專利名稱：3d影像形成的方法與設備的制作方法
技術領域：
本發明「3D影像形成的方法與設備」，涉及一種立體影像顯示方法與設備，特別指 一顯示單元結合一折射單元，以將不同取景角度的影像投射至雙眼中，進而產生立體影像 視覺的創新結構。
背景技術：
隨著科技發展與進步，各種影音設備的功能也越來越強大，尤其是影像顯示設備 不論是在畫面的大小、色彩的表現以及機體的縮小化都有大幅度的躍進。舉例來說，以往映 像管的電視或電腦螢幕，其體積與重量都非常具有份量；但自從液晶螢幕發明以后，液晶電 視或顯示器的厚度與重量都大幅度的減小，其色彩表現也越來越接近真實色彩。不過，我們所處的環境是3D空間(三維空間)，液晶螢幕始終是2D平面(二維平 面)的影像，即便是再飽和的色彩或再細致的像素，也難以完整表現出立體物體的真實感， 所以呈現「立體影像」成了未來影像顯示設備發展的一大重點。人眼觀察物體而產生的立體視覺，請參閱圖1的左右視差成像原理示意圖。其中， 左眼71看到物體偏左側的影像72，且看不到物體右側某一部分；而右眼81則看到物體偏 右的影像82，且看不到物體左側某一部分；雙眼經接收影像信息并傳到腦部融合而產生立 體感。由上可推知，通過左右各偏差一角度的2D平面影像分別投射入雙眼，再經過腦部 將信息運算融合，即可產生3D立體影像的視覺感。目前主要的立體影像技術，便是以此一 原則去發展。例如一種現有立體影像產生裝置9，請參閱圖2與圖3所示，其是在一有適當容置 空間的桌體91內設置一中空圓柱內殼92 ；內殼92里適當位置處更設置有第一鏡片921與 第二鏡片922，且第一鏡片921位于內殼92的中心軸上，第一鏡片921下方更設一開口 923 ； 在內殼92中心軸下方則有一投影鏡頭93，內殼92上方則有一透鏡94蓋闔；此外內殼92旁 側適當處配置一驅動馬達95，并以皮帶96連結內殼92與驅動馬達95。由上述結構，投影鏡頭93將平面的影像向上投射，影像光束穿過開口 923后，經過 第一鏡片921反射至第二鏡片922，第二鏡片922再反射向透鏡94，最后影像光束與桌面呈 一夾角穿出透鏡94。再者，驅動馬達95以皮帶96帶動內殼92旋轉，進而使影像光束能向 周圍三百六十度投射。投影鏡頭93所投射出的影像，是一展示物以各角度拍攝的不同影像。當內殼92 轉動，投影鏡頭93也跟著依序投射各角度影像。例如，當內殼92轉至第一角度區間時，投 影鏡頭93投射出第一影像；內殼92轉動至第二角度區間時，投影鏡頭93投放出第二影像， 依此類推，內殼92轉動一圈恰將展示物所有角度的影像投射一輪。當人在桌體91周圍時，影像投射至雙眼中，且左眼與右眼分別接收到角度相鄰的 兩幀影像，進而由腦部融合運算產生虛擬的立體影像(如圖3)。前述現有立體影像產生裝置9，雖然已可成功產生立體影像，但需要通過兩組鏡片反射影像，加上驅動馬達95帶動內殼92的轉速與投影鏡頭93播放影像的速度必須同步配 合，使得現有立體影像產生裝置9尚有體積大小受限與結構復雜等缺失，不易發展為更具 實用性的產品。發明人有鑒于現有缺失，遂特以研創成本案，期能由本案的提出，改進現有缺點， 期使立體影像相關產品能臻致完善、理想與實用。
發明內容
本發明「3D影像形成的方法與設備」，其主要目的在于提供一種體積小且結構簡 單的立體投影方法與設備。所述3D影像形成的方法是是先將一物件以定距環繞等角度拍攝而得不限幀數 平面影像，再將其中兩幀取景角度不同的影像，同時通過一顯示單元投射，并經一折射單元 而分別偏射投映至雙眼；所述兩幀平面影像信息傳達至腦部整合，產生所述物件的立體影 像視覺。為達上述目的，本發明是一種3D影像形成的設備，其為一種多重影像投射裝置， 由一顯示單元與一折射單元組合而成，其中所述顯示單元，具有一顯示區，所述顯示區內有一中央區，在所述中央區外的顯示 區劃分不限數量并能獨立顯示影像的畫面格，所述顯示單元能產生影像光束；所述折射單元，組合于所述顯示單元上，且其大小能涵蓋所述顯示區，使影像光束 穿射而過時朝特定方向偏折；上述各畫面格于獨立顯示不同取景角度影像時，每一影像光束穿射過折射單元后 各偏折一方向角度，進而將兩幀不同取景角度的影像分別投射至左右雙眼中，進而產生立 體影像視覺。較佳的實施方式中，所述顯示單元為液晶顯示器、有機發光二極管顯示器、映像管 顯示器、發光二極管陣列顯示器或電漿顯示器。較佳的實施方式中，所述顯示區為圓形但不限定只為圓形，所述顯示區圓心處為 中央區，所述中央區外有不限數量的同心圓環線，另有不限數量幅線從中央區圓心向外等 分輻射，所述環線與幅線縱橫交錯，劃分出不限數量畫面格。較佳的實施方式中，所述折射單元是一圓形板片的光學元件，影像光束穿射過折 射單元，會朝所述光學元件的圓心軸線方向偏折，所述折射單元偏折光線方向為偏離圓心 軸線。較佳的實施方式中，所述顯示區為圓形，其圓心處是中央區；其次所述折射單元為 一圓形板體的光學元件，所述折射單元的圓心對齊中央區圓心，而組合于顯示單元上。較佳的實施方式中，所有影像光束偏折交會同一處，該處為一成像區。較佳的實施方式中，所述光學元件為能將光偏折的光學透鏡、繞射光學元件或棱 鏡元件，所述光學元件更為多環同心圓的微結構或有全像干涉條紋的微結構。較佳的實施方式中，所述畫面格于視覺暫留時間內，以中央區為圓心而等角回旋 位移任意角度，所述回旋位移的任意角度包括三分之一、四分之一或五分之一角度。較佳的實施方式中，所述視覺暫留時間是指人眼看到的影像消失后，仍能繼續保 留其影像一小段時間。
通過上述技術手段，本案的功效具體表現在于取一欲呈現立體影像的物件，定距 環繞所述物件等角度連續拍攝不限幀數的平面影像，再將這些影像傳送至顯示單元。所有 平面影像依拍攝順序環狀排列于中央區周圍顯示，每一幀影像光束透射過折射單元時朝其 圓心的軸線偏折。此時，觀察者位于多重影像投射裝置周圍，影像光束分別將兩幀拍攝角度 相鄰的影像投射入雙眼中。由于雙眼接收到的影像信息，是左右角度略有差異的同一物件， 經過腦部融合運算產生立體影像視覺，觀察者即可感覺看到立體的物件影像。上述結構中，顯示單元及折射單元外型皆可為板片造型；其次顯示單元不需設置 驅動馬達而能同時顯示不限幀數影像。由此，本案可確實達到體積輕薄、結構簡單以及不易 故障等多重功效。
圖1為立體視覺的左右視差成像原理示意圖；圖2為現有立體影像產生裝置的剖面結構圖；圖3為現有立體影像產生裝置呈現立體影像的示意圖；圖4為本發明的立體分解圖；圖5為本發明的立體外觀圖；圖6為本發明位于同心圓的畫面格投射影像光束偏折示意圖；圖7為本發明位于相異同心圓的畫面格投射影像光束偏折不同仰角示意圖；圖8為本發明中，實際投影顯示一物件的前置拍攝作業示意圖；圖9為本發明中各角度影像顯示于畫面格的位置示意圖；圖10為本發明中，觀察者位于周圍各角度皆可看到一立體影像的示意圖；圖11為本發明中，觀察者位于不同仰角高度可看到對應仰角立體影像的示意圖；圖12為本發明另一實施例中，影像光束折射遠離軸心線，而不交會即投射入觀察 者眼中的示意圖；圖13為本發明中，畫面格于視覺暫留時間內，以中央區為圓心而等角回旋位移三 分之一角度的示意圖；圖14為本發明應用做為立體電視的示意圖。附圖標記說明1-多重影像投射裝置；2-顯示單元；21-顯示區；22—中央區； 23-環線；24-幅線；25-畫面格；3-折射單元；31-軸線；4-成像區；5-物件；51-立體影像； 6-攝影器材；71-左眼；72-左眼影像；81-右眼；82-右眼影像；9-現有立體影像產生裝置； 91-桌體；92-內殼；921-第一鏡片；922-第二鏡片；923-開口 ；93-投影鏡頭；94-透鏡； 95-驅動馬達；96-皮帶。
具體實施例方式現就本發明「3D影像形成的方法與設備」的詳細內容，配合圖式，舉一本案的較佳 實施例詳細說明如下請參閱圖4與圖5所示，本案「3D影像形成的方法與設備」中，其方法是將至少兩 幀不同角度拍攝的影像投射至一折射單元，以分別將不同角度的影像偏射至左右雙眼中， 進而產生立體視覺影像。
而上述方法所用的設備是一多重影像投射裝置1，其由一顯示單元2與一折射單 元3組合而成，其中顯示單元2，為一水平設置的平板型影像顯示器，其適當處有一圓形的顯示區21 ； 顯示區21圓心處為中央區22，在顯示區21內、中央區22外有二條同心圓的環線23，另有 十六條幅線M從顯示區21圓心向外等分輻射配置；由環線23與幅線M縱橫交錯，在中央 區22外的顯示區21劃分出四十八格，每一格為一能獨立顯示的畫面格25。折射單元3，是一圓形板片的光學元件，其可為光學透鏡、繞射光學元件或棱鏡等 可將光偏折的元件；或者，所述光學元件更可為多環同心圓的微結構或有全像干涉條紋的 微結構。當光線從其下往上穿射而過時會朝鏡片圓心軸線31方向偏折。折射單元3更以 圓心對齊顯示區21的圓心而組合于顯示單元2上，其大小則可涵蓋整個顯示區21范圍。接著請參閱圖6與圖7所示，其為本案多重影像投射裝置1運作時的影像光束路 徑示意圖。首先以最外圈同心圓上的畫面格25為例，其顯示影像時，影像光束向上投射，透 射過折射單元3后向軸線31偏折，且所有影像光束交會于中央區22正上方同一處，形成一 成像區4 (如圖6)。而位于中圈及最內圈同心圓的各畫面格25，投射出的影像光束與上述 最外圈相同，透射過折射單元3后皆往軸線31偏折并交會于成像區4。又如圖7所示，可看 出最內圈、中圈及最外圈的各畫面格25投射出的影像光束，其折射角度各異但仍交會于成 像區4。接下來請參閱圖8所示，其為本實施例多重影像投射裝置1實際投影顯示一物件 5影像之前，前置拍攝作業示意圖。首先取一物件5，以攝影器材6定距環繞并等角度連續 拍攝影像；其中攝影器材6水平環繞拍攝張數對應幅線M的數量，以十六等角度拍攝物件 5 ；而攝影器材6的俯仰角度則對應環線23所構成的同心圓，以三個不同仰角攝影；每一仰 角環繞拍攝十六幀影像，總計三仰角共攝得四十八幀影像。接著將影像傳輸至顯示單元2，其顯示狀態請參閱圖9，每一畫面格25顯示出一幀 影像，且相鄰角度拍攝的影像顯示于相鄰的畫面格25，同一仰角拍攝的影像，則顯示于同一 圈畫面格25。其次，同一角度但不同仰角所攝得影像顯示于同一縱列的畫面格25，拍攝仰 角最高者顯示于最內圈的畫面格25，拍攝仰角最低者則顯示于最外圈的畫面格25。再請參閱圖10與圖11所示，多重影像投射裝置1運作時，各影像光束從顯示單元 2向上投射，經折射單元3偏折至成像區4交會，再往周圍發散。此時觀察者位于多重影像 投射裝置1周圍適當距離處，不論在哪一角度位置，皆有兩幀取景角度相異的畫面格25影 像，分別射入觀察者雙眼中，并根據左右視差成像原理而產生物件5的立體影像51，且所述 立體影像51是出現于中央區上方的成像區4。再者，觀察者位于較高仰角俯視，會看到最內 圈的畫面格25，其投射出取景仰角較高的影像；觀察者位于較低仰角時，是看到最外圈同 心圓畫面格25，其投射出攝影仰角較低的影像，以達到全方位立體影像投射。本發明雖通過前述實施例來描述，但仍可變化其形態與細節，在不脫離本發明的 精神而達成。例如，顯示區21內的畫面格25可規劃為一圈、二圈、四圈或更多圈同心圓。又 或者如圖12所示，折射單元3偏折影像光束方向可變更遠離軸心線型式，所述影像光束不 交會而直接投射入觀察者眼中，但其成像區4會出現在多重影像投射裝置1下方。再者如圖13所示，顯示區21內的畫面格25更可于視覺暫留時間內，以中央區22 為圓心而等角回旋位移任意角度，例如回旋位移三分之一、四分之一或五分之一角度，以投射更多角度的影像進入觀察者眼中，使產生的立體影像解析度精細化。其中，所述視覺暫留 時間是指人眼看到的影像消失后，仍能繼續保留其影像一小段時間。且上述畫面格旋轉位 移僅需通過顯示單元2改變顯示內容即可完成，無須另設置動力元件驅動2或折射單元3， 達到結構簡易與不易故障的功效。此外，可如圖14所示，僅使用二分之一個顯示區21，并將其劃分為三等分畫面格 25，能投射出更大的影像，做為一種不用配戴偏光眼鏡而可裸視的立體電視。以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解， 在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等 效，但都將落入本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種3D影像形成的方法，其特征在于，是先將一物件以定距環繞等角度拍攝而得不 限幀數平面影像，再將其中兩幀取景角度不同的影像，同時通過一顯示單元投射，并經一折 射單元而分別偏射投映至雙眼；所述兩幀平面影像信息傳達至腦部整合，產生所述物件的 立體影像視覺。
2.—種3D影像形成的設備，其特征在于，其為一種多重影像投射裝置，由一顯示單元 與一折射單元組合而成，其中所述顯示單元，具有一顯示區，所述顯示區內有一中央區，在所述中央區外的顯示區劃 分不限數量并能獨立顯示影像的畫面格，所述顯示單元能產生影像光束；所述折射單元，組合于所述顯示單元上，且其大小涵蓋所述顯示區，使影像光束穿射而 過時朝特定方向偏折；上述各畫面格于獨立顯示不同取景角度影像時，每一影像光束穿射過折射單元后各偏 折一方向角度，進而將兩幀不同取景角度的影像分別投射至左右雙眼中，進而產生立體影 像視覺。
3.根據權利要求2所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述顯示單元為液晶顯示器、 有機發光二極管顯示器、映像管顯示器、發光二極管陣列顯示器或電漿顯示器。
4.根據權利要求2所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述顯示區為圓形，所述顯示 區圓心處為中央區，所述中央區外有不限數量的同心圓環線，另有不限數量幅線從中央區 圓心向外等分輻射，所述環線與幅線縱橫交錯，劃分出不限數量畫面格。
5.根據權利要求2所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述折射單元是一圓形板片 的光學元件，影像光束穿射過折射單元，會朝所述光學元件的圓心軸線方向偏折，所述折射 單元偏折光線方向為偏離圓心軸線。
6.根據權利要求2所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述顯示區為圓形，其圓心處 是中央區；其次所述折射單元為一圓形板體的光學元件，所述折射單元的圓心對齊中央區 圓心，而組合于顯示單元上。
7.根據權利要求6所述3D影像形成的設備，其特征在于，所有影像光束偏折交會同一 處，該處為一成像區。
8.根據權利要求5所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述光學元件為能將光偏折 的光學透鏡、繞射光學元件或棱鏡元件，所述光學元件更為多環同心圓的微結構或有全像 干涉條紋的微結構。
9.根據權利要求2所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述畫面格于視覺暫留時間 內，以中央區為圓心而等角回旋位移任意角度，所述回旋位移的任意角度包括三分之一、四 分之一或五分之一角度。
10.根據權利要求9所述3D影像形成的設備，其特征在于，所述視覺暫留時間是指人眼 看到的影像消失后，仍能繼續保留其影像一小段時間。
全文摘要
本發明是有關于一種3D影像形成的方法與設備，其3D影像形成的方法為將一物件兩幀取景角度不同的平面影像，分別投映至左右雙眼中，所述二平面影像傳達至腦部整合而產生立體影像視覺。上述產生立體影像視覺的方法，更由一多重影像投射裝置完成，所述裝置在一顯示單元上組合一折射單元而成。其中，顯示單元能顯示不限數量的影像；折射單元是一種光學元件，顯示單元產生影像光束穿過折射單元后會偏折一角度，進而將任兩幀取景角度的不同影像分別投射至人的雙眼以產生立體視覺效果。
文檔編號G02B27/22GK102103266SQ20091024707
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月21日 優先權日2009年12月21日
發明者張瑞聰 申請人:張瑞聰