空影像裝置包括光學成像模組100A與感測模組210。感測模組210包括發射器212與接收器214。根據一些實施例,發射器212與接收器214可為同類型元件。在圖2A中,感測模組210的數量為一個,發射器212與接收器214的數量也是一個,但並不以此為限,且發射器212的數量可不等於接收器214的數量。
請參考圖2A。光學成像模組100A發出第一光束L1形成第一浮空影像I1。感測模組210定義第一浮空影像I1的輪廓C作為偵測邊界。感測模組210的發射器212發出偵測訊號S1。一受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓C之外。根據一些實施例,受測體obj可為手指。因受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓C之外,偵測訊號S1並沒有被受測體obj反射進入感測模組210的接收器214中。
請參考圖2B。受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓C之內,這時感測模組210的發射器212發出的偵測訊號S1被受測體obj反射而進入感測模組210的接收器214中。感測模組210接收到被受測體obj反射的偵測訊號S1後,產生反饋訊號SFB
,並將反饋訊號SFB
傳送至訊號處理模組300(未示出)。
請參考圖2C與圖2D。訊號處理模組300接收到感測模組210所發出的反饋訊號SFB
後,控制光學成像模組100A產生第二光束L2並產生與第一浮空影像I1不同的第二浮空影像I2。如圖2C所示,根據一些實施例,第二浮空影像I2與第一浮空影像I1可為相同的圖案。根據一些實施例,第二浮空影像I2與第一浮空影像I1可具有不同的顏色,例如第一浮空影像I1可具有第一顏色,第二浮空影像I2可具有與第一顏色不同的第二顏色。根據一些實施例,第二浮空影像I2與第一浮空影像I1可具有不同的亮度,例如第一浮空影像I1可具有第一亮度,第二浮空影像I2可具有與第一亮度不同的第二亮度。
如圖2D所示,根據一些實施例,藉由改變光篩選器104,可產生與具有與第一浮空影像I1不同圖案、顏色或亮度的第二浮空影像I2’。根據一些實施例,第二浮空影像I2’與第一浮空影像I1可為不同的圖案,其中,第一浮空影像I1可為第一圖案,第二浮空影像I2’可為與第一圖案不同的第二圖案。根據一些實施例,第二浮空影像I2’與第一浮空影像I1可具有不同的顏色,例如第一浮空影像I1可具有第一顏色,第二浮空影像I2’可具有與第一顏色不同的第二顏色。根據一些實施例,第二浮空影像I2’與第一浮空影像I1可具有不同的亮度,例如第一浮空影像I1可具有第一亮度,第二浮空影像I2’可具有與第一亮度不同的第二亮度。
根據一些實施例,在圖2C之後,可參考圖2E。在第一時間點之後的第二時間點,感測模組210的發射器212發出第二偵測訊號S2。由於受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓C之外,感測模組210並未接收到被受測體obj反射的第二偵測訊號S2,此時感測模組210可停止產生一反饋訊號SFB
。
請參考圖2F。感測模組210停止產生一反饋訊號SFB
,訊號處理模組300停止產生對應該反饋訊號之該至少一控制指令及/或該至少一反饋指令。停止將至少一控制指令傳至控制器以停止對該控制器執行對應的控制及/或停止光學成像模組100A產生第二光束L2與第二浮空影像I2,並使光學成像模組100A產生恢復產生第一光束L1與第一浮空影像I1。
根據圖2A到圖2F,浮空影像裝置10A可以根據受測體obj的位置而對應產生第一浮空影像I1與第二浮空影像I2、I2’,並於第一浮空影像I1與第二浮空影像I2、I2’之間切換,進行受測體與浮空影像之間的互動操作。
圖3是根據本發明的實施例的一種光學成像模組100B的示意圖。光學成像模組100B包括光源102、光篩選器104以及光學調變器106’。光線L由光源102產生之後,通過光學調變器106’,使光線聚焦於特定位置,再通過光篩選器104形成浮空影像I。
光學成像模組100B與圖1所示的光學成像模組100A具有類似的元件組合。在光學成像模組100B中,由光源102所產生的光線L依序通過光學調變器106’與光篩選器104。由光源102所產生的光線L會先由光學調變器106’聚焦於特定位置後,再藉由光篩選器104進行圖案化,使光線於特定位置生成浮空影像I。
根據一些實施例,光學成像模組100B的光學調變器106’ 可以是微透鏡陣列、光學透鏡、光纖、光柵或光子晶體,但並不以此為限。
如圖3所示,光線L由光源102產生之後,通過光學調變器106’,使光線L聚焦於特定位置,再通過光篩選器104形成一浮空影像I,有利於得到比較大視角的浮空影像I。
圖4是根據本發明的實施例的一種光學成像模組100C的示意圖。光學成像模組100C包括發光模組110、準直透鏡150以及光學調變器106。發光模組110與訊號處理模組300電性連接,以產生圖案化光線L。圖案化光線L由發光模組110產生之後,通過準直透鏡150,再通過光學調變器106形成浮空影像I。光學成像模組100C的發光模組110可視為整合光學成像模組100A的光源102以及光篩選器104。
如圖4所示,發光模組110包括發光層110a,第一電極110b與第二電極110c。第一電極110b與第二電極110c分別位於發光層110a的兩側,其中第一電極110b位於發光層110a的出光面,第二電極110c位於發光層110a相對於出光面的另一面。發光層110a為單色或多色的層狀發光單體。透過第一電極110b與第二電極110c控制發光層110a的點亮狀態,以產生圖案化光線L。
發光模組110的發光層110a所發出的光線L不一定是平行光,根據一些實施例,由發光模組110所發出的光線L在通過光學調變器106之前,可先通過準直透鏡150,使光線L為平行光,產生光學場形優化的功效,來優化成像品質。根據一些實施例,準直透鏡150可為一菲涅耳透鏡。
根據一些實施例,若發光模組110與光學調變器106的距離相當於光學調變器106的焦距長度,可省略準直透鏡150,利於進一步縮小光學成像模組的尺寸。這時,由發光模組110所發出的光線L直接通過光學調變器106,使光線聚焦於特定位置,並生成浮空影像I。
根據一些實施例,可透過發光模組110的第一電極110b與第二電極110c來控制發光層110a發出的光線L,以分別產生第一浮空影像及與第一浮空影像不同的第二浮空影像。根據一些實施例,第一電極110b與第二電極110c可控制發光層110a發出具有第一顏色的第一光線以形成第一浮空影像,發出具有不同於第一顏色的第二光線以形成第二浮空影像。根據一些實施例,第一電極110b與第二電極110c可控制發光層110a發出具有第一亮度的第一光線以形成第一浮空影像,發出具有不同於第一亮度的第二光線以形成第二浮空影像。
如圖4所示,由發光模組110所發出的光線L可通過準直透鏡150後,再通過光學調變器106,使光線聚焦於特定位置,並生成一浮空影像I。發光模組110的發光層110a可經第一電極110b與第二電極110c控制而發出特定光線,相當於具有光源與光篩選器的功能,可以主動產生成像光。根據一些實施例,發光層110a可為單色或多色的層狀發光單體,經設計第一電極110b與第二電極110c的導通位置,以控制發光層110a的點亮狀態,產生欲成像之浮空影像I的成像光L。根據另一些實施例,發光層110a可為一具有不同大小發光區域的單色或多色的層狀發光單體,第一電極110b與第二電極110c可經設計而控制發光層110a的不同大小發光區域的點亮狀態,以產生欲成像之浮空影像I的成像光L。
根據一些實施例,發光層110a可以是發光二極體、量子點、有機發光二極體或其他類似發光裝置,但並不以此為限。根據一些實施例,第一電極110b可為透明電極,以減少光線L經過第一電極時的損失。根據一些實施例,第一電極110b為陰極、第二電極110c為陽極。根據一些實施例,第一電極110b的材料除了為摻雜金屬的金屬氧化物或鹼金屬鹽類,也可以再摻雜有機材料,以提高透明度,例如金屬氧化物可列舉但不限於LiO2
(超氧化鋰)或MoO3
(三氧化鉬);鹼金屬鹽類可列舉但不限於LiF(氟化鋰)、LiBO3
(硼酸鋰)、K2
SiO3
(矽酸鉀)、Cs2
CO3
(碳酸銫)、CH3
COOM(金屬醋酸鹽類) (M為Li(鋰)、Na(鈉)、K(鉀)、Rb(銣)或Cs(銫));金屬可列舉但不限於Al(鋁)、Ca(鈣)、Ag(銀)、Cu(銅)、Mg(鎂)或其合金,如Mg:Ag、Li:Al等。根據一些實施例,第二電極110c的材料可包括金屬氧化物,例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide;ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide;IZO)、氧化鋁鋅(aluminum-doped zinc oxide;AZO)、氧化鋅(Zinc Oxide;ZnO)或氧化鋅鎵(gallium-doped zinc oxide,GZO)等,但並不以此為限。
圖5A與圖5B是根據本發明的實施例的一種光學成像模組100D的示意圖。光學成像模組100D的發光模組110包括第一發光模組112以及第二發光模組114,其中第二發光模組114可位於第一發光模組112與準直透鏡150之間。在一些實施例中,第一發光模組112可以位於第二發光模組114與準直透鏡150之間,本公開並不以此為限。第二發光模組114與訊號處理模組300電性連接(未示出)。第一發光模組112與第二發光模組114的結構可類似於發光模組110,包括發光層112a、114a、第一電極112b、114b與第二電極112c、114c。第一發光模組112、第二發光模組114的元件功能與發光模組110類似,在此不再贅述。第二發光模組114的第二電極114c面對第一發光模組112的第一電極112b,同時也是第一發光模組112的出光面,第二發光模組114的第二電極114c可為透明電極,減少由第一發光模組112所發出的光線L1通過第二發光模組114時的損失。根據一些實施例,發光層112a與114a可分別為單色或多色的層狀發光單體,經設計第一電極112b、114b與第二電極112c、114c的導通位置,可分別控制發光層112a、114a的點亮狀態,產生欲成像之浮空影像I1、I2的成像光L1、L2。根據另一些實施例,發光層112a、114a可分別為具有不同大小發光區域的單色或多色的層狀發光單體,第一電極112b、114b與第二電極112c、114c可經設計而分別控制發光層112a、114a的不同大小發光區域的點亮狀態,以產生欲成像之浮空影像I1、I2的成像光L1、L2。
請參考圖5A與圖5B。第一發光模組112所發出的第一光線L1通過第二發光模組114後,通過準直透鏡150與光學調變器106,光學調變器106使第一光線L1聚焦於特定位置,並生成第一浮空影像I1。第二發光模組114所發出的第二光線L2通過準直透鏡150與光學調變器106,光學調變器106使第二光線L2聚焦於特定位置,並生成第二浮空影像I2。第二發光模組114的發光層114a所發出的光線L2可與第一發光模組112的發光層112a所發出的光線L1不同,使第二發光模組114所產生的第二浮空影像I2與第一發光模組112所產生的第一浮空影像I1可以不同。第二發光模組114所產生的第二浮空影像I2可具有與第一發光模組112所產生的第一浮空影像I1不同的形狀、顏色、影像或亮度。
藉由控制個別發光層,也就是第一發光模組112的發光層112a與第二發光模組114的發光層114a,光學成像模組100D可產生不同的光線L1、L2,進而產生不同的浮空影像I1、I2。
如圖5A、圖5B所示,光學成像模組100D的發光模組的數量為二。根據一些實施例,根據設計需求,光學成像模組100D的發光模組的數量可以大於二,並據以產生對應的浮空影像。
圖6是根據本發明的實施例的一種光學成像模組100E的示意圖。光學成像模組100E包括顯示模組130、準直透鏡150以及光學調變器106。光線L由顯示模組130產生之後,通過準直透鏡150與光學調變器106形成浮空影像I。
光學成像模組100E以顯示模組130取代發光模組110、120。顯示模組130包括多個可個別驅動的像素,可藉由控制個別像素的點亮狀態,改變所產生光線L的顏色、亮度、方向等特徵,以產生可變化的浮空影像I。
根據一些實施例,光學成像模組100E的顯示模組130的像素可以是由液晶、發光二極體、量子點、有機發光二極體或其他類似顯示元件所構成,但並不以此為限。
如圖6所示,由顯示模組130所發出的光線L通過準直透鏡150後,再通過光學調變器106,使光線聚焦於特定位置,並生成一浮空影像I。顯示模組130具有類似光源與光篩選器的功能,可以主動產生成像光。此外顯示模組130可以個別驅動像素以改變顯示模組130的圖案。
圖7是根據本發明的實施例的一種浮空影像裝置10B的示意圖。浮空影像裝置10B位於物件600的空間610中。根據一些實施例,物件600可以是面板、牆壁或其他欲設置浮空影像裝置的實體。浮空影像裝置10B包含光學成像模組100、感測模組200、訊號處理模組300、供電模組400。光學成像模組100、訊號處理模組300與供電模組400可位於物件600的空間610的一表面610B,光學成像模組100所產生的浮空影像I全部形成於物件600的空間610中。根據一些實施例,光學成像模組100所產生的浮空影像I可部份或全部浮出於物件600的空間610外(未示出)。根據一些實施例,光學成像模組100可為前述光學成像模組100A、100B、100C、100D或100E的其中一種。
感測模組200包括配置於空間610的側表面610S的感測模組230。如圖7所示,感測模組230圍繞浮空影像I。感測模組230的感測方式與圖1、圖2A至圖2F中的感測模組210類似。感測模組230可發出偵測訊號S1以感測進入該浮空影像I的輪廓範圍內的受測體的位置資訊。根據一些實施例,感測元件230所發出的偵測訊號為超音波、紅外線或其他不會干擾光線L的訊號,但並不以此為限。
藉由以如圖2A至圖2F所示的方法,感測元件230可以在不同的感應時間中依序偵測受測體obj的位置資訊,使浮空影像裝置10B的光學成像模組100、訊號處理模組300可產生對應的浮空影像I。藉此,浮空影像裝置10B可與實體空間整合,並依環境需求配置,讓使用者有更接近與真實物體互動的操作體驗。
圖8是根據本發明的實施例的一種浮空影像裝置10C的示意圖。如圖8所示,浮空影像裝置10C產生一浮空影像I,並配置多個感測元件220A、220B、220C,感測元件的數量可依需求配置,在此不加以限定。如圖8所示,多個感測元件可以是多個內嵌式感測元件220A、220B、220C。在一些實施例中,多個感測元件也可以是多個外掛式感測元件。多個感測元件220A、220B、220C可與浮空影像裝置10C未繪示的光學成像模組、訊號處理模組連動,且在空間中相互關聯。藉由以如圖2A至圖2F所示的方法,多個感測元件220A、220B、220C可以在不同的感應時間中依序偵測受測體obj的位置資訊,並計算判別受測體obj與影像I的互動方式。根據受測體obj與影像I的互動方式,浮空影像裝置10C的光學成像模組、訊號處理模組可產生對應的浮空影像。根據一些實施例,受測體obj與影像I的互動方式可包括轉、按、推、拉、壓等不同動作,浮空影像裝置10C可對應產生包括旋鈕、按鈕、推桿、拉桿、開關等不同浮空影像。藉由產生多種不同的浮空影像,讓使用者有更接近與真實物體互動的操作體驗。
圖9是根據本發明的實施例的一種產生浮空影像的方法的流程圖。
請參考圖2A,在步驟902中,啟動浮空影像裝置10A。
請參考圖2A,在步驟904中,光學成像模組100A產生第一浮空影像I1。
請參考圖2A,在步驟906中,感測模組210的發射器212發出偵測訊號S1。
請參考圖2A與圖2B,在步驟908中,浮空影像裝置10A檢視受測體obj是否位於第一浮空影像I1的輪廓C內。如圖2A所示,受測體obj並未位於第一浮空影像I1的輪廓C內,感測模組210的接收器214並未接收到由受測體obj反射的偵測訊號S1。如圖2B所示,受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓C內,感測模組210的接收器214接收到由受測體obj反射的偵測訊號S1。
請參考圖2A與圖2B,在步驟908中,浮空影像裝置10A藉由感測模組210的接收器214是否接收到因受測體obj而反射的偵測訊號S1以檢視受測體obj是否位於第一浮空影像I1的輪廓C內。若受測體obj位於第一浮空影像I1的輪廓內C,則繼續步驟910。若受測體obj並非位於第一浮空影像I1的輪廓C內,可選擇性地是否於等待一預定時間後,再回到步驟906。
請參考圖2B,在步驟910中,感測模組210產生一反饋訊號SFB
,並將反饋訊號SFB
傳送至訊號處理模組300。
請參考圖2C與圖2D,在步驟912中,訊號處理模組300接收到感測模組210所發出的反饋訊號SFB
後,控制光學成像模組100A產生與第一浮空影像I1不同的第二浮空影像I2或第二浮空影像I2’。
請參考圖2E,在步驟914中,感測模組210的發射器212發出第二偵測訊號S2。
請參考圖2E,在步驟916中,藉由感測模組210的接收器214是否接收到因受測體obj而反射的第二偵測訊號S2以檢視受測體obj是否位於第一浮空影像I1的輪廓C內。若偵測到受測體obj,可回到步驟912。若未偵測到受測體obj,可繼續步驟918。
請參考圖2F,在步驟918中,受測體obj並未位於第一浮空影像I1的輪廓C內,感測模組210的發射器212停止向訊號處理模組300發出反饋訊號,影像光學成像模組100A恢復產生第一浮空影像I1。
本發明之實施例藉由產生浮空影像的裝置及方法,可產生具有真實空間立體感的互動式浮空影像。此外本發明實施例的浮空影像裝置可以有效縮小模組尺寸,並可依使用環境客製化,能夠更有效與使用場域整合。
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,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍及其均等範圍所界定者為準。
10A、10B、10C:浮空影像裝置
100、100A、100B、100C、100D、100E:光學成像模組
102:光源
104:光篩選器
106:光學調變器
108:光學透鏡
110:發光模組
110a、112a、114a:發光層
110b、112b、114b:第一電極
110c、112c、114c:第二電極
112:第一發光模組
114:第二發光模組
130:顯示模組
150:準直透鏡
200、210、211、220、230:感測模組
220A、220B、220C:感測元件
212:發射器
214:接收器
300:訊號處理模組
400:供電模組
500:外殼
510:鼻罩
512:開孔
600:物件
610:空間
610B:表面
I:浮空影像
I1:第一浮空影像
I2、I2’:第二浮空影像
L:光線
L1:第一光線
L2、L2’:第二光線
obj:受測體
S1、S2:偵測訊號
SFB
:反饋訊號
902、904、906、908、910、912、914、916、918:步驟
圖1是根據本發明的實施例的產生浮空影像的裝置的示意圖。
圖2A到圖2F是根據本發明的實施例的控制浮空影像的裝置的方法。
圖3是根據本發明的實施例的一種光學成像模組的示意圖。
圖4是根據本發明的實施例的一種光學成像模組的示意圖。
圖5A與圖5B是根據本發明的實施例的一種光學成像模組的示意圖。
圖6是根據本發明的實施例的一種光學成像模組的示意圖。
圖7是根據本發明的實施例的一種產生浮空影像的裝置的示意圖。
圖8是根據本發明的實施例的一種產生浮空影像的裝置的示意圖。
圖9是根據本發明的實施例的一種產生浮空影像的方法的流程圖。
10A:浮空影像裝置
100A:光學成像模組
102:光源
104:光篩選器
106:光學調變器
108:光學透鏡
200、210、211、220:感測模組
300:訊號處理模組
400:供電模組
500:外殼
510:鼻罩
512:開孔
I:浮空影像
L:光線
Claims (16)
- 一種產生浮空影像的裝置,包括: 一光學成像模組,用以生成一第一浮空影像; 一感測模組,發出一偵測訊號,用以感測一受測體於一第一時間點的第一位置資訊,當該第一位置資訊位於該第一浮空影像之輪廓範圍內時,依據該第一位置資訊生成一反饋訊號;以及 一訊號處理模組,與該光學成像模組及該感測模組電性連接,用以接收該反饋訊號,並產生對應該反饋訊號之至少一控制指令及/或至少一反饋指令,其中該至少一控制指令被傳至一控制器以對該控制器執行對應的控制,該至少一反饋指令被傳至該光學成像模組,以使該光學成像模組生成與該第一浮空影像不同的第二浮空影像。
- 如請求項1所述的裝置,其中該光學成像模組包括: 一光源,與該訊號處理模組電性連接,用以產生第一光線或第二光線; 一光篩選器,用以接收該第一光線或該第二光線,並將該第一光線或該第二光線進行圖案化與光學場形優化;以及 一光學調變器,用以接收該第一光線或該第二光線,將該第一光線或該第二光線聚焦,並以該第一光線生成該第一浮空影像,或以該第二光線生成該第二浮空影像。
- 如請求項2所述的裝置,其中該光學調變器為微透鏡陣列、光纖、光柵或光子晶體。
- 如請求項2所述的裝置,其中該光篩選器為集成成像片,記錄形成該浮空影像的光線方向與角度資訊。
- 如請求項1所述的裝置,其中該光學成像模組包括: 一第一發光模組,與該訊號處理模組電性連接,用以產生第一光線,其中該第一發光模組包括: 一發光層,用以產生該第一光線; 一第一電極,位於該發光層的出光面;以及 一第二電極,位於該發光層相對於該出光面的另一面,其中該第一電極與該第二電極控制該發光層的點亮狀態;以及 一光學調變器,用以接收該第一光線,將該第一光線聚焦,以生成該第一浮空影像。
- 如請求項5所述的裝置,其中該光學成像模組更包括: 一第二發光模組,與該訊號處理模組電性連接,位於該第一發光模組與該光學調變器之間,用以產生第二光線,其中該第二發光模組包括: 一發光層,用以產生該第二光線; 一第一電極,位於該發光層的出光面;以及 一第二電極,位於該發光層相對於該出光面的另一面,其中該第一電極與該第二電極控制該發光層的點亮狀態; 其中該光學調變器,接收該第二光線,將該第二光線聚焦,以生成該第二浮空影像。
- 如請求項1所述的裝置,其中該光學成像模組包括: 一顯示模組,與該訊號處理模組電性連接,包括多個可個別驅動的像素,可藉由控制該多個像素的個別像素的發光狀態,以產生至少一光線;以及 一光學調變器,用以接收該至少一光線,將該至少一光線聚焦,以生成對應該至少一光線的該浮空影像。
- 如請求項1所述的裝置,其中該感測模組位於所述裝置的外殼的鼻罩內側,並面向該光學成像模組的表面,該鼻罩上覆於該光學成像模組的部分出光面,並環繞該浮空影像。
- 如請求項1所述的裝置,其中該感測模組位於所述裝置的外殼的鼻罩外側,該鼻罩具有開孔,該感測模組覆蓋於該開孔上。
- 如請求項1所述的裝置,其中該感測模組設置於該光篩選器的入光面。
- 如請求項1所述的裝置,其中該光學成像模組位於一物件的空間中,該感測模組設置於該空間的側表面且在該浮空影像周圍。
- 如請求項1所述的裝置,其中該第二浮空影像具有與該第一浮空影像不同的形狀、顏色、影像或亮度。
- 一種產生浮空影像的方法,包括: 生成一第一浮空影像; 發出一偵測訊號,用以感測一受測體於一第一時間點的第一位置資訊,當該第一位置資訊位於該第一浮空影像之輪廓範圍內時,依據該第一位置資訊生成一反饋訊號; 接收該反饋訊號,並產生對應該反饋訊號之至少一控制指令及/或至少一反饋指令,其中以該至少一控制指令執行對應的控制,以該至少一反饋指令生成與該第一浮空影像不同的第二浮空影像。
- 如請求項13所述的方法,更包括: 發出一第二偵測訊號,用以感測該受測體於該第一時間點之後的第二時間點的第二位置資訊,當該第二位置資訊位於該第一浮空影像之該輪廓範圍外時,依據該第二位置資訊停止產生反饋訊號以及停止產生對應該反饋訊號之該至少一控制指令及/或該至少一反饋指令,停止以該至少一控制指令執行對應的控制,停止以該至少一反饋指令生成與該第一浮空影像不同的第二浮空影像,並恢復生成該第一浮空影像。
- 如請求項13所述的方法,其中該第二浮空影像具有與該第一浮空影像不同的形狀、顏色、影像或亮度。
- 如請求項13所述的方法,其中該偵測訊號為不可見光訊號或超音波訊號。
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2021
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