立体显示系统及其影像显示方法

专利名称：立体显示系统及其影像显示方法
技术领域：
本发明涉及一种显示系统及其影像显示方法，特别是一种立体显示系统及其影像显示方法。
背景技术：
目前制作3D显示器最常见的方法是使用一平面显示器面板，配合光学元件柱状透镜阵列板(Lenticular plate)或视差屏障板(Parallax Barrier),并根据光学元件的设计，将平面显示器面板上的不同像素导引往不同的方向，然后在空间中会会聚成一特定的区域，称为“视域(view-zone) ”。像素会依据可以导引到相同方向而分成若干群组，群组数就是视域数。观赏者的左右眼只要位于相邻的视域上，便可感受到立体感，此种方式便称为视差式立体显示器(Parallax type 3D Display)。上述方式的视 差式立体显示器以视域为设计依据，再将不同视角的投影影像会聚在相对应的视域点上，让双眼造成视差而产生立体感。此种设计方式在设计视点(designedview points)上有最佳的观赏效果，然而在所设计的视点之外，立体视觉效果则快速变差。如果当所设计的视域数较少时，快速且剧烈的起伏，往往会使得移动视差有较强烈的跳动感(flipping)。除此之外，物体空间位置也会随着观赏者的位置而变化，此种特性容易造成观赏时不舒适和不自然的感觉。为了克服如上述视差式立体显示器的不连续感，物点式立体显示器(integralimaging, II)采取不一样的显示原理。不同于会聚光的光学设计，其让同一群组的像素影像会会聚于荧幕另一侧产生视域，物点式立体显示器采用平行光的光学设计概念。光学元件水平方向的每个单元间距为像素大小水平方向的整数倍，让荧幕影像像素透过多个微柱面透镜射出光线(ray)的交会点来显示物点(object point)。同一群组的每个像素影像皆平行发射于荧幕前方。由于每条光线皆为平行且彼此之间具有重叠性(overlap)，立体视觉效果会较为稳定，可以避免观赏者在不同观赏位置时影像品质大幅波动或物体随着观赏者位置产生移动甚至扭曲的现象。因此，物点式立体显示器的移动视差也显得平滑了许多。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以避免在不同观赏位置时影像品质大幅波动或物体随着观赏位置产生移动甚至扭曲的现象以体验到较接近真实世界的立体视觉感受的立体显示系统及其影像显示方法。为了实现上述目的，本发明提供了一种立体显示系统，其中，包括:—显示装置，提供多个发散式投影影像，该显示装置包括:多个立体显示单元群,各该立体显示单元群包括至少一立体显示单元，各该立体显示单元包括多个像素群，在各该立体显示单元中，该像素群对应部分该发散式投影影像，提供多个影像光束，其中不同的该立体显示单元对应不同的部分该发散式投影影像；以及一影像导引板，配置于该影像光束的传递路径上，该影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构，以将该影像光束分别导引至多个方向。上述的立体显示系统，其中，不同的该立体显示单元所对应的部分该发散式投影影像包括该发散式投影影像其中的一特定发散式投影影像。上述的立体显示系统,其中，各该立体显示单元群包括多个立体显示单元，各该立体显示单元包括M个像素群，第i个立体显示单元群中的该特定发散式投影影像N由各该立体显示单元的第j个像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j为自然数，j小于或等于M。。上述的立体显示系统，其中，该影像导引板的各该光学结构包括一弧线，在各该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束通过该像素群所在的该立体显示单元所对应的该弧线的圆心。上述的立体显示系统，其中，在该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该影像光束的与行进方向相反的延伸线会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧。上述的立体显示系统，其中，在该立体显示单元中，对应相同的该发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束的与行进方向相反的延伸线会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧，并形成一发散点。上述的立体显示系统，其中，对应不同的该发散式投影影像的该发散点分布在该显示装置相异于该影像导引板的该侧的一直线或一曲线上。上述的立体显示系统,其中，各该立体显示单元包括N个像素群,在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后彼此平行，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显示系统，其中，该立体显示单元的一宽度等于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统,其中，各该立体显示单元包括N个像素群,在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后向不同的方向发散，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显不系统,其中，该立体显不单兀的一宽度大于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统,其中，各该立体显示单元包括N个像素群,在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后会聚于一区域，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显示系统，其中，该立体显示单元的一宽度小于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统，其中，该影像导引板为一柱面透镜阵列板，各该光学结构为一柱面透镜，各该柱面透镜沿着一第一方向延伸，且该柱面透镜沿着一第二方向排列。上述的立体显示系统，其中，该影像导引板为一光栅片，各该光学结构为一狭缝，各该狭缝沿着一第一方向延伸，且该狭缝沿着一第二方向排列。上述的立体显示系统，其中，该影像导引板为一为透镜阵列板，各该光学结构为一透镜，且该透镜排列成二维阵列。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种立体显示系统的影像显示方法，其中，包括:
提供一立体显示系统，其中该立体显示系统包括一显示装置以及一影像导引板，该显示装置提供多个发散式投影影像，并包括多个立体显示单元群，各该立体显示单元群包括至少一立体显示单元，各该立体显示单元包括多个像素群；设定该立体显示单元的该像素群提供对应部分该发散式投影影像的多个影像光束，其中不同的该立体显示单元对应不同的部分该发散式投影影像；以及利用该影像导引板，将该影像光束分别导引至多个方向，其中该影像导引板配置于该影像光束的传递路径上，该影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，不同的该立体显示单元所对应的部分该发散式投影影像包括该发散式投影影像其中的一特定发散式投影影像。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，各该立体显示单元群包括多个立体显示单元，各该立体显示单元包括M个像素群,第i个立体显示单元群中的该特定发散式投影影像N由各该立体显示单元的第j个像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j为自然数，j小于或等于M。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该影像导引板的各该光学结构为一弧线，在各该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束通过该像素群所在的该立体显示单元所对应的该弧线的圆心。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，在该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该影像光束会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧。上述的立体显示系统的影像显示方法,其中，在该立体显示单元中，对应相同的该发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧，并形成一发散点。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，对应不同的该发散式投影影像的该发散点分布在该显示装置相异于该影像导引板的该侧的一直线或一曲线上。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后彼此平行，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该立体显示单元的一宽度等于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后向不同的方向发散，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该立体显示单元的一宽度大于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后会聚于一区域，其中M、k为自然数，M大于或等于k。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该立体显示单元的一宽度小于该光学结构的该单一周期。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该影像导引板为一柱面透镜阵列板，各该光学结构为一柱面透镜，各该柱面透镜沿着一第一方向延伸，且该柱面透镜沿着一第二方向排列。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该影像导引板为一光栅片，各该光学结构为一狭缝，各该狭缝沿着一第一方向延伸，且该狭缝沿着一第二方向排列。上述的立体显示系统的影像显示方法，其中，该影像导引板为一为透镜阵列板，各该光学结构为一透镜，且该透镜排列成二维阵列。本发明的立体显示系统，包括一显示装置以及一影像导引板。显示装置提供多个发散式投影影像(diverge image)。显示装置包括多个立体显示单元群。各立体显示单元群包括至少一立体显示单元。各立体显示单元包括多个像素群(pixel group)。在各立体显示单元中，像素群对应部分发散式投影影像，提供多个影像光束。不同的立体显示单元对应不同的部分发散式投影影像。影像导引板配置于影像光束的传递路径上。影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构，以将影像光束分别导引至多个方向。本发明的立体显示系统的影像显示方法，其包括如下步骤。提供一立体显示系统。立体显示系统包括一显示装置以及一影像导引板。显示装置提供多个发散式投影影像，并包括多个立体显示单元。各立体显示单元包括多个像素群。设定立体显示单元的像素群提供对应部分发散式投影影像的多个影像光束。不同的立体显示单元对应不同的部分发散式投影影像。利用影像导引板将影像光束分别导引至多个方向。影像导引板配置于影像光束的传递路径上。影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构。本发明的技术效果在于:本发明的立体显示单元各自提供相同数目的发散式投影影像，但却提供具有不同视差影像编号的发散式投影影像。相较于现有技术，观赏者的单眼不同位置所视影像的矩形数都会较多，而且矩形的宽度都会变窄，因此单一影像点被更新的频率便会提高，以增加移动视差的平滑度。并且，本发明的立体显示系统不需要改变任何的现有光学显示元件的参数，只需要有其相对应的发散式投影影像，就可以提供更接近自然的立体视觉。此外，本发明的立体显示系统可以是基于平行光、发散光或会聚光的光学架构进行设计。本发明的影像显示方法适用在基于任一光学显示原理设计的立体显示系统。无论是会聚光的光学架构或者平行光的光学架构，影像显示方法都可通过提供多个发散式投影影像，让观赏者单眼所观看到的影像包括宽度更窄且更多组的矩形(band)。因此，当观赏者左右移动时，其所观看的影像中的单一点被矩形替换的机率便会提高，移动视差(Motion Parallax)会更连续地变化，因此观赏者便会体验到较接近真实世界的立体视觉感受。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。


图1为本发明一实施例的立体显示系统的示意图；图2为图1的立体显示系统的局部示意图；图3A为图1的立体显示单元中各像素群的示意图；图3B为图3A的第2个立体显示单元群包括多个立体显示单元112b的示意图；图4为图1的立体显示系统的局部示意图；图5为图1的立体显示系统的局部示意图6为本发明另一实施例的立体显示系统的局部示意图；图7为本发明另一实施例的立体显示系统的局部示意图；图8为图1的影像导引板的正视图；图9为本发明另一实施例的影像导引板的正视图；图1OA为本发明另一实施例的影像导引板的正视图；图1OB为本发明另一实施例的影像导引板的正视图；图11为本发明另一实施例的立体显示系统的示意图；图12为本发明一实施例的立体显示系统的影像显示方法的步骤流程图；图13为本发明一实施例的发散式投影影像的拍摄方式示意图；图14为本发明另一实施例的发散式投影影像的拍摄方式示意图；图15为本发明一实施例的发散式投影影像的示意图。其中，附图标记100、600、700、1100 立体显示系统110、1110 显示装置112a、112b、112b_l、112b_2、112b_3、112b_4、112b_5、112c、112d、112e、1112a、1112b、1112c、1112d、1112e 立体显示单元113、113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5 像素群114显示装置上的影像点114’观赏者影像上的对应点1130影像显示控制器120、620、720、920、1020、1020，、1120 影像导引板122、622、722、922、1022、1022’ 光学结构200 直线210_4、210_5、210_6、P1、P2 发散点310、410 透镜阵列312b立体显示单元群320、420影像感测器I 9视差影像编号a、b、c、d、e、f观赏者的位置g各感测区块与其对应的透镜的间的距离Al立体显示单元的宽度A2、A3、A4光学结构的周期BI B9影像光束Dl第一方向D2第二方向W。、W1矩形的宽度Rl光学结构的透光区R2光学结构的遮光区S1200、S1210、S1220影像显示方法的步骤
Y 远物J 近物Yl远物的像Jl近物的像C呈现面
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:本发明的实施例所公开的影像显示方法适用在基于任一光学显示原理设计的立体显示系统。无论是会聚光的光学架构或者平行光的光学架构，影像显示方法都可通过提供多个发散式投影影像，让观赏者单眼所观看到的影像包括宽度更窄且更多组的矩形(band)。因此，当观赏者左右移动时，其所观看的影像中的单一点被矩形替换的机率便会提高，移动视差(Motion Parallax)会更连续地变化，因此观赏者便会体验到较接近真实世界的立体视觉感受。为更清楚地了解本发明，以下将配合图式，以至少一范例实施例来作详细说明。图1为本发明一实施例的立体显示系统的示意图。请参考图1，本实施例的立体显示系统100包括一显示装置110以及一影像导引板120。显示装置110包括多个立体显示单元群。在本实施例中，各立体显示单元群分别包括一立体显示单元112a至112e。但本发明并不限于此，每个立体显示单元群可由单个或多个立体显示单元来组成，其数量取决于所设计的影像光束的数目。在本实施例中，立体显示单元112a至112e分别用以提供多个发散式投影影像I 9的影像光束BI B9。影像导引板120配置于影像光束BI B9的传递路径上，用以将影像光束BI B9分别导引至多个不同的方向。在本实施例中，不同立体显示单元的像素群提供不同的发散式投影影像。在此，为了方便说明起见，每一发散式投影影像所对应的影像光束均被标以一视差影像编号(Parallax image number)。视差影像编号I 9代表影像光束所对应的发散式投影影像是由不同角度来观察同一物体所得到的影像。在本发明的实施例中，显示装置110所提供的发散式投影影像的数目仅用以例示说明，本发明并不限于此。具体而言，立体显示单元112a提供对应发散式投影影像I 5的影像光束BI B5 ;立体显示单元112b提供对应发散式投影影像2 6的影像光束B2 B6 ;立体显示单元112c提供对应发散式投影影像3 7的影像光束B3 B7 ;立体显示单元112d提供对应发散式投影影像4 8的影像光束B4 B8 ;立体显示单元112e提供对应发散式投影影像5 9的影像光束B5 B9。在图1中，为了图式简洁起见，仅为立体显示单元112a所提供的影像光束BI B5，以及立体显示单元112e所提供的影像光束B5 B9。通过上述影像显示方法，观赏者的单眼在不同位置所观看到的影像至少包括部分或全部的该等发散式投影影像，以形成一立体视觉影像。举例而言，观赏者的单眼在位置a所观看到的影像包括9个矩形，其分别对应视差影像编号I 9的发散式投影影像。观赏者的单眼在位置c、e所观看到的影像包括8个矩形，分别是对应视差影像编号2 9、1 8的发散式投影影像。观赏者的单眼在位置b、d、f所观看到的影像包括7个矩形，分别是对应视差影像编号3 9、2 8、I 7的发散式投
影影像。在本实施例中，相较于位置a宽度为Wtl的矩形5,位置d的矩形5的宽度为W1,且W1大于％。相较于位置d宽度相等的矩形2 8，位置c的矩形3 8，其各自的宽度实质上约等于1 ;而位置c的矩形2、9，其宽度均小于W1，或可各自约为宽度W1的一半。另外，相较于位置d的矩形2 8，位置b的矩形3 9，其各自的宽度实质上约等于Wp类似地，位置e、f的矩形的分布态样当可依上述规则类推，在此不再赘述。另一方面，就显示装置110上的单一影像点114而言，其于观赏者影像上的对应点114’由位置b至f依序位于矩形6、
5、4。因此，在本实施例中，立体显示单元112a至112e各自提供相同数目的发散式投影影像，但却提供具有不同视差影像编号的发散式投影影像。相较于现有技术，观赏者的单眼在位置a至f所视影像的矩形数都会较多，而且矩形的宽度都会变窄，因此单一影像点被更新的频率便会提高。也就是说，本实施例的立体显示系统使用发散式投影影像可增加移动视差的平滑度。并且，本实施例的立体显示系统不需要改变任何的现有光学显示元件的参数，只需要有其相对应的发散式投影影像，就可以提供更接近自然的立体视觉。进一步而言，图2为图1的立体显示系统的局部示意图。图3A为图1的立体显示单元中各像素群的示意图。请参考图2及图3A，本实施例的各立体显示单元112a至112e包括多个像素群113。在各立体显示单元中，像素群分别对应不同的部分发散式投影影像，以提供多个影像光束。影像导引板120配置于影像光束的传递路径上，并包括多个以单一周期排列的光学结构122，以将影像光束分别导引至多个不同方向。具体而言，以立体显示单元112a为例，其包括5个像素群113，分别用以提供影像光束BI B5。在图3A中，各像素群所标示的视差影像编号代表其所提供的影像光束所对应的发散式投影影像。标号113a_5代表立体显示单元112a的像素群113a_5提供对应发散式投影影像5的影像光束B5。其它立体显示单元112b至112e的可由上述规则类推。在此，立体显示单元112a至112e各自包括相同数目的5个像素群，但本发明并不限于此。在本实施例中，立体显示单元112a的像素群依序提供对应发散式投影影像I 5的影像光束BI B5 ;立体显示单元112b的像素群依序提供对应发散式投影影像2 6的影像光束B2 B6 ;立体显示单元112c的像素群依序提供对应发散式投影影像3 7的影像光束B3 B7 ;立体显示单元112d的像素群依序提供对应发散式投影影像4 8的影像光束B4 B8 ;立体显示单元112e的像素群依序提供对应发散式投影影像5 9的影像光束B5 B9。换句话说，本实施例的立体显示单元112a至112e各自提供相同数目的发散式投影影像，但却提供具有不同视差影像编号的发散式投影影像。此外，由图3A可知，在本实施例中，各立体显示单元112a至112e均包括提供对应发散式投影影像5的影像光束B5的像素群，即像素群113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5。在第I个立体显示单元112a中，发散式投影影像5的影像光束B5由第5个像素群113a_5来提供；在第2个立体显示单元112b中，发散式投影影像5的影像光束B5由第4个像素群113b_5来提供，以此类推。也就是说，本实施例的不同的立体显示单元所对应的部分发散式投影影像包括发散式投影影像其中之一特定的发散式投影影像。在此，本实施例的特定的发散式投影影像以发散式投影影像5为例说明，本发明并不限于此。
在本实施例中，每个立体显示单元群可由单个或多个的立体显示单元所组成，第i个立体显示单元群中的特定发散式投影影像n由每个立体显示单元第j个像素群所提供。在此，像素群以m个为例,且1、j、m、n为自然数，j ( m,并符合i+j = n+l。而本实施例为了方便说明，每个立体显示单元群仅包含I个立体显示单元。举例而言，图3B为图3A的第2个立体显示单元群包括多个立体显示单元112b的示意图。在本实施例中，立体显示单元群312b包括多个立体显示单元112b_l至112b_5。每个立体显示单元包含5个像素群(即M = 5),且第2个立体显示单元群(i = 2)里的每个立体显示单元的第4个像素群(j = 4)是提供特定发散式投影影像5 (N = 5)，则1、j、N符合i+j = N+l。类似地，在另一实施例中，若每个立体显示单元包含8个像素群即M = 8,且第3个立体显示单元群(i = 3)里的每个立体显示单元的第4个像素群(j =4)是特定发散式投影影像6 (N = 6)，则1、j、N也符合 i+j =N+1。另一方面，在本实施例中，像素群113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5所提供的影像光束B5，在经过各自所在的立体显示单元所对应的周期性排列的光学结构导引之后，各影像光束B5的与行进方向相反的延伸线会聚在显示装置100相异于影像导引板120的一侧，如图2所示。详细而言，本实施例的影像导引板120例如为一柱面透镜阵列板，各光学结构122为一柱面透镜。因此，由图2所示的视角来看，各光学结构122横截面包括一弧线，且各弧线具有一对应的圆心C。被各光学结构122所导引的影像光束B5均通过各自对应的弧线的圆心C。并且，各影像光束B5的与行进方向相反的延伸线会聚在显示装置100相异于影像导引板120的一侧的一发散点210_5上。从另一观点来看，图4为图1的立体显示系统的局部示意图。请参考图2至图4，在本实施例中，除了各影像光束B5的延伸线会会聚在发散点210_5之外，在立体显示单元112a至112e中，对应相同的发散式投影影像的像素群组，其所提供的影像光束的与行进方向相反的延伸线亦会会聚在显示装置110相异于影像导引板120的一侧，并形成一发散点。具体而言，在立体显示单元112a至112e中，对应相同的发散式投影影像6的像素群组，亦即在图3A中像素群上被标示视差影像编号为6，其所提供的影像光束B6的与行进方向相反的延伸线会聚在显示装置110相异于影像导引板120的一侧，并形成一发散点210_6。类似地，对应相同的发散式投影影像4的像素群组，亦即在图3A中像素群上被标示视差影像编号为4，其所提供的影像光束B4的与行进方向相反的延伸线会聚在显示装置110相异于影像导引板120的一侧，并形成一发散点210_4。搭配图2来看，发散点210_4、210_5、210_6分布在显示装置110相异于影像导引板120的一侧的直线200上。至于对应发散式投影影像2、3、7、8的发散点也分布在直线200上(图未示)。为了图式简洁起见，图2及图4仅绘示影像光束B4 B6会聚形成的发散点210_4、210_5、210_6。其他影像光束B2、B3、B7、B8会聚形成的发散点当可由上述光学原理绘示而成。在本实施例中，影像光束B2 B8会聚形成的发散点分布在一直线上，但本发明并不限于此。在其他实施例中，影像光束B2 B8会聚形成的发散点也可以分布在一曲线上。另一方面，本实施例的立体显示系统100基于平行光的光学架构进行设计。在各立体显示单元112a至112e中的第k个像素群所提供的影像光束在射出影像导引板120后实质上彼此平行，其中k为小于或等于5的自然数。具体而言，图5为图1的立体显示系统的局部示意图。请参考图3A及图5，在本实施例中，以各立体显示单元112a至112e中的第4个像素群为例，其分别提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通过各自对应的弧线122的圆心C之后实质上彼此平行，如图5所示。为了达成平行光的光学设计架构，本实施例的立体显示系统100其中一个立体显示单元的宽度Al实质上等于影像导引板120的光学结构(即弧线)的周期A2。然而，本实施例的立体显示系统并不限于平行光的光学架构，在其他实施例中，立体显示系统也可以是基于发散光或会聚光的光学架构进行设计。图6为本发明另一实施例的立体显示系统的局部示意图。请参考图6,在本实施例中，以各立体显示单元112a至112e中的第4个像素群为例，其分别提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通过各自对应的弧线622的圆心C之后向不同的方向发散，如图6所示。为了达成发散光的光学设计架构，本实施例的立体显示系统600其中一个立体显示单元的宽度Al实质上大于影像导引板620的光学结构622 (即弧线)的周期A3。图7为本发明另一实施例的立体显示系统的局部示意图。请参考图7，在本实施例中，以各立体显示单元112a至112e中的第4个像素群为例，其分别提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通过各自对应的弧线722的圆心C之后会聚于空间上的一区域，例如会聚于空间上的一点，如图7所示。为了达成会聚光的光学设计架构，本实施例的立体显示系统700其中一个立体显示单元的宽度Al小于影像导引板720的光学结构722 (即弧线)的周期A4。图8为图1的影像导引板的正视图。在此，所谓的正视方向指由观赏者的角度朝向立体显示系统观看的方向。请参考图1及图8，在本实施例中，影像导引板120例如为一柱面透镜板(lenticular plate)，且每一光学结构122例如为一柱面透镜。每一光学结构122沿着一第一方向Dl延伸，且这些光学结构122沿着一第二方向D2排列。在本实施例中，柱面透镜是指具有在一个方向上弯曲，而在另一个垂直的方向上不弯曲的表面的透镜。举例而言，在本实施例中，光学结构122的表面在第一方向Dl上不弯曲，且在第二方向D2上弯曲。在本实施例中，第一方向Dl实质上垂直于第二方向D2。然而，在其他实施例中，第一方向Dl亦可以不垂直于第二方向D2。图9为本发明另一实施例的影像导引板的正视图。请参考图1及图9，在本实施例中，影像导引板920为一光栅，每一光学结构922为一狭缝，每一狭缝沿着第一方向Dl延伸，且这些狭缝沿着第二方向D2排列。在本实施例中，第一方向Dl实质上垂直于第二方向D2。然而，在其他实施例中，第一方向Dl亦可以不垂直于第二方向D2。光栅的狭缝可让光通过，而光栅的狭缝以外的部分则会遮挡光线。在图8及图9的实施例中，影像导引板皆为一维的分光元件。因此，利用图8及图9的一维分光元件，再搭配对应图8及图9的影像导引板所拍摄出的发散式投影影像，便可以在水平方向获得良好的移动视差。图1OA为本发明另一实施例的影像导引板的正视图。请参考图1及图10A，在本实施例中，影像导引板1020例如为一透镜阵列板，每一光学结构1022为一透镜，且这些透镜排列成二维阵列。图1OB为本发明另一实施例的影像导引板的正视图。请参考图1及图10B，在本实施例中，影像导引板1020’例如为一二维光栅(barrier)阵列，每一光学结构1022’包括一透光区Rl与一遮光区R2，且这些光学结构1022’排列成二维阵列。
在图1OA及图1OB的实施例中，影像导引板皆为二维的分光元件。如果立体显示系统的分光元件是二维，代表其视差也是二维。因此，在发散式投影影像时，摄端的取像元件(micro lens)也需要是二维的。此外，利用二维的分光元件，再搭配对应图1OA及图1OB的影像导引板所拍摄出的发散式投影影像，便可以在水平及垂直方向都有良好的移动视差。图11为本发明另一实施例的立体显示系统的示意图。图12为本发明一实施例的立体显示系统的影像显示方法的步骤流程图。请参考图1、图11及图12，本实施例的立体显示系统1100类似于图1的立体显示系统100，而两者的差异如下所述。立体显示系统1100还包括一影像显示控制器1130，用以控制并驱动显示装置1110，以让立体显示单元1112a至1112e各自提供相同数目的发散式投影影像，但却提供具有不同视差影像编号的发散式投影影像。在步骤S1200中，提供一立体显示系统1100。接着，在步骤S1210中，设定立体显示单元1112a至1112e的像素群提供对应部分发散式投影影像的多个影像光束。在此，不同的立体显示单元对应不同的部分发散式投影影像。之后，在步骤S1220中，利用影像导引板1120将影像光束分别导引至多个方向。在本实施例中，立体显示系统1100可以是平面显示器，也可以是曲面显示器。换句话说，图12所例示的影像显示方法可以应用平面显示器或曲面显示器的立体显示系统，本发明并不加以限制。另外，本发明的实施例的影像显示方法可以由图1 图1OB实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。图13为本发明一实施例的发散式投影影像的拍摄方式示意图。请参照图13，本实施例的发散式投影影像的拍摄架构主要包括位于同一平面上的一透镜阵列310与一影像感测器320。透镜阵列310的各透镜底下有相对应的感测区块，各感测区块即是一组立体像素。由图13可知，从左至右的立体像素组分别包括视差影像编号为5 9、4 8、3 7、2 6、1 5的像素。以发散式投影影像5为例，由图13中的投射线(即图中的虚线)可知，编号5的位置记录了图13中发散点Pl的发散式投影影像信息，每个编号5的位置分布在其对应的立体像素组的不同位置，其操作类似于在不同位置对发散点Pl的发散式投影影像信息进行取样，而将所有编号5的像素组合起来便是一张编号5的发散式投影影像。图14为本发明另一实施例的发散式投影影像的拍摄方式示意图。请参照图14，在本实施例中，若为了取样方便起见，透镜阵列410的各透镜可配置在一弧线上，如图14所示。同样地，各透镜底下都有相对应的感测区块，各感测区块与其对应的透镜之间均具有相同的距离g。在本实施例中，各立体像素组均包括视差影像编号为3 7的像素。同样以发散式投影影像5为例，由发散投影几何原理可知，各感测区块编号5的位置记录了图14中发散点Pl的投射线的发散式投影影像信息。至少基于上述的发散式投影影像的拍摄方式，本发明的实施例的发散式投影影像定义如下。图15为本发明一实施例的发散式投影影像的示意图。请参照图15，在此投影几何内，相同大小的物在不同位置时，两者在呈现面上的投影大小并不相同。在图15中，远物Y与近物J是相同大小的两物。距离呈现面C较近的物(近物J)，其在呈现面C上的投影即近物的像Jl会较距离呈现面C较远的物(远物Y)的投影即远物的像Yl为小，即近小远大的特性。因此，若是投影线(即图中的虚线)向物所配置的一侧延伸而会聚在一投影点P2上，即是发散式投影。综上所述，本发明的立体显示单元各自提供相同数目的发散式投影影像，但却提供具有不同视差影像编号的发散式投影影像。相较于现有技术，观赏者的单眼不同位置所视影像的矩形数都会较多，而且矩形的宽度都会变窄，因此单一影像点被更新的频率便会提高，以增加移动视差的平滑度。并且，本发明的立体显示系统不需要改变任何的现有光学显示元件的参数，只需要有其相对应的发散式投影影像，就可以提供更接近自然的立体视觉。此外，本发明的立体显示系统可以是基于平行光、发散光或会聚光的光学架构进行设计。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种立体显示系统，其特征在于，包括: 一显示装置，提供多个发散式投影影像，该显示装置包括: 多个立体显示单元群，各该立体显示单元群包括至少一立体显示单元,各该立体显示单元包括多个像素群，在各该立体显示单元中，该像素群对应部分该发散式投影影像，提供多个影像光束，其中不同的该立体显示单元对应不同的部分该发散式投影影像；以及 一影像导引板，配置于该影像光束的传递路径上，该影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构，以将该影像光束分别导引至多个方向。
2.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，不同的该立体显示单元所对应的部分该发散式投影影像包括该发散式投影影像其中的一特定发散式投影影像。
3.如权利要求2所述的立体显示系统，其特征在于，各该立体显示单元群包括多个立体显示单元,各该立体显示单元包括M个像素群,第i个立体显示单元群中的该特定发散式投影影像N由各该立体显示单元的第j个像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j为自然数，j小于或等于M。
4.如权利要求2所述的立体显示系统，其特征在于，该影像导引板的各该光学结构包括一弧线，在各该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束通过该像素群所在的该立体显示单元所对应的该弧线的圆心。
5.如权利要求4所述的立体显示系统,其特征在于,在该立体显示单元中,对应该特定发散式投影影像的该影像光束的与行进方向相反的延伸线会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧。
6.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，在该立体显示单元中，对应相同的该发散式投影影像的该像素群 所提供的该影像光束的与行进方向相反的延伸线会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧，并形成一发散点。
7.如权利要求6所述的立体显示系统，其特征在于，对应不同的该发散式投影影像的该发散点分布在该显示装置相异于该影像导引板的该侧的一直线或一曲线上。
8.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后彼此平行，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
9.如权利要求8所述的立体显示系统，其特征在于，该立体显示单元的一宽度等于该光学结构的该单一周期。
10.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后向不同的方向发散，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
11.如权利要求10所述的立体显示系统，其特征在于，该立体显示单元的一宽度大于该光学结构的该单一周期。
12.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后会聚于一区域，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
13.如权利要求12所述的立体显示系统，其特征在于，该立体显示单元的一宽度小于该光学结构的该单一周期。
14.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，该影像导引板为一柱面透镜阵列板，各该光学结构为一柱面透镜，各该柱面透镜沿着一第一方向延伸，且该柱面透镜沿着一第二方向排列。
15.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，该影像导引板为一光栅片，各该光学结构为一狭缝，各该狭缝沿着一第一方向延伸，且该狭缝沿着一第二方向排列。
16.如权利要求1所述的立体显示系统，其特征在于，该影像导引板为一为透镜阵列板，各该光学结构为一透镜，且该透镜排列成二维阵列。
17.一种立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，包括: 提供一立体显示系统，其中该立体显示系统包括一显示装置以及一影像导引板，该显示装置提供多个发散式投影 影像，并包括多个立体显示单元群，各该立体显示单元群包括至少一立体显示单元,各该立体显示单元包括多个像素群； 设定该立体显示单元的该像素群提供对应部分该发散式投影影像的多个影像光束，其中不同的该立体显示单元对应不同的部分该发散式投影影像；以及 利用该影像导引板，将该影像光束分别导引至多个方向，其中该影像导引板配置于该影像光束的传递路径上，该影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构。
18.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，不同的该立体显示单元所对应的部分该发散式投影影像包括该发散式投影影像其中的一特定发散式投影影像。
19.如权利要求18所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，各该立体显示单元群包括多个立体显示单元，各该立体显示单元包括M个像素群,第i个立体显示单元群中的该特定发散式投影影像N由各该立体显示单元的第j个像素群所提供，其中i+j =N+l ;N、1、j为自然数，j小于或等于M0
20.如权利要求18所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该影像导引板的各该光学结构为一弧线，在各该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束通过该像素群所在的该立体显示单元所对应的该弧线的圆心。
21.如权利要求20所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，在该立体显示单元中，对应该特定发散式投影影像的该影像光束会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧。
22.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，在该立体显示单元中，对应相同的该发散式投影影像的该像素群所提供的该影像光束会聚在该显示装置相异于该影像导引板的一侧，并形成一发散点。
23.如权利要求22所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，对应不同的该发散式投影影像的该发散点分布在该显示装置相异于该影像导引板的该侧的一直线或一曲线上。
24.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后彼此平行，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
25.如权利要求24所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该立体显示单元的一宽度等于该光学结构的该单一周期。
26.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后向不同的方向发散，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
27.如权利要求26所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该立体显示单元的一宽度大于该光学结构的该单一周期。
28.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，各该立体显示单元包括N个像素群，在各该立体显示单元中的第k个像素群所提供的该影像光束在射出该影像导引板后会聚于一区域，其中M、k为自然数，M大于或等于k。
29.如权利要求28所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该立体显示单元的一宽度小于该光学结构的该单一周期。
30.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该影像导引板为一柱面透镜阵列板，各该光学结构为一柱面透镜，各该柱面透镜沿着一第一方向延伸，且该柱面透镜沿着一第二方向排列。
31.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该影像导引板为一光栅片，各该光学结构为一狭缝，各该狭缝沿着一第一方向延伸，且该狭缝沿着一第二方向排列。
32.如权利要求17所述的立体显示系统的影像显示方法，其特征在于，该影像导引板为一为透镜阵列板，各该光学结构为`一透镜，且该透镜排列成二维阵列。
全文摘要
一种立体显示系统及其影像显示方法，该立体显示系统包括一显示装置以及一影像导引板。显示装置提供多个发散式投影影像。显示装置包括多个立体显示单元群。各立体显示单元群包括至少一立体显示单元。各立体显示单元包括多个像素群。在各立体显示单元中，像素群对应部分发散式投影影像，提供多个影像光束。不同的立体显示单元对应不同的部分发散式投影影像。影像导引板配置于影像光束的传递路径上。影像导引板包括多个以单一周期排列的光学结构，以将影像光束分别导引至多个方向。本发明还提供了一种上述立体显示系统的影像显示方法。
文档编号H04N13/00GK103185967SQ20121004171
公开日2013年7月3日 申请日期2012年2月20日 优先权日2011年12月29日
发明者吴昌硕, 蔡朝旭 申请人:财团法人工业技术研究院