SU1169456A1

SU1169456A1 - Versions of stereoscope

Info

Publication number: SU1169456A1
Application number: SU843715417A
Authority: SU
Inventors: С.Л. Суходольский; Э.Я. Суходольская; В.П. Тимошенко
Original assignee: Предприятие П/Я В-8058
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1989-08-07

Abstract

1. Стереоскоп, содержащий держатель стереопары и собирающие окул ры, отличающийс , тем, что, с целью повышени .точности воспроизведени изображени и обеспечени возможности просмотра стереопар различных размеров, в нем держатель стереопары вьтолнен V-образным, а в каждый оптический канал между держателем стереопары и собирающим окул ром дополнительно введены оптически сопр женные с окул ром и с соответствующей плоскостью держател стереопары рассеивающа линза и клин с плоскими преломл ющими поверхност ми 2. Стереоскоп, содержащий держатель стереопары и окул ры, отличающийс тем, что, с целью повышени точности воспроизведени изображени и обеспечеии возможности просмотра стереопар различных размеров , в нем держатель стереопар выполнен У-образным, а каждый окул р выполнен в виде клина с преломл ющими поверхност ми, образованными вра§ щением двух отрезков противоположно-направленных логарифмических спира (Л лей вокруг оси, проход щей через центры этих спиралей, и оптически сопр жен с соответствующей плоскостью держател стереопары.1. A stereoscope containing a stereopair holder and collecting eyepieces, characterized in that, in order to improve image reproduction and enable viewing of stereo pairs of various sizes, in it the stereo pair holder is filled with a V-shaped and into each optical channel between the stereo pair holder and the optic conjugate with the ocular and with the corresponding plane of the stereopair holder, the scattering lens and the wedge with flat refracting surfaces 2, are additionally inserted into the collecting eyeglass. The stereoscope containing holding stereopairs and oculars, characterized in that, in order to increase the accuracy of reproduction of the image and ensure viewing of stereopairs of various sizes, the stereopairs holder is made Y-shaped, and each ocular is made in the form of a wedge with refractive surfaces formed by rotating two segments of oppositely directed logarithmic spirals (Leley around the axis passing through the centers of these spirals, and optically conjugated to the corresponding plane of the stereo pair holder.

Description

Изобретение относитс к оптике и может быть использовано дп просмотра стереопар произвольного форма- . та, в частности, иллюстрир ощих результаты расчетов на ЭВМ, представл емые в трехмерном пространстве.The invention relates to optics and can be used in dp viewing of stereo pairs of arbitrary shape. This, in particular, illustrates the results of computer calculations represented in three-dimensional space.

Целью изобретени вл етс повышение точности воспроизведени изобра-; жени и обеспечение возможности просмотра стереопар различных размеровThe aim of the invention is to improve the accuracy of image reproduction; the possibility of viewing stereo pairs of various sizes

В обоих вариантах исполнени стереоскопа наличие поворота оптических осей каналов и выполнение держател . стереопары V-образным обеспечило падение луча, первоначально параллельного плоскости симметрии стереоскопаIn both versions of the stereoscope, the presence of rotation of the optical axes of the channels and the implementation of the holder. V-shaped stereo pairs ensured the incidence of the beam, initially parallel to the plane of symmetry of the stereoscope

о: соabout: with

проход щей через линию пересечени passing through the intersection line

4 СП плоскостей держател стереопары и перпендикул рно этой линии, под пр мым углом к соответствующей плоскосОд ти держател стереопары, что устранило основную причину несоответстви The 4 joint ventures of the stereopair holder planes and perpendicular to this line, at a right angle to the corresponding stereopair holder plane, which eliminated the main reason for the inconsistency

.между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей приbetween the accommodation of the eyes and the convergence of their main optical axes at

просмотре стереопар, при этом была достигнута возможность использовани элементов стереопар без ограничеии их размеров. Разворот оптических осей каналов и V-образна форма держател стереопары позволила проводить простую, без применени дополнительных оптических устройств типа 31 ромбических призм и др, настройку стереоскопа пО величине глазного базиса без рассогласовани стереоизображени и нежелательного дополнитель ного напр жени глаз наблюдател , св занного (как в прототипе) с несоответствием между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей. На фиго и 2 показаны сечени правого оптического канала стереоско па (.варианты 1 и 2 соответственно) плоскостью симметрии, перпендикул рной линии пересечени плоскостей V-образного держател стереопары 1, имеющего угол полураствора ф На чертежах изображены плоскость 2 симметрии стереоскопа, перпендикул рна плоскости сечени ; ось 3, перпендикул рна плоскости держател стереопары, совпадающа на фиг„1 с оптической осью рассеивающей линзы 4, а на фиго 2 проход ща через центр Р спирали MQ; лини 5 визировани , параллельна линии пересечени плоскостей симметрии стереоскопа , совпадающа на фиг с оптической осью собирающего окул ра б, а на фиг„2 проход ща через центр С спирали МР; клин 7 с плоскими преломл ющими поверхност ми, с углом разворота луча, равным --- - фо Угол oi при вершине такого клина при известном показателе преломлени материала клина п зависит от его орнентации по отношению к падающему ,лучу. Наименьшее значение об , удов летвор ющее равенству -:- - ф угла разворота луча, а также условию сохранени рассто ни между двум произвольными лучами до и после пр хождени клина, имеет место при сим метричном расположении преломл ющих граней клина относительно биссектри сы угла между оптическими ос ми рассеивающей линзы 3 и собирающего окул ра 6, В этом случае i е.(-|-. -) т:-;;г :|:-:-:|Л окул р 8 в виде клина с преломл ющими поверхност ми, образованньми вращениемдвух отрезков МР иMQ про тивоположно направленных логарифмических спиралей вокруг оси CD,npoxo 64 щей через центры С и Р этих спиралей . Произвольный луч из расход щегос пучка лучей, исход щих из точки наблюдени , совпадающей на фиг.2 с центром С спирали МР, попада на поверхность, образованную вращением отрезка спирали МР относительно линии центров CD двух спиралей,преломл етс в плоскости, образованной радиуС-векторами точки падени луча на поверхность клина, проведенными из центров двух спиралей„ Поскольку логарифмическа спираль обладает свойством посто нства угла между радиус-вектором произвольной точки на ней, проведенным из центра спирали, и касательной к спирали в этой точке (зтол d ), то все лучи из рассматриваемого расход щегос пучка преломл ютс клином под одним и тем же углом, определ емым характерным углом спирали . к коэффициентом преломлени материала клина п. Окул р сопр жен с соответствующей плоскостью держател стереопары таким образом, что ось, проход ща через центры двух спиралей, (в плоскости речени на фиг.2), составл ет с линией пересечени плоскостей симметsг f JE рии стереоскопа угол отрезки,соедин к цие центры спиралей и каждый из центров с точкой пересечени двух спиралей, образуют треугольник с углами DMC -5Ф 5 -З.. абсолютна величина характерного угла спиралей равна ТГ Ф 1, . Л , ... 3in (-1-- - arctg n - cos (-Tчто обеспечивает разворот лучей на посто нный угол, равный -т- - ф Размеры окул ров таковы, что при рассто нии 1 от оси 5 до плоскости симметрии стереоскопа 2, равном половине наименьшего значени глазного базиса 1, окул р не выступает за пределы полупространства, ограниченного плоскостью симметрии стереоскопа 2. Дл окул ра 6 с радиусом г и фокусн рассто нием f выполн етс неравенст . ftg (4- - Ф) г 1, Дл окул ра 8 с рассто нием между центрами спиралей R выполн етс неравенство Rgcos (-5- - ) 1 sin (4- +Ф -) Отметим, что окул р 8 может быть вьтолнен в виде растровой линеатуры с переменным призматическим профиле i сечени вдоль перпендикул рного линеатуре направлени , нанесенной на тороидальной поверхности, представл ющей геометрическое место точек, из которых отрезок DC виден под пос то нным углом --- - Ф, перпендику л рно ее образующей Така растрова лннеатура при соответствующем оптическом сопр жении с держателем стереопары обладает действием, эквивалентным действию описанного выше клина с криволинейнь1ми преломл ющими поверхност ми Стереоскоп работает следующим об разом (ввиду симметрии описание работы на примере правой половины сте реоскопа). Устанавливают оптическую систему канала так, чтобы рассто ние 1 от плоскости симметрии 2 до оси 5 соот ветствовало половине условной макси мальной величины глазного базиса Устанавливают элемент стереопары на плоскости держател 1 так, чтобы ближн к плоскости симметри 2 сте реоскопа крайн точка элемента сте реопары находилась на уровне точки А пересечени левого луча, исход щего из точки наблюдени С под углом 5Г ф/ 7 j к оси 5 и выход щего из оптической системы канала параллельно плоскости симметрии 2 При такой установке элемента стереопары реализуетс возможность использовани стереоскопа дл наблюдени стереоизображений при помощи элементов стереопар произвольных размеров по горизонтали (имеетс в виду произвольно больших размеров, начина с некоторого минимального, определ емого рассто нием наилучшего зрени и углом обзора элемента стереопары) при номинальной величине угла обзора элемента стереопары, равного ЗГ - 2ФО I Устанавливают оптическую систему канала так, чтобы рассто ние 1 соответствовало половине величины глазного базиса наблюдател . Перемещают оптическую систему параллельно линии пересечени плоскостей симметрии стереоскопа до совпадени проекции оси 3 на плоскость держател стереопары 1 с центром элемента стереопары При этом,,если величина глазного базиса наблюдател меньше прин того условного максимального значени 2 1,,, фактический угол обзора элемента стереопары уменьшаетс по сравнению с номинальным углом f-2 р на величину, не превьппающую , - о 21 / 10 - --- если .прин ть величину jj в пределах 55 возможного базиса - 70 мм), где L - размер элемента стереопары по горизонтали. Например, Лри глазном базисе 60 мм и размере элемента стереопары по горизонтали 240 мм угол обзора уменьшаетс по сравнению с номинальным на несущественную величину пор дка 1,5 , что окупаетс простотой настройки по . глазному базису и отсутствием в схеме стереоскопа причин, привод пщх к несоответствию между аккомодацией глаз и конвергенцией их главных оптических осей при рассматривании стереоизображени .viewing stereo pairs, while it was possible to use elements of stereo pairs without limiting their size. The reversal of the optical axes of the channels and the V-shaped form of the stereopair holder allowed simple, without the use of additional optical devices such as rhombic prisms, etc., to adjust the stereoscope to the size of the eye base without mismatching the stereo image and unwanted additional eye strain of the observer connected (as in prototype) with a mismatch between the accommodation of the eyes and the convergence of their main optical axes. Figs and 2 show cross-sections of the right optical channel stereoscopic (variants 1 and 2, respectively) by the plane of symmetry, the perpendicular line of intersection of the planes of the V-shaped stereo pair 1, having a half-angle φ The drawings show the plane 2 of the stereoscope symmetry, perpendicular to the plane of the section ; axis 3, perpendicular to the plane of the stereopair holder, coinciding in FIG. 1 with the optical axis of the diverging lens 4, and in FIG. 2 passing through the center P of the MQ helix; line 5 of the sight, parallel to the line of intersection of the planes of symmetry of the stereoscope, coinciding in FIG with the optical axis of the collecting eye of eyebrow, and in FIG. 2 passing through the center C of the helix MP; a wedge 7 with flat refractive surfaces, with a beam turning angle equal to --- - fo The angle oi at the top of such a wedge with a known refractive index of the wedge material n depends on its orientation to the incident beam. The smallest value of about, satisfying the equality of -: - - φ of the angle of beam rotation, as well as the condition of maintaining the distance between two arbitrary rays before and after the wedge wedge, takes place with a symmetrical arrangement of the refracting faces of the wedge relative to the bisector of the angle between the optical the axes of the diverging lens 3 and the collecting ocular 6, In this case, i e. (- | -. -) t: - ;; g: |: -: -: | L ocular 8 in the form of a wedge with refractive surfaces , formed by rotating two segments of MP and MQ oppositely directed logarithmic spirals around axes CD, npoxo 64 through the centers C and P of these spirals. An arbitrary beam from a diverging beam of rays emanating from the observation point coinciding in Fig. 2 with the center C of the helix MI, hits the surface formed by rotating a segment of the MH helix relative to the center line CD of the two helixes, is refracted in a plane formed by radius vectors the points of incidence of the beam on the surface of the wedge drawn from the centers of two spirals “Since the logarithmic spiral has the property of the constant angle between the radius-vector of an arbitrary point on it, drawn from the center of the spiral, and tangent to Ali at this point (ztol d), all the rays from the considered diverging wedge beam are refracted at the same angle defined by the helix angle characteristic. to the refractive index of the wedge material. The ocular is mated with the corresponding plane of the stereopair holder so that the axis passing through the centers of the two helices (in the plane of speech in Fig. 2) is with the intersection line of the symmetry planes of the stereoscope the angle of the segments, the centers of the spirals connecting to the center and each of the centers with the point of intersection of two spirals, form a triangle with the angles DMC -5F 5 -3. The absolute value of the characteristic angle of the spirals is equal to TG F 1,. L, ... 3in (-1-- - arctg n - cos (-T that ensures the turn of the rays at a constant angle equal to -t- - f. The dimensions of the eyepieces are such that, with a distance of 1 from the axis 5 to the plane of symmetry of the stereoscope 2 equal to half the smallest value of the ocular base 1, the ocular p does not protrude beyond the half-space bounded by the symmetry plane of the stereoscope 2. For the ocular 6 with a radius r and a focal distance f, the inequality ftg (4- F) g 1 is satisfied, For the ocular 8 with the distance between the centers of the spirals R, the inequality Rgcos (-5- -) 1 sin (4- + Ф -) is observed. Note that the ocular 8 can Completed in the form of a raster lineature with a variable prismatic profile i of section along the perpendicular linear pattern of direction printed on a toroidal surface representing the locus of the points from which the DC segment is visible at a clear angle --- - F perpendicular to it forming Such a raster lnature with an appropriate optical interface with the stereopair holder has an action equivalent to that of the wedge described above with curvilinear refractive surfaces. The stereoscope operates as follows m of the time (because of the symmetry description of the example of the right half reoskopa ste). The optical system of the channel is installed so that the distance 1 from the plane of symmetry 2 to axis 5 corresponds to half of the conditional maximum size of the eye base. The element of the stereo pair is installed on the plane of holder 1 so that the extreme point of the stereopair element is on the plane of symmetry 2 of the stereoscope the level of the point A of the intersection of the left beam emanating from the observation point C at an angle of 5Г ф / 7 j to the axis 5 and extending from the optical system of the channel parallel to the plane of symmetry 2 With this installation of the stereo element It is possible to use a stereoscope to observe stereo images using stereopair elements of arbitrary sizes horizontally (meaning arbitrarily large sizes, starting with some minimum determined by the best vision distance and viewing angle of the stereo pair element, equal to ZG - 2FO I Install the channel optical system so that distance 1 corresponds to half the size of the observer's eye base. The optical system is moved parallel to the intersection line of the symmetry planes of the stereoscope until the projection of axis 3 onto the plane of the stereo pair 1 with the center of the stereopair element coincides, if the observer's eye base size is less than the assumed conventional maximum value 2 1 comparing with the nominal angle f-2 p by an amount not exceeding - about 21/10 - --- if the jj value is within 55 possible basis (70 mm), where L is the element size of the stereo pair along the horizon Ali For example, an eye base of 60 mm and a stereopair element size of 240 mm horizontally reduces the viewing angle compared to the nominal by an insignificant amount of about 1.5, which pays for itself by the simplicity of the setting. the ocular baseline and the lack of causes in the stereoscope scheme, leading the discrepancy to the discrepancy between the accommodation of the eyes and the convergence of their main optical axes when viewing a stereo image.

id-Jid-j

Claims

1. A stereoscope containing a stereopair holder and collecting eyepieces, characterized in that, in order to increase the accuracy of image reproduction and providing the ability to view stereo pairs of various sizes, the stereopair holder is made V-shaped, and into each optical channel between the stereopair holder and collecting The eyepiece additionally incorporates a scattering lens and a wedge with flat refractive surfaces that are optically conjugated with the eyepiece and with the corresponding plane of the stereo pair holder.

2. A stereoscope containing a stereo pair holder and eyepieces, characterized in that, in order to increase the accuracy of image reproduction and to provide the ability to view stereo pairs of various sizes, the stereo pair holder is V-shaped in it, and each eyepiece is made in the form of a wedge with refractive surfaces formed by rotation of two segments of opposite-directional logarithmic spirals around an axis passing through the centers of these spirals and is optically conjugated to the corresponding plane of the stereo pair holder.