CN101867838A - 一种立体电视 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现观看立体图像的立体电视。包括摄像机、电视机、立体镜头和立体眼镜，立体镜头由棱镜组成，设置在摄像机镜头前，能够左右两侧分别透过直接光线和经全反射后的全反射光线；立体眼镜用于观看电视机的图像，两镜片分别为红滤色镜片和蓝绿滤色镜片；直接光线经滤色后为蓝光和绿光，全反射光线经滤色后为红光；直接光线和全反射光线在摄像机镜头的视场内相互重叠并均进入摄像机镜头内。本发明的有益效果是：本发明结构简单、成本低、使用方便、同步可靠、立体图像逼真。并可和各种电影制式可兼容使用，从而使得立体电视的制作变得十分容易方便。

Description

一种立体电视

技术领域

本发明涉及一种能够实现观看立体图像的立体电视。

背景技术

目前，立体电视有着极大的应用和欣赏价值，世界很多国家都在研究，目前实现立体电视的手段多为需要复杂的设备，诸多的附加条件。技术条件高，制作困难。并且不能相互兼容，更难以用现行的广播电视制式加以普及和推广。为了获得一种用简单的方法克服目前“立体电视”的诸多缺欠，本人于1989年发明了一种《一种彩色电视、电影照相立体成像的方法》专利号是：89105221.6。(以下称原专利)。本人对原专利进行了进一步的研究，发现原专利的方法有不足之处。

原专利中如：在发明要点中所述的第3项：“这两束光线中的任意一束经滤色后为三基色(电视为红绿蓝)中的一种单色光，另一束经滤色后成为与第一束光色互补的三基色中另外两种光的混合光。上述两束光线经一定结构的光学器材进行反射、折射或透射后，同时或先后进入电影(电视)机镜头……”。根据研究发现：第一点，电视的红绿蓝三基色只能是红光为一束单色光，绿和蓝为混色的另一束互补光；原专利所说的任意一束光都可以作为单色光是不对的，只有红色为单色光才能使三基色分光明显对比度强。第二点，只有单色的红光才能经光学器材进行反射、折射、或透射后直接进入摄像机镜头，而不能经过蓝(绿)色滤光器和半透半反镜片，否则红色光将被蓝(绿)光混淆，所形成的立体图像就会分光不清，所形成的分光图像就会红色像里面有蓝绿色。佩戴相配的红蓝(绿)眼镜，仍然是看到两幅图像，形不成立体像。原专利从理论上却有不当之处。

另外，原专利所提供的两个实施例也是难以实现的。实施例一的问题是：左右两路的光程是不等的。光程不同就造成光在同一个焦平面上所形成的图像大小是不同的，即难以合成立体图像。况且，用一个半透半反镜片和一个全反射镜片要满足原摄像机镜头的视场角，反射镜需要做的很大，使两个有视差的左右图像变的差距也很大，这也难以实现该专利的目的。实施例二的问题是：整个光路是不合理的。用一个等腰的三棱镜是不能将左右两路光的图像重叠在同一个焦平面上的。就更难实现立体成像。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种能够实现观看立体图像的立体电视，它成本低，使用方便。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种立体电视，包括摄像机和电视机，包括：

立体镜头，由棱镜组成，设置在摄像机镜头前，能够左右两侧分别透过直接光线和经全反射后的全反射光线；和

立体眼镜，用于观看电视机的图像，两镜片分别为红滤色镜片和蓝绿滤色镜片；

所述直接光线经滤色后为蓝光和绿光，全反射光线经滤色后为红光；直接光线和全反射光线在摄像机镜头的视场内相互重叠并均进入摄像机镜头内。

本发明的立体电视，所述棱镜前端为与摄像机镜头平行的平行面，棱镜的一端面和内部分别设置有与摄像机镜头成45°角的全反射平面，棱镜的另一端面为与摄像机镜头垂直的垂直平面。

本发明的立体电视，所述棱镜为三个主截面为直角等腰三角形的全反射棱镜，三个全反射棱镜左右排列拼接，中间的为第一全反射棱镜，第二和第三全反射棱镜位于第一全反射棱镜的两侧，第一和第二全反射棱镜直角面相拼接，第一和第三全反射棱镜的斜面相拼接，平行面为第二和第三全反射棱镜的直角面，全反射平面为第一和第二全反射棱镜的斜面，垂直平面为第三全反射棱镜的另一直角面。

本发明的立体电视，所述立体镜头前设置有红滤色器和蓝绿滤色器，所述红滤色器位于作为平行面的第二全反射棱镜直角面前方，蓝绿滤色器位于作为平行面第三全反射棱镜直角面前方。

本发明的立体电视，所述红光滤色器的前方或后方设置有增大补偿镜。

本发明的立体电视，所述立体镜头的尺寸为根据摄像机镜头的视场角而确定的尺寸。

本发明的立体电视，所述立体镜头外设置有外壳，外壳连接有托板，托板连接在摄像机上。

本发明的立体电视，所述立体镜头的前端设置有遮光罩。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、成本低、使用方便、同步可靠，在观看用本发明拍摄的图像时，可看到立体的图像来到观看者的眼前，十分逼真。并且观看时不受远近、角度、人数多少等因素的影响，给观看者带来无限的乐趣。该立体镜头用在一台电影摄像机上即可拍摄立体电影，并和各种电影制式可兼容使用，从而使得立体电视和电影的制作变得十分容易方便。

附图说明

图1为发明的结构示意图。

图中：1摄像机镜头、2第一全反射棱镜直角面，3第一全反射棱镜，4第一和第三全反射棱镜接触斜面，5第一和第二全反射棱镜接触直角面，6第二个全反射棱镜，7第二全反射棱镜斜面，8外壳，9遮光罩，10反射视场，11增大补偿镜，12红滤色器，13反射视场光轴线，14人眼的瞳孔距离，15透射视场光轴线，16蓝绿滤色器，17第三全反射棱镜，18平行面，19摄像机视场20托板。

具体实施方式

如图1所示，本发明在能满足现有电视摄像机镜头视场角的镜头前面加装一个立体镜头，该立体镜头将原摄像机镜头的一个视场变成左右相等的两个视场。该镜头的两个视场代表人的两只眼睛，这样用一台摄像机就可以获得有视差的两幅图像。该立体镜头左右视场其光程基本相等，在同一个焦平面上，两个图像基本同等大小和基本重叠，整个图像信息负载不会增加。而对现有的摄像机及信号传输以及整个电视制式不用做任何改造就可以实现立体信号的采集、传输和显示。因而使得制作立体电视节目和电影都变得十分方便容易。人们在观看立体电视时只要佩戴一付有红滤色镜片和蓝绿滤色镜片的眼镜即可将两个图像还原为立体图像欣赏到立体电视。

本发明是通过如下技术措施来实现的：包括摄像机和电视机，摄像机镜头1前设置立体镜头，立体镜头由棱镜组成，能够左右两侧分别透过直接光线和经全反射后的全反射光线；直接光线经滤色后为蓝光和绿光，全反射光线经滤色后为红光；直接光线和全反射光线在摄像机镜头1的视场内相互重叠并均进入摄像机镜头1内。立体眼镜，用于观看电视机的图像，两镜片分别为红滤色镜片和蓝绿滤色镜片。棱镜前端为一个与摄像机镜头平行的平行面18，棱镜的一端面和内部分别设置有与摄像机镜头1成45°角的全反射平面，棱镜的另一端面为与摄像机镜头1垂直的垂直平面。棱镜采用三个主截面为直角等腰三角形的全反射棱镜。第一全反射棱镜3用于设定镜头宽度，第二和第三全反射棱镜满足摄像机视场角。三个全反射棱镜左右排列拼接，中间的为第一全反射棱镜3，第二和第三全反射棱镜位于第一全反射棱镜3的两侧，第一和第二全反射棱镜直角面相拼接，第一和第三全反射棱镜的斜面相拼接，平行面18为第二和第三全反射棱镜的直角面，全反射平面为第一和第二全反射棱镜的斜面，垂直平面为第三全反射三棱17镜的另一直角面。

立体镜头前左右设置有仅能透过红光的红滤色器12和仅能透过蓝光和绿光的蓝绿滤色器16。红滤色器12前方或后方设置图像增大补偿镜11。立体镜头装在外壳8内，通过托板20固定在摄像机上，整个立体镜头的尺寸大小取决于所使用摄像机的视场角和焦距的大小。

现以标准镜头视场角为46°至变焦3°为例，设计出该镜头的尺寸及光路。首先得出46°视场角的镜头(按大于46°设定50°)从镜头向前的65毫米处视场截面约为65×50毫米，既得出两个满足视场角棱镜的直角面的面积应不小于65×50毫米。根据摄像机镜头1的镜片的一般直径，设定出离开镜头15毫米是进入立体镜头的位置，既是从镜头前65毫米视场处减去此15毫米得出镜头宽度是50毫米，既得出第一个三棱镜直角面高度为50毫米。将第一全反射棱镜3的主截面放在一个平板上，第一全反射棱镜3的一个直角面平行于摄像机镜头1，摄像机镜头1的视场光轴线从此直角面上正入射后，按原方向进入棱镜，然后以45°的入射角到斜面临界面上，成为全反射，并从另一个直角面垂直射出，这使该光路的方向改变了90°，与该面紧连的是第二全反射棱镜6的直角面，该光线既又从第一和第二全反射棱镜接触直角面5正入到第二全反射棱镜6，到斜面后又呈90°全反射，并从该棱镜的另一个直角面射出。根据费马原理，光在两个棱镜中是直线传播的，所以该光路的视场角在第二全反射棱镜6的垂直角射出后又恢复了原摄像机镜头1的视场角。反射视场10与摄像机视场19一致。反射视场光轴线13与透射视场光轴线15之间为人眼的瞳孔距离14。根据光的可逆性原理，该视场角所视物的光就可以通过该光路进入摄像机镜头1。

在第二全反射棱镜6与摄像机镜头1平行的直角面上加装波长为700nm左右的红滤色器12，使得只有红色光才能进入该光路。该光路如果是将第一全反射棱镜3向左全反射，该红色即代表人的左眼，反之向右即代表右眼。为了减轻重量，并将进入垂直面的长于第一全反射棱镜3的部分去掉。该镜头的另一条光路是在摄像机正入射的，第一和第三全反射棱镜的斜面紧靠。正入射的光路可以直接经过第一和第三全反射棱镜接触斜面4进入第三全反射棱镜。该棱镜除保持光的直线传播外，也清除了反射光路通过第一全反射棱镜3所形成的色温差。在这个棱镜的与摄像机镜头1平行的直角面上加装500nm左右的蓝绿滤色器16，使之只允许绿蓝色光通过，该光路即代表人的另一只眼睛。该棱镜的与摄像机镜头垂直的直角面过长于设定镜头宽度的部分去掉，并将该棱镜的此直角面和第二全反射棱镜斜面7以及三个棱镜的主截面均涂成黑色，防止杂光的干扰。

调试时，去掉原摄像机的遮光罩，将第一全反射棱镜3的直角面直接靠在摄像机的镜头前，调整第二和第三全反射棱镜的角度，使摄像机所得到的左右两幅图像基本重合后，棱镜位置既是合适。由于两路光的因素稍有不同，红色图像可能会比蓝色图像稍小一点，在红滤色器的前面加装一个相当于眼镜50°左右的凸透镜片进行加大补偿，即使得左右视场的图像一样大小为合适。调好后即可把各个部件装在一个相应体型的外壳内，为适应变焦的需要，也可保留第二或第三全反射棱镜能角度微调，达到和变焦同步。第一和第二全反射棱镜角度位置调整好后，批量做时也可以将两个棱镜的紧靠的垂直面相连，做成一个平行四边形反射镜。在外壳8的底部装有向摄像机方向加长的托板20，托板20长度能和摄像机底部的固定螺丝固定。托板20并能使摄像机镜头1和该立体镜头中心为准。并将该镜头前加装遮光罩9。这样就相当于把原单镜头摄像机变成了符合人眼特性的双镜头摄像机。开启该摄像机就可以得到有视差的一红一蓝(绿)两幅图像。佩戴相应的左右红蓝(绿)镜片眼镜，就可以看到形象逼真的立体像。

使用时，先用镜头的托板将立体镜头固定在摄像机的镜头前面，为使立体镜头靠近摄像机镜头，应去掉摄像机的遮光罩，开启摄像机，就可以获得有视差的红蓝(绿)两幅图像，原摄像机的调焦光圈等与原来操作完全相同。为获得更好的近距离的“伸手可触，张口可吃”的立体效果，应多用变焦将景物拉近或移动摄像机逐渐接近景物。所获得的立体图像其录制储存播放等与原来完全相同。当在电视机上接收到立体图像节目时，观看者只要配戴一付和屏幕左右图像相应的红和蓝(绿)眼镜，即可看到电视里的景物从电视机里走出来。让人乐趣无穷。并且当播放立体节目时由于两幅图像基本重叠，如果不喜欢看立体的，不戴红和蓝(绿)眼镜看电视的效果仍然和看平常的平面电视基本相同。此立体摄像系统使得立体电视的制作变得十分容易方便。该立体镜头用在一台电影摄像机上即可拍摄立体电影。并可和各种电影制式可兼容使用。

Claims (8)

1.一种立体电视，包括摄像机和电视机，其特征在于，包括：

立体镜头，由棱镜组成，设置在摄像机镜头(1)前，能够左右两侧分别透过直接光线和经全反射后的全反射光线；和

立体眼镜，用于观看电视机的图像，两镜片分别为红滤色镜片和蓝绿滤色镜片；

所述直接光线经滤色后为蓝光和绿光，全反射光线经滤色后为红光；直接光线和全反射光线在摄像机镜头(1)的视场内相互重叠并均进入摄像机镜头(1)内。

2.根据权利要求1所述的立体电视，其特征在于：所述棱镜前端为与摄像机镜头(1)平行的平行面(18)，棱镜的一端面和内部分别设置有与摄像机镜头(1)成45°角的全反射平面，棱镜的另一端面为与摄像机镜头(1)垂直的垂直平面。

3.根据权利要求1或2所述的立体电视，其特征在于：所述棱镜为三个主截面为直角等腰三角形的全反射棱镜，三个全反射棱镜左右排列拼接，中间的为第一全反射棱镜(3)，第二和第三全反射棱镜位于第一全反射棱镜(3)的两侧，第一和第二全反射棱镜直角面相拼接，第一和第三全反射棱镜的斜面相拼接，平行面(18)为第二和第三全反射棱镜的直角面，全反射平面为第一和第二全反射棱镜的斜面，垂直平面为第三全反射棱镜(17)的另一直角面。

4.根据权利要求1所述的立体电视，其特征在于：所述立体镜头前设置有红滤色器(12)和蓝绿滤色器(16)，所述红滤色器(12)位于作为平行面(18)的第二全反射棱镜(6)的直角面前方，蓝绿滤色器(16)位于作为平行面(18)的第三全反射棱镜(17)的直角面前方。

5.根据权利要求1或4所述的立体电视，其特征在于：所述红滤色器(12)的前方或后方设置有增大补偿镜(11)。

6.根据权利要求1所述的立体电视，其特征在于：所述立体镜头的尺寸为根据摄像机镜头(1)的视场角而确定的尺寸。

7.根据权利要求1所述的立体电视，其特征在于：所述立体镜头外设置有外壳(8)，外壳(8)连接有托板(20)，托板(20)连接在摄像机上。

8.根据权利要求1所述的立体电视，其特征在于：所述立体镜头的前端设置有遮光罩(9)。

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