[发明专利]立体影像显示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种立体影像显示技术，具有追踪观察者位置以产生立体影 像。

背景技术

立体显示器已被预期是下一世代显示器的主流。目前立体显示器主要是 给予双眼具有视差的影像为主，其通过视觉的现象产生立体影像的效果。在 显示器上，为了能可分别给双眼不同视差的影像，其机制可分为时间多工机 制与空间多工机制。

空间多工机制的立体显示器在显示时，一般需要将解析度平均分配到各 个视域，同时显示多个视域影像。不同视域影像之间有不同的视差，因此左 眼与右眼分别接收到不同视域的影像就会产生立体影像的效果。视域的数量 愈多，则允许观察者有较大空间的移动自由度，然而由于一个显示器的解析 度固定之下，要显示对单一影像的多个视域影像，则对于单一的视域影像， 其解析度会降低。因此如此的方式会有视域数与解析度无法兼顾的问题。对 于时间多工机制的立体显示器，其更利用眼睛的视觉暂留的现象，在短时间 内，例如在1/60秒内依序分别送出不同视域的影像给左眼与右眼，则也可以 有立体影像的效果，且无需降低影像解析度。然而，由于其需要在短时间内 送出多个视域影像，因此受限于显示速度，其需要相当高的频宽以播放立体 影像。

先描述立体影像视觉效应的基本现象。图1A-1B绘示立体性影像的视觉 效应示意图。参阅图1A，当左眼100a与右眼100b观看物件102时，左眼 100a与右眼100b的视线104会有视差因此产生立体效果。又由于双眼的聚 焦点(accommodation)与幅奏点(convergence)一致，立体物件清楚显现。

参阅图1B，当通过平面的显示元件106显示对应两个眼睛的影像时， 左眼100a的视线104a的聚焦点会落在显示元件106上的一个位置。左眼100b 的视线104b的聚焦点会落在显示元件106上的另一个位置。虽然通过平面 图像的显示会产生不一致的聚焦点，但是视线104a与104b往后延伸成为视 线108，其交会点即是幅奏点，对应实际物件102的幅奏点。因此，通过平 面的影像仍可以产生立体效果。然而由于聚焦点与幅奏点不一致，会导致眼 睛容易疲劳，不舒服的感觉。

图2绘示传统立体显示器的另一机制示意图。参阅图2，在显示面上显 示物件112的两个具有视差的影像114a、114b分别供给双眼100a、100b观 视，由于视差产生物件112的立体视觉。然而其如先前所述，容易产生眼睛 疲劳等问题。

图3绘示传统立体显示器的另一机制示意图。参阅图3，通过单一个点 眼睛能接收多个视域影像，则可以减低由于聚焦点与幅奏点不一致产生的问 题。例如左眼100a同时观视显示平面上不同视域的两个视域影像114a、116a， 另外右眼100b同时观视显示平面上不同视域的两个视域影像114b、116b。 如此，虚拟的实体物件112可以被建立。这种技术需要高视域密度的影像， 又称为超多视域(supper-multi-view，SMV)的显示技术。

图4绘示在传统超多视域显示(SMV)技术下，视域数的需求与安排示意 图。参阅图4，一般眼睛的瞳孔的宽度约为2～4mm，双眼的距离是约65mm， 且一个眼睛要接收至少两个视域的话，视域宽度约需小于2mm，因此总视 域数例如约需要32个。如果允许观察者的头可以移动，则视域数更需要增 加。

传统技术中，已有多种设计方式被提出。美国专利第6,932,476号文件 提出利用激光扫描柱状镜阵列(Lenticular array)元件，其中每一个柱状镜将光 线对到一个视域。又利用扫描的同时，通过液晶显示器(LCD)来显示影像内 容。通过对柱状镜阵列元件稍微位移，即可有其他的视域。再利用折光元件 将影像光线偏折回到垂直方向的扫描进入液晶显示器已显示不同视域的影 像。利用此种机制可以达到高密度的视域，并有高密度影像显示的效果。

美国专利第6,999,071号文件提出利用多个投影机同时投影到柱状镜阵 列的荧幕上，增加画面的总像素。柱状镜阵列荧幕上每一个柱状镜上汇聚各 台投影机所投射出的像素，并分配至空间各个角度上，利用柱状镜阵列荧幕 将影像作水平及垂直扩展。

另外还有其他的立体显示技术，例如美国专利第7,084,841以及公开文 件第2002/0051118号等都有揭示不同的设计。然而，由于考虑的问题不同而 产生个别的优缺点。

发明内容