用于三维图像的可视化系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于立体可视化图像信息的系统（100）。该系统具有显示装置（102），该显示装置具有用于显示左和右部分图像（106、108）的显示面（104）。显示装置（102）在第一视向（114）上利用左观察光路（120）为观察者（118）的聚焦到显示面（104）上的左眼（114）提供左部分图像（106）。右部分图像（108）在第二视向（146）上利用右观察光路（122）被显示给观察者（118）的聚焦到显示面（104）上的右眼（116）。该系统（100）包含由左和/或右观察光路（120、122）通过的助视器（130）。根据本发明，助视器（100）为左和右观察光路（120、120）调整射束分布，在该射束分布中延伸到无穷远的左观察光路（120、120'）与延伸到无穷远的右观察光路（122）的垂直间距（A）从左眼和右眼（114、116）出发在指向显示面（104）的方向（136）上减小。在延伸到无穷远的左和右观察光路（120、122）中的与显示面（104）以偏差（C）布置的位置（140）处，该间距（A）具有最小值。
【专利说明】用于三维图像的可视化系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于立体可视化图像信息的系统。该系统具有显示装置，该显示 装置具有用于显示左部分图像和右部分图像的显示面。该显示装置在第一视线方向上利用 左观察光路将左部分图像提供给观察者的聚焦到显示面上的左眼。右部分图像利用该显示 装置在第二视向上利用右观察光路被显示给观察者的聚焦到显示面上的右眼。该系统包含 由左观察光路和/或右观察光路通过的助视器。本发明也涉及用于这种系统的助视器。此 夕卜，本发明也涉及一种用于可视化三维图像的方法。
【背景技术】
[0002] 对于在观察者处产生图像信息的空间视觉印象来说需要为左眼和右眼以不同的 观察角度显示两个部分图像。这例如利用所谓的立体镜是可能的。在立体镜中存在用于左 部分图像和右部分图像的显示装置，左部分图像和右部分图像在空间上彼此分离。立体镜 具有用作助视器的光学组件，观察者可以通过该光学组件在焦平面中观察左部分图像和右 部分图像。
[0003] 从EP 0 362 692 A2中已知了一种开头所述类型的用于立体可视化图像信息的系 统。在该文献中描述了用于观察者的眼镜，在该眼镜中通过支承架保持的彼此刚性连接的 光学玻璃镜片包括两个棱镜。这些棱镜确保，在观察者用适应于无穷远的眼睛和平行的视 向注视布置在有限距离处的显示屏时，观察者的左眼和右眼的观察光路的交点位于显示屏 的平面中。
[0004] 在已知的用于可视化三维图像信息的系统中存在如下问题：利用显示装置可视化 的三维对象的由观察者所察觉到的距离与观察者眼睛到观察者眼睛所调节到的那个焦平 面的距离不同。该情况在许多人中造成身体不适，尤其是眩晕感觉。
【发明内容】
[0005] 本发明的任务是以改善的视觉舒适性为观察者实现三维图像信息的可视化。
[0006] 该任务利用开头所述类型的系统来解决，在该系统中助视器为左和右观察光路调 整射束分布（Strahlverlauf )，在该射束分布中外推到无穷远的左观察光路与外推到无穷 远的右观察光路的垂直间距从左眼和右眼出发在指向显示面的方向上减小，并且在具有与 显示面的有限间距的位置处具有最小值。
[0007] 在此，本发明所基于的构思在于，在针对眼睛借助助视器调整立体角时，观察者可 以以高视觉舒适性观察利用该系统可视化的三维对象，其中所述立体角基本上对应于可视 化三维对象的显示装置的显示面以自然的方式被观看的立体角。尤其，本发明的构思是，当 对于向无穷远外推的左和右观察光路的交点的偏差而言位置对应于利用显示装置显示的 三维对象结构时，对于观察者而言能够实现该对象结构的舒适的放松的观看。
[0008] 在本发明的改进方案中，左观察光路与右观察光路有共同的交点。
[0009] 该系统中的显示装置优选地被设计为使得左部分图像利用第一组的位于显示面 中的显示区来产生。右部分图像于是利用第二组的位于显示面中的显示区来生成。左和右 部分图像在此利用左和右观察光路被显示给左眼和右眼，在左和右观察光路中布置有光学 组件，该光学组件将左观察光路中的来源于第一组的显示区的光与该观察光路由第二组的 显示区获得的光分离。左眼于是仅被输送来自第一组的显示区的光。同时，右观察光路中 的来自第二组的所选择的显示区的光与该观察光路从第一组的显示区获得的光分离。右观 察光路将来自第二组的显示区的光引导至右眼。基本上所有已知的用于图像分离的方法 都适合于具有立体图像信息的左和右部分图像的分离，所述方法例如在专业书籍"ABC der Optik"（Miitze，Werner Dausien出版社，1960年）中在第135至138页上详细地被描述。 特此完全地参考该基础著作关于这一点的公开内容。
[0010] 有利的是，显示装置利用不同地偏振的光产生左和右部分图像并且光学组件包含 第一偏振滤光器，借助该偏振滤光器将左观察光路中的来源于第一组的显不区的光与该左 观察光路从第二组的显示区获得的光分离，并且光学组件具有第二偏振滤光器，借助该第 二偏振滤光器将右观察光路中的来源于第二组的显示区的光与由第二组的显示区输送给 右观察光路的光分离。
[0011] 但是，显示装置也可以时间上顺序地产生左部分图像和右部分图像。在此情况下， 光学组件包含第一可控光闸，该光闸将由第一组的显示区输送给左观察光路的光与左观察 光路由第二组的显示区获得的光分离。显示装置于是也具有第二可控光闸，该光闸将由第 二组的显示区输送给右观察光路的光与由第一组的显示区提供给右观察光路的光分离。
[0012] 此外可能的是，光学组件为了分离第一组和第二组的所选择的显示区的光而具有 用作视差遮光板的遮光板系统。光学组件也可以包括棱镜矩阵，用于分离第一组和第二组 的显示区的光，所述棱镜矩阵具有多个在垂直方向上延伸的棱镜区段，所述棱镜区段分别 具有朝向显示面的、优选地透镜状的、尤其是圆柱体透镜状的区域，该区域具有凸出的表 面。
[0013] 有利的是，光学组件被构成为可调整的并且能够实现左和右观察光路在显示面与 左眼和右眼之间的分布的改变。
[0014] 于是观察者可以在与显示面的不同间距中察觉到具有三维视觉印象的立体图像 信息。本发明的构思也在于，将光学组件集成到助视器中。
[0015] 助视器也优选地是可调整的。助视器于是能够根据显示在显示装置上的图像信息 实现在左和右观察光路中的如下位置的改变，在该位置中外推到无穷远的左观察光路与外 推到无穷远的右观察光路的垂直间距最小。观察者于是可以通过助视器的匹配也利用该系 统放松地观看所显示的三维结构，这些三维结构与显示面有不同的间距。
[0016] 有利的是，助视器为此与控制装置连接，利用该控制装置可以根据在显示装置上 所显示的图像信息调整左和右观察光路中的如下位置与显示面的距离，在该位置中外推到 无穷远的左观察光路与外推到无穷远的右观察光路的垂直间距最小。以此方式尤其是在三 维结构在空间中移动的情况下能够实现放松地察觉图像信息。本发明的构思尤其是如下调 整助视器在左和右观察光路中的水平棱镜效应P 132、P134:
【权利要求】
1. 一种用于立体可视化图像信息的系统（100、200)， 具有显示装置（102、202)，该显示装置具有用于显示左和右部分图像（106、108、206、 208)的显示面（104、204)， 所述显示装置将所述左部分图像（106、206)在第一视向（144、244)上利用左观察光路 (120、220)提供给观察者（118、218)的聚焦到所述显示面（104、204)上的左眼（114、214) 并且所述显示装置将所述右部分图像（108、208)在第二视向（146、246)上利用右观察光路 (122、222)显示给所述观察者（118、218)的聚焦到所述显示面（104、204)上的右眼（116、 216)，以及 具有由所述左和/或右观察光路（120、220、122、222)通过的助视器（130、230)， 其特征在于， 所述助视器为所述左和右观察光路（120、122、220、222)调整射束分布，在该射束分布 中延伸到无穷远的左观察光路（120、220、120'、220'）与延伸到无穷远的右观察光路（122、 222)的垂直间距（A)从所述左眼和右眼（114、116、214、216)出发在指向所述显示面（104、 204)的方向（136、236)上减小，并且在具有与所述显示面（104、204)的有限间距（〇的位 置（140、240)处具有最小值。
2. 根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述左观察光路（120、120'、220、220'）与所述右观察光路（122、122'、222、222'）具有 共同的交点（140、240)。
3. 根据权利要求1或2所述的系统， 其特征在于， 所述显示装置（102、202)利用第一组（107、207)的位于所述显示面（104、204)中的显 示区（111、211)产生所述左部分图像（106、206)，以及利用第二组（109、209)的位于所述显 示面（104、204)中的显示区（113、213)生成所述右部分图像（108、208)，并且利用左和右观 察光路（120、120,、122、122'、220、220'、222、222'）显示给所述左眼和右眼（114、116、214、 216)，在所述左和右观察光路中布置有光学组件（124、224)，所述光学组件将所述左观察光 路（120、220)中的来源于所述第一组（107、207)的显示区（111、211)的光与所述左观察光 路（120、220)从所述第二组（109、209)的显示区（113、213)获得的光分离，以便将来自所述 第一组（107、207)的显示区（111、211)的光输送给所述左眼（114、214)，并且所述光学组件 将所述右观察光路（116、216)中的来自所述第二组（109、209)的显示区（113、213)的光与 所述右观察光路（116、216)从所述第一组（107、207)的显示区（111、211)获得的光分离，以 便将来自所述第二组（1〇9、209)的显示区（113、213)的光引导到所述右眼（116、216)。
4. 根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述显示装置（102)利用不同地偏振的光产生所述左和右部分图像（106U08)并且 所述光学组件（124)包含第一偏振滤光器（126)，借助所述第一偏振滤光器将所述左观察 光路（120)中的来源于所述第一组（107)的显示区（111)的光与所述左观察光路（120)从 所述第二组（109)的显示区（113)获得的光分离，并且所述光学组件具有第二偏振滤光器 (128)，借助所述第二偏振滤光器将所述右观察光路（122)中的来源于所述第二组（109)的 显示区（113)的光与所述右观察光路（122)从所述第二组（109)的显示区（113)获得的光 分离；或 所述显示装置（202)时间上顺序地产生所述左和右部分图像（206、208)并且所述光学 组件（224)包含第一可控光闸（226)，所述第一可控光闸将由所述第一组（207)的显示区 (211)输送给所述左观察光路（220、220'）的光与由所述第二组（209)的显示区（213)输送 给所述左观察光路（222、222'）的光分离，并且所述光学组件具有第二可控光闸（228)，所 述第二可控光闸将由所述第二组（209)的显示区（213)输送给所述右观察光路（222、222'） 的光与由所述第一组（207)的显示区（211)提供给所述右观察光路（222、222'）的光分离； 或 所述光学组件（324)为了分离第一组和第二组的所选择的显示区的光而包含用作视差 遮光板的遮光板系统；或 所述光学组件包括棱镜矩阵（424)，用于分离第一组和第二组的显示区的光，所述棱镜 矩阵具有多个在垂直方向上延伸的棱镜区段，所述棱镜区段分别具有朝向所述显示面的透 镜状的、尤其是圆柱体透镜状的区域，该区域具有凸出的表面；或 所述显示装置（502)利用不同颜色的光产生所述左和右部分图像（506、508)并且所述 光学组件（524)包含第一彩色滤光器（526)，借助所述第一彩色滤光器将所述左观察光路 (520)中的来源于所述第一组的显示区的光与所述左观察光路（520)从第二组的显示区获 得的光分离，并且所述光学组件具有第二彩色滤光器（528)，借助所述第二彩色滤光器将所 述右观察光路（522)中的来源于所述第二组的显示区的光与所述右观察光路（522)从第二 组的显示区获得的光分离。
5. 根据权利要求3或4所述的系统， 其特征在于， 所述光学组件（432、434、524)是可调整的并且能够实现所述左和右观察光路（420、 422、520、522)在所述显示面（404、504)与所述左眼和右眼（514、516)之间的分布的改变。
6. 根据权利要求1至5之一所述的系统， 其特征在于， 所述助视器（430)是可调整的并且能够实现所述左和右观察光路（420、420'、422、 422'）在所述显示面（404)与所述左眼和右眼（414、416)之间的分布的改变。
7. 根据权利要求6所述的系统， 其特征在于与所述助视器（430)连接的控制装置（435)，用于根据在所述显示装置 (402)上所显示的图像信息调整所述左和右观察光路（420、422、420'、422'）中的如下位置 (440)与所述显示面（404)的间距（C，C'），在该位置中外推到无穷远的左观察光路（420、 420'）与外推到无穷远的右观察光路（422、422'）的垂直间距最小。
8. 根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述控制装置（435)针对所述左和右观察光路（420、422、420'、422'）调整所述助视器 (430)的棱镜效应（P134、P234)，该棱镜效应满足如下关系：
其中PD是所述观察者的眼睛的瞳孔距离，E是所述显示面（404)与所述观察者（418) 的眼睛（414、416)的间距并且D是利用所述显示装置（402)所显示的三维结构与所述观察 者（418)的眼睛（414、416)的间距。
9. 根据权利要求3至8之一所述的系统， 其特征在于， 所述光学组件（524)被集成到所述助视器（530)。
10. 根据权利要求1至9之一所述的系统， 其特征在于构造为眼镜（530)的助视器。
11. 一种用于利用左和右观察光路（520、522)可视化在显示面（502)上所显示的三维 图像的眼镜（530)，其特征在于能利用左和右观察光路（520、522)通过的光学组件（524)， 所述光学组件针对适应于无穷远的左眼和右眼（514、516)为所述左和右观察光路（520、 522)调整射束分布，在该射束分布中所述左和右观察光路具有共同的焦平面（523)并且在 该射束分布中外推到无穷远的左观察光路（520)与外推到无穷远的右观察光路（522)的垂 直间距从所述左眼和右眼（514、516)出发在指向所述焦平面（523)的方向上减小，并且在 具有与所述焦平面（523)的有限间距（C)的位置（540)处具有最小值。
12. 根据权利要求11所述的眼镜， 其特征在于， 所述光学组件（524)针对所述左和右观察光路（520、522)分别具有棱镜效应（P532、 P534)，其中用于所述左观察光路（532)的棱镜效应（P532 )与用于所述右观察光路（534)的棱 镜效应（P534 )相反。
13. 根据权利要求11或12所述的眼镜， 其特征在于， 光学组件（524)具有可调整的屈光力和/或可改变的散光效应和/或可控的棱镜效应。
14. 根据权利要求11至13之一所述的眼镜， 其特征在于水平视野角度ω，对于水平视野角度适用：ω > 120°。
15. -种用于可视化立体图像信息的方法， 其中利用具有用于显示左和右部分图像（106U08)的显示面（102)的显示装置（104) 为观察者（118)的左眼（114)在第一视向（144)上利用左观察光路（120)提供左部分图像 (106)，并且其中为所述观察者（118)的右眼（116)在第二视向（146)上利用右观察光路 (122)显示右部分图像（108)， 其特征在于， 为所述左和右观察光路（120、122)调整射束分布，在该射束分布中外推到无穷远的左 观察光路（120U22)与外推到无穷远的右观察光路（120'、122'）的垂直间距从所述左眼和 右眼（114U16)出发在指向所述显示面（104)的方向上减小，并且在与所述显示面（104)具 有有限间距（C)的位置（140)处具有最小值。
【文档编号】G02B27/22GK104303092SQ201380018341
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】P.帕切尔, R.泽斯纳 申请人:卡尔蔡司光学国际有限公司