CN100388076C

CN100388076C - 在采用全视差的3d图像显示装置中去除莫尔图形的方法

Info

Publication number: CN100388076C
Application number: CNB2004100856598A
Authority: CN
Inventors: 金成植; 孙廷荣; 洪昌完; 程泰洪
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: CN1591091A; KR20050013020A; US20050073472A1; JP2005045821A; US8284119B2; KR100538227B1

Abstract

本发明提供一种在使用全视差的3D图像显示装置中去除莫尔图形的方法。在具有图像显示板和提供全视差的器件的3D图像显示***中去除莫尔图形的方法，包括：以预定角度相互交叉该图像显示板和该器件。该器件是位于图像显示板的前面或后面的交叉透镜板或微透镜阵列板。

Description

在采用全视差的3D图像显示装置中去除莫尔图形的方法

本申请要求于2003年7月26日向韩国知识产权局提交的No.2003-51842的韩国专利申请的优先权，其公开作为整体在这里作为参考引入。

技术领域

本发明涉及一种提高在三维(3D)图像显示装置中显示的图像质量的方法，尤其涉及一种在采用全视差(complete parallax)的3D图像显示装置中使用两个微透镜板(lenticular)或微透镜阵列板(micro-lens array)去除莫尔图形的方法。

背景技术

一般来讲，莫尔图形是一种当两个分离的周期性图案以预定角度相互重叠时产生的自然干扰现象。莫尔图形看起来像是波、波纹和一小绺的形状，因为强度变化的原因，上述莫尔图形好像和屏幕的显示图像重叠。在所有彩色阴极射线管电视中(CRT TV)总是会出现莫尔图形，

在CRT中，当电子束从电子枪入射到掺杂磷的荫罩上时发出磷光。在荫罩中，磷光产生区域与电子束入射区域相匹配，这样由电子束形成的磷光图案与规则的图案相叠置。在CRT中，莫尔图形是由规则的荫罩图案和磷光图案这两个图案产生的。因此，莫尔图形不产生在CRT屏幕上意味着由CRT的电子枪射出的电子束没有准确地入射到磷光体的中心。此时，CRT图像看上去模糊。

因为电子束的入射区域等于由显示板产生的像素的尺寸，而像素的尺寸小于磷光体的尺寸，所以显然会产生这个缺点。因此通过使得磷光体具有与显示板产生的像素相同的尺寸，就可以克服上述缺点。

与此同时，在液晶显示器(LCD)中，每个液晶器件都作为一个像素，因此，液晶显示器自身中并不出现莫尔图形。

然而，通过使用两个透镜板来具体体现全视差的3D图像显示装置包括：一个显示平板(也就是作为图像显示板用的液晶显示装置)；以及与该显示平板相叠置的上覆的微透镜阵列板或两个微透镜板。因此，当微透镜之间的间距或构成每个透镜板的透镜的接触区之间的间距与所述液晶显示装置的象素间距准确一致时，莫尔图形得以形成。

特别是，微透镜阵列板或透镜板具有厚度，该厚度的存在使得观察距离或观察角度得以改变。

因此，很难完全去除在使用两个微透镜板或微透镜阵列板以具体体现全视差的传统的3D图像显示装置中的莫尔图形。

发明内容

本发明提供一种去除莫尔图形的方法，其中在采用全视差实现3D图像的同时能排除莫尔图形的影响。

根据本发明的一个方面，提供一种去除莫尔图形的方法，该莫尔图形出现在具有在第一周期形成的第一图案的第一板与具有在第二周期形成的第二图案的第二板相叠置时，该方法包括以预定角度将第一板和第二板相互交叉。

根据观看距离，第一板和第二板可以以莫尔图形的最大空间频率角交叉，也可以以莫尔图形的空间频率的最小变化速率角交叉。

第一图案和第二图案中的至少一个可以是栅格。此时，交叉角可为20°～30°。

根据本发明的另一方面，提供一种在具有图像显示板的图像显示装置和提供全视差的器件的3D图像显示***中去除莫尔图形的方法，该方法包括：将图像显示板和器件以预定角度相互交叉。

根据观看距离，该图像显示板和该器件可以以莫尔图形的最大空间频率角交叉，也可以以莫尔图形的空间频率的最小变化速率角交叉。

该图像显示板和该器件可以以20～30度之间的角度和大约26度的角度交叉。

该器件可位于图像显示板的前面或后面。

根据本发明，由于增加莫尔图形的空间频率可使莫尔图形的间隔比人眼可识别的间隔更窄，所以观察者基本上不能识别出莫尔图形，因此可以看到没有莫尔图形影响的画质良好的图像。

附图说明

本发明的上述及其他特征和优点将通过典型实施方案的详细描述并参照其附图变得更加明白，其中：

图1为一3D图，用于说明包括在3D图像显示***中的使用全视差的图像显示装置的示意结构；

图2为一正视图，用于说明两个栅格板以预定角度旋转并无间隔叠置时的情形，其中该两个格栅板分别对应于图1的图像显示装置中的平板显示装置和交叉透镜板；

图3为说明每个栅格板的栅格节距变化的视图，其栅格节距变化取决于在以预定间隔分离开的两个栅格板上的观察位置；

图4为一照片，用于说明当具有正方形格栅的格栅板在与一连续变化周期的辐射图案相叠置，然后辐射图案旋转360度时示出的莫尔图形变化；

图5为一照片，用于说明当构成两个栅格板的栅格的节距差在零度交叉角以2％的变化量从2％到10％间变化时的莫尔图形变化；

图6为一照片，用于说明当构成两个栅格板的栅格的节距差在18度交叉角以2％的变化量从2％到10％间变化时的莫尔图形变化；

图7为一照片，用于说明当构成两个栅格板的栅格的不同节距在22度交叉角以2％的变化量从2％到10％间变化时的莫尔图形变化；

图8为一照片，用于说明当构成两个栅格板的栅格的不同节距在26度交叉角以2％的变化量从2％到10％间变化时的莫尔图形变化；

图9为一照片，用于说明当构成两个栅格板的栅格之间的节距差在45度交叉角以2％的变化量从2％到10％间变化时的莫尔图形变化。

具体实施方式

现参照附图详述本发明，其中附图示出了本发明的典型实施方案。本发明可以以多种不同的形式实施，其不应解释为仅限于这里提出的实施方案；相反地，提供的实施方案是使该公开更全面和完整，而且还向本领域的技术人员充分表达了本发明的基本原理。在附图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度。应该理解当称一层在另一层或基底“上”时，其可直接地在另一层或基底上，或也可存在***层。

作为传统技术的一个显著的缺陷，在采用微透镜阵列板或两个透镜板来实现全视差的3D图像显示装置中很难去除莫尔图形。因此，本发明人尝试了一种使现有的莫尔图形不会被观察者的眼睛识别的方法，而不是去除现有的莫尔图形的方法。与其同时，既然莫尔图形依据观察距离或观察方向变化，本发明人尝试了一种使莫尔图形不根据观察距离或观察方向大幅度变化的方法。

理论上，为了减少在使用全视差的3D图像显示装置中莫尔图形的影响，使得构成莫尔图形的干涉条纹的周期小于根据预定距离人眼的分辨率给出的光点尺寸。另外，图像显示板和实现全视差的器件以莫尔图形在可识别的范围内的尺寸上没有变化的位置角重叠，该可识别的范围取决于观察距离或观察角度。该器件是微透镜阵列板或交叉透镜板。在交叉透镜板中，两个透镜板彼此附着以使透镜表面相互垂直地交叉。

图1为一3D图，用于说明包括在使用全视差的3D图像显示***中的图像显示装置的示意结构。

参照图1，附图标记30表示观察区域，10表示显示平板，例如液晶显示器(LCD)，20表示交叉透镜板，其用于将通过显示平板10显示的图像作为3D图像显示给观察者；交叉透镜板20包括：面对着观察区域30的第一透镜板22；以及面对着设置在后部的平面显示板10的第二透镜板24。多个第一双凸透镜22a彼此平行地布置于与第一透镜板22水平的方向上。多个第二双凸透镜24a彼此平行地布置于与第二透镜板24垂直的方向上。因此，在交叉透镜板20中，第一和第二双凸透镜22a和24a彼此交叉，每一个双凸透镜在彼此交叉部分接触。

在形成莫尔图形的方面，平面显示板10和交叉透镜板20的重叠完全与包括大量正方形栅格的两个栅格板的重叠相同。

例如，在使用液晶板作为平面显示板10的情况下，平面显示板10具有周期的结构，该结构中正方形像素12以方格板式或方格图式布置。因此，平面显示板10能使用包括与像素数量相同数量的正方形栅格的第一栅格板。

另外，由于每个构成交叉透镜板20的透镜板都具有彼此接触的垂直交叉的透镜，透镜的接触部分可使用一个正方形栅格以实现具体化。因此，交叉透镜板20可使用包括与像素数量相同数量正方形栅格的第二栅格板以实现具体化。

如上所述，平面显示板10和交叉透镜板20都能使用包括相同数量栅格的栅格板来具体地体现。因此，显示在图1的图像显示板上莫尔图形与在第一和第二栅格板在其两者隔开对应于交叉透镜板20厚度的距离的情形下重叠时所形成的莫尔图形是相同的。

图2图示说明在图1的图像显示装置中第一和第二栅格板在其间不存在间隔的情况下相互重叠时所形成的莫尔图形。

在图2中，附图标记50表示第一栅格板，附图标记60表示第二栅格板，第二栅格板以例如大约11度的预定角度θ旋转。因此，附图标记40和42表示形成第一栅格板50的第一线性栅格和第二线性栅格。而附图标记44和46表示形成第二栅格板60的第三线性栅格和第四线性栅格。附图标记G1表示形成第一栅格板50的第一正方形栅格，附图标记G2表示形成第二栅格板60的第二正方形栅格。一个第一正方形栅格G1对应于一个像素，一个第二正方形栅格G2对应于一个第一正方形栅格G1。

参照图2，在预定周期重复地形成的干涉条纹70(即莫尔图形70)出现在第一和第二栅格板50和60的重叠区域。而相同的干涉条纹72也出现在第一和第三栅格板40和44重叠的区域，和第二和第四栅格板42和46重叠的区域。

干涉条纹的周期是根据栅格位置的相对变化形成，该栅格位置通过交叉具有相同特性的两个栅格提供，并且干涉条纹的周期与将栅格的原始周期除以变化量所获得的值相同。因此，随着变化量的减小，干涉条纹的周期就增加。

图3是用于说明构造第三栅格板80的栅格之间的节距和构造第四栅格板90的栅格之间的节距的平面图，其节距的变化取决于观察位置。

参照图3，可以得到从观察者的位置“V”看到的莫尔图形的数学表达式。

详细地，第三栅格板80起平面显示板，例如液晶板，的作用，第四栅格板90起交叉透镜板的作用，该交叉透镜板与第三栅格板80隔开预定的距离“h”。

与此同时，假定Z轴是连接第三和第四栅格板80和90中心的直线，X轴沿第四栅格板90而设。那么Y轴(未示出)就布置在相对于包括X轴和Z轴的平面的垂直方向上。

在图3中，假定观察者的位置“V”布置在包括X轴和Z轴的平面(此后称作“X-Z平面”)上，即Y轴为0的平面上。在X-Z平面上的观察者的位置“V”是从Z轴旋转预定角度“u”，从第四格栅板90的中心隔开预定距离“r”的位置。因此，观察者位置“V”的极坐标为(rsin u、0，rcos u)。

当观察者在观察者的位置“V”观察第三和第四栅格板80和90的预定位置时，例如当观察者观察具有第一节距S2-S1的第三栅格板和具有第二节距的P2-P 1的第三栅格板时，由于第三栅格板80比第四栅格板90距观察者的位置“V”更远，所以与第二节距的P2-P1相比，第一节距S2-S1相对减小。

该事实可通过将第一节距S2-S1投射到第四栅格板90上证实。

详细描述，图3的附图标记PS1和PS2对应于在投射到第四栅格板90a的第三栅格板80上具有第一节距S2-S1的栅格的部分，也就是投射栅格的起点和终点。因此，投射的栅格的节距(此后称为第三节距)对应于PS2-PS1。由于具有第三节距PS2-PS1的投射栅格对应于远离观察者位置“V”的第三栅格板80的栅格，其沿相同的视线被投射到接近观察者位置“V”的第四栅格板90上，因此第三节距PS2-PS1适度地小于第二节距P2-P1。结果，在观察者的位置“V”看起来好像第一节距S2-S1小于第二节距P2-P1。

与此同时，从观察者位置“V”观察到的第二节距P2-P1和第三节距PS2-PS1的真实节距与当第二节距P2-P1和第三节距PS2-PS1投射到与相互连接观察者的位置“V”、第一节距S2-S1的中心S0和第二节距P2-P1的中心P0的线相垂直的面上时所获得的长度相等。

通过第三和第四栅格板80和90的重叠所形成的莫尔图形“M”，可以下面的公式1所表示。

【公式1】

M = [1 + \sin (\frac{2 π}{q^{''}} x)] [\frac{2 π}{p} y] AA

其中

q”：投射到面上的第二节距P2-P1的长度

q’：投射到面上的第三节距PS2-PS1的长度

p：象素节距

AA：公式2给出的栅格的周期整数

【公式2】

AA = [1 + \sin (\frac{2 π}{q^{'}} x \sin u_{1} - \frac{2 π}{p} y \cos u_{1})] [1 + \sin (\frac{2 π}{p} y \sin u_{1} - \frac{2 π}{q^{'}} x \cos u_{1})]

其中

q’由下面的公式3给出

【公式3】

q^{'} = \sqrt{p - p^{' 2}}

其中

公式1的q”由下面的公式4给出

【公式4】

q^{''} = \sqrt{[d_{2} (x, h) - {[d_{1} (x, h)]}^{2} - p^{'' 2}}

其中

公式3的p’和公式4的p”分别由下面的公式5和公式6给出

【公式5】

p^{'} = \sqrt{(r \sin u - {(x - \frac{p}{2})}^{2} + r^{2} {\cos u}^{2}} - \sqrt{{(r \sin u - (x + \frac{p}{2})}^{2} + r^{2} {\cos u}^{2}}

【公式6】

p^{''} = \sqrt{{[r \sin u - d_{1} (x, h)]}^{2} + r^{2} {\cos u}^{2}} - \sqrt{{[r \sin u - d_{2} (x, h)]}^{2} + r^{2} \cos u^{2}}

其中

d1和d2分别由下面的公式7和公式8给出

【公式7】

d_{1} (x, h) = \frac{- r \sin u + [x - \frac{p}{2}]}{r \cos u + h} [r \cos u - \frac{r \cos u + h}{r \sin u - (x - \frac{p}{2})} r \sin u]

【公式8】

d_{2} (x, h) = \frac{- r \sin u + [x + \frac{p}{2}]}{r \cos u + h} [r \cos u - \frac{r \cos u + h}{r \sin u - (x + \frac{p}{2})} r \sin u]

在上述公式中，距离“r”的变化，即观察者位置“V”的变化与q’和q”的比率的变化相同。因此，如果公式1可用Z轴和观察者的位置“V”之间的角度“u”的变化以及第三和第四栅格板80和90的栅格节距变化表示，就能表示出取决于距离“r”和观察者的位置“V”的角度“u”的莫尔图形的变化。

图4表示出莫尔图形的变化，该莫尔图形的变化是在下述的条件下产生的，即在连续变化的周期辐射图案100与正方形栅格(未示出)重叠，然后辐射图案旋转360度，即角度“u”变化了360度。在图4中，亮区和暗区代表了相位变化。例如附图标记102表示相位为90度的区域附图标记104表示相位为-90度的区域。

参照图4，虽然莫尔图形相位变化，但莫尔图形的形状在45度周期内具有相同的形状。因此，莫尔图形在莫尔图形位于0度到45度中的位于大约26度的位置上具有不变的周期或节距，而不需考虑辐射图案100的节距变化，并且莫尔图形具有最大空间频率。即，在单位节距中有最多的莫尔条纹。

其次，图5到图9图示了当两个栅格板(例如，第三和第四栅格板(图3的80和90))重叠时，在0和45度之间相互不同的五个角度“u”处，根据第三栅格板80的栅格节距和第四栅格板90的栅格节距间的差而定的莫尔图形的变化，即，当第四栅格板90在五个角度处旋转时在五个角度分别观察到的栅格节距间的差。

图5图示了在角度“u”为0度处当栅格间的节距差以2％的变化量从2％到10％间变化时显示的莫尔图形的变化。最左边一张是当节距差为2％时的情形，最右边一张是当节距差为10％时的情形。这种排列和图6至图9中的排列相同。

参照图5，当节距差大时，莫尔图形的空间频率，即莫尔图形的空间变化速率增加。

图6图示了在18度的角度“u”处当栅格间的节距差以2％的变化量从2％到10％变化时显示的莫尔图形的变化。

参照图6，莫尔图形有大约九个空间频率，与莫尔图形的亮周期相比不同的是，当节距差为10％时，根据节距差而定的空间频率变化增加。

图7图示了在22度的角度“u”处当栅格间的节距差以2％的变化量从2％到10％变化时显示的莫尔图形的变化。

图7所示的莫尔图形大约有十一个空间频率，其变化小于图6的变化。

图8图示了在26度的角度“u”处当栅格间的节距差以2％的变化量从2％到10％变化时显示的莫尔图形的变化。

图8所示的莫尔图形大约有十三个空间频率，随着节距差的增加，会出现空间频率变化的增加。

在图8所示的莫尔图形变化中，莫尔图形的空间频率的一个周期的大小，也就是说，莫尔图形间的节距小于一观察者可以分辩的最小幅值。相应地，观察者不能够分辩莫尔图形，在观察图象时不能够觉察出莫尔图形的效应。

图9图示了在45度的角度“u”处当栅格间的节距差以2％的变化量从2％到10％变化时显示的莫尔图形的变化。

与0度时的莫尔图形相似，随着节距差的增加，图9所示的莫尔图形的空间频率增加，不过即使是在节距差为10％时其空间频率仍较小，也就是大约为三。

参照图5到图9，第三和第四栅格板80和90可具有20度到30度的交叉角，以用于减小莫尔图形的影响，其也可以具有26度的交叉角。在该交叉角上，莫尔图形具有最大的空间频率，具有根据观察距离而定的空间频率的最小变化速度。

由于第三和第四栅格板80和90分别对应图像显示板和用于全视差的器件，即交叉透镜板或微透镜阵列板，因此优选该图像显示板和该器件以最大空间频率角相互交叉，并且以根据观察距离而定的空间频率的最小变化速度角相互交叉。

如上所述，在本发明中，根据观察者眼睛的光学分辨率，在3D显示装置中，以预定的角度将显示平板或用于全视差的器件交叉。结果，在3D图像中出现的莫尔图形的节距周期小于观察者眼睛的光学分辨率所能识别的大小。观察者就不能识别出莫尔图形。即本发明可以去除莫尔条纹现象这一3D图像最重大的缺陷，并能提供给观察者高质量的3D图像。

虽然本发明参照其典型实施例进行了详细图示和描述，但本领域普通技术人员应该理解在本发明的形式和细节上的各种变化均不脱离下列权利要求所定义的本发明的的精神和范围。

Claims

1.一种去除莫尔图形的方法，该莫尔图形出现在具有以第一周期形成的第一图案的第一板叠置具有以第二周期形成的第二图案的第二板时，该方法包括通过转动第一板和第二板其中之一以在20度～30度之间的预定角度相互交叉第一板和第二板。

2.根据权利要求1的方法，其中第一板和第二板以26度的角度交叉，以使莫尔图形具有最大的空间频率角。

3.根据权利要求1的方法，其中第一图案和第二图案中的至少一个是栅格。

4.一种在具有图像显示装置的3D图像显示***中去除莫尔图形的方法，该图像显示装置包括图像显示板和提供全视差的器件，该方法包括：

通过转动该图像显示板和该器件其中之一以在20度～30度之间的预定角度相互交叉该图像显示板和该器件。

5.根据权利要求4的方法，其中该图像显示板和该器件以26度的角度交叉，以使莫尔图形具有最大的空间频率角度。

6.根据权利要求4的方法，其中该器件位于图像显示板的前面或后面。

7.根据权利要求4的方法，其中采用平面显示装置作为该图像显示平板，采用交叉透镜板或微透镜阵列板作为该器件。

8.根据权利要求6的方法，其中采用平面显示装置作为该图像显示平板，采用交叉透镜板或微透镜阵列板作为该器件。