[实用新型]一种显示立体图像的装置

说明书

本实用新型的名称是一种显示立体图像的装置，是关于一种在普通图像显示设备的前面增加了一组满足一定条件的一维凸透镜，使得图像的不同部分发出的光折射到不同的区域，从而在一定位置观察到立体图像的装置的实用新型。

自从电影和电视等图像显示技术出现以后，人们一直在研究显示立体图像的技术，到目前为止，已经有了一些实现方法，例如利用偏振光技术的立体电影、同步切换的屏幕图象和遮挡眼镜设备、观察者追踪和图象位置同步调整设备、以及动态聚焦的多个二维图象在三维空间显示的设备等。但这些技术和设备都存在着一些缺陷，如观察者必须佩带眼镜，不能供多个人同时观看、设备太复杂等。

本实用新型的目的是提供一种显示立体图像的装置，通过在普通的二维图象显示设备的前面增加一组特殊形状的光学透镜，有规律地改变二维图象的每个像素发出或反射光线的方向，把应该分别由左眼和右眼看到的像素的光线折射到许多相邻的区域，使观察者的双眼在处于某两个相邻区域时可以分别观察到应该看到的像素，从而观察到立体图像。

下面讲述本装置的技术方案。我们日常生活中见到的图像显示设备(以下简称屏幕)，绝大多数是用显示点阵的方式显像的，其中的彩色图像也大多数是利用了三基色原理。这些屏幕上分布着许多细小的单色或基色点。对于普通屏幕，由于观察者两眼可以看到每个点发出的光，因此两眼看到的图像是一样的，即看到的是一幅平面图像。根据人们观察到立体图象的原理可知，形成双眼立体视觉的因素有多种，其中最主要的是双眼视差和辐辏。如果我们能让观察者的两眼看到的图像不同，就可以观察到立体图像了。

根据上面的分析，在制造屏幕时，可以在发光点的前面增加一组横向相邻排列、纵向呈条状的透镜。这组透镜的每一个在水平方向是凸透镜，其横剖面是弯曲的；在竖直方向是平的，其纵剖面是直的。我们暂时将每个透镜称为一维凸透镜。这组一维凸透镜可以使其后面的发光点所发出的光会聚到某个方向，使观察者左眼和右眼所在的区域接收到不同发光点发出的光，使双眼看到两幅不同的图像。

由于采用上述方案，只需要在普通屏幕前面增加一组一定形状的透镜，即可使观察者看到立体图象，因此该装置具有成本低、制造工艺简单、对传统显示设备的改造容易实现、观察者不用佩带任何附加装置等主要特点。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1使本实用新型的组成原理图。图中1是3个一维凸透镜，2是6个分别应由右眼和左眼观察到的像素。

图2是透镜光心到像素平面距离d大于透镜焦距f且小于2倍焦距(f＜d＜2f)时的光路图，图中的3条竖线从左到右分别是4个像素观察区域、两个透镜和两个像素。

图3是透镜光心到像素平面距离d等于透镜焦距f(f＝d)时的光路图，图中的3条竖线从左到右分别是4个像素观察区域、1个透镜(另一个未画出)和两个像素。

图4是透镜光心到像素平面距离d小于透镜焦距f(f＞d)时的光路图，图中的4条竖线从左到右分别是4个像素观察区域、2个透镜、4个像素和4个像素分别由下面的透镜形成的虚像。

图5是透镜光心到像素平面距离d小于透镜焦距f(f＞d)时的光路图，用于说明可看到某个像素的观察区域宽度和能够同时看到该像素及其相邻像素的观察区域宽度的对比情况。

图6是f＜d＜2f时的多透镜多像素光路图。

图7是f＝d时的多透镜多像素光路图。

对于这组一维凸透镜，我们可以用定量计算的方法确定其参数。首先假定屏幕是纯平面的，那么这组一维凸透镜也是排列在一个平面上。在下面的叙述中，我们用“像素”一词来表示屏幕分辨率确定的最小点。另外，为了计算方便，后面的叙述以某一尺寸的便携式计算机的液晶显示屏的数据作为计算依据。计算分以下几个步骤：

一、确定观察区域的宽度W。为了最大限度地保证图像质量，我们规定水平方向相邻的两个像素发出的光要射向某两个相邻的观察区域。由于一维凸透镜的作用，屏幕前面的空间被分成若干竖直条状的观察区域。在某个区域中，只能看到左眼可以看到的图像，在其左右相邻的两个区域中，只能看到右眼可以看到的图像。根据调查，成人的瞳距一般为58-72mm，在此我们取观察区域的宽度为W＝60mm。

二、确定像素宽度p、观察距离D。我们以对角线为12英寸的LCD屏幕的各种参数为例来计算。屏幕宽与高的比为4∶3，最大分辨率为800×600，则每个像素的宽和高为p＝0.3048mm。根据实际情况，我们将观察距离定为D＝400mm。