專利名稱：改進的立體像觀看器的制作方法
技術領域：
本發明涉及立體影像的觀看，在其中一方面是關于立體像觀看器(stercoscoplcviewer)的改善，以便使用者能觀看立體像片對(stereoscopicpair)的影像。
眾人皆知當兩張照片為從略微不同的角度所攝得，再由一個人的左右眼分別觀看時。可獲得具有三度空間景深之效果的單一組合影像。此極成對之像片稱之為立體像片對(stcrcocoplcPair)。
人們已經提供許多極關于可拍攝立體像片對之照像極及可觀看得到的立體像片對之觀看器。
一種常用之觀看器使用兩片小型放大鏡來做為目鏡，將立體像片對置于距離透鏡通常之位置上，再由透鏡中觀看。使用時非常類似于用變筒望遠鏡觀看，且具有相當之缺點(1)為了要觀看影像之全貌，眼睛必須要極為靠近目鏡，眼鏡的使用者將不易使眼睛靠近，此外塑料制之眼鏡鏡片會因摩擦凹鏡座而刮傷。
(2)不是每個人都具有完美的視力，有時即使使用眼鏡也無法完全矯正其缺陷。為了要舒適的觀看，近視的人傾向于把圖片靠近眼睛，而遠視的人則反其道而行。使用一典型之立體觀看器時，無論把裝置靠近或遠離眼睛都是不可能的，隨時都必須將其正置于眼前。為解決此問題，較佳的檢視器可以調節焦點，即沿透鏡軸線上移動目鏡，使能移動虛像靠近或遠離眼睛。
(3)人類雙眼之間距，介于大約55mm到70mm之間，較佳之遠鏡和立體觀看器亦可調節間距，因此目鏡之光學軸線方能調節到眼睛的光學軸線重合。有些人不具有適當調節目鏡的能力。
(4)眼睛能夠補正因調節目鏡所產生之微小誤差，但是這會造成眼睛緊張，有時更造成頭痛。所以有些人不喜歡使用類似變筒望遠鏡之裝置來觀看。
因此本發明之目的為提出一種可觀看立體像像片對之觀看器且能解決或減輕上述缺點。
依照本發明，觀看器包含一對透鏡，使用者可經由此透鏡觀看立體像片對之影像，用來將立體像片對置于透鏡后，使得透鏡與立體像片對之距離小于透鏡之焦距，以致能看到一放大之虛像的裝置，每一鏡片之長寬尺寸至少和相對應之立體像片影像之長寬尺寸一樣大，以便由從遠視到近視的使用者皆能將觀看器持于距變眼適當之距離處，使得影像能對準使用者之焦距且能觀看完整之影像，透鏡光軸線在寬度方向之距離使得左右兩旁影像之光束在通過透鏡后，大體上于兩片透鏡之交點處相平行，例此，當使用者觀看透鏡時，其變眼不必分開，且透鏡能提供相當于光學楔形鏡(opticalwedgcs)之功能，將使用者所見之影像在透鏡前方之方向，如同自立體像片對向透鏡延續之方向，以向外發散之方式彎曲。
因此我發現經由利用此裝置，可避免負正以機械方式調節透鏡之焦距及其間之寬度，顯然這已大幅簡化了觀看之裝置。使用者僅需將觀看器持于眼前之一段距離處，適合其自身之狀況且能將影像置于焦點，如此所需之三度空間效果即可呈現。此外，透視可提供一足夠大之孔徑，以使所有的使用者都能完整地觀看立體像片對。
因為此透鏡將會相當大，最好使用佛奈爾透鏡(fresnellcns)以減少體積和重量。
立體像片對通常為用立體照相機拍攝景物而得到的一對照片或印刷之影像，然后以觀看器來安裝像片對。
在本發明之一極簡單的實施例中，透鏡具有測距之功用，因此，使用者可輕易地將透鏡持于立體像片對前。
本發明將參照附圖來舉例說明，附圖包括
圖1為根據本發明所制觀看器范例之透視圖；圖2至圖7表示觀看器設計之圖案；圖8至
圖10為裝有測距裝置的改良系統之設計圖；
圖11所得到的透鏡系統。
根據附圖，觀看器10具有正面11，其上裝有一對佛奈爾透鏡12及14，相連于一直立之線15。其后方有一直立之支撐20。裝有立體像片對之影像22，此單一之像片具有兩不同之影像位于相對透鏡12及14之置立且平行之位置上。影像22直立地裝置在支撐20上，借助一對向前間隔的支臂24所形成之機構，影像22可插入其中。
在一梯形之基座26上，正面裝置和后方支撐互相間隔裝置。
在設計觀看器10時，必須決定自立體像片對22到透鏡14及16之距離U。利用已知之方程式可求出其值1/(U) ＋ 1/(V) ＝ 1/(F)
此號U為透鏡至立體像片對之距離，V為成像到透鏡之距離，F為透鏡之焦距。
如果選擇一虛像位于，例如，透鏡后方500mm處，以確保U小于F，并選擇透鏡之焦距為1900mm，由上述之公式可得U為138mm。
所得的觀看器10大略地以側視圖展現于圖2中。由圖可知，虛像位于物體之后方，也就是說，立體像片對之后，相對于其對中各別之影像被放大了。
其次，為決定透鏡尺寸，影像大小和最大觀看距離之關系，我們必須考慮倍率(Magnification)。根據參考書，例如由法蘭西斯·魏斯敦·希爾斯(FramcisWcstonSears)所著之“光學”(“Optics”)一書。
倍率(Magnification)＝ 250/(F)當使用者由立體像片對前250mm處觀看，也就是在透鏡前方112mm處，此時，如果印刷品高度h為90mm，則放大后可見之印刷品大小為90× (250mm)/190 (F為1900mm)求得118mm根據觀看器11且參考圖3，假設影像距離透鏡500mm，則可由此例之運算得知確實之虛像大小為289mm，也就是影像大小＝118× (500＋112)/250 ＝289mm參照圖4且再次利用相似三角形之比例，如果透鏡之高度H為130mm，則當我們觀看之透鏡大小為1300mm時，眼睛可自Xmm外觀看且仍能看見全部之影像。X可以如下方式計算(X＋500)/389 ＝ (X)/130由上可解出X＝408mm。
也就是說，觀看器可持于緊靠雙眼到最遠至408mm處而眼睛仍可看見全部之影像。
透鏡12及14應被切割成同型之長方形，亦即其高與寬之比例和立體像片對之圖片相同，兩透鏡緊鄰安裝，其間沒有空隙。
特此提出當透鏡寬與高之尺寸等于或大于影像大小時，在遠至無限遠之任何距離處皆能看見完整影像。
其次，眼睛之間距必須由觀看器之平面圖來考慮，因為兩個影像必須如同來自單一三維光源發出的光束般呈現在腦中。
參考圖5，若假設立體片對之間距為65mm，也就是指，二影像中心相同點在寬度方向之間隔，同時希望自二透鏡交點處射出之光束互相平行，則
tanθ＝ 32.5/138 ＝0.236θ＝13.3°假設透鏡之折射率為1.5，則根據史奈爾定律(SnellsLaw)(Sinβ)/(Sinα) ＝1.5此處a為法線和射出光線之夾角，而β為入射光線到法線之角度，此外θ＝β－a＝13.3°。利用一簡單電腦程序，以每次1°之間隔測試a的數值，可得到角度a＝24°時出滿足上述條件，這就是說，每面透鏡在其相交過線外的棱鏡角度應為24°。
一片透鏡，當使用其光學軸線以外的部分時，功能如同一棱鏡，這是可被證明的。因此，當觀看器10的透鏡12及14必須產生如同－24°棱鏡的效果時，且由上述參考書“光學”的第91頁可知，一片具有折射率1.5之薄鏡片，其曲率半徑為焦距長度之半，透鏡12及14之曲率半徑大約為195/2 ＝95mm參照圖6，若X為曲面中心到透鏡邊緣之距離，
sin24°＝ (X)/95所以X＝38.6mm因此兩片邊鄰邊之透鏡12及14，其中心應在于相距38.6×2處，亦即相距77.2mm。
如此布置，其成果見于圖7，如此當沿區域40之任何位置觀看時，這處景物之放大虛像總會看來如單一影像，且此對透鏡將看來如一單一連續之透鏡。這將避免重疊影像(doubleVision)之可能，且觀察者自長距離(例如1公尺)外將看到圖片完整的影像，一半是由左圖片產生，另一半則由右方產生。如此將具有“捕捉視線”(“eyecatching”)之特點，以廣告為目的時有利用價值，且當觀察者靠近時，他仍可看見三度空間之效果。
在圖7所示之情形中，可注意在兩片透鏡之交連處，左手旁和右手旁之影像將呈現如平行光線。其余光線則逐漸發散，故當使用者觀看透鏡時，其雙眼不必分開。同時，透鏡在光軸線寬度方向之間距大于人們雙眼最小之正常距離，沒有人的眼睛需要分開才能觀看觀看器。在本例中其間距為77.2mm，故此該值大于典型最小之人眼間距70mm。
根據本發明之觀看器同時具有一功能，就是沒有不想要的當從透鏡相接處之圓柱底部內觀看且具有如上之角度θ時，在立體影像之任一邊可通常見到之單一影像，而傳統之觀看器則常有此情形。如此則不必裝置障板而大幅簡化觀看器之構造，此外當觀看器不用時，可輕易地將透鏡12及14和后方支撐20，以鉸鏈放平在基座26上。
在一修改過之實用例中，只需要透鏡12及14，但此時具有測距裝置50是有利用價值的，它能幫助使用者決定，使用者是否將立體像片對22大約置于距透鏡12及14之正確距離處。此種裝置圖示于
圖11中。測距裝置50可置于透鏡12及14之下方，且如將要說明的，測距裝置可由佛奈爾透鏡之部份來組成。事實上，這些透鏡和透鏡12及14，可全由單一塑膠鑄模制成。
現在說明測距器50之功用，首先參照圖8及9，考慮圖片上之一點，當光學棱鏡緊鄰圖片時，影像差不多和圖片上之點位于相同位置。當光學棱鏡移開圖片時，雖然折射角一直相同(如同第9圖所示示，圖中忽略了棱鏡厚度)，但所見影像則向右手方向移動或指棱鏡之較小端。換句話說，影像之偏離量X決定于tanδ×y。
比處δ＝(通過棱鏡之折射角)y＝圖片和棱鏡間之距離即然δ因棱鏡材料之折射率和棱鏡之內角所固定，X之數值決定于y。
如果一對棱鏡，其中一片在另一片之上，且一片之薄端緊鄰另一片之厚端，如
圖10所示，來觀看如一對立體像片之成對影像，則當這些棱鏡向垂直方向遠離圖片時，自棱鏡A所見之右側影像和自棱鏡B所見之左側影像，將看來如同互相移向對方，相接觸然后通過對方。
如果一透鏡而板上裝有這些棱鏡，且適當選擇折射率和棱鏡角度，則這些影像可被安排在當觀看透鏡和圖片在正確距離相互相交會。
實用上由于我們希望每一影像之中心點能在觀看器之中心線上重會，故折射之需求和佛奈爾透鏡12及14之邊緣相同，具有相同之折射率，因此棱鏡之角度亦應為24°。
利用此種安排，通常所需用來裝置透鏡和立體片對以及保持其正確位置之框架，現在將可省略，取而代之者為，使用者可須將透鏡12及14和測距離50持于一手中，而將立體片對置于另一手中。
圖10中所示之棱鏡A及B，最好能成為佛奈爾透鏡之一部分，如同
圖11所示。
權利要求1.一種觀看器，其特征在于它包括一對透鏡，通過該透鏡使用者來觀看一個立體像片對的影像；一個在透鏡后面提供立體像片對的裝置，它使透鏡與立體像片對間的距離小于透鏡的焦距，使得使用者看到一個放大的虛像；每個鏡片的長和寬的尺寸至少要與對應的立體像片的影像和長和寬的尺寸一樣大，使影像能對正使用人的焦距并觀看到完整影像；透鏡光軸線在寬度方向的距離保證左右兩邊影像的光束在通過透鏡之后大體上在兩透鏡之交點處平行；如此當使用者觀看透鏡時雙眼不必分開，并且透鏡提供了光學楔形鏡的功能，將使用者所見的影像在透鏡前方，如自立體像片對向透鏡延續的方向，以向外發散方式彎曲。
2.如權利要求1中所述的－觀看器，其特征在于其中之透鏡為佛奈爾透鏡。
3.如前述任一權利要求中所述的－觀看器，其特征是立體相片對為攝影相片對且具有裝置來將相片對裝于透鏡后方預先決定處。
4.如權利要求1或2中所述的－觀看器，其特征在于結合測距之裝置，使得使用者能放置立體相片對于透鏡后方所欲之間隔處。
5.如權利要求4中所述的－觀看器，其特征在于其中之測距裝置包含一對交錯之棱鏡，其安裝使得左方及右方手邊影像之中心點，在所欲之間隔時，呈現重合。
6.如權利要求5中所述的－觀看器，其特征在于其中之棱鏡與透鏡一體鑄模組成。
專利摘要本實用新型涉及一種立體影像觀看器，它由一對透鏡，及在透鏡后面提供立體像片對的裝置組成，它使透鏡與立體像片對間的距離小于透鏡的焦距，使得使用者看到一個放大的虛像；并觀看到完整的影像。
文檔編號G02B27/22GK2044735SQ8820589
公開日1989年9月20日 申請日期1988年5月21日 優先權日1987年5月22日
發明者安東尼·塔克·索羅 申請人:安東尼·塔克·索羅