DE8806831U1 - Stereobildbetrachter - Google Patents

Description

Stereobi ldbetrachter

Die Erfindung betrifft das Betrachten von Stereobildern,

&igr; : u &igr; — : .....:i &igr; ... : _ &igr;. _ &igr; &igr; r &igr; l-:i_ii &khgr; &igr;_

UMU ItIOUfCaLJfIUtJlC CiItCII nCl LCI CtILHiLKCi Lull J I C I CUU i i UUC L I OLII-

ter, durch den die betrachtende Person befähigt wird, Stereobildpaare anzusehen.

Es ist bekannt, daß bei zwei photographischen Aufnahmen, die mit geringfügigen abweichenden Winkeln angefertigt wurden und dann getrennt mit dem linken und dem rechten Auge der betrachtenden Person entsprechend angesehen werden, eine einzige zusammengesetzte Ansicht mit dem Eindruck dreidimensionaler Tiefe entsteht. Derartige Photographien sind der Technik als stereoskopische Bildpaare bekannt.

Es wurden bereits viele Vorschläge für Kameras gemacht, die in der Lage sind, stereoskopische Bildpiaare aufzunehmen, aber auch Betrachter wurden vorgeschlagen, um die so entstandenen Bildpaare oder Halbbilder anzusehen.

Eine viel verbreitete Betrachtungsvorrichtung weist zwei kleine als Okular dienende Vercirößerungslinsen auf, wobei die beiden stereoskopischen Halbbilder in einer geeigneten Entfernung von den Linsen angeordnet und durch die Linsen hindurch betrachtet werden. In der Praxis kommt das dem Betrachten durch ein Fernglas sehr nahe, weshalb sieh auch dieselben Nachteile ergeben:

1. Um das Bild als Ganzes zu betrachten, ist es nötig, die Augen sehr nahe an die Okulare zu bringen. Hierbei ergeben sich für Brillenträger manchmal

• ·

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Schwierigkeilen; es hat sich aber auch gezeigt, daß Pl astiUl insen durch reibenden Kontakt mit den Okij.larträgern angekratzt werden können.

f. Da nicht jedermans Sehvermögen vollkommen ist |jnd manchmal auch eine Brille den Sehfehler nicht Vollständig beheben kann, wird ein kurzsichtiger Betrachter j &ugr;&pgr;; bequemer !corn zu können, Jas Phutu Itäher an seine Augen heran halten, und eine weitsichtige person wird es weiterweg halten. Bei einer herkömmlichen Betrachtungsvorrichtung ist es nicht möglich, iiese näher an die Augen heran oder von ihnen weg (u halten, denn sie muß dicht vor die Augen geführt herden. Um diesen Nachteil auszuräumen, vrrfügen #ie besseren Betrachter über eine Brennpunk t rege lung, •it der die Okulare längs der Linsenachse verschoben !erden, wodurch die virtuellen Bilder näher zum Auge hin oder von diesem weg geführt werden.

J. Da der Augenabstand zwischen etwa 55mm und 70mm Variiert, verfügen die besseren Ferngläser und ftereobetrachter auch über eine Augenabstandseinitellung, so daß die optischen Achsen der Okulare io eingestellt werden können, daß sie mit denen ^e r Augen zusammenfallen. Manche Leute sind jedoch Äicht in der Lage, die Okulare in diesem Sinne lichtig einzustellen.

k. Die Augen sind in der Lage, geringfügige Fehler bei der Einstellung der Okulare auszugleichen. Dies führt jedoch zu Augenziehen und manchmal sogar /u Kopfschmerzen, wobei manche Leute es einfach nicht mögen, durch Vorrichtungen zu schauen, die ferngläsern ähnlich sind.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Betrachter für stereoskopische Halbbilder zu schaffen, bei dem die vorstehenden Nachteile ausgeräumt oder eingeschränkt find.

der Erfindung weist der Betrachter oder die Betrachtungsvorrichtung ein Linsenpaar, durch das die betrachtende lerson ein stereoskopisches Bildpaar (Halbbilder) ansieht. #nd Einrichtungen auf, ein stereoskopisches Paar hinter ^e &eegr; Linsen derart vorzusehen, daß der Abstand zwischen !en Linsen und dem stereoskopischen Paar geringer ist #ls die Brennweite der Linsen, so daß ein vergrößertes tirtuelles Bild gesehen iwird, wobei jede Linse mindestens § &ogr; breit und hoch bemessen ist wie die entsprechenden ireiten- und Höhenabmessungen jedes Bildes de s stereoskofnschen Paares, um den den Weitsichtigen bis Kurzsichtigen finschließenden Benutzer, der den Betrachter in geeigneter intfernung vor den Augen hält, so daß für diesen Benutzer #ie Bilder im Brennpunkt liegen, in den Stand zu setzen, 4bs ganze Bild zu sehen, wobei die Anordnung des Zwischenfeums in der Breite zwischen den optischen Achsen der linsen derart ist, daß die Strahlen vom linken und fechten Bild, die aus den Linsen an der Stelle zwischen #en beiden Linsen austreten, im wesentlichen parallel •erlaufen, so daß die Augen des Betrachters nicht divergieren müssen, wenn sie auf die Linsen schauen, und •obei die Linsen das Äquivalent optischer Keile vorsehen, ütn die vom Benutzer gesehenen Bilder nach außen divergierend in Richtung vor den Linsen als Fortsetzung der Richtung

f vom stereokopischen Paar zu den Linsen umzulenken.

s Es hat sich in der Praxis diesbezüglich gezeigt, daß

es bei der Verwendung dieser Anordnung möglich ist,

daß keine tatsächliche mechanische Einstellung der Brennweite und der Abstandsonordnung in der Breite He hr nötig ist, wodurch der Aufbau des Betrachters fanz offensichtlich wesentlich vereinfacht wird. Der (fcei.utzer muß den Betrachter nur in einer Entfernung |r &ogr; r die Augen halten, die seinen Bedürfnissen und Umständen Entspricht, so daß er die Bilder in den Brennpunkt |> r \ &eegr; g t und damit die gewünschte dreidimensionale Wirkung frzielt wird. Darüber hinaus haben die Linsen einen !»inreichend großen Blendcndurchmesser, so daß jeglicher te nutzer in die Lage versetzt wird, das stereoskopische faar ganzheitlich anzuschauen.

|)a hierfür eine ziemlich große Linse verwendet wird, Ist es zur Gewichts- und IJmfangsverminderung besser, tresnel1insen zu verwenden.

i)as stereoskopische Paar stellt im Normallfalle ein |)hotographisches oder abgezogenes Bildpaar dar, das durch eine Aufnahme mit einer Stereokamera gewonnen Hürde. Dem Benutzer werden Mittel zur Verfügung gestellt, I» i t denen er das Bildpaar einfassen oder einschieb.-'&eegr; kann.

tine einfache Ausführungsform nach der Erfindung weist

Linsen mit einer Entfernungsmeßeinrichtung auf. Hierbei

hat der Benutzer die Linse einfach vor das stereoskopisehe Paar zi: halten.

IMe Erfindung wird anhand der nächstfolgenden Beschreibung (der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfuhr ^:ny formen näher erläutert. Hierbei zeigen:

S=L. ,^A!,J —

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Betrachtungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 bis 7 Diagramme, aus denen die Ausführung und Gestaltung der Betrachtungsvorrichtung ersichtlich ist,

Fig. 8 bis 10 Diagramme, aus denen die Ausführung und Gestaltung eines veränderten System ersichtlich ist, bei dem eine Entfernungsmeßeinrichtung verwendet wird, und

Fig. 11' ist ein Diagramm des sich ergebenden Linsensystems.

Nach den Zeichnungen weist die Betrachtungsvorrichtung 10 eine Stirnfläche 11 auf, in der zwei Fresnellinsen 12 und 14 eingesetzt sind. Diese Linsen stoßen an die Senkrechte 15. Im hinteren Teil befindet sich die senkrechte Halterung 20 zur Aufnahme eines stereoskopischen Bildpaares 22 bestehend aus einer einzigen Photographie aus zwei getrennten aufrecht und parallel zu den Linsen 12 und 14 stehenden Bildern. Die Bilder 22 werden von zwei nach vorne eingesetzten Armen 24 senkrecht in der Halterung 20 gehalten. Die Arme 24 besitzen Rillen 25, in die die Kanten der Bilder 22 eingeführt werden.

Die Stirnfläche und die hintere Halterung werden durch eine trapezförmig ausgebildete Basis 26 in Abstand zueinander gehalten.

Bei der Ausgestaltung der Relrachtungsvorrichtung 10 muß der Abstand L) des Stereoskop! sehen Bildpaares 22 zu den Linr.en 14 und J. 6 festgelegt werden, was mittels der bekannten f ü &tgr; &pgr;&igr; e j durchgeführt vi e f d e &pgr; kann:

I ₊ I= I
&ugr; &ngr; F

wobei U die Entfernung von der Linse zum stereoskopischen Paar, V der sich ergebende Bildabstande von der Linse und F die Brennweite der Linse ist.

Wird ein virtuelles Bild von beispielshalber 500mm hinter der Linse gewählt, um sicher zu stellen, daß U kleiner als F ist, und wird eine Linse mit einer Brennweite von beispielsalber 190 mm verwendet, ergibt sich nach der vorstehenden Formel für U 138 mm.

Die sich ergebende Betrachtungsvorrichtung 10 wird in Figur 2 schematisch als Seitenansicht gezeigt. Es ist hieraus ersichtlich, daß das virtuelle Bild hinter dem Objekt, d.h. dem stereoskopischen Bildpaar liegt und gegenüber dem einzelnen Bild des Paares vergrößert ist.

Um hiernach die Beziehung von Linsengröße, Bildgröße und maximalen Betrachtungsabstand zu bestimmen, ist die Vergrößerung beispielshalber nach "Optics" von Francis Weston Sears (S. IAO) zu berücksichtigen:

250 Vergrößerung = , wenn der Benutzer die

Betrachtung 250 mm vor dem stereuskopischen Bildpaar, d.h. 112 mm vor der Linse durchführt. Wenn demnach wie in diesem Falle der Photoabzug eine Höhe lh von 90 mm hat, beträgt die vergrößerte scheinbare Photoabzuggröße

90 _&khgr; 2^0 mm ^ _gleich 190

Bei der Betrachtungsvorrichtung 10 nach Fig. 3 wird von einem Bildabstand «on 500 mm von der Linse ausgegangen, so daß die tatsächliche virtuelle Bildgröße bei 289mm liegt, was mathematisch durch die Beziehungen:

Bildgröße = 118 &khgr; = 290mm

bestimmt werden kann.

tnter Verwendung der Beziehung ähnlicher Dreiecke nach Fig. 4 zeigt sich bei einer Höhe H der Linse von 13OhIm und einer Betrachtungslinsengröße von 13Om^, daß die Augen X mm weg gehalten werden können und dabei noch das ganze Bild sehen. X läßt sich wie folgt errechnen:

.". + 500 &khgr;

28&Ggr; " 130
Hieraus ergibt sich für X = 408 mm.

Mit anderen Worten, die Betrachtungsvorrichtung kann unmittelbar vor das Auge oder in einer Entfernung von 408 mm vom Auge weg gehalten werden, um immer noch das gesamte Bild sehen zu können.

Die Linsen 12 und 14 sollten auf dasselbe Format rechteckig zugeschnitten sein, d.h. in dem Verhältnis von Höhe und Breite wie die Photoabzüge des stereoskopischen Bildpaares. Sie sollten unmittelbar nebeneinander eingesetzt sein und zwischen den Linsen sollte keine Lücke bestehen.

Cs ist anzumerken, daß bei der Bemessung der Linsengröße im Hinblick auf Breite und Höhe gleich oder größer

als die Bildgröße die Möglichkeit gegeben ist, das gesagte Bild in einer beliebigen Entfernung bis unendlich zu sehen.

Es ist jedoch auch noch aus der Draufsicht des Betrachters die Anordnung des Augenabstands zu berücksichtigen. Somit ist es erforderlich, dem Gehirn beide Bilder So anzubieten, daß die Lichtstrahlen einer einzigen dreidimensionalen Lichtquelle entstammten.

Kenn nach Fig. 5 davon ausgegangen wird, daß der Zwischenraum des Stereopaares 65 mm beträqt, d.h. die Anordnunq des Zwischenraum in der Breite von identischen Punkten in der Mitte beider Bilder, und wenn beabsichtigt wird, die Strahlen aus den Linsen parallel im Gebiet der Verbindungsstelle zwischen den Linsen austreten zu lassen, dann

tan &thgr; = 32,5 = 0,236

138
und &Ogr; = 13,3°.

Geht man von einem Brechungsindex der Linsen von 1,5 bus, ergibt sich nach dem Snel1iusschen Brechungsgesetz

Sin ß , c

= &igr;, j

Sin &agr; »

Worin &agr; der Winkel zur Senkrechten des austretenden Strahij und ß der Winkel zur Senkrechten des einfallenden Strahls ist. Auch ist ß 9 = ß - &agr; = 13,3°. Durch Experiment unter Verwendung eines einfachen Computerprogramms und beim Messen des Wertes &agr; in Schritten von 1°, kann nachgewiesen werden, daß ein Winkel von a = 24° dieser Anforderung genügt, d.h. der Prismenwinkel Jeder Linse an den anci &eegr; anderstoßend,¹, &eegr; Kn &eegr; ten sollte bei 24° liegen.

Es läßt sich zeigen, daß eine Linse als Prisma wirksam ist, wenn sie von der optischen Achse versetzt verwendet wird. Wenn somit die Linsen 12 und 14 im Betrachter 10 die Wirkung eines 24° Prismas haben sollen und da es auch von Seite 91 des vorstehend erwähnten Lehrbuches "Optics" bekannt ist, daß bei einer dünnen Linse mit einem Brechungsindex von 1,5 der Krümmungsradius bei der Hälfte der Brennweite liegt, ergeben sich für den annähernden Krümmungsradius der Linsen 12 und 14:

95mm.

Wenn nach Tig. 6 &khgr; die Versetzung der Krümriungsmitte zur Linsenkante ist, dann

Sin 24° = 25

und somit &khgr; = 38,6 mm.·

Demnach sollten die beiden Seite an Seite liegenden Linsen 12 und 14 ihre Mitten um 38,6 &khgr; 2 auseinander haben oder, mit anderen Worten, 77,2 mm auseinander (apart) sein.

Diese Anordnung zeigt die Fig. 7. Demnach wird das vergrößerte virtuelle Bild des entfernten Objekts bei einer Betrachtung irgendwo längs des Bereichs 40 stets als ein Bild erscheinen und das Linsenpaar erscheint als eine einzige kontinuierliche Linse wirksam zu sein. Es besteht deshalb keine Gefahr des Doppelsehens. Ein Benutzer, der sich weit entfernt befindet (etwa 1 Meter), wird stets ein ganzheitliches Bild des Photoabzugs sehen, der zur Hälfte aus dem linken Photo und dem rechten Phntn nebildet ist. Es bietet sich somit der

&Ggr;"

Vorteil des 'Blickfangs', der sich zu Werbezwecken ausnutzen läßt. Auch wenn die betrachtende Person dann näher tritt, bleibt der drei dimensionalle Effekt weiter bestehen.

Aus der Abbildung der Fig. 7 geht hervor, daß an der Verbindungsstelle zwischen den beiden tinsen das linke und das rechte Bild als Parallelstrahlen erscheinen. Die anderen Strahlen divergieren zunehmend und demnach nüssen die Augen des Benutzers nicht divergieren, wenn eie auf die Linsen schauen. Demgemäß müssen sich auch die Augen der betrachtenden Person keineswegs auseinander bewegen, wenn sie auf die Betrachtungsvorrichtung schauen, vorausgesetzt, daß die Anordnung des Zwischenraums in der Breite zwischen den optischen Achsen der Linse größer ist als der minimale normale Abstand beider Augen der Benutzer. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand 77,2. Er liegt somit in der Tat über dem typischen minimalen menschlichen Augenabstand von 70mm.

Ein weiteres Merkmal der Betrachtungsvorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß normalerweise kein unerwünschtes Einzel- oder Monobild auf der einen oder anderen Seite des Stereobildes zu sehen ist, wenn die Betrachtung innerhalb eines von der Verbindungsstelle zwischen den Linsen ausgehenden Knnus mit einem wie vorstehend erwähnten Winkel &thgr; geschieht, was bei den herkömmlichen Betrachtungsvorrichtungen oft der Fall ist.Es besteht deshalb keine Notwendigkeit, eine Maske zu verwenden, so daß auch dadurch der Aufbau wesentlich vereinfacht wird und es somit auch leicht möglich ist, die Linsen 12 und lh sowie die hintere Halterung 20 mit der Basis 26 zur Flachlage enzulenken und einzuschlagen, wenn die Betrachtungsvorrichtung nicht in Gebrauch ist.

Bei einer veränderten Ausführungsform müssen nur die Linsen 12 und 14 vorgesehen werden, wobei es hier jedoch zweckmäßig ist, eine Entfernungsmeßvorrichtung 5U zu verwenden, die für den Benutzer von Vorteil sein kann, kenn er bestimmen möchte, daß er das stereoskopische Bildpaar 22 in etwa der richtigen Entfernung von den Linsen 12 und 14 hält. Eine derartige Anordnung ist der Fig. Ii zu entnehmen. Hierbei kann die En t f eiMuiiysmeß-Vorrichtung 50 unterhalb der Linsen 12 und 14 positioniert ■ein, die aus Teilen von Fresnellinsen bestehen können, Has nachstehend noch näher erläutert wird. In der Tat können diese Linsen und die Linsen 12 und 14 allesamt •us einer einzigen Kunststofform gefertigt sein.

ts wird im folgenden der Betrieb des Entfernungsmessers 50 erläutert. Betrachtet man nach den Figuren 8 und 9 einen Punkt auf einem Photo, wenn sich das optische prisma nahe dem Photo befindet, so liegt das Bild nahezu 4 &eegr; derselben Position wie der Punkt auf dem Photo. (Bei Bewegung des optischen Prismas vom Photo weg, obgleich der Def lekt i onswinkel immer noch derselb- ist (..ie Öie Figur 9 zeigt), hat sich nun das scheinbare Bild tür rechten Seite oder zur kleineren Seite des Prismas hin bewegt. Mit anderen Worten, di'- Bi ldd ef lek t i on k ist abhängig von tan &dgr;&khgr; y,

worin 6 = (Ausfall- oder Def lektionswinkel

durch das Prisma)

y = Entfernung zwischen Photo und Pr isma.

Da 6 durch den Brechungsindex des Prismawerkstoffes und den eingeschlossenen Winkel des Prismas bestimmt ist, ist der Wert &khgr; einfach von y abhängig.

· · u it* · · t

• t · Il if

falls man sich zwei Halbbilder wie ein Stereobild&rgr; aar durch ein Prismenpaar übereinanderliegend mit dem dünnen tnde des einen nächstliegend zum dicken Ende des anderen frig. 10) ansieht, scheint sich das durch das Prisma A gesehene rechte Bild und das durch Prisma B gesehene linke Bild bei der Bewegung dieser Prismen senkrecht lon Photo weg zueinander hin zu bewegen, r-ie scheinen

falls eine Objektivstandarte mit diesen Prismen ausgetüstet und die zweckentsprechende Wahl des Brechungs-Indexes und Prismenwinkel getroffen wird, können diese iilder so angeordnet werden, daß sie sich treffen, ilen &eegr; sich das Objektiv in der richtigen Entfernung Vom Photo befindet.

lie i 1 es jedoch in der Praxis erwünscht ist, daß ein Hittelpunkt auf jedem Bild mit der Mittellinie des Öetrachters zusammenfällt, ist die Deflektionsanforderung dieselbe wie für die Kante der Fresnel j.insen 12 und 14, vorausgesetzt, daß die Brechungsindexe dieselben bind. Demnach sollte der Prismen winkel auch bei 2 '4° liegen.

Bei einer Anordnung dieser Art kann man nunmehr auf den Rahmen verzicnLen, der normalerweise benötigt wird, (um die Linsen und das Stereobildpaar in der richtigen Position zu halten. Was anstelle dessen nur noch erforderlich ist, sind die Linsen 12 und 14 sowie der Entfernungsmesser 50, wobei dieser in der einen Hand gehalten ■lird und das Stereobildpaar in der anderen Hand de" •enutzers gehalten wird.

Cie in Figur 10 gezeigten Prismen A und B sind vorzugsweise als Teile von Fresnellinsen auszubilden, wie dies Fig. 11 zeigt.

Claims (6)

• I I · ■ J 3 • it·· iii Il III· Il I tin &igr; &igr; ■ ■·!»■ ti I ■ Schutzanspriiche:

1. Stereoskop, bestehend aus einem Linsenpaar zur Betrachtung von Bildpaaren,

dadurch gekennzeichnet, daß ein stereoskopisches Bildpaar (22) hinter den Linsen (12,14) derart angeordnet ist, daß der Abstand zwischen den Linsen (12,14) und dem stereoskopischen Bildpaar (22) geringer ist als die Brennweite der Linsen (12,14), wobei die Breite und die Höhe jeder Linse (12,14) mindestens den entsprechenden Breitenlind Höhenabmessungen jedes Bildes des stereoskopischen Paares (22) ertspricht, daß sowohl für den weitsichtigen, nie auch für den kurzsichtigen Benutzer die Bilder im Brennpunkt liegen und wobei der Zwischenraum in der Breite zwischen den optischen Akten der Linsen (12,14) derart bemessen ist, daß die vom linken und rechten Bild (22) aus »en Linsen (12_t !4) an der Stelle zwischen den beiden Linsen (12, 14) austretenden Strahlen im Wesentlichen parallel verlaufen und wobei die Linsen (12, 14) mit äquivalenten optischen Prismen ausgestattet sind, um die Bilder die vom Benutzer als nach außen divergierend gesehen werden in Richtung vor den Linsen (12, 14) als Fortsetzung der Richtung vom stereoskpischen Bildpaar (22) zu den Linsen (12,14) umzulenken.

2. Stereoskop nach Anspruch 1,
dadurch geknnzeichnet, daß als Linsen (12, 14) Fresnellinsen verwendet werden.

3. Stereoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das stereoskopische Bildpaar (22) photographische

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Halbbilder sind und das Halterungen (20) zum Einsetzen des Paares (22) in einer entsprechenden Entfernung hinter den Linsen (12, 14) vorgesehen sind.

4. Stereoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entfernungsmeßuorrichtung (50) zur Positionierung des stereoskopischen Bildpaares (22) in entsprechendem Abstand von den Linsen (12, 14) unterhalb oder oberhalb der Linsen angeordnet ist.

5. Stereoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmeßvorrichtung (50) zwei Kreuzprismen aufweist, die so angeordnet sind, daß die Mittelpunkte des linken und des rechten Bildes zusammenzufallen scheinen, wenn diese sich im gewünschten Abstand befinden.

6. Stereoskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen A, B mit den Linsen (12, i«'i) einstückig ausgebildet sind.