CN101236266B - 一种光栅及包含该光栅的立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光栅，所述光栅的任一条狭缝由多个子透光区域组成；所述每个子透光区域对应于所述立体显示装置的显示面板的一个子像素，该对应关系为：每个子透光区域对应与其重合面积最大的子像素；所述狭缝中、位于沿第一方向的同一条直线上的子透光区域的角顶点个数少于该条狭缝中的子透光区域的个数；所述第一方向为所述狭缝中的所有子透光区域在所述立体显示装置的显示面板上所对应的子像素的中心点连线方向；所述角顶点为相应的子透光区域的任意两条邻边的交叉点。本发明提供的方案减少了处于同一条光栅线上的子透光区域的角顶点的数量，因此，该种光栅能有效消除或减淡立体显示装置产生的莫尔条纹，提高立体显示装置的成像质量。

Description

一种光栅及包含该光栅的立体显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种光栅以及包含该光栅的立体显示装置，该种光栅能有效降低或消除立体显示装置中的莫尔条纹。

背景技术

现有的裸眼立体显示装置主要包括：图像调制装置和与之相配合的光栅。其中，在图像调制装置的显示面板中，沿水平方向和竖直方向周期性排列有多个像素，由于光在各像素开口部分以外的区域被遮挡，因此，图像调制装置的显示面板具有二维栅格结构。所述图像调制装置如：液晶显示器和等离子显示器等。现有的彩色二维显示平面上的每个像素由分别发出红色(Red，R)、绿色(Green，G)、蓝色(Blue，B)三个颜色分量的子像素顺序排列构成。

为了实现立体显示效果，在立体显示装置中，一般将光栅的每个子透光区域与一个子像素(R或G或B)相对应。因此，当采用图像调制装置和光栅产生三维图像时，图像调制装置的二维栅格结构和光栅的结构光场之间会生成莫尔条纹。显然，生成的莫尔条纹会影响立体显示装置的显示效果。现有一种在图像调制装置一侧添加散光屏以破坏光栅结构光场的立体显示装置，可以减少莫尔条纹，但是添加的散光屏会将部分成像光束散射，降低该种立体显示装置的亮度和成像质量。

以下为表述简便，将光栅结构光场中的暗纹称为光栅线，并以狭缝光栅为例对立体显示装置中产生的莫尔条纹的影响因素进行说明。

图1所示为一个现有的狭缝光栅以及其对应的图像调制装置的显示面板的局部结构示意图。图中用虚线表示的网格为图像调制装置的象素阵列(二维栅格结构)，每个最小单元网格表示一个子像素，图中最上面一行标明了各子像素代表的颜色分量。图中的无阴影填充部分表示该狭缝光栅上分别对应于R、G、B子像素的子透光区域，每条狭缝由多个子透光区域组成，例如图中所示的子透光区域11与图中所示的图像调制装置的左上角的红色子像素相对应。对于如图中所示的狭缝为非直线的光栅，每条光栅线由处于同一直线上的光栅上的若干个子透光区域的角顶点(子透光区域的两条邻边的交叉点或两条邻边的延长线的交叉点称为角顶点)组成，如图1中的子透光区域12、...18的角顶点A2、A3、A4、A5、A6、A7和A8组成的光栅线101(图1中以虚点线表示)。同样的，子透光区域的其余角顶点也可以形成多条光栅线(图中未画出)。显而易见，实际组成某条光栅线的子透光区域的角顶点越多(位于同一条直线上的子透光区域的角顶点越多)，该条光栅线的可见度越高，而对于同样的图像调制装置的显示面板，由可见度较高的光栅线与图像调制装置的二维栅格结构形成的莫尔条纹的可见度明显高于由可见度较低的光栅线与图像调制装置的二维栅格结构形成的莫尔条纹的可见度。因此，为消除立体显示装置中的莫尔条纹，或降低莫尔条纹的可见度，可以通过减少光栅的每条狭缝中处于同一条直线上的子透光区域的角顶点来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光栅及包含该光栅的立体显示装置，能有效消除立体显示装置中的莫尔条纹或降低莫尔条纹的可见度。

本发明提供的一种光栅，用于立体显示装置，所述光栅的任一条狭缝由多个子透光区域组成；所述每个子透光区域对应于所述立体显示装置的显示面板的一个子像素，该对应关系为：每个子透光区域对应与其重合面积最大的子像素；所述狭缝中、位于沿第一方向的同一条直线上的子透光区域的角顶点个数少于该条狭缝中的子透光区域的个数；所述第一方向为所述狭缝中的所有子透光区域在所述立体显示装置的显示面板上所对应的子像素的中心点连线方向；所述角顶点为相应的子透光区域的任意两条邻边的交叉点。

所述光栅为子透光区域可为小孔的狭缝光栅。

本发明还提供一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述光栅的任一条狭缝由多个子透光区域组成；所述每个子透光区域对应于所述立体显示装置的显示面板的一个子像素，该对应关系为：每个子透光区域对应与其重合面积最大的子像素；所述狭缝中、位于沿第一方向的同一条直线上的子透光区域的角顶点个数少于该条狭缝中的子透光区域的个数；所述第一方向为所述狭缝中的所有子透光区域在所述立体显示装置的显示面板上所对应的子像素的中心点连线方向；所述角顶点为相应的子透光区域的任意两条邻边的交叉点。

所述光栅为子透光区域可为小孔的狭缝光栅。

本发明提供的光栅的每条狭缝中，由于将相邻子透光区域的角顶点分散，使得处于同一直线上的子透光区域的角顶点数量减少，因此降低了子透光区域的角顶点形成的光栅线的可见度，消除或减淡了立体显示装置中的莫尔条纹。

附图说明

图1为一个现有的狭缝光栅及其对应的图像调制装置的显示面板的局部结构示意图；

图2为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图3A为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图3B为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图4为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图5为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图6为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图7为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图；

图8为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域在水平和竖直方向上都进行扩展的狭缝光栅局部结构示意图；

图9为本发明的其中一种狭缝光栅的子透光区域的开孔位置在水平方向进行平移的狭缝光栅局部结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种光栅以及包含该种光栅的立体显示装置，该种光栅能有效降低或消除立体显示装置中的莫尔条纹。所述立体显示装置还包括用于显示二维图像的图像调制装置。

为了消除或有效减少立体显示装置形成的莫尔条纹，需要在不影响立体成像效果的前提下，破坏现有光栅中子透光区域排列的规律性。本发明实施例中采用的方案是：使同一条狭缝的多个子透光区域的角顶点尽量分散，以减少组成每条光栅线的子透光区域的角顶点数量，因此对应的光栅线的可见度得到降低，减轻了平行于该光栅线的多条光栅线和图像调制装置的二维栅格结构之间形成的莫尔条纹。

为描述简便，以下将图像调制装置的显示面板的二维栅格结构的两个方向分别称为水平方向(如图1所示的子像素RGB的排列方向)和竖直方向(垂直于水平方向的方向)，并以子透光区域为矩形的斜光栅(光栅的狭缝方向与水平方向和竖直方向均成锐角)为例进行说明。其中，对于某个子透光区域，根据光栅的子透光区域和图像调制装置的显示面板上的子像素在水平方向和竖直方向的位置关系，将图像调制装置的显示面板上与该子透光区域重合区域面积最大的子像素称为该子透光区域对应的子像素，并将光栅的同一条狭缝的多个子透光区域分别对应的子像素的中心连线的方向称为第一方向。

对于斜光栅上由子透光区域的角顶点组成的多个方向上的光栅线中，由于沿第一方向的光栅线包含的子透光区域的角顶点数量最多，因此，降低沿第一方向的光栅线的可见度为减轻莫尔条纹的主要途径。为降低沿第一方向的光栅线的可见度，本发明实施例提供的光栅中，沿第一方向的光栅线包含的子透光区域的角顶点数量少于这些角顶点所属的子透光区域的数量。

较佳地，可通过扩大每条狭缝中部分子透光区域的面积，使原处于沿第一方向的光栅线上的角顶点偏离对应的光栅线；或者，可通过平移每条狭缝中部分子透光区域的位置，以改变对应的角顶点位置，减少沿第一方向的光栅线包含的子透光区域的角顶点数量。

以下结合附图，详细说明本发明实施例。

首先详细说明通过扩大子透光区域的面积以减少处于同一条光栅线上的角顶点的方案。具体实施时，可将现有的狭缝光栅的各子透光区域进行水平和/或竖直扩展，以减少处于同一条直线上的角顶点数量。以下分别进行说明：

一、子透光区域在水平方向上扩展

水平扩展具体包括：向左侧扩展，向右侧扩展，或同时向左右两侧都扩展。在此，左侧或右侧方向是水平方向的两个相对方向，可以根据需要自由规定左/右侧方向。

为方便说明，以下各附图中均将正对附图的左侧方向规定为“左”，其相反方向为“右”。

图2所示为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图，该狭缝光栅是对图1所示的现有狭缝光栅的改进。对比图1可看出：原图1中的子透光区域12水平向左扩展，扩展部分为图2中所示的无阴影填充区域21，类似地，原图1中的子透光区域13水平向右扩展，扩展部分为图2中所示的无阴影填充区域22......相对于图1所示的光栅，图2中每条狭缝上的多个相邻子透光区域可按照上述“左右”循环扩展方式扩展得到。

假设图1所示的狭缝光栅对应的图像调制装置的显示面板为N*M子像素矩阵，则图1中沿第一方向的光栅线101由N个角顶点组成，而采用上述水平扩展方法得到的图2所示的狭缝光栅中，当N为偶数时，各由N/2个角顶点组成，当N为奇数时，光栅线201和202分别由(N-1)/2和(N+1)/2个角顶点组成。可见，光栅线201、202的可见度明显低于图1中的光栅线101的可见度，因此，当该种光栅结合图像调制装置实现立体显示时，相对于图1所示的狭缝光栅和图像调制装置产生的莫尔条纹，图2所示光栅与图像调制装置产生的莫尔条纹得到淡化。

图3A是对图1所示的狭缝光栅中的多个相邻子透光区域进行“左中右”循环扩展得到的光栅结构示意图，图3B是对图1所示的狭缝光栅中的多个相邻子透光区域进行“右中左”循环扩展得到的光栅结构示意图。图3A和图3B所示光栅的水平扩展原理与图2类似，在此不详述，仍然假设图1中的狭缝光栅线101由N个角顶点组成，则采用上述水平扩展方法得到的图3A或图3B所示的狭缝光栅中，组成沿第一方向的光栅线的角顶点数量降至N/3(当N为3的整数倍时)，因此采用图3A或图3B所示的光栅也能消除或减轻立体显示装置产生的莫尔条纹。

图4所示为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域在水平方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图，根据子透光区域的扩展方向，可将图4所示的每条狭缝光栅中的子透光区域的扩展情况描述为“左中右中”扩展，图4所示光栅的水平扩展原理与图2类似，在此也不详述。

二、子透光区域在竖直方向上扩展

竖直扩展具体包括：向上侧扩展，向下侧扩展，或同时向上下两侧都扩展。在此，上侧和下侧方向是竖直方向的两个相对方向，可以根据需要自由规定上/下侧方向。

图5所示为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图，该图是对图1所示的狭缝光栅的改进。如图5中所示：原图1中斜光栅的子透光区域12竖直向下扩展得到新的子透光区域，扩展部分为图5中所示的无色区域51，类似地，原图1中的子透光区域13竖直向上扩展图5中所示的无色区域52，得到另一新的子透光区域......可见，通过将图1所示的现有狭缝光栅的各相邻子透光区域按照上述“上下”循环扩展方式扩展可以得到图5所示的狭缝光栅。若仍然假设图1所示的狭缝光栅对应的图像调制装置的显示面板为N*M子像素矩阵，即图1中的沿第一方向的光栅线101由N个角顶点组成，则图5所示光栅中，组成沿第一方向的光栅线501的角顶点数量降至N/2(N为偶数时)或降至(N-1)/2和(N+1)/2(N为奇数时)。

图6为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向上按照“上中下”扩展方式进行扩展的狭缝光栅的局部结构示意图，图6所示光栅的水平扩展原理与图5类似，在此不详述。

图7为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域在竖直方向扩展的狭缝光栅的局部结构示意图，该狭缝光栅通过对现有的狭缝光栅的每个狭缝的各相邻子透光区域进行“上中下中”循环扩展得到，图7所示光栅的实现原理与图5类似，在此也不详述。

以上所述类型中，均是按照某种规律进行循环变化的。我们也可以通过非规律性的循环来对各相邻子透光区域进行扩展，并不局限于以上所述的几种循环类型。任意向左向右向上向下的扩展均可任意组合。扩展的大小也可根据需要任意组合。

除了采用单一在水平或竖直方向上进行扩展的方式，还可以使处于同一狭缝中的子透光区域在水平和竖直两个方向上都进行扩展。例如，可以对同一狭缝的多个相邻子透光区域依次按照：水平方向——竖直方向——水平和竖直两个方向的规律进行扩展。如图8所示为本发明实施例提供的子透光区域在水平和竖直方向上都进行扩展的狭缝光栅局部结构示意图：子透光区域81由图1中所示的子透光区域11水平向右扩展得到，子透光区域82由图1中所示的子透光区域12水平向右扩展且竖直向上扩展得到，子透光区域83由图1中所示的子透光区域13水平向左扩展得到。

上述实施例中，通过扩大现有光栅的子透光区域的透光面积，使得改进后的光栅的任一狭缝中，至少有两个相邻子透光区域没有一个重合的角顶点，有效减少了处于同一条光栅线上的子透光区域的角顶点的数量，降低了该光栅线的可见度，从而减轻了莫尔条纹。此外，扩大光栅的各子透光区域的通光孔径，还能有效提高立体显示装置的亮度。

对于通过平移每条狭缝中部分子透光区域的位置以改变对应的角顶点位置的方案，具体实施时，相对于各子透光区域对应的子像素而言，通过在水平/竖直方向平移子透光区域的开孔位置，使至少一个子透光区域的开孔中心偏离该狭缝对应的二维显示面板的多个子像素的中心连线。较佳地，使任意三个依次相邻的子透光区域的开孔中心不处于同一直线上，从而减少处于同一直线上的子透光区域的角顶点数量。

图9所示为本发明实施例提供的一种狭缝光栅的子透光区域的开孔位置在水平方向进行平移的狭缝光栅局部结构示意图。相对于现有光栅中每条狭缝内的所有子透光区域的中心处于同一直线上的光栅结构而言，图9中所示的三个相邻子透光区域91、92、93的开孔中心不处于同一直线上。为方便说明，假设图9是对图1所示的光栅的改进，且图9所示光栅中的各子透光区域面积和图1所示的子透光区域的面积相等，则通过水平向右平移图1中的子透光区域11可以得到子透光区域91，同理，可以通过水平向右平移图1中的子透光区域13可以得到子透光区域93。显然，子透光区域91、92、93的开孔中心不处于同一直线上，因此，子透光区域91、92、93的角顶点901、902和903也不处于同一直线上。假设图9所示的狭缝光栅对应的图像调制装置的显示面板为N*M子像素矩阵(N为偶数)，即二维显示面板上沿第一方向的子像素数量为N，则按照上述“偏右——重合”循环的开孔方法得到的图9所示狭缝光栅中，在沿第一方向的光栅线上的子透光区域的角顶点数量不多于N/2。因此，采用该种狭缝光栅，也可以有效减少莫尔条纹对立体图像的干扰。

综上所述，可以通过向不同方向扩大组成同一条狭缝的部分相邻子透光区域的透光面积，以减少处于同一光栅线上的角顶点数量；或者将组成同一条狭缝的部分子透光区域的开孔中心与各自对应的子像素的中心错位，以减少处于同一直线上的角顶点数量。上述实施例只是本发明的较佳实施方式，可见，只要是符合：“由多个子透光区域组成的光栅的任一条狭缝中，至少两个相邻子透光区域的任意两个角顶点不重叠”这一条件的光栅，都是本发明所述的光栅。

此外，本发明提供的光栅不仅限于上面实施例中所述的子透光区域为矩形、狭缝方向为斜方向的光栅，其余结构的光栅，如：子透光区域的开孔形状为菱形或多边形等等形状的光栅，或者狭缝方向为水平/竖直方向的光栅，也可以采用本发明的原理来实现。而对于开孔形状为圆形或椭圆形的光栅，也可以采用本发明的思路进行改进，即：通过扩大组成同一狭缝的各圆形/椭圆形子透光区域的开孔面积或通过改变组成同一狭缝的各圆形/椭圆形子透光区域的开孔中心位置，以使组成同一狭缝的所有圆形/椭圆形子透光区域中，至少有一个子透光区域不与其余子透光区域的共同切线相切。本发明也不拘泥于同一光栅必须同一形状，也可以由不同的图形组成同一光栅。

此外，本发明所提供的光栅可以是子透光区域为开孔的狭缝光栅，也可以是子透光区域为微型柱面透镜的柱面透镜光栅，具体实施时，各微型柱面透镜的通光孔径大小与其所处位置对应的狭缝光栅的子透光区域的大小一致。

本发明实施例提供的光栅的子透光区域还可以与图像调制装置的二维显示面板具有其他组合方式，例如：对于一个子透光区域对应图像调制装置的显示面板上的一个完整象素(三个子像素)的光栅，同样可以沿用本发明实施例提供的方案进行改进，即只要通过改变子透光区域的透光面积，或通过改变子透光区域的开孔位置，或通过其余变化方式以使每条狭缝中至少有两个相邻子透光区域的任意两个角顶点不重叠，即可实现本发明的目的。此外，对于与图像调制装置的二维显示面板具有其他组合方式的光栅，前面所述的第一方向为：图像调制装置的二维显示面板上，与光栅的每条狭缝中的各子透光区域对应的最小单元的中心连线的方向。

上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的技术人员在本方法的启示下，在不脱离本方法宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光栅，用于立体显示装置，其特征在于，所述光栅的任一条狭缝由多个子透光区域组成；所述每个子透光区域对应于所述立体显示装置的显示面板的一个子像素，该对应关系为：每个子透光区域对应与其重合面积最大的子像素；所述狭缝中、位于沿第一方向的同一条直线上的子透光区域的角顶点个数少于该条狭缝中的子透光区域的个数；所述第一方向为所述狭缝中的所有子透光区域在所述立体显示装置的显示面板上所对应的子像素的中心点连线方向；所述角顶点为相应的子透光区域的任意两条邻边的交叉点。

2.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述光栅为子透光区域为小孔的狭缝光栅。

3.一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，其特征在于，所述光栅的任一条狭缝由多个子透光区域组成；所述每个子透光区域对应于所述立体显示装置的显示面板的一个子像素，该对应关系为：每个子透光区域对应与其重合面积最大的子像素；所述狭缝中、位于沿第一方向的同一条直线上的子透光区域的角顶点个数少于该条狭缝中的子透光区域的个数；所述第一方向为所述狭缝中的所有子透光区域在所述立体显示装置的显示面板上所对应的子像素的中心点连线方向；所述角顶点为相应的子透光区域的任意两条邻边的交叉点。

4.如权利要求3所述的立体显示装置，其特征在于，所述光栅为子透光区域为小孔的狭缝光栅。

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