Изобретение относится к персональным устройствам для просмотра стереоскопических изображений, в частности к устройствам, предназначенным для просмотра статических и динамических стереоскопических изображений, представляемых видеодисплейным средством в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару.
Наиболее простыми устройствами для персонального просмотра статических стереоскопических изображений, представленных в виде пространственно разделенных двух изображений стереопары, являются стереоскопы - устройства для просмотра статических стереоизображений, представленных в виде стереопары левого и правого фотоснимков на прозрачном слайде, фотографии или печатном оттиске (заявка на патент Франции FR 2732778 A1, МПК 6 G 02 В 27/22, опубл. 11.10.96; патент США № 5,499,136 от 12 марта 1996 г., МПК 6 G 02 В 27/22; патент США № 6456433 от 24 сентября 2002 г., МПК 7 G 02 В 27/22; патент США № 6,487,013 от 26 ноября 2002 г., МПК 7 G 02 В 27/22; патент США № 5384655 от 24 января 1995 г., МПК 6 G 02 В 27/24). Фотоснимки стереопары должны быть получены с двух точек и перекрываться между собой, что обеспечивает передачу объектов в соответствии с тем, как их раздельно видит левый и правый глаза зрителя. Все стереоскопы устроены с расчетом такого отклонения лучей от наблюдаемых на снимках общих точек изображений объектов, что последние при направлении лучей в глаза зрителя воспринимаются им совмещенными. В одних случаях для этого используются соответственно смонтированные отражательные зеркала (FR 2732778 A1), в других - линзы (патенты США № 5499136 и 6456433), в третьих - призмы (патент США № 6487013). В заявке на патент Франции 2732778 (складной стереоскоп для просмотра стереопарных снимков в печатной продукции) использованы две пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями, которые установлены между левым и правым изображениями стереопары и левым и правым визирными отверстиями, за которыми при просмотре располагаются глаза зрителя. Пары зеркал и визирные отверстия размещены на складной несущей раме.
Общими признаками с заявляемым устройством во всех его вариантах является наличие двух пар зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями, которые установлены на несущей раме и при просмотре стереоизображений располагаются перед одним и другим изображениями стереопары для обеспечения их направления в глаза зрителя.
В патенте США № 5499136 (стереографическая книга) складной стереоскоп содержит устанавливаемые перед глазами зрителя левую и правую линзы, за которыми размещен блок стереопарных снимков, выполненных в виде левого и правого изображений и установленных центрами на продолжении оптических осей линз. Стереопарные снимки в нижней части скреплены между собой как страницы книги, что позволяет рассматривать значительное количество снимков путем перелистывания страниц.
Другая стереографическая книга (патент США № 6456433) также представляет собой стереоскоп, содержащий левую и правую линзы, установленные на несущей раме с возможностью подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя. На продолжении оптических осей линз перпендикулярно им установлены стереопарные снимки, выполненные в виде левого и правого изображений. Стереоскоп позволяет рассматривать серию стереопарных снимков, отпечатанных на странице один над другим, путем перемещения страницы перед линзами.
Общими признаками стереоскопов по патентам США № 5499136 и № 6456433 с заявляемым устройством во всех его вариантах является использование линз, устанавливаемых перед глазами зрителя.
Использование линз обеспечивает возможность получения увеличенных мнимых стереоизображений, т.е. изображений, которые (в отличие от реального объемного изображения) в восприятии зрителя приближены к нему, что увеличивает угол обзора стереоизображений и усиливает эффект присутствия зрителя в рассматриваемой обстановке.
Областью использования упомянутых выше стереоскопов является просмотр стереопарных снимков небольших размеров, что позволяет пользователю создавать коллекции таких снимков, занимающие небольшой объем. Общим их недостатком является непригодность для реализации возможности просмотра мнимых стереоскопических изображений на больших экранах мониторов компьютеров и телевизоров с высокой разрешающей способностью и большим углом обзора.
Развитие телевизионной и компьютерной техники открыло новые широкие возможности для получения и просмотра стереоскопических изображений как статических, так и динамических, отображаемых видеодисплейными средствами.
Известность получили стереоскопические дисплейные системы, в которых поочередно отображаемые во весь экран изображения стереопары проходят через коммутируемые поляризаторы, поочередно поворачивающие плоскость поляризации одного изображения стереопары на 90° по отношению к другому изображению. Зритель использует поляризационные очки, в которых плоскость поляризации для каждого глаза совпадает с плоскостью поляризации предназначенного для него изображения (патенты США № 4772943 от 20 сентября 1988 г., МПК 4 Н 04 N 13/00; № 4870486 от 26 сентября 1989, МПК 4 Н 04 N 13/00; № 4877307 от 31 октября 1989, МПК 4 G 02 В 27/26, Н 04 N 13/00; № 5933127 от 3 августа 1999 г., МПК 6 G 09 G 3/36). Нашли достаточно широкое применение стереоскопические системы с затворными очками, в которых поочередно отображаемые видеодисплейным средством изображения для правого и левого глаза синхронизированы с работой быстродействующих жидкокристаллических заслонок на очках, благодаря чему в глаза попадают только предназначенные для них изображения стереопары (заявка на патент РФ № 94031134, опубл. 10 июня 1996, МПК 6 Н 04 N 13/00; патент США № 5757546 от 26 мая 1998, МПК6 G 02 В 27/22, Н 04 N 9/47; Н 04 N 13/00; патент США № 6456432 от 24 сентября 2002 г., МПК7 G 02 В 27/26, Н 04 N 15/00, Н 04 N 13/04).
Перечисленные стереоскопические видеодисплейные системы обеспечивают как индивидуальный, так и коллективный просмотр стереоизображений (с индивидуальными у каждого зрителя поляризационными или жидкокристаллическими затворными очками), однако их недостатком является быстрая утомляемость зрителей вследствие коммутационных эффектов, связанных с последовательной передачей изображений стереопары.
Из персональных устройств для просмотра статических и динамических стереоскопических изображений, представленных видеодисплейным средством в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару, известность получили устройства, которые выполнены в виде носимых на голове шлемов. В шлеме установлены два раздельных дисплея, отображающих изображения стереопары соответственно для левого и правого глаза, при этом дисплеи установлены непосредственно перед глазами, либо отображаемые ими изображения направлены к глазам с помощью увеличительных линз или/и зеркал (патенты США № 4310849 от 12 января 1982 г., МПК 3 Н 04 N 9/58; патент США № 5034809 от 23 июля 1991 г., МПК 5 Н 04 N 13/00; патент США № 5106179 от 21 апреля 1992 г., МПК 5 G 02 С 1/00; патент США № 5129716 от 14 июля 1992 г., МПК 5 G 02 С 7/14; патент США № 5276471 от 4 января 1994 г., МПК 5 G 02 С 5/22; патент США № 5347400 от 13 сентября 1994 г., МПК 5 G 02 В 7/02; патент США № 5825340 от 20 октября 1998 г., МПК 6 G 09 G 5/00; патент США № 5880773 от 9 марта 1999 г., МПК 6 H 04 N 7/18). В перечисленных патентах дисплейное средство (два раздельных дисплея) представляет стереоскопическое изображение в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных левого и правого изображений, образующих стереопару.
Известна также стереоскопическая телевизионная система (патент США №4523226 от 11 июня 1985 г., МПК 3 H 04 N 9/54), в которой стереоскопическое изображение представлено на экране видеодисплейного средства в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных верхнего и нижнего изображений, образующих стереопару. Для получения в восприятии зрителя стереоизображения с форматом (отношение высоты к ширине), равным формату всего экрана (обычно 3:4), верхнее и нижнее изображения стереопары сжаты по вертикали вдвое. Для раздельного восприятия верхнего и нижнего изображений соответствующими глазами зрителя используются поляризаторы с взаимно ортогональными осями поляризации, установленные на верхнем и нижнем полях экрана и перед глазами зрителя. Восстановление нормальной пропорции сжатых изображений достигается использованием призм (фиг.12А, 12В и соответствующее описание к патенту). Однако использование поляризаторов приводит к сильному поглощению света, излучаемого экраном, и к нарушению цветопередачи, а призмы искажают изображение вследствие разложения света на спектр.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению во всех его вариантах является персональный видеопросмотровый аппарат, описанный в упомянутом патенте США № 5034809 (фиг.7(b) - 10 и соответствующее описание) - прототип. Этот аппарат имеет дисплейное средство в виде двух жидкокристаллических дисплеев для показа изображений, которые должны быть обозреваемыми соответственно левым и правым глазами, пару увеличительных линз для левого и правого глаз соответственно и оправу (несущую раму) для крепления дисплеев и увеличительных линз на голове зрителя так, чтобы левое и правое виртуальные изображения, сформированные увеличительными линзами, при просмотре изображений на экране дисплеев левым и правым глазами совмещались друг с другом, делая возможным стереоскопическое видение. В аппарате, представленном в указанном патенте США на фиг.7(b) - 10, дисплеи расположены выше глаз зрителя, а по обе стороны линз размещены пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями, которые обеспечивают направление оптических осей изображений стереопары от дисплеев в глаза зрителя. Нижние зеркала пар зеркал выполнены полупрозрачными, что позволяет зрителю видеть окружающую обстановку и просматривать изображения во время ходьбы.
Общими признаками прототипа, совпадающими с заявляемым изобретением по первому варианту, являются его назначение - устройство для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары левого и правого изображений, наличие левой и правой увеличительных линз, расположенных между глазами зрителя и дисплейным средством, наличие левой и правой пар зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущей рамы.
Общими признаками прототипа с заявляемым изобретением по второму и третьему варианту являются назначение - устройство для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары изображений, одно из которых предназначено для просмотра левым глазом, а другое - правым глазом, наличие левой и правой увеличительных линз, расположенных между глазами зрителя и дисплейным средством, наличие левой и правой пар зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущей рамы.
Однако устройство-прототип не предназначено для просмотра стереоизображений, представленных в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару, на экранах мониторов компьютеров и телевизоров.
Недостатками прототипа являются: низкая четкость изображения, вызванная малыми размерами дисплеев, малый угол обзора (в среднем 30°) вследствие ограничений шлемной конструкции и невозможность его регулировки, утомляемость зрителя из-за весовой нагрузки установленного на голове аппарата, особенно на нос, лоб и щеки.
Заявляемая группа изобретений решает задачу создания персонального устройства для просмотра статического или динамического стереоскопического изображения, представляемого стандартным видеодисплейным средством с большим экраном (монитором компьютера или телевизором) в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару, с высокой четкостью, большими углами обзора и возможностью выбора зрителем этого угла обзора. Другой решаемой задачей является выполнение этого устройства в виде откидной и/или легкосъемной приставки, устанавливаемой на видеодисплейном средстве или перед ним, что обеспечивает универсальность использования стандартных дисплейных средств как для просмотра стереоскопических изображений, так и по обычному назначению для просмотра моноизображений. Кроме того, изобретение решает задачу исключения утомляемости зрителя вследствие ношения на голове видеопросмотрового устройства.
В варианте 1 группы изобретений устройство обеспечивает просмотр стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары левого и правого изображений. В этом варианте формат стереоскопического изображения (отношение высоты к ширине) при полном использовании экрана формата 3:4 составляет 3:2, а для экрана формата 9:16 составляет 9:8. В варианте 2 группы изобретений устройство обеспечивает просмотр стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары с расположением изображений одно над другим. В этом варианте формат стереоскопического изображения при полном использовании экрана составляет 1,5:4 для экрана с форматом 3:4 и 4,5:16 для экрана с форматом 9:16. В последнем случае обеспечивается возможность получения широкоформатных стереоизображений. В варианте 3 группы изобретений устройство является универсальным и обеспечивает возможность установки модулей для просмотра стереоскопических изображений, отображаемых видеодисплейным средством как в виде стереопары левого и правого изображений, так и в виде стереопары расположенных одно над другим изображений с вышеуказанными для варианта 1 и варианта 2 форматами изображений при полном использовании экрана.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением (его вариантами), состоит в:
- создании технических средств, обеспечивающих индивидуальный просмотр статических и динамических стереоскопических изображений, представляемых видеодисплейным средством в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару, на больших экранах стандартных мониторов компьютеров или телевизоров; при этом устройства по первому варианту изобретения обеспечивают просмотр стереоизображений, отображаемых в виде стереопары левого и правого изображений, устройства по второму варианту изобретения обеспечивают просмотр стереоизображений, отображаемых в виде стереопары с расположением изображений одно над другим, а устройства по третьему варианту изобретения - просмотр тех и других стереоизображений;
- обеспечении возможности просмотра этих стереоизображений с высокой четкостью; пример: четкость составляет 655360 элементов (пикселей) как для правого, так и для левого изображений стереопары при просмотре стереоизображений на стандартном жидкокристаллическом дисплее компьютера с диагональю 19 дюймов; в устройстве-прототипе с жидкокристаллическими дисплеями даже высокой четкости изображение характеризуется 123200 элементами изображения из-за малых размеров дисплея (1,5 дюйма), определяемых расстоянием между осями глаз; высокая четкость изображения позволяет разглядывать мелкие детали изображения и создает эффект естественности рассматриваемой обстановки;
- обеспечении возможности просмотра стереоскопических изображений с большими углами обзора, что достигается за счет приближения большого экрана к глазам зрителя и использования системы линз и зеркал для фокусировки глаз на отображаемое изображение; в устройствах по изобретению угол обзора составляет 45-60 градусов при просмотре стереопары в виде правого и левого изображений и 80-95 градусов и более при просмотре стереопары с расположением изображений одно над другим, в то время как в устройстве-прототипе угол обзора составляет в среднем 30 градусов; это создает эффект виртуальных просторов и присутствия зрителя в рассматриваемой обстановке;
- обеспечении возможности изменения угла обзора рассматриваемого стереоскопического изображения по желанию зрителя за счет приближения просмотрового устройства к экрану дисплейного средства или удаления от него; - в прототипе эта возможность отсутствует из-за жесткой фиксации в шлеме расстояния между дисплеями и глазами зрителя;
- исключении утомляемости зрителя, вызываемой размещением на голове видеопросмотрового устройства, и в высокой комфортности просмотра стереоизображения благодаря отсутствию необходимости фиксации оптических осей глаз на оптических осях линз, что достигается использованием линз больших диаметров;
- обеспечении универсальности использования видеодисплейных средств как для просмотра стереоскопических изображений, так и по обычному назначению благодаря простоте установки устройств по изобретению перед экраном дисплейного средства и легкого их удаления.
Сущность заявляемого изобретения в его первом варианте выражается в следующей совокупности существенных признаков, обеспечивающей получение технического результата во всех формах его выполнения:
- устройство для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары левого и правого изображений, включающее расположенные между левым и правым глазами зрителя и дисплейным средством левую и правую увеличительные линзы, левую и правую пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущую раму, отличающееся от прототипа тем, что линзы расположены между глазами и парами зеркал, левая и правая пары зеркал установлены перпендикулярно и симметрично по отношению к плоскости оптических осей линз и зеркально симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии линз, ортогональной к упомянутой плоскости, при этом зеркала каждой пары расположены так и ориентированы под такими углами, что левое и правое изображения стереопары, отображаемые видеодисплейным средством, оказываются спроецированы соответственно на левое зеркало левой пары и правое зеркало правой пары, от них отражены соответственно на правое зеркало левой пары и левое зеркало правой пары, от которых, в свою очередь, отображены через соответственно левую и правую линзы в левый и правый глаза зрителя, при этом в левый глаз направлено левое изображение стереопары, отображаемое на экране видеодисплейного средства и соответствующее мнимому изображению, находящемуся на виртуальном расстоянии от левого глаза, а в правый глаз направлено правое изображение стереопары, отображаемое на экране дисплейного средства и соответствующее мнимому изображению, находящемуся на виртуальном расстоянии от правого глаза, и когда левый и правый глаза конвергированы на угол конвергенции, соответствующий углу, определенному упомянутой виртуальной дистанцией изображения, зрителю становится возможным стереоскопическое видение изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары левого и правого изображений.
В важном частном случае воплощения заявляемого устройства по первому варианту отличие от прототипа состоит в том, что несущая рама выполнена в форме короба с параллельными верхним и нижним основаниями, внутри которого перпендикулярно этим основаниям установлены левая и правая пары зеркал, а на торце, обращенном к зрителю, установлены увеличительные линзы.
Другое отличие этого частного случая воплощения заявляемого устройства состоит в том, что увеличительные линзы установлены на торце, обращенном к зрителю, с возможностью перемещения для подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя.
Другой формой воплощения устройства по первому варианту изобретения является устройство, отличающееся от прототипа тем, что увеличительные линзы и соответствующие им пары зеркал выполнены в виде одинаковых оптических модулей с фиксированным взаимным расположением линз и зеркал, при этом левый и правый модули установлены на несущей раме с поворотом одного из модулей на 180° вокруг оси его увеличительной линзы по отношению к другому.
В частном случае реализации этой последней формы воплощения устройства по первому варианту изобретения отличие состоит в том, что модули установлены на несущей раме с возможностью горизонтального перемещения для подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя.
В конкретных реализациях устройства по первому варианту изобретения, характеризующихся как признаками, общими для всех форм его выполнения, так и признаками во всех вышеперечисленных частных случаях реализации, отличие от прототипа состоит в том, что линзы имеют диаметр, равный от 0,5 до 1,0 расстояния между оптическими осями линз. Альтернативой этому отличию является реализация, отличающаяся тем, что линзы имеют диаметр, больший 1,0, но меньший 1,3 от расстояния между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними.
В частных случаях воплощения заявляемого устройства по первому варианту изобретения отличие от прототипа состоит в том, что каждое зеркало левой и правой пар выполнено трапецеидальной формы с размерами, обеспечивающими восприятие зрителем изображений с границами, соответствующими каждому изображению стереопары, и исключающими изображения за пределами этих границ.
Важной формой реализации устройств по первому варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что оно снабжено хомутом для крепления на видеодисплейном средстве, состоящим из верхней горизонтальной планки и боковых вертикальных планок, содержащих элементы крепления на корпусе видеодисплейного средства, при этом несущая рама устройства установлена на прямоугольном каркасе, который соединен с хомутом с помощью сочлененных планок, снабженных пазами и элементами фиксации, обеспечивающими возможность установки устройства в положении, при котором плоскость оптических осей линз проходит через центр экрана видеодисплейного средства, возможность изменения расстояния между устройством и экраном видеодисплейного средства, а также возможность перемещения устройства в положение над видеодисплейным средством в нерабочем состоянии.
Частным случаем этой последней важной формы реализации является устройство, отличающееся тем, что верхняя горизонтальная планка хомута для крепления к видеодисплейному средству и прямоугольный каркас выполнены раздвижными для подстройки под размер корпуса видеодисплейного средства.
Альтернативным решением задачи установки заявляемого устройства перед экраном видеодисплейного средства для устройств по первому варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением, содержащим располагаемое на столе под дисплейным средством основание, имеющее на боковых краях направляющие втулки, в которые вставлены с возможностью изменения расстояния до экрана опорные стойки, а на стойках установлена с возможностью регулировки вертикального положения несущая рама устройства.
Сущность заявляемого изобретения в его втором варианте выражается в следующей совокупности существенных признаков, обеспечивающей получение технического результата во всех формах выполнения этого варианта:
- устройство для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде стереопары изображений, одно из которых предназначено для просмотра левым глазом, а другое - правым глазом, включающее расположенные между левым и правым глазами зрителя и дисплейным средством левую и правую увеличительные линзы, левую и правую пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущую раму, отличающееся от прототипа тем, что для просмотра стереопары с расположением изображений одно над другим линзы установлены между глазами и парами зеркал, причем расположение и угловая ориентация зеркал одной пары выбраны такими, что оптическая ось верхнего изображения стереопары направлена через соответствующую ей линзу в один глаз зрителя, а расположение и угловая ориентация зеркал другой пары аналогично выбраны такими, что оптическая ось нижнего изображения стереопары через соответствующую ей линзу направлена в другой глаз зрителя, при этом в один глаз направлено верхнее изображение стереопары, отображаемое на экране видеодисплейного средства и соответствующее мнимому изображению, находящемуся на виртуальном расстоянии от этого глаза, а в другой глаз направлено нижнее изображение стереопары, отображаемое на экране видеодисплейного средства и соответствующее мнимому изображению, находящемуся на виртуальном расстоянии от этого другого глаза, и когда оба глаза конвергированы на угол конвергенции, соответствующий углу, определенному упомянутой виртуальной дистанцией изображения, зрителю становится возможным стереоскопическое видение изображения, отражаемого видеодисплейным средством в виде стереопары верхнего и нижнего изображений.
В важном частном случае выполнения заявляемого устройства по второму варианту изобретения отличие от прототипа состоит в том, что оптические оси, исходящие от верхнего и нижнего изображений стереопары и проходящие через соответствующие пары зеркал и линзы, лежат в вертикальных плоскостях, при этом пары зеркал установлены перпендикулярно указанным вертикальным плоскостям под углами, обеспечивающими направление оптических осей соответственно верхнего и нижнего изображений стереопары в левый и правый глаза зрителя.
Конкретная форма реализации устройства по второму варианту изобретения отличается от прототипа тем, что увеличительные линзы и соответствующие им пары зеркал выполнены в виде одинаковых оптических модулей и установлены на раме с поворотом одного из модулей по отношению к другому на 180° вокруг оси его увеличительной линзы так, что модули повернуты в противоположные стороны на 90° по отношению к плоскости оптических осей линз.
Частным случаем реализации такого устройства с одинаковыми оптическими модулями является устройство, отличающееся от прототипа тем, что модули соединены цилиндрическим шарниром, вмонтированным в несущую раму с возможностью изменения угла между вертикальными плоскостями оптических осей модулей.
Конкретным случаем реализации вышеперечисленных устройств по второму варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что линзы имеют диаметр, равный от 0,5 до 1,0 расстояния между оптическими осями линз. Альтернативой этого конкретного случая реализации является устройство, отличающееся тем, что линзы имеют диаметр, больший 1,0, но меньший 1,3 от расстояния между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними.
Частной формой реализации устройств по второму варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что каждое зеркало левой и правой пар выполнено трапецеидальной формы с размерами, обеспечивающими восприятие зрителем изображений с границами, соответствующими каждому изображению стереопары, и исключающими изображения за пределами этих границ.
Важной формой реализации устройства по второму варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что оно (как и в устройствах по первому варианту изобретения) снабжено хомутом для крепления на видеодисплейном средстве, состоящим из верхней горизонтальной планки и боковых вертикальных планок, содержащих элементы крепления на корпусе видеодисплейного средства, при этом несущая рама устройства установлена на прямоугольном каркасе, который соединен с хомутом с помощью сочлененных планок, снабженных пазами и элементами фиксации, обеспечивающими возможность установки устройства в положении, при котором плоскость оптических осей линз проходит через центр экрана видеодисплейного средства, возможность изменения расстояния между устройством и экраном видеодисплейного средства, а также возможность перемещения устройства в положение над видеодисплейным средством в нерабочем состоянии.
Частным случаем этой последней важной формы реализации является устройство, отличающееся тем, что верхняя горизонтальная планка хомута для крепления к видеодисплейному средству и прямоугольный каркас выполнены раздвижными для подстройки под размер корпуса видеодисплейного средства.
Альтернативным решением задачи установки заявляемого устройства перед экраном видеодисплейного средства для всех случаев реализации устройства по второму варианту изобретения (так же, как для устройств по первому варианту изобретения) является устройство, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением, содержащим располагаемое на столе под дисплейным средством основание, имеющее на боковых краях направляющие втулки, в которые вставлены с возможностью изменения расстояния до экрана опорные стойки, а на стойках установлена с возможностью регулировки вертикального положения несущая рама устройства.
Сущность заявляемого изобретения в его третьем варианте выражается в следующей совокупности существенных признаков, обеспечивающей получение технического результата во всех формах выполнения этого варианта:
- устройство для просмотра стереоскопического изображения, отражаемого видеодисплейным средством в виде стереопары изображений, одно из которых предназначено для просмотра левым глазом, а другое - правым глазом, включающее расположенные между левым и правым глазами зрителя и дисплейным средством левую и правую увеличительные линзы, левую и правую пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущую раму, отличающееся от прототипа тем, что линзы расположены между глазами и парами зеркал, при этом линзы и пары зеркал выполнены в виде одинаковых оптических модулей, которые размещены на раме с возможностью установки в положениях, обеспечивающих направление оптических осей, исходящих от левого и правого изображений стереопары при просмотре стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде левого и правого изображений, либо от верхнего и нижнего изображений стереопары при просмотре стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений стереопары, в левый и правый глаза зрителя.
В важном частном случае выполнения заявляемого устройства по третьему варианту изобретения отличие от прототипа состоит в том, что оптические модули имеют со стороны, обращенной к зрителю, квадратную крепежную рамку, снабженную по периферии профильными кромками, а несущая рама выполнена прямоугольной формы с соответствующими профильным кромкам направляющими пазами для установки оптических модулей на расстоянии, соответствующем центрам глаз зрителя, в положениях, обеспечивающих просмотр стереоскопических изображений, отображаемых видеодисплейным средством в виде пары левого и правого изображений, либо расположенных одно над другим изображений.
В альтернативном важном частном случае выполнения заявляемого устройства по третьему варианту изобретения отличие от прототипа состоит в том, что оптические модули имеют со стороны, обращенной к зрителю, кольцевой крепежный элемент, сочлененный с возможностью вращения вокруг оси увеличительной линзы со вторым кольцевым элементом, установленным на несущей раме, выполненной в виде профильного стержня, при этом вращение обеспечивает возможность установки модулей в положение, при котором оптические оси модулей лежат в плоскости оптических осей глаз для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде левого и правого изображений, либо в положение, при котором оптические оси модулей лежат в плоскостях, перпендикулярных плоскости оптических осей глаз по разные стороны от нее для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений.
Конкретной формой реализации вышеперечисленных устройств по третьему варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что оптические модули выполнены состоящими из полого корпуса, внутри которого установлена пара зеркал, и торцевого обращенного к зрителю фланца, несущего линзу, при этом торцевой фланец прикреплен к полому корпусу с помощью настроечных винтов, а на винтах между корпусом и фланцем установлены пружины.
Другое отличие перечисленных выше устройств по третьему варианту изобретения состоит в том, что линзы имеют диаметр, равный от 0,5 до 1,0 расстояния между оптическими осями линз. Альтернативой этого отличия являются устройства, в которых линзы имеют диаметр, больший 1,0, но меньший 1,3 от расстояния между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними.
Важной формой реализации устройств по третьему варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что оно (как и в устройствах по первому и второму вариантам изобретения) снабжено хомутом для крепления на видеодисплейном средстве, состоящим из верхней горизонтальной планки и боковых вертикальных планок, содержащих элементы крепления на корпусе видеодисплейного средства, при этом несущая рама устройства установлена на прямоугольном каркасе, который соединен с хомутом с помощью сочлененных планок, снабженных пазами и элементами фиксации, обеспечивающими возможность установки устройства в положении, при котором плоскость оптических осей линз проходит через центр экрана видеодисплейного средства, возможность изменения расстояния между устройством и экраном видеодисплейного средства, а также возможность перемещения устройства в положение над видеодисплейным средством в нерабочем состоянии.
Частным случаем этой последней важной формы реализации является устройство, отличающееся тем, что верхняя горизонтальная планка хомута для крепления к видеодисплейному средству и прямоугольный каркас выполнены раздвижными для подстройки под размер корпуса видеодисплейного средства.
Альтернативным решением задачи установки заявляемого устройства перед экраном видеодисплейного средства для всех случаев реализации устройства по третьему варианту изобретения (так же, как для устройств по первому и второму варианту изобретения) является устройство, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением, содержащим располагаемое на столе под дисплейным средством основание, имеющее на боковых краях направляющие втулки, в которые вставлены с возможностью изменения расстояния до экрана опорные стойки, а на стойках установлена с возможностью регулировки вертикального положения несущая рама устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
- на фиг.1 представлена схематическая диаграмма, показывающая принцип построения устройства для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством, в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, когда стереоизображение представлено в виде пары левого и правого изображений;
- на фиг.2 показана конкретная форма реализации устройства по первому варианту изобретения, в которой несущая рама выполнена в форме короба;
- на фиг.3 изображено дальнейшее развитие устройства по фиг.2, в котором линзы установлены с возможностью перемещения для подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя;
- на фиг.4 дан вид другой формы воплощения устройства по первому варианту изобретения, в котором увеличительные линзы и соответствующие им пары зеркал выполнены в виде одинаковых оптических модулей;
- фиг.5 представляет частный случай реализации устройства по фиг.4, в котором модули установлены на несущей раме с возможностью подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя;
- фиг.6а, 6б представляют геометрию оптических линз и их размещение относительно глаз зрителя для устройств по данному изобретению во всех его вариантах;
- фиг.7 представляет частный случай воплощения устройств по первому варианту изобретения, когда зеркала выполнены трапецеидальной формы;
- фиг.8 раскрывает конструкцию приспособления для крепления устройств по данному изобретению во всех его вариантах на корпусе видеодисплейного средства, содержащего хомут и сочлененные планки;
- на фиг.9 показано другое приспособление для установки устройств по данному изобретению во всех его вариантах перед экраном видеодисплейного средства;
- на фиг.10 представлена схематическая диаграмма, показывающая принцип построения устройства в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения, когда стереоизображение представлено на экране видеодисплейного средства в виде пары с расположением изображений одно над другим;
- на фиг.11 дана диаграмма для важного частного случая построения устройства по фиг.10, когда оптические оси, исходящие от верхнего и нижнего изображений стереопары и проходящие через соответствующие пары зеркал и зеркал, лежат в вертикальных плоскостях;
- фиг.12 изображает конкретную форму реализации устройства по третьему варианту настоящего изобретения, в которой увеличительные линзы и соответствующие им пары зеркал выполнены в виде одинаковых оптических модулей;
- фиг.13 представляет частный случай устройства с одинаковыми оптическими модулями (фиг.12), в котором модули соединены шарниром с возможностью изменения угла между вертикальными плоскостями их оптических осей;
- на фиг.14а, 14б представлены схематические диаграммы, показывающие принцип построения и применения устройства в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения, когда стереоизображение представлено в виде пары левого и правого изображений, либо расположенных одно над другим изображений, при этом линзы и зеркала выполнены в виде одинаковых оптических модулей;
- фиг.15 показывает важный частный случай выполнения устройства по фиг.14, в котором крепление модулей на несущей раме осуществлено с помощью профильных кромок и направляющих пазов с возможностью установки модулей в положения, обеспечивающие просмотр стереоизображений в виде пары левого и правого изображений (фиг.15а), либо расположенных одно над другим изображений (фиг.15б);
- фиг.16 дает другой важный частный случай выполнения устройства по фиг.14, в котором модули закреплены на несущей раме, выполненной в виде профильного стержня, с помощью кольцевых крепежных элементов с возможностью вращения для установки в положения, обеспечивающие просмотр стереоизображений в виде пары левого и правого изображений (фиг.16а), либо расположенных одно над другим изображений (фиг.16б);
- на фиг.17 показана конструкция модуля для устройств по третьему варианту изобретения, в которой обеспечена возможность угловой подстройки положения оптической оси линзы.
Устройства для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством, по первому варианту настоящего изобретения предназначены для просмотра стереоизображений, представленных на экране в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных левого и правого изображений, образующих стереопару. Во всех формах выполнения устройство по первому варианту изобретения содержит (фиг.1) левую 1 и правую 2 увеличительные линзы, расположенные между левым 3 и правым 4 глазами зрителя и дисплейным средством 5, отображающим стереоскопическое изображение в виде стереопары левого 6 и правого 7 изображений, левую 8, 9 и правую 10, 11 пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущую раму 12 (показана условно). Линзы 1, 2 расположены между глазами 3, 4 и парами зеркал 8, 9 и 10, 11. Левая 8, 9 и правая 10, 11 пары зеркал установлены перпендикулярно и симметрично по отношению к плоскости оптических осей линз и зеркально симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии линз, ортогональной плоскости оптических осей линз. Зеркала каждой пары расположены так и ориентированы под такими углами, что левое 6 и правое 7 изображения стереопары, отображаемые видеодисплейным средством 5, спроецированы соответственно на левое зеркало 8 левой пары и правое зеркало 10 правой пары, от них отражены соответственно на правое зеркало 9 левой пары и левое зеркало 11 правой пары, от которых, в свою очередь, отображены через соответственно левую 1 и правую 2 линзы в левый 3 и правый 4 глаза зрителя. Действие устройства основано на том, что при его расположении перед экраном видеодисплейного средства, отображающего стереоскопическое изображение в виде пары левого и правого изображений, и выполнении устройства в соответствии с вышеизложенным, в левый глаз 3 зрителя оказывается направленным левое 6 изображение стереопары, отображаемое на экране видеодисплейного средства 5 и соответствующее мнимому изображению 13, находящемуся на виртуальном расстоянии L1 от левого глаза. Точно так же в правый глаз 4 зрителя оказывается направленным правое изображение 7 стереопары, соответствующее мнимому изображению 14, находящемуся на виртуальном расстоянии L1 от правого глаза. Вследствие этого, когда левый 3 и правый 4 глаза зрителя конвергированы на угол конвергенции ϕ, соответствующий углу, определяемому упомянутой виртуальной дистанцией изображения L1, зрителю становится возможным стереоскопическое видение изображения, отображаемого видеодисплейным средством 5 в виде стереопары левого 6 и правого 7 изображений, расположенных на расстоянии L2 от глаз зрителя.
В важном частном случае воплощения устройства по первому варианту изобретения оно имеет (фиг.2) несущую раму 12, выполненную в форме короба с параллельными верхним 15 и нижним 16 основаниями, внутри которого перпендикулярно этим основаниям установлены левая 8, 9 и правая 10, 11 пары зеркал, а на торце, обращенном к зрителю, установлены увеличительные линзы 1 и 2. Развитием этой конкретной формы реализации является устройство (фиг.3), в котором предусмотрена возможность перемещения увеличительных линз 1 и 2 для подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя. Эта возможность в устройстве на фиг.3 осуществлена с помощью выступов 17 на держателях 18 линз 1 и 2, с помощью которых они могут перемещаться в пазах направляющих реек 19. Незначительное изменение положения линз относительно зеркал в парах 8, 9 и 10, 11 при подстройке положения линз под расстояние между центрами глаз зрителя не нарушает качество и комфортность восприятия стереоизображения. Выполнение устройства в соответствии с фиг.2 и 3 с несущей рамой в форме короба обеспечивает высокую технологичность изготовления и сборки устройств для просмотра стереоскопического изображения по первому варианту заявляемого изобретения.
Другой формой воплощения устройства по первому варианту изобретения является устройство (фиг.4), в котором увеличительные линзы 1 и 2 и соответствующие им пары зеркал (8, 9 и 10, 11 на фиг.1) выполнены в виде одинаковых оптических модулей 20 и 21 с фиксированным взаимным расположением линз и зеркал. Для обеспечения зеркальной симметрии расположения пар зеркал относительно вертикальной плоскости симметрии линз 1 и 2, ортогональной плоскости их оптических осей, модули 20, 21 установлены на несущей раме 12 с поворотом модуля 21 на 180° вокруг оси его увеличительной линзы 2 по отношению к модулю 20. В частном случае реализации этой формы воплощения устройства (фиг.5) модули 20, 21 установлены на несущей раме 12 с возможностью горизонтального перемещения для подстройки под расстояние между центрами глаз зрителя, что достигается в изображенном случае с помощью ребер 22 на обращенных к зрителю торцевых фланцах 23 модулей и направляющих пазов 24 в несущей раме 12.
В конкретных реализациях устройства по первому варианту изобретения, характеризующихся как признаками, общими для всех форм его выполнения, так и альтернативными признаками во всех вышеизложенных частных случаях реализации, левая 1 и правая 2 увеличительные линзы имеют одинаковый диаметр D, равный от 0,5 до 1,0 расстояния В между оптическими осями линз (фиг.6а). Расстояние В устанавливают равным среднему расстоянию между центрами глаз зрителя, составляющему 65 мм. Альтернативой является реализация с диаметром линз D, большим 1,0, но меньшим 1,3 от расстояния В между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними (фиг.6б). Линзы большого диаметра, а тем более большие линзы с отсеченными сегментами, позволяют зрителю рассматривать стереоскопическое изображение без фиксации положения глаз на оптических осях линз, что устраняет утомляемость зрителя.
В частных случаях воплощения заявляемого устройства по первому варианту изобретения для любых конкретных форм его реализации каждое зеркало 8, 9 левой и 10, 11 правой пар зеркал (фиг.7) выполнено трапецеидальной формы с размерами, обеспечивающими восприятие зрителем изображений с границами, соответствующими левому 6 и правому 7 изображениям стереопары, и исключающими изображения за пределами этих границ. Эти формы и размеры повторяют границы проекций левого 6 и правого 7 изображений стереопары на зеркала левой и правой пар, причем форма и размеры зеркал 8 и 9 совпадают соответственно с формой и размерами зеркал 10 и 11. Ввиду того, что размеры указанных проекций возрастают при приближении заявляемого устройства к экрану дисплейного средства в диапазоне расстояний L2, выбираемых зрителем для установки желаемого угла обзора мнимых изображений 13 и 14 (фиг.1), формы и размеры зеркал определяют для минимального расстояния L2 из рабочего диапазона этих расстояний. Практическая реализация зеркал трапецеидальной формы обеспечивается либо вырезкой зеркал нужной формы и размеров, либо нанесением оптических масок на зеркала. Выполнение зеркал описанным образом позволяет наблюдать только ту информацию, которая необходима для восприятия стереоизображения, и исключает постороннюю информацию, приводящую к дискомфорту.
Важной формой реализации устройств по первому варианту изобретения, относящейся также ко второму и третьему варианту и применимой для любых случаев реализации изобретения, является устройство, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением (фиг.8) для крепления на видеодисплейном средстве. Это приспособление представляет собой жесткий хомут, состоящий из верхней горизонтальной планки 27 и боковых вертикальных планок 28, 29. Для фиксации на корпусе дисплейного средства 5 (фиг.1) хомут снабжен подвижными планками 30, 31 и распорными винтами 32. Несущая рама 12 (фиг.1) устройства для просмотра стереоскопического изображения установлена на прямоугольном каркасе 33 (фиг.8), который соединен с хомутом с помощью сочлененных планок 34, 35, 36, 37. Эти планки снабжены пазами 38, 39, 40, 41 и элементами фиксации, обеспечивающими возможность установки устройства в положение, при котором плоскость оптических осей линз проходит через центр экрана видеодисплейного средства, возможность изменения расстояния между устройством и экраном видеодисплейного средства, а также возможность перемещения устройства в положение над видеодисплейным средством в нерабочем состоянии. Элементы фиксации в представленном на фиг.8 случае выполнены в виде фиксирующих винтов 42, 43. Кроме того, планки 36, 37 могут содержать выступы 44 в пазах 40, 41 для быстрой установки устройства на предпочтительных фиксированных расстояниях от экрана дисплейного средства. В частном случае выполнения приспособления для крепления на видеодисплейном средстве верхняя горизонтальная планка 27 хомута, а также прямоугольный каркас 33 выполнены раздвижными для подстройки под размер корпуса видеодисплейного средства. Для этого они изготовлены в виде наложенных друг на друга элементов, содержащих пазы и соединенных фиксирующими винтами 45, 46.
Альтернативным решением задачи установки заявляемого устройства перед экраном видеодисплейного средства для всех случаев его реализации по первому варианту изобретения (а также по второму и третьему вариантам изобретения) является устройство, снабженное приспособлением (фиг.9), содержащим располагаемое на столе под дисплейным средством основание 47, имеющее на боковых краях направляющие втулки 48, 49, в которые вставлены с возможностью изменения расстояния до экрана опорные стойки 50, 51, а на стойках установлена с возможностью регулировки вертикального положения несущая рама 12 устройства.
Устройства для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством, по второму варианту настоящего изобретения предназначены для просмотра стереоизображений, представленных на экране в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных изображений, расположенных одно над другим и образующих стереопару. Во всех формах выполнения устройство по второму варианту изобретения содержит (фиг.10) левую 1 и правую 2 увеличительные линзы, расположенные между левым 3 и правым 4 глазами зрителя и дисплейным средством 5, отображающим стереоскопическое изображение в виде стереопары верхнего 52 и нижнего 53 изображений, левую 8, 9 и правую 10, 11 пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями и несущую раму (на фиг.10 не показана). Линзы 1, 2 установлены между глазами 3, 4 и парами зеркал 8, 9 и 10, 11, причем расположение и угловая ориентация зеркал одной пары (в случае, изображенном на фиг.10 - левой пары 8, 9) выбраны такими, что оптическая ось верхнего изображения 52 стереопары направлена через соответствующую ей линзу в один глаз зрителя (на фиг.10 - левая линза 1 и левый глаз 3), а расположение и угловая ориентация зеркал другой пары (на фиг.10 - правой пары 10, 11) аналогично выбраны такими, что оптическая ось нижнего изображения 53 стереопары через соответствующую ей линзу направлена в другой глаз зрителя (на фиг.10 - правая линза 2 и правый глаз 4). Действие этого устройства основано на том, что при его расположении перед экраном видеодисплейного средства, отображающего стереоскопическое изображение в виде расположенных одно над другим изображений, и выполнении устройства в соответствии с вышеизложенным, в левый глаз 3 зрителя оказывается направленным верхнее 52 изображение стереопары, отображаемое на экране видеодисплейного средства 5 и соответствующее мнимому изображению, находящемуся на виртуальном расстоянии L1 от левого глаза. Точно так же в правый глаз 4 зрителя оказывается направленным нижнее изображение 53 стереопары, соответствующее мнимому изображению, находящемуся на том же виртуальном расстоянии L1 от правого глаза. Вследствие этого, когда левый 3 и правый 4 глаза зрителя конвергированы на угол конвергенции ϕ, соответствующий углу, под которым рассматривается центр мнимого изображения Ом и который определяется упомянутой виртуальной дистанцией изображения, зрителю становится возможным стереоскопическое видение изображения, отображаемого видеодисплейным средством 5 в виде стереопары верхнего 52 и нижнего 53 изображений, находящейся на расстоянии L2. от глаз зрителя.
В представленном на фиг.10 воплощении заявляемого устройства по второму варианту изобретения зеркала левой 8, 9 и правой 10, 11 пар установлены так, что оптические оси А1 и А2 верхнего и нижнего изображений стереопары, идущие от экрана видеодисплейного средства к зеркалам 8, 10, лежат в плоскости, являющейся вертикальной плоскостью симметрии мнимого изображения, удаленного на виртуальное расстояние L1, причем эти оси проходят через геометрические центры верхнего 52 и нижнего 53 изображений стереопары на экране видеодисплейного средства 5. В этом случае обеспечивается наилучшее качество воспринимаемого зрителем стереоизображения, так как в восприятии совмещаются не только центры, но и боковые границы изображений стереопары.
В общем случае выполнения заявляемого устройства по второму варианту изобретения оптические оси, идущие от глаз зрителя через линзы и пары зеркал к верхнему и нижнему изображениям стереопары, на участках между внешними зеркалами и изображениями стереопары (А1, А2 на фиг.10) могут не лежать в вертикальной плоскости симметрии мнимого изображения. Однако незначительное смещение этих участков оптических осей с вертикальной плоскости симметрии мнимого изображения не приводит к заметному снижению качества восприятия зрителем стереоскопического изображения.
В важном частном случае выполнения заявляемого устройства по второму варианту изобретения (фиг.11) оптические оси, исходящие от верхнего 52 и нижнего 53 изображений стереопары и проходящие через левую 8, 9 и правую 10, 11 пары зеркал и линзы 1 и 2, лежат в вертикальных плоскостях, при этом пары зеркал 8, 9 и 10, 11 установлены перпендикулярно указанным вертикальным плоскостям под углами, обеспечивающими направление оптических осей соответственно верхнего 52 и нижнего 53 изображений стереопары в левый 3 и правый 4 глаза зрителя. В этом частном случае вертикальные плоскости, в которых лежат оптические оси, идущие от верхнего и нижнего изображений стереопары через пары зеркал и линзы до глаз зрителя, могут быть установлены параллельно, что упрощает конструкцию устройства. Возникающее при этом смещение оптических осей верхнего 52 и нижнего 53 изображений с геометрических центров этих изображений на расстояние В/2, составляющее в данном случае половину расстояния между центрами глаз зрителя, не приводит к существенному ухудшению восприятия стереоизображения.
В важной конкретной форме реализации устройства по второму варианту изобретения (фиг.12) увеличительные линзы 1 и 2 и соответствующие им пары зеркал размещены в одинаковых оптических модулях 54, 55, которые установлены на несущей раме 12 с поворотом одного из модулей по отношению к другому вокруг оси его увеличительной линзы на 180° (на фиг.12 модуль 55 повернут на 180° вокруг оси его увеличительной линзы 2 по отношению к модулю 54). Модульная конструкция устройства наиболее просто осуществляется при сочетании вертикального и параллельного положения плоскостей, в которых лежат оптические оси, исходящие от верхнего и нижнего изображений стереопары и идущие через пары зеркал и линзы до глаз зрителя, хотя при этом возникает смещение оптических осей верхнего 52 и нижнего 53 изображений с геометрических центров этих изображений на расстояние В/2.
Этот недостаток устранен в другой конкретной форме реализации устройства по второму варианту изобретения с вертикальным положением плоскостей, в которых лежат оптические оси, исходящие от верхнего и нижнего изображений стереопары и идущие через пары зеркал и линзы до глаз зрителя, и с выполнением оптических систем в виде одинаковых оптических модулей (фиг.13). Это устройство имеет несущую раму 12 и модули 56, 57, которые соединены цилиндрическим шарниром 58 и вмонтированы в раму 12 с возможностью изменения угла между вертикальными плоскостями оптических осей модулей. Шарнирное соединение позволяет зрителю настраивать оптические оси, исходящие из оптических модулей, на центры верхнего и нижнего изображений, что повышает качество рассматривания стереоскопического изображения.
Представленные на фиг.12 и 13 формы воплощения устройства по второму варианту изобретения могут быть дополнены приспособлениями для горизонтального перемещения модулей на несущей раме, обеспечивающими подстройку положения оптических осей модулей под расстояние между центрами глаз зрителя (например, по аналогии с конструкцией фиг.5).
В конкретных формах реализации устройств по второму варианту изобретения так же, как и по первому варианту, левая и правая увеличительные линзы имеют одинаковый диаметр D, равный от 0,5 до 1,0 расстояния В между оптическими осями линз (фиг.6а). Расстояние В устанавливают равным среднему расстоянию между центрами глаз зрителя (65 мм). Альтернативой является реализация с диаметром линз D, большим 1,0, но меньшим 1,3 от расстояния В между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними (фиг.6б). Линзы большого диаметра, а тем более большие линзы с отсеченными сегментами, позволяют зрителю (как и в устройствах по первому варианту изобретения) рассматривать стереоскопическое изображение без фиксации положения глаз на оптических осях линз, что устраняет утомляемость зрителя.
В конкретных формах реализации устройства по второму варианту изобретения, характеризующихся как общими признаками для всех форм его выполнения, так и альтернативными признаками для вышеизложенных частных случаев его реализации каждое зеркало 8, 9 левой и 10, 11 правой пар зеркал (фиг.10, 11, а также фиг.12, 13, где эти зеркала не показаны) выполнено трапецеидальной формы с размерами, обеспечивающими восприятие зрителем изображений с границами, соответствующими каждому изображению стереопары, и исключающими изображение за пределами этих границ. Формы и размеры зеркал выбирают для минимального расстояния L2 до дисплейного средства из рабочего диапазона этих расстояний и для большего из используемых размеров дисплейного средства. Выполнение зеркал описанным образом исключает постороннюю информацию при просмотре стереоизображения, приводящую к дискомфорту восприятия.
Важной формой реализации устройств по второму варианту изобретения являются устройства, снабженные приспособлениями для их крепления на видеодисплейном средстве или для их установки перед экраном дисплейного средства. Эти приспособления выполняются в соответствии с изложенным для первого варианта изобретения (фиг.8 и 9).
Устройства для просмотра стереоскопических изображений по третьему варианту настоящего изобретения предназначены для просмотра изображений, представляемых видеодисплейным средством в виде одновременно отображаемых на экране пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару как в виде левого и правого изображений, так и в виде расположенных одно над другим изображений. Во всех формах выполнения устройство по третьему варианту изобретения состоит из двух одинаковых оптических модулей 59, 60 (фиг.14), которые размещены на несущей раме 61 с возможностью установки в положениях, обеспечивающих направление в левый 3 и правый 4 глаза зрителя оптических осей, исходящих от левого 6 и правого 7 изображений стереопары при просмотре стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде левого и правого изображений (фиг.14а), либо от верхнего 52 и нижнего 53 изображений стереопары при просмотре стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений стереопары (фиг.14б). При этом одинаковые модули содержат увеличительные линзы 1 или 2 и пары зеркал 8, 9 или 10, 11 с обращенными друг к другу отражающими поверхностями, причем линзы расположены между глазами и парами зеркал на торцевых частях модулей, обращенных к зрителю.
Наиболее простой формой реализации одинаковых оптических модулей для устройств по третьему варианту настоящего изобретения (а также устройств по первому варианту изобретения, представленных на фиг.4, 5, и устройств по второму варианту изобретения, представленных на фиг.12, 13) являются модули, в которых оптические оси линз 1 и 2 и пар зеркал 8, 9 и 10, 11 лежат в одной плоскости, являющейся плоскостью симметрии оптического модуля (фиг.14). При такой форме реализации модулей в устройствах по третьему варианту изобретения для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде левого и правого изображений, модули 59, 60 устанавливают на несущей раме 61 в положениях, когда плоскости оптических осей - плоскости симметрии левого и правого модулей совпадают и лежат в горизонтальной плоскости, с поворотом одного из модулей по отношению к другому на 180° вокруг оси его увеличительной линзы (фиг.14а). Соответственно, для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений стереопары, модули 59, 60 устанавливают на несущей раме 61 в положениях, когда плоскости оптических осей - плоскости симметрии модулей вертикальны, причем один из модулей устанавливают с поворотом на 180° вокруг оси его увеличительной линзы по отношению к другому модулю (фиг.14б). Эти вертикальные плоскости могут быть заданы параллельными, либо могут пересекаться в центрах верхнего и нижнего изображений стереопары.
Важной частной формой реализации устройств по третьему варианту изобретения является устройство, отличающееся тем, что модули 59, 60 (фиг.15) имеют со стороны, обращенной к зрителю, квадратную крепежную рамку 62, снабженную по периферии профильными кромками 63, 64, а несущая рама 61 выполнена прямоугольной формы с направляющими пазами 65 для этих кромок, что позволяет устанавливать оптические модули на расстоянии, соответствующем центрам глаз зрителя. Установка на несущей раме 61 оптических модулей 59, 60 в положение, обеспечивающее просмотр стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде пары левого и правого изображений, производится введением в пазы 65 рамы 61 кромок 63 крепежной рамки 62, расположенных симметрично по разные стороны плоскости симметрии модулей, при этом плоскости оптических осей - плоскости симметрии модулей устанавливаются в горизонтальной плоскости (фиг.15а). Модули 59, 60 вводят в раму 61 кромками 63 с поворотом одного из модулей на 180° по отношению к другому модулю, обеспечивая направление оптических осей модулей на правое и левое изображения стереопары. Установка оптических модулей 59, 60 в положение для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений, производится введением в пазы 65 несущей рамы 61 кромок 64 крепежной рамки 62, расположенных на сторонах рамки, перпендикулярных плоскости симметрии модулей (фиг.15б). При этом модули вводят в раму 61 кромками 64 с поворотом одного из модулей на 180° вокруг оси его линзы по отношению к другому модулю, обеспечивая направление оптических осей модулей на верхнее и нижнее изображения стереопары.
Кромки 63 крепежной рамки 62 выполнены лежащими в плоскости, параллельной обращенной к зрителю торцевой поверхности этой рамки (фиг.15а), и обеспечивают направление оптических осей модулей в центры левого 6 и правого 7 изображений стереопары (фиг.14а) при заданном размере экрана видеодисплейного средства, заданном расстоянии просмотрового устройства от него и средней базе глаз зрителя. Для того чтобы при переустановке модулей 59, 60 на просмотр расположенных одно над другим изображений оптические оси модулей были направлены в горизонтальные линии симметрии верхнего 52 и нижнего 53 изображений (фиг.14б), кромки 64 крепежной рамки 62 выполнены смещенными на разное расстояние от обращенной к зрителю торцевой поверхности этой рамки (см. вид по стрелке В фиг.15б). При этом кромки 64 могут быть выполнены параллельными торцевой поверхности крепежной рамки 62, что обеспечивает расположение оптических осей модулей в параллельных вертикальных плоскостях. Альтернативой этому решению является размещение кромок 64 на крепежной рамке 62 под небольшим углом к торцевой поверхности рамки, обеспечивающим пересечение вертикальных плоскостей оптических осей модулей в центрах верхнего и нижнего изображений стереопары.
Другой частной формой реализации устройств по третьему варианту изобретения с одинаковыми оптическими модулями является устройство (фиг.16), в котором оптические модули имеют со стороны, обращенной к зрителю, кольцевой крепежный элемент 66, сочлененный с возможностью вращения вокруг оси увеличительной линзы со вторым кольцевым элементом 67, установленным на несущей раме. Несущая рама выполнена в виде профильного стержня 68, исключающего вращение модулей вокруг оси стержня. Вращение кольцевых элементов 66 внутри кольцевых крепежных элементов 67, установленных на стержне 68, обеспечивает возможность установки модулей в положение, при котором оптические оси модулей лежат в плоскости оптических осей глаз для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде левого и правого изображений (фиг.16а), либо в положение, при котором оптические оси модулей лежат в плоскостях, перпендикулярных плоскости оптических осей глаз для просмотра стереоскопического изображения, отображаемого видеодисплейным средством в виде расположенных одно над другим изображений (фиг.16б). Смещение модулей 59, 60 вдоль оси стержня 68 дает возможность подстраивать положение модулей под расстояние между центрами глаз зрителя.
В устройствах, выполненных в соответствии с фиг.15 и 16, могут быть предусмотрены элементы для настройки положения оптических осей модулей на центры изображений стереопар при изменении расстояния просмотрового устройства до экрана видеодисплейного средства.
Для этого оптические модули 59, 60 (фиг.15, 16) изготовлены состоящими из полого корпуса 69 (фиг.17), внутри которого установлена пара зеркал, и торцевого фланца этого корпуса 70. Торцевой фланец 70 при выполнении устройства в соответствии с фиг.15 соединен с крепежной рамкой 62, несущей линзу (1 или 2), с помощью настроечных винтов 71, имеющих резьбовое соединение с фланцем 70 (фиг.17а). Винты 71 установлены в рамке 62 с учетом беспрепятственного перемещения рамок 62 модулей в несущей раме 61 (фиг.15). На винтах между фланцем 70 и крепежной рамкой 62 установлены плоские пружины 72. При выполнении устройства в соответствии с фиг.16 торцевой фланец 70 соединен с обращенным к зрителю фланцем 73, несущим кольцевой крепежный элемент 66, с помощью настроечных винтов 71, имеющих резьбовое соединение с фланцем 70 (фиг.17б). Между фланцами 70 и 73 установлены плоские пружины 72. Вращение винтов 71 обеспечивает смещение оптических осей модулей в горизонтальном и вертикальном направлениях.
В конкретных реализациях устройства по третьему варианту изобретения (как и в устройствах по первому и второму вариантам изобретения), характеризующихся как признаками, общими для всех форм его выполнения, так и альтернативными признаками во всех вышеизложенных частных случаях реализации, левая 1 и правая 2 увеличительные линзы имеют одинаковый диаметр D, равный от 0,5 до 1,0 расстояния В между оптическими осями линз (фиг.6а). Расстояние В устанавливают равным среднему расстоянию между центрами глаз зрителя, составляющему 65 мм. Альтернативой является реализация с диаметром линз D, большим 1,0, но меньшим 1,3 от расстояния В между оптическими осями линз, при этом линзы выполнены с равными отсеченными сегментами в области границы между ними (фиг.6б). Линзы большого диаметра позволяют зрителю рассматривать стереоскопическое изображение без фиксации положения глаз на оптических осях линз, что устраняет утомляемость зрителя.
Важной формой реализации устройств по третьему варианту изобретения являются устройства, снабженные приспособлениями для их крепления на видеодисплейном средстве или для их установки перед экраном дисплейного средства. Эти приспособления выполнены в соответствии с изложенным для первого варианта изобретения (фиг.8 и 9).
Изобретение относится к устройствам для просмотра стереоскопических изображений, отображаемых видеодисплейным средством, и решает задачу создания персонального устройства для просмотра стереоизображения, представляемого стандартным видеодисплейным средством с большим экраном в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных двух изображений, образующих стереопару. Устройства содержат устанавливаемые перед глазами зрителя увеличительные линзы и пары зеркал с обращенными друг к другу отражающими поверхностями, которые обеспечивают направление отображаемых видеодисплейным средством изображений стереопары в глаза зрителя. Устройства по первому варианту изобретения обеспечивают просмотр стереоизображений, отображаемых на экране в виде стереопары левого и правого изображений. По второму варианту - отображаемых в виде стереопары расположенных одно над другим изображений. По третьему варианту дают возможность просматривать те и другие стереоизображения. Преимущественной формой реализации устройств является выполнение их в виде двух одинаковых оптических модулей для правого и левого глаза соответственно. Модули устанавливаются перед глазами в положения, обеспечивающие просмотр стереопар в виде правого и левого изображений или расположенных одно над другим изображений. Устройства снабжены легкосъемными приспособлениями для их установки перед экраном видеодисплейного средства с возможностью регулировки угла обзора изменением расстояния до экрана. Технический результат - создание технических средств, обеспечивающих индивидуальный просмотр стереоизображений, представляемых видеодисплейным средством в виде одновременно отображаемых пространственно разделенных левого и правого либо верхнего и нижнего изображений, образующих стереопару, обеспечение возможности просмотра этих стереоизображений с высокой четкостью и большими углами обзора, возможности регулировки угла обзора по желанию зрителя. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 17 ил.
| US 5034809 А, 23.07.1991 | |||
| US 4523226 А, 11.06.1985 | |||
| RU 94031134 A1, 10.06.1996 | |||
| Стереоскопические очки | 1972 |
|
SU443357A1 |
