RU2201610C2

RU2201610C2 - Multifocal stereo display

Info

Publication number: RU2201610C2
Application number: RU2001115674A
Authority: RU
Inventors: А.М. Ковалев
Original assignee: Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: information displays, personal displays of helmet type. SUBSTANCE: technical result of invention consists in provision for natural stereoscopic vision at great range of distances to objects, in enhanced extent of accommodation of eyes and in diminished difference between accommodation and convergence of eyes. In correspondence with invention each display channel connected to video controller and including fiber-optical light source, focusing lens and two-coordinate scanner is added with multifocal eye-piece made up of expander of light beams, light splitting plate and two spherical concave mirrors placed on its opposite sides. Each mirror carries two confocal reflection layers. EFFECT: increased efficiency of visualization. 1 cl, 4 dwg

Description

Устройство относится к средствам отображения информации, оптоэлектронным системам с мнимыми изображениями пространственных объектов, а именно к дисплеям персонального пользования нашлемного типа, подключаемым к электронно-вычислительной машине (ЭВМ). The device relates to means of displaying information, optoelectronic systems with imaginary images of spatial objects, namely to personal-use displays of helmet-type, connected to an electronic computer (computer).

В мировой практике мультифокальные стереоскопические дисплеи не известны. Традиционные стереодисплеи являются однофокусными. Они настроены либо на "бесконечность" (0÷0,1 дптр), либо на расстояние наилучшего зрения 250÷330 мм (3÷4 дптр). В дисплеях первого типа (нашлемных) стереопары изображений воспроизводятся и оптически переносятся на "бесконечность" отдельными для левого и правого глаза дисплейными каналами, выполненными обычно на базе жидкокристаллических микроматриц [1, 2]. В дисплеях второго типа стереопары воспроизводятся, как правило, на экране телевизионного монитора. Для разделения стереопар используются либо очки, снабженные "обтюраторами" на жидких кристаллах, либо растровые щелевые или лентикулярные экраны (из тонких цилиндрических линз), либо ретрорефлективные зеркала [3]. In world practice, multifocal stereoscopic displays are not known. Traditional stereo displays are single-focus. They are set either to "infinity" (0 ÷ 0.1 diopters), or to a distance of best vision of 250 ÷ 330 mm (3 ÷ 4 diopters). In displays of the first type (helmet-mounted), stereo pairs of images are reproduced and optically transferred to “infinity” by display channels separate for the left and right eyes, which are usually based on liquid crystal microarrays [1, 2]. In displays of the second type, stereo pairs are reproduced, as a rule, on the screen of a television monitor. To separate stereo pairs, either glasses equipped with “obturators” on liquid crystals, or raster slit or lenticular screens (from thin cylindrical lenses), or retroreflective mirrors are used [3].

Однофокусные стереодисплеи обеспечивают ограниченный объем зрительно воспринимаемого пространства по дальности, особенно на малых расстояниях до предметов. Это затрудняет их применение в таких приложениях, как системы телеприсутствия и телеуправления, когда требуется воспроизводить предметы в непосредственной близости от человека при достаточно большом объеме пространства, например, на расстоянии от 25 см до 10 м. Single-focus stereo displays provide a limited amount of visually perceptible space in range, especially at short distances to objects. This makes them difficult to use in applications such as telepresence and telecontrol systems, when it is necessary to reproduce objects in close proximity to a person with a sufficiently large amount of space, for example, at a distance of 25 cm to 10 m.

При бинокулярном зрении фиксация какого-либо предмета в пространстве состоит из двух действий. Первое заключается в направлении зрительных осей на предмет, чтобы его изображение возникло в фовеальной области сетчатой оболочки глаз, где острота зрения максимальна. Это действие выполняется по воле человека и сопровождается конвергенцией (сведением) зрительных осей. Второе действие происходит без участия воли человека и заключается в аккомодации (фокусировке на резкость) путем изменения оптической силы глаз. Известно, что конвергенция и аккомодация взаимно связаны, поскольку аккомодационные мышцы иннервируются глазодвигательным нервом [4, стр.83]. Определенное состояние аккомодации стремится вызвать и определенную степень сведения зрительных осей, и, наоборот, тому или иному сведению зрительных осей соответствует определенная степень аккомодации. Связь между углом конвергенции α в радианах и аккомодацией А в диоптриях выражается формулой α=b•А/1000, где b - расстояние между центрами вращения глазных яблок в миллиметрах [5, стр. 414] . Для типового значения b=64 мм расстоянию наилучшего видения 25 см соответствует аккомодация А= 4 дптр и конвергенция α=14,6^o; на бесконечном расстоянии аккомодация и угол конвергенции равны нулю.With binocular vision, fixing an object in space consists of two actions. The first is to direct the visual axes towards the object so that its image appears in the foveal region of the retina, where visual acuity is maximum. This action is performed by the will of man and is accompanied by the convergence (reduction) of the visual axes. The second action occurs without the participation of the will of man and consists in accommodation (focusing on sharpness) by changing the optical power of the eyes. It is known that convergence and accommodation are mutually related, since the accommodation muscles are innervated by the oculomotor nerve [4, p. 83]. A certain state of accommodation tends to cause a certain degree of reduction of the visual axes, and, conversely, a certain degree of accommodation corresponds to one or another reduction of the visual axes. The relationship between the convergence angle α in radians and accommodation A in diopters is expressed by the formula α = b • A / 1000, where b is the distance between the centers of rotation of the eyeballs in millimeters [5, p. 414]. For a typical value of b = 64 mm, the best vision distance of 25 cm corresponds to accommodation A = 4 diopters and convergence α = 14.6 ^o ; at an infinite distance, accommodation and convergence angle are zero.

В однофокусных стереодисплеях естественная связь между конвергенцией и аккомодацией нарушается. С одной стороны, сами изображения предметов на стереопарах задают конвергенцию, разную для различного удаления предметов. С другой стороны, стереопары воспроизводятся на фиксированном от наблюдателя расстоянии, что поддерживает постоянную степень аккомодации. Если аккомодация глаз последует за их конвергенцией, то упадет резкость изображений, в противном случае - возникает двоение изображений или диплопия. При длительном нарушении естественной связи между конвергенцией и аккомодацией появляется головная боль, тошнота и утомление глаз. На основании ряда экспериментов было установлено [4], что человек практически безболезненно переносит лишь небольшое расхождение расстояний конвергенции и аккомодации. Это расхождение определяется так называемой "зоной комфорта", величина которой меньше ±1,0 дптр и несколько уменьшается при увеличении расстояний до объектов. In single focus stereo displays, the natural connection between convergence and accommodation is broken. On the one hand, the images of objects on stereopairs themselves determine the convergence that is different for different removal of objects. On the other hand, stereo pairs are reproduced at a fixed distance from the observer, which maintains a constant degree of accommodation. If the accommodation of the eyes follows their convergence, then the sharpness of the images will fall, otherwise - there is a double image or diplopia. With a prolonged violation of the natural connection between convergence and accommodation, headache, nausea and eye fatigue appear. Based on a number of experiments, it was found [4] that a person tolerates only a small difference in the convergence and accommodation distances almost painlessly. This discrepancy is determined by the so-called "comfort zone", the value of which is less than ± 1.0 diopters and slightly decreases with increasing distances to objects.

Таким образом, однофокусные стереодисплеи не обеспечивают необходимого объема аккомодации глаз и нарушают естественное зрительное восприятие окружающего пространства, в котором предметы могут располагаться в диапазоне расстояний от зоны ближнего видения (3÷4 дптр) до зоны дальнего видения (0÷0,1 дптр). Thus, single-focus stereo displays do not provide the necessary amount of eye accommodation and disrupt the natural visual perception of the surrounding space, in which objects can be located in the range of distances from the near vision zone (3 ÷ 4 diopters) to the far vision zone (0 ÷ 0.1 diopters).

В приложении к нашлемным дисплеям известно единственное предложение для фокусировки элементов изображения с учетом аккомодации. В виртуальных ретинальных дисплеях с растровой разверткой коллимированного пучка по сетчатке [6, 7] предлагается применять отражающую поверхность, которая "может быстро изменять свою форму". Например, миниатюрное зеркало в виде деформируемой мембраны, установленное между оптическим сканером и коллимирующей линзой. Зеркало должно модулировать каждый элемент изображения по глубине, т.е. перемещать его параллельно оптической оси линзы. Такое предложение осуществить невозможно по двум причинам. Во-первых, механическое устройство типа мембраны должно работать на видеочастотах до 100 МГц, что технически трудно реализовать. Во-вторых, миниатюрные оптические сканеры [8, 9] на частоте строчной развертки 16 кгц и выше способны отклонять световые пучки очень малой апертуры (~ 2 мм). Чтобы исключить эндоскопический эффект и потери изображения при глазных движениях, апертуру пучков необходимо увеличивать [10]. В схеме с расширителем апертуры пучков динамическое перемещение элементов изображения по оптической оси становится невозможным. In the annex to helmet displays, the only proposal is known for focusing image elements taking into account accommodation. In virtual retinal displays with a raster scan of a collimated beam along the retina [6, 7], it is proposed to use a reflective surface that "can quickly change its shape." For example, a miniature mirror in the form of a deformable membrane mounted between an optical scanner and a collimating lens. The mirror should modulate each image element in depth, i.e. move it parallel to the optical axis of the lens. Such a proposal cannot be implemented for two reasons. Firstly, a mechanical device such as a membrane must operate at video frequencies up to 100 MHz, which is technically difficult to implement. Secondly, miniature optical scanners [8, 9] at a horizontal frequency of 16 kHz and higher are able to deflect light beams of a very small aperture (~ 2 mm). To exclude the endoscopic effect and image loss during eye movements, the aperture of the beams must be increased [10]. In a scheme with a beam aperture expander, the dynamic movement of image elements along the optical axis becomes impossible.

Наиболее близким к предлагаемому мультифокальному стереодисплею по совокупности существенных признаков, решаемой задаче и используемому способу является устройство отображения пространственных объектов [11]. Устройство содержит последовательно связанные видеоконтроллер, волоконно-оптический источник светоизлучения, фокусирующую линзу, двухкоординатный сканер и зеркальный окуляр. Волоконно-оптический источник светоизлучения составлен из последовательно расположенных светоизлучателя, оптического согласующего элемента и волоконного световода. Двухкоординатный сканер составлен из горизонтального и вертикального механических зеркальных сканеров, связанных через плоское полупрозрачное зеркало и вогнутое сферическое зеркало. Входы синхронизации сканеров подключены к видеоконтроллеру, который связан с электронно-вычислительной машиной. Зеркальный окуляр составлен из полупрозрачного сферического зеркала и плоского поляризационного зеркала. Стереоскопический дисплей составляется из двух идентичных устройств {дисплейных каналов) для левого и правого глаза соответственно. The closest to the proposed multifocal stereo display in terms of the set of essential features, the problem to be solved and the method used is a device for displaying spatial objects [11]. The device contains a series-connected video controller, a fiber-optic light source, a focusing lens, a two-coordinate scanner and a mirror eyepiece. A fiber optic light emitting source is composed of a sequentially arranged light emitter, an optical matching element and a fiber light guide. The two-coordinate scanner is composed of horizontal and vertical mechanical mirror scanners connected through a flat translucent mirror and a concave spherical mirror. The synchronization inputs of the scanners are connected to the video controller, which is connected to the electronic computer. The specular eyepiece is composed of a translucent spherical mirror and a planar polarizing mirror. A stereoscopic display is composed of two identical devices (display channels) for the left and right eyes, respectively.

Недостатком такого стереодисплея являются малый физиологически допустимый объем аккомодации глаз и появление конфликтов между конвергенцией и аккомодацией при отображении пространства с большим динамическим диапазоном расстояний до предметов (от расстояния наилучшего видения 250÷330 мм до бесконечности). Недостатком является наличие малых выходных зрачков. Вследствие принципа работы выходной зрачок каждого устройства совмещен с неподвижной точкой глаза - его центром вращения. Поэтому при глазных движениях изображение просматривается полностью, но оказывается в значительной степени виньетированным. Кроме того, наблюдается эндоскопический эффект. The disadvantage of such a stereo display is the small physiologically permissible amount of eye accommodation and the appearance of conflicts between convergence and accommodation when displaying a space with a large dynamic range of distances to objects (from the distance of the best vision 250 ÷ 330 mm to infinity). The disadvantage is the presence of small exit pupils. Due to the principle of operation, the exit pupil of each device is combined with a fixed point of the eye - its center of rotation. Therefore, with eye movements, the image is fully visible, but it turns out to be largely vignetted. In addition, an endoscopic effect is observed.

Заявляемый мультифокальный стереодисплей обеспечивает стереоскопическое зрение при большом динамическом диапазоне расстояний до предметов (от 250÷330 мм до ∞), увеличивает объем аккомодации глаз до 3,5÷4 дптр, уменьшает разность между конвергенцией и аккомодацией глаз до ±0,25÷±0,5 дптр, обладает большими выходными зрачками для естественного зрительного восприятия трехмерного пространства предметов без виньетирования. The inventive multifocal stereo display provides stereoscopic vision with a large dynamic range of distances to objects (from 250 ÷ 330 mm to ∞), increases the volume of eye accommodation to 3.5 ÷ 4 diopters, reduces the difference between convergence and accommodation of the eyes to ± 0.25 ÷ ± 0 5 diopters, has large exit pupils for the natural visual perception of the three-dimensional space of objects without vignetting.

Такие характеристики достигаются за счет того, что в стереоскопическом дисплее, содержащем видеоконтроллер и подключенные к нему два идентичных дисплейных канала для левого и правого глаза соответственно, причем каждый дисплейный канал состоит из последовательно связанных волоконно-оптического источника светоизлучения, фокусирующей линзы и двухкоординатного сканера, при этом волоконно-оптический источник светоизлучения составлен из последовательно расположенных светоизлучателя, оптического согласующего элемента и световода, причем вход светоизлучателя и вход синхронизации сканера соединены с видеоконтроллером, подключенным к электронно-вычислительной машине, каждый дисплейный канал снабжен многофокусным окуляром, составленным из расширителя световых пучков, светоделительной пластины и двух сферических вогнутых зеркал, каждое из которых содержит два конфокальных отражающих слоя, причем светоделительная пластина связана со сканером через расширитель световых пучков и расположена на пересечении зрительной оси глаза и оптической оси расширителя световых пучков под равными углами наклона к осям, при этом одно сферическое вогнутое зеркало помещено на оптической оси расширителя световых пучков со стороны светоделительной пластины, обращенной к глазу, другое - на зрительной оси глаза со стороны светоделительной пластины, обращенной к расширителю световых пучков. Such characteristics are achieved due to the fact that in a stereoscopic display containing a video controller and two identical display channels for the left and right eyes connected to it, respectively, wherein each display channel consists of a series-connected fiber-optic light source, a focusing lens, and a two-coordinate scanner, this fiber-optic light source is composed of sequentially arranged light emitter, an optical matching element and a light guide, with than the light emitter input and the scanner synchronization input are connected to a video controller connected to an electronic computer, each display channel is equipped with a multifocus eyepiece composed of a light beam expander, a beam splitter plate and two spherical concave mirrors, each of which contains two confocal reflective layers, and a beam splitter the plate is connected to the scanner through a light beam expander and is located at the intersection of the visual axis of the eye and the optical axis of the light extender chkov at equal angles to the axes, wherein one spherical concave mirror placed on the optical axis of the expander light beams from the beamsplitter plate facing the eye, and another - to the visual axis of the eye by the splitter plate facing the expander light beams.

В другой модификации устройства конфокальные отражающие слои сферических вогнутых зеркал дисплейных каналов выполнены на жидких кристаллах. In another modification of the device, the confocal reflective layers of spherical concave mirrors of the display channels are made on liquid crystals.

Новыми признаками устройства являются: введение в каждый дисплейный канал многофокусного окуляра, составленного из расширителя световых пучков, светоделительной пластины и двух сферических вогнутых зеркал, каждое из которых содержит два конфокальных отражающих слоя; установка расширителя световых пучков между сканером и светоделительной пластиной; расположение светоделительной пластины на пересечении зрительной оси глаза и оптической оси расширителя световых пучков под равными углами наклона к этим осям; установка одного зеркала на оптической оси расширителя световых пучков на стороне светоделительной пластины, обращенной к глазу; установка второго зеркала на зрительной оси глаза на стороне светоделительной пластины, обращенной к расширителю; выполнение конфокальных отражающих слоев зеркал на жидких кристаллах. New features of the device are: the introduction into each display channel of a multifocal eyepiece, composed of a light beam expander, a beam splitter plate and two spherical concave mirrors, each of which contains two confocal reflective layers; installation of a light beam expander between the scanner and the beam splitter plate; the location of the beam splitting plate at the intersection of the visual axis of the eye and the optical axis of the extender light beams at equal angles of inclination to these axes; installing one mirror on the optical axis of the light beam expander on the side of the beam splitter plate facing the eye; the installation of a second mirror on the visual axis of the eye on the side of the beam splitter plate facing the expander; implementation of confocal reflective layers of mirrors on liquid crystals.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого устройства. На фиг. 2 показан принцип бинокулярной фокусировки при двух стратегиях выбора радиусов виртуальных экранов. На фиг.3 приведены графики разности между конвергенцией и аккомодацией в зависимости от расстояния до предметов. На фиг.4 показан альтернативный вариант практической реализации окуляра дисплейного канала мультифокального стереодисплея. In FIG. 1 is a schematic representation of the proposed device. In FIG. Figure 2 shows the principle of binocular focusing with two strategies for choosing the radii of virtual screens. Figure 3 shows graphs of the difference between convergence and accommodation, depending on the distance to the objects. Figure 4 shows an alternative practical implementation of the eyepiece of the display channel of the multifocal stereo display.

Предлагаемое устройство согласно фиг. 1 содержит видеоконтроллер 1 и подключенные к нему два идентичных дисплейных канала 2 и 3 для левого глаза 4 и правого глаза 5 соответственно. Каждый дисплейный канал, например канал 2, состоит из последовательно связанных волоконно-оптического источника светоизлучения 6, фокусирующей линзы 7 и двухкоординатного сканера 8. Волоконно-оптический источник светоизлучения 6 составлен из последовательно расположенных светоизлучателя 9, оптического согласующего элемента 10 и световода 11. Вход 12 светоизлучателя 9 и вход 13 синхронизации сканера 8 соединены с видеоконтроллером 1, подключенным к электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Каждый дисплейный канал, например канал 2, снабжен многофокусным окуляром 14, составленным из расширителя 15 световых пучков, светоделительной пластины 16 и двух сферических вогнутых зеркала 17 и 18, каждое из которых содержит два конфокальных отражающих слоя 19, 20 и 21, 22 соответственно. Светоделительная пластина 16 связана со сканером 8 через расширитель 15 световых пучков и расположена на пересечении зрительной оси 23 глаза 4 и оптической оси 24 расширителя 15 под равными углами наклона к осям 23 и 24. Зеркало 18 со слоями 21 и 22 помещено на оптической оси 24 расширителя 15 на стороне светоделительной пластины 16, обращенной к глазу 4. Зеркало 17 со слоями 19 и 20 помещено на зрительной оси 23 глаза 4 на стороне светоделительной пластины 16, обращенной к расширителю 15. The proposed device according to FIG. 1 contains a video controller 1 and two identical display channels 2 and 3 connected to it for the left eye 4 and the right eye 5, respectively. Each display channel, for example channel 2, consists of a series-connected fiber-optic light source 6, a focusing lens 7 and a two-axis scanner 8. The fiber-optic light source 6 is composed of sequentially located light emitter 9, optical matching element 10 and light guide 11. Input 12 the light emitter 9 and the input 13 of the synchronization of the scanner 8 are connected to the video controller 1 connected to an electronic computer (computer). Each display channel, for example channel 2, is equipped with a multifocal eyepiece 14, composed of a beam expander 15, a beam splitter 16 and two spherical concave mirrors 17 and 18, each of which contains two confocal reflective layers 19, 20 and 21, 22, respectively. The beam splitter plate 16 is connected to the scanner 8 through the light beam expander 15 and is located at the intersection of the visual axis 23 of the eye 4 and the optical axis 24 of the expander 15 at equal angles to the axes 23 and 24. A mirror 18 with layers 21 and 22 is placed on the optical axis 24 of the expander 15 on the side of the beam splitter plate 16 facing the eye 4. The mirror 17 with layers 19 and 20 is placed on the visual axis 23 of the eye 4 on the side of the beam splitter plate 16 facing the expander 15.

Предлагаемое устройство (фиг.1) работает следующим образом. Видеоконтроллер 1 получает от ЭВМ для дисплейных каналов 2 и 3 стереопару изображений. Каждое отдельное изображение стереопары содержит угловые координаты (широту θ, долготу φ) и информацию о яркости (I) или цвете (R, G, B) точечных элементов изображений предметов. Видеоконтроллер 1, как правило, запоминает эту информацию в видеобуферной памяти для последующего отображения. Оба дисплейных канала в дальнейшем работают одинаково. Поэтому рассмотрим подробно работу одного канала, например канала 2. В течение периода кадровой (50-70 Гц) и строчной (16-50 кГц) частоты растровой развертки изображений видеоконтроллер 1 вырабатывает управляющий сигнал 13 для отклонения сканером 8 пучков света по широте θ (вертикали) и по долготе φ (горизонтали). Наряду с этим видеоконтроллер 1 на частоте видеосигнала 10-100 МГц управляет с помощью сигнала 12 модуляцией яркости I либо цвета R, G, B светоизлучателя 9. The proposed device (figure 1) works as follows. The video controller 1 receives from the computer for display channels 2 and 3 a stereo pair of images. Each individual image of a stereo pair contains angular coordinates (latitude θ, longitude φ) and information about the brightness (I) or color (R, G, B) of the point elements of the image of objects. The video controller 1, as a rule, stores this information in the video buffer memory for subsequent display. Both display channels subsequently work the same. Therefore, let us consider in detail the operation of one channel, for example, channel 2. During the period of the frame (50-70 Hz) and horizontal (16-50 kHz) frequency of the raster scan of the images, the video controller 1 generates a control signal 13 for the scanner to deflect 8 light beams in latitude θ (vertical) ) and in longitude φ (horizontal). Along with this, the video controller 1 at a frequency of a video signal of 10-100 MHz controls by means of a signal 12 a brightness modulation I or color R, G, B of the light emitter 9.

Светоизлучатель 9 может быть выполнен с использованием светоизлучающих диодов или лазеров (предпочтительно полупроводниковых). Для цветного дисплея используются лазеры или светодиоды, излучающие свет красного R, зеленого G и синего В цвета. С помощью дихроических рефлекторов и линз модулированные видеоконтроллером 1 лучи трех длин волн собираются и фокусируются оптическим согласующим элементом 10 на волоконном световоде 11. В качестве оптического согласующего элемента 10 предпочтительно использовать устройство типа фокон, а в качестве волоконного световода 11 - одномодовый световод с диаметром сердцевины 3-5 мкм. Таким образом, волоконно-оптический источник 6 модулируемого светоизлучения служит для создания и направления на сетчатку глаза 4 одного точечного элемента изображения предмета за один такт видеочастоты. The light emitter 9 may be made using light emitting diodes or lasers (preferably semiconductor). For a color display, lasers or LEDs emitting red R, green G, and blue B colors are used. Using dichroic reflectors and lenses, the rays of three wavelengths modulated by the video controller 1 are collected and focused by the optical matching element 10 on the optical fiber 11. As an optical matching element 10, it is preferable to use a focon type device, and as a optical fiber 11, a single-mode optical fiber with a core diameter of 3 -5 microns. Thus, the fiber-optic source 6 of modulated light emission is used to create and direct to the retina of the eye 4 one point image element of the object in one clock cycle of the video frequency.

Модулированные световые пучки с выхода световода 11 через фокусирующую линзу 7 поступают на двухкоординатный сканер 8 для горизонтального и вертикального отклонения. Возможны два варианта реализации сканера 8: в виде последовательно связанных горизонтального механического резонансного зеркального микросканера [8, 9] и вертикального сканера на основе зеркального гальванометра или в виде микроэлектро-механического двумерного сканера с одним зеркалом, изготовленного по кремниевой технологии интегральных схем [12]. Оба варианта двухкоординатных сканеров 8 отклоняют световые пучки с малой угловой апертурой, определяемой размером подвижных зеркал (≤2х2 мм²), и требуют последующего увеличения угловой апертуры световых пучков для окуляров с расширенным выходным зрачком.Modulated light beams from the output of the optical fiber 11 through the focusing lens 7 are fed to a two-coordinate scanner 8 for horizontal and vertical deflection. There are two possible options for implementing scanner 8: in the form of a series-connected horizontal mechanical resonance mirror microscanner [8, 9] and a vertical scanner based on a mirror galvanometer or in the form of a microelectromechanical two-dimensional scanner with one mirror made using silicon integrated circuit technology [12]. Both versions of the two-coordinate scanners 8 deflect light beams with a small angular aperture, determined by the size of the moving mirrors (≤2x2 mm ² ), and require a subsequent increase in the angular aperture of the light beams for eyepieces with an expanded exit pupil.

Входным зрачком многофокусного окуляра 14 является выходная поверхность расширителя 15 световых пучков, на которую фокусируются пучки, отклоненные сканером 8, образуя растровое изображение предметов с расширенной угловой апертурой. Расширитель 15 выполняется в виде рефракционной линзы, у которой выходная поверхность, обращенная к светоделительной пластине 16, является сферической со специальным покрытием. В простейшем случае - это матовая поверхность, обеспечивающая диффузное рассеяние света. В другом варианте на сферическую поверхность расширителя 15 может быть нанесен голографический элемент с псевдослучайной фазой для формирования определенной направленности расширенных световых пучков. И, наконец, на поверхности расширителя 15 может быть сформирован двумерный мультипликатор выходных световых пучков как элемент дифракционной оптики. Вид входной поверхности расширителя 15, обращенной к сканеру 8, зависит от типа применяемого двухкоординатного сканера. Это может быть тороидальная или сферическая поверхность. Линза расширителя 15 работает как коллектив, обеспечивающий фокусировку пучков на выходной сферической поверхности. The entrance pupil of the multifocal eyepiece 14 is the output surface of the light beam expander 15, onto which the beams rejected by the scanner 8 are focused, forming a raster image of objects with an expanded angular aperture. The expander 15 is made in the form of a refractive lens, in which the output surface facing the beam splitter plate 16 is spherical with a special coating. In the simplest case, it is a matte surface that provides diffuse light scattering. In another embodiment, a holographic element with a pseudo-random phase can be deposited on the spherical surface of the expander 15 to form a specific direction of the expanded light beams. And finally, on the surface of the expander 15, a two-dimensional multiplier of the output light beams can be formed as an element of diffraction optics. The type of input surface of the expander 15 facing the scanner 8 depends on the type of two-coordinate scanner used. It can be a toroidal or spherical surface. The lens of the expander 15 operates as a team, providing focusing of the beams on the output spherical surface.

Действительное изображение предметов, сформированное на выходной сферической поверхности расширителя 15 световых пучков, увеличивается и переносится в виртуальное пространство с помощью светоделительной пластины 16 и сферических вогнутых зеркал 17 и 18. Каждое зеркало (17 и 18) содержит два конфокальных отражающих слоя, напыленных на внутренней и внешней поверхностях концентрического мениска. Например, пусть зеркало 17 на внутренней поверхности мениска содержит слой 20, отражающий 36% и пропускающий 60% света при потерях света 4%. Пусть слой на внешней поверхности мениска отражает 100% света. В этом случае в отраженном от зеркала 17 свете будет присутствовать 36% света, отраженного от внутреннего слоя, и равное количество 36% света, отраженного от внешнего слоя. 28% света будет потеряно, причем около 19% света будет многократно переотражаться между внутренним и внешним слоями. Вторичные и последующие отражения приведут лишь к некоторому снижению контраста. Таким образом, каждое сферическое вогнутое зеркало (17 и 18), составленное из двух конфокальных отражающих слоев, эквивалентно двум сферическим отражающим поверхностям с разными радиусами кривизны. Два зеркала (17 и 18) с четырьмя отражающими слоями обеспечивают четыре сферических поверхности с разной кривизной. Очевидно, что если варьировать прозрачностью слоев, то можно построить окуляр с одним, двумя, тремя или четырьмя отражающими слоями. Например, если слой 19 зеркала 17 прозрачен, а остальные слои зеркал 17 и 18 имеют вышеописанные коэффициенты отражения, то получается окуляр просветного типа с тремя отражающими слоями для воспроизведения изображения от ЭВМ плюс окно для внешнего окружающего мира (30% света). A real image of objects formed on the output spherical surface of the light beam expander 15 is enlarged and transferred to virtual space using a beam splitter plate 16 and spherical concave mirrors 17 and 18. Each mirror (17 and 18) contains two confocal reflective layers deposited on the inner and the outer surfaces of the concentric meniscus. For example, let the mirror 17 on the inner surface of the meniscus contain a layer 20 reflecting 36% and transmitting 60% of the light with a light loss of 4%. Let the layer on the outer surface of the meniscus reflect 100% of the light. In this case, 36% of the light reflected from the inner layer and an equal amount of 36% of the light reflected from the outer layer will be present in the light reflected from the mirror 17. 28% of the light will be lost, with about 19% of the light being repeatedly reflected between the inner and outer layers. Secondary and subsequent reflections will only lead to some decrease in contrast. Thus, each spherical concave mirror (17 and 18) composed of two confocal reflective layers is equivalent to two spherical reflective surfaces with different radii of curvature. Two mirrors (17 and 18) with four reflective layers provide four spherical surfaces with different curvatures. Obviously, if you vary the transparency of the layers, then you can build an eyepiece with one, two, three or four reflective layers. For example, if the layer 19 of the mirror 17 is transparent, and the remaining layers of the mirrors 17 and 18 have the reflection coefficients described above, an eyepiece of a translucent type with three reflective layers for reproducing the computer image plus a window for the outside world (30% of the light) is obtained.

Точечный элемент изображения предмета, расположенный на выходной поверхности расширителя 15, излучает расширенный пучок света в направлении светоделительной пластины 16. Половину света этого пучка пластина 16 направляет в сторону зеркала 17 вдоль зрительной оси 23 глаза 4, а другую половину пропускает вдоль оптической оси 24 к зеркалу 18. Одна "половина пучка" отражается от двух слоев 19 и 20 зеркала 17. При этом вдоль зрительной оси 23 в направлении глаза 4 через светоделительную пластину 16 пройдут два расходящихся пучка света одинаковой интенсивности, но с разной кривизной волнового фронта. Другая "половина пучка" отражается от двух слоев 21 и 22 зеркала 18, а затем - от светоделительной пластины 16. При этом вдоль зрительной оси 23 в направлении глаза 4 пройдут другие два расходящихся пучка света. Таким образом, вдоль зрительной оси 23 к глазу 4 будет направлено четыре световых пучка с разной кривизной волновых фронтов, с одинаковой яркостью и с совпадающими со зрительной осью 23 главными лучами. Эти пучки проходят через оптическую систему глаза 4 и фокусируются в четыре световые точки, расположенные вдоль зрительной оси 23. The point image element of the object located on the output surface of the expander 15 emits an expanded light beam in the direction of the beam splitter plate 16. Half of the light of this beam, the plate 16 directs toward the mirror 17 along the visual axis 23 of the eye 4, and passes the other half along the optical axis 24 to the mirror 18. One "half beam" is reflected from two layers 19 and 20 of the mirror 17. In this case, two diverging beams of light of the same intensity will pass along the visual axis 23 in the direction of the eye 4 through the beam splitter plate 16 ti, but with different curvature of the wavefront. The other "half of the beam" is reflected from the two layers 21 and 22 of the mirror 18, and then from the beam splitter plate 16. At the same time, the other two diverging beams of light will pass along the visual axis 23 in the direction of the eye 4. Thus, four light beams with different curvatures of wave fronts, with the same brightness and with the main rays coinciding with the visual axis 23, will be directed along the visual axis 23 to the eye 4. These beams pass through the optical system of the eye 4 and are focused at four light points located along the visual axis 23.

Расположение зеркальных элементов многофокусного окуляра 14 таково, что центры конфокальных отражающих поверхностей 19 и 20 зеркала 17 совмещены с центром вращения глаза 4. Центры конфокальных отражающих поверхностей 21 и 22 зеркала 18 и центр сферического изображения на поверхности расширителя 15 совмещены между собой, а с помощью светоделительной пластины 16 этот общий центр оказывается также совмещенным оптически с центром вращения глаза 4. Таким образом, вдоль зрительной оси 23 глаза 4 оказываются виртуально расположенными сферическое изображение предметов на расширителе 15 и четыре конфокальные отражающие поверхности сферических вогнутых зеркал с разными величинами радиусов кривизны. Причем центры всех сферических поверхностей совмещены с центром вращения глаза. В соответствии со способом [11] отображения пространственных объектов в этом случае точечное изображение предмета будет перенесено на четыре виртуальных сферических экрана, расположенных на разном удалении от наблюдателя. Вследствие центральной симметрии системы (центром симметрии является центр вращения глаза) при любом вращении глаза 4 и последующей фиксации зрительной оси 23 в положении, отличном от исходного, процесс отображения точечных элементов изображений предметов, расположенных на сферической поверхности расширителя 15 световых пучков, не будет отличаться от рассмотренного выше. Таким образом, при любом положении зрительной оси 23 глаза 4 соответствующий точечный элемент изображения предмета одновременно отображается на четырех разноудаленных сферических виртуальных экранах, лежит на пересечениях зрительной оси 23 с этими экранами и фокусируется глазом 4 в четыре световые точки или четыре фокуса вдоль его зрительной оси в окрестности фовеальной ямки сетчатой оболочки глаза. The arrangement of the mirror elements of the multifocal eyepiece 14 is such that the centers of the confocal reflective surfaces 19 and 20 of the mirror 17 are aligned with the center of rotation of the eye 4. The centers of the confocal reflective surfaces 21 and 22 of the mirror 18 and the center of the spherical image on the surface of the expander 15 are aligned with each other, and using a beam splitter of the plate 16, this common center also turns out to be optically aligned with the center of rotation of the eye 4. Thus, along the visual axis 23 of the eye 4, the spherical image is virtually located voltage of objects on the reamer 15 and the four reflecting surfaces confocal spherical concave mirror with different radii of curvature values. Moreover, the centers of all spherical surfaces are aligned with the center of rotation of the eye. In accordance with the method [11] for displaying spatial objects in this case, the point image of the object will be transferred to four virtual spherical screens located at different distances from the observer. Due to the central symmetry of the system (the center of symmetry is the center of rotation of the eye) for any rotation of the eye 4 and subsequent fixation of the visual axis 23 in a position other than the original, the process of displaying the point elements of images of objects located on the spherical surface of the expander 15 light beams will not differ from considered above. Thus, at any position of the visual axis 23 of the eye 4, the corresponding point element of the image of the object is simultaneously displayed on four differently spherical virtual screens, lies at the intersections of the visual axis 23 with these screens and is focused by the eye 4 into four light points or four foci along its visual axis in neighborhood of the foveal fossa of the retina of the eye.

Конфокальные отражающие слои 19 и 20 зеркала 17 и слои 21 и 22 зеркала 18 могут быть выполнены на жидких кристаллах холестерического типа [13]. Холестерики работают со светом, поляризованным по кругу. Например, свет с правой круговой поляризацией холестерик отражает практически на 100% без изменения направления вращения вектора, а свет с левой круговой поляризацией - пропускает. Назовем такой жидкий кристалл правоотражающим. Холестерик, который отражает свет с левой круговой поляризацией и пропускает свет с правой круговой поляризацией, назовем левоотражающим. Отражающие слои зеркал 17 или 18 составляются из пары холестериков - левоотражающего и правоотражающего. Например, слой 19 зеркала 17 может быть левоотражающим холестериком, тогда слой 20 этого зеркала должен быть выполнен из правоотражающего холестерика. Для зеркала 18 слой 22 - левоотражающий, слой 21 - правоотражающий. Confocal reflective layers 19 and 20 of mirror 17 and layers 21 and 22 of mirror 18 can be made on cholesteric type liquid crystals [13]. Cholesterics work with light polarized in a circle. For example, light with right circular polarization cholesteric reflects almost 100% without changing the direction of rotation of the vector, and light with left circular polarization - transmits. We call such a liquid crystal reflective. A cholesteric that reflects light with a left circular polarization and transmits light with a right circular polarization will be called left-reflective. The reflective layers of mirrors 17 or 18 are made up of a pair of cholesterics - a left-reflecting and a right-reflecting one. For example, the layer 19 of the mirror 17 may be a left-reflecting cholesterol, then the layer 20 of this mirror should be made of a reflecting cholesteric. For mirror 18, layer 22 is left-reflective, layer 21 is reflective.

Многофокусный окуляр 14 на жидких кристаллах работает следующим образом. Диодные полупроводниковые лазеры, используемые в качестве светоизлучателя 9, генерируют обычно световую волну с плоской поляризацией. Такую волну можно представить как сумму двух волн, электрические векторы которых вращаются в противоположных направлениях по мере распространения волны. Таким образом, плоскополяризованный свет содержит в себе как свет с правой круговой поляризацией, так и свет с левой круговой поляризацией. Такой свет от светоизлучателя 9 проходит через оптический согласующий элемент 10, световод 11, двухкоординатный сканер 8, расширитель световых пучков 15, светоделительную пластину 16 и не изменяет своей плоской поляризации. При падении плоскополяризованного света на зеркало 17 правоотражающий холестерик слоя 20 отразит составляющую света с правой круговой поляризацией и пропустит через себя составляющую света с левой круговой поляризацией. Левоотражающий холестерик слоя 19 отразит свет с левой круговой поляризацией, а правоотражающий слой 20 пропустит этот свет в обратном направлении. Таким образом, вдоль зрительной оси 23 в направлении к глазу 4 пойдут два пучка света с разной круговой поляризацией и с разной кривизной волновых фронтов. Аналогичный процесс расщепления и отражения света происходит на зеркале 18. В результате вдоль зрительной оси 23 к глазу 4 пройдут четыре световых пучка, которые создадут изображение на четырех виртуальных сферических экранах. Применение жидких кристаллов уменьшает потери света и увеличивает контраст изображения. Multifocal eyepiece 14 on liquid crystals works as follows. Semiconductor diode lasers used as the light emitter 9 usually generate a plane-polarized light wave. Such a wave can be represented as the sum of two waves whose electric vectors rotate in opposite directions as the wave propagates. Thus, plane-polarized light contains both light with right circular polarization and light with left circular polarization. Such light from the light emitter 9 passes through an optical matching element 10, a light guide 11, a two-coordinate scanner 8, a beam expander 15, a beam splitter plate 16, and does not change its plane polarization. When plane-polarized light falls on the mirror 17, the right-reflecting cholesterol of the layer 20 will reflect the light component with the right circular polarization and pass the light component with the left circular polarization through itself. The left-reflecting cholesterol of the layer 19 will reflect the light with left circular polarization, and the right-reflecting cholesteric 20 will pass this light in the opposite direction. Thus, along the visual axis 23 in the direction of the eye 4 will go two beams of light with different circular polarization and with different curvature of the wave fronts. A similar process of splitting and reflection of light occurs on the mirror 18. As a result, four light beams will pass along the visual axis 23 to the eye 4, which will create an image on four virtual spherical screens. The use of liquid crystals reduces light loss and increases image contrast.

Пусть радиус i-го виртуального экрана соответствует аккомодации Ai в диоптриях и пусть задан в миллиметрах радиус R изображения на поверхности расширителя 15. Тогда величины радиусов отражающих слоев зеркал 17 и 18 в миллиметрах можно найти из формулы для сферического зеркала в виде
1/R+Ai/1000=2/Ri,
где Ri - радиус i-го отражающего слоя. Для R=40, А1=3, А2=2, А3=1 и А4= 0,1 из формулы получим радиусы R1=71,43, R2=74,07, R3=76,92 и R4=79,68. Присвоим R1 слою 20, R2 слою 19, R3 слою 22 и R4 слою 21. Теперь надо скорректировать величину радиусов внешних поверхностей менисков с учетом показателя преломления стекла n. В параксиальном приближении это можно сделать по формулам
1/R2'=n/R2-(n-1)/R1
и
1/R4'=n/R4-(n-1)/R3,
где R2', R4' - скорректированные радиусы внешних отражающих слоев. После коррекции при n= 1,5163 толщина мениска зеркала 17 составит 4,08 мм, а толщина мениска 18 - 4,26 мм.Let the radius of the i-th virtual screen correspond to accommodation Ai in diopters and let the radius R of the image on the surface of the expander 15 be given in millimeters. Then the radii of the reflecting layers of the mirrors 17 and 18 in millimeters can be found from the formula for a spherical mirror in the form
1 / R + Ai / 1000 = 2 / Ri,
where Ri is the radius of the i-th reflecting layer. For R = 40, A1 = 3, A2 = 2, A3 = 1 and A4 = 0.1, from the formula we obtain the radii R1 = 71.43, R2 = 74.07, R3 = 76.92 and R4 = 79.68. Assign R1 to layer 20, R2 to layer 19, R3 to layer 22, and R4 to layer 21. Now we need to adjust the value of the radii of the outer surfaces of the menisci taking into account the refractive index of glass n. In the paraxial approximation, this can be done by the formulas
1 / R2 '= n / R2- (n-1) / R1
and
1 / R4 '= n / R4- (n-1) / R3,
where R2 ', R4' are the adjusted radii of the external reflective layers. After correction at n = 1.5163, the thickness of the meniscus of mirror 17 will be 4.08 mm, and the thickness of the meniscus 18 will be 4.26 mm.

Очевидно, что в приведенном примере дисплейный канал 2 с учетом зоны комфорта ±0,5 дптр может обеспечить объем аккомодации В=(А1+0,5) - (А4-0,1) = 3,5 дптр. Obviously, in the above example, display channel 2, taking into account the comfort zone ± 0.5 diopters, can provide accommodation volume B = (A1 + 0.5) - (A4-0.1) = 3.5 diopters.

Все вышеприведенные пояснения относительно устройства и принципов работы дисплейного канала 2 в равной степени справедливы и для дисплейного канала 3. All the above explanations regarding the device and principles of operation of the display channel 2 are equally true for the display channel 3.

Опишем теперь, как происходит бинокулярная фокусировка глаз. Допустим, что величины радиусов кривизны отражающих слоев зеркал в дисплейных каналах 2 и 3 совпадают. На фиг.2а показана фиксация взгляда на точке F, воспроизводимой дисплейными каналами 2 и 3 для левого 4 и правого 5 глаза соответственно. Точка F предмета отображается на восьми виртуальных экранах: для левого глаза 4 вдоль его зрительной оси L в точках L1, L2, L3, L4; для правого глаза 5 вдоль зрительной оси R в точках R1, R2, R3, R4. Оптические системы глаз переносят изображения этих точек вдоль зрительных осей в район фовеальных ямок сетчаток в точки l1, l2, l3, l4 и r1, r2, r3, r4. При фиксации взгляда на точке F глаза конвергируют на угол α. Глазодвигательный нерв иннервирует аккомодационные мышцы, оптическая сила глаз начинает изменяться и точки l1÷l4 и r1÷r4 начинают передвигаться вдоль зрительных осей L и R до тех пор, пока не будет получено резкое изображение точки F на сетчатках при минимальной разнице между расстояниями аккомодации и конвергенции. На фиг.2а это наступает в том случае, когда на фовеальные ямки глаз попадают точки l2 и r2, соответствующие точкам L2 и R2, которые отстоят от F на расстоянии не более чем |0,5| дптр. Let us now describe how binocular focusing of the eyes occurs. Assume that the values of the radii of curvature of the reflecting layers of the mirrors in the display channels 2 and 3 coincide. On figa shows fixing the gaze on the point F, reproduced by the display channels 2 and 3 for the left 4 and right 5 eyes, respectively. Point F of the item is displayed on eight virtual screens: for the left eye 4 along its visual axis L at points L1, L2, L3, L4; for the right eye 5 along the visual axis R at points R1, R2, R3, R4. The optical systems of the eyes transfer images of these points along the visual axes to the foveal fossa of the retina at the points l1, l2, l3, l4 and r1, r2, r3, r4. When fixing the gaze at point F, the eyes converge at an angle α. The oculomotor nerve innervates the accommodation muscles, the optical power of the eyes begins to change, and the points l1 ÷ l4 and r1 ÷ r4 begin to move along the visual axes L and R until a sharp image of point F on the retinas is obtained with a minimum difference between the accommodation and convergence distances . On figa this occurs when the points f2 and r2 corresponding to the points L2 and R2, which are separated from F by a distance of no more than | 0.5 | dptr.

Таким образом, конвергенция глаз, задаваемая изображениями стереопар, автоматически выбирает необходимые виртуальные экраны для наилучшей фокусировки глаз с погрешностью аккомодации не более ±0,5 дптр. Thus, the convergence of the eyes, defined by the images of stereo pairs, automatically selects the necessary virtual screens for the best focusing of the eyes with an accommodation error of no more than ± 0.5 diopters.

На фиг. 2б показан другой вариант бинокулярной фокусировки, позволяющий уменьшить погрешность аккомодации вдвое при неизменном количестве экранов либо уменьшить вдвое количество экранов при неизменной погрешности аккомодации. В этом подходе радиусы экранов для левого 4 и правого 5 глаз отличаются согласно фиг. 2б на 0,5 дптр. При конвергенции глаз на точку F в отличие от предыдущего случая глаза не могут сфокусироваться одинаково резко одновременно на двух экранах. Наиболее близкими к точке F являются точки L2 и R3, расстояние между которыми 0,5 дптр. Возникает известное в теории бинокулярного зрения соперничество и "побеждает" тот глаз, на сетчатке которого более резкое изображение, или при равных условиях - ведущий глаз [14]. В нашем примере точка F оказывается расположенной ближе к L2 и глаза фокусируются на 2 дптр. При этом разрешение изображения на правом глазу 5 падает примерно вдвое, т.к. сетчатка этого глаза оказывается между двумя фокусами r2 и r3. Однако в силу свойств бинокулярного смешения изображений стереопсис не нарушается, а резкость объемного изображения соответствует лучшему по резкости из воспринятых изображений стереопары. По сути, такие же выводы следуют из экспериментальных работ по стереотелевидению [15], позволивших сделать заключение о том, что без потери качества передачу изображений в одном из каналов (левом или правом) можно вести с ограниченной полосой частот. In FIG. Figure 2b shows another variant of binocular focusing, which allows halving the accommodation error by a constant number of screens, or halving the number of screens by a constant accommodation error. In this approach, the radii of the screens for the left 4 and right 5 eyes differ according to FIG. 2b at 0.5 diopters. With the convergence of the eyes on the F point, in contrast to the previous case, the eyes cannot focus equally sharply simultaneously on two screens. Closest to point F are points L2 and R3, the distance between which is 0.5 diopters. The rivalry known in the theory of binocular vision arises and “wins” that eye with a sharper image on the retina or, under equal conditions, the leading eye [14]. In our example, the point F is located closer to L2 and the eyes are focused on 2 diopters. At the same time, the image resolution on the right eye 5 drops by about half, because the retina of this eye is between the two foci r2 and r3. However, due to the properties of binocular image mixing, stereopsis is not violated, and the sharpness of the volumetric image corresponds to the best sharpness of the perceived images of the stereo pair. In fact, the same conclusions follow from experimental work on stereo television [15], which made it possible to conclude that without loss of quality, image transmission in one of the channels (left or right) can be carried out with a limited frequency band.

Таким образом, для рассмотренного примера при изменении расстояния точки фиксации от 3,5 дптр до нуля разность между конвергенцией и аккомодацией не будет превышать ±0,25 дптр, а объем аккомодации с учетом зоны комфорта ±0,5 дптр увеличивается до 4 дптр. Thus, for the considered example, when the distance of the fixation point changes from 3.5 diopters to zero, the difference between convergence and accommodation will not exceed ± 0.25 diopters, and the amount of accommodation, taking into account the comfort zone, ± 0.5 diopters increases to 4 diopters.

На фиг.3 показаны графики разности между конвергенцией и аккомодацией в зависимости от расстояния до фиксируемой точки: кривая 1 - однофокусный стереодисплей; кривая 2 - бифокальный стереодисплей; кривая 3 - квадрофокальный стереодисплей; кривая 4 - октафокальный стереодисплей. Очевидно, что по таким показателям как объем аккомодации и конфликт между аккомодацией и конвергенцией предпочтение следует отдать октафокальному стереодисплею. Figure 3 shows graphs of the difference between convergence and accommodation depending on the distance to a fixed point: curve 1 - monofocus stereo display; curve 2 - bifocal stereo display; curve 3 - quadro-focal stereo display; curve 4 - octafocal stereo display. Obviously, for such indicators as the volume of accommodation and the conflict between accommodation and convergence, preference should be given to an octafocal stereo display.

Альтернативный вариант практической реализации окуляра дисплейного канала мультифокального стереодисплея показан на фиг.4. Окуляр выполнен в виде призменного светоделителя 25, на боковых поверхностях которого расположены расширитель 15 световых пучков, вогнутые сферические зеркала 17 и 18 и выходная вогнутая поверхность 26. Светоделение пучков выполняет полупрозрачный слой 16, расположенный на гипотенузной поверхности светоделителя 25. Многофокусный окуляр представляет менисковую систему и свободен практически от любых аберраций. Выходная поверхность 26 может быть плоской и даже выпуклой, что способствует увеличению поля зрения дисплейного канала. An alternative embodiment of the practical implementation of the eyepiece display channel multifocal stereo display shown in figure 4. The eyepiece is made in the form of a prism beam splitter 25, on the sides of which there is an extender 15 of light beams, concave spherical mirrors 17 and 18 and an output concave surface 26. The beam splitting is performed by a translucent layer 16 located on the hypotenuse surface of the beam splitter 25. The multifocus eyepiece represents the meniscus system and free from virtually any aberration. The output surface 26 may be flat or even convex, which helps to increase the field of view of the display channel.

Литература
1. Патент США 5539422, G 09 G 3/02.Literature
1. US patent 5539422, G 09 G 3/02.

2. Патент США 5539578, G 02 В 27/10, G 09 G 5/00. 2. US patent 5539578, G 02 B 27/10, G 09 G 5/00.

3. Патент США 5671992, G 03 В 21/14. 3. US patent 5671992, G 03 In 21/14.

4. С.В. Кравков. Глаз и его работа. М.-Л.: АН СССР, 1950. 4. S.V. Kravkov. Eye and his work. M.-L.: Academy of Sciences of the USSR, 1950.

5. В.И. Чуриловский. Теория оптических приборов. М.-Л.: Машиностроение, 1966. 5. V.I. Churilovsky. Theory of optical instruments. M.-L.: Mechanical Engineering, 1966.

6. Патент США 5467104, G 09 G 3/02. 6. US patent 5467104, G 09 G 3/02.

7. Патент США 5596339, G 09 G 3/02. 7. US patent 5596339, G 09 G 3/02.

8. Патент США 5751465, G 02 В 26/08. 8. US patent 5751465, G 02 In 26/08.

9. Патент США 5982528, G 02 В 26/08. 9. US patent 5982528, G 02 In 26/08.

10. Патент США 5701132, G 09 G 5/00. 10. US patent 5701132, G 09 G 5/00.

11. Патент RU 2143718 C1, G 02 В 27/22, G 09 G 3/02. 11. Patent RU 2143718 C1, G 02 B 27/22, G 09 G 3/02.

12. Патент США 6134042, G 02 В 26/08. 12. US patent 6134042, G 02 In 26/08.

13. С.А. Пикин, Л.М. Блинов. Жидкие кристаллы. М.: Наука, 1982. 13.S.A. Pikin, L.M. Pancakes. Liquid crystals. M .: Nauka, 1982.

14. lan P. Howard, Brian J. Rogers. Binocular Vision & Stereopsis. Oxford University Press, 1995. 14. lan P. Howard, Brian J. Rogers. Binocular Vision & Stereopsis. Oxford University Press, 1995.

15. П. В. Шмаков, К.Е. Колин, В.Е. Джакония. Стереотелевидение (черно-белое и цветное). М.: Связь, 1968. 15. P.V. Shmakov, K.E. Colin, V.E. Jaconia. Stereo (black and white and color). M .: Communication, 1968.

Claims

1. A multifocal stereo display comprising a video controller and two identical display channels for the left and right eyes connected to it, respectively, each display channel consisting of a series-connected fiber-optic light source, a focusing lens and a two-coordinate scanner, while the fiber-optic light source is composed from a sequentially arranged light emitter, an optical matching element and a light guide, wherein the light emitter input and the synchronization input scanners are connected to a video controller connected to an electronic computer, characterized in that each display channel is equipped with a multifocal eyepiece composed of a light beam expander, a beam splitter plate and two spherical concave mirrors, each of which contains two confocal reflective layers, the beam splitter plate being connected with the scanner through the light beam expander and is located at the intersection of the visual axis of the eye and the optical axis of the light beam expander at equal angles tilt to these axes, while one spherical concave mirror is placed on the optical axis of the light beam expander from the side of the beam splitter plate facing the eye, and the other on the visual axis of the eye from the beam splitter plate facing the light beam expander.

2. The multifocal stereo display according to claim 1, characterized in that the confocal reflective layers of the spherical concave mirrors of the display channels are made on liquid crystals.