专利名称：三维图像显示设备和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过利用诸如视差屏障的视差装置显示三维图像的三维图像显示设备，并且涉及三维图像显示设备中采用的图像显示装置。
背景技术：
用于显示三维图像的技术可分成图像观看者需要使用眼镜的技术和图像观看者不用眼镜而用裸眼观看三维图像的技术。根据后者技术的图像显示方法称为裸眼三维图像显示法。裸眼三维图像显示法的代表包括视差屏障法和柱状透镜法。在视差屏障法和柱状透镜法的情况下，用于双眼视觉的多个视差图像通过在诸如液晶显示装置的图像显示装置上合成而空间分离和显示，然后，视差图像通过利用用作视差分离装置的视差装置在水平方向上进行视差分离处理，以便实现双眼视觉。在例如两个视点的情况下，视差图像为左眼图像和右眼图像。特别在视差屏障法的情况下，作为视差装置，采用提供有狭缝状开口的视差屏障。另一方面，在柱状透镜法的情况下，作为视差装置，采用通过彼此平行地设置多个圆柱状剖开透镜(split lens)实现的柱状透镜(lenticular lens) 0
发明内容
在如上所述的利用图像显示装置和视差装置的三维图像显示设备中，图像显示装置的像素结构和视差装置的结构是彼此不同的周期结构。因此，三维图像显示设备引起产生的亮度不均勻(波纹(moire))的问题。作为解决该问题的方法，日本专利No. 4023626提出了通过增加视差屏障的开口宽度到大于通常情况的值而降低亮度不均勻的方法。然而，根据该方法，不可避免地增加串扰量。在此基础上，根据条件，在某些情况下不能降低亮度不均勻量。另外，日本专利No. 3955002提出了通过制作视差屏障倾斜条纹而降低亮度不均勻量的方法。然而，根据该方法，取决于条件，在某些情况下不能完全消除亮度不均勻。在此基础上，日本专利 No. 4271155提出了通过在与法线方向不同的方向上定向视差屏障或柱状透镜来辅助地降低亮度不均勻量的方法。表示“辅助地降低亮度不均勻量”的词语意味着降低亮度不均勻量作为主要效果的次要效果，该主要效果是分辨率的纵横比的改善。然而，该方法具有一个问题，该方法不能应用在包括像素位置的视点很少的条件下(例如，视点的数量小于16)。因此，所希望的是提供一种三维图像显示设备，其能够降低因图像显示装置和视差屏障之间的周期结构差异产生的亮度不均勻量，以便改善三维图像的分辨率。另外，希望提供适合于三维图像显示设备的图像显示装置。根据本发明的三维图像显示设备包括图像显示装置。在该图像显示装置中，多个像素设置在水平和垂直方向上以形成二维矩阵；每个该像素都构造为包括m个子像素；并且多个视点视差图像被分配给每个子像素以形成预定的配置图案，并且通过执行合成处理而被显示。三维图像显示设备还包括视差装置，其具有与子像素相对应的多个视差分离部分，并且用于在多个视点方向上分离图像显示装置上显示的视差图像，以实现视差图像的
4双眼视觉。另外，在图像显示装置中，对视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理(step placement process)在垂直方向上以η个像素的倍数为周期，在水平方向上位移等于一个子像素的量。在此基础上，视差装置中采用的视差分离部分设置在满足下面条件表达式的方向上arctan{β · n/(n_l)}-arctanβ其中η是m的倍数，β是子像素的垂直方向的节距与子像素的水平方向的节距之比。另外，在根据本发明的图像显示装置中多个像素设置在水平和垂直方向上以形成二维矩阵；每个像素构造为包括m个子像素；多个视点视差图像被分配给每个子像素以形成预定的配置图案，并且通过执行合成处理而被显示；并且对多个视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理在垂直方向上以η个像素的倍数为周期，在水平方向上位移等于一个子像素的量。在根据本发明实施例的三维图像显示设备中，图像显示装置上显示的视点视差图像的配置图案和视差装置中采用的视差分离部分的配置方向得到优化，从而降低了因图像显示装置和视差装置之间周期结构差异产生的周期性亮度不均勻的周期。另外，在根据本发明实施例的图像显示装置中，视差图像的配置图案优化成适合于视差图像的配置的图案。根据本发明实施例提供的三维图像显示设备，图像显示装置上显示的视点视差图像的配置图案和视差装置中采用的视差分离部分的配置方向在预定的条件下得到优化。因此，能够降低因图像显示装置和视差装置之间的周期结构差异产生的周期性亮度不均勻的周期。结果，可改善三维图像的分辨率。另外，根据本发明实施例提供的图像显示装置，能够呈现出适合这样视差分离部分的配置的显示。
图1是示出根据本发明实施例的图像显示装置和采用图像显示装置的三维图像显示设备的典型总体构造的横截面图；图2是示出在图1所示的三维图像显示设备中，视差图像的配置图案和每个均用作视差装置的视差分离部分的开口的配置方向在预定条件下的第一典型构造优化的俯视图；图3是示出在图1所示的三维图像显示设备中，视差图像的配置图案和每个均用作视差装置的视差分离部分的开口的配置方向在预定条件下的第二典型构造优化的俯视图；图4是示出现有像素阵列和包括每个均具有台阶形状的开口的现有视差装置的构造的说明性示意图；图5是示出现有像素阵列和包括每个均具有倾斜条纹形状的开口的现有视差装置的构造的说明性示意图；图6是在周期性亮度不均勻因两个不同周期结构的产生原理的描述中参考的说明性示意图7是在几何学上导出周期性亮度不均勻周期的处理之描述中参考的说明性示意图；图8是示出为周期结构的角偏移计算周期性亮度不均周期的处理结果的特性图；图9是示出视差图像的配置图案没有位移的典型构造的说明性示意图；图10是示出作为在视差图像上执行的位移和配置处理的结果获得的典型图案的说明示意图；图11是示出位移周期和角偏移之间关系的特性图；图12是示出图1所示的三维图像显示设备中视差屏障的每个开口具有倾斜条纹形状的典型构造的俯视图；图13是示出柱状透镜用作图1所示三维图像显示设备的视差屏障的典型构造的横截面图；以及图14是示出柱状透镜用作视差屏障的典型构造的俯视图。
具体实施例方式参考附图详细说明本发明的实施例如下。[三维图像显示设备的总体构造]图1是示出根据本发明实施例的图像显示装置2和采用图像显示装置2的三维图像显示设备的典型构造的横截面图。如图所示，三维图像显示设备包括图像显示装置2和用作视差装置的视差屏障1。视差屏障1具有屏蔽部分11和开口 12。图像显示装置2构造为二维图像显示单元，例如，液晶显示面板、采用电致发光方法的显示面板或等离子体显示面板。在图像显示装置2的显示屏幕上，多个像素设置在水平方向和垂直方向上以形成二维矩阵。每个像素都构造为包括m个子像素，其中m是等于或大于1的整数。例如，每个像素构造为包括交替设置在水平方向上的R(红色)、G (绿色) 和B(蓝色)子像素。在垂直方向上，设置相同颜色的子像素。在图像显示装置2上，多个视差图像用于同样多个视点，该多个视差图像被分配给每个子像素以形成预定的配置图案， 并且通过执行合成处理而进行显示。视差屏障1是将多个视差图像(包括在图像显示装置2上显示的视差合成图像中)在多个视点的方向上分离的部分，从而视差图像的双眼视觉成为可能。视差屏障1设置为以可实现双眼视觉的位置关系面对图像显示装置2。如上所述，视差屏障1具有屏蔽部分11和开口 12。每个屏蔽部分11都是挡光的屏蔽部分。另一方面，每个开口 12是视差分离部分，用于在预定条件下使光通过，并且与图像显示装置2上的子像素之一对应，从而使双眼视觉成为可能。视差屏障1通过在透明平板上提供屏蔽部分11而产生。每个屏蔽部分11都是不透光的黑色物质或者薄金属等。薄金属等用于反射光。视差屏障1将多个视差图像(包括于图像显示装置2上显示的视差合成图像中) 分离，从而仅指定的视差图像在从指定视点的位置观看图像显示装置2时被看到。由视差屏障1的开口 12和图像显示装置2的子像素之间的位置关系，图像显示装置2的子像素的发射光的发射角受到限制。图像显示装置2的子像素具有不同的显示方向，这是由于视差屏障1的开口 12和图像显示装置2的子像素之间的位置关系。由不同子像素发射的光束 L3和光束L2分别到达观看者的左眼IOL和观看者的右眼10R。观看具有彼此不同视差的图像的状态使得感觉到三维图像。视差屏障1的每个开口 12提供为具有典型地定向在倾斜方向上的台阶形状的开口。然而，每个开口 12也可提供为具有定向在倾斜方向上的条纹形状的开口。在图像显示装置2上，通过执行合成处理显示用于同样多个视点的多个视差图像，以根据屏障图案形成预定的配置图案。在屏障图案具有台阶形状的情况下，多个视差图像在被合成之前被分割成台阶形状以根据该屏障图案在倾斜方向上形成预定的配置图案。[视差图像的典型配置图案和视差屏障1的开口12的典型配置方向]在该三维图像显示设备的视差屏障1中，用于多个视点的多个视差图像的配置图案是经过台阶设置处理(st印placement process)的图案在垂直方向上以η个像素尺寸的倍数为周期，在水平方向上位移等于1个子像素尺寸的距离。另外，在作为视差装置的视差屏障1中每个都用作视差分离部分的开口 12设置在满足下面条件表达式的方向上arctan{β · n/(n_l)}-arctanβ在上面的表达式中，η是m的倍数，并且β是子像素的垂直方向的节距与子像素的水平方向的节距之比。图2和3都是示出优化视差图像的配置图案和开口 12的配置方向的典型构造的示意图，每个开口 12都用作在上面给定的条件下视差装置中的视差分离部分。在图2和3 所示的典型构造中，每个像素都构造为包括m( = 3)个子像素，它们是R、G和B子像素。在图2和3所示的典型构造中，具有矩形形状的每个精细部分都是一个子像素。分配给子像素且示出在该子像素内的数字是视点(或者视差)数量。图2是示出用于四个视点(视差) 的显示器的典型构造。四个视点(视差)之一的数字分配到子像素。四个视点(视差)之一的数字是范围为1至4的数字。在图2所示的典型构造中，用于多个视点的视差图像的配置图案已经进行台阶设置操作在垂直方向上以三个像素为周期(以3的位移周期)，在水平方向上位移一个子像素的距离。图3是示出用于九个视点(视差)的显示器的典型构造的示意图。九个视点(视差)之一的数字分配到子像素。九个视点(视差)之一的数字是范围为1至9的数字。在图3所示的典型构造中，用于多个视点的视差图像的配置图案已经进行台阶设置操作在垂直方向上以九个像素为周期(以9的位移周期)，在水平方向上位移一个子像素的距离。另外，在图2和3所示典型构造的情况下，m = 3，在上面给定的条件下，视差屏障 1中的开口 12设置在满足下面条件表达式的开口方向31上arctan{3n/ (n-1)}-arctan3在上面的表达式中，η是3的倍数。由于图2和3所示的构造，能够降低因图像显示装置2和视差屏障1之间周期结构差异产生的亮度不均勻量(波纹)。结果，能够改善三维图像的分辨率。降低亮度不均勻量的原理描述如下。[亮度不均勻的产生及降低原理]为了说明降低周期亮度不均勻量的原理，首先，下面的描述主要说明了三维图像显示设备中周期亮度不均勻的产生引起问题的原理。图4和5是示出根据现有视差屏障法构造的视差屏障以及根据现有视差屏障法优化像素布置构造(用于多个视点的多个视差图像的配置图案)的示意图。应当注意的是，图4是示出用于台阶屏障法构造的示意图，而图5是示出用于倾斜条纹屏障法构造的示意图。由图明显可见，指定视点的显示像素(严格地说，子像素)设置为在与视差屏障开口方向匹配的方向上形成台阶形状。应当注意的是，图4和5示出了如下描述的状态。在此状态下，分配视点数的视差图像是可见的。视点数以分配到指定视点位置的视差图像的视点数1开始。因为子像素被直接用作视点显示像素，所以指定的视点显示像素的配置方向和视差屏障的开口方向表示如下指定的视点显示像素的配置方向=视差屏障的开口方向=arctan^在上面的表达式中，数量β表示如下β = py/px在上面的方程中，数量py是在垂直方向上的子像素节距，而数量px是水平方向上的子像素节距。在普通液晶显示单元等中，采用设置在水平方向上的R、G和B子像素。因此，垂直方向上的子像素节距与水平方向上的子像素节距比为1 3。从而，指定的视点显示像素的配置方向和视差屏障的开口方向表示如下指定的视点显示像素的配置方向=视差屏障的开口方向=arctan 3另外，近年来，水平方向上设置的R、G、B和W(白色)子像素以及水平方向上设置的R、G、B和Y(黄色)子像素分别被引入作为包括四种颜色子像素的组。在此情况下，指定的视点显示像素的配置方向和视差屏障的开口方向表示如下指定的视点显示像素的配置方向=视差屏障的开口方向=arctan 4上述方向是由子像素组成的单一像素的垂直方向节距等于由子像素组成的单一像素的水平方向节距情况的方向。然而，上述方向不是单一像素的垂直方向节距不等于单一像素的水平方向节距情况的方向。甚至对于柱状透镜用作视差装置的情况，圆柱母线方向也是相同的。如果注意力集中在低阶频率的图像显示装置和视差装置上，每个装置都可看作在上述角度上关于透射率(或者光学强度)具有周期的一维周期结构。该一维周期结构由傅里叶级数表示如下
CC^(XjY)=S1 + J^bln -^[ηφ^χ,γ)]
η=1
GCf2(x,y)-a2 + X|b2n -cos[m(i)2(x.y)]
m=l.....(1)在上面的方程中，符号为表示图像显示装置(或视差装置)的周期性光学强度的函数，而符号a表示决定周期性光学强度形状的傅里叶系数。符号f2为表示视差装置(或图像显示装置)的周期性光学强度的函数，而符号b表示决定周期性光学强度形状的傅里叶系数。符号η和m的每一个都表示傅里叶级数的级数(order)。符号φ为表示每个周期结构的基本二维分布的函数。作为三维显示单元的可由观看者观看的显示单元是彼此叠加两个周期性光学强度的显示单元，并且两个周期性光学强度的叠加是表示两个周期性光学强度的两个函数的乘积。因此，两个周期性光学强度的叠加可表示如下。
fi (x’ yfe (x，y)=aia2 + ai Σ b2mc。s[m <h (χ，y)]+巧 Σ bimcos[n 如(x’ y)]
+ Σ Zblnb2mcos[n Φι(χ,7)]θ08[η < .2(χ>γ)]
.....(2)
等式( 右手侧的表达式第四项Term 4可表示如下。
Term4 = —b 2+Τ ΣΣ^η^οφ ^'Υ)-111^^^)]
m=lti=l
1 30 OC+~ΣΣ blnb2mcos[n 剩(X’ Y) + m φ2 (X，γ)]
It=In=I.....(3)等式C3)右手侧的表达式的第一项表示最基本的周期性亮度不均勻。就是说，周期性亮度不均勻的基本形状表示如下
(周期性亮度不均匀的基本形状)=(1 / 2) bnbsjcos^j (x,y) - φ2 (x,y) ] ... (4)为了导出周期结构的角偏移的方程，表示周期结构的基本二维分布的函数限定如请读者参考图6和7。在上面的方程中，如图6和7所示，符号λ i表示第一周期结构10的节距，而符号 λ 2表示第二周期结构20的节距。2 α是第一周期结构10和第二周期结构20之间的角偏移量。通过如图7所示几何地表示第一周期结构10和第二周期结构20的角偏移量，可发现周期亮度不均勻的周期。距离AB可利用周期结构的周期表示如下(距离 AB) = λ /sin( θ -α ) = λ 2/sin( θ + α ) ... (6)在上面的方程中，符号θ表示周期性亮度不均勻的方向。周期性亮度不均勻的方向θ表示如下。tan θ = tan {( λ j+λ 2) / ( λ 2-λ j)}......(7)由图7可见，通过利用周期性亮度不均勻的节距λω。％，距离⑶可表示如下(距离CD) = X/sir^a = λ moire/sin ( θ + a ) · · · (8)由方程⑶可见，周期性亮度不均勻的节距λ moire可表示如下(周期亮度不均勻的节距Xm。ire) = XjsinO+cO/sir^a]…(9)利用方程(7)，周期性亮度不均勻的节距λ moire的表达式可改变到下面的表达式
下φ 丄(X，y) = (2 31 / λ j) (xcos a +ysin a )Φ2(χ, y) = (2 π / λ 2) (xcos a-ysin a )......(5)
权利要求
1.一种三维图像显示设备，包括图像显示装置，该图像显示装置具有多个像素，设置在水平方向和垂直方向上以形成二维矩阵，每个所述像素都构造为包括m个子像素，并且多个视点视差图像分配给每个所述子像素以形成预定的配置图案，并且通过执行合成处理而进行显示；以及视差装置，该视差装置具有与所述子像素对应的多个视差分离部分，并且该视差装置用于在多个视点方向上分离所述图像显示装置上显示的所述视差图像，以实现所述视差图像的双眼视觉，其中对所述图像显示装置中所述视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理在所述垂直方向上以η个像素的倍数为周期，在所述水平方向上位移等于1个子像素的量；并且所述视差装置中采用的所述视差分离部分设置在满足下面条件表达式的方向上 arctan { β · n/ (n_l)}-arctan β，其中η是m的倍数，并且β是所述子像素的垂直方向节距与所述子像素的水平方向节距之比。
2.根据权利要求1所述的三维图像显示设备，其中所述图像显示装置中采用的每个所述像素具有m个子像素，其中m = 3 ； 对所述图像显示装置中所述视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理在所述垂直方向上以η个像素的倍数为周期，其中η = 3，在所述水平方向上位移等于1个子像素的量； 并且所述视差装置中采用的所述视差分离部分设置在满足下面条件表达式的方向上 arctan{3n/(n-1)}-arctan 3， 其中η是3的倍数。
3.根据权利要求1所述的三维图像显示设备，其中所述图像显示装置中采用的每个所述像素具有m个子像素，其中m = 4 ； 对所述图像显示装置中的所述视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理在所述垂直方向上以η个像素的倍数为周期，其中η = 4，在所述水平方向上位移等于1个子像素的量；并且所述视差装置中采用的所述视差分离部分设置在满足下面条件表达式的方向上 arctan {4n/(n~l)}-arctan 4， 其中η是4的倍数。
4.根据权利要求1所述的三维图像显示设备，其中所述视差装置是视差屏障，该视差屏障具有用作所述视差分离部分的用于透光的多个开口和用于阻挡光的屏蔽部分；并且每个所述开口都具有台阶形状或倾斜条纹形状，并且所述开口的开口方向满足所述条件表达式。
5.根据权利要求1所述的三维图像显示设备，其中所述视差装置是柱状透镜，该柱状透镜具有用作所述视差分离部分的多个剖开透镜；并且每个所述剖开透镜都是延伸在预定方向上的圆柱透镜，该圆柱透镜的圆柱母线方向满足所述条件表达式。
6.根据权利要求1所述的三维图像显示设备，其中具有相同颜色的所述子像素设置在所述图像显示设备中的垂直方向上，并且具有m种不同颜色的所述子像素周期且交替地设置在所述图像显示设备中的水平方向上。
7.一种图像显示装置，其中多个像素设置在水平方向和垂直方向上以形成二维矩阵； 每个所述像素都构造为包括m个子像素；多个视点视差图像分配给每个所述子像素以形成预定的配置图案，且通过执行合成处理而进行显示；并且对所述多个视点视差图像的配置图案进行台阶设置处理在所述垂直方向上以η个像素的倍数为周期，在所述水平方向上位移等于1个子像素的量。
全文摘要
本发明公开了一种三维图像显示设备和图像显示装置。该三维图像显示设备包括图像显示装置，其中多个像素设置在水平方向和垂直方向上以形成二维矩阵，每个像素都构造为包括m个子像素，并且为每个子像素分配多个视点视差图像，以形成预定的配置图案，并且通过执行合成处理而进行显示；以及视差装置，其具有与子像素对应的多个视差分离部分，并且用于在多个视点的方向上分离图像显示装置上显示的视差图像，以实现视差图像的双眼视觉。
文档编号H04N13/00GK102402011SQ20111026648
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月10日
发明者冈本好喜 申请人:索尼公司