Стереоскоп (его варианты) Советский патент 1989 года по МПК G02B27/22 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано дпя просмотра стереопар произвольного форма- . та, в частности, иллюстрир ощих результаты расчетов на ЭВМ, представляемые в трехмерном пространстве.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения изобра-; жения и обеспечение возможности просмотра стереопар различных размеров

В обоих вариантах исполнения стереоскопа наличие поворота оптических осей каналов и выполнение держателя . стереопары V-образным обеспечило падение луча, первоначально параллельного плоскости симметрии стереоскопа

о: со

проходящей через линию пересечения

4 СП плоскостей держателя стереопары и перпендикулярно этой линии, под прямым углом к соответствующей плоскосОдти держателя стереопары, что устранило основную причину несоответствия

.между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей при

просмотре стереопар, при этом была достигнута возможность использования элементов стереопар без ограничеиия их размеров. Разворот оптических осей каналов и V-образная форма держателя стереопары позволила проводить простую, без применения дополнительных оптических устройств типа 31 ромбических призм и др, настройку стереоскопа пО величине глазного базиса без рассогласования стереоизображения и нежелательного дополнитель ного напряжения глаз наблюдателя, связанного (как в прототипе) с несоответствием между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей. На фиго и 2 показаны сечения правого оптического канала стереоско па (.варианты 1 и 2 соответственно) плоскостью симметрии, перпендикулярной линии пересечения плоскостей V-образного держателя стереопары 1, имеющего угол полураствора ф На чертежах изображены плоскость 2 симметрии стереоскопа, перпендикулярная плоскости сечения; ось 3, перпендикулярная плоскости держателя стереопары, совпадающая на фиг„1 с оптической осью рассеивающей линзы 4, а на фиго 2 проходящая через центр Р спирали MQ; линия 5 визирования, параллельная линии пересечения плоскостей симметрии стереоскопа, совпадающая на фиг с оптической осью собирающего окуляра б, а на фиг„2 проходящая через центр С спирали МР; клин 7 с плоскими преломляющими поверхностями, с углом разворота луча, равным --- - фо Угол oi при вершине такого клина при известном показателе преломления материала клина п зависит от его орнентации по отношению к падающему ,лучу. Наименьшее значение об , удов летворяющее равенству -:- - ф угла разворота луча, а также условию сохранения расстояния между двумя произвольными лучами до и после пр хождения клина, имеет место при сим метричном расположении преломляющих граней клина относительно биссектри сы угла между оптическими осями рассеивающей линзы 3 и собирающего окуляра 6, В этом случае i е.(-|-. -) т:-;;г :|:-:-:|Л окуляр 8 в виде клина с преломляющими поверхностями, образованньми вращениемдвух отрезков МР иMQ про тивоположно направленных логарифмических спиралей вокруг оси CD,npoxo 64 ящей через центры С и Р этих спиралей. Произвольный луч из расходящегося пучка лучей, исходящих из точки наблюдения, совпадающей на фиг.2 с центром С спирали МР, попадая на поверхность, образованную вращением отрезка спирали МР относительно линии центров CD двух спиралей,преломляется в плоскости, образованной радиуС-векторами точки падения луча на поверхность клина, проведенными из центров двух спиралей„ Поскольку логарифмическая спираль обладает свойством постоянства угла между радиус-вектором произвольной точки на ней, проведенным из центра спирали, и касательной к спирали в этой точке (зтол d ), то все лучи из рассматриваемого расходящегося пучка преломляются клином под одним и тем же углом, определяемым характерным углом спирали . к коэффициентом преломления материала клина п. Окуляр сопряжен с соответствующей плоскостью держателя стереопары таким образом, что ось, проходящая через центры двух спиралей, (в плоскости речения на фиг.2), составляет с линией пересечения плоскостей симметsг f JE рии стереоскопа угол отрезки,соединякяцие центры спиралей и каждый из центров с точкой пересечения двух спиралей, образуют треугольник с углами DMC -5Ф 5 -З.. абсолютная величина характерного угла спиралей равна ТГ Ф 1, . Л , ... 3in (-1-- - arctg n - cos (-Tчто обеспечивает разворот лучей на постоянный угол, равный -т- - ф Размеры окуляров таковы, что при расстоянии 1 от оси 5 до плоскости симметрии стереоскопа 2, равном половине наименьшего значения глазного базиса 1, окуляр не выступает за пределы полупространства, ограниченного плоскостью симметрии стереоскопа 2. Для окуляра 6 с радиусом г и фокусн расстоянием f выполняется неравенст .ftg (4- - Ф) г 1, Для окуляра 8 с расстоянием между центрами спиралей R выполняется неравенство Rgcos (-5- - ) 1 sin (4- +Ф -) Отметим, что окуляр 8 может быть вьтолнен в виде растровой линеатуры с переменным призматическим профиле i сечения вдоль перпендикулярного линеатуре направления, нанесенной на тороидальной поверхности, представляющей геометрическое место точек, из которых отрезок DC виден под пос тоянным углом --- - Ф, перпендику лярно ее образующей Такая растрова лннеатура при соответствующем оптическом сопряжении с держателем стереопары обладает действием, эквивалентным действию описанного выше клина с криволинейнь1ми преломляющими поверхностями Стереоскоп работает следующим об разом (ввиду симметрии описание работы на примере правой половины сте реоскопа). Устанавливают оптическую систему канала так, чтобы расстояние 1 от плоскости симметрии 2 до оси 5 соот ветствовало половине условной макси мальной величины глазного базиса Устанавливают элемент стереопары на плоскости держателя 1 так, чтобы ближняя к плоскости симметрия 2 сте реоскопа крайняя точка элемента сте реопары находилась на уровне точки А пересечения левого луча, исходящего из точки наблюдения С под углом 5Г ф/ 7 j к оси 5 и выходящего из оптической системы канала параллельно плоскости симметрии 2 При такой установке элемента стереопары реализуется возможность использования стереоскопа для наблюдения стереоизображений при помощи элементов стереопар произвольных размеров по горизонтали (имеется в виду произвольно больших размеров, начиная с некоторого минимального, определяемого расстоянием наилучшего зрения и углом обзора элемента стереопары) при номинальной величине угла обзора элемента стереопары, равного ЗГ - 2ФО I Устанавливают оптическую систему канала так, чтобы расстояние 1 соответствовало половине величины глазного базиса наблюдателя. Перемещают оптическую систему параллельно линии пересечения плоскостей симметрии стереоскопа до совпадения проекции оси 3 на плоскость держателя стереопары 1 с центром элемента стереопары При этом,,если величина глазного базиса наблюдателя меньше принятого условного максимального значения 2 1,,, фактический угол обзора элемента стереопары уменьшается по сравнению с номинальным углом f-2 р на величину, не превьппающую , - о 21 / 10 - --- если .принять величину jj в пределах 55 возможного базиса - 70 мм), где L - размер элемента стереопары по горизонтали. Например, Лри глазном базисе 60 мм и размере элемента стереопары по горизонтали 240 мм угол обзора уменьшается по сравнению с номинальным на несущественную величину порядка 1,5 , что окупается простотой настройки по . глазному базису и отсутствием в схеме стереоскопа причин, приводяпщх к несоответствию между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей при рассматривании стереоизображения.

id-J

1. Стереоскоп, содержащий держатель стереопары и собирающие окуляры, отличающийся, тем, что, с целью повышения .точности воспроизведения изображения и обеспечения возможности просмотра стереопар различных размеров, в нем держатель стереопары вьтолнен V-образным, а в каждый оптический канал между держателем стереопары и собирающим окуляром дополнительно введены оптически сопряженные с окуляром и с соответствующей плоскостью держателя стереопары рассеивающая линза и клин с плоскими преломляющими поверхностями 2. Стереоскоп, содержащий держатель стереопары и окуляры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения изображения и обеспечеиия возможности просмотра стереопар различных размеров, в нем держатель стереопар выполнен У-образным, а каждый окуляр выполнен в виде клина с преломляющими поверхностями, образованными вра§ щением двух отрезков противоположно-направленных логарифмических спира(Л лей вокруг оси, проходящей через центры этих спиралей, и оптически сопряжен с соответствующей плоскостью держателя стереопары.