用來呈現立體影像的投影系統及其方法

2023-04-29 18:26:06 3

專利名稱：用來呈現立體影像的投影系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種用來呈現立體影像的投影系統及其相關方法，尤其涉及一種分別
針對相對於左眼視角與右眼視角的影像光線進行偏光處理，藉以呈現立體影像的投影系統 及其相關方法。
背景技術：
—般而言，立體影像的工作原理即是將左眼所看到的影像和右眼所看到的影像分 別傳送到左眼及右眼，藉由左右眼視角的角度差異，而使得左右眼所接收到的影像在使用 者的腦中疊合為具有景深以及層次感的一立體影像。而常見的做法就是利用不同的投影裝 置，一臺投射左眼視角影像，另一臺投射右眼視角影像，左眼視角影像與右眼視角影像為不 同角度的偏振光線，通常為互相正交(如一為a度，另一為a+90度)，兩影像光線分別投 射至顯示屏幕上，而由顯示屏幕所反射的影像光線亦具有互相正交的偏振方向；觀賞者則 可戴上相對應的偏光眼鏡，偏光眼鏡的工作原理為利用兩正交偏光鏡片分別作為左右眼鏡 鏡片，使得觀賞者左右眼分別只能看到a度及a+90的偏振光線，而顯示屏幕所反射的兩 正交偏振光則可分別為左右眼所接收，進而利用視覺暫留作用在腦中疊合為立體影像。
然而利用不同的投影裝置投影相對於左眼視角影像與右眼視角影像的不同角度 偏振光線具有以下缺點使用兩部投影機的體積龐大且佔用空間；增加硬體成本；整合兩 部投影機必須精密定位，否則易造成投影至顯示屏幕的影像無法完美重疊，而產生影像錯 位或焦距不等的情況發生；以及經過偏振的光線其光通量會因而減少，使得觀賞者覺得影 像亮度不足，無法於外界亮度充足的環境觀看等。故如何設計出具有高成像質量且可節省 設備成本與機構空間的呈現立體影像的投影系統便為現今立體顯示產業所需努力的重要 課題。

發明內容
本發明提供一種分別針對相對於左眼視角與右眼視角的影像光線進行偏光處理， 藉以呈現立體影像的投影系統及其相關方法，以解決上述問題。 本發明公開一種投影系統，其包含有一殼體；一鏡頭，其用來投影影像於一顯示屏
幕；一影像產生裝置，其安裝於該殼體內，該影像產生裝置用來交替地在一第一時序輸出一
第一組影像光線以及在一第二時序輸出一第二組影像光線，該第一組影像光線與該第二組
影像光線具有相異的視角；一光學控制單元，其安裝於該殼體內，該光學控制單元用來反射
該影像產生裝置所傳來的該第一組影像光線或該第二組影像光線至該鏡頭；一偏光單元，
其用來在旋轉至一第一角度時偏光輸出該第一組影像光線，以及在旋轉至一第二角度時偏
光輸出該第二組影像光線，該第一角度與該第二角度實質上相差九十度；以及一驅動裝置，
其安裝於該殼體內，該驅動裝置用來驅動該偏光單元旋轉至該第一角度或該第二角度。 本發明還公開該影像產生裝置用來交替地在該第一時序輸出相對於左眼視角的
該第一組影像光線，以及在該第二時序輸出相對於右眼視角的該第二組影像光線。
本發明還公開該影像產生裝置在該第一時序與該第二時序之外不輸出影像光線。
本發明還公開該影像產生裝置包含有一光源，其用來產生影像光線；一會聚透鏡， 其用來聚集該光源所產生的影像光線；一色輪，其用來過濾該會聚透鏡所傳來的影像光線， 以產生相對應的有色光束；一積分柱，其用來均勻該色輪所傳來的有色光束；一聚光透鏡， 其用來聚集該積分柱所傳來的有色光束；以及一稜鏡照明裝置，其用來將該聚光透鏡所傳 來的有色光束反射至該光學控制單元。 本發明還公開該光學控制單元為一數字微鏡組組件，其用來選擇性地反射該影像
產生裝置所傳來的該第一組影像光線或該第二組影像光線至該鏡頭。 本發明還公開該偏光單元為一偏光片。 本發明還公開該偏光單元安裝於該鏡頭與該顯示屏幕之間。 本發明還公開該偏光單元結合於該鏡頭。 本發明還公開該偏光單元設置於該鏡頭的一表面上。 本發明還公開該偏光單元為一偏光膜，其塗布於該鏡頭的該表面上。 本發明還公開該偏光單元以雷射處理的方式形成於該鏡頭的該表面上。 本發明還公開該驅動裝置為一馬達。 本發明還公開該投影系統另包含有一第一偏光鏡片，其用來接收並允許該顯示屏 幕反射該偏光單元所傳來的該第一組影像光線通過；以及一第二偏光鏡片，其設置於該第 一偏光鏡片一側，該第二偏光鏡片用來接收並允許該顯示屏幕反射該偏光單元所傳來的該 第二組影像光線通過。 本發明還公開該顯示屏幕由鋁質或銀質材料所構成。
本發明還公開該投影系統為一數字光學處理投影機。 本發明還公開一種用來呈現立體影像的方法，其包含有下列步驟在一第一時序 輸出一第一組影像光線至一鏡頭；旋轉一偏光單元至一第一角度，藉以偏光輸出由該鏡頭 所傳來的該第一組影像光線至一顯示屏幕；在該第一時序後的一第二時序輸出一第二組影 像光線至該鏡頭，該第一組影像光線與該第二組影像光線具有相異的視角；以及旋轉該偏 光單元至一第二角度，藉以偏光輸出由該鏡頭所傳來的該第二組影像光線至該顯示屏幕， 該第一角度與該第二角度實質上相差九十度。 本發明還公開在該第一時序輸出相對於左眼視角的該第一組影像光線至該鏡頭， 以及在該第一時序後的該第二時序輸出相對於右眼視角的該第二組影像光線至該鏡頭。
本發明還公開在該第一時序輸出相對於右眼視角的該第一組影像光線至該鏡頭， 以及在該第一時序後的該第二時序輸出相對於左眼視角的該第二組影像光線至該鏡頭。
相比較於現有技術，本發明提供只需一臺投影裝置即可達到立體顯示效果的立體 投影系統及其相關方法，故可以有效地減少機構空間、節省硬體成本，而且可以解除兩部投 影機必須精密定位的限制，並且改善經過偏振的光線其光通量會因而減少的問題，故本發 明為兼具高成像質量以及可節省設備成本與機構空間的投影系統設計。


圖1為本發明較佳實施例的用來呈現立體影像的投影系統的示意圖。
圖2為本發明較佳實施例的投影系統呈現立體影像的流程圖。
圖3為本發明較佳實施例的偏光單元位於第一角度以及第二角度的示意圖。
圖4為本發明較佳實施例的偏光單元在不同時序下的偏光角度與投影影像光線 的關係表。 主要組件符號說明50投影系統52殼體54鏡頭56顯示屏幕58影像產生裝置581光源582會聚透鏡583色輪584積分柱585聚光透鏡586光闌587中繼透鏡588稜鏡照明裝置60光學控制單元62偏光單元64驅動裝置66第一偏光鏡片68第二偏光鏡片
具體實施例方式
請參閱圖1，圖1為本發明較佳實施例的用來呈現立體影像的一投影系統50 的示意圖，投影系統50可以為一數字光學處理投影機(digital light processing projector)，投影系統50包含有一殼體52，其用來包覆內部組件、 一鏡頭54，其可以安裝 於殼體52上，鏡頭54用來投影影像於一顯示屏幕56，以及一影像產生裝置58，其安裝於 殼體52內。顯示屏幕56可以採用由鋁質或銀質所構成的材料，藉以維持影像產生裝置58 所產生影像光線的偏光特性。影像產生裝置58用來輸出影像光線，影像產生裝置58可以 包含一光源581、一會聚透鏡(converging lens) 582、一色輪583 (color wheel)、一積分柱 (integration rod) 584、一聚光透鏡(condenser lens)585、一光闌(stop) 586、一中繼透鏡 (relay lens) 587，以及一稜鏡照明裝置(prism illumination device)588。光源581用 來產生影像光線，會聚透鏡582會聚光源581所產生的影像光線至色輪583，色輪583由一 系列紅色、綠色、藍色濾光鏡構成，當色輪583環繞轉軸旋轉時，其一系列紅色、綠色、藍色 濾光鏡可依序攔截影像光線，因此，當影像光線通過色輪583後，即轉換成相對應的有色光 束，隨後有色光束通過積分柱584以均勻亮度，再經聚光透鏡585及光闌586後，進入中繼 透鏡587，然後聚集至稜鏡照明裝置588。 投影系統50還包含有一光學控制單元60，其安裝於殼體52內，光學控制單元60 可以為一數字微鏡組組件(digital micromirror device, DMD)，稜鏡照明裝置588可以 將有色光束反射至光學控制單元60，光學控制單元60可以包含具有一組可樞轉約± 12 度的像素鏡片組成陣列，當可樞轉像素鏡片將入射光束反射至鏡頭54時，稱為一開狀態 (0Nstate);或將入射光束反射至偏離鏡頭54的位置時，稱為一關狀態(OFF state);而藉 由光學控制單元60的開、關狀態則可以選擇性地將具有信息內容的影像光線，反射通過稜 鏡照明裝置588，並導向進入鏡頭54，藉以投影於顯示屏幕56。 投影系統50還包含有一偏光單元62，可以為一偏光片並且安裝於鏡頭54與顯示 屏幕56之間，用來偏光輸出影像產生裝置58所產生的影像光線；投影系統50還包含有一 驅動裝置64，其安裝於殼體52內，驅動裝置64用來驅動偏光單元62旋轉至一第一角度或一第二角度，驅動裝置64可以為一馬達；投影系統50還包含有一第一偏光鏡片66以及一 第二偏光鏡片68，第一偏光鏡片66與第二偏光鏡片68結合為一偏光眼鏡，使用者可以藉由 配戴該偏光眼鏡觀看投影系統50所輸出的立體影像，意即第一偏光鏡片66與第二偏光鏡 片68為兩正交偏光鏡片，使得觀賞者左右眼分別只能看到a度及a+90的偏振光線，而顯 示屏幕56所反射的兩正交偏振光則可分別為左右眼所接收，進而利用視覺暫留作用在腦 中疊合為立體影像。 請參閱圖2，圖2為本發明較佳實施例的投影系統50呈現立體影像的流程圖，圖2
包括下列步驟 步驟100 :開始。 步驟102 :影像產生裝置58在一第一時序(Tl)輸出一第一組影像光線至光學控 制單元60。 步驟104 :光學控制單元60反射該第一組影像光線至鏡頭54。 步驟106 :驅動裝置64驅動偏光單元62旋轉至一第一角度，藉以使偏光單元62偏
光輸出由鏡頭54所傳來的該第一組影像光線至顯示屏幕56。 步驟108 :使用第一偏光鏡片66接收並允許顯示屏幕56反射偏光單元62所傳來 的該第一組影像光線通過。 步驟110 :影像產生裝置58不輸出影像光線。 步驟112 :影像產生裝置58在一第二時序(T2)輸出一第二組影像光線至光學控
制單元60，其中該第一組影像光線與該第二組影像光線具有相異的視角。 步驟114 :光學控制單元60反射該第二組影像光線至鏡頭54。 步驟116 :驅動裝置64驅動偏光單元62旋轉至一第二角度，藉以使偏光單元62偏
光輸出由鏡頭54所傳來的該第二組影像光線至顯示屏幕56，其中該第一角度與該第二角
度實質上相差九十度。 步驟118 :使用第二偏光鏡片68接收並允許顯示屏幕56反射偏光單元62所傳來
的該第二組影像光線通過。 步驟120 :結束。 在此，對上一流程進行詳細的說明首先投影系統50的影像產生裝置58可在該 第一時序(Tl)內輸出該第一組影像光線至光學控制單元60，影像產生裝置58可以藉由圖 l所示的各內部組件產生該第一組影像光線，在此不再詳述，其中該第一組影像光線可以為 相對應左眼視角的偏振影像光線。之後光學控制單元60反射該第一組影像光線至鏡頭54， 同時間驅動裝置64便會驅動偏光單元62旋轉至該第一角度，其中當偏光單元62位於該第 一角度時，偏光單元62可以允許由鏡頭54傳來的相對應左眼視角的該第一組影像光線全 部通過，而將該第一組影像光線投影至顯示屏幕56，由於顯示屏幕56可以採用由鋁質或銀 質所構成的材料，故可維持該第一組影像光線的偏光特性，意即不會在顯示屏幕56反射該 第一組影像光線後影響其偏光特性。而在觀賞者端，由於觀賞者配戴結合第一偏光鏡片66 與第二偏光鏡片68的偏光眼鏡，且配戴於左眼的第一偏光鏡片66可接收並允許顯示屏幕 56反射偏光單元62所傳來的該第一組影像光線通過，故觀賞者的左眼便可看到相對於該 第一角度的偏振光線。 接下來，當驅動裝置64驅動偏光單元62由該第一角度旋轉至該第二角度的過程
7中，影像產生裝置58並不輸出任何影像光線，以避免觀賞者的左右眼分別通過第一偏光鏡 片66與第二偏光鏡片68同時看到影像，而無法產生立體影像的效果。當驅動裝置64驅動 偏光單元62旋轉至該第二角度時，同時間影像產生裝置58在該第二時序(T2)內會輸出該 第二組影像光線至光學控制單元60，其中該第一時序(Tl)與該第二時序(T2)可以為等時 間間距或為不等時間間距，視設計需求而定。影像產生裝置58可以藉由圖l所示的各內部 組件產生該第二組影像光線，在此便不再詳述。光學控制單元60反射該第二組影像光線至 鏡頭54，其中該第一組影像光線與該第二組影像光線具有相異的視角，意即當該第一組影 像光線為相對應左眼的偏振光線時，該第二組影像光線為相對應右眼的偏振光線，由於左 眼視角影像與右眼視角影像為不同角度的偏振光線，通常為互相正交，故可以設計該第一 角度與該第二角度實質上相差九十度，請參閱圖3，圖3為本發明較佳實施例的偏光單元62 位於該第一角度以及該第二角度的示意圖。其中當偏光單元62位於該第二角度時，偏光單 元62可允許由鏡頭54傳來的相對應右眼視角的該第二組影像光線全部通過，而將該第二 組影像光線投影至顯示屏幕56，由於顯示屏幕56可以採用由鋁質或銀質構成的材料，故可 維持該第二組影像光線的偏光特性，意即不會在顯示屏幕56反射該第二組影像光線後影 響其偏光特性。同理，在觀賞者端，由於觀賞者配戴結合第一偏光鏡片66與第二偏光鏡片 68的偏光眼鏡，且配戴於右眼的第二偏光鏡片68可以接收並允許顯示屏幕56反射偏光單 元62所傳來的該第二組影像光線通過，故觀賞者的右眼便可以看到相對於該第二角度的 偏振光線。請參閱圖4，圖4為本發明較佳實施例的偏光單元62在不同時序下的偏光角度 與投影影像光線的關係表，上述步驟102至步驟118可重複執行，意即影像產生裝置58可 交替地在該第一時序(Tl)輸出相對於左眼的影像光線以及在該第二時序(T2)輸出相對於 右眼的影像光線，進而產生一連串交替的兩正交偏振光線，且在不同時序內分別由左右眼 所接收，最後利用視覺暫留作用在腦中疊合為立體影像。 綜上所述，由於該第一角度與該第二角度實質上相差九十度，故使得觀賞者左眼 與右眼在該第一時序(Tl)與該第二時序(T2)內僅能分別看到a度及a+90的偏振光線， 進而利用視覺暫留作用在腦中疊合為立體影像。而在上述實施例中，影像產生裝置58在該 第一時序(Tl)內所產生的該第一組影像光線亦可為對應右眼視角的偏振影像光線，此時 影像產生裝置58在該第二時序(T2)內所產生的該第二組影像光線便相對應地為對應左眼 視角的偏振影像光線，其作用原理相同於前述實施例，在此便不再詳述。
此外，偏光單元62除了可以為一獨立組件並且安裝於鏡頭54與顯示屏幕56間的 機構設計外，偏光單元62亦可結合於鏡頭54，例如套設於鏡頭54之上，而與鏡頭54同步動 作，意即可以利用驅動裝置64同步驅動偏光單元62與鏡頭54 ;偏光單元62或者可以設置 於鏡頭54的一表面上，例如偏光單元62為一偏光膜，其塗布於鏡頭54的表面上，或是偏光 單元62以雷射處理的方式形成於鏡頭54的表面上，故亦可利用驅動裝置64同步驅動偏光 單元62與鏡頭54。綜上所述，只要是利用偏光單元62選擇性地輸出鏡頭54所傳來的影像 光線皆屬於本發明所保護的範疇。 相比較於現有技術，本發明提供只需一臺投影裝置即可達到立體顯示效果的立體 投影系統及其相關方法，故可以有效地減少機構空間、節省硬體成本，而且可以解除兩部投 影機必須精密定位的限制，並且改善經過偏振的光線其光通量會因而減少的問題，故本發 明為兼具高成像質量以及可節省設備成本與機構空間的投影系統設計。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡根據本發明權利要求書範圍所作的等同變 化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
一種用來呈現立體影像的投影系統，包括一殼體；一鏡頭，用來投影影像於一顯示屏幕；一影像產生裝置，安裝於所述殼體內，所述影像產生裝置用來交替地在一第一時序輸出一第一組影像光線以及在一第二時序輸出一第二組影像光線，所述第一組影像光線與所述第二組影像光線具有相異的視角；一光學控制單元，安裝於所述殼體內，所述光學控制單元用來反射所述影像產生裝置所傳來的所述第一組影像光線或所述第二組影像光線至所述鏡頭；一偏光單元，用來在旋轉至一第一角度時偏光輸出所述第一組影像光線以及在旋轉至一第二角度時偏光輸出所述第二組影像光線，所述第一角度與所述第二角度實質上相差九十度；以及一驅動裝置，安裝於所述殼體內，所述驅動裝置用來驅動所述偏光單元旋轉至所述第一角度或所述第二角度。
2. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述影像產生裝置用來交替地在所述第一時序 輸出相對於左眼視角的所述第一組影像光線以及在所述第二時序輸出相對於右眼視角的 所述第二組影像光線。
3. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述影像產生裝置在所述第一時序與所述第二 時序之外不輸出影像光線。
4. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述影像產生裝置包括 一光源，用來產生影像光線；一會聚透鏡，用來聚集所述光源所產生的影像光線；一色輪，用來過濾所述會聚透鏡所傳來的影像光線，以產生相對應的有色光束； 一積分柱，用來均勻所述色輪所傳來的有色光束； 一聚光透鏡，用來聚集所述積分柱所傳來的有色光束；以及一稜鏡照明裝置，用來將所述聚光透鏡所傳來的有色光束反射至所述光學控制單元。
5. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述光學控制單元為一數字微鏡組組件，用來 選擇性地反射所述影像產生裝置所傳來的所述第一組影像光線或所述第二組影像光線至 所述鏡頭。
6. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述偏光單元為一偏光片。
7. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述偏光單元安裝於所述鏡頭與所述顯示屏幕 之間。
8. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述偏光單元結合於所述鏡頭。
9. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述偏光單元設置於所述鏡頭的一表面上。
10. 如權利要求9所述的投影系統，其中所述偏光單元為一偏光膜，塗布於所述鏡頭的 所述表面上。
11. 如權利要求9所述的投影系統，其中所述偏光單元以雷射處理的方式形成於所述 鏡頭的所述表面上。
12. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述驅動裝置為一馬達。
13. 如權利要求1所述的投影系統，其還包括一第一偏光鏡片，用來接收並允許所述顯示屏幕反射所述偏光單元所傳來的所述第一 組影像光線通過；以及一第二偏光鏡片，設置於所述第一偏光鏡片的一側，所述第二偏光鏡片用來接收並允 許所述顯示屏幕反射所述偏光單元所傳來的所述第二組影像光線通過。
14. 如權利要求1所述的投影系統，其中所述顯示屏幕由鋁質或銀質材料所構成。
15. 如權利要求1所述的投影系統，為一數字光學處理投影機。
16. —種用來呈現立體影像的方法，包括 在一第一時序輸出一第一組影像光線至一鏡頭；旋轉一偏光單元至一第一角度，藉以偏光輸出由所述鏡頭所傳來的所述第一組影像光 線至一顯示屏幕；在所述第一時序後的一第二時序輸出一第二組影像光線至所述鏡頭，所述第一組影像 光線與所述第二組影像光線具有相異的視角；以及旋轉所述偏光單元至一第二角度，藉以偏光輸出由所述鏡頭所傳來的所述第二組影像 光線至所述顯示屏幕，所述第一角度與所述第二角度實質上相差九十度。
17. 如權利要求16所述的方法，其中在所述第一時序輸出所述第一組影像光線至所述 鏡頭的步驟包括在所述第一時序輸出相對於左眼視角的所述第一組影像光線至所述鏡頭， 並且在所述第一時序後的所述第二時序輸出所述第二組影像光線至所述鏡頭的步驟包括 在所述第一時序後的所述第二時序輸出相對於右眼視角的所述第二組影像光線至所述鏡 頭。
18. 如權利要求16所述的方法，其中在所述第一時序輸出所述第一組影像光線至所述 鏡頭的步驟包括在所述第一時序輸出相對於右眼視角的所述第一組影像光線至所述鏡頭， 並且在所述第一時序後的所述第二時序輸出所述第二組影像光線至所述鏡頭的步驟包括 在所述第一時序後的所述第二時序輸出相對於左眼視角的所述第二組影像光線至所述鏡 頭。
19. 如權利要求16所述的方法，還包括在所述第一時序與所述第二時序之外不輸出影 像光線。
20. 如權利要求1所述的方法，還包括使用一第一偏光鏡片接收並允許所述顯示屏幕反射所述偏光單元所傳來的所述第一 組影像光線通過；以及使用一第二偏光鏡片接收並允許所述顯示屏幕反射所述偏光單元所傳來的所述第二 組影像光線通過。
全文摘要
本發明涉及一種用來呈現立體影像的投影系統及其方法。該投影系統，包括一鏡頭，用來投影影像於一顯示屏幕；一影像產生裝置，用來交替地在一第一時序輸出一第一組影像光線以及在一第二時序輸出一第二組影像光線，該第一組與該第二組影像光線具有相異的視角；一光學控制單元，用來反射該影像產生裝置所傳來的該第一組影像光線或該第二組影像光線至該鏡頭；一偏光單元，用來在旋轉至一第一角度時偏光輸出該第一組影像光線以及在旋轉至一第二角度時偏光輸出該第二組影像光線，該第一角度與該第二角度實質上相差九十度；以及一驅動裝置，用來驅動該偏光單元旋轉至該第一或該第二角度。該投影系統具有高成像質量且可節省設備成本與機構空間。
文檔編號G02B27/22GK101738737SQ200810171899
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月17日 優先權日2008年11月17日
發明者張耀宗 申請人:緯創資通股份有限公司