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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine stereoskopische Anzeigevorrichtung
und eine Technik, auf welche die stereoskopische Anzeigevorrichtung
angewendet wird, und insbesondere eine in Anspruch 1 bis 6 definierte,
stereoskopische Anzeigevorrichtung der am Kopf befestigten Art,
ein in Anspruch 7 definiertes Endoskop, und ein in Anspruch 8 definiertes Mikroskop.
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Die
Tatsache, dass ein durch stereoskopisches Sehen gewonnenes, stereoskopisches
Bild in der von ihm vermittelten Wirklichkeitsempfindung ausgezeichnet
ist und verglichen mit einem normalen, flachen Bild dieses an Realitätsnähe bei weitem übertrifft,
ist allgemein bekannt. Bislang wurde in dem Bemühen, die Nützlichkeit des stereoskopischen
Bildes umzusetzen, der Versuch unternommen, für eine weite Verbreitung der
Anwendung des stereoskopischen Bildes in medizinischen Gerätschaften,
Videospiel-Geräten
und dergleichen zu sorgen.
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Im
Fall der Anwendung des stereoskopischen Sehens auf medizinische
Gerätschaften
oder Videospiel-Geräte
bestand ein Bedarf an einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung,
die dazu verwendet werden kann, einem Betrachter ein stereoskopisches
Bild darzubieten. Außerdem
ist es vorzuziehen, dass die für
den weiter oben ins Auge gefassten Zweck verwendete, stereoskopische
Anzeigevorrichtung der Art nach am Kopf befestigt ist, so dass die Bewegungsfreiheit
der Hände
des Betrachters gewährleistet
bleibt, da der Betrachter ein Operationsinstrument handhaben oder
ein Spiel-Steuergerät
bedienen können
muss.
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Zu
einem stereoskopischen Sehen kommt es im Übrigen durch eine Gehirntätigkeit,
die sich das Phänomen
zunutze macht, dass zwischen Bildern, die von einem linken bzw.
rechten Auge des Betrachters aufgenommen werden, eine Parallaxe
auftritt. Um das stereoskopische Sehen zu erzielen, ist es erforderlich,
dass die Bildlichter der Bilder für das linke bzw. rechte Auge
dem linken bzw. rechten Auge mit einer konstanten Parallaxe bereitgestellt
werden, und es sind verschiedene Anzeigevorrichtungen vorgeschlagen
worden, die diesen Anforderungen entsprechen.
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Unter
den Techniken zur Bereitstellung des oben erwähnten Bildlichtes ist eine
Technik bekannt, bei welcher die Bilder für das linke bzw. rechte Auge in
einander überlagernder
Weise auf einem Bildschirm angezeigt werden und die Bildlichter
der Bilder durch ein Mittel voneinander getrennt werden und dem
rechten bzw. linken Auge dargeboten werden, und ist eine andere
Technik bekannt, bei welcher die Bilder für das rechte bzw. linke Auge
auf zwei Bildschirme projiziert werden und die Bilder für das rechte
bzw. linke Auge von dem betreffenden rechten bzw. linken Auge getrennt
betrachtet werden.
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Die
stereoskopische Anzeigevorrichtung mit einem Bildschirm ist derart
ausgelegt, dass die Bilder für
das rechte bzw. linke Auge auf einen Schirm projiziert werden, und
die Bildlichter von den jeweiligen Bildern getrennt zu dem rechten
bzw. linken Auge geführt
werden, um dadurch das stereoskopische Bild zu realisieren. Die
stereoskopische Anzeigevorrichtung dieser Art ist insofern vorteilhaft,
als dieses stereoskopische Sehen von jedermann auf einfache Weise
realisiert werden kann, weil eine solche Arbeit, dass diese beiden
Bilder durch sie selber zu einem stereoskopischen Bild zusammengesetzt
werden, wie weiter unten beschrieben, nicht erforderlich ist.
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Diese
Technik macht es jedoch schwierig, den Bedienkomfort und die Verkleinerung
zu realisieren, da ein Mittel zur Trennung der Bildlichter von den Bildern
für das
rechte bzw. linke Auge, die in überlagernder
Weise auf dem Bildschirm angezeigt werden, erforderlich ist.
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Mit
anderen Worten, es wird als Maßnahme zur
Trennung der Bildlichter, die für
die oben erwähnte
Notwendigkeit erforderlich ist, im Allgemeinen die Polarisation
verwendet. Die Trennung durch Polarisation wird beispielsweise mittels
einer Technik implementiert, bei welcher die Bilder für das rechte
bzw. linke Auge, die ihren Eigenschaften nach unterschiedlich polarisiertes
Licht als Bildlicht projizieren, auf einem Bildschirm angezeigt
werden, und zwar beispielsweise in einer zeitgeteilten Weise, und
der Betrachter Brillen aufgesetzt hat.
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Diese
Technik ist mit einem kleineren Problem im Hinblick auf den Verwendungskomfort
behaftet, da der Benutzer gezwungen ist, eine Brille mit polarisierten
Gläsern
zu tragen. Außerdem
neigt die stereoskopische Anzeigevorrichtung dieses Typs zwangsläufig dazu,
kompliziert und groß bemessen zu
sein, da das Mittel zur Trennung der polarisierten Lichter erforderlich
ist.
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Unter
Berücksichtigung
der oben erwähnten Umstände wird
die Forschung und Entwicklung im Bereich einfach zu handhabender,
stereoskopischer Anzeigevorrichtungen der am Kopf befestigten Art durch
die Anwendung der oben erwähnten
Technik der Verwendung von zwei Bildern gefördert.
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Die
Technik der Verwendung von zwei Bildschirmen besteht darin, die
Bildlichter, die von diesen zwei Bildschirmen an die Augen geliefert
werden, jeweils getrennt zu transmittieren. Aus diesem Grund kann,
da keine Struktur zur Lichtertrennung erforderlich ist und die Struktur
der Vorrichtung einfach gehalten werden kann, die Vorrichtung auf
einfache Weise verkleinert werden, und diese Technik kann auf einfache
Weise auf die stereoskopische Anzeigevorrichtung der am Kopf befestigten
Art oder dergleichen angewendet werden.
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Im
Fall der Verwendung dieser beiden Bildschirme muss der Betrachter
jedoch selber zwei natürlich
erzeugte Bilder zu einem Bild zusammensetzen, während er diese beiden Bilder
betrachtet. Das heißt,
dass bei der Technik der Verwendung von zwei Bildschirmen der Betrachter
insofern nicht das stereoskopische Sehen ausführt, als die Lagebeziehung zwischen
diesen beiden Bildschirmen und die Lagebeziehung zwischen den beiden
Augen des Betrachters sehr strengen Bedingungen nicht entsprechen. Daher
stellt diese Technik eine grundlegende Erschwernis für die Ausführungsmöglichkeit
des stereoskopischen Sehens durch den Betrachter dar.
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Eine
wichtige Rolle bei der Gewinnung eines stereoskopischen Bildes aus
zwei Bildern spielt eine Technik, die als "Augenabstandsanpassung" bezeichnet wird.
Daher ist für
die auf der obigen Technik basierende, stereoskopische Anzeigevorrichtung
ein Mechanismus zur Anpassung der Breite des Abstands der Bildlichter
an die Breite des Abstands zwischen dem rechten und linken Auge
erforderlich. Dieser Mechanismus ist kompliziert, was in vielen
Fällen zu
einer Vorrichtung mit großen
Abmessungen führt. Außerdem wird
durch die oben erwähnte
Augenabstandsanpassung eine Bedingung wie beispielsweise der Benutzungskomfort
nicht erfüllt,
der für
das Videospiel-Gerät
gefordert wird, weil die Augenabstandsanpassung nicht durch verschiedene
Vorgänge,
wie etwa die Messung des Augenabstands, durchgeführt werden kann.
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Vor
allem macht diese Technik es schwierig, das stereoskopische Sehen
auszuführen,
und selbst wenn das stereoskopische Sehen ausgeführt wird, neigt dieses dazu,
zu einer starken Ermüdung
des Betrachters zu führen.
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Die
US-A-5 198 928 offenbart
eine Binokular-Helmvisieranzeige, umfassend zwei Anzeigen mit Kathodenstrahlröhre (CRT),
zwei jeweils vor jeder Anzeige orthogonal angeordnete Verzögerungsplatten,
einen Strahlenteiler, der derart aufgebaut ist, dass er das Licht
von einer Anzeige in dieselbe Richtung transmittiert wie das Licht
von der anderen Anzeige, ein x-Prisma,
das derart aufgebaut ist, dass es das Licht von einer Anzeige auf
eine Seite transmittiert und das Licht von der anderen Anzeige auf
die entgegengesetzte Seite transmittiert, und eine Brille, die derart
aufgebaut ist, dass sie das Licht von der einen Anzeige durch das
x-Prisma zu dem linken Auge eines Benutzers transmittiert und das
Licht von der anderen Anzeige durch das x-Prisma zu dem rechten Auge
des Benutzers transmittiert.
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Die
Erfinder haben Forschungen im Bereich des stereoskopischen Sehens
betrieben und sind zu dem Schluss gekommen, dass eine stereoskopische Anzeigevorrichtung,
um eine weite Verbreitung zu finden, einfach und leicht verwendbar
sein muss.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung kam also als Ergebnis der Forschungen zustande,
welche die Erfinder auf dem Gebiet des stereoskopischen Sehens betrieben
haben, und somit ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
stereoskopische Anzeigevorrichtung zu schaffen, die geringe Abmessungen aufweist
und die eine Anpassung des Augenabstands nicht erforderlich macht.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endoskop und
ein Mikroskop zu schaffen, auf welche die stereoskopische Anzeigevorrichtung anwendbar
ist.
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Um
die oben erwähnten
Ziele zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine stereoskopische Anzeigevorrichtung nach Anspruch
1 geschaffen. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
und in den Ansprüchen
7 und 8 angegeben.
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Da
es sich um eine stereoskopische Anzeigevorrichtung jenes Typs handelt,
die einen Bildschirm verwendet, kann jedermann das stereoskopische
Sehen ausführen
und wird der Betrachter dadurch selbst im Fall einer langen Verwendungsdauer nicht übermäßig ermüdet. Da
die stereoskopische Anzeigevorrichtung die Polarisatoren an einer
Bildschirmseite aufweist, erübrigt
sich darüber
hinaus auch die Unannehmlichkeit für den Benutzer, eine Brille
mit polarisierten Gläsern
zu tragen.
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Bei
den Polarisationen handelt es sich um linear polarisierte Lichter
mit Schwingungsebenen, die orthogonal zueinander stehen. In diesem
Fall ist der Bildschirm derart ausgelegt, dass die Bildlichter der Bilder
für das
rechte bzw. linke Auge jeweils in polarisierte Lichter mit zueinander
orthogonal angeordneten Schwingungsebenen umgewandelt werden.
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Der
oben erwähnte
Bildschirm ist wie folgt aufgebaut.
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Der
eine Bildschirm wird nämlich
durch einen Halbspiegel gebildet, und es sind zwei Anzeigeeinrichtungen
vorgesehen, welche unter Verwendung der Polarisation Pixel zur Bildanzeige
steuern und welche Schwingungsebenen der polarisierten Lichter aufweisen,
die in einem Winkel von 45° in
Bezug auf die Schirme angeordnet sind. Außerdem sind die Schwingungsebenen
orthogonal zueinander und eine der Schwingungsebenen wird zu einem
transmittierten Licht und die andere Schwingungsebene wird zu einem
reflektierten Licht, so dass die Bilder für das linke bzw. das rechte
Auge, die jeweils auf den Anzeigeeinrichtungen angezeigt werden,
zu den Halbspiegeln geführt
werden, wodurch sie in der Lage sind, die Bilder für das rechte
bzw. linke Auge auf dem Halbspiegel anzuzeigen.
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Dieser
Aufbau basiert von seiner Konstruktion her auf den folgenden Aspekten.
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Bei
der Anzeigeeinrichtung, wie beispielsweise einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung,
welche die Pixel für
die Bildanzeige unter Verwendung des polarisierten Lichtes steuert,
werden nämlich
die von der Vorrichtung kommenden Bildlichter auf natürliche Weise
zu polarisierten Lichtern. Es besteht daher die Möglichkeit,
dass die polarisierten Lichter für
die Bilder für
das rechte bzw. linke Auge in einem System aus polarisierten Gläsern durch
die Verwendung der Bildlichter gewonnen werden, die auf natürliche Weise
zu den polarisierten Lichtern werden. Wenn die der Vorrichtung inhärenten,
polarisierten Lichter verwendet werden können, werden die Polarisatoren zum
Polarisieren der Bildlichter in dem herkömmlichen System aus polarisierten
Gläsern überflüssig, und
Probleme, welche durch Lichtreduktion infolge der Polarisatoren
verursacht werden, nämlich
Probleme, dass das Bild sich verdunkelt oder die Vorrichtung große Abmessungen
aufweisen muss, um eine stärkere
Lichtquelle aufnehmen zu können,
lassen sich damit beseitigen.
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Die
Erfinder haben ausgehend von den obigen Aspekten Forschungen betrieben.
Das Ergebnis war, dass das polarisierte Licht, das durch den Halbspiegel
hindurchgelangt ist, seine Schwingungsebene nicht ändert, dass
jedoch das von dem Halbspiegel reflektierte, polarisierte Licht
seine Schwingungsrichtung ändern
kann, wenn auch in Abhängigkeit von
einem Aspekt der Schwingungsrichtung. Aus diesem Grund haben die
Erfinder bewiesen, dass die polarisierten Lichter für die Bilder
für das
rechte bzw. linke Auge auch ohne die Verwendung eines Polarisators
gewonnen werden können.
Insbesondere im Fall einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung
erfolgt die Steuerung derart, dass die Schwingungsrichtung der ausgegebenen,
polarisierten Lichter im Allgemeinen in einem Winkel von 45° in Bezug
auf den Flüssigkristallschirm
angeordnet ist, und da die polarisierten Lichter, die von dem Halbspiegel
reflektiert und symmetrisch invertiert worden sind, eine um 90° gedrehte Schwingungsebene
aufweisen, können
die polarisierten Lichter für
die Bilder für
das rechte bzw. linke Auge auf sehr praktische Weise gewonnen werden.
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Demgemäß kann,
wenn die Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
verwendet wird, bei welcher die Pixel für die Bildanzeige durch die
Verwendung des polarisierten Lichts gesteuert werden, und die Schwingungsrichtungen
der polarisierten Lichter in einem Winkel von 45° in Bezug auf den Schirm angeordnet
sind, ein optisches System zur Gewinnung des Bildlichts für das rechte
Auge und ein anderes optisches System zur Gewinnung des Bildlichts
für das
linke Auge so aufgebaut sein, dass diese vollständig identisch miteinander
sind, und es kann somit der Aufbau zur Schaffung des Bildschirms
vereinfacht werden. Außerdem
erübrigen
sich bei Verwendung der Anzeigevorrichtung, welche wie weiter oben
beschrieben auf natürliche
Weise das polarisierte Licht ausgibt, die bislang zur Gewinnung
des polarisierten Lichtes erforderlichen Polarisatoren, wodurch
sich die Vorrichtung verkleinern lässt.
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Der
oben erwähnte
Winkel von 45° erfordert, dass
eine Schwingungsebene des von dem Halbspiegel reflektierten, polarisierten
Lichtes im Wesentlichen orthogonal zu der anderen Schwingungsebene
des polarisierten Lichtes verläuft,
wobei es sich jedoch nicht um exakt 45° handeln muss.
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Die
Polarisatoren in der erfindungsgemäßen stereoskopischen Anzeigevorrichtung
können
beweglich oder feststehend sein, falls die Polarisatoren in das
Gehäuse
eingepasst sind. Sind die Polarisatoren feststehend, so kann das
stereoskopische Sehen auf einfache Weise ausgeführt werden, indem nur die Polarisatoren
mit der Fixierung der relativen Positionen der Polarisatoren für das jeweils
entsprechende Auge auf Bildstrahlengänge in der stereoskopischen Anzeigevorrichtung
betrachtet werden.
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Auch
kann das Gehäuse
für die
erfindungsgemäße, stereoskopische
Anzeigevorrichtung frei und ohne spezifische Beschränkungen
geformt und aufgebaut sein. Der Bildschirm und die Polarisatoren für das rechte
bzw. linke Auge können
offen außerhalb
des Gehäuses
angeordnet sein oder im Inneren eines hohlen Gehäuses untergebracht sein.
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Das
Gehäuses
weist weiterhin eine Schauöffnung
mit einer Haube auf, und der Betrachter kann das stereoskopische
Sehen ausführen,
während
er Entfernungen zwischen den Polarisatoren in dem Gehäuse und
den jeweiligen Augen des Betrachters konstant hält, indem der Betrachter das
Umfeld der Augen gegen die Haube drückt. Durch diese Betriebsweise
kann der Betrachter den stereoskopischen Effekt auf einfachere Weise
erzielen. Wenn nämlich
die Polarisatoren und die Augen des Betrachters um mehr als einen
vorbestimmten Abstand voneinander entfernt sind, treten die Polarisatoren
in das Sichtfeld des Betrachters ein, wodurch es erschwert wird,
das stereoskopische Sehen auszuführen.
Daher führt
der Betrachter die Beobachtung durch, während er das Umfeld der Augen
gegen die Haube drückt,
um die Abstände
zwischen den jeweiligen Augen des Betrachters und den Polarisatoren
in dem Bereich zu halten, in welchem der andere Polarisator für das Auge
nicht in das Sichtfeld eintritt, um dadurch auf einfache Weise das
stereoskopische Sehen auszuführen.
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Das
Gehäuse
der stereoskopischen Anzeigevorrichtung kann fest an einem feststehenden
Körper
befestigt sein. In dem Fall, in welchem der Gewährleistung eines Bewegungskomforts
Bedeutung beigemessen wird, ist es vorzuziehen, dass das Gehäuse derart
beweglich ist, dass es den Bewegungen des Kopfes des Betrachters
folgt. So kann das Gehäuse
beispielsweise an der Decke aufgehängt sein oder das Gehäuse kann
an einem beweglichen, selbsttragenden Gestell montiert sein. Außerdem kann,
sofern ein Tragemittel zum Tragen des Gehäuses auf dem Kopf des Betrachters
vorgesehen ist, das Gehäuse
in einem Zustand an dem Kopf des Betrachters befestigt werden, in
welchem das rechte bzw. linke Auge des Betrachters der Schauöffnung zugewandt
ist. Die stereoskopische Anzeigevorrichtung mit dem obigen Aufbau
kann in so einem Zustand verwendet werden, dass eine Brille verwendet wird,
wodurch sich eine Vorrichtung der am Kopf befestigten Art ergibt,
bei welcher die Position des Betrachters einer engen Begrenzung
unterworfen ist.
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Es
ist vorzuziehen, dass die stereoskopische Anzeigevorrichtung mit
einer Linse oder einem Spiegel ausgestattet ist, durch welche Bilder,
die von den jeweiligen Bildlichtern, die durch die Polarisatoren
für das
rechte bzw. linke Auge hindurchgelangt sind, in virtuelle Bilder
konvertiert werden. Die Bereitstellung der Linse und des Spiegels
macht es einfacher, das stereo skopische Sehen auszuführen, und
ermöglicht es
auch, die Ermüdung
des Betrachters weiter zu verringern.
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Die
Linse und der Spiegel, die oben erwähnt sind, können aus einer Linse für beide
Augen, das linke und das rechte, oder aus einem Spiegel für beide Augen,
das linke und das rechte, gebildet sein. Mit diesem Aufbau ist die
Präzision
in der Augenabstandsanpassung nicht erforderlich. Mit anderen Worten,
es wird mit dem obigen Aufbau, wenn das rechte und linke Auge in
einem Bereich positioniert sind, in welchem die jeweiligen Bildlichter,
nachdem sie durch die Polarisatoren für das rechte bzw. linke Auge
hindurchgelangt sind, geführt
sind, das stereoskopische Sehen ausgeführt, selbst wenn die präzise Anpassung
des Augenabstands nicht ausgeführt wird.
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Die
Linse und der Spiegel, die oben erwähnt sind, können auch jeweils aus verschiedenen
Linsen und Spiegeln für
das rechte bzw. linke Auge gebildet sein. In diesem Fall wird das
stereoskopische Sehen nicht ausgeführt, wenn die Augenabstandsanpassung
nicht derart ausgeführt
ist, dass die Pupillen des rechten bzw. linken Auges jeweils mit
den entsprechenden Mittelpunkten der Linsen und der Spiegel für das rechte
bzw. linke Auge (die Mittelpunkte der Strahlengänge) mit einer vorbestimmten
Präzision übereinstimmen.
Jedoch können
mit der obigen Betriebsweise die Linsen und Spiegel verkleinert
werden und kann dadurch Gewicht eingespart werden.
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Die
Spiegel und die Linsen, mit denen die stereoskopische Anzeigevorrichtung
ausgestattet ist, können
anstelle der Polarisatoren für
das rechte bzw. linke Auge an der Bildschirmseite angeordnet sein.
In diesem Fall können
die Polarisatoren für
das rechte bzw. linke Auge so angeordnet sein, dass sie unmittelbar
vor dem jeweiligen Auge des Betrachters positi oniert sind. In diesem
Fall können
die Polarisatoren für
das linke bzw. rechte Auge so eingestellt sein, dass sie jeweils
größer als
das betreffende rechte bzw. linke Auge sind.
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Der
oben erwähnte
Bildschirm kann daher auch frei entworfen sein und keinerlei Einschränkungen
unterliegen. Im Fall der Anwendung eines Zeitmultiplexsystems kann
beispielsweise ein solcher Bildschirm verwendet werden, dass die
Bilder für
die jeweiligen rechten bzw. linken Bilder abwechselnd kontinuierlich
angezeigt werden.
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Der
Bildschirm kann eine derartige Anzeige erlauben, dass die gemeinsamen
Bilder, die in den Bildern für
das rechte bzw. linke Auge, welche auf dem Bildschirm angezeigt
werden, enthalten sind, miteinander deckungsgleich sind.
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Dies
basiert auf der folgenden Erkenntnis, welche aus der von den Erfindern
betriebenen Forschung gewonnen worden ist.
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Gemäß der von
den Erfindern betriebenen Forschung liegt eine der Ursachen für die Ermüdung des
Betrachters darin, dass die in den Bildern für das rechte bzw. linke Auge
gemeinsam enthaltenen, gemeinsamen Bilder, die in einander überlagernder Weise
auf einen Bildschirm projiziert werden, auf dem Schirm in Bezug
aufeinander verschoben (doppelt angezeigt) sind. Andererseits kann
in einem Fall, in dem die Bilder für das jeweils rechte bzw. linke Bild,
die durch Angabe eines vorbestimmten Konvergenzwinkels erzeugt worden
sind, der Betrachter den stereoskopischen Effekt selbst dann erzielen,
wenn die Position von zwei Bildern geringfügig geändert ist.
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Als
Folge daraus kann geschlossen werden, dass wenn die in den Bildern
für das
rechte bzw. linke Auge enthaltenen gemeinsamen Bilder auf einen Bildschirm
projiziert werden, falls die Positionen der gemeinsamen Bilder auf
dem Bildschirm miteinander zur Deckung gebracht werden, das stereoskopische Sehen
ermöglicht
wird und der Betrachter nicht unter Ermüdung leidet. Die Erfinder sind
nämlich
zu der Erkenntnis gelangt, dass wenn die Bilder für das rechte bzw.
linke Auge auf eine solche Weise angezeigt werden, dass die in den
Bildern für
das rechte bzw. linke Auge enthaltenen, gemeinsamen Bilder auf dem
Bildschirm miteinander zur Deckung kommen, die Ermüdung des
Betrachters unterdrückt
werden kann.
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Es
ist dabei nicht nötig,
dass die gemeinsamen Bilder sich stets miteinander in Deckung befinden,
es ist jedoch vorzuziehen, dass die Verarbeitung in Abhängigkeit
zu dem Inhalt der Bilder für
das rechte bzw. linke Auge angewendet wird. Es ist auch möglich, dass
die Umschaltung zwischen einem Zustand, in dem die gemeinsamen Bilder
miteinander zur Deckung gebracht werden, und einem solchen, in dem
dies nicht der Fall ist, annäherungsweise
erfolgt.
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Außerdem ist
die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung
dazu geeignet, auf medizinische Ausrüstungsgegenstände wie
beispielsweise ein Endoskop oder ein Mikroskop angewendet zu werden.
In Übereinstimmung
mit derartigen medizinischen Ausrüstungsgegenständen kann
im Fall der Ausführung einer
Operation unter Verwendung des Endoskops oder einer Operation unter
Verwendung eines Mikroskops die Operation auf der Grundlage eines
Videos mit dem stereoskopischen Effekt ausgeführt werden, wodurch es ermöglicht wird,
die Sicherheit der Operation zu erhöhen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Endoskop bereitgestellt, welches umfasst: eine
Videokamera, welche Bilder für
das rechte bzw. linke Auge mit einer Parallaxe für ein stereoskopisches Sehen
aufnimmt; und eine stereoskopische Anzeigevorrichtung, welche die
Bilder für
das rechte bzw. linke Auge, die von der Videokamera bereitgestellt
werden, wiedergibt, um das Ausführen
eines stereoskopischen Sehens zu ermöglichen; wobei die oben erwähnte, stereoskopische
Anzeigevorrichtung als stereoskopische Anzeigevorrichtung verwendet
wird.
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Außerdem wird
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Mikroskop bereitgestellt, welches umfasst: eine Videokamera,
welche Bilder für
das rechte bzw. linke Auge mit einer Parallaxe für ein stereoskopisches Sehen
aufnimmt; und eine stereoskopische Anzeigevorrichtung, welche die
Bilder für
das rechte bzw. linke Auge, die von der Videokamera bereitgestellt
werden, wiedergibt, um das Ausführen
eines stereoskopischen Sehens zu ermöglichen; wobei die erfindungsgemäße, stereoskopische
Anzeigevorrichtung als stereoskopische Anzeigevorrichtung verwendet
wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung erschließen sich
in umfassenderer Weise aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Perspektivansicht ist, die den Aufbau eines Endoskops gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht ist, die den inneren Aufbau einer stereoskopischen
Anzeigevorrichtung aus 1 zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem das
in 1 gezeigte Endoskop verwendet wird;
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4 eine
graphische Darstellung zur Erklärung
eines Verfahrens zum Anpassen der Positionen von Bildern für das rechte
bzw. linke Auge ist;
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5 eine
Perspektivansicht ist, welche ein modifiziertes Beispiel der in 1 gezeigten,
stereoskopischen Anzeigevorrichtung zeigt; und
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6 eine
schematische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem ein
Mikroskop gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
folgt nun eine detailliertere Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Der
Aufbau einer stereoskopischen Anzeigevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 1 bis 3 gezeigt.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, ist ein erfindungsgemäßes Endoskop
aus einem Bildtransmissionsabschnitt 10 und einer stereoskopischen
Anzeigevorrichtung 20 gebildet.
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Der
Bildtransmissionsabschnitt 10 ist so ausgelegt, dass er
von einem freigelegten Teilbereich aus in den menschlichen Körper eingeführt werden kann,
und zwar in ähnlicher
Weise wie beispielsweise ein Boroskop. Die Bildlichteinbringungsseite
des Bildtransmissionsabschnitts 10 ist mit einer nicht
gezeigten Videokamera ausgestattet. Ein Signal, welches ein Bild
darstellt, wird über
ein Kabel 12 von der Videokamera zu Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R übertragen.
Die Anzahl der in dieser Ausführungsform
vorhandenen Videokameras beträgt zwei,
die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht immer darauf beschränkt, und
diese Videokameras sind in einem Zustand in den Bildtransmissionsabschnitt 10 eingepasst,
in dem die optischen Achsen dieser Videokameras in einem Bereich
zwischen einigen Grad und einigen zehn Grad relativ zueinander geneigt
sind.
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Die
stereoskopische Anzeigevorrichtung 20 weist ein Gehäuse 1 als
Verkleidung auf. Eine Schauöffnung 23 ist
an der Vorderseite des Gehäuses 1 angeordnet
und ein Haube 24 ist dem Umfang der Schauöffnung 23 entlang
angeordnet. Außerdem
ist ein Gurt 25 um den Außenumfang des Gehäuses 1 als
Befestigungsmittel (siehe 3) angeordnet.
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Das
Paar von Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R und
ein Halbspiegel 3, der als ein Bild-Anzeigeschirm fungiert,
sind im Inneren des Gehäuses 1 angeordnet.
Polarisatoren 22L und 22R für beide Augen sind zwischen
den Halbspiegel 3 und einer Gesichtsfeldlinse 4 angeordnet.
Die Ausgabedaten der oben erwähnten
Videokameras werden jeweils als ein Bild für das rechte Auge und ein Bild
für das
linke Auge in die Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2R und 2L eingegeben.
Außerdem
ist die Gesichtsfeldlinse 4 an der Vorderseite des Gehäuses 1 angeordnet.
In dieser Ausführungsform
wird die Gesichtsfeldlinse 4 gemeinsam für das rechte
und das linke Auge verwendet. Die Gesichtsfeldlinse 4 ist
eine Linse jenes Typs, die aus dem Bild von dem Halbspiegel 3 ein
virtuelles Bild macht. Durch das Vorsehen der Gesichtsfeldlinse 4 kann
ein besser sichtbares Bild gewonnen werden.
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Die
Gesichtsfeldlinse 4 kann durch einen Spiegel 4M ersetzt
sein, welcher dieselbe Funktion wie die Gesichtsfeldlinse 4 hat.
Es ist beispielsweise der in 5 gezeigte
Aufbau anwendbar.
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Ein
Bild für
das rechte bzw. linke Auge wird auf jedem der Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R als
ein stereoskopisches Bild angezeigt. Die von diesen Bildern emittierten
Bildlichter werden durch den Halbspiegel 3 an den Betrachter
abgegeben.
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Das
Bildlicht von der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2R,
welches das Bild für
das rechte Auge anzeigt, dringt nämlich durch den Halbspiegel
hindurch, und das Bildlicht von der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2L,
welches das Bild für
das linke Auge anzeigt, wird von dem Halbspiegel reflektiert, so
dass die jeweiligen Bildlichter zu dem rechten bzw. dem linken Auge
geführt
werden. Folglich behält
die Polarisierung des Bildlichts von der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2R die
Schwingungsebene in einer der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2L inhärenten Richtung
bei, während
die Schwingungsrichtung der Polarisierung des Bildlichts von der
Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2L infolge
der Reflexion durch den Halbspiegel 3 in Bezug auf die
Schwingungsebene in der der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung 2R inhärenten Richtung
um 90° gedreht
ist. Das Bild für
das linke Auge und das Bild für
das rechte Auge stehen nämlich
in Bezug auf die Schwingungsebene der Polarisierung orthogonal zueinander
(siehe 2).
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In
der erfindungsgemäßen, stereoskopischen
Anzeigevorrichtung werden die gemeinsamen Bilder X in den Bildern
für das
rechte bzw. linke Auge, welche auf dem Halbspiegel 3 erzeugt
werden, bei dem es sich um einen Bildschirm handelt, übereinandergelagert,
und die Bilder werden jeweils auf den Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R angezeigt,
obwohl ein solcher Aufbau nicht immer erforderlich ist (siehe 4).
Ein spezifischer Mechanismus zum Positionieren der gemeinsamen Bilder
unterliegt keinerlei spezieller Beschränkung, jedoch in dieser Ausführungsform
wird die Positionierung der gemeinsamen Bilder softwaremäßig ausgeführt, indem
beide Bilder auf dem Bildschirm durch ein nicht gezeigtes Steuermittel
nach links und nach rechts verschoben werden. Die Positionsanpassung
der Bilder für
das rechte bzw. linke Auge kann beispielsweise derart ausgeführt werden,
dass ein mechanisches Bewegungsmittel, wie beispielsweise ein Zahnstangenmechanismus,
an zumindest einem der Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R angebracht ist
und dass zumindest eine der Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R physisch
nach links und nach rechts bewegt wird.
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Die
Positionsanpassung der Bilder für
das rechte bzw. linke Auge kann auch je nach Bedarf ausgeführt werden.
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Der
Betrachter, welcher das oben erwähnte Endoskop
verwendet, führt
den Bildtransmissionsabschnitt 11 in den Körper einer
Person ein, die einer Operation zu unterziehen ist, und befestigt
die stereoskopische Anzeigevorrichtung 20 mit dem Gurt 25 auf
seinem Kopf, während
er das äußere Umfeld
der Augen gegen die Haube 24 drückt, die dem Umfang der Schauöffnung 23 entlang
angeordnet ist, wie in 3 gezeigt.
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In
der Folge wird der Aufbau eines Mikroskops gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrie ben.
In dieser Ausführungsform
ist das Mikroskop mit dem Bildtransmissionsabschnitt 10 und
den Flüssigkristalleinrichtungen 2L und 2R ausgestattet, die
ein Signal von dem Bildtransmissionsabschnitt 10 wiedergeben,
um das stereoskopische Sehen auszuführen. Der Bildtransmissionsabschnitt 10 weist
beispielsweise ein Paar bildgebender Mittel, wie etwa ladungsgekoppelte
Kameras (CCD-Kameras) 11 und ein Paar Kabel 12 auf,
die jeweils mit den Anzeigegeräten 20 der
CCD-Kamera 11 verbunden sind. Eine jede der CCD-Kameras 11 ist
mit einem nicht gezeigten Linsensystem zur Bilderzeugung und Bildvergrößerung auf
dem ladungsgekoppelten Bauelement (CCD) ausgestattet, wodurch sich
ein vorbestimmter Konvergenzwinkel zwischen den CCD-Kameras ergibt.
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Der
Aufbau der stereoskopischen Anzeigevorrichtung 20 ist mit
jenem in dem oben beschriebenen Endoskop identisch, und das Paar
von Kabeln 12 ist mit den Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen 2L und 2R innerhalb
des Anzeigegeräts 20p verbunden, um
dadurch gleichermaßen
die Bilder für
das rechte und das linke Auge wiederzugeben.
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Wie
weiter oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
die stereoskopische Anzeigevorrichtung geschaffen werden, welche
es jedermann ermöglicht,
das stereoskopische Sehen auszuführen,
welche selbst bei einer Verwendung über einen längeren Zeitraum hinweg zu keiner übermäßigen Ermüdung führt, und
welche geringe Abmessungen aufweist. Die vorangehende Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgte zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken.
Sie ist nicht als erschöpfende
Beschreibung gedacht und soll die Erfindung auch nicht auf die präzise, offenbarte
Form einschränken,
und es sind im Lichte der obigen Lehre zahlreiche Modifikationen
und Variationen möglich
bzw. können
diese aus der Ausübung
der Erfindung gewonnen werden. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und
beschrie ben, um die Grundprinzipien der Erfindung und deren praktische
Anwendung zu erklären,
so dass der Fachmann in der Lage ist, die Erfindung in verschiedenen
Ausführungsformen
und mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, die für den konkret erwogenen
Verwendungszweck geeignet sind. Der Umfang der Erfindung soll durch
die der vorliegenden Beschreibung beigefügten Patentansprüche definiert sein.