本發(fā)明在于提供一種立體顯示裝置，尤指一種為顯示目的使用，主要領(lǐng)域?yàn)?d立體顯示，為一種較為簡(jiǎn)易且可攜帶的裸視3d立體顯示裝置，可顯現(xiàn)漂浮于空中的立體影像，且符合人體觀賞的自然視角。
背景技術(shù)：
：：三維立體顯示裝置，一般主流采用雙眼融合影像的技術(shù)制成。一般裸視三維立體顯示裝置，都需要讓使用者在面向正對(duì)顯示裝置的方向才可以觀賞立體影像，而在非正對(duì)顯示裝置的方向則看不到顯示立體影像。在考慮一些情境狀況的場(chǎng)合里，例如航空地形模型、建筑模型、醫(yī)療3d訓(xùn)練等，顯示裝置為水平擺放的情況時(shí)，觀賞者自然的視角為斜向的觀看顯示裝置。此時(shí)一般主流的三維顯示技術(shù)無法提供對(duì)觀賞者自然的觀看角度，造成不便。再者，一般三維立體顯示裝置，在正面所觀看的3d感知，對(duì)觀賞者來說是只有一個(gè)方向的視覺刺激，就像是畫面突出或沉入。而無法達(dá)到真正讓影像脫離平面的感覺，實(shí)現(xiàn)漂浮于空中的感覺。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明在于提供一種立體顯示裝置，提供觀賞者在顯示器平面擺放下，以自然斜向的觀賞角度，觀看浮出于表面的立體影像。本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)層可以解決傳統(tǒng)裸視立體顯示器在斜向方面看不到立體影像的問題，可以讓使用者在自然的角度下就可以看到擺在水平面上的顯示器畫面中的飄浮影像。為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種立體顯示裝置，用于顯現(xiàn)漂浮于空中的立體影像，且立體影像能在斜向的視角被觀賞，立體顯示裝置包括：一平面顯示裝置，一透鏡數(shù)組層及一微結(jié)構(gòu)層。平面顯示裝置具有一顯示面；透鏡數(shù)組層設(shè)置于平面顯示裝置的顯示面上，透鏡數(shù)組層包含一基部及多個(gè)具有聚焦功能的透鏡，多個(gè)透鏡設(shè)置于基部的一面，透鏡數(shù)組層用于調(diào)控光場(chǎng)；微結(jié)構(gòu)層設(shè)置于透鏡數(shù)組層上，微結(jié)構(gòu)層包含一基材及多個(gè)微結(jié)構(gòu)，多個(gè)微結(jié)構(gòu)設(shè)置于基材的一面，微結(jié)構(gòu)層用于調(diào)變光線角度方向。優(yōu)選地，平面顯示裝置為一能適用演算法則的平面顯示裝置，平面顯示裝置的顯示面所顯示的畫面是依據(jù)演算法則及平面顯示裝置規(guī)格將畫面重新組合而成的。優(yōu)選地，平面顯示裝置為主動(dòng)式或被動(dòng)式顯示裝置。優(yōu)選地，平面顯示裝置包括反射型和透光型的顯示裝置。優(yōu)選地，多個(gè)微結(jié)構(gòu)為等腰三角形或直角三角形。優(yōu)選地，多個(gè)微結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)的出光角度范圍相對(duì)垂直面均為5度至130度。優(yōu)選地，定義多個(gè)微結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)的出光角度均為δ，底角均為α，折射率均為n，滿足下列關(guān)系式條件：δ＝sin-1〔nsin(180-3α)〕。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)為棱柱狀、角錐狀結(jié)構(gòu)或圓錐狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)的材質(zhì)的折射率為1.3至3.0，透光率為70％以上，反射率為25％以下，使用光線的波長(zhǎng)范圍為300nm至1100nm。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)的頂端形成有一切面，切面平行于微結(jié)構(gòu)的底面。本發(fā)明的有益效果：漂浮的主要概念呈現(xiàn)就是讓使用者在斜向的視角也能看到3d立體影像。因此本發(fā)明立體顯示裝置目的為，改變既往裸視3d立體顯示器正向的觀賞視角，并變更為斜向觀賞立體影像，且立體影像呈現(xiàn)于屏幕的上方，造成漂浮效果。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于微結(jié)構(gòu)層可以將光線引導(dǎo)至偏折的角度。進(jìn)一步的配合演算法則可以讓影像呈現(xiàn)于空中，看起來就像是一個(gè)真實(shí)物體漂浮于空中的樣子。為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖說明圖1為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例的平面示意圖。圖2為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例算法的流程圖。圖3a為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例還未經(jīng)過演算法則的原始影像的示意圖。圖3b為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例經(jīng)過演算法則重新組合成的集成式影像的示意圖。圖4為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例光線由不同的透鏡匯聚于空中形成一個(gè)帶有深度數(shù)據(jù)的點(diǎn)的示意圖。圖5為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例微結(jié)構(gòu)造成光線偏折的示意圖。圖6為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底角與出光角度的曲線圖。圖7為本發(fā)明立體顯示裝置第一實(shí)施例偏折角度77度的亮度變化實(shí)驗(yàn)圖。圖8為本發(fā)明立體顯示裝置第二實(shí)施例的平面示意圖。圖9a為本發(fā)明立體顯示裝置第二實(shí)施例反射型平面顯示裝置的示意圖。圖9b為本發(fā)明立體顯示裝置第二實(shí)施例透光型平面顯示裝置的示意圖。圖10a為本發(fā)明立體顯示裝置第三實(shí)施例透鏡數(shù)組相對(duì)排列的示意圖。圖10b為本發(fā)明立體顯示裝置第三實(shí)施例透鏡數(shù)組交錯(cuò)排列的示意圖。圖11圖為本發(fā)明立體顯示裝置第三實(shí)施例單一透鏡聚焦情形的示意圖。圖12a圖為本發(fā)明立體顯示裝置第四實(shí)施例微結(jié)構(gòu)為棱柱狀的示意圖。圖12b圖為本發(fā)明立體顯示裝置第四實(shí)施例微結(jié)構(gòu)為角錐狀的示意圖。圖12c圖為本發(fā)明立體顯示裝置第四實(shí)施例微結(jié)構(gòu)為圓錐狀的示意圖。圖12d圖為本發(fā)明立體顯示裝置第四實(shí)施例微結(jié)構(gòu)的頂端形成有切面的示意圖。具體實(shí)施方式第一實(shí)施例本發(fā)明提供一種立體顯示裝置，其可應(yīng)用于光電、醫(yī)療、軍事、展示、顯示器、教育娛樂及消費(fèi)型電子等產(chǎn)業(yè)，立體顯示裝置可應(yīng)用于主動(dòng)式及被動(dòng)式三維立體顯示器。本實(shí)施例為主動(dòng)式漂浮3d顯示器，能夠在平面顯示器上顯示3d立體影像于空中，并讓使用者可以在自然的斜向角度觀賞此3d立體影像。請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)分為三層構(gòu)造，此裝置可以應(yīng)用在桌上(tabletop)，也可使用在天花板(ceilingtype)、地面等任意平面擺放位置。立體顯示裝置包括一平面顯示裝置1、一透鏡數(shù)組層2及一微結(jié)構(gòu)層3，平面顯示裝置1、透鏡數(shù)組層2及微結(jié)構(gòu)層3由下而上依序排列設(shè)置為三層，其中透鏡數(shù)組層2設(shè)置于平面顯示裝置1的顯示面11上，微結(jié)構(gòu)層3設(shè)置于透鏡數(shù)組層2上，即透鏡數(shù)組層2設(shè)置于平面顯示裝置1的上方，微結(jié)構(gòu)層3設(shè)置于透鏡數(shù)組層2的上方。透鏡數(shù)組層2較佳但不限制為接觸平面顯示裝置1的顯示面11，微結(jié)構(gòu)層3較佳但不限制為接觸透鏡數(shù)組層2。本發(fā)明的漂浮式3d立體顯示裝置包括三層結(jié)構(gòu)，光線將由平面顯示裝置1顯現(xiàn)出集成式影像(integralimage)，通過透鏡數(shù)組層2，將集成式影像(integralimage)重新匯聚在空中呈現(xiàn)立體影像于空中，最后微結(jié)構(gòu)層3會(huì)將光場(chǎng)折射到斜向的角度，于是在斜向的使用者4便可以觀賞顯示位置5處的立體影像。平面顯示裝置1設(shè)置于第一層(下層)，其負(fù)責(zé)顯示集成式攝影(integralphotography)技術(shù)的圖案。平面顯示裝置1可以為任意規(guī)格，只要能讓演算法則適用，平面顯示裝置1的顯示面11所顯示的畫面是依據(jù)演算法則及平面顯示裝置1規(guī)格將畫面重新繪制，演算法則不需經(jīng)過影像反轉(zhuǎn)的動(dòng)作，而直接給予深度信息做為演算依據(jù)，如圖2所示，以配合各種顯示面板的規(guī)格。演算法則包括坐標(biāo)定義(coordinatedefinition)、取得深度信息(givedepthinformation)、集成式影像光線軌跡(integralimageraytracing)及重新組合成集成式影像(integralimage)等步驟。實(shí)行的結(jié)果圖案如圖3a所示，為還未經(jīng)過演算法則的原始影像，如圖3b所示，為經(jīng)過演算法則重新組合而成的集成式影像(integralimage)。該演算法則一大特點(diǎn)為，其深度信息不需經(jīng)過反轉(zhuǎn)，不會(huì)造成深度反轉(zhuǎn)的問題(orthoscopicandpseudoscopicissue)，以往集成式影像(integralimage)技術(shù)具有深度反轉(zhuǎn)的問題(orthoscopicandpseudoscopicissue)，通過本發(fā)明采用的演算法則，可以避免此問題發(fā)生。本發(fā)明概念在于直接給予物體在空中飄浮的位置，再進(jìn)行運(yùn)算。而主動(dòng)式平面顯示器，舉凡如手機(jī)、平板、平面屏幕，都可以作為平面顯示裝置1，平面顯示裝置1的型式及構(gòu)造并不限制，其特點(diǎn)在于可以控制立體影像的切換，可以達(dá)到動(dòng)畫效果。平面顯示裝置1主要目的為顯示漂浮3d影像的演算處理畫面，稱為集成式影像(integralimage)，且集成式影像在本發(fā)明中采用計(jì)算機(jī)演算處理。利用色彩圖片配合深度圖片(rgb+d)四維信息數(shù)據(jù)，重新演算編碼。演算處理效果如圖3a及圖3b所示。然而顯示此集成式影像的方式可以依照顯示裝置的功能作為區(qū)分。第一種為主動(dòng)式裝置，主動(dòng)式裝置代表顯示裝置本身可以隨意的變化集成式影像的畫面，且較容易達(dá)到全彩的3d影像，舉例說明有平面顯示器、crttv、oled等。第二種為被動(dòng)式裝置，被動(dòng)式裝置代表其裝置本身不能隨意更動(dòng)影像畫面，例如為燈箱繪圖、光罩刻圖、印刷繪圖等。透鏡數(shù)組層2設(shè)置于第二層(中層)，透鏡數(shù)組層2具有調(diào)控光場(chǎng)的功效。聚光透鏡可以調(diào)控立體對(duì)象的光線角度，進(jìn)而讓使用者看到立體影像不同的角度而產(chǎn)生深度的立體感覺。如圖4所示，不同的聚光透鏡可以給予對(duì)象點(diǎn)不同的角度信息，光線由不同的透鏡匯聚于空中形成一個(gè)帶有深度數(shù)據(jù)的點(diǎn)，指出空間上的一點(diǎn)信息可以被分作不同的光線角度記錄在不同透鏡的像素之中。聚光透鏡曲率將由透鏡的材質(zhì)決定，并配合與第一層的平面顯示裝置1的結(jié)合，決定立體影像的高度、可視角度范圍及清晰度。在本實(shí)施例中，透鏡數(shù)組層2以光學(xué)特性良好的材質(zhì)所制成，例如有機(jī)玻璃(ppma)、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(pe)或玻璃(glass)等透光材質(zhì)制成，透鏡數(shù)組層2的材質(zhì)并不限制。透鏡數(shù)組層2包含一基部21及多個(gè)透鏡22，多個(gè)透鏡22設(shè)置于基部21的一面，即多個(gè)透鏡22設(shè)置于基部21遠(yuǎn)離平面顯示裝置1的一面，透鏡數(shù)組層2的排列及構(gòu)造并不限制。多個(gè)透鏡22具有聚焦功能，其曲率搭配透鏡材料結(jié)合于平面顯示裝置1，將決定立體影像高度、可視角度、分辨率。微結(jié)構(gòu)層3設(shè)置于第三層(上層)，微結(jié)構(gòu)層3用于調(diào)變光線角度方向。本實(shí)施例的微結(jié)構(gòu)層3為一種三角形微結(jié)構(gòu)層，如圖5所示，為此微結(jié)構(gòu)造成光線偏折示意圖，可以將正向的光場(chǎng)偏折到斜向的角度方向。本發(fā)明通過微結(jié)構(gòu)層3的設(shè)計(jì)，可以讓光線偏折到相對(duì)于正向的斜向的角度，而可以讓使用者不須在正向的視角觀賞立體影像。尤其考慮在平面顯示裝置1為水平擺設(shè)的情況下，使用者在正上方或正下方觀看平面顯示裝置1是不自然的。且實(shí)際使用一般裸視三維顯示器情況下，在斜向的角度是看不到任何東西的。因此通過微結(jié)構(gòu)層3的功用，可以讓使用者以更為自然的角度觀賞立體影像。在本實(shí)施例中，微結(jié)構(gòu)層3可由聚酯(pet)、聚丙烯(pp)或聚碳酸酯(pc)等材質(zhì)制成，微結(jié)構(gòu)層3的材質(zhì)并不限制。微結(jié)構(gòu)層3包含一基材31及多個(gè)微結(jié)構(gòu)32，多個(gè)微結(jié)構(gòu)32設(shè)置于基材31的一面，即多個(gè)微結(jié)構(gòu)32設(shè)置于基材31遠(yuǎn)離透鏡數(shù)組層2的一面。本實(shí)施例的微結(jié)構(gòu)32呈三角狀，微結(jié)構(gòu)32為等腰三角形或直角三角形，微結(jié)構(gòu)層3的排列及構(gòu)造并不限制。微結(jié)構(gòu)層3單一的微結(jié)構(gòu)32尺寸為微米等級(jí)。微結(jié)構(gòu)層應(yīng)用了三角結(jié)構(gòu)的光線偏折特性，三角結(jié)構(gòu)的出光角度δ與三角結(jié)構(gòu)的底角α的關(guān)聯(lián)性如圖5所示，可通過改變底角α的設(shè)計(jì)，達(dá)到改變出光角度δ的特性，滿足下列關(guān)系式條件：δ＝sin-1〔nsin(180-3α)〕，其中n為微結(jié)構(gòu)32的折射率。如圖6所示，為微結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)底角α與出光角度δ的曲線圖，微結(jié)構(gòu)為等腰三角形型式。也就是說微結(jié)構(gòu)層通過底角的設(shè)計(jì)，可以適用于出光角度5度130度的范圍，即微結(jié)構(gòu)層的調(diào)整角度可以讓折射的出光角度δ范圍達(dá)到相對(duì)垂直面5度到130度。于此便可以依造使用情境搭配不一樣的微結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)達(dá)到使用者的適合觀賞角度。如圖7所示，為偏折角度77度的亮度變化實(shí)驗(yàn)圖，微結(jié)構(gòu)的底角α為55度，以偏折角度為77度的微結(jié)構(gòu)層為例，尚未加上光學(xué)膜片的正視角度所看見的亮度為100％，在正視角度所觀賞的光場(chǎng)亮度為100％，一旦到了斜視角度(尚未加上微結(jié)構(gòu)層)，光場(chǎng)亮度瞬間降低至3％。一旦加上此微結(jié)構(gòu)層3在斜視角的觀賞下，可以將亮度提升到75％，大幅增加了在斜視角度所觀賞的影像質(zhì)量。本發(fā)明配合三層結(jié)構(gòu)的搭配，光線可以由平面顯示裝置1傳出并通過透鏡數(shù)組層2重新匯聚成3d立體影像于空中。再通過微結(jié)構(gòu)層3把可視角度拉至斜向的觀賞角度，以符合人體工學(xué)的視角。第二實(shí)施例本發(fā)明也可利用圖紙或刻印物作為顯示主畫面，其為一被動(dòng)式漂浮3d立體顯示器，相似于第一實(shí)施例，結(jié)構(gòu)分為三層構(gòu)造，如圖8所示，立體顯示裝置包括一平面顯示裝置1、一透鏡數(shù)組層2及一微結(jié)構(gòu)層3，主要差異在于平面顯示裝置1本身。被動(dòng)式平面顯示裝置1可以使用反射型或者透光型的使用方式，通過透鏡數(shù)組層2，將集成式影像(integralimage)重新匯聚在空中呈現(xiàn)立體影像于空中。最后微結(jié)構(gòu)層3會(huì)將光場(chǎng)折射到斜向的角度，于是在斜向的使用者4便可以觀賞顯示位置5處的立體影像。被動(dòng)式的顯示裝置1不依靠自身發(fā)光，而通過外界光源作為顯式的光源，可以分作反射型和透光型，如圖9a及圖9b所示，此裝置亦可以應(yīng)用在桌上(tabletop)，也可使用在天花板(ceilingtype)及地面等任意平面擺放位置。反射型的平面顯示裝置1(顯示板)，是利用環(huán)境光對(duì)具有顏色對(duì)象的反射原理，將已計(jì)算好的集成式影像(integralimage)圖案刻印或印刷在一不透明的材質(zhì)板上。通過環(huán)境光源反射出所見到的圖案，再經(jīng)過透鏡數(shù)組層2及微結(jié)構(gòu)層3等，可以讓使用者看到靜止畫面的立體影像。透光型的平面顯示裝置1(顯示板)，是利用背光源提供給刻印或印刷好的集成式影像(integralimage)圖案光線，以達(dá)到顯示目的。通過背光源透射出所見到的圖案，再經(jīng)過透鏡數(shù)組層2及微結(jié)構(gòu)層3等，同樣可以讓使用者看到靜止畫面的立體影像。同樣通過第二層的透鏡數(shù)組層2及第三層的微結(jié)構(gòu)層3，被動(dòng)式漂浮3d立體顯示裝置可以讓使用者觀賞到一個(gè)立體影像漂浮于空中。被動(dòng)式的特點(diǎn)在于其分辨率能夠比平面顯示器較高，可以顯示較為精致的立體影像。第三實(shí)施例本發(fā)明實(shí)現(xiàn)技術(shù)部分稱為集成式攝影(integralphotography)，此類技術(shù)的主要原理采用光場(chǎng)成像的方式，光場(chǎng)技術(shù)同時(shí)記錄三維空間和角度信息，一共被描述成五個(gè)維度(x,y,z,u,v)。集成式影像(integralimage)這項(xiàng)技術(shù)，則是利用光學(xué)組件-透鏡數(shù)組層2作為光場(chǎng)角度信息媒介，使空間位置和角度信息都可以被記錄在感光組件中。在顯示部分，使用者同時(shí)可以接收到光線的位置和方向，便可以得知3d影像的深度感知。透鏡數(shù)組層2的結(jié)構(gòu)對(duì)顯示的效果有非常重要的關(guān)聯(lián)，如圖10a及圖10b表示，透鏡數(shù)組的排列方式可以為矩形排列或六角形排列的方式，亦即相鄰兩列的透鏡22可呈相對(duì)的排列(如圖10a所示)或交錯(cuò)的排列(如圖10b所示)，皆可以顯示3d影像信息。在透鏡數(shù)組層2上的微結(jié)構(gòu)為聚焦功能的透鏡，此微透鏡規(guī)格將依照材質(zhì)折射率n值決定其透鏡聚焦能力。材質(zhì)折射率n值從1.3至3.0皆可，透光度70％以上，反射率25％以下，可使用光線的波長(zhǎng)范圍為300nm至1100nm。單一的小透鏡焦距情形如圖11所示，符合造鏡者公式：1/f＝(n-1)(1/r1+1/r2)其中r1和r2分別為透鏡兩邊的曲率半徑，f是透鏡焦距，n是透鏡折射率。另外透鏡直徑大小從10um到3cm適用不同的顯示器板面大小。第四實(shí)施例請(qǐng)參閱圖12a、圖12b及圖12c，本發(fā)明微結(jié)構(gòu)層的單一微結(jié)構(gòu)32可為棱柱狀(如圖12a所示)，棱柱狀的微結(jié)構(gòu)32可以將光線引導(dǎo)至兩個(gè)方位。再者，也可將棱柱狀的微結(jié)構(gòu)32改為角錐狀結(jié)構(gòu)(如圖12b所示)，以便將光線引導(dǎo)至四個(gè)方位。微結(jié)構(gòu)32也可采用圓錐狀結(jié)構(gòu)(如圖12c所示)，以便將光場(chǎng)的分布在水平方向上展開，達(dá)到水平全方位的視角。微結(jié)構(gòu)32材質(zhì)上折射率n值將會(huì)是出光角度的重要參數(shù)。其折射率n值為1.3至3.0，透光率70％以上，反射率25％以下，同樣是使用光線的波長(zhǎng)范圍300nm至1100nm之間。請(qǐng)參閱圖12d，本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)32亦可變化，原本的結(jié)構(gòu)是給予斜視角度的使用者觀賞，在本實(shí)施例中，微結(jié)構(gòu)32的頂端形成有一切面321，切面321平行于微結(jié)構(gòu)32的底面，使得微結(jié)構(gòu)32多了一部份直接穿透區(qū)域，可以讓使用者在正視的角度也觀賞得到3d影像。是以，本發(fā)明提出一種可適用于斜向角度觀賞的立體漂浮影像顯示裝置，可控制裝置中各個(gè)位置畫素經(jīng)過光學(xué)組件的光線行進(jìn)方向。本發(fā)明光學(xué)組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，包括平面顯示裝置1、透鏡數(shù)組層2及微結(jié)構(gòu)層3，可封裝成一光學(xué)套件，置放于顯示屏幕上組成立體漂浮影像顯示裝置。借由設(shè)計(jì)好的畫素大小、光學(xué)膜間隙、透鏡大小及焦距，利用集成式影像原理，搭配經(jīng)過特殊計(jì)算的屏幕輸出畫面信號(hào)，可以使其呈現(xiàn)實(shí)像在立體空間之中，最后通過三角微結(jié)構(gòu)光學(xué)膜片的設(shè)計(jì)，將漂浮影像轉(zhuǎn)換成斜向視角，讓本發(fā)明的立體顯示裝置更適用于一般顯示應(yīng)用場(chǎng)合之中。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，非意欲局限本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，故舉凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所為的等效變化，均同理皆包含于本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)，合予陳明。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12