全彩色高清晰(5k～8k)高亮度双竖屏观立体像装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种观立体像装置，具体是在新创立的《非近轴光学》理论指导下设计出的一种全彩色高清晰(5k～8k)高亮度双竖屏观立体像装置。


背景技术：

2.自从2009年由作者本人首次提出偏心透镜的概念，在实践上发现偏心透镜能使左右眼像横移，因而满足获得立体像所需满足的重要条件之一，即左右眼像必须经放大后还应在它们成虚像的位置上完全重合才能看到很好的立体像，于是针对笔记本电脑,ipad，台式电脑,电视屏等设计了立体眼镜,并获得了发明专利cn200910070421.0，名称为“全彩色高清晰眼镜式立体观像器装置”，这主要是针对原始的左，右眼像的面积比较大的情况下进行设计的，因此主透镜的焦距比较长，使人在较远处能看清图像，同时放大倍数不宜大，否则会出现马赛克，但偏心距必需较大，否则左右眼像不会在虚像成正像位置重合，而看不出立体像。
3.这之后在市面上流行着一种立体眼镜，它是由两片三棱镜做成，选择合适的顶角大小，可使电脑上或电视屏幕上的左、右眼像重合而获得立体像，但这种方法会破坏像的清晰度，并产生色差(因三稜镜本身就是一个分色镜)，顶角愈大愈严重。这在我们原有的上述发明专利中已有过叙述，它只是起辅助作用，即用偏心透镜观看较大的屏面时，有时左、右眼像尚差一点点就可完全重合时，在立体眼镜的左右眼镜片前插一对小顶角三稜镜片时就可以完全重合而看出立体像。因于顶角很少，故对像的破坏可略而不计。
4.2013年以来，随着手机触摸屏的发展，手机显示屏的面积也愈来愈大，且屏的清晰度也愈来愈高，为了获得最高清晰度的3d显示系统，中国专利cn201410554496.7己作报道，发明名称：立体观像器以及带4g通信系统的个人立体影院装置。决定采用同型号的两部手机位于v型平面镜的两侧，一部手机显示屏上显示标准的16：9的左眼像，位于v型平面镜的左侧，另一部手机显示屏上显示标准的16：9的右眼像，位于v型平面镜的右侧，这样由v型镜形成的左、右眼虚像正位于v型镜的前端并部分重合，然后用左、右眼的偏心透镜使其进一步完全重合，于是人眼就看出立体了。由于重合得很好，所以看起来不晕眩，又由于所釆的透镜是k9玻璃做成，透光率100%，v型反光镜是镀银膜，反射率也近100%，除了使像作水平反转(即镜像)外，本身不产生像差。当然偏心透镜像差是难免的。但由于使用的是大的原始成像面，所需的放大倍数较小，因而看起来像差不显著，待要求高时，可采用复合透镜，针对某些特别显著的像差进行消除，这已有固定的程序可做这种工作。这里可用现在流行的用一部手机做成的单屏机（常称vr）进行比较。
5.单屏机是指两个标准的16：9的标准左、右眼像并排地放在一个16：9的显示屏面上，因此手机屏的上下端都会空出一块来，不难算出，这时原始的图像的面积只有双侧屏时（它已占满全屏）的1/4,即x方向及y方向的大小只是其1/2，因此单屏机要达到与双侧屏机同样大小的立体像，则单屏机的放大倍数都必须为双屏机的2倍。根据透镜像差理论的一些基本知识，放大倍数愈大像差会急剧增加。像差的种类不同增加倍数也不一样。设放倍数是
m，畸变是与m的3次方成比例,彗差是与m的2次方成正比，场曲及像散是与m的1次方(即直接与放大倍数)成正成比。故这时双侧屏的立体成像器的像差比起单屏的立体成像器(通常就直接叫成vr)会小很多，根据上述像差理论它的畸变只为单屏的1/8，彗差只有1/4，而像散和场曲只有1/2。比起那些用lcos等不足1吋的原始像自然会小得更多得多。这就是为什么在双侧屏的设计中我们只用了一对的单片的偏心透镜所看出的放大像也基本上看不出有什么像差，如要采用更高的放大倍数，也可以用复合偏心透镜。故要形成更高质量的立体像具有更大的潛质。从这里可以看到采用两部手机来获得高成像质量的立体像具有相当多的优点。
6.早在上世纪末及本世纪初，开始考虑如何形成理想立体像的问题，逐步确立要获得理想的立体成像必须满足下到5个条件：
7.1）应有完美的左、右眼平面像(这是前提)。
8.2）必须使左眼像及右眼像在眼睛前方的某一合适成像位置同时到达并完全重合,否则形成不了立体像。
9.3）必须保证左眼只能看到左眼像，右眼只能看到右眼像,否则会产生串扰。
10.4）必须在左眼像及右眼像合成立体像的过程中，不得有任何损失(包括清晰度，亮度，彩色，灰度等级等),且图像稳定，不得闪砾。
11.5）必须在对原像加以放大时,其产生的像差应保持在人眼察觉不出的范围之内。
12.其中第一条可以说是前提。经过上百年的平面摄影，以及近一二十年来立体电影的发展，这些专业3d制片人可以说是做得相当完美的，即使是业余影摄者用性能较好的手机也可以做得不错。可以把所拍摄的平面左眼像及平面的右眼像左、右并排(side by side)地放在一起，或是上下叠放(up & down)放在一起做成录相带或实时播放出去，他们的制作任务就算完结了，接着就是如何播放的问题。立体电影或是立体电视或是所谓的裸眼3d它们各自有不同的方法希望满足上述这些要求，但都有各自的不足之处。例如电影院使用两台偏振方向互相垂直的偏振光分别放映左眼像及右眼像，射在同一个屏幕上，这就满足了条件2），再戴上偏光眼镜来观看，其左眼镜片只能看到放左眼像的偏振光图像，其右眼镜片只能看到放右眼像的偏振光图像，这就满足条件3）。但不是绝对的，左眼偏振片也能看到一点右眼像，而右眼偏振片也能看到一点左眼像,这就产生串扰。
13.又例如立体电视它们是采用液晶快门立体眼镜来观看。它是使用时分的方法，即上一帧图像是一幅左眼像时，这时左眼的液晶快门是开着的，而右眼的液晶快门是关着的，当显示下一帧为右眼像时,这时右眼的液晶快门是开着的，而左眼的液晶快门是关着的，这就满足条件3），同时它们都显示在同一个电视屏上于是满足条件2）随着帧频变化来回切换，使人感到闪烁，看起来很不舒服，后来将帧频由50/60赫芝提高到120甚至240赫芝，情况有所好转。无论是偏光片或是液晶快门，它们的透光率只有50%左右，本身略带灰色，对彩色的饱和度也受到些影响，因此这两种方法都难以满足条件4）。
14.至于用柱面微镜所做成的裸眼3d它有相当长的历史，而裸眼就能观看立体的确具有诱人的优点，但其致命的弱点是清晰度降低了一半，而且还只有站在某些适当的位置才能看到立体。这是由于先将左、右眼像分成柵纲状并彼此嵌合在一起，即一细条左眼像，旁边紧挨着的就是一细条右眼像,布满在同一显示屏上，这就满足条件2)然后在它们的交界处，放上柱面微镜，使左眼只能看到左眼像，右眼只能看到右眼像，这就满足条件3)，因此是
牺牲一半清晣度而获得立体，是由其成像本身决定的，而不可能通过改良而增加清晣度。且难以显现较大的景深。还有所谓全息成像法，当然是最理想的成像方法，用裸眼随处可看，但一直仍在研究中，虽有进展，但要走进现实尚需时日。而用传统的成像方法难以满足上述第2)个必须条件。
15.所谓传统光学就是指我们现在中学直至大学学过的光学即近轴光学(也叫高斯光学)。是研究旋转轴对称透镜在对称轴附近的光学成像规律的科学，所以叫“近轴光学”,180年前由德国科学家高斯硏究得最彻底，所以又叫“高斯光学”。己取得十分辉煌的成果。诸如显微镜、望远镜、电子显微镜及射电天文望远镜的发明均有赖于此。但它只能将物像沿着对称轴的方向放大或缩小，远离或拉近，而不能使像横移,且设定人眼总是对着光轴进行观看，因此不可能将两个并列的左、右眼像经放大后使其重合在一起，故难以满足形成立体像的第2）个必须条件。
16.这里只能介绍由非近轴光学所指引的路线形成所谓的偏心透镜光学移位法，是目前能达到的最理想的3d成像方法，且是目前最现实的方法，并得到实现。而且无需戴上专门的眼镜就可以实现准裸眼观看立体景像，有临窗远眺的感觉，而且离窗愈近，观看到的视场愈大愈远。故称之为“准裸眼”。
17.非近轴光学的创建（参阅图4）
18.经过对旋转轴对称光学系统的仔细研究指出：从一点发出的近轴光线可以聚焦成像，这就产生了高斯光学。进一步的研究指出从该点发出的非近轴光线也是可以聚焦成像。只不过这两个成像平面的位置不一样。非近轴光线对近轴成像形成干扰及破坏，这正是像差研究的目的，反过来如果将成像的主体改换为非近轴光线，那么这些近轴光线就成为干扰及破坏者。故也可以形成一整套的非近轴光学成像理论及相应的像差理论。但有两点显着的不一样：
19.(a)非近轴光学的焦点f
d
及焦距f
d
与近轴光学的焦点f及焦距f定义不同。
20.对旋转轴对称系统，透镜子午面(包含对称轴的平面)上的光路即可代表透镜的实际情况。f
d
是指位于子午面(包含旋转对称轴z的平面)内离对称轴z的距离为d(称为偏心距)的平行光线经透镜折射后与z轴的交点。而焦距f
d
是指该点离透镜中心的距离。显然该焦点及焦距是是透镱上下两曲面曲率半径,折射率n,偏心距d的函数。
21.对一个平凸薄透镜的简单情况，可求得焦距有下列简单的公式：
[0022] (1)
[0023]
其中r为凸面的曲率半经，折射率n假定为1.5。对于一个具体的透镜只要给出两个表面的曲率半径及折射率n并利用光学中通用的方法，定出主平面的位置，则偏心焦距f
d
是指焦点f
d
离主平面的距离可精确地算出。
[0024]
(b)非近轴光学的成像公式
[0025]
设a为物距，b为像距，偏心透镜放大倍数为m
d,
则非近轴光学(也可称非高斯光学)的成像公式与高斯光学类似，但焦距f
d
与高斯光学的焦距f是不同的,且观看的位置也不一样。
[0026]
b= f
d
×
a/（f
d
‑
a）
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0027]
m
d
= b/a = f
d
/（f
d
‑
a） (3)
[0028]
当偏心距d趋于零时,f
d
就是高斯焦距f，这就与高斯成像公式一致。故非近轴光学是高斯近轴光学的扩充。与中学学过的欧几里得几何和后来发展的非欧几何的关系有些类似。用个最简单的例子说明，球面上的几何学和平面上的几何是不一样的，以致前者三角形的三内角之和不等于180度。但当球面半径趋于无穷大的，它们是完全一致的。黎曼几何也是一种非欧几何，爱因斯坦正是利用了创立了广义相对论。
[0029]
(c)人眼位于偏心点处，即能看到像的横向偏移
[0030]
当人眼(例如左眼(图4)不是对准对称轴观看，而是位于离中心对称轴的距离为d(偏心距)处即偏心点o’(或叫d点)进行观看，奇妙的事件发生了。平行z轴的入射光线进入人眼的瞳孔后人眼感到是斜着射来的，而穿过物方焦点射着射到偏心点d(即图4， o’点)的光线我们感到它才是垂直人眼射来的光线。于是感到前端形成的放大虚像作了整体的横移。设其横移量为t,或设其横移所产生的偏转角为γ，经过数学运算分别求得为：
[0031]
t = d[(f
d
/（f
d
–
a)
‑
1] = d[m
d
–
1]
ꢀꢀ
(4)
[0032]
γ = tan
‑1[d(1/a
‑
1/b)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0033]
从(4)看到像的横移量t与偏心距d成正比，且与d的方向一致。d及f
d
确定后只与物距a相关,故物距一定，像的位置也唯一确定，并使整个像都是横移一样的t，故是作总体位移而不致产生像的畸变。
[0034]
至此已将非近轴光学形成了较为完整的理论，有其自身的成像公式及其产生像的横移的定量知识。请注意人眼是通过偏心点d进行观看的。这就引伸出“偏心透镜”的概念。
[0035]
在以偏心点d(即o’)为中心，根据镜片大小的需要作一个圆切割出来的透镜就叫偏心透镜，这时人眼是对着偏心透镜的中心(即原来的偏心点d)用一只眼睛来观看，如果d点是位于主透镜中心o点的右方，这时截出的偏心透镜显得左边较厚，右边较薄，这时看到的像是会向右方(正x方向)作横向偏移。如果将这个偏心透镜用作人的左眼前的透镜，这就使放大的左眼像向右偏移，同理,如果d点是位于o点的左方，这时截出的偏心透镜显得左边较薄，右边较厚，这时看到的像是会向左方(负x方向)作横向偏移。这时如果将这个偏心透镜用作人的右眼前的透镜，这不就使放大的右眼像向左偏移。这样左、右眼像都是朝着中心轴方向彼此靠拢，调节好偏心距d的大小，使左、右眼像完全叠合在一起，这不就满足获得完好立体像的第2)个必须条件了吗!这正是非近轴光学最为成功之处。
[0036]
由于左、右眼像是完全隔离的，且左、右眼的放大像是在虚像空间彼此完全重合，故满足第3)个必须条件，彼此根本不存在串扰。
[0037]
透镜是由k9光学玻璃制做成，后来双侧屏立体成像器中还采用了镀银的反光，因此透光率及反光率均接近100%,对彩色及灰度等级等也不会发生变化，故满足第4）个必须条件至于第5）个必须条件，在用透镜的放大系统中必然会产生的。但我们所采用的原始成像面较大。即复盖整个手机屏面达6～7吋，所需的放大倍数较小，因而不显著，即使用单片的偏心透镜作为左、右眼前的透镜其结果也是令人满意的。当然如采用复合透镜特别是对消除畸变这点会大有好处的。这一方面已有成熟的技术来达到想达到的高度。
[0038]
至于第1）个条件这方面的3d制片人已做得相当出色了。即使是智能手机的拍摄清晰度如华为较低端的p20即已达到4k的清晰度，目前已发展到p40及mate系列自然会更好。
[0039]
因此由非近轴光学所开辟的这条技术路线几乎能满足形成完美立体像的所有条件。就目前而言，应是最具发展前景的一种和生活宻切相关并可立即实现的一种技术。双侧
屏立体成像器在国内外的展出受到很大的欢迎，也从另一个侧面证明理论的可靠性。


技术实现要素：

[0040]
本实用新型的目的是提供全彩色高清晰(5k～8k)高亮度双竖屏观立体像装置，针对智能高清手机提供一副性能良好的立体眼镜，或将眼镜眶与两部竖着的手机安装在一个盒内，以便达到观察到超高请5k～8k，全彩色、高亮度、人眼察觉不出像差的较完美的立体像。
[0041]
本实用新型提供的全彩色高清晰(5k～8k)高亮废双竖屏观立体像装置的技术方案如下：
[0042]
一种观立体像器装置，它主要包括偏心透镜、透镜支架，偏心透镜有带透光孔的挡光板并连接透镜支架，左、右偏心透镜圆心的几何中心相隔的距离应大于人两眼球中心的相隔距离，在56～76mm之间并可调。
[0043]
偏心透镜的非近轴光学成像公式写成如下解析式（在平凸透镜作薄透镜近似并假定其折射率n为1.5）：
[0044]
ꢀꢀ
(1)
[0045]
b=f
d
×
a/（f
d
‑
a）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0046]
m
d
=b/a=f
d
/（f
d
‑
a）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
t=d[(f
d
/（f
d
–
a)
‑
1]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0048]
γ=tan
‑1[d(1/a
‑
1/b)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0049]
其中，f
d
是偏心透镜的焦距，r是主透镜的半径，a是物距,b是像距,m
d
是放大倍数，d是偏心距,t是放大像的横移量,γ是偏角的大小。
[0050]
在原主透镜截出的一个较小的圆透镜就称为偏心透镜，偏心透镜的焦点f
d
是指通过偏心点的平行光线与原主透镜的中心轴的交点，该交点与原透镜的中心的距离称为偏心透镜的焦距f
d
，物距a和像距b和放大倍数m
d
则与近轴光学的定义一致。
[0051]
偏心透镜的偏心距的绝对值应小于其半径，当偏心距趋于零时，非近轴光学成像公式又与高斯光学的成像公式完全一样，而横移量及偏角也趋于零。
[0052]
所述的观立体像装置中，偏心透镜是由主透镜取得，该主透镜是由两个共轴球面构成，曲率半径小的那个球面，离人眼较远，曲率半径大的那个球面离眼较最近；此曲率半径可增至无穷大，此时即平面；该主透镜的横截面，即包含此主透镜旋转对称轴的平面与此透镜相截的横截面应是半月形的，即一面凸出，另一面略凹进；人眼是对着此略凹的面进行观看；主透镜的直径介于30mm～60mm；它的高斯焦距f＝60～120mm；偏心距为1～16mm，故两个对应的偏心点是位于离透镜中心
‑
1mm， 1mm两点至
‑
16, 16两点的成对位置；以偏心点为圆心，14～28mm为半径作一个圆，从主透镜截出一个圆透镜片，这个直径28～56mm的圆透镜片就是偏心透镜；如果该偏心点是位于主透镜右边，即正x轴的方向，截取出的偏心透镜就用作左眼偏心透镜，这时它的左边较厚，右边较薄；如果该偏心点是位于主透镜左边，即负x轴的方向，截取出的偏心透镜就用作右眼偏心透镜，这时它的右边较厚，左边较薄，此偏心透镜的偏心焦距f
d
随f及d而变，比高斯焦距f要小，沿直径截出的横截面也是半月型，较平坦的一面正对着人眼。
[0053]
所述的观立体像装置中，所述的偏心透镜是由主透镜取得，当所要求的偏心距比起主透镜的半径小很多时，即只有几个毫米的量级，这时主透镜就直接用作偏心透镜；设计立体眼镜时,用作偏心透镜的主透镜的位于正x方向的偏心点要直接对准左眼的瞳孔，而另一片用作偏心透镜的主透镜的位于负x方向的偏心点要直接对准右眼的瞳孔，这在沒有调节左，右眼镜片间距的装置的设计中尤为重要，其两圆心的间距必须大于观看人的两眼瞳孔的间距，这几乎成为一条金律，不得违反。其间距的具体尺寸由偏心距所需的大小才能使左眼像、右眼像完全重合来决定。
[0054]
带有调节两圆心间距的装置中，将两镜片的起始位置按上述方式放置，使得圆透镜用作偏心透镜时，其偏心距的调节范围可以变宽。所述的观立体像装置，其在所述的偏心透镜前加有带孔挡光片，孔的形状会根据不同的应用而有所不同，满足左眼、右眼看到的是全部的立体像，而隔离周围不需看到的部分，孔的形状上下对称，且左、右偏心透镜前的挡光板是左、右反对称。
[0055]
所述的观立体像装置，该装置安装带有两条腿的眼镜框架上，成为眼镜式手机型立体像观看器或称b型立体眼镜，也可直接称为手机立体眼镜，对应观看竖着并排的两部手机上的立体像，所述的竖着并排的两部手机安装在专用支架上，并根据要求可向前倾斜一定的角度，以便于观看。这时左边的那部手机屏上放映的是左眼平面像，右边的那部手机屏上，放映的是右眼平面像；放映动态的录相时，则左面手机、右面手机均应装入同步软件syncplayer，以保证分开的左眼像、右眼像能同歩播放；观看时应先将手机立体眼镜，放在正中离手机屏7～11厘米处，将偏心距放在约5mm的位置，戴上立体眼镜，看到立体像；并慢慢地移动前后位置，使看得最清晰，再微调眼镜上方的螺旋，使左右眼像完全重合，看起来更舒服，不累眼为止。
[0056]
所述的观立体像装置，不用竖着并排的两部手机而只用一部手机横着放置固定，将并排的左眼像、右眼像显示在此一部手机的屏面上，并用一小支架固定并略向前倾，这时应将偏心透镜的间距调小一些，因而偏心距也小一些，用此立体眼镜在离屏约7～11厘米的范围即可看出立体像；也可将此眼镜框与手机安装在一个匣合内，并增加两偏心镜片与手机屏面间距的调节装置,构成头戴式vr头盔。
[0057]
所述的观立体像装置，使该观立体像装置与两部竖着并排的手机安装在一个盒内，将观立体像装置不是嵌在一个眼镜框架中，而是装置在该盒的前上端，其观看对象为两部竖着并排的手机屏上的左眼像、右眼像；插在该盒的后端，构成双竖排立体观像器，两偏心透镜中心间距的调节距离保持在60～95mm之间，在其下端安装一个螺旋以调节手机显示屏与偏心透镜间的距离，调节范围为70～120mm；先调到上述两个数据的中间值时，人眼靠近观察窗时，即可看到其立体像；调节下部螺旋使图像最清晰为止，调节上部螺旋使左眼像，右眼像正好重合，使看起来更舒适，无需另戴专用立体眼镜，只需靠前观看，而且愈靠近偏心透镜其视野也愈大，构成系统为准裸眼系统。这一装置就简称为“双竖屏立体观像器”。
[0058]
所述的观立体像装置在高清晣远程监控系统中的应用，使用一对手机3d摄像机，竖拍左眼立体像、右眼立体像“像对”时，通过4g或5g分别直接传到双竖屏观立体像器的左手机、右手机中即时看到拍摄处的立体像，构成一个高清晣远程实时监控系统；如果输入的是专业的合成为左右并排的立体像，则应用软件将其分成独立的左眼像及右眼像再分别输入；如果用的是横拍的左眼像及右眼像同样分别输入，也可观看出立体像，只是这时的立体
像变小了而已。
[0059]
上述的观立体像装置，所看出的淸哳度是两部手机屏面淸晣度的总和，采用的是2560
×
1440像素的手机屏，则立体像的清晣度为2
×
2560，即称为5k；采用的是3840
×
2160像素显示屏，其清晰度就达8k,而原有的光学系统无需作任何改变。
[0060]
所述的观立体像装置，不直接用手机而直接只用手机的显示屏或专用的两部高清显示屏也得到同样结果，即看出的立体像淸晰度是2
×
显示屏的清晰度。
[0061]
本实用新型提供了全彩色高清晰(5k～8k)高亮度双竖屏观立体像装置，其特点详述如下：
[0062]
应当说cn201410554496.7中，对16:9的标准像已接近达到了全彩色超高清晰(5k～8k)高亮度这个目标，而且由于采用的直接就是手机屏，年产过亿，自然其性价比也是最高的。但对于竖拍的立体像用这套系统，不能充分地发挥其作用。而这方面在个人使用起来又是用得较多的。例如：人物立体写真,婚纱摄影，儿童情趣,自媒体直播，特写镜头等。专业方面：医疗，贵重文物展示,雕塑，工艺品及工业产品等,多数都是竖拍的,高、宽比多为4：3，因此本专利也是基于非近轴光学的原理，确定偏心透镜的参数，以期达到这类应用最佳的3d观看效果。制成这种(简称b型,或手机)立体眼镜所用的偏心透镜与以前我们的发明专利cn200910070421.0主要看电脑屏的立体眼镜(简称a型,或电脑)立体眼镜是有很大差别的，用作a形立体眼镜观看的左、右眼像都比较大，所用的偏心透镜的焦距很长，一般在260～360mm之间，观看者离屏较远250cm至几米远，放大倍数很小，约1.2～1.8倍。由于左、右眼像的中心相隔较远，佈满笔记本电脑的左右眼像的中心距离约170mm，故所要求的偏心距也较大，一般在25～35mm之间；而现在的b型（手机）立体眼镜的偏心透镜与a型（电脑）的有很大的差别，它主要是要观看两个手机竖屏上的左右眼像，两部6～7吋的手机竖着并排摆放时它们的中心距约为75～87mm，它的偏心焦距应为90
‑
110mm以内，离屏观看的距离也约在70
‑
100mm左右，其放大倍数应在1.8倍以上，位于3～15倍最为合适。其偏心距为2～14mm。这种b型立体眼镜同时也照顾到只用一部6～7吋手机的显示屏用它来观看立体像的情况，因这时的左、右眼像横向并排地佈满在该手机屏上，左右眼像的中心距离距约66～78mm，(比上述竖并排的中心距离75～87mm要小些),故要求偏心距的大小要偏小些。所以这种b型(手机)立体眼镜的偏心透镜如采用偏心透镜焦距、偏心距及偏心透镜离显示屏的距离在上述的范围之内，则上述两种情况均已照顾到了。同时还应注意到显示屏离透镜的距离（即物距）应小于偏心焦距，这样形成的虚像是正立的像。
[0063]
人眼的瞳距是因人而异，成年人的平场值一般约为65mm，8岁以上的儿童瞳距会偏低数mm，而身高体壮会比这个值要高数mm。在有条件进行偏心透镜间距的调节时，应使两个偏心透镜的中心点对准你双眼瞳孔的中心点，这时就应看到左、右眼像重合得很好而看着舒适的立体像。有时左、右眼像还隔开有点距离，这时你就调节旋钮使两镜片离远点，增加偏心距使重合得很好。有时这两个左、右眼像移动得过头了，就可以调回一些，以观看最感舒适的立体像。
[0064]
当透镜较大属几十毫米量级而所需求的偏心距只需几毫米时，特别是左、右眼前透镜的间距是可调的情况下，为加工上的方便起见，不一定要做成一边厚一边薄的偏心透镜的典型形式，而直接就用正常圆透镜的形式，即最高点必然会在旋转轴对称的轴上。但应记住你眼晴瞳孔的中心必须对准偏心点，同时还应记住由非近轴光学导出一个重要的规律
甚至可称为金律：即两圆镜片中心的宽度，必须大于人两瞳孔的宽度，这样才有可能使左、右眼像产生彼此愈来愈近的横移。纵观一些流行的设计，特别是就用两个固定的圆透镜一般就固定为人眼瞳孔的平圴间距即65mm，显然是违反这条金律的。那为什么还是有些人看出立体来了呢!这是由于人眼有自动”对眼”的功能，能使左、右眼像产生向中心对称轴的偏移使其合在一起而产生立体感。有的人这种”对眼”功能很强，将左、右眼像并排放在一个手机上，用“对眼”法就可看出立体来。若干年前流行所谓的“画中画”就是用这种方法看出隐藏其中的立体象的。但观看的时间久了会感到很累，甚至晕眩。有的虽有这种调节装置，但不知尚应扣除偏心距的量，所以实际能调节的是有限的，达不到真正所需偏心距的大小，没有真正的重合，因此看起来很累甚至晕眩。加上缺乏偏心焦距的概念，物像间的距离与之不配合，清晰度欠佳，这些正是在2017年使vr掉入低谷的主要原因。
[0065]
现在的情况是人戴上这种手机立体眼镜离显示屏的距离可自由调整，直到看到最清楚为止，一般手机显示屏离偏心透镜的距离为70～110mm之间，对每个人都可达到看得最清晰的位置，同时还可调节两透镜的间距，也就调节偏心距的大小，因而使左、右眼像完全重合在一起，应和看电脑或看电视一样，不会累眼。正常眼及远视眼（老花眼）的人可直接戴上立体眼镜去观看。而戴近视眼镜的人则应戴上近视眼镜后再戴立体眼镜来看，将来在透镜前插入一块近视校正片，也就不用再戴近视眼镜了。
[0066]
这种竖屏立体眼镜主要用来直接观看两部并排竖立手机上的立体像，具有良好的效果。由于有调节两偏心透镜的间距的装置，将间距调小些，就也能观看到一部手机上将左右眼像并排的立体像。将这种b型立体眼镜（简称“手机立体眼镜”）进行封闭包装，又设计成“双竖屏立体成像器”，将两部手机竖着并排地插入背端,将竖拍的左、右眼像分别输入这两部手机的显示屏上，通过在这装置的顶端装有调节两偏心镜片间距更细致的调节装置，而在装置的底部装有精谁调节偏心透镜与手机显示屏的间距的调节装置，对每个人都可调至最为满意的程度。这时即可看出放得较大的立体人物像，相当于看到离你只有1～5米远和真人大小一样甚至更大的人物立体像翉栩如生的立在你的跟前将何等激动人心！如观看其他种类像也是十分清晰逼真，彩色鲜艳，如实物重现。由于采用的是双屏，故其清晰度理论上可达5k～8k。由于是全封闭式，因此没有多余的影像及杂散光干扰。故像的质量显得更高。还有一个方便处这种设计中并没有采用反光镜，故无需像双侧屏立体观像器需将输入的左、右眼像进行水平反向，否则看到的像是反的，而是直接就用原来输入的左、右眼像就可以了，不存在反向的问题。我们曾谈到这种双竖屏机的一种应用，即你的家人外出旅行或进博物馆参观，就用两个同型号的手机竖着并排并固定好，用此作为立体摄像机进行拍摄,家里的双竖屏立体成像器中的左、右手机用4g/5g与之相联。这样家里的老人等于跟着在外的亲人所见到的一样。用同样的方法可实现实时远程监控及远程医疗，这是很具吸引力的。
[0067]
有人可能认为现在的发展趋势是小而轻，故常用一部手机来做成。为了玩游戏的需要，一般做成头戴式，也的确是如此。但我们的对象和目标是不同的，我们主要目标是高质量。它比单屏的清晰度提高了1倍，这可不是轻易能做到的。目前所遇到的手机屏最多能做到3840像素(俗称4k,极为罕见)，而从未听说过有4k以上的手机屏。目前我们是用到非游戏类的领域如医疗，高级文体欣赏，远程监控等。我们所采用的是立式或悬掛式进行观看。重一点大一点并不碍事。重一点是因多了一部手机，但体积并不增大多少，因手机是位于两侧重心后移，而不会象单屏机一样会产生一头沉的感觉。
[0068]
在下一轮的发展中，直接用手机来看立体像这一格式仍将保持，因各人都有一部甚至两部手机，这一资源为何不充分用上呢，但要精益求精。还建议手机生产商生产“情侶手机”(即一个手机的存储器中装左眼像，另一个装右眼像)，出售时可赠送这种b型（手机）立体眼镜及双手机支架应随情侣机赠送。更高档的情侣手机甚至可随机赠送双竖屏立体观像器及双侧屏立体观像器。因在大规模生产的情况下。其成本也就百元以下量级。这样一买下就可以观看立体写真及立体电影等节目，还可从事不少有关3d业务的工作。这应是情侶们最佳馈赠品。在渡蜜月及生了宝贝后即可用上。经済不富裕的兄弟姊妹同学间可以合伙专买这种手机公用，因用3d的时间是有限的，并不防碍手机作为通讯功能的使用。从新公布的数据看我国手机的人均使用量达115%，而对中上层的人士肯定大大高于这个比例。因此拥有两部手机的人也大有人在，一般一部是公事用，一部是私事用。只要意识到这两部型号相同的手机还可解决看3d电影拍3d照等问题，必然会是首选。如果手机生产厂家看到这点，肯定会大吉大利。还有一种情况是可用不同型号的两种手机显示静态的左、右眼像，只要将左、右眼像调至同样的大小，也可以用这种b型立体眼镜看出惊人的立体效果。因此这种b型（手机）立体眼镜可成为手机的标配，而a型（电脑）立体眼镜可成为电脑的标配
[0069]
下一轮发展的主要是针对那些公用及专用场所及经済较富裕的阶层而设计的一体机。这里是指不要将整个手机放进，所需要的只是显示屏及与之相关的部分，其他的如电池等较重组件可以集中放在一个盒内，固定在身边其他地方，这样重量就很轻，也可做成头盔戴一在头上不会比流行的单屏机重。同时两个显示屏位于左、右两侧不会像单屏机那样有一头沉的感觉,故戴在头上会显得更舒服一些。于是也可以用这种双屏一体机玩游戏了，图像大而更清晰,这又开辟了独具特色的广阔领域。
[0070]
由于手机是大众的刚需产品，数量巨大，故会愈来愈便宜，尤其是显示屏的价格必然会很低，在成像系统方面我们用的是单偏心透镜，而其他类似产品由于其原始像面小很多，故需用多个镜片的复合系统，否则所产生的像差尤其是畸変会十分明显，故在这方面的成本会偏高，因此综合起来说，这种b型立体眼镜及双竖屏观立体像器（装置）在同类产品中，其性价比会占很大的优势。
[0071]
就目前而言还是用两部5g手机放在左右两侧做成双侧屏立体观像器，或是将两部手机竖直地左、右并排挿在背端而形成所谓双竖屏立体观像器，将它们用支柱式或悬掛式进行观看，这就无所谓重一点或大一点的问题。以发挥性能的最优为第一出发点。等下一轮双侧屏立体观像器及双竖屏立体观像器一体机出现以后，当然就无需再用两个手机了，这就会更便宜且更专业化。至于观看的方式是采用头盔式的还是立柱式或悬挂式的看个人的爱好。在医疗方面我个人的建议还是以悬掛式为好，因为比起那些需要绑在或戴在头上来看,这种方式会显得舒适、自由得多。人可以随时离开观察窗来干点别的事。需要时再靠窗细看。离窗愈近视野愈大。故属准裸眼立体像系统，这又是它的另一个优点。
[0072]
上述的“眼镜式”或“观象器”式的全彩色高清晰(5k～8k)双竖屏观立体像装置在观看动态彔相时，左、右手机应输入专用同步软件syncplayer，以保证分开的左右眼像能同歩播放。对这两种形式的装置虽说要用竖拍的左、右眼像输入可得最佳结果，但如果输入的是横拍的左、右眼像同样可看出立体，只是像小一些而己。对手机立体眼镜同样可观看一部手机的屏面放入左、右并排的立体像。如果将此眼镜与手机包装在一个匣内，并增加两偏心镜片与手机屏面间距的调节装置,这就和市面上见到的vr一致，只是这里是基于非近轴光
学而衍生出的产品。现在市面上已有流行的高清2560
×
1440像素显示屏，由于采用了两个这样的屏故按通常的说法其清晰度就达5k,如果一出现3840
×
2160像素显示屏，其清晰度就达8k,而原有的光学系统无需作任何改变。
附图说明
[0073]
图1是双竖屏观立体像装置的原理示意图。
[0074]
图2是手机立体眼镜结构示意图。
[0075]
图3是双竖屏观立体像器结构示意图。
[0076]
图4是非近轴光学原理图。
具体实施方式
[0077]
本实用新型参照附图详细说明如下：
[0078]
整个装置的成像系统均呈左右对称或反对称状态，因此图的标号上加一撇(如1’；2’)是表明该标号(如标号1；2)的对称或反对称部分，一般不另作说明。
[0079]
图1是全彩色高清晰(5k～8k)双竖屏观立体像装置的原理示意图。
[0080]
1是左偏心透镜，1’是右偏心透镜；2是左眼睛，2’是右眼睛；代表左，右眼睛瞳孔的位置。4是左光轴中心点，4’是右光轴中心点，即左，右偏心点。5是左主透镜对称中心，5’是右主透镜对称中心；偏心距较小，就可用主透镜直接作为偏心透镜，人的左右眼的瞳孔是对着偏心点5,5’进行观看。6是左光轴，6’是右光轴；即为穿过瞳孔及偏心点的左，右两个光轴。7是竖着的左显示屏，7’是竖着的右显示屏，彼此并排在一起，在屏上分别显示出左眼像及右眼像；也可以是一部手机横放着，左、右眼像并排地显示在显示屏上。手机屏上的左、右眼像经过偏心透镜放大后又由于左、右偏心透镜具有将该放大像朝中心轴方向横移的作用，并在成像位置完全叠合在一起，于是使人看到放大的立体像。3，3’分别是带透光孔的左、右档板；孔的形状及大小使人分别只看到左、右眼像，而挡住不需要看到的部分及杂散光。
[0081]
图2是本实用新型手机立体眼镜结构示意图。也简称这种用于专看手机上的立体眼镜称为“b型立体眼镜”，或直接叫“手机立体眼镜”。而将cn200910070421.0中的专看电脑等大显示面的立体眼镜称为“a型立体眼镜”，或直接叫“电脑立体眼镜”。包括下面7个分图。
[0082]
图2的(a)是立体眼镜的前视图。包括：分别是左眼偏心透镜1，右眼偏心透镜1’；3、3’是位于左、右眼偏心透镜1，1’前的带透光孔的挡板，8是调节两个偏心透镜间距的螺母。它本身带有左、右两个长螺栓，它们分别旋入到固定在和左，右挡板上的两个长螺母中。
[0083]
图2的(b)是左偏心透镜1、右偏心透镜1’的具体示意图，它属一面凸,一面为略凹的圆透镜，略凹的面靠近人眼。下面带短斜线的图是该两偏心透镜的截面图。偏心焦距f
d
为40～120mm，直径为36～60mm之间(现在实用的是42mm)。4是偏心透镜的左偏心点,4’是偏心透镜的右偏心点。5，5’是该对应两个主透镜的中心点。
[0084]
图2的(c)是挡板、偏心透镜及调节螺丝螺母的关系图。左偏心透镜1、右偏心透镜1’分别嵌在挡板3,3’之上并固定为一体。档板上面的开孔如图所示是左、右反对称的,上下是对称的,孔的形状及大小使人眼分别只看到左眼像、右眼像，而挡住不需要看到的部分及杂散光。左档板3、右档板3’上方分别有两个较长的螺母，有一个调节螺母8，它的左右两端
各带有一长螺栓，此左、右两个长螺栓分别旋入上述的那两个长螺母中，当按顺时针方向旋转螺母8时，则左、右偏心透镜的间距增大，反之，则缩小。设人双眼的间距一般为65mm，一般情况下，4mm的偏心距可使左、右眼放大像基本重合。故原始设定的两偏心透镜中心点(5,5’)的距离应是73mm。而实际上该两偏心透镜的中心(包括挡板)可调节的距离为60～80mm。挡板上端有一较长的掛钩，下端有一条短掛钩使掛到原来的一个眼镜框架上，两个框架呈长方形，图2的（f），使得旋转带左、右长螺栓的螺母，这时左、右挡片及左、右偏心镜片能平滑地沿着此方形眼镜框架运动，远离或靠近。具体的操作是将此立体眼镜先放置在离两竖排手机的正中位置约距离70～100mm的位置，戴上立体眼镜，再将你的头部较慢地略为靠前或退后，以达到看得最清楚为止。这时就可看到立体像。再微调立体眼镜上方的螺母，使像看起来最舒适为止。如看出是两个像，则应将螺母顺时针旋转看这两个像是否比原来靠近些，那就接着顺时针方向再拧直到重合而看出立体像为止。反之，则应向反方向拧，这种情况较少见。看立体像的规律是愈看愈立体。
[0085]
图2的(d)是立体眼镜的顶视图。9是左眼镜腿,9’是右眼镜腿。8是带左、右长螺栓的螺母，用于调节偏心距。
[0086]
图2的(e)是立体眼镜的左视图。
[0087]
图2的(f)是带两个长方形框架的眼镜框，中间由带鼻樑凹槽的略呈圆形的板联结此两框架。在它上端固定一个有凹槽的小柱，上述图2的(c)所描绘的装置包括：挡板、偏心透镜及调节螺丝螺母等所组合的装置都掛靠在此眼镜的上、下框中。调节上方的镙母8，挡板及偏心透镜都是沿此框架作分开和靠近的运动。螺母8是位于上方的一个小立柱的凹糟中，限制螺母作水平位移，以保持它处于正中的位置。
[0088]
图2的(g)是立体眼镜外形的透视图。
[0089]
图3是双竖屏观立体像器(装置)结构示意图，包括6个分图。它是将b型立体眼镜（手机立体眼镜）与两部竖着并排的手机包装在一个盒内，并配上各种调节装置及屏蔽挡板，完全避免了各种不需要的影像的干扰及杂散光的干扰，特别适用于人物写真，医疗应用及珍贵文物数字珍藏。摄像机所拍得的左、右眼像通过4g或5g传送无需经过图像处理利用此装置即可直接显示出最佳的立体像。它本身有其独立存在的优点，是发明专利cn2014 10554496.7名称为立体观像器以及带4g通信系统的个人立体影院装置（也简称为“双侧屏立体观像器”的重要补充。
[0090]
图3的(a)为正视图，11是双竖屏观立体像器的左偏心透镜,11’是双竖屏观立体像器右偏心透镜，它是以左偏心点4, 右偏心点4’为偏心透镜的中心，参阅图3(e)。人的左、右眼瞳孔是分别对着透镜中心也即对着此偏心点4,4’进行观看的。因此它比上述b型（手机）立体眼镜增大了偏心距的距离，从而可增宽两竖排手机的横向尺寸,而仍可看到很好的立体像。这是真正名正言顺的偏心透镜，它们虽也是圆形，圆心就代表偏心点。但其外型特点也有些不一样。左眼偏心透镜的左边较厚，右边较薄，而右眼偏心透镜则反过来，右边较厚，左边较薄。随着偏心距的加大，这种厚薄的差别也变大。12是螺旋，调节两偏心透镜的间距。约从60～95mm。13，13’是左、右侧吊扣。14是顶吊扣。可利用适当大小的软绳穿入悬掛，可随意升高或降低，并根据需要达到水平或略为偏斜停留在某一状态。17是可开合背板,将其打开，可将两部手机竖着并排放入。再将后盖关上。18是指整个外壳盒。
[0091]
图3的(b)为右侧截面图， 7’是右手机显示屏，屏上显示出右眼像，11’为双竖屏观
立体像器的右偏心透镜。15’为右活页联结,使17成为可开合背板，19是底部旋轮，用以调节偏心透镜与显示屏的距离。一般为70～120mm，方法是这样的：底部旋轮19带有左右两个长螺栓，螺栓旋入在两个长螺母之内，而这两个长螺母分别固定在与偏心透镜的壳体及与揷两部手机的壳体之上，故旋转该螺母可调节它们之间的距离。其他标号均已在图3(a)中说明。
[0092]
图3的(c) 为顶视图，12是螺旋，调节两偏心透镜的间距，可看出是位于顶部靠前的位置。从这也可看出左、右偏心透镜是与螺旋位于前端的一个平面之内，再从图3(b)中即可看出所处的空中位置。15，15’是左、右活页联结，13,13’是左，右侧吊扣，14是顶吊环。
[0093]
图3的(d) 为背面图，7，7’所指的虚线框是分别指竖立并排的两部手机，手机的左，右显示屏上分别显示出左眼像及右眼像，手机背部紧帖着背板。16是弹性条。将后盖盖上后，按一下，则锁紧，再按一下则松开,可打开后盖,放入或取出手机。图3的(e) 为偏心透镜，它是以偏心点作为透镜中心，人的左、右眼瞳孔是对准透镜的中心，也就是对准偏心点进行观看的。图中表现出它是如何制作出来的。即根据设计将一圆形凸透镜的焦距选定后，并确定出所应选定的偏心距为d。称这个透镜为主透镜，如图中用虚线画出的较大的圆。大圆透镜的直径设为2r，这时的偏心透镜的直径2r应满足r
‑
r=d/2。这时代表偏心透镜的小黑圆应与代表主透镜的虚圆在水平x轴上相切,如图所示。图中4,4’分别是左，右光轴中心点，即左，右偏心点。5,5’是左，右主透镜对称中心。用这种真正的偏心透镜的优点是扩大了偏心距的调节距离，可使两竖着的左、右显示屏本身增大些或它们相隔的距离隔远一些也可以通过增大偏心距的调节仍能使左右眼像重合在一起。这种真正的偏心透镜外形表现为沿x方向一边厚，一边薄，左偏心透镜是左厚右薄，而右偏心透镜相反是左薄右厚。缺点是加工方面复杂一些。而上述图2中手机立体眼镜所用的偏心透镜就是主透镜本身，左、右眼观看点是偏离透镜的中心点而在偏心点处观看，故偏心距的调节受到一定的限制。在手机立体眼镜中如也用这种真正的偏心透镜，效果会更好。当然在双竖排立体观像器中，不用这种真正的偏心透镜而像手机立体眼镜中就用主透镜用作偏心透镜也不是不可以，只是偏心距的调节范围会缩小一些。这只是在要求偏心距很小的情况下才能将主透镜和偏心透镜合二为一，像观看电脑等大显示面的情况下所需的偏心距达25～30mm，决无可能，这种合二为一的偏心透镜的优点是加工方便,沿透镜光轴旋转任何角度光学性能不变。但只有在要求偏心距很小约数mm的范围时才能实现。
[0094]
以下给出本实用新型实施中的具体取值：
[0095]
偏心透镜的非近轴光学成像公式写成如下解析式（在平凸透镜作薄透镜近似并假定其折射率n为1.5）：
[0096]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0097]
b=f
d
×
a/（f
d
‑
a）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0098]
m
d
=b/a=f
d
/（f
d
‑
a）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0099]
t=d[(f
d
/（f
d
–
a)
‑
1]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0100]
γ=tan
‑1[d(1/a
‑
1/b)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0101]
其中，f
d
是偏心透镜的焦距，r是主透镜的半径，a是物距,b是像距,m
d
是放大倍数，d是偏心距,t是放大像的横移量,γ是偏角的大小。
[0102]
平凸透镜的外表面曲率半径r=50.7mm，中心厚度h=7.5mm，竖排6.5吋手机的宽度w=78mm，故要求横移的大小即理论t=76/2=38mm,这时才能使左、右眼像经放大后完全重合。经过优化设计，选偏心距d=5mm,选偏心透镜顶端离手机显示屏的距离即物距：a=89.0mm令r=50.7mm,d=5.0mm,a=89.0mm
[0103]
由(1)算出：f
d
=101.15mm(物方f
d
=100.53mm,像方f
d
=100.97)
[0104]
由(2)算出：b=740.93mm(750.73mm)
[0105]
由(3)算出：m
d
=8.33(8.43)
[0106]
由(4)算出：t=36.63mm(37.18mm)
[0107]
由(5)算出：γ=2.8350(2.8300)
[0108]
以上数据是经过上述5个近似公式计算出来的，与通过精确计算这种有一定厚度的透镜所计算出的结果相当接近,精确结果列于上式的括号内。需要说明的是近似计算中物距a、像距b及焦距f
d
的起点都是从透镜的平均厚度处算起，即离透镜的底平面7.5/2=3.75mm处算起。物方焦距和像方焦距是相同大小。而现在的平凸透镜的中心厚度为7.5mm，靠近物面的是凸球面，靠近像面的是平面．因此物方焦距和像方焦距是不相等，物方a及物方焦距是从物主平面处算起的，它就是通过偏心点与对称光轴垂直的平面，经计算它与透镜底平面的距离为7.34mm，而像方b及像方焦距是从像主平面处算起的，像主平面是与光轴垂直的平面，经计算它与透镜底平面的距离为4.90mm，它们都穿过透镜且都与透镜的底平面平行。无论是近似计算或是精确计算，物距a均小于物方焦距，故是正立虚像，虚像的位置是位于物方的，由b的大小决定。在近似计算中，人眼的瞳孔中心正对着偏心点，但在精确计算中，观看时人眼瞳孔中心不是正对着离轴的偏心点d=5mm处，由于在透镜内经过折射后，射出的距离略为偏低了点，经计算比5mm低0.162mm,即离轴4.84mm处观看。这套精确的计算与我们设计的偏心透镜手机立体眼镜完全符合，其横向偏移t的理论值为38mm，採用这套设计参数精确算得的t值为37.18，误差只有2%,而由上述近似公式算得的t值为36.63mm,其误差也只有3%,由于该手机立体眼镜及双竖屏立体观看器对a及d均可以调节故可达到完全符合要求，因而使左、右眼像完全重合,得到看起来不致晕眩且完美的立体像。