[发明专利]一种柱透镜光栅3D电视观看系统

摘要

本发明提供了一种柱透镜光栅3D电视观看系统，尤其涉及一种座椅处于最佳观看距离中的3D电视观看系统。至少包括显示器、柱透镜光栅以及座椅，三者位于同一直线上，所述的柱透镜光栅位于显示器和座椅之间，且显示器的显示平面位于柱透镜光栅的焦平面上，显示平面上的各点发出的光经过柱透镜折射后都能转变成平行光束；所述的座椅与柱透镜光栅之间的距离为D₁～D₂，此距离为最佳观看距离，其中D₁为最短垂直距离，D₂为最长垂直距离，观看者在这个最佳观看距离范围内，能够获得较好的立体显示效果和舒适的视觉感知。

主权项

一种柱透镜光栅3D电视观看系统，至少包括显示器、柱透镜光栅以及座椅，三者位于同一直线上，其特征在于：所述的柱透镜光栅位于显示器和座椅之间，且显示器的显示平面位于柱透镜光栅的焦平面上，显示平面上的各点发出的光经过柱透镜折射后都能转变成平行光束；所述的座椅与柱透镜光栅之间的距离为D₁～D₂，此距离为最佳观看距离，其中D₁为最短垂直距离，D₂为最长垂直距离，N为显示平面中单位长度内所排列光栅柱透镜的个数，r为柱透镜光栅的曲率半径，q为柱透镜光栅的曲率中心到显示平面的距离，k为人双眼间距,t为显示平面上相邻像素间距；所述的最短垂直距离D₁采用如下方法确定：(1)、根据柱透镜光栅的单柱面透镜的光传输特性和成像光路分析，计算出整个光栅的视角范围在此视角范围内均能够看到立体效果；(2)、根据视觉成像原理，当空间的某个物体在人眼的视网膜上所成影像小于一定极限时，即落在一个锥体细胞范围内时，人眼将无法分辨出这个物体的存在，设物体两点间距离为AB，物体对眼球所形成的张角即为视角，设为α，设观察距离为D，则视角α的大小取决于物体两点间距离AB和观察距离D，从三角函数知$\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\α}}{2}=\frac{\mathrm{AB}}{2D}$当角度α很小时，tgα＝α，则有α＝AB/D；当A、B两点的影像A'、B'都落在同一个锥体细胞上时，这两点的影像便融合为一点，分辨不清；只有A、B两点的影像落在相邻的两个锥体细胞上，A、B两点才能被分辨为独立的像，这时A、B两点的距离被认为是可分辨的最小距离；两个锥体细胞之间距离为5μm，人眼球从晶体到视网膜中央凹区的距离为17mm，所以人眼可分辨的最小视角α为：$\mathrm{\α}=\frac{0.005\×57.3\×60}{17}=1^{\′};$当观察距离为D时，人眼可分辨的两光栅柱透镜间的最小距离为：$\mathrm{AB}=\mathrm{\α}\×D=1^{\′}\×D=\frac{D}{57.3\×60};$已知显示平面中单位长度内所排光栅柱透镜的个数为N，则有：$N=\frac{1}{2\mathrm{AB}};$进一步的$D=\frac{1700}{N},$即可求出最短垂直距离D₁，$D_1=\frac{1700}{N};$最长垂直距离D₂采用如下方法确定：设AB为右眼观察视区，BC为左眼观看视区，DE为一个左像素的两个端点，EF为一个右像素的两个端点，DE发出的光线经过透镜的中心进入到左眼观看区域BC，EF发出的光线经过透镜的中心进入到右眼观看区域AB，AC＝2K，DF＝2t，则由几何关系得：$\frac{\mathrm{AC}}{\mathrm{DF}}=\frac{D^{\′}}{q},\frac{2k}{2t}=\frac{D^{\′}}{q},$进一步的，$D^{\′}=\frac{\mathrm{kq}}{t};$从而算得$D_2=D^{\′}-r=\frac{\mathrm{kq}}{t}-r,$其中D′为座椅到显示平面的距离。