自動立體圖像顯示裝置的製作方法
2023-11-30 14:38:26 2
專利名稱：自動立體圖像顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種立體圖像顯示技術，且特別涉及一種自動立體圖像顯示裝置，以允許使用者在一定的視角範圍內，僅通過裸眼即可觀賞到立體圖像。
背景技術：
圖像是傳遞信息的一種有效率的方式。而圖像除了通過印製在紙張上的方式以外，隨著科技的進步，很多圖像是以數位化方式顯示在顯示器上。由於顯示器的顯示面是由像素陣列所構成的平面結構，一般不具有立體顯示的效果。
然而，根據人眼的視覺特性，當左右眼分別觀察相同的圖像內容但是具有不同視差的兩個圖像時，會構成立體圖像。較早的立體顯示技術，是利用偏極的效應，將兩個圖像輸出，而使用者戴上偏極化眼鏡，以造成立體效果。這種立體顯示方式，在使用上並不方便。
接著，配合數位化的顯示技術，可以自動立體顯示(autostereoscopic display)的技術也被發展出來。然而，目前自動立體顯示的技術的最主要瓶頸在於無法兼顧顯示解析度和觀賞位置的自由度。大多數的技術是將顯示器上的像素分成多組，且分別導向不同方向，以形成多個視域(viewing zone)，讓使用者從不同方向看到不同圖像。通過使用者的雙眼觀察在不同視域的圖像時，會得到立體效應的顯示。然而，當雙眼不是處在適當的特定位置，就觀察不到立體圖像。為了讓使用者可以在任意位置都可以看到立體圖像，前述像素分成多組的數量，則必須增加。如此，針對顯示器的硬體像素數量為固定數量下，其勢必要犧牲圖像的解析度。例如，當像素分成二組時，解析度大致上就要減半。換句話說，像素分成多組的數量愈多，圖像解析度就會愈差。
又，如果為了維持圖像解析度，以及有更多的視域，則勢必要增加更多硬體空間與導引結構，造成顯示裝置的體積增加。
因此，如何兼顧顯示解析度和觀賞位置的自由度的問題，是製造業者或是設計者所面臨的問題。
發明內容
本發明的目的之一就是提供一種自動立體圖像顯示裝置，可同時具有高顯示解析度和觀賞位置的自由度，以增加立體圖像的顯示質量。
本發明提出一種自動立體圖像顯示裝置，包括多個微型投影裝置，用以輸出圖像。每一個上述這些微型投影裝置產生該圖像的一部分圖像。該部分圖像含有對應多個視域的多個視域部分圖像。圖像導引單元具有多個微圖像輸出端，根據設定的陣列次序而排列，用以導引上述這些微型投影裝置所輸出的該圖像。立體圖像分離屏幕與該圖像導引單元連接，使該圖像穿過該立體圖像分離屏幕的多個列(column)穿透區域，以產生該圖像對應不同的上述這些視域的多個視域圖像。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，該圖像導引單元例如是光纖陣列單元或是陣列式光波導單元。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，該立體圖像分離屏幕是透明基板，在該透明基板設置有多個透光條狀區域與多個不透光條狀區域，交互排列而成，其中上述這些透光條狀區域的寬度比上述這些不透光條狀區域的寬度小。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，其中該圖像導引單元的每一個上述這些微圖像輸出端，設置有一個微透鏡，用以聚集由每一個上述這些微圖像輸出端輸出的微光束。又例如，每一個上述這些微圖像輸出端的中心位置與對應的該微透鏡的中心位置之間有距離，該距離用以調整被聚集的該微光束，更趨於在該立體圖像分離屏幕上所對應的該視域的方向射出。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，上述這些微圖像輸出端的排列是一個規則的陣列，或是一個錯位的陣列。錯位的陣列可以增加上述這些微圖像輸出端的彼此間距，使該圖像導引單元較易製造。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，屬於同一像素列(pixel column)的上述這些微圖像輸出端，都是屬於立體圖像分離屏幕中相同的列穿透區域，或是分布於至少兩個相連續的列穿透區域。
依據本發明一實施例，前述自動立體圖像顯示裝置中還包括第一微偏極膜結構層，設置在該圖像導引單元的輸出面上，使每一個上述這些微圖像輸出端具有預定的光偏極態。又，第二微偏極膜結構層設置在該立體圖像分離屏幕上，使該圖像的多個像素的每一個都具有預定的光偏極態。其是由對應上述這些微圖像輸出端的該光偏極態所設定，以減少上述這些像素的相鄰兩個水平像素的相互幹擾(crosstalk)。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，其第一微偏極膜結構層與第二微偏極膜結構層的至少其中的一層是微偏極膜層(micro-polarizer)，且此微偏極膜層是由多個第一偏極區域與多個第二偏極區域組合而成。
依據本發明一實施例，在前述自動立體圖像顯示裝置中，其第一微偏極膜結構層與第二微偏極膜結構層的至少其中的一個結構層，包括偏極層，具有偏極態；微相位延遲層(micro-retarder)，設置於該偏極層的一邊。其中該微延遲層由多個第一相位延遲區域與多個第二相位延遲區域混合所組成。光經過偏極層後再經過第一相位微延遲區域與經過第二相位微延遲區域造成的二偏極態互相垂直。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1為依據本發明實施例的自動立體圖像顯示裝置的結構透視示意圖。
圖2為視域、立體圖像分離屏幕、與光纖束之間的顯示機制的俯視示意圖。
圖3為在圖1中的輸出面105上的圖像輸出端。
圖4為本發明自動立體圖像顯示裝置的外型。
圖5為依據本發明一實施例的進一步增加顯示質量的結構。
圖6為依據本發明一實施例的光纖束以錯位排列方式的結構式示意圖。
圖7A～7B為依據本發明一實施例的顯示裝置的進一步變化結構示意圖。
圖8A～8D為依據本發明一實施例的偏極結構示意圖。
主要元件標記說明100立體圖像分離屏幕800微偏極膜層102微型投影裝置802、804微偏極片104光纖陣列單元806偏極層104a～104j光纖 808微相位延遲片105輸出面 810相位微延遲區域106裝置細部結構812相位微延遲區域108圖像分離層
110i～110j視域112、114像素數據122輸出面124透鏡中心126透鏡128距離130光路徑132、134間距104a』、104a」、104a像素140透鏡條具體實施方式
本發明提出一種自動立體圖像顯示裝置，主要配合緊密的光信號導引結構，以及具有高效率圖像分離的立體圖像分離屏幕。如此，本發明可以同時具有高顯示解析度和觀賞位置的自由度，以增加立體圖像的顯示質量。而硬體設施的體積也能維持在可接受的範圍，不會大量增加裝置的體積。以下舉一些實施例作為本發明的描述，但是本發明不受限於所舉的實施例。
圖1為依據本發明實施例的自動立體圖像顯示裝置的結構透視示意圖。參照圖1，本發明的自動立體圖像顯示裝置，大致上包括立體圖像分離屏幕100、圖像導引單元104、以及多個微型投影裝置102。其中以圓圈標示的細部結構106，表示於右下方。微型投影裝置102，例如根據整個使用系統的操作，用以輸出要顯示的圖像。每一個微型投影裝置102會產生該圖像的一部分圖像。完整的圖像，是由這些微型投影裝置102個別產生的多個部分圖像所組合而成。對於每一個微型投影裝置102產生的部分圖像，都含有對應多個視域的多個視域部分圖像。這些視域部分圖像針對使用者的雙眼，可以產生立體效果。
圖像導引單元104連接於微型投影裝置102與立體圖像分離屏幕100之間，以導引由微型投影裝置102輸出的像素圖像通過立體圖像分離屏幕100，進而到達使用者的雙眼。在圖像導引單元104的輸出面105上，具有多個微圖像輸出端，例如是由光纖陣列所構成的圓形輸出端，根據設定的陣列次序而排列。每一個光纖輸出端，會輸出對應特定視域的像素數據。又，圖像導引單元104也可以是陣列式光波導，會後述於圖4。
立體圖像分離屏幕100與圖像導引單元104連接，使該圖像穿過該立體圖像分離屏幕的多個列(column)穿透區域，以產生該圖像對應不同的上述這些視域的多個視域圖像。立體圖像分離屏幕100，例如是透明基板。在該透明基板的一面，例如是面對使用者的表面，設置有多個條狀擋光層108，以構成透光條狀區域與多個不透光條狀區域，交互排列而成。擋光層108例如是印製的黑色材料層。這些透光條狀區域的寬度比上述這些不透光條狀區域的寬度小。透光條狀區域的數量是小於該圖像所有視域總合的水平解析度數量，等於單一視域的水平解析度數量。換句話說，一條透光條狀區域，例如允許屬於像素列(pixel column)的通過。
以下，較詳細描述本發明的顯示機制。圖2為視域、立體圖像分離屏幕、與光纖束之間的顯示機制的俯視示意圖。圖像導引單元104例如是由光纖束(Fiber Bundle)所組成的光纖陣列為例做說明。從俯視方向而言，立體圖像分離屏幕100的一面與圖像導引單元104的多個輸出端連接。擋光層108的結構則位於立體圖像分離屏幕100的另一面。圖像導引單元104的光纖束，就以像素列(pixel column)的最上面像素而言(以兩個像素為例)，會有水平分布的光纖層，以斷線表示。如果圖像例如要產生10個視域110a～110j，以構成立體圖像為例，一個像素數據112會以分別由光纖104a～104j導入立體圖像分離屏幕100的一對的垂直穿透區域，又稱為列(column)穿透區域。換句話說，像素數據112對應10個視域110a～110j會有10個對應的視域像素數據，通過光纖104a～104j導入，且通過擋光層108的作用，使兩個像素112、114的光信號能進入對應的視域。於此實施例，屬於相同像素列的所有像素數據，都穿過相同的列穿透區域，而進入對應的視域110a～110j。圖中，光纖104a的光數據，會進入視域110j。
可了解地，一個圖像是由多個像素列與多個像素行所排成的。圖2是屬於像素行的兩個像素數據112、114。也就是說，在垂直於附圖的方向會有其他像素行的數據，其機制相似，不重複描述。圖3為在圖1中的輸出面105上的圖像輸出端。圖像輸出端在此實施例就是光纖的輸出端。每一個像素有10個對應不同視域的次像素。又，如果顯示裝置是彩色顯示，則一個像素會有三個顏色次像素對應紅、綠、藍的數據。當雙眼處於不同視域的時候，會產生立體圖像。而視域的分布範圍愈廣，則代表視角範圍更大。而立體圖像分離屏幕100的厚度，也會改變視角範圍。
由於圖像導引單元104是利用光纖束達成，其橫截面積可以緊密排列，因此在有限的面積下，可容許更多組數的視域圖像，緊密組合在一起。再通過立體圖像分離屏幕100的作用，有效地將各視域的圖像分離。因此，本發明可以同時具有高顯示解析度和觀賞位置的自由度，以增加立體圖像的顯示質量。
圖4為本發明自動立體圖像顯示裝置的外型。當考慮實際組裝的體積時，由於光纖104是可彎曲的，因此，可以將其適當彎曲，減少顯示裝置的整體厚度。又，配合陣列式光波導的製造，也可以將光纖束104以陣列式光波導結構120取代，使進一步減少厚度。當然，光纖束也可以由其他可能的對等結構取代。
接著，圖5為依據本發明一實施例的進一步增加顯示質量的結構。參照圖5，對於圖像導引單元104的輸出端面122而言，以光纖束104的多個輸出端，對應輸出端面122的位置是固定的情形為例，可以在每個輸出端設置透鏡126。透鏡126可以將發散的光聚集。又，通過透鏡126的中心軸124與光纖104設定有一距離128。通過此距離128的預先調整，使得射出的光路徑130，會儘量趨於所對應的列穿透區域行進，因此，可以提高顯示質量，不浪費光信號。距離128的調整方式例如是，對準對應的列穿透區域中間輸出端，為零距離。離對應的列穿透區域愈遠，距離128的值愈大。距離128也會隨其他因素而變化，例如透鏡的曲面曲率，然而這些都是光學的設計變化，不是本發明唯一的選擇。
又，為了減少輸出面105(見圖1)的面積，光纖也可以用錯位的方式排列。圖6為依據本發明一實施例的光纖束以錯位排列方式的結構式示意圖。參照圖6，光纖有一定的直徑。然而光纖的截面是圓形，因此，在水平方向的間距132與在垂直方向的間距134，都可以小於光纖的直徑。當光纖束以錯位排列方式組合時，可以省去更多使用面積。要注意的是，圖6所示的錯位排列也僅是一實施例，不是本發明的唯一選擇。
於上述的那些實施例，對於屬於相同像素列的所有像素，都會設計使通過相同的列穿透區域，即是相鄰兩個擋光層108之間的區域，如圖1與圖2所示。然而，如果要增加視角範圍，對於屬於相同像素列的像素也可以設計使分布於相鄰的三個或更多個列穿透區域。圖7A-7B為依據本發明一實施例的顯示裝置的進一步變化結構示意圖。於圖7A，例如像素104a』會通過主要的列穿透區域，而像素104a」與像素104a會分別會通過與主要列穿透區域相鄰的次要列穿透區域。較佳地，其會分布於兩個或三個相鄰的列穿透區域，然而也可以大於三個。三個像素104』、104a」、104a也不一定是相鄰的安排，但是可依相同的原則做其他方式的設定，以達到增加視角範圍的特性。又，圖7B與圖7A是相同機制，然而立體圖像分離屏幕100是通過多條的透鏡條140，以平行排列所構成的透鏡片(lenticular plate)。
接著，為了減少相鄰兩個像素列的幹擾(crosstalk)或鬼影，可以通過偏極的特性達成。一般而言，參照圖2，例如，微偏極膜結構層，可以設置在圖像導引單元104的輸出面上，使每一個上述這些微圖像輸出端具有預定的光偏極態。又，另一微偏極膜結構層，可以設置在該立體圖像分離屏幕100上，對應檔光層108之間的列穿透區域設置。如此，使圖像的多個像素的每一個都具有預定的光偏極態，其是由對應微圖像輸出端(例如光纖輸出端)的光偏極態所設定，以減少上述這些像素的相鄰互為平行的兩個像素列的相互幹擾(crosstalk)。
圖8A～8D為依據本發明一實施例的偏極結構示意圖。較詳細而言，所要的偏極效果可以例如圖8A所示。針對立體圖像分離屏幕100，對應擋光層108的結構而言，如果擋光層108是在最外面，則其內面可以設置微偏極膜層(micro-polarizer)800。此微偏極膜層800例如是由多個第一微偏極區域802與多個第二微偏極區域804混合所組成。第一微偏極區域的偏極方向垂直於第二微偏極區域的偏極方向。如此，可通過微偏極區域802的光，就不會同過微偏極區域804，反之亦是。
又參照圖8B，微偏極膜層800也可以由偏極層806與微相位延遲片(micro-retarder)808所組成。例如偏極層806位於微相位延遲片808與擋光層108之間。其中，微相位延遲片808包括多個第一相位微延遲區域810與多個第二相位微延遲區域812所混合所組成。光線經過偏極層806之後再經過第一相位微延遲區域與經過第二相位微延遲區域所造成的兩個偏極態互為垂直。例如，第一相位延遲區域810與上述這些第二相位延遲區域812的其中一個是零相位延遲，而另外一個是半波長相位延遲。
又，圖8A與圖8B的偏極結構也可以互換，如圖8C與圖8D所示。換句話說，本發明不限制在8A～8D的設置，其他達到相同偏極效果的設置也可適用。又，如上述的偏極方式，可以設置在立體圖像分離屏幕100與圖像導引單元104連接的一面，以達到效果。如此，例如像素112(參照圖2)的偏極態與在立體圖像分離屏幕100上的對應的列穿透區域，有相同偏極態，因此可以通過。然而，像素112的偏極態與在立體圖像分離屏幕100上的相鄰不對應的列穿透區域，有不同偏極態，因此不會通過。如此，可以減少相互的幹擾。
根據前述本發明的設置，可以同時具有高顯示解析度和觀賞位置的自由度，以增加立體圖像的顯示質量。而硬體設施的體積也能維持在可接受的範圍，不會大量增加裝置的體積。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與改動，因此本發明之保護範圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種自動立體圖像顯示裝置，其特徵是包括多個微型投影裝置，用以輸出圖像，其中每一個上述這些微型投影裝置產生該圖像的一部分圖像，其中該部分圖像含有對應多個視域的多個視域部分圖像；圖像導引單元，具有多個微圖像輸出端，根據設定的陣列次序而排列，用以導引上述這些微型投影裝置所輸出的該圖像；以及立體圖像分離屏幕，與該圖像導引單元連接，使該圖像穿過該立體圖像分離屏幕的多個列穿透區域，以產生該圖像對應不同的上述這些視域的多個視域圖像。
2.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該圖像導引單元是光纖陣列單元。
3.根據權利要求2所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該光纖陣列單元的多條光纖，依該圖像顯示裝置所要的厚度而彎折，以導引上述這些微型投影裝置所輸出的該圖像。
4.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該圖像導引單元是陣列式光波導單元。
5.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該立體圖像分離屏幕是透明基板，在該透明基板設置有多個透光條狀區域與多個不透光條狀區域，交互排列而成，其中上述這些透光條狀區域的寬度比上述這些不透光條狀區域的寬度小。
6.根據權利要求5所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是上述這些不透光條狀區域設置有擋光層。
7.根據權利要求5所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是上述這些透光條狀區域的數量是等於或大於該圖像的水平解析度數量。8.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該圖像導引單元的每一個上述這些微圖像輸出端，設置有微透鏡，用以聚集由每一個上述這些微圖像輸出端輸出的微光束。
9.根據權利要求8所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是每一個上述這些微圖像輸出端的中心位置與對應的該微透鏡的中心位置之間有一個距離，該距離用以調整被聚集的該微光束，更趨於在該立體圖像分離屏幕上所對應的該視域的方向射出。
10.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是上述這些微圖像輸出端的排列是規則的陣列。
11.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是上述這些微圖像輸出端的排列是錯位的陣列。
12.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是在上述這些微圖像輸出端的該陣列次序中，屬於同一像素列的上述這些微圖像輸出端，都是被導向在該立體圖像分離屏幕中相同的上述這些列穿透區域中的一個。
13.根據權利要求1所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是屬於同一像素列的上述這些微圖像輸出端，被導向在該立體圖像分離屏幕中連續分布於上述這些列穿透區域的至少兩個。
14.根據權利要求13所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該立體圖像分離屏幕，配合上述這些微圖像輸出端所產生的是上述這些視域，設置有多條擋光層，以在上述這些擋光層之間構成多條透光區域。
15.根據權利要求13所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該立體圖像分離屏幕，配合上述這些微圖像輸出端所產生的是上述這些視域，設置有一透鏡片，該透鏡片由多個條狀透鏡相鄰平行連接所構成。
16.根據權利要求11所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是還包括第一微偏極膜結構層，設置在該圖像導引單元的輸出面上，使每一個上述這些微圖像輸出端具有預定的光偏極態；以及第二微偏極膜結構層，設置在該立體圖像分離屏幕上，使該圖像的多個像素的每一個都具有預定的光偏極態，由對應上述這些微圖像輸出端的該光偏極態所設定，以減少上述這些像素的相鄰互為平行的兩個像素列的相互幹擾。
17.根據權利要求16所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該第一微偏極膜結構層與該第二微偏極膜結構層的至少其中的一層是微偏極膜層，其中該微偏極膜層是由多個第一微偏極區域與多個第二微偏極區域混合所組成，上述這些第一微偏極區域的偏極方向垂直於上述這些第二微偏極區域的偏極方向。
18.根據權利要求16所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是該第一微偏極膜結構層與該第二微偏極膜結構層的至少其中的一層包括偏極層，具有偏極態；以及微相位延遲片，設置於該偏極層的一邊，其中該微相位延遲片包括多個第一相位微延遲區域與多個第二相位微延遲區域混合所組成，其中光線經過偏極層之後再經過上述這些第一相位微延遲區域與經過上述這些第二相位微延遲區域所造成的二偏極態互相垂直。
19.根據權利要求18所述的自動立體圖像顯示裝置，其特徵是第一相位延遲片與上述這些第二相位延遲片中的一個是零相位延遲，而另外一個是半波長相位延遲。
全文摘要
一種自動立體圖像顯示裝置，包括多個微型投影裝置，用以輸出圖像。每一個上述這些微型投影裝置產生該圖像的一部分圖像。該部分圖像含有對應多個視域的多個視域部分圖像。圖像導引單元具有多個微圖像輸出端，根據設定的陣列次序而排列，用以導引上述這些微型投影裝置所輸出的該圖像。立體圖像分離屏幕與該圖像導引單元連接，使該圖像穿過該立體圖像分離屏幕的多個列(column)穿透區域，以產生該圖像對應不同的上述這些視域的多個視域圖像。該圖像導引單元例如是光纖陣列單元或是陣列式光波導單元。
文檔編號H04N15/00GK1992914SQ200510132780
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月26日 優先權日2005年12月26日
發明者蔡朝旭, 李錕, 黃國忠 申請人:財團法人工業技術研究院