TW201303372A - 顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種顯示裝置，包括複數個影像產生單元，且每一影像產生單元包括一影像源及一屈光模組。影像源提供一影像光束。屈光模組配置在影像光束的傳遞路徑上，且具有屈光力。屈光模組形成對應於影像源的一飄浮於空中的影像，且屈光模組位於影像源與影像之間。這些影像產生單元排列成陣列，且這些影像產生單元所形成的這些影像排列成陣列，並組合成一影像畫面。

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種顯示裝置。

近年來，隨著顯示技術的不斷進步，使用者對於顯示器之顯示品質(如影像解析度、色彩飽和度等)的要求也越來越高。然而，除了高影像解析度以及高色彩飽和度之外，為了滿足使用者與顯示影像互動的需求，亦發展出能夠讓使用者直接接觸顯示影像而與顯示影像產生互動的觸控控制介面。

目前，許多觸控控制介面大多是以手指來碰觸觸控面板而得到相對應之訊息或回饋動作。然而，這樣的操作模式容易使觸控介面因長期被碰觸而沾染細菌或污垢。此外，在特定的環境下(例如在使用者的手有油污或細菌時)，使用者為了避免弄髒使控面板，將無法便利地使用觸控控制介面來與影像產生互動。

為了杜絕細菌、油污等污染觸控控制介面的情況，業界更期待一種能飄浮於空間中的虛擬觸控介面的影像來與使用者互動。因此，如何使顯示影像擺脫受限於使用者與顯示器之間的距離變化，是目前業界亟待解決的問題。

本發明之一實施例提出一種顯示裝置，其包括複數個 影像產生單元，且每一影像產生單元包括一影像源及一屈光模組。影像源提供一影像光束。屈光模組配置在影像光束的傳遞路徑上，且具有屈光力(refractive power)。屈光模組形成對應於影像源的一飄浮於空中的影像，且屈光模組位於影像源與影像之間。這些影像產生單元排列成陣列，且這些影像產生單元所形成的這些影像排列成陣列，並組合成一影像畫面。

為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本發明之一實施例之顯示裝置的立體示意圖，圖1B與圖1C分別為圖1A之顯示裝置於兩個不同的方向上的側視圖，而圖1D與圖1E分別為圖1B與圖1C中的一個影像產生單元的側視圖。請參照圖1A至圖1E，本實施例之顯示裝置100包括複數個影像產生單元300，且每一影像產生單元300包括一影像源110及一屈光模組200。影像源110提供一影像光束112。在本實施例中，影像源110為一顯示面板，例如為液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板、電漿顯示面板或其他適當的顯示面板。然而，在另一實施例中，影像源110也可以是一發光元件，例如發光二極體或其他適當的發光元件。或者，在其他實施例中，影像源110也可以是一被光照射的物體，例如幻燈片、一般圖片或其他任何適當的物體。

屈光模組200配置在影像光束112的傳遞路徑上，且具有屈光力(refractive power)。屈光模組200可包括至少一透鏡。在圖1A中，是以每個屈光模組200包括一透鏡為例。屈光模組200形成對應於影像源110的一飄浮於空中的影像114，且屈光模組200位於影像源110與影像114之間。在本實施例中，影像114為屈光模組200所形成之影像源110的實像。

這些影像產生單元300排列成陣列，且這些影像產生單元300所形成的這些影像114排列成陣列，而這些排成陣列的影像114組合成一影像畫面。在本實施例中，這些影像產生單元300與這些影像114所排成的陣列例如是二維陣列，但本發明不以此為限。在另一實施例中，這些影像產生單元300與這些影像114所排成的陣列亦可以是一維陣列或三維陣列。

在本實施例之顯示裝置100中，藉由複數個屈光模組200來分別形成複數個影像源110的複數個飄浮於空中的影像114，而這些影像114可在空中組合成一影像畫面。因此，顯示裝置100可形成飄浮於空中的影像畫面。如此一來，當顯示裝置100與光學偵測裝置相搭配時，藉由光學偵測裝置偵測使用者的手指的位置及判斷使用者的手指是否碰到飄浮於空中的影像畫面，便可形成非接觸式飄浮影像觸控介面。換言之，使用者可在手指完全沒有碰到顯示裝置100的狀態下，就可與顯示裝置100產生互動。如此一來，當手指可能有病菌或油污時，便可在不會污染顯 示裝置100的狀況下與顯示裝置100完成互動。舉例而言，本實施例之顯示裝置100可應用於怕病菌傳染的醫療人機介面(例如手術房中用以控制醫療儀器的介面或掛號系統的介面等)。另外，由於採用複數個屈光模組200，因此每一個屈光模組200的尺寸可以較小，而使屈光模組200中的透鏡的尺寸較小。如此一來，便可以不用製造尺寸很大的透鏡來形成影像畫面，因此本實施例之顯示裝置100可解決透鏡尺寸過大所造成的透鏡難以製造且成本昂貴的問題。

在本實施例中，影像產生單元300所在的空間可由彼此互相垂直的x軸、y軸與z軸一直角座標系來定義，其中影像產生單元300的光軸A與z軸實質上平行，x軸與一使用者的左眼50a與右眼50b的排列方向實質上平行，且y軸實質上垂直於x軸與z軸。

在本實施例中，每一影像產生單元300符合NA≧sin(tan^-1(Y/L))，其中NA為影像產生單元300的數值孔徑(numerical aperture,NA)，Y為影像單元110所產生的影像114的半高(例如為在y方向上的半高)，L為影像114至使用者的單眼(例如左眼50a與右眼50b中的任一隻眼睛50)在平行於屈光模組200的光軸A上的距離(例如在z方向上的距離)，且此距離為單眼能看到一個完整的影像114的最短距離。此外，影像114位於屈光模組200與眼睛50之間。當眼睛50與影像114的距離小於L時，使用者的眼睛將看不到完整的一個影像114的高度(即 2Y)，而當眼睛50與影像114的距離大於等於L時，使用者的眼睛可看到完整的一個影像114的高度(即2Y)。在本實施例中，影像產生單元更符合25公分≦L≦2公尺，換言之，影像114落在使用者的手或手持的物品所能觸及的位置。如此一來，使用者便能夠藉由觸碰影像114而與顯示裝置100作互動。

此外，在本實施例中，每一影像產生單元300符合NA≧sin(tan^-1((2Y+E)/2D))，其中NA為影像產生單元300的數值孔徑，Y為影像單元300所產生的影像114的半高(例如是在x方向上的半高)，E為使用者的雙眼(即左眼50a與右眼50b)的間距，D為影像114至雙眼(如左眼50a與右眼50b)在平行於屈光模組200的光軸A上的距離，且此距離為雙眼能同時看到一個完整的影像114的最短距離。當眼睛50與影像的距離大於等於D時，使用者的左眼50a及右眼50b中的任一個眼睛50皆可看到完整的影像高度(即2Y)。然而，當眼睛50與影像114的距離小於D時，使用者的左眼50a及右眼50b中的任一個眼睛50將無法看到完整的影像高度(即2Y)，例如左眼50a看到左半邊的影像但看不到右半邊的影像，且右眼50b看到右半邊的影像但看不到左半邊的影像。在本實施例中，25公分≦D≦2公尺，換言之，影像114落在使用者的手或手持的物品所能觸及的位置。

在本實施例中，這些影像產生單元300所形成的影像畫面至使用者的眼睛50的距離小於或等於使用者的手臂 在伸直狀態下的長度。如此一來，使用者便能夠透過手與影像產生單元300產生互動。

在本實施例中，每一影像產生單元300更包括一孔徑光闌130，其配置於影像光束112的傳遞路徑上，且位於影像源110與屈光模組200之間。孔徑光闌130可限制影像光束112的張角，以使一影像產生單元300的影像源110所產生的影像光束112不會傳遞至相鄰的影像產生單元300中。如此一來，這些影像單元300所產生的這些影像114便不會彼此部分重疊，進而提升影像畫面的正確性與清晰度。圖2A為圖1A中的屈光模組的正視圖，而圖2B為圖1A中的影像的正視圖。舉例而言，如圖2A所繪示，相鄰兩影像產生單元300的屈光模組200之間存在有空隙。在本實施例中，這些影像產生單元300所分別產生的這些影像114之間存在有空隙。如此一來，可進一步確保相鄰兩影像114之間沒有部分重疊，如圖2B所繪示。此外，如圖2A所繪示，在本實施例中，屈光模組200中的透鏡例如為圓形透鏡，亦即相對於光軸A為軸對稱的透鏡。然而，在其他實施例中，這些影像產生單元300的這些透鏡亦可以是圓形透鏡、圓形切單邊的透鏡、圓形切相鄰兩邊的透鏡或其組合。

在其他實施例中，孔徑光闌130亦可位於屈光模組200與影像114之間，或位於屈光模組200中的沿著光軸A排列的相鄰兩透鏡間。或者，在另一實施例中，可由屈光模組200中的一鏡片的邊緣來作為孔徑光闌130的邊緣。

在本實施例中，如圖1A所繪示，顯示裝置100可更包括一邊框120，其環繞這些影像114。這些影像114可與邊框120約略位於同一平面上。在邊框120的導引下，可讓使用者的眼睛50容易注視於影像114所在的空間中的位置。然而，在其他實施例中，顯示裝置100亦可不採用邊框120，而使用者的眼睛50則直接注視影像114。

圖3A與圖3B分別繪示使用者的雙眼中的任一眼皆可看到完整的影像114的情況與皆無法看到完整的影像114的情況。請參照圖3A與圖3B，若以圖解來說明，影像光束112中的邊緣光線112a為來自影像源的左端(即x座標最小)且通過影像114的右端(即x座標最大)的邊緣光線112a，而影像光束112中的邊緣光線112b為來自影像源的右端(即x座標最大)且通過影像114的左端(即x座標最小)的邊緣光線112b。當使用者的左眼50a與右眼50b皆落在邊緣光束112a與邊緣光束112b之間的空間中時(如圖3A所繪示)，左眼50a與右眼50b皆可看到影像114於x方向上的完整高度。而當左眼50a與右眼50b中有一眼(如圖3B所繪示的左眼50a)落在邊緣光束112a與邊緣光束112b之間的空間中，而另一眼(如圖3B所繪示的右眼50b)落在邊緣光束112a與邊緣光束112b之間的空間外，則落在此空間中的眼睛(如左眼50a)可看到影像114在x方向上的完整高度，但落在此空間外的眼睛(如右眼50b)則無法看到影像114在x方向上的完整高度。

同理，在另一方向(如y方向)上，若使用者的眼睛50位於來自影像源110的上端(如y座標最大)且通過影像114的下端(如y座標最小)之邊緣光線與來自影像源110的下端(如y座標最小)且通過影像114的上端(如y座標最大)之邊緣光線之間的空間中時，則眼睛50可看到影像114於y方向上的完整高度。然而，若眼睛50在此空間外時，則影像50無法看到影像114於y方向上的完整高度。圖4為圖1C之顯示裝置的另一變化。如圖4所繪示，使用者的眼睛50落在從上往下數來第4個影像產生單元300的光軸A上，且圖4中的4個影像產生單元300的光軸A例如是彼此互相平行，此時眼睛50落在第4個影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間中，且落在第3個影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間中，但落在第1個與第2個影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間外，因此眼睛50可看到從上往下數來第3個影像114與第4個影像114的完整高度，但無法看到從上往下數來的第1個與第2個影像114的完整高度。因此，在圖4的實施例中，當使用者位於手可以觸及影像114的距離下，使用者的雙眼看到這些影像114的一部分，且使用者的雙眼移動至不同位置時看到這些影像114的不同部分。

請再參照圖1C，若欲使眼睛50在不移動的情況下就能夠看到全部的影像114之完整的於y方向上的高度時，可使這些影像產生單元300的光軸A在靠近眼睛處50較 為集中，而在靠近影像源110處較為發散。具體而言，每一影像產生單元300的光軸A具有位於影像源處的一第一端E1及靠近使用者的眼睛50的一第二端E2，且這些影像產生單元300的這些光軸A的這些第二端E2比這些第一端E1集中。如此一來，可使眼睛50落在所有影像產生單元300的任一個之相對兩邊緣光線之間的空間中，眼睛50便能夠看到所有的影像114於y方向上的完整高度。

此外，在圖1B中，由於使用者的左眼50a位於從右往左數來(即沿著-x方向數來)第二個與第三個影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間中，且位於第一個影像產生單元的相對兩邊緣光線之間的空間外，因此左眼50a可看到第二個與第三個影像114於x方向上的完整高度，但無法看到第一個影像114於x方向上的完整高度。同理，由於使用者的右眼50b位於從右往左數來(即沿著-x方向數來)第一個與第二個影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間中，且位於第三個影像產生單元的相對兩邊緣光線之間的空間外，因此右眼50b可看到第一個與第二個影像114於x方向上的完整高度，但無法看到第三個影像114於x方向上的完整高度。換言之，在此情況下，使用者的左眼50a看到這些影像114的一部分，且使用者的右眼50b看到這些影像114的另一部分。

在一實施例中，亦可使圖1B之光軸A在平行於x-z平面的方向上旋轉，而使得使用者的雙眼落在所有影像產生單元300的相對兩邊緣光線之間的空間，亦即光軸A在 靠近眼睛50的一端較為集中。此時，全部的這些影像114皆可被使用者的雙眼同時看到。在本實施例中，這些影像產生單元300的光學參數彼此實質上相同，例如這些影像產生單元300的數值孔徑彼此實質上相同，且這些影像產生單元300所產生的影像114的尺寸彼此實質上相同。然而，在其他實施例中，這些影像產生單元300的多個光學參數中亦可有至少部分彼此不相同。舉例而言，這些影像產生單元300的數值孔徑彼此不相同，且這些影像產生單元300所產生的影像114的尺寸彼此實質上相同。或者，這些影像產生單元300的數值孔徑彼此不相同，且這些影像產生單元300所產生的影像114的尺寸彼此不相同。

此外，亦可藉由不同光學參數的複數個影像產生單元300於不同的距離處分別形成複數個影像114，以使這些影像114所組合成的影像畫面具有深度感，亦即使影像畫面成為立體影像畫面，如此顯示裝置100即成為立體顯示裝置。使用這樣的立體顯示裝置時可以不用配戴專用的眼睛，且不會有習知裸眼顯示技術的串音(crosstalk)干擾問題。在另一實施例中，影像源110亦可以是立體顯示面板，則無論採用相同或不同光學參數的複數個影像產生單元300，皆可使顯示裝置100成為立體顯示裝置。

由上述實施例可知，使用者影眼睛50在顯示裝置100的正前方附近的位置可看到影像114，但在過於傾斜的方向斜視顯示裝置100時，則會無法看到影像114，因此顯示裝置100可達到防窺的效果。舉例而言，顯示裝置100 更應用於具有隱私性的提款機或門禁系統，而此時顯示裝置100所提供的影像畫面可為飄浮於空中的按鍵影像。此時，只有位於顯示裝置100的正前方的使用者可以看到按鍵影像且對按鍵影像進行觸控，而位於使用者旁的他人卻看不到按鍵影像。因此，他人只會看到使用者的手指在空間中移動，但卻看不到使用者是觸碰到哪個按鍵。如此一來，便能夠維護使用者的使用隱私。

在本實施例中，如圖1A所繪示，顯示裝置100更包括一物距調整單元140，其連接這些影像源110與這些屈光模組200，以調整這些影像源110與這些屈光模組200的距離。舉例而言，物距調整單元140可包括一固定框142、一固定框144及一軌道146。固定框142固定這些影像源110，固定框144固定這些屈光模組，且固定框142與固定框144至少其中之一可沿著軌道146移動，以改變這些影像源110與這些屈光模組200的距離(即物距)。在本實施例中，當固定框142沿著軌道146移動時，這些影像源110會同時一起移動。同理，當固定框144沿著軌道146移動時，這些屈光模組200亦會一起移動。當物距縮小時，屈光模組200與影像114的距離(即像距)會變大，而使得影像114的尺寸變大，並使得相鄰兩影像114的間距縮小。當物距變長時，屈光模組200與影像114的距離(即像距)會變小，而使得影像114的尺寸縮小，並使得相鄰兩影像114的間距變大。當物距由長變短時，這些影像114的間距可依序處於大於這些屈光模組200的間 距的狀態、等於這些屈光模組200的間距的狀態及小於這些屈光模組200的間距的狀態。本發明不限定物距調整單元140是以固定框142、固定框144及軌道146來實現，任何其他可調整物距的機構或力學裝置(此處的「力」可泛指靜電力、磁力、電磁力、各種接觸力、各種超距力或力學中的其他各種的力)亦可用以實現物距調整單元140。

以下內容將舉出影像產生單元300之一實施例。需注意的是，下述之表一與表二中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。

在表一中，間距是指兩相鄰表面間於光軸A上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。備註欄中透鏡所對應之厚度請參照同列中間距的數值，且備註欄中透鏡所對應之材質請參照同列中的材料編號，如「PMMAO」即為透鏡的材料編號。

此外，在表一中，表面S1為影像源110的主動表面。表面S2為孔徑光闌130。表面S3、S4分別為屈光模組200的透鏡之相對兩表面。表面S5為影像114。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表一，在此不再重述。由表一可看出，在本實施例中，屈光模組200的透鏡具有正屈光力，而此透鏡例如為雙凸透鏡。

再者，上述之表面S3及S4為非球面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸A方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸A處的曲率半徑(如表格內表面S3及S4的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅...為非球面係數(aspheric coefficient)，其中係數A₁為0。表二所列出的是表面S3及S4的參數值。

表二中，3.628E-06是指3.628×10^-6，而其他數值以此類推。

在本實施例中，影像產生單元300的物像放大率例如為1，物高例如為7.5毫米，像高(即影像114的高度)例如為7.5毫米，屈光模組200的焦距例如為27.39毫米，屈光模組200的數值孔徑例如為0.12，且孔徑光闌130的位置與屈光模組200前焦點的位置差異例如為0.62毫米，但本發明不以此為限。

圖5A與圖5B分別為本發明之另一實施例之顯示裝置於兩個不同的方向上之側視示意圖，圖5C為圖5A中之一個影像產生單元的側視示意圖，圖6A為圖5A中的屈光模組之正視圖，而圖6B為圖5A中的影像的正視圖。請參照圖5A至圖5C及圖6A至圖6B，本實施例之顯示裝置100a與圖1A的顯示裝置100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例之顯示裝置100a中，這些影像產生單元300a的屈光模組200a的這些透鏡為圓形透鏡222、圓形切單邊的透鏡224、圓形切相鄰兩邊的透鏡226的組合。在本實施例中，圓形切單邊的透鏡224之切邊C1是位於靠近顯示裝置100a的中央的一側。此外，圓形切相鄰兩邊的透鏡226之任一切邊C2是位於靠近圓形切單邊的透鏡224之一側。在本實施例中，圓形透鏡222則位於顯示裝置100a的中央。在本實施例中，由於孔徑光闌130會限制影像光束112的張角，因此若所有透鏡皆採圓形透鏡時，對於部分圓形透鏡而言，影像光束112不會通過整個透鏡。因此，可對影像光束112不會通過的透鏡的部分進行切邊處理。如此一來，部分這些屈光模組200a在進行切邊處理後，彼 此間位於光軸A上的中心位置的距離便可以進一步縮短，進而縮小顯示裝置100a的體積。此外，在縮短中心位置的距離後，影像產生單元300a所產生的這些影像114仍然能夠維持彼此互相分離的狀態。

以下表三與表四將舉出影像產生單元300a之一實施例，但本發明不以此為限。

在表三中各物理量的說明可參照表一的說明。

此外，在表三中，表面S1a為影像源110的主動表面。表面S2a為孔徑光闌130。表面S3a、S4a分別為為屈光模組200a的透鏡之相對兩表面。表面S5a為影像114。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表三，在此不再重述。由表三可看出，在本實施例中，屈光模組200a的透鏡具有正屈光力，而此透鏡例如為雙凸透鏡。

再者，上述之表面S3a及S4a為非球面，而其可採用上述用以表示表面S3及S4的非球面公式表示，而公式中各參數的說明請參照上述對表面S3及S4的非球面公式的說明，在此不再重述。在本實施例中，係數A₁為0。表四 所列出的是表面S3a與S4a的非球面參數值。

在本實施例中，影像產生單元300a的物像放大率例如為1，物高例如為7.5毫米，像高(即影像114的高度)例如為7.5毫米，屈光模組200a的焦距例如為26.87毫米，屈光模組200a的數值孔徑例如為0.15，且孔徑光闌130的位置與屈光模組200a前焦點的位置差異例如為0.75毫米，但本發明不以此為限。

圖7A與圖7B分別為本發明之又一實施例之顯示裝置於兩個不同的方向上之側視示意圖，圖7C為圖7A中之一個影像產生單元的側視示意圖，圖8A繪示旋轉影像產生單元的光軸但不旋轉影像源的狀態，而圖8B繪示圖7B中旋轉影像產生單元的光軸且同時旋轉影像源的狀態，圖9A為圖7A中的屈光模組之正視圖，而圖9B為圖7A中的影像的正視圖。請參照圖7A至圖7C、圖8A至圖8B及圖9A至圖9B，本實施例之顯示裝置100b與圖1A的顯示裝置100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之顯示裝置100b中，每一影像產生單元300b的屈光模組200b包含複數個透鏡，在本實施例中即包括第一透鏡210及第二透鏡220，其中第一透鏡210位於孔徑光闌130與第二 透鏡220之間。此外，在圖1C，由於光軸A在眼睛50的一側較為集中，因此這些影像產生單元300是呈弧形排列，且影像114亦排列於一弧面上。然而，在本實施例中，這些影像產生單元300b所產生的這些影像114實質上落在同一平面上，這可藉由使這些影像產生單元300b由原本排列於弧面上的位置往讓這些影像產生單元300b實質上落在同一平面上的方向移動。如圖7B所繪示，位於上側與下側的影像產生單元300b即可從原本的弧形位置往-z方向移動。如此一來，使用者的眼睛50所看到的影像畫面便可以是一平面影像畫面，而不是一個彎曲的影像畫面(即呈弧形的影像畫面)。

此外，如圖8A所繪示，當影像產生單元300b的光軸A傾斜時，影像產生單元300b所產生的影像114亦隨之傾斜，此時使用者看到影像114時便會產生梯形失真(keystone distortion)。為了有效解決梯形失真的問題，在本實施例中，如圖8B所繪示，可使影像產生單元300b所產生的影像114相對於影像產生單元300b的光軸A傾斜，且使影像114相對於光軸A的傾斜方向相反於影像源110相對於光軸A的傾斜方向。在本實施例中，至少部分這些影像產生單元300b(例如在y方向上位於顯示裝置中央的那一排影像產生單元300b以外的影像產生單元300b)的每一影像產生單元300b所產生的影像114相對於影像產生單元300b的光軸A傾斜，且影像114相對於光軸A的傾斜方向相反於影像源110相對於光軸A的傾斜方向。

由於越往顯示裝置100b的邊緣的影像產生單元300b越傾斜，因此在本實施例中，至少部分這些影像產生單元300b(例如在y方向上位於顯示裝置中央的那一排影像產生單元300b以外的影像產生單元300b)的這些影像源110分別相對於這些光軸A的傾斜程度從靠近顯示裝置100b的中央處往靠近顯示裝置100b的邊緣處遞增。此時，影像產生單元300b的光軸A可定義為屈光模組200b的光軸。如此一來，可使所有的影像114都落在同一平面中。舉例而言，在一實施例中，請參照圖7B與圖8B，這些影像源110的光軸B相對於z軸的傾斜角度θ由上至下例如依序為41度、35度、29度、23度、18度、12度、6度、0度、-6度、-12度、-18度、-23度、-29度、-35度及-41度，但本發明不以此為限。此外，關於上述傾斜角度θ，當光軸B由-z方向及+y方向往+z方向及-y方向延伸時，其所對應的傾斜角度θ定義為正值，而當光軸B由-z方向及-y方向往+z方向及+y方向延伸時，其所對應的傾斜角度θ定義為負值。從圖9A中可看出這些屈光模組200b因隨著遠離顯示裝置100b的中央逐漸傾斜，而使得其正視圖中的面積從中央往邊緣逐漸縮小。從圖9B中則可看出這些影像114的尺寸彼此實質上相同而沒有梯形失真。

以下表五與表六將舉出影像產生單元300b之一實施例，但本發明不以此為限。

在表五中各物理量的說明可參照表一的說明。

此外，在表五中，表面S1b為影像源110的主動表面。表面S2b為孔徑光闌130。表面S3b、S4b分別為第一透鏡210之相對兩表面，而表面S5b、S6b分別為第二透鏡220的相對兩表面。表面S7b為影像114。有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表五，在此不再重述。由表五可看出，在本實施例中，第一透鏡210與第二透鏡220的屈光力皆為正，且第一透鏡210與第二透鏡220例如各為一非球面雙凸透鏡。

再者，上述之表面S3b、S4b、S5b及S6b為非球面，而其可採用上述用以表示表面S3及S4的非球面公式表示，而公式中各參數的說明請參照上述對表面S3及S4的非球面公式的說明，在此不再重述。在本實施例中，係數A₁為0。表六所列出的是表面S3b、S4b、S5b及S6b的非球面參數值。

在本實施例中，影像產生單元300b的物像放大率例如為1，物高例如為7.5毫米，像高(即影像114的高度)例如為7.5毫米，屈光模組200b的焦距例如為31.39毫米，屈光模組200b的數值孔徑例如為0.25，且孔徑光闌130的位置與屈光模組200b前焦點的位置差異例如為1.21毫米，但本發明不以此為限。

圖10為本發明之再一實施例之顯示裝置的立體示意圖。本實施例之顯示裝置100c與圖1A之顯示裝置100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，物距調整單元140c包括複數個子調整單元141c，分別連接這些影像源110與對應的這些屈光模組200，以各別調整每一影像產生單元300的影像源110與屈光模組200的距離。換言之，一個子調整單元141c類似於圖1A中的一個物距調整單元140，而兩者的差異在於子調整單元141c是連接一個影像產生單元300中的一個影像源110與一個屈光模組200，而圖1A的物距調整單元140則是同時連接複數個影 像產生單元300中的複數個影像源110與複數個屈光模組200。如此一來，在本實施例中，不同的影像產生單元300中的影像源110與屈光模組200的距離(即物距)便可以作不同的調整。當不同的影像產生單元300中的物距被調得不同時，其所對應的像距亦會不同，而使得這些影像114沒有落在同一個平面上，而使用者觀察這些影像114時便會覺得這些影像114有前有後而產生立體視覺效果。換言之，此時這些影像114可組合成立體影像畫面。

綜上所述，在本發明之實施例之顯示裝置中，藉由複數個屈光模組來分別形成複數個影像源的複數個飄浮於空中的影像，而這些影像可在空中組合成一影像畫面。因此，顯示裝置可形成飄浮於空中的影像畫面。如此一來，當顯示裝置與光學偵測裝置相搭配時，藉由光學偵測裝置偵測使用者的手指的位置及判斷使用者的手指是否碰到飄浮於空中的影像畫面，便可形成非接觸式飄浮影像觸控介面。另外，由於採用複數個屈光模組，因此每一個屈光模組的尺寸可以較小，而使屈光模組中的透鏡的尺寸較小。如此一來，便可以不用製造尺寸很大的透鏡來形成影像畫面，因此本發明之實施例之顯示裝置可解決透鏡尺寸過大所造成的透鏡難以製造且成本昂貴的問題。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

50‧‧‧眼睛

50a‧‧‧左眼

50b‧‧‧右眼

100、100a、100b、100c‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧影像源

112‧‧‧影像光束

112a、112b‧‧‧邊緣光線

114‧‧‧影像

120‧‧‧邊框

130‧‧‧孔徑光闌

140、140c‧‧‧物距調整單元

141c‧‧‧子調整單元

142、144‧‧‧固定框

146‧‧‧軌道

200、200a、200b‧‧‧屈光模組

210‧‧‧第一透鏡

220‧‧‧第二透鏡

222‧‧‧圓形透鏡

224‧‧‧圓形切單邊的透鏡

226‧‧‧圓形切相鄰兩邊的透鏡

300、300a、300b‧‧‧影像產生單元

A、B‧‧‧光軸

C1、C2‧‧‧切邊

D、L‧‧‧影像至眼睛的距離

E‧‧‧雙眼的間距

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

S1~S5、S1a~S5a、S1b~S7b‧‧‧表面

Y‧‧‧影像的半高

θ‧‧‧傾斜角度

圖1A為本發明之一實施例之顯示裝置的立體示意圖。

圖1B與圖1C分別為圖1A之顯示裝置於兩個不同的方向上的側視圖。

圖1D與圖1E分別為圖1B與圖1C中的一個影像產生單元的側視圖。

圖2A為圖1A中的屈光模組的正視圖。

圖2B為圖1A中的影像的正視圖。

圖3A與圖3B分別繪示使用者的雙眼中的任一眼皆可看到完整的影像114的情況與皆無法看到完整的影像114的情況。

圖4為圖1C之顯示裝置的另一變化。

圖5A與圖5B分別為本發明之另一實施例之顯示裝置於兩個不同的方向上之側視示意圖。

圖5C為圖5A中之一個影像產生單元的側視示意圖。

圖6A為圖5A中的屈光模組之正視圖。

圖6B為圖5A中的影像的正視圖。

圖7A與圖7B分別為本發明之又一實施例之顯示裝置於兩個不同的方向上之側視示意圖。

圖7C為圖7A中之一個影像產生單元的側視示意圖。

圖8A繪示旋轉影像產生單元的光軸但不旋轉影像源的狀態。

圖8B繪示圖7B中旋轉影像產生單元且同時旋轉光軸 的狀態。

圖9A為圖7A中的屈光模組之正視圖。

圖9B為圖7A中的影像的正視圖。

圖10為本發明之再一實施例之顯示裝置的立體示意圖。

50‧‧‧眼睛

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧影像源

112‧‧‧影像光束

114‧‧‧影像

120‧‧‧邊框

130‧‧‧孔徑光闌

140‧‧‧物距調整單元

142、144‧‧‧固定框

146‧‧‧軌道

200‧‧‧屈光模組

300‧‧‧影像產生單元

Claims (29)

1. 一種顯示裝置，包括：複數個影像產生單元，每一該影像產生單元包括：一影像源，提供一影像光束；以及一屈光模組，配置在該影像光束的傳遞路徑上，且具有屈光力，其中該屈光模組形成對應於該影像源的一飄浮於空中的影像，且該屈光模組位於該影像源與該影像之間；其中，該些影像產生單元排列成陣列，且該些影像產生單元所形成的該些影像排列成陣列，並組合成一影像畫面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中每一該影像產生單元符合NA≧sin(tan^-1(Y/L))，其中NA為該影像產生單元的數值孔徑，Y為該影像單元所產生的該影像的半高，L為該影像至一使用者的單眼在平行於該屈光模組的光軸上的距離，且該距離為該單眼能看到一個完整的該影像的最短距離，該影像位於屈光模組與該單眼之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中25公分≦L≦2公尺。
4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中每一該影像產生單元符合NA≧sin(tan^-1((2Y+E)/2D))，其中NA為該影像產生單元的數值孔徑，Y為該影像單元所產生的該影像的半高，E為一使用者的雙眼的間距，D為該 影像至該雙眼在平行於該屈光模組的光軸上的距離，且該距離為該雙眼能同時看到一個完整的該影像的最短距離，該影像位於屈光模組與該雙眼之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中25公分≦D≦2公尺。
6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元所產生的該些影像為實像。
7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元排列成二維陣列，且該些影像排列成二維陣列。
8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中每一影像產生單元的光軸具有位於該影像源處的一第一端及靠近一使用者的眼睛的一第二端，該影像位於該屈光模組與該眼睛之間，且該些影像產生單元的該些光軸的該些第二端比該些第一端集中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元所產生的該些影像實質上落在同一平面上。
10. 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中至少部分該些影像產生單元中的每一該影像產生單元所產生的該影像相對於該影像產生單元的該光軸傾斜，且該影像相對於該光軸的傾斜方向相反於該影像源相對於該光軸的傾斜方向。
11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中至 少部分該些影像產生單元的該些影像源分別相對於該些光軸的傾斜程度從靠近該顯示裝置的中央處往靠近該顯示裝置的邊緣處遞增。
12. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元的數值孔徑彼此實質上相同，且該些影像產生單元所產生的影像尺寸彼此實質上相同。
13. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元的數值孔徑彼此不相同，且該些影像產生單元所產生的影像尺寸彼此實質上相同。
14. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元的數值孔徑彼此不相同，且該些影像產生單元所產生的影像尺寸彼此不相同。
15. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中每一該影像產生單元的該影像源為一顯示面板、一發光元件或一被光照射的物體。
16. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元所分別產生的該些影像之間存在有空隙。
17. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元所形成的該影像畫面至一使用者的眼睛的距離小於或等於該使用者的手臂在伸直狀態下的長度。
18. 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置，其中在該距離下，全部的該些影像皆被該使用者的雙眼同時看到。
19. 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置，其中在該距離下，該使用者的左眼看到該些影像的一部分，且該 使用者的右眼看到該些影像的另一部分。
20. 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置，其中在該距離下，該使用者的雙眼看到該些影像的一部分，且該使用者的雙眼移動至不同位置時看到該些影像的不同部分。
21. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中每一該影像產生單元的該屈光模組包括至少一透鏡。
22. 如申請專利範圍第21項所述之顯示裝置，其中該些影像產生單元的該些透鏡為圓形透鏡、圓形切單邊的透鏡、圓形切相鄰兩邊的透鏡或其組合。
23. 如申請專利範圍第22項所述之顯示裝置，其中該圓形切單邊的透鏡之切邊是位於靠近該顯示裝置的中央的一側。
24. 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該圓形切相鄰兩邊的透鏡之任一切邊是位於靠近該圓形切單邊的透鏡之一側。
25. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該影像源為液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板、電漿顯示面板、發光元件或被光照射的物體。
26. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括一物距調整單元，連接該些影像源與該些屈光模組，以調整該些影像源與該些屈光模組的距離。
27. 如申請專利範圍第26項所述之顯示裝置，其中該物距調整單元包括複數個子調整單元，分別連接該些影像 源與對應的該些屈光模組，以各別調整每一該影像產生單元的該影像源與該屈光模組的距離。
28. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像的間距小於或等於該些屈光模組的間距。
29. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些影像的間距大於該些屈光模組的間距。