專利名稱：產(chǎn)生立體效果的電視眼鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種產(chǎn)生立體效果的眼鏡裝置，更確切地說，涉及一種對普通電視機(jī)不作任何改動，而使觀看者在觀看任意制式的黑白或彩色電視節(jié)目時能產(chǎn)生立體效果的鏡片和由該鏡片制成的眼鏡。
目前，電視技術(shù)尚未進(jìn)入立體電視階段。電視臺既沒有提供具有真正立體信息的電視節(jié)目，工業(yè)界也沒有提供真正的立體電視機(jī)。但是對大多數(shù)電視觀眾來說，能在自己的電視機(jī)屏幕上看到某種立體效果而又不必化費較多的錢去改動已有的電視機(jī)，這是有一定吸引力的。現(xiàn)在已經(jīng)有了一些技術(shù)方案可以利用普通的彩色電視機(jī)產(chǎn)生“類三維立體效應(yīng)”。其中有一個方向是對普通彩色電視機(jī)加以某種改造，觀看者再佩戴專門的濾色眼鏡，從而在屏幕上看到具有立體效果的彩色圖像。例如，聯(lián)邦德國ABDY公司設(shè)計的ABDY－3D系統(tǒng)(西德專利DE217849)；中國北京泰科電子公司設(shè)計的彩色立體化電路裝置(中國專利申請?zhí)朇N85105514)。由于所有的彩色電視機(jī)都是利用三基色原理進(jìn)行工作的，三路色度信號R、G、B同時在顯像管屏幕上疊加而形成彩色圖像。上述現(xiàn)有技術(shù)中的類三維立體電視解決方案就是設(shè)法延時其中一路，譬如紅色R，約0.6～0.7微秒。這樣，電視機(jī)屏幕上將出現(xiàn)時間上不相重合的兩幅圖像一幅是青色(紅色的補(bǔ)色)；另一幅是紅色。觀看者在屏幕上看到的畫面是帶有嚴(yán)重紅色鑲邊的模糊圖像。但這時如果戴上一副特制的青、紅兩色的濾色眼鏡，使一只眼睛只看到青色圖像，另一只眼睛只看到紅色圖像，盡管它們在屏幕上的顯示位置水平方向略有不同，在人腦的綜合作用下，觀看者看到的圖像將融為一體并具有立體效果。利用同一原理，也可以延時綠色信號，觀看者佩戴紫綠眼鏡；或者延時黃色信號而佩帶藍(lán)黃眼鏡來得到立體效果，這三種方法的本質(zhì)相同。但現(xiàn)有技術(shù)中的這類方案有一些不足之處尚待克服。例如，第一，必須對電視接收裝置加以某種改造。對電視機(jī)擁有者來說，增加一套延時裝置和購買濾色眼鏡將增加一筆不小的開支；第二，它只適用于彩色電視機(jī)，對于較多數(shù)的黑白電視機(jī)無效；第三，觀看者必須佩戴雙色眼鏡，造成看到的圖像在亮度上有部分損失和彩色上有某些失真；第四，可能由于相當(dāng)一部分觀看者不適應(yīng)佩戴雙色眼鏡，同一家庭成員不戴雙色眼鏡的人在別人觀看立體效應(yīng)的同時無法觀看電視節(jié)目；第五，由于延時系統(tǒng)是不可調(diào)整的，所以在離螢光屏不同距離觀看時立體效果不一樣；第六，由于雙色濾色鏡的濾色范圍同電視機(jī)螢光屏發(fā)光的性能不可能完全匹配，所以看到的立體圖像會產(chǎn)生重影的現(xiàn)象。
現(xiàn)有技術(shù)中的另一個方向是不改變圖像本身，而是在圖像和觀看者眼睛之間增加一系列的光學(xué)元件，譬如，菲湟爾透鏡組、柱面透鏡組、偏光板等等，觀看者可佩帶或不佩帶與之相應(yīng)的光學(xué)眼鏡，以造成左右眼實際看到的圖像略有差別，從而在人腦的綜合作用下產(chǎn)生立體效果。但是，這些方法或是較復(fù)雜難以在普通家庭中實現(xiàn)，或是要求佩戴的眼鏡不僅具有特殊光學(xué)性能同時還要有濾色性能，這也會產(chǎn)生已指出過的缺陷。所以雖已見之報道卻未能推廣開來。這一類利用光學(xué)手段產(chǎn)生的某些立體效果，也屬于類立體效應(yīng)技術(shù)的一類。例子可參閱英國專利GB－014689“電視和視頻顯示器的立體系統(tǒng)”；西班牙專利ES－53077“電視接收機(jī)立體顯示方法”；西德專利DE－413211“電視信號的立體顯示”；西德專利DE－246047“單一屏幕產(chǎn)生立體圖像的方法”；西德專利DE－428038“電視機(jī)產(chǎn)生類立體效應(yīng)的光學(xué)方法”；美國專利申請US－426503“彩色電視圖像增加功能”；美國專利申請US－681932“利用被復(fù)偏光材料的縫隙透鏡的彩色三維圖像觀測系統(tǒng)”等等。
本發(fā)明創(chuàng)造者對上述二種類三維立體電視技術(shù)的工作原理進(jìn)行了研究，得到了如下的看法(1)人眼立體成像的最本質(zhì)因素是左右兩眼所觀察到的物象稍有不同(參閱附


圖1)。就物體正面而言，兩眼所見大體相同，而對兩個側(cè)面則有明顯不同；左眼可看見物體左側(cè)一條狹窄形象L；右眼則可看見物體右側(cè)一條狹窄形象R。這種稍具差異的圖像在人腦中綜合成立體圖像。(2)類三維成像顯然不具備左右眼所見形象含有真正的立體信息，但由于兩眼所見的圖像或是位置不在一起，或是圖像略有差別，這種成像原理很可能是兩幅位置或形狀不一致在大腦中與大腦積累的生活經(jīng)驗相比較而產(chǎn)生了立體聯(lián)想。
本實用新型的出發(fā)點在于提供一種技術(shù)方案，該方案對電視機(jī)的屏幕圖像不作任何變動而只用簡單光學(xué)手段，有意識地造成左右兩眼觀察到的電視屏幕圖像有類似于真實立體視差的變化，使右眼所見在屏幕右側(cè)縮窄，而左眼所見在屏幕左側(cè)縮窄。這種稍具差異的圖像在大腦中與大腦積累的生活經(jīng)驗相比較，更容易造成立體聯(lián)想，從而得到優(yōu)于目前已有的類三維立體成像的綜合效果。
本實用新型的進(jìn)一步目的是提供一種眼鏡或者鏡片，凡是佩戴這種眼鏡觀看任何電視節(jié)目，不論是彩色的還是黑白的都能產(chǎn)生類三維立體效果，而無需對電視機(jī)作任何改動。又由于對圖像木身不作任何變動，本實用新型同樣可用于觀看投影電視、電影、幻燈等畫面而產(chǎn)生相同的類三維立體效果。與此同時，對任何不愿戴鏡觀看的觀眾，仍可在同一屏幕上看到原來的平面圖像。
從下文的詳細(xì)說明中可以看出本實用新型的其它進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點。
本實用新型的上述目的是通過這樣的方法來實現(xiàn)的，即提供一種與普通眼鏡結(jié)構(gòu)形式類似的電視眼鏡，或者是它的鏡片，或者是可以活絡(luò)疊加在普通眼鏡上裝有本實用新型鏡片的無腳眼鏡框，這種眼鏡或眼鏡框的鏡片具有專門設(shè)計的橫截面曲線形狀使左眼通過左鏡片看到的電視圖像其左緣略為向中心靠近，右緣則略為由中心向右延伸，而通過鏡片中心部位看到的圖像不產(chǎn)生任何位移；右眼通過右鏡片看到的圖像其變化規(guī)律正好和左眼看到的相反，即，右緣略向中心靠近，左緣略為從中心向左延伸，通過右鏡片中心部位的圖像也不產(chǎn)生位移。實際上，左右鏡片之橫剖面形狀是以人的鼻梁中隔處作立軸的軸對稱。這樣，用光學(xué)的手段有意識地造成左右兩眼看到的圖像在左右兩側(cè)略有差別，這些差別又十分類似于人眼觀看真實物體的立體視差，從而在大腦的綜合作用下產(chǎn)生立體感。
為了實現(xiàn)本實用新型的上述方法以達(dá)到產(chǎn)生立體感的效果，關(guān)鍵在于設(shè)計制造一種曲折率逐點可變的鏡片。鏡片的作用本質(zhì)上都可以用三棱鏡對光線的折射作用來解釋(參閱附圖2)。垂直入射的光線通過頂角為α的三棱鏡之后發(fā)生曲折，其曲折的角度γ滿足下式α＝ (arctgγ)/(ε1-1)在α比較小時，則有γ＝(ε1－1)α，式中ε1是透鏡材料的折射率。當(dāng)光線被折射后，眼睛所見到的物體似乎向頂角方向移動了。當(dāng)我們逐點改變透鏡的曲折率或者說透鏡的表面曲率時，就可以逐點改變眼睛所見到的圖形形象。
現(xiàn)在以右眼為例來說明本實用新型所提供的透鏡所具備的性能1.在光學(xué)中心，物體形象不發(fā)生變形；2.在光學(xué)中心左側(cè)，右眼所見物體形象向左延伸，在光學(xué)中心右側(cè)，右眼所見物體形象向左收縮；3.延伸和收縮的程度同遠(yuǎn)離光學(xué)中心的距離成正比。
對左眼來說，本實用新型透鏡的性能要求正好與上述對右眼的要求相反，也就是說，產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)以鼻中隔處的立軸為軸對稱。
這樣，雙眼通過左右二透鏡見到的屏幕形象(參閱附圖3)，在圖像右部右眼看到的形象變窄，這好似附
圖1中的R面，而左眼看到的圖像右部則向右展寬一些；在圖像左部，左眼看到的形象變窄，這又好似附
圖1所示的L面，而右眼看到的圖像左部則向左延伸展寬一些；在圖像中部，對電視觀眾來說信息量最豐富的區(qū)域也是觀眾注目的中心區(qū)域，兩眼所見基本相同。這種效應(yīng)和人眼的真實視差有某種類似，從而使人腦產(chǎn)生立體聯(lián)想，產(chǎn)生一定程度的立體效果。
從以上所述本實用新型提供的光學(xué)手段可以看到，本實用新型提供一副鏡片所產(chǎn)生的接近人眼真實視差的光學(xué)效應(yīng)，僅僅是在水平方向上發(fā)生。至于在眼瞼運動的上下方面不要求產(chǎn)生任何的光線位移或者變形。由此可見，其母線基本上平行于眼瞼上下運動方向的柱面透鏡就可以滿足這樣的要求。
設(shè)柱面透鏡表面形狀其橫截面外形輪廓線部分是符合如下的曲線方程y＝f(x)式中y代表透鏡橫截面的厚度方向，x代表它的寬度方向，其斜率為y′(x)該曲線上某一個點的斜率與該點所對應(yīng)的三棱鏡頂角的正切相等。仍以右鏡片為例，理想曲線應(yīng)有如下的特點在光學(xué)中心y′(x)＝0；在光學(xué)中心右側(cè)y′(x)∝x(成正比)；圖像向中心靠攏，這段理想曲線應(yīng)是y＝kx2；在光學(xué)中心左側(cè)y′(x)∝－x；圖像向左方延伸，這段理想曲線應(yīng)是y＝－kx2。由于在眼鏡上視線通過鏡片觀看電視的范圍是有限的，所以只需在此有限范圍內(nèi)保持曲線為拋物線。在此范圍之外，為了不使眼睛所看到的形象有任何突變，透鏡的表面采用等斜率延伸而形成直線即可。
設(shè)光學(xué)中心位于鏡片的幾何中心，且鏡片寬度為5厘米，則鏡片的有效范圍一般在光學(xué)中心附近2厘米范圍內(nèi)。
確定k的原則是既要產(chǎn)生明顯的立體感又要考慮人眼忍受三棱鏡效應(yīng)的能力，這種能力被稱為人眼的融合力。根據(jù)眼科醫(yī)學(xué)的統(tǒng)計，人眼在水平方向的融合力正常值是內(nèi)融合力外融合力看遠(yuǎn)6米范圍時 16△－24△4△－8△看近33厘米范圍時 24△－30△6△－12△在這里△是指垂直棱鏡度。
理想曲線柱面透鏡造成的效果是右眼所見圖像移向左側(cè)，左眼所見圖像移向右側(cè)，所適應(yīng)的數(shù)據(jù)是內(nèi)融合力。由上列數(shù)據(jù)可見，只要在鏡片有效范圍邊沿兩眼視覺差不超過16△，則兩眼對屏幕兩側(cè)圖像視覺的差異完全可以融合為一個圖像。
本實用新型通過大量實驗證明了在眼鏡鏡片有效區(qū)的邊緣，每片鏡片只要有3△－4△的效果就可以造成令人滿意的立體視感，完全在人眼水平融合力的容限以內(nèi)。這相當(dāng)于每片鏡片在有效區(qū)邊緣的
γ＝1.72°至2.29°，由于γ＝(ε1－1)α，如果取γ＝2°，假定鏡片材料的折射系數(shù)ε1＝1.5，那末α＝ (γ)/((ε－1)) ＝ (2°)/((1.5－1)) ＝4°據(jù)此，適合于上述數(shù)據(jù)的曲線可以求出為
對于上述γ＝2°的情況，經(jīng)計算得出K＝0.03496。
這個曲線的特征是處處連續(xù)，而且導(dǎo)數(shù)也處處連續(xù)，也即曲線是光滑的。按照此規(guī)律變化的理想曲線形狀見附圖4，包括此理想曲線的鏡片橫剖面輪廓線的形狀見實施例1，圖5。對于γ＝1.72°至2.29°的各種情況，經(jīng)計算得出K＝0.01746至0.07027。當(dāng)γ＝2°時，K＝0.03496，是這個范圍中的一個例子。
需要指出的是，如果鏡片僅僅采用3△－4△的三棱鏡也可以使兩眼觀看到的圖像產(chǎn)生3％－4％左右的水平位移，從而產(chǎn)生一定的立體感。但是，從眼科醫(yī)學(xué)的角度出發(fā)，在佩戴眼鏡的條件下，人眼的視覺中心處只能容忍1△的誤差，否則會引起眼痛、頭暈等不適感覺。
本實用新型由于僅需制造具有專門橫截面輪廓線形狀的眼鏡片，就可以達(dá)到在普通屏幕上觀看到有立體感圖像的目的，實施起來特別簡單易行。任何具備有光學(xué)鏡片磨制或者塑料鏡片成形能力的工廠都可以大量生產(chǎn)，成本相當(dāng)?shù)土Ｓ钟捎诒緦嵱眯滦蜔o需更動電視機(jī)，所有的普通電視機(jī)擁有者都可利用本實用新型提供的眼鏡或鏡片裝置使觀看到的普通電視節(jié)目具有立體效果，故而應(yīng)用的范圍非常廣泛。再則由于本實用新型的眼鏡片可以采用無色透明的材料，例如玻璃、塑料等制成，觀看時，對亮度、清晰度或者色彩等沒有任何可感覺的損失。如果選用能濾去螢光屏產(chǎn)生的某些有害射線的無色透明材料來制作鏡片，則對佩戴者的眼睛還有一定的保護(hù)作用。此外，由于本實用新型對鏡片的剖面形狀加以專門設(shè)計，故而對戴鏡觀看的位置以及觀看時頭部是否運動沒有任何限制。這樣，本實用新型就有效地將前述已有技術(shù)中的缺點加以克服了。
本實用新型的上述特征可以有多種實施方案來實現(xiàn)，
以下結(jié)合附圖和具體實施例來加以敘述。
附圖的簡要說明如下
圖1表示雙眼所見到的不同圖像綜合成實際立體。
圖2表示光線通過三棱鏡產(chǎn)生折射。
圖3表示平面圖像通過本實用新型鏡片的作用產(chǎn)生變形后雙眼綜合成實際圖像。
圖4表示理想柱面透鏡橫剖面輪廓線所包含的曲線形狀。
圖5為理想柱面透鏡的橫剖面圖。
圖6為雙面加工成曲面的透鏡橫剖面圖。
圖7為單邊加工成曲面的透鏡橫剖面圖。
圖8為本實用新型電視眼鏡的一種實施例的整體結(jié)構(gòu)圖。其中，1是眼鏡架；2是眼鏡框；3是鼻托；4是鉸鏈；5是左鏡片；6是右鏡片。
實施例1
附圖5所示是本實用新型實施例的一種立體效應(yīng)電視眼鏡右鏡片的橫剖面圖。左右鏡片的橫剖面輪廓線形狀呈軸對稱。鏡片之間的距離按佩戴者的瞳間距各別地加以選擇調(diào)整，或者制成不同的瞳距規(guī)格由佩戴者選擇。鏡片的厚度為3毫米?？拷劬Φ倪@一面是平面，相對的另一面則是理想曲線的柱面。采用理想曲線的優(yōu)點是，左眼看到的圖像部份有延伸時，右眼看到的該圖像部份正好縮窄，在人腦的綜合作用下，不僅產(chǎn)生立體感，而且整體形象不變形。
實施例2圖6所示是本實用新型實施例的一種雙面加工成曲面的鏡片橫剖面形狀輪廓線。有時為了加工制作上的需要就可以采用這種兩面加工成曲面的方式。只要將上述實施例1的x＞0的這段曲面放在透鏡的靠近眼睛的這一面即成。它所達(dá)到的效果從光學(xué)原理上來看，與實施例1(圖5所示)的鏡片相同。
實施例3圖7是本實用新型實施例的一種單邊制作的鏡片的橫剖面輪廓線形狀，也就是對右鏡片來說，只具有實施例1的x＜0的這一段曲面，x＞0的這一段是平面。在這種情況下，當(dāng)一只眼睛看到的圖像延伸，另一只眼睛看到該圖像同一部份不變，大腦的綜合作用是在產(chǎn)生立體感的同時，兩側(cè)圖像將略向外延伸，畫面略微展寬，兼有少許展寬屏幕圖像的效果。
根據(jù)本實用新型上述實施例提供的有立體效應(yīng)的眼鏡裝置，可以制成一般的眼鏡形式；也可以制成沒有眼鏡腳的框架形式，然后用任何已有技術(shù)的方法將此具有立體效應(yīng)鏡片的框架夾持在任何普通眼鏡前面或后面，使得近視或老光眼鏡佩戴者不必戴兩副眼鏡就能觀看有立體感的電視節(jié)目。當(dāng)然，也可以制成裝有長柄的手持式眼鏡或者制成用松緊帶或搭扣等套在后腦上固定的形式。
本實用新型在實施中可以有多種變化，譬如，在鏡片中心兩側(cè)k值選取不同的值，以增加不同效果的鏡片種類；又如，為了加工方便，在k值很小的情況下，用圓弧來代替拋物線；另外，為了改善部分觀眾的適應(yīng)性，將鏡片中心處y′(x)＝0的區(qū)域擴(kuò)展為2至3毫米的一個線段；為了加工的方便，亦允許鏡片中心處有小于0.25的加工誤差等等。
鏡片在實際使用中，亦允許左右鏡片交換使用。這時，本鏡片有效區(qū)的邊緣出現(xiàn)左眼向左，右眼向右的圖像變化，但仍然滿足人眼的外融合力容限。這樣的使用方法，也能產(chǎn)生良好的類立體效應(yīng)。
本實用新型已通過上述實施例結(jié)合附圖加以了詳細(xì)地公開，但這僅僅是為了說明本實用新型而不是對本實用新型加以任何限制。凡在以本實用新型原理和特征限定的權(quán)利要求書范圍內(nèi)的各種變化和變換，對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，本實用新型只是用所附的權(quán)利要求書予以限定。
權(quán)利要求1.一種不需對現(xiàn)行電視制式作任何改動就可以在任意普通電視機(jī)屏幕上觀看圖像而產(chǎn)生立體效果的電視眼鏡，包括左右鏡片和帶有或不帶有兩只眼鏡腳的鏡框，其特征是a)左、右鏡片的橫剖面形狀相對于人鼻中隔呈軸對稱，b)所述鏡片橫剖面的輪廓線包含，光滑連續(xù)的曲線和直線段，以使鏡片的曲折率連續(xù)可變，從而造成通過該鏡片的圖像在水平方向略有變形，c)所述鏡片在正對人眼瞳孔的光學(xué)中心附近的曲折率為零而不產(chǎn)生三棱鏡效應(yīng)，以及d)所述鏡片是一種在眼瞼上下運動方向?qū)D象不產(chǎn)生任何變形的柱面透鏡。
2.按照權(quán)利要求1的電視眼鏡，其進(jìn)一步特征在于所述鏡片橫剖面輪廓線包含由下式表達(dá)的曲線
式中K取0.01746至0.07027之間的任意數(shù)，也即，0.01746≤k≤0.07027，y代表鏡片的厚度方向的座標(biāo)，x代表鏡片的寬度方向的座標(biāo)。
3.按照權(quán)利要求1或2的電視眼鏡，其進(jìn)一步特征在于，所述鏡片橫剖面輪廓線包含其一面是直線，而相對的另一面是曲線。
4.按照權(quán)利要求1或2的電視眼鏡，其進(jìn)一步特征在于，所述鏡片橫剖面輪廓線包含其一面是曲線，而相對的另一面也是曲線。
5.按照權(quán)利要求1的電視眼鏡，其進(jìn)一步特征在于，所說鏡片橫剖面輪廓線形狀包含其一面是直線，而相對的另一面也是直線，以形成垂直棱鏡度為3△至4△的三棱鏡。
6.按照權(quán)利要求1、2或5所述電視眼鏡的鏡片。
7.按照權(quán)利要求3所述電視眼鏡的鏡片。
8.按照權(quán)利要求4所述電視眼鏡的鏡片。
專利摘要本實用新型提供一種其橫剖面具有特殊曲線的柱面透鏡結(jié)構(gòu)的鏡片和由該鏡片制成的眼鏡。佩戴這種眼鏡觀看任何電視節(jié)目，不論是彩色的還是黑白的都能產(chǎn)生類三維立體效果，而無需對電視機(jī)作任何改動。又由于對圖像本身不作任何變動，本實用新型同樣可以用來觀看投影電視、電影、幻燈等畫面而產(chǎn)生類三維立體效果。與此同時，對任何不戴本實用新型眼鏡觀看的觀眾，在同一屏幕上則可看到原來的圖像。
文檔編號G02C7/14GK2042971SQ8721098
公開日1989年8月16日 申請日期1987年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月23日
發(fā)明者朱維南, 印云芬 申請人:朱維南, 印云芬