CN103293690B - 一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，包括有光学结构相互对称的左眼镜和右眼镜，且所述左眼镜和右眼镜分别沿自身光轴从屏幕到观看者的双眼依次设置有：一片具有正光焦度的第一柱透镜、一片具有正光焦度的第二柱透镜和一片具有负光焦度的第三柱透镜。观看者通过利用本立体影像助视装置配合普通（2D）视频播放器能观看3D影像，而不用专门的3D视频播放设备，大大地节省了成本，且结构简单，制造成本低，具有很强的市场竞争力，也有利于3D影像及3D电视频道的推广普及，同时实现了3D图像全色彩的高保真和全宽。

Description

一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置

【技术领域】

本发明属于立体影像显示技术领域，尤其涉及一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置。

【背景技术】

一般来说，人脑体验物体的立体（3D）感，是通过人的双眼分别对同一物体单独成像时，所得图像有微小差别（视差），再经大脑系统处理来获得的。

目前，市面上相对成熟的3D视频显示技术主要为偏光式3D技术和快门式3D技术，但它们存在如下缺点：

    1、除了配套的助视眼镜以外，还要专门的、价格昂贵的3D电视机；

    2、图像亮度降低50%以上；

    3、快门式3D技术由于图像闪烁容易引起眼睛疲劳和头晕现象。

另外市面上还有几种非主流的不需专门显示设备的3D显示方法，分为两类：一是补色法（俗称“红蓝眼镜”），其缺点是再现的3D图像有严重的色差。二是折光法，即把左、右眼视差图像用普通的2D显示器并排显示在屏幕上，然后通过助视装置，使左、右视差像相向移动，使二者的中心重合；这种方法实现了色彩的高保真，但是最后看到的3D图像宽度只有显示屏宽度的一半，影响了3D效果。

【发明内容】

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种与配合普通（2D）视频播放器能观看3D影像，且可实现3D图像全色彩的高保真和全宽度结构简单，制造成本低，市场竞争力强，有利于3D影像及3D电视频道推广普及的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为：

一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，包括有光学结构相互对称的左眼镜和右眼镜，且所述左眼镜和右眼镜分别沿自身光轴从屏幕到观看者的双眼依次设置有：

一片具有正光焦度的第一柱透镜；

一片具有正光焦度的第二柱透镜；

一片具有负光焦度的第三柱透镜。

进一步地，所述第一柱透镜和第二柱透镜在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面均为前凸后凹的非球面，所述第三柱透镜在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面为前平后凹的非球面，且所述第一柱透镜的前凸面、第二柱透镜的前凸面和第三柱透镜的前平面均朝向屏幕，并且所述第一柱透镜和第二柱透镜在此方向的光焦度均为正，所述第三柱透镜在此方向的光焦度均为负；

所述第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜在平行于观看者双眼连线的垂直方向上的截面均为平面，且在此方向的光焦度为0；

所述第一柱透镜的光轴和第二柱透镜的光轴均偏离于其对应眼球光轴一定距离。

进一步地，所述第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜在经过观看者双眼连线的水平方向的光焦度满足：

-0.67<（Φ1+Φ2-Φ1×Φ2/d12）/Φ3 < -0.5；

其中，Φ1、Φ2和Φ3分别为所述第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜在经过观看者双眼连线的水平方向上的光焦度；d12为所述第一柱透镜与第二柱透镜之间的等效间隔。

进一步地，所述第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜在经过观看者双眼连线的水平方向上的非球面截面的表面形状满足如下方程：

                                                              

 其中，z为镜片矢高，c为镜片曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径，a1～a8为非球面高次项系数。

进一步地，所述第一柱透镜和第二柱透镜均由低色散光学材质制成，色散系数vd>50；所述第三柱透镜由高色散光学材质制成，色散系数vd<30。

进一步地，所述第一柱透镜、第二柱透镜和第三柱透镜的光学表面都镀有光学增透薄膜。

进一步地，所述第三柱透镜可在平行于观看者双眼方向其对应的眼睛瞳孔中心左侧或右侧内滑动，滑动距离为2.5mm。

本发明的有益效果如下：

观看者通过利用本立体影像助视装置配合普通（2D）视频播放器能观看3D影像，而不用专门的3D视频播放设备，大大地节省了成本，且结构简单，制造成本低，具有很强的市场竞争力，也有利于3D影像及3D电视频道的推广普及，并且画面亮度降低不超过3%，远低于现有偏光式3D技术，同时画面成像稳定，不会出现现有快门式3D技术的画面闪烁现象，实现了3D图像全色彩的高保真；另外可使进入双眼的图像在水平方向放大二倍，垂直方向不放大，从而使屏幕上显示的只有一半宽度的图像在观看者看来是全宽的，实现了３D立体图像的全宽度。

【附图说明】

图1是本发明所述一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置实施例的结构示意图；

图2是本发明所述一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置的应用成像原理示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2中所示：

本发明实施例所述的一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，包括有光学结构相互对称的左眼镜1和右眼镜2。所述左眼镜1和右眼镜2均沿自身光轴从屏幕6到观看者的双眼（左眼7和右眼8）依次设置有：一片具有正光焦度的第一柱透镜3、一片具有正光焦度的第二柱透镜4和一片具有负光焦度的第三柱透镜5，而且第一柱透镜3和第二柱透镜4均由低色散光学材质（如低色散塑胶材料）制成，色散系数vd>50，第三柱透镜5由高色散光学材质（如高色散塑胶材料）制成，色散系数vd<30。

所述第一柱透镜3和第二柱透镜4在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面均为前凸后凹的非球面，所述第三柱透镜5在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面为前平后凹的非球面，且第一柱透镜3的前凸面31、第二柱透镜4的前凸面41和第三柱透镜5的前平面51均朝向屏幕6，并且第一柱透镜3和第二柱透镜4在此方向的光焦度均为正，第三柱透镜5在此方向的光焦度均为负；所述第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5在平行于观看者双眼连线的垂直方向上的截面均为平面，且在此方向的光焦度为0；所述第一柱透镜3的光轴和第二柱透镜4的光轴均偏离于其对应眼球光轴一定距离；所述第三柱透镜5可在平行于观看者双眼方向其对应的眼睛瞳孔中心左侧或右侧内滑动，滑动距离为2.5mm。

所述第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5在经过观看者双眼连线的水平方向的光焦度满足：

-0.67<（Φ1+Φ2-Φ1×Φ2/d12）/Φ3 < -0.5；

其中，Φ1、Φ2和Φ3分别为第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5在经过观看者双眼连线的水平方向上的光焦度；d12为第一柱透镜3与第二柱透镜4之间的等效间隔。

所述第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5在经过观看者双眼连线的水平方向上的非球面截面的表面形状满足如下方程：

                                                              

 其中，z为透镜矢高，c为透镜曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径，a1～a8为非球面高次项系数。

另外，所述第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5的光学表面都镀有光学增透薄膜。

下面列举一个本发明所述影像助视装置的左眼镜和右眼镜中第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5的设计案例，如下表：

表一：光学元件参数表。

表二，非球面数据：

上述表格中的具体参数仅是示例性质，各透镜的参数不限于由上述实施案例所示各数值，可以采用其它数值达到类似的技术效果，而这些变动均在本发明的保护范围内。

本发明所述全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置的工作原理为：如图2，屏幕6中的右画面A1-B1-C1在经过观看者双眼连线的水平方向上经右眼镜2的第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5成虚像于观看者右眼8前一定位置X处，同时通过第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5中心偏移将右画面A1-B1-C1位置移动到A1'-B1'-C1'；同理，屏幕6中左画面A2-B2-C2经左眼镜的第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5成虚像于观看者左眼7前X处，同时通过第一柱透镜3、第二柱透镜4和第三柱透镜5中心偏移将左画面A2-B2-C2位置移动到A2'-B2'-C2'，且A1'-B1'-C1'与A2'-B2'-C2'重合；画面A1'-B1'-C1'和画面A2'-B2'-C2'再通过观看者双眼实现3D立体效果。

这样，观看者通过利用本发明所述全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置配合普通（2D）视频播放器能观看3D影像，而不用专门的3D视频播放设备，大大地节省了成本，且结构简单，制造成本低，具有很强的市场竞争力，也有利于3D影像及3D电视频道的推广普及，并且画面亮度降低不超过3%，远低于现有偏光式3D技术，同时画面成像稳定，不会出现现有快门式3D技术的画面闪烁现象，实现了3D图像全色彩的高保真；另外，本装置可使进入双眼的图像在水平方向放大二倍，垂直方向不放大（或称放大一倍），即在左眼和右眼的视网膜上形成的像都是满屏的，从而使屏幕6上显示的只有一半宽度的图像在观看者看来是全宽的，实现了３D立体图像的全宽度。 

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：包括有光学结构相互对称的左眼镜(1)和右眼镜(2)，且所述左眼镜(1)和右眼镜(2)分别沿自身光轴从屏幕(6)到观看者的双眼依次设置有：

一片具有正光焦度的第一柱透镜(3)；

一片具有正光焦度的第二柱透镜(4)；

一片具有负光焦度的第三柱透镜(5)；

所述第一柱透镜(3)和第二柱透镜(4)在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面均为前凸后凹的非球面，所述第三柱透镜(5)在经过观看者双眼连线的水平方向上的截面为前平后凹的非球面，且所述第一柱透镜(3)的前凸面(31)、第二柱透镜(4)的前凸面(41)和第三柱透镜(5)的前平面(51)均朝向屏幕(6)，并且所述第一柱透镜(3)和第二柱透镜(4)在此方向的光焦度均为正，所述第三柱透镜(5)在此方向的光焦度均为负；

所述第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和第三柱透镜(5)在平行于观看者双眼连线的垂直方向上的截面均为平面，且在此方向的光焦度为0；

所述第一柱透镜(3)的光轴和第二柱透镜(4)的光轴均偏离于其对应眼球光轴一定距离。

2.根据权利要求1所述的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：所述第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和第三柱透镜(5)在经过观看者双眼连线的水平方向的光焦度满足：

-0.67<(Φ1+Φ2-Φ1×Φ2/d12)/Φ3<-0.5；

其中，Φ1、Φ2和Φ3分别为所述第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和第三柱透镜(5)在经过观看者双眼连线的水平方向上的光焦度；d12为所述第一柱透镜(3)与第二柱透镜(4)之间的等效间隔。

3.根据权利要求2所述的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：所述第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和第三柱透镜(5)在经过观看者双眼连线的水平方向上的非球面截面的表面形状满足如下方程：

$z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\mathrm{sqrt}(1-(1+k)c^2{y}^2)}+a_1{y}^2+a_2{y}^4+a_3{y}^6+a_4{y}^8+a_5{y}^{10}+a_6{y}^{12}+a_7{y}^{14}+a_8{y}^{16}$

其中，z为镜片矢高，c为镜片曲率，k为圆锥系数，y为镜片口径，a1～a8为非球面高次项系数。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：所述第一柱透镜(3)和第二柱透镜(4)均由低色散光学材质制成，色散系数vd>50；所述第三柱透镜(5)由高色散光学材质制成，色散系数vd<30。

5.根据权利要求4所述的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：所述第一柱透镜(3)、第二柱透镜(4)和第三柱透镜(5)的光学表面都镀有光学增透薄膜。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的全色彩、全宽度左右格式立体影像助视装置，其特征在于：所述第三柱透镜(5)可在平行于观看者双眼方向其对应的眼睛瞳孔中心左侧或右侧内滑动，滑动距离为2.5mm。