用于三維圖像的可視化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于立體可視化圖像信息的系統(tǒng)（100）。該系統(tǒng)具有顯示裝置（102），該顯示裝置具有用于顯示左和右部分圖像（106、108）的顯示面（104）。顯示裝置（102）在第一視向（114）上利用左觀察光路（120）為觀察者（118）的聚焦到顯示面（104）上的左眼（114）提供左部分圖像（106）。右部分圖像（108）在第二視向（146）上利用右觀察光路（122）被顯示給觀察者（118）的聚焦到顯示面（104）上的右眼（116）。該系統(tǒng)（100）包含由左和/或右觀察光路（120、122）通過(guò)的助視器（130）。根據(jù)本發(fā)明，助視器（100）為左和右觀察光路（120、120）調(diào)整射束分布，在該射束分布中延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路（120、120'）與延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路（122）的垂直間距（A）從左眼和右眼（114、116）出發(fā)在指向顯示面（104）的方向（136）上減小。在延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)的左和右觀察光路（120、122）中的與顯示面（104）以偏差（C）布置的位置（140）處，該間距（A）具有最小值。
【專利說(shuō)明】用于三維圖像的可視化系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于立體可視化圖像信息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有顯示裝置，該顯示 裝置具有用于顯示左部分圖像和右部分圖像的顯示面。該顯示裝置在第一視線方向上利用 左觀察光路將左部分圖像提供給觀察者的聚焦到顯示面上的左眼。右部分圖像利用該顯示 裝置在第二視向上利用右觀察光路被顯示給觀察者的聚焦到顯示面上的右眼。該系統(tǒng)包含 由左觀察光路和/或右觀察光路通過(guò)的助視器。本發(fā)明也涉及用于這種系統(tǒng)的助視器。此 夕卜，本發(fā)明也涉及一種用于可視化三維圖像的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于在觀察者處產(chǎn)生圖像信息的空間視覺(jué)印象來(lái)說(shuō)需要為左眼和右眼以不同的 觀察角度顯示兩個(gè)部分圖像。這例如利用所謂的立體鏡是可能的。在立體鏡中存在用于左 部分圖像和右部分圖像的顯示裝置，左部分圖像和右部分圖像在空間上彼此分離。立體鏡 具有用作助視器的光學(xué)組件，觀察者可以通過(guò)該光學(xué)組件在焦平面中觀察左部分圖像和右 部分圖像。
[0003] 從EP 0 362 692 A2中已知了一種開(kāi)頭所述類型的用于立體可視化圖像信息的系 統(tǒng)。在該文獻(xiàn)中描述了用于觀察者的眼鏡，在該眼鏡中通過(guò)支承架保持的彼此剛性連接的 光學(xué)玻璃鏡片包括兩個(gè)棱鏡。這些棱鏡確保，在觀察者用適應(yīng)于無(wú)窮遠(yuǎn)的眼睛和平行的視 向注視布置在有限距離處的顯示屏?xí)r，觀察者的左眼和右眼的觀察光路的交點(diǎn)位于顯示屏 的平面中。
[0004] 在已知的用于可視化三維圖像信息的系統(tǒng)中存在如下問(wèn)題：利用顯示裝置可視化 的三維對(duì)象的由觀察者所察覺(jué)到的距離與觀察者眼睛到觀察者眼睛所調(diào)節(jié)到的那個(gè)焦平 面的距離不同。該情況在許多人中造成身體不適，尤其是眩暈感覺(jué)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的任務(wù)是以改善的視覺(jué)舒適性為觀察者實(shí)現(xiàn)三維圖像信息的可視化。
[0006] 該任務(wù)利用開(kāi)頭所述類型的系統(tǒng)來(lái)解決，在該系統(tǒng)中助視器為左和右觀察光路調(diào) 整射束分布（Strahlverlauf )，在該射束分布中外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路與外推到無(wú)窮 遠(yuǎn)的右觀察光路的垂直間距從左眼和右眼出發(fā)在指向顯示面的方向上減小，并且在具有與 顯示面的有限間距的位置處具有最小值。
[0007] 在此，本發(fā)明所基于的構(gòu)思在于，在針對(duì)眼睛借助助視器調(diào)整立體角時(shí)，觀察者可 以以高視覺(jué)舒適性觀察利用該系統(tǒng)可視化的三維對(duì)象，其中所述立體角基本上對(duì)應(yīng)于可視 化三維對(duì)象的顯示裝置的顯示面以自然的方式被觀看的立體角。尤其，本發(fā)明的構(gòu)思是，當(dāng) 對(duì)于向無(wú)窮遠(yuǎn)外推的左和右觀察光路的交點(diǎn)的偏差而言位置對(duì)應(yīng)于利用顯示裝置顯示的 三維對(duì)象結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于觀察者而言能夠?qū)崿F(xiàn)該對(duì)象結(jié)構(gòu)的舒適的放松的觀看。
[0008] 在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，左觀察光路與右觀察光路有共同的交點(diǎn)。
[0009] 該系統(tǒng)中的顯示裝置優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為使得左部分圖像利用第一組的位于顯示面 中的顯示區(qū)來(lái)產(chǎn)生。右部分圖像于是利用第二組的位于顯示面中的顯示區(qū)來(lái)生成。左和右 部分圖像在此利用左和右觀察光路被顯示給左眼和右眼，在左和右觀察光路中布置有光學(xué) 組件，該光學(xué)組件將左觀察光路中的來(lái)源于第一組的顯示區(qū)的光與該觀察光路由第二組的 顯示區(qū)獲得的光分離。左眼于是僅被輸送來(lái)自第一組的顯示區(qū)的光。同時(shí)，右觀察光路中 的來(lái)自第二組的所選擇的顯示區(qū)的光與該觀察光路從第一組的顯示區(qū)獲得的光分離。右觀 察光路將來(lái)自第二組的顯示區(qū)的光引導(dǎo)至右眼。基本上所有已知的用于圖像分離的方法 都適合于具有立體圖像信息的左和右部分圖像的分離，所述方法例如在專業(yè)書(shū)籍"ABC der Optik"（Miitze，Werner Dausien出版社，1960年）中在第135至138頁(yè)上詳細(xì)地被描述。 特此完全地參考該基礎(chǔ)著作關(guān)于這一點(diǎn)的公開(kāi)內(nèi)容。
[0010] 有利的是，顯示裝置利用不同地偏振的光產(chǎn)生左和右部分圖像并且光學(xué)組件包含 第一偏振濾光器，借助該偏振濾光器將左觀察光路中的來(lái)源于第一組的顯不區(qū)的光與該左 觀察光路從第二組的顯示區(qū)獲得的光分離，并且光學(xué)組件具有第二偏振濾光器，借助該第 二偏振濾光器將右觀察光路中的來(lái)源于第二組的顯示區(qū)的光與由第二組的顯示區(qū)輸送給 右觀察光路的光分離。
[0011] 但是，顯示裝置也可以時(shí)間上順序地產(chǎn)生左部分圖像和右部分圖像。在此情況下， 光學(xué)組件包含第一可控光閘，該光閘將由第一組的顯示區(qū)輸送給左觀察光路的光與左觀察 光路由第二組的顯示區(qū)獲得的光分離。顯示裝置于是也具有第二可控光閘，該光閘將由第 二組的顯示區(qū)輸送給右觀察光路的光與由第一組的顯示區(qū)提供給右觀察光路的光分離。
[0012] 此外可能的是，光學(xué)組件為了分離第一組和第二組的所選擇的顯示區(qū)的光而具有 用作視差遮光板的遮光板系統(tǒng)。光學(xué)組件也可以包括棱鏡矩陣，用于分離第一組和第二組 的顯示區(qū)的光，所述棱鏡矩陣具有多個(gè)在垂直方向上延伸的棱鏡區(qū)段，所述棱鏡區(qū)段分別 具有朝向顯示面的、優(yōu)選地透鏡狀的、尤其是圓柱體透鏡狀的區(qū)域，該區(qū)域具有凸出的表 面。
[0013] 有利的是，光學(xué)組件被構(gòu)成為可調(diào)整的并且能夠?qū)崿F(xiàn)左和右觀察光路在顯示面與 左眼和右眼之間的分布的改變。
[0014] 于是觀察者可以在與顯示面的不同間距中察覺(jué)到具有三維視覺(jué)印象的立體圖像 信息。本發(fā)明的構(gòu)思也在于，將光學(xué)組件集成到助視器中。
[0015] 助視器也優(yōu)選地是可調(diào)整的。助視器于是能夠根據(jù)顯示在顯示裝置上的圖像信息 實(shí)現(xiàn)在左和右觀察光路中的如下位置的改變，在該位置中外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路與外 推到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路的垂直間距最小。觀察者于是可以通過(guò)助視器的匹配也利用該系 統(tǒng)放松地觀看所顯示的三維結(jié)構(gòu)，這些三維結(jié)構(gòu)與顯示面有不同的間距。
[0016] 有利的是，助視器為此與控制裝置連接，利用該控制裝置可以根據(jù)在顯示裝置上 所顯示的圖像信息調(diào)整左和右觀察光路中的如下位置與顯示面的距離，在該位置中外推到 無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路與外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路的垂直間距最小。以此方式尤其是在三 維結(jié)構(gòu)在空間中移動(dòng)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)放松地察覺(jué)圖像信息。本發(fā)明的構(gòu)思尤其是如下調(diào) 整助視器在左和右觀察光路中的水平棱鏡效應(yīng)P 132、P134:

【權(quán)利要求】
1. 一種用于立體可視化圖像信息的系統(tǒng)（100、200)， 具有顯示裝置（102、202)，該顯示裝置具有用于顯示左和右部分圖像（106、108、206、 208)的顯示面（104、204)， 所述顯示裝置將所述左部分圖像（106、206)在第一視向（144、244)上利用左觀察光路 (120、220)提供給觀察者（118、218)的聚焦到所述顯示面（104、204)上的左眼（114、214) 并且所述顯示裝置將所述右部分圖像（108、208)在第二視向（146、246)上利用右觀察光路 (122、222)顯示給所述觀察者（118、218)的聚焦到所述顯示面（104、204)上的右眼（116、 216)，以及 具有由所述左和/或右觀察光路（120、220、122、222)通過(guò)的助視器（130、230)， 其特征在于， 所述助視器為所述左和右觀察光路（120、122、220、222)調(diào)整射束分布，在該射束分布 中延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路（120、220、120'、220'）與延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路（122、 222)的垂直間距（A)從所述左眼和右眼（114、116、214、216)出發(fā)在指向所述顯示面（104、 204)的方向（136、236)上減小，并且在具有與所述顯示面（104、204)的有限間距（〇的位 置（140、240)處具有最小值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述左觀察光路（120、120'、220、220'）與所述右觀察光路（122、122'、222、222'）具有 共同的交點(diǎn)（140、240)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述顯示裝置（102、202)利用第一組（107、207)的位于所述顯示面（104、204)中的顯 示區(qū)（111、211)產(chǎn)生所述左部分圖像（106、206)，以及利用第二組（109、209)的位于所述顯 示面（104、204)中的顯示區(qū)（113、213)生成所述右部分圖像（108、208)，并且利用左和右觀 察光路（120、120,、122、122'、220、220'、222、222'）顯示給所述左眼和右眼（114、116、214、 216)，在所述左和右觀察光路中布置有光學(xué)組件（124、224)，所述光學(xué)組件將所述左觀察光 路（120、220)中的來(lái)源于所述第一組（107、207)的顯示區(qū)（111、211)的光與所述左觀察光 路（120、220)從所述第二組（109、209)的顯示區(qū)（113、213)獲得的光分離，以便將來(lái)自所述 第一組（107、207)的顯示區(qū)（111、211)的光輸送給所述左眼（114、214)，并且所述光學(xué)組件 將所述右觀察光路（116、216)中的來(lái)自所述第二組（109、209)的顯示區(qū)（113、213)的光與 所述右觀察光路（116、216)從所述第一組（107、207)的顯示區(qū)（111、211)獲得的光分離，以 便將來(lái)自所述第二組（1〇9、209)的顯示區(qū)（113、213)的光引導(dǎo)到所述右眼（116、216)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述顯示裝置（102)利用不同地偏振的光產(chǎn)生所述左和右部分圖像（106U08)并且 所述光學(xué)組件（124)包含第一偏振濾光器（126)，借助所述第一偏振濾光器將所述左觀察 光路（120)中的來(lái)源于所述第一組（107)的顯示區(qū)（111)的光與所述左觀察光路（120)從 所述第二組（109)的顯示區(qū)（113)獲得的光分離，并且所述光學(xué)組件具有第二偏振濾光器 (128)，借助所述第二偏振濾光器將所述右觀察光路（122)中的來(lái)源于所述第二組（109)的 顯示區(qū)（113)的光與所述右觀察光路（122)從所述第二組（109)的顯示區(qū)（113)獲得的光 分離；或 所述顯示裝置（202)時(shí)間上順序地產(chǎn)生所述左和右部分圖像（206、208)并且所述光學(xué) 組件（224)包含第一可控光閘（226)，所述第一可控光閘將由所述第一組（207)的顯示區(qū) (211)輸送給所述左觀察光路（220、220'）的光與由所述第二組（209)的顯示區(qū)（213)輸送 給所述左觀察光路（222、222'）的光分離，并且所述光學(xué)組件具有第二可控光閘（228)，所 述第二可控光閘將由所述第二組（209)的顯示區(qū)（213)輸送給所述右觀察光路（222、222'） 的光與由所述第一組（207)的顯示區(qū)（211)提供給所述右觀察光路（222、222'）的光分離； 或 所述光學(xué)組件（324)為了分離第一組和第二組的所選擇的顯示區(qū)的光而包含用作視差 遮光板的遮光板系統(tǒng)；或 所述光學(xué)組件包括棱鏡矩陣（424)，用于分離第一組和第二組的顯示區(qū)的光，所述棱鏡 矩陣具有多個(gè)在垂直方向上延伸的棱鏡區(qū)段，所述棱鏡區(qū)段分別具有朝向所述顯示面的透 鏡狀的、尤其是圓柱體透鏡狀的區(qū)域，該區(qū)域具有凸出的表面；或 所述顯示裝置（502)利用不同顏色的光產(chǎn)生所述左和右部分圖像（506、508)并且所述 光學(xué)組件（524)包含第一彩色濾光器（526)，借助所述第一彩色濾光器將所述左觀察光路 (520)中的來(lái)源于所述第一組的顯示區(qū)的光與所述左觀察光路（520)從第二組的顯示區(qū)獲 得的光分離，并且所述光學(xué)組件具有第二彩色濾光器（528)，借助所述第二彩色濾光器將所 述右觀察光路（522)中的來(lái)源于所述第二組的顯示區(qū)的光與所述右觀察光路（522)從第二 組的顯示區(qū)獲得的光分離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述光學(xué)組件（432、434、524)是可調(diào)整的并且能夠?qū)崿F(xiàn)所述左和右觀察光路（420、 422、520、522)在所述顯示面（404、504)與所述左眼和右眼（514、516)之間的分布的改變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述助視器（430)是可調(diào)整的并且能夠?qū)崿F(xiàn)所述左和右觀察光路（420、420'、422、 422'）在所述顯示面（404)與所述左眼和右眼（414、416)之間的分布的改變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)， 其特征在于與所述助視器（430)連接的控制裝置（435)，用于根據(jù)在所述顯示裝置 (402)上所顯示的圖像信息調(diào)整所述左和右觀察光路（420、422、420'、422'）中的如下位置 (440)與所述顯示面（404)的間距（C，C'），在該位置中外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路（420、 420'）與外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路（422、422'）的垂直間距最小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述控制裝置（435)針對(duì)所述左和右觀察光路（420、422、420'、422'）調(diào)整所述助視器 (430)的棱鏡效應(yīng)（P134、P234)，該棱鏡效應(yīng)滿足如下關(guān)系：
其中PD是所述觀察者的眼睛的瞳孔距離，E是所述顯示面（404)與所述觀察者（418) 的眼睛（414、416)的間距并且D是利用所述顯示裝置（402)所顯示的三維結(jié)構(gòu)與所述觀察 者（418)的眼睛（414、416)的間距。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3至8之一所述的系統(tǒng)， 其特征在于， 所述光學(xué)組件（524)被集成到所述助視器（530)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的系統(tǒng)， 其特征在于構(gòu)造為眼鏡（530)的助視器。
11. 一種用于利用左和右觀察光路（520、522)可視化在顯示面（502)上所顯示的三維 圖像的眼鏡（530)，其特征在于能利用左和右觀察光路（520、522)通過(guò)的光學(xué)組件（524)， 所述光學(xué)組件針對(duì)適應(yīng)于無(wú)窮遠(yuǎn)的左眼和右眼（514、516)為所述左和右觀察光路（520、 522)調(diào)整射束分布，在該射束分布中所述左和右觀察光路具有共同的焦平面（523)并且在 該射束分布中外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的左觀察光路（520)與外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路（522)的垂 直間距從所述左眼和右眼（514、516)出發(fā)在指向所述焦平面（523)的方向上減小，并且在 具有與所述焦平面（523)的有限間距（C)的位置（540)處具有最小值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的眼鏡， 其特征在于， 所述光學(xué)組件（524)針對(duì)所述左和右觀察光路（520、522)分別具有棱鏡效應(yīng)（P532、 P534)，其中用于所述左觀察光路（532)的棱鏡效應(yīng)（P532 )與用于所述右觀察光路（534)的棱 鏡效應(yīng)（P534 )相反。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的眼鏡， 其特征在于， 光學(xué)組件（524)具有可調(diào)整的屈光力和/或可改變的散光效應(yīng)和/或可控的棱鏡效應(yīng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13之一所述的眼鏡， 其特征在于水平視野角度ω，對(duì)于水平視野角度適用：ω > 120°。
15. -種用于可視化立體圖像信息的方法， 其中利用具有用于顯示左和右部分圖像（106U08)的顯示面（102)的顯示裝置（104) 為觀察者（118)的左眼（114)在第一視向（144)上利用左觀察光路（120)提供左部分圖像 (106)，并且其中為所述觀察者（118)的右眼（116)在第二視向（146)上利用右觀察光路 (122)顯示右部分圖像（108)， 其特征在于， 為所述左和右觀察光路（120、122)調(diào)整射束分布，在該射束分布中外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的左 觀察光路（120U22)與外推到無(wú)窮遠(yuǎn)的右觀察光路（120'、122'）的垂直間距從所述左眼和 右眼（114U16)出發(fā)在指向所述顯示面（104)的方向上減小，并且在與所述顯示面（104)具 有有限間距（C)的位置（140)處具有最小值。
【文檔編號(hào)】G02B27/22GK104303092SQ201380018341
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】P.帕切爾, R.澤斯納 申請(qǐng)人:卡爾蔡司光學(xué)國(guó)際有限公司