TWI411293B

TWI411293B - 觀賞眼鏡、三維顯示系統及其影像光束調整方法

Info

Publication number: TWI411293B
Application number: TW099126262A
Authority: TW
Inventors: Chueh Pin Ko; Dong Hsing Su
Original assignee: Acer Inc
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2013-10-01
Also published as: EP2416584A3; US20120033145A1; TW201208345A; EP2416584A2; US8836870B2

Description

觀賞眼鏡、三維顯示系統及其影像光束調整方法

本發明是有關於一種顯示系統及其影像的調整方法，且特別是有關於一種使用觀賞眼鏡的三維顯示系統及其影像的調整方法。

隨著科技的日益進步，在顯示技術的發展方面，除了追求顯示裝置的輕薄短小之外，更希望能達成顯示立體畫面的目標。一般來說，顯示立體畫面的原理為將兩種不同畫面分別送入左右眼，進而使大腦建構出一幅三度空間的畫面。

目前3D顯示技術主要可分為兩種，亦即需要戴眼鏡的顯示技術與不須戴眼鏡的顯示技術。其中戴眼鏡的部分又可分為早期的紅藍眼鏡、快門眼鏡、與現今的偏光眼鏡。無論何種最主要的3D基本原理就是讓左右眼看到不同的影像使大腦認為其為3D影像。以目前3D快門眼鏡(shutter glasses)通常可搭配3D液晶(liquid crystal)電視以及3D投影機等不同的顯示裝置來呈現3D的效果。

習知快門眼鏡包括前偏光片、液晶層以及後偏光片。其中前偏光片的偏振軸方向與三維顯示裝置所發出的影像光束的偏振方向平行，且前偏光片與後偏光片的偏振軸方向為正交。液晶層設置於前偏光片與後偏光片的中間，液晶層受控於一操作電壓而改變影像光束的偏振方向，使影像光束在穿過液晶層後的偏振方向可平行或垂直於後偏光片，進而使影像光束可通過後偏光片或被後偏光片所阻擋。隨著對快門眼鏡的左右鏡片的循序施加電壓，快門眼鏡可遮擋不同時間的從三維顯示裝置送出來的左右眼畫面，而使觀賞者的左眼看到左眼畫面、右眼看到右眼畫面，之後再經由大腦疊合形成立體影像。

習知快門眼鏡雖然可搭配三維顯示裝置達到顯示立體影像的效果，但由於現在市面上三維顯示裝置所發出的影像光束的偏振方向並無統一的規格，不同的顯示裝置可能具有不同偏振方向的影像光束，因此具有特定偏振軸方向的快門眼鏡僅能搭配具有對應偏振光方向的顯示裝置使用，如此一來將提高廠商的生產成本與眼鏡價格，同時也造成使用者必須獨立購買各種眼鏡而造成不必要的浪費。

本發明提供一種觀賞眼鏡，可調整影像光束的偏振方向，使觀賞眼鏡可適用於各種不同偏振方向的三維顯示裝置。

本發明提供一種使用觀賞眼鏡的三維顯示系統及其影像光束調整方法，可依據使用者的觀賞位置以及觀賞姿勢對影像光束的偏振方向的調整角度進行補償，以避免立體影像畫面出現偏暗的情形。

本發明提出一種三維顯示裝置的觀賞眼鏡，其中三維顯示裝置用以在一顯示屏幕上顯示影像，觀賞眼鏡包括一眼鏡框架、一第一控制單元以及兩個鏡片。其中第一控制單元依據顯示屏幕發出之影像光束的偏振方向與偏光片之偏振軸方向輸出控制訊號。上述兩個鏡片設置於眼鏡框架上，其中兩個鏡片中每一鏡片包括一偏光片以及一偏振轉換單元。其中偏振轉換單元耦接第一控制單元，並配置於顯示屏幕與偏光片之間，其受控於控制訊號而調整影像光束的偏振方向，以將影像光束的偏振方向轉換為第一偏振方向或第二偏振方向，其中第一偏振方向垂直於偏光片之偏振軸方向，第二偏振方向則平行於偏光片之偏振軸方向。

在本發明之一實施例中，上述之偏振轉換單元為一第一液晶層，其中控制訊號包括液晶層的操作電壓。

在本發明之一實施例中，上述之偏振轉換單元包括一第一液晶層以及一第二液晶層。其中第一液晶層配置於顯示屏幕與偏光片之間，並耦接第一控制單元，受控於控制訊號而依據影像光束的偏振方向與第一偏振方向調整影像光束的偏振方向，以將影像光束的偏振方向轉換為第一偏振方向。另外第二液晶層則配置於第一液晶層與偏光片之間，並耦接第一控制單元，受控於控制訊號而將影像光束的偏振方向保持在第一偏振方向或將影像光束的偏振方向轉換為第二偏振方向，其中控制訊號包括第一液晶層與第二液晶層的操作電壓。

本發明亦提出一種三維顯示系統，包括一三維顯示裝置以及一觀賞眼鏡。其中三維顯示裝置用以於一顯示屏幕上顯示影像。觀賞眼鏡則包括一眼鏡框架、一第一控制單元以及兩個鏡片。其中第一控制單元依據一調整角度與一補償角度中的至少其一輸出一控制訊號，其中調整角度是依據顯示屏幕發出之影像光束的偏振方向而決定，補償角度是依據觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位而決定，空間相對方位為觀賞眼鏡相對於顯示屏幕沿一正交座標系統的三座標軸中的至少其一移動及/或旋轉時，觀賞眼鏡與顯示屏幕間的空間相對關係。上述兩個鏡片設置於眼鏡框架上，其中兩個鏡片中每一鏡片包括一偏光片以及一偏振轉換單元。其中偏振轉換單元耦接第一控制單元，並受控於控制訊號而調整影像光束的偏振方向，以將影像光束的偏振方向轉換為第一偏振方向或第二偏振方向。其中第一偏振方向垂直於偏光片之偏振軸方向，第二偏振方向平行於偏光片之偏振軸方向。

在本發明之一實施例中，上述之觀賞眼鏡更包括一平衡感應器以及一第一控制單元。其中平衡感應器耦接第一控制單元，感應空間相對方位，第一控制單元依據影像光束的偏振方向決定調整角度，並依據平衡感應器所感應到之空間相對方位判斷補償角度，並依據調整角度與補償角度中的至少其一來控制偏振轉換單元調整影像光束的偏振方向。

在本發明之一實施例中，上述之三維顯示裝置更包括一感應器、一信號發送器以及一第二控制單元。其中感應器用以偵測空間相對方位。信號發送器用以發送對應補償角度的補償信號至觀賞眼鏡。另外，第二控制單元耦接感應器以及信號發送器，其依據感應器所偵測到之空間相對方位判斷補償角度，並依據補償角度控制信號發送器發送補償信號。

在本發明之一實施例中，上述之觀賞眼鏡更包括一接收器以及一第一控制單元。其中接收器耦接第一控制單元，用以接收補償信號。第一控制單元依據補償信號取得補償角度，並依據調整角度與補償角度中的至少其一控制偏振轉換單元調整影像光束的偏振方向。

在本發明之一實施例中，上述之觀賞眼鏡更包括多個位置信號發射器，各位置信號發射器發射一位置信號，感應器偵測此些位置信號，並依據偵測到此些位置信號時的資訊來判斷空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之感應器拍攝觀賞眼鏡之影像，第二控制單元則分析影像以偵測空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之第二控制單元分析影像以偵測觀賞眼鏡的輪廓或一預設圖案，以獲得空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之第二控制單元分析影像以偵測使用觀賞眼鏡之觀賞者的臉部相對於顯示屏幕之空間相對方位，以獲得觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之觀賞眼鏡更包括一感應器，其拍攝三維顯示裝置之影像，第一控制單元分析影像以偵測空間相對方位。

本發明提出一種三維顯示系統的影像光束調整方法，其中三維顯示系統包括一三維顯示裝置以及一觀賞眼鏡，且三維顯示裝置包括用以顯示影像的一顯示屏幕，而觀賞眼鏡則包括兩個鏡片，且兩個鏡片中每一鏡片包括一偏光片以及一偏振轉換單元。影像調整方法包括，先依據顯示屏幕發出之影像光束的偏振方向決定一調整角度。接著，偵測觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位，其中空間相對方位為觀賞眼鏡相對於顯示屏幕沿一正交座標系統的三座標軸中的至少其一移動及/或旋轉時，觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對關係。繼之，依據此空間相對方位決定補償角度。最後，依據調整角度與補償角度中的至少其一調整影像光束的偏振方向，以將影像光束的偏振方向轉換為一第一偏振方向或一第二偏振方向。其中第一偏振方向垂直於偏光片之偏振軸方向，第二偏振方向平行於偏光片之偏振軸方向。

在本發明之一實施例中，上述之影像光束的偏振方向依據三維顯示裝置的種類而不同。

在本發明之一實施例中，上述之三維顯示系統的影像光束調整方法，其中偵測空間相對方位的步驟包括先利用觀賞眼鏡與三維顯示裝置其中之一發射多個位置信號，之後再利用觀賞眼鏡與三維顯示裝置其中之另一偵測上述位置信號，並依據偵測到該些位置信號時的時間差獲得空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之偵測空間相對方位的步驟包括利用三維顯示裝置拍攝觀賞眼鏡之影像，並分析影像以偵測空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之偵測該空間相對方位的步驟更包括，利用三維顯示裝置分析影像以偵測觀賞眼鏡的輪廓或一預設圖案，以獲得空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之偵測空間相對方位的步驟更包括利用三維顯示裝置分析影像以偵測使用觀賞眼鏡之觀賞者的臉部相對於顯示屏幕之空間相對方位，以獲得觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之偵測空間相對方位的步驟包括，利用賞眼鏡拍攝該三維顯示裝置之影像，並分析影像以偵測空間相對方位。

在本發明之一實施例中，上述之利用偵測空間相對方位的步驟更包括，利用觀賞眼鏡分析影像以偵測三維顯示裝置的輪廓或一預設圖案，以獲得空間相對方位。

基於上述，本發明利用偏振轉換單元依據顯示屏幕發出的影像光束的偏振方向以及觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位來調整影像光束的偏振方向，使觀賞眼鏡可適用於各種不同偏振方向的三維顯示裝置，以節省廠商的生產成本，同時避免使用者購買多支不同的眼鏡而造成浪費，另外亦可避免因使用者的觀賞位置以及觀賞姿勢的不同而造成之立體影像畫面偏暗的情形。

為讓本發明之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。

圖1繪示為本發明一實施例之三維顯示裝置的觀賞眼鏡的示意圖，其中觀賞眼鏡100用來觀賞三維顯示裝置在顯示屏幕106上顯示的影像。此處之三維顯示裝置可由線偏振光的三維液晶顯示器、三維投影機等立體影像顯示裝置或者其他具偏光的顯示器來實現，如添加偏光片的有機發光二極體(Organic Light Emitter Diode Display,OLED)投影機或數位光學處理(Digital Light Processing,DLP)投影機。當三維顯示裝置為三維液晶顯示器時，顯示屏幕106意指三維液晶顯示器上液晶顯示面板所顯示的畫面區域，而當三維顯示裝置為三維投影機時，顯示屏幕106意指三維投影機所投影之平面上顯示畫面的區域。

觀賞眼鏡100包括一眼鏡框架與設置於眼鏡框架上對應左右兩眼的兩片鏡片，而各鏡片包括(但不侷限於)一偏光片102以及一偏振轉換單元104，其中偏振轉換單元104配置於偏光片102與顯示屏幕106之間。偏振轉換單元104接收顯示屏幕106所發出的影像光束L1，並受控於觀賞眼鏡100中一控制單元(未繪示)輸出的控制訊號而調整影像光束L1的偏振方向，其中控制訊號為控制單元依據顯示屏幕106發出之影像光束L1的偏振方向與偏光片102之偏振軸方向輸出。偏振轉換單元104將影像光束L1的偏振方向轉換為跟偏光片102的偏振軸方向平行或垂直，以使影像光束L1順利通過偏光片102而到達觀賞者的眼睛成像，或是阻止影像光束L1的通過而使觀賞者的眼睛無法接收影像光束L1。舉例來說，假設顯示屏幕106所發出影像光束L1的偏振方向為90度，而偏光片102的偏振軸方向為135度，偏振轉換單元104可將影像光束L1的偏振方向轉換為45度或135度，以控制影像光束L1穿過偏光片102或被偏光片102所阻擋。

藉由分別控制左右鏡片中的偏振轉換單元104並依據左、右眼畫面的次序來決定影像光束L1的通過與否，來依序遮蔽觀賞者左眼或右眼的畫面，即可達到使觀賞者感受到立體影像的效果。由於偏振轉換單元104可依據影像光束L1的偏振方向與偏光片102的偏振軸方向調整影像光束L1的偏振方向，因此不論顯示屏幕106所發出的影像光束L1的偏振方向為何，左右鏡片中的偏振轉換單元104都可分別將影像光束L1的偏振方向轉換為跟偏光片102的偏振軸方向平行或正交，進而達到遮蔽左、右眼畫面而顯示立體影像的效果。至於觀賞眼鏡100如何得知影像光束L1的偏振方向，這可以由三維顯示裝置發送信號以告知觀賞眼鏡100，或在觀賞眼鏡100設計一個開關或旋鈕之類的輸入裝置，由觀賞者手動設定，亦或者是由觀賞眼鏡100自動偵測。

因此，本實施例之觀賞眼鏡100可避免如習知技術般只能支援特定三維顯示裝置的特性，進而節省廠商的生產成本，並使使用者不須配合不同規格的三維顯示裝置購買不同的眼鏡而造成浪費。

詳細來說，偏振轉換單元104可利用一液晶層202來實施，如圖2所示之觀賞眼鏡的示意圖。液晶層202可依據施加於其上的控制訊號(例如：操作電壓)而改變液晶層中液晶的旋轉角度，進而將影像光束L1的偏振方向轉換為與偏光片102的偏振軸方向平行或垂直。如圖3所示之影像光束L1的偏振方向與液晶層操作電壓的關係圖所示，當三維顯示裝置所使用的液晶種類不同時，例如橫向電場切換(in-plane switching，IPS)模式、扭曲向列(Twisted Nematic，TN)模式、光學補償彎曲排列(Optically Compensated Bend，OCB)模式、垂直配向(Vertical Alignment，VA)模式等各種模式的液晶，其所發射出的影像光束L1的偏振方向也不同，例如圖3中左邊第一圖為橫向電場切換模式的液晶偏振方向，第二圖與第三圖則分別為扭曲向列模式與垂直配向模式的液晶偏振方向。透過對液晶層202施加對應不同偏振方向的電壓，即可將具有不同偏振方向的影像光束L1轉換為與偏光片102的偏振軸方向平行或垂直，使影像光束L1通過偏光片102，或阻止影像光束L1通過偏光片102。

例如可依據圖3中具有不同偏振方向的各影像光束L1(從左到右，偏振方向之角度依序為0度、135度、90度以及45度)對液晶層202施加對應的的操作電壓(其值依序為2V、2.3V、2.8V以及3.1V)，以使圖3中影像光束L1的偏振方向轉成與偏光片102的偏振軸方向垂直，而使影像光束L1無法穿過偏光片102。而當施加於液晶層202的操作電壓之值為0V(亦即不向液晶層202施加電壓)時，液晶層202將自動地將影像光束L1的偏振方向轉換為與偏光片102的偏振軸方向平行，而使影像光束L1通過偏光片102。其中圖3所示之電壓值2V、2.3V、2.8V以及3.1V為當不同偏振軸方向的影像光束L1無法穿透偏光片102時，所分別對應施加於液晶層202上的電壓值。

圖3的電壓值只是範例。在實際應用時，由於液晶層202的設計細節是已知的，只要知道需要將L1的偏振方向扭轉多少角度，很容易就能得出需要施加的操作電壓。

如圖4繪示本發明另一實施例之三維顯示裝置的觀賞眼鏡的示意圖。請參照圖4，上述圖1實施例之偏振轉換單元104可利用兩液晶層402與404來實現，其中液晶層402配置於顯示屏幕106與偏光片102之間，液晶層404則配置於液晶層402與偏光片102之間。在本實施例中，液晶層402先將所接收的影像光束L1的偏振方向之角度轉換為45度，之後再由液晶層404接收通過液晶層402的影像光束L1，並由液晶層404來控制決定影像光束L1是否能通過偏光片102。液晶層402先依據不同的操作電壓(2V、2.3V、2.8V以及3.1V)分別將不同偏振方像(0度、135度、90度以及45度)的影像光束L1轉為45度，之後再由液晶層404來調整影像光束L1的偏振方向，以決定其是否可通過偏光片102，其中當液晶層404的操作電壓為12V時，影像光束L1的偏振方向與偏光片102的偏振軸方向平行，影像光束L1可通過偏光片102；而當液晶層404的操作電壓為0V時，影像光束L1的偏振方向與偏光片102的偏振軸方向垂直，影像光束L1無法通過偏光片102。

值得注意的是，上述實施例中影像光束L1的調整角度與其操作電壓的對應關係為在觀賞眼鏡100位於顯示屏幕106正前方、觀賞眼鏡100的鏡片與顯示屏幕106平行且觀賞眼鏡100無任何傾斜角度的情形下所得到。然實際應用上，觀賞者在使用觀賞眼鏡100時，觀賞眼鏡100很難滿足上述的位置條件。觀賞眼鏡100相對於顯示屏幕106的位置與角度會隨觀賞者觀看顯示屏幕106時的所在位置以及觀賞者的觀看姿勢而有所不同(例如觀賞者可能躺著或歪頭觀看)，因此觀賞眼鏡100必須針對觀賞眼鏡100與顯示屏幕106的空間相對方位額外對影像光束L1調整一補償角度，以避免觀賞者觀看到偏暗的立體影像畫面。其中，假設顯示屏幕106位於一正交座標系統的原點，上述之空間相對方位為觀賞眼鏡100相對於顯示屏幕106沿正交座標系統的三座標軸中的至少其一移動及/或旋轉時，觀賞眼鏡100與顯示屏幕106間的空間相對關係。

其中，影響上述觀賞眼鏡100與顯示屏幕106的空間相對方位的因素包括兩個，一個是觀賞眼鏡100的傾斜角度，另一個則是觀賞眼鏡100相對於顯示屏幕106的位置。其中觀賞眼鏡100的傾斜角度意指觀賞眼鏡在一參考平面上的傾斜角度，其中此參考平面的法線平行觀賞眼鏡100所接受的影像光束L1。另外，觀賞眼鏡100相對於顯示屏幕106的位置可透過圖5所繪示之三維顯示系統的示意圖來定義。假設觀賞眼鏡100位於座標軸X、座標軸Y以及座標軸Z所構成的三維空間中，其中顯示屏幕106位於由座標軸X與座標軸Y所構成的座標平面上，而座標軸X、座標軸Y以及座標軸Z的交點為顯示屏幕106的中心點。觀賞眼鏡100相對於顯示屏幕106的位置可由觀賞眼鏡100在以座標軸X、Y、Z所構成的三維空間中的座標值來定義。其中隨著觀賞眼鏡100位置的不同，觀賞眼鏡100調整影像光束L1偏振方向所需的補償角度也將不同。也就是說觀賞眼鏡100在相對於顯示屏幕106偏左或偏右、偏上或偏下的位置所接受到的影像光束L1的偏振方向，對於觀賞眼鏡100而言並不相同，因此需要不同的補償角度來調整影像光束L1的偏振方向。

以下將列舉幾個實施例來說明偵測上述觀賞眼鏡100與顯示屏幕106的空間相對方位的實施手段。圖6繪示為本發明一實施例中之三維顯示系統觀賞眼鏡的示意圖。請參照圖6，本實施例之三維顯示系統600中的觀賞眼鏡602除了上述之偏光片102以及偏振轉換單元104外，更包括一平衡感應器604以及一控制單元606。其中控制單元606耦接平衡感應器604與偏振轉換單元104，平衡感應器604負責感測觀賞眼鏡602的傾斜狀態，其中平衡感應器604至少包括重力加速度感測器、運動感測器以及電子羅盤其中之一。控制單元606則依據影像光束L1的偏振方向決定影像光束L1的調整角度，並依據平衡感應器604感應觀賞眼鏡602與顯示屏幕106的空間相對方位來判斷觀賞眼鏡602所需的補償角度。

請注意調整角度為依據顯示屏幕106發出之影像光束L1的偏振方向而決定，而影像光束L1的偏振方向依據三維顯示裝置的種類而不同。也就是說，調整角度為在觀賞眼鏡602位於顯示屏幕106正前方、觀賞眼鏡602的鏡片與顯示屏幕106平行且觀賞眼鏡602無任何傾斜角度的情形下，將影像光束L1之偏振方向轉換為與偏光片102之偏振軸方向平行或垂直時，所需旋轉影像光束L1之偏振方向的角度。其中調整角度的控制方式可例如為，觀賞眼鏡602的使用者依據三維顯示裝置的種類手動切換設置於觀賞眼鏡602的一開關(未繪示)，以調整該觀賞眼鏡轉換該影像光束L1之偏振方向的角度，將影像光束L1之偏振方向轉換為與偏光片102之偏振軸方向平行或垂直。或者，透過三維顯示裝置更發射一切換訊號，使觀賞眼鏡602依據切換訊號調整轉換影像光束L1之偏振方向的角度，將影像光束L1之偏振方向轉換為與偏光片102之偏振軸方向平行或垂直。

補償角度則是依據觀賞眼鏡602與顯示屏幕106的空間相對方位而決定，亦即在觀賞眼鏡602相對於顯示屏幕106的位置與角度隨觀賞者觀看顯示屏幕106時的所在位置以及觀賞者的觀看姿勢而有所不同時，觀賞眼鏡602為保持影像光束L1之偏振方向與偏光片102之偏振軸方向平行或垂直時，除了調整角度外所須額外旋轉影像光束L1之偏振方向的角度。

因此當觀賞眼鏡602位於顯示屏幕106正前方、且觀賞眼鏡602的鏡片與顯示屏幕106平行且觀賞眼鏡602無任何傾斜角度時，僅須針對調整角度進行影像光束L1之偏振方向的調整，以使觀賞眼鏡602可適用於不同種類的三維顯示裝置。而當觀賞眼鏡602已適用於三維顯示裝置時，僅在觀賞眼鏡602相對於顯示屏幕106的位置與角度隨觀賞者觀看顯示屏幕106時的所在位置以及觀賞者的觀看姿勢有所不同時，才須針對補償角度進行影像光束L1之偏振方向的調整。另外當觀賞眼鏡602不適用於三維顯示裝置且觀賞眼鏡602相對於顯示屏幕106的位置與角度隨觀賞者觀看顯示屏幕106時的所在位置以及觀賞者的觀看姿勢而有所不同時，則須同時針對調整角度以及補償角度進行影像光束L1之偏振方向的調整。

如上所述，透過調整角度及/或補償角度來控制偏振轉換單元104調整影像光束L1的偏振方向，即可同時依據影像光束L1之偏振方向的不同以及觀賞眼鏡602與顯示屏幕106的空間相對方位來調整影像光束L1的偏振方向，以確保影像光束L1可完全地穿透偏光片102或被偏光片102阻擋，而避免呈現偏暗的立體影像畫面。

圖7繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。三維顯示系統700包括三維顯示裝置702以及觀賞眼鏡704。三維顯示裝置702包括感應器706、信號發送器708以及控制單元710，而觀賞眼鏡704除了上述之偏光片102以及偏振轉換單元104外，還包括了接收器712及控制單元714。其中三維顯示裝置702中的控制單元710耦接感應器706以及信號發送器708，觀賞眼鏡704中的控制單元714則耦接接收器712與偏振轉換單元104。

三維顯示裝置702用以於顯示屏幕106上顯示影像並利用其感應器706偵測觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。控制單元710則依據感應器706所偵測到的空間相對方位判斷影像光束L1所需的補償角度，並依據此補償角度控制信號發送器708發送和補償角度相對應的補償信號SC1給觀賞眼鏡704中的接收器712。觀賞眼鏡704中的控制單元714依據影像光束L1的偏振方向決定其調整角度，並依據接收器712所接收的補償信號SC1取得影像光束L1的補償角度，之後便依據調整角度與補償角度的和控制偏振轉換單元104調整影像光束L1的偏振方向，以避免呈現偏暗的立體影像畫面。

表1為觀賞者頭部在不同觀看姿勢下所對應的補償角度範例以及圖2與圖4實施例中各液晶層對應不同補償角度所需施加的操作電壓。在實際應用時，可將類似的查找表儲存於三維顯示裝置或觀賞眼鏡中，在偵測得到觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位後，直接以查表的方式得到對應的補償角度與各液晶層所需被施加的操作電壓值。其中各種不同的空間相對方位以及補償角度與操作電壓值的對應關係可以在設計觀賞眼鏡時進行詳細的實際量測而得知。

舉例來說，當觀賞者頭部逆時針傾斜20度時，補償角度為順時針旋轉20度，亦即朝與頭部傾斜的相反方向補償20度。此時依據表1中的電壓值施加2.4V的電壓於圖2實施例的液晶層202，以確保顯示屏幕所發出的影像光束L1可完全地穿透偏光片102。其中此電壓值(2.4V)即為將補償角度之值加上此影像光束的偏振方向所對應的調整角度值後，依據補償角度與調整角度中的至少其一所得到之將影像光束之偏振方向轉換為與偏光片平行或垂直時所需的操作電壓值。而在圖4中，液晶層402需被施加的電壓為2.7V，以使液晶層402將影像光束L1的偏振方向先轉換為45度，之後液晶層404所需被施加的電壓與圖4實施例相同。

另外當觀賞者頭部左右轉動或上仰下俯等動作時，亦會對應到不同的補償角度。舉例來說，當觀賞者頭部左轉45度時，其對應的補償角度相當於頭部逆時針傾斜10度時所需的補償角度，而觀賞者頭部上仰25度所對應的補償角度則相當於頭部順時針傾斜40度時所需的補償角度。如此利用查表的方式可快速地得到液晶層404所需被施加的操作電壓值，以使影像光束L1可完全地穿透偏光片102，不使畫面變暗。

上述三維顯示裝置702中的感應器706在實際上可由攝影機之類的影像感應器來實施，而獲得觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的方式可利用感應器706拍攝觀賞眼鏡704之影像，並經由控制單元710來分析感應器706所拍攝的影像來得到觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。其中控制單元710分析所拍攝的影像的方式，可藉由偵測觀賞眼鏡704的輪廓或觀賞眼鏡704上的預設圖案在所拍攝的影像中的位置來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。其中觀賞眼鏡704上的預設圖案可為觀賞眼鏡704所具有的特定顏色的特定區塊。可例如是將觀賞眼鏡設計成具有多個相同顏色的區塊(如多個紅點)，亦或者例如是一個長型藍白相間的區塊，使控制單元710可藉由偵測此些區塊的相對位置來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。

在本發明的另一實施例中，上述空間相對方位的判斷亦可藉由分析感應器706所拍攝的影像中使用觀賞眼鏡704之觀賞者的臉部相對於顯示屏幕106的空間相對方位，例如分析觀賞者的兩耳以及鼻子的相對位置來獲得觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。

圖8繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。請參照圖8，本實施例之三維顯示系統800與圖7實施例之三維顯示系統700的不同之處在於，：本實施例之觀賞眼鏡704更包括多個位置信號發射器802(在本實施例中為3個，然不以此為限)，其配置於觀賞眼鏡704上的不同位置，並分別發射位置信號SP1、SP2以及SP3，其中位置信號SP1、SP2以及SP3可分別具有不同的信號強度或波長，感應器706可偵測位置信號發射器802所發出的位置信號SP1、SP2以及SP3，並依據偵測到位置信號SP1、SP2、SP3所得到的資訊(例如：位置信號SP1、SP2、SP3的時間差、強度與方向等資訊)來判斷偵測觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。又或者是可將位置信號發射器802設置於觀賞眼鏡704的左右兩側，使感應器706可偵測信號發射器802所發出的位置信號SP1以及SP2，以分析眼鏡的位置與傾斜角，進而判斷出觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。孰知此項技藝者應可瞭解，在不違背本發明之精神下，關於位置信號所提供的相關資訊的各式各樣變化均是可行的。

圖9繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。請參照圖9，本實施例之三維顯示系統900與圖8實施例之三維顯示系統800的不同之處在於，本實施例之觀賞眼鏡704僅包括一位置信號發射器802，且三維顯示裝置702包括多個感應器706(在本實施例中為3個，然不以此為限)。其中各個感應器706可偵測位置信號發射器802所發出的位置信號SP1，並依據各個感應器706偵測到位置信號SP1時所得到的資訊(例如：位置信號SP1、SP2、SP3的時間差、強度與方向等資訊)來判斷上述空間相對方位。

圖10繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。請參照圖10，本實施例之三維顯示系統1000與圖8實施例之三維顯示系統800的不同之處在於：本實施例以多個感應器706(在本實施例中為3個，然不以此為限)代替圖8觀賞眼鏡704中的3個位置信號發射器802，並以一位置信號發射器802代替圖8三維顯示裝置702中的感應器706。其中各個感應器706可偵測位置信號發射器802所發出的位置信號SP1、SP2、SP3，並依據各個感應器706偵測到位置信號SP1、SP2、SP3時所得到的資訊空間相對方位，而控制單元714則可依據空間相對方位決定上述的補償角度，以依據補償角度控制偏振轉換單元104調整影像光束L1的偏振方向。

圖11繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。請參照圖11，本實施例之三維顯示系統1100與圖8實施例之三維顯示系統800的不同之處在於，本實施例以一感應器706代替圖8觀賞眼鏡704中的3個位置信號發射器802，並以多個位置信號發射器802代替圖8三維顯示裝置702中的感應器706。其中感應器706可偵測位置信號發射器802所發出的位置信號SP1、SP2、SP3，並依據感應器706偵測到位置信號SP1、SP2、SP3時所得到的資訊來判斷空間相對方位，而控制單元714則可依據空間相對方位決定上述的補償角度，以依據補償角度控制偏振轉換單元104調整影像光束L1的偏振方向。

上述位置信號發射器802可為紅外線發射器或紅外線二極體，位置信號SP1、SP2以及SP3可為紅外線信號，而感應器706則可為紅外線接收器或紅外光攝影機，但此並非本發明之限制條件。另外上述圖8、圖9中的感應器706設置於三維顯示裝置702之內部或外部，位置信號發射器802則設置於觀賞眼鏡704上，而圖10、圖11中的位置信號發射器802設置於三維顯示裝置702之內部或外部，感應器706則設置於觀賞眼鏡704上

值得注意的是，上述實施例分別舉例了多種偵測判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的方式，然實際應用上並不限定各個實施例須分別獨立實施，亦可配合不同實施例的偵測方式來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。例如上述例用偵測觀賞眼鏡704的輪廓或觀賞眼鏡704上的預設圖案來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的實施例，或是利用感應器706來偵測觀賞眼鏡704上位置信號發射器802所發射的位置信號來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的實施例等等，皆可配合圖6實施例中的平衡感應器604來進行觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的判斷。

另外，上述觀賞眼鏡704中的感應器706在實際上可以攝影機之類的影像感應器來實施，而獲得觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位的方式可利用觀賞眼鏡704中的感應器706拍攝三維顯示裝置702之影像，並經由控制單元714來分析感應器706所拍攝的影像來得到觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。其中控制單元714分析所拍攝的影像的方式，可藉由偵測三維顯示裝置702的輪廓或三維顯示裝置702上的預設圖案在所拍攝的影像中的位置來判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。

另外，由於當顯示屏幕106在顯示影像畫面時，顯示屏幕106的亮度相較於環境週遭的物體要高，因此在部分實施例中亦可在顯示屏幕106顯示影像畫面時，藉由偵測與顯示屏幕106大小相同的亮光區域來偵測顯示屏幕106的位置，進而判斷觀賞眼鏡704與顯示屏幕106的空間相對方位。

綜上所述，以上三維顯示系統的影像光束調整方法可歸納為如圖12所示之影像光束調整方法的步驟。首先，依據顯示屏幕發出之影像光束的偏振方向決定調整角度(步驟S1202)。接著，偵測觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位(步驟S1204)。例如可使觀賞眼鏡發射多個位置信號，並使三維顯示裝置偵測此些位置信號，以獲得觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位。又或者是，利用三維顯示裝置拍攝觀賞眼鏡之影像，並分析影像以偵測觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位。另外，亦可利用三維顯示裝置分析影像以偵測使用觀賞眼鏡之觀賞者的臉部相對於顯示屏幕的空間相對方位，以獲得觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位。

接著，在步驟S1206中，依據空間相對方位決定調整影像光束的偏振方向所需的補償角度。然後再依據調整角度與補償角度中的至少其一調整影像光束的偏振方向，以將影像光束的偏振方向轉換為和偏光片之偏振軸方向垂直或平行的方向(步驟S1208)。如此便可使觀賞眼鏡支援具有不同偏振方向的影像光束的三維顯示裝置，進而節省廠商的生產成本，並避免使用者購買多支不同的眼鏡而造成浪費。

綜上所述，本發明利用偏振轉換單元依據顯示屏幕發出的影像光束的偏振方向以及觀賞眼鏡與顯示屏幕的空間相對方位來調整影像光束的偏振方向，可使觀賞眼鏡適用於各種不同偏振方向的三維顯示裝置，進而節省廠商的生產成本，並避免使用者購買多支不同的眼鏡而造成浪費，另外更可依據使用者的觀賞位置以及觀賞姿勢對影像光束的偏振方向的調整角度進行補償，以避免立體影像畫面出現偏暗的情形。

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。

100、602、704．．．觀賞眼鏡

102．．．偏光片

104．．．偏振轉換單元

106．．．顯示屏幕

202、402、404．．．液晶層

600~1100．．．三維顯示系統

604．．．平衡感應器

606、710、714、．．．控制單元

702．．．三維顯示裝置

706．．．感應器

708．．．信號發送器

712．．．接收器

802．．．位置信號發射器

X、Y、Z．．．座標軸

SC1．．．補償信號

SP1~SP3．．．位置信號

L1．．．影像光束

S1202~S1208．．．步驟

圖1繪示為本發明一實施例之三維顯示裝置的觀賞眼鏡的示意圖。

圖2繪示為本發明另一實施例之三維顯示裝置的觀賞眼鏡的示意圖。

圖3繪示為本發明一實施例之影像光束的偏振方向與操作電壓的關係圖。

圖4繪示本發明另一實施例之三維顯示裝置的觀賞眼鏡的示意圖。

圖5繪示為本發明一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖6繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖7繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖8繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖9繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖10繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖11繪示為本發明另一實施例之三維顯示系統的示意圖。

圖12繪示為本發明一實施例之影像光束調整方法的流程圖。

S1202~S1208：步驟

Claims

一種三維顯示裝置的觀賞眼鏡，其中該三維顯示裝置用以在一顯示屏幕上顯示影像，該觀賞眼鏡包括：一眼鏡框架；兩個鏡片，設置於該眼鏡框架上，其中該兩個鏡片中每一鏡片包括：一偏光片；以及一偏振轉換單元，配置於該顯示屏幕與該偏光片之間；以及一第一控制單元，依據該顯示屏幕發出之一影像光束的偏振方向與該偏光片之偏振軸方向輸出一控制訊號；其中該偏振轉換單元係受控於該控制訊號而調整該影像光束的偏振方向，以將該影像光束的偏振方向轉換為一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中該第一偏振方向垂直於該偏光片之偏振軸方向，該第二偏振方向平行於該偏光片之偏振軸方向。
如申請專利範圍第1項所述之觀賞眼鏡，其中該偏振轉換單元包括一液晶層，以及該控制訊號包括該液晶層的操作電壓。
如申請專利範圍第1項所述之觀賞眼鏡，其中該偏振轉換單元包括：一第一液晶層，配置於該顯示屏幕與該偏光片之間，受控於該控制訊號而依據該影像光束的偏振方向與該第一偏振方向調整該影像光束的偏振方向，以將該影像光束的偏振方向轉換為該第一偏振方向；以及一第二液晶層，配置於該第一液晶層與該偏光片之間，受控於該控制訊號而將該影像光束的偏振方向保持在該第一偏振方向或將該影像光束的偏振方向轉換為該第二偏振方向；其中該控制訊號包括該第一液晶層與該第二液晶層的操作電壓。
一種三維顯示系統，包括：一三維顯示裝置，於一顯示屏幕上顯示影像；一觀賞眼鏡，包括：一眼鏡框架；兩個鏡片，設置於該眼鏡框架上，其中該兩個鏡片中每一鏡片包括：一偏光片；以及一偏振轉換單元，配置於該顯示屏幕與該偏光片之間；以及一第一控制單元，依據一調整角度與一補償角度中的至少其一輸出一控制訊號，其中該調整角度是依據該顯示屏幕發出之一影像光束的偏振方向而決定，該補償角度是依據該觀賞眼鏡與該顯示屏幕的空間相對方位而決定；其中該偏振轉換單元係受控於該控制訊號而調整該影像光束的偏振方向，以將該影像光束的偏振方向轉換為一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中該第一偏振方向垂直於該偏光片之偏振軸方向，該第二偏振方向平行於該偏光片之偏振軸方向。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該影像光束的偏振方向依據該三維顯示裝置的種類而不同。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該觀賞眼鏡更包括：一切換開關，該觀賞眼鏡的使用者依據該三維顯示裝置的種類來手動切換該開關，以調整該觀賞眼鏡轉換該影像光束之偏振方向的角度，將該影像光束之偏振方向轉換為與該偏光片之偏振軸方向平行或垂直。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該三維顯示裝置更發射一切換訊號，而且該觀賞眼鏡依據該切換訊號調整轉換該影像光束之偏振方向的角度，將該影像光束之偏振方向轉換為與該偏光片之偏振軸方向平行或垂直。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該觀賞眼鏡更包括：一平衡感應器，耦接該第一控制單元，感應該空間相對方位，該空間相對方位為該觀賞眼鏡相對於該顯示屏幕沿一正交座標系統的三座標軸中的至少其一移動及/或旋轉時，該觀賞眼鏡與該顯示屏幕的空間相對關係；該第一控制單元依據該平衡感應器所感應到之該空間相對方位判斷該補償角度，並依據該調整角度以及該補償角度中的至少其一來控制該偏振轉換單元調整該影像光束的偏振方向。
如申請專利範圍第8項所述之三維顯示系統，其中該平衡感應器至少包括一重力加速度感測器、一運動感測器以及一電子羅盤其中之一。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該三維顯示裝置包括：一感應器，偵測該空間相對方位；一信號發送器，發送對應該補償角度的一補償信號至該觀賞眼鏡；以及一第二控制單元，耦接該感應器以及該信號發送器，依據該感應器所偵測到之該空間相對方位判斷該補償角度，並依據該補償角度控制該信號發送器發送該補償信號。
如申請專利範圍第10項所述之三維顯示系統，其中該觀賞眼鏡更包括：一接收器，接收該補償信號，該第一控制單元依據該補償信號取得該補償角度，並依據該調整角度與該補償角度中的至少其一控制該偏振轉換單元調整該影像光束的偏振方向。
如申請專利範圍第10項所述之三維顯示系統，其中該觀賞眼鏡更包括：多個位置信號發射器，各該位置信號發射器發射一位置信號，其中各該位置信號可分別具有不同的信號強度或波長，該感應器偵測該些位置信號，並依據偵測到該些位置信號時的資訊來判斷該空間相對方位。
如申請專利範圍第12項所述之三維顯示系統，其中該感應器為紅外線接收器或紅外線攝影機，該些位置信號發射器為紅外線發射器或紅外線二極體，其中該感應器設置於該三維顯示裝置之內部或外部，該些位置信號發射器設置於該觀賞眼鏡上。
如申請專利範圍第10項所述之三維顯示系統，其中該感應器拍攝該觀賞眼鏡之影像，該第二控制單元分析該影像以偵測該空間相對方位。
如申請專利範圍第14項所述之三維顯示系統，其中該第二控制單元分析該影像以偵測該觀賞眼鏡的輪廓或一預設圖案，以獲得該空間相對方位。
如申請專利範圍第14項所述之三維顯示系統，其中該第二控制單元分析該影像以偵測使用該觀賞眼鏡之觀賞者的臉部相對於該顯示屏幕之空間相對方位，以獲得該觀賞眼鏡與該顯示屏幕的空間相對方位。
如申請專利範圍第10項所述之三維顯示系統，其中該三維顯示裝置包括多個感應器，而且該觀賞眼鏡更包括：一位置信號發射器，發射一位置信號，其中該些感應器偵測該位置信號，並依據各該感應器偵測到該位置信號時的資訊來判斷該空間相對方位。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該三維顯示裝置包括：一位置信號發射器，發射一位置信號；而且該觀賞眼鏡更包括：多個感應器，偵測該位置信號，並依據各該感應器偵測到該位置信號時的資訊來判斷該空間相對方位，其中該第一控制單元依據該空間相對方位決定該補償角度。
如申請專利範圍第18項所述之三維顯示系統，其中該些感應器為紅外線接收器或紅外線攝影機，該位置信號發射器為紅外線發射器或紅外線二極體，該些感應器設置於該觀賞眼鏡上，該位置信號發射器設置於該三維顯示裝置之內部或外部。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該三維顯示裝置包括：多個位置信號發射器，各該位置信號發射器發射一位置信號；而且該觀賞眼鏡更包括：一感應器，偵測該些位置信號，並依據偵測到該些位置信號時的資訊來判斷該空間相對方位，其中該第一控制單元依據該空間相對方位決定該補償角度。
如申請專利範圍第4項所述之三維顯示系統，其中該觀賞眼鏡更包括：一感應器，拍攝該三維顯示裝置之影像，該第一控制單元分析該影像以偵測該空間相對方位。
如申請專利範圍第21項所述之三維顯示系統，其中該第一控制單元分析該影像以偵測該三維顯示裝置的輪廓或一預設圖案，以獲得該空間相對方位。
如申請專利範圍第21項所述之三維顯示系統，其中該第一控制單元分析該影像以偵測該顯示屏幕的位置，以獲得該空間相對方位。
一種三維顯示系統的影像光束調整方法，其中該三維顯示系統包括一三維顯示裝置以及一觀賞眼鏡，該三維顯示裝置包括用以顯示影像的一顯示屏幕，該觀賞眼鏡包括兩個鏡片，且該兩個鏡片中每一鏡片包括一偏光片以及一偏振轉換單元，該影像調整方法包括：依據該顯示屏幕發出之一影像光束的偏振方向決定一調整角度；偵測該觀賞眼鏡與該顯示屏幕的空間相對方位；依據該空間相對方位決定一補償角度；以及依據該調整角度與該補償角度中的至少其一來調整該影像光束的偏振方向，以將該影像光束的偏振方向轉換為一第一偏振方向或一第二偏振方向，其中該第一偏振方向垂直於該偏光片之偏振軸方向，該第二偏振方向平行於該偏光片之偏振軸方向。
如申請專利範圍第24項所述之三維顯示系統，其中該影像光束的偏振方向依據該三維顯示裝置的種類而不同。
如申請專利範圍第24項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟包括：該觀賞眼鏡與該三維顯示裝置其中之一發射多個位置信號；以及該觀賞眼鏡與該三維顯示裝置其中之另一偵測該些位置信號，並依據偵測到該些位置信號時的時間差獲得該空間相對方位。
如申請專利範圍第24項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟包括：該觀賞眼鏡與該三維顯示裝置其中之一發射一位置信號；以及該觀賞眼鏡與該三維顯示裝置其中之另一使用多個感應器偵測該位置信號，並依據該些感應器偵測到該位置信號時的資訊來判斷該空間相對方位。
如申請專利範圍第24項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟包括：該三維顯示裝置拍攝該觀賞眼鏡之影像，並分析該影像以偵測該空間相對方位。
如申請專利範圍第28項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟更包括：該三維顯示裝置分析該影像以偵測該觀賞眼鏡的輪廓或一預設圖案，以獲得該空間相對方位。
如申請專利範圍第28項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟更包括：該三維顯示裝置分析該影像以偵測使用該觀賞眼鏡之觀賞者的臉部相對於該顯示屏幕之空間相對方位，以獲得該觀賞眼鏡與該顯示屏幕的空間相對方位。
如申請專利範圍第24項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟包括：該觀賞眼鏡拍攝該三維顯示裝置之影像，並分析該影像以偵測該空間相對方位。
如申請專利範圍第31項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟更包括：該觀賞眼鏡分析該影像以偵測三維顯示裝置的輪廓或一預設圖案，以獲得該空間相對方位。
如申請專利範圍第31項所述之影像光束調整方法，其中偵測該空間相對方位的步驟更包括：該觀賞眼鏡分析該影像以偵測該顯示屏幕的位置，以獲得該空間相對方位。