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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Ming Yen Lin
Kan Ju Lee
Shou Lun Chin
Chun Sheng Chang
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Zhangjiagang Kangde Xin Optronics Material Co Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • 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
    • G02B30/26—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
    • 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

一種可同時顯示2D與3D影像之裝置
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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： 其中，n為總視景數；另外，該視差光柵結構，以一安裝距離LB ，裝置於該第二3D多視景合成影像元件前，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。
  5. 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 。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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： 並令B '>B 、且<；其中，、B '係改變後該些遮光元件、與該些透光元件之水平寬度。
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