CN105334690B - 环绕光场显示器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

环绕光场显示器及其操作方法，一种环绕光场显示器，包含曲面屏幕、至少两个投影机、至少两个曲面液晶开关，每一投影机均于曲面屏幕上形成投影影像，两投影影像的交界处作边缘混合，曲面液晶开关设置于曲面屏幕的一侧，曲面液晶开关分别对应投影影像设置。

Description

环绕光场显示器及其操作方法

技术领域

本发明是关于一种环绕光场显示器及其操作方法。

背景技术

近来有多种环绕光场显示器(immersive display)，其通过多台投影机在多个方向投影，结合多个投影影像，创造大范围的整体影像，使观赏者可以大幅度的改变视角与位置，并于不同的视角观察到不同影像。

一般的环绕光场显示器虽提供广范围的影像，但却不具有立体影像的效果，观赏者虽然可于多个视角观察到不同影像，但却难以拥有身历其境的效果。

发明内容

本发明提供一种环绕光场显示器，其提供立体影像的效果。通过曲面型的液晶开关，使人眼可以于多个时间看到多个不同的影像，且不同位置对应到的影像也不同，以达成沉浸式且立体的效果。

本发明的一实施例提供一种环绕光场显示器，包含曲面屏幕、至少两个投影机、至少两个曲面液晶开关，每一投影机均于曲面屏幕上形成投影影像，投影影像的交界互相重叠，曲面液晶开关设置于曲面屏幕的一侧，曲面液晶开关分别对应投影影像设置。

在本发明的一或多个实施例中，投影影像的边缘分别具有较低的光强度，致使重叠后的投影影像的交界的光强度接近投影影像的中心的光强度。

在本发明的一或多个实施例中，投影影像分别具有依时序切换的多个影像单元，曲面液晶开关分别包含依相同时序开启的多个子单元，使影像单元分别经过开启的子单元后，分别以多个方向投射至观赏空间。

在本发明的一或多个实施例中，曲面屏幕的圆心角为180度。

在本发明的一或多个实施例中，每两个该投影机的投射方向的夹角大约为45度到90度。

在本发明的一或多个实施例中，曲面屏幕包含漫反射板，用以均匀地反射光线。

在本发明的一或多个实施例中，曲面屏幕包含至少一菲涅耳透镜，设置于漫反射板朝向曲面液晶开关的一侧。

在本发明的一或多个实施例中，投影机之一设置于菲涅耳透镜的焦点位置的下方。

在本发明的一或多个实施例中，其中投影机设置于曲面屏幕的同侧。

在本发明的一或多个实施例中，曲面液晶开关互相连接。

本发明的另一实施例提供一种环绕光场显示器的操作方法，包含：提供至少两个曲面液晶开关与至少两个投影机，投影机分别于曲面屏幕上形成多个投影影像，曲面液晶开关分别对应投影影像设置，其中曲面液晶开关分别包含多个子单元；依时序开启子单元之一；以及依相同时序切换投影影像的多个影像单元，使在影像单元之一经过子单元之一后，以多个方向投射观赏空间。

在本发明的一或多个实施例中，曲面液晶开关包含N个子单元，并以至少每秒60×N次的速率切换子单元，投影机亦以相同速率切换影像单元。

在本发明的一或多个实施例中，环绕光场显示器的操作方法包含：在第一时间开启第一子单元，并切换第一影像单元，使第一影像单元经过第一子单元投射至多个位置，其中位置之一接收到一部份的第一影像单元，另一位置接收到另一部份的第一影像单元；以及在第二时间开启第二子单元，并切换第二影像单元，使第二影像单元经过第二子单元投射至位置，其中位置之一接收到一部份的第二影像单元，另一位置接收到另一部份的第二影像单元。

附图说明

图1为本发明的一实施例中的环绕光场显示器的示意图。

图2为本发明的另一实施例中的环绕光场显示器的示意图。

图3为图1的环绕光场显示器的曲面液晶开关的侧视图。

图4为图1的环绕光场显示器的曲面液晶开关的立体示意图。

图5A至图5B为本发明的再一实施例的环绕光场显示器的操作示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：环绕光场显示器

200：曲面屏幕

210：漫反射板

220：菲涅耳透镜

300：投影机

310：投影影像

312：交界

314：中心

316：影像单元

316a：第一影像单元

316b：第二影像单元

400：曲面液晶开关

410：子单元

410a：第一子单元

410b：第二子单元

500：观赏空间

511～518：位置

A₁～A₈：部份

B₁～B₈：部份

V1：观赏者

V2：观赏者

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些熟知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意。

参照图1，图1为本发明的一实施例中的环绕光场显示器100的示意图。环绕光场显示器100包含曲面屏幕200、至少两个投影机300、至少两个曲面液晶开关400，每一投影机300均于曲面屏幕200上形成投影影像310，曲面液晶开关400设置于曲面屏幕200朝向观赏空间500的一侧，曲面液晶开关400分别对应投影影像310设置。

投影影像310包含交界312与中心314，投影影像310的交界312互相重叠，在本发明的一或多个实施例中，投影影像310的边缘具有较低的光强度，致使重叠后的投影影像310的交界312的光强度接近投影影像310的中心314的光强度。

举例而言，投影影像310的边缘的光强度为中心314的光强度的一半，则重叠后的交界312的光强度等于中心314的光强度，因此，使用者可于曲面屏幕200上观察到亮度均匀的影像。于此，为了使投影影像310可互相重叠，设计上需考量投影机300的数量与投射方向的配置，在本实施例中，每两个投影机300的投射方向的夹角大约为45度到90度。在此范围内，投影影像的边缘可有较佳的重叠，使曲面屏幕200上的投影影像310的交界312与中心314可呈现较佳的视觉效果。

配置上，曲面屏幕200的圆心理想上设置于观赏空间500，在图1中绘示曲面屏幕200的圆心角为360度，此配置是用以提供使用者沉浸于立体影像的效果，但本发明不以此为限。

参考图2，图2为本发明的另一实施例中的环绕光场显示器100的示意图，在本发明的一或多个实施例中，曲面屏幕200的圆心角可为180度，即曲面屏幕200为呈现半圆状的屏幕，此配置亦可提供使用者沉浸于立体影像的效果。

再回到图1，曲面屏幕200包含漫反射板210(Diffuser)与至少一菲涅耳透镜220(Fresnel Lens Sheet)，菲涅耳透镜220设置于漫反射板210朝向曲面液晶开关400的一侧，漫反射板210用以接收来自投影机300的光线，并均匀地反射光线至观赏空间500，而菲涅耳透镜220用以改善光线分布，使光线较佳地输出至观赏空间500。

参照图3，图3为图1的环绕光场显示器100的侧视图。菲涅耳透镜220具有一光轴O，在此光轴O指菲涅耳透镜220的焦点至菲涅耳透镜220的最短距离的连线，投影机300的位置设计为位于菲涅耳透镜220的光轴O之下，理想上，投影机300设置于菲涅耳透镜220的焦点位置的下方。如此一来，投影机300不会阻碍观赏空间500的视线，菲涅耳透镜220又能较佳地影响光线方向。

同时参照图与图3，设计上，曲面液晶开关400与投影机300的垂直高度不同，在图1中将曲面液晶开关400与投影机300绘示为相邻，但事实上，如图3所示，曲面液晶开关400大致位于投影机300的上方。

在此，虽然在图1中曲面液晶开关400大致位于投影机300的上方，但实际操作上，不应以此限制本发明的范围，投影机300可位于曲面液晶开关400与曲面屏幕200之间，或者曲面液晶开关400可位于投影机300与曲面屏幕200之间。

在本发明的一或多个实施例中，其中投影机300与曲面液晶开关400设置于曲面屏幕200的同侧，即投影方式为前投，此种设置方式重叠了曲面屏幕200至曲面液晶开关400的距离与曲面屏幕200至投影机300的距离，可减少环绕光场显示器100整体所占的空间。

再回到图1，在本发明的一或多个实施例中，曲面液晶开关400为一对一设置对应于投影影像310，但事实上，曲面液晶开关400可设置为互相连接，而形成单一个总液晶开关，此单一个总液晶开关可包含有多个曲面液晶开关400对应投影影像310设置。换句话说，可以将多个曲面液晶开关400制作在一起，而不影响其本身功能。

同时参照图1与图4，图4为图1的环绕光场显示器100的曲面液晶开关400的立体示意图。曲面液晶开关400分别包含多个子单元410。每一子单元410为液晶盒开关，可通过控制光线的偏振态，适当搭配入射光的偏振态，可使子单元410的穿透率改变，即控制经过子单元410的光线穿透或不穿透。于此，这些子单元410可以是具有平面基板的液晶盒，也可以是具有曲面基板的液晶盒。

再回到图1，在本发明的一或多个实施例中，投影影像310分别具有依时序切换的多个影像单元(图中未绘示)，曲面液晶开关400也依相同时序开启子单元410，使影像单元分别经过开启的子单元410后，影像单元的多个部份分别以多个方向投射至观赏空间500。

同时参照图1、图5A至图5B，图5A至图5B为本发明的再一实施例的环绕光场显示器100的操作示意图。本发明的再一实施例提供一种环绕光场显示器100的操作方法，包含先提供如前述图1的环绕光场显示器100，环绕光场显示器100包含曲面屏幕200、曲面液晶开关400与投影机300。在此，为方便说明起见，图5A至图5B中并未绘示投影机300，且也未绘示投影机300所输出的光线方向。图5A至图5B分别直接绘示投影机输出于曲面屏幕200上的第一影像单元316a与第二影像单元316b以及第一影像单元316a与第二影像单元316b于曲面屏幕200反射后的光线方向，其中第一影像单元316a与第二影像单元316b为图1中投影影像310的时序变化单元。

详细而言，曲面液晶开关400分别包含第一子单元410a与第二子单元410b，投影影像包含依时序呈现的第一影像单元316a与第二影像单元316b。于操作环绕光场显示器100时，依时序开启第一子单元410a与第二子单元410b之一，以及依相同时序切换第一影像单元316a与第二影像单元316b之一，如此一来，第一影像单元316a与第二影像单元316b之一经过第一子单元410a与第二子单元410b之一后，可以多个方向投射至观赏空间500。

详细而言，在本发明的一或多个实施例中，环绕光场显示器100的操作方法包含于第一时间开启第一子单元410a，并切换第一影像单元316a，再于第二时间开启第二子单元410b，并切换第二影像单元316b。在此以空白部份表示开启，例如图5A的第一子单元410a与图5B的第二子单元410b，并以斜线填满部份表示关闭，例如图5A的第一子单元410a与图5B的第二子单元410b。

在此，第一影像单元316a、第二影像单元316b等等分别受到曲面液晶开关400的第一子单元410a、第二子单元410b等等的分割而包含多个部份A₁～A_i、B₁～B_i，i为大于1的正整数。在此仅以i＝8来表示，即第一影像单元316a、第二影像单元316b分别包含多个部份A₁～A₈、B₁～B₈，事实上，i的数值取决于人眼的宽度、曲面屏幕200至观赏者的距离等等，因此不应用以此限制本发明。

参照图5A，于第一时间开启第一子单元410a，并切换为第一影像单元316a，可以使第一影像单元316a经过第一子单元410a投射至观赏空间500的多个位置511～518，其中位置511～518分别接受到部份A₁～A₈。举例而言，512接收到第一影像单元316a的部份A₇，另一位置514接收到第一影像单元316a的另一部份A₅。

参照图5B，于第二时间开启第二子单元410b，并切换第二影像单元316b，使第二影像单元316b经过第二子单元410b投射至位置511～518，其中位置511～518分别接受到部份B₁～B₈。举例而言，位置512接收到第二影像单元316b的部份B₇，另一位置514接收到第二影像单元316b的另一部份B₅。

如此一来，当观赏者V1的左右眼分别对应于位置512与位置513，而两眼于第一时间会接受到不同的影像，即部份A₆、A₇，两眼于第二时间会接受到不同的影像，即部份B₆、B₇。于此，经过第一时间与第二时间后，由于大脑视觉暂留的缘故，位置513的观赏者V1的右眼，先后接收到部份A₆、B₆，而使观赏者V1的右眼产生由部份A₆、B₆组成的连续的影像，位置512的观赏者V1的左眼，先后接收到部份A₇、B₇，而使观赏者V1的左眼产生由部份A₇、B₇组成的另一连续的影像，如此一来，使观赏者V1得到动态的立体视觉效果。

另一方面，另一观赏者V2的左右眼分别对应于位置515与位置516，两眼于第一时间亦会接受到不同的影像，即A₃、A₄，两眼于第二时间会接受到不同的影像，即B₃、B₄。同样的道理，经过第一时间与第二时间后，由于大脑视觉暂留的缘故，使位置516的观赏者V2的右眼产生由部份A₃、B₃组成的连续的影像，而使位置515的观赏者V2的左眼产生由部份A₄、B₄组成的另一连续的影像，如此一来，观赏者V2亦得到动态的立体视觉效果。

在此，由于位置512与位置513、位置515与位置516并非接收到相同的影像，因此两个观赏者V1、V2观察到的立体影像并不同。因此，可以针对观赏者的位置，设计立体影像，以得到更真实的立体效果。

换句话说，通过时序性地切换第一子单元410a、第二子单元410b的开关，以及第一影像单元316a、第二影像单元316b，可于不同的时间点与不同的位置511～518得到不同的部份A₁～A₈、B₁～B₈，因此，观赏者V1、V2除了可以观察到立体影像外，亦可于不同的位置观察到不同的立体影像。

在本发明的一或多个实施例中，曲面液晶开关400包含N个子单元，例如第一子单元410a、第二子单元410b，理想上，曲面液晶开关400以至少每秒60×N次的速率切换子单元，即关闭原本开启的子单元，并开启另一子单元，而投影机300亦以相同速率切换影像单元，例如第一影像单元316a、第二影像单元316b。

本实施例中，虽然于某一时间仅开启一个子单元，但不应以限制本发明的范围，亦可以适当地分配子单元成多个群组，使每一群组于某一时间仅开启一个子单元。换句话说，曲面液晶开关可于某一时间具有多个开启的子单元。若每一群组包含M个子单元，理想上应以至少每秒60×M次的速率切换子单元，投影机亦以相同速率切换投影影像。此种配置方式应可提高观察到的立体影像亮度，但亦减缩了光线方向可区分的程度，应会造成视觉上立体程度的降低。

以上，本发明提供一种环绕光场显示器，其提供立体影像的效果。通过曲面型的液晶开关，使人眼可以于多个时间看到多个不同的影像，且不同位置对应到的影像也不同，以达成环绕光场显示且立体显示的效果。

虽然本发明已以实施例揭露如上，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，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种环绕光场显示器，包含：

一曲面屏幕；

至少两个投影机，每一该投影机均于该曲面屏幕上形成一投影影像，该投影影像的交界处进行边缘混合；

至少两个曲面液晶开关，设置于该曲面屏幕的一侧，该至少两个曲面液晶开关分别对应该投影影像设置，所述至少两个曲面液晶开关分别包含N个子单元，

其中，所述至少两个曲面液晶开关依时序开启该N个子单元之一，并且所述至少两个投影机依相同时序切换复数个所述投影影像的复数个影像单元，使在该复数个影像单元之一经过该N个子单元之一后，以复数个方向投射一观赏空间，

其中，并以至少每秒60×N次的速率切换该N个子单元，所述至少两个投影机也以相同速率切换该复数个影像单元，

其中，在一第一时间到一第N时间依次开启一第一子单元到一第N子单元，并切换一第一影像单元到一第N影像单元，使该第一影像单元到该第N影像单元分别经过该第一子单元到该第N子单元投射至复数个位置，其中该复数个位置的一位置接收到一部份的该第一影像单元，该复数个位置的另一位置接收到另一部份的该第一影像单元

其中，所述N为大于1的整数。

2.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中该投影影像的边缘分别具有较低的光强度，致使重叠后的该投影影像的交界的光强度接近该投影影像的中心的光强度。

3.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中该曲面屏幕的圆心角为180度。

4.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中每两个该投影机的投射方向的夹角为45度到90度。

5.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中该曲面屏幕包含一漫反射板，用以均匀地反射光线。

6.如权利要求5所述的环绕光场显示器，其中该曲面屏幕包含至少一菲涅耳透镜，设置于该漫反射板朝向该至少两个曲面液晶开关的一侧。

7.如权利要求6所述的环绕光场显示器，其中该至少两个投影机之一设置于该菲涅耳透镜的一焦点位置的下方。

8.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中该至少两个投影机设置于该曲面屏幕的同侧。

9.如权利要求1所述的环绕光场显示器，其中该至少两个曲面液晶开关互相连接。

10.一种环绕光场显示器的操作方法，包含：

提供至少两个曲面液晶开关与至少两个投影机，该至少两个投影机分别于一曲面屏幕上形成复数个投影影像，该投影影像的交界处进行边缘混合，该至少两个曲面液晶开关分别对应该复数个投影影像设置，且设置于该曲面屏幕的一侧，其中该至少两个曲面液晶开关分别包含N个子单元；

依时序开启该N个子单元之一；以及

依相同时序切换该复数个投影影像的复数个影像单元，使在该复数个影像单元之一经过该N个子单元之一后，以复数个方向投射一观赏空间，

其中，并以至少每秒60×N次的速率切换该N个子单元，所述至少两个投影机也以相同速率切换该复数个影像单元，

其中，在一第一时间到一第N时间依次开启一第一子单元到一第N子单元，并切换一第一影像单元到一第N影像单元，使该第一影像单元到该第N影像单元分别经过该第一子单元到该第N子单元投射至复数个位置，其中该复数个位置的一位置接收到一部份的该第一影像单元，该复数个位置的另一位置接收到另一部份的该第一影像单元

其中，所述N为大于1的整数。