TWI505243B - A device that can display 2D and 3D images at the same time - Google Patents
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- TWI505243B TWI505243B TW102132596A TW102132596A TWI505243B TW I505243 B TWI505243 B TW I505243B TW 102132596 A TW102132596 A TW 102132596A TW 102132596 A TW102132596 A TW 102132596A TW I505243 B TWI505243 B TW I505243B
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- G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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- G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
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Description
對於習知3D廣告燈箱(3D Advertising Lighting Box,以下簡稱3D燈箱),一般是使用透鏡陣列元件(以下簡稱Lenticular元件)之方式,以顯示一裸視之3D靜態影像,達到提供3D專用燈箱之目的。對於該3D專用燈箱,本發明提出一種可同時顯示2D與3D影像之裝置,以增加習知3D燈箱影像顯示之功能,達到大幅提升廣告之效益。
如圖1~2所示,係習知3D燈箱構成與3D靜態影像顯示之示意圖。該習知3D燈箱1,主要係由一透鏡陣列(Lenticular)元件10、一3D多視景合成影像20、與一背光源30所構成。
如圖2所示,該Lenticular元件10,係由一具薄片狀之透明塑膠材料所構成,其中一面,稱為3D結構面11,係具有複數個柱狀形透鏡之結構;而另一面,則稱為印刷面12,係透過平版印刷之製程,將該3D多視景合成影像(Multi-View Combined 3D Image)20,印裝於該印刷面12之上。該3D多視景合成影像20,係由n個單一視景(Single View Image)VK
所合成之影像所構成,其中,n為總視景數、k為視景編號數,且0≦k≦n-1。
如圖2所示,對於該3D多視景合成影像20,藉由該背光源30之照明與該Lenticular元件10的視景分離之作用,可於最佳觀賞距離Z0
(Optimum Viewing Distance,OVD)上之n個最佳視點(Optimum Viewin Point,OVP)Pk
處,個別呈現單一視景影像Vk
。
對於左眼L、右眼R個別位於該最佳視點Pk
、Pk+1
上之觀賞者而言,該觀賞者之左眼L、右眼R,係可個別觀看到一對具有視差之單一視景影像Vk
、Vk+1
。是以,該觀賞者可觀看到一3D影像。此處,為清楚呈現上述各顯示結構與觀賞相關位置之關係,設定
一座標系XYZ,並令該X軸係設定於水平方向、Y軸設定於垂直方向、Z軸則以垂直於該3D結構面11而設定、且令Z=0係設定於該3D結構面11上。是以,該上述相關觀賞位置,係位於Z>0之區域。
然而,現有裸視之技術,即Auto-Stereoscopic之技術,不論是採用Lentuclar、或是視差光柵(Parallax Barrier)之方法,皆存在觀賞自由度(Viewing Freedom)受限之問題,亦即,如圖3所示,對於任一最佳視點處Pk
,存在一單一可視區13,於該有限區域內(如菱形所示之區域),觀賞者可觀看到一較佳之3D影像。所謂較佳之3D影像,係指於該單一可視區13內,觀賞者所觀看到該單一視景影像Vk
中,其所具有的鬼影(Cross-talk)程度較低。一般,鬼影比率低於10%時,觀賞者不易察覺其存在,是以可觀看到一較佳之3D影像。因此,利用裸視之技術,以作為3D燈箱之應用時,由於存在有限觀賞自由度之缺失,會嚴重降低廣告之效益。
針對上述之缺失,本發明提出一種可同時顯示2D與3D影像之裝置,可增加3D燈箱影像顯示之功能,大幅提升廣告之效益。本發明一種可同時顯示2D與3D影像之裝置,依裝置之順序,主要是由一第一光源元件、一第一2D影像元件、一視差光柵元件,一Lenticular元件、一第二3D多視景合成影像元件、與一第二光源元件所構成。其中,該視差光柵元件與該Lenticular元件,具有等效視景分離之作用,對於該第二3D多視景合成影像元件,係可提供一致的最佳觀賞距離與最佳觀賞點,亦即,於同樣之最佳觀賞距離、同樣之該最佳視點處,提供同樣之單一視景影像。是以,透過該第一光源元件,對該第一2D影像元件之照明,觀賞者可觀看到由該第一2D影像元件所提供之2D影像;另外,透過該第二光源元件,對該第二3D多視景合成影像元件之照明,觀賞者可於最佳觀賞距離上之最佳視點處,觀看到一3D影像。是以,當觀看者站在最佳觀賞距離上時,即可同時觀看到2D與3D影像。
綜上所述,透過採用本方法與裝置所構成之3D廣告燈箱,除
了可提供3D燈箱之功效外,亦保留原有2D燈箱之功能。是以,除了達到前所未有的視覺效果之外,亦可創造出無限廣告之效益。
1‧‧‧3D燈箱
10‧‧‧Lenticular
11‧‧‧3D結構面
12‧‧‧印刷面
13‧‧‧單一可視區
20‧‧‧3D多視景合成影像
30‧‧‧背光源
100‧‧‧本發明實施例之構成
110‧‧‧第一光源元件
120‧‧‧第一2D影像元件
130‧‧‧視差光柵元件
131‧‧‧視差光柵結構
131a‧‧‧遮光元件
131b‧‧‧透光元件
132‧‧‧透明基材
140‧‧‧Lenticular元件
141‧‧‧柱狀形透鏡
142‧‧‧圓形表面
150‧‧‧第二3D多視景合成影像元件
151‧‧‧3D多視景合成影像
152‧‧‧透明基材
160‧‧‧第二光源元件
n‧‧‧總視景數
V0
、Vk
、Vk+1
、Vn-1
‧‧‧單一視景影像
k‧‧‧視景編號數
P0
、Pk
、Pk+1
、Pn-1
‧‧‧最佳視點
L‧‧‧左眼
R‧‧‧右眼
X、Y、Z‧‧‧座標係
、‧‧‧遮光元件水平寬度
B、B'‧‧‧透光元件水平寬度
θ‧‧‧傾斜角度
LB
‧‧‧安裝距離
PB
‧‧‧視差光柵單元結構之寬度
Z0
‧‧‧最佳觀賞距離
OVP(L)、OVP(R)‧‧‧最佳視點
L‧‧‧左視景影像
R‧‧‧右視景影
f‧‧‧柱狀形透鏡焦距
PL
‧‧‧柱狀形透鏡單元結構之寬度
r‧‧‧柱狀形透鏡圓形表面之半徑
圖1~2所示,係習知3D燈箱構成與3D靜態影像顯示之示意圖。
圖3所示,係視景分離作用之示意圖。
圖4所示,係本發明構成與2D、3D影像顯示關係之示意圖。
圖5所示,係本發明具體構成實施例之示意圖。
圖6~8所示,係視差光柵元件構成之示意圖。
圖9~10所示,係Lenticular元件構成之示意圖。
圖11所示,係2D影像元件與視差光柵元件製作過程之示意圖。
圖12所示,係2D影像元件、視差光柵元件、與3D多視景合成影像元件製作過程之示意圖。
如圖4所示,係本發明構成與2D、3D影像顯示關係之示意圖。本發明一種可同時顯示2D與3D影像之裝置100,依裝置之順序,主要是由一第一光源元件110、一第一2D影像元件120、一視差光柵元件130,一Lenticular元件140、一第二3D多視景合成影像元件150、與一第二光源元件160所構成。其中,該視差光柵元件130與該Lenticular元件140,具有等效視景分離之作用,對於該第二3D多視景合成影像元件150,係可提供一致的最佳觀賞距離與最佳觀賞點,亦即,於同樣之最佳觀賞距離Z0
上、同樣之該最佳視點Pk
處,提供同樣之單一視景影像Vk
。
是以,透過該第一光源元件110,對該第一2D影像元件120之照明,觀賞者可於Z>0之區域,觀看到由該第一2D影像元件120所提供之2D影像;另外,透過該第二光源元件160,對該第二3D多視景合成影像元件150之照明,當觀賞者的得雙眼個別對準於該最佳視點Pk
、Pk+1
,則可觀看到一3D影像。
如圖5所示,係本發明具體構成實施例之示意圖。
其中,第一光源元件110,係由一可見光源所構成,用以照明該第一2D影像元件120,係由一自然光源與一人造光源所構成。該自然光源,係指太陽光,為本發明裝置日間使用之光源;另外,該人造光源,係由廣告看板照明之燈具(無圖示)所構成,為本發明裝置夜間使用之光源;藉由對該燈具的亮度控制,可以不同之亮度,照明該第一2D影像元件120,亦可藉由對該燈具的開與關之控制,達到顯示與不顯示該第一2D影像元件120之目的。
該第一2D影像元件120,係由一具有與該視差光柵結構131同樣結構之2D影像所構成,係裝置於該視差光柵元件130之上。
該視差光柵元件130,如圖6所示,係由一視差光柵結構131、與一透明基材132所構成。該視差光柵結構131,係裝置於該透明基材132之一面上,係由複數個遮光元件131a、與複數個透光元件131b所構成。
如圖7~8所示,該些遮光元件131a、與該些透光元件131b,係可具有垂直條狀、或傾斜條狀結構特徵,且個別具有、B之水平寬度。其中,該單一個遮光元件131a與該單一個透光元件131b,係構成一視差光柵之單元結構,並具有一單元結構之寬度PB
,如下式所示:
另外,根据中華民國專利申請案號:98128986中所述,該、B具有以下之關係:
其中,n為總視景數。另外,該視差光柵結構131,以一安裝距離LB
,裝置於該第二3D多視景合成影像元件150前,對於該多視景合成影像,提供視景分離之作用,以顯示3D影像。
如圖9~10所示,該Lenticular元件140,係由複數個柱狀形透鏡141所構成,該單一個柱狀形透鏡141,具有一圓形表面142,係可具有垂直條狀、或傾斜條狀結構特徵之柱狀形透鏡所構成;其中,r為圓形表面142之半徑、f為該單一個柱狀形透鏡141之焦距、PL
為該單一個柱狀形透鏡141之單元結構寬度、θ為該單
一個柱狀形透鏡141之傾斜角度。根据中華民國專利申請案號:101135830中所述,對於該Lenticular元件140與該視差光柵元件130,當兩者間之f、PL
、LB
、PB
,係具有下式所示之關係時,可達到等效視景分離作用。
f=LB
(3)
PL
=PB
(4)
事實上,對於如圖5所示元件堆疊之結構,該視差光柵元件130,因該透明基材132具有些許之厚度,於實際的光學設計上,該視差光柵結構之裝距離LB
是略大於該些柱狀形透鏡之焦距f。另外,該透光元件131b之中心位置,亦需對準於該單一個柱狀形透鏡141單元結構之中心位置,方能達到最佳等效視景分離之作用。
該第二3D多視景合成影像元件150,係由一3D多視景合成影像151、與一透明基材152所構成。
第二光源元件160,係由一具白色可見光源所構成,用以照該第二3D多視景合成影像元件150,係可藉由習背光模組(未圖示)之技術以構成,即由複數個白光LED、一導光板、複數個擴散片、與複數個增亮膜等元件所構成;另外,藉由對該些白光LED的亮度控制,可以不同之亮度,照明該第二3D多視景合成影像元件150,亦可藉由對該些白光LED的開與關之控制,達到顯示與不顯示該第二3D多視景合成影像元件150之目的。
以下,說明上述該第一2D影像元件120、該視差光柵元件130、該Lenticular元件140、與該第二3D多視景合成影像元件150等元件之製作。
如圖6所示,對於該視差光柵結構131之製作,係可透過光蝕刻、凸版轉印、凹版轉印等精密製程,可將該些遮光元件131a、與該些透光元件131b,複製於該透明基材132之一面上。另外,亦可對該透明基材132之一面上,先塗佈一層非透光之薄膜(無圖示),該非透光薄膜之顏色,係可為白色、銀色、或黑色,再利用對位技術與一具精密定位之雷射雕刻機具(無圖示),對於該非透光
薄膜,且對應於該複數個透光元件131b所存在處,以挖空該處之該非透光薄膜之作業,以完該複數個透光元件131b之製作,即可完成該視差光柵結構131單一元件之製作。
對於該第一2D影像元件120之製作,為了簡化製程與降低成本,可與該視差光柵結構131,透過塗佈、數位噴印與雷射雕刻等技術,同時完成製作,並裝置於該透明基材132之一面上。如圖11所示,對於該透明基材132之一面上,先塗佈一層非透光之視差光柵結構131,再利用數位噴印之技術,將一2D影像印製於該視差光柵結構131上,最後,再利用對位技術與一具精密定位之雷射雕刻機具(無圖示),對於該非透光薄膜與該2D影像,且對應於該複數個透光元件131b所存在處,以挖空該處之作業,以同時完該複數個透光元件131b與該第一2D影像元件120之製作。
對於該Lenticular元件140之製作,係可透過卷對卷(Roll-to-Roll)滾印之製程、或熱壓印之製程,即可完成該Lenticular元件140單一元件之製作。
對於該第二3D多視景合成影像元件150之製作,係可透過平版印刷、數位印刷等製程,並使用可透光之彩色印墨,將該3D多視景合成影像151,印製於該透明基材152之面上。
另外,為了簡化結構與降低成本,該第一2D影像元件120、該視差光柵元件130、與該第二3D多視景合成影像元件150等元件之製作,係可透過塗佈、數位噴印、對位與雷射雕刻等技術,裝置於該Lenticular元件140之兩面上。如圖12所示,對於該Lenticular元件140之透鏡結構面142b,先塗佈一層非透光之視差光柵結構131,再利用數位噴印之技術,將一2D影像印製於該視差光柵結構131上,最後,再利用一對位技術與一具精密定位之雷射雕刻機具(無圖示),對於該非透光薄膜與該2D影像,且對應於該複數個透光元件131b所存在處,以挖空該處之作業,以同時完該複數個透光元件131b與該第一2D影像元件120之製作。另外,對於該Lenticular元件140之非透鏡結構面,係可透過利用一對位技術與一數位印刷製程,並使用可透光之彩色印墨,將該3D
多視景合成影像151,印製於該非透鏡結構面。
另外,對於上述實施例中所述之該些遮光元件131a、與該些透光元件132b,其作用除了提供等效視景分離作用外,亦具有光圈之效果。亦即,在保持該單元結構寬度PB
不變之條件下,透過改變該些遮光元件131a、與該些透光元件132b之水平寬度、B,例如:
並令B
'>B
、且<其中,、B'係改變後該些遮光元件131a、與該些透光元件132b之水平寬度,即可達到同時改善該Lenticular元件140所產生鬼影之現象、以及提高該視差光柵元件130亮度之目的。
以上所述,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以之限定本發明所實施之範圍,例如,以不同之製程技術,以製作產生該2D影像元件、該視差光柵元件、該透鏡陣列元件、該3D多視景合成影像元件,即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾,皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內。謹請 貴審查委員明鑑,並祈惠准,是所至禱。
100‧‧‧本發明實施例之構成
110‧‧‧第一光源元件
120‧‧‧第一2D影像元件
130‧‧‧視差光柵元件
140‧‧‧Lenticular元件
150‧‧‧第二3D多視景合成影像元件
160‧‧‧第二光源元件
V0
、Vk
、Vk+1
、Vn-1
‧‧‧單一視景影像
Z0
‧‧‧最佳觀賞距離
P0
、Pk
、Pk+1
、Pn-1
‧‧‧最佳視點
X、Y、Z‧‧‧座標系
OVD‧‧‧Optimum Viewing Distance
Claims (15)
- 一種可同時顯示2D與3D影像之裝置,依安裝之前後次序,主要係由以下元件所構成:一第一光源元件,用以產生一照明之光源;一第一2D影像元件,用以提供一2D影像;一視差光柵元件,用以提供一視景分離之作用;一透鏡陣列元件,用以提供一視景分離之作用;一第二3D多視景合成影像元件,用以提供一3D多視景合成影像;一第二光源元件所構成,用以產生一照明之光源;其中,該視差光柵元件與該透鏡陣列元件,具有等效視景分離之作用,對於該第二3D多視景合成影像元件,係提供一致的最佳觀賞距離與最佳觀賞點;另外,透過該第一光源元件,對該第一2D影像元件之照明,以顯示由該2D影像;透過該第二光源元件,對該第二3D多視景合成影像元件之照明,以顯示由該3D多視景合成影像;以及該等效視景分離之作用,係對於該視差光柵元件與該透鏡陣列元件,當兩者間之f、PL 、LB 、PB ,係具有LB 略大於f、與PL =PB 之關係、且該透光元件中心位置與該單一個柱狀形透鏡單元結構中心位置,具有一致之關係時,該視差光柵元件與該透鏡陣列元件,可具有該等效視景分離之作用。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中第一光源元件,係由一自然光源與一人造光源所構成,其中,該自然光源,係為太陽光所構成;另外,該人造光源,則由廣告看板照明之一燈具所構成,藉由對該燈具的亮度控制,可以不同之亮度,照明該第一2D影像元件,亦可藉由對該燈具的開與關之控制,以顯示與不顯示該第一2D影像元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該視差光柵元件係由一視差光柵結構、與一透明基材所構成,其 中,該視差光柵結構係裝置於該透明基材之一面上,並由複數個遮光元件與複數個透光元件所構成。
- 如申請專利範圍第3項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該單一個遮光元件與該單一個透光元件,係具有一垂直條狀、或一傾斜條狀結構特徵,且個別具有、B之水平寬度,另外,該單一個遮光元件與該單一個透光元件,係構成一視差光柵之單元結構,並具有一單元結構之寬度PB ,該、B、PB 具有以下之關係:
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該透鏡陣列元件,係由複數個柱狀形透鏡所構成,該單一個柱狀形透鏡,係由一具有一圓形表面、並具有一垂直條狀、或一傾斜條狀結構特徵之柱狀形透鏡所構成;其中,該單一個柱狀形透鏡,具有一透鏡焦距f、一單元結構寬度PL 。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該2D影像元件中之該2D影像,具有與該視差光柵元件同樣之結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種三次元影像顯示之裝置,其中該第二3D多視景合成影像元件,係由一3D多視景合成影像與一透明基材所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該第二光源元件,係由一白色可見光源所構成,該白色可見光源,係由複數個白光LED、一導光板、複數個擴散片、與複數個增亮膜等元件所構成;另外,藉由對該些白光LED的亮度控制,可以不同之亮度,照明該第二3D多視景合成影像元件,亦可藉由對該些白光LED的開與關之控制,以顯示與不顯示該 第二3D多視景合成影像元件。
- 如申請專利範圍第3項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該視差光柵結構之製作,係透過光蝕刻、凸版轉印、凹版轉印之精密製程,可將該些遮光元件、與該些透光元件,複製於該透明基材之該面上。
- 如申請專利範圍第3項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該視差光柵結構之製作,係對該透明基材之該面上,先塗佈一層非透光之薄膜,該非透光薄膜之顏色,係可為白色、銀色、或黑色,再利用對位技術與具精密定位之一雷射雕刻機具,對於該非透光薄膜,且對應於該些透光元件所存在處,以挖空該處之該非透光薄膜之作業,以完該些透光元件之製作,即可完成該視差光柵結構之製作。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該第一2D影像元件與該視差光柵元件之製作,係透過一塗佈、一數位噴印與一雷射雕刻之技術,將該2D影像與該視差光柵結構,裝置於該透明基材之一面上,亦即,對於該透明基材之一面上,先塗佈一層非透光之視差光柵結構,再利用該數位噴印之技術,將該2D影像印製於該視差光柵結構上,最後,再利用一對位技術與具精密定位之一雷射雕刻機具,對於該非透光薄膜與該2D影像,且對應於該些透光元件所存在處,以挖空該處之作業,以同時完該些透光元件與該2D影像之製作。
- 如申請專利範圍第5項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該些柱狀形透鏡之製作,係可透過卷對卷滾印之製程、或熱壓印之製程,以完成該透鏡陣列元件之製作。
- 如申請專利範圍第7項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該第二3D多視景合成影像元件之製作,係可透過一平版印刷、一數位印刷之製程,並使用可透光之彩色印墨,將該3D多視景合成影像,印製於該透明基材之該面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之三次元影像顯示之裝置,其中該第一2D影像元件、該視差光柵元件、與該第二3D多視景合成 影像元件等元件之製作,係可透過一塗佈、一數位噴印、一對位與一雷射雕刻之技術,裝設於該透鏡陣列元件之兩面上;亦即,對於該透鏡陣列元件之一透鏡結構面,先塗佈一層非透光之視差光柵結構,再利用數位噴印之技術,將一2D影像印製於該視差光柵結構上,最後,再利用一對位技術與具精密定位之一雷射雕刻機具,對於該非透光薄膜與該2D影像,且對應於該些透光元件所存在處,以挖空該處之作業,以同時完該些透光元件與該2D影像之製作;另外,對於該透鏡陣列元件之一非透鏡結構面,係透過一對位技術與一數位印刷製程,並使用可透光之彩色印墨,將該3D多視景合成影像,印製於該非透鏡結構面。
- 如申請專利範圍第4項所述之三次元影像顯示之裝置,其中,在保持該單元結構寬度PB 不變之條件下,透過改變該些遮光元件、與該些透光元件之水平寬度B、B,可達到同時改善該透鏡陣列元件所產生鬼影之現象、以及提高該視差光柵元件之亮度,其水平寬度改變之條件,如下式表示:
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---|---|---|---|
TW102132596A TWI505243B (zh) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | A device that can display 2D and 3D images at the same time |
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Publication Number | Publication Date |
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