Устройство для воспроизведения стереоскопических видеоизображений

Устройство для воспроизведения стереоскопических видеоизображений содержит два источника плоского видеоизображения, оптически связанных посредством прозрачной пластины с возможностью получения полезных прошедшего и отраженного световых потоков и наблюдения видеоизображений источников в одной плоскости, поляризатор, расположенный перед источником плоского видеоизображения, предназначенным для получения прошедшего светового потока с возможностью его поляризации в плоскости падения на пластину, и очки с анализаторами. Источники видеоизображений расположены относительно пластины с возможностью обеспечения падения на нее светового потока от каждого источника под углом Брюстера α_Бр. Устройство дополнительно содержит плоское зеркало с передней отражающей поверхностью, расположенное перед источником плоского видеоизображения, предназначенного для получения отраженного светового потока, параллельно прозрачной пластине. Источники плоских видеоизображений расположены с возможностью получения видеоизображения в параллельных плоскостях, расстояние у между которыми и расстояние х между плоскостями, перпендикулярными плоскостям видеоизображений и проходящими через их центры, выбраны из следующих соотношений: x=2b·sinα_Бр, y=2b·cosα_Бр, где b - расстояние между пластиной и зеркалом. В качестве источников плоского видеоизображения выбраны дисплеи с электронно-лучевыми трубками, прозрачная пластина выполнена стеклянной и имеет антибликовое покрытие на задней поверхности. Технический результат - повышение качества воспроизводимого стереоскопического изображения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам воспроизведения компьютерных объемных видеоизображений и телевизионных объемных изображений (далее - стереоскопических изображений), и может быть использовано для компьютерного моделирования процессов в реальном времени, для просмотра стереоскопических фильмов, для наблюдения за трехмерными объектами, в таких областях как наука, образование, медицина, архитектура, производство.

Известно устройство для воспроизведения стереоскопических изображений, содержащее два источника плоских изображений в виде дисплеев с электронно-лучевыми трубками, элементы для поляризации световых потоков в виде двух поляризаторов, элемент для совмещения изображений двух дисплеев в общей плоскости в виде полупрозрачного зеркала и элемент для раздельного бинокулярного наблюдения совмещенных изображений в виде очков с анализаторами. Дисплеи располагают симметрично относительно полупрозрачного зеркала, так, чтобы свет от каждого из них падал на зеркало под углом 45°. Поляризаторы располагают перед дисплеями, причем оси поляризаторов ориентируют не ортогонально для компенсации поворотов плоскостей поляризации световых потоков, происходящих при совмещении двух изображений (Патент на изобретение US №2845618, НКИ: 340-369).

Однако данное устройство характеризуется относительно высокой себестоимостью, вызванной необходимостью использования полупрозрачного зеркала, а также сложностью при сборке устройства, связанной с необходимостью предварительного поворота поляризаторов на различные углы для достижения требуемого качества стереоскопических изображений.

Известно устройство для воспроизведения стереоскопических изображений, содержащее два источника плоских изображений в виде дисплеев с электронно-лучевыми трубками, элементы для поляризации световых потоков в виде двух поляризаторов, элемент для совмещения изображений двух дисплеев в общей плоскости в виде полупрозрачного зеркала и элемент для раздельного бинокулярного наблюдения совмещенных изображений в виде очков с анализаторами. Поляризаторы ориентируют взаимно ортогонально (Патент на изобретение RU №2014756, МПК⁵: H 04 N 13/00).

Однако данное устройство характеризуется недостаточным качеством воспроизводимого стереоскопического изображения, обусловленным нарушением сепарации изображений для левого и правого глаз пользователя. Данное нарушение возникает в результате поворотов плоскостей поляризации соответствующих световых потоков при совмещении изображений от двух источников с помощью полупрозрачного зеркала. Кроме того, устройство характеризуется относительно высокой себестоимостью, связанной с необходимостью использования полупрозрачного зеркала.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для наблюдения стереоскопических изображений, содержащее два источника плоских изображений в виде дисплеев с электронно-лучевыми трубками, элементы для поляризации световых потоков в виде двух поляризаторов, элемент для совмещения изображений двух дисплеев в общей плоскости в виде прозрачной пластины и элемент для раздельного бинокулярного наблюдения совмещенных изображений в виде очков с анализаторами. Дисплеи располагают симметрично относительно прозрачной пластины, так, чтобы свет от каждого из них падал на пластину под углом 45°. Поляризаторы располагают перед дисплеями, причем оси поляризаторов ориентируются взаимно ортогонально. Задняя сторона прозрачной пластины имеет антибликовое покрытие (Патент на изобретение US №4967267, МПК⁵: H 04 N 13/00).

Данное устройство имеет низкую себестоимость его оптической части и совмещает изображения дисплеев без искажения поляризаций световых потоков. Однако воспроизводимое устройством стереоскопическое изображение характеризуется недостаточным качеством из-за низкой яркости изображения, получаемого от одного из дисплеев, что обусловлено низкой отражательной способностью прозрачной пластины.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества воспроизводимого стереоскопического изображения.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для воспроизведения стереоскопических видеоизображений, содержащее два источника плоского видеоизображения, оптически связанных посредством прозрачной пластины с возможностью получения полезных прошедшего и отраженного световых потоков и наблюдения видеоизображений источников в одной плоскости, поляризатор, расположенный перед источником плоского видеоизображения, предназначенным для получения прошедшего светового потока с возможностью его поляризации в плоскости падения на пластину, очки с анализаторами, согласно предлагаемому решению источники видеоизображений расположены относительно пластины с возможностью обеспечения падения на нее светового потока от каждого источника под углом Брюстера α_Бр.

Устройство дополнительно содержит плоское зеркало с передней отражающей поверхностью, расположенное перед источником плоского видеоизображения, предназначенного для получения отраженного светового потока, параллельно прозрачной пластине, при этом источники плоских видеоизображений расположены с возможностью получения видеоизображения в параллельных плоскостях, расстояние у между которыми и расстояние х между плоскостями, перпендикулярными плоскостям видеоизображений и проходящими через их центры, выбраны из следующих соотношений:

х=2b·sinα_Бр,

y=2b·cosα_Бр,

где b - расстояние между пластиной и зеркалом.

В качестве источников плоского видеоизображения выбраны дисплеи с электронно-лучевыми трубками, прозрачная пластина выполнена стеклянной и имеет антибликовое покрытие на задней поверхности.

В устройстве для воспроизведения стереоскопического изображения, содержащем два источника плоских изображений и использующем поляризацию для обеспечения раздельного бинокулярного наблюдения этих изображений, поляризация светового потока от одного из источников и совмещение изображений в общей плоскости наблюдения осуществляются одним и тем же элементом устройства - прозрачной пластиной, при этом поляризация происходит в процессе совмещения изображений. Для этого в предложенных вариантах реализации изобретения совмещение изображений осуществляется с возможностью получения эффекта Брюстера.

Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в создании системы воспроизведения стереоскопических изображений, которая будет создавать трехмерное изображение достаточного качества и при этом иметь относительно низкую себестоимость ее оптической части.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 представлены варианты исполнения заявляемого устройства. Позициями на чертежах обозначены: 1, 2 - источники плоских видеоизображений, 3 - поляризатор, 4 - плоскость, в которой совмещаются плоские видеоизображения, 5 - прозрачная (стеклянная) пластина, 6 - сторона пластины с антибликовым покрытием, 7 - очки с анализаторами, 8 - плоское зеркало.

Устройство (фиг.1) содержит источники 1 и 2 плоских изображений в виде дисплеев с электронно-лучевыми трубками, элемент для поляризации светового потока, идущего от источника 1, в виде поляризатора 3, элемент для совмещения изображений источников 1 и 2 в общей плоскости 4 и для поляризации светового потока, идущего от источника 2, в виде прозрачной стеклянной пластины 5 с антибликовьм покрытием ее задней стороны 6, элемент для раздельного бинокулярного наблюдения совмещенных изображений источников в виде очков с анализаторами 7. Дисплеи 1 и 2 располагают симметрично относительно передней стороны прозрачной пластины 5 с возможностью падения света от каждого из них на пластину под углом Брюстера α_Бр, который рассчитывается по известной формуле:

где n₂ - показатель преломления пластины, n₂≥1,5; n₁ - показатель преломления воздуха.

Поляризатор 3 располагают перед дисплеем 1 с возможностью поляризации светового потока в плоскости падения на пластину 5.

В качестве прозрачной пластины для совмещения изображений может быть использована, например, стеклянная пластина с показателем преломления n₂=1,6, при этом угол Брюстера α_Бр будет равен 58°, или, например, с n₂=1,7 (α_Бр=59,5°).

Второй вариант исполнения устройства (фиг.2) отличается от первого тем, что дополнительно содержит плоское зеркало 8 с передней отражающей поверхностью, расположенное перед дисплеем 2, параллельно прозрачной пластине 5, при этом дисплеи расположены так, что их изображения расположены в параллельных плоскостях, расстояние между которыми (у) и расстояние между плоскостями, перпендикулярными плоскостям видеоизображений и проходящими через их центры, (х) выбраны из следующих соотношений:

x=2b·sinα_Бр,

y=2b·cosα_Бр,

где b - расстояние между пластиной и зеркалом.

Добавление плоского зеркала 8 в данном варианте устройства делает четным число отражений, которые претерпевает свет от дисплея 2, перед тем как достичь пользователя, благодаря чему изображение, выводимое на экран дисплея 2, не требует предварительного инвертирования.

Устройства (фиг.1) работает следующим образом. Два изображения, составляющие стереопару представляемой объемной сцены, выводятся на экраны дисплеев 1 и 2, причем изображение, предназначенное, например, для левого глаза пользователя, выводится на экран дисплея 1, а изображение, предназначенное, например, для правого глаза пользователя, - на экран дисплея 2. Свет, идущий от дисплея 1, проходит через поляризатор 3, приобретает р-поляризацию, падает на пластину 5 под углом Брюстера, проходит через пластину 5, достигает пользователя и проходит только через левый анализатор очков 7. Свет, идущий от дисплея 2, также падает на пластину 5 под углом Брюстера. Благодаря эффекту Брюстера от пластины 5 в направлении пользователя отражается только s-поляризованный свет, который затем достигает пользователя и проходит только через правый анализатор очков 7. Таким образом, изображения обоих дисплеев наблюдаются пользователем в общей плоскости 4, причем левый глаз пользователя видит только изображение дисплея 1, а правый глаз - только изображение дисплея 2, в результате чего пользователь воспринимает представляемую сцену объемной.

Второй вариант предлагаемого устройства (фиг.2) работает аналогичным образом, с тем отличием, что свет от дисплея 2 сначала падает на плоское зеркало 8, а уже потом - на пластину 5 под углом Брюстера.

В отличие от ранее известных устройств, в данном устройстве как совмещение изображений, так и поляризацию света от дисплея 2 осуществляют одним и тем же элементом - пластиной 5, причем поляризация происходит в процессе совмещения. Благодаря этому данное устройство сочетает в себе все три полезных свойства, присущих аналогам и прототипу лишь по отдельности. Во-первых, обеспечивается решение характерной для аналогов проблемы искажения поляризации при совмещении изображений. В предложенном устройстве благодаря применению эффекта Брюстера при совмещении изображений дисплеев поляризация световых потоков не только не искажается, но усиливается. Во-вторых, обеспечивается решение характерной для прототипа проблемы низкой выходной интенсивности светового потока. Это обеспечивается тем, что в предложенном устройстве достаточную интенсивность имеет не только свет, приходящий к пользователю от дисплея 1, но и свет, приходящий от дисплея 2, в связи с отсутствием необходимости использования второго поляризатора, что приводит к экономии энергии светового потока. Достаточная интенсивность светового потока обеспечивается также тем, что отражательная способность пластины 5 для света, падающего под углом Брюстера, выше, чем для света, падающего под углом 45°. В-третьих, в предложенном устройстве решение двух указанных проблем обеспечивается при сохранении относительно низкой себестоимости его оптической части.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить качество воспроизводимого стереоскопического изображения по сравнению с изображением, которое обеспечивается прототипом, сохранив при этом простоту реализации и низкую себестоимость устройства.

1. Устройство для воспроизведения стереоскопических видеоизображений, содержащее два источника плоского видеоизображения, оптически связанных посредством прозрачной пластины с возможностью получения полезных прошедшего и отраженного световых потоков и наблюдения видеоизображений источников в одной плоскости, поляризатор, расположенный перед источником плоского видеоизображения, предназначенным для получения прошедшего светового потока с возможностью его поляризации в плоскости падения на пластину, очки с анализаторами, отличающееся тем, что источники видеоизображений расположены относительно пластины с возможностью обеспечения падения на нее светового потока от каждого источника под углом Брюстера α_Бр.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит плоское зеркало с передней отражающей поверхностью, расположенное перед источником плоского видеоизображения, предназначенного для получения отраженного светового потока, параллельно прозрачной пластине, при этом источники плоских видеоизображений расположены с возможностью получения видеоизображения в параллельных плоскостях, расстояние у между которыми и расстояние х между плоскостями, перпендикулярными плоскостям видеоизображений и проходящими через их центры, выбраны из следующих соотношений:

x=2b·sinα_Бр;

y=2b·cosα_Бр,

где b - расстояние между пластиной и зеркалом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источников плоского видеоизображения выбраны дисплеи с электронно-лучевыми трубками, прозрачная пластина выполнена стеклянной и имеет антибликовое покрытие на задней поверхности.