TWI479197B - And a conversion means for converting the 2D image into a 3D image - Google Patents

Description

用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置

本發明是有關於一種圖像的轉換裝置，特別是指一種用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置。

3D立體顯示技術廣泛應用於許多場合及產品，例如3D電影、3D顯示器、3D圖片等等。以非裸眼式3D顯示器為例，使用者必須配戴3D眼鏡使左右眼看到不同影像，以藉由兩眼視差產生立體視覺效果，但因為長時間配戴3D眼鏡並不舒服，因此目前業者亟力開發裸眼式3D顯示器，讓使用者不須戴上3D眼鏡即可直接觀看產生立體影像效果。

但無論是非裸眼式或裸眼式3D顯示器，都必須在製造顯示器的過程中融入3D顯示技術的應用，例如對顯示器中的左、右眼雙光源的控制，或是進行影像處理等過程，因此3D顯示器在製造上具有一定難度。另一方面，前述非裸眼式3D顯示器在未配戴3D眼鏡時觀看，會呈現影像重疊的模糊視感，因此該顯示器只能用於3D顯示，而不具備2D顯示的功能；同樣地，裸眼式的3D顯示器也只能顯示3D畫面，若要製作成兼具有2D及3D可供切換的形式，則會增加製造困難度與生產成本。

再者，目前民眾家中的電視、電腦螢幕大多數為傳統的2D顯示器，若想要更換為3D顯示器則必須重新購買，如此將造成一筆 額外的開銷，而且將家中未故障的2D產品淘汰或丟棄，有違環保原則。

因此，本發明之目的，即在提供一種結構創新、使用方便，並能將一2D圖像源的2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置。

於是，本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，適用於設置在一個2D圖像源的一側，並包含：一稜鏡片、一分光片，以及一個位於該稜鏡片及該分光片之間的介質層。

該稜鏡片包括一個第一本體，該第一本體具有一個朝向該2D圖像源的入光面，以及一個相反於該入光面的出光面，該稜鏡片還包括數個左右排列的第一微結構，所述第一微結構突出設置在該出光面上或者突出設置在該入光面上；該稜鏡片用於使該2D圖像源的2D圖像產生左右平移效果而形成一個影像差排的2D圖像，該影像差排的2D圖像包括一個左邊位移影像和一個右邊位移影像。

該分光片位於該稜鏡片的出光面的一側，並具有一個朝向該稜鏡片的第一面，該分光片與該稜鏡片的距離為d，且0<d≦5公分；該分光片用於分光而使該影像差排的2D圖像的左邊位移影像和右邊位移影像分別入射到觀看者的左右眼，以造成兩眼視差而產生3D視感。

該稜鏡片及該介質層的折射率分別為n1及n2，每一第一微結構的一第一底角為α，且0<α≦sin^-1 (n2/n1)。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之第一較佳實施例，適用於設置在一個2D圖像源1的前側，該2D圖像源1例如電視、電腦螢幕等設備，可以用於播放動態影像或靜態圖像，該2D圖像源1也可以只用於顯示靜態圖像的照片或圖片，例如相框。因此，本發明所述的2D圖像源1的2D圖像是泛指動態影像、靜態影像、圖片、照片等等。本實施例的轉換裝置包含：一稜鏡片2、一分光片3，以及一介質層4。

該稜鏡片2的材質沒有特殊限制，只要為可透光材料即可，例如可透光的塑膠。該稜鏡片2包括一個第一本體21，以及數個第一微結構22。該第一本體21具有一個朝向該2D圖像源1的入光面211，以及一個相反於該入光面211的出光面212。所述第一微結構22是突出設置在該出光面212上，並且左右排列且上下長向延伸呈三角柱狀結構，每一第一微結構22的一第一底角為α。

該分光片3位於該稜鏡片2的出光面212的一側，並且包括一個第二本體31，以及數個第二微結構32。該第二本體31具有一個朝向該稜鏡片2的第一面311，以及一個相反於該第一面311的第二面312。所述第二微結構32突出設置在該第二面312上， 並且左右排列且上下長向延伸呈三角柱狀結構，第二微結構32的長度方向與第一微結構22的長度方向相同。每一第二微結構32的一第二底角為β，且較佳地0<β≦70°，因為若β角過大而超過70°，則自該稜鏡片2而來的光線要穿出第二微結構32時，容易在第二微結構32與空氣間的界面發生全反射，如此就無法使光線通過該分光片3而進入觀看者的眼睛。

需要說明的是，由於本實施例的第一微結構22與第二微結構32的截面呈等腰三角形，因此每一第一微結構22與第二微結構32實際上都具有兩個左右對應的底角。

該介質層4位於該稜鏡片2及該分光片3之間，藉此使該稜鏡片2及該分光片3間隔開。在本實施例中，該介質層4的一介質為空氣，但實施時也可以其它材料作為介質層4材料。

該稜鏡片2及介質層4的折射率分別為n1及n2，而第一底角的角度α須符合下述限制：0<α≦sin^-1 (n2/n1)，此乃為了藉由適當的底角設計，使自該2D圖像源1入射而來的一個正向的光線5(圖3)能有效地朝前傳播。因為當該光線5進入該稜鏡片2後，該光線5射向所述第一微結構22的一表面222時，其入射角θ的大小亦等於α，而在此表面222產生全反射的入射臨界角為sin^-1 (n2/n1)，因此本發明必須限定α≦sin^-1 (n2/n1)，此亦即相當於限定該入射角θ≦sin^-1 (n2/n1)，避免光線5被全反射。因此第一微結構22的設計能使大部分的光線通過後繼續朝該分光片3傳播，從而提高光取出效率、提升顯示亮度。

本發明組裝時，可在該稜鏡片2的後側及該分光片3的前側各別設置一圖未示出的壓克力板，並將稜鏡片2與分光片3分別固定在壓克力板上，再利用螺絲(圖未示)鎖固所述兩壓克力板，如此亦可透過螺絲來調整兩壓克力板的間距，從而調整分光片3與稜鏡片2的間距，並藉此界定出該介質層4的厚度。實際上也可以視情況而在整個裝置外部加裝外框，另外也可在裝置背面設置一掛架，以將該轉換裝置掛裝在該2D圖像源1前側。當然，也可以使用其它形式的安裝件將該轉換裝置安裝在該2D圖像源1上。

本發明使用時，該2D圖像源1的光線射向該轉換裝置時，該2D圖像源1的2D圖像先是受到該稜鏡片2的第一微結構22的折射作用，進而使該2D圖像源1的2D圖像產生左右平移效果而形成一個影像差排(dislocation)的2D圖像，且該影像差排的2D圖像包括一個左邊位移影像和一個右邊位移影像。光線通過第一微結構22與介質層4後即進入該分光片3，當光線通過第二微結構32時受到第二微結構32的折射與分光作用，使該影像差排的2D圖像的左邊位移影像和右邊位移影像分別入射到觀看者的左右眼，從而造成兩眼視差而產生3D視感。需要說明的是，本發明不須限定左、右邊位移影像必須進入左眼或右眼，只要使雙眼各自看到其中一個位移影像即可產生立體視覺。

其中，該分光片3與該稜鏡片2的距離為d，在本實施例中，d為該分光片3的第一面311與該稜鏡片2的第一微結構22的最 凸點的垂直距離，且較佳地0<d≦5公分。透過適當的距離設計，以控制光線在該稜鏡片2及該分光片3間的行進距離，使光線通過該介質層4後能由適當位置進入該分光片3，從而使分光片3能適當地折射光線而產生立體視感。若d大於5公分時，該分光片3的折射效果非本發明所需，並且將使雙眼都會同時看到左邊位移影像和右邊位移影像，使觀看到的影像有嚴重疊影而影響立體效果。

參閱圖1、4，接著以光線路徑輔助說明本發明的立體影像形成機制。所述每一第一微結構22用於折射自該2D圖像源1而來的光線，使光線分成兩個方向行進，進而形成一第一路徑光線61(圖4以實線表示)與一第二路徑光線62(圖4以虛線表示)，此即為使2D圖像左右平移而形成差排圖像的效果。而第一、二路徑光線61、62通過該介質層4、該分光片3後，分別被折射成為一第三路徑光線63與一第四路徑光線64，最後所述第三路徑光線63進入觀看者右眼，第四路徑光線64進入觀看者左眼，此即為該分光片3用於分光的作用，使雙眼看到不同影像而產生立體效果。在圖4中，是以α=45°，β=70°為例。

參閱圖5，若以α=45°，β=35°為例，則光線通過第二微結構32後的折射角度較小，最後是第三路徑光線63進入左眼，第四路徑光線64進入右眼。

綜上所述，藉由本發明之創新結構設計，可以設置在任何形式的2D圖像源1的前方，該稜鏡片2使該2D圖像源1的2D圖像 產生差排效果，而該分光片3用於折射光線並具有分光效果，使雙眼看到不同圖像而產生立體視覺，達到將2D圖像轉換成3D圖像的功效。因此，本發明可裝設在一般傳統的2D電視、電腦螢幕上，或者設置在普通的圖片或照片前側，以將原本的2D圖像轉換成3D圖像來呈現。透過加裝本發明就不需要再另外購買3D顯示器，省去額外的開銷，而且也不用將可用的2D產品淘汰，如此能符合環保原則。當然，若不想觀看3D圖像時，只要將本發明自2D產品上取下即可，使用上相當方便。

參閱圖6、7，本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的分光片3包括一個第二本體31，該第二本體31除了具有相反的一第一面311與一第二面312之外，還具有數個彼此間隔且不透光的阻障區313，以及數個位於所述阻障區313之間的透光區314。本實施例的透光區314為前後貫穿且上下延伸的孔洞設計。

藉由該分光片3設置有阻障區313與透光區314，可以適當地遮擋及反射來自該稜鏡片2的光線，使一部分的光線被反射進入觀看者左眼，一部分光線被反射進入觀看者右眼，此即相當於使影像差排的2D圖像的左、右邊位移影像分別入射到觀看者的左、右眼的效果，從而造成兩眼視差而產生3D視感。

補充說明的是，本發明各圖式中的元件比例、尺寸、微結構數量、光線路徑等等，僅是為了方便說明本發明而示意，不應以 此作為本發明之限制。

參閱圖8，本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之第三較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的稜鏡片2的第一微結構22位於該第一本體21的入光面211，而本實施例的分光片3與該稜鏡片2的距離d，即為該分光片3的第一面311與該稜鏡片2的出光面212的距離。

本實施例的轉換裝置還包含：一個位於該稜鏡片2及該分光片3之間，並且設置在該介質層4中的光調整單元7。該光調整單元7包括至少一個光調整片71，該光調整片71具有數個朝向該分光片3的第三微結構711，每一第三微結構711具有一個第三底角γ。實施時，第三微結構711也可以設計成朝向該稜鏡片2。舉例來說，當第一微結構22的第一底角α=45°、第三微結構32的第三底角γ=44°時，光線的出射角a=1°；當α=45°、γ=43°時，a=2°；當α=45°、γ=42°時，a=3°。

本實施例的優點在於：增加該光調整單元7輔助調節光線，藉此利用較多的膜片來進行光控制，加入該光調整單元7後，可以先決定觀賞距離再配合該分光片3使光線角度更收斂或發散，使得分光片3的分光效果更好，達到更佳的光角度控制，而且該介質層4的厚度就可以不用太厚，可以減少該分光片3與該稜鏡片2之間的距離，例如：若未設置該光調整單元7時，該分光片3與該稜鏡片2的距離為2cm，則增加該光調整單元7後，該距離可以調整為1cm即可達到所須的光學效果，因此能使整個裝置更加 薄型化。

參閱圖9，本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之第四較佳實施例，與該第三較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的光調整單元7包括兩個前後設置的光調整片71，其中一個光調整片71的第三微結構711為三角柱狀結構，另一個光調整片71的第三微結構711為表面弧突的柱狀結構。

需要說明的是，本發明之光調整片71的數量不限，可以為一個、二個或更多個。所述稜鏡片2、分光片3與光調整片71等膜片的微結構形態不須限制，可以為三角柱狀結構或表面弧突的柱狀結構或其它形狀。此外，各膜片的微結構可以朝前突出，也可以朝後突出，因此亦不須限定微結構的突出方向。本發明的稜鏡片2的第一微結構22可以位於該入光面211也可以位於該出光面212，但將其設置在該入光面211時，光線一進入該稜鏡片2內馬上就可以受到第一微結構22的作用而產生影像差排，此種設計的差排效果較佳，光線角度的控制效果以及立體視感更好。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧2D圖像源

5‧‧‧光線

2‧‧‧稜鏡片

21‧‧‧第一本體

211‧‧‧入光面

212‧‧‧出光面

22‧‧‧第一微結構

222‧‧‧表面

3‧‧‧分光片

31‧‧‧第二本體

311‧‧‧第一面

312‧‧‧第二面

313‧‧‧阻障區

314‧‧‧透光區

32‧‧‧第二微結構

4‧‧‧介質層

61‧‧‧第一路徑光線

62‧‧‧第二路徑光線

63‧‧‧第三路徑光線

64‧‧‧第四路徑光線

7‧‧‧光調整單元

71‧‧‧光調整片

711‧‧‧第三微結構

d‧‧‧距離

α‧‧‧第一底角

β‧‧‧第二底角

γ‧‧‧第三底角

θ‧‧‧入射角

a‧‧‧出射角

圖1是一立體分解圖，顯示本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之一第一較佳實施例，同時顯示該第一較佳實施例位於一2D圖像源的前側；圖2是該第一較佳實施例與該2D圖像源的俯視示意圖；圖3是該第一較佳實施例的局部俯視示意圖，同時顯示一光線通過該第一較佳實施例時的行進路徑；圖4是該第一較佳實施例的俯視示意圖，同時顯示光線行進路徑；圖5是一類似圖4的俯視示意圖，但圖5中的數個第二微結構的底角角度與圖4不同；圖6是一立體分解圖，顯示本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之一第二較佳實施例，同時顯示該第二較佳實施例位於一2D圖像源的前側；圖7是該第二較佳實施例的俯視剖視示意圖，同時顯示光線行進路徑；圖8是一俯視示意圖，顯示本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之一第三較佳實施例；及圖9是一俯視示意圖，顯示本發明用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置之一第四較佳實施例。

1‧‧‧2D圖像源

2‧‧‧稜鏡片

21‧‧‧第一本體

211‧‧‧入光面

212‧‧‧出光面

22‧‧‧第一微結構

3‧‧‧分光片

31‧‧‧第二本體

311‧‧‧第一面

312‧‧‧第二面

32‧‧‧第二微結構

Claims (11)

1. 一種用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，適用於設置在一個2D圖像源的一側，並包含：一稜鏡片，包括一個第一本體，該第一本體具有一個朝向該2D圖像源的入光面，以及一個相反於該入光面的出光面，該稜鏡片還包括數個左右排列的第一微結構，所述第一微結構突出設置在該出光面上或者突出設置在該入光面上；該稜鏡片用於使該2D圖像源的2D圖像產生左右平移效果而形成一個影像差排的2D圖像，該影像差排的2D圖像包括一個左邊位移影像和一個右邊位移影像；及一分光片，位於該稜鏡片的出光面的一側，並具有一個朝向該稜鏡片的第一面，該分光片與該稜鏡片的距離為d，且0<d≦5公分；該分光片用於分光而使該影像差排的2D圖像的左邊位移影像和右邊位移影像分別入射到觀看者的左右眼，以造成兩眼視差而產生3D視感。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，該分光片包括一個具有該第一面的第二本體，該第二本體還具有一個相反於該第一面的第二面，該分光片還包括數個突出設置在該第二面上並且左右排列的第二微結構，每一第二微結構的一第二底角為β，且0<β≦70°。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，所述第一微結構及第二微結構皆為長向 延伸的柱狀結構。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，所述第一微結構及第二微結構的長度方向相同。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，該分光片包括一個具有該第一面的第二本體，該第二本體還具有數個彼此間隔且不透光的阻障區，以及數個位於所述阻障區之間的透光區。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，該稜鏡片及該分光片之間更包含一介質層，該稜鏡片及該介質層的折射率分別為n1及n2，每一第一微結構的一第一底角為α，且0<α≦sin^-1 (n2/n1)，該介質層的一介質為空氣。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，所述第一微結構突出設置在該入光面上。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，還包含一個設置在該介質層中的光調整單元，該光調整單元包括至少一個光調整片，該光調整片具有數個第三微結構。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，該光調整單元包括兩個前後設置的光調整片，其中一個光調整片的第三微結構為三角柱狀結構，另一個 光調整片的第三微結構為表面弧突的柱狀結構。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，其中，所述第一微結構突出設置在該入光面上。
11. 一種用於將2D圖像轉換成3D圖像的轉換裝置，適用於設置在一個2D圖像源的一側，並包含：一稜鏡片，包括一個第一本體，該第一本體具有一個朝向該2D圖像源的入光面，以及一個相反於該入光面的出光面，該稜鏡片還包括數個左右排列的第一微結構，所述第一微結構突出設置在該出光面上或者突出設置在該入光面上；該稜鏡片用於使該2D圖像源的2D圖像產生左右平移效果而形成一個影像差排的2D圖像，該影像差排的2D圖像包括一個左邊位移影像和一個右邊位移影像；及一分光片，位於該稜鏡片的出光面的一側，並具有一個朝向該稜鏡片的第一面，該分光片與該稜鏡片的距離為d，且0<d≦5公分；該分光片用於分光與反射而使該影像差排的2D圖像的左邊位移影像和右邊位移影像分別入射到觀看者的左右眼，以造成兩眼視差而產生3D視感。