CN102902003A

CN102902003A - 狭缝光栅及其立体显示装置

Info

Publication number: CN102902003A
Application number: CN2012103871908A
Authority: CN
Inventors: 陈寅伟; 宋磊; 刘宁; 戈张
Original assignee: 深圳超多维光电子有限公司
Current assignee: Shenzhen Super Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN102902003B

Abstract

本发明涉及一种狭缝光栅和显示设备，该狭缝光栅用于立体显示设备实现视差效果，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。本发明狭缝光栅和显示设备可以避免摩尔纹，提高立体显示效果。

Description

狭缝光栅及其立体显示装置

技术领域

本发明涉及一种立体显示技术，尤其是一种狭缝光栅及其立体显示装置。

背景技术

在目前的显示技术中，立体显示技术可大致分为可直接观赏的裸眼式(auto-stereoscopic)和需要佩戴特殊设计眼镜观赏的眼镜式(stereoscopic)。其中裸眼立体显示技术的工作原理主要是利用光栅装置来控制观赏者左眼与右眼所接收到的影像。根据人眼的视觉特性，当左、右眼分别观看相同的影像内容但是具有不同视差的两个影像时，人眼将观察到的两个影像合成的一立体影像。裸眼立体显示技术因其更接近人们日常使用习惯，应用广泛，而成为3D显示技术发展的趋势。

公开号为CN101049028A的专利公开了一种裸眼立体显示器的设计方案，其主要部分包括具有相同空间周期的视差栅格和与视差栅格具有近似周期的左右图显示单元。通过视差栅格的分光作用，来实现左右眼图像的分离从而达到立体显示的效果。但是裸眼式立体显示技术所采用的光栅结构具有与显示面板的像素结构相近的空间周期结构，根据摩尔纹效应，在这种情况下，两者极易产生在观赏者的观看区域内产生的空间摩尔条纹，从而影响立体显示效果。两个空间频率相近的周期结构叠加在一起，就形成了另一个方向上的黑白强度明显的条纹。其空间周期由以下多个因素决定，包括两个相互叠加的周期结构的空间频率，它们之间的夹角(本发明中夹角都为0)以及两者之间的距离等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种狭缝光栅和显示设备，以解决摩尔纹导致的立体显示效果差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种狭缝光栅，该狭缝光栅用于立体显示设备实现视差效果，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

进一步地，同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。

优选地，每个区域内的光栅节距的宽度与显示面板上的排图节距相同。

所述每个区域的宽度w范围为：1/4W≤w≤1/3W，其中W为人眼瞳距。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种显示设备，所述显示设备包括显示面板和置于显示面板前、实现视差效果的狭缝光栅，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

优选地，同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。每个区域内的光栅节距的宽度与显示面板的排图节距相同。

本发明狭缝光栅和显示设备通过对重复周期内的各区域间间隔的控制，不仅可以达到视差效果，同时可有效消除空间摩尔条纹，提高了立体显示效果。

附图说明

图1示出了完全匹配像素设计光栅和近似周期视差光栅的光线分布；

图2a示出了具有良好立体效果视差光栅模型的光线空间分布图；

图2b示出了精确覆盖两个主像素光栅模型的光线空间分布图

图3示出了本发明实施例中各个结构的示意图；

图4示出了本发明狭缝光栅实施例的一种结构设计；

图5示出了单个重复周内不同分割区宽度所造成的可视区的差别。

具体实施方式

本发明狭缝光栅用于立体显示设备实现视差效果，其中视差狭缝光栅呈条状分布，透光部分和遮挡部分交替排列。该视差光栅采用了非均匀周期的设计方法。具体地，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

但区域之间有不同的位置偏移，优选地，同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。

设置方法在具体实施方式中详细说明。每个透光位置和相邻遮挡位置共同构成一个光栅节距，所有区域的光栅节距相同，且其宽度和显示面板上排图节距相同。视差光栅可以采用有源类型，同时也可不使用像薄玻璃这样的基板。例如视差光栅可以采用液晶器件来实现。

显示屏幕具有多个排列成行和列的显示像素，其是具有二维像素孔径阵列的空间光调整器件(SLM)。如液晶显示面板(LCD)，等离子面板(PDP)，有机激光显示面板(OLED)等。该显示面板被安排成在正面观看像素列在垂直方向上延伸，并具有水平节距。在进行立体显示时，显示像素单元对应视差光栅的任意狭缝开口位置存在周期性的排图单元，如每个开口位置对应2个或4个主像素单元。这样的每个排图单元的宽度称之为排图节距。一般的，排图节距是像素水平节距的整数倍。

视差光栅的设计参数由其所要实现的立体显示效果决定，只有在其设计参数匹配立体显示要求时，才能得到理想的立体效果。这些设计参数包括视差光栅上区分的区域个数，区域内的光栅节距和各个区域的相对偏移量等。

视差光栅式立体显示器存在可视区域的限制，为了得到符合正常观看距离的立体显示效果，需要使显示面板上的排图节距和狭缝的开口存在一定的位置偏移。这是因为屏幕上不同位置处的像素点与观看位置处人眼的夹角不同造成的。为实现观看距离的控制，之前的光栅设计方法为均匀周期且其光栅节距长度略小于像素的排图节距。设观看距离为L，视差光栅离显示像素的距离为S，排图节距为2i，视差光栅节距为p，则其满足以下计算公式：

\frac{p}{2 i} = \frac{L}{L + S}

由上式可知，视差光栅的节距总是会比排图节距小一些。这样就很容易因为两个周期的不匹配而产生摩尔纹效应。

现采用一种新的视差光栅设计方法来避免摩尔纹现象的产生。可知以上所述两种节距的长度差别在空间上具有累积效应，如其两者相差0.2um，则经过100个周期横向积累后，其对应的视差光栅和排图单元的位置差别即为20um，也正是这种位置差别保证了立体效果的形成。同样为了匹配以上效果，我们的设计方法为将整个视差光栅分为若干个区域，每个区域内采用和排图节距相同的光栅节距，而一个重复周期内，区域与区域之间的间距逐渐增大或逐渐减小，各重复周期的开始和结束坐标可以由以下公式来计算得出：

假设以光栅开始的一端为坐标原点建立坐标系，P_m和P_m+1分别为序号为m(m为大于或等于0的整数)的重复周期开始和结束对应的坐标，则：

m＝0时，P_m＝0，

\frac{P_{m + 1}}{2 i} = \frac{L}{L + S};

m＞0时，

\frac{P_{m}}{2 i * m} = \frac{L}{L + S}

\frac{P_{m + 1}}{2 i * (m + 1)} = \frac{L}{L + S}

除了匹配观看距离，为了扩大可视区的范围，相关设计参数还需要匹配人眼瞳距。控制匹配瞳距的参数有视差光栅离面板之间的距离、排图节距和理想可视距离。设人眼瞳距大小为IPO，则以上几个参数满足一下公式：

\frac{i}{IPO} = \frac{S}{L}

通过合理选取放置距离S、排图节距2i等参数，可以使在所要求观看距离处的立体效果匹配人眼瞳距的需求。

同时视差光栅上每个区域的宽度会影响可视区的范围，具体关系是区域宽度越大，可视区范围越小，区域宽度越小，可视区越大。原则上，区域的宽度不能超过人眼的瞳距，即65mm。

所述每个区域的宽度小于或等于人眼瞳距。最佳的，每个区域的宽度w范围为：1/4W≤w≤1/3W，其中W为人眼瞳距。

现在将详细讨论本发明中所要达到的立体显示效果的实施方式，具体的实施例在附图中示出，其中，相同标号用于表示同一部件。通过对照附图来描述本发明的实施方式来解释本发明的整体构思。

图1示出了完全匹配像素设计光栅和近似周期视差光栅的光线分布，其中10为狭缝光栅，20为显示面板，1、101和102为狭缝光栅的开口。图2a、b示出了较好立体效果视差光栅模型的可视区域分布和精确覆盖两个主像素光栅模型的可视区域分布。理论上说精确覆盖两个主像素光栅所对应可视区域在无穷远处，这显然是没有实际意义的。在图b中，将光栅宽度做了少许调整，从而得到很小的可视区域。但是这种简单的匹配像素的设计显然是无法得到实际应用的。

图3为本发明实施例中各个部件的立体装配图。视差光栅位于显示屏幕前面一定距离，视差光栅也可以是具有可切换功能的液晶器件，如液晶透镜阵列。若视差光栅采用电驱动装置则结构中还包括其与屏幕显示控制相关的切换控制模块。

图4示出了本发明中立体显示装置中的视差光栅结构的实施例示意图。该视差光栅采用了非均匀周期的设计，将整面光栅区域分成若干个独立区域，分别计算不同区域所应该具有的偏移量，使其满足立体成像原理。在实际确定光栅参数时也可采用以下方法来设置非均匀周期光栅的偏移量。为方便说明，以图3为例，在该实施例中，取显示面板参数为主像素大小为78um。视差光栅采用覆盖两个主像素的设计，因此其排图节距设计为156um。为匹配人眼瞳距，取一个重复周期为65mm*2＝130cm左右，同时在保证足够大的空间可视区，将以上重复周期(130cm只是一个示例，不同的设计，重复周期也可能变化)分成偏移量各不相同的8个区域。取各区域中心来计算所应具有的开口位置偏移量。

偏移量的确定方法使用以下步骤得到：

1、由观看距离确定相应的均匀周期视差光栅的栅距大小；

2、确定非周期性视差光栅的区域数量和各个区域中心开口位置对应图像单元；

在光栅方向上建立坐标系，区域开始坐标加上区域结束坐标，除以2就是中心坐标位置

3、计算出非周期性视差光栅各区域中心开口位置处的图像单元在均匀周期光栅时相对图像单元中心处的位置偏移量。

各区域的位置偏移量是以区域中心位置来确定，由于现有均匀周期光栅的排图周期和光栅周期不同，因此就会产生中心位置的偏移。

4、将非周期性视差光栅各区域内开口位置统一进行上述偏移量的移动，从而得到完整的非周期性视差光栅的图形。

以本实施例中的光栅设计进行具体说明以上设计如何进行。

以上显示设备所要求的观看距离为500mm，光栅到显示屏幕的距离为0.6mm。可以计算出对应累积误差为0.2um，所以视差光栅的节距为155.8um。可知在显示屏幕的横向距离上，可以根据现有均匀光栅的排图节距和视差光栅节距重复的最小周期并以此作为本发明光栅的重复周期：重复周期＝排图节距*(排图节距/累积误差)。因此计算得到本发明光栅的重复周期是121.68mm。在设计非周期性视差光栅时，会将以上光栅重复周期划分为不同的区域，区域宽度的原则上不能超过人眼瞳距65mm。实际中所取的区域宽度越小立体显示参数的匹配越好，经常取为瞳距宽度的三分之一或者四分之一的大小。现举一实例，根据显示面板的大小，将上述重复周期分成4个相同宽度的区域，则每个区域内光栅节距数为195个。分别计算出各个区域中心位置相对于均匀光栅的偏移量为19.6、58.4、97.6、136.4um。通过设置计算好的不同区域的偏移量，从而保证了各个区域都能在人眼位置处显示良好的立体效果。该非周期光栅设计完成后的一个重复周期的示意图如图3所示，1、2、3、4各个区域具有不同的偏移量，整个视差光栅由上述多个重复周期排列构成。

图5示出了区域宽度对可视区域范围的影响，可以看出区域越宽，可视区域会变的越窄。图中示出了一个区域两边的边缘狭缝，若整个区域宽度为49.7mm，则对应的可视区域跨度即为65-49.7＝15.3mm，这样的宽度过小，在使用中可能因为头部的轻微移动导致立体效果的迅速下降，因此区域宽度的选择需要根据实际情况进行设计。

另外，本发明还提供了一种显示设备，所述显示设备包括显示面板和置于显示面板前、实现视差效果的狭缝光栅，如上所述，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

狭缝光栅和显示面板之间用于粘合的透明胶合剂。可理解地，该显示设备还包括驱动视差光栅的液晶驱动器件、相应电极和驱动电路等装置。

优选地，同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。

具体地，每个区域内的光栅节距的宽度与显示面板上排图节距相同。

所述每个区域的宽度小于或等于人眼瞳距，优选地，所述每个区域的宽度w范围为：1/4W≤w≤1/3W，其中W为人眼瞳距。

虽然已经参照示范性实施例具体展示并说明了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明精神和范围所限定的情况下，可对其形式和细节做出各种变化。

Claims

1.一种狭缝光栅，该狭缝光栅用于立体显示设备实现视差效果，其特征在于，所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

2.如权利要求1所述的狭缝光栅，其特征在于：同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。

3.如权利要求1所述的狭缝光栅，其特征在于：每个区域内的光栅节距的宽度与显示面板上的排图节距相同。

4.如权利要求1所述的狭缝光栅，其特征在于：所述每个区域的宽度小于或等于人眼瞳距。

5.如权利要求1所述的狭缝光栅，其特征在于：所述每个区域的宽度w范围为：1/4W≤w≤1/3W，其中W为人眼瞳距。

6.一种显示设备，所述显示设备包括显示面板和置于显示面板前、实现视差效果的狭缝光栅，其特征在于：所述狭缝光栅包括若干个重复周期，每个重复周期包括若干个区域，所有区域内具有相同的光栅节距，每个区域的两侧边缘均为遮光部分或均为透光部分，相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距小于或等于区域内部透光部分或遮光部分的宽度。

7.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于：同一重复周期的各相邻区域的遮光部分或透光部分之间的间距呈递增或递减变化。

8.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于：每个区域内的光栅节距的宽度与显示面板的排图节距相同。

9.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于：所述每个区域的宽度小于或等于人眼瞳距。

10.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于：所述每个区域的宽度w范围为：1/4W≤w≤1/3W，其中W为人眼瞳距。