CN102262346B - 用以显示多重视角影像的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用以显示多重视角影像的显示装置，显示装置包含一显示屏幕及多个投影机。各投影机包含至少一光源模块、一空间光调制元件及一镜头。显示屏幕将各投影机射出的第一视角影像及第二视角影像，分别通过光源模块所提供的第一光线与第二光线成像至一第一子视域及一第二子视域，各投影机成像的这些子视域是沿一横轴方向顺序地互相邻接。

Description

用以显示多重视角影像的显示装置

技术领域

本发明是关于一种用以显示多重影像的显示装置。具体而言，本发明是关于一种具有发光二极管投影机阵列的显示装置，可同时结合空间多路传送及时域多路传送模式，以达到显示多重视角影像的三维效果。

背景技术

近年来，立体显示技术为显示器平面化之后最重要的研发技术之一，诸多已公开的三维立体显示器已可于不需配戴眼镜的情况下被使用者使用，而其立体显示原理为将视觉空间分割为多个垂直区域以及发送两立体影像至双眼。接着，根据人眼的视觉特性，于双眼分别观视相同影像内容但是具有不同视差(parallax)的二影像时，使用者会感觉所视物具有层次感及深度感，以感受到一个三度空间立体影像。

图1为现有的采用空间多路传送模式的投影式立体显示装置1的示意图，如图1所示，现有的采用空间多路传送模式的投影式立体显示装置1包含多个光源11、多个准直透镜13、多个收敛透镜14、一液晶面板15、一双凸柱面透镜板17以及一散射板19，其中准直透镜13先将来自光源11的光束发散成平行光，接着再通过液晶面板15显示影像，最后经收敛透镜14收敛投影而直接使画面投射于双凸柱面透镜板17上。其中，散射板19两侧连接双凸柱面透镜板17，藉此使影像散射扩大，再投射至对应各像素的后方各视觉区。

此外，在上述传统立体影像显示技术中，由于一个投影镜头仅对应至一个视角，因此受到投影装置的空间排列限制，能提供的视角数目有限，故分辨率较差。

图2为现有的采用时域多路传送模式的投影式立体影像显示装置的示意图。如图所示，此显示装置2包含一光源21、一偏光镜23、一旋转多面镜25、一液晶面板27以及数个光学元件29。光源21提供光束后，经过偏光镜23将光束偏极化，再以旋转多面镜25反射偏极化后的光束，产生扫描效果。液晶面板27进行成像后，再由后续的数个光学元件29处理而投影至观察区域。然而，此种投影式立体影像显示装置中，由于采用旋转多面镜25，进行机械式运转，不仅旋转速度有限、结构易摩擦产生噪音，可靠性亦不佳。

有鉴于此，根据上述先前技术，现有的无论单独采用以空间多路传送模式(spatial multiplex)或时域多路传送模式(time multiplex)来达到立体显示效果，均有其美中不足的缺点及待克服的问题。基于此，如何设计出同时具有制程简易、色彩饱和度及分辨率高等优点的立体影像显示装置，这是此业界亟需努力的目标。

发明内容

为解决前述问题，本发明的目的在于提供一种用以显示多重视角影像的显示装置，可同时整合空间多路传送模式以及时域多路传送模式等优点，藉以达到显示多重视角影像的三维效果。

为达前述目的，本发明提供一种用以显示多重视角影像的显示装置。显示装置包含一显示屏幕及多个投影机。各投影机包含至少一光源模块、一空间光调制元件及一镜头。各光源模块具有一第一LED光源及一第二LED光源，其中，第一LED光源，依一第一时序提供一第一光线；第二LED光源，与第一LED光源相邻，依一第二时序提供一第二光线；空间光调制元件，用以将第一光线转换为一第一视角影像，并将第二光线转换为一第二视角影像；镜头，将这些视角影像投影至显示屏幕。显示屏幕将各投影机射出的第一视角影像及第二视角影像，分别通过第一光线与第二光线成像至一第一子视域及一第二子视域，各投影机成像的这些子视域是沿一横轴方向顺序地互相邻接。

本发明通过前述的配置，使得显示装置可同时结合空间多路传送(spatialmultiplex)及时域多路传送(time multiplex)模式的优点，藉以达到显示多重视角影像的三维效果及大幅增加显示面板的可视亮度，再配合LED光源使用不仅大幅降低投影机体积及耗电量，亦提高投影机的分辨率、寿命及稳定度，藉此直接地呈现较佳的立体显示效果至使用者眼中。藉此，本发明便能有效地解决先前技术的问题。

附图说明

在参阅附图及随后描述的实施方式后，此技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其它目的，以及本发明的技术手段及实施态样，其中：

图1为现有的采用空间多路传送模式的显示装置示意图；

图2为现有的采用时域多路传送模式的显示装置示意图；

图3为本发明第一实施例的显示装置的配置透视图；

图4为本发明第一实施例的显示装置投影机的示意图；

图5为本发明第一实施例的显示装置的部分俯视图；

图6为本发明第一实施例的显示装置的影像分布示意图；

图7为本发明投影机的另一实施态样内部构件示意图；

图8为本发明投影机的又一实施态样内部构件示意图；

图9为利用图8的投影机的影像分布示意图；以及

图10为本发明第二实施例的显示装置的部分俯视图。

具体实施方式

以下将通过各种实施态样来解释本发明的一种显示装置。需说明的是，本发明的实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。

首先，请先参考图3，其为本发明第一实施例的显示装置3配置透视图。显示装置3包含一显示屏幕31、多个投影机33以及用以反射光线的两反射镜35。就空间分布而言，这些投影机33大体上相对于显示屏幕31设置，并沿水平方向以及垂直方向以阵列形式延伸排列。于本实施例中，这些投影机33于垂直方向的阵列具有二列阵列，而且这些投影机33采取上下交错方式来设置排列，以确保邻近投影机33的投射镜孔径(aperture of the projection lens)相互邻接以完整涵盖投影的视域范围。于本实施例中，是采用15个投影机33，然而此数量仅用于说明，熟知此项技术领域者可轻易推及其它数目的实施态样。

为了更清楚叙明本发明第一实施例的显示装置3的实施细节，以下说明请一并参考图4至图6。

图4为本发明第一实施例的投影机33的内部构件示意图，由图可知，在本发明第一实施例的投影机33中，主要包含三光源模块、一合光元件42、一第一透镜组43、一第二透镜组44、一空间光调制元件45以及一镜头47。

三光源模块包含第一光源模块41、第二光源模块46及第三光源模块48。第一光源模块41具有相邻的一第一LED(light emitting diode，LED)光源41a以及一第二LED光源41b；第二光源模块46具有相邻的一第一LED光源46a以及一第二LED光源46b；第三光源模块48具有相邻的一第一LED光源48a以及一第二LED光源48b。

各光源模块分别用于发射一第一色光、一第二色光及一第三色光；详细而言，第一光源模块41的第一及第二LED光源41a、41b用于发射第一色光；第二光源模块46的第一及第二LED光源46a、46b用于发射第二色光；第三光源模块48的第一及第二LED光源48a、48b用于发射第三色光。于此实施例中，第一色光、第二色光及第三色光系分别为一红光、一绿光及蓝光，但本发明并不以此为限。

各第一LED光源41a、46a、48a依一第一时序提供一第一光线；各第二LED光源41b、46b、48b则依一第二时序提供出一第二光线。因此，这些光源模块41、46、48在第一时序时是轮流地产生三第一光线，而在第二时序时是轮流地产生三第二光线。需说明的是，为使附图清晰且说明简洁，故仅绘示第一光源模块41的第一、第二光线的光路行进方式，省略第二光源模块46及第三光源模块48的光路未绘示，然而熟知此技术领域者应可轻易推及。

这些第一光线与这些第二光线通过合光元件42轮流进行合光以利后续转换成视角影像。本实施例采用双色棱镜(X-cube)作为合光元件42，藉以将红色、绿色、蓝色三色光进行合光。于其它实施态样中，合光元件亦可为十字分光镜(X-plate)、分光镜(dichroic Mirror)等合光装置，且本发明并不以上述举例为限。

这些第一光线与这些第二光线经合光后通过第一透镜组43、第二透镜组44及空间光调制元件45后可将这些第一光线转换为一第一视角影像，并将这些第二光线转换为一第二视角影像；接着，镜头47汇集第一视角影像及第二视角影像投影至投影机33前方的显示屏幕31。如字面所述，第一视角影像与第二视角影像系分属不同视角。于本实施例中，空间光调制元件45为一数字微镜装置(digitalmicromirror device，DMD)，于其它应用中，亦可采用液晶显示装置(liquid crystaldisplay device，LCD device)。

请参考图5，其为本发明第一实施例的显示装置3部分俯视图。在显示装置3中，投影机33为阵列排列，为便于说明，位于阵列下排的投影机33省略而未绘示。

如图所示，显示屏幕31包含一菲涅耳透镜(Fresnel lens)51及一垂直扩散板(vertical diffuser)53。其中，菲涅耳透镜51系将来自投影机33的光线进行平面化聚焦；垂直扩散板53则用以将这些第一光线与这些第二光线于垂直方向进行扩散，藉以扩大及延伸垂直视域范围并降低光线不均匀的现象。每一投影机33的投射影像，是通过显示屏幕31成像至相应视域52上，换言之，本实施例的15个投影机33将产生15个视域52，所有视域52是位于同一参考面50上。

为了更清楚呈现视域区的成像状态，图6绘示显示装置3于参考面50上各视域52的影像分布状况。以其中一个投影机及其所对应的丨视域52作说明。投影机所形成的第一视角影像63a及第二视角影像63b，分别通过投影机33发射出的这些第一光线与这些第二光线，通过显示屏幕31分别成像至该参考面50上的一第一子视域61a及一第二子视域61b，每一第一子视域61a及每一第二子视域61b即形成图5所述的视域52。所有投影机产生的这些子视域系沿一横轴方向顺序地互相邻接，而属于不同子视域的二个视角影像则构成一极佳立体分辨率的显示影像。从本质上而言，由于各个视域的各个子视域所呈现的视角影像均不相同，藉此当一观察者的左右眼分别对应到相邻的两个子视域时，则可以看到两个不同的视角影像，因而使观察者产生立体显示影像效果。需说明的是，上述显示屏幕31亦可依需求而采用其它具有立体显示效果的光学元件等，藉以达成视域调控的功效，故不限为前述实施态样。

本实施例运用多个LED光源依序开启与关闭以产生时域多路传送效果，藉以利用时序的快速转换产生时域多路传送(time multiplex)的立体显示效果。此外，还通过阵列排列的数个投影机增加视角分割的弹性，达到空间多路传送模式的功效。

图7为本发明投影机的另一实施态样内部构件示意图。投影机7包含三光源模块、一分光镜组73、一第一透镜组74、一第二透镜组75、一空间光调制元件76、一内部全反射棱镜77、一镜头78以及一散热模块79。由图7及图4可知，本实施态样的投影机7与第一实施例的投影机33不同的处在于光源模块的设置方式。

如图所示，在本实施态样的投影机7中，三光源模块包含第一光源模块70、第二光源模块71及第三光源模块72。第一光源模块70具有相邻的一第一LED光源70a以及一第二LED光源70b；第二光源模块71具有相邻的一第一LED光源71a以及一第二LED光源71b；第三光源模块72具有相邻的一第一LED光源72a以及一第二LED光源72b。其中，第一光源模块70的第一及第二LED光源70a、70b、第二光源模块71的第一及第二LED光源71a、71b，以及第三光源模块72的第一及第二LED光源72a、72b分别用于发射一第一色光、一第二色光及一第三色光。于本实施态样中，第一色光为红色，第二色光为绿色，及第三色光为蓝色(但不以此为限)。本实施态样系利用分光镜组73将各LED光源所发射出的红色、绿色、蓝色进行合光，之后再通过第一透镜组74、第二透镜组75、空间光调制元件76、全光内反射棱镜77等光学元件进行成像，由镜头78而向外投射影像。

本实施态样另设置有散热模块79，散热模块79系透过散热板(图未示出)与各光源模块70、71、72邻接，通过冷却气流69吹拂以散却各LED光源70a、70b、71a、71b、72a及72b周边的热量。

请再一并参考图8及图9，图8为本发明投影机的又一实施态样的内部构件示意图，图9则为显示装置利用此态样的投影机于各子视域影像分布示意图。

如图8所示，本实施态样的投影机8同样包含三光源模块81、86、88、一合光元件82、一第一透镜组83、一第二透镜组84、一空间光调制元件85以及一镜头87。然而，比较图8及图4可知，本实施态样的投影机8与第一实施例的投影机33不同的处在于，本实施态样的各投影机8的各光源模块81、86、88中，具有三个LED光源。具体说，第一光源模块81具有相邻的第一、第二及第三LED光源81a、81b、81c；第二光源模块86具有相邻的第一、第二及第三LED光源86a、86b、86c；第三光源模块88具有相邻的第一、第二及第三LED光源88a、88b、88c。

这些光源模块分别用于发射一第一色光、一第二色光及一第三色光；详细而言，第一光源模块81的第一、第二及第三LED光源81a、81b、81c用于发射第一色光；第二光源模块86的第一、第二及第三LED光源86a、86b、86c用于发射第二色光；第三光源模块88的第一、第二及第三LED光源88a、88b、88c用于发射第三色光。于此实施例中，第一色光、第二色光及第三色光系分别为一红光、一绿光及蓝光，但本发明并不以此为限。

各第一LED光源81a、86a、88a依一第一时序提供一第一光线；各第二LED光源81b、86b、88b依一第二时序提供出一第二光线，各第三LED光源81c、86c、88c则依一第三时序提供一第三光线。因此，这些光源模块81、86、88在第一时序时是轮流地产生三第一光线，在第二时序时是轮流地产生三第二光线，而在第三时序是轮流地产生三第三光线。需说明的是，为使附图清晰且说明简洁，故仅绘示第一光源模块81的第一、第二及第三光线的光路行进方式，省略第二光源模块86及第三光源模块88的光路未绘示，然而熟知此技术领域者应可轻易推及。

与图4不同的是，第一光线、第二光线与第三光线进行合光后，空间光调制元件85更用以将这些第三光线转换为一第三视角影像，镜头87将第三视角影像投影至后方显示屏幕(图未示出)。同样地，本实施例与前述说明相同的元件与相关操作机制在此不另赘述。需说明的是，根据本发明投影机的实施态样来依此类推，可增加光源模块的LED光源数量，以形成更多数量的对应子视域。

如图9所示，这些第三光线经显示屏幕(图未示出)将第三视角影像93c成像至一第三子视域91c，第一视角影像93a与第二视角影像93b的成像方式亦同前所述。藉此，第一子视域91a、第二子视域91b及第三子视域91c上，便分别呈现第一视角影像93a、第二视角影像93b以及第三视角影像93c，其中各第一子视域91a、各第二子视域91b与各第三子视域91c均系形成于一参考面90上。

本发明的第二实施例如图10所示，其与第一实施例主要不同之处在于，显示装置10的显示屏幕101是采用双层柱状透镜(Double lenticular lens)，而双层柱状透镜具有二柱状透镜层101a、101b及一夹于柱状透镜层之间的全向扩散板(alldirections diffuser)101c；在二柱状透镜层101a、101b的两外侧，分别设置一第一外板103a以及一第二外板103b。由于本实施例是通过具有全向扩散功能的全向扩散板101c，即可将来自单一投影机105的光线进行投射至参考面100，是故无需将投影机进行阵列排列，仅以投影机内部的光源设置，便可达到时域多路传送(timemultiplex)的功效。

综上所述，通过前述的投影机阵列与显示屏幕的特殊整合配置，本发明显示装置实质上为一发光二极管投影机阵列的立体显示器，可同时结合空间多路传送(spatial multiplex)及时域多路传送(time multiplex)的优点，藉以达到显示多重视角影像的三维效果，且采用LED光源不仅大幅降低投影机体积及耗电量，亦提高投影机的分辨率、寿命及稳定度，藉此，本发明系可有效地解决先前技术的问题。通过本发明的显示装置，便能以良好分辨率呈现立体显示影像至使用者眼中。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以申请专利范围为准。

Claims (9)

1.一种用以显示多重视角影像的显示装置，包含： 

一显示屏幕； 

多个投影机，该投影机大体上相对于该显示屏幕设置，并沿水平方向以及垂直方向以阵列形式及上下交错方式延伸排列，该等投影机于该垂直方向的阵列具有二列阵列，各该投影机包含： 

三光源模块，各该光源模块具有： 

一第一LED光源，依一第一时序提供一第一光线； 

一第二LED光源，与该第一LED光源相邻，依一第二时序提供一第二光线， 

一合光元件，用以将该第一光线及该第二光线进行合光， 

一空间光调制元件，该合光元件将该第一光线及该第二光线合光后，该空间光调制元件用以将该第一光线转换为一第一视角影像，并将该第二光线转换为一第二视角影像；以及 

一镜头，将这些视角影像投影至该显示屏幕； 

其中，该三光源模块包含用于发射一第一色光的一第一光源模块、用于发射一第二色光的一第二光源模块及用于发射一第三色光的一第三光源模块，该三光源模块及该空间光调制组件分别对应设置于合光组件的四侧面，该显示屏幕将各该投影机射出的该第一视角影像及该第二视角影像，分别通过该第一光线与该第二光线成像至一第一子视域及一第二子视域，各该投影机成像的这些子视域是沿一横轴方向顺序地互相邻接。 

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，各该第一子视域与各该第二子视域形成于一参考面上。 

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该至少一光源模块还包括一第三LED光源，与该第二LED光源相邻，该第三LED光源依一第三时序提供一第三光线，该空间光调制元件用以将该第三光线转换为一第三视角影像，该镜头将该第三视角影像投影至该显示屏幕，该显示屏幕将该第三视角影像通过该第三光线以成像至一第三子视域。 

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，各该第一子视域、各该第二 子视域与各该第三子视域形成于一参考面上。 

5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示屏幕包含一菲涅耳透镜。 

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，该显示屏幕还包括一垂直扩散板，用以将该第一光线与该第二光线于一垂直方向扩散。 

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该显示屏幕包含一双层柱状透镜，该双层柱状透镜具有二柱状透镜层及一夹于这些柱状透镜层之间的全向扩散板。 

8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第一色光为红色，该第二色光为绿色，且该第三色光为蓝色。 

9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该空间光调制元件为一数字微镜装置或一液晶显示装置。 

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