2013年2月27日

科學玩具-視覺-立體觀察器(3D Viewer)原理


自製3D Viewer第二代的設計則是改善了光源不足的缺點,這是很重要的躍進建議
左右不要有會遮住光線的摺疊邊框,甚至是靠近圖片上方的紙板拿掉也行

但是3D Viewer或望遠鏡原本就沒有以配不配戴眼鏡為設計前提,不是嗎?當我摘下眼鏡看原版的3D Viewer反而是模糊的,完全無法對焦。但The amazing card原版的立體圖片觀察器對於近視的我來說,帶上眼鏡卻可以正常觀看。

反而是裸視(也就是不戴眼鏡)的話就必須利用觀察器上的折痕,將圖片以壓近目鏡的方式才能清楚觀察。正常眼睛的裸視應該與矯正過後配戴眼鏡的觀看結果是相近的,因為目的都是要在視網膜上成像。

也就是說,在視力正常的狀況下,眼睛明視的距離比較遠,看的距離就比較遠,當做是物體的相片(或圖片)就可以擺得離透鏡遠一些,也因此使得物體接近了透鏡焦點,形成較大較遠的正立虛像。
圖片也換成容易觀察的照片,解析度比列印或影印的圖案好太多
而且只要眼睛一湊上去,就是觀察成功的保證
而且增加了可以隨時抽換觀察圖片的插槽,也就是想看什麼就換什麼,沒有限制

當凸透鏡的焦距長,相片(或圖片)就比較容易在焦點內。在焦距範圍內,物體離焦點遠時(也就是遠離透鏡),眼睛就會看到稍小但比較近的正立放大虛像,所以不戴眼鏡時,看這樣的虛像是沒有問題的。戴著眼鏡時,可以辨識的距離變得大且遠,因此這時候的相片(或圖片)就必須擺得遠一點,讓相片(或圖片)靠近焦點,以形成較遠且較大的正立虛像。
當物體離凸透鏡較近時,所形成的放大正立虛像就會稍小,像的距離也比較近
當物體離凸透鏡較遠時,所形成的放大正立虛像就會稍大,像的距離也比較遠

但是摘下眼鏡後,就回復到近視的狀況,這時的我只能觀看近物,所以相片(或圖片)必須靠近目鏡才行。而這個動作也會使得正立虛像形成在離觀察者近一些的距離,但是觀察到的圖形略小。

若是凸透鏡的焦距短,相片(或圖片)在移動的時候就要更加小心,因為像的大小與遠近變化會稍微劇烈些。雖然觀察物同樣是在焦距的範圍內,但是短焦距的透鏡所形成的虛像是較為適合近視的人來觀察的,正常視力的人則必須將觀察物拉離透鏡才能清楚看到清晰的圖樣。那遠視眼(或老花眼)的人呢?要是他的明視距離大於虛像成像的最大距離時,那怎麼看都會是模糊一片的。

反倒是紙製望遠鏡改裝的立體圖片觀察器對於近視的我來說,不帶眼鏡卻是可以正常觀看的,而戴眼鏡的話反而是模糊不清。所以這證明了兩組觀察器上的目鏡上的焦距長短是不同的,紙製望遠鏡的凸透鏡焦距大約是10cm,而原版的立體圖片觀察器(The amazing card)凸透鏡焦距較10cm為短。

圖片彼此間距或是凸透鏡與圖片間的距離,都要依透鏡焦距而定,所以如何讓觀察聚焦是很重要的。鏡片焦距不同,圖案間距、鏡與圖間距都需要調整,所以摺痕扮演了非常重要的關鍵。掌握這些原則後,透過自製的3D Viewer觀察米奇照片也不需要用鬥雞眼(交叉法),直接放上去馬上就看得出效果了。

那……凹透鏡怎麼辦?我研發的方法是用雙眼看單邊的凹透鏡,眼睛不需靠近鏡片,隔一段距離,也可以看出立體圖,其實這個動作就已經強迫觀察者使用交叉法,只不過觀察物變小而已。

後續的操作方法很簡單,電腦螢幕固定,將米奇圖片放大300%~400%,以因應凹透鏡的縮小。觀察者離螢幕約75cm(但此項參數隨圖片放大比例而更動),單手拿凹透鏡在螢幕與觀察者之間移動,調整最佳距離即可觀察。

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