УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2001 года по МПК G02B27/26 

Изобретение относится к технике показа стереоскопических изображений и может быть применено при демонстрации стереоскопических фильмов, например в стереотелевидении, управляющих системах, компьютерной технике (САПР, игровые программы), в таких областях, как производство, образование, медицина, авиация и космонавтика, а также для создания тренажеров, максимально приближенных к реальным условиям. В физике и математике данное устройство может быть применено для моделирования процессов в реальном времени, в химии - для визуального моделирования сложных химических формул и т.д.

Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями.

Из литературы [1] известно устройство демонстрации стереоскопических изображений, в котором для раздельного наблюдения правым и левым глазом соответственных стереоизображений используется качающийся обтюратор, который выполнен с возможностью поочередного закрытия правого и левого глаз наблюдателя путем изменения положения качающейся заслонки (обтюратора). Обтюратор соединен с механическим приводом, сообщающим ему колебательные движения, и посредством схемы управления синхронизирован с частотой вывода кадров на экран, которые проецируются поочередно и последовательно. Устройство снабжено простейшей оптической системой, представляющей собой две пары диафрагм прямоугольной формы, и служит своеобразными очками, используемыми индивидуально каждым наблюдателем.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для демонстрации стереоскопических изображений [2], в котором стереоскопические изображения отображаются поочередно и последовательно на общей поверхности экрана. Изображения разделены для наблюдения правым и левым глазом соответственно при помощи оптической системы, включающей в себя однородные неподвижные поляризаторы, работающие совместно с одной или более жидкокристаллическими (ЖК) ячейками, действующими как оптически активные элементы с электрическим управлением, переключаемые с частотой смены изображений. В устройство входят также выходные поляризационные фильтры (анализатор изображения), которые либо самостоятельно либо совместно с другими частями оптической системы составляют очки, надеваемые каждым наблюдателем.

Прототипу свойственны следующие недостатки
1. Для просмотра стереоизображений наблюдателя необходимо снабжать специальными очками, что представляет для него определенное неудобство и снижает эффект присутствия в демонстрируемом сюжете.

2. Устройство индивидуально, что затрудняет демонстрацию сюжета массовому зрителю или влечет за собой необходимость изготовления устройств на всю аудиторию.

3. Если оптическая система полностью смонтирована в очках наблюдателя, то кроме перечисленных выше неудобств возникают дополнительные: для одновременного управления всеми устройствами необходима система связи жидкокристаллических ячеек со схемой синхронизации кадров. При проводной связи массовый показ стереоизображений становится весьма затруднительным, а беспроводная связь требует размещения источников энергии непосредственно в очках наблюдателя, что при наличии приемника сигнала и декодирующего устройства делает их излишне громоздкими, неудобными и дорогостоящими.

Задача настоящего изобретения состоит в достижении эффекта безочкового стереовидения у массовой аудитории путем изменения модулирующей и выходной частей оптической системы.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для демонстрации стереоскопических изображений, поочередно и последовательно отображаемых на общем экране и разделенных для обозрения левым и правым глазом наблюдателя с помощью оптической системы, включающей в себя однородные поляризаторы, жидкокристаллические ячейки, действующие как оптически активные элементы с электрическим управлением, и анализатор изображений, ячейки разделены на чередующиеся по горизонтали секции, объединенные через одну не менее чем в две группы с раздельным управлением, а анализатор образован примыкающими друг к другу чередующимися по горизонтали полосками поляризаторов со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации.

В данном изобретении, так же как и в прототипе, стереоскопические изображения подаются поочередно и последовательно на общую поверхность. Изображения разделяются для обозрения правым и левым глазами наблюдателя при помощи оптической системы, состоящей из однородных неподвижных поляризаторов и ЖК ячеек, действующих как оптически активные элементы с электрическим управлением, и анализатора изображений. В отличие от прототипа ЖК ячейки заявляемого устройства разделены на чередующиеся по горизонтали секции, объединенные через одну не менее чем в две группы с раздельным управлением. Анализатор изображений образован примыкающими друг к другу чередующимися по горизонтали полосками поляризаторов со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства в момент демонстрации стереоскопического изображения, предназначенного для левого глаза наблюдателя.

На фиг. 2 изображена та же схема, только в момент демонстрации изображения для правого глаза.

На фиг. 3 представлен другой вариант исполнения устройства, отличающийся порядком расположения его элементов.

Устройство (фиг. 1) состоит из экрана 1, оптической системы, включающей в себя однородный поляризатор 2, работающий совместно с секционированными ЖК ячейками 3, секции которых объединены в две группы с раздельным управлением. Нечетные секции 4 объединены в первую группу, контролируемую схемой управления 5, а четные 6 - во вторую группу, контролируемую схемой управления 7. За оптической системой расположен поляризационный анализатор 8, состоящий из примыкающих друг к другу нечетных 9 и четных 10 полос поляризаторов со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации.

Возможен другой вариант исполнения устройства, который изображен на фиг. 3. В этом случае перед экраном 1 расположен анализатор изображения 8, следом за ним находится оптическая система, состоящая из ЖК секций 4,6 и однородного поляризатора 2. Принцип работы устройства аналогичен описанному выше и не зависит от варианта исполнения устройства.

Работу устройства рассмотрим на примере одного из вариантов его исполнения (фиг. 1). Свет от экрана 1 поляризуется при прохождении через однородный поляризатор 2. Плоскость поляризации света в зависимости от того, на какую из групп ячеек подан сигнал управления, поворачивается на 90^o либо нечетными секциями 4 жидкокристаллических ячеек, либо четными 6, в результате чего свет представляет собой чередующиеся полосы со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации. При выводе на экран 1 изображения, предназначенного для просмотра левым глазом, управляющий сигнал подается на нечетные секции 4 жидкокристаллических ячеек оптической системы, вследствие чего они не меняют исходную (заданную однородным неподвижным поляризатором) ориентацию плоскости поляризации света. Нечетные секции 4 ЖК ячеек поворачивают плоскость поляризации проходящих через них пучков света. Для сепарации (раздельного рассматривания) стереографических изображений и разделения их по зонам зрения правого и левого глаз наблюдателя на определенном расстоянии от ЖК ячеек расположен анализатор 8, состоящий из чередующихся по горизонтали полосок 9, 10 поляризаторов со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации. Шаг полосок анализатора 8 по горизонтали согласован с шагом чередования секций 3 ЖК ячеек. Поляризованное описанным выше образом стереоскопическое изображение левого кадра, рассматриваемое через анализатор 8, может быть видно только из определенных зон зрительного пространства, в которых границы полос поляризации изображения совпадают с границами одноименных полосок анализатора. Эти зоны (зоны левого глаза) находятся в плоскости, пересекающей все зрительное пространство. Так как правый глаз наблюдателя 12 не попадает ни в одну из этих зон, на время демонстрации левого кадра закрывается зрительный канал правого глаза. При подаче управляющего сигнала на четные секции 6 жидкокристаллических ячеек закрывается канал зрения левого глаза 11, а канал правого глаза 12 открывается. Таким образом поочередная и последовательная подача левых и правых изображений, а также способность заявляемого устройства разделить их по зонам видимости соответственного глаза наблюдателя создает у зрителя иллюзию объемности демонстрируемой картины.

Свет от экрана 1 попадает на поляризатор 2, который превращает световой поток экрана в линейно поляризованный свет. Условно ориентация плоскости поляризации света по прохождению поляризатора 2 показана стрелкой на фиг. 1. Во время демонстрации левого кадра схема управления 5 отключена и на нечетные секции 4 жидкокристаллических ячеек не подается управляющий сигнал. Вследствие этого нечетные секции 4 поворачивают плоскость поляризации проходящего через них света на 90^o. На четные секции 6 от схемы управления 7 подается сигнал, разрушающий структуру жидкого кристалла. За счет этого начальная ориентация плоскости поляризации света, заданная входным поляризатором 2, не изменяется. Ориентация плоскости поляризации света, прошедшего через секции жидкокристаллических ячеек во время демонстрации левого кадра, условно показана направлением стрелок на соответствующих секциях. Расстояние между жидкокристаллическими ячейками 3 и поляризационным анализатором 8, а также периодичность расположения секций 4, 6 и пластин поляризатора 9, 10 подбираются таким образом, чтобы для левого 11 и правого 12 глаз наблюдателя границы стыка пластин 9, 10 анализатора 8 совпадали с границами раздела секций 4, 6 жидкокристаллических ячеек 3.

Предлагаемое решение обладает следующими преимуществами:
- нет необходимости в устройствах, надеваемых на глаза;
- оно предоставляет возможность демонстрировать стереоскопические изображения аудиторно, то есть для множества зрителей одновременно:
- так как зрители не снабжаются индивидуальными устройствами для просмотра стереоскопических изображений, то данное изобретение позволяет расширить область применения устройства, то есть увеличивать количество зрителей без каких-либо дополнений к самому устройству, а также к обслуживающей его схеме управления.

Источники информации
1. Н.А. Валюс. Стереоскопия, Издательство АН СССР, М. 1962, стр. 89.

2. Derek Hubert Mash, William Alder Crossland, Joseph Hewigan Morrissy, Patent "Improvement in or relating to stereoscopic display device". Great Britany, Application N 46259/74, 1448520.

Использование: при демонстрации стереоскопических фильмов, например в стереотелевидении, управляющих системах, компьютерной технике, в таких областях, как производство, образование, медицина, авиация и космонавтика, а также для создания тренажеров, максимально приближенных к реальным условиям. Сущность изобретения: устройство включает в себя однородные поляризаторы, жидкокристаллические ячейки, действующие как оптически активные элементы с электрическим управлением, и анализатор изображений. Ячейки разделены на чередующиеся по горизонтали секции, объединенные через одну не менее чем в две группы с раздельным управлением. Анализатор образован примыкающими друг к другу, чередующимися по горизонтали полосками поляризаторов со взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации. Техническим результатом изобретения является достижение эффекта безочкового стереовидения у массовой аудитории путем изменения модулирующей и выходной частей оптической системы. 3 ил.

Устройство для демонстрации стереоскопических изображений, поочередно и последовательно отображаемых на общем экране и разделенных для обозрения левым и правым глазом наблюдателя с помощью оптической системы, включающей в себя однородные поляризаторы, жидкокристаллические ячейки, действующие как оптически активные элементы с электрическим управлением, и анализатор изображений, отличающееся тем, что ячейки разделены на чередующиеся по горизонтали секции, объединенные через одну не менее чем в две группы с раздельным управлением, а анализатор образован примыкающими друг к другу, чередующимися по горизонтали полосками поляризаторов с взаимно ортогональной ориентацией плоскости поляризации.