弱化莫尔条纹的LED裸眼3D显示

赵悟翔++胡建青

摘 要 由于LED像素的黑色矩阵较宽，观看传统狭缝光栅式LED裸眼3D显示器的莫尔条纹明显，本文提出一种非均匀缝宽的狭缝光栅来减弱莫尔条纹，适当增大缝宽和移动透光狭缝在其周期中的位置来加剧光栅周期结构与像素周期结构之间的差距，提高莫尔条纹中暗带的亮度并使莫尔条纹变得稀疏，从而达到减弱莫尔条纹而又不会引起严重串扰的目的。实验结果证明，观看到的莫尔条纹暗带比传统狭缝光栅的莫尔条纹暗带明显减弱，具有较高的实用价值。

【关键词】裸眼3D显示 狭缝光栅 莫尔条纹 LED

1 引言

裸眼3D显示不需要佩戴诸如立体眼镜等附属设备，是当前显示领域研究的热点。其中，狭缝光栅式LCD裸眼3D显示器是裸眼3D显示中结构简单、容易实现和成本低廉的实验方案，目前已是比较成熟的产品。但是LCD显示屏亮度较低，屏幕尺寸不易做大，而LED显示屏由于高亮度、大尺寸、色彩鲜明等特点，适合用于大屏幕显示。

在传统竖直狭缝光栅设计中，将狭缝与显示屏的列像素平行摆放，当眼睛通过狭缝看到相邻子像素之间的黑矩阵时，一般会观看到明显的周期性黑白渐变的条纹，即莫尔条纹，给观看者带来不适。为了减弱莫尔条纹，本文提出一种非均匀缝宽的错位竖直狭缝光栅的设计方法：根据LED显示器黑矩阵较宽的特点，适当增大缝宽和移动透光狭缝在其周期中的位置，以此加剧光栅周期结构与像素周期结构之间的差距，提高莫尔条纹中暗带的亮度并使莫尔条纹变得稀疏，从而达到减弱莫尔条纹而又不会引起严重串扰的目的。

2 光栅莫尔条纹的形成原理

2.1 狭缝光栅裸眼3D显示原理

我们以前置狭缝光栅裸眼3D显示器为例进行说明。图1为狭缝光栅裸眼3D显示器的结构示意图和分光原理图，图中以4视点为例进行分析。设图中显示面板像素大小为?d，狭缝光栅距离显示面板的距离为D，狭缝光栅透光狭缝宽度为N，挡光条宽度为M，周期为T=M+N，理想观看位置到平板显示面板距离为S，相邻视点间距按照人类平均瞳距设为e。

由三角形相似性原理可以得到各个参数之间的关系式：

2.2 莫尔条纹产生的原理

莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉现象，它使人眼无法分辨这两条线或两个物体，只能看到干涉的花纹。在光柵式裸眼3D显示器中，由于2D显示器的像素是有序排列的周期性矩阵结构，其发出的光场也具有周期性矩阵结构，这样的光场与2D显示器前面的周期性结构的光栅相互干涉，形成莫尔条纹，使3D显示效果变差。

3 非均匀缝宽的错位竖直狭缝光栅的设计

为了减弱竖直光栅的莫尔条纹，提出了采用非均匀缝宽的错位竖直狭缝光栅的设计方法。如图2所示，圆片代表LED表贴屏像素点，其点间距Δd=2.5mm，实际发光部分直径d=1.5mm，瞳距e约为65mm，理想观看距离S=4m，设计的视点数K=5。由2.1三式可得N=2.4mm，T=12.04mm，D=14.82cm。我们将第一个周期T1=12.04mm内的透光狭缝宽度扩大为N1=3.0mm，向右偏移a1=0mm；第二个周期T2=12.04mm内的透光狭缝宽度扩大为N2=2.7mm，向右偏移a2=0.3mm；第三个周期T3=12.04mm内的透光狭缝宽度不变为N3=2.4mm，向右偏移a3=0.6mm；每三个周期重复一次上述设计过程。这样通过适当增大缝宽和移动透光狭缝在其周期中的位置，可以加剧光栅周期结构与像素周期结构之间的差距，同时又因为LED显示器黑矩阵较宽，所以不会引起严重串扰，而又可提高莫尔条纹中暗带的亮度并使莫尔条纹变得稀疏，从而达到减弱莫尔条纹的目的。

4 实验结果

如图3所示，左图是传统竖直狭缝光栅的莫尔条纹，可以明显看出其暗带比较暗且密集，右图是非均匀缝宽的错位竖直狭缝光栅的莫尔条纹，其暗带的亮度和稀疏程度与前者相比均有明显提高（红色虚线框内为暗带莫尔条纹）。

5 结论

传统竖直狭缝光栅一般会产生明显的莫尔条纹，因此本文提出了一种改进竖直光栅的设计方法--非均匀缝宽的错位竖直狭缝光栅。此方法可以明显提高莫尔条纹中暗带的亮度并使莫尔条纹变得稀疏，既减弱莫尔条纹又不会引起严重串扰。实验结果证明了本方法的有效性，具有较高的实用价值。

参考文献

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作者单位

四川大学电子信息学院 四川省成都市 610065endprint