不必调整眼幅的非眼镜式3D显示装置的制作方法

本发明涉及一种能够把被摄体的左侧图像及右侧图像各自直接成像于左眼与右眼而实现3d画面的非眼镜式3d显示装置，其包括：目镜，具有凸部突出于正面中央的弯曲结构，左右长度比使用者的眼幅长度更长地形成；一双消色差棱镜，各自配置于上述凸部的左侧弯曲面与右侧弯曲面前方；被个别拍摄后显示的被摄体的左侧图像与右侧图像各自通过上述消色差棱镜地校正光路，使得色差与光轴变更及非线性失真得到校正，经过上述消色差棱镜校正的影像图像各自通过上述目镜而放大地成像于使用者的左眼与右眼，从而不必像眼镜式3d显示装置一样地调整两侧透镜的间距，也就是说不必调整眼幅。

尤其是，本发明把眼睛较看不清楚或者视野看不到的部位加以放大后以立体方式显示出来而得以广泛地应用于医疗领域或其它诸多产业领域。

背景技术：

显微镜是一种放大被摄体后显示出来的装置，在过去观察者需要把眼睛凑到目镜后观看被摄体，近来则由于技术发达而上市了一种把被摄体显示在显示器上让观察者不受行动制约(例；需要在眼睛凑近目镜的状态下行动)地放大被摄体后观看的显示装置。

一般来说，视频显微镜装置是一种把使用者的眼睛无法清晰观察被摄体或者无法轻易确认的部位加以放大后显示的显示装置，该视频显微镜装置在手术用医疗领域及其它各种产业领域的应用正在逐渐扩展中。

一般的视频显微镜装置把通过显微镜拍摄的被摄体的影像图像加以输出并且让使用者以目镜凝视它而得以获取影像图像。

此时，输出到目镜并且被凝视的影像图像只是单纯地以二维影像显示而无法具备立体感地表现出被摄体，因此较难准确地观察并确认被摄体。

因此，近来为了呈现出被摄体影像图像的立体感而开发了很多种3d显示装置。

此时，让显示出来的影像图像具备立体感的方式主要包括眼镜式和非眼镜式。

眼镜式指的是，通过另外准备的显示器等装置显示出被划分成左右或上下或者重叠的立体图像的状态下，戴上3d用眼镜校正立体图像而得以感受立体效果的方式。

非眼镜式指的是，不同于眼镜式地，不必戴上3d用眼镜就能通过目镜直接收看3d立体画面的方式。

关于使用该3d显示装置的手术用显微镜装置的现有技术如大韩民国公开专利第10-2004-0070053号“手术用显微镜装置”、授权专利第10-1481905号“手术显微镜用一体型立体画像获取系统”、公开专利第10-2011-0001952号“头戴式手术用放大装置”等文献所示，手术用显微镜装置让使用者的左眼与右眼接近两个透镜后收看被摄体的二维平面图像或三维立体图像。

而且，除了医疗领域以外，适用于其它产业领域的3d显示装置的大韩民国授权专利第10-0733047号“数码立体相机、3d显示、3d投影仪、打印机及立体观片灯(stereoviewer)”让利用一双拍摄光学系统拍摄的左侧、右侧图像通过一双电子显示器被个别放映，各影像图像则通过具备一双目镜透镜的立体取景器(viewfinder)让使用者收看三维立体图像。

如前所述地使用两个透镜时，各图像直接成像于左眼与右眼的网膜而能够更准确地凝视并收看3d立体影像图像。

但是如同现有技术一样地利用两个透镜(眼镜式)的话，由于每个使用者的眼幅(左眼与右眼之间的宽度，平均为6.5cm)不同而使得使用者需要按照自己的眼幅调整具备两个透镜的目镜的宽度(如同调整双目望远镜的间距)后使用，从而增加了使用上的不方便。

亦即，如图4所示地对应于一双显示器(1)地设有一双透镜(2)并且而该一双显示器(1)则把个别拍摄的被摄体(p)的左、右侧图像各自显示出来时，由于使用者的固有眼幅(左眼(e1)与右眼(e2)之间的距离)不同，因此没有按照眼幅调整透镜(2)之间的距离的话，就会因为两侧眼睛(e1、e2)的焦点(视点)和一双透镜(2)之间的距离差而导致左侧、右侧影像图像之间的时差不一致，立体影像的凝视者会根据脑部潜意识的命令人为地对齐所显示的被摄体的时差而导致晕眩及眼睛疲劳感。

虽然初次凝视立体影像时较难感受到上述晕眩及眼睛疲劳感，但是经过20～30分钟后感受到晕眩时才能得知眼幅与透镜之间的距离不准确，此时再按照调整眼幅调整透镜之间的距离却已经变得没有意义，即使能够调整透镜之间的距离也较难准确地调整透镜之间的距离和眼幅，因此较难获得更趋近于实际的立体影像。

另一方面，不使用图4所示一双透镜，利用以节点(nodalpoint)为中心让凸透镜倾斜时光线折射而像的状态则不改变的现象，如图5所示，把正面凸出地形成的凸透镜(3，或棱镜)作为单一透镜使用(非眼镜式)的话，进入单一透镜的各影像图像即使从任何方向入射也会在经过凸部后朝同一方向折射，因此即使凝视凸透镜(3)背面的使用者的眼幅改变，也因为成像于眼球的影像图像和眼睛的焦点方向相同而得以校正左侧、右侧影像图像之间的时差。

然而，使用单一凸透镜(3)时折射率会根据光的波长而不同，因此无法在一个点上聚焦而使得像不清晰，从而发生光轴变更、非线性失真、光轴变更所致色差。

因此，使用单一凸透镜(3)而不需要调整眼幅并且能够对光轴变更、非线性失真及色差进行校正的崭新方式的非眼镜式3d显示装置越发显得重要。

技术实现要素：

【解决的技术课题】

本发明旨在解决上述问题，本发明的目的是提供一种非眼镜式3d显示装置，其为了在获取并显示3d立体影像的方式中引进免眼镜方式以便增加使用时的便利性，为了即使使用者的眼幅不同也不必另外调整眼镜地调整眼幅就能获取并收看3d立体影像，为了对光轴变更、非线性失真、光轴变更所致色差给予校正，该非眼镜式3d显示装置包括：目镜，具有凸部突出于正面中央的弯曲结构，左右长度比使用者的眼幅长度更长地形成；一双消色差棱镜，各自配置在上述凸部的左侧弯曲面与右侧弯曲面前方。

本发明的另一个目的是提供一种非眼镜式3d显示装置，为了能够在如前所述地通过消色差棱镜时发生的影像图像给予准确校正，使用由正面一侧形成第一突出角部的第一棱镜、正面贴紧上述第一棱镜的背面地结合而在背面另一侧则形成了第二突出角部的第二棱镜所构成的消色差棱镜，为了让通过消色差棱镜而得到校正的影像图像不模糊地准确入射到目镜的弯曲面地准确地成像而具备下列消色差棱镜，亦即，上述第一棱镜的第一突出角部配置在使用者的眉间侧而第一棱镜的长边部分则朝向正面地配置，上述第二棱镜的第二突出角部配置在使用者的太阳穴侧而第二棱镜的长边部分则朝向背面地配置，以上述第二棱镜的另一侧突出部为基准，长度较长的长边和各弯曲面的中央切线平行地配置。

【解决课题的技术方案】

本发明非眼镜式3d显示装置可达到上述目的，其包括：目镜，具有凸部突出于正面中央的弯曲结构，左右长度比使用者的眼幅长度更长地形成；一双消色差棱镜，各自配置于上述凸部的左侧弯曲面与右侧弯曲面前方；被个别拍摄后显示的被摄体的左侧图像与右侧图像各自通过上述消色差棱镜地校正光路，使得色差与光轴变更及非线性失真得到校正，经过上述消色差棱镜校正的影像图像各自通过上述目镜放大地成像于使用者的左眼与右眼。

而且，在本发明非眼镜式3d显示装置中，上述消色差棱镜各自包括：第一棱镜，在正面一侧形成第一突出角部；第二棱镜，正面贴紧上述第一棱镜的背面地结合而在背面另一侧则形成了第二突出角部。

而且，在本发明非眼镜式3d显示装置中，上述各消色差棱镜的上述第一棱镜的第一突出角部配置在使用者的眉间侧，上述第一棱镜的长边部分朝向正面配置，上述第二棱镜的第二突出角部配置在使用者的太阳穴侧，上述第二棱镜的长边部分朝向背面配置。

而且，在本发明非眼镜式3d显示装置中，上述各消色差棱镜以上述第二棱镜的第二突出角部为基准让长度较长的长边部分和各弯曲面的中央切线平行地配置。

【有益效果】

本发明非眼镜式3d显示装置不必另行配戴3d用眼镜而提高了使用时的便利性，通过利用折射率相异的第一、第二棱镜校正色差的消色差棱镜同时解决了光轴变更、非线性失真及色差较大的问题，与此同时，经由该消色差棱镜通过目镜的被摄体的影像图像不会弯曲突出或凹入而以平坦形态显示，因此即使长时间凝视目镜也较不会发生晕眩症，使用了具备正面中央突出的凸部的凸透镜形态的单一目镜而不必另外进行目镜调整之类的眼幅调整作业就能直接使用。

尤其是，本发明不仅可作为医疗领域所使用的手术用视频显微镜装置的单人用3d显示器使用，还能通过轻型化及小型化能够轻易地让3d显示装置自由移动，提高空间运用性，不仅能应用于手术用视频显微镜装置，还能在其它众多产业领域和各种附加装备一起使用，从而扩展了应用范围。

附图说明

图1及图2是本发明非眼镜式3d显示装置的概念图。

图3a、图3b、图3c是本发明的目镜的各实施例俯视图。

图4及图5是用来说明现有的眼镜式及非眼镜式显示装置的概念图。

具体实施方式

本发明可以实现多样化的修改，也能具有各种实施例，本说明书将详细说明实现例(或实施例)。然而，不能因此把本发明局限在所公开的实施形态，应该理解为在本发明的技术及思想范畴内所进行的一切置换、变形及修改都包含在内。

各附图的同一图形标记，尤其是十位数与个位数、或者十位数、个位数及英文字母相同的图形标记表示具有同一或相似功能的构件，如果没有特别说明，各图形标记所代表的构件是符合该基准的部件。

而且，各图形中考虑到诸如方便理解等原因而将构成要素的尺寸或厚度夸张地放大(或变厚)或缩小(或变薄)地显示或简单化地显示，不得因此将其用来限制本发明的保护范围。

本申请中使用的术语仅为说明特定实施例(aspect)(或实施例)而使用，不得因此局限本发明。除非在句子的脉理中可以明显地加以区分，否则单数表现方式也包括复数的情形。本申请的“包括”或“具有”等术语只是指定说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、零件或它们的组合的存在，不得视为事先排除了一个或一个以上的其它特征、数字、步骤、动作、构成要素、零件或它们的组合的存在或附加可能性的存在。

除非另外给予不同的定义，否则此处所使用的包括技术或科学术语在内的一切术语所表示的意义和本发明所属技术领域中具有一般知识的人们通常了解的意义相同。在一般辞典中有所定义的术语的意义应该被解释为与根据相关技术的文章脉理所具有的意义一致，除非在本申请中明确地给予定义，否则不得异常地或过度形式主义地予以解释。

本说明书所记载的“第一”、“第二”等仅仅是为了区分互不相同的构成要素而已，其不受限于制造顺序，在发明的详细说明及权利要求书中其名称也许会不一致。

下面结合附图详细说明本发明非眼镜式3d显示装置。

如图1所示，图1是概略地图示了本发明的配置及结构的概略图。

本发明非眼镜式3d显示装置主要包括拍摄单元(未图示)、显示单元(10)、目镜单元(20)。

该拍摄单元、显示单元(10)、目镜单元(20)内置于一个外壳(未图示)后构成一个装置(也可以视情况而让后述的相机成为另行配置的构成要素)，外壳以整体平面形状在前方却以尖锐的三角形形态形成，在外壳前方的两侧配置拍摄单元及/或显示单元(10)的第一、第二影像显示部(11、12)，在外壳后方的中央则配置目镜单元(20)，基于反射镜的图像传达机构(未图示)符合外壳形态地迂回形成并配置在第一、第二影像显示部(11、12)与目镜单元(20)之间。

如前所述地让外壳成为三角形形态并且引进以迂回方式形成影像图像的传达路径的图像传达机构的理由在于提高空间运用程度以便在利用本发明进行手术或各种作业时能够在外壳前方安装乃至使用各种其它附加装置。

而且，引进了该类似三角形形态的外壳的话，使用者凝视目镜单元(20)时能够排除前方及两侧中阻碍视野的因素而得以在手术或各种作业时提高注意力。

该外壳也能以结合在另行准备的安装架或者以头盔或头戴方式等各种形态形成。

首先，上述拍摄单元包括个别地拍摄被摄体(p)的左侧图像与右侧图像的第一、第二相机(未图示)，上述显示单元(10)包括和上述第一、第二相机个别连接并且输出所拍摄影像的影像显示部(11、12、13)，在显示单元(10)与目镜单元(20)之间则形成了通过反射镜把影像图像加以反射传达的图像传达机构，从而可以通过目镜单元(20)凝视并收看通过影像显示部(11、12、13)输出的影像图像。

相比于拍摄视频时使用的一般相机，第一、第二相机采取智能手机或高端数码相机所用小型相机有利于装置的小型化及轻型化，该相机安装在外壳两侧的下部面并且个别拍摄被摄体(p)的左侧及右侧而得以提供3d立体影像。

也可以视情况而不将第一、第二相机安装在外壳而作为另行配置的装置独立起来，然后以有线或无线方式把各相机所拍摄的影像传达到安装在外壳的影像显示部(11、12、13)后加以输出。

而且，上述影像显示部(11、12、13)是能够输出高分辨率影像图像的公知的显示装置，其可以使用lcd、led显示器。

在这种情形下，显示单元(10)如图1所示地由两个第一、第二影像显示部(11、12)构成时，所拍摄的被摄体的左侧图像与右侧图像被个别传输到各影像显示部(11、12)并且通过后述的各消色差棱镜(22、23)后各自传达到目镜(21)的左右侧弯曲面(21a、21b)。

而且，显示单元(10)如图2所示地由一个第三影像显示部(13)构成时，所拍摄的被摄体的左侧图像与右侧图像被一起输出到第三影像显示部(13)(输出两个影像呈重叠形态的3d影像)而使得被摄体的左右侧图像全部同时通过各消色差棱镜(22、23)，因此，此时在各消色差棱镜(22、23)与目镜(21)之间配置偏振滤光片(polarizingfilter)(26、27)后把传达到目镜(21)的左右侧弯曲面(21a、21b)的左右侧图像中的某一个加以过滤而使得被摄体的左右侧图像各自个别地传达到左右侧弯曲面(21a、21b)。

接着，目镜单元(20)包括配置在后方的一个目镜(21)和配置在上述目镜(21)前方的一双消色差棱镜(22、23)。

上述目镜(21)把通过上述消色差棱镜(22、23)校正的影像图像各自放大后成像于使用者的左眼(e1)与右眼(e2)。

该目镜(21)即使使用者的凝视方向(即眼幅)不同也能利用光的折射随时朝同一方向显示左侧图像与右侧图像，从而左侧图像与右侧图像经过左眼与右眼的水晶体后按照一定倍率准确地成像于网膜而得以提供立体影像，该立体影像能让使用者对所识别的影像图像感受到立体感及距离感。

为了让各自通过一双消色差棱镜(22、23)的左侧图像及右侧图像以个别方式各自输入正面的左侧及右侧，上述目镜(21)设有正面中央以圆弧形状出形成的凸部(21a)而具有凸部(21a)突出于正面中央的弯曲结构，左右长度比眼幅的长度更长地形成。

亦即，目镜(21)不是由对应于一双消色差棱镜(22、23)的两个透镜构成而是由一个单一凸透镜(或棱镜)构成。

凭此，以目镜(21)的正面中央凸部(21a)为基准，输入左侧弯曲面(21a)的左侧图像和输入右侧弯曲面(21b)的右侧图像在通过目镜(21)时折射而不受入射光的方向影响地以同一方向通过目镜(21)。

在这种情形下，目镜(21)只要是正面中央具备了凸部(21a)的形态即可，不限制其背面形状。

亦即，目镜(21)可以如图3a所示地由平凸透镜构成，该平凸透镜具备正面中央凸部(21a)而背面则平坦地形成的后方平坦面(21b)。

也可以如图3b所示地由凸凹透镜构成，该凸凹透镜具备正面中央凸部(21a)而背面则具有中央朝前凹入形成的背面中央凹部(21c)。

也可以如图3c所示地由双凸透镜构成，该双凸透镜具备正面中央凸部(21a)而背面则具有中央朝后凸出地形成的背面中央凸部(21d)。

但优选地，凸凹透镜与双凸透镜中后方凹面(21c)与后方凸部(21d)的曲率小于正面中央凸部(21a)的曲率地形成。

虽然没有图示，但是让图3所示平凸透镜、凸凹透镜、双凸透镜中种类相异的两个透镜按照前后方重叠配置(例如依次重叠双凸透镜与平凸透镜)地构成目镜而得以让小尺寸显示单元(10)所显示的影像在通过透镜后被放大。

下面为了帮助理解，目镜(21)以图1所示具备正面中央凸部(21a)与后方平坦面(21b)的平凸透镜为代表进行说明。

通过本发明，凝视目镜(21)的后方平坦面(21b)的使用者不受眼幅影响地各自在左眼与右眼形成凝视方向不变化的左侧图像与右侧图像，因此不必另外调整眼幅也能直接获得立体影像。

亦即，如果是不使用单一凸透镜构成的一个目镜(21)而使用的是让左眼与右眼贴紧两个目镜凸透镜后凝视的现有技术，当透镜之间的左右距离和左眼与右眼之间的距离不一致时，眼睛的凝视方向和透镜不一致而导致焦点模糊或者妨碍影像图像准确成像，因此需要进行眼幅调整以便精细地调整透镜之间的距离。

本发明通过具备正面中央凸部(21a)的目镜(21)导致光折射，因此即使是眼幅不同的使用者凝视目镜(21)也能不受眼幅影响地让眼睛的凝视方向和影像图像的焦点方向一致而使得左侧图像与右侧图像各自准确地成像于左眼与右眼，凭此，使用者同时识别出在相互不同方向拍摄的两个影像图像而得以接受3d立体影像，该3d立体影像则对所显示的影像实现了立体感及距离感等。

因此，如前所述地构成的目镜(21)的左右长度比一般人的平均眼幅(更严密地说，一般人能拥有的最大眼幅宽度)还长地形成而得以在眼幅较窄或较宽时也能通用。

此时，影像图像的光线在目镜(21)折射时折射率会根据光线波长而不同，因此会出现较大的光轴变更、非线性失真及光轴变更所致色差。亦即，将发生下列现象，成像于目镜(21)的正面左侧、右侧弯曲面(21a、21b)的被摄体(p)的像模糊，或者显示在后方平坦面(21b)的被摄体(p)的周边扩延成彩虹光线。

为了解决如前所述的光轴变更、非线性失真及色差问题，本发明使用铺上了相异折射率的第一棱镜(24)与第二棱镜(25)的消色差棱镜(22、23)对通过各消色差棱镜(22、23)的被摄体的左侧图像与右侧图像的光路进行校正而得以对光轴变更、非线性失真及色差进行校正，经过上述消色差棱镜(22、23)校正的影像图像各自通过上述目镜(21)放大地成像于使用者的左眼与右眼。

上述消色差棱镜(22、23)用来把所拍摄的影像图像传输给上述目镜(21)后显示，第一消色差棱镜(22)及第二消色差棱镜(23)各自配置于上述凸部(21a)的左侧弯曲面(21a)与右侧弯曲面(21b)前方。

上述消色差棱镜(22、23)中第一棱镜(24)的背面与第二棱镜(25)的正面形成平面结构并且互相贴紧，第一棱镜(24)的正面设有其正面一侧(使用者的眉间方向)形成了突角的第一突出角部(24a)，上述第二棱镜(25)的背面设有其背面另一侧(使用者的太阳穴方向)形成了突角的第二突出角部(25a)。

亦即，第一、第二棱镜(24、25)以三角形形态形成，第一棱镜(24)的第一突出角部(24a)偏重于一侧(内侧(使用者的眉间方向))，以上述第一突出角部(24a)为基准，正面方向配置了相对较长的另一侧长边部分(24b)而在一侧(使用者的眉间方向)方向则配置了相对较短的短边部分(24a)，第二棱镜(25)的第二突出角部(25a)偏重于另一侧(外侧(使用者的太阳穴方向))，以上述第二突出角部(25a)为基准，背面方向配置了长度相对较长的一侧长边部分(25a)而在另一侧(使用者的太阳穴方向)方向则配置了相对较短的短边部分(25b)。

因此，第一影像显示部(11)所显示的左侧影像图像所通过的第一消色差棱镜(22)具有其第一棱镜(24)的正面右侧突出形成角的结构(形成第一突出角部(24a))并且具有其第二棱镜(25)的背面左侧突出形成角的结构(形成第二突出角部(25a))，第二影像显示部(12)所显示的右侧影像图像所通过的第二消色差棱镜(23)则和相反于上述第一消色差棱镜(22)的结构地形成。

该消色差棱镜(22、23)以下列方式确定基于第一棱镜(24)与第二棱镜(25)的折射率的材质和各棱镜的正、背面的倾斜角度，亦即，能利用通过第一、第二棱镜(24、25)时发生的光折射消除或者校正光轴变形、非线性失真及色差。

此时，为了让通过各消色差棱镜(22、23)后形成于目镜(21)的左侧、右侧弯曲面(21a、21b)的被摄体(p)的像准确地形成，上述消色差棱镜(22、23)以上述第二棱镜(25)的第二突出角部(25a)为基准让长度较长的一侧长边部分(25a)平行于各弯曲面的中央切线(t)地配置。

亦即，相对于把左侧、右侧弯曲面(21a、21b)各自的左右长度予以两等分的基准点上的切线(t)，让各第二棱镜(25)的一侧长边部分(25a)平行地配置，使得各消色差棱镜(22、23)的第一棱镜(24)的第二突出角部(24a)以朝向前方内侧(使用者的眉间方向)的形态倾斜配置。

在这种情形下，优选地，消色差棱镜(22、23)具有下列角度，亦即，让体积(尤其是前后方向的长度)最小化，实现装置的小型化，提高邻近目镜(21)的凸部(21a)的左侧、右侧弯曲面(21a、21b)地进行内部安装时的轻易性，容易加工第一、第二棱镜(24、25)，不会因为外部冲击而轻易损伤。

考虑到体积的最小化、加工的轻易性、对外部冲击的耐久性、光轴变更与非线性失真及色差的清除与校正效率等因素，优选地，上述第一棱镜(24)的正面背面倾斜角度(θ1)形成5～10°，上述第二棱镜(25)的正面背面倾斜角度(θ2)则形成8～30°。

在此，如图1及图2所示，第一棱镜(24)的正面背面倾斜角度(θ1)指的是第一棱镜(24)的长边部分(24b)与背面(指倾斜面)所构成的角度，第二棱镜(25)的正面背面倾斜角度(θ2)指的是第二棱镜(25)的长边部分(25a)与正面(指贴紧在第一棱镜(24)的背面的倾斜面)所构成的角度。

上述目镜(21)具备下列正面弯曲率，各弯曲面的切线(t)对应上述第二棱镜(25)的背面突出角度平行地形成。

前文主要利用附图主要对本发明中具有特定形状与结构的非眼镜式3d显示装置进行了说明，但本发明所属领域的技术人员可以针对本发明进行各种变形、修改及替换，该变形、修改及替换应被阐释为属于本发明的权利范围。

<附图标号说明>

p：被摄体

10：显示单元11、12：影像显示部

20：目镜单元21：目镜

21a：正面凸部21b：后方平坦面

21c：背面凹部21d：背面凸部

21a、21b：左侧、右侧弯曲面22、23：消色差棱镜

24、25：第一、第二棱镜24a、25a：突出角部

24a：一侧短边部分24b：另一侧长边部分

25a：一侧长边部分25b：另一侧短边部分