CN102855833A - 浮在空中的虚拟实像显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种浮在空中的虚拟实像显示装置，包括一扫描机构、一实像成像单元及一光源所组成；光源射出的光线可被实像成像单元反射及折射，而产生一对应于光源的实像，由扫描机构的扫描而变更该实像的位置而产生一浮在空中的虚拟影像；由控制光源射出对应于一影像的明、暗光线，使浮在空中的虚拟影像显示可变化的虚拟影像。
Description
技术领域
本发明是有关显示装置，尤其是有关可作为屏幕用的浮在空中的虚拟显示装置。
背景技术
中国台湾公开专利第200951771号，揭示一种虚拟触控屏幕的装置，包含一屏幕、一光学机构、及一侦测模块；光学机构设有至少一光学透镜，利用光学成像原理，将屏幕的画面经由光学机构于空间呈现一对应的虚拟屏幕影像；侦测模块用以侦测使用者是否接触虚拟屏幕影像，及侦测分析接触虚拟屏幕的位置，并转换成对应于接触屏幕的位置及讯号指令，使用者得以触控的模式来操作显示于虚拟屏幕上的数字内容，达到不直接接触而实质操作屏幕的功能。上述中国台湾公开专利仍需利用一般的屏幕来提供虚拟屏幕所需的影像，并不能省略传统的屏幕而节省费用。
如图1A所示，当以高功率的光源1射出的光线照射实像成像单元21，例如凹面镜时，会被凹面镜反射及折射，而在凹面镜的前方产生一对应于光源1的浮在空中的实像(Real image)31，且在凹面镜的后方产生一对应于光源1的虚像11。
如图1B所示，另一种实像成像单元22包括一凸透镜222或一具有成像功能的菲涅尔透镜(Fresnel lens)及一镜子221。当以高功率的光源1射出的光线照射镜子221，将被镜子221反射至凸透镜222或具有成像功能的菲涅尔透镜(Fresnel lens)等时，将被凸透镜222或具有成像功能的菲涅尔透镜折射，而产生一对应于光源1的浮在空中的实像31，且在镜子221的后方产生一对应于光源1的虚像11。
如图2所示，市面上有一种利用微机电***(Micro Electro MechanicalSystem，MEMS)41结合微扫描镜(Micro scanning mirror，MSM)42制成的MEMS(微机电***)扫描机构4。当将一光源43射出对应于一固定或动态影像的光线投射于MSM 42时，经由MSM 42由左至右，由上至下扫描投射至一投影面40上，即可显示对应影像。但目前的MSM投影机无法投射一浮在空中动态影像。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浮在空中的虚拟实像显示装置，以进一步改良公知的浮在空中的虚拟显示装置。
为实现上述目的，本发明提供的浮在空中的虚拟实像显示装置，包括：
一实像成像单元；
一光源；
一扫描机构；
其中，当该光源射出光线时，该光线被该实像成像单元反射及折射而产生一对应于该光源的实像；由该扫描机构的扫描变更该实像的位置而产生一浮在空中的虚拟影像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一第一马达、一第一轴、一第一架体、一第二马达、一第二轴及一第二架体；该第一架体分别结合该第一轴及该第二马达；该第二轴结合该第二架体；当该第一马达带动该第一轴旋转时，使该第一架体以该第一轴为旋转轴由左至右返覆扫描；当该第二马达带动该第二轴旋转时，使该第二架体以该第二轴为旋转轴由上至下返覆扫描；该光源、该实像成像单元及该影像讯号处理单元分别结合该第二架体。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该实像成像单元为一凹面镜；该光线被该凹面镜反射及折射而产生该实像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该实像成像单元包括一凸透镜或一具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一及一镜子；该光线被该镜子反射至该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生该实像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描镜；该实像成像单元包括一凸透镜或一具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一及该扫描镜；该光源射出的光线被该扫描镜反射至该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生一该实像，同时被该扫描镜扫描而产生该浮在空中的虚拟影像。
所述的浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描单元；该实像成像单元为一凹面镜；该凹面镜结合该扫描单元随该扫描单元进行扫描；当该光源射出光线时，该光线被该凹面镜反射及折射而产生该实像；由该扫描单元带动该凹面镜扫描而产生该浮在空中的虚拟影像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描镜；该实像成像单元包括一凸透镜或一具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一及该扫描镜的组合；该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一结合该扫描镜随该扫描镜进行扫描；当该光源射出光线时，该光线被该扫描镜反射至该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生该实像；由该扫描镜带动该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一扫描，而产生该浮在空中的虚拟影像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，包括一影像讯号处理单元；该光源电气连接该影像讯号处理单元；由该影像讯号处理单元控制该光源射出对应于一影像的明、暗不同的光线，使该浮在空中的虚拟影像显示一可变化的虚拟影像。
所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该光源是发光二极管或激光其中之一。
本发明的积极效果是：
1)当光源射出光线时，该光线被实像成像单元反射及折射，而产生一对应于光源的实像；由扫描机构扫描而变更该实像的位置后，产生一浮在空中的虚拟影像。
2)由控制光源射出对应于一影像的明、暗光线，使浮在空中的虚拟影像显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。
附图说明
图1A为公知利用光源及实像成像单元产生一浮在空中的实像的示意图。
图1B为另一种公知利用光源及实像成像单元产生一浮在空中的实像的示意图。
图2为利用公知的MSM投影机投射一影像的示意图。
图3A为本发明第一实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置的示意图。
图3B为本发明第二实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置的示意图。
图4为本发明第三实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置的示意图。
图5A为本发明第四实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置的示意图。
图5B为本发明第五实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置的示意图。
附图中主要组件符号说明：
1、43、51、61、71光源；11虚像；21、22、52、52’、62、72、72’实像成像单元；221、521镜子；222、522、621、721凸透镜；31、501、601、701实像；4 MEMS扫描机构；40投影面；41微机电***；42微扫描镜；5、5’、6、7、7’浮在空中的虚拟实像显示装置；50、60、70浮在空中的虚拟影像；511、611、711光线；53、63、73、73’扫描机构；531第一马达；532、632第一轴；533第一架体；534第二马达；535、633第二轴；536第二架体；54、64、74影像讯号处理单元；631、731’扫描镜；731扫描单元。
具体实施方式
本发明的其它目的、功效，请参阅附图及实施例，详细说明如下。
如图3A所示，本发明第一实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置5，包括一高功率的光源51、一实像成像单元52、一扫描机构53及一影像讯号处理单元54所组成。光源51电气连接影像讯号处理单元54。扫描机构53设有一第一马达53 1、一第一轴(X轴)532、一第一架体533、一第二马达534、一第二轴(Y轴)535及一第二架体536，是一般公知结构；第一架体533分别结合第一轴532及第二马达534；第二轴535结合第二架体536；第一马达531可带动第一轴532旋转，使第一架体533以第一轴532为旋转轴由左至右返覆扫描；第二马达534可带动第二轴535旋转，使第二架体536以第二轴535为旋转轴由上至下返覆扫描。
本实施例的光源51、实像成像单元52及影像讯号处理单元54分别结合扫描机构53的第二架体536。实像成像单元52为一凹面镜。扫描机构53的扫描方式可先以第一轴532为旋转轴由左至右扫描，然后再以第二轴535为旋转轴由下至上旋转一小角度后，再以第一轴532为旋转轴由右至左扫描，重复上述反复由左至右，由上至下的扫描作业。
当光源51射出光线511时，该光线511被实像成像单元(凹面镜)52反射及折射，而产生一实像501；由扫描机构53的扫描(每秒超过24次对虚拟影像50的全画面进行扫描)，而变更实像501的位置后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言显示一浮在空中的虚拟影像50。由影像讯号处理单元54控制光源51射出对应于一影像的明、暗不同光线，使浮在空中的虚拟影像50显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。
如图3B所示，本发明第二实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置5’，包括一高功率的光源51、一实像成像单元52’、一扫描机构53及一影像讯号处理单元54所组成。本实施例的实像成像单元52’包括一凸透镜522或具有成像功能的菲涅尔透镜及一镜子521所组成。本实施例除了以镜子521及凸透镜522或具有成像功能的菲涅尔透镜的组合，取代第一实施例中的凹面镜之外，其余的结构及达成的功效与第一实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置大致相同，不再赘述。
本实施例是使光源51射出的光线511被镜子521反射至凸透镜522或具有成像功能的菲涅尔透镜，然后被凸透镜522或具有成像功能的菲涅尔透镜折射，而产生一实像501，由扫描机构53的扫描变更实像501的位置，而产生一浮在空中的虚拟影像50。
如图4所示，本发明第三实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置6，包括一高功率的光源61、一实像成像单元62、一扫描机构63及一影像讯号处理单元64所组成；光源61电气连接影像讯号处理单元64；扫描机构63设有一扫描镜631；扫描镜631的扫描方式可为先以第一轴(X轴)632为旋转轴由左至右返覆扫描，然后再以第二轴(Y轴)633为旋转轴由下至上旋转一小角度后，再重复上述由左至右，由上至下的扫描作业。实像成像单元62包括一凸透镜621或一具有成像功能的菲涅尔透镜及该扫描镜631的组合。
当光源61射出光线611时，该光线611被实像成像单元62反射及折射，而产生一实像601；由扫描机构63的扫描(每秒超过24次对虚拟影像60的全画面进行扫描)，而变更实像601的位置后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言显示一浮在空中的虚拟影像60。
本实施例是使光源61射出的光线611被扫描镜631反射至凸透镜621或具有成像功能的菲涅尔透镜，再被凸透镜621或具有成像功能的菲涅尔透镜折射，而产生一实像601，由扫描镜631的扫描变更实像601的位置，而产生一浮在空中的虚拟影像60。由影像讯号处理单元64控制光源61射出对应于一影像的明、暗不同的光线，使浮在空中的虚拟影像60显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。
如图5A所示，本发明第四实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置7，包括一高功率的光源71、一实像成像单元72、一扫描机构73及一影像讯号处理单元74所组成；光源71电气连接影像讯号处理单元74；扫描机构73设有一扫描单元731。本实施例的实像成像单元72为一凹面镜，结合扫描单元731，可随着扫描单元731如第三实施例中的扫描镜的扫描方式进行扫描。
当光源71射出光线711时，该光线711被实像成像单元(凹面镜)72反射及折射，而产生一实像701；由扫描单元731带动实像成像单元(凹面镜)72的扫描(每秒超过24次对虚拟影像70的全画面进行扫描)，而变更实像701的位置后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言显示一浮在空中的虚拟影像70。由影像讯号处理单元74控制光源71射出对应于一影像的明、暗不同的光线，使浮在空中的虚拟影像70显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。
如图5B所示，本发明第五实施例的浮在空中的虚拟实像显示装置7’，包括一高功率的光源71、一实像成像单元72’、一扫描机构73’及一影像讯号处理单元74所组成；光源71电气连接影像讯号处理单元74；扫描机构73’设有一扫描镜731’。
本实施例的实像成像单元72’包括一凸透镜721或一具有成像功能的菲涅尔透镜及该扫描镜731’的组合。凸透镜721或具有成像功能的菲涅尔透镜结合扫描镜731’结合该扫描镜731’，可随着该扫描镜731’如第三实施例中的扫描镜的扫描方式进行扫描。
当光源71射出光线711时，该光线711被实像成像单元72’反射及折射，而产生一实像701；藉由扫描机构73’的扫描(每秒超过24次对虚拟影像70的全画面进行扫描)，而变更实像701的位置后，配合人体视觉暂留的作用，就人体的视觉而言显示一浮在空中的虚拟影像70。由影像讯号处理单元74控制光源71射出对应于一影像的明、暗不同的光线，使浮在空中的虚拟影像70显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕。
本实施例的光源71射出光线711时，该光线711被扫描镜731’反射，再被凸透镜721或具有成像功能的菲涅尔透镜折射，而产生一实像701；由扫描镜731’带动凸透镜721或具有成像功能的菲涅尔透镜扫描，而产生一浮在空中的虚拟影像70。
本发明上述实施例中的图3A、3B、4、5A、5B中的扫描机构可为一般公知的MEMS(微机电***)扫描机构。本发明上述各实施例中的光源可以是发光二极管(Light-emitting diode，LED)或激光(Laser)。
本发明浮在空中的虚拟实像显示装置，当光源射出光线线时，该光线被实像成像单元反射及折射而产生一对应于光源的实像；由扫描机构扫的描变更该实像的位置后，而产生一浮在空中的虚拟影像，如一浮在空中的虚拟屏幕；由控制光源射出对应于一影像的明、暗光线，使浮在空中的虚拟影像显示可变化的虚拟影像，如一浮在空中动态的屏幕，能省略传统的屏幕而节省费用。
以上所记载者，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺人员运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明所主张的权利要求范围。
Claims (12)
1.一种浮在空中的虚拟实像显示装置，包括：
一实像成像单元；
一光源；
一扫描机构；
其中，当该光源射出光线时，该光线被该实像成像单元反射及折射而产生一对应于该光源的实像；由该扫描机构的扫描变更该实像的位置而产生一浮在空中的虚拟影像。
2.根据权利要求1所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一第一马达、一第一轴、一第一架体、一第二马达、一第二轴及一第二架体；该第一架体分别结合该第一轴及该第二马达；该第二轴结合该第二架体；当该第一马达带动该第一轴旋转时，使该第一架体以该第一轴为旋转轴由左至右返覆扫描；当该第二马达带动该第二轴旋转时，使该第二架体以该第二轴为旋转轴由上至下返覆扫描；该光源、该实像成像单元及该影像讯号处理单元分别结合该第二架体。
3.根据权利要求2所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该实像成像单元为一凹面镜；该光线被该凹面镜反射及折射而产生该实像。
4.根据权利要求2所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该实像成像单元包括一凸透镜或一具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一及一镜子；该光线被该镜子反射至该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生该实像。
5.根据权利要求1所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描镜；该实像成像单元包括一凸透镜或一具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一及该扫描镜；该光源射出的光线被该扫描镜反射至该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有折射功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生一该实像，同时被该扫描镜扫描而产生该浮在空中的虚拟影像。
6.根据权利要求5所述的浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
7.根据权利要求1所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描单元；该实像成像单元为一凹面镜；该凹面镜结合该扫描单元随该扫描单元进行扫描；当该光源射出光线时，该光线被该凹面镜反射及折射而产生该实像；由该扫描单元带动该凹面镜扫描而产生该浮在空中的虚拟影像。
8.根据权利要求7所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
9.根据权利要求1所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构设有一扫描镜；该实像成像单元包括一凸透镜或一具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一及该扫描镜的组合；该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一结合该扫描镜随该扫描镜进行扫描；当该光源射出光线时，该光线被该扫描镜反射至该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一，再被该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一折射而产生该实像；由该扫描镜带动该凸透镜或该具有成像功能的菲涅尔透镜其中之一扫描，而产生该浮在空中的虚拟影像。
10.根据权利要求9所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该扫描机构是一微机电***扫描机构。
11.根据权利要求1至10中任一项所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，包括一影像讯号处理单元；该光源电气连接该影像讯号处理单元；由该影像讯号处理单元控制该光源射出对应于一影像的明、暗不同的光线，使该浮在空中的虚拟影像显示一可变化的虚拟影像。
12.根据权利要求11所述浮在空中的虚拟实像显示装置，其中，该光源是发光二极管或激光其中之一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130102 |