CN1415995A

CN1415995A - 反光放大立体眼镜

Info

Publication number: CN1415995A
Application number: CN 02108394
Authority: CN
Inventors: 徐向春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2002-03-30
Publication date: 2003-05-07

Abstract

反光放大立体眼镜的发明所属技术领域是几何光学。该项发明是利用几何光学的反射与折射原理制作而成，反光放大立体眼镜左右镜体相互对称，左镜体分别是由抛物凹镜曲面(A)、双曲凹镜曲面(B)，非球面凹透镜(C)，平面滤光透镜(D)组合形成，右镜体与左镜体结构相同，同样由上面四镜片构成。其技术特征是把电视或电影画面放大，让戴镜者两只眼睛就好像进入被放大电视画面现场，产生立体的视觉效果，该眼镜视角大、能微距调焦、具有矫正眼睛近视、远视、斜视，同时还具有望远功能。

Description

反光放大立体眼镜

反光放大立体眼镜的发明所属技术领域为几何光学。

为了说明立体效果的原理，首先得说明两只眼睛看物体与一只眼睛看物体的区别，用两只眼睛看同一物体略有区别，因而产生立体感，只用一只眼睛看物体时就没有立体感，我们通常看电影，电视时，荧屏的画面是一幅平面图像，因此两眼所看到的画面就没有立体感，如图1。该眼镜的技术特征是把距眼睛可视距离处的电视画面分解成两个距眼睛明视距离(25cm)处放大的完整虚屏画面如图2。

反光放大立体眼镜是利用光的反射与折射原理来制作的，设A是抛物凹面镜的凹曲面，B是双曲凹面镜的凹曲面，C是非球面凹透镜，D是平面滤光透镜(以下简称A、B、C、D)这四种镜片的组合构成了立体眼镜的左、右镜体。如图3。这样左眼只能看到左镜体放大的虚屏画面，右眼只能看到右镜体放大的虚屏画面，我们知道物体对眼睛光心所夹的角叫视角，同一物体离眼睛近时视角大，离眼睛远时视角小。镜体中被放大的两虚画面中心分别与两眼光心正对，其中心与光心连线(B镜反射主光轴)并排平行，被放大的两个虚屏画面的面积接近于眼睛在明视距离处看平面像场的视角范围。因为人的两眼光心之间有一段距离，被放大两虚屏画面分别与两眼光心为明视距离，这说明眼睛与被放大的虚屏画面距离近，所以两眼看到的放大虚屏画面略有差别，产生立体感。

在反光放大立体眼镜中，A是反射物镜，C是目镜，采用双曲凹面镜曲面作为A、C之间的反射镜(B)是因为其反射视角大，景深长，反射焦距短有两个焦点(即入射光线焦点和反射光线焦点)，其主要作用能使物镜(A)与目镜(C)之间距离缩短，增大镜体所成虚屏画面放大倍数，让镜体所成虚所画面范围变大，让戴镜者在可视距离范围看电视时就好像两只眼睛进入被放大电视画面的现场，犹如身临其境一般。(注：戴反光放大立体眼镜看高清晰数字电视效果会更好)。

现在我们将左镜体加以分析如图4。A是抛物凹镜曲面，因此A只有一个反射焦点，B是双曲凹镜曲面，因此B有两个焦点，一个是入射聚焦光线的虚远点，一个是反射聚焦光线的实焦点，电视入射平行光线射入A后，根据抛物凹曲面的性质，反射聚焦射入B中，恰好变成了B的入射聚焦光线，因此A的反射焦点与B的入射虚焦点重合，共为一个焦点F′，A的反射聚焦光线经B再反射，聚焦后的焦点为B的实焦点F，电视入射中心光线与A的反射主光轴交于点P₁，P₁为A反射主光轴的顶点，A的反射主光轴与B的反射主光轴交于点P₂，P₂为B反射主光轴顶点，B的反射聚焦光线射入左眼光心O，O在B反射主光轴上，B的反射主光轴垂直于左眼平面，为了使左眼能清晰看到B反射放大的虚像，我们在左眼前方加一个与左眼平面正对的凹透镜C，C的光心为E，C的主光轴与B的反射主光轴同为一条轴，C的后焦点与B反射实焦点F重合，这样A、B、C组成了一个距离短，能改变镜体入射光线方向的反射式望远镜。左眼通过它看到了与左眼光心正对的放大虚屏画面，以上是左镜体成像过程，左镜体与右镜体成像原理相同这里就不在重复分析。D是平面滤光透镜在左右镜体的开口处，其作用是将外界不相干的光线过滤掉，以使入射平行光线完全没有干涉地射入A镜。在镜体中采用非球面凹透镜(C)，是因为球面凹透镜由于边缘折射率比轴心处的折射率大而存在一个无法克服的缺陷，发自主光轴上某点的光线从透镜边缘穿过和从镜头中央穿过后，不能再会聚成像于一点上，这种缺陷称为球差，其结果将导致镜体所成虚画面清晰度下降，像会变形。用非球面透镜可以有效消除球差如图5。非球面透镜的边缘曲率偏离球形表面，使来自一点的光线通过镜片边缘与通过镜片其他部分后能会聚于同一点上，采用非球面镜片，可以校正像差，改善光学性能。

左镜体右镜体之间的距离是两镜体中B反射产光轴之间的距离，通常情况下，人两眼光心的距离是7cm(少儿两眼光心的距离稍短一些)则B反射主光轴距离为7cm。在制作立体眼镜时，可采用调节机构来调整两镜体之间的距离，左镜体与右镜体是以前方的电视屏幕中心为中心轴相互对称，中心轴垂直于眼睛平面并经过两眼光心连线中点，因此左右镜体反射，折射光线相互对称如图6。

在图6中我们看到A的入射光线与眼睛平面不是垂直的，这说明电视入射中心光线与中心轴之间有一定角度，我们以左镜体为例，设A的入射中心光线与中心轴所成角度为α，A的入射中心光线与A反射主光轴所成角度为β。当所看电视屏幕小时，眼睛的可视距离近，α角略微变大，β角略微变小；当看电影或大屏时，眼睛的可视距离远，α角略微变小，β角略微变大；由于中心轴是一条定直线，随着α角略微发生变化，射入A镜入射中心光线方向也略微有所变化，随之β角也略微发生变化，若使A的反射主光轴位向和反射焦点F′的位置不变，应调节A镜的倾斜度。由于A是抛物凹镜曲面，当A的倾斜度变化时其反射主光轴顶点P₁的位置也相应略微发生变化，P₁不再是A反射主光轴顶点，A倾斜度调节后其入射中心光线与反射主光轴的交点为A反射主光轴新的顶点，由于顶点P₁的位移非常小，不影响A的反射焦距，电视入射光线垂直于D镜射入A镜，D镜随着A镜一起位移，在制作镜体时可将A、D镜连成一体，B、C镜在镜体中位置固定不变如图7。(在图7中，由于绘图的局限性，电视入射中心光线应该是垂直于D镜平面射入A镜的)。同理当A是平面镜，B是抛物凹面镜时，也可用上述方法对平面镜倾斜度进行调节。

左镜体与右镜体相互对称，因此左右镜体中的A镜倾斜度应同步进行调节，在制作立体眼镜时可采用自动调节或手动调节机构对左右镜体中A镜进行调节，这样镜体无论离前方电视或电影是近还是远都能使电视入射中心光线通过A、B镜的反射垂直眼睛平面射入光心O，及时纠止镜体所成虚像视差。

我们知道望远镜是由物镜和目镜构成的，物镜口径要比目镜口径大，其放大倍数M＝f_物/f_目(f_物为物镜焦距，f_目为目镜焦距)，在反光放大立体眼镜中A就相当于物镜，C就相当于目镜，因此反光立体眼镜的放大倍数M＝f_A/f_C(f_A是A反射主光轴焦距，f_C是C镜焦距)。从公式中看出，f_C是一个定值时，放大倍数M越大f_A也就也长，这说明随着放大倍数的增大A镜与C镜之间的距离就会增长，由于B的入射焦距长反射焦距短可将B放在A、C之间对光进行反射(当f_A变化时，B镜的两个焦点之间距离FF′也随之变长，B镜的曲率随其焦距FF′的变化而变化，A镜的曲率随其反射主光轴焦距P₁F′变化而变化)。这样就缩短A镜与C镜之间的距离，并同时扩大了镜体放大虚像范围增加了通光量。如图8，为了缩短A、B、C三镜之间的距离，减小镜体所占空间和重量，C镜的焦距尽量短一些，最好不要超过2cm(f_C≤2cm)这样A镜反射焦距也随着放大倍数比值相应缩短，有助于C镜微距调焦和增大镜体所成虚像的视角，B、C主光轴之间的距离P₂E＝大镜体所成虚像的视角，B、C主光轴之间的距离P₂E＝2cm(参考数据)。

反光放大立体眼镜的放大倍数，可根据电视屏幕的大小及可视距离的远近来确定，在一定的可视距离范围内，电视小眼镜放大倍数大，电视大眼镜放大倍数小。制作立体眼镜时因根据大小不同的电视屏幕来设制立体眼镜放大倍数的规格。

在镜体中B镜的切割面为等腰梯形，一个边长一个边短，是因为B的一个边离眼睛近，一个边离眼睛远，这样眼睛对B的两个边产生视角差，要想使两边视角长度相等，则离眼睛远的边就要比离眼镜近的边要长，由于A的反射光线是B的入射光线说明A、B两镜相对映，则A的切割面同样为等腰梯形，D镜在电视入射平行光线入射口，因此D镜口经应与电视屏幕一样是长方形(或正方形)，C镜的口径贴近眼睛，可制成圆形或椭圆形。也可制成长方形，C镜的口径要比眼睛稍大一些。

如果近视，远视患者想通过反光立体眼镜看到放大的电视立体画面应在眼镜中心镜架内设置一个调焦轮。如图9，使左右镜体中的C镜能同步在B镜反射主光轴上移动进行微距调焦，当眼睛近视时C向前移，当眼睛远视时C镜向后移(镜体离前方电视近时，目镜可采用浮动镜片)。使不同的近、远视患者能看到清晰放大的立体图像，近远视患者戴上反光立体眼镜转动调焦轮进行微距调焦，阶段性使C镜渐达标准刻度——正常眼睛通过镜体看到被放大虚像明视距离处C镜调焦位置。这样就可矫正，近远视患者的视力，降低眼睛的近远视度，该眼镜还具有矫正眼睛斜视功能(注意：患者在治疗过程中应阶段性按摩眼部穴位或做眼保健操)。

在立体眼镜制作时，调焦轮应标有相应刻度，在C镜移动调焦时两镜腿可以随之位伸，使戴镜者有一种舒适感，由于该眼镜视角大、体积小、重量轻、具有望远功能。

图10、11为反光放大立体眼镜外观设计图。

制作立体眼镜时，A、B、C、D镜厚度要薄，透光、反光性能要好，面要光滑不能有细微磨擦，最好选用轻形硬质材料物质来制作镜片和镜壳，C、D镜应在镜面上敷上一层紫蓝色的薄膜，这层薄腊能够减小镜面对光线的反射作用，增加透光量，提高像的亮度和清晰度，左右镜体密封严密，避免进灰尘，镜体内面不要太光滑，涂成黑色，以避免漫反射，立体眼镜制作的选材尽量轻便，戴上去有舒适感。(由于A、B镜为特殊镜片，因此没有条件制作实物样品，请鉴谅)。

附图说明：图1、眼睛看屏幕与立体眼镜看屏幕的区别图2、反光放大立体眼镜看电视屏幕视角变化图3、反光放大立体眼镜成像原理光路图图4、确定A、B、C、D镜位置坐标平面示意图图5、球面凹透镜与非球面凹透镜聚焦情况对比图6、反光放大立体眼镜各镜片在镜体中的位置横截面图图7、左镜体与电视可视距离远或近时，α、β角度变化示意图图8、左镜体物镜A与目镜C焦距示意图图9、调焦反光放大立体眼镜横截面图图10、反光放大立体眼镜正面图图11、反光放大立体眼镜侧面图

Claims

(1)反光放大立体眼镜的发明是利用几何光学反射与折射原理制作而成，立体眼镜左右镜体相互对称，左镜体分别是由抛物凹面镜曲面(A)、双曲凹面镜曲面(B)、非球凹透镜(C)(注：用球面凹透镜代替非球面凹透镜属侵犯该项专利权)、平面滤光透镜(D)组合形成，右镜体也同样由这四个镜片构成，该立体眼镜的技术特征是把距眼睛可视距离处的荧屏画面分解成距眼睛明视距离(25cm)处的两个放大的相同虚画面，被放大的两个相同虚画面的面积接近于眼睛在明视距离处看平面像场的视角范围，因为人的两眼光心之间有一段距离，两虚屏画面分别与两眼光心距离较近，所以两眼光心看到的放大虚屏画面略有差别，产生立体感。
(2)在反光放大立体眼镜中，抛物凹面镜曲面(A)的入射平行光线与眼睛平面不是垂直的，其入射平行光线与眼睛平面的角度随前方电视屏幕与镜体距离的远近而变化，若使抛物凹面镜曲面(A)的反射主光轴经双曲凹面镜曲面(B)垂直射入眼睛光心，应调节抛物凹面镜曲面(A)的倾斜度，由于电视入射平行光线是垂直于平面滤光透镜(D)射入抛物凹面镜(A)的，因此，平面滤光透镜(D)随着抛物凹面镜(A)应一起位移，在制作眼镜时可将抛物凹面镜(A)、平面滤光透镜(D)连成一体，双曲凹面镜(B)非球面透镜(C)在镜体中的位置固定不变，左镜体与右镜体相互对称，因此左右镜体中抛物凹面镜(A)的倾斜度应同步进行调节，制作立体眼镜时可采用自动调节或手动调节机构对抛物凹面镜(A)，平面滤光透镜(D)的倾斜度进行调节，(如果在反光立体镜中抛物凹面镜曲面(A)换成平面镜，双曲凹面镜曲面(B)换成抛物凹面镜曲面，也同理可用上述方法对平面镜倾斜度进行调节)。
(3)反光放大立体眼镜的放大倍数M＝f_A/f_C(f_C≤2cm)反光放大立体眼镜的放大倍数，可根据电视屏幕大小及可视距离的远近来确定，在一定的可视距离范围内电视小，眼镜放大倍数大，电视大眼镜放大倍数小，制作立体眼镜时，因根据大小不同的电视来设制立体眼镜放大倍数的规格。
(4)反光放大立体眼镜在左右镜体中心镜架内设置调焦轮使左右镜体中非球面透镜(C)能同步在双曲凹镜(B)反射主光轴上移动，进行微距调焦，使近、远视患者通过立体眼镜也能看到立体画面，当镜体离前方电视近时，目镜(C)可采用浮动镜片，进行微距调焦，制作立体眼镜时，调焦轮应标有相应刻度，刻眼镜具有矫正近视，远视、斜视的功能，并具有望远功能。