專利名稱：立體顯示系統及其影像顯示方法
技術領域：
本發明涉及一種顯示系統及其影像顯示方法，特別是一種立體顯示系統及其影像顯示方法。
背景技術：
目前制作3D顯示器最常見的方法是使用一平面顯示器面板，配合光學元件柱狀透鏡陣列板(Lenticular plate)或視差屏障板(Parallax Barrier),并根據光學元件的設計，將平面顯示器面板上的不同像素導引往不同的方向，然后在空間中會會聚成一特定的區域，稱為“視域(view-zone) ”。像素會依據可以導引到相同方向而分成若干群組，群組數就是視域數。觀賞者的左右眼只要位于相鄰的視域上，便可感受到立體感，此種方式便稱為視差式立體顯示器(Parallax type 3D Display)。上述方式的視 差式立體顯示器以視域為設計依據，再將不同視角的投影影像會聚在相對應的視域點上，讓雙眼造成視差而產生立體感。此種設計方式在設計視點(designedview points)上有最佳的觀賞效果，然而在所設計的視點之外，立體視覺效果則快速變差。如果當所設計的視域數較少時，快速且劇烈的起伏，往往會使得移動視差有較強烈的跳動感(flipping)。除此之外，物體空間位置也會隨著觀賞者的位置而變化，此種特性容易造成觀賞時不舒適和不自然的感覺。為了克服如上述視差式立體顯示器的不連續感，物點式立體顯示器(integralimaging, II)采取不一樣的顯示原理。不同于會聚光的光學設計，其讓同一群組的像素影像會會聚于熒幕另一側產生視域，物點式立體顯示器采用平行光的光學設計概念。光學元件水平方向的每個單元間距為像素大小水平方向的整數倍，讓熒幕影像像素透過多個微柱面透鏡射出光線(ray)的交會點來顯示物點(object point)。同一群組的每個像素影像皆平行發射于熒幕前方。由于每條光線皆為平行且彼此之間具有重疊性(overlap)，立體視覺效果會較為穩定，可以避免觀賞者在不同觀賞位置時影像品質大幅波動或物體隨著觀賞者位置產生移動甚至扭曲的現象。因此，物點式立體顯示器的移動視差也顯得平滑了許多。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可以避免在不同觀賞位置時影像品質大幅波動或物體隨著觀賞位置產生移動甚至扭曲的現象以體驗到較接近真實世界的立體視覺感受的立體顯示系統及其影像顯示方法。為了實現上述目的，本發明提供了一種立體顯示系統，其中，包括:—顯示裝置，提供多個發散式投影影像，該顯示裝置包括:多個立體顯示單元群,各該立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元，各該立體顯示單元包括多個像素群，在各該立體顯示單元中，該像素群對應部分該發散式投影影像，提供多個影像光束，其中不同的該立體顯示單元對應不同的部分該發散式投影影像；以及一影像導引板，配置于該影像光束的傳遞路徑上，該影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構，以將該影像光束分別導引至多個方向。上述的立體顯示系統，其中，不同的該立體顯示單元所對應的部分該發散式投影影像包括該發散式投影影像其中的一特定發散式投影影像。上述的立體顯示系統,其中，各該立體顯示單元群包括多個立體顯示單元，各該立體顯示單元包括M個像素群，第i個立體顯示單元群中的該特定發散式投影影像N由各該立體顯示單元的第j個像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j為自然數，j小于或等于M。。上述的立體顯示系統，其中，該影像導引板的各該光學結構包括一弧線，在各該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束通過該像素群所在的該立體顯示單元所對應的該弧線的圓心。上述的立體顯示系統，其中，在該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該影像光束的與行進方向相反的延伸線會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側。上述的立體顯示系統，其中，在該立體顯示單元中，對應相同的該發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束的與行進方向相反的延伸線會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側，并形成一發散點。上述的立體顯示系統，其中，對應不同的該發散式投影影像的該發散點分布在該顯示裝置相異于該影像導引板的該側的一直線或一曲線上。上述的立體顯示系統,其中，各該立體顯示單元包括N個像素群,在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后彼此平行，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯示系統，其中，該立體顯示單元的一寬度等于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統,其中，各該立體顯示單元包括N個像素群,在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后向不同的方向發散，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯不系統,其中，該立體顯不單兀的一寬度大于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統,其中，各該立體顯示單元包括N個像素群,在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后會聚于一區域，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯示系統，其中，該立體顯示單元的一寬度小于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統，其中，該影像導引板為一柱面透鏡陣列板，各該光學結構為一柱面透鏡，各該柱面透鏡沿著一第一方向延伸，且該柱面透鏡沿著一第二方向排列。上述的立體顯示系統，其中，該影像導引板為一光柵片，各該光學結構為一狹縫，各該狹縫沿著一第一方向延伸，且該狹縫沿著一第二方向排列。上述的立體顯示系統，其中，該影像導引板為一為透鏡陣列板，各該光學結構為一透鏡，且該透鏡排列成二維陣列。為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種立體顯示系統的影像顯示方法，其中，包括:
提供一立體顯示系統，其中該立體顯示系統包括一顯示裝置以及一影像導引板，該顯示裝置提供多個發散式投影影像，并包括多個立體顯示單元群，各該立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元，各該立體顯示單元包括多個像素群；設定該立體顯示單元的該像素群提供對應部分該發散式投影影像的多個影像光束，其中不同的該立體顯示單元對應不同的部分該發散式投影影像；以及利用該影像導引板，將該影像光束分別導引至多個方向，其中該影像導引板配置于該影像光束的傳遞路徑上，該影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，不同的該立體顯示單元所對應的部分該發散式投影影像包括該發散式投影影像其中的一特定發散式投影影像。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，各該立體顯示單元群包括多個立體顯示單元，各該立體顯示單元包括M個像素群,第i個立體顯示單元群中的該特定發散式投影影像N由各該立體顯示單元的第j個像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j為自然數，j小于或等于M。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該影像導引板的各該光學結構為一弧線，在各該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束通過該像素群所在的該立體顯示單元所對應的該弧線的圓心。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，在該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該影像光束會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側。上述的立體顯示系統的影像顯示方法,其中，在該立體顯示單元中，對應相同的該發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側，并形成一發散點。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，對應不同的該發散式投影影像的該發散點分布在該顯示裝置相異于該影像導引板的該側的一直線或一曲線上。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后彼此平行，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該立體顯示單元的一寬度等于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后向不同的方向發散，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該立體顯示單元的一寬度大于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后會聚于一區域，其中M、k為自然數，M大于或等于k。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該立體顯示單元的一寬度小于該光學結構的該單一周期。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該影像導引板為一柱面透鏡陣列板，各該光學結構為一柱面透鏡，各該柱面透鏡沿著一第一方向延伸，且該柱面透鏡沿著一第二方向排列。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該影像導引板為一光柵片，各該光學結構為一狹縫，各該狹縫沿著一第一方向延伸，且該狹縫沿著一第二方向排列。上述的立體顯示系統的影像顯示方法，其中，該影像導引板為一為透鏡陣列板，各該光學結構為一透鏡，且該透鏡排列成二維陣列。本發明的立體顯示系統，包括一顯示裝置以及一影像導引板。顯示裝置提供多個發散式投影影像(diverge image)。顯示裝置包括多個立體顯示單元群。各立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元。各立體顯示單元包括多個像素群(pixel group)。在各立體顯示單元中，像素群對應部分發散式投影影像，提供多個影像光束。不同的立體顯示單元對應不同的部分發散式投影影像。影像導引板配置于影像光束的傳遞路徑上。影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構，以將影像光束分別導引至多個方向。本發明的立體顯示系統的影像顯示方法，其包括如下步驟。提供一立體顯示系統。立體顯示系統包括一顯示裝置以及一影像導引板。顯示裝置提供多個發散式投影影像，并包括多個立體顯示單元。各立體顯示單元包括多個像素群。設定立體顯示單元的像素群提供對應部分發散式投影影像的多個影像光束。不同的立體顯示單元對應不同的部分發散式投影影像。利用影像導引板將影像光束分別導引至多個方向。影像導引板配置于影像光束的傳遞路徑上。影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構。本發明的技術效果在于:本發明的立體顯示單元各自提供相同數目的發散式投影影像，但卻提供具有不同視差影像編號的發散式投影影像。相較于現有技術，觀賞者的單眼不同位置所視影像的矩形數都會較多，而且矩形的寬度都會變窄，因此單一影像點被更新的頻率便會提高，以增加移動視差的平滑度。并且，本發明的立體顯示系統不需要改變任何的現有光學顯示元件的參數，只需要有其相對應的發散式投影影像，就可以提供更接近自然的立體視覺。此外，本發明的立體顯示系統可以是基于平行光、發散光或會聚光的光學架構進行設計。本發明的影像顯示方法適用在基于任一光學顯示原理設計的立體顯示系統。無論是會聚光的光學架構或者平行光的光學架構，影像顯示方法都可通過提供多個發散式投影影像，讓觀賞者單眼所觀看到的影像包括寬度更窄且更多組的矩形(band)。因此，當觀賞者左右移動時，其所觀看的影像中的單一點被矩形替換的機率便會提高，移動視差(Motion Parallax)會更連續地變化，因此觀賞者便會體驗到較接近真實世界的立體視覺感受。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。


圖1為本發明一實施例的立體顯示系統的示意圖；圖2為圖1的立體顯示系統的局部示意圖；圖3A為圖1的立體顯示單元中各像素群的示意圖；圖3B為圖3A的第2個立體顯示單元群包括多個立體顯示單元112b的示意圖；圖4為圖1的立體顯示系統的局部示意圖；圖5為圖1的立體顯示系統的局部示意圖6為本發明另一實施例的立體顯示系統的局部示意圖；圖7為本發明另一實施例的立體顯示系統的局部示意圖；圖8為圖1的影像導引板的正視圖；圖9為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖；圖1OA為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖；圖1OB為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖；圖11為本發明另一實施例的立體顯示系統的示意圖；圖12為本發明一實施例的立體顯示系統的影像顯示方法的步驟流程圖；圖13為本發明一實施例的發散式投影影像的拍攝方式示意圖；圖14為本發明另一實施例的發散式投影影像的拍攝方式示意圖；圖15為本發明一實施例的發散式投影影像的示意圖。其中，附圖標記100、600、700、1100 立體顯示系統110、1110 顯示裝置112a、112b、112b_l、112b_2、112b_3、112b_4、112b_5、112c、112d、112e、1112a、1112b、1112c、1112d、1112e 立體顯示單元113、113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5 像素群114顯示裝置上的影像點114’觀賞者影像上的對應點1130影像顯示控制器120、620、720、920、1020、1020，、1120 影像導引板122、622、722、922、1022、1022’ 光學結構200 直線210_4、210_5、210_6、P1、P2 發散點310、410 透鏡陣列312b立體顯示單元群320、420影像感測器I 9視差影像編號a、b、c、d、e、f觀賞者的位置g各感測區塊與其對應的透鏡的間的距離Al立體顯示單元的寬度A2、A3、A4光學結構的周期BI B9影像光束Dl第一方向D2第二方向W。、W1矩形的寬度Rl光學結構的透光區R2光學結構的遮光區S1200、S1210、S1220影像顯示方法的步驟
Y 遠物J 近物Yl遠物的像Jl近物的像C呈現面
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述:本發明的實施例所公開的影像顯示方法適用在基于任一光學顯示原理設計的立體顯示系統。無論是會聚光的光學架構或者平行光的光學架構，影像顯示方法都可通過提供多個發散式投影影像，讓觀賞者單眼所觀看到的影像包括寬度更窄且更多組的矩形(band)。因此，當觀賞者左右移動時，其所觀看的影像中的單一點被矩形替換的機率便會提高，移動視差(Motion Parallax)會更連續地變化，因此觀賞者便會體驗到較接近真實世界的立體視覺感受。為更清楚地了解本發明，以下將配合圖式，以至少一范例實施例來作詳細說明。圖1為本發明一實施例的立體顯示系統的示意圖。請參考圖1，本實施例的立體顯示系統100包括一顯示裝置110以及一影像導引板120。顯示裝置110包括多個立體顯示單元群。在本實施例中，各立體顯示單元群分別包括一立體顯示單元112a至112e。但本發明并不限于此，每個立體顯示單元群可由單個或多個立體顯示單元來組成，其數量取決于所設計的影像光束的數目。在本實施例中，立體顯示單元112a至112e分別用以提供多個發散式投影影像I 9的影像光束BI B9。影像導引板120配置于影像光束BI B9的傳遞路徑上，用以將影像光束BI B9分別導引至多個不同的方向。在本實施例中，不同立體顯示單元的像素群提供不同的發散式投影影像。在此，為了方便說明起見，每一發散式投影影像所對應的影像光束均被標以一視差影像編號(Parallax image number)。視差影像編號I 9代表影像光束所對應的發散式投影影像是由不同角度來觀察同一物體所得到的影像。在本發明的實施例中，顯示裝置110所提供的發散式投影影像的數目僅用以例示說明，本發明并不限于此。具體而言，立體顯示單元112a提供對應發散式投影影像I 5的影像光束BI B5 ;立體顯示單元112b提供對應發散式投影影像2 6的影像光束B2 B6 ;立體顯示單元112c提供對應發散式投影影像3 7的影像光束B3 B7 ;立體顯示單元112d提供對應發散式投影影像4 8的影像光束B4 B8 ;立體顯示單元112e提供對應發散式投影影像5 9的影像光束B5 B9。在圖1中，為了圖式簡潔起見，僅為立體顯示單元112a所提供的影像光束BI B5，以及立體顯示單元112e所提供的影像光束B5 B9。通過上述影像顯示方法，觀賞者的單眼在不同位置所觀看到的影像至少包括部分或全部的該等發散式投影影像，以形成一立體視覺影像。舉例而言，觀賞者的單眼在位置a所觀看到的影像包括9個矩形，其分別對應視差影像編號I 9的發散式投影影像。觀賞者的單眼在位置c、e所觀看到的影像包括8個矩形，分別是對應視差影像編號2 9、1 8的發散式投影影像。觀賞者的單眼在位置b、d、f所觀看到的影像包括7個矩形，分別是對應視差影像編號3 9、2 8、I 7的發散式投
影影像。在本實施例中，相較于位置a寬度為Wtl的矩形5,位置d的矩形5的寬度為W1,且W1大于％。相較于位置d寬度相等的矩形2 8，位置c的矩形3 8，其各自的寬度實質上約等于1 ;而位置c的矩形2、9，其寬度均小于W1，或可各自約為寬度W1的一半。另外，相較于位置d的矩形2 8，位置b的矩形3 9，其各自的寬度實質上約等于Wp類似地，位置e、f的矩形的分布態樣當可依上述規則類推，在此不再贅述。另一方面，就顯示裝置110上的單一影像點114而言，其于觀賞者影像上的對應點114’由位置b至f依序位于矩形6、
5、4。因此，在本實施例中，立體顯示單元112a至112e各自提供相同數目的發散式投影影像，但卻提供具有不同視差影像編號的發散式投影影像。相較于現有技術，觀賞者的單眼在位置a至f所視影像的矩形數都會較多，而且矩形的寬度都會變窄，因此單一影像點被更新的頻率便會提高。也就是說，本實施例的立體顯示系統使用發散式投影影像可增加移動視差的平滑度。并且，本實施例的立體顯示系統不需要改變任何的現有光學顯示元件的參數，只需要有其相對應的發散式投影影像，就可以提供更接近自然的立體視覺。進一步而言，圖2為圖1的立體顯示系統的局部示意圖。圖3A為圖1的立體顯示單元中各像素群的示意圖。請參考圖2及圖3A，本實施例的各立體顯示單元112a至112e包括多個像素群113。在各立體顯示單元中，像素群分別對應不同的部分發散式投影影像，以提供多個影像光束。影像導引板120配置于影像光束的傳遞路徑上，并包括多個以單一周期排列的光學結構122，以將影像光束分別導引至多個不同方向。具體而言，以立體顯示單元112a為例，其包括5個像素群113，分別用以提供影像光束BI B5。在圖3A中，各像素群所標示的視差影像編號代表其所提供的影像光束所對應的發散式投影影像。標號113a_5代表立體顯示單元112a的像素群113a_5提供對應發散式投影影像5的影像光束B5。其它立體顯示單元112b至112e的可由上述規則類推。在此，立體顯示單元112a至112e各自包括相同數目的5個像素群，但本發明并不限于此。在本實施例中，立體顯示單元112a的像素群依序提供對應發散式投影影像I 5的影像光束BI B5 ;立體顯示單元112b的像素群依序提供對應發散式投影影像2 6的影像光束B2 B6 ;立體顯示單元112c的像素群依序提供對應發散式投影影像3 7的影像光束B3 B7 ;立體顯示單元112d的像素群依序提供對應發散式投影影像4 8的影像光束B4 B8 ;立體顯示單元112e的像素群依序提供對應發散式投影影像5 9的影像光束B5 B9。換句話說，本實施例的立體顯示單元112a至112e各自提供相同數目的發散式投影影像，但卻提供具有不同視差影像編號的發散式投影影像。此外，由圖3A可知，在本實施例中，各立體顯示單元112a至112e均包括提供對應發散式投影影像5的影像光束B5的像素群，即像素群113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5。在第I個立體顯示單元112a中，發散式投影影像5的影像光束B5由第5個像素群113a_5來提供；在第2個立體顯示單元112b中，發散式投影影像5的影像光束B5由第4個像素群113b_5來提供，以此類推。也就是說，本實施例的不同的立體顯示單元所對應的部分發散式投影影像包括發散式投影影像其中之一特定的發散式投影影像。在此，本實施例的特定的發散式投影影像以發散式投影影像5為例說明，本發明并不限于此。
在本實施例中，每個立體顯示單元群可由單個或多個的立體顯示單元所組成，第i個立體顯示單元群中的特定發散式投影影像n由每個立體顯示單元第j個像素群所提供。在此，像素群以m個為例,且1、j、m、n為自然數，j ( m,并符合i+j = n+l。而本實施例為了方便說明，每個立體顯示單元群僅包含I個立體顯示單元。舉例而言，圖3B為圖3A的第2個立體顯示單元群包括多個立體顯示單元112b的示意圖。在本實施例中，立體顯示單元群312b包括多個立體顯示單元112b_l至112b_5。每個立體顯示單元包含5個像素群(即M = 5),且第2個立體顯示單元群(i = 2)里的每個立體顯示單元的第4個像素群(j = 4)是提供特定發散式投影影像5 (N = 5)，則1、j、N符合i+j = N+l。類似地，在另一實施例中，若每個立體顯示單元包含8個像素群即M = 8,且第3個立體顯示單元群(i = 3)里的每個立體顯示單元的第4個像素群(j =4)是特定發散式投影影像6 (N = 6)，則1、j、N也符合 i+j =N+1。另一方面，在本實施例中，像素群113a_5、113b_5、113c_5、113d_5、113e_5所提供的影像光束B5，在經過各自所在的立體顯示單元所對應的周期性排列的光學結構導引之后，各影像光束B5的與行進方向相反的延伸線會聚在顯示裝置100相異于影像導引板120的一側，如圖2所示。詳細而言，本實施例的影像導引板120例如為一柱面透鏡陣列板，各光學結構122為一柱面透鏡。因此，由圖2所示的視角來看，各光學結構122橫截面包括一弧線，且各弧線具有一對應的圓心C。被各光學結構122所導引的影像光束B5均通過各自對應的弧線的圓心C。并且，各影像光束B5的與行進方向相反的延伸線會聚在顯示裝置100相異于影像導引板120的一側的一發散點210_5上。從另一觀點來看，圖4為圖1的立體顯示系統的局部示意圖。請參考圖2至圖4，在本實施例中，除了各影像光束B5的延伸線會會聚在發散點210_5之外，在立體顯示單元112a至112e中，對應相同的發散式投影影像的像素群組，其所提供的影像光束的與行進方向相反的延伸線亦會會聚在顯示裝置110相異于影像導引板120的一側，并形成一發散點。具體而言，在立體顯示單元112a至112e中，對應相同的發散式投影影像6的像素群組，亦即在圖3A中像素群上被標示視差影像編號為6，其所提供的影像光束B6的與行進方向相反的延伸線會聚在顯示裝置110相異于影像導引板120的一側，并形成一發散點210_6。類似地，對應相同的發散式投影影像4的像素群組，亦即在圖3A中像素群上被標示視差影像編號為4，其所提供的影像光束B4的與行進方向相反的延伸線會聚在顯示裝置110相異于影像導引板120的一側，并形成一發散點210_4。搭配圖2來看，發散點210_4、210_5、210_6分布在顯示裝置110相異于影像導引板120的一側的直線200上。至于對應發散式投影影像2、3、7、8的發散點也分布在直線200上(圖未示)。為了圖式簡潔起見，圖2及圖4僅繪示影像光束B4 B6會聚形成的發散點210_4、210_5、210_6。其他影像光束B2、B3、B7、B8會聚形成的發散點當可由上述光學原理繪示而成。在本實施例中，影像光束B2 B8會聚形成的發散點分布在一直線上，但本發明并不限于此。在其他實施例中，影像光束B2 B8會聚形成的發散點也可以分布在一曲線上。另一方面，本實施例的立體顯示系統100基于平行光的光學架構進行設計。在各立體顯示單元112a至112e中的第k個像素群所提供的影像光束在射出影像導引板120后實質上彼此平行，其中k為小于或等于5的自然數。具體而言，圖5為圖1的立體顯示系統的局部示意圖。請參考圖3A及圖5，在本實施例中，以各立體顯示單元112a至112e中的第4個像素群為例，其分別提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通過各自對應的弧線122的圓心C之后實質上彼此平行，如圖5所示。為了達成平行光的光學設計架構，本實施例的立體顯示系統100其中一個立體顯示單元的寬度Al實質上等于影像導引板120的光學結構(即弧線)的周期A2。然而，本實施例的立體顯示系統并不限于平行光的光學架構，在其他實施例中，立體顯示系統也可以是基于發散光或會聚光的光學架構進行設計。圖6為本發明另一實施例的立體顯示系統的局部示意圖。請參考圖6,在本實施例中，以各立體顯示單元112a至112e中的第4個像素群為例，其分別提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通過各自對應的弧線622的圓心C之后向不同的方向發散，如圖6所示。為了達成發散光的光學設計架構，本實施例的立體顯示系統600其中一個立體顯示單元的寬度Al實質上大于影像導引板620的光學結構622 (即弧線)的周期A3。圖7為本發明另一實施例的立體顯示系統的局部示意圖。請參考圖7，在本實施例中，以各立體顯示單元112a至112e中的第4個像素群為例，其分別提供影像光束B4 B8。影像光束B4 B8在通過各自對應的弧線722的圓心C之后會聚于空間上的一區域，例如會聚于空間上的一點，如圖7所示。為了達成會聚光的光學設計架構，本實施例的立體顯示系統700其中一個立體顯示單元的寬度Al小于影像導引板720的光學結構722 (即弧線)的周期A4。圖8為圖1的影像導引板的正視圖。在此，所謂的正視方向指由觀賞者的角度朝向立體顯示系統觀看的方向。請參考圖1及圖8，在本實施例中，影像導引板120例如為一柱面透鏡板(lenticular plate)，且每一光學結構122例如為一柱面透鏡。每一光學結構122沿著一第一方向Dl延伸，且這些光學結構122沿著一第二方向D2排列。在本實施例中，柱面透鏡是指具有在一個方向上彎曲，而在另一個垂直的方向上不彎曲的表面的透鏡。舉例而言，在本實施例中，光學結構122的表面在第一方向Dl上不彎曲，且在第二方向D2上彎曲。在本實施例中，第一方向Dl實質上垂直于第二方向D2。然而，在其他實施例中，第一方向Dl亦可以不垂直于第二方向D2。圖9為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖。請參考圖1及圖9，在本實施例中，影像導引板920為一光柵，每一光學結構922為一狹縫，每一狹縫沿著第一方向Dl延伸，且這些狹縫沿著第二方向D2排列。在本實施例中，第一方向Dl實質上垂直于第二方向D2。然而，在其他實施例中，第一方向Dl亦可以不垂直于第二方向D2。光柵的狹縫可讓光通過，而光柵的狹縫以外的部分則會遮擋光線。在圖8及圖9的實施例中，影像導引板皆為一維的分光元件。因此，利用圖8及圖9的一維分光元件，再搭配對應圖8及圖9的影像導引板所拍攝出的發散式投影影像，便可以在水平方向獲得良好的移動視差。圖1OA為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖。請參考圖1及圖10A，在本實施例中，影像導引板1020例如為一透鏡陣列板，每一光學結構1022為一透鏡，且這些透鏡排列成二維陣列。圖1OB為本發明另一實施例的影像導引板的正視圖。請參考圖1及圖10B，在本實施例中，影像導引板1020’例如為一二維光柵(barrier)陣列，每一光學結構1022’包括一透光區Rl與一遮光區R2，且這些光學結構1022’排列成二維陣列。
在圖1OA及圖1OB的實施例中，影像導引板皆為二維的分光元件。如果立體顯示系統的分光元件是二維，代表其視差也是二維。因此，在發散式投影影像時，攝端的取像元件(micro lens)也需要是二維的。此外，利用二維的分光元件，再搭配對應圖1OA及圖1OB的影像導引板所拍攝出的發散式投影影像，便可以在水平及垂直方向都有良好的移動視差。圖11為本發明另一實施例的立體顯示系統的示意圖。圖12為本發明一實施例的立體顯示系統的影像顯示方法的步驟流程圖。請參考圖1、圖11及圖12，本實施例的立體顯示系統1100類似于圖1的立體顯示系統100，而兩者的差異如下所述。立體顯示系統1100還包括一影像顯示控制器1130，用以控制并驅動顯示裝置1110，以讓立體顯示單元1112a至1112e各自提供相同數目的發散式投影影像，但卻提供具有不同視差影像編號的發散式投影影像。在步驟S1200中，提供一立體顯示系統1100。接著，在步驟S1210中，設定立體顯示單元1112a至1112e的像素群提供對應部分發散式投影影像的多個影像光束。在此，不同的立體顯示單元對應不同的部分發散式投影影像。之后，在步驟S1220中，利用影像導引板1120將影像光束分別導引至多個方向。在本實施例中，立體顯示系統1100可以是平面顯示器，也可以是曲面顯示器。換句話說，圖12所例示的影像顯示方法可以應用平面顯示器或曲面顯示器的立體顯示系統，本發明并不加以限制。另外，本發明的實施例的影像顯示方法可以由圖1 圖1OB實施例的敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。圖13為本發明一實施例的發散式投影影像的拍攝方式示意圖。請參照圖13，本實施例的發散式投影影像的拍攝架構主要包括位于同一平面上的一透鏡陣列310與一影像感測器320。透鏡陣列310的各透鏡底下有相對應的感測區塊，各感測區塊即是一組立體像素。由圖13可知，從左至右的立體像素組分別包括視差影像編號為5 9、4 8、3 7、2 6、1 5的像素。以發散式投影影像5為例，由圖13中的投射線(即圖中的虛線)可知，編號5的位置記錄了圖13中發散點Pl的發散式投影影像信息，每個編號5的位置分布在其對應的立體像素組的不同位置，其操作類似于在不同位置對發散點Pl的發散式投影影像信息進行取樣，而將所有編號5的像素組合起來便是一張編號5的發散式投影影像。圖14為本發明另一實施例的發散式投影影像的拍攝方式示意圖。請參照圖14，在本實施例中，若為了取樣方便起見，透鏡陣列410的各透鏡可配置在一弧線上，如圖14所示。同樣地，各透鏡底下都有相對應的感測區塊，各感測區塊與其對應的透鏡之間均具有相同的距離g。在本實施例中，各立體像素組均包括視差影像編號為3 7的像素。同樣以發散式投影影像5為例，由發散投影幾何原理可知，各感測區塊編號5的位置記錄了圖14中發散點Pl的投射線的發散式投影影像信息。至少基于上述的發散式投影影像的拍攝方式，本發明的實施例的發散式投影影像定義如下。圖15為本發明一實施例的發散式投影影像的示意圖。請參照圖15，在此投影幾何內，相同大小的物在不同位置時，兩者在呈現面上的投影大小并不相同。在圖15中，遠物Y與近物J是相同大小的兩物。距離呈現面C較近的物(近物J)，其在呈現面C上的投影即近物的像Jl會較距離呈現面C較遠的物(遠物Y)的投影即遠物的像Yl為小，即近小遠大的特性。因此，若是投影線(即圖中的虛線)向物所配置的一側延伸而會聚在一投影點P2上，即是發散式投影。綜上所述，本發明的立體顯示單元各自提供相同數目的發散式投影影像，但卻提供具有不同視差影像編號的發散式投影影像。相較于現有技術，觀賞者的單眼不同位置所視影像的矩形數都會較多，而且矩形的寬度都會變窄，因此單一影像點被更新的頻率便會提高，以增加移動視差的平滑度。并且，本發明的立體顯示系統不需要改變任何的現有光學顯示元件的參數，只需要有其相對應的發散式投影影像，就可以提供更接近自然的立體視覺。此外，本發明的立體顯示系統可以是基于平行光、發散光或會聚光的光學架構進行設計。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種立體顯示系統，其特征在于，包括: 一顯示裝置，提供多個發散式投影影像，該顯示裝置包括: 多個立體顯示單元群，各該立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元,各該立體顯示單元包括多個像素群，在各該立體顯示單元中，該像素群對應部分該發散式投影影像，提供多個影像光束，其中不同的該立體顯示單元對應不同的部分該發散式投影影像；以及 一影像導引板，配置于該影像光束的傳遞路徑上，該影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構，以將該影像光束分別導引至多個方向。
2.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，不同的該立體顯示單元所對應的部分該發散式投影影像包括該發散式投影影像其中的一特定發散式投影影像。
3.如權利要求2所述的立體顯示系統，其特征在于，各該立體顯示單元群包括多個立體顯示單元,各該立體顯示單元包括M個像素群,第i個立體顯示單元群中的該特定發散式投影影像N由各該立體顯示單元的第j個像素群所提供，其中i+j = N+l ;N、1、j為自然數，j小于或等于M。
4.如權利要求2所述的立體顯示系統，其特征在于，該影像導引板的各該光學結構包括一弧線，在各該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束通過該像素群所在的該立體顯示單元所對應的該弧線的圓心。
5.如權利要求4所述的立體顯示系統,其特征在于,在該立體顯示單元中,對應該特定發散式投影影像的該影像光束的與行進方向相反的延伸線會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側。
6.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，在該立體顯示單元中，對應相同的該發散式投影影像的該像素群 所提供的該影像光束的與行進方向相反的延伸線會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側，并形成一發散點。
7.如權利要求6所述的立體顯示系統，其特征在于，對應不同的該發散式投影影像的該發散點分布在該顯示裝置相異于該影像導引板的該側的一直線或一曲線上。
8.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后彼此平行，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
9.如權利要求8所述的立體顯示系統，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度等于該光學結構的該單一周期。
10.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后向不同的方向發散，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
11.如權利要求10所述的立體顯示系統，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度大于該光學結構的該單一周期。
12.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后會聚于一區域，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
13.如權利要求12所述的立體顯示系統，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度小于該光學結構的該單一周期。
14.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，該影像導引板為一柱面透鏡陣列板，各該光學結構為一柱面透鏡，各該柱面透鏡沿著一第一方向延伸，且該柱面透鏡沿著一第二方向排列。
15.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，該影像導引板為一光柵片，各該光學結構為一狹縫，各該狹縫沿著一第一方向延伸，且該狹縫沿著一第二方向排列。
16.如權利要求1所述的立體顯示系統，其特征在于，該影像導引板為一為透鏡陣列板，各該光學結構為一透鏡，且該透鏡排列成二維陣列。
17.一種立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，包括: 提供一立體顯示系統，其中該立體顯示系統包括一顯示裝置以及一影像導引板，該顯示裝置提供多個發散式投影 影像，并包括多個立體顯示單元群，各該立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元,各該立體顯示單元包括多個像素群； 設定該立體顯示單元的該像素群提供對應部分該發散式投影影像的多個影像光束，其中不同的該立體顯示單元對應不同的部分該發散式投影影像；以及 利用該影像導引板，將該影像光束分別導引至多個方向，其中該影像導引板配置于該影像光束的傳遞路徑上，該影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構。
18.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，不同的該立體顯示單元所對應的部分該發散式投影影像包括該發散式投影影像其中的一特定發散式投影影像。
19.如權利要求18所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，各該立體顯示單元群包括多個立體顯示單元，各該立體顯示單元包括M個像素群,第i個立體顯示單元群中的該特定發散式投影影像N由各該立體顯示單元的第j個像素群所提供，其中i+j =N+l ;N、1、j為自然數，j小于或等于M0
20.如權利要求18所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該影像導引板的各該光學結構為一弧線，在各該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束通過該像素群所在的該立體顯示單元所對應的該弧線的圓心。
21.如權利要求20所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，在該立體顯示單元中，對應該特定發散式投影影像的該影像光束會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側。
22.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，在該立體顯示單元中，對應相同的該發散式投影影像的該像素群所提供的該影像光束會聚在該顯示裝置相異于該影像導引板的一側，并形成一發散點。
23.如權利要求22所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，對應不同的該發散式投影影像的該發散點分布在該顯示裝置相異于該影像導引板的該側的一直線或一曲線上。
24.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后彼此平行，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
25.如權利要求24所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度等于該光學結構的該單一周期。
26.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后向不同的方向發散，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
27.如權利要求26所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度大于該光學結構的該單一周期。
28.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，各該立體顯示單元包括N個像素群，在各該立體顯示單元中的第k個像素群所提供的該影像光束在射出該影像導引板后會聚于一區域，其中M、k為自然數，M大于或等于k。
29.如權利要求28所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該立體顯示單元的一寬度小于該光學結構的該單一周期。
30.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該影像導引板為一柱面透鏡陣列板，各該光學結構為一柱面透鏡，各該柱面透鏡沿著一第一方向延伸，且該柱面透鏡沿著一第二方向排列。
31.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該影像導引板為一光柵片，各該光學結構為一狹縫，各該狹縫沿著一第一方向延伸，且該狹縫沿著一第二方向排列。
32.如權利要求17所述的立體顯示系統的影像顯示方法，其特征在于，該影像導引板為一為透鏡陣列板，各該光學結構為`一透鏡，且該透鏡排列成二維陣列。
全文摘要
一種立體顯示系統及其影像顯示方法，該立體顯示系統包括一顯示裝置以及一影像導引板。顯示裝置提供多個發散式投影影像。顯示裝置包括多個立體顯示單元群。各立體顯示單元群包括至少一立體顯示單元。各立體顯示單元包括多個像素群。在各立體顯示單元中，像素群對應部分發散式投影影像，提供多個影像光束。不同的立體顯示單元對應不同的部分發散式投影影像。影像導引板配置于影像光束的傳遞路徑上。影像導引板包括多個以單一周期排列的光學結構，以將影像光束分別導引至多個方向。本發明還提供了一種上述立體顯示系統的影像顯示方法。
文檔編號H04N13/00GK103185967SQ20121004171
公開日2013年7月3日 申請日期2012年2月20日 優先權日2011年12月29日
發明者吳昌碩, 蔡朝旭 申請人:財團法人工業技術研究院