TWI662295B - 立體觀看設備 - Google Patents

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TWI662295B TW104137700A TW104137700A TWI662295B TW I662295 B TWI662295 B TW I662295B TW 104137700 A TW104137700 A TW 104137700A TW 104137700 A TW104137700 A TW 104137700A TW I662295 B TWI662295 B TW I662295B
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Abstract

一種用以產生立體影像給觀看者的觀看設備，所述觀看設備包括：第一及第二視頻投射器，用以投射物體的第一及第二視頻影像的各自者，所述第一及第二影像是相對於所述物體而言在空間上及角度上位移之一者或兩者的不同影像，以便於傳送所述影像之間的視差；反射鏡配置，其包括接收來自所述第一及第二視頻投射器的光的凹面鏡，所述反射鏡配置相對於所述第一及第二視頻投射器而定位，以使得所述物體的聚焦影像被產生在所述反射鏡配置處；以及觀看透鏡，用以將對應於由所述反射鏡配置所反射的所述聚焦影像之每一者的出射光瞳中繼(relay)至觀看平面，以便於作為立體影像而可見於所述觀看者之各自的眼睛處，而不需使用經調適的眼鏡(eyewear)；其中，所述視頻投射器包括：第一及第二視頻顯示器，所述第一及第二視頻顯示器是由第一及第二視頻訊號所驅動以顯示所述第一及第二視頻影像之各自者；以及第一及第二光學配置，用以將來自由所述第一及第二顯示器所顯示的所述各自影像的光聚焦至所述反射鏡配置。

Description

立體觀看設備
本發明是有關於從視頻影像產生立體影像的觀看設備。
許多光學放大設備存在以產生立體影像，例如其曾揭露於本申請人較早的專利申請案(WO-A-1994/006048)中。
許多顯示器亦存在以顯示三維視頻影像，但是觀看者需要調整影像(例如經偏振或經同步的影像)而使用經調適的眼鏡(eyewear)，並且由觀看者所觀察到的生成影像會受到解析度減少及/或刷新率降低的影響。
本發明的目的是提供一種觀看設備，其從視頻影像產生立體影像且不需要使用經調適的眼鏡。
在一態樣中，本發明的提供一種用以產生立體影像給觀看者的觀看設備，所述觀看設備包括：第一及第二視頻投射器，用以投射物體的第一及第二視頻影像的各自者，所述第一及第二影像是相對於所述物體而言在空間上及角度上位移之一者或兩者的不同影像，以便於傳送所述影像之間的視差；反射鏡配置，其包括接收來自所述第一及第二視頻投射器的光的凹面鏡，所述反射鏡配置相對於所述第一及第二視頻投射器而定 位，以使得所述物體的聚焦影像被產生在所述反射鏡配置處；以及觀看透鏡，用以將對應於由所述反射鏡配置所反射的所述聚焦影像之每一者的出射光瞳中繼(relay)至觀看平面，以便於作為立體影像而可見於所述觀看者之各自的眼睛處，而不需使用經調適的眼鏡(eyewear)；其中，所述視頻投射器包括：第一及第二視頻顯示器，所述第一及第二視頻顯示器是由第一及第二視頻訊號所驅動以顯示所述第一及第二視頻影像之各自者；以及第一及第二光學配置，用以將來自由所述第一及第二顯示器所顯示的所述各自影像的光聚焦至所述反射鏡配置。
在一實施例中，所述顯示器的光軸是同軸的，而所述顯示器可選擇地是相對關係。
在另一實施例中，所述顯示器的光軸圍成銳角。
在一實施例中，所述視頻訊號是由三維模型或動畫系統所提供。
在一實施例中，所述光學配置包括至少一透鏡及至少一反射鏡，用以將光學光路徑從所述顯示器導引至所述反射鏡配置。
在一實施例中，所述影像是所述物體之空間上位移的影像。
在一實施例中，所述影像是所述物體之角度上位移的影像。
在一實施例中，所述影像是所述物體之空間上及角度上位移的影像。
在一實施例中，所述影像是所述物體的放大影像。
在一實施例中，所述反射鏡配置包括單一個凹面鏡。
在一實施例中，所述設備進一步包括：處理電路，用以操作 由所述視頻投射器所投射的所述影像以去除或容納從所述設備的光學結構所產生的至少一偽影(artefact)。
在一實施例中，所述至少一偽影包括梯形失真。
在另一態樣中，本發明提供一種用以產生立體影像給觀看者的觀看設備，所述觀看設備包括：第一及第二視頻投射器，用以投射物體的第一及第二視頻影像的各自者，所述第一及第二影像是相對於所述物體而言在空間上及角度上位移之一者或兩者的不同影像，以便於傳送所述影像之間的視差；反射鏡配置，其接收來自所述第一及第二視頻投射器的光，所述反射鏡配置相對於所述第一及第二視頻投射器而定位，以使得所述物體的聚焦影像被產生在所述反射鏡配置處；觀看透鏡，用以將對應於由所述反射鏡配置所反射的所述聚焦影像之每一者的出射光瞳中繼至觀看平面，以便於作為立體影像而可見於所述觀看者之各自的眼睛處。
在進一步的態樣中，本發明提供一種立體顯微鏡，其將前面所述的觀看設備併入。
在又進一步的態樣中，本發明提供一種立體顯微鏡，其包括：前面所述的觀看設備；以及第一及第二視頻相機，用於擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
在一實施例中，所述顯微鏡進一步包括：接物透鏡配置，用以產生所述物體的第一及第二放大影像，所述第一及第二視頻相機被配置成從由所述接物透鏡配置所產生的所述影像來擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
在一實施例中，所述接物透鏡配置包括第一及第二變焦接物 鏡，每一個變焦接物鏡皆用於產生所述物體的放大影像，所述第一及第二視頻相機被配置成從由所述變焦接物鏡所產生的所述影像來擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
在一實施例中，所述變焦接物鏡的光軸圍成銳角，所述銳角對應於所述觀看者的所述眼睛與所述反射鏡配置之間的觀看角度。
OP‧‧‧物體平面
VP‧‧‧觀看平面
3‧‧‧接物透鏡配置
4a,b‧‧‧變焦接物鏡
5‧‧‧孔徑光欄
7‧‧‧接物透鏡
9‧‧‧附加透鏡
11‧‧‧附加透鏡
15a,b‧‧‧視頻相機
19‧‧‧感測器
20a,b‧‧‧影像投射器
21‧‧‧顯示器
25‧‧‧光學配置
29‧‧‧透鏡
29a,b‧‧‧透鏡
31‧‧‧反射鏡
31a,b‧‧‧反射鏡
35‧‧‧反射鏡配置
37‧‧‧觀看透鏡
51‧‧‧分光器
現將在下文以範例的方式而僅參考隨附圖示來描述本發明的較佳實施例，其中：圖1(a)例示根據本發明的第一實施例的立體觀看設備；圖1(b)例示圖1(a)的觀看設備的部份側視圖，而以垂直概念例示在反射鏡配置的入射及反射光路徑的角度關係；圖2(a)至(c)例示根據本發明的第二實施例的立體觀看設備的立體圖、側視圖及正視圖；圖3例示根據本發明的第三實施例的立體觀看設備；以及圖4例示根據本發明的第四實施例的立體觀看設備。
圖1(a)和(b)例示根據本發明的第一實施例的立體觀看設備。
觀看設備包括接物透鏡配置3，用以產生位於物體平面OP(在此實施例由孔徑光欄5所定義)處之物體的第一及第二放大影像。
在本此實施例中，接物透鏡配置3包括第一及第二變焦接物鏡4a,b，其每一者皆包括接物透鏡7以及附加透鏡9,11，其等藉由改變附加透鏡9,11相對於接物透鏡7的相對位置來提供放大率的控制。
在此實施例中，變焦接物鏡4a,b的光軸是以會聚關係來設置，如此以提供物體之所產生的影像之間的視差。
在一實施例中，變焦接物鏡4a,4b的光軸圍成銳角，其對應於眼睛與反射鏡配置35之間的觀看角度，如將在下文以更詳細地方式描述。
觀看設備進一步包括第一及第二視頻相機15a,b，其每一者皆包括用以擷取物體的第一及第二放大影像之各自者的感測器19，其影像是相對於物體而言在空間上或角度上位移的，使得當對應的出射光瞳被呈現給觀看者的左右眼的各自者時(如將在下文以更詳細地方式描述)，所感知的影像是三維影像。
觀看設備進一步包括影像投射器20a,b，其從由第一及第二視頻相機15a,b所擷取到之物體的各自放大影像將聚焦影像投射在光的反射器配置35處。
在此實施例中，影像投射器20a,b每一者皆包括：顯示器21，其被驅動以顯示由第一及第二視頻相機15a,b所擷取到之物體的第一及第二放大影像的各自者；以及光學配置25，用以從由影像投射器20a,b的各自顯示器21所顯示之放大影像提供聚焦影像在光的反射鏡配置35處。
在此實施例中，顯示器21包括高解析度(HD)視頻顯示器，選擇性地可為超高解析度(UHD)顯示器。
在此實施例中，影像投射器20a,b的顯示器21是以同軸配置的方式設置，而在此是以相對關係設置。在替代實施例中，顯示器21可以具有任何角度上或空間上的關係。
在此實施例中，每一個光學配置25皆包括：至少一透鏡29， 其提供聚焦影像；以及至少一反射鏡31，其將光學路徑從各自的顯示器21導引至反射鏡配置35。
觀看設備進一步包括：反射鏡配置35，其從由影像投射器20a,b的顯示器21所呈現的每一影像接收光，反射鏡配置35被定位以使得物體的聚焦放大影像被產生在反射鏡配置35處，並且由反射鏡配置35所接收的光是被反射至觀看透鏡37。
在此實施例中，反射鏡配置35包括凹面鏡，其在此處形成為單一個反射鏡，物體的聚焦或實際影像是被在此處疊加，且反射鏡的曲率半徑被選擇以使得各自的影像投射器20a,b的光學配置25的透鏡29的出射光瞳被中繼到觀看平面VP上的觀看者的眼睛，如將在下文以更詳細地方式描述。
在一替代實施例中，反射鏡配置35可包括平面或非球面的反射鏡以及在反射鏡表面上的球面透鏡。
觀看設備進一步包括觀看透鏡37，用以將對應於由反射鏡配置35所接收的每一個影像的出射光瞳中繼至觀看平面VP，以便於作為立體影像而可見於所述觀看者之各自的眼睛處。
本案的發明人發現另人驚訝的是，所觀察到的三維影像的細節會遠比從在第一及第二影像中的細節之“總和”所預期的細節更好。
此外，本發明使得視頻訊號能夠被記錄以及隨後作為靜止或移動視頻呈現。
圖2(a)至(c)例示根據本發明的第二實施例的立體觀看設備。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備非常 相似。為了避免不必要的重複描述，在此僅加以描述不同之處，而相同的部件以相同的參考符號所指定。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備的不同之處在於：影像投射器20a,b的顯示器21的光軸不是同軸的，而是圍成銳角；以及，影像投射器20a,b的光學配置25每一者皆包括多個透鏡29a,b及多個反射鏡31a,b，而其中一反射鏡31b由光學配置25的每一者所共用。
圖3例示根據本發明的第三實施例的立體觀看設備。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備非常相似。為了避免不必要的重複描述，在此僅加以描述不同之處，而相同的部件以相同的參考符號所指定。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備的不同之處在於：變焦接物鏡4a,b的光軸是以平行、間隔開的關係而排列，並且共有共用的聚焦接物透鏡7，如此以提供物體之所產生影像之間的視差。
圖4例示根據本發明的第四實施例的立體觀看設備。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備非常相似。為了避免不必要的重複描述，在此僅加以描述不同之處，而相同的部件以相同的參考符號所指定。
此實施例的觀看設備與前述的第一實施例的觀看設備的不同之處在於：此實施例進一步包括分光器51，其被置放在反射鏡配置35和觀看透鏡37之間的光軸上以接收來自第一及第二投射器20a,b的光學配置25的反射鏡31的光，反射鏡31是以和分光器51成正交的關係而設置。如將看到的，此配置移除在前述的第一實施例中所呈現的反射鏡配置35處的 入射及反射光路徑之間的角度分量β，並且因此如前述的第一實施例中由有角度的投影至平坦表面所產生的影像失真可被減少許多，儘管會減少光強度。
在此實施例中，分光器51是棱柱形立方體，但可選擇地是半反射的反射鏡。
最後，將瞭解到的是本發明已經以其較佳實例來描述說明，並且能夠以許多種不同的方式來修改，而不會偏離界定於申請專利範圍之發明的範圍。
舉例而言，儘管由視頻投影器20a,b的顯示器21所顯示的第一及第二視頻影像是源自於在前述的第一實施例中的變焦接物鏡配置，但是顯示器21可以選擇性地由其它視頻訊號所驅動(如由模型或動畫系統所提供，例如3D CAD模型系統)，而視頻訊號是從具有角度及/或間隔的關係的視野所提供。
在一實施例中，處理電路可被採用以操作由視頻投射器20a,b的顯示器21所顯示的影像，以容納從光學結構所產生的偽影，諸如梯形失真，其由有角度的投影至平坦表面所產生。

Claims (18)

  1. 一種用以產生立體影像給觀看者的觀看設備，所述觀看設備包括：第一及第二視頻投射器，用以投射物體的第一及第二視頻影像的各自者，所述第一及第二影像是相對於所述物體而言在空間上及角度上位移之一者或兩者的不同影像，以便於傳送所述影像之間的視差；第一反射鏡，其接收來自所述第一及第二視頻投射器的光，所述第一反射鏡相對於所述第一及第二視頻投射器而定位，以使得所述物體的聚焦影像被產生在所述第一反射鏡；其中，對應於所述聚焦影像之每一者的出射光瞳由所述第一反射鏡反射至觀看平面，以便於作為立體影像而可見於所述觀看者之各自的眼睛處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中，所述視頻投射器包括：第一及第二視頻顯示器，所述第一及第二視頻顯示器是由第一及第二視頻訊號所驅動以顯示所述第一及第二視頻影像之各自者；以及第一及第二光學配置，用以將來自由所述第一及第二顯示器所顯示的所述各自影像的光聚焦至所述第一反射鏡。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觀看設備，其中所述顯示器的光軸是同軸的，而所述顯示器可選擇地是相對關係。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的觀看設備，其中所述顯示器的光軸圍成銳角。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的觀看設備，其中所述視頻訊號是由三維模型或動畫系統所提供。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的觀看設備，其中所述光學配置包括至少一透鏡及至少一額外的反射鏡，用以將光學光路徑從所述顯示器導引至所述第一反射鏡。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中所述影像是所述物體之空間上位移的影像。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中所述影像是所述物體之角度上位移的影像。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中所述影像是所述物體之空間上及角度上位移的影像。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中所述影像是所述物體的放大影像。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，其中所述第一反射鏡是凹面鏡。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的觀看設備，進一步包括：處理電路，用以操作由所述視頻投射器所投射的所述影像以去除或容納從所述觀看設備的光學結構所產生的至少一偽影。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的觀看設備，其中所述至少一偽影包括梯形失真。
  14. 一種立體顯微鏡，其將如申請專利範圍第1項所述的觀看設備併入。
  15. 一種立體顯微鏡，其包括：如申請專利範圍第1項所述的觀看設備；以及第一及第二視頻相機，用以擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的立體顯微鏡，其進一步包括：接物透鏡配置，用以產生所述物體的第一及第二放大影像，所述第一及第二視頻相機被配置成從由所述接物透鏡配置所產生的所述影像來擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的立體顯微鏡，其中所述接物透鏡配置包括第一及第二變焦接物鏡，每一個變焦接物鏡皆用於產生所述物體的放大影像，所述第一及第二視頻相機被配置成從由所述變焦接物鏡所產生的所述影像來擷取所述物體的第一及第二放大影像的各自者。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的立體顯微鏡，其中所述變焦接物鏡的光軸圍成銳角，所述銳角對應於所述觀看者的所述眼睛與所述反射鏡配置之間的觀看角度。
TW104137700A 2014-11-17 2015-11-16 立體觀看設備 TWI662295B (zh)

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