[发明专利]立体取景仪器

说明书

技术领域

本发明一般涉及立体取景仪器，尤其涉及具有相对大的光瞳、高亮度、宽视野和相对长的眼镜间隙的立体取景仪器。

背景技术

普遍认为能够呈现立体图像的显示设备具有显著的优点。立体取景仪器已被大量应在例如虚拟现实系统、医疗仪器、飞行员训练和信息系统等领域。

用于立体显示的几种已被提出的解决方案的典型实例如下：

第5,757,546号美国专利(Lipton et al.)公开了一种用单显示屏浸没立体取景的场连续系统；

第3,463,570号美国专利(Ratliff，Jr.)公开了一种使来自照片的图像呈立体显示的取景器；

第5,615,046号美国专利(Gilchrist)公开了一种具有分离的显示屏以提供左右眼图像的立体取景器；

第4,982,278和4,933,755号美国专利(Dahl et al.)公开了一种具有由一对液晶(液晶)显示器产生的左右眼图像的头戴装置(HMD)；

公开号为2005/0001899和2004/0196553(Banju et al.)的美国专利申请公开了一种专门适用于医疗仪器的悬臂式立体取景仪器。

如上述专利文献的简要列表所表明的，利用CRT和液晶显示装置的立体取景器的设计具有许多个不同的方法。在McDowall等人的“Stereoscopic DisplaysandAoolications”1990，SPIE Volume 1256，pp.136-146中也公开了使用CRT图像的悬臂式取景器。Fisher等人的“Stereoscopic Displays and Virtual Reality SystemII”1995，SPIE Volume 2409，pp.196-199公开了一种使用液晶装置的改进的方法。可以在市场上购买来自如Inition，Ltd.London，UK等公司的具有立体显示能力的HMD产品。

虽然有许多用于立体显示装置的建议解决方案，但是固有的几何和人体工程限制制约了光学设计。对于观察者来说，存在两眼分离距离的一个数值范围和为了取景舒适对一定数量的眼睛间隙的需求，尤其是对戴眼镜的观察者。为了提供最佳的图像质量，也存在对高亮度、大的取景光瞳、高分辨率和宽视野的需求。应当具有在左右眼图像之间的最小色度亮度干扰和环境光的最小干扰。应该允许观察者的适度移动，即在眼睛位置的一个范围内能够观看到的立体图像。

正如立体取景器设计领域的技术人员所熟知的，这些需求经常是抵触的并且不得不作出一些折中。特别，双目立体取景器有三个希望具备的特征将增加目镜的直径：

(i)大视野；

(ii)大取景光瞳；和

(iii)加长的眼睛间隙。

当用大直径透镜来最佳地实现上述每个希望具备的特征(i)，(ii)，(iii)时，目镜透镜自身的尺寸受两眼间距的限制，使得每个目镜的直径不得大于这个距离。因为人体工程的限制，所以作出了不同的折中。例如，(i)视野、(ii)光瞳大小和(iii)眼睛间隙有所减少。如果大的眼睛间隙(iii)是首要重要的，那么设计就必须牺牲(i)和(ii)，提供更小的视野和更小的光瞳，完全保证透镜直径小于两眼间距。另外，对于HMD，例如，要没有大取景光瞳的话，牺牲眼睛间隙(iii)以得到视野(i)的最大值。对于悬臂式取景设备，减少特征(i)、(ii)和(iii)之间的折中所需的更大的透镜由于两眼间距不能够安装在一起。

例如，大部分HMD限于提供最好不大于12到15mm的取景光瞳，同时眼睛间距通常小于25mm。其它类型的双目和悬臂式系统也难于提供更大的光瞳尺寸。典型地，双目系统，提供一般在2-3mm范围内的小光瞳尺寸，需要观察者的头部倚着定位机构放置以使观察者的眼镜固定在正确的位置。双目系统也提供两眼间距的调整。

试图最大化视野，使用传统的立体取景设计方法得到晕影效应。传统立体取景系统的晕影效应减少了立体视野并具有更宽的单眼视野。例如，每个眼睛可以看见60度的视野，但是每个眼睛之间重叠的仅40度。

因此，虽然已经提出了用于悬臂式和其它便携式立体取景系统的解决方法，但是公认为仍存在相当大的提升空间，尤其是对于提高的图像亮度、提供更宽的视野、更高的分辨率、更大的取景光瞳尺寸和更大的眼睛间隙。

发明内容

本发明的一个技术问题是提供一种用于立体取景的光学仪器，包括：

a)第一光通道，包括：

i)用于产生第一图像的第一显示器；