DE2721468A1 - Optisches system zum stereoskopischen sehen dreidimensionaler objekte - Google Patents

Optisches system zum stereoskopischen sehen dreidimensionaler objekte

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DE2721468A1
DE2721468A1 DE19772721468 DE2721468A DE2721468A1 DE 2721468 A1 DE2721468 A1 DE 2721468A1 DE 19772721468 DE19772721468 DE 19772721468 DE 2721468 A DE2721468 A DE 2721468A DE 2721468 A1 DE2721468 A1 DE 2721468A1
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DE
Germany
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optical system
lens
optical
pair
stereoscopic
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Withdrawn
Application number
DE19772721468
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Inventor
Makoto Kuboshima
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/18Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
    • G02B21/20Binocular arrangements
    • G02B21/22Stereoscopic arrangements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

  • Optisches system zum stereoskopischen Sehen
  • dreidimensionaler Objekte Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zum stereoskopischen Sehen eines dreidimensionalen Objektes und insbesondere auf ein neues optisches system zum stereoskopischen Sehen eines Objektes und eimer Fokuseinstelleinrichtung, die ein stereoskopisches optisches System verwendet.
  • Das übliche 5tereoskon hat zwei Objektive um eine stereoskopische Sicht eines dreidimensionalen Objektes zu erhalten.
  • Der Feldstecher hat ebenfalls zwei Cbjektive. Bei diesen bekannten optischen Systemen wird die stereoskopische Sicht durch Verwendung der Parallaxe zwischen den zwei Objektiven erhalten, die zwei getrennte optische Achsen haben.
  • Der Erfindung liegt einmal all aufgabe zugrunde, ein optische System zum stereoskopischen Sehen eines Objektes zu schaffen, welches nur ein Objektiv aufweist.
  • Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gtischeß System zum Einstellen des Fokusses unter Verwendung einer stereoskopischen Sicht des Objekte zu erhalten.
  • Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein stereoskopisches optisches System mit einer Fokuseinstelleinrichtung zu schaffen, mit dem helle Bilder erhalten werden.
  • Diese Aufgaben werden gemaß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein einzigen Objektiv vorgesehen wird um ein Bild des Objektes zu fokussieren, wobei das Bild mit wei Augen betrachtet wird. Dementsprechend umfaßt das optische System ein einziges Objektiv sowie Okulareinrichtungen, um das von dem einzelnen Objektiv fokussierte Bild mit zwei Augen in vergrößertem Maßstab zu sehen bzw. zu betrachten. Die Okulareinrichtungen zum Sehen des Bildes mit zwei Augen in vergrößertem tßstab können in Forg, eines einzigen großen Okular3 ausgeführt sein oder in Form eines Paares kleiner Okular oder eines einzigen großen konkaven Spiegels. In der Fokuseinstelleinrichtung ist eine Zielfigur bzw. ein Zielbild in der Nähe des von dem Objektiv fokussierten Bildes angeordnet, so daß der Betrachter die Stellung des Ziels oder des Bildes relativ zu der Stellung des Bildea oder des Ziels einstellen kann.
  • Die Zielfigur ist auf der optischen Achse des Objektivs angeordnet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Es zeigen: Figuren 1 und 2 in Seitenansichten schematisch das Prinzip der Erfindung; Figur 3 ein optisches System einer ersten erfindungsgemäßen Ausftihrungsform und Figuren 4 bis 10 in schemltischen Darstellungen verschiedene andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei Figur 6 eine Seitenansicht des in Figur 5 dargestellten Systams ist.
  • Im folgenden wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung zuerst mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Die Punkte A, B und C eines dreidimensionalen nicht dargestellten Objektes werden in Punkten A', B' and C' durch ein Objektiv 1 fokussiert.
  • Hierdurch wird ein dreidimensionales Bild, welches die Punkte A', B' und C' enthalt, gebildet. Dieses Bild oder besser gesagt Zwischenbild ist ein wirkliches Bild des Objektes. Wie in Figur 2 gezeigt ist eine ZieZlfigur in Form eines Fadenkreazes 2 au.> der optischen Achse des Objektivs 1 nahe dem wirklichen Bild des Objektes angeordnet. Durch Betrachten der Punkte A', B' und C' und des Zielbildes 2 mit zwei Augen 3 können die relativen Lagen der Punkte und des Zielbildes festgestellt werden.
  • Indem das Zielbild 2 oder das Objektiv 1 entlang der optischen Achse des Objektivs 1 bewegt wird kann die Stellung, in der das Ziel 2 und ein Punkt des Bildes zusammenfallen, festgestellt werden. Auf diese Weise kann eine Fokuseinstellung des Bildes, das durch das Objektiv 1 fokussiert wird, leicht ausgeftilirt werden. Wenn die Bewegung des Objektives 1 oder des Zielbildes 2 in Beziehung zu einem Entfernangsmesser steht, ist es möglich die Entfernung zwischen dem Objekt und dem Objektiv 1 anzugeben.
  • In dem optischen System, wie es in Figur 2 dargestellt ist, ist der Sehwinkel groß, da die Entfernung zwischen dem Zielbild 2 und dem Auge 3 kurz ist und dementsprechend ist es schwer das Zielbild 2 und die Bildpunkte A', B' und C' zu sehen.
  • Daher ist vorzugsweise eilr Okular 4 3wischen den Augen 3 und dem Zielbild 2 vorgesehen, wie in Figur 3 dargestellt. Das Okular 4 ist eine Sommellinse, um den Sehwinkel zu vermindern und die Beobachtung der Bildpunkte zu erleichtern. Bei der Ausftllirungsform gemäß Figur 3 ist eine achromatische Linse als Okular 4 verwendet, die einen Durchmesser aufweist, der groß genug ist um beide Augen 3 abzudecken.
  • Da eine achromatische Linse teuer ist kann sie durch einen konkaven Spiegel 6wie in figur 4 dargestellt ersetzt werden.
  • In der AusflLhrungsform gemäß Figur 4 ist ein halb-durchsichtiger Spiegel 5 zwischen dem konkaven Spiegel 6 und den Augen 3 angeordnet, um das Licht von dem Objektiv 1 zu dem konkaven Spiegel 6 zu reflektieren und das Licht von dem konkaven Spiegel 6 zu den Augen 3 durchzulassen. Bei dieser Ausführungsform werden ein virtuelles Bild 2' des Zielbildes 2 und das virtuelle Bild des wirklichen Bildes eines Objektes durch den konkaven Spiegel 6 gesehen. Da der Spiegel 6 konkav iet, wird der Sehwinkel wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 herabgesetzt. Der konkave Spiegel 6 ist auch in der Lage das Auftreten von chromatischen Fehlern in dem beerachteten Bild zu vermeiden. Da der konkave Spiegel billiger ist als die achromatische Linse, ist die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform ökonomischer als die Ausführungsform gemäß Figur 3.
  • Eine dritte Ausfuhrungsform ist in den Figuren 5 und 6 gezei't, wobei ein zusätzlicher Spiegel 7 oberhalb dem halb-durchlEss>-gen Spiegel 5 vorgesehen ist, um das Licht von diesem zur zu den Augen 3 zu reflektieren, so daß das Bild in Augenhöhe, d.h. bei normaler Blickrichtung des Auges gesehen werden kan:l.
  • Eine vierte Ausführungsform ist in Figur 7 dargestellt, wobei ein stereoskopisches Mikroskop verwendet wird, um das wirkliche von dem Objektiv 1 hergestellte Bild 1 zu betrachten, wodurch die Tiefe des dreidimensionalen stereoskopisch betrachteten Bildes vergrößert wird. Das Zielbild 2 und das Bild des Objektes werden u=ekehrt um aufrechte Bilder mittels eines Paares stereoskopischer Mikroskope 8 zu erhalten. Die aufrechten Bilder werden durch die Augen gesehen. Die stereoskopischen Mikroskope umfassen ein Paar Stereoskop-Mikroskopobjektive 9 und ein Paar Stereoskop-Mikrookopokulare 10. Die Okulare 10 weisen jeweils eine plan-konvexe Schildlinne 11, eine Beldöffnung bzw. -blende 12 und eine Augenlinse 13 auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Tiefe des Bildes erhöht, um die Foku8-einstellung zu erleichtern. Diese Ausführungsform ist insofern nachteilig, als die optischen Achsen der beiden optischen Mikroskopsysteme in einem Winkel zueinander geneigt sind und dementsprechend die optischen Systeme schwer veränderbar sind.
  • Z.B. ist es schwierig die Mikroskope zu einem Sucher von der Gummilinsenart abzuwandeln.
  • In Figur 8 ist eine fUnfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die Okulare mit einem Paar stereoskopischer Mikroskope ausgerüstet sind und bei der eine Abwandlung der Mikroskope leicht möglich ist. Die in Figur 8 dargestellte Ausführungsform weist ein großes Sammellinsenelement 4' auf, welches ähnlich den vorstehend beschriebenen achromatischen Linsen 4 ist, wobei dieses Linsenelement zwischen der Zielfigur 2 und den beiden Nikroskopen 3 liegt um Licht von der Zielfigur 2 zu richten, vorsugsweise parallel zu richten. Die optischen Achse des Paares stereoskopischer Mikroskope 8 sind parallel zueinander. Da die beiden optischen Achsen parallel sind, kann die gesamte Größe des optischen Systems kompakt gemacht werden und die Mikroskope sind in einfacher Weise abwandelbar. Z.B. kann das optische System durch Einsetzen von Linsen für veränderliche Brennweite und Bildgröße,sog. Gummilinsen, in die optischen Systeme der Mitroskope zwischen das t.ammellinsenelement 4' und das Paar von stereoskopischen Nikroskopobjektiven 9 in einen Sucher der Gummilinsenart abgewandelt werden.
  • Figur 9 zeigt eine sechste Ausfiihrungaform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform zeit eine Anwendung des optischen Systems gema3 der Erfindung auf eine einlinsige bzw. einäugige RefTexkamera. Dns Licht geht durch die Aufnahmelinse 1, wird durch den verschwenkbaren Spiegel 14 nach oben reflektiert, um den optischen Sucherweg 15 zu erhalten. im optischen Weg 15 des suchers ist eine Zielplatte 17 bzw. Sucherplatte 17 angeoTdnet, die darauf eine Zielfigur 2 in einer Stellung trägt, die optisch mit dem F5ilm 16 in der Kamera zusammenfällt. Die Zielfigur 2 ist z.B. im vorliegenden hall als Fadenkreuz ausgebildet. Die Zielplatte 17 ist aus einem transparenten Glas oder einer Plastikplatte hergestellt. Lin wirkliches Bild wird von der Aufn@@@elinse 1 fokussiert und um die Zielfigur 2 herum gebildet. @ie Zielfigur 2 und das Bild werden durch ein optisches System, welches ein Paar stereoskopischer Mikroskcpe ' aufweist, betrachtet, wie im folgenden näher beschrieben wird. Über der Zielplatte 17 ist ein konkaver Spiegel 19 angeordnet, um das Licht von der Zielplatte 17 nach unten zu reflektieren. Zwischen dem konkaven Spiegel 19 und der Zielplatte 17 ist ein halb-durchlässiger Spiegel 13 angeordnet, um das Licht aus dem konkaven Spiegel 19 nach vorn zu reflektieren. Vor dem halb-durchlässigen Spiegel 18 ist ein Spiegel 20 angeordnet, um das Licht von dem halb-durchlässigen Spiegel 1 zurück zu dem Mikroskoppaar 3 zu lenken. Der konkave Spiegel 19 richtet das auseinanderstrebende, von der Zitlplatte 17 kommende Licht, um parallele optische Wege für ein Paar stereoskopischer Mikroskope zu schaffen. Durch die ster@oskopischen Mikroskope 8 können ein Bild des zu photographierenden Objektes und die Zielfigur 2 bzw. Sucherfigur 2 in vergrößertem Maßstab gesehen werden.
  • In Figur 10 ist eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die ebenfalls bei einer einäugigen bzw.
  • einlinsigen Refle-zkamera angewendet ist. In den 3tereosko?is he 1ikroskopen ist der optische Weg zwischen den 1tikroskopobjek tiven 9 und den 2rikro3kopokularen 10 verhältnismäßig lang.
  • Daher ist es wünschenswert den Abstand dazwischen durch blenkungen des optischen Pfades zu verrinern. In Figur 10 ist der vordere Teil des optischen systems auf der linken Seite der Zeichnung in ziemlich der gleichen Weise dargestellt wie der des vorstehend im Zusammenhang mit Figur 9 beshriebenen Ausführungsbeispieles. In dem stereoskopischen Mikroskop 8 ist der optische Weg viermal abgeknickt zwischen dem Objektiv 9 und dem Okular 10 durch Verwendung von vier Spiegeln 21, 22, 23 und 24. Das Licht von dem Objektiv 9 wird von dem ersten Spiegel 21 nach unten reflektiert und dann zurück von dem zweiten Spiegel 22, der parallel zu dem ersten Spiegel 3ngeordnet ist und dann wird das Licht von dem dritten Spiegel 23 nach oben und schließlich von dem vierten Spiegel 24,der parallel zu dem dritten Spiegel 23 ist, nach hinten reflektiert zu dem Okular 10. Auf diese Weise ist der mechanische Abstand zwischen dem Objektiv und dem Okular 10 verkürzt. Der Fokus des Bildes in dem Mikroskop 3 kann eingestellt werden, indem der zweite und dritte Spiegel 22 und 23 auf und ab bewegt werden.
  • Im folgenden sind nochmals die wichtigsten Merkmale der vorliegenden Erfindung zusammengefaßt. Ein einziges Objektiv wird verwendet um ein wirkliches Bild eines dreidimensionalen Objektes zu fokussieren. Ein Okular oder Okular zum Betrachten des realen Bildes mit beiden fugen sind vorgesehen. Das Okular kann eine einzige Jammellinse großen Durchmessers oder ein Paar von Sammellinsen kleineren Durchmessers sein. Das Okular kann ein konkaver piegel sein. Ferner kann das Okular ein Paar von stereoskopischen Mikroskopen aufweisen. Vorzugsweise sind die optischen Achsen dgs Paares stereoskopischer Mikroskope parallel zueinander.

Claims (22)

  1. Ansprüche 1. Optisches System zum stereoskopischen Betrachten eines dreidimensionalen Objektes, gekennzeichnet durch ein einziges Objektiv (1) mit einer optischen Achse zum Fokussieren eines wirklichen Bildes eines Objektes auf der optischen Achse und eine hinter diesem Objektiv (1) angeordnete Okulareinrichtung (4; 5, 6; 5 bis 7; 8; 8, 13 bis 19) zum Betrachten des wirklichen Bildes mit beiden Augen (3).
  2. 2. Optisches System n'ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinriclhtung eine einzige Sammellinseneinrichtung (4; 5, 6; 5 bis 7) aufweist, deren Durchresoer groß genug ist, um beide Auger (3) abzudecken.
  3. 3. Optisches System nach hnnpruc 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Sammellinseneinrichtung eine achromatische Linse ist.
  4. 4. Optisches System nach einem oder mehreren der anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung einen konkaven Spiegel (fi) umfaBt.
  5. 5. Optisches System nhch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung einen halb-durchlässigen Spiegel (5),der hinter dem von dem Objektiv (1) fokussierten Bild schräg angeordnet ist, um Licht von dem wirklichen Bild in eine Richtung zu reflektieren und weiter einen konkaven Spiegel (6) umfaßt, der optisch hinter dem halb-durchldstligen Spiegel in einer solchen Stellung angeordnet ist, daß er das von diesem reflektierte Licht auffängt, um es zu diesew zurück und durch diesen hinduroh in das Auge des Betrachters zu reflektieren.
  6. 6. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung einen optisch hinter dem halb-durchlässigen Spiegel (5) gelegenen piegel umfaßt, dessen Stellung eo gewählt ist, daß er das von dem konkaven Spiegel (6) reflektierte und durch den halb-durchlässigen Spiegel (5) hindurchtretende Licht zu den Augen(3) des Betrachters umlenkt.
  7. 7. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung ein Paar stereoskopischeT Mikroskope (8) umSaSt mit einem Paar Mikroskopobjektive i9) und einem Paar von Mikroskop okularen (10).
  8. 8. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar stereo3kopischer Nikroskope (8) optische Achsen aufweist, die sich mit der optischen Achse des Objektives (1) an einer Stelle schneiden, um die herum das wirkliche Bild (A', B', C') fokussiert wird.
  9. 9. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar stereoskopicci:er Mikroskope (3) optische Achsen aufweist, die prallel zueinander sind und eine optische Richteinrichtung (4') zwischen dem Paar stereoskopischer Mikroskope (a) und dem Ort, um welchen das wirkliche Bild von dem Objektiv (1) fokussiert wird, angeordnet ist.
  10. 10. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Richteinrichtung eine achromatische Linse (4') ist, deren Durchmesser groß genug ist, um die optischen Aohsen des Paares von stereoskopischen Mikroskopen (<g) einzuschließen.
  11. 11. Optisches System nch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umwegeinrichtung oder by-pass-Einrichtung (21 bis 24) in dem optischen Weg der stereoskopischen Mikroskope (s) angeordnet ist, um die Länge der Nikroskope (8) zu verkürzen.
  12. 12. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zielfigur (2), wie z.B. ein Fadenkreuz, hinter dem Objektiv (1) auf der optischen Achse des Objektives an einem Ort angeordnet ist, um welchen das wirkliche Bild (A', B', C') fokussiert wird.
  13. 13. Optischen System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn2eichnet, daß die Okulareinrichtung eine einzige Sntnmellinse (4) ist, deren Durchmesser gro3 genug ist, um beide fugen (3) abzudecken.
  14. 14. Optisches System nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Sammellinse (4) eine achromatische Linse ist.
  15. 15. Optische System nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Okularsystem einen konkaven Spiegel (6; 19) umfaßt.
  16. 16. Optisches System nach einem oder mehreren der AnsprUche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung einen halb-durchlässigen Spiegel umfaßt, der schräg hinter der Zielfigur (2; 17) angeordnet ist, um des von dem wirklichen Bild kommende Licht in eine Richtung zu reflektteren,sowie ein konkaver Spiegel (6; 19), der optisch hinter dem halbe durchlässigen Spiegel (6; 18) in einer solchen Stellung angeordnet ist, daß er das davon reflektierte Licht auffängt und es von dem halb-durchlässigen Spiegel zu dem halb-durchlässigen Spiegel zurückzulenken, wobei das von dem konkaven Spiegel gegen den halb-durchlässigen Spiegel reflektierte Licht durch den halb-durchlässigen Spiegel (5; 13) hindurchtritt und in beide Augen des Betrachters fällt.
  17. 17. Optisches System nach einem oder mehreren der AnsprUche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulareinrichtung einen optisch hinter dem halb-durchlässigen Spiegel (5; 18) angeordneten Ziegel (7; 20) aufweist, der eo angeordnet ist, daß er das durch diesen fallende Licht auffängt, um dieses von dem konkaven Spiegel (6; 19) reflektierte und durch den halb-durchlässigen Spiegel fallende Licht reflektiert, damit es in beide Augen des Betrachters fällt.
  18. 18. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Okulnreinrichtung ein Paar stereoskopischer Mikroskope (9) aufweist, mit einem Paar Mikroskop-Objektiven (9) und einem Paar Mikroskopokularen (10).
  19. 19. Optisches System nach einem oder mehreren der I\nsprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar stereoskopischer Mikroskope (8) optische Achsen aufweist, die die optische Achse des Objektivs (1) am Ort der Zielfigur (2) schneiden.
  20. 20. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar stereoskopischer Mikroskope (8) optische Achsen aufweist, die parallel zueinander verlaufen und eine Richteinrichtung zwischen diesem Paar stereoskopischer Mikroskope und der Zielfigur (2) angeordnet ist.
  21. 21. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennaeichnet, daß die Richteinrichtung (42) eine achromatische linse (4') ist, deren Durchmesser so groß ist, daß sie die optischen Achsen des Paares stereoskopischer Mikroskope (s) umschlleBt.
  22. 22. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennseichnet, daß die Umweg- oder by-pass-Einrichtung (21 bis 24) im optischen JeC des stereoskopischen Mikroskopes angeordnet it, um die Länge des Mikroskopes (8) zu verkürzen.
DE19772721468 1976-05-13 1977-05-12 Optisches system zum stereoskopischen sehen dreidimensionaler objekte Withdrawn DE2721468A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4756601A (en) * 1984-11-15 1988-07-12 Jos. Schneider Optische Werke Kreuznach Gmbh & Co. Kg Three-dimensional image-viewing apparatus
FR2638858A1 (fr) * 1988-11-04 1990-05-11 Rossignol Gerard Dispositif opto-mecanique de projection d'images et d'observation en trois dimensions
CN103048795A (zh) * 2012-12-27 2013-04-17 杨燕宇 一种增强现场立体感的观望镜

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