CN100371787C - 立体影像成像系统 - Google Patents

Abstract

一种立体影像成像系统包括：液晶显示器面板及具方向性的背光组件。背光组件设置于液晶显示器面板的后方，包括：导光板、聚焦层、左侧背光源、右侧背光源、导光板的第一V型微沟槽结构、及聚焦层的第二V型微沟槽结构。聚焦层设置于导光板与液晶显示器面板之间。左侧背光源及右侧背光源快速切换亮暗状态，藉以从导光板的左右两侧交替射出光线。经由第一及第二V型微沟槽结构，将出射导光板的光线于一特定角度范围内出射聚焦层，并于穿过液晶层后交替投影到左右眼，使得左右眼成像出该立体影像。

Description

立体影像成像系统

技术领域

本发明有关一种成像系统，且特别是有关一种立体影像成像系统。

背景技术

平面影像的显示技术日趋极致，发展合乎真实世界的立体影像显示技术似乎是下一个时代潮流。立体影像不仅可以提供更高的娱乐享受，还可以广泛地应用到现实生活的各个层面，如医疗、军事等等。真实世界的立体影像是由两眼视差(binocular disparity)经过大脑融像所造成的。人造立体影像成像原理则仿真真实状况，产生真正立体物体存在，或将不同影像(成对立体影像，stereo pairs)投影到左右眼，提供额外的深度信息以形成立体影像。

已有的立体影像成像技术可分成三种：全像式、多平面式及成对立体影像式。由于全像式、平面式具有大量数据处理上的困难以及显示效果不佳的缺点，近年来立体影像显示器的研究以成对立体影像式为主。已有的成对立体影像式的成像技术是采用空间多任务的方式，亦即将液晶层像素划分成多个立体成像对，分别投影左右眼的影像到左右眼，形成立体影像。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种立体影像成像系统，采用时间多任务的方式呈现立体影像，以提供高分辨率、高亮度的立体影像。

根据本发明的目的，提出一种立体影像成像系统，包括：液晶显示器面板及具方向性的背光组件。具方向性的背光组件设置于液晶显示器面板的后方。液晶显示器面板具有液晶层。具方向性的背光组件包括：导光板、聚焦层、左侧背光源及右侧背光源、第一V型微沟槽结构及第二V型微沟槽结构。导光板具有导光面，且导光面面向液晶显示器面板。聚焦层设置于导光板与液晶显示器面板之间。聚焦层具有聚焦面，且聚焦面与导光面相对配置。左侧背光源及右侧背光源分别设置于导光板的左右两侧，左侧背光源及右侧背光源快速切换亮暗状态，藉以从导光板的左右两侧交替射出光线。第一V型微沟槽结构配置于导光面，用以使左侧背光源及右侧背光源射出的光线以大角度出射导光面。第二V型微沟槽结构配置于聚焦面，用以使出射导光板的光线于一特定角度范围内出射聚焦层。出射聚焦层的光线穿过液晶层并交替投影到左右眼，使得左右眼成像出立体影像。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是依照本发明一较佳实施例的立体影像成像系统的架构图。

图2是图1中的背光组件的放大侧视图及其光线路径示意图。

图3是投影影像与时间的关系图。

图4是观察者与立体影像成像系统的相对位置与光线出射角度分布的示意图。

图5是以光学软件仿真具方向性的背光组件的架构图。

图6是光线路径变化与各角度之间的关系图。

图7是光出射聚焦层第二区后的角度分布图。

图8是当右侧背光源点亮时，立体影像成像系统的量测角度分布图；

图9是当左侧背光源点亮时，立体影像成像系统的量测角度分布图。

具体实施方式

本发明所采用的成像技术系属于成对立体影像式的立体成像技术。本发明的立体影像成像系统系直接利用背光组件内部组件的结构特性，并采用时间多任务的方式，使光线出射背光组件并穿过液晶层后，分别投射到左右眼而呈现立体影像。

请参照图1，图中示出依照本发明一较佳实施例的立体影像成像系统的架构图。本发明的立体影像成像系统包括液晶显示器面板1及具方向性的背光组件。如图1所示，液晶显示器面板包括上玻璃1a、液晶层1b及下玻璃1c，液晶层1b系配置于上玻璃1a与下玻璃1c之间。具方向性的背光组件系设置于液晶显示器面板1的后方，主要包括导光板3、聚焦层2、左侧背光源4及右侧背光源5。聚焦层2系设置于导光板3与液晶显示器面板1之间。导光板3的导光面是面向液晶显示器面板1且与聚焦层2的聚焦面相对配置。左侧背光源4及右侧背光源5分别设置于导光板3的左右两侧。本发明系利用时间多任务的方式将出射聚焦层2的光线穿过液晶层1b并交替投影到左右眼6a及6b，使得左右眼6a及6b成像出立体影像。在影像快速切换的下，通过人脑的融像作用即可看到立体影像，其影像与时间的关系如图3所示。当右侧背光源5在第一时间t1发亮时，写入右眼影像，亦即将成对立体影像的其中一个影像投影到人的右眼6a；当左侧背光源4在第二时间t2发亮时，写入左眼影像，亦即将成对立体影像的另一个影像投影到人的左眼6b；依此类推。在图1中，左侧背光源4及右侧背光源5所提供的光线出射导光板3时，分别形成两个可视张角，其夹角为立体影像的可视张角7。

图2绘示图1中的背光组件的放大侧视图及其光线路径示意图。本发明的立体影像成像系统是采用快速切换左侧背光源4及右侧背光源5的亮暗状态，藉以从导光板3的左右两侧交替射出光线，提供具方向性的光线。如图2所示，导光板3的导光面配置有第一V型微沟槽结构3a，形成数个具有对称性V型结构的导光区域；导光区域的顶角大小都相同，且导光区域的顶角对称轴垂直配置。此外，第一V型微沟槽结构亦可呈二维分布，使出射导光板的光线分布更均匀。由于第一V型微沟槽结构3a的导光区域的顶角2α范围为100°～179°，因而左侧背光源4及右侧背光源5射出的光线经由第一V型微沟槽结构3a的作用，可以一致的大角度出射导光面，达到初步分光。接着，为了使光作不同角度的偏折，聚焦层2的聚焦面配置有第二V型微沟槽结构2a，使得出射导光板3的光线在入射到不同聚焦区域之后，能够于一特定角度范围内以不同的偏折角度出射聚焦层2。此外，观察者可依据观察影像的位置，调整导光板3及聚焦层2的相对位置，以观察到最清晰的立体影像。

在图2中，第二V型微沟槽结构2a是非对称性V型结构，在聚焦面形成数个具有非对称性V型结构的聚焦区域；聚焦区域的顶角大小都相同，但聚焦区域的顶角对称轴略微偏斜且倾斜程度不同。非对称性V型结构的设计，其优点在于可以针对不同区域的出射光偏折角度精确的控制，因此能够使出射光角度的差异性不会随着面板尺寸的加大而变大。此外，第二V型沟槽结构也可以是对称性的V型结构，在聚焦面形成对称性的V型结构的聚焦区域；聚焦区域的顶角大小都相同，且聚焦区域的顶角对称轴垂直配置。对称性V型结构的设计具有制程简单的优点，尤其，对于一般小尺寸的面板来说，出射光角度的差异性对于观察者的影响并不大，因此对称性V型结构的设计适合于一般小尺寸的面板。

以下将依照本发明的精神，以PDA大小的立体影像成像系统为例，以光学仿真及分析软件建立具方向性的背光源的模型，具体说明本发明的立体影像成像系统的成像规则，并利用数个检测器检测不同区的光强度及角度分布，比较分析结果与实测结果。在图4中，示出观察者与立体影像成像系统的相对位置与光线出射角度分布；观察者两眼眼距约为65公厘(mm)、观察距离约为200mm、且导光板3左右两侧(亦即左右背光源4及5)的宽度约为60mm。图5是以光学软件仿真具方向性的背光组件的架构图。请同时参照图4及图5；理想地，当左侧背光源4发亮时，在聚焦层的第一区、第二区及第三区的光线将分别以+17.4°，+9.2°，+0.7°出射液晶层1；当切换至右侧背光源5发亮时，在聚焦层的第一、第二及第三区的光线将分别以-17.4°，-9.2°，-0.7°出射液晶层1。当左右侧背光源4及5快速切换，配合快速切换液晶层1，人将可感受到立体影像。

请参照图6，是光线路径变化与各角度之间的关系图。光线出射导光板3的两个可视张角的夹角随着第一V型微沟槽结构3a的导光区域的顶角2α增大而增大。当两组光源都亮时，若顶角2α由140°变化到170°，其可视张角的分布将由±60°移至±70°。为了将上述出射导光板3不同区域的光线进一步会聚到左右眼的位置，聚焦层2的第二V型微沟槽结构2a需经过特别设计，使得第二V型微沟槽结构2a的每个聚焦区域的顶角张角维持一定，但顶角对称轴略微偏斜且倾斜程度不同。如图6所示，聚焦区域的顶角由β1及β2组成，其和为定值。当β1＝β2，表示这是一个对称的顶角，若两角不相等，表示此顶角为不对称的顶角，其对称轴有些倾斜。光线由导光板3出射到聚聚焦层2，最后离开聚焦层2，中间经过折射、反射，期间光线路径变化与各角度之间的关系如下：

n×sinθ′＝sin(θ-(α-β1))

θ″＝180°-θ′-(180°-(β1+β2))

＝β1+β2-θ′

β2-θ＝90°-θ″

θ＝2×β2+β1-90°-θ′

在此实例是采用顶角为168°且沟槽间距为300μm的导光板，而图5中的第一、二及三区的聚焦区域的顶角(β1，β2)对应依序为(25°，35°)、(30°，30°)及(35°，25°)。当右侧背光源5发亮时，理论上第二区的出射光角度为-9.2°。请参照图7，是检测器模拟实测所得到光线出射第二区的聚焦区域的强度及视角的关系图。本实例经实际量测的结果相当接近所预期模拟分析的角度分布。另请参照附图，附图一绘示当右侧背光源点亮时，立体影像成像系统的量测角度分布图；附图二当左侧背光源点亮时，立体影像成像系统的量测角度分布图。

本发明上述实施例的立体影像成像系统，系采时间多任务的方式快速切换左侧背光源及右侧背光源，从导光板的左右两侧交替射出光线，不需采用屏蔽的方式进行分光，可有效提高光源亮度，因而能提供较高分辨率、较高亮度的立体影像。相较于习知利用空间多任务方式的成对立体影像式技术，本发明可直接利用背光组件内部组件的结构特性，并采用时间多任务的方式，使光线出射背光组件并穿过液晶层后分别投射到左右眼，在影像快速切换之下，通过人脑的融像作用即可看到立体影像。此外，当左侧背光源及右侧背光源同时发亮时，本发明亦可作为平面影像的成像系统。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种立体影像成像系统，包括：

一液晶显示器面板，包括一液晶层；以及

一具方向性的背光组件，设置于该液晶显示器面板的后方，该组件包括：

一导光板，具有一导光面，该导光面系面向该液晶显示器面板；

一聚焦层，设置于该导光板与该液晶显示器面板之间，该聚焦层具有一聚焦面，该聚焦面是与该导光面相对配置；

一左侧背光源及一右侧背光源，分别设置于该导光板的左右两侧；

一第一V型微沟槽结构，配置于该导光面，用以使该左侧背光源及该右侧背光源射出的光线以100°～179°出射该导光面；以及

一第二V型微沟槽结构，配置于该聚焦面，用以使出射该导光板的光线于一特定角度范围内出射该聚焦层；

该左侧背光源及该右侧背光源快速切换亮暗状态，藉以从该导光板的左右两侧交替射出光线；

出射该聚焦层的光线穿过该液晶层并交替投影到一左右眼，使得该左右眼成像出一立体影像。

2.如权利要求1所述的立体影像成像系统，其特征在于该第二V型微沟槽结构划分成数个聚焦区域，该多个聚焦区域的顶角大小都相同，该聚焦区域的顶角对称轴倾斜程度不同，使得入射到不同聚焦区域的光线被偏折的角度不同。

3.如权利要求2所述的立体影像成像系统，其特征在于该第二V型微沟槽结构为非对称性V型结构。

4.如权利要求2所述的立体影像成像系统，其特征在于该第二V型微沟槽结构为对称性V型结构。

5.如权利要求2所述的立体影像成像系统，其特征在于该第一V型微沟槽结构划分成数个导光区域，该多个导光区域的顶角大小都相同，且该导光区域的顶角对称轴垂直配置。

6.如权利要求5所述的立体影像成像系统，其特征在于该第一V型微沟槽结构系为对称性V型结构。

7.如权利要求1所述的立体影像成像系统，其特征在于该第一V型微沟槽结构呈二维分布。

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