專利名稱：在采用全視差的3d圖像顯示裝置中去除莫爾圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高在三維(3D)圖像顯示裝置中顯示的圖像質(zhì)量的方法，尤其涉及一種在采用全視差(complete parallax)的3D圖像顯示裝置中使用兩個微透鏡板(lenticular)或微透鏡陣列板(micro-lens array)去除莫爾圖形的方法。
背景技術(shù)：
一般來講，莫爾圖形是一種當(dāng)兩個分離的周期性圖案以預(yù)定角度相互重疊時產(chǎn)生的自然干擾現(xiàn)象。莫爾圖形看起來像是波、波紋和一小綹的形狀，因?yàn)閺?qiáng)度變化的原因，上述莫爾圖形好像和屏幕的顯示圖像重疊。在所有彩色陰極射線管電視中(CRT TV)總是會出現(xiàn)莫爾圖形。
在CRT中，當(dāng)電子束從電子槍入射到摻雜磷的蔭罩上時發(fā)出磷光。在蔭罩中，磷光產(chǎn)生區(qū)域與電子束入射區(qū)域相匹配，這樣由電子束形成的磷光圖案與規(guī)則的圖案相疊置。在CRT中，莫爾圖形是由規(guī)則的蔭罩圖案和磷光圖案這兩個圖案產(chǎn)生的。因此，莫爾圖形不產(chǎn)生在CRT屏幕上意味著由CRT的電子槍射出的電子束沒有準(zhǔn)確地入射到磷光體的中心。此時，CRT圖像看上去模糊。
因?yàn)殡娮邮娜肷鋮^(qū)域等于由顯示板產(chǎn)生的像素的尺寸，而像素的尺寸小于磷光體的尺寸，所以顯然會產(chǎn)生這個缺點(diǎn)。因此通過使得磷光體具有與顯示板產(chǎn)生的像素相同的尺寸，就可以克服上述缺點(diǎn)。
與此同時，在液晶顯示器(LCD)中，每個液晶器件都作為一個像素，因此，液晶顯示器自身中并不出現(xiàn)莫爾圖形。
然而，通過使用兩個透鏡板來具體體現(xiàn)全視差的3D圖像顯示裝置包括一個顯示平板(也就是作為圖像顯示板用的液晶顯示裝置)；以及與該顯示平板相疊置的上覆的微透鏡陣列板或兩個微透鏡板。因此，當(dāng)微透鏡之間的間距或構(gòu)成每個透鏡板的透鏡的接觸區(qū)之間的間距與所述液晶顯示裝置的象素間距準(zhǔn)確一致時，莫爾圖形得以形成。
特別是，微透鏡陣列板或透鏡板具有厚度，該厚度的存在使得觀察距離或觀察角度得以改變。
因此，很難完全去除在使用兩個微透鏡板或微透鏡陣列板以具體體現(xiàn)全視差的傳統(tǒng)的3D圖像顯示裝置中的莫爾圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種去除莫爾圖形的方法，其中在采用全視差實(shí)現(xiàn)3D圖像的同時能排除莫爾圖形的影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種去除莫爾圖形的方法，該莫爾圖形出現(xiàn)在具有在第一周期形成的第一圖案的第一板與具有在第二周期形成的第二圖案的第二板相疊置時，該方法包括以預(yù)定角度將第一板和第二板相互交叉。
根據(jù)觀看距離，第一板和第二板可以以莫爾圖形的最大空間頻率角交叉，也可以以莫爾圖形的空間頻率的最小變化速率角交叉。
第一圖案和第二圖案中的至少一個可以是柵格。此時，交叉角可為20°～30°。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在具有圖像顯示板的圖像顯示裝置和提供全視差的器件的3D圖像顯示系統(tǒng)中去除莫爾圖形的方法，該方法包括將圖像顯示板和器件以預(yù)定角度相互交叉。
根據(jù)觀看距離，該圖像顯示板和該器件可以以莫爾圖形的最大空間頻率角交叉，也可以以莫爾圖形的空間頻率的最小變化速率角交叉。
該圖像顯示板和該器件可以以20～30度之間的角度和大約26度的角度交叉。
該器件可位于圖像顯示板的前面或后面。
根據(jù)本發(fā)明，由于增加莫爾圖形的空間頻率可使莫爾圖形的間隔比人眼可識別的間隔更窄，所以觀察者基本上不能識別出莫爾圖形，因此可以看到?jīng)]有莫爾圖形影響的畫質(zhì)良好的圖像。


本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過典型實(shí)施方案的詳細(xì)描述并參照其附圖變得更加明白，其中圖1為一3D圖，用于說明包括在3D圖像顯示系統(tǒng)中的使用全視差的圖像顯示裝置的示意結(jié)構(gòu)；圖2為一正視圖，用于說明兩個柵格板以預(yù)定角度旋轉(zhuǎn)并無間隔疊置時的情形，其中該兩個格柵板分別對應(yīng)于圖1的圖像顯示裝置中的平板顯示裝置和交叉透鏡板；圖3為說明每個柵格板的柵格節(jié)距變化的視圖，其柵格節(jié)距變化取決于在以預(yù)定間隔分離開的兩個柵格板上的觀察位置；圖4為一照片，用于說明當(dāng)具有正方形格柵的格柵板在與一連續(xù)變化周期的輻射圖案相疊置，然后輻射圖案旋轉(zhuǎn)360度時示出的莫爾圖形變化；圖5為一照片，用于說明當(dāng)構(gòu)成兩個柵格板的柵格的節(jié)距差在零度交叉角以2％的變化量從2％到10％間變化時的莫爾圖形變化；圖6為一照片，用于說明當(dāng)構(gòu)成兩個柵格板的柵格的節(jié)距差在18度交叉角以2％的變化量從2％到10％間變化時的莫爾圖形變化；圖7為一照片，用于說明當(dāng)構(gòu)成兩個柵格板的柵格的不同節(jié)距在22度交叉角以2％的變化量從2％到10％間變化時的莫爾圖形變化；圖8為一照片，用于說明當(dāng)構(gòu)成兩個柵格板的柵格的不同節(jié)距在26度交叉角以2％的變化量從2％到10％間變化時的莫爾圖形變化；圖9為一照片，用于說明當(dāng)構(gòu)成兩個柵格板的柵格之間的節(jié)距差在45度交叉角以2％的變化量從2％到10％間變化時的莫爾圖形變化。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照附圖詳述本發(fā)明，其中附圖示出了本發(fā)明的典型實(shí)施方案。本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施，其不應(yīng)解釋為僅限于這里提出的實(shí)施方案；相反地，提供的實(shí)施方案是使該公開更全面和完整，而且還向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分表達(dá)了本發(fā)明的基本原理。在附圖中，為了清楚，放大了層和區(qū)域的厚度。應(yīng)該理解當(dāng)稱一層在另一層或基底“上”時，其可直接地在另一層或基底上，或也可存在插入層。
作為傳統(tǒng)技術(shù)的一個顯著的缺陷，在采用微透鏡陣列板或兩個透鏡板來實(shí)現(xiàn)全視差的3D圖像顯示裝置中很難去除莫爾圖形。因此，本發(fā)明人嘗試了一種使現(xiàn)有的莫爾圖形不會被觀察者的眼睛識別的方法，而不是去除現(xiàn)有的莫爾圖形的方法。與其同時，既然莫爾圖形依據(jù)觀察距離或觀察方向變化，本發(fā)明人嘗試了一種使莫爾圖形不根據(jù)觀察距離或觀察方向大幅度變化的方法。
理論上，為了減少在使用全視差的3D圖像顯示裝置中莫爾圖形的影響，使得構(gòu)成莫爾圖形的干涉條紋的周期小于根據(jù)預(yù)定距離人眼的分辨率給出的光點(diǎn)尺寸。另外，圖像顯示板和實(shí)現(xiàn)全視差的器件以莫爾圖形在可識別的范圍內(nèi)的尺寸上沒有變化的位置角重疊，該可識別的范圍取決于觀察距離或觀察角度。該器件是微透鏡陣列板或交叉透鏡板。在交叉透鏡板中，兩個透鏡板彼此附著以使透鏡表面相互垂直地交叉。
圖1為一3D圖，用于說明包括在使用全視差的3D圖像顯示系統(tǒng)中的圖像顯示裝置的示意結(jié)構(gòu)。
參照圖1，附圖標(biāo)記30表示觀察區(qū)域，10表示顯示平板，例如液晶顯示器(LCD)，20表示交叉透鏡板，其用于將通過顯示平板10顯示的圖像作為3D圖像顯示給觀察者；交叉透鏡板20包括面對著觀察區(qū)域30的第一透鏡板22；以及面對著設(shè)置在后部的平面顯示板10的第二透鏡板24。多個第一雙凸透鏡22a彼此平行地布置于與第一透鏡板22水平的方向上。多個第二雙凸透鏡24a彼此平行地布置于與第二透鏡板24垂直的方向上。因此，在交叉透鏡板20中，第一和第二雙凸透鏡22a和24a彼此交叉，每一個雙凸透鏡在彼此交叉部分接觸。
在形成莫爾圖形的方面，平面顯示板10和交叉透鏡板20的重疊完全與包括大量正方形柵格的兩個柵格板的重疊相同。
例如，在使用液晶板作為平面顯示板10的情況下，平面顯示板10具有周期的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中正方形像素12以方格板式或方格圖式布置。因此，平面顯示板10能使用包括與像素?cái)?shù)量相同數(shù)量的正方形柵格的第一柵格板。
另外，由于每個構(gòu)成交叉透鏡板20的透鏡板都具有彼此接觸的垂直交叉的透鏡，透鏡的接觸部分可使用一個正方形柵格以實(shí)現(xiàn)具體化。因此，交叉透鏡板20可使用包括與像素?cái)?shù)量相同數(shù)量正方形柵格的第二柵格板以實(shí)現(xiàn)具體化。
如上所述，平面顯示板10和交叉透鏡板20都能使用包括相同數(shù)量柵格的柵格板來具體地體現(xiàn)。因此，顯示在圖1的圖像顯示板上莫爾圖形與在第一和第二柵格板在其兩者隔開對應(yīng)于交叉透鏡板20厚度的距離的情形下重疊時所形成的莫爾圖形是相同的。
圖2圖示說明在圖1的圖像顯示裝置中第一和第二柵格板在其間不存在間隔的情況下相互重疊時所形成的莫爾圖形。
在圖2中，附圖標(biāo)記50表示第一柵格板，附圖標(biāo)記60表示第二柵格板，第二柵格板以例如大約11度的預(yù)定角度θ旋轉(zhuǎn)。因此，附圖標(biāo)記40和42表示形成第一柵格板50的第一線性柵格和第二線性柵格。而附圖標(biāo)記44和46表示形成第二柵格板60的第三線性柵格和第四線性柵格。附圖標(biāo)記G1表示形成第一柵格板50的第一正方形柵格，附圖標(biāo)記G2表示形成第二柵格板60的第二正方形柵格。一個第一正方形柵格G1對應(yīng)于一個像素，一個第二正方形柵格G2對應(yīng)于一個第一正方形柵格G1。
參照圖2，在預(yù)定周期重復(fù)地形成的干涉條紋70(即莫爾圖形70)出現(xiàn)在第一和第二柵格板50和60的重疊區(qū)域。而相同的干涉條紋72也出現(xiàn)在第一和第三柵格板40和44重疊的區(qū)域，和第二和第四柵格板42和46重疊的區(qū)域。
干涉條紋的周期是根據(jù)柵格位置的相對變化形成，該柵格位置通過交叉具有相同特性的兩個柵格提供，并且干涉條紋的周期與將柵格的原始周期除以變化量所獲得的值相同。因此，隨著變化量的減小，干涉條紋的周期就增加。
圖3是用于說明構(gòu)造第三柵格板80的柵格之間的節(jié)距和構(gòu)造第四柵格板90的柵格之間的節(jié)距的平面圖，其節(jié)距的變化取決于觀察位置。
參照圖3，可以得到從觀察者的位置“V”看到的莫爾圖形的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
詳細(xì)地，第三柵格板80起平面顯示板，例如液晶板，的作用，第四柵格板90起交叉透鏡板的作用，該交叉透鏡板與第三柵格板80隔開預(yù)定的距離“h”。
與此同時，假定Z軸是連接第三和第四柵格板80和90中心的直線，X軸沿第四柵格板90而設(shè)。那么Y軸(未示出)就布置在相對于包括X軸和Z軸的平面的垂直方向上。
在圖3中，假定觀察者的位置“V”布置在包括X軸和Z軸的平面(此后稱作“X-Z平面”)上，即Y軸為0的平面上。在X-Z平面上的觀察者的位置“V”是從Z軸旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度“u”，從第四格柵板90的中心隔開預(yù)定距離“r”的位置。因此，觀察者位置“V”的極坐標(biāo)為(rsin u，0，rcos u)。
當(dāng)觀察者在觀察者的位置“V”觀察第三和第四柵格板80和90的預(yù)定位置時，例如當(dāng)觀察者觀察具有第一節(jié)距S2-S1的第三柵格板和具有第二節(jié)距的P2-P1的第三柵格板時，由于第三柵格板80比第四柵格板90距觀察者的位置“V”更遠(yuǎn)，所以與第二節(jié)距的P2-P1相比，第一節(jié)距S2-S1相對減小。
該事實(shí)可通過將第一節(jié)距S2-S1投射到第四柵格板90上證實(shí)。
詳細(xì)描述，圖3的附圖標(biāo)記PS1和PS2對應(yīng)于在投射到第四柵格板90a的第三柵格板80上具有第一節(jié)距S2-S1的柵格的部分，也就是投射柵格的起點(diǎn)和終點(diǎn)。因此，投射的柵格的節(jié)距(此后稱為第三節(jié)距)對應(yīng)于PS2-PS1。由于具有第三節(jié)距PS2-PS1的投射柵格對應(yīng)于遠(yuǎn)離觀察者位置“V”的第三柵格板80的柵格，其沿相同的視線被投射到接近觀察者位置“V”的第四柵格板90上，因此第三節(jié)距PS2-PS1適度地小于第二節(jié)距P2-P1。結(jié)果，在觀察者的位置“V”看起來好像第一節(jié)距S2-S1小于第二節(jié)距P2-P1。
與此同時，從觀察者位置“V”觀察到的第二節(jié)距P2-P1和第三節(jié)距PS2-PS1的真實(shí)節(jié)距與當(dāng)?shù)诙?jié)距P2-P1和第三節(jié)距PS2-PS1投射到與相互連接觀察者的位置“V”、第一節(jié)距S2-S1的中心SO和第二節(jié)距P2-P1的中心PO的線相垂直的面上時所獲得的長度相等。
通過第三和第四柵格板80和90的重疊所形成的莫爾圖形“M”，可以下面的公式1所表示。
公式1

M=[1+sin(2πq′′x)][2πpy]AA]]>其中q”投射到面上的第二節(jié)距P2-P1的長度q’投射到面上的第三節(jié)距PS2-PS1的長度p象素節(jié)距AA公式2給出的柵格的周期整數(shù)公式2AA=[1+sin(2πq′xsinu1-2πpycosu1)][1+sin(2πpysinu1-2πq′xcosu1)]]]>其中q’由下面的公式3給出公式3q′=p-p′2]]>其中公式1的q”由下面的公式4給出公式4q′′=[d2(x,h)-[d1(x,h)]2-p′′2]]>其中公式3的p’和公式4的p”分別由下面的公式5和公式6給出公式5p′=(rsinu-(x-p2)2+r2cosu2-(rsinu-(x+p2)2+r2cosu2]]>公式6p′′=[rsinu-d1(x,h)]2+r2cosu2-[rsinu-d2(x,h)]2+r2cosu2]]>其中d1和d2分別由下面的公式7和公式8給出
公式7d1(x,h)=-rsinu+[x-p2]rcosu+h[rcosu-rcosu+hrsinu-(x-p2)rsinu]]]>公式8d2(x,h)=-rsinu+[x+p2]rcosu+h[rcosu-rcosu+hrsinu-(x+p2)rsinu]]]>在上述公式中，距離“r”的變化，即觀察者位置“V”的變化與q’和q”的比率的變化相同。因此，如果公式1可用Z軸和觀察者的位置“V”之間的角度“u”的變化以及第三和第四柵格板80和90的柵格節(jié)距變化表示，就能表示出取決于距離“r”和觀察者的位置“V”的角度“u”的莫爾圖形的變化。
圖4表示出莫爾圖形的變化，該莫爾圖形的變化是在下述的條件下產(chǎn)生的，即在連續(xù)變化的周期輻射圖案100與正方形柵格(未示出)重疊，然后輻射圖案旋轉(zhuǎn)360度，即角度“u”變化了360度。在圖4中，亮區(qū)和暗區(qū)代表了相位變化。例如附圖標(biāo)記102表示相位為90度的區(qū)域，附圖標(biāo)記104表示相位為-90度的區(qū)域。
參照圖4，雖然莫爾圖形相位變化，但莫爾圖形的形狀在45度周期內(nèi)具有相同的形狀。因此，莫爾圖形在莫爾圖形位于0度到45度中的位于大約26度的位置上具有不變的周期或節(jié)距，而不需考慮輻射圖案100的節(jié)距變化，并且莫爾圖形具有最大空間頻率。即，在單位節(jié)距中有最多的莫爾條紋。
其次，圖5到圖9圖示了當(dāng)兩個柵格板(例如，第三和第四柵格板(圖3的80和90))重疊時，在0和45度之間相互不同的五個角度“u”處，根據(jù)第三柵格板80的柵格節(jié)距和第四柵格板90的柵格節(jié)距間的差而定的莫爾圖形的變化，即，當(dāng)?shù)谒臇鸥癜?0在五個角度處旋轉(zhuǎn)時在五個角度分別觀察到的柵格節(jié)距間的差。
圖5圖示了在角度“u”為0度處當(dāng)柵格間的節(jié)距差以2％的變化量從2％到10％間變化時顯示的莫爾圖形的變化。最左邊一張是當(dāng)節(jié)距差為2％時的情形，最右邊一張是當(dāng)節(jié)距差為10％時的情形。這種排列和圖6至圖9中的排列相同。
參照圖5，當(dāng)節(jié)距差大時，莫爾圖形的空間頻率，即莫爾圖形的空間變化速率增加。
圖6圖示了在18度的角度“u”處當(dāng)柵格間的節(jié)距差以2％的變化量從2％到10％變化時顯示的莫爾圖形的變化。
參照圖6，莫爾圖形有大約九個空間頻率，與莫爾圖形的亮周期相比不同的是，當(dāng)節(jié)距差為10％時，根據(jù)節(jié)距差而定的空間頻率變化增加。
圖7圖示了在22度的角度“u”處當(dāng)柵格間的節(jié)距差以2％的變化量從2％到10％變化時顯示的莫爾圖形的變化。
圖7所示的莫爾圖形大約有十一個空間頻率，其變化小于圖6的變化。
圖8圖示了在26度的角度“u”處當(dāng)柵格間的節(jié)距差以2％的變化量從2％到10％變化時顯示的莫爾圖形的變化。
圖8所示的莫爾圖形大約有十三個空間頻率，隨著節(jié)距差的增加，會出現(xiàn)空間頻率變化的增加。
在圖8所示的莫爾圖形變化中，莫爾圖形的空間頻率的一個周期的大小，也就是說，莫爾圖形間的節(jié)距小于一觀察者可以分辯的最小幅值。相應(yīng)地，觀察者不能夠分辯莫爾圖形，在觀察圖象時不能夠覺察出莫爾圖形的效應(yīng)。
圖9圖示了在45度的角度“u”處當(dāng)柵格間的節(jié)距差以2％的變化量從2％到10％變化時顯示的莫爾圖形的變化。
與0度時的莫爾圖形相似，隨著節(jié)距差的增加，圖9所示的莫爾圖形的空間頻率增加，不過即使是在節(jié)距差為10％時其空間頻率仍較小，也就是大約為三。
參照圖5到圖9，第三和第四柵格板80和90可具有20度到30度的交叉角，以用于減小莫爾圖形的影響，其也可以具有26度的交叉角。在該交叉角上，莫爾圖形具有最大的空間頻率，具有根據(jù)觀察距離而定的空間頻率的最小變化速度。
由于第三和第四柵格板80和90分別對應(yīng)圖像顯示板和用于全視差的器件，即交叉透鏡板或微透鏡陣列板，因此優(yōu)選該圖像顯示板和該器件以最大空間頻率角相互交叉，并且以根據(jù)觀察距離而定的空間頻率的最小變化速度角相互交叉。
如上所述，在本發(fā)明中，根據(jù)觀察者眼睛的光學(xué)分辨率，在3D顯示裝置中，以預(yù)定的角度將顯示平板或用于全視差的器件交叉。結(jié)果，在3D圖像中出現(xiàn)的莫爾圖形的節(jié)距周期小于觀察者眼睛的光學(xué)分辨率所能識別的大小。觀察者就不能識別出莫爾圖形。即本發(fā)明可以去除莫爾條紋現(xiàn)象這一3D圖像最重大的缺陷，并能提供給觀察者高質(zhì)量的3D圖像。
雖然本發(fā)明參照其典型實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)圖示和描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解在本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)上的各種變化均不脫離下列權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種去除莫爾圖形的方法，該莫爾圖形出現(xiàn)在具有以第一周期形成的第一圖案的第一板疊置具有以第二周期形成的第二圖案的第二板時，該方法包括以預(yù)定角度相互交叉第一板和第二板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一板和第二板以莫爾圖形的最大空間頻率角交叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一板和第二板以根據(jù)觀察距離而定的莫爾圖形的空間頻率的最小變化速度的角度交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一圖案和第二圖案中的至少一個是柵格。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中交叉角為20度～30度。
6.一種在具有圖像顯示裝置的3D圖像顯示系統(tǒng)中去除莫爾圖形的方法，該圖像顯示裝置包括圖像顯示板和提供全視差的器件，該方法包括以預(yù)定角度相互交叉該圖像顯示板和該器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該圖像顯示板和該器件以莫爾圖形的最大空間頻率角度交叉。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該圖像顯示板和該器件以根據(jù)觀察距離而定的莫爾圖形的空間頻率的最小變化速度的角度交叉。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中交叉角為20度～30度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該器件位于圖像顯示板的前面或后面。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中采用平面顯示裝置作為該圖像顯示平板，采用交叉透鏡板或微透鏡陣列板作為該器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中采用平面顯示裝置作為該圖像顯示平板，采用交叉透鏡板或微透鏡陣列板作為該器件。
全文摘要
提供一種在使用全視差的3D圖像顯示裝置中去除莫爾圖形的方法。在具有圖像顯示板和提供全視差的器件的3D圖像顯示系統(tǒng)中去除莫爾圖形的方法，包括以預(yù)定角度相互交叉該圖像顯示板和該器件。該器件是位于圖像顯示板的前面或后面的交叉透鏡板或微透鏡陣列板。
文檔編號H04N13/04GK1591091SQ200410085659
公開日2005年3月9日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月26日
發(fā)明者金成植, 孫廷榮, 洪昌完, 程泰洪 申請人:三星電子株式會社