CN101000406A - 无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置及方法，其特征是通过对3D裸眼自由立体显示器中平板矩阵显示器图像层照明前置光栅而经其反射后形成的反射光栅结构光场，或通过对3D裸眼自由立体显示器中平板矩阵显示器背光源投射到后置狭缝光栅上而产生的透射光栅结构光场进行干扰、甚至破坏，来消除莫尔条纹产生的必备因素，从而达到克服莫尔条纹对立体图像产生干扰目的的技术。其结构之一是通过散射屏与光栅式3D裸眼自由立体显示器配合来消除莫尔干扰条纹，其结构之二是通过在光栅表面镀增透膜的方式来消除莫尔干扰条纹。本发明具有结构简单，性能优良的特点。
Description
一、技术领域
本发明涉及裸眼三维(3D)立体显示技术领域，特别是涉及无莫尔干扰条纹的光栅式3D裸眼自由立体显示装置及方法。
二、背景技术
裸眼三维(3D)立体显示在近年发展很快，它在虚拟现实技术、3D游戏、3D广告、航空航天、核技术、生物分子等领域有十分诱人的应用前景。图像显示器作为信息传递中人类接受外部信息的重要设备，三维立体图像显示器具有信息量大、能将实际场景的三维信息全部再现出来的特点，使观看者可以从显示器上直接看出图像中各物体的远近、纵深，因此观看者能获得更加全面而直观的信息。
传统的立体图像显示器需要观看者佩带偏振眼镜、互补色眼镜或者液晶开关眼镜之类辅助工具，从而限制了人们做其他与屏幕无关的工作。因此，佩带眼镜的立体显示技术，尽管具有很好的立体显示效果，但在许多场合并不适用。
裸眼三维(3D)立体图像显示技术则无需佩带任何眼镜。由于用户在观看立体显示器的时候眼睛不受限制，是完全自由的，因此，可以同时进行除了观看显示器以外的其他工作，从而具有更大的灵活性和实用性，而且一台显示器可以实现三维与二维显示功能的相互兼容。目前，裸眼三维(3D)自由立体显示器主要是基于双目视差而开发出的，主要是光栅式3D自由立体显示器。它由2D平面矩阵显示器上加装光栅而成，分为光栅前置式和光栅后置式，即光栅可位于背光源与矩阵显示板之间或矩阵显示板面向观众的那面。光栅可为柱面光栅或狭缝光栅，柱面光栅又称为柱面透镜光栅或柱镜透镜，狭缝光栅又称为视障档板或狭缝档板。光栅可以是电动控制的也可以是非电动的。2D平面矩阵显示器包括常规液晶显示器LCD、等离子显示器PDP、场发射显示器FED、有机电致发光显示器OLED等像素按矩阵排列的平面显示器。
目前的光栅式裸眼自由立体显示器，无论是光栅前置式或后置式，也无论是狭缝光栅或柱面透镜光栅，当这样的光栅结构与矩阵显示器配合形成自由立体显示器时，由于后置光栅在光源照明下会形成十分明显的光栅结构光场，它将与矩阵显示器的像素结构间产生莫尔条纹。另外，对于光栅前置式裸眼三维(3D)自由立体显示器，由显示器图像层发出的光经前置光栅的反射也会形成十分明显的光栅结构光场，它同样会与矩阵显示器的像素结构相互作用而产生莫尔条纹。上述莫尔条纹分布于整个显示器的表面，并且随观察距离和观察角度不同莫尔条纹的数量和形状也随之变化。该莫尔条纹对立体图像的观察会产生干扰，严重时甚至无法看清立体图像，从而影响了光栅式3D裸眼自由立体显示器的推广应用。
三、发明内容
为此，本发明的目的正是为了克服莫尔条纹对立体图像产生干扰而提出的一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置，它利用对透射光栅结构光场或反射光栅结构光场干扰的技术，使得背光源投射到狭缝光栅而产生的透射光栅结构，或矩阵显示器发出的光经前置光栅反射而形成的反射光栅结构遭到干扰、甚至破坏，来消除莫尔条纹产生的必备因素，从而达到克服莫尔条纹对立体图像产生干扰的目的。
为实现上述目的，本发明一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置是采用下述技术方案实现的：
一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置，其结构之一是它由散射屏和光栅式3D裸眼自由立体显示器构成，所述的散射屏是一块玻璃或有机玻璃的某一表面经研磨形成一定粗糙度的毛玻璃屏，也可以是将一透明塑料膜的某一表面经一定工艺加工形成具有一定粗糙度的塑料散射屏。它们的作用都是将投射光产生的投射光栅结构光场或反射光产生的反射光栅结构光场经它们后，其光场结构受到干扰从而形成较为均匀的散射光，来消除裸眼立体显示器的干扰条纹。
一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置其结构之一的特征是对光产生散射作用的散射屏具有一定粗糙度，其粗糙度的大小由矩阵显示器像素的大小决定；特征之二是对光栅前置式裸眼自由立体显示器被研磨的表面要靠近矩阵显示器的图像层放置，对光栅后置式裸眼自由立体显示器被研磨的表面要靠近矩阵显示器的背光源放置。
一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置，其结构之二是它也可由带增透膜的光栅和平板矩阵显示器共同构成光栅式3D裸眼自由立体显示器，所述的带增透膜的光栅是在狭缝光栅或柱面光栅的表面利用镀膜技术形成一层增透膜，使由矩阵显示器图像层发出的光经增透膜层后，在其上的反射光产生的反射光栅结构十分微弱，从而破坏莫尔条纹实现的必备因素，来消除裸眼立体显示器的干扰条纹。
一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置结构之二的带增透膜的光栅特征是，对光栅前置式裸眼自由立体显示器光栅结构的承载体，一般是玻璃、有机玻璃或PMMA板，需要镀对矩阵显示器发出的光能起到增透作用的膜层。如果是采用光栅膜贴在玻璃或有机玻璃上而形成的光栅，则需在光栅膜的表面镀增透膜。
四、附图说明
图1为本发明无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置及方法的莫尔干扰条纹形成原理图。
图2中A和B分别为本发明的散射屏在光栅前置式裸眼自由立体显示器中的结构示意图，其中A图中为狭缝光栅前置式，B图中为柱面光栅前置式。
图3为本发明的散射屏在光栅后置式裸眼自由立体显示器中的结构示意图。
图4中A和B分别为本发明的增透膜层在光栅前置式裸眼自由立体显示器中的结构示意图，其中A图中为狭缝光栅前置式，B图中为柱面光栅前置式。
以上附图中，1表示狭缝光栅，2表示矩阵显示器，3表示产生的莫尔条纹；4表示矩阵显示器的背光源，5表示矩阵显示器的图像层，6表示散射屏，7表示狭缝光栅，8表示柱透镜光栅；9表示镀的增透膜。
五、具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步的说明。
图1表示当采用前置式光栅1与矩阵显示器2配合形成自由立体显示器时，由矩阵显示器的图像层与前置光栅形成十分明显的莫尔条纹3的示意图，后置式光栅立体显示器同样会产生类似的莫尔条纹。这是由于前置或后置光栅的结构与矩阵显示器的像素结构的周期比较接近而形成的。该莫尔条纹分布于整个显示器的表面，并且随观察距离和观察角度不同莫尔条纹的数量和形状也随之变化，对立体图像会产生了严重的干扰，影响立体图像的观察。
图2中的A图表示通常的前置式狭缝光栅裸眼自由立体显示器，图2中的B图表示柱面透镜光栅裸眼自由立体显示器。A、B两图中背光源4发出的光对矩阵显示器的图像层5进行照明之后，图像层5被照明并变成次光源。由于图像层5通常是矩阵结构的形式，其发出的光场也会带有矩阵结构，它与前面的光栅相互作用将形成莫尔条纹。通过在图像层5与狭缝光栅7(或B图中柱面透镜光栅8)之间布置一散射屏6，散射屏6将使图像层5产生的矩阵结构光场和狭缝光栅7(或或B图中柱面透镜光栅8)反射形成的光栅结构光场均受到干扰和破坏，从而使莫尔条纹消失。其中散射屏6的透过率按下面的公式进行计算得到：
Tk(x，y)＝tk(x，y)exp[jφk(x，y)] (1)
其中，k表示散射屏上的散射点数目，其大小约为矩阵显示器上图像层像素尺寸的200到300分之一。Tk(x，y)表示散射屏上任一点的透过率函数，tk(x，y)表示散射屏上任一点的强度透过率，在0到1之间取值，φk(x，y)表示散射屏上任一点的随机或非随机位相函数，在0到2π之间取值。
图3表示，对于通常的后置式狭缝光栅光栅裸眼自由立体显示器，背光源4发出的光对狭缝光栅7进行照明之后，经狭缝光栅7上透过的光再对图像层5照明。由于图像层5通常是矩阵结构的形式，观察者同样会看到立体显示器上形成的莫尔条纹，通过在图像层5与狭缝光栅7之间布置一散射屏6，散射屏6将使狭缝光栅7产生的光栅结构光场受到干扰和破坏，从而使莫尔条纹消失。其中散射屏6的透过率由公式(1)计算得到。
图4中的A图表示通常的前置式狭缝光栅裸眼自由立体显示器，B图表示柱面透镜光栅裸眼自由立体显示器。图4的A、B两图中背光源4发出的光对图像层5进行照明之后，图像层5被照明并变成次光源。由于图像层5通常是矩阵结构的形式，其发出的光也会带有矩阵结构，它与前面的光栅相互作用会形成莫尔条纹。通过在狭缝光栅7或柱面透镜光栅8的表面镀增透膜9的方式，将使狭缝光栅7或柱面透镜光栅8反射形成的光栅结构光场受到干扰和破坏，从而使莫尔条纹消失。
以上实施例仅是本发明无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置及方法的几种举例，其他任何裸眼立体显示装置以本发明提出的方法来进行莫尔干扰条纹的消除都在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置及方法，其特征是通过对3D裸眼自由立体显示器中平板矩阵显示器图像层照明前置光栅而经其反射后形成的反射光栅结构光场，或通过对3D裸眼自由立体显示器中平板矩阵显示器背光源投射到后置狭缝光栅上而产生的透射光栅结构光场进行干扰，使得背光源投射到后置光栅而产生的投射光栅结构光场，或矩阵显示器图像层发出的光经前置光栅反射而形成的反射光栅结构光场遭到干扰、甚至破坏，来消除莫尔条纹产生的必备因素，从而达到克服莫尔条纹对立体图像产生干扰的技术。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是它由散射屏和光栅式3D裸眼自由立体显示器构成，所述的散射屏是一块玻璃或有机玻璃的某一表面经研磨形成一定粗糙度的毛玻璃屏，也可以是将一透明塑料膜的某一表面经加工形成具有一定粗糙度的塑料散射屏，其粗糙度的大小由矩阵显示器像素的大小决定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是对光栅前置式裸眼自由立体显示器散射屏被研磨的表面要靠近矩阵显示器的图像层；对光栅后置式裸眼自由立体显示器散射屏被研磨的表面要靠近狭缝光栅。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置也可由带增透膜的光栅和平板矩阵显示器构成，所述的带增透膜的光栅是在狭缝光栅或柱面光栅的表面利用镀膜技术形成一层增透膜，以减弱形成的反射光栅结构光场。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |