立体显示装置的制作方法

本发明是关于一种立体显示装置。

背景技术：

随着电子技术的发展，平面显示装置已经难以满足人们的需求，应运而生的便是立体显示装置。立体显示装置提供身临其境的感受。立体显示装置又分为眼镜式和裸眼式两大种类。其中，裸眼式立体显示技术由于不需要在观看时佩戴相应的装置，观看者能够较为轻松的进行观看，因而，裸眼式立体显示技术的受欢迎程度要高于眼镜式显示技术。

技术实现要素：

本发明的多个实施方式提供一种立体显示装置，藉由设置内凹轴棱镜阵列(axiconlensarray)，以将影像投影至多个视域。针对这些视域，内凹轴棱镜阵列可在水平方向上提供透镜光学能力(lenspower)且在垂直方向上提供扩散效果。

本发明的一态样提供一种立体显示装置，包含多个投影机、透镜阵列以及内凹轴棱镜阵列。投影机分别将影像投影至位于像侧的多个视域。透镜阵列设置于投影机与像侧之间。内凹轴棱镜阵列设置于透镜阵列与像侧之间。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置包含基板，设置于透镜阵列与内凹轴棱镜阵列之间，其中透镜阵列与内凹轴棱镜阵列分别直接设置于基板的相对二表面。

于本发明的部分实施方式中，透镜阵列包含多个透镜，内凹轴棱镜阵列包含多个轴棱镜，每一轴棱镜与每一透镜的中心大致对齐。

于本发明的部分实施方式中，每一轴棱镜包含平面以及锥形凹面。平面邻近于透镜阵列设置。锥形凹面相对该平面设置。

于本发明的部分实施方式中，透镜阵列包含第一柱状透镜以及第二柱状透 镜，其中该第一柱状透镜的延伸方向与该第二柱状透镜的延伸方向互相垂直。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置更包含基板，设置于第一柱状透镜与内凹轴棱镜阵列之间，其中第一柱状透镜与内凹轴棱镜阵列分别直接设置于基板的相对二表面。

于本发明的部分实施方式中，第一柱状透镜的投影与第二柱状透镜的投影于内凹轴棱镜阵列所在的一平面上形成多个交错位置，内凹轴棱镜阵列包含多个轴棱镜，每一轴棱镜与每一交错位置的中心大致对齐。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置更包含基板，设置于透镜阵列与内凹轴棱镜阵列之间，其中内凹轴棱镜阵列包含多个轴棱镜，轴棱镜均匀地设置于基板上。

于本发明的部分实施方式中，透镜阵列与内凹轴棱镜阵列共焦。

于本发明的部分实施方式中，透镜阵列包含至少一透镜，内凹轴棱镜阵列包含至少一轴棱镜，透镜的焦点位于轴棱镜的焦线。

于本发明的部分实施方式中，透镜的焦距大于轴棱镜的焦距。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置更包含第一菲涅尔透镜，设置于投影机与透镜阵列之间。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置更包含第二菲涅尔透镜，设置于内凹轴棱镜阵列相对透镜阵列的一侧。

于本发明的部分实施方式中，投影机排列于第一平面上，透镜阵列设置于第二平面上，第一平面平行于第二平面。

于本发明的部分实施方式中，立体显示装置包含桌体，投影机、透镜阵列以及内凹轴棱镜阵列装设于桌体的内，投影机分别将影像该桌体的桌面投影至多个视域。

附图说明

图1为本发明的一实施方式的立体显示装置的立体图。

图2为图1的立体显示装置的侧视图。

图3为图1的立体显示装置的上视图。

图4为图1的立体显示装置的透镜堆栈的部分元件的侧视图。

图5为图4的轴棱镜的立体示意图。

图6为图3的立体显示装置于轴向方向的光路示意图。

图7为图3的立体显示装置于辐射方向的光路示意图。

图8为本发明的另一实施方式的立体显示装置的透镜堆栈的部分元件的侧视图。

其中，附图标记：

100：立体显示装置

110：投影机

112：微型面板

120、120’：透镜阵列

122：透镜

122a：第一表面

122b：第二表面

122c：焦点

124：第一柱状透镜

126：第二柱状透镜

130：内凹轴棱镜阵列

132：轴棱镜

132a：表面

132b：锥形凹面

132c：焦线

140：基板

150：第一菲涅尔透镜

160：第二菲涅尔透镜

c：光轴

x：交错位置

r：视域

f1：焦距

f2：焦距

p1：第一平面

p2：第二平面

st：透镜堆栈

rd：辐射方向

rd1：辐射方向

td：切线方向

td1：切线方向

td2：切线方向

im：像侧

om：影像

tab：桌体

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有技术惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式为之。

图1为本发明的一实施方式的立体显示装置100的立体图。图2为图1的立体显示装置100的侧视图。图3为图1的立体显示装置100的上视图。立体显示装置100包含多个投影机110以及透镜堆栈st。于此，立体显示装置100可以是桌面型显示器，以供使用者从各个角度观赏立体影像。换句话说，立体显示装置100可以包含桌体tab，投影机110以及透镜堆栈st可以装设于桌体tab之内中，以从桌面投射影像om至桌体tab之外的视域r。在此仅以虚线表示桌体tab可能的配置，实际应用上桌体tab的形状并不以图中所绘为限，且为方便绘示起见，图1仅绘示单一个投影机110，而省略其它的投影机。

于本发明的多个实施方式中，多个投影机110分别将多个不同的影像om投影至位于像侧im的多个视域r，且每一投影机110对应一视域r设置。于此，视域r系为影像om投影至像侧im的空间，使用者在不同的视域r将观察到不同的影像。于部分实施方式中，多个视域r可以环绕桌体tab的桌面的方式分布，而让使用者可以环绕桌体tab并朝向桌体tab的桌面中心进 行观察。如图所示，投影机110以环状排列于第一平面p1上，视域r以环状排列于第二平面p2，第一平面p1以及第二平面p2彼此大致平行。藉此，可以将环型排列的影像om投影至第二平面p2，而形成环型排列的视域r。

透镜堆栈st包含透镜阵列(lensarray)120以及内凹轴棱镜阵列(axiconlensarray)130。透镜阵列120设置于投影机110与像侧im之间。内凹轴棱镜阵列130设置于透镜阵列120与像侧im之间。透镜堆栈st所在的平面大致与第一平面p1以及第二平面p2平行。藉以提升入射透镜堆栈st的光线(例如环型排列的影像om)的均匀性。

图2为图1的立体显示装置100的侧视图。同时参照图1与图2，光线从投影机110入射透镜堆栈st的角度范围大约为α，光线从透镜堆栈st传送至视域r的角度范围大约为β，并以φ表示视域r的影像水平宽度，b表示视域r的影像垂直高度，θ表示影像om的切线宽(即与投影机110排列成的环型线相切的长)，a表示影像om的影像的辐射宽度即对于投影机110排列的环型线于辐射方向上的长)。其中角度放大率β/α、影像的水平放大率φ/θ以及影像的垂直放大率b/a与透镜堆栈st的透镜阵列120以及内凹轴棱镜阵列130的特性相关，将于后续介绍透镜阵列120以及内凹轴棱镜阵列130的光学特性中详细说明。

图3为图1的立体显示装置100的上视图。同时参照图1与图3，理想上，视域r所环绕的范围面积可大于投影机110所环绕的范围面积，而让使用者可以坐落或站立于桌体tab周围时，使用者的眼睛可以位于视域r中。为方便绘示起见，图3中以虚线表示透镜堆栈st。图3另标有切线方向td以及辐射方向rd，用以于后续辅助说明透镜阵列120以及内凹轴棱镜阵列130的光学特性。

图4为图1的立体显示装置100的透镜堆栈st的部分元件的侧视图。于此，图4绘示立体显示装置100的透镜堆栈st的透镜阵列120与内凹轴棱镜阵列130。透镜阵列120包含至少一透镜122，内凹轴棱镜阵列130包含至少一轴棱镜(axiconlens)132。于本发明的部份实施方式中，每一轴棱镜132与每一透镜122的中心大致对齐，而使每一轴棱镜132与每一透镜122可位于同一光轴c上。藉此，经过透镜122的光线大致经过轴棱镜132，而使光线能同时受到透镜122与轴棱镜132的作用。于部分其他实施方式中，轴棱镜132与透 镜122可以不互相对齐，或者，轴棱镜132与透镜122不必一对一地对齐。

于本发明的多个实施方式中，透镜122具有相对设置的第一表面122a与第二表面122b。于此，第一表面122a可为平面，第二表面122b在与光轴c垂直的二维方向上具有曲率。当然不应以此限制本发明的范围，透镜122可以具有任何结构，其适用于在二维方向上提供均匀的透镜光学能力(lenspower)。

同时参照图4与图5。图5为图4的轴棱镜132的立体示意图。轴棱镜132包含表面132a以及锥形凹面132b。表面132a邻近于透镜阵列120且可为平面。锥形凹面132b相对表面132a设置。参照图5，藉由锥形凹面132b，轴棱镜132适用于在切线方向(tangentialdirection)td1、td2上提供透镜光学能力(lenspower)，但在辐射方向(radialdirection)rd1方向上提供类似菱镜的往外偏折效果。在此，以光轴c为轴向方向，辐射方向rd1以光轴c为中心向外发散，切线方向td1则与辐射方向rd1垂直。每个轴棱镜132在不同的高度上有不同的切线方向，例如切线方向td1、td2，多个切线方向上的轴棱镜132具有不同的透镜光学能力。具体而言，因应多个切线方向，每个轴棱镜132具有焦线132c(参照图4)，其由多个轴棱镜132的焦点所组成。于本发明的多个实施方式中，透镜122的焦点122c至少位于对应的轴棱镜132的焦线132c上。藉此，可以将透镜122与轴棱镜132的透镜光学能力组合，而达到放大影像(亦即投影光源分布))的功效。

应了解到，轴棱镜132的结构并不以图中所示的2的结构为限，实际上，轴棱镜132可以是能够达到上述特性的任何结构，例如表面132a可以为锥形凹面、锥形凸面或曲面等。于本发明的部分实施方式中，锥形凹面132b与光轴c夹一角度e，角度e的范围大约为50o到80o之间。

以下详细说明透镜阵列120以及内凹轴棱镜阵列130的光学特性。同时参照图3、图6与图7。图6与为图3的立体显示装置100于切线方向td的光路示意图。图7为图3的立体显示装置100于辐射方向rd的光路示意图。于本发明的多个实施方式中，若将光线拆解为辐射方向rd以及多个切线方向td分布的光线，则可以多个切线方向td以及辐射方向rd来考虑透镜阵列120以及内凹轴棱镜阵列130的光学能力。图3中，以第一平面p1的垂直中心线为轴向方向，辐射方向rd以轴向方向为中心向外发散，切线方向td则与辐射方向rd垂直。如同前述，轴棱镜132适用于在切线方向上提供透镜光 学能力，在辐射方向上提供类似菱镜的往外偏折效果。同时参照图3、图6与图7，透镜阵列120在多个切线方向td与辐射方向rd上表现一致，而内凹轴棱镜阵列130在多个切线方向td或辐射方向rd上表现不同。

参照图3、图4与图6，针对在某一切线方向td上经过轴棱镜132的光束，每个轴棱镜132可以视为凹透镜，其可对该光束提供一定的透镜光学能力(lenspower)。于部分实施方式中，可以设计在此凹透镜与透镜122共焦，以达到清晰地放大影像(投影光源分布)的效果。于本发明的部分实施方式中，透镜122的焦距fa大于此凹透镜(轴棱镜132)的焦距fba，其影像(投影光源分布)的水平放大倍率φ/θ(参照图2)大致为(fa/fba)。此轴棱镜132的透镜光学能力能够校正视域r中水平方向的影像。应了解到，实际上轴棱镜132具有焦线132c，以对应多个不同的切线方向td，于其他实施方式中，针对其他切线方向td而言，此凹透镜(轴棱镜132)可不与透镜122共焦。

另一方面，参照图3、图4与图7，针对在辐射方向rd上的光束，可以将内凹轴棱镜阵列130的轴棱镜132视为菱镜，其可以在辐射方向rd上提供偏折效果。有鉴于菱镜的焦距fbr接近无限大，在垂直方向没有其影像(投影光源分布)放大的效果。参照图2，其中b表示视域r的影像高度，a表示影像om的辐射宽度，对于视域r而言，轴棱镜132的菱镜偏折效果提供了对桌面俯视的仰角，而透镜120的焦距fa能够扩散视域r中垂直方向的影像(投影光源分布)。

由以上叙述可知，于部分实施方式中，内凹轴棱镜阵列130可在水平方向上提供透镜光学能力(lenspower)在垂直方向上提供扩散效果。

于部分实施方式中，可参照图1与图4，立体显示装置100的透镜堆栈st可进一步包含基板140。基板140设置于透镜阵列120与内凹轴棱镜阵列130之间。于部份实施方式中，透镜阵列120或内凹轴棱镜阵列130可以透过压印并固化基板140上的胶体而形成，使得透镜阵列120或内凹轴棱镜阵列130可直接设置于基板140的表面142或144上。更甚者，于部份实施方式中，透镜阵列120与凹轴棱镜阵列130可分别直接设置于基板140的相对二表面142与144。

于部分实施方式中，透镜122均匀地设置于基板140的表面142上，轴棱镜132均匀地设置于基板140的表面144上，而使来自投影机110的大部份的 光线可穿过透镜122与轴棱镜132而输送至视域r。

于部分实施方式中，基板140可以作为桌面屏幕使用，而使内凹轴棱镜阵列130系设置于桌面屏幕上，使用者可以直接观察到内凹轴棱镜阵列130。应了解到，基板140并非必要的配置，于部份实施方式中，可以省略基板140的配置，而将透镜阵列120与内凹轴棱镜阵列130作为独立的结构，例如，多个透镜或多个内凹轴设置于其他薄膜上。于其他实施方式中，立体显示装置100可以包含其他的透光盖板(未绘示)作为桌体tab的桌面，以保护内凹轴棱镜阵列130与透镜阵列120，用户可透过透光盖板观察到内凹轴棱镜阵列130。举例来说，透光盖板可为玻璃。

于部分实施方式中，可参照图1，立体显示装置100的透镜堆栈st可进一步包含第一菲涅尔透镜150以及第二菲涅尔透镜160。第一菲涅尔透镜150设置于投影机110与透镜阵列120之间。第一菲涅尔透镜150用以将来自各个投影机110的光线转换为大致正向入射的光线，进而传送至透镜阵列120与内凹轴棱镜阵列130。第二菲涅尔透镜160设置于内凹轴棱镜阵列130相对透镜阵列120的一侧，用以协助将来自内凹轴棱镜阵列130的光线传送至视域r。应了解到，第一菲涅尔透镜150与第二菲涅尔透镜160并非必要的设置，于部份实施方式中，可以省略第一菲涅尔透镜150、第二菲涅尔透镜160或两者。

图8为本发明的另一实施方式的立体显示装置的部分元件的侧视图。本实施方式与图2的实施方式相似，差别在于：于本实施方式中，透镜阵列120’包含第一柱状透镜(lenticularlens)124以及第二柱状透镜126。柱状透镜于一方向上的透镜光学能力优于另一方向的透镜光学能力。举例而言，柱状透镜为仅于一方向上具有透镜光学能力，而在延伸方向上不具有透镜光学能力。延伸方向与具有透镜光学能力的方向大致垂直。于此，第一柱状透镜124的延伸方向与第二柱状透镜126的延伸方向互相垂直。藉由第一柱状透镜124以及第二柱状透镜126可以组合成在二维方向上具有皆具有透镜光学能力的结构。

于本发明的部分实施方式中，第一柱状透镜124与第二柱状透镜126于内凹轴棱镜阵列130所在的平面(即基板140的表面144)上的投影形成多个交错位置x，内凹轴棱镜阵列130包含多个轴棱镜132，每一轴棱镜132与每一交错位置x的中心大致对齐。藉此，经过交错位置x的光线大致经过轴棱镜132，而使光线能同时受到第一柱状透镜124、第二柱状透镜126与轴棱镜132的光 学透镜能力作用。

于此，基板140设置于第一柱状透镜124与内凹轴棱镜阵列130之间。于部分实施方式中，第一柱状透镜124与内凹轴棱镜阵列130分别直接设置于基板140的相对二表面142与144。藉以增加结构强度，并整合第一柱状透镜124与内凹轴棱镜阵列130与制程步骤。或者，于其他实施方式中，可以设置额外的基板，以供第一柱状透镜124与第二柱状透镜126设置于该额外的基板的相对两表面上。

本发明的多个实施方式提供一种立体显示装置，藉由设置内凹轴棱镜阵列，以将影像投影至多个视域。针对视域，内凹轴棱镜阵列可在水平方向上提供透镜光学能力且在垂直方向上提供扩散效果。

虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，但这些更动与润饰均应包含于本发明所附权利要求的保护范围。