JP2018501697A - 立体観察装置 - Google Patents

Abstract

画像間の視差を伝えるよう物体に対し空間的と角度的の一方又は両方でずらした異なる画像である物体の第１、第２ビデオ画像の各一方を投影する第１、第２ビデオプロジェクターと、第１、第２ビデオプロジェクターからの光を受光する凹面鏡を含み、ミラー装置に物体の焦点画像が生成されるよう第１、第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、ミラー装置で反射された焦点画像の各々に対応する射出瞳を適合したアイウェアの使用なしで立体画像として観察者の各眼で見ることができるよう観察面に中継する観察レンズとを含み、ビデオプロジェクターは、第１、第２ビデオ画像の各一方を表示するよう第１、第２ビデオ信号により駆動される第１、第２ビデオディスプレイと、第１、第２ディスプレイにより表示される各画像からの光の焦点をミラー装置に合わせる第１、第２光学装置とを含む、観察者のために立体画像を生成する観察装置。

Description

本発明は、ビデオ画像から立体画像を生成するための観察装置に関する。

本出願人の以前の特許文献１に開示されているように、立体画像を生成するための様々な光学拡大装置が存在する。

３次元ビデオ画像を表示するための様々なディスプレイも存在するが、偏光画像又は同期画像などの画像の変更を必要とする場合、観察者は適合したアイウェアを使用する必要があり、結果として生じる観察者によって観察される画像は、分解能の低下及び／又はリフレッシュレートの低下を被る。

国際公開第１９９４／００６０４８号

本発明の目的は、ビデオ画像から立体画像を生成し且つ適合したアイウェアの使用を必要としない観察装置を提供することである。

一態様において、本発明は、観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、第１及び第２画像は画像間の視差を伝えるために物体に対して空間的にと角度的にの一方又は両方でずらされた異なる画像である第１及び第２ビデオプロジェクターと、第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光する凹面鏡を含むミラー装置であって、ミラー装置に物体の焦点画像が生成されるように第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、ミラー装置によって反射される焦点画像の各々に対応する射出瞳を適合したアイウェアの使用なしで観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面に中継するための観察レンズとを含み、ビデオプロジェクターは、第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を表示するように第１及び第２ビデオ信号によって駆動される第１及び第２ビデオディスプレイと、第１及び第２ディスプレイによって表示されるそれぞれの画像からの光の焦点をミラー装置に合わせるための第１及び第２光学装置とを含む観察装置を提供する。

一実施形態において、ディスプレイの光軸は同軸であり、ディスプレイは任意選択的に対向する関係にある。

別の実施形態において、ディスプレイの光軸は鋭角を囲む。

一実施形態において、ビデオ信号は、３次元モデリングシステム又はアニメーションシステムから供給される。

一実施形態において、光学装置は、少なくとも１つのレンズと、光学的な光路をディスプレイからミラー装置に向けるための少なくとも１つのミラーとを含む。

一実施形態において、画像は、物体の空間的にずらされた画像である。

一実施形態において、画像は、物体の角度的にずらされた画像である。

一実施形態において、画像は、物体の空間的及び角度的にずらされた画像である。

一実施形態において、画像は物体の拡大画像である。

一実施形態において、ミラー装置は単一の凹面鏡を含む。

一実施形態において、装置は、装置の光学構造から生じる少なくとも１つのアーチファクトを除去又は調整するためにビデオプロジェクターによって投影される画像を操作するための処理回路を更に含む。一実施形態において、少なくとも１つのアーチファクトはキーストーン歪みを含む。

別の態様において、本発明は、観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、第１及び第２画像は画像間の視差を伝えるために物体に対して空間的にと角度的にの一方又は両方でずらされた異なる画像である第１及び第２ビデオプロジェクターと、第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光するミラー装置であって、ミラー装置に物体の焦点画像が生成されるように第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、ミラー装置によって反射された焦点画像の各々に対応する射出瞳を観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面に中継するための観察レンズとを含む観察装置を提供する。

更なる態様において、本発明は、上記観察装置を組み込んだ立体顕微鏡を提供する。

更に別の態様において、本発明は、上記観察装置と、物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むための第１及び第２ビデオカメラとを含む立体顕微鏡を提供する。

一実施形態において、顕微鏡は、物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置を更に含み、第１及び第２ビデオカメラは、対物レンズ装置によって生成される画像から物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている。

一実施形態において、対物レンズ装置は、各々が物体の拡大画像を生成するための第１及び第２ズーム対物レンズを含み、第１及び第２ビデオカメラは、ズーム対物レンズによって生成される画像から物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている。

一実施形態において、ズーム対物レンズの光軸は、ミラー装置に対する観察者の眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む。

添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例としてのみ以下で説明する。
本発明の第１実施形態による立体観察装置を示す。 垂直方向においてミラー装置の入射光路と反射光路との角度関係を示す、図１（ａ）の観察装置の部分側面図を示す。 本発明の第２実施形態による立体観察装置の斜視図を示す。 本発明の第２実施形態による立体観察装置の側面図を示す。 本発明の第２実施形態による立体観察装置の正面図を示す。 本発明の第３実施形態による立体観察装置を示す。 本発明の第４実施形態による立体視観察装置を示す。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態による立体観察装置を示す。

観察装置は、開口絞り５によって定められる対物面ＯＰに配置された物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置３を含む。

この実施形態において、対物レンズ装置３は、第１及び第２ズーム対物レンズ４ａ、４ｂを含み、第１及び第２ズーム対物レンズ４ａ、４ｂは、各々が対物レンズ７と追加のレンズ９，１１とを含み、対物レンズ７に対する追加のレンズ９，１１の相対位置を変えることによって倍率の制御を提供する。

この実施形態において、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸は、物体の生成される画像間の視差をもたらすような収束関係で配置される。

一実施形態において、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸は、以下でより詳細に説明されるように、ミラー装置３５に対する眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む。

観察装置は、各々が物体の第１及び第２拡大画像を取り込むためのセンサー１９を含む第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂを更に含み、第１及び第２拡大画像は、以下でより詳細に説明するように、対応する射出瞳が観察者の左右の眼のそれぞれ一方に提示される場合に、知覚される画像が３次元画像であるように、物体に対して空間的に又は角度的にずらされている。

観察装置は、第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂによって取り込まれる物体のそれぞれの拡大画像からの光のミラー装置３５における焦点画像を投影する画像プロジェクター２０ａ、２０ｂを更に含む。

この実施形態において、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂは各々、第１及び第２ビデオカメラ１５ａ、１５ｂによって取り込まれる物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を表示するように駆動されるディスプレイ２１と、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのそれぞれのディスプレイ２１によって表示される拡大画像からの光のミラー装置３５における焦点画像を提供するための光学装置２５とを含む。

この実施形態において、ディスプレイ２１は、高解像度（ＨＤ）ビデオディスプレイ、任意選択的に超高解像度（ＵＨＤ）ディスプレイを含む。

この実施形態において、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１は、同軸配置で、ここでは対向する関係で配置されている。代替的な実施形態において、ディスプレイ２１は、任意の角度的又は空間的な関係を有することができる。

この実施形態において、各光学装置２５は、焦点画像を提供する少なくとも１つのレンズ２９と、光路をそれぞれのディスプレイ２１からミラー装置３５に向ける少なくとも１つのミラー３１とを含む。

観察装置は、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって提示される画像の各々からの光を受光するミラー装置３５を更に含み、ミラー装置３５は、物体の拡大焦点画像がミラー装置３５に生成され且つミラー装置３５によって受光された光が観察レンズ３７に反射されるように配置される。

この実施形態において、ミラー装置３５は、ここでは単一のミラーとして形成された凹面鏡を含み、ミラーにおいて物体の焦点画像又は実像が重ね合わされ、ミラーの半径は、それぞれの画像プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５のレンズ２９の射出瞳が、以下で更に説明するように、観察面ＶＰにおいて観察者の眼に中継されるように選択される。

別の実施形態において、ミラー装置３５は、平面鏡又は非球面ミラーと、ミラーの表面にある球面レンズとを含むことができる。

観察装置は、ミラー装置３５によって受け取られる画像の各々に対応する射出瞳を観察者のそれぞれの眼で立体画像として見ることができるように観察面ＶＰに中継するための観察レンズ３７を更に含む。

本発明者らは、驚くべきことに、観察される３次元画像の細部が、第１及び第２画像における細部の「総和」から予想される細部よりもはるかに優れていることを見出した。

また、本発明は、ビデオ信号を静止画又は動画として記録し且つその後で提示することを可能にする。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態による立体観察装置を示す。

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

この実施形態の観察装置は、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１の光軸が同軸ではなく、鋭角を囲む点と、画像プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５が各々、複数のレンズ２９ａ、２９ｂと、複数のミラー３１ａ、３１ｂとを含み、ミラー３１ｂの１つが光学装置２５の各々に共通である点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。

図３は、本発明の第３実施形態による立体観察装置を示す。

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

この実施形態の観察装置は、ズーム対物レンズ４ａ、４ｂの光軸が平行に間隔を置いて配置され、物体の生成される画像間の視差を提供するように共通の収束対物レンズ７を共有する点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。

図４は、本発明の第４実施形態による立体観察装置を示す。

この実施形態の観察装置は、最初に記載した実施形態の観察装置に非常に良く似ている。不必要な説明の重複を避けるため、相違点のみを詳細に説明し、同様の部分は同様の符号で示す。

この実施形態の観察装置は、ビームスプリッタ５１を更に含み、ビームスプリッタ５１が、ビームスプリッタ５１に対して直交するように配置された第１及び第２プロジェクター２０ａ、２０ｂの光学装置２５のミラー３１からの光を受光するようにミラー装置３５と観察レンズ３７との間の光軸上に配置されている点で最初に記載した実施形態の観察装置と異なる。理解されるように、この構成は、最初に記載した実施形態に存在するミラー装置３５の入射光路と反射光路との間の角度成分βを除去し、その結果として、最初に記載した実施形態のような平面への傾斜投影から生じる画像歪みが、光強度は低減されるものの、大幅に低減される。

この実施形態において、ビームスプリッタ５１はプリズム立方体であるが、代わりに半反射鏡であってもよい。

最後に、本発明をその好ましい実施形態で説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲に従って様々な方法で変更できることが理解されるであろう。

例えば、ビデオプロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって表示される第１及び第２ビデオ画像は、最初に記載した実施形態ではズーム対物レンズ装置から得られるが、代わりに、ディスプレイ２１は、ビデオ信号が角度及び／又は離間した関係を有するビューから提供される、モデリングシステム又はアニメーションシステム（例えば、３次元ＣＡＤモデリングシステム）によって提供されるような他のビデオ信号によって駆動されてもよい。

一実施形態において、平面への傾斜投影から生じるキーストーン歪みのような、光学構造から生じるアーチファクトを調整するために、処理回路を使用してビデオプロジェクター２０ａ、２０ｂのディスプレイ２１によって表示される画像を操作することができる。

Claims (17)

1. 観察者のために立体画像を生成するための観察装置であって、
   物体の第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を投影するための第１及び第２ビデオプロジェクターであって、前記第１及び第２画像は前記物体に対して空間的にと角度的にの一方又は両方でずらされた異なる画像である第１及び第２ビデオプロジェクターと、
   前記第１及び第２ビデオプロジェクターからの光を受光する凹面鏡を含むミラー装置であって、ミラー装置に前記物体の焦点画像が生成されるように前記第１及び第２ビデオプロジェクターに対して配置されるミラー装置と、
   前記ミラー装置によって反射される焦点画像の各々に対応する射出瞳を適合したアイウェアの使用なしで立体画像として観察者のそれぞれの眼で見ることができるように観察面に中継するための観察レンズと
   を含み、
   前記ビデオプロジェクターは、前記第１及び第２ビデオ画像のそれぞれ一方を表示するように第１及び第２ビデオ信号によって駆動される第１及び第２ビデオディスプレイと、前記第１及び第２ディスプレイによって表示されるそれぞれの画像からの光の焦点を前記ミラー装置に合わせるための第１及び第２光学装置とを含む装置。
2. 前記ディスプレイの光軸は同軸であり、前記ディスプレイは任意選択的に対向する関係にある、請求項１に記載の装置。
3. 前記ディスプレイの光軸は鋭角を囲む、請求項１に記載の装置。
4. 前記ビデオ信号は、３次元モデリングシステム又はアニメーションシステムから供給される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記光学装置は、少なくとも１つのレンズと、光学的な光路を前記ディスプレイから前記ミラー装置に向ける少なくとも１つのミラーとを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記画像は、前記物体の空間的にずらされた画像である、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記画像は、前記物体の角度的にずらされた画像である、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記画像は、前記物体の空間的及び角度的にずらされた画像である、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記画像は前記物体の拡大画像である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記ミラー装置は単一の凹面鏡を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記装置の光学構造から生じる少なくとも１つのアーチファクトを除去又は調整するために前記ビデオプロジェクターによって投影される画像を操作するための処理回路を更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つのアーチファクトはキーストーン歪みを含む、請求項１１に記載の装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の観察装置を組み込んだ立体顕微鏡。
14. 立体顕微鏡であって、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の観察装置と、
    前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むための第１及び第２ビデオカメラと
    を含む顕微鏡。
15. 前記物体の第１及び第２拡大画像を生成するための対物レンズ装置を更に含み、前記第１及び第２ビデオカメラは、前記対物レンズ装置によって生成される画像から前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている、請求項１４に記載の顕微鏡。
16. 前記対物レンズ装置は、各々が前記物体の拡大画像を生成するための第１及び第２ズーム対物レンズを含み、前記第１及び第２ビデオカメラは、前記ズーム対物レンズによって生成される画像から前記物体の第１及び第２拡大画像のそれぞれ一方を取り込むように構成されている、請求項１５に記載の顕微鏡。
17. 前記ズーム対物レンズの光軸は、前記ミラー装置に対する観察者の眼の間の視野角に対応する鋭角を囲む、請求項１６に記載の顕微鏡。

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