TW498182B - Volumetric three-dimensional display system - Google Patents

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TW498182B
TW498182B TW090122216A TW90122216A TW498182B TW 498182 B TW498182 B TW 498182B TW 090122216 A TW090122216 A TW 090122216A TW 90122216 A TW90122216 A TW 90122216A TW 498182 B TW498182 B TW 498182B
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dimensional
mirror
lens
scope
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TW090122216A
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Rick K Dorval
Michael Thomas
Jane Barcau
Original Assignee
Actuality Systems Inc
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Description

498182 五、發明說明α) 本發明係有關於一種三次元顯示器，特別是有關於一 種立體三次元顯示器。 [習知技術] 就目前之三次元顯示技術而言，立體顯示器 (volumetric displays)係用以形成立體填充像 (volume-filling imagery)，並且該立體顯示器係多半為 自動立體（autostereoscopic)顯示器。亦即，在不必另外 設置於鏡片（eyewear)的情況下，該立體顯示器即可形成 上述之立體填充像。 部分的立體顯示器係藉由時空多工器 (spatio-temporal multiplexing)以形成三次元像，其方 式係對於一光束位在一影像立體（i mage vo 1 ume )中的所在 範圍進行發射或散射處理，亦即，少部分的光產生裝置 (light-generating devices)(例如··雷射（laser)、投影 機像素（pro ject or pixels)等）係以較全立體更新率 (overal 1 volumetric refresh rate)為高之頻率來提出 光束’進而再將該光束成像於一迴轉面（r〇tating surface)^、。在視覺持續（persistence 〇ί visi〇n)的作 用下，由該迴轉面所通過且形成於該影像立體中之不同時 空位置（spatio-temporal 1〇cati〇ns)之上的複數影像厣 片係可達到整合效果，因而使得觀； 成之具有立體填充、三次元的影像。 八所形 硬
，19= = (v，metri“isplay)的概念最早係出 於1950年代未期，其所具有之三次元影像 出
1 498182
(three-d二ens^nal imagery)係可藉由將連續影像投影 至一可迴轉榮幕（rotating SCreen)之視覺整合下而呈現 出來。例如，Max Hirsch於1958年所提出之標題為 "generescope"之專利案中’其藉由—潛望鏡狀設備 (pen scope-1 ike arrangement)將形成於一陰極射線管 (cathode ray tube(CRT))之表面上的影像轉送至一後投 影螢幕（rear-projection screen)之上，並且於今 ’’ generescope”中之CRT、鏡子、螢幕係以同步方^進行迴
轉。此外，於1961年之美國專利第2, 967, 905號案中， Hirsch主要提出在相對於該投影螢幕角度（pr〇jecti〇n screen angle)之下，以可迴轉方式設置之中繼透鏡 (relay mirrors)係保持該投影光學路徑長度為一固定 值0 於1 960年之’’Aviation Week”中之標題為” New
Display Gives Realistic 3-D Effect"(pp.66-67，
October 31，1 960 )說明了 ITT 實驗室（ITT laboratories)
所發展之三維顯示器（3-D display)的相關内容，其方式 係在將相對於該投影螢幕角度之下之該投影光學路徑長度 保持為一固定值，如此便可將形成於一CRT之表面上的連 續2-D影像經由複數鏡子（mirrors)轉送至一迴轉投影螢幕 (pro jecti on screen)上。然而，該ITT實驗室所揭露之相 關内容係相同於Hirsch所提出之專利。於ITT實驗室所提 出之顯示器中，這些鏡子與該投影螢幕之間係以同步方式 進行迴轉，並且於該顯示器中採用了 一靜態CRT及複數前
1057-4328-PF.ptd 第5頁 498182 五、發明說明（3) 端部光學元件（front-end optical components)。當該投 影螢幕進行迴轉時，則該CRT上之影像便可於該投影螢幕 之平面上進行轉動。 此外，Bagtchko(U.S· Patent No· 5，148,310)、 Tsao et al.(U.S· Patent Νο·5,7 54, 1 47，5,954,41 4)等 亦提出有關於立體顯示器的專利案，其立體顯示器中係採 用了近似放射狀延伸之中繼透鏡（relay 〇ptics)。於 Bagtchko案中所提出之立體顯示器係利用固定式、向量掃 描雷射照明源（laser illumination source)對於一可迴 轉螢幕（rotating screen)進行投射，其中，該螢幕之迴 轉速度係為該螢幕之角頻率（angUlar freqUenCy)的一 半’如此係可防止該投影機之影像在該投影螢幕之平面上 產生迴轉。 本發明之簡要說明 本發明之特徵係在於提供一種用以生產三次元立體填 充像（three-dimensional volume-filling imagery)之系 統及方法’此一立體顯示系統係藉由將連續之二次元影像 投影至一快速迴轉之投影螢幕（pr〇 ject i〇n screen)之 上’並且於人類視覺系統（human visual system)中係將 這些二次兀影像層片整合為三次元立體填充影像。 整體而言，本發明之立體顯示系統包括一光學中繼 器、一馬達、一支承結構、一投影螢幕、一投影光性，其 中，該支承結構係連接於該馬達，該投影螢幕係設置於該 支承結構之上。於操作過程中，該投影光性係用以接收來
1057-4328-PF.ptd 第6頁 五 、發明說明------- 上>千中繼器之一光束且將該光束投射至該投影螢幕之 性i ΐ馬達係用以將該支承結構、該投影螢幕、該投影光 〜者一迴轉軸轉動。 於該立體顯示系統之各實施例係包括有以下之直中任 何一項特徵。 /、 4立體顯示系統更包括有將該投影光性 於該迴 轉軸之上。 γ办該投影光性係可為一投影透鏡。於部分實施例中，該 =〜透鏡具有一透鏡軸，該透鏡軸與該迴轉軸係定義出一 4又該角度係不會超過度左右。再者，該角度至少為 话9度且不會超過5·0度左右，並且該投影透鏡係可由三枚 透鏡所構成。 該立體顯示系統更包括在該投影螢幕上係平 面’並且該投影榮幕係設置於該支承結構上係=可： 得該迴轉軸位於該迴轉軸包含於該平面二如此係叮使 _名立體顯不系統更包括有一第一鏡與一第二鏡，該第 二一鏡係設置於該支承結構之上。於操作過程中，該馬 j係”將該第一、二鏡沿著該迴轉軸轉動，㈣一鏡係 巧以接收來自該投影透鏡之該光束且將該光束導引至該第 鏡該第一鏡係用以將該光束導引至該投影螢幕。 〆μ該立體三次元顯示系統更包括有一第三鏡，該第三鏡 係认置於忒支承結構之上，該馬達係用以將該第三鏡沿著 =迴轉軸轉動，該第三鏡係用以接收來自該第二鏡之該光 束且將該光束導弓丨至該投影螢幕。
IW
麵 1057-4328-PF.ptd 第7頁 498182
該 爭：：：：施例中’該支承結構係可為一平台，並且於 孔洞’該投影透鏡係設置於該孔洞之中。 ^ 1 r，Z 繼器包括有一繼動透鏡及一向場透鏡，該繼 動ί二ί Ϊ以接收來自一光源之該光束且將該光束轉送至 該向％透鏡。 :一特徵中，本發明係提供了 一種立體三次元顯示 方投心ί 5 ί次元顯示方法包括：（1 ’ 一投影光性、 ^ = 幕者一迴轉軸轉動；（i i )由靜態之一 供一“ ’以及（i i i)將該光束經由該投影光性#旦/、 投影螢幕之上。 既彳又影至該 於4立體三次元顯示方法之各實施例係包 其中任何一項特徵。 有以下之 該投影光性係為具有一透鏡軸之一投影透鏡， 影透鏡傾斜而使得該透鏡軸與該迴轉軸之間定義將謗投 度’該角度係不會超過10度左右。 〜角 該立體三次元顯示方法更包括將一第一鏡、一 沿著該迴轉軸轉動，該投影光性係為一投影透鏡，，二鏡 透鏡將該光束投影至該第一鏡，該第一鏡係用違较影 4 將 a 投，影透鏡之該光束導引至該第二鏡，該第二鏡係 I自讀 光束導引至該投影螢幕。 以將誘 於部分實施例中更包括有一第三鏡，該第=& 〜規"f系、η 該迴轉軸轉動，該第三鏡係用以接收來自該第二鏡“ 著 束且將該光束導引至該投影螢幕。 見之蟓先 此外，於部分實施例中亦可藉由一光學中繼& 、、题％牌來白
1057-4328-PF.ptd 第8頁 498182
該光源之該光束導引至該投影透鏡，並且於該光學中繼器 中更可包括有一鏡子，藉由調整該鏡子而使得該光束 : 於該投影螢幕之上。 〜τ 為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下。 圖式簡單說明 第1圖係表示一立體三次元顯示系統之立體圖。 第2Α圖係表示一前端透鏡（front-end optics)與部分 的投影機器（projection engine)之立體圖。 第2B圖係表示該前端透鏡與部分的投影機器之上視 圖。 第3圖係表示一後端透鏡（back_end optics)與一馬達 (motor)之立體圖° 第4圖係表示一投影透鏡（p r 〇 j e c t i ο η 1 e n s )之侧視 圖。 第5圖係表示一投影系統（projection system)之光學 路徑（optical path)之展開圖。 於各圖中之相同符號係表示相同的元件。 符號說明 100〜立體三次元顯示器 110〜基板 120〜投影系統 130〜系統電子 140〜殼體 150〜界面 160〜圓形平台 170〜迴轉軸
1057-4328-PF.ptd 第9頁 498182 五、發明說明（7) 190〜投影螢幕 2 0 0〜前端光學組合件 22 0〜空間光調制器（SLMs 23 0〜遠心中繼系統 240、250〜向場透鏡 29 0〜鏡子 3 2 0〜環形軸 37 0〜放大影像區域 4 4 0〜透鏡軸 180〜後端投影透鏡 1 9 5〜透明圓頂 21 0〜棱鏡組件 225〜表面 235、236、237〜成對透鏡 260 ' 270 ' 280〜折鏡 3 1 0〜投影透鏡 340、350 ' 360〜鏡子 410、420、430〜透鏡 450〜傾角 實施例 於本發明之一較佳實施例中，一立體三次元立體顯示 器（three-dimensional volumetric displays)係包括一 投影系統（projection system)，並且該投影系統係具有 兩主要部分：一前端透鏡（front-end optics)與一後端透 鏡（back_end opt ics)，其中，該前端透鏡係用以提供影 像且轉送影像，並且該前端透鏡係設置於觀察立體 (viewing volume)之下側、觀察者（viewer)所看不見的位 置上，而該後端透鏡係用以將影像傳送至觀察者。一電腦 (computer)係用以接收、處理資料且提供指示、產生影 像’該電腦係具有使用者界面（user interface)。該後端 透鏡係設置於或耦接於該前端透鏡之上方的一平台 (platform)上’並且該後端透鏡於操作過程中係與該平台
1057-4328-PF.ptd 第10頁 498182 五、發明說明（8) 同時進行迴轉。一螢幕（screen)係設置於該平台之上，並 且該營幕係可與該平台同時進行迴轉，上述之後端透鏡係 將該前端透鏡所提供之影像傳送至該螢幕之上。 第1圖係表示一立體三次元顯示器1 〇 〇之一實施例，該 立體二次元顯示器1〇〇包括有一基板（baSe plate)110、一 投影系統（projection system)120、前端投影透鏡 (front-end projection optics)(未圖示）、系統電子 (system electronics)130及一無架式直流馬達 (frameless DC motor)(未圖示），其中，該投影系統12〇
係設置於該基板110之上，並且於該基板11〇之上係同時設 置有一殼體（casing)140，藉由該殼體140將上述各元件包 覆於該基板110之上。上述之電腦係藉由一界面 (interface)150連接於該系統電子130。
一圓形平台（circular platform) 160係定位於該投影 糸統1 2 0、該前端投影透鏡之上侧，並且該環形平台1 6 〇係 以同軸心方式設置於該無架式直流馬達之一環形軸 (annular shaft)之上，藉由該無架式直流馬達將該環形 平台160沿著一迴轉軸（rotation axis)170進行轉動。一 後端投影透鏡（back-end projection optics)180、一投 影螢幕（projection screen)190的部分結構係設置於該環 形平台160之上，該後端投影透鏡、該投影螢幕19〇係同樣 可以藉由該無架式直流馬達而沿著該迴轉轴丨7 〇進行轉 動。該投影螢幕190及該後端投影透鏡180係藉由一透明圓 頂（transparent dome )195所包覆，該透明圓頂係可在 498182 五、發明說明（9) 該環形平台1 6 0之凸緣的作用下而進行定位，並且該透明 圓頂1 95係可於操作過程中進行迴動。此外，一第二圓頂 (second d〇rae)(未圖示）係用以對於該透明圓頂195進行包 覆’該第二圓頂1 9 5係同樣可於操作過程中進行迴動。 該立體三次元顯示器1〇〇之操作過程如下··一主機電 腦（host computer)係藉由該界面150將影像資料（image data)及所下達之命令傳送至該立體三次元顯示器ι〇〇。上 述影像資料在該系統電子丨30的處理下形成了立 料（V〇Xel data)，並且在以該立體三次元顯示器1〇〇對二 二H素資進行呈現之前，該立體像素資料係儲存圖 形》己隐體（graphics memory)之中。當欲藉由該立體三 =示僂器、1〇二行呈現時，該影像資料係藉由該系統；子 130而傳达至該投影機器12〇，並且在藉由對於空 = 由該投影機器120係可將該影像資料轉換 :景^:二::厂/二:二二當該光束離開了該 nr而道a $兮、 4先束係可在该刚端投影透鏡的作用 連串透鏡與鏡子的作子；該光束係可在這- 的孔洞之中。此外軸、該環形平台_ 透鏡係將該光束轉送二二=二y平台16。之上的一連串 幕190所形成之影像、\衫螢幕19〇，並且於該投影螢 image)。 象係為一-人凡影像（tw〇-dimensionai
498182 五、發明說明（ίο) 該環形平台160、該後端投影透鏡18〇、該投影螢幕 1 9 0係可在該無架式直流馬達的驅動下達到每分鐘將近6 〇 〇 轉（rpm)的轉速，並且各元件在該無架式直流馬達的驅動 下可達到相同的角速度（angular velocity)。該系統電子 1 3 0、該投影系統1 2 0係可以每秒至少4，〇 〇 〇次對於所呈出 之二次元影像進行更新，各二次元影像係形成了該三次元 立體影像之’’影像層片”（” image sl ice”）。在上述投影速 率及迴轉速率之下，以人類視覺系統所能察覺之該”影像 層片π應被視為合併於一立體填充（v〇lume_fHling)、三 次元影像之中的狀態。 當該投影系統1 2 0用以提供所需影像放大（例如：約 2 0 X )及解析度時，該投影系統1 2 〇係必須在相當小型化的 設計下方能夠容納於該殼體1 4 〇、該透明圓頂丨9 5的有限空 間之中。此外，藉由該投影系統1 2 〇係可將來自一靜態源 (stationary source)之光束轉送至移動中之一螢幕上， 以下將於一較佳實施例中針對此項技術提出說明。 請參閱第2A、2B圖，一前端光學元件（fr〇nt —end opt i cal components) 200係設置於該立體三次元顯示器 100之基板110上、該環形平台16〇之下方位置上（如第1圖 所示），並且於圖中亦表示出該投影機器丨2 〇 (如第1圖所 示）之部分結構。該投影機器1 20係包括有一光源 (lightsource)及均勻校準的複數透鏡（未圖示），藉由這 些透鏡將一寬帶光束（broadband light beam)傳送至一稜 鏡組件（prism aSSefnbly)210，並且在該稜鏡組件21〇的作
1057-4328-PF.ptd 第以頁 498182 五、發明說明（11) 用下將該寬帶光束被分割成為三個主要彩色分量（c〇1〇r components)(亦即，紅、綠、藍等三色），隨後這三個主 要彩色部分被導引至一空間光調制器（spat ial丨ight modulator, SLM) 220 (於此僅出現一次）（以下簡稱為 ’’SLMs”）。該SLMs 220 係為一可切換顯微鏡（switchable micromirrors)(例如：Texas Instruments DMDTMs)之微 機電（MEMS)糸統陣列（micro electro-mechanical systems arrays)，藉由該SLMs 220係可在頻率至少為 4kHz之下產生具有XGA-解析度（1〇24 X 768)之影像。該SLM 220係可針對空間中所相對之入射光束（incident; Hght beam)而分別產生紅、綠或藍等分量影像，這些分量影像 係可經由該棱鏡組件2 1 〇的再組合作用下產生出一完整彩 色影像（8種色彩），並且該完整彩色影像係呈現於該投影 機器120之表面225上。 隨後，該投影機器1 20係將該光束導引至一遠心中繼 系統（telecentric relay system) 230，其中該中繼透鏡 系統230係包括有三組成對透鏡（doublet lenses)235、 236、237，並且在該中繼透鏡系統230的作用下係可在相 近於該投影機器120之600公厘（mi 1 1 imeters)的位置上形 成有一中間影像（intermediate image)，亦即，該中間影 像係以3· 8倍（3· 8X)的放大效果形成於成對之兩向場透鏡/ (field lens)240、250之間。以下將針對該向場透鏡之功 能提出說明。 藉由該中繼透鏡系統230將該SLMs 220成像於該中間
498182 五、發明說明（12) 影像之上’如此使得將該光學路徑長度（〇ptical path length)、該放大影像可限制於該顯示器殼體所提供之拘 束條件（constraints)之下。相較於本實施例而言，將該 SLM 220直接成像於該投影螢幕190係需要較長的光學路徑 長度，這是由於在該SLMs 220、該投影系統丨2〇之間的該 稜鏡組件2 1 0之中包括有複數玻璃鏡片。當將一中間影像 成像於該投影系統1 2 0時，由於該投影透鏡係可放置在鄰 接於該中間影像的位置，此時僅需要之較短的光學路徑長 度即可將該S L Μ 2 2 0直接成像於該投影螢幕1 g 〇之上。
該前端光學元件200係包括有三個折鏡 mirrors) 260、270、280，其中，該投影光學路徑在這些 折鏡260、27 0、280之適當的折射下係可限制於該顯示器 设體所提供之立體之中’並且在該軒鏡26〇、270、280的 導引下係可使得該光束投射於該迴轉軸1 7 〇之一鏡子 (mirror) 290之上，同時在該鏡子29〇的作用下係將該光束 係導離於基板11 0 (如第1圖所示）之平面而沿著該迴轉轴 1 70前進，隨後該光束便投射於一投影透鏡之上。於該投 影透鏡之上的該迴轉軸1 7 0係與投影系統丨2 〇之光學軸 (optical axis)重疊，使用者於操作過程中係可藉由手動 方式對於該折鏡260、270進行調整，如此以精確地將該影 像定位於該投影螢幕190之上。 請參閱第3圖，該光束係可在一投影透鏡3丨〇之聚焦作 用下通過了該無架式直流馬達33〇之一環形軸32〇，並且藉 由該投影透鏡310係與複數鏡子34〇、35〇、36〇的組合而形
498182 五、發明說明（13) 一一" 成了該投影系統120之該後端投影透鏡丨8〇。上述鏡子 340、350、360係設置於該圓形平台160(如第i圖所示）之 上，並且該光束係可在這些鏡子34〇、35〇、36〇的折射作 用下而被限制於該透明圓頂1 95 (如第1圖所示）之中。當該 投影透鏡3 10將該光束導引至該鏡子34〇之後，該鏡子34〇 係將該光束導引至該鏡子350，進而再藉由該鏡子350將該 光束導引至該鏡子360，該鏡子360再將該光束導引至該投 影螢幕190之上而形成了該SLM 220之放大影像區域370。 該影像區域370所佔的直徑約為1〇英吋，並且該影像區域 370係以相對於該SLM 220之位置而呈現出約20倍的放大影 像，此一SLM影像係具有768 X 768的解析度。在該無架式 直流馬達330的驅動下，該後端投影透鏡18〇(該投影透鏡 310與複數鏡子340、350、360 )係可於操作過程中沿著該 迴轉軸170進行轉動。 請參閱第4圖，該投影透鏡310係包括有由三透鏡 410、420、430所構成之一透鏡元件，該透鏡410、420、 4 3 0係以同軸心方式沿著一透鏡軸（1 e n s a x丨s ) 4 4 0進行設 置’在相對於該投影系統1 20的光學軸之情況下，該投影 系統120之光學轴係與該迴轉軸170重疊，並且該透鏡軸 440係與該投影系統120之光學軸之間形成有一傾角450， 該傾角4 5 0之大小係不會超過1 〇度（例如：4 · 9 4度）左右為 佳。該光束在經由該透鏡410進入該投影透鏡3 10之後，該 光束係聚焦於該透鏡420之中間凹入部（waist)，並且該透 鏡410之第一表面上的該透鏡軸440係以移位距離約5· 9公
1057-4328-PF.ptd 第16頁 498182 五、發明說明（14) 厘而遠離於該光學軸。在將該光束聚焦於該透鏡420之該 中間凹入部時，該光束係通過該無架式直流馬達330 (請參 閱第3圖）之開口（aperture)，隨後該光束經由該透鏡430 而離開了該投影透鏡3 1 〇。由此可清楚了解，該投影透鏡 之功能係在於將該投影系統中之展開的光學路徑有效地進 行限制。
第5圖係表示出該光學路徑之展開狀態，在相對於該 投影系統之光學轴5 10之下，該投影透鏡3 1〇係傾斜於該光 學軸51，並且於該投影螢幕丨90、該光學軸51〇之間具有45 度的失角，而此一藉由傾斜該投影透鏡以對於該影像之平 面以達到一既定傾斜量的方式係稱之為” Scheimf lug condi tionn。在相對於光學軸之下，當所欲投影之平面並 不垂直於該光學軸時’藉由該” Scheimflug condition，，方 式係可有效減少在投影過程時所產生之失真。該傾角450 係根據該投影螢幕之平面、該光學軸之間的角度而決定， 並且不限定在上述之角度範圍之内。
該投影透鏡31 0所產生的影像偏差係可包括負場曲率 (field curvature)、負軸向顏色（axiai c〇i〇r)、側向顏 色（lateral color)等情況，並且該稜鏡組件2i〇(請參閱 第^圖）所形成之影像亦會出現上述的偏差效應。這些形成 於=像上所形成的偏差係可藉由該中繼透鏡系統23〇及兩 向％透鏡240、250進行補償，並且在該中繼透鏡系統23〇 中之該成對透鏡235、236、237的作用下係可降低中繼透 鏡功率（relay lens power)，如此以減少在影像上之偏差
498182 五、發明說明（15) 性。該成對透鏡2 3 5、2 3 6、2 3 7係用以減少内部各元件所 可能產生的色散效果（dispersive effects)，並且於兮 對透鏡235、236、237中之至少一者係為具有較高指數 (higher index)之成對透鏡，藉由此一具較高指數的成對 透鏡係可藉由增加軸向顏色、場曲率等方式以對於該投$ 透鏡3 1 0所產生的偏差進行補償，並且在同樣為成對透鏡& 之兩向場透鏡240、250的作用下，於平面520上所形成= 該中間影像係可保持有一既定的遠心性 (telecentricity)。該向場透鏡240係以約30厘米之距離 設置於該平面520之前側，該光束可在該向場透鏡24〇的修 正下而達到近遠心（near —telecentric)的效應，並且藉^ 該向場透鏡240係可減少上述之軸向顏色、場曲率。該9向 場透鏡250係以約30厘米之距離設置於該平面52〇之前^則1， 並且藉由該向場透鏡250係可產生正場曲率、正轴向顏’ 色’同時亦可對於該向場透鏡240之修正值產生過補償。 對=該成對透鏡235、236、237及該兩向場透鏡24〇、貝25〇 在場曲率、軸向顏色、側向顏色等所造成之淨改變值（nM contribution)而言，藉由該投影透鏡31〇所形成之 係可對於上述之淨改變值達到補償的效果。於該投$ j 1 90之上係為藍色、綠色兩影像所覆蓋，而紅色影像% 著軸向進行移置。於該投影螢幕之上的系統—F數目— (system F-number)係以較慢的方式建立，所以於 焦時係可具有較大㈣度。此外，由於該成對透鏡2=、 236、237與兩向場透鏡240、250係可對於上述偏差進行補
498182 五、發明說明（16) 償’因而該場曲率係宜採用一傾斜平面來替代一曲面為 佳’並且於所形成之該影像係具有像散性（astigmatism) 及最小側向顏色（minimal lateral c〇i〇r)。於該影像上 之失真係呈現出直梯型（keystone)狀，而剩餘枕形失真 (residual pincushi〇n)係小於2個百分比。就該投影螢幕 之上的影像品質而言，於該SLMs之每一厘米解析度係可達 到40個像素（Pixei s)，亦即，相當於在該投影螢幕上之每 一厘米上具有約2個像素。 此外，以軟體對於該影像進行預失真（predist〇r) 下’於該影像平面（image plane)上之梯型失真係可得到 補償’並且在以該軟體對於該影像資料進行反轉 (counter-rota ting)下，"影像滾動（image tumbiing)” 的 現象係可以達到修正效果，這是由於該前端投影透鏡在迴 轉中之該投影螢幕上係會形成一固定影像（fixed image)，因而便會有上述之”影像滾動"（亦即，於該投影 螢幕平面中之影像迴轉）的產生。 一般而言，定位於該迴轉軸170之該投影螢幕19〇係由 一散射性材料（scat ter ing mater i al)所製成，於實質上 係可藉由該投影螢幕190對於該入射光束同時進行前、後 方向（forward and backward direction)之等向性散射。 如此一來，觀察者不論在該顯示器周圍之任何位置上係均 可以清楚地看出於該二次元影像層片中之任一圖素所相對 的光線部分，並且可大幅地減少於三次元影像中之暗帶 (dark bands)數目，於此之，，暗帶”係指”視覺死角區域
498182 五、發明說明（17) (Jisual dead zones)”。此外，在將該投影螢幕以小型化 忒汁的基礎下係同樣可以有效地降低視覺死角區域的形 成。 、於本實施例中之該投影螢幕1 9 0係為一半圓狀結構， 然其並非用以限制本發明，只要該投影螢幕丨9 〇在相對於 邊迴轉軸1 7 0下具有最小偏置（0 f f s e t )、最小偏心 (eccentricity)及足以形成投影影像的情況下，該投影螢 幕1 9 0於結構上係可進行適當的更動與潤飾。 除了以環形狀結構形成了該平台1 6 0之外，該平台1 6 0 之結構係可在適當的變更下做為支承結構或是用以組合至 _ 支承結構’該平台160係可在機械方式的作用下將該後端 透鏡、該投影螢幕結合至該馬達。於其它的實施例中，該 -平台更包括有放射狀之複數延伸臂（exten(jing arms)，該 _ 延伸臂係用以對於該後端透鏡進行定位，如此便可將該投 影透鏡上之光束適當地轉送至該投影螢幕之上。 就該無架式直流馬達330而言，在可以將該後端透鏡 連接至該投影螢幕之情況下，該無架式直流馬達330亦可 由其它型式的馬達所取代，並且在該無架式直流馬達3 3〇 或其它型式馬達的作用下，該後端透鏡、該投影螢幕係可丨_ 以既定速率進行迴轉。於其它實施例中，該平台係藉由皮 帶及/或齒輪而連接至該馬達，並且該馬達之所在位置係？ 離於該迴轉軸。 於部分實施例中，一發射方塊裝置（e m i s s i v e pixi lated device)係可用以取代該投影機器及該光源，
1057-4328-PF.ptd 第20頁 498182 五、發明說明（18) 於該發射方塊裝置中係包括有數列的發光二極體（1 i ght emitting diodes)，並且於這些發光二極體中係包括了有 機發光二極體（organic light emitting diodes)或垂直 空孔表面-發射雷射（vertical cavity surface-emitting lasers, VCSELs) 〇 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做更動與潤飾。雖然該光學元件係用以 將該投影機器上之影像轉送至該投影螢幕之上，但是於此 並非用以限制該光學元件之功能，凡是任何由透鏡、鏡 子、·繞射及全像光學元件（dif fractive and h〇1〇graphic optical elements)或其它光控制元件 (1 ight-contr〇i 1 ing c〇mp〇nent)等所形成之組合 m進仃上1之？像的轉送。1^外，上述所提出之影像 亦不受限於本發明中所述之相關内容，於本 f 把例的保護範圍當事後附之申請專利範 工：貫

Claims (1)

  1. 498182
    六、申請專利範圍 1 · 一種立體三次元顯示系統，包括 一光學中繼器； 一馬達； 一支承結構，連接於該馬達； 一投影螢幕，設置於該支承結構之上； 一投影光性，用以接收來自該光學中繼器之一光東旦 將該光束投射至該投影螢幕之上，該馬達係用以將該支承 結構、該投影螢幕、該投影光性沿著一迴轉軸轉動。 2·如申請專利範圍第1項所述之立體三次元顯示系 統’其中，該投影光性係定位於該迴轉軸之上。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之立體三次元顯示系 統，其中，該投影光性係為一投影透鏡。 4·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系 統，其中，於該投影螢幕上係界定有一平面，並且該投影 螢幕係設置於該支承結構上，如此係可使得該迴轉轴位於 該迴轉軸包含於該平面之中。 5 ·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系 統，其中，該投影透鏡具有一透鏡軸，於該透鏡軸與該迴 轉軸係定義出一角度，該角度係不會超過10度左右。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之立體三次元顯示系 統，其中，該角度至少為4. 9度真不會超過5· 0度左右。 7·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系 統，其中，該投影透鏡係由三枚透鏡所構成。 8 ·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系
    1057-4328-PF.ptd 第22黃 498182 六、申請專利範圍 統’更包括有一第一鏡與一第二鏡，該第一、二鏡係设置 於該支承結構之上，該馬達係用以將該第一、二鏡沿著該 迴轉軸轉動，該第一鏡係用以接收來自該投影透鏡之該光 束且將該光束導引至該第二鏡，該第二鏡係用以將該光束 導引至該投影螢幕。
    9 ·如申請專利範圍第8項所述之立體三次元顯示系 統，更包括有一第三鏡，該第三鏡係設置於該支承結構之 上，該馬達係用以將該第三鏡沿著該迴轉轴轉動，該第三 鏡係用以接收來自該第二鏡之該光束且將該光束導引至該 投影螢幕。 I 〇 ·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系 統’其中，該支承結構包括有一平台，並且於該平台具有 一孔洞，該投影透鏡係設置於該孔洞之中。 II ·如申請專利範圍第3項所述之立體三次元顯示系 統’其中，該光學中繼器包括有/繼動透鏡及一向場透 鏡’該繼動透鏡係用以接收來自/光源之該光束且將該光 束轉送至該向場透鏡。 1 2 · —種立體三次元顯示方法，包括：
    將一投影光性、一投影螢幕沿著一迴轉軸轉動； 由靜態之一光源提供一光束；以及 將該光束經由該投影光性投影至該投影螢幕之上。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之立體三次元顯示方 法，其中，該投影光性係為具有一透鏡軸之一投影透鏡， 將該投影透鏡傾斜而使得該透鏡軸與該迴轉軸之間定義出
    498182 六、申請專利範圍 一角度’該角度係不會超過10度左右。 14·如申請專利範圍第12項所述之立體三次元顯示方 法，更包括將一第一鏡、一第二鏡沿著該迴轉軸轉動，該 投影光性係為一投影透鏡，該投影透鏡將該光束投影至該 第一鏡’該第一鏡係用以將來自該投影透鏡之該光束導引 至該第二鏡，該第二鏡係用以將該光束導弓j至該投影螢 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之立體三次元顯示方 法，更包括有一第三鏡，該第三鏡係沿著該迴轉軸轉動， 該第三鏡係用以接收來自該第二鏡之該光束且將該光束導 引至該投影螢幕。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項所述之立體三次元顯示方 法，更包括有一光學中繼器，藉由該光學中繼器將來自該 光源之該光束導引至該投影透鏡。 1 7 ·如申請專利範圍第丨6項所述之立體三次元顯示方 法，其中，該光學中繼器更包括有一鏡子，藉由調整該鏡 子而使得該光束集中於該投影螢幕之上。
    1057-4328-PF.ptd 第24頁
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