JP2005045821A

JP2005045821A - 完全視差を利用した３次元映像表示装置でのモアレパターンの除去方法

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Publication number: JP2005045821A
Application number: JP2004217672A
Authority: JP
Inventors: Seishoku Kim; 成植金; Teiei Son; 廷栄孫; Chang W Hong; 昌完洪; Taiko Tei; 泰洪程
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2005-02-17
Also published as: CN1591091A; CN100388076C; KR20050013020A; US20050073472A1; US8284119B2; KR100538227B1

Abstract

【課題】完全視差を利用した３次元映像表示装置でのモアレパターンの除去方法を提供する。
【解決手段】映像表示パネルと完全視差を与える手段とを含む映像表示部を備える３次元映像表示システムのモアレパターンの除去方法において、前記映像表示パネルと前記手段とを与えられた角に交差させることを特徴とするモアレパターンの除去方法である。前記手段は、前記映像表示パネルの前方または後方に位置する交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は３次元映像表示装置に表示される映像の質を向上させる方法に係り、さらに詳細には、２枚のレンチキュラー板あるいはマイクロレンズ配列板が使われる完全視差を利用した３次元映像表示装置でのモアレパターンの除去方法に関する。

一般的に、モアレパターンは、独立した二つの周期的なパターンが一定角度で重畳される場合に形成される自然的な干渉現象である。モアレパターンは、波状の曲線、小波、スクリーンの表示映像と重畳される小さな束状の強度変動によって全てのカラーＣＲＴＴＶでは必ず現れる。

ＣＲＴで蛍光物質がドープされたシャドーマスク上に電子銃から電子ビームが入射されつつりん光が発生する。前記シャドーマスクから前記りん光が発生する部位の面積と前記電子ビームの入射面積とが一致することによって、シャドーマスクの規則的なパターンに前記電子ビームによるりん光パターンが重畳された形態となる。ＣＲＴでは、前記２つの規則的なパターンの存在によってモアレパターンが形成される。したがって、ＣＲＴにモアレパターンが現れていないというのはＣＲＴの電子銃から放出された電子ビームが蛍光物質の中心に正確に入射されていないことを意味する。この場合に、ＣＲＴ映像は濁って見える。

この問題の正確な発生原因は、電子ビームの入射面積がビデオボードによって生成される画素の大きさと同じである一方、前記画素の大きさが蛍光物質のサイズより小さいためである。したがって、前記蛍光物質のサイズを前記ビデオボードによって生成される前記画素の大きさと同じにすることによって前記問題は解消されうる。

一方、液晶表示装置（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）では、各液晶セル自体が１つの画素として動作する。したがって、ＬＣＤ自体によるモアレパターンは現れない。

しかし、２枚のレンチキュラー板を利用して完全視差方式を具現する３次元映像表示装置の場合、平板表示装置、すなわちＬＣＤを映像表示パネルとして利用し、その上にマイクロレンズ配列板または２枚のレンチキュラー板を重畳させる。したがって、マイクロレンズ間のピッチあるいは各レンチキュラー板を構成するレンズの接触領域間のピッチが前記ＬＣＤの画素ピッチと正確に一致しない場合、モアレパターンが発生する。

特に、前記マイクロレンズ配列板やレンチキュラー板は厚さを有している。したがって、厚さ効果によって視聴距離が変わるか、または視聴角度が変わりうるが、この場合には、マイクロレンズ間のピッチあるいは各レンチキュラー板を構成するレンズの接触領域間のピッチが前記ＬＣＤの画素ピッチと正確に一致しても、モアレパターンは発生する。

したがって、従来の完全視差の具現のためにマイクロレンズ配列板や２枚のレンチキュラー板を使用する３次元映像表示装置でモアレパターンを完全に除去することは難しい。
米国特許公開２００３／０２５９９５韓国特許公開２００１−０９８３０８特開２００２−０８１９２３号公報特開２００２−２２８９７４号公報特開２００２−２５０８９５号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来の技術の問題点を改善するためのものであって、完全視差を利用した３次元映像を具現する過程でモアレパターンへの影響を排除できるモアレパターンの除去方法を提供することである。

前記課題を達成するために本発明は、第１周期を有するパターンを含む第１板と第２周期を有するパターンを含む第２板とを重畳させる時に現れるモアレパターンを除去するための方法において、前記第１及び第２板を与えられた角に交差させることを特徴とするモアレパターンの除去方法を提供する。

前記第１及び第２板は、前記モアレパターンの空間周波数が最大になる角に交差させることが望ましく、前記第１及び第２板は、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる角に交差させることが望ましい。

記第１及び第２パターンのうち少なくとも一つはグリッドでありうる。この時、前記第１及び第２板の交差角は２０°〜３０°ほどである。

本発明はまた、前記課題を達成するために、映像表示パネルと完全視差を与える手段とを含む映像表示部を備える３次元映像表示システムのモアレパターンの除去方法において、前記映像表示パネルと前記手段とを与えられた角に交差させることを特徴とする３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法を提供する。

前記映像表示パネルと前記手段とは前記モアレパターンの空間周波数が最大になる角に交差させることが望ましく、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる角に交差させることが望ましい。

前記映像表示パネルと前記手段とは２０°〜３０°に交差させることが望ましいが、２６°程度に交差させることがさらに望ましい。

前記手段は、前記映像表示パネルの前方または後方に位置する交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を使用する。

本発明は視聴者の肉眼の光学的な分解能を考慮して３次元映像表示部の平板表示装置または完全視差のための手段とを与えられた角度に交差させる。この結果、３次元映像に現れるモアレパターンの周期あるいはピッチが前記視聴者の肉眼の光学的な分解能で区分できるサイズより小さくなって、前記視聴者にモアレパターンは見えなくなる。すなわち、３次元映像の最も大きい問題点のうち一つであるモアレ現象を除去でき、前記視聴者にはさらに高画質の３次元映像を提供できる。

以下、本発明の実施例による完全視差を利用した３次元映像表示装置でのモアレパターンの除去方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示した。

従来の技術の問題点として指摘したように、完全視差の具現のためにマイクロレンズ配列板や２枚のレンチキュラー板を使用する３次元映像表示装置で、モアレパターンを完全に除去することは難しい。そのため、本発明者は、モアレパターンの存在自体を除去するより存在するモアレパターンを視聴者の目に認識させない方法を模索した。これと共にモアレパターンは、視聴距離や視聴方向によって変わるため、本発明者は視聴距離や視聴方向によってモアレパターンを大きく変化させない方法を模索した。

理論的に、完全視差を利用した３次元映像表示装置でモアレパターンの影響を低減させるためには、モアレパターンを構成する干渉フリンジの周期が与えられた距離で視聴者の目の解像度によって与えられる光点のサイズより小さくする。また、視聴距離や視聴角度によって、そのサイズが認識可能な程度に変わらない位置の角度に映像表示パネルと完全視差とを具現するための手段とを重畳させれば良い。前記手段は、マイクロレンズ配列板または交差レンチキュラー板である。前記交差レンチキュラー板は、同じ２枚のレンチキュラー板がそれぞれのレンズ面が垂直に交差するように付着されたものである。

図１は、完全視差方式の３次元映像が表示される３次元映像システムの映像表示部の構成を立体的に示す。図１を参照するに、３０は視聴領域を表し、１０は平板表示装置、例えば、ＬＣＤを、２０は平板表示装置１０に表示される映像を視聴者に３次元映像に見せる交差レンチキュラー板を表す。交差レンチキュラー板２０は、視聴領域３０に向かう第１レンチキュラー板２２と後側の平板表示装置１０に向かう第２レンチキュラー板２４とよりなる。第１レンチキュラー板２２に横方向に複数の第１レンチキュラーレンズ２２ａが並んで配列されている。第２レンチキュラー板２４に縦方向に複数の第２レンチキュラーレンズ２４ａが並んで配列されている。したがって、交差レンチキュラー板２０で第１及び第２レンチキュラーレンズ２２ａ，２４ａは相互垂直に交差し、交差される部分で各レンチキュラーレンズは相互接触する。

モアレパターンの形成の次元で見れば、平板表示装置１０と交差レンチキュラー板２０とを重畳させることは単純に無数に多くの正方形グリッドを含む二つのグリッド板を重畳させると同等である。

例えば、平板表示装置１０が液晶表示パネルである場合、平板表示装置１０は、正方形の画素１２がチェックボード状あるいは碁盤状に配列された周期的な構造である。したがって、平板表示装置１０は、画素数と同じ正方形グリッドを含む第１グリッド板で表せる。

また、交差レンチキュラー板２０を形成する各レンチキュラー板のレンズは垂直に交差接触するため、レンズが接触する部分は正方形の一つのグリッドで表せる。したがって、交差レンチキュラー板２０全体は、画素数と同じ正方形グリッドを含む第２グリッド板で表せる。

このように、平板表示装置１０と交差レンチキュラー板２０とは、同じグリッドを含むグリッド板で表せる。したがって、図１に示された映像表示部に現れるモアレパターンは、前記第１及び第２グリッド板を交差レンチキュラー板２０の厚さに当る距離だけ離隔した状態に重畳させた時に形成されるものと同じである。

図２は、前記第１及び第２グリッド板を間隔なしに重畳させた時に現れるモアレパターンを示す。図２で、５０は第１グリッド板を、６０は所定の角（θ）、例えば、１１°程度に回転された状態の第２グリッド板を表す。そして、４０と４２とはそれぞれ第１グリッド板５０を作る第１及び第２線格子を表す。また、４４と４６とはそれぞれ第２グリッド板６０を作る第３及び第４線格子を表す。Ｇ１は第１グリッド板５０を形成する第１正方形グリッドを表し、Ｇ２は第２グリッド板６０を形成する第２正方形グリッドを表す。一つの第１正方形グリッドＧ１は一つの画素に該当され、一つの第２正方形グリッドＧ２は一つの第１正方形グリッドＧ１に該当する。

図２を参照すれば、第１及び第２グリッド板５０，６０が重畳される領域に、与えられた周期で反復される干渉パターン、すなわちモアレパターン７０が現れる。また、第１及び第３線格子４０，４４が重畳された領域と第２及び第４線格子４２，４６が重畳された領域とにも同じ干渉パターン７２が現れる。

このような干渉パターンの周期は、二つの同じ特性を有するグリッドが交差することによって与えられるグリッド位置の相対的な遷移によって形成され、元来のグリッドの周期を遷移による量で割ったものと同じである。したがって、遷移の量が少ないほど前記干渉パターンの周期は延びる。

図３は、第３グリッド板８０を構成するグリッド間のピッチと第４グリッド板９０を構成するグリッド間のピッチとが視聴者の位置によって変化することを示す平面図である。図３を参照するに、視聴者の位置“Ｖ”で見えるモアレパターンに対する数式的な表現が求められる。

具体的に、第３グリッド板８０は、平板表示装置、例えばＬＣＤの役割を行い、第４グリッド板９０は、第３グリッド板８０から与えられた距離“ｈ”だけ離隔した交差レンチキュラー板の役割を行う。

一方、第３及び第４グリッド板８０，９０の中心を連結する直線をＺ軸とし、第４グリッド板９０に沿ってＸ軸が存在すると仮定する。したがって、Ｙ軸（図示せず）は、前記Ｘ軸とＺ軸とを含む平面に垂直方向に存在する。

図３で、視聴者の位置“Ｖ”はＸ軸とＺ軸とを含む平面（以下、Ｘ−Ｚ平面という）、すなわち、Ｙ軸の値が０である平面に存在すると仮定する。前記Ｘ−Ｚ平面で視聴者の位置“Ｖ”は前記Ｚ軸から与えられた角“ｕ”だけ回転された位置であり、かつ第４グリッド板９０の中心から与えられた距離“ｒ”だけ離隔した位置である。したがって、視聴者の位置“Ｖ”の極座標は（ｒｓｉｎｕ，０，ｒｃｏｓｕ）となる。

この位置で視聴者が第３及び第４グリッド板８０，９０の与えられた位置を見る場合、例えば、第１ピッチＳ２−Ｓ１を有する第３グリッド板８０のグリッドと第２ピッチＰ２−Ｐ１を有する第４グリッド板９０のグリッドとを見る場合、第３グリッド板８０が視聴者の位置“Ｖ”から第４グリッド板９０より遠く位置するため、第１ピッチＳ２−Ｓ１は第２ピッチＰ２−Ｐ１に比べて相対的に減少する。

このような事実は、第１ピッチＳ２−Ｓ１を第４グリッド板９０に投影させることによって明らかになる。

具体的に、図３で、ＰＳ１及びＰＳ２は、第３グリッド板８０で第１ピッチＳ２−Ｓ１を有するグリッドが第４グリッド板９０に投影された部分、すなわち、投影されたグリッドの始点及び終点に該当する。したがって、ＰＳ２−ＰＳ１は、前記投影されたグリッドのピッチ（以下、第３ピッチという）となる。第３ピッチＰＳ２−ＰＳ１を有する前記投影されたグリッドは、視聴者の位置“Ｖ”から遠く離隔した第３グリッド板８０のグリッドが視聴者の位置“Ｖ”にさらに近い第４グリッド板９０に同じ視線に沿って投影されたものであるので、第３ピッチＰＳ２−ＰＳ１は、第２ピッチＰ２−Ｐ１より当然に減少する。これにより、視聴者の位置“Ｖ”で見る時、第１ピッチＳ２−Ｓ１は第２ピッチＰ２−Ｐ１より減少したように見える。

一方、視聴者の位置“Ｖ”で見た第２ピッチＰ２−Ｐ１と第３ピッチＰＳ２−ＰＳ１の実際ピッチとは、視聴者の位置“Ｖ”と第１ピッチＳ２−Ｓ１の中心Ｓ０と第２ピッチＰ２−Ｐ１の中心Ｐ０とを連結する線に垂直する平面に第２ピッチＰ２−Ｐ１及び第３ピッチＰＳ２−ＰＳ１を投影した時に得られる長さと同じになる。

前記平面に投影された第２ピッチＰ２−Ｐ１の長さをｑ”とし、前記平面に投影された第３ピッチＰＳ２−ＰＳ１の長さをｑ’とする時、第３及び第４グリッド板８０，９０の重畳によって現れるモアレパターンＭは、次の式（１）のように表示できる。

式（１）で、ＡＡは式（２）で与えられるグリッドの周期整数であり、Ｐはピクセルピチである。

式（２）で、ｑ’は次の式（３）で与えられる。

式（１）のｑ”は、次の式（４）で与えられる。

式（３）のｐ’と式（４）のｐ”とはそれぞれ次の式（５）及び式（６）で与えられる。

次いで、式（６）で、ｄ１及びｄ２はそれぞれ式（７）及び式（８）で与えられる。

これら方程式で、ｒを異にすること、すなわち、視聴者の位置“Ｖ”を異にすることはｑ’とｑ”との比を異にすることと同じである。したがって、Ｚ軸と視聴者の位置“Ｖ”間の角“ｕ”を異にし、第３及び第４グリッド板８０，９０のグリッドピッチを異にして式（１）を表せば、視聴者が位置する距離“ｒ”と角度“ｕ”とによるモアレパターンの変化を表せる。

図４は、これに基づいて正方形グリッド（図示せず）と周期が連続的に変わる放射形パターン１００とを重畳させ、放射形パターン１００を３６０°回転させて、すなわち、角度“ｕ”を３６０°異にした時に現れるモアレパターンの変化を示す。図４で、明るい部分と暗い部分とは位相の変化を表すが、例えば、１０２は位相が＋９０°である領域を、１０４は位相が−９０°である領域を表す。

図４を参照すれば、モアレパターンは位相が変わるが、モアレパターンの形態は４５°を周期に同じであることが分かる。そして、０°と４５°間に現れるモアレパターンのうち２６°ほどの位置に存在するモアレパターンの周期あるいはピッチが放射形パターン１００のピッチ変化と関係なく一定していることが分かり、また、最大の空間周波数を有することが分かる。すなわち、単位ピッチに最も多くのモアレパターンが存在することが分かる。

次いで、図５ないし図９は、二つのグリッド板、例えば、前記第３及び第４グリッド板（図３の８０と９０）を重畳した時、０°と４５°間に存在する相異なる５個の角度“ｕ”で観測された、すなわち第４グリッド板９０を前記相異なる５個の角度に回転させた時、それぞれの角度で観測された第３グリッド板８０のグリッドピッチと第４グリッド板９０のグリッドピッチとの差によるモアレパターンの変化を示す。

図５は、角度“ｕ”が０°である状態で、前記ピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す。最左側に示された図面を前記ピッチの差が２％である時を、最右側に示された図を前記ピッチの差が１０％である時を示す。このような図面の配列は、図６ないし図９でも同様である。

図５を参照すれば、前記ピッチの差が大きくなるにつれてモアレパターンの空間周波数、すなわち、モアレパターンの空間変化率が増加することが分かる。

図６は、角度“ｕ”が１８°である状態で、前記ピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す。

図６を参照すれば、モアレパターンの空間周波数は約９ほどであるが、ピッチの差によるモアレパターンの変化において、ピッチの差が１０％である時、モアレパターンの輝度周期が他の場合に比べて延びることが分かる。

図７は、角度“ｕ”が２２°である状態で、前記ピッチの差が２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す。図７に示されたモアレパターンの空間周波数は１１個ほどであり、モアレパターンの変化も図６に示された場合より少ない。

図８は、角度“ｕ”が２６°ほどである状態で、前記ピッチの差が２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す。図８に示されたモアレパターンの空間周波数は平均１３個であり、前記ピッチの差が大きくなるほど空間周波数の増加を伴う他のパターンの変化が現れることが分かる。

図８に示されたモアレパターンの変化において、モアレパターンの空間周波数の一週期の大きさ、すなわち、モアレパターン間のピッチは視聴者が解像できる最小サイズより狭まる。これにより、視聴者はモアレパターンの存在が認識できず、視聴中にモアレパターンによる影響が感じられなくなる。

図９は、角度“ｕ”が４５°である状態で、前記ピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す。図９に示されたモアレパターンは０°の場合に、同様に、モアレパターンの空間周波数は前記ピッチの差が大きくなるほど増加するが、前記ピッチの差が１０％である時にも前記空間周波数は３ほど小さい。

図５ないし図９を考慮する時、モアレパターンの影響を最小化できる第３及び第４グリッド板８０，９０の交差角は２０°〜３０°ほどが望ましいが、さらに望ましい交差角は２６°ほどである。このような交差角で前記モアレパターンの空間周波数が最大になり、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる。

第３及び第４グリッド板８０，９０はそれぞれ、平板表示装置と完全視差のための手段である交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板に対応するので、前記映像表示パネルと前記手段とはモアレパターンの空間周波数が最大になる角に交差させることが望ましく、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる角に交差させることが望ましい。

前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されなければならない。例えば、当業者ならば、交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を平板表示装置の前方または後方に配置した状態で前記交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を与えられた角度、例えば、２０°〜３０°に回転させうる。そのため、本発明の範囲は説明された実施例によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。

本発明は３次元映像表示装置でのモアレパターンの除去に使用されうる。

完全視差を利用した３次元映像表示システムに備わった映像表示部の構成を概略的に示す立体図である。図１に示された映像表示部に含まれた平面表示装置及び交差レンチキュラー板にそれぞれ対応する２枚のグリッド板を間隔なしに所定の角に回転させて重畳させた場合を示す正面図である。与えられた間隔に離隔した２枚のグリッド板で、視聴位置による各グリッド板のグリッドピッチの変化を説明するための図である。正方形グリッドを含むグリッド板と周期が連続的に変わる放射形パターンを重畳させて３６０°回転させる時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。交差角が０°である状態で、２枚のグリッド板を構成するグリッド間のピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。交差角が１８°である状態で、２枚のグリッド板を構成するグリッド間のピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。交差角が２２°である状態で、２枚のグリッド板を構成するグリッド間のピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。交差角が２６°である状態で、２枚のグリッド板を構成するグリッド間のピッチの差が２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。交差角が４５°である状態で、２枚のグリッド板を構成するグリッド間のピッチの差を２％から１０％まで２％ずつ変化させた時に現れるモアレパターンの変化を示す写真である。

符号の説明

１０平板表示装置
１２正方形画素
２０交差レンチキュラー板
２２第１レンチキュラー板
２２ａ第１レンチキュラーレンズ
２４第２レンチキュラー板
２４ａ第２レンチキュラーレンズ
３０視聴領域

Claims

第１周期を有するパターンを含む第１板と第２周期を有するパターンを含む第２板とを重畳させる時に現れるモアレパターンを除去するための方法において、
前記第１及び第２板を与えられた角に交差させることを特徴とするモアレパターンの除去方法。
前記第１及び第２板は、前記モアレパターンの空間周波数が最大になる角に交差させることを特徴とする請求項１に記載のモアレパターンの除去方法。
前記第１及び第２板は、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる角に交差させることを特徴とする請求項１に記載のモアレパターンの除去方法。
前記第１及び第２パターンのうち少なくとも一つはグリッドであることを特徴とする請求項１に記載のモアレパターンの除去方法。
前記交差角は、２０°〜３０°であることを特徴とする請求項１に記載のモアレパターンの除去方法。
映像表示パネルと完全視差を与える手段とを含む映像表示部を備える３次元映像表示システムのモアレパターンの除去方法において、
前記映像表示パネルと前記手段とを与えられた角に交差させることを特徴とする３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記映像表示パネルと前記手段とは、前記モアレパターンの空間周波数が最大になる角に交差させることを特徴とする請求項６に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記映像表示パネルと前記手段とは、視聴距離による前記モアレパターンの空間周波数の変化率が最小になる角に交差させることを特徴とする請求項６に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記映像表示パネルと前記手段とは、２０°〜３０°に交差させることを特徴とする請求項６に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記手段は、前記映像表示パネルの前方または後方に位置することを特徴とする請求項６に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記映像表示パネルとして平板表示装置を使用し、前記手段として交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を使用することを特徴とする請求項６に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。
前記映像表示パネルとして平板表示装置を使用し、前記手段として交差レンチキュラー板またはマイクロレンズ配列板を使用することを特徴とする請求項１０に記載の３次元映像表示システムでのモアレパターンの除去方法。