TW201300838A - 浮在空中的虛擬實像顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種浮在空中的虛擬實像顯示裝置，包括一掃描機構、一實像成像單元及一光源所組成；光源射出的光線可被實像成像單元反射及折射，而產生一對應於光源的實像，藉由掃描機構的掃描而變更該實像的位置而產生一浮在空中的虛擬影像；藉由控制光源射出對應於一影像的明、暗光線，使浮在空中的虛擬影像顯示可變化的虛擬影像。

Description

浮在空中的虛擬實像顯示裝置
本發明係有關顯示裝置，尤其是有關可作為螢幕用的浮在空中的虛擬顯示裝置。
台灣公開專利第200951771號，揭示一種虛擬觸控螢幕的裝置，包含一螢幕、一光學機構、及一偵測模組；光學機構設有至少一光學透鏡，利用光學成像原理，將螢幕的畫面經由光學機構於空間呈現一對應的虛擬螢幕影像；偵測模組用以偵測使用者是否接觸虛擬螢幕影像，及偵測分析接觸虛擬螢幕的位置，並轉換成對應於接觸螢幕的位置及訊號指令，使用者得以觸控的模式來操作顯示於虛擬螢幕上的數位內容，達到不直接接觸而實質操作螢幕的功能。上述台灣公開專利仍需利用一般的螢幕來提供虛擬螢幕所需的影像，並不能省略傳統的螢幕而節省費用。
如圖1A所示，當以高功率的光源1射出的光線照射實像成像單元21，例如凹面鏡時，會被凹面鏡反射及折射，而在凹面鏡的前方產生一對應於光源1的浮在空中的實像(Real image)31，且在凹面鏡的後方產生一對應於光源1的虛像11。
如圖1B所示，另一種實像成像單元22包括一凸透鏡222或一具有成像功能的菲涅爾透鏡(Fresnel lens)及一鏡子221。當以高功率的光源1射出的光線照射鏡子221，將被鏡子221反射至凸透鏡222或具有成像功能的菲涅爾透鏡(Fresnel lens)等時，將被凸透鏡222或具有成像功能的菲涅爾透鏡折射，而產生一對應於光源1的浮在空中的實像31，且在鏡子221的後方產生一對應於光源1的虛像11。
如圖2所示，市面上有一種利用微機電系統(Micro Electro Mechanical System,MEMS)41結合微掃描鏡(Micro scanning mirror，MSM)42製成的MEMS(微機電系統)掃描機構4。當將一光源43射出對應於一固定或動態影像的光線投射於MSM 42時，經由MSM 42由左至右，由上至下掃描投射至一投影面40上，即可顯示對應影像。但目前的MSM投影機無法投射一浮在空中動態影像。
為了進一步改良習知的浮在空中的虛擬顯示裝置，而提出本發明。
本發明的主要目的，在提供一種浮在空中的虛擬實像顯示裝置，包括一掃描機構、一實像成像單元及光源所組成；當光源射出光線時，該光線被實像成像單元反射及折射，而產生一對應於光源的實像；藉由掃描機構掃描而變更該實像的位置後，產生一浮在空中的虛擬影像。
本發明的另一目的，在提供一種浮在空中的虛擬實像顯示裝置，藉由控制光源射出對應於一影像的明、暗光線，使浮在空中的虛擬影像顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕。
本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。
如圖3A所示，本發明第一實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置5，包括一高功率的光源51、一實像成像單元52、一掃描機構53及一影像訊號處理單元54所組成。光源51電氣連接影像訊號處理單元54。掃描機構53設有一第一馬達531、一第一軸(X軸)532、一第一架體533、一第二馬達534、一第二軸(Y軸)535及一第二架體536，是一般習知結構；第一架體533分別結合第一軸532及第二馬達534；第二軸535結合第二架體536；第一馬達531可帶動第一軸532旋轉，使第一架體533以第一軸532為旋轉軸由左至右返覆掃描；第二馬達534可帶動第二軸535旋轉，使第二架體536以第二軸535為旋轉軸由上至下返覆掃描。
本實施例的光源51、實像成像單元52及影像訊號處理單元54分別結合掃描機構53的第二架體536。實像成像單元52為一凹面鏡。掃描機構53的掃描方式可先以第一軸532為旋轉軸由左至右掃描，然後再以第二軸535為旋轉軸由下至上旋轉一小角度後，再以第一軸532為旋轉軸由右至左掃描，重覆上述反覆由左至右，由上至下的掃描作業。
當光源51射出光線511時，該光線511被實像成像單元(凹面鏡)52反射及折射，而產生一實像501；藉由掃描機構53的掃描(每秒超過24次對虛擬影像50的全畫面進行掃描)，而變更實像501的位置後，配合人體視覺暫留的作用，就人體的視覺而言顯示一浮在空中的虛擬影像50。藉由影像訊號處理單元54控制光源51射出對應於一影像的明、暗不同光線，使浮在空中的虛擬影像50顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕。
如圖3B所示，本發明第二實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置5’，包括一高功率的光源51、一實像成像單元52’、一掃描機構53及一影像訊號處理單元54所組成。本實施例的實像成像單元52’包括一凸透鏡522或具有成像功能的菲涅爾透鏡及一鏡子521所組成。本實施例除了以鏡子521及凸透鏡522或具有成像功能的菲涅爾透鏡的組合，取代第一實施例中的凹面鏡之外，其餘的結構及達成的功效與第一實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置大致相同，不再贅述。
本實施例係使光源51射出的光線511被鏡子521反射至凸透鏡522或具有成像功能的菲涅爾透鏡，然後被凸透鏡522或具有成像功能的菲涅爾透鏡折射，而產生一實像501，藉由掃描機構53的掃描變更實像501的位置，而產生一浮在空中的虛擬影像50。
如圖4所示，本發明第三實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置6，包括一高功率的光源61、一實像成像單元62、一掃描機構63及一影像訊號處理單元64所組成；光源61電氣連接影像訊號處理單元64；掃描機構63設有一掃描鏡631；掃描鏡631的掃描方式可為先以第一軸(X軸)632為旋轉軸由左至右返覆掃描，然後再以第二軸(Y軸)633為旋轉軸由下至上旋轉一小角度後，再重覆上述由左至右，由上至下的掃描作業。實像成像單元62包括一凸透鏡621或一具有成像功能的菲涅爾透鏡及該掃描鏡631的組合。
當光源61射出光線611時，該光線611被實像成像單元62反射及折射，而產生一實像601；藉由掃描機構63的掃描(每秒超過24次對虛擬影像60的全畫面進行掃描)，而變更實像601的位置後，配合人體視覺暫留的作用，就人體的視覺而言顯示一浮在空中的虛擬影像60。
本實施例係使光源61射出的光線611被掃描鏡631反射至凸透鏡621或具有成像功能的菲涅爾透鏡，再被凸透鏡621或具有成像功能的菲涅爾透鏡折射，而產生一實像601，藉由掃描鏡631的掃描變更實像601的位置，而產生一浮在空中的虛擬影像60。藉由影像訊號處理單元64控制光源61射出對應於一影像的明、暗不同的光線，使浮在空中的虛擬影像60顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕。
如圖5A所示，本發明第四實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置7，包括一高功率的光源71、一實像成像單元72、一掃描機構73及一影像訊號處理單元74所組成；光源71電氣連接影像訊號處理單元74；掃描機構73設有一掃描單元731。本實施例的實像成像單元72為一凹面鏡，結合掃描單元731，可隨著掃描單元731如第三實施例中的掃描鏡的掃描方式進行掃描。
當光源71射出光線711時，該光線711被實像成像單元(凹面鏡) 72反射及折射，而產生一實像701；藉由掃描單元731帶動實像成像單元(凹面鏡) 72的掃描(每秒超過24次對虛擬影像70的全畫面進行掃描)，而變更實像701的位置後，配合人體視覺暫留的作用，就人體的視覺而言顯示一浮在空中的虛擬影像70。藉由影像訊號處理單元74控制光源71射出對應於一影像的明、暗不同的光線，使浮在空中的虛擬影像70顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕。
如圖5B所示，本發明第五實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置7’，包括一高功率的光源71、一實像成像單元72’、一掃描機構73’及一影像訊號處理單元74所組成；光源71電氣連接影像訊號處理單元74；掃描機構73’設有一掃描鏡731’。
本實施例的實像成像單元72’包括一凸透鏡721或一具有成像功能的菲涅爾透鏡及該掃描鏡731’的組合。凸透鏡721或具有成像功能的菲涅爾透鏡結合掃描鏡731’結合該掃描鏡731’，可隨著該掃描鏡731’如第三實施例中的掃描鏡的掃描方式進行掃描。
當光源71射出光線711時，該光線711被實像成像單元72’反射及折射，而產生一實像701；藉由掃描機構73’的掃描(每秒超過24次對虛擬影像70的全畫面進行掃描)，而變更實像701的位置後，配合人體視覺暫留的作用，就人體的視覺而言顯示一浮在空中的虛擬影像70。藉由影像訊號處理單元74控制光源71射出對應於一影像的明、暗不同的光線，使浮在空中的虛擬影像70顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕。
本實施例的光源71射出光線711時，該光線711被掃描鏡731’反射，再被凸透鏡721或具有成像功能的菲涅爾透鏡折射，而產生一實像701；藉由掃描鏡731’帶動凸透鏡721或具有成像功能的菲涅爾透鏡掃描，而產生一浮在空中的虛擬影像70。
本發明上述實施例三A、三B、四、五A、五B中的掃描機構可為一般習知的MEMS(微機電系統)掃描機構。本發明上述各實施例中的光源可以是發光二極體(Light-emitting diode,LED)或雷射(Laser)。
本發明浮在空中的虛擬實像顯示裝置，當光源射出光線線時，該光線被實像成像單元反射及折射而產生一對應於光源的實像；藉由掃描機構掃的描變更該實像的位置後，而產生一浮在空中的虛擬影像，如一浮在空中的虛擬螢幕；藉由控制光源射出對應於一影像的明、暗光線，使浮在空中的虛擬影像顯示可變化的虛擬影像，如一浮在空中動態的螢幕，能省略傳統的螢幕而節省費用。
以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。
1、43、51、61、71．．．光源
11．．．虛像
21、22、52、52’、62、72、72’．．．實像成像單元
221、521．．．鏡子
222、522、621、721．．．凸透鏡
31、501、601、701．．．實像
4．．．MEMS掃描機構
40．．．投影面
41．．．微機電系統
42．．．微掃描鏡
5、5’、6、7、7’．．．浮在空中的虛擬實像顯示裝置
50、60、70．．．浮在空中的虛擬影像
511、611、711．．．光線
53、63、73、73’．．．掃描機構
531．．．第一馬達
532、632．．．第一軸
533．．．第一架體
534．．．第二馬達
535、633．．．第二軸
536．．．第二架體
54、64、74．．．影像訊號處理單元
631、731’．．．掃描鏡
731．．．掃描單元
圖1A為已知利用光源及實像成像單元產生一浮在空中的實像的示意圖。
圖1B為另一種已知利用光源及實像成像單元產生一浮在空中的實像的示意圖。
圖2為利用已知的MSM投影機投射一影像的示意圖。
圖3A為本發明第一實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置的示意圖。
圖3B為本發明第二實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置的示意圖。
圖4為本發明第三實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置的示意圖。
圖5A為本發明第四實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置的示意圖。
圖5B為本發明第五實施例的浮在空中的虛擬實像顯示裝置的示意圖。
6．．．浮在空中的虛擬實像顯示裝置
60．．．浮在空中的虛擬影像
601．．．實像
61．．．光源
611．．．光線
62．．．實像成像單元
621．．．凸透鏡
63．．．掃描機構
631．．．掃描鏡
632．．．第一軸
633．．．第二軸
64．．．影像訊號處理單元

Claims (12)

  1. 一種浮在空中的虛擬實像顯示裝置，包括：一實像成像單元；一光源；一掃描機構；其中，當該光源射出光線時，該光線被該實像成像單元反射及折射而產生一對應於該光源的實像；藉由該掃描機構的掃描變更該實像的位置而產生一浮在空中的虛擬影像。
  2. 如申請專利範圍第2項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構設有一第一馬達、一第一軸、一第一架體、一第二馬達、一第二軸及一第二架體；該第一架體分別結合該第一軸及該第二馬達；該第二軸結合該第二架體；當該第一馬達帶動該第一軸旋轉時，使該第一架體以該第一軸為旋轉軸由左至右返覆掃描；當該第二馬達帶動該第二軸旋轉時，使該第二架體以該第二軸為旋轉軸由上至下返覆掃描；該光源、該實像成像單元及該影像訊號處理單元分別結合該第二架體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該實像成像單元為一凹面鏡；該光線被該凹面鏡反射及折射而產生該實像。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該實像成像單元包括一凸透鏡或一具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一及一鏡子；該光線被該鏡子反射至該凸透鏡或該具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一，再被該凸透鏡或該具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一折射而產生該實像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構設有一掃描鏡；該實像成像單元包括一凸透鏡或一具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一及該掃描鏡；該光源射出的光線被該掃描鏡反射至該凸透鏡或該具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一，再被該凸透鏡或該具有折射功能的菲涅爾透鏡其中之一折射而產生一該實像，同時被該掃描鏡掃描而產生該浮在空中的虛擬影像。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構是一微機電系統掃描機構。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構設有一掃描單元；該實像成像單元為一凹面鏡；該凹面鏡結合該掃描單元隨該掃描單元進行掃描；當該光源射出光線時，該光線被該凹面鏡反射及折射而產生該實像；藉由該掃描單元帶動該凹面鏡掃描而產生該浮在空中的虛擬影像。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構是一微機電系統掃描機構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構設有一掃描鏡；該實像成像單元包括一凸透鏡或一具有成像功能的菲涅爾透鏡其中之一及該掃描鏡的組合；該凸透鏡或該具有成像功能的菲涅爾透鏡其中之一結合該掃描鏡隨該掃描鏡進行掃描；當該光源射出光線時，該光線被該掃描鏡反射至該凸透鏡或該具有成像功能的菲涅爾透鏡其中之一，再被該凸透鏡或該具有成像功能的菲涅爾透鏡其中之一折射而產生該實像；藉由該掃描鏡帶動該凸透鏡或該具有成像功能的菲涅爾透鏡其中之一掃描，而產生該浮在空中的虛擬影像。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該掃描機構是一微機電系統掃描機構。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，進一步包括一影像訊號處理單元；該光源電氣連接該影像訊號處理單元；藉由該影像訊號處理單元控制該光源射出對應於一影像的明、暗不同的光線，使該浮在空中的虛擬影像顯示一可變化的虛擬影像。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的浮在空中的虛擬實像顯示裝置，其中該光源是發光二極體或雷射其中之一。
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