CN103913942B

CN103913942B - 立体显示***

Info

Publication number: CN103913942B
Application number: CN201310061933.7A
Authority: CN
Inventors: 陈长营; 蔡朝旭; 吴昌硕
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: US8939585B2; US20140185015A1; CN103913942A; TW201426014A

Abstract

本发明公开了一种立体显示***，包括多个投影装置以及一屏幕模块。投影装置用以分别投射出多个图像光束。屏幕模块配置于这些投影装置前方，其中这些图像光束朝向屏幕模块传递。屏幕模块包括一光扩散层以及一分光层。光扩散层具有至少一扩散方向，光扩散层适于将这些图像光束沿着扩散方向以对应扩散方向的一扩散角度扩散。光扩散层配置于分光层与这些投影装置之间，其中被光扩散层扩散的每一图像光束通过分光层之后被分为多个子图像光束，且每一图像光束的这些子图像光束以不同的角度传递，以使这些图像光束于通过屏幕模块之后形成多个立体图像视域区。

Description

立体显示***

技术领域

本发明是有关于一种投影***，且特别是有关于一种立体投影***。

背景技术

随着近年来显示科技以及各项科技工艺的进步，各种显示装置被发明，例如从精巧的手持型显示器到高画质的显示屏幕甚至于几乎可以假乱真的立体显示器，其栩栩如生的图像显示品质，使人类天马行空的想象力得以驰骋于其中。其中，立体显示技术的突飞猛进与消费需求的大量增加，使得在2010年立体显示器的出货量已达百万之数，并随着价格快速下降及内容逐渐普及，未来几年立体显示产业更将快速发展。然而，目前市面上的立体显示器绝大多数需要戴着特制眼镜才能看到立体图像，如常见的偏振式立体显示眼镜或色差式立体显示眼镜，其与自然视觉的诉求背道而驰，因此，裸视立体显示技术必将成为下一代显示器的重要发展方向已是业界的共识。

目前市面上已有少数裸视立体显示技术产品，但均有视角小与分辨率低等缺点，难以应用在需要高图像品质与高观赏自由度的场合，为满足市场上的需求，发展兼具高分辨率、大视角、具有自然图像感的立体显示器已成为当前亟待解决的课题之一。

发明内容

本发明提出一种立体显示***，包括多个投影装置以及一屏幕模块。投影装置用以分别投射出多个图像光束。屏幕模块配置于这些投影装置前方，其中这些图像光束朝向屏幕模块传递。屏幕模块包括一光扩散层以及一分光层。光扩散层具有至少一扩散方向，光扩散层适于将这些图像光束沿着扩散方向以对应扩散方向的一扩散角度扩散。光扩散层配置于分光层与这些投影装置之间，其中被光扩散层扩散的每一图像光束通过分光层之后被分为多个子图像光束，且每一图像光束的这些子图像光束以不同的角度传递，以使这些图像光束于通过屏幕模块之后形成多个立体图像视域区。

本发明的一实施例中，所述分光层具有第一表面与配置于所述第一表面上并周期性排列的多个第一分光微结构，每一第一分光微结构包括具有不同斜率的多个表面。

本发明的一实施例中，所述投影装置沿着第一方向排列，并且所述第一分光微结构与所述立体图像视域区也沿着平行于所述第一方向的方向排列。

本发明的一实施例中，每一第一分光微结构的所述表面的数目为M个，并且所述立体图像视域区的数量为M个。

本发明的一实施例中：

所述投影装置还沿着垂直于所述第一方向的第二方向排列；

所述第一分光微结构沿着所述第二方向排列；

所述分光层的所述第一分光微结构在所述第一方向与所述第二方向上排列成分光阵列；以及

每一第一分光微结构在所述第一方向与所述第二方向上的纵切面所包括的所述表面的数量皆为M，所述立体图像视域区在所述第一方向上的数量为M个，且所述立体图像视域区在所述第二方向上的数量也为M个。

本发明的一实施例中，所述分光层还包括相对于所述第一表面的第二表面以及配置于所述第二表面上并周期性排列的多个第二分光微结构，且每一第二分光微结构包括具有不同斜率的多个表面。

本发明的一实施例中，所述第二分光微结构沿着所述第一方向的方向排列。

本发明的一实施例中，每一第一分光微结构所包括的具有不同斜率的所述表面的数量为M，且所述第二分光微结构所包括的具有不同斜率的所述表面的数量为N，并且所述立体图像视域区在所述第一方向上的数量为M×N个。

本发明的一实施例中：

所述投影装置还沿着垂直于所述第一方向的第二方向排列；

所述第一分光微结构与所述第二分光微结构也沿着所述第二方向排列；

所述分光层的所述第一分光微结构与所述第二分光微结构在所述第一方向与所述第二方向上分别排列成分光阵列；以及

所述第一分光微结构在所述第一方向与所述第二方向上的纵切面所包括的所述表面的数量皆为M，所述第二分光微结构在所述第一方向与所述第二方向上的纵切面所包括的所述表面的数量皆为N，并且所述立体图像视域区在沿着所述第一方向上的数量为M×N个，且所述立体图像视域区在沿着所述第二方向上的数量也为M×N个。

本发明的一实施例中，所述光扩散层的至少一扩散方向包括第一扩散方向与第二扩散方向，所述图像光束以对应所述第一扩散方向的第一扩散角度扩散，且所述图像光束以对应所述第二扩散方向的第二扩散角度扩散，并且所述第一扩散角度大于所述第二扩散角度。

本发明的一实施例中，所述第一扩散方向与所述第一方向垂直，且所述第二扩散方向与所述第一方向平行，其中所述第一扩散方向与所述第二扩散方向位于平行于所述光扩散层的参考表面上。

本发明的一实施例中，所述光扩散层包括结构周期排列的多个扩散柱面透镜，所述扩散柱面透镜的排列方向垂直于所述第一方向。

本发明的一实施例中，所述光扩散层为光扩散膜。

本发明的一实施例中，还包括调光层，配置于所述光扩散层与所述立体图像视域区之间，其中所述调光层包括多个调光微结构，且所述调光层改变所述图像光束的光形，以使所述图像光束在所述立体图像视域区上的投影彼此实质上相邻且不重叠。

本发明的一实施例中，所述调光微结构为周期排列的多个调光柱面透镜，并且所述调光柱面透镜的排列方向平行于所述第一方向。

本发明的一实施例中，所述光扩散层包括结构周期排列的多个扩散柱面透镜，所述扩散柱面透镜的排列方向与所述调光柱面透镜的排列方向垂直。

本发明的一实施例中，所述第一分光微结构还沿着垂直于所述第一方向上的第二方向排列，且所述调光微结构为多个调光透镜，并且所述调光透镜分别沿着所述第一方向与所述第二方向排列。

本发明的一实施例中，还包括光学汇聚层，配置于所述投影装置与所述光扩散层之间，所述图像光束在通过所述光学汇聚层后，每一图像光束中的所述子图像光束在至少一截面上彼此实质上平行。

本发明的一实施例中，所述光学汇聚层为光学汇聚镜片，并且所述光学汇聚镜片的焦点实质上在所述立体显示***的投影位置。

本发明的一实施例中，每一图像光束在至少一截面上彼此实质上汇聚。

本发明的一实施例中，所述光学汇聚镜片的焦点实质上位于汇聚镜片及投影机阵列之间。

附图说明

图1是本发明的一实施例中的立体显示装置。

图2A是依照图1实施例中的分光层的局部放大的立体示意图。

图2B到图2D绘示出图2A实施例中的各种光路的示意图。

图3A、图3C与图3E分别绘示出图1实施例中的立体显示***的局部示意图。

图3B、图3D与图3F分别绘示出图3A、图3C与图3E的第一分光微结构的局部放大示意图。

图4A绘示出图1实施例中的分光层的一种变化。

图4B绘示出图1实施例中的分光层的另一种变化。

图5是本发明的另一实施例中的立体投影***的示意图。

图6是依照图5实施例中的分光层的一种变化。

图7A是本发明的另一实施例中未配置调光层的光扩散层扩散光的示意图。

图7B绘示出图7A中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图。

图7C是本发明的又一实施例中配置有调光层的光扩散层扩散光的示意图。

图7D绘示出图7C中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图。

图8A是本发明的另一实施例中未配置调光层的光扩散层扩散光的示意图。

图8B绘示出图8A中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图。

图8C是本发明的又一实施例中配置有调光层的光扩散层扩散光的示意图。

图8D绘示出图8C中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图。

图9A是本发明的再一实施例的立体显示***的示意图。

图9B绘示出图9A中的立体显示***在未配置光学汇聚层时的光路示意图。

图9C绘示出图9A中的立体显示***在已配置光学汇聚层时的光路示意图。

其中，附图标记：

100、500、600、700、700’、800、800’、900：立体显示***

110、110a、110b、110c、510、610、710a、710b、710c、910、910a、910b、910c：投影装置

120：屏幕模块 120c：屏幕中心

122、522、622、722、822、822’、922：光扩散层

124、524、624、924：分光层

726、826：调光层 950：光学汇聚层

BB：黑带 CL：调光微结构

CL’：调光柱面透镜 CL”：调光透镜

D1、D2、WD、W1、W2、W3：宽度

DL：扩散柱面透镜D、L1、L2、J12、J23：距离

E1、E2、U：间隔 F1：第一扩散方向

F2：第二扩散方向 IB、IBa、IBb、IBc：图像光束

IBS、IBS’、IBS”、IBa1、IBb1、IBc1、IBa2、IBb2、IBc2、IBa3、IBb3、IBc3：子图像光束

IP：观察面 M1：第一分光微结构

M2：第二分光微结构 MA1、MA2：分光阵列

P、P1、P2、P3：表面 RL：参考线

RP：参考表面 S1：第一表面

S2：第二表面

VZ：立体图像视域区 VZ1：第一立体图像视域区

VZ2：第二立体图像视域区

VZ3：第三立体图像视域区

θ1：第一扩散角度

θ2：第二扩散角度

ψ：扩散角度

ψ1、ψ2、ψ3、α、β、γ：夹角

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

图1是本发明的一实施例中的立体显示装置，请参照图1，在本实施例中，立体显示***100包括多个投影装置110以及一屏幕模块120。投影装置110用以分别投射出多个图像光束IB。屏幕模块120配置于这些投影装置110前方，其中这些图像光束IB朝向屏幕模块120传递。屏幕模块120包括一光扩散层122以及一分光层124。在本实施例中，光扩散层122与分光层124的距离d例如为100微米，然本发明不以此为限。光扩散层122具有至少一扩散方向，光扩散层122适于将这些图像光束IB沿着扩散方向以对应扩散方向的一扩散角度ψ扩散，在本实施例中，扩散方向例如是沿着图1中的Y轴方向扩散。一般而言，光扩散层122配置于分光层124与这些投影装置110之间，其中被光扩散层122扩散的每一图像光束IB在通过分光层124之后被分为多个子图像光束IBS，且每一图像光束IB的这些子图像光束IBS以不同的角度传递，以使这些图像光束IB于通过屏幕模块120之后形成多个立体图像视域区VZ。举例而言，如图1中所绘示，投影装置110例如可包括三个投影装置110a、110b与110c并分别投射出图像光束IBa(以虚线表示)、IBb(以实线表示)、IBc(以链线表示)，并且投影装置110a与投影装置110b的间隔E1在本实施例中例如为300毫米，投影装置110b与投影装置110c的间隔E2在本实施例中例如为280毫米，然本发明也不以此为限。其中，这些图像光束IBa、IBb与IBc在通过光扩散层122后会分别以原行进方向扩散一角度ψ(为延着Y轴方向的扩散角度)而朝向分光层124传递，在本实施例中，角度ψ在Y轴方向上的扩散角度约为40度，然而，实际上的光扩散层122除了在Y轴方向上有扩散角度外，在X轴方向上也会有极小的扩散角度，在本实施例中，光扩散层在X轴方向上的扩散角度例如为0.1度，然本发明不以此为限。在通过分光层124后，图像光束IBa例如可被分为子图像光束IBa1、IBa2与IBa3，图像光束IBb例如可被分为子图像光束IBb1、IBb2与IBb3，且图像光束IBc例如可被分为子图像光束IBc1、IBc2与IBc3。其中，子图像光束IBa1、IBb1与IBc1在通过分光层124后朝向第一立体图像视域区VZ1传递，子图像光束IBa2、IBb2与IBc2在通过分光层124后朝向第二立体图像视域区VZ2传递，子图像光束IBa3、IBb3与IBc3在通过分光层124后朝向第三立体图像视域区VZ3传递。换言之，在本实施例中，观赏者可分别在第一立体图像视域区VZ1、第二立体图像视域区VZ2与第三立体图像视域区VZ3观赏到投影装置110a、110b与110c所投影出的画面。换言之，分光层124可将这些投影装置110所发出的图像光束IB复制到多个视域VZ内以供观赏，在本实施中，投影距离L1可设定在这些投影装置110的投影距离上，且在本实施例中例如为1710毫米，而观赏距离L2可依照实际需求而制定之，在本实施例中例如为1500毫米，然本发明不以此为限。当这些投影装置110所显示的是立体图像时，观赏者可在多个立体图像视域区VZ观赏到立体图像，可避免随着观赏者的移动而使得观赏者观赏到的立体图像产生变化甚至无法观赏的情况。同时，也可避免当面对投影屏幕正中央的观赏者会有看不到投影屏幕边缘位置图像的现象，换言之，分光层124除了可将投影屏幕正中央的图像分配至观赏者位置的边缘位置，同样也可将边缘位置的图像导向至观赏者位置的中央，借此可使得观赏者即使在屏幕前移动，也不致错过完整的立体图像。并且，由于这些立体图像视域区VZ都带有相同的信息，而非牺牲空间分辨率而产生，也即，立体投影装置100可在不减少图像分辨率的情况下利用分光层124增加多个立体图像视域区VZ。值得注意的是，上述的投影装置110与图像光束IB与子图像光束IBS的数量仅用于辅助说明本实施例，可依据实际需求设计而有所不同，例如当投影装置110的数量增加时，立体投影装置100的图像光束IB会随之增加，并且可使得各立体图像视域区VZ内的子图像光束IBS数量增加，因此立体图像视域区VZ也可随之增加，然而本发明不以此为限。借此，立体投影装置100可提供大视角与高分辨率的立体图像。有关投影装置110的排列方式与分光层124的详细叙述将于后续举例说明。

详细而言，图2A是依照图1实施例中的分光层的局部放大的立体示意图，图2B到图2D绘示出图2A实施例中的各种光路的示意图，请参照图1至图2D，在本实施例中，分光层124具有一第一表面S1与配置于第一表面S1上并周期性排列的多个第一分光微结构M1，每一第一分光微结构M1包括具有不同斜率的多个表面P。在本实施例中，这些投影装置110可沿着一第一方向(也即图1及图2A中的三维立体坐标的X轴方向)排列，并且这些第一分光微结构M1与这些立体图像视域区VZ也沿着平行于第一方向的方向排列。并且，在本实施例中，这些第一分光微结构M1可为多边形柱面透镜，并且所述第一分光微结构M1的延伸方向平行于一第二方向(也即Y轴方向)，且这些图像光束IB可沿着Z轴方向朝向分光层124传递。在本实施例中，这些表面P的数量例如是3个，换言之，在本实施例中所绘示的第一分光微结构M1例如为多个梯形分光微结构，然本发明不以此为限，在其他实施例中可依据实际需求而改变表面P的数量与所配置的斜率关系，本发明不以此为限。值得注意的是，在本说明书中所述的第一方向与第二方向分别对应至图示中的三维立体直角坐标中的X轴与Y轴，并且投影装置、光扩散层与屏幕模块沿着Z轴方向排列，然而本发明不以此为限。

详细而言，请先参照图2B，在本实施例中，当由投影装置110a发出的图像光束IBa通过分光层124时，可被分光层上的第一分光微结构M1折射而分光并分别朝向不同方向传递。举例而言，图2B中每一个第一分光微结构M1包括具有不同斜率的3个表面P1、P2与P3，表面P1可将投影装置110a发出的图像光束IBa中的子图像光束IBa1折射至立体图像视域区VZ1，表面P2可将投影装置110a发出的图像光束IBa中的子图像光束IBa2折射至立体图像视域区VZ2，表面P3可将投影装置110a发出的图像光束IBa中的子图像光束IBa3折射至立体图像视域区VZ3。依此类推，图2C中由投影装置110b所发出的图像光束IBb的子图像光束IBb1、IBb2与IBb3也可被第一分光微结构M1的3个表面P1、P2与P3分别折射至立体图像视域区VZ1、立体图像视域区VZ2与立体图像视域区VZ3。图2D中由投影装置110c所发出的图像光束IBc的子图像光束IBc1、IBc2与IBc3也可被第一分光微结构M1的3个表面P1、P2与P3分别折射至立体图像视域区VZ1、立体图像视域区VZ2与立体图像视域区VZ3。更进一步而言，在其他实施例中，当每一第一分光微结构M1的这些表面P的数目为M个，图像光束IB可被复制为M组，也即，这些立体图像视域区VZ的数量可为M个。借此，分光层124可将图像光束IBa、IBb与IBc复制至多个立体图像视域区VZ，除了可增进立体显示***100的可观赏视角以外，也不致影响每一个立体图像视域区VZ中投影画面的分辨率。然而，值得注意的是，第一分光微结构M1的这些表面P在设计上需考虑由投影装置110入射的图像光束IB的入射角需小于第一分光微结构M1上这些表面P的临界角，以避免产生内全反射而造成部分图像遗失的情形。并且，这些第一分光微结构M1的尺寸需小于欲投影的图像像素大小，以避免图像间有部分或完全重叠的现象产生。

图3A、图3C与图3E分别绘示出图1实施例中的立体显示***的局部示意图，图3B、图3D与图3F分别绘示出图3A、图3C与图3E的第一分光微结构的局部放大示意图，请参照图1、图3A至图3F，在本实施例中，屏幕模块120可具有一屏幕中心120c，并且在分光层124中的这些第一分光微结构M1中，靠近屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的一表面P1的斜率的绝对值大于远离屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的另一表面P3的斜率的绝对值。举例而言，请先参照图3A，在本实施例中，为了使图像光束IB在每个立体图像视域区VZ中维持对称的图像分布(也即可避免每一个立体图像视域区VZ的差距太大而使得观赏者在不同立体图像视域区VZ看到的图像会有明显差异的情形)，分光层124中对应靠近屏幕模块120的区域内的这些第一分光微结构M1的表面P1与P3可具有不同的斜率以调整这些立体图像视域区VZ的位置。在图3A中，图像光束IBb以垂直于屏幕模块120的方向传递至观察面IP，且图像光束IBc通过屏幕模块120的屏幕中心120c的稍右处，图像光束IBa与图像光束IBb的夹角α约为-9.3度，而图像光束IBc与图像光束IBb的夹角β约为9.95度。因此，为了维持对称的立体图像视域区VZ图像分布，靠近屏幕中心120c的表面P1的斜率绝对值可设计大于表面P3的斜率绝对值。值得一提的是，本发明不以此为限，也就是说，本发明不限制在分光层124中的这些第一分光微结构M1中，靠近屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的一表面P1的斜率的绝对值一定要大于远离屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的另一表面P3的斜率的绝对值。根据另一实施例，在分光层124中的这些第一分光微结构M1中，靠近屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的一表面P1的斜率也可以是等于0，或是远离屏幕中心120c的区域侧并与第一表面S1接触的另一表面P3的斜率等于0。

详细而言，在图3A与图3B中，由于表面P1与表面P3皆很靠近屏幕中心120c，因此表面P1与表面P3的斜率很靠近。在本实施例中，表面P1与表面P3的夹角ψ2约为111度，而表面P1与第一表面S1的夹角ψ1约为34.55度，表面P3与第一表面S1的夹角ψ3约为34.45度。借此，可使立体图像视域区VZ1与立体图像视域区VZ2的距离J12(在图3A中例如为17毫米)以及立体图像视域区VZ2与立体图像视域区VZ3的距离J23(在图3A中例如为18毫米)。其中，立体图像视域区VZ1(例如为529毫米)、立体图像视域区VZ2(例如为510毫米)与立体图像视域区VZ3(例如为519毫米)在观察面IP上的宽度W1、W2与W3相近，可使得位于各立体图像视域区VZ的观赏者观赏到完整的立体图像，且在此范围内不会看到无图像显示的黑带，或是因过度重叠而产生亮纹。值得注意的是，上述的夹角ψ1、ψ2与ψ3以及各立体图像视域区VZ的大小与间距是以第一分光微结构M1的宽度WD为300微米且第一分光微结构M1间的彼此间隔U为150微米，并且投影装置110与屏幕模块120的距离L1例如为1710毫米，并且观察面IP与屏幕模块120的距离L2为1500毫米时所推算的数值，本发明不以此为限，在其他实施例中，也可依照实际情况而有所变化，而仍不脱离本发明的范畴。且，在上述的数值计算中，是以符合人眼舒适观赏图像的范围，即每一个立体图像视域区VZ包含20度角度范围为例加以计算(例如是以30台投影装置110投影，而每台投影装置110涵盖0.7度角度范围)，并且分光层124的折射率以1.5为例，并且光扩散层122与分光层124的距离为100微米为例，然而在其他实施例中，也可依据实际需求而有所变化，本发明不以此为限。

进一步而言，请参照图3C与图3D，与图3A相似，然而图3C中的这些第一分光微结构M1距离屏幕中心120c距离稍远，在图3C中，图像光束IBb与垂直于屏幕模块120的方向(即图3C中的铅直线)夹一角度γ且角度γ约为8度，图像光束IBa与垂直于屏幕模块120的方向夹一角度α且角度α约为-2度，而图像光束IBc与垂直于屏幕模块120的方向夹一角度β且角度β约为17度。在图3C中，由于此区域偏离屏幕中心120c，因此表面P1与表面P3的斜率差异相较于图3B中表面P1与表面P3的斜率差异较大才能达成与图3A中实施例相近的效果。在本实施例中，各第一分光微结构M1的表面P1与相邻的另一第一分光微结构M1的表面P3的夹角ψ2约为111度，而表面P1与第一表面S1的夹角ψ1约为37.1度，表面P3与第一表面S1的夹角ψ3约为31.9度。借此，可使立体图像视域区VZ1与立体图像视域区VZ2的距离J12(在图3A中例如为42毫米)以及立体图像视域区VZ2与立体图像视域区VZ3的距离J23(在图3A中例如为17毫米)。其中，立体图像视域区VZ1(641毫米)、立体图像视域区VZ2(510.7毫米)与立体图像视域区VZ3(446毫米)在观察面IP上的宽度W1、W2与W3相近，借此可达成与图3A实施例相似的功效。

更进一步而言，请参照图3E与图3F，与图3A及图3C相似，然而图3E中的这些第一分光微结构M1距离屏幕中心120c距离较图3C中更远，在图3C中，图像光束IBb与垂直于屏幕模块120的方向(即Z轴方向)夹一角度γ且角度γ约为15度，图像光束IBa与垂直于屏幕模块120的方向夹一角度α且角度α约为6度，而图像光束IBc与垂直于屏幕模块120的方向夹一角度β且角度β约为24度。在图3E中，由于此区域更偏离屏幕中心120c，因此表面P1与表面P3的斜率差异相较于图3C中表面P1与表面P3的斜率差异更大才能达成与图3C中实施例相近的效果。在本实施例中，表面P1与表面P3的夹角ψ2约为111度，而表面P1与第一表面S1的夹角ψ1约为40.9度，表面P3与第一表面S1的夹角ψ3约为28.1度。借此，可使立体图像视域区VZ1与立体图像视域区VZ2的距离J12(在图3E中例如为14.7毫米)以及立体图像视域区VZ2与立体图像视域区VZ3的距离J23(在图3E中例如为16毫米)。借此，立体图像视域区VZ1(860毫米)、立体图像视域区VZ2(509毫米)与立体图像视域区VZ3(384毫米)在观察面IP上的宽度W1、W2与W3差异仍可达成与图3A实施例相似的功效，在此不再赘述。值得注意的是，在图3A至图3F实施例中所述的数据是假设图像光IB本身具有0.1度的扩散角度，借此可使得观察者在观察面IP上观察到足够大的图像，例如图像光IB具有0.1度的扩散角度并在经由光扩散层122后对应到观察面IP上的图像约为30毫米，而能符合观赏的需求。

图4A绘示出图1实施例中的分光层的一种变化，图4B绘示出图1实施例中的分光层的另一种变化，请参照图1至图4B，在本实施例中，第一分光微结构M1例如可区分为更多表面P，如图4A中的五个表面P，借此可在不牺牲投影分辨率的情况下将图像光束IB复制至5个不同的立体图像视域区VZ，其中，相关的详细叙述可参照图3A中所述，在此不再赘述。此外，在图4B中，分光层124可还包括相对于第一表面S1的一第二表面S2以及配置于第二表面S2上并周期性排列的多个第二分光微结构M2，每一第二分光微结构M2包括具有不同斜率的多个表面P。详细而言，这些第二分光微结构M2可沿着平行于第一方向(如图4A与图1)的方向排列。并且，第一分光微结构M1所包括的这些表面的数量为M，且这些第二分光微结构M2所包括的这些表面的数量为N，并且这些立体图像视域区VZ在沿着第一方向上的数量为M×N个。

举例而言，在本实施例中，第一分光微结构M1与第二分光微结构M2为具有3个表面P，也即为图4B中绘示的梯形分光微结构，然本发明不以此为限，在其他实施例中，也可第一分光微结构M1与第二分光微结构M2可分别具有不同数量的表面P，且每一个第一分光微结构M1的宽度D1与每一个第二分光微结构M2的宽度D2可相同或不相同，并且每一个第一分光微结构M1间的间隔与每一个第二分光微结构M2间的间隔可相同或不相同。借此，在本实施例中，图像光束IB可先被第一分光微结构M1复制为投影至不同立体图像视域区VZ的三份子图像光束IBS，而每一个子图像光束IBS可被第二分光微结构M2再次地分为投影至不同立体图像视域区VZ的三份子图像光束IBS’。换言之，图像光束IB在通过第一分光微结构M1与第二分光微结构M2后会被分为3×3＝9份的子图像光束IBS以投射至9个立体图像视域区VZ。借此，分光层124可更进一步地通过第一分光微结构M1与第二分光微结构M2增加立体图像视域区VZ的数量，并同时可维持投影图像的分辨率。

然而，图1实施例中所述的立体投影***100仅可提供单一维度上的显示，换言之，仅可提供在X轴方向上具有两眼视差的图像，而在Y轴方向上则无。可提供X轴与Y轴二维立体显示的立体投影***可利用透镜阵列(lens array)实施，并将于后续详述之。

图5是本发明的另一实施例中的立体投影***的示意图，请参照图1与图5，与图1的实施例相似，然而在本实施例中，投影装置510可还沿着垂直于第一方向的一第二方向排列，且这些第一分光微结构M1也沿着平行于第二方向的方向排列，并且分光层524包括第一分光微结构M1在第一方向与第二方向上排列所形成的一分光阵列MA1，其中这些第一分光微结构M1在第一方向与第二方向上的纵切面所包括的这些具有不同斜率的表面P的数量皆为M，这些立体图像视域区VZ在第一方向上的数量为M个，且这些立体图像视域区VZ在第二方向上的数量也为M个。举例而言，请参照图5，在本实施例中，第一分光微结构M1可如图5中绘示的立体梯形并具有四个腰与一个顶面，然此形状仅用于举例说明本实施例，本发明不以此为限。第一分光微结构M1在第一方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量为3个，且第一分光微结构M1在第二方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量也为3个，然本发明不以此为限。借此，二维的投影装置510所投影出的图像光束IB可被二维的第一分光微结构M1在观察面IP投射为M×M个立体图像视域区VZ，观赏者可在这些二维排列的立体图像视域区VZ分别观看到图像光束IB所携带的完整的图像内容，借此，立体显示***500可应用于大型电影院及大型播放器等播放场合，以满足位于各个立体图像视域区与各个角度的观赏者同时观赏影片。

图6是依照图5实施例中的分光层的一种变化，请参照图1、图5及图6，与图5中所绘示的分光层524相似，然而在本实施例中，分光层624包括第一分光微结构M1与第二分光微结构M2分别在第一方向与第二方向上排列所形成的一分光阵列MA1与分光阵列MA2，其中这些第一分光微结构M1在第一方向与第二方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量皆为M，这些第二分光微结构M2在第一方向与第二方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量皆为N，并且这些立体图像视域区VZ在沿着第一方向上的数量为M×N个，这些立体图像视域区VZ在沿着第二方向上的数量也为M×N个。举例而言，图6中的第一分光微结构M1与第二分光微结构M2例如为立体梯形并具有四个腰与一个顶面。其中，第一分光微结构M1在第一方向上与第二方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量分别为3个，且第二分光微结构M2在第一方向上与第二方向上的纵切面所包括的这些表面P的数量也分别为3个。借此，分光层624可更进一步地将图像光束IB在第一方向上分为3×3＝9个立体图像视域区VZ，并在第二方向上也分为3×3＝9个立体图像视域区VZ，换言之，分光层624可将图像光束IB分为9×9＝81个立体图像视域区VZ，并且可在不牺牲图像分辨率的情况下，增加立体显示***600的立体图像视域区VZ数量，以满足观赏需求。值得注意的是，上述的第一分光微结构M1与第二分光微结构M2在第一方向与第二方向上的大小可相同或不相同，并且每个第一分光微结构M1与每个第二分光微结构M2在第一方向与第二方向上的间隔可相同或不相同，图6中所绘示的分光层624仅用于举例说明本实施例，然而本发明不以此为限。

图7A是本发明的另一实施例中未配置调光层的光扩散层扩散光的示意图，图7B绘示出图7A中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图，图7C是本发明的又一实施例中配置有调光层的光扩散层扩散光的示意图，图7D绘示出图7C中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图，请先参照图7A与图7B，在图7A的实施例中，光扩散层722的至少一扩散方向包括一第一扩散方向F1与一第二扩散方向F2。这些图像光束IB以对应第一扩散方向F1的一第一扩散角度θ1扩散，且图像光束IB以对应第二扩散方向F2的一第二扩散角度θ2扩散，并且第一扩散角度θ1大于第二扩散角度θ2。在本实施例中，第一扩散角度θ1例如为40度第二扩散角度θ2例如为0.2度，并且第一扩散方向F1可与第一方向垂直，且第二扩散方向F2与第一方向平行，其中第一扩散方向F1与第二扩散方向F2位于平行于光扩散层722的一参考表面RP上。举例而言，在图7A的实施例中，参考表面RP为靠近这些立体图像视域区VZ的表面，而投影装置710a、710b与710c可沿着第一方向排列并朝向光扩散层722传递图像光束IB，其中，光扩散层722在本实施例中例如为光学扩散薄膜，并且光扩散层722的第一扩散方向F1垂直于第一方向，而光扩散层722的第二扩散方向F2平行于第一方向，这些传递至光扩散层722的图像光束IB可沿着垂直于第一方向的方向扩散而在平行于第二方向的方向上几乎不扩散，简言之，图像光束IB在通过光扩散层722后在沿着Y轴方向上的扩散角度远大于沿着X轴方向上的扩散角度，如图1实施例中所述，进而可使观赏者在第一方向上观赏到立体的图像。然而，请参照图7A与图7B，由于投影装置710a、710b与710c所投影出来的图像光束IB为高斯光束(Gaussian beam)，因此在图像光束IB通过光扩散层722后的一参考线RL上容易产生图像光束重叠的情形，如图7B中所绘示的波形重叠，甚至产生暗区(black band)的情形(如图7B中所绘示的黑带BB)而造成图像有云彩纹(morie)的现象，或是立体图像有鬼影(crosstalk)的情况，而影响显示图像的画面品质。

然而，在图7C与图7D的实施例中，可通过配置于光扩散层722与这些立体图像视域区VZ之间的调光层726改变出光的光形以改善高斯光束之间的彼此重叠而产生的黑带现象。其中，调光层726可包括多个调光微结构CL，且调光层726可借着改变这些图像光束IB的光形，以使这些图像光束IB在这些立体图像视域区VZ上的投影彼此实质上相邻且不重叠，如图7D中的方波光形彼此紧邻并且不重叠，借此可减少黑带现象。详细而言，这些调光微结构CL为周期排列的多个调光柱面透镜CL’，并且这些调光柱面透镜CL’的排列方向平行于第一方向。在本实施例中，调光柱面透镜CL’可为张角角度极小(在本实施例中约为0.5度)的圆柱面，然而本发明不以此为限。

图8A是本发明的另一实施例中未配置调光层的光扩散层扩散光的示意图，图8B绘示出图8A中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图，图8C是本发明的又一实施例中配置有调光层的光扩散层扩散光的示意图，图8D绘示出图8C中图像光束被光扩散层扩散后的光形示意图，请先参照图8A及图8B，与图7A及图7B相似，然而不同之处在于，在本实施例中，光扩散层822包括结构周期排列的多个扩散柱面透镜DL，这些扩散柱面透镜DL的排列方向垂直于第一方向。借此，可与图7A及图7B实施例中所述的光扩散薄膜有相似的功效，在此不再赘述。更进一步而言，在图8C的实施例中，光扩散层822的这些结构周期排列的多个扩散柱面透镜DL与这些调光柱面透镜CL’的排列方向垂直。借此也可达到与图7C及图7D相似的功效，在此也不再赘述。其中，这些扩散柱面透镜DL例如可利用曲率半径很大的微圆柱透镜粘贴于光扩散层822上，也或是，这些扩散柱面透镜DL例如可利用一般角度较大的微圆柱透镜粘贴于光扩散层822上再利用折射率略大或略小于或等于微圆柱透镜的材质以填平光扩散层822，而可具有相似的功效。

图9A是本发明的再一实施例的立体显示***的示意图，图9B绘示出图9A中的立体显示***在未配置光学汇聚层时的光路示意图，图9C绘示出图9A中的立体显示***在已配置光学汇聚层时的光路示意图，请参照图5、图9A至图9C，与图5的实施例中的立体显示***500相似，然而不同之处在于，立体显示***900可还包括一光学汇聚层950，配置于这些投影装置910与光扩散层922之间，这些图像光束IB在通过光学汇聚层950后，每一图像光束IB中的这些子图像光束IBS在至少一截面上彼此实质上平行。详细而言，在本实施例中，光学汇聚层950为一光学汇聚镜片，例如为凸透镜或菲涅耳透镜(Fresnel lens)，并且光学汇聚镜片的焦点实质上在立体显示***900的投影位置，也即观察面IP上。举例而言，在本实施例中，图9C所绘示的投影装置910a所发出的子图像光束IBa1与IBa2在通过光学汇聚层950后彼此实质上平行，投影装置910b所发出的子图像光束IBb1与IBb2在通过光学汇聚层950后彼此实质上平行，投影装置910c所发出的子图像光束IBc1与IBc2在通过光学汇聚层950后彼此实质上平行，借此，光学汇聚层950可使这些子图像光束IBS收敛而向观察面IP传递。借此，立体显示***900除了可提供一个维度(如X轴)上的正投影(orthographic-perspective)图像外，也可在二个维度方向(如X-Y轴)上提供正投影(orthographic-orthographic)的图像。此外，光学汇聚层950的焦距也可小于投影距离，借此子图像光束IBS的投射方向可由彼此平行转变为收敛(converge)。因此，立体显示***900也可提供一个维度(如X轴)上的透视(perspective–perspective)投影。

此外，在本实施例中，分光层924中的这些第一分光微结构M1可为沿着垂直于第一方向上的一第二方向排列的二维矩阵。然而，在其他实施例中，分光层924也可具有如图6实施例中的第一分光结构M1与第二分光结构M2，本发明不以此为限。此外，在本实施例中，这些调光微结构CL为多个调光透镜CL”，并且这些调光透镜CL”可分别沿着第一方向与第二方向排列。如图9A中所绘示支圆形透镜阵列，然而，在其他实施例中也可为其他适于汇聚光束的透镜形状本发明不以此为限。

综上所述，本发明的一实施例利用分光层将被光扩散层扩散的每一图像光束分为以不同的分光角度朝向多个立体图像视域区传递的多个子图像光束，可增加立体投影***的立体图像视域区数量，可便于使用者由不同位置观赏立体图像。其中，分光层所包含的多个分光微结构可为一维排列或为二维矩阵，借此可更进一步地增加立体图像视域区的数量，同时仍可维持良好的图像分辨率。并且，本发明的一实施例也利用调光层改变这些图像光束的光形，以使这些图像光束在这些立体图像视域区上的投影彼此实质上相邻且不重叠，借此可避免投影画面不连续或是因为图像重叠而产生的鬼影。此外，本发明的一实施例可通过利用光学汇聚层使每一图像光束中的这些子图像光束在一参考截面上彼此实质上平行，增加图像光束在投影画面上的汇聚程度，借此可应用在积成式立体图像(orthographic-perspective)的图像显示上。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变更与修改，故本发明的保护范围当以权利要求为准。

Claims

1.一种立体显示***，其特征在于，包括：

多个投影装置，用以分别投射出多个图像光束；以及

屏幕模块，配置于所述投影装置前方，其中所述图像光束朝向所述屏幕模块传递，所述屏幕模块包括：

光扩散层，具有至少一扩散方向，所述光扩散层适于将所述图像光束沿着所述扩散方向以对应所述扩散方向的扩散角度扩散；以及

分光层，其中光扩散层配置于所述分光层与所述投影装置之间，被所述光扩散层扩散的每一图像光束通过所述分光层之后被分为多个子图像光束，且每一图像光束的所述子图像光束以不同的角度传递，以使得所述图像光束于通过所述屏幕模块之后形成多个立体图像视域区。

2.如权利要求1所述的立体显示***，其特征在于，所述分光层具有第一表面与配置于所述第一表面上并周期性排列的多个第一分光微结构，每一第一分光微结构包括具有不同斜率的多个表面。

3.如权利要求2所述的立体显示***，其特征在于，所述投影装置沿着第一方向排列，并且所述第一分光微结构与所述立体图像视域区也沿着平行于所述第一方向的方向排列。

4.如权利要求3所述的立体显示***，其特征在于，每一第一分光微结构的所述表面的数目为M个，并且所述立体图像视域区的数量为M个。

5.如权利要求3所述的立体显示***，其特征在于：

所述投影装置还沿着垂直于所述第一方向的第二方向排列；

所述第一分光微结构沿着所述第二方向排列；

6.如权利要求3所述的立体显示***，其特征在于，所述分光层还包括相对于所述第一表面的第二表面以及配置于所述第二表面上并周期性排列的多个第二分光微结构，且每一第二分光微结构包括具有不同斜率的多个表面。

7.如权利要求6所述的立体显示***，其特征在于，所述第二分光微结构沿着所述第一方向的方向排列。

8.如权利要求7所述的立体显示***，其特征在于，每一第一分光微结构所包括的具有不同斜率的所述表面的数量为M，且所述第二分光微结构所包括的具有不同斜率的所述表面的数量为N，并且所述立体图像视域区在所述第一方向上的数量为M×N个。

9.如权利要求7所述的立体显示***，其特征在于：

所述投影装置还沿着垂直于所述第一方向的第二方向排列；

10.如权利要求3所述的立体显示***，其特征在于，所述光扩散层的至少一扩散方向包括第一扩散方向与第二扩散方向，所述图像光束以对应所述第一扩散方向的第一扩散角度扩散，且所述图像光束以对应所述第二扩散方向的第二扩散角度扩散，并且所述第一扩散角度大于所述第二扩散角度。

11.如权利要求10所述的立体显示***，其特征在于，所述第一扩散方向与所述第一方向垂直，且所述第二扩散方向与所述第一方向平行，其中所述第一扩散方向与所述第二扩散方向位于平行于所述光扩散层的参考表面上。

12.如权利要求11所述的立体显示***，其特征在于，所述光扩散层包括结构周期排列的多个扩散柱面透镜，所述扩散柱面透镜的排列方向垂直于所述第一方向。

13.如权利要求11所述的立体显示***，其特征在于，所述光扩散层为光扩散膜。

14.如权利要求2所述的立体显示***，其特征在于，还包括调光层，配置于所述光扩散层与所述立体图像视域区之间，其中所述调光层包括多个调光微结构，且所述调光层改变所述图像光束的光形，以使所述图像光束在所述立体图像视域区上的投影彼此实质上相邻且不重叠。

15.如权利要求14所述的立体显示***，其特征在于，所述调光微结构为周期排列的多个调光柱面透镜，并且所述调光柱面透镜的排列方向平行于所述第一方向。

16.如权利要求15所述的立体显示***，其特征在于，所述光扩散层包括结构周期排列的多个扩散柱面透镜，所述扩散柱面透镜的排列方向与所述调光柱面透镜的排列方向垂直。

17.如权利要求14所述的立体显示***，其特征在于，所述第一分光微结构还沿着垂直于所述第一方向上的第二方向排列，且所述调光微结构为多个调光透镜，并且所述调光透镜分别沿着所述第一方向与所述第二方向排列。

18.如权利要求1所述的立体显示***，其特征在于，还包括光学汇聚层，配置于所述投影装置与所述光扩散层之间，所述图像光束在通过所述光学汇聚层后，每一图像光束中的所述子图像光束在至少一截面上彼此实质上平行。

19.如权利要求18所述的立体显示***，其特征在于，所述光学汇聚层为光学汇聚镜片，并且所述光学汇聚镜片的焦点实质上在所述立体显示***的投影位置。

20.如权利要求18所述的立体显示***，其特征在于，每一图像光束在至少一截面上彼此实质上汇聚。

21.如权利要求20所述的立体显示***，其特征在于，所述光学汇聚层为光学汇聚镜片，所述光学汇聚镜片的焦点实质上位于光学汇聚镜片及多个投影装置之间。