TWI899781B - 光學感應式立體顯示系統 - Google Patents

Abstract

一種光學感應式立體顯示系統，包含一色光感應板、一立體顯示板與一控制板。該色光感應板具有複數個色區與複數個色光感應元件，該等色光感應元件係分別安裝在該等色區中，該等色光感應元件用於感應一影像之色光。該立體顯示板係由複數個立體顯示模塊所建構而成，該等立體顯示模塊與該等色區的數量相同，且位置相互對應。該控制板係電性連接該等色光感應元件與該等立體顯示模塊。該等立體顯示模塊可依照來自該控制板的訊號做位移或形變，並使得該等立體顯示模塊之間產生了落差，最終讓該立體顯示板從外觀上來看形成凹凸表面以呈現立體影像。

Description

光學感應式立體顯示系統

本發明是有關一種光學感應式立體顯示系統，係一用於顯示立體影像的系統。

隨著科技發展，影像顯示技術也不斷創新，人們追求的不再只是平面化的影像，而是從3D技術更往4D、5D甚至是更身歷其境的沉浸式體驗不斷精進。

其中，3D影像技術也發展數十年，目前的3D顯示器或投影設備大都是以主動式或被動式的3D穿戴式裝置來實現3D立體呈像（例如：3D眼鏡），配戴3D穿戴式裝置時，除了可能與原有近視眼鏡在配戴上存在衝突，也可能造成配戴者的暈眩不適。

而欲解決上述問題，最直接的方式是在不配戴3D穿戴式裝置下，以裸視方式將數位資訊以3D立體的方式呈現，雖然目前已有利用螢幕角度偏光技術讓觀眾可以不用穿帶任何設備直接觀賞3D立體呈像，但影像的輸入格式必須經過處理，且成像上也有距離與角度的限制，因此，仍有相當大的改善空間。

本發明之系統是透過光學感應方式讓觀賞者可在不配戴3D穿戴式裝置下，以裸視的方式觀看到3D立體影像。

本發明之光學感應式立體顯示系統，包含一色光感應板、一立體顯示板與一控制板。該色光感應板係用於感應一影像之色光，該色光感應板具有一感應表面、複數個色區與複數個色光感應元件，該感應表面係位於該色光感應板的其中一側面上，該等色區係平均地分布在該感應表面上，而該感應表面上用於顯示該影像，並該影像可完整地遮蓋該等色區，使得該等色區內皆有對應該影像的一色塊，該等色光感應元件係分別安裝在該等色區中，該等色光感應元件係用於感應該等色光，並將該等色光分別轉為一電子訊號。該立體顯示板係用於呈現一立體影像，該立體顯示板係由複數個立體顯示模塊所建構而成，該立體顯示板係相鄰於該色光感應板的一側，並該等立體顯示模塊與該等色區的數量相同，以及該等立體顯示模塊與該等色區的位置相互對應，該等立體顯示模塊之間具有一位差，透過該位差可使得該立體顯示板呈現一立體影像。該控制板係用於轉換該等電子訊號並提供至少一量值訊號至該立體顯示板，該控制板具有一訊號收發元件、一訊號轉換元件與一資料庫，該訊號收發元件係電性連接該等色光感應元件、該等立體顯示模塊以及該訊號轉換元件，該訊號轉換元件係電性連接該資料庫。

其中，該訊號收發元件用於接收該等電子訊號，並將該等電子訊號傳遞至該訊號轉換元件，該訊號轉換元件係用於將該等電子訊號轉換為該等量值訊號並傳遞至該訊號收發元件，而該訊號收發元件將該等量值訊號傳遞至該等立體顯示模塊，而該等立體顯示模塊可依照該等量值訊號做位移或形變，並使得該等立體顯示模塊之間因位移或形變產生了落差，最終讓該立體顯示板從外觀上來看形成凹凸表面以呈現立體影像。

本發明係透過更直覺的呈現立體影像，使得觀賞者可不借助任何輔具即可肉眼看見立體影像。如此一來，不再因為配戴輔具（例如：3D眼鏡）而造成觀賞者的不適感，也不再因為配戴輔具，而受到觀看距離、角度的限制。

於一較佳實施例中，該等色區與該等立體顯示模塊係呈矩陣排列。

於一較佳實施例中，該影像係透過一投影機投影於該感應表面上。

於一較佳實施例中，該影像係透過一顯示器顯示於該感應表面上。

於一較佳實施例中，該等色光感應元件係感應該等色光的三原色。

於一較佳實施例中，該等立體顯示模塊係透過位移的方式形成該等位差。

於一較佳實施例中，該立體顯示模塊具有一位移塊、一微型致動器與一致動器控制元件，該位移塊係固設於該微型致動器一端，該微型致動器係與該致動器控制元件電性連接，該致動器控制元件則與該訊號收發元件電性連接，以接收該等量值訊號，透過該等量值訊號的內容控制該微型致動器驅動該位移塊朝一方向進行直線位移。

於一較佳實施例中，該等立體顯示模塊係透過形變的方式形成該等位差。

於一較佳實施例中，該立體顯示模塊具有一形變塊、一加熱器與一加熱器控制元件，該形變塊係固設於該加熱器一端，該形變塊可受溫度影響而產生形變，該加熱器係與該加熱器控制元件電性連接，該加熱器控制元件則與該訊號收發元件電性連接，以接收該等量值訊號，透過該等量值訊號的內容控制該加熱器加熱一溫度至該形變塊，使得該形變塊受熱而產生形體變化。

於一較佳實施例中，該形變塊選擇自對溫度變化敏感之高熱膨脹係數的高分子材料、金屬合金材料或陶瓷材料。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬領域中的技術人員所通常理解相同的含義。

如本文所用，在不特別指出具體數量的情況下，冠詞「一」、「一個」以及「任何」是指一個或多於一個（即至少一個）物品的文法。例如，「一元件」意指一個元件或多於一個元件。

在本文之圖式中，為清楚呈現微觀的結構，比例皆做局部放大的示意呈現。

請參閱第1圖，如圖中所示，包含色光感應板1、立體顯示板2與控制板3。色光感應板1係用於感應一影像之色光，其色光資訊可傳遞至控制板3，控制板3則提供一訊號至立體顯示板2，使立體顯示板2可藉由其訊號呈現一立體影像。

色光感應板1的設計請參閱第2圖，如圖中所示，色光感應板1具有感應表面11、複數個色區12與複數個色光感應元件13。在本實施例中，感應表面11係位於色光感應板1的其中一側面上，各色區12係平均地分布在感應表面11上，且各色區12係呈矩陣排列。感應表面11上用於顯示光源或影像，光源或影像係完整地遮蓋各色區12，使得各色區12內皆有對應光源的色光或者影像的色塊。於一例子中，光源或影像係透過投影的方式顯示於感應表面11上，其係架設投影機在感應表面11前方，而光源或影像便可投影至感應表面11上；於其他例子中，感應表面11也可以為顯示器（如液晶顯示器），如此一來，光源或影像便可直接顯示於感應表面11上。值得一提的是，光源或影像無論是透過投影機或是顯示器實現，二者的差別只是光源或影像的來源方向不同，但光源或影像都係完整地遮蓋各色區12，使得各色區12內皆有對應光源的色光或者影像的色塊。在其他可能的實施例中，光源或影像也可以透過非投影或直接顯示的方式顯示於感應表面11上，本實施例不以此為限。

接著，在每一個色區12中安裝有色光感應元件13。所述色光感應元件13係用於感應色光的三原色（RGB），並將其色光轉為電子訊號，在本實施例中，所述色光係來自於投影機、顯示器或其他型式所顯示於感應表面11上的光源或影像。在實務上，色光感應元件13可以透過顏色濾波器來實現將色光轉為電子訊號，所述顏色濾波器係可分別濾出R、G或B色光的波段（無論是單一色光亦或是多個色光的切換感應皆可），再依照濾出波段的強弱得出對應的訊號。例如：一藍色的色光照射在其中一個色區12上，並通過其色區12中的色光感應元件13，而依照藍色的B色光的波段通過色光感應元件13，進一步測出其藍色的色光為（R 0,G 0,B 255）的訊號；再另一例子，一橘色的色光照射在另一個色區12上，並通過其色區12中的色光感應元件13，而依照橘色的R與G色光的波段通過色光感應元件13，進一步測出其橘色的色光為（R 255,G 97,B 0）的訊號。

立體顯示板2，係由複數個立體顯示模塊21所建構而成，各立體顯示模塊21係呈矩陣排列，而立體顯示板2係相鄰於色光感應板1的一側，並且各立體顯示模塊21與各色區12的數量相同，以及各立體顯示模塊21與各色區12的位置相互對應，換句話說，每一個立體顯示模塊21皆有一個與其位置相對應的色區12。各立體顯示模塊21皆可做位移或是形體的變化，使得各立體顯示模塊21之間具有長度的落差，進一步讓立體顯示板2從外觀上來看形成凹凸表面以呈現立體影像。在本實施例中，立體顯示模塊21的主體係為透光材質，如此一來，才可使光源或影像通過各立體顯示模塊21並顯示於感應表面11上。又在其他實施例中，立體顯示模塊21的主體係為非透光材質，光源或影像不需通過各立體顯示模塊21並顯示於感應表面11。

立體顯示模塊21具有位移或是形體兩種變化方式，以實現立體顯示板2在視覺上的立體影像，其分別是： A、 位移變化，係透過機械式結構產生的變化。請參閱第3圖，如圖中所示，所述機械式的立體顯示模塊21具有位移塊211、微型致動器212與致動器控制元件213。位移塊211係固設於微型致動器212一端，微型致動器212係與致動器控制元件213電性連接，致動器控制元件213可接收一訊號，透過訊號的內容控制微型致動器212，使得微型致動器212可驅動位移塊211朝一方向進行直線位移。而所述微型致動器212可以為靜電致動器（electrostatic acutator），靜電致動器係利用大量交叉排列的梳狀電極做為電容的平行板，當加一偏壓於可動與固定的梳狀電極間時，將可產生一靜電吸引力，進而產生位移，而位移塊211則可固設於靜電致動器產生位移的一端。在其他實施例中，微型致動器212也可以為熱電式致動器（thermal actuator）、電磁式致動器（magnetic actuator）、壓電式致動器（piezoelectric actuator）、抓式致動器（ scratch drive actuator，簡稱SDA）亦或是其他可提供直線位移的驅動裝置，只要可實現驅動位移塊211朝一方向進行直線位移的微型致動器212，皆屬於本實施例微型致動器212之範疇，本實施例不以此為限。 B、 形體變化，係透過材料的結構改變所產生的變化。請參閱第4圖，如圖中所示，所述形體變化的立體顯示模塊21則具有形變塊214、加熱器215與加熱器控制元件216。形變塊214係固設於加熱器215一端，形變塊214可受溫度影響而產生形變，加熱器215係與加熱器控制元件216電性連接，加熱器控制元件216可接收一訊號，透過訊號的內容控制加熱器215，而加熱器215可依照訊號之指示加熱一溫度至形變塊214，使得形變塊214受熱而因材料結構改變產生形體變化。而所述形變塊214選擇自對溫度變化敏感之高熱膨脹係數的記憶特性高分子材料所製成的塊狀物，簡單的說，其高分子材料係指容易在溫度變化（例如：加熱或冷卻）時，因分子的膨脹或收縮使其產生形狀的改變，若這時溫度停止變化，則能使材料暫時處於變型的形狀，之後當溫度再次變化時，就可使材料回復成初始形狀。因此，可用於實現形變塊214受加熱器215加熱後而產生形體變化。接著，其材料之選擇可為高分子材料（例如：熱致型形狀記憶高分子、電致型形狀記憶高分子、光致型形狀記憶高分子、化學感應型形狀記憶高分子等）。也可以為金屬合金材料（例如：鈦鎳合金）、陶瓷材料亦或是其他可因溫度變化而產生形變的結構體，只要可實現形變塊214溫度變化後而產生形體變化，皆屬於本實施例形變塊214之範疇，本實施例不以此為限。另外，所述加熱器215可使用微型加熱器。

控制板3的設計請參閱第5圖，如圖中所示，控制板3內部具有訊號收發元件31、訊號轉換元件32與資料庫33，訊號收發元件31係電性連接各色光感應元件13以及各立體顯示模塊21的致動器控制元件213或加熱器控制元件216，訊號收發元件31又係電性連接訊號轉換元件32，訊號轉換元件32係電性連接資料庫33。訊號收發元件31係可接收各色光感應元件13所感應的每一色光訊號，並將其訊號傳遞至訊號轉換元件32，訊號轉換元件32並得從資料庫33中搜尋與其色光訊號配對的量值，再將其量值轉換為訊號傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31則再將其量值訊號傳遞至各立體顯示模塊21的致動器控制元件213或加熱器控制元件216，使得致動器控制元件213可依其量值訊號控制微型制動器212，或使得加熱器控制元件216可依其量值訊號控制加熱器215。

值得一提的是，資料庫33係預先鍵入每一色光所對應的位移量或形變量，實務上，可以鍵入RGB的256色，如是使用機械式的立體顯示模塊21，那麼在256色中，每一色都有對應的位移量；或是，如是使用形體變化的立體顯示模塊21，那麼在256色中，每一色都有對應的形變量。

以下為本發明三種不同的實施情境（下列三種實施例的立體顯示模塊21係以機械式的位移變化說明，其係可任意替換其他型式的立體顯示模塊21）： A、 請參閱第6A、6B圖，如圖中所示，設置一投影機4，將一影像A1投影至感應表面11，在每一個色區12皆有一部分影像A1的色塊A11，而色光感應元件13便可感應色塊A11的色光，並轉換成一色光訊號B1。色光感應元件13所感應的色光訊號B1則可傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31再將其色光訊號B1傳遞至訊號轉換元件32，訊號轉換元件32並得從資料庫33中搜尋與其色光訊號B1配對的量值，再將其量值轉換為量值訊號C1傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31則再將其量值訊號C1傳遞至各立體顯示模塊21的致動器控制元件213，使得致動器控制元件213可依其量值訊號C1控制微型制動器212，進一步地微型致動器212驅動位移塊211朝一方向進行直線位移。如此一來，每一個色光感應元件13皆感應不同的色塊A11的色光，最終，每一個位移塊211皆位移所對應色光的量值，讓整個立體顯示板2從外觀上來看形成許多凹凸變化的立體影像。 B、 請參閱第7A、7B圖，如圖中所示，設置一液晶顯示器5，而色光感應板1係設置在液晶顯示器5上，將一影像A2透過液晶顯示器5顯示至感應表面11，在每一個色區12皆有一部分影像A2的色塊A21，而色光感應元件13便可感應色塊A21的色光，並轉換成一色光訊號B2。色光感應元件13所感應的色光訊號B2則可傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31再將其色光訊號B2傳遞至訊號轉換元件32，訊號轉換元件32並得從資料庫33中搜尋與其色光訊號B2配對的量值，再將其量值轉換為量值訊號C2傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31則再將其量值訊號C2傳遞至各立體顯示模塊21的致動器控制元件213，使得致動器控制元件213可依其量值訊號C2控制微型制動器212，進一步地微型致動器212驅動位移塊211朝一方向進行直線位移。如此一來，每一個色光感應元件13皆感應不同的色塊A21的色光，最終，每一個位移塊211皆位移所對應色光的量值，讓整個立體顯示板2從外觀上來看形成許多凹凸變化的立體影像。 C、 請參閱第8A、8B圖，如圖中所示，設置一外部裝置6，所述外部裝置6可以是手機、平板電腦、電腦或是其他可讀取或傳輸一影像A3的裝置，外部裝置6係電性連接訊號轉換元件32，將影像A3透過外部裝置6傳遞至訊號轉換元件32，訊號轉換元件32並得從資料庫33中搜尋與其色光訊號B3配對的量值，再將其量值轉換為量值訊號C3傳遞至訊號收發元件31，訊號收發元件31則再將其量值訊號C3傳遞至各立體顯示模塊21的致動器控制元件213，使得致動器控制元件213可依其量值訊號C3控制微型制動器212，進一步地微型致動器212驅動位移塊211朝一方向進行直線位移。最終，每一個位移塊211皆位移所對應色光的量值，讓整個立體顯示板2從外觀上來看形成許多凹凸變化的立體影像。

上述實施例中，所述光源或影像、影像A1、影像A2或影像A3，皆可以是任何型式以色光呈現的影像，可以是靜態的，也可以是動態的。

本發明所提供之光學感應式立體顯示系統，與其他習用技術相互比較時，其主要優點係透過更直覺的呈現立體影像，使得觀賞者可不借助任何輔具即可肉眼看見立體影像。如此一來，不再因為配戴輔具（例如：3D眼鏡）而造成觀賞者的不適感，也不再因為配戴輔具，而受到觀看距離、角度的限制。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，僅是本發明部分較佳的實施例選擇，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內所做的均等變化或潤飾，仍屬本發明涵蓋之範圍，而本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1:色光感應板 11:感應表面 12:色區 13:色光感應元件 2:立體顯示板 21:立體顯示模塊 211:位移塊 212:微型致動器 213:致動器控制元件 214:形變塊 215:加熱器 216:加熱器控制元件 3:控制板 31:訊號收發元件 32:訊號轉換元件 33:資料庫 4:投影機 5:液晶顯示器 6:外部裝置 A1:影像 A11:色塊 A2:影像 A21:色塊 A3:影像 B1:色光訊號 B2:色光訊號 B3:色光訊號 C1:量值訊號 C2:量值訊號 C3:量值訊號

[第1圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之整體結構配置側面示意圖。 [第2圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之色光感應板與立體顯示板配置立體示意圖。 [第3圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之機械式的立體顯示模塊結構剖面示意圖。 [第4圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之形體變化的立體顯示模塊結構剖面示意圖。 [第5圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之控制板結構配置方塊圖。 [第6A圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第一種實施狀態側面示意圖。 [第6B圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第一種實施狀態方塊圖。 [第7A圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第二種實施狀態側面示意圖。 [第7B圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第二種實施狀態方塊圖。 [第8A圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第三種實施狀態側面示意圖。 [第8B圖]係本發明光學感應式立體顯示系統之第三種實施狀態方塊圖。

1:色光感應板

11:感應表面

2:立體顯示板

21:立體顯示模塊

3:控制板

Claims (10)

1. 一種光學感應式立體顯示系統，包含： 一色光感應板，係用於感應一影像之色光，該色光感應板具有一感應表面、複數個色區與複數個色光感應元件，該感應表面係位於該色光感應板的其中一側面上，該等色區係平均地分布在該感應表面上，而該感應表面上用於顯示該影像，並該影像可完整地遮蓋該等色區，使得該等色區內皆有對應該影像的一色塊，該等色光感應元件係分別安裝在該等色區中，該等色光感應元件係用於感應該等色光，並將該等色光分別轉為一電子訊號； 一立體顯示板，係用於呈現一立體影像，該立體顯示板係由複數個立體顯示模塊所建構而成，該立體顯示板係相鄰於該色光感應板的一側，並該等立體顯示模塊與該等色區的數量相同，以及該等立體顯示模塊與該等色區的位置相互對應，該等立體顯示模塊之間具有一位差，透過該位差可使得該立體顯示板呈現一立體影像；以及 一控制板，係用於轉換該等電子訊號並提供至少一量值訊號至該立體顯示板，該控制板具有一訊號收發元件、一訊號轉換元件與一資料庫，該訊號收發元件係電性連接該等色光感應元件、該等立體顯示模塊以及該訊號轉換元件，該訊號轉換元件係電性連接該資料庫； 其中，該訊號收發元件用於接收該等電子訊號，並將該等電子訊號傳遞至該訊號轉換元件，該訊號轉換元件係用於將該等電子訊號轉換為該等量值訊號並傳遞至該訊號收發元件，而該訊號收發元件將該等量值訊號傳遞至該等立體顯示模塊，使得該等立體顯示模塊可依照該等量值訊號做位移或形變，以形成該等立體顯示模塊之間的位差。
2. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該等色區與該等立體顯示模塊係呈矩陣排列。
3. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該影像係透過一投影機投影於該感應表面上。
4. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該影像係透過一顯示器顯示於該感應表面上。
5. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該等色光感應元件係感應該等色光的三原色。
6. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該等立體顯示模塊係透過位移的方式形成該等位差。
7. 如請求項6之光學感應式立體顯示系統，其中該立體顯示模塊具有一位移塊、一微型致動器與一致動器控制元件，該位移塊係固設於該微型致動器一端，該微型致動器係與該致動器控制元件電性連接，該致動器控制元件則與該訊號收發元件電性連接，以接收該等量值訊號，透過該等量值訊號的內容控制該微型致動器驅動該位移塊朝一方向進行直線位移。
8. 如請求項1之光學感應式立體顯示系統，其中該等立體顯示模塊係透過形變的方式形成該等位差。
9. 如請求項8之光學感應式立體顯示系統，其中該立體顯示模塊具有一形變塊、一加熱器與一加熱器控制元件，該形變塊係固設於該加熱器一端，該形變塊可受溫度影響而產生形變，該加熱器係與該加熱器控制元件電性連接，該加熱器控制元件則與該訊號收發元件電性連接，以接收該等量值訊號，透過該等量值訊號的內容控制該加熱器加熱一溫度至該形變塊，使得該形變塊受熱而產生形體變化。
10. 如請求項9之光學感應式立體顯示系統，其中該形變塊選擇自對溫度變化敏感之高熱膨脹係數的高分子材料、金屬合金材料或陶瓷材料。