RU2817180C1 - Device for forming multi-aspect three-dimensional (3d) image of projection type - Google Patents

Device for forming multi-aspect three-dimensional (3d) image of projection type Download PDF

Info

Publication number
RU2817180C1
RU2817180C1 RU2023134119A RU2023134119A RU2817180C1 RU 2817180 C1 RU2817180 C1 RU 2817180C1 RU 2023134119 A RU2023134119 A RU 2023134119A RU 2023134119 A RU2023134119 A RU 2023134119A RU 2817180 C1 RU2817180 C1 RU 2817180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
projector
observer
image
scattering
Prior art date
Application number
RU2023134119A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анастасия Владимировна Морозова
Илья Валерьевич МАЛЫШЕВ
Станислав Александрович Штыков
Сергей Евгеньевич Дубынин
Владислав Владимирович Дружин
Андрей Николаевич Путилин
Бонгсу ШИН
Чан-Кон ЛИ
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2817180C1 publication Critical patent/RU2817180C1/en

Links

Abstract

FIELD: imaging devices.
SUBSTANCE: invention relates to devices for forming a multi-aspect image of a projection type. Device comprises at least one projector configured to form an image in a corresponding viewing area, wherein each of the at least one projector is spaced from the geometric centre of the corresponding viewing area in the vertical plane relative to the eyes of the viewer and is located outside the corresponding viewing area, screen unit, having a scattering spatial distribution function and/or a reflection spatial distribution function, and configured to form at least one viewing area of the formed image. Screen unit has a retroreflector, an optical light-diffusing element, a redirecting optical element and a compensation unit, which are optically coupled with at least one projector and with at least one observer pupil.
EFFECT: invention provides higher contrast and image quality.
27 cl, 38 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к устройствам проекционного типа для формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения, например, автостереоскопического или голографического изображения для одного или нескольких пользователей, и может использоваться для образовательных, рекламных и развлекательных целей в домашних условиях, а также в общественных местах, например в кинотеатрах, музеях, образовательных учреждениях, где имеется потребность формирования голографических изображений большого размера. The invention relates to projection-type devices for generating a multi-view three-dimensional (3D) image, for example, an autostereoscopic or holographic image for one or more users, and can be used for educational, advertising and entertainment purposes at home, as well as in public places, such as cinemas , museums, educational institutions where there is a need to generate large holographic images.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Prior Art

В уровне техники существует множество средств формирования изображения, которые обеспечивают многоракурсное стереоскопическое 3D-изображение в определенной зоне просмотра как с вспомогательными средствами просмотра, например, стереоочками, так и без носимых устройств, чтобы максимизировать ощущение погружения зрителя.There are a variety of imaging tools in the art that provide multi-view stereoscopic 3D images in a defined viewing area, both with viewing aids such as stereo glasses and without wearable devices, to maximize the viewer's sense of immersion.

Однако известные стереоскопические устройства формирования изображения характеризуются некоторыми ограничениями для получения высококачественного 3D-изображения.However, known stereoscopic imaging devices have some limitations for obtaining high-quality 3D images.

Задачей заявленного изобретения заключается в решении следующих проблем известных из уровня техники голографических/автостереоскопических устройств формирования изображения.The objective of the claimed invention is to solve the following problems of holographic/autostereoscopic imaging devices known from the prior art.

Низкий контраст формируемого изображения и низкая эффективность экрана (фиг.1A, 1B, 1C) Low contrast of the generated image and low screen efficiency (Fig. 1A, 1B, 1C)

Для специалистов в данной области техники известно, что для комфортного просмотра высококачественного 3D изображения (голографического/автостереоскопического 3D-изображения) зона просмотра должна быть достаточно большой по вертикали экрана, например ≥20 градусов и с низким рассеянием по горизонтали экрана, например ≤ 1 градус, чтобы исключить наложение зон просмотра/перекрестные помехи зон просмотра, формируемые для каждого глаза, и обеспечить высокую контрастность изображения, без двоения изображения при сохранении высокой эффективности формируемого изображения, т.е. количества света, попадающего от проектора в формируемую зону просмотра, например ≥50%. It is known to those skilled in the art that to comfortably view a high quality 3D image (holographic/autostereoscopic 3D image), the viewing area must be large enough across the screen vertical, e.g. ≥20 degrees, and with low screen dispersion, e.g. ≤1 degree, to eliminate overlap of viewing areas/crosstalk of viewing areas formed for each eye, and provide high image contrast, without ghosting while maintaining high efficiency of the generated image, i.e. the amount of light falling from the projector into the viewing area being formed, for example ≥50%.

Известны из уровня техники световозвращающие пленки, например, световозвращатели на основе стеклянных бусин, светоотражающие пленки (см. фиг.1A), в которых используются стеклянные шарики или сферические линзы в качестве отражающих элементов и светоотражающие пленки, в которых используются в качестве отражающих элементов световозвращающие микропризмы (см.фиг.1B). Свет в таких световозвращающих (ретроотражающих) пленках претерпевает рассеяние на границе раздела материалов и на дефектах в объеме (внутри) материала, вызванных технологическими ошибками, что обуславливает на выходе из пленки очень высокое рассеивание излучения, которое делает невозможным качественное разделение зон просмотра каждого глаза для формирования 3D изображения.Reflective films known in the art include, for example, reflective films based on glass beads, reflective films (see FIG. 1A) that use glass beads or spherical lenses as reflective elements, and reflective films that use reflective microprisms as reflective elements. (see Fig. 1B). Light in such reflective (retro-reflective) films undergoes scattering at the interface between materials and at defects in the volume (inside) of the material caused by technological errors, which causes very high scattering of radiation at the exit from the film, which makes it impossible to qualitatively separate the viewing areas of each eye for the formation 3D images.

Кроме того, при попытке расширить зоны просмотра в вертикальном направлении с помощью диффузора (оптического светорассеивающего элемента), рассеивающего излучение в вертикальном направлении, разрешение 3D-изображения у обычных светоотражателей ухудшается. In addition, when trying to expand viewing areas in the vertical direction using a diffuser (optical light-scattering element) that scatters radiation in the vertical direction, the 3D image resolution of conventional reflectors deteriorates.

Таким образом, в известных из уровня техники устройствах формирования 3D изображения очень часто происходит наложение зон просмотра для правого глаза (R) и для левого глаза(L) наблюдателя (1), что вызывает двоения и ухудшение контраста 3D изображения (см. фиг. 1C).Thus, in 3D image forming devices known from the prior art, there is very often overlap between the viewing zones for the right eye (R) and the left eye (L) of the observer (1), which causes ghosting and deterioration of the contrast of the 3D image (see Fig. 1C ).

Низкая эффективность по вертикали экрана в полезной зоне просмотра без использования стереоочков (фиг.2A)Low vertical efficiency of the screen in the useful viewing area without the use of stereo glasses (Fig. 2A)

Известные из уровня техники устройства формирования 3D изображения в конфигурации, в которой проектор (2) не зафиксирован над головой наблюдателя (1), т.е. размещается на расстоянии от головы наблюдателя (1) и не используются стереочки, имеют значительное рассеяние света в вертикальном направлении зоны просмотра. Поэтому часть света в вертикальном направлении не попадает в полезную зону просмотра, при этом зона просмотра для левого глаза наблюдателя обозначается как L, а для правого глаза как R, а экран, состоящий из световозвращателя обозначается позицией 3. Такая конфигурация устройства обладает низкой эффективностью по вертикали, см. фиг.2а.Devices known from the prior art for generating 3D images in a configuration in which the projector (2) is not fixed above the head of the observer (1), i.e. placed at a distance from the observer's head (1) and stereo glasses are not used, they have significant light scattering in the vertical direction of the viewing area. Therefore, part of the light in the vertical direction does not fall into the useful viewing area, while the viewing area for the observer’s left eye is designated as L, and for the right eye as R, and the screen consisting of a retroreflector is designated as position 3. This device configuration has low vertical efficiency , see Fig.2a.

Искажение зон просмотра при широком поле зрения (FOV) (Фиг. 2B)Distortion of viewing areas with a wide field of view (FOV) (Fig. 2B)

При необходимости формирования 3D изображения на большом экране (3), когда проектор(2) не зафиксирован над головой наблюдателя(1), а расположен на расстоянии от нее, а также в конфигурации устройства формирования 3D-изображения не предусмотрены стереоочки, это приводит к искажению (искривлению) зоны просмотра, при этом зона просмотра для левого глаза наблюдателя обозначается как L, а для правого глаза, как R. Из-за этой аберрации зона просмотра становится размытой/искривленной в горизонтальном направлении, и часть поля зрения не попадает в зрачок наблюдателя 1. Таким образом, можно увидеть только часть всего изображения(см. фиг.2B).If it is necessary to form a 3D image on a large screen (3), when the projector (2) is not fixed above the observer’s head (1), but is located at a distance from it, and stereo glasses are not provided in the configuration of the 3D image forming device, this leads to distortion (curvature) of the viewing area, with the viewing area for the left eye of the observer designated as L, and for the right eye as R. Due to this aberration, the viewing area becomes blurry/curved in the horizontal direction, and part of the field of view does not fall into the observer's pupil 1. Thus, only part of the entire image can be seen (see Fig. 2B).

Известна из уровня техники система автостереоскопического трехмерного (3D) дисплея со световозвращающим экраном (см.US 8,328,360B2, IPC G03B 21/00, опубл. 11.12.2012). При этом экраны дисплея характеризуются светорассеивающим и световозвращающим эффектом. Согласно вариантам осуществления системы автостереоскопического 3D дисплея световозвращающий и светорассеивающий экран может использоваться для создания трехмерного автостереоскопического дисплея путем создания множества окон просмотра, где каждое окно просмотра отображает уникальный вид перспективного изображения. Недостатки указанной системы заключаются в том, что система функционирует только с центрированной (осевой) конфигурацией проекторов (проекторы располагаются в зоне наблюдения) и средствами просмотра, например, очками. Такая конфигурация требует фиксирования проекторов вблизи головы наблюдателя и/или необходимость использования дополнительных носимых средств просмотра, что вызывает неудобства для пользователя. Удаление проекторов от головы пользователя вызывает потери эффективности формируемого 3D изображения.An autostereoscopic three-dimensional (3D) display system with a retroreflective screen is known from the prior art (see US 8,328,360B2, IPC G03B 21/00, publ. 12/11/2012). In this case, display screens are characterized by a light-scattering and retroreflective effect. According to embodiments of an autostereoscopic 3D display system, a retroreflective and light-diffusing screen may be used to create a 3D autostereoscopic display by creating multiple viewports, where each viewport displays a unique perspective view of the image. The disadvantages of this system are that the system operates only with a centered (axial) configuration of projectors (projectors are located in the viewing area) and viewing aids, for example, glasses. This configuration requires the projectors to be fixed close to the viewer's head and/or the need to use additional wearable viewing devices, which causes inconvenience for the user. Moving projectors away from the user's head causes a loss in the efficiency of the generated 3D image.

В патентной заявке US 2016/0277725A1, IPC H04N 13/04, опубл. 22.09.2016 раскрыта система проецируемого головного дисплея, которая проецирует изображения на световозвращающий экран, которые затем отражаются обратно для просмотра пользователем. Система проецируемого головного дисплея отображает, сгенерированные компьютером, изображения на нескольких фокусных расстояниях, имитируя световое поле и согласовывая аккомодацию глаз с вергенцией. Недостатками указанной системы является необходимость использования дополнительных средств просмотра, например, очков, или при наличии фиксированной проекционной системы на голове пользователя.In patent application US 2016/0277725A1, IPC H04N 13/04, publ. 09/22/2016 discloses a projected head-mounted display system that projects images onto a reflective screen, which are then reflected back for viewing by the user. The projected head-mounted display system displays computer-generated images at multiple focal lengths, simulating the light field and matching eye accommodation to vergence. The disadvantages of this system are the need to use additional viewing devices, for example, glasses, or in the presence of a fixed projection system on the user's head.

Из уровня техники, см. CN110286495A, IPC G02B 27/22, опубл.27.09.2019, известно световозвращающее стереоскопическое устройство отображения на основе матрицы источников света. Устройство отображения состоит из матрицы источников света, цилиндрической линзовой решетки, световозвращающей пленки и жидкокристаллической (ЖК) дисплейной панели. Массив источников света, цилиндрическая линзовая решетка и световозвращающая пленка используются для управления направлением распространения света в устройстве. Свет, излучаемый любым источником света в матрице источников света, может отражаться световозвращающей пленкой после прохождения через ЖК дисплейную панель и цилиндрическую линзовую решетку и может вновь сводиться в область вертикальной проекции, где расположен источник света. ЖК дисплейная панель обеспечивает параллакс изображения, соответствующий пространственному положению источника света, при включении определенного источника света в матрице источников света, чтобы сформировать область наблюдения внутри области вертикальной проекции текущего источника света. Источники света в матрице источников света по очереди включаются в режиме мультиплексирования с временным разделением, и ЖК дисплейная панель обеспечивает параллакс изображения, соответствующее источнику света, так что в пространстве может быть сформировано множество областей наблюдения, причем параллакс изображения соответствует источнику света так, что можно увидеть, когда глаза человека находятся в разных зонах обзора, и, таким образом, может быть создано стереоскопическое изображение. Недостатками световозвращающего стереоскопического устройства является функционирование при близком расположении проектора и наблюдателя, что обусловлено использованием в устройстве матрицы угловых отражателей. Данное устройство не удобно для пользователя, поскольку необходимо использование дополнительных средств просмотра, например, очков, или есть необходимость фиксирования проектора вблизи головы пользователя.From the prior art, see CN110286495A, IPC G02B 27/22, publ.09/27/2019, a retroreflective stereoscopic display device based on a matrix of light sources is known. The display device consists of a light source array, a cylindrical lens array, a retroreflective film, and a liquid crystal (LCD) display panel. An array of light sources, a cylindrical lens array, and a reflective film are used to control the direction of light propagation in the device. Light emitted by any light source in the light source array may be reflected by the retroreflective film after passing through the LCD display panel and the cylindrical lens array, and may be reconverged into a vertical projection region where the light source is located. The LCD display panel provides an image parallax corresponding to the spatial position of the light source when turning on a specific light source in the light source matrix to form an observation area within the vertical projection area of the current light source. The light sources in the light source array are turned on in turn in a time division multiplexing mode, and the LCD display panel provides an image parallax corresponding to the light source, so that a plurality of observation areas can be formed in space, and the image parallax corresponds to the light source so that it can be seen , when a person's eyes are in different viewing areas, and thus a stereoscopic image can be created. The disadvantages of a retroreflective stereoscopic device is that it operates when the projector and observer are close together, which is due to the use of a matrix of corner reflectors in the device. This device is not user-friendly because it requires the use of additional viewing aids, such as glasses, or the need to fix the projector near the user's head.

В патентной заявке US 20070146842A, опубл.28.07.2007, IPC GO2B 3/32, раскрыт голографический проекционный экран, способ и система для его изготовления. Голографический проекционный экран включает в себя корпус экрана, на котором расположен массив голографических линз, причем указанные линзы равномерно расположены на корпусе экрана по вертикали и горизонтали, рядом друг с другом. Голографические линзы имеют круглую или эллиптическую форму, или имеют правильную многоугольную форму. Голографическая линза может представлять собой набор линз. Способ изготовления голографического проекционного экрана включает этапы: 1) запись информации о голографической линзе на пластину с фоторезистом; 2) металлизацию экспонированной пластины с фоторезистом для изготовления никелевой мастер-пластины массива голографических линз посредством метода гальванопластики и рекомбинации; 3) использование вышеуказанной мастер-пластины для тиснения термопластического материала для получения корпуса экрана.Patent application US 20070146842A, published July 28, 2007, IPC GO2B 3/32, discloses a holographic projection screen, a method and system for its manufacture. A holographic projection screen includes a screen body on which an array of holographic lenses is located, said lenses being evenly spaced vertically and horizontally on the screen body adjacent to each other. Holographic lenses are round or elliptical, or have a regular polygonal shape. The holographic lens may be a collection of lenses. A method for manufacturing a holographic projection screen includes the following steps: 1) recording information about the holographic lens on a plate with photoresist; 2) metallization of the exposed wafer with a photoresist to produce a nickel master wafer of a holographic lens array through the electroforming and recombination method; 3) using the above master plate to emboss thermoplastic material to obtain the screen body.

Недостатками голографического проекционного экрана является низкая эффективность цветного 3D-изображения при использовании микролинзового RGB HOE массива. Возможные фантомные изображения, вызванные остаточным нулевым порядком дифракции при прохождении через HOE. The disadvantages of a holographic projection screen are the low efficiency of a 3D color image when using a microlens RGB HOE array. Possible ghost images caused by residual zero order diffraction when passing through the HOE.

В патентной заявке US20010040717A1, опубл. 15.11.2001, IPC G02B 5/00, описывается отражательное дисплейное устройство, включающее в себя переключающий слой, расположенный между подложками, для переключения между пропускающим состоянием, обеспечивающим передачу падающего света, и состоянием рассеяния, обеспечивающим рассеяние падающего света, и световозвращателем для отражения падающего луча от жидкокристаллического слоя, так, чтобы исходящий луч отраженного света был параллелен падающему лучу. Световозвращатель предпочтительно представляет собой массив кубических уголковых отражателей и имеет светопоглощающие участки поверхности на границах наименьших структурных элементов. In patent application US20010040717A1, publ. 11/15/2001, IPC G02B 5/00, describes a reflective display device including a switching layer disposed between substrates for switching between a transmitting state for transmitting incident light and a diffuse state for scattering incident light, and a retroreflector for reflecting incident light. beam from the liquid crystal layer so that the outgoing beam of reflected light is parallel to the incident beam. The retroreflector is preferably an array of cubic corner reflectors and has light-absorbing surface areas at the boundaries of the smallest structural elements.

Недостатками отражательного дисплейного устройства являются: использование в устройстве диэлектрического световозвращателя, свет в таких световозвращателях претерпевает множество отражений и преломлений, что обуславливает на выходе из световозвращателя очень высокое рассеивание излучения, при этом трудно избежать перекрытия зон просмотра, перекрестных помех и плохого качества 3D-изображения.The disadvantages of a reflective display device are: the use of a dielectric retroreflector in the device, the light in such retroreflectors undergoes many reflections and refractions, which causes very high radiation dispersion at the output of the reflector, and it is difficult to avoid overlapping viewing areas, crosstalk and poor 3D image quality.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является решение, раскрытое в патенте US 9182524B2, IPC G02B 30/27, опубл.10.11.2015, где описано автостереоскопическое устройство для предоставления зрителю трехмерного изображения в различных положениях глаз по вертикали. Устройство включает в себя проекционный экран со светоприемной поверхностью, которая является световозвращающей по горизонтали и светорассеивающей по вертикали. Проекционный экран автостереоскопического устройства может иметь различные варианты реализации. Например, проекционный экран может включать в себя нижний слой, включающий световозвращающую пленку, которая является световозвращающей, по меньшей мере, в горизонтальном направлении и верхний слой, выполненный из прозрачного листа лентикулярного материала, предназначенного для рассеивания света в вертикальном направлении. The closest analogue (prototype) of the claimed invention is the solution disclosed in patent US 9182524B2, IPC G02B 30/27, publ.11/10/2015, which describes an autostereoscopic device for providing the viewer with a three-dimensional image in different vertical eye positions. The device includes a projection screen with a light-receiving surface that is reflective horizontally and light-scattering vertically. The projection screen of an autostereoscopic device can have various implementation options. For example, a projection screen may include a bottom layer including a retroreflective film that is retroreflective in at least a horizontal direction and a top layer made of a transparent sheet of lenticular material configured to diffuse light in a vertical direction.

Недостатками устройства является значительное рассеяние излучения, вызванное использованием прозрачной световозвращающей пленки из диэлектрика с множеством призм полного внутреннего отражения(TIR) и световодами. Известное автостереоскопическое устройство характеризуется небольшим полем зрения (FoV) по вертикали, низкой контрастностью изображения (оптические корректоры не предусмотрены в устройстве).The disadvantages of the device are significant scattering of radiation caused by the use of a transparent retroreflective film made of dielectric with many total internal reflection (TIR) prisms and light guides. The known autostereoscopic device is characterized by a small vertical field of view (FoV) and low image contrast (optical correctors are not provided in the device).

Кроме того, авторы изобретения провели исследования конкретных характеристик известных на рынке флагманских решений, а также заявленного решения, которые наглядно демонстрируют преимущество заявленного устройства формирования многоракурсного 3D изображения проекционного типа. In addition, the authors of the invention conducted studies of the specific characteristics of the flagship solutions known on the market, as well as the claimed solution, which clearly demonstrate the advantage of the claimed device for forming a multi-angle 3D projection-type image.

При этом в качестве основных характеристик выбирались: 1) подходы, 2) наличие вспомогательных средств наблюдения (стереоочки), 3) возможности разнесения проектора от головы наблюдателя по вертикали, 4) эффективность в зоне просмотра, 5) поле зрения. In this case, the following were selected as the main characteristics: 1) approaches, 2) the presence of auxiliary means of observation (stereo glasses), 3) the possibility of vertical separation of the projector from the observer’s head, 4) efficiency in the viewing area, 5) field of view.

Заявленное изобретение характеризуется следующим: The claimed invention is characterized by the following:

1) в устройстве предусмотрены: высокоэффективный одномерный световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, перенаправляющий элемент и компенсационный блок, 1) the device contains: a highly efficient one-dimensional retroreflector, an optical light-scattering element, a redirecting element and a compensation unit,

2) не используются вспомогательные средства наблюдения, например, очки2) observation aids, such as glasses, are not used

3) осуществляется возможность большого разнесения проектора от головы наблюдателя по вертикали (до <85 градусов в угловой мере),3) the possibility of a large vertical separation of the projector from the observer’s head is possible (up to <85 degrees in angular measure),

4) высокая эффективность устройства, 4) high efficiency of the device,

5) большое поле зрения, например, 40, 60, 120 и т.д. градусов.5) large field of view, for example, 40, 60, 120, etc. degrees.

Патентная заявка US 2016/0277725 A1, патентообладательPatent application US 2016/0277725 A1, patentee CastAR, Inc., Palo Alto, CA (US), «Дисплей на основе светоотражения светового поля»:CastAR, Inc., Palo Alto, CA (US), “Light Field Reflective Display”:

1) в устройстве предусмотрены: 2D-световозвращатель, стереочки, 1) the device includes: 2D reflector, stereo glasses,

2) используются стереоочки, 2) stereo glasses are used,

3) нет,3) no,

4) высокая эффективность устройства, 4) high efficiency of the device,

5) большое поле зрения, обусловлено использованием стереоочков.5) large field of view, due to the use of stereo glasses.

Патент US 9182524B2, патентообладатель Disney Enterprises, «Автостереоскопическая дисплейная система с одномерным световозвращателем»:US Patent 9182524B2, Disney Enterprises, "One-Dimensional Retroreflector Autostereoscopic Display System":

1) в устройстве предусмотрены: 1D световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, 1) the device contains: 1D retroreflector, optical light-scattering element,

2) не используются стереочки,2) stereo glasses are not used,

3) небольшое, поскольку в системе не предусмотрено разнесение проектора от головы пользователя, но поскольку не используются стереочки, допускается незначительное движение головы пользователя, 3) small, since the system does not provide for the separation of the projector from the user’s head, but since stereo glasses are not used, slight movement of the user’s head is allowed,

4) невысокая эффективность устройства, 4) low efficiency of the device,

5) небольшое поле зрения 5) small field of view

Патент US008328360B2, Патентообладатель Seiko Epson Corp., «Автостереоскопическая 3D дисплейная система с световозвращателем»:Patent US008328360B2, Patentee Seiko Epson Corp., "Autostereoscopic 3D reflective display system":

1) в устройстве предусмотрены: 2D световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, 1) the device contains: 2D retroreflector, optical light-scattering element,

2) возможно использование стереоочков, но возможно и без очков,2) it is possible to use stereo glasses, but it is also possible without glasses,

3) нет, 3) no,

4) высокая эффективность устройства, 4) high efficiency of the device,

5) небольшое поле зрения 5) small field of view

Представленный анализ характеристик известных на рынке устройств формирования 3D изображения наглядно демонстрирует преимущества заявленного устройства формирования 3D изображения проекционного типа.The presented analysis of the characteristics of 3D image forming devices known on the market clearly demonstrates the advantages of the claimed projection-type 3D image forming device.

Заявленное изобретение относится к устройству проекционного типа для формирования многоракурсного цветного автостереоскопического/голографического 3D изображения, где голографическая/автостереоскопическая сцена/изображение формируется без использования дополнительных носимых устройств путем создания одной или более зон просмотра (окон) с использованием по меньшей двух проекторов для формирования автостереоскопического изображения или по меньшей мере одного проектора для формирования голографического изображения и нового экрана с контролируемым/направленным рассеянием. The claimed invention relates to a projection-type device for forming a multi-angle color autostereoscopic/holographic 3D image, where a holographic/autostereoscopic scene/image is formed without the use of additional wearable devices by creating one or more viewing areas (windows) using at least two projectors to form an autostereoscopic image or at least one projector to form a holographic image and a new controlled/directional scattering screen.

При этом заявленное изобретение обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известным уровнем техники:In this case, the claimed invention provides the following advantages compared to the prior art:

- возможность наблюдения автостереоскопического/голографического 3D изображения без использования вспомогательных средств наблюдения, например, стереоочков;- the ability to observe an autostereoscopic/holographic 3D image without the use of auxiliary observation equipment, for example, stereo glasses;

- формирование узких и раздельных зон просмотра, обеспечиваемых уменьшенной диффузией/рассеиванием по горизонтали экрана для предотвращения двоений и ухудшение контраста 3D изображения;- formation of narrow and separate viewing areas provided by reduced diffusion/dispersion horizontally of the screen to prevent ghosting and deterioration of 3D image contrast;

- корректировка/минимизация производственных дефектов световозвращателя; - correction/minimization of manufacturing defects of the reflector;

- возможность управления/ограничения диффузии/рассеяния по вертикали экрана;- the ability to control/limit diffusion/scattering along the vertical screen;

- возможность коррекции искажений зоны просмотра.- the ability to correct distortions in the viewing area.

Таким образом задачей заявленного изобретения является создание устройства формирования многоракурсного 3D-изображения, которое обеспечивает многоракурсное 3D-изображение в определенной зоне просмотра без использования дополнительных носимых устройств, чтобы максимизировать ощущение погружения зрителя. Предложен экранный блок, выполненный с возможностью пространственного управления BRDF/BSDF (двулучевая функция способности рассеяния (BSDF)и/или двулучевая функция отражательной способности (BRDF)), а также способный с высокой эффективностью формировать безаберрационные зоны просмотра, проецируемого 3D изображения. Thus, the object of the claimed invention is to provide a multi-view 3D imaging device that provides a multi-view 3D image in a specific viewing area without the use of additional wearable devices to maximize the viewer's immersive experience. A screen unit is proposed that is capable of spatial control of the BRDF/BSDF (two-beam scattering function (BSDF) and/or two-beam reflectivity function (BRDF)), and is also capable of highly efficiently forming aberration-free viewing zones of the projected 3D image.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Согласно аспекту изобретения предлагается устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа, содержащее: According to an aspect of the invention, a multi-view three-dimensional (3D) projection-type image generating device is provided, comprising:

по меньшей мере один проектор, выполненный с возможностью формирования изображения в соответствующей зоне просмотра, при этом каждый из по меньшей мере одного проектора разнесен от геометрического центра соответствующей зоны просмотра в вертикальной плоскости по отношению к глазам наблюдателя, и размещается за пределами соответствующей зоны просмотра, at least one projector configured to form an image in a corresponding viewing area, wherein each of the at least one projector is spaced from the geometric center of the corresponding viewing area in a vertical plane relative to the eyes of the observer, and is located outside the corresponding viewing area,

экранный блок, имеющий функцию пространственного распределения рассеяния и/или функцию пространственного распределения отражения, и выполненный с возможностью формирования по меньшей мере одной зоны просмотра формируемого изображения,a screen unit having a spatial distribution function of scattering and/or a spatial distribution function of reflection, and configured to form at least one viewing area of the generated image,

при этом экранный блок содержит световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, перенаправляющий оптический элемент и компенсационный блок, оптически сопряженные с по меньшей мере одним проектором и с по меньшей мере одним зрачком глаза наблюдателя, wherein the screen block contains a retroreflector, an optical light-scattering element, a redirecting optical element and a compensation block, optically coupled with at least one projector and with at least one pupil of the observer's eye,

световозвращатель представляет собой светоотражающую пленку, выполненную в виде набора одномерных прямоугольных призм, вытянутых в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя со светоотражающим покрытием на гранях призм, the retroreflector is a reflective film made in the form of a set of one-dimensional rectangular prisms elongated in the vertical direction relative to the eyes of the observer with a reflective coating on the faces of the prisms,

оптический светорассеивающий элемент расположен рядом с световозвращателем по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора, и выполнен с возможностью рассеивания света, отражаемого от световозвращателя, в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, an optical light-scattering element is located next to the retroreflector along the direction of radiation emitted from at least one projector, and is configured to scatter light reflected from the retroreflector in a vertical direction relative to the eyes of the observer,

перенаправляющий оптический элемент имеет функцию пространственного распределения рассеяния и/или функцию пространственного распределения отражения, и выполнен с возможностью перенаправления излучения, при отражении от световозвращателя и прохождении через оптический светорассеивающий элемент, в область по меньшей мере одной зоны просмотра, в которой находится глаз наблюдателя при использовании устройства, the redirecting optical element has a spatial scattering distribution function and/or a spatial reflection distribution function, and is configured to redirect radiation, when reflected from the retroreflector and passing through the optical light-scattering element, to the area of at least one viewing zone in which the observer's eye is located when in use devices,

при этом указанный перенаправляющий оптический элемент выполнен со смещенной оптической осью относительно оптической оси устройства, и характеризуется нулевой оптической силой в горизонтальном направлении и предварительно заданной оптической силой (OP) в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, которая обратно пропорциональна расстоянию от экранного блока до по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра, wherein said redirecting optical element is made with an offset optical axis relative to the optical axis of the device, and is characterized by zero optical power in the horizontal direction and a preset optical power (OP) in the vertical direction relative to the eyes of the observer, which is inversely proportional to the distance from the screen unit to the at least one corresponding viewing area,

компенсационный блок выполнен с возможностью компенсирования искажения по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра в горизонтальном направлении,the compensation unit is configured to compensate for distortion of at least one corresponding viewing area in the horizontal direction,

при этом компенсационный блок содержит первый компенсационный элемент, и второй компенсационный элемент,wherein the compensation block contains a first compensation element, and a second compensation element,

первый компенсационный элемент расположен рядом с перенаправляющим оптическим элементом по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора и характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и отрицательной оптической силой в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя,the first compensation element is located next to the redirecting optical element along the direction of radiation emitted from at least one projector and is characterized by zero optical power in the vertical direction in relation to the eyes of the observer and negative optical power in the horizontal direction in relation to the eyes of the observer,

второй компенсационный элемент, расположен между световозвращателем и оптическим светорассеивающим элементом по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора и характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и положительной оптической силой в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя.the second compensation element is located between the retroreflector and the optical light-scattering element along the direction of radiation emitted from at least one projector and is characterized by zero optical power in the vertical direction in relation to the eyes of the observer and positive optical power in the horizontal direction in relation to the eyes of the observer.

При этом, световозвращатель, выполненный в виде набора одномерных прямоугольных призм, вытянутых в вертикальном направлении со светоотражающим покрытием на гранях призм, может дополнительно содержать поглощающее покрытие на ребрах при вершинах и/или основаниях призм для обеспечения отражения излучения от по меньшей мере одного проектора без потерь на рассеяние света в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, вызванное рассеянием света на ребрах призм при вершинах и/или основаниях, и рассеянием и поглощением излучения внутри материала призм. In this case, the retroreflector, made in the form of a set of one-dimensional rectangular prisms elongated in the vertical direction with a reflective coating on the faces of the prisms, may additionally contain an absorbing coating on the ribs at the tops and/or bases of the prisms to ensure reflection of radiation from at least one projector without loss to the scattering of light in the horizontal direction relative to the eyes of the observer, caused by the scattering of light on the edges of the prisms at the tops and/or bases, and the scattering and absorption of radiation within the material of the prisms.

Кроме того, первый компенсационный элемент, имеющий нулевую оптическую силу в вертикальном направлении и отрицательную оптическую силу в горизонтальном направлении, представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы, а второй компенсационный элемент, имеющий нулевую оптическую силу в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и положительную оптическую силу в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы.In addition, the first compensation element having zero optical power in the vertical direction and negative optical power in the horizontal direction is an optical element selected from: a holographic lens, a diffractive lens, a Fresnel lens, a geometric phase lens, a metalens, and the second compensation element , having zero optical power in the vertical direction relative to the eyes of the observer and positive optical power in the horizontal direction relative to the eyes of the observer, is an optical element selected from: a holographic lens, a diffractive lens, a Fresnel lens, a geometric phase lens, a metalens.

Согласно варианту реализации изобретения устройства формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа перенаправляющий оптический элемент выполнен таким образом, что обеспечивает возможность разнесения каждого из по меньшей мере одного проектора от геометрического центра по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра в вертикальной плоскости по отношению к глазам наблюдателя, и размещение каждого из по меньшей мере одного проектора выше и/или ниже зоны просмотра. According to an embodiment of the invention of a device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) projection-type image, the redirecting optical element is designed in such a way that it allows each of at least one projector to be spaced apart from the geometric center of at least one corresponding viewing area in a vertical plane relative to the eyes of the observer , and placing each of the at least one projector above and/or below the viewing area.

Кроме того, в устройстве предусмотрен источник излучения, выполненный с возможностью направления излучения на экранный блок, и интегрированный в каждый из по меньшей мере одного проектора.In addition, the device includes a radiation source configured to direct radiation to the screen unit and integrated into each of the at least one projector.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа дополнительно содержит линейку переключаемых линз, оптически сопряженную с по меньшей мере одним проектором, для формирования по меньшей мере одной зоны просмотра.According to yet another embodiment of the invention, the projection-type multi-view three-dimensional (3D) image generating device further comprises an array of switchable lenses optically coupled to at least one projector to form at least one viewing zone.

При этом каждая переключаемая линза в линейке переключаемых линз представляет собой объектив, выполненный с возможностью переноса изображения, формируемого по меньшей мере одним проектором на экранный блок, для формирования по меньшей мере одной зоны просмотра.In this case, each switchable lens in the line of switchable lenses is a lens configured to transfer an image formed by at least one projector to a screen unit to form at least one viewing area.

В устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа также предусмотрено устройство отслеживания, выполненное с возможностью отслеживания положения по меньшей мере одного из головы, глаз, зрачков пользователя, и с возможностью соединения с по меньшей мере одним проектором и линейкой переключаемых линз, соответственно. The projection-type multi-view three-dimensional (3D) imaging device also includes a tracking device configured to track the position of at least one of the user's head, eyes, pupils, and connectable to at least one projector and switchable lens array, respectively.

В устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа также предусмотрен блок управления, соединенный с по меньшей мере одним проектором, устройством отслеживания и линейкой переключаемых линз, и выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним проектором, устройством отслеживания и линейкой переключаемых линз.The projection-type multi-angle three-dimensional (3D) image generating device also includes a control unit connected to at least one projector, a tracking device, and a line of switchable lenses, and configured to control at least one projector, a tracking device, and a line of switchable lenses.

Кроме того, в устройстве в устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа световозвращатель выполнен таким образом, что отражение излучения от по меньшей мере одного проектора происходит на наружной поверхности световозвращателя, сформированной набором прямоугольных призм, и являющейся первой поверхностью по ходу излучения испускаемого от по меньшей мере одного проектора без потерь на рассеяние света в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, и период (p) световозвращателя, представляет собой расстояние между вершинами соседних призм и с учетом углового разрешения глаза наблюдателя должен удовлетворять следующему выражению:In addition, in the device in the device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) image of the projection type, the retroreflector is designed in such a way that the reflection of radiation from at least one projector occurs on the outer surface of the retroreflector, formed by a set of rectangular prisms, and which is the first surface along the direction of the radiation emitted from at least one projector without loss of light scattering in the horizontal direction relative to the eyes of the observer, and the period (p) of the retroreflector is the distance between the vertices of adjacent prisms and, taking into account the angular resolution of the observer's eye, must satisfy the following expression:

L⋅ tgω>p> , (1)L⋅ tanω>p> , (1)

где ω - угловое разрешение глаза, L - расстояние от экрана до наблюдателя, λ - максимальная длина волны из диапазона рабочих длин волн проектора, W - ширина зоны просмотра.where ω is the angular resolution of the eye, L is the distance from the screen to the observer, λ is the maximum wavelength from the range of operating wavelengths of the projector, W is the width of the viewing area.

При этом, диапазон рабочих длин волн по меньшей мере одного проектора составляет от 400 нм до 700 нм.In this case, the operating wavelength range of at least one projector is from 400 nm to 700 nm.

В устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа оптический светорассеивающий элемент представляет собой голографический диффузор, и/или диффузор, выполненный из матового стекла, с возможностью рассеивания излучения в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя или представляет собой дифракционную решетку произвольного типа, где изменение периода решетки (р1, p2, … pN), обеспечивающую формирование расширенной зоны просмотра в вертикальном направлении.In a device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) projection-type image, the optical light-scattering element is a holographic diffuser and/or a diffuser made of frosted glass with the ability to scatter radiation in the vertical direction relative to the observer’s eye or is a diffraction grating of an arbitrary type, where changing the grating period (p 1 , p 2 , ... p N ), ensuring the formation of an expanded viewing area in the vertical direction.

Кроме того, светорассеивающий оптический элемент может представлять собой одно из: массива голографических линз, массива линз с геометрической фазой, массива металинз, с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении или массив двумерных линзовых элементов, состоящий из набора линз, расположенных по осям X и Y, с возможностью обеспечения рассеивания света в вертикальном направлении, и при необходимости, в горизонтальном направлении. In addition, the light-scattering optical element may be one of: a holographic lens array, a geometric phase lens array, a metalens array capable of scattering light in a vertical direction, or a two-dimensional lens element array consisting of a set of lenses arranged along the X and Y axes, with the ability to provide light dispersion in the vertical direction, and, if necessary, in the horizontal direction.

В устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа перенаправляющий оптический элемент имеет внеосевой параметр(OA), определяющий смещение оптической оси оптического перенаправляющего элемента от оптической оси устройства, который задается следующим соотношением:In a device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) image of the projection type, the redirecting optical element has an off-axis parameter (OA), which determines the displacement of the optical axis of the optical redirecting element from the optical axis of the device, which is given by the following relationship:

OA~T/2,OA~T/2,

где OA - внеосевой параметр перенаправляющего оптического элемента, T- расстояние от источника излучения, который представляет собой по меньшей мере один проектор, до глаза наблюдателя. where OA is the off-axis parameter of the redirecting optical element, T is the distance from the radiation source, which is at least one projector, to the observer’s eye.

При этом перенаправляющий оптический элемент представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы.In this case, the redirecting optical element is an optical element selected from: a holographic lens, a diffractive lens, a Fresnel lens, a geometric phase lens, a metalens.

В устройстве формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа по меньшей мере один из оптических элементов экранного блока: световозвращателя, оптического светорассеивающего элемента, оптического перенаправляющего элемента, первого и второго компенсационных элементов, выполнены с возможностью нанесения, по выбору, фильтрующего покрытия для фильтрования нежелательного излучения для функционирования устройства; отражающего покрытия для повышения коэффициента отражения поверхностей оптических элементов, просветляющего покрытия для повышения коэффициента пропускания поверхностей оптических элементов. In a device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) projection-type image, at least one of the optical elements of the screen unit: a retroreflector, an optical light-scattering element, an optical redirecting element, the first and second compensation elements, is configured to optionally apply a filter coating to filter out unwanted radiation for the operation of the device; a reflective coating to increase the reflectance of the surfaces of optical elements, an antireflective coating to increase the transmittance of the surfaces of optical elements.

Устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа согласно одному варианту реализации выполнено с возможностью формирования автостереоскопического изображения и содержит по меньшей мере два стереоскопических проектора. A device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) image of a projection type according to one embodiment is configured to form an autostereoscopic image and contains at least two stereoscopic projectors.

Устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа согласно одному варианту реализации выполнено с возможностью формирования голографического 3D изображения и содержит один голографический проектор. A device for generating a multi-angle three-dimensional (3D) image of a projection type according to one embodiment is configured to form a holographic 3D image and contains one holographic projector.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Вышеописанные и другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description, taken in conjunction with the drawings, in which:

Фиг.1A - схема полного внутреннего отражения (TIR) излучения при прохождении через световозвращающую пленку, где используются стеклянные шарики или сферические линзы в качестве отражающих элементов согласно известному уровню техники.FIG. 1A is a diagram of total internal reflection (TIR) of radiation passing through a retroreflective film using glass beads or spherical lenses as reflective elements in the prior art.

Фиг.1B - схема полного внутреннего отражения (TIR) излучения при прохождении через световозвращающую пленку, где используются в качестве отражающих элементов световозвращающие микропризмы согласно известному уровню техники. Fig. 1B is a diagram of total internal reflection (TIR) of radiation passing through a retroreflective film, where retroreflective microprisms are used as reflective elements according to the prior art.

Фиг.1C - схематично представлено наложение зон просмотра для левого (L) и правого глаза(R)при использовании световозвращающей пленки согласно фиг.1A,1B согласно известному уровню техники.Fig. 1C is a schematic representation of the overlay of viewing areas for the left (L) and right eye (R) when using the retroreflective film according to Figs. 1A, 1B according to the prior art.

Фиг.2A - представлена схема формировании 3D-изображения на экране в конфигурации в которой проектор размещается на расстоянии от головы наблюдателя и не используются стереочки согласно известному уровню техники.Fig. 2A shows a diagram of the formation of a 3D image on a screen in a configuration in which the projector is placed at a distance from the viewer's head and stereo glasses are not used according to the prior art.

Фиг.2B - представлена схема формировании 3D-изображения на большом экране в конфигурации в которой проектор размещается на расстоянии от головы наблюдателя и не используются стереоочки согласно известному уровню техники.Fig. 2B shows a diagram of the formation of a 3D image on a large screen in a configuration in which the projector is placed at a distance from the viewer's head and stereo glasses are not used according to the prior art.

Фиг.2C - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) конфигурации устройства формирования 3D изображения при расположении источника излучения и набора проекторов в непосредственной близости с зонами просмотра и головой наблюдателя 1 при формировании 3D изображения согласно известному уровню техники. FIG. 2C is a schematic side view (Y-Z plane) of the configuration of a 3D image forming device with a radiation source and a set of projectors positioned in close proximity to the viewing areas and the head of an observer 1 when forming a 3D image according to the prior art.

Фиг.2D - схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) конфигурации устройства формирования 3D изображения с наложенными зонами просмотра при расположении источника излучения и набора проекторов в непосредственной близости с зонами просмотра и головой наблюдателя 1 при формировании 3D изображения согласно известному уровню техники. FIG. 2D is a schematic top view (X-Z plane) of the configuration of a 3D image forming device with superimposed viewing areas when the radiation source and a set of projectors are located in close proximity to the viewing areas and the head of observer 1 when forming a 3D image according to the prior art.

Фиг.3A - схематично представлено сечение световозвращательной пленки состоящей из массива одномерных треугольных призм с отражающим покрытием на боковых гранях призмы и поглощающими покрытиями на ребрах, где стрелками обозначены лучи, отражаемые от боковых граней призмы, а перечеркнутыми стрелками обозначены лучи, поглощаемые участками призмы с нанесенным поглощающим покрытием.Fig. 3A is a schematic representation of a cross-section of a reflective film consisting of an array of one-dimensional triangular prisms with a reflective coating on the side faces of the prism and absorbing coatings on the edges, where the arrows indicate the rays reflected from the side faces of the prism, and the crossed out arrows indicate the rays absorbed by the areas of the prism with the applied absorbent coating.

Фиг.3B - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) конфигурации устройства формирования 3D изображения согласно изобретению, при расположении по меньшей мере одного проектора и источника излучения (в рамках настоящего изобретения источник излучения и проектор объединены в проекторе и далее по тексту упоминаются как проектор) на расстоянии от соответствующей зоны просмотра и головы наблюдателя.FIG. 3B is a schematic side view (Y-Z plane) of the configuration of a 3D imaging device according to the invention, with at least one projector and a radiation source arranged (in the context of the present invention, the radiation source and the projector are combined in the projector and are hereinafter referred to as the projector) at a distance from the relevant viewing area and the observer's head.

фиг.3C - схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) конфигурации устройства формирования многоракурсного 3D изображения согласно изобретению, с разделенными зонами просмотра при расположении по меньшей мере двух проекторов на расстоянии от соответствующих зон просмотра и головы наблюдателя.FIG. 3C is a schematic top view (X-Z plane) of the configuration of a multi-view 3D imaging device according to the invention, with separated viewing areas with at least two projectors positioned at a distance from the respective viewing areas and the viewer's head.

Фиг.4A - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, где H-высота зоны просмотра.FIG. 4A is a schematic side view (Y-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device, where H is the height of the viewing area.

Фиг.4B - представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, где L-расстояние от экрана до наблюдателя, W-ширина зоны просмотра для правого и левого глаза, соответственно. Fig. 4B is a top view (X-Z plane) of the ray propagation pattern in a multi-angle 3D image generating device, where L is the distance from the screen to the observer, W is the width of the viewing area for the right and left eyes, respectively.

Фиг.5A - представлен вариант световозвращателя без поглощающего покрытия, выполненный в виде одномерного набора прямоугольных призм, вытянутых по вертикали.Fig. 5A shows a version of a retroreflector without an absorbing coating, made in the form of a one-dimensional set of rectangular prisms elongated vertically.

Фиг.5B - представлен вариант 2D световозвращателя, состоящего из двумерного набора призм с поглощающим покрытием или без поглощающего покрытия.Figure 5B shows a variant of a 2D retroreflector consisting of a two-dimensional set of prisms with or without an absorbing coating.

Фиг.5C - представлен вариант 1D световозвращателя, состоящего из одномерного набора прямоугольных призм полного внутреннего отражения(TIR), вытянутых по вертикали.Figure 5C shows a variant of a 1D retroreflector consisting of a one-dimensional set of rectangular total internal reflection (TIR) prisms elongated vertically.

Фиг.5D - представлен вариант 1D световозвращателя на основе стеклянных бусин, в котором используются стеклянные шарики или сферические линзы в качестве отражающих элементов.FIG. 5D shows a 1D glass bead-based retroreflector that uses glass beads or spherical lenses as reflective elements.

Фиг.6A - схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента с возможностью рассеивания излучения в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (VD), расположенный рядом со световозвращателем (1D RR), представляет собой массив одномерных (1D) лентикулярных линз.Fig. 6A is a schematic diagram of the arrangement of an optical light-diffusing element with the ability to scatter radiation in the vertical direction relative to the eye of the observer 1, where the optical light-diffusing element (VD), located next to the retroreflector (1D RR), is an array of one-dimensional (1D) lenticular lenses

Фиг.6B - схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента (VD), выполненного с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (VD), расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой массив двумерных (2D) линзовых элементов, состоящий из набора линз, распределенного по осям Х и Y, и обеспечивает рассеивание излучения по двум направлениям.FIG. 6B is a schematic diagram of an arrangement of an optical light-diffusing element (VD) configured to disperse light in a vertical direction relative to the eye of an observer 1, where the optical light-diffusing element (VD) located next to a retroreflector (1D RR) is an array two-dimensional (2D) lens elements, consisting of a set of lenses distributed along the X and Y axes, and provides radiation dispersion in two directions.

Фиг.6C - схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента (VD), выполненного с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент VD, расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой одномерный (1D) диффузор, например, голографический диффузор, и диффузор, выполненный из матового стекла.FIG. 6C is a schematic diagram of an arrangement of an optical light-diffusing element (VD) configured to diffuse light in a vertical direction relative to the eye of an observer 1, where the optical light-diffusing element VD located next to a retroreflector (1D RR) is one-dimensional (1D ) diffuser, such as a holographic diffuser, and a diffuser made of frosted glass.

Фиг.6D - схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента (VD), выполненного с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент VD, расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой дифракционную решетку произвольного типа.Fig. 6D is a schematic diagram of the arrangement of an optical light-diffusing element (VD), configured to scatter light in a vertical direction relative to the eye of the observer 1, where the optical light-diffusing element VD, located next to the retroreflector (1D RR), is a diffraction grating of an arbitrary type.

Фиг.7А - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно известному уровню техники.FIG. 7A is a schematic side view (Y-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device according to the prior art.

Фиг.7B - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, включающего световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент и перенаправляющий оптический элемент согласно варианту реализации заявленного изобретения.FIG. 7B is a schematic side view (Y-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device including a retroreflector, an optical light-scattering element, and a redirecting optical element according to an embodiment of the claimed invention.

Фиг.7C - схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, включающего световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, перенаправляющий оптический элемент и два проектора согласно варианту реализации заявленного изобретения.FIG. 7C is a schematic top view (X-Z plane) of a ray propagation circuit in a multi-view 3D imaging device including a retroreflector, an optical light-scattering element, a redirecting optical element, and two projectors according to an embodiment of the claimed invention.

Фиг.7D - схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, включающего световозвращатель и перенаправляющий оптический элемент согласно варианту реализации заявленного изобретения.Fig. 7D is a schematic side view (Y-Z plane) of the ray propagation pattern in a multi-angle 3D image forming device, including a retroreflector and a redirecting optical element according to an embodiment of the claimed invention.

Фиг.8A - представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования многоракурсного 3D изображения без перенаправляющего оптического элемента. FIG. 8A shows a radiation intensity distribution map for a multi-angle 3D image forming device without a redirecting optical element.

Фиг.8B - представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования 3D с перенаправляющим оптическим элементом согласно варианту реализации изобретения.FIG. 8B shows a radiation intensity distribution map for a 3D shaping device with a redirecting optical element according to an embodiment of the invention.

Фиг.9А - представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, включающем экран, содержащий световозращатель, оптический светорассеивающий элемент и перенаправляющий оптический элемент согласно варианту реализации изобретения.FIG. 9A is a top view (X-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device including a screen including a reflector, an optical light-scattering element, and a redirecting optical element according to an embodiment of the invention.

Фиг.9B - представлена диаграмма лучей, попадающих в зрачок глаза при распространении в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно фиг.9А.FIG. 9B is a diagram of rays entering the pupil of the eye as they propagate through the multi-view 3D image generating device according to FIG. 9A.

Фиг.9C - представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, включающем экран, содержащий световозращатель, оптический светорассеивающий элемент, перенаправляющий оптический элемент и компенсационный блок согласно варианту реализации изобретения.FIG. 9C is a top view (X-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device including a screen including a reflector, an optical light-diffusing element, a redirecting optical element, and a compensation unit according to an embodiment of the invention.

Фиг.9D - представлена диаграмма лучей, попадающих в зрачок глаза при распространении в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно фиг.9С.FIG. 9D is a diagram of rays entering the pupil of the eye as they propagate through the multi-view 3D image generating device according to FIG. 9C.

Фиг.10А - представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, в котором обеспечивается широкоформатное 3D изображение на большом экране согласно варианту реализации изобретения.FIG. 10A is a top view (X-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging apparatus that provides widescreen 3D imaging on a large screen according to an embodiment of the invention.

Фиг.10B - представлена диаграмма лучей, попадающих в зрачок глаза при распространении в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно фиг.10A.FIG. 10B is a diagram of rays entering the pupil of the eye as they propagate through the multi-view 3D imaging device of FIG. 10A.

Фиг.11А - представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования многоракурсного 3D изображения без компенсационного блока, получаемая на детекторе.Fig. 11A shows a radiation intensity distribution map for a device for forming a multi-angle 3D image without a compensation unit, obtained on the detector.

Фиг.11B - представлен график поперечного сечения карты распределения интенсивности излучения согласно фиг.11А, где по оси X расположены значения координаты детектора по оси Х, а по оси Y-значения интенсивности(I).Fig. 11B is a cross-sectional graph of the radiation intensity distribution map according to Fig. 11A, where the X-axis is the detector coordinate value along the X-axis, and the Y-axis is the intensity value (I).

Фиг.11С - представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования 3D изображения с компенсационным блоком, получаемая на детекторе.Fig. 11C shows a radiation intensity distribution map for a 3D image forming device with a compensation unit, obtained at the detector.

Фиг.11D - представлен график поперечного сечения карты распределения интенсивности излучения согласно фиг.11C, где по оси X расположены значения координаты детектора по оси Х, а по оси Y-значения интенсивности(I).Fig. 11D is a cross-sectional graph of the radiation intensity distribution map according to Fig. 11C, where the X-axis is the detector coordinate values along the X-axis, and the Y-axis is the intensity values (I).

Фиг.12A - представлен схематично вариант схемы распространения лучей в устройстве формирования 3D изображения с искривленным экраном согласно варианту реализации изобретения.FIG. 12A is a schematic representation of a ray propagation circuit in a 3D imaging apparatus with a curved screen according to an embodiment of the invention.

Фиг.12B - представлен схематично вариант схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения с линейкой переключаемых линз согласно варианту реализации изобретения.FIG. 12B is a schematic representation of a ray propagation circuit in a multi-view 3D imaging device with a line of switchable lenses according to an embodiment of the invention.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

ИЗОБРЕТЕНИЯINVENTIONS

Все документы, упомянутые в этой заявке, являются неотъемлемой частью описания заявки, т.е. их раскрытия являются полностью включенными в настоящее описание заявки путем ссылки.All documents mentioned in this application form an integral part of the description of the application, i.e. their disclosures are hereby incorporated by reference in their entirety.

Ссылки на элементы в единственном числе следует понимать включающими элементы во множественном числе и наоборот, если иное явно не оговорено или ясно не следует из контекста.References to elements in the singular are to be understood to include elements in the plural and vice versa, unless otherwise expressly stated or clearly evident from the context.

В этой заявке изложение пределов значений не предполагается ограничивающим, а предполагается относящимся индивидуально к любому и всем значениям, попадающим в пределы, если в этой заявке не указано иное, а каждое отдельное значение в таких пределах включается в описание изобретения, как если бы оно было индивидуально приведено в этой заявке.In this application, the statement of limits of values is not intended to be limiting, but is intended to apply individually to any and all values falling within the limits, unless otherwise stated in this application, and each individual value within such limits is included in the specification as if it were individually provided in this application.

Слова «около», «приблизительно» или подобные при численном значении специалисту в данной области техники следует понимать, как показывающие отклонение, при котором обеспечивается удовлетворительная работа в предполагаемой области применения. Аналогично этому, слова, относящиеся к приближенному значению, такие как «приблизительно» или «по существу», при использовании относительно физических характеристик специалисту в данной области техники следует понимать, как выражающие пределы отклонения, при которых обеспечивается удовлетворительная работа в случае соответствующего использования, функционирования, целевого назначения или чего-либо подобного.The words "about", "approximately" or similar numerical values should be understood by one skilled in the art to indicate the deviation at which satisfactory performance in the intended application is achieved. Likewise, words referring to an approximate value, such as “approximately” or “substantially”, when used in relation to physical characteristics, should be understood by one skilled in the art to express the limits of deviation that will provide satisfactory performance when used accordingly. , purpose or anything like that.

Пределы значений и/или числовых значений приводятся в этой заявке только для примера и не накладывают ограничений на объем описанных вариантов осуществления. Когда пределы значений приводятся, они предполагаются включающими каждое значение в пределах, как если бы оно было представлено индивидуально, однако если иное особо не оговорено. Использование любого или всех примеров, или вводного слова перед примером (например, такой как или подобного), приводимого в этой заявке, предназначено только для лучшего освещения вариантов осуществления и не является ограничением объема вариантов осуществления. Никакую формулировку в описании не следует толковать как показывающую какой-либо незаявленный элемент существенным при практическом применении вариантов осуществления.The ranges of values and/or numbers provided in this application are by way of example only and are not intended to limit the scope of the described embodiments. When limits of values are given, they are intended to include each value within the limits as if they were presented individually, unless otherwise specifically stated. The use of any or all examples, or an introductory word before an example (eg, such or the like) provided in this application is intended only to better illuminate the embodiments and is not intended to limit the scope of the embodiments. Nothing in the specification should be construed as indicating that any unstated element is essential to the practice of the embodiments.

В рамках настоящего изобретения будут использоваться следующие понятия и термины, толкование которых предоставляется ниже авторами изобретения: Within the framework of the present invention, the following concepts and terms will be used, the interpretation of which is provided below by the authors of the invention:

Автостереоскопическая проекционная система формирования 3D-изображения - это система, формирующая автостереоскопическое изображение, вызывающее иллюзию объема, то есть ощущение рельефности и протяженности в глубину за счет особенностей бинокулярного зрения без использования дополнительных носимых устройств. В котором на экран проецируется стереопара изображений. An autostereoscopic projection system for forming a 3D image is a system that forms an autostereoscopic image that causes the illusion of volume, that is, a feeling of relief and extension in depth due to the features of binocular vision without the use of additional wearable devices. In which a stereo pair of images is projected onto the screen.

Стереопара - пара плоских изображений одного и того же объекта (сцены), имеющая различия между изображениями, призванные создать эффект объема.A stereo pair is a pair of flat images of the same object (scene), with differences between the images designed to create a volume effect.

Голографическая проекционная система формирования 3D-изображения - это система, формирующее 3D изображение за счет восстановления волнового фронта отображаемого объекта (сцены). В котором голографическое изображение проецируется на экран. A holographic projection system for forming a 3D image is a system that forms a 3D image by reconstructing the wavefront of the displayed object (scene). In which a holographic image is projected onto a screen.

В рамках настоящего раскрытия направление горизонтальной оси (ось X) параллельно отрезку, соединяющему центры зрачков глаз наблюдателя; направление вертикальной оси (ось Y) ортогонально направлению горизонтальной оси.In the present disclosure, the direction of the horizontal axis (X-axis) is parallel to the line segment connecting the centers of the pupils of the observer's eyes; The direction of the vertical axis (Y-axis) is orthogonal to the direction of the horizontal axis.

В рамках настоящего описания указание на направление в вертикальном или горизонтальном направлении подразумевает направление по вертикальной или горизонтальной оси, соответственно.As used herein, reference to a direction in the vertical or horizontal direction means a direction along the vertical or horizontal axis, respectively.

Горизонтальная плоскость в рамках настоящего описания подразумевает плоскость, в которой лежит горизонтальная ось. A horizontal plane , as used herein, means the plane in which the horizontal axis lies.

Вертикальная плоскость в рамках настоящего описания подразумевает плоскость, в которой лежит вертикальная ось. The vertical plane , as used herein, means the plane in which the vertical axis lies.

Дифракционный оптический элемент (DOE) представляет собой дифракционную микроструктуру, осуществляющую амплитудно-фазовую модуляцию проходящего или отраженного излучения. A diffractive optical element (DOE) is a diffractive microstructure that performs amplitude-phase modulation of transmitted or reflected radiation.

Голографический оптический элемент (HOE)- дифракционный оптический элемент, изготовляемый методами интерференции световых волн. Holographic optical element (HOE) is a diffractive optical element manufactured by light wave interference methods.

Следует отметить, что как дифракционный оптический элемент (DOE), так и голографический оптический элемент (HOE) основаны по существу на одном и том же физическом принципе, то есть, оба вида этих оптических элементов по существу можно отнести к дифракционным оптическим элементам. Различие между ними состоит в том, что дифракционными оптическими элементами называют оптические элементы, в которых дифракция происходит на поверхностном рельефе, а голографическими оптическими элементами называют решетки, в которых дифракция происходит в материале за счет локального изменения его оптических свойств.It should be noted that both the diffractive optical element (DOE) and the holographic optical element (HOE) are based on essentially the same physical principle, that is, both types of these optical elements can essentially be classified as diffractive optical elements. The difference between them is that diffractive optical elements are called optical elements in which diffraction occurs on the surface relief, and holographic optical elements are called gratings in which diffraction occurs in the material due to a local change in its optical properties.

Поле зрения - угол между двумя лучами, проходящими через центр входного зрачка объектива(линзы) к наиболее удаленным от оптической оси отображаемым точкам объекта в пространстве предметов. Field of view is the angle between two rays passing through the center of the entrance pupil of the lens (lens) to the most distant displayed points of the object from the optical axis in object space.

Зона (окно) просмотра - область пространства находясь в которой зрачок глаза может наблюдать соответствующее изображение стереопары или голографическое изображение. Viewing zone (window) is an area of space in which the pupil of the eye can observe the corresponding image of a stereo pair or holographic image.

Полезная зона просмотра- в рамках настоящего изобретения это область, выделенная из зоны просмотра в которой наиболее вероятно нахождение головы пользователя при использовании устройства. Useful viewing area - in the context of the present invention, this is the area selected from the viewing area in which the user's head is most likely to be located when using the device.

Мертвая зона просмотра- в рамках настоящего изобретения это область, выделенная из зоны просмотра в которой наименее вероятно нахождение головы пользователя при использовании устройства. Dead viewing zone - within the framework of the present invention, this is the area selected from the viewing zone in which the user's head is least likely to be located when using the device.

Угол поля зрения - угол между оптической осью и лучом, проходящим через точку предмета в поле зрения. Field of view angle is the angle between the optical axis and the ray passing through the point of the object in the field of view.

Регистрирующий материал - вещество, используемое для записи голограмм (полного волнового фронта предмета/изображения/сцены). Recording material is a substance used to record holograms (the full wavefront of an object/image/scene).

В рамках настоящего описания термины «регистрирующий материал», «голографический материал» используются как равнозначные синонимы.Within the framework of this description, the terms “recording material”, “holographic material” are used as equivalent synonyms.

Эффективность устройства формирования изображения - в рамках настоящего изобретения это отношение количества излучения, выпущенное проектором к количеству излучения, попадающему в полезную зону просмотра. Imaging device efficiency , in the context of the present invention, is the ratio of the amount of radiation emitted by the projector to the amount of radiation entering the useful viewing area.

Далее будут описаны основные конструктивные решения заявленного изобретения, которые можно условно разделить на:Next, the main design solutions of the claimed invention will be described, which can be divided into:

Ключевое положение 1, Ключевое положение 2 и Ключевое положение 3.Key Position 1, Key Position 2 and Key Position 3.

Ключевое положение 1-обеспечение высокоэффективного одномерного (1D) световозвращателя с низким рассеянием в диапазоне от 0 до 1 градуса, при этом по горизонтали лучи отражаются в том же направлении, в каком они падают на световозвращатель, а по вертикали лучи отражаются как от обычного зеркала. При этом рассеяние световозвращателя в горизонтальном направлении составляет не больше одного градуса. Согласно Ключевому положению 1 заявленное изобретение предусматривает также оптический светорассеивающий элемент (диффузор), выполненный с возможностью рассеяния излучения по вертикальной оси, который вместе с световозвращателем составляют экранный блок (далее, как экран). При этом оптический светорассеивающий элемент выполнен с возможностью формирования зоны просмотра в вертикальной плоскости, чтобы исключить фиксирование глаз в определенном местоположении (по вертикали).Key point 1 - providing a highly efficient one-dimensional (1D) retroreflector with low scattering in the range from 0 to 1 degree, while horizontally the rays are reflected in the same direction in which they fall on the reflector, and vertically the rays are reflected as from a regular mirror. In this case, the scattering of the reflector in the horizontal direction is no more than one degree. According to Key Provision 1, the claimed invention also provides an optical light-scattering element (diffuser), configured to scatter radiation along a vertical axis, which together with a retroreflector constitute a screen unit (hereinafter referred to as a screen). In this case, the optical light-scattering element is configured to form a viewing area in the vertical plane in order to prevent the eyes from fixing in a certain location (vertically).

Ключевое положение 2: обеспечение оптического элемента, который характеризуется пространственно распределенной функцией рассеяния, и обеспечивает перенос излучения из всей зоны просмотра в полезную область просмотра, значительно повышая эффективность устройства. Key Point 2: Providing an optical element that has a spatially distributed scattering function and transfers radiation from the entire viewing area to the useful viewing area, significantly increasing the efficiency of the device.

Ключевое положение 3: использование оптического элемента с отрицательной кривизной поля, выполняющего функцию компенсационного элемента и обеспечивающего компенсирование искажений зон просмотра для формирования широкой картинки (изображения).Key point 3: the use of an optical element with negative field curvature, which performs the function of a compensation element and provides compensation for distortion of viewing areas to form a wide picture (image).

Вышеуказанные ключевые положения обеспечивают следующие эффекты заявленного изобретения:The above key provisions provide the following effects of the claimed invention:

- Формирование 3D-изображения без использования вспомогательных средств просмотра (стереоочки),- Formation of a 3D image without the use of auxiliary viewing tools (stereo glasses),

- обеспечение узких, например, 1 градус, и разделенных зон просмотра для каждого глаза наблюдателя,- providing narrow, for example 1 degree, and separated viewing areas for each eye of the observer,

- обеспечение высокого качества 3D изображения,- ensuring high quality 3D images,

- обеспечение большого размера формируемого 3D-изображения. Диагональный угловой размер формируемого изображения может составлять, например, 40, 60, 120 и т.д. градусов.- ensuring a large size of the generated 3D image. The diagonal angular size of the generated image can be, for example, 40, 60, 120, etc. degrees.

Далее более детально остановимся на Ключевом положении 1, т.е. рассмотрим формирование светоотражателя с низким рассеиванием в горизонтальном направлении и оптическим светорассеивающим элементом. Next, we will dwell in more detail on Key Provision 1, i.e. Consider the formation of a reflector with low dispersion in the horizontal direction and an optical light-scattering element.

Как ранее было описано со ссылками на фиг.1A, 1B и 1C, в уровне техники имеется различные типы светоотражателей, например, стеклошариковые светоотражающие пленки (см. фиг.1A), в которых используются стеклянные шарики или сферические линзы в качестве отражающих элементов и светоотражающие пленки, в которых используются в качестве отражающих элементов световозвращающие микропризмы (см. фиг.1B). Свет в таких светоотражающих (световозвращающих пленках) претерпевает множество отражений и преломлений на границах раздела, что обуславливает на выходе из пленки очень высокое рассеивание излучения. Кроме того, рассеивание излучения часто обусловлено дефектами материала, из которого выполнен светоотражатель, например, наличие пузырьков, наличие микрочастиц. Кроме того, зачастую рассеивание часто обусловлено ошибками изготовителя, например, при изготовлении светоотражателей в виде матрицы микропризм, угол на вершинах и основаниях призм (см. фиг.1B) должен в идеале составлять 90 градусов, что очень трудно достичь при доступных технологиях обработки оптических поверхностей, поэтому вершины и впадины имеют некоторое незначительное скругление, что вызывает рассеивание излучения и уширение зоны просмотра. Все вышеуказанные проблемы световозвращателей известного уровня техники обуславливают следующие проблемы в известных устройствах формирования 3D изображения:As previously described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C, various types of reflective reflectors are available in the art, such as glass bead reflective films (see FIG. 1A), which use glass beads or spherical lenses as reflective elements and reflective films in which retroreflective microprisms are used as reflective elements (see Fig. 1B). The light in such reflective (retroreflective) films undergoes many reflections and refractions at the interfaces, which causes very high radiation dispersion at the exit from the film. In addition, radiation scattering is often caused by defects in the material from which the reflector is made, for example, the presence of bubbles or the presence of microparticles. In addition, scattering is often caused by manufacturer errors, for example, when manufacturing reflectors in the form of a microprism array, the angle at the tops and bases of the prisms (see Fig. 1B) should ideally be 90 degrees, which is very difficult to achieve with available optical surface processing technologies , so the peaks and valleys have some slight rounding, which causes radiation to scatter and widen the viewing area. All of the above problems with prior art retroreflectors cause the following problems in known 3D image forming devices:

- перекрытие зон просмотра,- overlap of viewing areas,

- низкое качество формируемого 3D изображения (возникновение перекрестных помех, двоений изображения,- low quality of the generated 3D image (occurrence of crosstalk, ghosting,

- высокое рассеивание, которое составляет более 2 градусов в горизонтальном направлении экрана,- high dispersion, which is more than 2 degrees in the horizontal direction of the screen,

- низкий контраст и низкая эффективность формируемого 3D изображения,- low contrast and low efficiency of the generated 3D image,

- зоны просмотра располагаются в непосредственности близости с проектором (отсутствует разнесение по вертикали (по оси Y).- viewing areas are located in close proximity to the projector (there is no vertical separation (along the Y axis).

На фиг.2С схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) конфигурации устройства формирования 3D изображения с расположением зон просмотра(VZ), источника излучения и по меньшей мере одного проектора (2) в непосредственной близости от головы наблюдателя 1, и 1D светоотражателя (1D RR) согласно известному уровню техники. В данной конфигурации проекторы и источник излучения (в рамках настоящего изобретения источник излучения и проектор объединены в проекторе и далее по тексту упоминаются как проектор) расположены рядом с головой наблюдателя.FIG. 2C is a schematic side view (Y-Z plane) of the configuration of a 3D image forming device with the location of viewing zones (VZ), radiation source and at least one projector (2) in close proximity to the head of the observer 1, and a 1D light reflector (1D RR ) according to the prior art. In this configuration, the projectors and the radiation source (in the present invention, the radiation source and the projector are combined in the projector and are hereinafter referred to as the projector) are located near the observer's head.

На фиг.2D схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) конфигурации устройства формирования 3D изображения с расположением зон просмотра (VZ), источника излучения и по меньшей мере одного проектора (2) в непосредственной близости от головы наблюдателя (1), при этом устройство также включает 1D светоотражатель (1D RR) в качестве экрана, а также оптический светорассеивающий элемент (VD) согласно известному уровню техники.FIG. 2D is a schematic top view (X-Z plane) of the configuration of a 3D imaging device with the location of viewing zones (VZ), a radiation source and at least one projector (2) in close proximity to the observer's head (1), the device also includes a 1D light reflector (1D RR) as a screen, as well as an optical light diffusion element (VD) according to the prior art.

На фигуре 2D видно наложение зон просмотра (VZ) при расположении проекторов (2) рядом с головой наблюдателя (1), в результате формируется 3D изображение, которое характеризуется низким разрешением и плохим качеством.Figure 2D shows an overlap of viewing zones (VZ) when projectors (2) are positioned next to the viewer's head (1), resulting in a 3D image that is low resolution and of poor quality.

Заявленное изобретение направлено на устранение вышеуказанных проблем, для этого авторами изобретения предложена конструкция светоотражателя, сформированного из непрозрачной одномерной матрицы 90-градусных призм с зеркальными боковыми гранями, использующей отражение от внешней поверхности боковой грани по меньшей мере одной призмы из матрицы призм, исключая попадание луча внутрь материала призмы. При этом ребра(призм) при вершине и основании каждой призмы из матрицы призм покрыты поглощающим покрытием, которое предотвращает рассеяние излучение на них. Таким образом достигается наименьшая ширина одной зоны просмотра и четкая граница зоны просмотра по вертикали, что обеспечивает плавный переход между ракурсами 3D изображения без заметных разрывов и переходов и в то же время исключает их переналожение.The claimed invention is aimed at eliminating the above problems; for this purpose, the authors of the invention proposed the design of a light reflector formed from an opaque one-dimensional matrix of 90-degree prisms with mirror side faces, using reflection from the outer surface of the side face of at least one prism from the prism matrix, excluding the beam from entering inside prism material. In this case, the ribs (prisms) at the top and base of each prism from the prism matrix are covered with an absorbing coating, which prevents radiation from scattering on them. This ensures the smallest width of one viewing area and a clear vertical boundary of the viewing area, which ensures a smooth transition between 3D image angles without noticeable breaks and transitions and at the same time eliminates their overlapping.

Такое выполнение светоотражателя в устройство формирования 3D изображения проекционного типа согласно изобретению вносит значительный вклад в следующие эффекты, обеспечиваемые заявленным устройством формирования 3D изображения:This embodiment of the reflector in the projection-type 3D image forming device according to the invention makes a significant contribution to the following effects provided by the claimed 3D image forming device:

- обеспечение многоракурсного 3D изображения без использования вспомогательных носимых средств, например, стереоочков,- providing multi-angle 3D images without the use of wearable aids, for example, stereo glasses,

- отсутствие наложения или перекрытия зон просмотра, - no overlap or overlap of viewing areas,

- высокое значение отношения сигнал/шум(SNR)(например, 10,15,20 и выше), низкие фантомные изображение/помехи,- high signal-to-noise ratio (SNR) (for example, 10,15,20 and above), low phantom image/interference,

- высокое качество формируемого 3D изображения (высокий контраст и разрешение формируемого 3D изображения),- high quality of the generated 3D image (high contrast and resolution of the generated 3D image),

- отделенные зоны просмотра при широком поле зрения (FoV)в вертикальном направлении.- separated viewing areas with a wide field of view (FoV) in the vertical direction.

При этом на фиг.3A схематично представлено сечение светоотражающей пленки, состоящей из массива одномерных треугольных призм, где стрелками обозначены лучи, отражаемые от боковых граней призмы, а перечеркнутыми стрелками обозначены лучи, поглощаемые участками призмы с нанесенным поглощающим покрытием. In this case, Fig. 3A schematically shows a cross-section of a reflective film consisting of an array of one-dimensional triangular prisms, where arrows indicate rays reflected from the side faces of the prism, and crossed out arrows indicate rays absorbed by areas of the prism coated with an absorbent coating.

На фиг. 3B схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) конфигурации устройства формирования многоракурсного 3D изображения согласно заявленному изобретению с расположением зон просмотра (VZ), источника излучения и по меньшей мере одного проектора 2 (в данном варианте представлены два проектора) на расстоянии от зоны просмотра VZ и головы наблюдателя 1. При этом устройство также содержит экран, состоящий из одномерного светоотражателя (1D RR) и оптического светорассеивающего элемента, выполненного с возможностью рассеивания лучей по вертикальной оси. In fig. 3B is a schematic side view (Y-Z plane) of the configuration of a multi-angle 3D image forming device according to the claimed invention with the arrangement of viewing zones (VZ), a radiation source and at least one projector 2 (in this embodiment, two projectors are presented) at a distance from the viewing zone VZ and head of observer 1. The device also contains a screen consisting of a one-dimensional light reflector (1D RR) and an optical light-scattering element configured to scatter rays along the vertical axis.

На фиг.3C схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) конфигурации устройства формирования многоракурсного 3D изображения согласно заявленному изобретению с расположением зон просмотра (VZ), источника излучения и по меньшей мере одного проектора (2) (в данном варианте представлены два проектора) на расстоянии от зоны просмотра и головы наблюдателя 1. При этом устройство также содержит экран, состоящий из одномерного светоотражателя (1D RR) и оптического светорассеивающего элемента (VD), выполненного с возможностью рассеивания лучей по вертикальной оси.Figure 3C schematically shows a top view (X-Z plane) of the configuration of a device for forming a multi-angle 3D image according to the claimed invention with the location of viewing zones (VZ), a radiation source and at least one projector (2) (in this embodiment, two projectors are presented) at a distance from the viewing area and the head of observer 1. The device also contains a screen consisting of a one-dimensional light reflector (1D RR) and an optical light-scattering element (VD), configured to scatter rays along the vertical axis.

На фигуре 3C продемонстрировано разделение зон просмотра (VZ) при расположении двух проекторов 2 на расстоянии от зон просмотра VZ и головы наблюдателя 1, в результате формируется 3D изображение, которое характеризуется высоким разрешением и высоким качеством, как видно на фиг.3C. Figure 3C demonstrates the separation of viewing zones (VZ) when two projectors 2 are positioned at a distance from the viewing zones VZ and the head of the observer 1, resulting in a 3D image that is characterized by high resolution and high quality, as seen in Fig. 3C.

Далее более детально рассмотрим работу световозвращателя согласно заявленному изобретению со ссылками на фиг. 3A,4A,4B.Next, we will consider in more detail the operation of the retroreflector according to the claimed invention with reference to Fig. 3A,4A,4B.

На фиг.4A представлен боковой вид (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, где H-высота зоны просмотра.FIG. 4A is a side view (Y-Z plane) of a ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device, where H is the height of the viewing area.

На фиг.4B представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, где L-расстояние от экрана до наблюдателя, W-ширина зоны просмотра для правого и левого глаза, соответственно. В плоскости X-Z, как представлено на фиг.4B положение головы (глаз)наблюдателя 1 совпадает с положением проекторов 2. Расстояния от экрана до наблюдателя и от проектора(ов) до наблюдателя равны.Figure 4B is a top view (X-Z plane) of the ray propagation pattern in a multi-view 3D imaging device, where L is the distance from the screen to the observer, W is the viewing area width for the right and left eyes, respectively. In the X-Z plane, as shown in Fig. 4B, the position of the head(s) of observer 1 coincides with the position of the projectors 2. The distances from the screen to the observer and from the projector(s) to the observer are equal.

В рамках настоящего изобретения в качестве источника света рассматриваются один или более проекторов. При этом для формирования голографического 3D изображения предусмотрен по меньшей мере один проектор 2, а для автостереоскопического изображения - по меньшей мере два проектора 2, каждый из которых формирует изображение для одной зоны просмотра для соответствующего глаза, правого или левого. Проекторы 2 размещаются в той же вертикальной плоскости, но в разных горизонтальных плоскостях с плоскостью, в которой находится зона просмотра, в частности выше или ниже указанной зоны просмотра (VZ),см. фиг.4а. Изображение, формируемое каждым из по меньшей мере двух проекторов 2 падает под углом на экран, состоящий из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью рассеяния излучения по вертикальной оси, которые вместе образуют экран. In the context of the present invention, one or more projectors are considered as a light source. In this case, for the formation of a holographic 3D image, at least one projector 2 is provided, and for an autostereoscopic image, at least two projectors 2 are provided, each of which forms an image for one viewing area for the corresponding eye, right or left. The projectors 2 are placed in the same vertical plane, but in different horizontal planes from the plane in which the viewing zone is located, in particular above or below the specified viewing zone (VZ), see. Fig.4a. The image formed by each of at least two projectors 2 falls at an angle onto a screen consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4, configured to scatter radiation along a vertical axis, which together form the screen.

Световозвращатель 3 представляет собой непрозрачную пленку, состоящую из одномерного (с периодичностью по горизонтали) набора (массива) прямоугольных призм, вытянутых по вертикали, со светоотражающим покрытием на гранях призм и поглощающим покрытием на ребрах при вершинах и основаниях призм. Отражение происходит на наружной поверхности световозвращателя, сформированной набором прямоугольных призм, и являющейся первой поверхностью по ходу лучей от проектора 2 к экрану из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4, без потерь на рассеяние света на ребрах призм при вершинах и основаниях, без рассеяния и поглощения излучения внутри материала. Таким образом, световозвращение происходит в горизонтальном направлении с высокой эффективностью и низким рассеянием в зоны просмотра (VZ). Кроме того, с учетом дифракции и углового разрешения глаза шаг или (период) (p) световозвращателя, см. фиг.3а должен соответствовать следующему выражению: Retroreflector 3 is an opaque film consisting of a one-dimensional (with horizontal periodicity) set (array) of rectangular prisms, elongated vertically, with a reflective coating on the edges of the prisms and an absorbing coating on the ribs at the tops and bases of the prisms. Reflection occurs on the outer surface of the retroreflector, formed by a set of rectangular prisms, and being the first surface along the path of rays from the projector 2 to the screen of the retroreflector 3 and the optical light-scattering element 4, without losses due to light scattering on the edges of the prisms at the tops and bases, without scattering and absorption radiation inside the material. Thus, retroreflection occurs in the horizontal direction with high efficiency and low scattering into the viewing zones (VZ). In addition, taking into account diffraction and angular resolution of the eye, the step or (period) (p) of the retroreflector, see Fig. 3a, must correspond to the following expression:

L⋅ tgω>p> , (1)L⋅ tanω>p> , (1)

где ω - угловое разрешение глаза, L - расстояние от экрана до наблюдателя, λ - максимальная длина волны из диапазона рабочих длин волн проектора, W - ширина зоны просмотра. Следует отметить диапазон длин волн, на котором работает проектор представляет собой видимый диапазон электромагнитного излучения (400 нм -700 нм). where ω is the angular resolution of the eye, L is the distance from the screen to the observer, λ is the maximum wavelength from the range of operating wavelengths of the projector, W is the width of the viewing area. It should be noted that the wavelength range at which the projector operates is the visible range of electromagnetic radiation (400 nm -700 nm).

Следует отметить, что количество прямоугольных призм в наборе или массиве призм определяется размером экрана, который выбирается исходя из области использования: домашний или общественный кинотеатр, деленным на период (р) ретроотражателя.It should be noted that the number of rectangular prisms in a set or array of prisms is determined by the size of the screen, which is selected based on the area of use: home or public cinema, divided by the period (p) of the retroreflector.

Следует отметить, что луч, направленный от проектора 2, падает на одномерный световозвращатель 3 под определенным углом, и по горизонтали отражается в том же направлении, в каком он падает на световозвращатель, а по вертикали луч отражается как от обычного зеркала. При этом по вертикали не формируется зона просмотра, и при фиксированном положении глаза наблюдателя, будет видна только малая часть изображения. Для формирования зоны просмотра по вертикали, в которой глаз наблюдателя будет видеть полное изображение (при нахождении внутри зоны просмотра) авторы изобретения включили в конструкцию экрана оптический светорассеивающий элемент 4, который рассеивает каждый луч от каждой точки экрана в вертикальном направлении, таким образом формируя зону просмотра. Эффект от выполнения экрана устройства формирования 3D изображения согласно изобретению, заключается в следующем:It should be noted that the beam directed from the projector 2 falls on the one-dimensional reflector 3 at a certain angle, and is reflected horizontally in the same direction in which it falls on the reflector, and vertically the beam is reflected as from an ordinary mirror. In this case, a viewing area is not formed vertically, and with a fixed position of the observer’s eye, only a small part of the image will be visible. To form a vertical viewing area in which the observer's eye will see the full image (when located inside the viewing area), the authors of the invention included an optical light-scattering element 4 in the screen design, which scatters each ray from each point of the screen in the vertical direction, thus forming a viewing area . The effect of making the screen of the 3D image forming device according to the invention is as follows:

обеспечиваются низкое рассеяние по горизонтальной оси экрана; вытянутая зона просмотра по вертикальной оси; зоны просмотра для левого и правого глаза наблюдателя не перекрываются. Тонкая (нерассеянная) и большая вертикальная зона просмотра, высокое соотношение сигнал/шум, низкие перекрестные помехи.low scattering along the horizontal axis of the screen is ensured; elongated viewing area along the vertical axis; The viewing areas for the observer's left and right eyes do not overlap. Thin (unscattered) and large vertical viewing area, high signal-to-noise ratio, low crosstalk.

Далее будут рассмотрены варианты реализации световозвращателей, которые могут быть использованы в устройстве формирования 3D изображения согласно изобретению.Next, we will consider embodiments of retroreflectors that can be used in a 3D image forming device according to the invention.

Согласно предпочтительному варианту реализации световозвращатель 3 выполняется со светоотражающим покрытием на гранях призм, но без поглощающего покрытия фиг.5A и представляет собой одномерный набор (массив) прямоугольных призм, вытянутых по вертикали. При этом, луч, направленный от проектора, падает на световозвращатель согласно изобретению, под определенным углом, и по горизонтали, по существу, без потерь отражается в том же направлении, в каком он падает на световозвращатель, а по вертикали луч отражается как от обычного зеркала. Таким образом, луч, направляемый от проектора, практически полностью отражается от наружной поверхности призмы, не заходя внутрь материала, что обеспечивает значительное уменьшение степени рассеивания в горизонтальном направлении, световозвращателя согласно заявленному изобретению, по сравнению с известными из уровня техники решениями.According to the preferred embodiment, the retroreflector 3 is made with a reflective coating on the edges of the prisms, but without the absorbing coating of Fig. 5A and is a one-dimensional set (array) of rectangular prisms elongated vertically. In this case, the beam directed from the projector falls on the reflector according to the invention at a certain angle, and horizontally, essentially without loss, is reflected in the same direction in which it falls on the reflector, and vertically the beam is reflected as from an ordinary mirror . Thus, the beam directed from the projector is almost completely reflected from the outer surface of the prism without going inside the material, which provides a significant reduction in the degree of dispersion in the horizontal direction of the retroreflector according to the claimed invention, compared to solutions known from the prior art.

Однако производство таких оптических элементов требует высокой точности производства, что не всегда удается добиться в реальном производстве. Для исключений даже минимальных дефектов при вершинах и основаниях призм, возникающих в результате погрешностей производства, авторами изобретения дополнительно предусмотрено наличие поглощающего покрытия на ребрах при вершинах и/или основаниях призм, в этом случае рассеивание от вершин и оснований будет практически исключено полностью. However, the production of such optical elements requires high manufacturing precision, which is not always possible to achieve in real production. To eliminate even minimal defects at the tops and bases of the prisms that arise as a result of manufacturing errors, the authors of the invention additionally provide for the presence of an absorbing coating on the ribs at the tops and/or bases of the prisms; in this case, scattering from the tops and bases will be practically completely eliminated.

В качестве световозвращателя согласно еще одному варианту реализации согласно фиг.5B может использоваться 2D световозвращатель, состоящий из двумерного набора призм с поглощающим покрытием или без поглощающего покрытия. 2D световозвращатель широко известен в соответствующей области техники: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C As a retroreflector, according to another embodiment according to Fig. 5B, a 2D retroreflector consisting of a two-dimensional set of prisms with or without an absorbent coating can be used. The 2D retroreflector is widely known in the relevant field of technology: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2% D1%8B%D0%B9_%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

Такой тип световозвращателя характеризуется ретроотражением по двум осям (в отличие от 1D световозвращателя) и использование такого типа световозвращателя в дисплее приведет к формированию фиксированной и маленькой зоны просмотра с высокой яркостью. Ввиду ретроотражения по двум осям положение центра сформированной зоны просмотра будет совпадать с центром объектива проектора, и, при вариантах реализации 2D световозвращателя, известных из уровня техники, невозможно разнести центр формируемой зоны просмотра с центром объектива проектора. Так же, для увеличения/расширения зоны просмотра дисплея с 2D световозвращателем необходим другой тип диффузора, по сравнению с заявленным изобретением. This type of reflector is characterized by retro-reflection along two axes (unlike 1D reflector) and using this type of reflector in a display will result in a fixed and small viewing area with high brightness. Due to retroreflection along two axes, the position of the center of the formed viewing area will coincide with the center projector lens, and, with embodiments of a 2D retroreflector known from the prior art, it is impossible to separate the center of the formed viewing area from the center of the projector lens. Also, to increase/expand the viewing area of a display with a 2D retroreflector, a different type of diffuser is required compared to the claimed invention.

Согласно еще одному варианту реализации со ссылкой на фиг.5С световозвращатель представляет собой одномерный набор (массив) прямоугольных призм полного внутреннего отражения (TIR), вытянутых по вертикали. При этом луч от проектора проникает под определенным углом во внутрь призмы, претерпевает там преломление и отражение. При этом по горизонтали лучи отражаются в том же направлении, в каком они падают на световозвращатель, а по вертикали лучи отражаются как от обычного зеркала, а затем выходят из призмы. Такой тип световозвращателя характеризуется достаточно значительным рассеиванием и дисперсией, возникающими из-за распространения света через материал призмы, в дополнение к рассеянию от дефектов изготовления призм. При этом изготовление такого световозвращателя TIR является высокотехнологичным.According to another embodiment with reference to Fig. 5C, the retroreflector is a one-dimensional array of rectangular total internal reflection (TIR) prisms elongated vertically. In this case, the beam from the projector penetrates at a certain angle into the inside of the prism and undergoes refraction and reflection there. In this case, horizontally the rays are reflected in the same direction in which they fall on the reflector, and vertically the rays are reflected as from an ordinary mirror and then exit the prism. This type of reflector is characterized by quite significant scattering and dispersion resulting from the propagation of light through the prism material, in addition to scattering from defects in the prism's manufacturing. At the same time, the production of such a TIR retroreflector is high-tech.

В качестве световозвращателя согласно еще одному варианту реализации (фиг.5D) может использоваться световозвращатель на основе стеклянных бусин, в котором используются стеклянные шарики или сферические линзы в качестве отражающих элементов. Луч от проектора проникает под определенным углом во внутрь шарика, претерпевает там отражение и преломление и выходит под этим же углом из шарика (2D ретроотражение, по двум осям как у 2D световозвращателя, состоящего из двумерного набора призм), при этом поверхность шарика частично покрыта отражающим/зеркальным покрытием от которого луч отражается. Такой тип световозвращателя прост в изготовлении, обеспечивает формирование фиксированной маленькой зоны просмотра с высокой яркостью. Однако при такой конструкции световозвращателя происходит большое рассеивание лучей, что обуславливает наложение зон просмотра для левого и правого глаза наблюдателя. Ввиду ретроотражения по двум осям положение центра сформированной зоны просмотра будет совпадать с центром объектива проектора и, при вариантах реализации световозвращателя на основе стеклянных бусин, известных из уровня техники: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%84%D0%BE%D1%82, As a retroreflector, according to another embodiment (FIG. 5D), a glass bead reflector may be used, which uses glass beads or spherical lenses as reflective elements. The beam from the projector penetrates at a certain angle into the inside of the ball, undergoes reflection and refraction there, and leaves the ball at the same angle (2D retroreflection, along two axes like a 2D retroreflector, consisting of a two-dimensional set of prisms), while the surface of the ball is partially covered with reflective material. /mirror coating from which the beam is reflected. This type of reflector is easy to manufacture and provides a fixed, small viewing area with high brightness. However, with this design of the retroreflector, a large scattering of the rays occurs, which causes an overlap of viewing areas for the left and right eyes of the observer. Due to retroreflection along two axes, the position of the center of the formed viewing area will coincide with the center of the projector lens and, with embodiments of a reflector based on glass beads, known from the prior art: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0 %B0%D1%82%D0%B0%D1%84%D0%BE%D1%82,

невозможно разнести центр формируемой зоны просмотра с центром объектива проектора. Так же, для увеличения/расширения зоны просмотра дисплея с световозвращателем на основе стеклянных бусин необходим другой тип диффузора, по сравнению с заявленным изобретением.It is impossible to separate the center of the formed viewing area from the center of the projector lens. Also, to increase/expand the viewing area of a display with a reflector based on glass beads, a different type of diffuser is required compared to the claimed invention.

Таким образом, варианты реализации световозвращателей, описанных со ссылками на фиг.5B-5D, обладают рядом недостатков, которые значительно ухудшают качество формируемого 3D изображения, при этом конструкция экрана с одномерным световозвращателем со светоотражающим покрытием на наружных гранях призм и поглощающим покрытием на ребрах при вершинах и основаниях призм, согласно заявленному изобретению, устраняет все вышеуказанные недостатки известных световозвращателей. Thus, the embodiments of the retroreflectors described with reference to Figs. 5B-5D have a number of disadvantages that significantly deteriorate the quality of the generated 3D image, while the design of the screen with a one-dimensional retroreflector with a reflective coating on the outer edges of the prisms and an absorbing coating on the edges at the vertices and the bases of the prisms, according to the claimed invention, eliminates all of the above disadvantages of known retroreflectors.

Далее со ссылками на фигуры 6A-6D будут показаны возможные варианты реализации оптических светорассеивающих элементов, используемых в заявленном изобретении.Next, with reference to figures 6A-6D, possible embodiments of the optical light-scattering elements used in the claimed invention will be shown.

Различные типы оптических элементов, используемые в качестве светорассеивателей (диффузоров), известны из уровня техники, при этом диффузоры, как правило обеспечивают формирование пучков света с определенной диаграммой рассеяния. Задача заявленного изобретения заключается в обеспечении с помощью оптического светорассеивающего элемента, рассеивания лучей, отраженных от световозвращателя, в вертикальном направлении, таким образом обеспечивая создание необходимой диаграммы рассеивания в соответствии с положением глаза наблюдателя и требуемым размером зоны просмотра.Various types of optical elements used as light diffusers are known from the prior art, with diffusers typically providing the formation of light beams with a specific scattering pattern. The objective of the claimed invention is to provide, using an optical light-scattering element, the scattering of rays reflected from a retroreflector in the vertical direction, thus ensuring the creation of the necessary scattering pattern in accordance with the position of the observer's eye and the required size of the viewing area.

На фиг.6A схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (VD), выполненный с возможностью рассеивания лучей в вертикальном направлении, и расположенный рядом со световозвращателем (1D RR), представляет собой массив одномерных (1D) лентикулярных линз. При этом в качестве оптических светорассеивающих элементов может использоваться массив голографических линз, массив дифракционных линз, массив линз, массив линз с геометрической фазой, массив металинз.Fig. 6A is a schematic diagram of the arrangement of an optical light-diffusing element in relation to the eye of an observer 1, where the optical light-diffusing element (VD), configured to disperse rays in the vertical direction, and located next to the retroreflector (1D RR), is an array of one-dimensional ( 1D) lenticular lenses. In this case, an array of holographic lenses, an array of diffractive lenses, an array of lenses, an array of lenses with a geometric phase, and an array of metalens can be used as optical light-scattering elements.

Использование одномерных (1D) оптических элементов в качестве оптического светорассеивающего элемента в устройстве формирования 3D изображения обеспечивает повышение гибкости при проектировании системы за счет вариативности (возможности использования разнообразных оптических элементов) выбора оптических элементов и обеспечивает формирование расширенной зоны обзора в вертикальной плоскости. На фиг.6B схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента (VD), выполненного с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (диффузор (VD)), расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой массив двумерных (2D) линзовых элементов, состоящий из набора линз, распределенного по осям Х и Y, и обеспечивая рассеяние излучения по двум направлениям. При этом в качестве оптических светорассеивающих элементов может использоваться массив голографических линз, массив дифракционных линз, массив линз, массив линз с геометрической фазой, массив металинз.The use of one-dimensional (1D) optical elements as an optical light-scattering element in a 3D image forming device provides increased flexibility in system design due to the variability (the ability to use a variety of optical elements) in the choice of optical elements and ensures the formation of an expanded viewing area in the vertical plane. FIG. 6B is a schematic diagram of an arrangement of an optical light-diffusing element (VD) configured to diffuse light in a vertical direction relative to the eye of the observer 1, where the optical light-diffusing element (diffuser (VD)) located adjacent to the retroreflector (1D RR) is an array of two-dimensional (2D) lens elements consisting of a set of lenses distributed along the X and Y axes, providing radiation scattering in two directions. In this case, an array of holographic lenses, an array of diffractive lenses, an array of lenses, an array of lenses with a geometric phase, and an array of metalens can be used as optical light-scattering elements.

Использование двумерных (2D) оптических элементов в качестве оптического светорассеивающего элемента в устройстве формирования 3D изображения обеспечивает повышение гибкости при проектировании системы и обеспечивает формирование расширенной зоны обзора в горизонтальной (при необходимости) и вертикальной плоскостях.The use of two-dimensional (2D) optical elements as an optical light-scattering element in a 3D imaging device provides increased flexibility in system design and provides an expanded field of view in the horizontal (if necessary) and vertical planes.

На фиг.6C схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (VD), расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой одномерный (1D) рассеиватель. При этом в качестве оптических светорассеивающих элементов может использоваться голографический диффузор, и диффузор, выполненный из матового стекла. Особенности выполнения вышеуказанных диффузоров широко известны из уровня техники и детально раскрыты в следующей публикации: https://www.rp-photonics.com/diffusers.html FIG. 6C is a schematic diagram of an arrangement of an optical light-diffusing element in relation to the eye of an observer 1, wherein the optical light-diffusing element (VD) located next to a retroreflector (1D RR) is a one-dimensional (1D) diffuser. In this case, a holographic diffuser and a diffuser made of frosted glass can be used as optical light-scattering elements. Features of the above diffusers are widely known from the prior art and are disclosed in detail in the following publication: https://www.rp-photonics.com/diffusers.html

Использование оптического светорассеивающего элемента, т.е. одномерного (1D) диффузора обеспечивает формирование расширенной зоны обзора в вертикальном направлении. The use of an optical light-scattering element, i.e. a one-dimensional (1D) diffuser provides the formation of an expanded viewing area in the vertical direction.

На фиг.6D схематично представлена схема расположения оптического светорассеивающего элемента по отношению к глазу наблюдателя 1, где оптический светорассеивающий элемент (VD), расположенный рядом с световозвращателем (1D RR), представляет собой дифракционную решетку произвольного типа, где изменение периода решетки (р1, p2, …, pN) позволяет формировать зону просмотра необходимого размера.Figure 6D schematically shows the arrangement of the optical light-scattering element in relation to the eye of the observer 1, where the optical light-scattering element (VD), located next to the retroreflector (1D RR), is a diffraction grating of an arbitrary type, where the change in the period of the grating (p 1 , p 2 , …, p N ) allows you to create a viewing area of the required size.

Использование дифракционной решетки в качестве оптического светорассеивающего элемента обеспечивает формирование расширенной зоны просмотра в вертикальном направлении и обеспечивает повышение гибкости при проектировании системы.The use of a diffraction grating as an optical light scattering element provides an expanded viewing area in the vertical direction and provides increased flexibility in system design.

Особенности выполнения различных конструкций диффузоров в различных оптических системах, как и методы их выбора в зависимости от требуемых параметров, раскрыты в следующей публикации:https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/diffuser-selection-guide/ Features of various diffuser designs in various optical systems, as well as methods for their selection depending on the required parameters, are disclosed in the following publication : https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/diffuser-selection- guide/

Далее более детально остановимся на Ключевом положении 2, которое основано на обеспечении оптического элемента, который характеризуется пространственно-распределенной функцией рассеяния, и обеспечивает перенос излучения из всей зоны просмотра в полезную область просмотра, значительно повышая эффективность устройства.Next, we will dwell in more detail on Key Position 2, which is based on providing an optical element that is characterized by a spatially distributed scattering function, and ensures the transfer of radiation from the entire viewing area to the useful viewing area, significantly increasing the efficiency of the device.

Особенности реализации Ключевого положения 2 далее будут описаны со ссылками на фигуры 7А, 7B, 7C, 7D.Features of the implementation of Key Provision 2 will be further described with reference to figures 7A, 7B, 7C, 7D.

На фиг.7А схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования 3D изображения известного уровня техники. В устройстве предусмотрены: световозвращатель 3, оптический светорассеивающий элемент 4, выполненный с возможностью рассеивания лучей в вертикальном направлении, а также по меньшей мере один проектор 2, который зафиксирован на расстоянии от головы пользователя 1. При этом не используются никакие дополнительные носимые устройства, например, очки. Как видно на схеме 7А, лучи света, испускаемые от проектора 2 попадают на световозвращатель 3 и по вертикали отражаются от световозвращателя как от обычного зеркала, затем все лучи, отраженные от световозвращателя 3 попадают на оптический светорассеивающий элемент 4, который обеспечивает рассеивание лучей в вертикальном направлении, что формирует длинную (сильно рассеянную) область просмотра, что приводит к попаданию только небольшой части лучей в зрачок наблюдателя 1. При этом в горизонтальном направлении указанные лучи отражаются от световозвращателя 3 в том же направлении, в котором падают на него и, при прохождении через оптический светорассеивающий элемент 4, не меняют свое направление (не рассеиваются в горизонтальной плоскости).FIG. 7A is a schematic side view (Y-Z plane) of the ray propagation pattern of a prior art 3D imaging apparatus. The device contains: a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4, designed to disperse rays in the vertical direction, as well as at least one projector 2, which is fixed at a distance from the user's head 1. No additional wearable devices are used, for example, glasses. As can be seen in diagram 7A, the rays of light emitted from the projector 2 fall on the retroreflector 3 and are reflected vertically from the retroreflector as from an ordinary mirror, then all the rays reflected from the retroreflector 3 fall on the optical light-scattering element 4, which ensures the scattering of the rays in the vertical direction , which forms a long (highly scattered) viewing area, which leads to only a small part of the rays entering the pupil of observer 1. In this case, in the horizontal direction, these rays are reflected from the reflector 3 in the same direction in which they fall on it and, when passing through optical light-scattering element 4, do not change their direction (do not scatter in the horizontal plane).

Поскольку на фиг.7А представлен вид в плоскости Y-Z, лучи отражаемые от световозвращателя в горизонтальном направлении не видны в вертикальной плоскости. При этом, т.к. излучение посредством оптического светорассеивающего элемента по вертикали рассеяно на большую (длинную) зону просмотра, его плотность (коррелирует с яркостью изображения) в полезной зоне просмотра низкая. И формируются мертвые зоны - область в которой зрачок глаза может наблюдать соответствующее изображение стереопары или голографическое изображение, но при этом вероятность попадания зрачка глаза наблюдателя в такую область близка к нулю. Таким образом, как наглядно видно на фиг.7А, изображение, формируемое при такой схеме, имеет низкую яркость и низкую эффективность проецирования, за счет потерь света в мертвой зоне. Since FIG. 7A is a view in the Y-Z plane, rays reflected from the reflector in the horizontal direction are not visible in the vertical plane. At the same time, because The radiation through the optical light-scattering element is vertically scattered over a large (long) viewing area, its density (correlates with the brightness of the image) in the useful viewing area is low. And dead zones are formed - an area in which the pupil of the eye can observe the corresponding image of a stereo pair or a holographic image, but the probability of the pupil of the observer’s eye falling into such an area is close to zero. Thus, as clearly seen in Fig. 7A, the image formed with such a scheme has low brightness and low projection efficiency due to light loss in the dead zone.

На фиг.7B схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно заявленному изобретению, в которой представлены световозвращатель 3, оптический светорассеивающий элемент 4, выполненный с возможностью рассеивания излучения в вертикальном направлении, а также по меньшей мере один проектор 2, расположенный на расстоянии от головы пользователя 1, и перенаправляющий оптический элемент 5, по сути, выполняющий функцию конденсора излучения со смещенной оптической осью относительно оптической оси устройства формирования многоракурсного 3D изображения. Перенаправляющий оптический элемент 5 выполнен таким образом, что характеризуется нулевой оптической силой в горизонтальном направлении и заданной оптической силой в вертикальном направлении. Например, в случае персонального игрового монитора, когда расстояние от головы пользователя до экрана мало, например, 0.5 м, оптическая сила равна 2 диоптрии. В случае домашнего кинотеатра, когда расстояние от головы пользователя до экрана более существенно, например, 2 метра, оптическая сила перенаправляющего элемента 5 равна 0.5 диоптрии. Аналогично для общественного кинотеатра, где расстояние велико, например, 10 метров, оптическая сила равна 0.1 диоптрии. Включение в оптическую схему устройства перенаправляющего оптического элемента с нулевой оптической силой в горизонтальном направлении и заданной оптической силой в вертикальном направлении обеспечивает перенаправление лучей, попадающих в мертвую зону просмотра при отражении от световозвращателя 3 и прохождении оптического светорассеивающего элемента 4, в полезную зону просмотра. Следует обратить внимание, что в рамках настоящего описания указание на горизонтальное направление, подразумевает направление по горизонтальной оси (ось X), которое параллельно отрезку, соединяющему центры зрачков глаз наблюдателя; а указание на вертикальное направление подразумевает направление по вертикальной оси (ось Y), которое ортогонально направлению горизонтальной оси. При этом L - расстояние от экрана, состоящего из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4, до наблюдателя, a T - расстояние от источника излучения, который представляет собой по меньшей мере один проектор 2 до глаза наблюдателя 1.Fig. 7B is a schematic side view (Y-Z plane) of the ray propagation pattern in a multi-angle 3D image forming device according to the claimed invention, which includes a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4 configured to disperse radiation in the vertical direction, and at least one projector 2 located at a distance from the head of the user 1, and a redirecting optical element 5, essentially performing the function of a radiation condenser with an offset optical axis relative to the optical axis of the device for forming a multi-angle 3D image. The redirecting optical element 5 is designed in such a way that it is characterized by zero optical power in the horizontal direction and a given optical power in the vertical direction. For example, in the case of a personal gaming monitor, when the distance from the user's head to the screen is small, for example, 0.5 m, the optical power is equal to 2 diopters. In the case of a home theater, when the distance from the user's head to the screen is more significant, for example, 2 meters, the optical power of the redirecting element 5 is equal to 0.5 diopters. Similarly, for a public cinema where the distance is large, for example 10 meters, the optical power is 0.1 diopter. The inclusion in the optical circuit of the device of a redirecting optical element with zero optical power in the horizontal direction and a given optical power in the vertical direction ensures the redirection of rays entering the dead viewing area when reflected from the retroreflector 3 and passing through the optical light-scattering element 4 into the useful viewing area. It should be noted that within the framework of this description, an indication of the horizontal direction implies a direction along the horizontal axis (X-axis), which is parallel to the segment connecting the centers of the pupils of the observer's eyes; and indicating a vertical direction implies a vertical axis direction (Y axis) that is orthogonal to the horizontal axis direction. In this case, L is the distance from the screen, consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4, to the observer, and T is the distance from the radiation source, which is at least one projector 2, to the eye of the observer 1.

Таким образом, как наглядно видно на фиг.7B, при такой схеме экрана достигается большая гибкость конфигурирования устройства формирования многоракурсного 3D изображении при различном расположении проекторов, устройство компактное и имеет высокую эффективность в полезной зоне просмотра, что позволяет формировать четкое и яркое 3D изображение без использования вспомогательных средств просмотра, например, стереоочков, при этом обеспечивается высокое соотношение сигнал/шум.Thus, as is clearly seen in Fig. 7B, with such a screen layout, greater flexibility is achieved in configuring the device for forming a multi-angle 3D image with different locations of projectors, the device is compact and has high efficiency in the useful viewing area, which allows you to form a clear and bright 3D image without using viewing aids, such as stereo glasses, while ensuring a high signal-to-noise ratio.

На фиг.7С схематично представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, согласно заявленному изобретению, в которой представлены световозвращатель 3, оптический светорассеивающий элемент 4, выполненный с возможностью рассеивания излучения в вертикальном направлении, а также по меньшей мере один проектор 2 (в данной схеме представлено 2 проектора), расположенный на расстоянии от головы пользователя 1 (не видно в плоскости X-Z), и перенаправляющий оптический элемент 5, по сути, выполняющий функцию конденсора излучения со смещенной оптической осью относительно оптической оси устройства формирования многоракурсного 3D изображения, где L - расстояние от экрана до наблюдателя, который на виде сверху совпадает с проекторами 2. Fig. 7C schematically shows a top view (X-Z plane) of the ray propagation diagram in a device for forming a multi-angle 3D image, according to the claimed invention, which presents a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4, configured to scatter radiation in the vertical direction, as well as at least at least one projector 2 (in this diagram there are 2 projectors), located at a distance from the user’s head 1 (not visible in the X-Z plane), and a redirecting optical element 5, essentially performing the function of a radiation condenser with an offset optical axis relative to the optical axis of the formation device multi-angle 3D image, where L is the distance from the screen to the observer, which in the top view coincides with the projectors 2.

На фиг.7D схематично представлен вид сбоку (Y-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно заявленному изобретению, в которой для наглядности функции перенаправляющего оптического элемента 5, в схеме опущен оптический светорассеивающий элемент 4, где L - расстояние от экрана, состоящего из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4 (не показан), до наблюдателя 1, Т - расстояние от источника излучения, который представляет собой по меньшей мере один проектор 2 до глаза наблюдателя 1. Следует отметить, что в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения согласно изобретению со ссылкой на фиг.7D:Figure 7D schematically shows a side view (Y-Z plane) of the ray propagation circuit in a device for forming a multi-angle 3D image according to the claimed invention, in which, for clarity of the function of the redirecting optical element 5, the optical light-scattering element 4 is omitted from the circuit, where L is the distance from the screen, consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4 (not shown), to the observer 1, T is the distance from the radiation source, which is at least one projector 2 to the eye of the observer 1. It should be noted that in the device for forming a multi-angle 3D image according to invention with reference to Fig. 7D:

1) один или более проекторов 2 в том числе выполняют роль источника излучения и согласно заявленному изобретению размещаются в той же вертикальной плоскости, в которой находится полезная зона просмотра (VZ), но в разных горизонтальных плоскостях, в частности выше или ниже указанной полезной зоны просмотра (VZ) на расстоянии Т. Каждый из по меньшей мере одного проектора 2 формирует изображение для одной зоны просмотра для соответствующего глаза, правого или левого; 1) one or more projectors 2 also act as a radiation source and, according to the claimed invention, are placed in the same vertical plane in which the useful viewing area (VZ) is located, but in different horizontal planes, in particular above or below the specified useful viewing area (VZ) at a distance T. Each of the at least one projector 2 produces an image for one viewing area for the corresponding eye, right or left;

2) излучение, испускаемое каждым из по меньшей мере одного проектора 2, падает под углом на экран, состоящий из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью рассеяния излучения по вертикальной оси, а также перенаправляющего оптического элемента 5, которые вместе образуют экран;2) radiation emitted by each of at least one projector 2 falls at an angle onto a screen consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4, configured to scatter radiation along the vertical axis, as well as a redirecting optical element 5, which together form the screen ;

3) световозвращатель 3 представляет собой непрозрачную пленку, состоящую из одномерного (с периодичностью по горизонтали) набора (массива) прямоугольных призм, вытянутых по вертикали со светоотражающим покрытием на гранях призм и поглощающим покрытием на ребрах при вершинах и основаниях призм. Отражение происходит на наружной поверхности световозвращателя 3, сформированной набором прямоугольных призм, которая является первой поверхностью по ходу лучей от проектора 2 к экрану без потерь на рассеяние света на ребрах призм при вершинах и основаниях, без рассеяния и поглощения излучения внутри материала. Таким образом, ретроотражение происходит в горизонтальном направлении с высокой эффективностью и низким рассеянием в зоны просмотра (VZ). Кроме того, с учетом дифракции и углового разрешения глаза шаг или (период) (p) световозвращателя, см. фиг.3а должен соответствовать следующему выражению: 3) retroreflector 3 is an opaque film consisting of a one-dimensional (with horizontal periodicity) set (array) of rectangular prisms, elongated vertically with a reflective coating on the edges of the prisms and an absorbing coating on the edges at the tops and bases of the prisms. Reflection occurs on the outer surface of the retroreflector 3, formed by a set of rectangular prisms, which is the first surface along the path of rays from the projector 2 to the screen without losses due to light scattering on the edges of the prisms at the tops and bases, without scattering and absorption of radiation inside the material. Thus, retroreflection occurs in the horizontal direction with high efficiency and low scattering into the viewing zones (VZ). In addition, taking into account diffraction and angular resolution of the eye, the step or (period) (p) of the retroreflector, see Fig. 3a must correspond to the following expression:

L⋅tgω>p> , (1)L⋅tgω>p> , (1)

где ω - угловое разрешение глаза, L - расстояние от экрана до наблюдателя, λ - максимальная длина волны из диапазона рабочих длин волн проектора, W - ширина зоны просмотра. Следует отметить, что луч, направленный от проектора 2 падает на одномерный световозвращатель 3 под определенным углом и под таким углом отражается. Для формирования зоны просмотра по вертикали, в которой глаз наблюдателя будет видеть полное изображение (при нахождении внутри зоны просмотра) авторы изобретения включили в конструкцию экрана оптический светорассеивающий элемент 4, который рассеивает каждый луч от каждой точки экрана, таким образом формируя зону просмотра; where ω is the angular resolution of the eye, L is the distance from the screen to the observer, λ is the maximum wavelength from the range of operating wavelengths of the projector, W is the width of the viewing area. It should be noted that the beam directed from the projector 2 falls on the one-dimensional retroreflector 3 at a certain angle and is reflected at such an angle. To form a vertical viewing area in which the observer's eye will see the full image (while inside the viewing area), the authors of the invention included an optical light-scattering element 4 in the screen design, which scatters each ray from each point of the screen, thus forming a viewing area;

4) перенаправляющий оптический элемент 5 выполняет функцию конденсора излучения и представляет собой оптический элемент, со смещенной оптической осью относительно оптической оси устройства формирования 3D изображения. Перенаправляющий оптический элемент 5 выполнен таким образом, что характеризуется нулевой оптической силой в горизонтальном направлении и заданной оптической силой (OP) в вертикальном направлении, которая обратно пропорциональна расстоянию до зоны просмотра (VZ), т.е. OP~ (2), 4) the redirecting optical element 5 performs the function of a radiation condenser and is an optical element with an offset optical axis relative to the optical axis of the 3D image forming device. The redirecting optical element 5 is designed in such a way that it is characterized by zero optical power in the horizontal direction and a given optical power (OP) in the vertical direction, which is inversely proportional to the distance to the viewing zone (VZ), i.e. OP~ (2),

где OP - оптическая сила, L-расстояние от экрана до наблюдателя 1(м). Внеосевой параметр (OA)перенаправляющего элемента 5 должен быть в два раза меньше расстояния от источника излучения, т.е. проектора (2) до геометрического центра полезной зоны просмотра (VZ). Следует отметить, что размер полезной зоны просмотра и ее геометрический центр относительно оптической оси устройства формирования многоракурсного 3D изображения зависят (определяются) от области (областью) использования устройства формирования 3D изображения, например, домашний/общественный кинотеатр.where OP is the optical power, L is the distance from the screen to the observer 1 (m). The off-axis parameter (OA) of the redirecting element 5 must be half the distance from the radiation source, i.e. projector (2) to the geometric center of the useful viewing zone (VZ). It should be noted that the size of the useful viewing area and its geometric center relative to the optical axis of the multi-angle 3D imaging device depend (determine) on the area (area) of use of the 3D imaging device, for example, a home/public cinema.

Кроме того, внеосевой параметр перенаправляющего элемента 5 задается следующим образом: In addition, the off-axis parameter of the redirecting element 5 is set as follows:

OA~T/2 (3), OA~T/2 (3),

где OA - внеосевой параметр перенаправляющего элемента 5, T - расстояние от источника излучения, который представляет собой по меньшей мере один проектор 2, до глаза наблюдателя 1. where OA is the off-axis parameter of the redirecting element 5, T is the distance from the radiation source, which is at least one projector 2, to the eye of the observer 1.

Следует отметить, что OA (внеосевой параметр перенаправляющего элемента) - это расстояние между оптической осью перенаправляющего элемента 5 (см. ОСЬ на фиг.7D) и оптической осью устройства для формирования многоракурсного 3D изображения. Соотношение получено авторами изобретения из соображений геометрической оптики.It should be noted that OA (off-axis parameter of the redirecting element) is the distance between the optical axis of the redirecting element 5 (see AXIS in FIG. 7D) and the optical axis of the multi-view 3D image forming device. The ratio was obtained by the authors of the invention from considerations of geometric optics.

Таким образом включение в схему устройства формирования многоракурсного 3D изображения перенаправляющего оптического элемента 5 позволяет концентрировать свет, отражаемый от световозвращателя, в полезной зоне просмотра, что повышает яркость формируемого изображения для наблюдателя.Thus, the inclusion of a redirecting optical element 5 in the circuit of the device for forming a multi-angle 3D image makes it possible to concentrate the light reflected from the retroreflector in the useful viewing area, which increases the brightness of the formed image for the observer.

На фиг.8A, 8B представлены карты распределения интенсивности излучения для устройства формирования многоракурсного 3D изображения с перенаправляющим оптическим элементом (фиг.8B) и без направляющего элемента (фиг.8А), полученного на детекторе, в виде квадрата, размером 300×300 мм (-150:+150), расположенном на расстоянии 500 мм от экрана (состоящего из световозвращателя 3, диффузора 4, перенаправляющего оптического элемента 5), при этом угол между оптической осью проектора и оптической осью экрана составляет 40 градусов. При этом значения по осям X, Y на фиг.8А, 8B представляют собой координаты детектора, а шкалы интенсивности излучения (I) рядом с детектором показывают интенсивность какой-либо точки и ее положение на детекторе т.е. распределение интенсивности.Figures 8A, 8B show radiation intensity distribution maps for a device for forming a multi-angle 3D image with a redirecting optical element (Figure 8B) and without a guide element (Figure 8A), obtained on a detector in the form of a square, 300×300 mm in size ( -150:+150), located at a distance of 500 mm from the screen (consisting of a retroreflector 3, a diffuser 4, a redirecting optical element 5), while the angle between the optical axis of the projector and the optical axis of the screen is 40 degrees. In this case, the values along the X, Y axes in Figs. 8A, 8B represent the coordinates of the detector, and the radiation intensity scales (I) next to the detector show the intensity of any point and its position on the detector, i.e. intensity distribution.

При этом эффективность устройства, т.е. количество света, попадающего от проектора в формируемую зону просмотра при наличии перенаправляющего элемента, составляет 51.3%, а без указанного элемента только 22.8%, что доказывает преимущество заявленной схемы устройства формирования 3D изображения.At the same time, the efficiency of the device, i.e. the amount of light falling from the projector into the formed viewing area in the presence of a redirecting element is 51.3%, and without the specified element only 22.8%, which proves the advantage of the declared device circuit for forming a 3D image.

Далее будут представлены варианты реализации перенаправляющих оптических элементов.Next, options for implementing redirecting optical elements will be presented.

В качестве перенаправляющих оптических элементов могут использоваться оптические элементы, собирающие лучи, отраженные от световозвращателя 3, и направляющие их в полезную зону просмотра(VZ).Optical elements that collect rays reflected from the reflector 3 and direct them to the useful viewing zone (VZ) can be used as redirecting optical elements.

В одном из вариантов реализации 1), перенаправляющие элементы могут представлять собой: голографические линзы, дифракционные линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы, дифракционные решетки. In one of the implementation options 1), the redirecting elements can be: holographic lenses, diffraction lenses, Fresnel lenses, geometric phase lenses, metalenses, diffraction gratings.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения перенаправляющих оптических элементов вышеуказанного варианта 1) позволяет повысить гибкость при проектировании устройства формирования многоракурсного 3D изображения за счет вариативности (возможности использования разнообразных оптических элементов) выбора оптических элементов. В одном из вариантов реализации 2), перенаправляющие оптические элементы могут представлять собой активные перенаправляющие элементы или дефлекторы. Примеры активных перенаправляющих элементов раскрыты в публикации: https://en.wikipedia.org/wiki/Acousto-optic_modulatorThe inclusion of redirecting optical elements of the above option 1) in the device for forming a multi-view 3D image allows increasing flexibility in the design of a device for forming a multi-view 3D image due to the variability (the possibility of using a variety of optical elements) in the choice of optical elements. In one embodiment 2), the redirection optical elements may be active redirection elements or deflectors. Examples of active redirecting elements are disclosed in the publication: https://en.wikipedia.org/wiki/Acousto-optic_modulator

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения активных перенаправляющих элементов вышеуказанного варианта 2) позволяет активно управлять перенаправлением света в зону просмотра, но в то же время, изготовление таких оптических элементов затруднено большими размерами указанных элементов, что требует более развитых технологий производства, для достижения высокой точности при изготовлении.The inclusion of active redirecting elements of the above option 2) in the device for forming a multi-angle 3D image allows you to actively control the redirection of light into the viewing area, but at the same time, the production of such optical elements is complicated by the large size of these elements, which requires more developed production technologies to achieve high accuracy during manufacture.

В еще одном из вариантов реализации 3), перенаправляющие оптические элементы могут представлять собой комбинацию оптических элементов с различными свойствами. Авторы изобретения рассматривают возможность объединения различных функций оптических элементов в одном оптическом элементе, например, объединение диффузора, выполненного с возможностью рассеивания в вертикальном направлении, и перенаправляющего оптического элемента в перенаправляющий элемент с дополнительной функцией рассеивания в вертикальном направлении.In yet another embodiment 3), the redirecting optical elements may be a combination of optical elements with different properties. The inventors are considering the possibility of combining different functions of optical elements in a single optical element, for example, combining a diffuser configured to diffuse in the vertical direction and a redirecting optical element into a redirecting element with the additional function of dispersing in the vertical direction.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения перенаправляющих оптических элементов с комбинированными функциями, например, с функцией диффузора согласно варианту 3) уменьшает количество элементов, составляющих устройство и значительно уменьшает толщину устройства, но в то же время оптические элементы с комбинированными функциями имеют большую сложность сами по себе, что требует более развитых технологий производства.The inclusion of redirecting optical elements with combined functions in the device for forming a multi-angle 3D image, for example, with a diffuser function according to option 3), reduces the number of elements making up the device and significantly reduces the thickness of the device, but at the same time, optical elements with combined functions are more complex in nature itself, which requires more developed production technologies.

В еще одном из вариантов реализации 4), роль перенаправляющего элемента играет экран (экранный блок), который характеризуется кривизной в вертикальном направлении (не показан), и может полностью или частично выполнять функцию перенаправления излучения при отражении от световозвращателя 3 и прохождении через оптический светорассеивающий элемент 4, в область зоны просмотра VZ, в которой находится голова наблюдателя при использовании устройства. Указанная функция перенаправления излучения по меньшей мере частично выполнена за счет кривизны компонентов, составляющих экранный блок: световозвращателя, оптического светорассеивающего элемента, выполненного с возможностью рассеивания света, отражаемого от световозвращателя, в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя, в вертикальной плоскости. При этом, при частичном выполнении функции перенаправления за счет кривизны составляющих оптических компонентов экрана, перенаправляющий элемент все еще присутствуют в конструкции, но характеризуется другой (меньшей по модулю) оптической силой в соответствующей плоскости, т.е. плоскости, в которой перенаправляющий оптический элемент перенаправляет излучение согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, и другим внеосевым параметром, по сравнению с указанными параметрами перенаправляющего элемента при варианте реализации с плоским экранным блоком согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, см. фиг.7В.In another embodiment 4), the role of the redirecting element is played by a screen (screen block), which is characterized by curvature in the vertical direction (not shown), and can fully or partially perform the function of redirecting radiation when reflected from the retroreflector 3 and passing through the optical light-scattering element 4, into the viewing zone area VZ, in which the observer's head is located when using the device. This function of redirecting radiation is at least partially performed due to the curvature of the components that make up the screen unit: a retroreflector, an optical light-scattering element configured to scatter light reflected from the retroreflector in the vertical direction relative to the observer's eye, in a vertical plane. In this case, when the redirection function is partially performed due to the curvature of the constituent optical components of the screen, the redirection element is still present in the structure, but is characterized by a different (smaller in magnitude) optical power in the corresponding plane, i.e. the plane in which the redirecting optical element redirects radiation according to the preferred embodiment of the invention, and another off-axis parameter, compared with the specified parameters of the redirecting element in the embodiment with a flat screen unit according to the preferred embodiment of the invention, see Fig. 7B.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения перенаправляющих оптических элементов сложной формы согласно варианту 4) характеризуется новым эргономичным дизайном, что позволяет меньше поворачивать голову при просмотре сформированного изображения и эффектом полного погружения (иммерсионный эффект), который как правило используется в планетариях (изображения рассматривают на круглой крыше), и, в то же время, усложнено наличием в устройстве сложных в изготовлении оптических элементов, что требует более развитых технологий производства. The inclusion of redirecting optical elements of complex shape in the device for forming a multi-angle 3D image according to option 4) is characterized by a new ergonomic design, which allows you to turn your head less when viewing the generated image and the effect of complete immersion (immersion effect), which is usually used in planetariums (images are viewed on a round roof), and, at the same time, is complicated by the presence of difficult-to-manufacture optical elements in the device, which requires more developed production technologies.

Следует отметить, что в уровне техники известны решения с искривленным/изогнутым экраном дисплея для повышения эргономичности дисплея и эффекта погружения пользователя, см., например публикацию: https://insights.samsung.com/2022/11/16/how-a-curved-monitor-brings-ergonomic-benefits-and-productivity-2/ В еще одном из вариантов реализации 5), перенаправляющие оптические элементы имеют дополнительные оптические покрытия для различных целей, например: просветляющие покрытия для повышения коэффициента пропускания поверхностей оптических элементов, пропускающих излучение, отражающие покрытия для повышения коэффициента отражения поверхностей, отражающих излучение и фильтрующие покрытия для фильтрования нежелательного излучения для функционирования устройства, а также светоделительные покрытия. Указанные покрытия используются в зависимости от требуемых задач. It should be noted that solutions with a curved/curved display screen are known in the prior art to improve display ergonomics and user immersion, see, for example, the publication: https://insights.samsung.com/2022/11/16/how-a- curved-monitor-brings-ergonomic-benefits-and-productivity-2/ In yet another embodiment 5), the redirecting optical elements have additional optical coatings for various purposes, for example: antireflective coatings to increase the transmittance of the surfaces of the optical elements that transmit radiation , reflective coatings to increase the reflectance of surfaces that reflect radiation and filter coatings to filter unwanted radiation for device operation, as well as beam splitting coatings. The specified coatings are used depending on the required tasks.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения перенаправляющих элементов с покрытиями согласно варианту 5) позволяет повысить гибкость при проектировании устройства формирования 3D изображения, благодаря тому, что ряд оптических покрытий имеют особые свойства и позволяют очень разнообразно работать со светом. Благодаря этому свойству оптических покрытий, специалисты в данной области техники могут выбирать требуемые заданные параметры проектируемого устройства формирования многоракурсного 3D изображения из широкого диапазона вариантов, т.е. при этом имеется большая гибкость при выборе требуемых параметров. В то же время, описанные перенаправляющие элементы с покрытиями имеют большую сложность сами по себе, что требует более развитых технологий производства, для исключения возникновения паразитных оптических эффектов от дополнительных оптических элементов.The inclusion of redirecting elements with coatings in the device for forming a multi-angle 3D image according to option 5) allows for increased flexibility in designing a device for forming a 3D image, due to the fact that a number of optical coatings have special properties and allow for very diverse work with light. Thanks to this property of optical coatings, specialists in the art can select the required specified parameters of the designed multi-view 3D imaging device from a wide range of options, i.e. At the same time, there is greater flexibility in choosing the required parameters. At the same time, the described redirecting elements with coatings are of great complexity in themselves, which requires more developed production technologies to eliminate the occurrence of parasitic optical effects from additional optical elements.

Ключевое положение 3 заявленного изобретения заключается в обеспечении оптического элемента с отрицательной кривизной поля, который выполняет функцию компенсационного элемента, обеспечивающего компенсирование искажения зон просмотра для формирования широкой картинки(изображения). The key provision 3 of the claimed invention is to provide an optical element with negative field curvature, which serves as a compensation element that compensates for the distortion of viewing areas to form a wide picture (image).

На фиг.9А представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, согласно заявленному изобретению, где используется экран, который состоит из световозращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью рассеивания лучей в вертикальном направлении, и перенаправляющего оптического элемента 5, при этом в устройстве рассматриваются два проектора 2 (см. фиг. 9А), при этом зрачки глаза пользователя расположены в одной вертикальной плоскости, но в разных горизонтальных плоскостях с проекторами 2, L-расстояние от источника излучения, в данном случае его роль играют проекторы, до экрана, состоящего из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4 и перенаправляющего оптического элемента 5. При этом, при необходимости формирования широкоформатного 3D изображения на большом экране, например, в кинотеатрах, музеях, образовательных учреждениях, наблюдается искажение зоны просмотра в результате чего не все проецируемое изображение попадает в зрачок глаза и часть формируемого 3D изображения по его краям в горизонтальном направлении теряется. В виду описанной аберрации, зона просмотра становится размытой/искривленной в горизонтальном направлении, и часть поля зрения не попадает в зрачок наблюдателя, при этом могут возникнуть перекрестные помехи зон просмотра, и, таким образом, пользователь увидит только часть 3D изображения которое может содержать дополнительные паразитные изображения. Figure 9A shows a top view (X-Z plane) of the ray propagation diagram in a device for forming a multi-angle 3D image, according to the claimed invention, which uses a screen that consists of a reflector 3, an optical light-scattering element 4 configured to scatter rays in the vertical direction, and redirecting optical element 5, while the device considers two projectors 2 (see Fig. 9A), while the pupils of the user’s eye are located in the same vertical plane, but in different horizontal planes with the projectors 2, L is the distance from the radiation source, in this In this case, its role is played by projectors, up to a screen consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4 and a redirecting optical element 5. In this case, if it is necessary to form a wide-format 3D image on a large screen, for example, in cinemas, museums, educational institutions, zone distortion is observed viewing, as a result of which not all of the projected image enters the pupil of the eye and part of the formed 3D image along its edges in the horizontal direction is lost. Due to the described aberration, the viewing area becomes blurred/curved in the horizontal direction, and part of the field of view does not fall into the observer's pupil, crosstalk of the viewing areas may occur, and thus the user will see only part of the 3D image which may contain additional spurious Images.

На фиг.9B условно показана диаграмма лучей попадающих в зрачок глаза, где наглядно видно, что центральный луч, обозначенный точками на фиг.9А и падающий в центр экрана и отражаемый от него в том же направлении, попадает в зрачок наблюдателя, см. фиг. 9B, где центральная, изображенная точками, прямая линия проходит через зрачок глаза, а лучи, распространяемые по краям (лучи, обозначенные сплошной и пунктирной линиями), см. фиг.9А, не попадают в зрачок глаза, см. изогнутые линии(сплошная и пунктирная) на фиг.9B и края изображения в горизонтальном направлении не попадают в зрачок глаза, что дополнительно проиллюстрировано фигурой человечка, изображение которого срезано по краям.Fig. 9B conventionally shows a diagram of rays entering the pupil of the eye, where it is clearly seen that the central ray, indicated by dots in Fig. 9A and incident on the center of the screen and reflected from it in the same direction, hits the observer’s pupil, see Fig. 9B, where the central, dotted, straight line passes through the pupil of the eye, and the rays propagating along the edges (the rays indicated by solid and dotted lines), see Fig. 9A, do not enter the pupil of the eye, see curved lines (solid and dotted) in Fig. 9B and the edges of the image in the horizontal direction do not fall into the pupil of the eye, which is further illustrated by the figure of a man, the image of which is cut off at the edges.

Авторы изобретения постарались устранить указанные недостатки варианта реализации согласно фиг.9А и фиг. 9B и включили в схему устройства компенсационный блок с отрицательной кривизной поля, который обеспечивает компенсирование искажения зон просмотра для формирования широкой картинки(изображения), см. фиг.9С, где представлен вид сверху (X-Z плоскость) схемы распространения лучей в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения, согласно заявленному изобретению, где используется экран, который состоит из световозращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью рассеивания лучей в вертикальном направлении, перенаправляющего оптического элемента 5, и компенсационного блока, состоящего из первого (7) и второго (6) компенсационных оптических элементов, при этом в устройстве рассматриваются два проектора 2 (см. фиг. 9С). Следует обратить внимание, что зрачки глаза пользователя расположены в одной вертикальной плоскости, но в разных горизонтальных плоскостях с проекторами 2, L-расстояние от источника излучения, в данном случае его роль играют проекторы, до экрана, состоящего из световозвращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, перенаправляющего оптического элемента 5 и компенсационного блока (компенсационные элементов 6,7). При этом, при необходимости формирования широкоформатного 3D изображения на большом экране, например, в кинотеатрах, музеях, образовательных учреждениях, за счет включения в устройство компенсационных элементов все проецируемое изображение попадает в зрачок глаза, и таким образом, на фиг.9D, где условно показана диаграмма лучей попадающих в зрачок глаза, наглядно видно, что центральные и боковые лучи, обозначенные точками, сплошной или пунктирной линиями на фиг.9С попадают в зрачок глаза наблюдателя, см. фиг. 9D, что дополнительно проиллюстрировано фигурой человека, изображение которого представлено четким и наблюдается полностью.The inventors have tried to eliminate these disadvantages of the embodiment according to FIG. 9A and FIG. 9B and included in the device circuit a compensation unit with negative field curvature, which compensates for the distortion of viewing areas to form a wide picture (image), see Fig. 9C, which shows a top view (X-Z plane) of the ray propagation scheme in the device for forming a multi-angle 3D image , according to the claimed invention, where a screen is used, which consists of a reflector 3, an optical light-scattering element 4, configured to scatter rays in the vertical direction, a redirecting optical element 5, and a compensation block consisting of the first (7) and second (6) compensation optical elements, while two projectors 2 are considered in the device (see Fig. 9C). It should be noted that the pupils of the user's eye are located in the same vertical plane, but in different horizontal planes with the projectors 2, L is the distance from the radiation source, in this case its role is played by projectors, to the screen consisting of a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4 , redirecting optical element 5 and compensation block (compensation elements 6,7). Moreover, if it is necessary to form a wide-format 3D image on a large screen, for example, in cinemas, museums, educational institutions, due to the inclusion of compensation elements in the device, the entire projected image enters the pupil of the eye, and thus, in Fig. 9D, where it is conventionally shown diagram of the rays entering the pupil of the eye, it is clearly seen that the central and side rays, indicated by dots, solid or dotted lines in Fig. 9C, enter the pupil of the observer’s eye, see Fig. 9D, which is further illustrated by the figure of a person, the image of which is presented clearly and is completely observable.

Включение в устройство оптических компенсационных элементов привносит следующие эффекты: отсутствие потерь изображения, отсутствие перекрестных помех, нет необходимости использования вспомогательных средств просмотра, например, стереоочков, получение четкого и яркого 3D изображения.The inclusion of optical compensation elements in the device brings the following effects: no image loss, no crosstalk, no need to use viewing aids such as stereo glasses, obtaining a clear and bright 3D image.

Со ссылкой на фиг.10А будет описана работа устройства формирования многоракурсного 3D изображения, в котором обеспечивается широкоформатное 3D изображение на большом экране, например, в кинотеатрах, музеях, образовательных учреждениях при наличии в нем компенсационного блока.With reference to Fig. 10A, the operation of a multi-angle 3D image forming device will be described, which provides a wide-format 3D image on a large screen, for example, in cinemas, museums, educational institutions if it has a compensation unit.

1) один или более проекторов 2 согласно заявленному изобретению размещаются в той же вертикальной плоскости, в которой находится полезная зона просмотра (VZ), но в отличной горизонтальной плоскости, в частности выше или ниже указанной полезной зоны просмотра (VZ). Каждый, из по меньше мере одного проектора 2, формирует изображение для одной зоны просмотра для соответствующего глаза, правого или левого. 1) one or more projectors 2 according to the claimed invention are placed in the same vertical plane in which the useful viewing zone (VZ) is located, but in a different horizontal plane, in particular above or below the specified useful viewing zone (VZ). Each of the at least one projector 2 produces an image for one viewing area for the corresponding eye, right or left.

2) излучение, испускаемое каждым, из по меньшей мере одного проектора 2, падает под углом на экран, состоящий из световозвращателя 3 и оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью направления излучения по вертикальной оси, перенаправляющего оптического элемента 5, компенсационного блока (6,7) которые вместе образуют экран. 2) the radiation emitted by each of at least one projector 2 falls at an angle onto a screen consisting of a retroreflector 3 and an optical light-scattering element 4, configured to direct the radiation along the vertical axis, a redirecting optical element 5, a compensation block (6, 7) which together form a screen.

3) световозвращатель 3 представляет собой непрозрачную пленку, состоящую из одномерного (с периодичностью по горизонтали) набора (массива) прямоугольных призм, вытянутых по вертикали со светоотражающим покрытием на гранях призм и поглощающим покрытием на ребрах при вершинах и основаниях призм. Отражение происходит на наружной поверхности световозвращателя 3, сформированной набором прямоугольных призм, которая является первой поверхностью по ходу лучей от проектора 2 к экрану без потерь на рассеяние света на ребрах призм при вершинах и основаниях, без рассеяния и поглощения излучения внутри материала. Таким образом, в горизонтальном направлении ретроотражение происходит с высокой эффективностью и низким рассеянием в зоны просмотра (VZ). Кроме того, с учетом дифракции и углового разрешения глаза шаг или (период)(p) световозвращателя, см. фиг.3а должен соответствовать следующему выражению: 3) retroreflector 3 is an opaque film consisting of a one-dimensional (with horizontal periodicity) set (array) of rectangular prisms, elongated vertically with a reflective coating on the edges of the prisms and an absorbing coating on the edges at the tops and bases of the prisms. Reflection occurs on the outer surface of the retroreflector 3, formed by a set of rectangular prisms, which is the first surface along the path of rays from the projector 2 to the screen without losses due to light scattering on the edges of the prisms at the tops and bases, without scattering and absorption of radiation inside the material. Thus, in the horizontal direction, retroreflection occurs with high efficiency and low scattering into the viewing zones (VZ). In addition, taking into account the diffraction and angular resolution of the eye, the step or (period)(p) of the retroreflector, see Fig. 3a, must correspond to the following expression:

L⋅ tgω>p> , (1)L⋅ tanω>p> , (1)

где ω - угловое разрешение глаза, L - расстояние от экрана до наблюдателя, λ - максимальная длина волны из диапазона рабочих длин волн проектора, W - ширина зоны просмотра). Следует отметить, что луч, направленный от проектора 2 падает на одномерный световозвращателя 3 под определенным углом и под таким углом отражается. Для формирования зоны просмотра по вертикали, в которой глаз наблюдателя будет видеть полное изображение (при нахождении внутри зоны просмотра) авторы изобретения включили в конструкцию экрана оптический светорассеивающий элемент 4, который рассеивает каждый луч от каждой точки экрана, таким образом формируя зону просмотра.where ω is the angular resolution of the eye, L is the distance from the screen to the observer, λ is the maximum wavelength from the range of operating wavelengths of the projector, W is the width of the viewing area). It should be noted that the beam directed from the projector 2 falls on the one-dimensional retroreflector 3 at a certain angle and is reflected at such an angle. To form a vertical viewing area in which the observer's eye will see the full image (while inside the viewing area), the authors of the invention included an optical light-scattering element 4 in the screen design, which scatters each ray from each point of the screen, thus forming a viewing area.

4) Компенсационный блок, состоит из первого компенсационного элемента 7 и второго компенсационного элемента 6. Первый компенсационный элемент 7 характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении и отрицательной оптической силой по горизонтали, таким образом первый компенсационный элемент 7 имеет отрицательную кривизну поля, которая используется авторами изобретения для компенсирования кривизны зоны просмотра, и все широкое поле зрения будет направлено в глаз наблюдателя.4) The compensation unit consists of a first compensation element 7 and a second compensation element 6. The first compensation element 7 is characterized by zero optical power in the vertical direction and negative optical power in the horizontal direction, thus the first compensation element 7 has a negative field curvature, which is used by the authors of the invention to compensate for the curvature of the viewing area, and the entire wide field of view will be directed towards the observer's eye.

Следует отметить, что кривизна поля представляет собой оптическую аберрацию оптических систем, см., например: https://en.wikipedia.org/wiki/Petzval_field_curvature, которую как правило стараются устранить в оптических системах. Авторами настоящего изобретения форма первого компенсационного элемента 7 с отрицательной кривизной поля, напротив, используется для компенсации кривизны поля обзора. It should be noted that field curvature is an optical aberration of optical systems, see, for example: https://en.wikipedia.org/wiki/Petzval_field_curvature, which they usually try to eliminate in optical systems. By contrast, the shape of the first compensation element 7 with a negative field curvature is used by the present invention to compensate for the curvature of the field of view.

Из-за отрицательной оптической силы в горизонтальном направлении первого компенсационного элемента 7, лучи, относящиеся к краям изображения, имеют большие углы падения на световозвращатель 3, поэтому некоторые из них не могут отразиться от него в том же направлении, поэтому часть света и изображения может быть потеряна. Для преобразования этих больших углов в меньшие, которые будут отражаться правильно, т.е. по горизонтали в том же направлении, в котором они упали на световозвращатель, а по вертикали как от обычного зеркала, и с высокой эффективностью, используется второй компенсационный элемент 6, который характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении и положительной оптической силой по горизонтали.Due to the negative optical power in the horizontal direction of the first compensation element 7, the rays related to the edges of the image have large angles of incidence on the retroreflector 3, so some of them cannot be reflected from it in the same direction, so some of the light and image may be lost. To convert these larger angles into smaller ones that will be reflected correctly, i.e. horizontally in the same direction in which they fell on the reflector, and vertically as from a conventional mirror, and with high efficiency, the second compensation element 6 is used, which is characterized by zero optical power in the vertical direction and positive optical power horizontally.

Таким образом, излучение от проектора 2 в определенном диапазоне углов падает на первый компенсационный элемент 7, лучи, проходящие в центре поля зрения, проходят без изменений через перенаправляющий оптический элемент 5, оптический светорассеивающий элемент 4 и попадают на световозвращатель 3, далее отражаются от него в том же направлении по горизонтали, снова проходят оптический светорассеивающий элемент 4, где рассеиваются в вертикальном направлении, и перенаправляющий оптический элемент 5, где перенаправляются из мертвых зон просмотра в полезную и попадают в зрачок наблюдателя, см. лучи, обозначенные точками, на фиг.10А. При этом лучи (лучи, обозначенные сплошной или пунктирной линиями), относящиеся к краям изображения, проходят через первый компенсационный элемент 7, который имеет отрицательную оптическую силу в горизонтальном направлении, и выходят из первого компенсационного элемента 7 под большими углами, далее лучи проходят через перенаправляющий элемент 5 и оптический светорассеивающий элемент 4, практически не меняя направления распространения, и попадают на второй компенсационный элемент 6, который характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении и положительной оптической силой по горизонтали и выполнен таким образом, что лучи под большими углами преобразуются в меньшие углы и далее попадают на световозвращатель 3, отражаются от него в том же направлении по горизонтали и как от обычного зеркала по вертикали, проходят второй компенсационный элемент 6, при выходе из которого лучи под малыми углами преобразуются в большие углы и далее попадают на оптический светорассеивающий элемент 4, который рассеивает излучение в вертикальном направлении, затем попадают на перенаправляющий оптический элемент 5, обеспечивающий перенаправление лучей, попадающих в мертвые зоны просмотра в полезную зону просмотра, и далее проходят через первый компенсационный элемент 7, при этом лучи, проходящие в центре компенсационного элемента 7, проходят без изменений, а краевые лучи под большими углами преобразуются в меньшие углы и попадают в полезную зону просмотра без искажений.Thus, radiation from the projector 2 in a certain range of angles falls on the first compensation element 7, the rays passing in the center of the field of view pass without changes through the redirecting optical element 5, the optical light-scattering element 4 and fall on the retroreflector 3, then are reflected from it into in the same direction horizontally, the optical light-scattering element 4 again passes through, where they are scattered in the vertical direction, and the redirecting optical element 5, where they are redirected from the dead viewing zones to the useful one and enter the observer’s pupil, see the rays indicated by dots in Fig. 10A . In this case, the rays (rays indicated by solid or dotted lines) related to the edges of the image pass through the first compensation element 7, which has a negative optical power in the horizontal direction, and exit the first compensation element 7 at large angles, then the rays pass through the redirecting element 5 and optical light-scattering element 4, practically without changing the direction of propagation, and fall on the second compensation element 6, which is characterized by zero optical power in the vertical direction and positive optical power horizontally and is designed in such a way that rays at large angles are converted into smaller angles and then fall on the reflector 3, are reflected from it in the same direction horizontally and as from a conventional mirror vertically, pass the second compensation element 6, upon exiting which the rays at small angles are converted into large angles and then fall on the optical light-scattering element 4 , which scatters radiation in the vertical direction, then hits the redirecting optical element 5, which ensures the redirection of rays falling into the dead viewing zones into the useful viewing area, and then passes through the first compensation element 7, while the rays passing in the center of the compensation element 7, pass through unchanged, and edge rays at large angles are converted to smaller angles and enter the useful viewing area without distortion.

На фиг.10B показана диаграмма лучей, попадающих в зрачок глаза, где наглядно видно, что центральные и боковые лучи, обозначенные точками, сплошной или пунктирной линиями на фиг.10А попадают в зрачок наблюдателя.FIG. 10B shows a diagram of rays entering the pupil of the eye, where it is clearly seen that the central and side rays, indicated by dots, solid or dotted lines in FIG. 10A, enter the observer's pupil.

На фиг. 11А представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования 3D изображения без компенсационного блока, полученная на детекторе, в виде квадрата, размером 300×300 мм (-150:+150), расположенном на расстоянии 500 мм от экрана (состоящего из световозвращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, перенаправляющего оптического элемента 5), при этом угол между оптической осью проектора и оптической осью экрана составляет 40 градусов. При этом значения по осям X, Y на фиг.11А представляют собой координаты детектора, а шкала интенсивности излучения(I) рядом с детектором показывают интенсивность какой-либо точки и ее положение на детекторе, т.е. распределение интенсивности.In fig. 11A shows a radiation intensity distribution map for a 3D image forming device without a compensation block, obtained on a detector in the form of a square, 300×300 mm in size (-150:+150), located at a distance of 500 mm from the screen (consisting of a retroreflector 3, optical light-diffusing element 4, redirecting optical element 5), while the angle between the optical axis of the projector and the optical axis of the screen is 40 degrees. In this case, the values along the X, Y axes in Fig. 11A represent the coordinates of the detector, and the radiation intensity scale (I) next to the detector shows the intensity of any point and its position on the detector, i.e. intensity distribution.

На фиг.11B представлен график поперечного сечения карты распределения интенсивности излучения согласно фиг.11А, где по оси X расположены значения координаты детектора по оси Х, а по оси Y-значения интенсивности(I).FIG. 11B is a cross-sectional graph of the radiation intensity distribution map of FIG. 11A, where the X-axis is the detector coordinate values along the X-axis, and the Y-axis is the intensity values (I).

При этом ширина зоны просмотра, созданная устройством формирования 3D изображения без компенсационного элемента, составляет 15мм, т.е. не все изображение попадает в зрачок глаза наблюдателя (зрачок глаза наблюдателя составляет 2-5 мм в зависимости от освещения).In this case, the width of the viewing area created by the 3D image forming device without a compensation element is 15 mm, i.e. not the entire image falls into the pupil of the observer's eye (the pupil of the observer's eye is 2-5 mm depending on the lighting).

На фиг. 11С представлена карта распределения интенсивности излучения для устройства формирования многоракурсного 3D изображения с компенсационным блоком, полученном на детекторе, в виде квадрата, размером 300×300 мм (-150:+150), расположенном на расстоянии 500 мм от экрана (состоящего из световозвращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, перенаправляющего оптического элемента 5), при этом угол между оптической осью проектора и оптической осью экрана составляет 40 градусов. При этом значения по осям X,Y на фиг.11C представляют собой координаты детектора, а шкала интенсивности излучения(I) рядом с детектором показывают интенсивность какой-либо точки и ее положение на детекторе, т.е. распределение интенсивности.In fig. 11C shows a radiation intensity distribution map for a device for forming a multi-angle 3D image with a compensation block obtained on a detector in the form of a square, 300×300 mm in size (-150: +150), located at a distance of 500 mm from the screen (consisting of a retroreflector 3, optical light-scattering element 4, redirecting optical element 5), and the angle between the optical axis of the projector and the optical axis of the screen is 40 degrees. In this case, the values along the X, Y axes in Fig. 11C represent the coordinates of the detector, and the radiation intensity scale (I) next to the detector shows the intensity of any point and its position on the detector, i.e. intensity distribution.

На фиг.11D - график поперечного сечения карты распределения интенсивности излучения согласно фиг.11С, где по оси X расположены значения координаты детектора по оси Х, а по оси Y-значения интенсивности(I). FIG. 11D is a cross-sectional graph of the radiation intensity distribution map according to FIG. 11C, where the X-axis is the detector coordinate values along the X-axis, and the Y-axis is the intensity values (I).

При этом ширина зоны просмотра, созданная устройством формирования 3D изображения с компенсационным элементом, составляет 4 мм, т.е. все изображение попадает в зрачок глаза наблюдателя. In this case, the width of the viewing area created by the 3D image forming device with a compensation element is 4 mm, i.e. the entire image enters the pupil of the observer's eye.

Таким образом, наличие в устройстве компенсационного блока способствует устранению искажений зоны просмотра для горизонтальных полей т.е. в горизонтальном направлении, см. фиг. 10А, 10В, где наглядно проиллюстрировано, что зоны просмотра деформируются по горизонту, и как наглядно видно на фиг. 10B все изображение попадает в глаз наблюдателя.Thus, the presence of a compensation block in the device helps eliminate distortions in the viewing area for horizontal fields, i.e. in the horizontal direction, see Fig. 10A, 10B, where it is clearly illustrated that the viewing areas are deformed along the horizon, and as can be clearly seen in FIG. 10B the entire image falls into the eye of the observer.

Далее будут представлены варианты реализации компенсационных элементов.Next, options for implementing compensation elements will be presented.

В качестве компенсационных элементов могут использоваться различные оптические элементы 1), представляющие собой цилиндрические линзы, линзы Френеля, дифракционные линзы, голографические линзы, линзы с геометрической фазой, жидкокристаллические линзы, металинзы.Various optical elements 1) can be used as compensation elements, such as cylindrical lenses, Fresnel lenses, diffraction lenses, holographic lenses, geometric phase lenses, liquid crystal lenses, metalenses.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения компенсационных элементов вышеуказанного варианта 1) упрощает изготовление устройства, поскольку есть возможность использовать серийно выпускаемые оптические элементы, указанные оптические элементы подходят для любых конфигураций устройств.The inclusion of compensation elements of the above option 1) in the device for forming a multi-angle 3D image simplifies the manufacture of the device, since it is possible to use commercially produced optical elements; these optical elements are suitable for any device configurations.

В одном из вариантов реализации 2), компенсационные элементы могут представлять собой активные жидкокристаллические (LC) линзы. Примеры активных LC линз раскрыты в публикации: https://www.researchgate.net/publication/258813376_Electrically_Tunable_Liquid_Crystal_Lenses_and_ApplicationsIn one embodiment 2), the compensation elements may be active liquid crystal (LC) lenses. Examples of active LC lenses are disclosed in the publication: https://www.researchgate.net/publication/258813376_Electrically_Tunable_Liquid_Crystal_Lenses_and_Applications

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения активных LC линз вышеуказанного варианта 2) позволяет активно корректировать искажение зоны просмотра, но в то же время, изготовление таких оптических элементов затруднено большими размерами указанных элементов, что требует более развитых технологий производства, для достижения высокой точности при изготовлении.The inclusion of active LC lenses of the above option 2) in the device for forming a multi-angle 3D image allows you to actively correct the distortion of the viewing area, but at the same time, the production of such optical elements is complicated by the large dimensions of these elements, which requires more developed production technologies to achieve high precision in production .

В еще одном из вариантов реализации 3), компенсационные элементы могут представлять собой в одном элементе комбинацию свойств различных оптических элементов. Авторы изобретения рассматривают возможность объединения различных функций оптических элементов в одном оптическом элементе, например, объединение оптического светорассеивающего элемента, выполненного с возможностью рассеивания в вертикальном направлении, и компенсационного элемента в компенсационный элемент с дополнительной функцией рассеивания в вертикальном направлении.In yet another embodiment 3), the compensation elements can be a combination of the properties of various optical elements in one element. The inventors are considering the possibility of combining various functions of optical elements in a single optical element, for example, combining an optical light scattering element configured to scatter in the vertical direction and a compensation element into a compensation element with an additional function of scattering in the vertical direction.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения компенсационных элементов с комбинированными функциями, например, с функцией оптического светорассеивающего элемента согласно варианту 3) уменьшает количество элементов составляющих устройство и значительно уменьшает толщину устройства, но в то же время, оптические элементы с комбинированными функциями имеют большую сложность сами по себе, что требует более развитых технологий производства.The inclusion of compensation elements with combined functions in the device for forming a multi-angle 3D image, for example, with the function of an optical light-scattering element according to option 3) reduces the number of elements composing the device and significantly reduces the thickness of the device, but at the same time, optical elements with combined functions are themselves more complex in itself, which requires more advanced production technologies.

В еще одном из вариантов реализации 4), роль компенсационных элементов играет экран (экранный блок), который характеризуется кривизной в горизонтальном направлении. На фиг. 12А, представлен вариант искривленного/изогнутого экрана устройства формирования многоракурсного 3D изображения согласно изобретению, состоящего их световозвращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4 и перенаправляющего оптического элемента 5, на фиг.12А так же условно показан один проектор, хотя количество проекторов может быть 2 и более в зависимости от количества формируемых зон просмотра VZ. В данном варианте реализации функция компенсирования искажения зоны просмотра в горизонтальном направлении полностью или частично выполнена за счет кривизны компонентов, составляющих экранный блок: световозвращателя 3, оптического светорассеивающего элемента 4, выполненного с возможностью рассеивания света, отражаемого от световозвращателя 3, в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя, перенаправляющего оптического элемента 5 в горизонтальной плоскости. При этом, при частичном выполнении функции компенсации за счет кривизны составляющих оптических компонентов экрана, компенсационный блок (первый и второй компенсационные элементы) все еще присутствуют в конструкции, но обладают другой (меньшей по модулю) оптической силой в соответствующих направлениях.In another embodiment 4), the role of compensation elements is played by a screen (screen block), which is characterized by curvature in the horizontal direction. In fig. 12A, shows a variant of a curved/curved screen of a device for forming a multi-angle 3D image according to the invention, consisting of a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4 and a redirecting optical element 5; Fig. 12A also conventionally shows one projector, although the number of projectors can be 2 or more depending on the number of VZ viewing zones formed. In this embodiment, the function of compensating for distortion of the viewing area in the horizontal direction is fully or partially performed due to the curvature of the components that make up the screen unit: retroreflector 3, optical light-diffusing element 4, configured to scatter light reflected from the retroreflector 3 in the vertical direction relative to the eye of the observer redirecting the optical element 5 in the horizontal plane. In this case, when the compensation function is partially performed due to the curvature of the constituent optical components of the screen, the compensation block (the first and second compensation elements) are still present in the structure, but have a different (smaller in magnitude) optical power in the corresponding directions.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения экрана с функцией компенсационного элемента согласно варианту 4) характеризуется новым эргономичным дизайном, что позволяет меньше поворачивать голову при просмотре сформированного изображения и эффектом полного погружения (иммерсионный эффект), который как правило используется в планетариях (изображения рассматривают на круглой крыше). Но при некоторых случаях использования технологии дисплея (слишком маленькое расстояние или слишком большое расстояние от экрана до пользователя), кривизна может быть слишком большой (экран будет представлять собой полусферу), что уже неудобно, не эргономично, не эстетично. Кроме того, наличие оптических элементов сложной формы, образующих изогнутый экран, обусловлено сложностями изготовления такого экрана, что требует более развитых технологий производства.The inclusion of a screen with a compensation element function in the device for forming a multi-angle 3D image according to option 4) is characterized by a new ergonomic design, which allows you to turn your head less when viewing the generated image and the effect of complete immersion (immersion effect), which is usually used in planetariums (images are viewed on a round roof). But in some cases of using display technology (too small a distance or too large a distance from the screen to the user), the curvature may be too large (the screen will be a hemisphere), which is already inconvenient, not ergonomic, and not aesthetically pleasing. In addition, the presence of optical elements of complex shape that form a curved screen is due to the difficulties of manufacturing such a screen, which requires more advanced production technologies.

В еще одном из вариантов реализации 5), компенсационные элементы имеют дополнительные оптические покрытия для различных целей, например: просветляющие покрытия для повышения коэффициента пропускания поверхностей оптических элементов, пропускающих излучение, отражающие покрытия для повышения коэффициента отражения поверхностей, отражающих излучение, фильтрующие покрытия для фильтрования нежелательного излучения для функционирования устройства, а также светоделительные покрытия. Указанные покрытия используются в зависимости от требуемых задач.In another embodiment 5), the compensation elements have additional optical coatings for various purposes, for example: anti-reflective coatings to increase the transmittance of the surfaces of optical elements that transmit radiation, reflective coatings to increase the reflectance of surfaces that reflect radiation, filter coatings to filter out unwanted radiation for the operation of the device, as well as beam splitting coatings. The specified coatings are used depending on the required tasks.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения компенсационных элементов с покрытиями согласно варианту 5) позволяет повысить гибкость при проектировании устройства формирования 3D изображения, благодаря тому, что ряд оптических покрытий имеют особые свойства и позволяют очень разнообразно работать со светом. Благодаря этому свойству оптических покрытий, специалисты в данной области техники могут выбирать требуемые заданные параметры проектируемого устройства формирования 3D изображения из широкого диапазона вариантов, т.е. при этом имеется большая гибкость при выборе требуемых параметров. В то же время, описанные компенсационные элементы с покрытиями имеют большую сложность сами по себе, что требует более развитых технологий производства.The inclusion of compensation elements with coatings in the device for forming a multi-angle 3D image according to option 5) allows for increased flexibility when designing a device for forming a 3D image, due to the fact that a number of optical coatings have special properties and allow very diverse work with light. Due to this property of optical coatings, those skilled in the art can select the desired target parameters of the 3D imaging device being designed from a wide range of options, i.e. At the same time, there is greater flexibility in choosing the required parameters. At the same time, the described compensation elements with coatings are more complex in themselves, which requires more developed production technologies.

Далее будут рассмотрены возможные варианты компоновки проекторов, используемых в устройстве формирования многоракурсного 3D изображения проекционного типа, представляющего собой автостереоскопическое или голографическое изображение.Next, we will consider possible options for the layout of projectors used in a device for forming a multi-angle 3D image of a projection type, which is an autostereoscopic or holographic image.

А. Получение автостереоскопического изображения.A. Obtaining an autostereoscopic image.

Следует отметить, что формируемое 3D изображение может быть получено посредством блока проекторов, которые проецируют виды 3D изображения/сцены на экран и формируют зоны просмотра автостереоскопического изображения, вызывая иллюзию объема, то есть ощущение рельефности и протяженности в глубину за счет особенностей бинокулярного зрения, у пользователя, который поместил зрачки своих глаз в соответствующие зоны просмотра, без использования дополнительных носимых устройств.It should be noted that the generated 3D image can be obtained by means of a block of projectors that project views of the 3D image/scene onto the screen and form viewing areas of the autostereoscopic image, causing the illusion of volume, that is, a feeling of relief and extension in depth due to the features of binocular vision, in the user , who placed the pupils of his eyes in the appropriate viewing areas, without the use of additional wearable devices.

Для автостереоскопического способа проецирования используются по меньшей мере два традиционных проектора известных из уровня техники: https://en.wikipedia.org/wiki/Projector, расположенные на расстоянии соответствующему межглазному расстоянию пользователя на определенном расстоянии до экрана, т.е. в зависимости от назначения системы (домашний/общественный кинотеатр), и где каждый из проекторов создает зону просмотра, при нахождении в которой глаз пользователя увидит одно 2D изображение.For the autostereoscopic projection method, at least two traditional projectors known from the prior art are used: https://en.wikipedia.org/wiki/Projector, located at a distance corresponding to the interocular distance of the user at a certain distance to the screen, i.e. depending on the purpose of the system (home/public cinema), and where each of the projectors creates a viewing area in which the user's eye will see one 2D image.

Б. Получение голографического изображенияB. Obtaining a holographic image

Голографическое проекционное устройство формирует 3D изображение за счет восстановления волнового фронта отображаемого объекта (сцены), в котором голографическое изображение проецируется на экран.A holographic projection device produces a 3D image by reconstructing the wavefront of the displayed object (scene), in which the holographic image is projected onto the screen.

При этом формируемое 3D изображение может быть получено посредством блока голографических проекторов, которые проецируют голографическое изображение/сцену на экран и формируют зоны просмотра голографического изображения, т.е. зоны просмотра в каждой из которых пользователь, который поместил зрачки своих глаз в соответствующую зону просмотра, увидит полный восстановленный волновой фронт от реального объекта/сцены, который содержит в себе все признаки 3D объекта/сцены, без использования дополнительных носимых устройств.In this case, the generated 3D image can be obtained by means of a block of holographic projectors, which project a holographic image/scene onto the screen and form viewing areas for the holographic image, i.e. viewing zones in each of which the user, who placed the pupils of his eyes in the corresponding viewing zone, will see the full reconstructed wavefront from a real object/scene, which contains all the signs of a 3D object/scene, without the use of additional wearable devices.

При этом используется по меньшей мере один голографический проектор известный из уровня техники: https://sciencing.com/holographic-projectors-work-12226294.html, создающий одну зону просмотра при нахождении в которой глаз пользователя увидит полный восстановленный волновой фронт от реального объекта/сцены.In this case, at least one holographic projector is used, known from the prior art: https://sciencing.com/holographic-projectors-work-12226294.html, creating one viewing area when located in which the user’s eye will see the full reconstructed wavefront from the real object /scenes.

Согласно варианту реализации изобретения, устройство формирования многоракурсного 3D изображения дополнительно содержит линейку переключаемых линз, т.е. набор пространственно-разнесенных линз, представляющих собой объективы, с возможностью направления излучения от источника излучения, являющегося проектором без линзы-объектива, в любую линзу из набора переключаемых линз.According to an embodiment of the invention, the device for forming a multi-angle 3D image additionally contains a line of switchable lenses, i.e. a set of spatially spaced lenses, representing objectives, with the ability to direct radiation from a radiation source, which is a projector without a lens-objective, into any lens from a set of switchable lenses.

Следует отметить, что очень часто для различных целей необходимо увеличить количество зон просмотра, но для реализации этой задачи необходимо увеличивать количество проекторов, что является затратным. Для сохранения количества проекторов минимальной комплектации (1-2) заявители предлагают использовать линейку (набор) переключаемых линз (объективов), оптически сопряженных с по меньшей мере одним проектором, для формирования двух и более зон просмотра. Таким образом, увеличивается количество формируемых зон просмотра при сохранении неизменным числа проекторов. На фиг. 12B представлена схема устройства формирования многоракурсного 3D согласно изобретению, где линейка 8 переключаемых линз, оптически сопряжена с по меньшей мере одним проектором 2, для формирования двух или более зон просмотра VZ.It should be noted that very often for various purposes it is necessary to increase the number of viewing areas, but to implement this task it is necessary to increase the number of projectors, which is expensive. To maintain the number of projectors with a minimum configuration (1-2), the applicants propose to use a line (set) of switchable lenses (lenses) optically coupled with at least one projector to form two or more viewing areas. Thus, the number of generated viewing areas increases while maintaining the same number of projectors. In fig. 12B is a diagram of a multi-view 3D generating apparatus according to the invention, wherein a switchable lens array 8 is optically coupled to at least one projector 2 to form two or more viewing zones VZ.

Следует отметить, что линейка переключаемых линз содержит по меньшей мере две линзы.It should be noted that the switchable lens line contains at least two lenses.

При этом переключаемая линза в линейке 8 переключаемых линз представляет собой объектив, выполненный с возможностью переноса изображения, формируемого по меньшей мере одним проектором 2 на экранный блок (3+4+5+6+7), для формирования по меньшей мере одной зоны просмотра VZ. При этом экранный блок содержит световозвращатель 3, оптический светорассеивающий элемент 4, перенаправляющий оптический элемент 5 и компенсационный блок (6,7), оптически сопряженные с по меньшей мере одним проектором 2 и с по меньшей мере одним зрачком наблюдателя.In this case, the switchable lens in the line 8 of switchable lenses is a lens configured to transfer the image formed by at least one projector 2 to the screen unit (3+4+5+6+7) to form at least one viewing area VZ . In this case, the screen block contains a retroreflector 3, an optical light-scattering element 4, a redirecting optical element 5 and a compensation block (6,7), optically coupled with at least one projector 2 and with at least one pupil of the observer.

При этом устройство дополнительно содержит устройство отслеживания 9, выполненное с возможностью отслеживания положения по меньшей мере одного из глаз или зрачков пользователя и обеспечения вывода изображения в соответствующую зону просмотра. Указанные устройства отслеживания (трекеры) известны из уровня техники, см., например, публикацию: https://ru.wikipedia.org/wiki/TrackIRIn this case, the device additionally contains a tracking device 9, configured to track the position of at least one of the user's eyes or pupils and ensure that the image is output to the corresponding viewing area. These tracking devices (trackers) are known from the prior art, see, for example, the publication: https://ru.wikipedia.org/wiki/TrackIR

Устройство отслеживания 9 выполнено с возможностью соединения с по меньшей мере одним проектором 2 и линейкой 8 переключаемых линз. В данном варианте реализации свет от источника излучения, в данном случае проектора 2 имеет возможность попадать на любой объектив в линейке 8 переключаемых линз, каждый из которых будет переносить его на экран, который будет формировать зону просмотра VZ. Таким образом достигается увеличение количества зон при том же количестве источников излучения, функцию которых выполняет проектор 2.The tracking device 9 is configured to connect with at least one projector 2 and a line 8 of switchable lenses. In this embodiment, the light from the radiation source, in this case the projector 2, has the ability to hit any lens in a line of 8 switchable lenses, each of which will transfer it to the screen, which will form the viewing area VZ. In this way, an increase in the number of zones is achieved with the same number of radiation sources, the function of which is performed by projector 2.

Кроме того, в устройстве также предусмотрено наличие блока управления (не показан), соединенного с по меньшей мере одним проектором 2, устройством отслеживания 9 и линейкой 8 переключаемых линз, для обеспечения управления каждым из указанных блоков и обеспечения синхронизации работы указанных блоков. Например, в данном варианте реализации, устройство отслеживания 9 положения головы пользователя передает координаты положения головы пользователя в блок управления, который, на основании полученных данных (координат), выводит изображение, соответствующее, например ракурсу, виду трехмерного объекта или сцены на основании положения головы пользователя, в проектор 2 и подает сигнал линейке 8 переключаемых линз активировать линзу (объектив), соответствующую координатам положения головы пользователя, и соответственно, другие линзы в линейке 8 переключаемых линз не активируются, при этом активированная линза (объектив) переносит излучение от проектора 2 на экранный блок (3+4+5+6+7), который формирует зону просмотра VZ, соответствующую текущим координатам положения головы пользователя.In addition, the device is also provided with a control unit (not shown) connected to at least one projector 2, a tracking device 9 and a line of switchable lenses 8 to control each of these units and ensure synchronization of the operation of these units. For example, in this embodiment, the tracking device 9 of the user's head position transmits the coordinates of the user's head position to the control unit, which, based on the received data (coordinates), displays an image corresponding, for example, to an angle, view of a three-dimensional object or scene based on the position of the user's head , into the projector 2 and sends a signal to the line of 8 switchable lenses to activate the lens (lens) corresponding to the coordinates of the position of the user’s head, and accordingly, other lenses in the line of 8 switchable lenses are not activated, while the activated lens (lens) transfers radiation from the projector 2 to the screen block (3+4+5+6+7), which forms the VZ viewing area corresponding to the current coordinates of the user’s head position.

В предпочтительном варианте реализации проекторы разнесены от геометрического центра соответствующей зоны просмотра в вертикальной плоскости, и размещаются за пределами соответствующей зоны просмотра, а именно выше или ниже зоны просмотра. Такая компоновка проекторов удобная для пользователя, дает пользователю свободу в расположении проекционной системы и является компактной. При такой компоновке возможно использование отслеживающего устройства для определения точного положения голова или глаз(зрачков) пользователя.In a preferred embodiment, the projectors are spaced apart from the geometric center of the respective viewing area in a vertical plane, and are placed outside the respective viewing area, namely above or below the viewing area. This arrangement of projectors is user-friendly, gives the user freedom in the location of the projection system and is compact. With this arrangement, it is possible to use a tracking device to determine the exact position of the user's head or eyes(pupils).

Различные типы источников излучения.Various types of radiation sources.

В качестве источников излучения для заявленного устройства формирования 3D изображения могут использоваться: цифровой микрозеркальный дисплей (DMD), дисплей типа "жидкий кристалл на кремнии"(LCOS), лазерные проекторы, светодиоды, жидкокристаллический дисплей (LCD), цифровой микрозеркальный проекционный дисплей (DLP)и т.д.The following radiation sources for the claimed 3D image forming device can be used: digital micromirror display (DMD), liquid crystal on silicon (LCOS) display, laser projectors, LEDs, liquid crystal display (LCD), digital micromirror projection display (DLP) etc.

В еще одном из вариантов реализации все оптические элементы экранного блока устройства согласно изобретению имеют дополнительные оптические покрытия для различных целей, например: просветляющие покрытия для повышения коэффициента пропускания поверхностей оптических элементов, пропускающих излучение, отражающие покрытия для повышения коэффициента отражения поверхностей, отражающих излучение, фильтрующие покрытия для фильтрования нежелательного излучения для функционирования устройства, а также светоделительные покрытия. Указанные покрытия используются в зависимости от требуемых задач.In yet another embodiment, all optical elements of the screen unit of the device according to the invention have additional optical coatings for various purposes, for example: anti-reflective coatings to increase the transmittance of the surfaces of optical elements that transmit radiation, reflective coatings to increase the reflectance of surfaces that reflect radiation, filter coatings to filter unwanted radiation for device operation, as well as beam splitting coatings. The specified coatings are used depending on the required tasks.

Включение в устройство формирования многоракурсного 3D изображения оптических элементов с покрытиями позволяет повысить гибкость при проектировании устройства формирования 3D изображения, благодаря тому, что ряд оптических покрытий имеют особые свойства и позволяют очень разнообразно работать со светом. Благодаря этому свойству оптических покрытий, специалисты в данной области техники могут выбирать требуемые заданные параметры проектируемого устройства формирования 3D изображения из широкого диапазона вариантов, т.е. при этом имеется большая гибкость при выборе требуемых параметров. В то же время, описанные оптические элементы с покрытиями имеют большую сложность сами по себе, что требует более развитых технологий производства.The inclusion of coated optical elements in a device for forming a multi-angle 3D image allows for increased flexibility in designing a device for forming a 3D image, due to the fact that a number of optical coatings have special properties and allow for very diverse work with light. Due to this property of optical coatings, those skilled in the art can select the desired target parameters of the 3D imaging device being designed from a wide range of options, i.e. At the same time, there is greater flexibility in choosing the required parameters. At the same time, the described coated optical elements are highly complex in themselves, which requires more advanced production technologies.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения, например, автостереоскопического или голографического изображения для одного или нескольких пользователей, может использоваться для образовательных, рекламных и развлекательных целей в домашних условиях, а также в общественных местах, например, в кинотеатрах, музеях, образовательных учреждениях, где имеется потребность формирования многоракурсных, цветных 3D изображений.A device for generating multi-view three-dimensional (3D) images, such as autostereoscopic or holographic images for one or more users, can be used for educational, advertising and entertainment purposes at home, as well as in public places, for example, cinemas, museums, educational institutions, where there is a need to generate multi-view, color 3D images.

Claims (42)

1. Устройство формирования многоракурсного трехмерного (3D) изображения проекционного типа, содержащее: 1. A device for forming a multi-angle three-dimensional (3D) projection type image, containing: по меньшей мере один проектор, выполненный с возможностью формирования изображения в соответствующей зоне просмотра, при этом каждый из по меньшей мере одного проектора разнесен от геометрического центра соответствующей зоны просмотра в вертикальной плоскости по отношению к глазам наблюдателя, и размещается за пределами соответствующей зоны просмотра, at least one projector configured to form an image in a corresponding viewing area, wherein each of the at least one projector is spaced from the geometric center of the corresponding viewing area in a vertical plane relative to the eyes of the observer, and is located outside the corresponding viewing area, экранный блок, имеющий функцию пространственного распределения рассеяния и/или функцию пространственного распределения отражения, и выполненный с возможностью формирования по меньшей мере одной зоны просмотра формируемого изображения,a screen unit having a spatial distribution function of scattering and/or a spatial distribution function of reflection, and configured to form at least one viewing area of the generated image, при этом экранный блок содержит световозвращатель, оптический светорассеивающий элемент, перенаправляющий оптический элемент и компенсационный блок, оптически сопряженные с по меньшей мере одним проектором и с по меньшей мере одним зрачком глаза наблюдателя, wherein the screen block contains a retroreflector, an optical light-scattering element, a redirecting optical element and a compensation block, optically coupled with at least one projector and with at least one pupil of the observer's eye, световозвращатель представляет собой светоотражающую пленку, выполненную в виде набора одномерных прямоугольных призм, вытянутых в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, со светоотражающим покрытием на гранях призм, a retroreflector is a reflective film made in the form of a set of one-dimensional rectangular prisms, elongated in the vertical direction relative to the eyes of the observer, with a reflective coating on the edges of the prisms, оптический светорассеивающий элемент расположен рядом со световозвращателем по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора, и выполнен с возможностью рассеивания света, отражаемого от световозвращателя, в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, an optical light-scattering element is located next to the retroreflector along the direction of radiation emitted from at least one projector, and is configured to scatter the light reflected from the retroreflector in a vertical direction relative to the eyes of the observer, перенаправляющий оптический элемент имеет функцию пространственного распределения рассеяния и/или функцию пространственного распределения отражения, и выполнен с возможностью перенаправления излучения, при отражении от световозвращателя и прохождении через оптический светорассеивающий элемент, в область по меньшей мере одной зоны просмотра, в которой находится глаз наблюдателя при использовании устройства, the redirecting optical element has a spatial scattering distribution function and/or a spatial reflection distribution function, and is configured to redirect radiation, when reflected from the retroreflector and passing through the optical light-scattering element, to the area of at least one viewing zone in which the observer's eye is located when in use devices, при этом указанный перенаправляющий оптический элемент выполнен со смещенной оптической осью относительно оптической оси устройства, и характеризуется нулевой оптической силой в горизонтальном направлении и предварительно заданной оптической силой (OP) в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, которая обратно пропорциональна расстоянию от экранного блока до по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра, wherein said redirecting optical element is made with an offset optical axis relative to the optical axis of the device, and is characterized by zero optical power in the horizontal direction and a preset optical power (OP) in the vertical direction relative to the eyes of the observer, which is inversely proportional to the distance from the screen unit to the at least one corresponding viewing area, компенсационный блок выполнен с возможностью компенсирования искажения по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра в горизонтальном направлении,the compensation unit is configured to compensate for distortion of at least one corresponding viewing area in the horizontal direction, при этом компенсационный блок содержит первый компенсационный элемент и второй компенсационный элемент,wherein the compensation block contains a first compensation element and a second compensation element, первый компенсационный элемент расположен рядом с перенаправляющим оптическим элементом по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора и характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и отрицательной оптической силой в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя,the first compensation element is located next to the redirecting optical element along the direction of radiation emitted from at least one projector and is characterized by zero optical power in the vertical direction in relation to the eyes of the observer and negative optical power in the horizontal direction in relation to the eyes of the observer, второй компенсационный элемент расположен между световозвращателем и оптическим светорассеивающим элементом по ходу излучения, испускаемого от по меньшей мере одного проектора и характеризуется нулевой оптической силой в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и положительной оптической силой в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя.the second compensation element is located between the retroreflector and the optical light-scattering element along the radiation emitted from at least one projector and is characterized by zero optical power in the vertical direction relative to the eyes of the observer and positive optical power in the horizontal direction relative to the eyes of the observer. 2. Устройство по п. 1, в котором световозвращатель, выполненный в виде набора одномерных прямоугольных призм, вытянутых в вертикальном направлении со светоотражающим покрытием на гранях призм, дополнительно содержит поглощающее покрытие на ребрах при вершинах и/или основаниях призм для обеспечения отражения излучения от по меньшей мере одного проектора без потерь на рассеяние света в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, вызванное рассеянием света на ребрах призм при вершинах и/или основаниях и рассеянием и поглощением излучения внутри материала призм. 2. The device according to claim 1, in which the retroreflector, made in the form of a set of one-dimensional rectangular prisms elongated in the vertical direction with a reflective coating on the faces of the prisms, additionally contains an absorbing coating on the ribs at the tops and/or bases of the prisms to ensure reflection of radiation from the at least one projector without loss of light scattering in the horizontal direction relative to the eyes of the observer, caused by the scattering of light on the edges of the prisms at the tops and/or bases and the scattering and absorption of radiation within the material of the prisms. 3. Устройство по п. 1, в котором первый компенсационный элемент, имеющий нулевую оптическую силу в вертикальном направлении и отрицательную оптическую силу в горизонтальном направлении, представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы.3. The device according to claim 1, wherein the first compensation element having zero optical power in the vertical direction and negative optical power in the horizontal direction is an optical element selected from: a holographic lens, a diffractive lens, a Fresnel lens, a geometric phase lens , metalens. 4. Устройство по п. 1, в котором второй компенсационный элемент, имеющий нулевую оптическую силу в вертикальном направлении по отношению к глазам наблюдателя и положительную оптическую силу в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя, представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы.4. The device according to claim 1, wherein the second compensation element having zero optical power in the vertical direction relative to the eyes of the observer and positive optical power in the horizontal direction relative to the eyes of the observer is an optical element selected from: a holographic lens, diffractive lenses, Fresnel lenses, geometric phase lenses, metalenses. 5. Устройство по п. 1, в котором перенаправляющий оптический элемент выполнен таким образом, что обеспечивает возможность разнесения каждого из по меньшей мере одного проектора от геометрического центра по меньшей мере одной соответствующей зоны просмотра в вертикальной плоскости по отношению к глазам наблюдателя, и возможность размещения каждого из по меньшей мере одного проектора выше и/или ниже зоны просмотра. 5. The device according to claim 1, in which the redirecting optical element is designed in such a way that it allows each of at least one projector to be spaced apart from the geometric center of at least one corresponding viewing area in a vertical plane relative to the eyes of the observer, and the ability to place each of at least one projector above and/or below the viewing area. 6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащий источник излучения, интегрированный в каждый из по меньшей мере одного проектора.6. The device of claim 1, further comprising a radiation source integrated into each of the at least one projector. 7. Устройство по п. 6, в котором источник излучения выполнен с возможностью направления излучения на экранный блок.7. The device according to claim 6, in which the radiation source is configured to direct radiation to the screen unit. 8. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее линейку переключаемых линз, оптически сопряженную с по меньшей мере одним проектором, для формирования по меньшей мере одной зоны просмотра.8. The device according to claim 1, further comprising a line of switchable lenses optically coupled with at least one projector to form at least one viewing area. 9. Устройство по п. 8, в котором переключаемая линза в линейке переключаемых линз представляет собой объектив, выполненный с возможностью переноса изображения, формируемого по меньшей мере одним проектором, на экранный блок для формирования по меньшей мере одной зоны просмотра.9. The device of claim 8, wherein the switchable lens in the line of switchable lenses is a lens configured to transfer an image generated by at least one projector to a screen unit to form at least one viewing area. 10. Устройство по одному из пп. 8, 9, дополнительно содержащее устройство отслеживания, выполненное с возможностью отслеживания положения по меньшей мере одного из глаз/зрачков пользователя.10. Device according to one of paragraphs. 8, 9, further comprising a tracking device configured to track the position of at least one of the user's eyes/pupils. 11. Устройство по п. 10, в котором устройство отслеживания выполнено с возможностью соединения с по меньшей мере одним проектором и линейкой переключаемых линз, соответственно. 11. The apparatus of claim 10, wherein the tracking device is configured to connect to at least one projector and a switchable lens array, respectively. 12. Устройство по одному из пп. 1-11, дополнительно содержащее блок управления, соединенный с по меньшей мере одним проектором, устройством отслеживания и линейкой переключаемых линз.12. Device according to one of paragraphs. 1-11, further comprising a control unit coupled to at least one projector, a tracking device, and a line of switchable lenses. 13. Устройство по п. 12, в котором блок управления выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним проектором, устройством отслеживания и линейкой переключаемых линз.13. The device of claim 12, wherein the control unit is configured to control at least one projector, a tracking device, and a line of switchable lenses. 14. Устройство по п. 1, в котором световозвращатель выполнен таким образом, что отражение излучения от по меньшей мере одного проектора происходит на наружной поверхности световозвращателя, сформированной набором прямоугольных призм и являющейся первой поверхностью по ходу излучения испускаемого от по меньшей мере одного проектора без потерь на рассеяние света в горизонтальном направлении по отношению к глазам наблюдателя. 14. The device according to claim 1, in which the retroreflector is designed in such a way that the reflection of radiation from at least one projector occurs on the outer surface of the retroreflector, formed by a set of rectangular prisms and being the first surface along the direction of radiation emitted from at least one projector without loss on the scattering of light in the horizontal direction relative to the eyes of the observer. 15. Устройство по п. 1 или 14, в котором световозвращатель выполнен таким образом, период (p) световозвращателя, представляет собой расстояние между вершинами соседних призм и с учетом углового разрешения глаза наблюдателя должен удовлетворять следующему выражению:15. The device according to claim 1 or 14, in which the retroreflector is made in such a way that the period (p) of the retroreflector is the distance between the vertices of adjacent prisms and, taking into account the angular resolution of the observer’s eye, must satisfy the following expression: L⋅ tgω>p> , (1)L⋅ tanω>p> , (1) где ω - угловое разрешение глаза, L - расстояние от экрана до наблюдателя, λ - максимальная длина волны из диапазона рабочих длин волн проектора, W - ширина зоны просмотра.where ω is the angular resolution of the eye, L is the distance from the screen to the observer, λ is the maximum wavelength from the range of operating wavelengths of the projector, W is the width of the viewing area. 16. Устройство по п. 15, в котором диапазон рабочих длин волн по меньшей мере одного проектора составляет от 400 нм до 700 нм.16. The device according to claim 15, wherein the operating wavelength range of the at least one projector is from 400 nm to 700 nm. 17. Устройство по п. 1, в котором оптический светорассеивающий элемент представляет собой голографический диффузор, и/или диффузор, выполненный из матового стекла, с возможностью рассеивания излучения в вертикальном направлении по отношению к глазу наблюдателя. 17. The device according to claim 1, in which the optical light-scattering element is a holographic diffuser and/or a diffuser made of frosted glass, capable of scattering radiation in the vertical direction relative to the eye of the observer. 18. Устройство по п. 1, в котором оптический светорассеивающий элемент представляет собой дифракционную решетку произвольного типа, где изменение периода решетки (р1, p2, …, pN), обеспечивающую формирование расширенной зоны просмотра в вертикальном направлении.18. The device according to claim 1, in which the optical light-scattering element is a diffraction grating of an arbitrary type, where a change in the grating period (p 1 , p 2 , ..., p N ) ensures the formation of an expanded viewing area in the vertical direction. 19. Устройство по п. 1, в котором светорассеивающий оптический элемент представляет собой одно из: массива голографических линз, массива линз с геометрической фазой, массива металинз, с возможностью рассеивания света в вертикальном направлении.19. The device according to claim 1, in which the light-scattering optical element is one of: a holographic lens array, a geometric phase lens array, a metalens array, with the ability to scatter light in the vertical direction. 20. Устройство по п. 1, в котором светорассеивающий оптический элемент представляет собой массив двумерных линзовых элементов, состоящий из набора линз, расположенных по осям X и Y, с возможностью обеспечения рассеивания света в вертикальном направлении и, при необходимости, в горизонтальном направлении. 20. The device according to claim 1, in which the light-scattering optical element is an array of two-dimensional lens elements consisting of a set of lenses located along the X and Y axes, with the ability to provide light scattering in the vertical direction and, if necessary, in the horizontal direction. 21. Устройство по п. 1, в котором перенаправляющий оптический элемент имеет внеосевой параметр (OA), определяющий смещение оптической оси оптического перенаправляющего элемента от оптической оси устройства, который задается следующим соотношением:21. The device according to claim 1, in which the redirecting optical element has an off-axis parameter (OA), which determines the displacement of the optical axis of the optical redirecting element from the optical axis of the device, which is given by the following relationship: OA~T/2,OA~T/2, где OA - внеосевой параметр перенаправляющего оптического элемента, T - расстояние от источника излучения, который представляет собой по меньшей мере один проектор, до глаза наблюдателя. where OA is the off-axis parameter of the redirecting optical element, T is the distance from the radiation source, which is at least one projector, to the eye of the observer. 22. Устройство по п. 21, в котором перенаправляющий оптический элемент представляет собой оптический элемент, выбранный из: голографической линзы, дифракционной линзы, линзы Френеля, линзы с геометрической фазой, металинзы.22. The device of claim 21, wherein the redirecting optical element is an optical element selected from: a holographic lens, a diffractive lens, a Fresnel lens, a geometric phase lens, a metalens. 23. Устройство по одному из пп. 1-22, в котором по меньшей мере один из оптических элементов экранного блока: световозвращателя, оптического светорассеивающего элемента, оптического перенаправляющего элемента, первого и второго компенсационных элементов, выполнены с возможностью нанесения, по выбору, фильтрующего покрытия для фильтрования нежелательного излучения для функционирования устройства; отражающего покрытия для повышения коэффициента отражения поверхностей оптических элементов, просветляющего покрытия для повышения коэффициента пропускания поверхностей оптических элементов. 23. Device according to one of paragraphs. 1-22, in which at least one of the optical elements of the screen unit: a retroreflector, an optical light-scattering element, an optical redirecting element, the first and second compensation elements, is configured to optionally apply a filter coating to filter unwanted radiation for the operation of the device; a reflective coating to increase the reflectance of the surfaces of optical elements, an antireflective coating to increase the transmittance of the surfaces of optical elements. 24. Устройство по одному из пп. 1-23, в котором по меньшей мере один проектор содержит по меньшей мере два стереоскопических проектора. 24. Device according to one of paragraphs. 1-23, wherein the at least one projector comprises at least two stereoscopic projectors. 25. Устройство по п. 24, которое выполнено с возможностью формирования автостереоскопического изображения. 25. The device according to claim 24, which is configured to form an autostereoscopic image. 26. Устройство по одному из пп. 1-23, в котором по меньшей один проектор содержит один голографический проектор. 26. Device according to one of paragraphs. 1-23, wherein at least one projector includes one holographic projector. 27. Устройство по п. 26, которое выполнено с возможностью формирования голографического 3D изображения.27. The device according to claim 26, which is configured to form a holographic 3D image.
RU2023134119A 2023-12-20 Device for forming multi-aspect three-dimensional (3d) image of projection type RU2817180C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817180C1 true RU2817180C1 (en) 2024-04-11

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7425070B2 (en) * 2005-05-13 2008-09-16 Microsoft Corporation Three-dimensional (3D) image projection
WO2008143215A1 (en) * 2007-05-19 2008-11-27 System Pro Co., Ltd. Three-dimensional video image projecting device and three-dimensional video image projecting method
US9164368B2 (en) * 2010-09-10 2015-10-20 Intel Corporation Method and device for projecting a 3-D viewable image

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7425070B2 (en) * 2005-05-13 2008-09-16 Microsoft Corporation Three-dimensional (3D) image projection
WO2008143215A1 (en) * 2007-05-19 2008-11-27 System Pro Co., Ltd. Three-dimensional video image projecting device and three-dimensional video image projecting method
US9164368B2 (en) * 2010-09-10 2015-10-20 Intel Corporation Method and device for projecting a 3-D viewable image

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7486701B2 (en) Axially Asymmetric Image Source for Head-Up Displays
US9270978B2 (en) Method and device for 3-D display based on random constructive interference
JP5060704B2 (en) Flat projection display
US7150531B2 (en) Autostereoscopic projection viewer
JP5190480B2 (en) Light guide optical device
US20150042958A1 (en) Aerial projection display with dual reflectors
CN112602004B (en) Projector-combiner display with beam replication
CN103488036B (en) Holographic three-dimensional projection screen and projecting method thereof
CN111338177A (en) Reflective geometric holographic display system
KR20180066162A (en) Wide field head mounted display
JP2010538313A (en) Realistic image display device with wide viewing angle
JP2004526202A (en) Far field display
US11592684B2 (en) System and method for generating compact light-field displays through varying optical depths
CN110286496B (en) Stereoscopic display device based on front directional light source
JP5888742B2 (en) 3D display device
RU2751405C1 (en) Apparatus for displaying a &#34;floating&#34; image and method for operation thereof (variants)
CN212808904U (en) Reflective geometric holographic display system with optimized display configuration
Zhou et al. Design of a dual-focal geometrical waveguide near-eye see-through display
RU2817180C1 (en) Device for forming multi-aspect three-dimensional (3d) image of projection type
WO2021052104A1 (en) Holographic display system
CN211577657U (en) Reflective geometric holographic display system
RU2526901C1 (en) Three-dimensional display and method of forming three-dimensional images
CN218728356U (en) Thin type large-field-angle near-to-eye display device
Yao et al. Compact light field augmented reality display with eliminated stray light using discrete structures
CN221281400U (en) Display system