影像显示装置及方法

影像显示装置及方法
【专利摘要】一种影像显示装置包含光扩散器和影像叠合单元。所述光扩散器包含入射侧和在所述入射侧对面的出射侧。所述影像叠合单元发射多个影像光，且将所述多个影像光叠合到所述入射侧上，其中所述光扩散器在所述出射侧上仅显示对应于所述多个影像光中的一个影像。
【专利说明】影像显示装置及方法【技术领域】
[0001]本发明是关于一种光学装置，且特别是关于一种影像显示装置和方法。
【背景技术】
[0002]影像投影系统(比如投影电视或视频投影器)经由使用特别制造的影像显示媒介(比如小的阴极射线管或液晶显示器)而产生影像，经由使用投影透镜而放大所述影像，且在大荧幕上投影放大的影像。
[0003]影像投影系统包含红单色阴极射线管、绿单色阴极射线管、蓝单色阴极射线管、第一投影透镜、第二投影透镜、第三投影透镜和荧幕。所述红、所述绿和所述蓝单色阴极射线管分别做为影像源，分别对应于所述第一、所述第二和所述第三投影透镜，且分别产生红色影像、绿色影像和蓝色影像。所述第一投影透镜放大和投影所述红色影像；所述第二投影透镜放大和投影所述绿色影像；且所述第三投影透镜放大和投影所述蓝色影像；且所述第一、所述第二和所述第三投影透镜在所述荧幕上叠合所述红、所述绿和所述蓝色影像来使所述荧幕接收第一投影的光束。
[0004]所述荧幕正确地分布所述第一投影的光束，以致所述第一投影的光束的分布能够从各种角度被感知为影像。所述荧幕通常包含菲涅耳(Fresnel)透镜片和一个双凸透镜状(lenticular)透镜阵列片。所述菲涅耳透镜片使所述第一投影的光束收敛且将所述第一投影的光束转换为实质上的平行光束，其中所述第一投影的光束从所述菲涅耳透镜片的中心到周边发散地进入所述菲涅耳透镜片。双凸透镜状透镜阵列片将所述实质上的平行光束发散来发射发散的投影的光束，以致所述发散的投影的光束能够从各种角度被感知为影像。
[0005]代替简单的扩散片，用于使所述实质上的平行光束发散的所述双凸透镜状透镜阵列片能够实现非等向性扩散功能和彩色移位修正功能。
`[0006]所述非等向性扩散能够有效地分布有限的光线和增加在有效观察区域中的亮度。所述非等向性扩散通常由在所述双凸透镜状透镜阵列片内部加上扩散材料予以提供，以便在水平方向提供相对宽的视角且在垂直方向提供相对窄的视角。为了所述彩色移位修正功能，所述双凸透镜状透镜阵列片在入射侧和出射侧分别提供一对的双凸透镜状透镜。
[0007]所述影像投影系统能够具有进一步的应用和变化。

【发明内容】

[0008]本发明的一个面向在于提供一种影像显示装置和一种影像显示方法。
[0009]本发明的一个实施例在于提供一种影像显示装置。所述影像显示装置包含光轴和透镜装置。所述透镜装置包含第一入射侧和第一出射侧。所述第一入射侧接收在主入射方向中入射在所述第一入射侧上的第一影像光。所述第一出射侧发射与所述第一影像光相关的第二影像光以形成第一影像。所述第二影像光在第一主出射方向中从所述第一出射侧出射。当所述主入射方向偏离所述光轴的光轴方向时，所述第一主出射方向进一步偏离所述光轴方向。[0010]本发明的另一实施例在于提供一种影像显示装置。所述影像显示装置包含光扩散器和影像叠合单元。所述光扩散器包含第一入射侧和在所述第一入射侧对面的第一出射侦U。所述影像叠合单元发射第一多个影像光，且将所述第一多个影像光叠合到所述第一入射侧上，其中所述光扩散器在所述第一出射侧上仅显示对应于所述第一多个影像光之一的
第一影像。
[0011]本发明的又另一实施例在于提供一种影像显示方法。所述影像显示方法，包含下列步骤:提供第一多个影像光；将所述第一多个影像光叠合到同一区域上；以及仅从经叠合的多个影像光中的一个显示第一影像。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]本发明得通过下列附图的详细说明，使其被更深入的了解:
[0013]图1:在本发明实施例中影像显示装置的示意图；
[0014]图2:在图1中光扩散器的操作示意图；
[0015]图3:在本发明实施例中影像显示装置的示意图；
[0016]图4:在图3中预成像单元的示意图；
[0017]图5:在本发明实施例中影像叠合单元的示意图；
[0018]图6:在本发明实施例中影像叠合单元的示意图；以及
[0019]图7:在本发明实施例中影像显示装置的示意图。
[0020]主要元件符号说明
[0021]10、12:影像显示装置
[0022]20:显示模组
[0023]201:入射表面
[0024]202:出射表面
[0025]21:光扩散器
[0026]211、251、261、301:入射侧
[0027]2111、2616:区域
[0028]212、252、262、302:出射侧
[0029]25:线性凹透镜
[0030]2511,2611:平坦表面
[0031]26:菲涅耳透镜
[0032]29:凹圆柱形透镜阵列
[0033]291、292、29N:凹圆柱形透镜
[0034]30、60、62:影像叠合单元
[0035]31、31A、31B、32、32A、32B:透镜阵列
[0036]311、312、313、314、315、321、322、323、324、325、331、332、333、523、524、525、526、527、532、533、534、535、652、653、662、663:透镜
[0037]33、33A、33B:光叠合单元
[0038]40:预成像单元
[0039]41:影像信号处理单元[0040]42:影像形成区域
[0041]422、423、424:子区域
[0042]50:投影模组
[0043]51:孔径光阑
[0044]5IA:孔径区域
[0045]5IP:孔径位置
[0046]52,53:投影单元
[0047]521:物镜
[0048]522、531、651、661:光调变器
[0049]70:影像显示装置
[0050]71:透镜装置
[0051]Al:光扩散角度
[0052]A2:特定角度
[0053]A51、A52、AU、AU1、AU2:角度
[0054]B11、B12、B13、B14、B15、B2、B21、B22、B23、B24、B25、B31、B32、B33、B34、B35、B42、B43、B44、B62、B63、B64、B72、B73、B74:影像光
[0055]Dll、D12、D13、D14、D15、D22、D23、D24、D32、D33、D34、D42、D43、D44:主入射方向
[0056]D61、D62、D63、D64、D65、D71、D72、D73、D74、D75、D82、D83、D84、DB1、DB2:主出射
方向
[0057]DRl、DR3、DR4:参考方向
[0058]DR2:纵向方向
[0059]DV1、DV2、DV3:观察方向
[0060]EAl:光轴
[0061]EAlD:光轴方向
[0062]EYl:眼睛
[0063]F11、F12、F13、F14、F15:视场
[0064]G1、G2:距离
[0065]H21、H22、H23、H24、H25:部分光
[0066]KV1、KV2、KV3:观察者
[0067]M11、M12、M22、M23、M24、M52、M53、M54、M62、M63、M64:影像
[0068]M32、M33、M34、M41、M42、M43、M44、M45、M81、M82、M83、M84、M85:空中影像
[0069]Pl:画面
[0070]S1:入射表面阵列
[0071]S11、S12、S13、S14、S15:入射表面
[0072]Wl:宽度
【具体实施方式】
[0073]以下将参考附图叙述本发明的实施例。除非另外陈述，在每个实施例中，光传播方向被设定成沿着z轴(平行于光轴的方向);当观察者正在面向所述光传播方向时，所述观察者的12点钟方向(垂直方向)取为I轴、且他的3点钟方向取为X轴(水平方向)。
[0074]请参阅图1，其为在本发明实施例中影像显示装置10的示意图。影像显示装置10包含光扩散器21和耦合于光扩散器21的影像叠合单元30。光扩散器21包含入射侧211和在入射侧211对面的出射侧212。影像叠合单元30发射多个影像光B11、B12、B13、B14、B15，且将多个影像光B11、B12、B13、B14、B15叠合到入射侧211上，其中光扩散器21在出射侧212上仅显示对应于多个影像光B11、B12、B13、B14、B15中的一个(比如影像光Bll)的影像Mil。
[0075]在一个实施例中，影像显示装置10包含光轴EAl ;影像叠合单元30包含入射侧301和在入射侧301对面的出射侧302。入射侧301包含入射表面阵列SI，其中入射表面阵列SI包含多个入射表面S11、S12、S13、S14、S15。多个入射表面Sll、S12、S13、S14、S15在参考方向DRl被线性地排列，且分别接收多个影像光B21、B22、B23、B24、B25。例如，光轴EAl是系统光轴；参考方向DRl垂直于光轴EAl，且是水平方向、垂直方向和倾斜方向中的一个。多个影像光B21、B22、B23、B24、B25在多个主入射方向Dll、D12、D13、D14、D15中分别撞击多个入射表面SI 1、S12、S13、S14、S15来进入影像叠合单元30，且分别来自多个视场F11、F12、F13、F14、F15。例如，多个主入射方向D11、D12、D13、D14、D15分别是多个中心光入射方向；多个视场？11、？12、？13、？14、？15是相同的或是不同的。
[0076]在一个实施例中，影像叠合单元30经由将多个影像光821、822、823、824、825分别转换成为多个影像光B11、B12、B13、B14、B15而将多个影像光B21、B22、B23、B24、B25投射或叠合到入射侧211上。例如，多个影像光B11、B12、B13、B14、B15在多个主出射方向D61、D62、D63、D64、D65中从出射侧302分别出射。例如，多个主出射方向D61、D62、D63、D64、D65分别是多个中心光出射方向，且是不同的。
[0077]在一个实施例中，光扩散器21具有光扩散角度Al，且仅在观察方向DVl被观测。例如，观测者KVl的眼睛EYl瞄向光扩散器21的出射侧212，观测者KVl仅在观察方向DVl观测出射侧212，且观察方向DVl是可变的。多个影像光B11、B12、B13、B14、B15被叠合到入射侧211来使光扩散器21的出射侧212发射与多个影像光B11、B12、B13、B14、B15分别对应的多个影像光B31、B32、B33、B34、B35，其中多个影像光B31、B32、B33、B34、B35在多个主出射方向D71、D72、D73、D74、D75中从出射侧212分别出射。例如，多个主出射方向D71、D72、D73、D74、D75分别是多个主强度光出射方向。
[0078]在一个实施例中，影像MlI与主出射方向DBl对应，且主出射方向DBl是多个主出射方向D71、D72、D73、D74、D75中的一个(比如主出射方向D71)。例如，当影像Mll与主出射方向D71对应(主出射方向DBl代表主出射方向D71)时，影像光B31形成影像MlI ;当影像Mll与主出射方向D73对应(主出射方向DBl代表主出射方向D73)时，影像光B33形成影像Mil。当观察方向DVl与主出射方向DBl相反(或相对)时，光扩散器21的出射侧212仅显示影像MlI。例如，当观测者KVl面向出射侧212，且观察方向DVl与主出射方向D71相反(或相对)时，光扩散器21的出射侧212仅显示由影像光B31所形成影像Mll ;当观测者KVl面向出射侧212，且观察方向DVl与主出射方向D73相反(或相对)时，光扩散器21的出射侧212仅显示由影像光B33所形成影像Mil。
[0079]在一个实施例中，在多个主出射方向D71、D72、D73、D74、D75中的任意两个之间的
角度AU大于与光扩散角度Al相关的特定角度A2。例如，角度AU大于光扩散角度Al。例如，光扩散角度Al和特定角度A2之间具有比例关系。
[0080]在一个实施例中，影像叠合单元30包含透镜阵列31、透镜阵列32和光叠合单元33，其中透镜阵列32耦合于透镜阵列31，且光叠合单元33耦合于透镜阵列32。例如，透镜阵列32设置于透镜阵列31和光叠合单元33之间。透镜阵列31包含入射表面阵列SI和多个透镜311、312、313、314、315，其中多个透镜311、312、313、314、315分别包含多个入射表面S11、S12、S13、S14、S15。多个影像光B21、B22、B23、B24、B25分别撞击在多个入射表面Sll、S12、S13、S14、S15上来进入影像叠合单元30，且在多个入射表面SlU S12、S13、S14、S15上分别形成多个空中影像M41、M42、M43、M44、M45。例如，多个空中影像M41、M42、M43、M44、M45分别来自不同的多个视场Fll、F12、F13、F14、F15。
[0081]在一个实施例中，透镜阵列32包含多个透镜321、322、323、324、325，其中多个透镜321、322、323、324、325与多个透镜311、312、313、314、315分别对应。光叠合单元33包含出射侧302，且发射多个影像光B11、B12、B13、B14、B15。多个影像光B21、B22、B23、B24、B25通过透镜阵列31、透镜阵列32和光叠合单元33而被分别转换成为多个影像光B11、B12、B13、B14、B15。
[0082]在一个实施例中，光扩散器21的入射侧211包含在入射侧211上的区域2111。多个空中影像M41、M42、M43、M44、M45来自画面的多个子画面；影像叠合单元30利用透镜阵列31和透镜阵列32将多个空中影像M41、M42、M43、M44、M45叠合到同一个区域2111上，以便做所述画面的分割且形成在区域2111上被叠合的多个空中影像M81、M82、M83、M84、M85。例如，光扩散器21的光扩散角度Al使光扩散器21具有视角限制的特性。光扩散器21根据光扩散角度Al而限制了在特定视线下的观察者仅能观看到对应于特定子画面的影像，其中所述特定子画面是所述多个子画面中的一个。
[0083]在一个实施例中，影像叠合单元30接收影像光B2，将影像光B2分割成为多个部分光H21、H22、H23、H24、H25，且将多个部分光H21、H22、H23、H24、H25叠合到入射侧211上来形成在入射侧211上被叠合的多个空中影像(aerial images) M81、M82、M83、M84、M85。例如，影像叠合单元30通过透镜阵列31、32而将影像光B2分割成为多个部分光H21、H22、H23、H24、H25，且通过光叠合单元33而将多个部分光H21、H22、H23、H24、H25分别转换成为多个影像光BH、B12、B13、B14、B15,以分别形成多个影像光B31、B32、B33、B34、B35。
[0084]在一个实施例中，影像光B2包含多个影像光B21、B22、B23、B24、B25。多个影像光B21、B22、B23、B24、B25分别进入多个入射表面Sll、S12、S13、S14、S15来分别形成多个部分光H21、H22、H23、H24、H25。多个透镜311、312、313、314、315分别传输多个影像光B21、B22、B23、B24、B25,且光叠合单元33折射多个部分光H21、H22、H23、H24、H25来将多个部分光H21、H22、H23、H24、H25叠合到入射侧211上。
[0085]在一个实施例中，透镜阵列31被形成为M列(row)和N行(column)的矩阵。例如，M=3，且 N=l。例如，M=l，且 N=3。例如，M=2，且 N=5。例如，多个透镜 311、312、313、314、315的每个是平凸透镜，且具有实质上矩形的轮廓线，以达成多个透镜311、312、313、314、315之间的紧密配置。在图1所显示的实施例中，M=l，且N=5。从z方向观察，多个透镜311、312、313、314、315的每个的形状不是限制于矩形形状。多个透镜311、312、313、314、315的每个可以被给定外部形状，且所述外部形状对应于光扩散器21的形状。例如，当光扩散器21的长宽比是4:3，则透镜311的长宽比也被设定在4:3。[0086]在一个实施例中，多个透镜311、312、313、314、315之间具有平板部分(未显示)，且由所述平板部分所链接以致多个透镜311、312、313、314、315是彼此在空间中分开的。在一个实施例中，透镜阵列32也被形成为M列(row)和N行(column)的矩阵。例如,透镜阵列32具有实质地如透镜阵列31的相同配置，多个透镜321、322、323、324、325的每个是平凸透镜，且具有如透镜311的相同形状。
[0087]在一个实施例中，透镜阵列31和32之间具有距离Gl ;多个透镜311、312、313、314,315根据距离Gl而使多个影像光B21、B22、B23、B24、B25分别收敛在多个透镜321、322、323、324、325的各自附近。例如，通过多个影像光B21、B22、B23、B24、B25的收敛作用，从多个透镜321、322、323、324、325分别出射的多个部分光H21、H22、H23、H24、H25落得入射在光叠合单元33上。光叠合单元33和光扩散器21之间具有距离G2 ;光扩散器21具有宽度W1。光叠合单元33根据距离G2和宽度Wl而将多个影像光B11、B12、B13、B14、B15叠合到光扩散器21上的大致相同的位置上。因此，光扩散器21实质地由多个影像光B11、B12、B13、B14、B15 所照射。
[0088]在一个实施例中，透镜阵列31、32的每个是平凸透镜阵列，且透镜阵列31、32分别包含第一凸侧和第二凸侧；所述第一凸侧是背向多个影像光B21、B22、B23、B24、B25的影像源，且所述第二凸侧是面向所述影像源；且光叠合单元33是双凸透镜。然而，其它透镜(t匕如平凸透镜或双凸透镜)可以被使用。再者，在平凸透镜被使用的情况下，没有关于凸侧的限制。然而，考量透镜的光学特征，较佳的是:所述第一凸侧和所述第二凸侧是互相面对的或互相背对的。
[0089]在一个实施例中，透镜阵列32和光叠合单元33之间具有空间。然而，透镜阵列32和光叠合单元33可以被光学地整合，以减少元件间介面的光损失，藉此提升光利用效率。在一个实施例中，光叠合单元33和透镜阵列31、32被整合成为光学元件。在一个实施例中，多个影像光B21、B22、B23、B24、B25由在同一面板(未显示)上的多个区域所分别发射，其中所述多个区域是分开的或被分割的。在一个实施例中，影像光B2由在所述面板上的影像形成区域所发射，其中所述影像形成区域可以包含所述多个区域；影像叠合单元30将影像光B2分割为多个部分光H21、H22、H23、H24、H25，且折射多个部分光H21、H22、H23、H24、H25来将多个影像光B11、B12、B13、B14、B15叠合到光扩散器21的入射侧211上。
[0090]在一个实施例中，一种投影系统包含面板，所述面板被切割来提供二个以上的画面，且做所述二个以上的画面的叠合。在此情况下，所述面板的二侧(离开光轴中心)的画面可能在叠合时会产生变形。虽然所述变形可以用非球面反射镜予以调整及补偿，但是可能发生下列的效应:成本太高；所述非球面反射镜的公差容许范围很小导致在量产时良率不高；以及具有反射式架构的装置的体积太大导致可靠度可能不佳。
[0091]请参阅图2，其为在图1中光扩散器21的操作的示意图。图2显示光扩散器21、多个影像光B12、B13、B14和多个影像光B32、B33、B34。多个影像光B12、B13、B14分别在多个主入射方向D22、D23、D24中撞击在入射侧211上来进入光扩散器21。例如，多个主入射方向D22、D23、D24分别是多个中心光入射方向。多个影像光B32、B33、B34分别在多个主出射方向D72、D73、D74中从出射侧212出射。例如，当多个影像光B12、B13、B14具有均匀的光强度分布时，多个影像光B32、B33、B34在多个特定出射方向分别具有多个最大光强度，且多个主出射方向D72、D73、D74分别是所述多个特定出射方向。[0092]在一个实施例中，光扩散器21具有光扩散角度Al，相邻的主出射方向D72、D73之间具有角度AU1，且相邻的主出射方向D73、D74之间具有角度AU2。例如，角度AU1、AU2均大于光扩散角度Al，以便光扩散器21在出射侧212上仅显示对应于多个影像光B32、B33、B34之一(比如影像光B32)的影像Mil。
[0093]请参阅图3，其为在本发明实施例中影像显示装置12的示意图。影像显示装置12包含显示模组20、耦合于显示模组20的影像叠合单元30和耦合于影像叠合单元30的预成像单元40。显示模组20包含入射表面201和在入射表面201对面的出射表面202。影像叠合单元30发射多个影像光B12、B13、B14，且将多个影像光B12、B13、B14叠合到入射表面201上。显示模组20响应多个影像光B12、B13、B14而在出射表面202上仅显示对应于多个影像光B12、B13、B14之一的影像Mil。
[0094]在一个实施例中，影像显示装置12更包含具有光轴方向EAlD的光轴EAl ;且显示模组20包含光扩散器21、耦合于光扩散器21的线性凹透镜25和耦合于线性凹透镜25的菲涅耳(Fresnel)透镜26。光扩散器21包含入射侧211和在入射侧211对面的出射侧212，其中出射侧212包含出射表面202。影像叠合单元30通过菲涅耳透镜26和线性凹透镜25将多个影像光B12、B13、B14叠合到入射侧211上，来使出射侧212发射与多个影像光B12、B13、B14分别对应的多个影像光B32、B33、B34，其中多个影像光B32、B33、B34在多个主出射方向D72、D73、D74中从出射侧212分别出射。例如，影像叠合单元30通过多个影像光B12、B13、B14而耦合于显示模组20。例如，显示模组20作为后投影荧幕。
[0095]在一个实施例中，光扩散器21具有光扩散角度Al，且仅在观察方向DVl被观测。例如，观测者KVl的眼睛EYl瞄向光扩散器21的出射侧212，且观测者KVl仅在观察方向DVl观测出射侧212。影像Mll与主出射方向DBl对应，且主出射方向DBl是多个主出射方向D72、D73、D74中的一个方向(比如对应于影像光B32的主出射方向D72)。当观察方向DVl与主出射方向DBl相反时，光扩散器21的出射侧212仅显示影像Mll (比如由影像光B32所形成的影像)。当观察方向DVl与另一主出射方向(比如主出射方向D73)相反时，光扩散器21的出射侧212仅显示另一影像(比如由影像光B33所形成的影像)。在一个实施例中，在多个主出射方向D72、D73、D74中的任意两个之间的角度AU大于与光扩散角度Al相关的特定角度A2。例如，角度AU大于光扩散角度Al。例如，光扩散角度Al和特定角度A2之间具有比例关系。
[0096]在一个实施例中，多个观察者KV1、KV2、KV3仅在多个观察方向DV1、DV2、DV3中分别观测光扩散器21，其中多个观察方向DV1、DV2、DV3均是可变的。当多个观察方向DV1、DV2、DV3与多个主出射方向D72、D73、D74分别相反时，多个影像光B32、B33、B34在出射侧212上仅分别形成多个影像M22、M23、M24以使光扩散器21的出射侧212仅显示多个影像M22、M23、M24。也即，当多个观察方向DVl、DV2、DV3与多个主出射方向D72、D73、D74分别相反时，多个观察者KV1、KV2、KV3仅分别感知多个影像M22、M23、M24。例如，影像Mll是多个影像M22、M23、M24中的一个。
[0097]在一个实施例中，线性凹透镜25包含入射侧251和在入射侧251对面的出射侧252。入射侧251包含平坦表面2511 ;出射侧252耦合于光扩散器21的入射侧211，且包含凹圆柱形透镜阵列29。例如，线性凹透镜25更包含垂直于光轴EAl的纵向方向DR2 (垂直于纸面的方向)。凹圆柱形透镜阵列29包含在参考方向DR3被线性地排列的多个凹圆柱形透镜291、292、".、29Ν，且参考方向DR3垂直于光轴EAl和纵向方向DR2。例如，凹圆柱形透镜阵列29或多个凹圆柱形透镜291、292、…、29Ν的每个具有平行于纵向方向DR2的方向。
[0098]在一个实施例中，菲涅耳透镜26包含入射侧261和在入射侧261对面的出射侧262，其中出射侧262耦合于线性凹透镜25的入射侧251，且入射侧261包含入射表面201。例如，多个影像光Β12、Β13、Β14形成在入射侧261上被叠合的多个空中影像(aerialimages) M32、M33、M34，分别在多个主入射方向D32、D33、D34中撞击在入射侧261上来进入菲涅耳透镜26，且通过菲涅耳透镜26和线性凹透镜25而被叠合到光扩散器21的入射侧211 上。 [0099]在一个实施例中，多个主入射方向D32、D33、D34是不同的，且分别是多个中心光入射方向；且菲涅耳透镜26的入射侧261包含平坦表面2611。例如，当多个影像光B12、B13、B14包含位于多个影像光B12、B13、B14中心的中心影像光(比如影像光B13)时，菲涅耳透镜26折射多个影像光B12、B13、B14来使所述中心影像光(比如影像光B13)准直，以使从出射侧262出射的经折射的中心影像光正向撞击线性凹透镜25的入射侧251。
[0100]在一个实施例中，影像叠合单元30包含入射侧301和在入射侧301对面的出射侧302。入射侧301包含入射表面阵列SI，其中入射表面阵列SI包含多个入射表面S12、S13、S14。多个入射表面S12、S13、S14在参考方向DRl被线性地排列，且分别接收多个影像光B22、B23、B24。例如，参考方向DRl平行于参考方向DR3，且多个影像光B22、B23、B24在多个入射表面312、313、314上分别形成多个空中影像1142^43^44。例如，多个影像光B22、B23、B24分别来自多个视场F12、F13、F14，其中多个视场F12、F13、F14是相同的或是不同的。影像叠合单元30经由将多个影像光B22、B23、B24分别转换成为多个影像光B12、B13、B14而将多个影像光B22、B23、B24投射或叠合到入射侧261上。
[0101]在一个实施例中，影像叠合单元30包含透镜阵列31、透镜阵列32和光叠合单元33。透镜阵列31包含入射表面阵列SI和多个透镜312、313、314，其中多个透镜312、313、314分别包含多个入射表面S12、S13、S14，且多个影像光B22、B23、B24分别撞击在多个入射表面S12、S13、S14上来进入影像叠合单元30。透镜阵列32包含多个透镜322、323、324，其中多个透镜322、323、324与多个透镜312、313、314分别对应。光叠合单元33包含出射侧302，且在出射侧302上发射多个影像光B12、B13、B14。多个影像光B22、B23、B24通过透镜阵列31、透镜阵列32和光叠合单元33而被分别转换成为多个影像光B12、B13、B14。
[0102]在一个实施例中，光叠合单元33包含多个透镜331、332、333，其中透镜333包含出射侧302。例如，多个透镜331、332、333分别是第一平凸透镜、第二平凸透镜和凹凸透镜，且所述第二平凸透镜设置于所述第一平凸透镜和所述凹凸透镜之间。多个影像光B22、B23、B24依序通过透镜阵列31、透镜阵列32和多个透镜331、332、333来分别形成多个影像光B12、B13、B14。例如，多个透镜331、332、333的组合等效于光叠合单元33 ;多个影像光B12、B13、B14在多个主出射方向D62、D63、D64中从出射侧302分别出射。例如，多个主出射方向D62、D63、D64分别是多个中心光出射方向，且是不同的。例如，多个主入射方向D32、D33、D34分别相近于或分别实质地相同于多个主出射方向D62、D63、D64。
[0103]在一个实施例中，影像叠合单元30接收影像光B2，将影像光B2分割成为多个部分光H22、H23、H24，且将多个部分光H22、H23、H24叠合到菲涅耳透镜26的入射侧261上来形成在入射侧261上被叠合的多个空中影像M32、M33、M34。例如，影像叠合单元30通过透镜阵列31、32而将影像光B2分割成为多个部分光H22、H23、H24，且通过光叠合单元33而将多个部分光H22、H23、H24分别转换成为多个影像光B12、B13、B14,以分别形成多个影像光B32、B33、B34。例如，影像光B2包含多个影像光B22、B23、B24，且多个影像光B22、B23、B24分别进入多个入射表面S12、S13、S14来分别形成多个部分光H22、H23、H24。
[0104]在一个实施例中，预成像单元40发射包含多个影像光B22、B23、B24的影像光B2到影像叠合单元30上，且包含影像信号处理单元41和耦合于影像信号处理单元41的投影模组50。例如，预成像单元40通过影像光B2而耦合于影像叠合单元30，且形成多个视场F12、F13、F14，其中多个影像光B22、B23、B24分别来自多个视场F12、F13、F14。
[0105]在一个实施例中，影像信号处理单元41包含具有多个子区域422、423、424的影像形成区域42，且多个子区域422、423、424在相反于参考方向DRl的参考方向DR4被线性地排列。影像信号处理单元41使影像形成区域42形成包含多个影像M52、M53、M54的画面P1，其中多个影像M52、M53、M54分别是多个子画面。例如，影像信号处理单元41使多个子区域422、423、424分别形成与多个影像光B12、B13、B14分别对应的多个影像M52、M53、M54。经由分别显示多个影像M52、M53、M54，多个子区域424、423、422分别形成多个视场F12、F13、F14并且分别发射与多个影像光B12、B13、B14分别对应的多个影像光B42、B43、B44。例如，影像信号处理单元41包含液晶面板，且将画面Pl投射到影像叠合单元30的入射侧301上来形成影像光B2。
[0106]在一个实施例中，预成像单元40将画面Pl投影到影像叠合单元30的入射表面阵列SI上来在多个入射表面S12、S13、S14上分别形成多个空中影像M42、M43、M44，以利透镜阵列31做画面Pl的分割。在一个实施例中，线性凹透镜25使偏离光轴方向EAlD的入射影像光加大偏离光轴方向EAlD ;接着,光扩散器21的光扩散角度Al使光扩散器21具有视角限制的特性，且根据光扩散角度Al而限制了在特定视线下的观察者仅能观看到对应于特定影像的影像，其中所述特定影像是所述多个影像M52、M53、M54中的一个。影像显示装置12可同时将画面Pl切割成为多个子画面，以供不同的人在同一个光扩散器21上分别看到不同的子画面。
[0107]在一个实施例中，投影模组50将多个影像M52、M53、M54投影到影像叠合单元30上来分别形成多个影像光B22、B23、B24，且包含孔径光阑(aperture stop ) 51、投影单元52和投影单元53。例如，投影单元52通过孔径光阑51而耦合于投影单元53。孔径光阑51具有孔径位置51P和在所述孔径位置51P的孔径区域51A。投影单元52设置于所述影像信号处理单元41和所述孔径位置51P之间。投影单元53设置于所述孔径位置51P和所述影像叠合单元30之间，其中多个影像光B42、B43、B44通过投影单元52、孔径区域51A和投影单元53而被分别转换成为多个影像光B22、B23、B24。
[0108]在一个实施例中，投影模组50被省略；影像信号处理单元41发射影像光B2，使影像形成区域42的多个子区域424、423、422分别形成多个视场F12、F13、F14，且使多个子区域424、423、422分别发射多个影像光B22、B23、B24。
[0109]请参阅图4，其为在图3中预成像单元40的示意图。如图4所示，预成像单元40包含影像信号处理单元41和投影模组50。投影模组50包含孔径光阑51、投影单元52和投影单元53。孔径光阑51具有孔径位置51P和在所述孔径位置51P的孔径区域51A。投影单元52包含物镜521、光调变器522和多个透镜523、524、525、526、527，其中图4显示物镜521、光调变器522和多个透镜523、524、525、526、527的构造和配置。例如，物镜521是面板物镜。
[0110]投影单元53包含光调变器531和多个透镜532、533、534、535，其中图4显示光调变器531和多个透镜532、533、534、535的构造和配置。影像信号处理单元41形成与多个影像光B12、B13、B14分别对应的多个影像M52、M53、M54，且投影模组50将多个影像M52、M53、M54投影到与多个影像M52、M53、M54分别对应的多个入射表面S12、S13、S14上来在多个入射表面S12、S13、S14上分别形成与多个影像M52、M53、M54分别对应的多个空中影像 M42、M43、M44。
[0111]请参阅图5，其为在本发明实施例中影像叠合单元60的示意图。影像叠合单元60是影像叠合单元30的实施结构，且包含透镜阵列31A、透镜阵列32A和光叠合单元33A。透镜阵列31A、32A的每个是平凸透镜阵列，且透镜阵列31A、32A分别包含第三凸侧和第四凸侧；所述第三凸侧是面向多个影像光B22、B23、B24的影像源，且所述第四凸侧是背向所述影像源。光叠合单元33A包含光调变器651和多个透镜652、653。例如，透镜652、653分别是凹凸透镜和双凸透镜。
[0112]请参阅图6，其为在本发明实施例中影像叠合单元62的示意图。影像叠合单元62是影像叠合单元30的实施结构，且包含透镜阵列31B、透镜阵列32B和光叠合单元33B。透镜阵列31A、32A的每个是平凸透镜阵列，且透镜阵列31A、32A分别包含第五凸侧和第六凸侧；所述第五凸侧是背向多个影像光B22、B23、B24的影像源，且所述第六凸侧是面向所述影像源。光叠合单元33B包含光调变器661和多个透镜662、663。例如，透镜662、663分别是凹凸透镜和双凸透镜。
[0113]请参阅图7，为在本发明实施例中影像显示装置70的示意图。影像显示装置70包含光轴EAl和透镜装置71，其中光轴EAl具有光轴方向EAlD。透镜装置71包含入射侧251和出射侧252。入射侧251接收在主入射方向D42中入射在所述第一入射侧251上的影像光B62。出射侧252发射与影像光B62相关的影像光B72以形成影像M12。影像光B72在主出射方向D82中从出射侧252出射。当主入射方向D42偏离光轴方向EAlD时，主出射方向D82进一步偏离光轴方向EA1D。
[0114]在一个实施例中，光轴EAl是系统光轴，且光轴方向EAlD是系统光轴方向。主入射方向D42是中心光入射方向，且主出射方向D82是中心光出射方向。主入射方向D42和光轴方向EAlD之间具有角度A51，且主出射方向D82和光轴方向EAlD之间具有角度A52。当角度A51大于零时，角度A52大于角度A51。
[0115]在一个实施例中，透镜装置71更包含线性凹透镜25，其中线性凹透镜25包含入射侧251和在入射侧251对面的出射侧252。入射侧251还接收至少一个影像光B63 (比如影像光B63、B64)，其中影像光B62和所述至少一个影像光B63 (比如影像光B63、B64)组成多个影像光B62、B63、B64。多个影像光B62、B63、B64分别来自多个视场F12、F13、F14，其中多个视场F12、F13、F14是相同的或是不同的。入射侧251包含平坦表面2511。出射侧252包含凹圆柱形透镜阵列29。
[0116]在一个实施例中，多个影像光B62、B63、B64分别在多个主入射方向D42、D43、D44中撞击在入射侧251上来进入透镜装置71。透镜装置71响应多个影像光B62、B63、B64而发射与多个影像光B62、B63、B64分别对应的多个影像光B72、B73、B74，其中多个影像光B72、B73、B74在多个主出射方向D82、D83、D84中从出射侧252分别出射。
[0117]在一个实施例中，影像显示装置70更包含菲涅耳(Fresnel)透镜26和光扩散器21，其中透镜装置71设置于菲涅耳透镜26和光扩散器21之间。菲涅耳透镜26包含入射侧261和在入射侧261对面的出射侧262，其中出射侧262耦合于透镜装置71的入射侧251。入射侧261接收与多个影像光B62、B63、B64分别对应的多个影像光B12、B13、B14,多个影像光B12、B13、B14在多个主入射方向D32、D33、D34中分别撞击在入射侧261上，且出射侧262发射所述第一多个影像光B62、B63、B64。
[0118]在一个实施例中，光扩散器21仅在观察方向DVI被观测，且包含光扩散角度Al、入射侧211和在入射侧211对面的出射侧212，其中入射侧211耦合于透镜装置71的出射侧252，且出射侧212发射与多个影像光B62、B63、B64分别对应的多个影像光B32、B33、B34。多个影像光B12、B13、B14分别形成在入射侧261上叠合的多个空中影像M32、M33、M34。多个影像光B32、B33、B34在多个主出射方向D72、D73、D74中从出射侧212分别出射。影像M12与主出射方向DB2对应，主出射方向DB2是多个主出射方向D72、D73、D74中的一个。当观察方向DVl与主出射方向DB2相反时，出射侧212仅显示影像M12。例如，影像M12是多个影像M22、M23、M24中的一个。
[0119]在一个实施例中，影像显示装置70包含显示模组20、耦合于显示模组20的影像叠合单元30和耦合于影像叠合单元30的预成像单元40。显示模组20包含菲涅耳透镜26、透镜装置71和光扩散器21。预成像单元40形成多个影像M62、M63、M64。影像叠合单元30耦合于菲涅耳透镜26，将多个影像M62、M63、M64投影到菲涅耳透镜26的入射侧261上，且在入射侧261上叠合与多个影像M62、M63、M64分别对应的多个空中影像M32、M33、M34。在一个实施例中，菲涅耳透镜26的入射侧261包含位于入射侧261上的区域2616。例如，区域2616位于菲涅耳透镜26的平坦表面2611上。影像叠合单元30将多个影像M62、M63、M64叠合到同一区域2616上。例如，显示模组20作为后投影荧幕，且多个影像M62、M63、M64分别是多个空中影像M42、M43、M44。
[0120]在参考图3和图7的实施例中，一种影像显示方法包含下列步骤:提供多个影像光B12、B13、B14 ;将多个影像光B12、B13、B14叠合到同一区域2616上；以及仅从经叠合的多个影像光B62、B63、B64中的一个显示影像M12。在一个实施例中，经叠合的多个影像光B62、B63、B64分别具有多个主传输方向(比如多个主入射方向D42、D43、D44)，且所述影像显示方法更包含下列步骤:发散所述多个主传输方向(比如多个主入射方向D42、D43、D44);以及使经发散的多个影像光B72、B73、B74通过光扩散器21来仅显示影像M12。
[0121]在一个实施例中，多个影像光B12、B13、B14分别来自多个视场F12、F13、F14，其中多个视场F12、F13、F14是相同的或是不同的。光扩散器21具有光扩散角度Al，仅在观察方向DVl被观测，且响应经发散的多个影像光B72、B73、B74而发射与多个影像光B12、B13、B14分别对应的多个影像光B32、B33、B34，其中多个影像光B32、B33、B34在多个主出射方向D72、D73、D74中从光扩散器21分别出射。
[0122]在一个实施例中，影像M12与主出射方向DB2对应，且主出射方向DB2是多个主出射方向D72、D73、D74中的一个。当观察方向DVl与主出射方向DB2相反时，光扩散器21仅显示影像M12。所述多个主传输方向(比如多个主入射方向D42、D43、D44)分别是多个不同的径向方向。在多个主出射方向D72、D73、D74中的任意两个之间的角度AUl大于与光扩散角度Al相关的特定角度A2。
[0123]以上所述者仅为本发明的较佳实施例，举凡熟悉本领域的技术人员，在爰依本发明精神所作的等效修饰或变化，皆应涵盖于权利要求所保护的范围内。
【权利要求】
1.一种影像显示装置，包含光轴和透镜装置，其中所述透镜装置包含: 第一入射侧，接收在主入射方向中入射在所述第一入射侧上的第一影像光；以及 第一出射侧，发射与所述第一影像光相关的第二影像光以形成第一影像，其中: 所述第二影像光在第一主出射方向中从所述第一出射侧出射；以及当所述主入射方向偏离所述光轴的光轴方向时，所述第一主出射方向进一步偏离所述光轴方向。
2.如权利要求1所述的影像显示装置，其中: 所述透镜装置进一步包含线性凹透镜，其中所述线性凹透镜包含所述第一入射侧和在所述第一入射侧对面的所述第一出射侧； 所述第一入射侧还接收至少一个第三影像光，其中所述第一影像光和所述至少一个第二影像光组成第一多个影像光； 所述第一多个影像光分别来自多个视场，其中所述多个视场是不同的； 所述第一入射侧包含平坦表面；以及 所述第一出射侧包含凹圆柱形透镜阵列。
3.如权利要求2所述的影像显示装置，进一步包含: 菲涅耳透镜，包含第二入射侧和在所述第二入射侧对面的第二出射侧，其中所述第二出射侧耦合于所述第一入射侧，所述第二入射侧接收与所述第一多个影像光分别对应的第二多个影像光，所述第二多个影像光在多个主入射方向中分别撞击在所述第二入射侧上，且所述第二出射侧发射所述第一多个影像光；以及` 光扩散器，仅在观察方向被观测，且包含光扩散角度、第三入射侧和在所述第三入射侧对面的第三出射侧，其中所述第三入射侧耦合于所述第一出射侧，且所述第三出射侧发射与所述第一多个影像光分别对应的第三多个影像光，其中: 所述第二多个影像光分别形成在所述第二入射侧上叠合的多个空中影像； 所述第三多个影像光在多个主出射方向中从所述第三出射侧分别出射； 所述第一影像与第二主出射方向对应，所述第二主出射方向是所述多个主出射方向中的一个；以及 当所述观察方向与所述第二主出射方向相反时，所述第三出射侧仅显示所述第一影像。
4.一种影像显示装置，包含: 光扩散器，包含第一入射侧和在所述第一入射侧对面的第一出射侧；以及影像叠合单元，发射第一多个影像光，且将所述第一多个影像光叠合到所述第一入射侧上，其中所述光扩散器在所述第一出射侧上仅显示对应于所述第一多个影像光之一的第一影像。
5.如权利要求4所述的影像显示装置，其中: 所述影像叠合单元接收第一影像光，将所述第一影像光分割成为多个部分光，且将所述多个部分光转换成为与所述多个部分光分别对应的所述第一多个影像光，其中所述第一影像光包含与所述第一多个影像光分别对应的第二多个影像光； 所述影像叠合单元包含多个入射表面，其中所述多个入射表面在第一参考方向被线性地排列，且分别接收所述第二多个影像光；所述第二多个影像光分别来自多个视场，其中所述多个视场是不同的； 所述影像叠合单元将所述第二多个影像光分别转换成为所述第一多个影像光； 所述光扩散器具有光扩散角度，且仅在观察方向被观测； 所述第一多个影像光被叠合到所述第一入射侧上来使所述第一出射侧发射与所述第一多个影像光分别对应的第三多个影像光，其中所述第三多个影像光在多个主出射方向中从所述第一出射侧分别出射； 所述第一影像与第一主出射方向对应，且所述第一主出射方向是所述多个主出射方向中的一个； 当所述观察方向与所述第一主出射方向相反时，所述第一出射侧仅显示所述第一影像；以及 在所述多个主出射方向中的任意两个之间的角度大于与所述光扩散角度相关的特定角度。
6.如权利要求5所述的影像显示装置，进一步包含: 线性凹透镜，包含第二入射侧和在所述第二入射侧对面的第二出射侧，其中所述第二入射侧包含平坦表面，所述第二出射侧耦合于所述第一入射侧且包含在第二参考方向被线性地排列的多个凹圆柱形透镜，且所述第二参考方向平行于所述第一参考方向；以及菲涅耳透镜，包含第三入射侧和在所述第三入射侧对面的第三出射侧，其中: 所述第三出射侧耦合于所述第二入射侧；以及 所述第一多个影像光形成在所述第三入射侧上被叠合的多个空中影像，且通过所述菲涅耳透镜和所述线性凹透镜而被叠合到所述第一入射侧上。`
7.如权利要求5所述的影像显示装置，其中所述影像叠合单元包含: 第一透镜阵列，包含第一多个透镜，其中所述第一多个透镜分别包含所述多个入射表面，且所述第二多个影像光分别撞击在所述多个入射表面上来进入所述影像叠合单元；第二透镜阵列，包含第二多个透镜，其中所述第二多个透镜与所述第一多个透镜分别对应，且分别发射所述多个部分光；以及 光叠合单元，发射所述第一多个影像光，其中: 所述第二透镜阵列设置于所述第一透镜阵列和所述光叠合单元之间；以及所述第二多个影像光通过所述第一透镜阵列、所述第二透镜阵列和所述光叠合单元而被分别转换成为所述第一多个影像光束。
8.如权利要求5所述的影像显示装置，进一步包含预成像单元，所述预成像单元包含: 影像信号处理单元，包含具有多个子区域的影像形成区域； 孔径光阑，具有孔径位置和在所述孔径位置的孔径区域； 第一投影单元，设置于所述影像信号处理单元和所述孔径位置之间；以及 第二投影单元，设置于所述孔径位置和所述影像叠合单元之间，其中: 所述多个子区域在相反于所述第一参考方向的第三参考方向被线性地排列； 所述影像信号处理单元使所述多个子区域分别显示与所述第一多个影像光分别对应的多个影像； 经由分别显示所述多个影像，所述多个子区域分别形成所述多个视场并且分别发射第四多个影像光；以及所述第四多个影像光通过所述第一投影单元、所述孔径区域和所述第二投影单元而被分别转换成为所述第二多个影像光。
9.一种影像显示方法，包含下列步骤: 提供第一多个影像光； 将所述第一多个影像光叠合到同一区域上；以及 仅从经叠合的多个影像光中的一个显示第一影像。
10.如权利要求9所述的方法，所述经叠合的多个影像光分别具有多个主传输方向，且所述方法进一步包含下列步骤: 发散所述多个主传输方向；以及 使经发散的多个影像光通过光扩散器来仅显示所述第一影像，其中: 所述第一多个影像光分别来自多个视场，其中所述多个视场是不同的； 所述光扩散器具有光扩散角度，仅在观察方向被观测，且响应所述经发散的多个影像光而发射与所述第一多个影像光分别对应的第二多个影像光，其中所述第二多个影像光在多个主出射方向中从所 述光扩散器分别出射； 所述第一影像与第一主出射方向对应，且所述第一主出射方向是所述多个主出射方向中的一个； 当所述观察方向与所述第一主出射方向相反时，所述光扩散器仅显示所述第一影像； 所述多个主传输方向分别是多个不同的径向方向；以及 在所述多个主出射方向中的任意两个之间的角度大于与所述光扩散角度相关的特定角度。
【文档编号】G02B27/18GK103728820SQ201210383521
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2012年10月11日
【发明者】蔡志贤 申请人:扬明光学股份有限公司