TWI537671B - 環繞光場顯示器及其操作方法 - Google Patents

Description

環繞光場顯示器及其操作方法

本發明是關於一種環繞光場顯示器及其操作方法。

近來有多種環繞光場顯示器(immersive display)，其藉由多台投影機於多個方向投影，結合多個投影影像，創造大範圍的整體影像，使觀賞者可以大幅度的改變視角與位置，並於不同的視角觀察到不同影像。

一般的環繞光場顯示器雖提供廣範圍的影像，但卻不具有立體影像的效果，觀賞者雖然可於多個視角觀察到不同影像，但卻難以擁有身歷其境的效果。

本發明提供一種環繞光場顯示器，其提供立體影像的效果。藉由曲面型的液晶開關，使人眼可以於多個時間看到多個不同的影像，且不同位置對應到的影像也不同，以達成沉浸式且立體的效果。

本發明之一態樣提供一種環繞光場顯示器，包含曲面屏幕、至少二投影機、至少二曲面液晶開關，每一投影 機皆於曲面屏幕上形成投影影像，投影影像之交界互相重疊，曲面液晶開關設置於曲面屏幕之一側，曲面液晶開關分別對應投影影像設置。

於本發明之一或多個實施例中，投影影像之邊緣分別具有較低的光強度，致使重疊後之投影影像之交界之光強度接近投影影像之中心的光強度。

於本發明之一或多個實施例中，投影影像分別具有依時序切換之多個影像單元，曲面液晶開關分別包含依相同時序開啟之多個子單元，使影像單元分別經過開啟之子單元後，分別以多個方向投射至觀賞空間。

於本發明之一或多個實施例中，曲面屏幕之圓心角為180度。

於本發明之一或多個實施例中，每二該些投影機之投射方向之夾角大約為45度到90度。

於本發明之一或多個實施例中，曲面屏幕包含漫反射板，用以均勻地反射光線。

於本發明之一或多個實施例中，曲面屏幕包含至少一菲涅耳透鏡，設置於漫反射板朝向曲面液晶開關之一側。

於本發明之一或多個實施例中，投影機之一設置於菲涅耳透鏡之焦點位置之下方。

於本發明之一或多個實施例中，其中投影機設置於曲面屏幕之同側。

於本發明之一或多個實施例中，曲面液晶開關互相連接。

本發明之另一態樣提供一種環繞光場顯示器的操作方法，包含：提供至少二曲面液晶開關與至少二投影機，投影機分別於曲面屏幕上形成多個投影影像，曲面液晶開關分別對應投影影像設置，其中曲面液晶開關分別包含多個子單元；依時序開啟子單元之一；以及依相同時序切換投影影像之多個影像單元，使於影像單元之一經過子單元之一後，以多個方向投射觀賞空間。

於本發明之一或多個實施例中，曲面液晶開關包含N個子單元，並以至少每秒60×N次的速率切換子單元，投影機亦以相同速率切換影像單元。

於本發明之一或多個實施例中，環繞光場顯示器的操作方法包含：於第一時間開啟第一子單元，並切換第一影像單元，使第一影像單元經過第一子單元投射至多個位置，其中位置之一接收到一部份之第一影像單元，位置之另一接收到另一部份之第一影像單元；以及於第二時間開啟第二子單元，並切換第二影像單元，使第二影像單元經過第二子單元投射至位置，其中位置之一接收到一部份之第二影像單元，位置之另一接收到另一部份之第二影像單元。

100‧‧‧環繞光場顯示器

200‧‧‧曲面屏幕

210‧‧‧漫反射板

220‧‧‧菲涅耳透鏡

300‧‧‧投影機

310‧‧‧投影影像

312‧‧‧交界

314‧‧‧中心

316‧‧‧影像單元

316a‧‧‧第一影像單元

316b‧‧‧第二影像單元

400‧‧‧曲面液晶開關

410‧‧‧子單元

410a‧‧‧第一子單元

410b‧‧‧第二子單元

500‧‧‧觀賞空間

511~518‧‧‧位置

A₁~A₈‧‧‧部份

B₁~B₈‧‧‧部份

V1‧‧‧觀賞者

V2‧‧‧觀賞者

第1圖為本發明之一實施例中的環繞光場顯示器之示意圖。

第2圖為本發明之另一實施例中的環繞光場顯示器之示意圖。

第3圖為第1圖之環繞光場顯示器之曲面液晶開關之側視圖。

第4圖為第1圖之環繞光場顯示器之曲面液晶開關之立體示意圖。

第5A圖至第5B圖為本發明之再一實施例之環繞光場顯示器之操作示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式為之。

參照第1圖，第1圖為本發明之一實施例中的環繞光場顯示器100之示意圖。環繞光場顯示器100包含曲面屏幕200、至少二投影機300、至少二曲面液晶開關400，每一投影機300皆於曲面屏幕200上形成投影影像310，曲面液晶開關400設置於曲面屏幕200朝向觀賞空間500之一側，曲面液晶開關400分別對應投影影像310設置。

投影影像310包含交界312與中心314，投影影像310之交界312互相重疊，於本發明之一或多個實施例中， 投影影像310之邊緣具有較低的光強度，致使重疊後之投影影像310之交界312之光強度接近投影影像310之中心314的光強度。

舉例而言，投影影像310之邊緣的光強度為中心314之光強度的一半，則重疊後之交界312之光強度等於中心314之光強度，因此，使用者可於曲面屏幕200上觀察到亮度均勻的影像。於此，為了使投影影像310可互相重疊，設計上需考量投影機300的數量與投射方向之配置，於本實施例中，每二投影機300之投射方向之夾角大約為45度到90度。在此範圍內，投影影像之邊緣可有較佳的重疊，使曲面屏幕200上的投影影像310之交界312與中心314可呈現較佳的視覺效果。

配置上，曲面屏幕200之圓心理想上設置於觀賞空間500，於第1圖中繪示曲面屏幕200之圓心角為360度，此配置是用以提供使用者沉浸於立體影像的效果，但本發明不以此為限。

參考第2圖，第2圖為本發明之另一實施例中的環繞光場顯示器100之示意圖，於本發明之一或多個實施例中，曲面屏幕200之圓心角可為180度，即曲面屏幕200為呈現半圓狀的屏幕，此配置亦可提供使用者沉浸於立體影像的效果。

再回到第1圖，曲面屏幕200包含漫反射板210(Diffuser)與至少一菲涅耳透鏡220(Fresnel Lens Sheet)，菲涅耳透鏡220設置於漫反射板210朝向曲面液晶開關400 之一側，漫反射板210用以接收來自投影機300的光線，並均勻地反射光線至觀賞空間500，而菲涅耳透鏡220用以改善光線分佈，使光線較佳地輸出至觀賞空間500。

參照第3圖，第3圖為第1圖之環繞光場顯示器100之側視圖。菲涅耳透鏡220具有一光軸O，在此光軸O指菲涅耳透鏡220之焦點至菲涅耳透鏡220之最短距離之連線，投影機300之位置設計為位於菲涅耳透鏡220之光軸O之下，理想上，投影機300設置於菲涅耳透鏡220之焦點位置之下方。如此一來，投影機300不會阻礙觀賞空間500的視線，菲涅耳透鏡220又能較佳地影響光線方向。

同時參照第1圖與第3圖，設計上，曲面液晶開關400與投影機300的垂直高度不同，於第1圖中將曲面液晶開關400與投影機300繪示為相鄰，但事實上，如第3圖所示，曲面液晶開關400大致位於投影機300之上方。

於此，雖然於第1圖中曲面液晶開關400大致位於投影機300之上方，但實際操作上，不應以此限制本發明之範圍，投影機300可位於曲面液晶開關400與曲面屏幕200之間，或者曲面液晶開關400可位於投影機300與曲面屏幕200之間。

於本發明之一或多個實施例中，其中投影機300與曲面液晶開關400設置於曲面屏幕200之同側，即投影方式為前投，此種設置方式重疊了曲面屏幕200至曲面液晶開關400之距離與曲面屏幕200至投影機300之距離，可減少環繞光場顯示器100整體所占之空間。

再回到第1圖，於本發明之一或多個實施例中，曲面液晶開關400為一對一設置對應於投影影像310，但事實上，曲面液晶開關400可設置為互相連接，而形成單一個總液晶開關，此單一個總液晶開關可包含有多個曲面液晶開關400對應投影影像310設置。換句話說，可以將多個曲面液晶開關400製作在一起，而不影響其本身功能。

同時參照第1圖與第4圖，第4圖為第1圖之環繞光場顯示器100之曲面液晶開關400之立體示意圖。曲面液晶開關400分別包含多個子單元410。每一子單元410為液晶盒開關，可透過控制光線的偏振態，適當搭配入射光的偏振態，可使子單元410的穿透率改變，即控制經過子單元410之光線穿透或不穿透。於此，這些子單元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。

再回到第1圖，於本發明之一或多個實施例中，投影影像310分別具有依時序切換之多個影像單元(圖中未繪示)，曲面液晶開關400亦依相同時序開啟子單元410，使影像單元分別經過開啟之子單元410後，影像單元之多個部份分別以多個方向投射至觀賞空間500。

同時參照第1圖、第5A圖至第5B圖，第5A圖至第5B圖為本發明之再一實施例之環繞光場顯示器100之操作示意圖。本發明之再一實施例提供一種環繞光場顯示器100的操作方法，包含先提供如前述第1圖之環繞光場顯示器100，環繞光場顯示器100包含曲面屏幕200、曲面液晶 開關400與投影機300。於此，為方便說明起見，第5A圖至第5B圖中並未繪示投影機300，且亦未繪示投影機300所輸出的光線方向。第5A圖至第5B圖分別直接繪示投影機輸出於曲面屏幕200上之第一影像單元316a與第二影像單元316b以及第一影像單元316a與第二影像單元316b於曲面屏幕200反射後的光線方向，其中第一影像單元316a與第二影像單元316b為第1圖中投影影像310的時序變化單元。

詳細而言，曲面液晶開關400分別包含第一子單元410a與第二子單元410b，投影影像包含依時序呈現的第一影像單元316a與第二影像單元316b。於操作環繞光場顯示器100時，依時序開啟第一子單元410a與第二子單元410b之一，以及依相同時序切換第一影像單元316a與第二影像單元316b之一，如此一來，第一影像單元316a與第二影像單元316b之一經過第一子單元410a與第二子單元410b之一後，可以多個方向投射至觀賞空間500。

詳細而言，於本發明之一或多個實施例中，環繞光場顯示器100的操作方法包含於第一時間開啟第一子單元410a，並切換第一影像單元316a，再於第二時間開啟第二子單元410b，並切換第二影像單元316b。在此以空白部份表示開啟，例如第5A圖之第一子單元410a與第5B圖之第二子單元410b，並以斜線填滿部份表示關閉，例如第5A圖之第一子單元410a與第5B圖之第二子單元410b。

於此，第一影像單元316a、第二影像單元316b等 等分別受到曲面液晶開關400的第一子單元410a、第二子單元410b等等的分割而包含多個部份A₁~A_i、B₁~B_i，i為大於1的正整數。在此僅以i=8來表示，即第一影像單元316a、第二影像單元316b分別包含多個部份A₁~A₈、B₁~B₈，事實上，i的數值取決於人眼的寬度、曲面屏幕200至觀賞者的距離等等，因此不應用以此限制本發明。

參照第5A圖，於第一時間開啟第一子單元410a，並切換為第一影像單元316a，可以使第一影像單元316a經過第一子單元410a投射至觀賞空間500之多個位置511~518，其中位置511~518分別接受到部份A₁~A₈。舉例而言，512接收到第一影像單元316a之部份A₇，另一位置514接收到第一影像單元316a之另一部份A₅。

參照第5B圖，於第二時間開啟第二子單元410b，並切換第二影像單元316b，使第二影像單元316b經過第二子單元410b投射至位置511~518，其中位置511~518分別接受到部份B₁~B₈。舉例而言，位置512接收到第二影像單元316b之部份B₇，另一位置514接收到第二影像單元316b之另一部份B₅。

如此一來，當觀賞者V1的左右眼分別對應於位置512與位置513，而兩眼於第一時間會接受到不同的影像，即部份A₆、A₇，兩眼於第二時間會接受到不同的影像，即部份B₆、B₇。於此，經過第一時間與第二時間後，由於大腦視覺暫留的緣故，位置513的觀賞者V1之右眼，先後接收到部份A₆、B₆，而使觀賞者V1之右眼產生由部份A₆、 B₆組成之連續的影像，位置512的觀賞者V1之左眼，先後接收到部份A₇、B₇，而使觀賞者V1之左眼產生由部份A₇、B₇組成之另一連續的影像，如此一來，使觀賞者V1得到動態的立體視覺效果。

另一方面，另一觀賞者V2的左右眼分別對應於位置515與位置516，兩眼於第一時間亦會接受到不同的影像，即A₃、A₄，兩眼於第二時間會接受到不同的影像，即B₃、B₄。同樣的道理，經過第一時間與第二時間後，由於大腦視覺暫留的緣故，使位置516的觀賞者V2之右眼產生由部份A₃、B₃組成之連續的影像，而使位置515的觀賞者V2之左眼產生由部份A₄、B₄組成之另一連續的影像，如此一來，觀賞者V2亦得到動態的立體視覺效果。

於此，由於位置512與位置513、位置515與位置516並非接收到相同的影像，因此兩個觀賞者V1、V2觀察到的立體影像並不同。因此，可以針對觀賞者的位置，設計立體影像，以得到更真實的立體效果。

換句話說，透過時序性地切換第一子單元410a、第二子單元410b之開關，以及第一影像單元316a、第二影像單元316b，可於不同的時間點與不同的位置511~518得到不同的部份A₁~A₈、B₁~B₈，因此，觀賞者V1、V2除了可以觀察到立體影像外，亦可於不同的位置觀察到不同的立體影像。

於本發明之一或多個實施例中，曲面液晶開關400包含N個子單元，例如第一子單元410a、第二子單元410b， 理想上，曲面液晶開關400以至少每秒60×N次的速率切換子單元，即關閉原本開啟之子單元，並開啟另一子單元，而投影機300亦以相同速率切換影像單元，例如第一影像單元316a、第二影像單元316b。

本實施例中，雖然於某一時間僅開啟一個子單元，但不應以限制本發明之範圍，亦可以適當地分配子單元成多個群組，使每一群組於某一時間僅開啟一個子單元。換句話說，曲面液晶開關可於某一時間具有多個開啟的子單元。若每一群組包含M個子單元，理想上應以至少每秒60×M次的速率切換子單元，投影機亦以相同速率切換投影影像。此種配置方式應可提高觀察到的立體影像亮度，但亦減縮了光線方向可區分的程度，應會造成視覺上立體程度的降低。

以上，本發明提供一種環繞光場顯示器，其提供立體影像的效果。藉由曲面型的液晶開關，使人眼可以於多個時間看到多個不同的影像，且不同位置對應到的影像也不同，以達成環繞光場顯示且立體顯示的效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧環繞光場顯示器

200‧‧‧曲面屏幕

210‧‧‧漫反射板

220‧‧‧菲涅耳透鏡

300‧‧‧投影機

310‧‧‧投影影像

312‧‧‧交界

314‧‧‧中心

400‧‧‧曲面液晶開關

410‧‧‧子單元

500‧‧‧觀賞空間

Claims (11)

1. 一種環繞光場顯示器，包含：一曲面屏幕，包含：一漫反射板，用以均勻地反射光線；以及一菲涅耳透鏡；至少二投影機，每一該些投影機皆於該曲面屏幕上形成一投影影像，該些投影影像之交界處進行邊緣混合；以及至少二曲面液晶開關，設置於該曲面屏幕之一側，該些曲面液晶開關分別對應該些投影影像設置，其中該菲涅耳透鏡設置於該漫反射板朝向該些曲面液晶開關之一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該些投影影像之邊緣分別具有較低的光強度，致使重疊後之該些投影影像之交界之光強度接近該些投影影像之中心的光強度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該些投影影像分別具有依時序切換之複數個影像單元，該些曲面液晶開關分別包含依相同時序開啟之複數個子單元，使該些影像單元分別經過該些開啟之子單元後，分別以複數個方向投射至一觀賞空間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該曲面屏幕之圓心角為180度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中每二該些投影機之投射方向之夾角大約為45度到90度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該些投影機之一設置於該菲涅耳透鏡之一焦點位置之下方。
7. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該些投影機設置於該曲面屏幕之同側。
8. 如申請專利範圍第1項所述之環繞光場顯示器，其中該些曲面液晶開關互相連接。
9. 一種環繞光場顯示器的操作方法，包含：提供至少二曲面液晶開關與至少二投影機，該些投影機分別於一曲面屏幕上形成複數個投影影像，該些曲面液晶開關分別對應該些投影影像設置，其中該些曲面液晶開關分別包含複數個子單元；依時序開啟該些子單元之一；以及依相同時序切換該些投影影像之複數個影像單元，使於該些影像單元之一經過該些子單元之一後，以複數個方 向投射一觀賞空間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之環繞光場顯示器的操作方法，其中該些曲面液晶開關包含N個子單元，並以至少每秒60×N次的速率切換該些子單元，該投影機亦以相同速率切換該些影像單元。
11. 如申請專利範圍第9項所述之環繞光場顯示器的操作方法，其中包含：於一第一時間開啟一第一子單元，並切換一第一影像單元，使該第一影像單元經過該第一子單元投射至複數個位置，其中該些位置之一接收到一部份之該第一影像單元，該些位置之另一接收到另一部份之該第一影像單元；以及於一第二時間開啟一第二子單元，並切換一第二影像單元，使該第二影像單元經過該第二子單元投射至該些位置，其中該些位置之一接收到一部份之該第二影像單元，該些位置之另一接收到另一部份之該第二影像單元。