TW201824858A

TW201824858A - 空中成像系統及漂浮像素單元

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Publication number: TW201824858A
Application number: TW105143761A
Authority: TW
Inventors: 閆立中
Original assignee: 閆立中
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-07-01
Also published as: TWI715701B

Abstract

一種空中成像系統及漂浮像素單元。所述空中成像系統包括多個像素單元。所述像素單元預設以陣列排列配置於平面上，其中各像素單元包括成像部與驅動部，成像部與驅動部沿第一方向相互耦接，第一方向與該平面的法線方向相互平行，並且驅動部位於朝向平面的一側。各像素單元的驅動部依據對應的像素資料產生驅動力，藉以推動對應的成像部沿第一方向移動，進而在空中建立影像。

Description

空中成像系統及漂浮像素單元

本發明是有關於一種成像系統及其像素單元，且特別是有關於一種空中成像系統及漂浮像素單元。

人們可利用多種感知方式來觀察這個世界，而眼睛承載著人類90%以上的資訊獲取能力，借助視覺能獲得的信息量遠遠超過了聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等其他方式所能獲得的信息量。現實中的物體都是立體的、三維的，人眼的視覺系統能夠很好的適應現實中的三維世界，準確的把圖像資訊傳遞給人們。但是由於技術的原因，目前的絕大多數顯示裝置只能顯示二維的圖像，雖然也能給人們展示大千世界的多彩多姿，但遠不能提供與真實世界相比的視覺資訊。隨著科學技術的發展和人們生活水準的提高，人們對於顯示裝置的要求已經不僅僅侷限於簡單的傳遞二維平面資訊，而是希望它可以提供更加真實、富有立體感，更接近人眼實際感受的三維立體圖像資訊，由此三維立體顯示技術應運而生。

在現有的三維立體顯示技術中，主要是以視差式立體顯示技術為主。所謂的視差式立體顯示技術是透過時間多工或空間多工的方式讓觀賞者的左右眼分別看到不同的影像，而觀賞者兩隻眼睛所看到的影像會在大腦中融合，進而令觀賞者感知出一個具有層次景深的影像。然而，現有的立體顯示技術會受限於應體與觀賞者觀看的角度，無法同時提供裸眼觀看、周視和圖像懸浮可觸摸的特點。

本發明提供一種空中成像系統及漂浮像素單元，其可帶來不同於傳統成像系統的畫面觀賞體驗。

本發明的空中成像系統包括多個像素單元。所述像素單元預設以陣列排列配置於平面上，其中各像素單元包括成像部與驅動部，成像部與驅動部沿第一方向相互耦接，第一方向與該平面的法線方向相互平行，並且驅動部位於朝向平面的一側。各像素單元的驅動部依據對應的像素資料產生驅動力，藉以推動對應的成像部沿第一方向移動，進而在空中建立影像。

本發明的漂浮像素單元，適於反應於磁場能量而沿正交於地面的第一方向漂浮在空中。所述漂浮像素單元包括發光元件、發光控制電路、電源轉換電路以及超導體元件。發光控制電路耦接發光元件，用以依據工作電源提供發光控制信號給發光元件，使發光元件反應於接收到的發光控制信號而發光。電源轉換電路耦接發光控制電路，產生供給發光控制電路使用的工作電源。超導體元件配置於接近地面的一側，用以反應於磁場能量而在第一方向上形成磁抗力，進而使像素單元漂浮於空中並且沿第一方向移動。

基於上述，本發明實施例提出一種空中成像系統及漂浮像素單元，其藉由設置可在平面法線方向上建立驅動力的像素單元，進而在空中顯示出具有實體的立體影像。不同於一般投影式或視差式等非實體的立體顯示方法，本實施例的漂浮像素單元所建立出的立體影像是具有實體的，可供使用者從空間中的不同角度觀看，並且從不同角度看會有不同視覺呈現，進而提高觀賞者的觀賞體驗。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧空中成像系統

110、110_1~110_9、210、210_1、210_2、310、410‧‧‧像素單元

112、212、312、412‧‧‧成像部

114、214、314、414‧‧‧驅動部

220、220_1、220_2‧‧‧電磁單元

230‧‧‧時序驅動電路

240‧‧‧資料轉換電路

D1‧‧‧第一方向

DTA‧‧‧像素資料

d1、d2、d3‧‧‧間隔高度

E_DTA‧‧‧驅動電壓

GS‧‧‧平面

NL‧‧‧法線方向

RP‧‧‧區域

EU‧‧‧發光元件

ED‧‧‧發光控制電路

F1、F2‧‧‧驅動力

FD‧‧‧懸浮驅動電路

MFU‧‧‧機械飛行元件

PCM‧‧‧動力構件

PCV‧‧‧電源轉換電路

PT‧‧‧承載平台

PU‧‧‧電源電路

SDM‧‧‧聲波驅動模組

SPC‧‧‧超導體元件

SW1、SW2‧‧‧駐波信號

SWG1、SWG2‧‧‧聲波產生元件

WC‧‧‧旋翼構件

WCM‧‧‧無線充電模組

圖1A為本發明一實施例的空中成像系統的系統架構示意圖。

圖1B為本發明一實施例的空中成像系統的俯視圖。

圖1C為本發明一實施例的空中成像系統的側視圖。

圖2A為本發明第一實施例的像素單元的架構示意圖。

圖2B為本發明第一實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。

圖2C為應用本發明第一實施例的像素單元的空中成像系統的系統架構示意圖。

圖3A為本發明第二實施例的像素單元的架構示意圖。

圖3B為本發明第二實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。

圖4A為本發明第三實施例的像素單元的架構示意圖。

圖4B為本發明第三實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。

為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。

圖1A為本發明一實施例的空中成像系統的系統架構示意圖。圖1B為本發明一實施例的空中成像系統的俯視圖。請同時參照圖1A與圖1B，空中成像系統100包括多個像素單元110(如像素單元110_1~110_9)。所述像素單元110預設以陣列排列配置於平面GS上(例如地面或桌面等)。各像素單元110包括成像部112以及驅動部114。成像部112與驅動部114沿第一方向D1相互耦接，其中第一方向D1會與平面GS的法線方向NL相互平行，並且驅動部114會位於朝向平面GS的一側。於此，若所述平面GS為地面，則所述第一方向D1即可例如為空間中的z軸方向(以空間中的X-Y平面為地面)，但本發明不以此為限。

在本實施例中，各像素單元110的驅動部114會依據接收到的像素資料產生驅動力，藉以推動對應的成像部112沿第一方向D1移動，進而在空中建立影像。更具體地說，在各像素單元110中，至少成像部112會漂浮/懸浮在平面GS上，亦即成像部112與平面GS之間至少有一個間隔高度，並且不受到實體物件支撐。所述間隔高度即是根據驅動部114所產生的驅動力來決定，驅動力越強，即會使像素單元110與平面GS之間的間隔高度越高，即距離平面GS越遠；反之，若驅動力越弱，即會使像素單元110與平面GS之間的間隔高度越小，即距離平面GS越近。

在所述漂浮控制像素單元110的應用下，透過給予適合的像素資料即可令各像素單元110反應於像素資料而漂浮於不同的高度上，而使像素單元110整體可以組成一個實體的立體影像。在此所述的實體的立體影像是相對於一般投影式或視差式立體影像而言，本實施例的漂浮像素單元110所建立出的立體影像是具有實體的，可供使用者從空間中的不同角度觀看(從不同角度看會有不同視覺呈現)，並且可被實際觸摸到；而一般投影式或視差式等非實體的立體影像則是僅能從特定角度觀看，並且是由光線所構成，無法被實際觸摸到。

於此應注意的是，本實施例的驅動部114與成像部112 的實體結構根據其所應用的驅動方式，而可能會設置在一起或分離設置。換言之，本發明並不限定驅動部114會隨著成像部112在第一方向D1上漂浮。驅動部114可以是固定在平面GS上的實體構件，或是隨著成像部112沿第一方向D1漂浮/懸浮的實體構件，本發明不以此為限。

更具體地說，以圖1A所示的像素單元110_1與110_2為例來說明，在本實施例中，當像素單元110_1與110_2尚未被驅動時，兩者都會被擺放在平面GS上，意即像素單元110_1與110_2此時與平面GS的間隔高度為0。當像素單元110_1與110_2的驅動部接收到像素資料時，像素單元110_1反應於接收到的像素資料產生了驅動力F1，並且像素單元110_2反應於接收到的像素資料產生了驅動力F2。其中，驅動力F1與F2為超距力/非接觸力，並且施加在平面GS上，進而使像素單元110_1反應於作用在平面GS上的驅動力F1而產生間隔高度d1，並且像素單元110_2反應於作用在平面GS上的驅動力F2而產生間隔高度d2。藉所述驅動方式，各像素單元110可以根據

在本實施例中，所述成像部112可以是由一發光體(例如發光二極體)或是一非發光體所構成，本發明不以此為限。若成像部112為發光體所構成，則像素單元110除了可呈現出懸浮高度梯度變化之外，還可以搭配發光體的亮度變化來進一步呈現立體的顯示影像。

為了更進一步說明本發明實施例的空中顯示系統100的成像方式，底下以圖1B所示的區域RP內的3x3像素單元110_1~110_9作為範例，進一步說明像素單元110_1~110_9作為一個整體時的畫面顯示流程，如圖1C所示。其中，圖1C為本發明一實施例的空中成像系統的側視圖。

請參照圖1C，在本實施例中，像素單元110_1~110_9所接收到的像素資料例如會對應到數字“4”。此時，像素單元110_1與110_3會接收到同樣的像素資料，並且產生相同或近似的驅動力而懸浮於距平面GS間隔高度d1的位置。像素單元110_4~110_6會接收到同樣的像素資料，並且產生相同或近似的驅動力而懸浮於距平面GS間隔高度d2的位置，其中間隔高度d2小於間隔高度d1。像素單元110_9會根據接收到的像素資料產生一驅動力，並且據以懸浮於距平面GS間隔高度d3的位置，其中間隔高度d3小於間隔高度d2。另外，像素單元110_2、110_5、110_7未被驅動而仍位於平面GS上(即，間隔高度為0)。基此，像素單元110_1、110_3~110_6及110_9即會組成一個懸浮於空中的數字“4”。

在本實施例中，所述驅動力可以例如磁浮力、空氣浮力及聲波浮力等可利用電路或機械元件產生並實施量化控制的超距力。底下以圖2至圖4來舉例說明在不同實施例的驅動力的形成方式及對應的驅動部114配置。

圖2A為本發明第一實施例的像素單元的架構示意圖。圖2B為本發明第一實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。請先參照圖2A，在本實施例中，像素單元210包括成像部212與驅動部214，其中成像部212包括發光元件EU以及發光控制電路ED，並且驅動部214包括電源轉換電路PCV以及超導體元件SPC。

在成像部212中，發光元件EU可例如為發光二極體(LED)。發光控制電路ED耦接發光元件EU，用以提供發光控制信號給發光元件EU，使發光元件EU可反應於接收到的發光控制信號而發光。於此，所述發光控制電路ED可例如是PWM控制電路等可控亮度的發光控制手段。

在驅動部214中，電源轉換電路PCV耦接發光控制電路ED，用以產生供給發光控制電路ED使用的工作電源，其中電源轉換電路PCV可以例如為降壓轉換器(bulk converter)、升壓轉換器(boost converter)或降-升壓轉換器(bulk-boost converter)，本發明不對此加以限制。其中，平面GS上會設置產生磁場的構件，而所述磁場的磁場能量會與像素資料有對應關係(此部分後續實施例會進一步詳述)，因此超導體元件SPC可反應於關聯於像素資料的磁場能量而在平面GS的法線方向上形成磁抗力，進而使像素單元210漂浮於空中並且沿平面GS的法線方向移動。

請同時參照圖2A與圖2B，在結構配置上，超導體元件SPC、電源轉換電路PCV、發光控制電路ED以及發光元件EU可以依序沿著遠離平面GS的方向堆疊配置。換言之，超導體元件SPC會被配置於朝向平面GS的一側。

在一範例實施例中，電源轉換電路PCV的輸入電源可由配置在超導體元件上的電池(未繪示)提供。在另一範例實施例中，像素單元210可更包括一個無線充電模組WCM。所述無線充電模組WCM可例如為配置於超導體元件SPC上的線圈，其可在像素單元210沿第一方向D1移動時，反應於磁場變化產生電能。在此應用下，電源轉換電路PCV則是根據無線充電模組WCM所產生的電能進行電源轉換，藉以產生供給發光控制電路ED使用的工作電源。

詳細而言，超導體元件SPC可例如為化學材料超導體(例如鉛和水銀)、合金材料超導體(例如鈮鈦合金和鈮鍺合金)、氧化物超導體(例如釔鋇銅氧化物)以及有機超導體(例如富勒烯和碳納米管)其中之一。其中，超導體元件SPC在超導態時會排斥所有的磁通量，使磁力線無法穿透超導體元件SPC，從而令超導體元件SPC產生抵抗磁場的磁抗力(即麥斯納效應)。

進一步搭配圖2C來說明應用像素單元210的空中成像系統的具體運作。其中，圖2C為應用本發明第一實施例的像素單元的空中成像系統的系統架構示意圖。

請參照圖2A至圖2C，本實施例的三維成像系統可更包括懸浮驅動電路FD，其係對應像素單元210配置於平面GS上，並且可用以將影像資料DTA轉換為電磁能量。具體而言，懸浮驅動電路FD包括多個電磁單元220、時序驅動電路230以及資料轉換電路240。電磁單元220以陣列排列並且與像素單元210對應配置於像素單元210與平面GS之間。舉例來說，電磁單元220_1與像素單元210_1相對應配置，並且電磁單元220_2與像素單元 210_2相對應配置。亦即，在像素單元210_1與210_2未被驅動的狀態下，會分別位於電磁單元220_1與220_2上，其他像素單元210與電磁單元220的配置可以此類推。其中，電磁單元220可例如為可根據電信號產生對應磁場的電磁鐵，但本發明不以此為限。

時序驅動電路230耦接電磁單元220，並且用以序列地致能電磁單元220。資料轉換電路240耦接電磁單元220。資料轉換電路240用以將像素資料DTA轉換為多個驅動電壓E_DTA，並且協同於電磁單元220的致能時序將驅動電壓E_DTA依序提供給對應的電磁單元220。其中，電磁單元220會反應於接收到的驅動電壓E_DTA而產生對應的電磁能量。

詳細而言，以圖2C來看，時序驅動電路230可依序致能第一列至第四列的電磁單元220，在第四列電磁單元220致能後再重新回到致能第一列電磁單元220，並且如此往復循環。當電磁單元220被致能時，其可反應於接收到的驅動電壓E_DTA而產生對應的磁場能量，進而令對應的像素單元210產生對應的磁抗力。相反地，未被致能的電磁單元220即便接收到驅動電壓E_DTA也不會因此建立磁場。藉由所述序列致能電磁單元220的方式，即可令像素單元210可以逐列地產生對應的磁抗力，進而建立起空中影像。

圖3A為本發明第二實施例的像素單元的架構示意圖。請參照圖3A，像素單元310包括成像部312與驅動部314，其中成像部312包括發光元件EU以及發光控制電路ED，並且驅動部314 包括電源電路PU以及機械飛行元件MFU。

關於發光元件EU與發光控制電路ED的部分與前述實施例相同，於此不再重複贅述。在本實施例中，驅動部314的電源電路PU是用來供電給發光控制電路ED與機械飛行元件MFU使用，其可例如為電池。機械飛行元件MFU用以藉旋轉、振翅或噴射機構產生空氣動力而使所屬的像素單元310沿平面的法線方向移動。所述旋轉、振翅或PCM噴射機構可例如為螺旋槳、機械鳥翼或噴射推進裝置等，本發明不以此為限。另外，所述機械飛行元件MFU可例如為無人機(UAV)。

圖3B為本發明第二實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。請同時參照圖3A與圖3B，本實施例的機械飛行元件MFU包括承載平台PT、旋翼構件WC以及動力構件PCM。承載平台PT是用以承載成像部312，在具體應用中，發光元件EU可例如貼附於承載平台PT上。動力構件PCM可例如為馬達，其可用以驅動旋翼構件WC，使旋翼構件WC旋轉而沿第一方向D1產生氣流，藉以產生空氣浮力以令旋翼構件WC連攜帶動承載平台PT浮置於空中。其中，透過程式化動力構件PCM的驅動能力(例如調整馬達轉速)，即可令承載平台PT帶動成像部312漂浮於平面GS上的預設位置，進而實現空中成像。

圖4A為本發明第三實施例的像素單元的架構示意圖。請參照圖4A，像素單元410包括成像部412與驅動部414，其中成像部412包括發光元件EU以及發光控制電路ED，並且驅動部414 包括電源電路PU以及聲波驅動模組SDM。

關於發光元件EU、發光控制電路ED及電源電路PU的部分與前述實施例相同，於此不再重複贅述。聲波驅動模組SDM用以在第一方向D1上建立一聲波場。其中，由於聲波場中的駐波點沒有淨能量轉移，使發光元件EU重力的影響會受到從聲波的壓力而抵銷掉，因此聲波驅動模組SDM可透過調整所述聲波場的駐波點進而使所屬的像素單元410在第一方向D1上移動。

圖4B為本發明第三實施例的像素單元的實體結構配置示意圖。請同時參照圖4A與圖4B，本實施例的聲波驅動模組SDM包括兩聲波產生元件SWG1與SWG2。所述兩聲波產生元件SWG1與SWG2係沿第一方向D1對稱設置在對應的像素單元410的成像部412的兩側。其中，聲波產生元件SWG1與SWG2會分別產生具有相同頻率的駐波信號SW1與SW2，進而在聲波產生元件SWG1與SWG2之間的特定節點上形成駐波點。基此，藉由調整聲波產生元件SWG1與SWG2的輸出波長即可調整成像部412的懸浮位置。

綜上所述，本發明實施例提出一種空中成像系統及漂浮像素單元，其藉由設置可在平面法線方向上建立驅動力的像素單元，進而在空中顯示出具有實體的立體影像。不同於一般投影式或視差式等非實體的立體顯示方法，本實施例的漂浮像素單元所建立出的立體影像是具有實體的，可供使用者從空間中的不同角度觀看，並且從不同角度看會有不同視覺呈現，進而提高觀賞者的觀賞體驗。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種空中成像系統，包括：多個像素單元，預設以陣列排列配置於一平面上，其中各該像素單元包括一成像部與一驅動部，該成像部與該驅動部沿一第一方向相互耦接，該第一方向與該平面的一法線方向相互平行，並且該驅動部位於朝向該平面的一側，其中，各該像素單元的驅動部依據一對應的像素資料產生一驅動力，藉以推動對應的成像部沿該第一方向移動，進而在空中建立影像。
如申請專利範圍第1項所述的空中成像系統，其中各該驅動部包括：一超導體元件，用以反應於關聯該像素資料的一磁場能量，而在該第一方向上形成一磁抗力，進而使所屬的像素單元漂浮於該平面上並且沿該第一方向移動。
如申請專利範圍第2項所述的三維成像系統，其中該超導體元件為化學材料超導體、合金材料超導體、氧化物超導體以及有機超導體其中之一。
如申請專利範圍第2項所述的三維成像系統，更包括：一懸浮驅動電路，對應該些像素單元配置於該平面上，用以將該些像素資料分別轉換為對應的電磁能量。
如申請專利範圍第4項所述的三維成像系統，其中該懸浮驅動電路包括：多個電磁單元，以陣列排列並且與該些像素單元對應配置於該些像素單元與該平面之間；一時序驅動電路，耦接該些電磁單元，用以序列地致能該些電磁單元；以及一資料轉換電路，耦接該些電磁單元，用以將該些像素資料轉換為多個驅動電壓，並且協同於該些電磁單元的致能時序將該些驅動電壓依序提供給對應的電磁單元，其中，該些電磁單元反應于接收到的驅動電壓而產生對應的電磁能量。
如申請專利範圍第2項所述的三維成像系統，其中各該成像部包括：一發光元件；以及一發光控制電路，耦接該發光元件，用以提供一發光控制信號給該發光元件，使該發光元件反應於接收到的發光控制信號而發光。
如申請專利範圍第6項所述的三維成像系統，其中各該驅動部更包括：一無線充電模組，配置於該超導體元件上，用以在沿該第一方向移動時反應于磁場變化產生電能；以及一電源轉換電路，耦接該無線充電模組，用以根據該無線充電模組所產生的電能進行電源轉換，藉以產生供給該發光控制電路使用的一工作電源
如申請專利範圍第1項所述的三維成像系統，其中該驅動部包括：一機械飛行元件，用以藉旋轉、振翅或噴射機構產生一空氣動力而使所屬的像素單元沿該第一方向移動。
如申請專利範圍第8項所述的三維成像系統，其中該機械飛行元件包括：一承載平台，用以承載該成像部；一旋翼構件，經驅動而旋轉並沿該第一方向產生氣流；以及一動力構件，連接該旋翼構件，並且用以驅動該旋翼構件。
如申請專利範圍第1項所述的三維成像系統，其中該驅動部包括：一聲波驅動模組，用以在該第一方向上建立一聲波場，並且透過調整該聲波場的駐波點使所屬的像素單元在該第一方向上移動。
如申請專利範圍第10項所述的三維成像系統，其中該聲波驅動模組包括：兩聲波產生元件，沿該第一方向對稱設置在對應的像素單元的兩側，分別用以產生具有相同頻率的駐波信號。
一種漂浮像素單元，適於反應於一磁場能量而沿正交於地面的一第一方向漂浮在空中，該漂浮像素單元包括：一發光元件；一發光控制電路，耦接該發光元件，用以依據一工作電源提供一發光控制信號給該發光元件，使該發光元件反應於接收到的發光控制信號而發光；一電源轉換電路，耦接該發光控制電路，產生供給該發光控制電路使用的一工作電源；以及一超導體元件，配置於接近地面的一側，用以反應於該磁場能量而在該第一方向上形成一磁抗力，進而使該像素單元漂浮於空中並且沿該第一方向移動。
如申請專利範圍第12項所述的漂浮像素單元，其中該超導體元件為化學材料超導體、合金材料超導體、氧化物超導體以及有機超導體其中之一。
如申請專利範圍第12項所述的漂浮像素單元，更包括：一無線充電模組，配置於超導體援建上，用以在沿該第一方向移動時反應於磁場變化產生電能並提供給該電源轉換電路。