本公开提供一种立体光场建立装置，用以于一观察平面建立光场，立体光场建立装置包含多个投影机及背投式显示单元，投影机沿着第一轴向呈线性排列，并朝向第二轴向投影影像光束，第二轴向垂直于第一轴向；背投式显示单元包含水平式菲涅尔透镜及垂直式扩散片，水平式菲涅尔透镜设置靠近投影机。水平式菲涅尔透镜及垂直式扩散片配合使每台投影机投影的影像光束在位于背投式显示单元及观察平面间的虚拟平面上形成至少一交点，并于观察平面上建立至少一光场。本公开中的立体光场建立装置不存在有实体狭缝，因此可以有效地避免因实体狭缝切换时所产生之的低亮度问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种投影装置
，特别涉及一种立体投影显示装置。
技术介绍
人眼感受到立体视觉，主要是由两眼视差(binocular parallax)与移动视差(motion parallax)所造成；经两眼接收到不同影像后，大脑会融合(fuse)两个影像，使形成具有层次景深的立体画面。其中，两眼视差是由于人类的左眼与右眼所在的位置不同，两眼之间的平均距离大约为6至6.5厘米，进而造成两眼在观看物体时的视觉角度略有差别，因此眼睛所接受到的影像也会跟着不同；移动视差则是指当观赏者在移动时观看同一个物体，两眼观看物体的视角会随着观赏者的移动而产生变化，导致眼睛接收到的影像内容也有所改变。立体光场建立技术的发展起源是依据立体视觉原理，利用各种不同的分光技术使两眼分别接收到不同的影像而形成立体的效果。立体光场建立技术大致可分为两类，一为需戴眼镜的「眼镜式立体光场建立技术」，另一则为不需戴眼镜的「裸眼(autostereoscopic)式立体光场建立技术」。眼镜式立体光场建立技术为最早开始发展的立体光场建立技术，至今已趋近成熟，但眼镜式立体光场建立技术是因其必须佩戴眼镜方能实现立体光场的建立，使得便利度下降，也因此多数厂商纷纷投入开发裸眼式立体光场建立装置。一种传统的立体光场建立装置是利用多投影机产生代表特定视角的光场，为了建立趋近于真实的虚拟立体实物，必须设置大量的投影机，故此种立体光场建立装置具有体积庞大、校正及设置不易的缺点。配合参阅图1，为现有的立体光场建立装置的架构图。立体光场建立装置包含投影机10、背投式显示单元12及切换式狭缝14；背投式显示单<br>
元12位于投影机10及切换式狭缝14之间，投影机10投影的影像光束通过背投式显示单元12后，在经由切换式狭缝14切换而投影至多个特定位置，所述特定位置为观赏者可视的观察平面16上的多个观察区域160、162及164。背投式显示单元12包含菲涅尔透镜(Fresnellens)120及扩散片122，在此菲涅尔透镜为轴对称形式的菲涅尔透镜。菲涅尔透镜120设置靠近投影机10。菲涅尔透镜120将投影机10产生的呈发散光束转为平行光束，扩散片122则将平行光束扩散至各角度。切换式狭缝14为液晶狭缝光栅(liquid crystal barrier)，切换式狭缝14接收通过背投式显示单元12的光束，通过调整切换式狭缝14的透光位置，可以改变光场建立的位置；例如当狭缝S01开启时，即显示对应于观察区域164的画面。通过依序开启狭缝S01至狭缝S61，即可建立完整光场。另外，通过适当地控制各个狭缝的大小，可以让投影机10所投影的影像光线只进入观赏者的左眼或右眼。观赏者大脑会融合进入左眼及右眼的影像光线并形成具有层次景深的立体画面。然而，通过背投式显示单元12的光线只会由被开启的狭缝通过，也就是说，切换式狭缝14阻挡了大部分通过背投式显示单元12的光线，致使立体光场建立装置1的光利用率低，且难以大型化。
技术实现思路
鉴于现有技术所述，本专利技术的一目的，在于提供一种立体光场建立装置，立体光场建立装置具有高光利用效率的特点。为达前述目的，本专利技术的一技术方案提供一种立体光场建立装置，立体光场建立装置用以于观察平面建立光场。立体光场建立装置包含多个投影机及背投式显示单元，投影机沿着第一轴向呈线性排列，并朝向第二轴向投影影像光束，第二轴向垂直于第一轴向；背投式显示单元包含水平式菲涅尔透镜及垂直式扩散片，水平式菲涅尔透镜设置靠近投影机，水平式菲涅尔透镜及垂直式扩散片配合使每台投影机投影的影像光束在位于背投式显示单元及观察平面间的虚拟平面形成至少一交点，并对应于观察平
面建立至少一光场。立体光场建立装置还可以包含一维光学聚焦元件，一维光学聚焦元件包含多个次透镜，在本实施方式中，这些次透镜都是朝向第二轴向凸设，并沿着第一轴向排列。次透镜的数量负相关于投影机的数量，次透镜使每台投影机投影的影像光束在观察平面上建立多个次光场。水平式菲涅尔透镜的焦距小于投影机至背投式显示单元的距离，或者水平式菲涅尔透镜的焦距大于等于投影机至背投式显示单元的距离。立体光场建立装置也可以再包含分光棱镜片，设置于水平式菲涅尔透镜及垂直式扩散片之间，分光棱镜片用以建立重复光场，增加视角；分光棱镜片包含多个折光结构，此折光结构包含第一表面，以及邻接于第一表面且对称第一表面设置的第二表面及第三表面，第一表面及第二表面可为平面或曲面。本专利技术的另一技术方案提供一种立体光场建立装置，其用以于一观察平面建立光场，立体光场建立装置包含多个投影机及反射式显示单元，投影机沿着第一轴向排列，并朝向第二轴向投影影像光束，第二轴向垂直于该第一轴向；反射式显示单元包含多个凹面镜及多个像素单元，凹面镜以特定弧度排列并面对投影机，像素单元设置于凹面镜上，凹面镜使投影机投影的影像光束在一位于反射式显示单元及观察平面间的虚拟平面形成多个交点，并于该观察平面上建立光场。像素单元包含第一弧面、第二弧面及第三弧面，第二弧面及第三弧面分别邻接于第一弧面，第一弧面、第二弧面及第三弧面分别面对投影机，用以建立重复光场，增加视角。本专利技术实施方式中所提供的立体光场建立装置不存在有实体狭缝，因此可以有效地避免因实体狭缝切换时所产生之的低亮度问题；也就是说，本专利技术的立体光场建立装置具不但有光利用效率高的特点，且亮度也将依投影机数目等比再倍增。附图说明图1绘示现有的立体投影显示装置的架构图。图2绘示本专利技术第一实施方式的立体光场建立装置的架构图。图3绘示本专利技术第二实施方式的立体光场建立装置的架构图。图4绘示本专利技术图3所示的显示单元的局部放大图。图5绘示本专利技术第三实施方式的立体光场建立装置的架构图。图6绘示本专利技术图5所示的显示单元的局部放大图。图7绘示本专利技术第四实施方式的立体光场建立装置的显示面板的局部放大图。图8绘示分光棱镜片的局部放大图。图9绘示本专利技术第五实施方式的立体光场建立装置的架构图。图10绘示单位像素的上视图。图11绘示单位像素的立体图。图12绘示形成在虚拟平面上的虚拟狭缝的大小位置与投影机的镜头的出瞳大小位置呈现的三角形等比关系。附图标记说明：10、30、40 投影机12、32、32’、32” 背投式显示单元120 菲涅尔透镜122 扩散片14 切换式狭缝16、34、44 观察平面160、162、164、340、342、344、340a、340b、340c 观察区域320、420 水平式菲涅尔透镜322、422 垂直式扩散片324 分光棱镜片3240 折光结构3242 第一表面3244 第二表面3246 第三表面326 一维光学聚焦元件3260 次透镜42 反射式显示单元424 凹面镜4242 单位像素4244 第一弧面4246 第二弧面4248 第三弧面S01、S61 狭缝X 第一轴向Y 第二轴向X 第三轴向具体实施方式请参考随附图示，本专利技术公开内容的以上及额外目的、特征及优点将通过本公开内容的较佳实施例的以下阐释性及非限制性详细描叙予以更好地理解。配合参阅图2，为本专利技术第一实施方式的立体光场建立装置的架构图。立体光场建立装置包含多个投影机30、背投式显示单元32，投影机30沿着第一轴向X呈线性排列，并朝向垂直于第一轴向X的第二轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种立体光场建立装置，用以于一观察平面建立光场，该立体光产建立装置包含：多个投影机，沿着一第一轴向呈线性排列，并朝向一第二轴向投影影像光束，该第二轴向垂直于该第一轴向；以及一背投式显示单元，包含一水平式菲涅尔透镜及一垂直式扩散片，该水平式菲涅尔透镜设置靠近该多个投影机，该背投式显示单元使各该投影机投影的影像光束在一位于该背投式显示单元及该观察平面间的一虚拟平面形成至少一交点，并对应于该观察平面建立至少一光场。
【技术特征摘要】
1.一种立体光场建立装置，用以于一观察平面建立光场，该立体光产建立装置包含：多个投影机，沿着一第一轴向呈线性排列，并朝向一第二轴向投影影像光束，该第二轴向垂直于该第一轴向；以及一背投式显示单元，包含一水平式菲涅尔透镜及一垂直式扩散片，该水平式菲涅尔透镜设置靠近该多个投影机，该背投式显示单元使各该投影机投影的影像光束在一位于该背投式显示单元及该观察平面间的一虚拟平面形成至少一交点，并对应于该观察平面建立至少一光场。2.如权利要求1所述的立体光场建立装置，还包含一一维光学聚焦元件，该一维光学聚焦元件由多个次透镜组成，该多个次透镜沿着该第一轴向排列，该多个次透镜的数量负相关于该多个投影机的数量，各该次透镜使各该投影机投影的影像光束在观察平面上建立多个次光场。3.如权利要求2所述的立体光场建立装置，其中该多个次透镜朝向第二轴向凸设。4.如权利要求2所述的立体光场建立装置，其中该水平式菲涅尔透镜的焦距小于该多个投影机至该背投式显示单元的距离。5.如权利要求2所述的立体光场建立装置，其中该水平式菲涅尔透镜的焦距大于等于该多个投影机至该背投式显示单元的距离。6.如权利要求2所述的立体光场建立装置，还包含一分光棱镜片，设置于该水平式...
【专利技术属性】
技术研发人员：王裕昌，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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