Способ автостереоскопического отображения с полноэкранным разрешением и устройство для осуществления способа (варианты)

Способ автостереоскопического отображения с полноэкранным разрешением и устройство для осуществления способа (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к трехмерным (3D) дисплеям, точнее, к многоракурсным автостереоскопическим дисплеям, и может быть использовано для создания безочковых стационарных и мобильных телевизоров, мониторов, смартфонов, планшетных компьютеров, ноутбуков с многоракурсным 3D изображением при полноэкранном разрешении в каждом ракурсе и совместимости с моноскопическими (2D) изображением.

Уровень техники

Известен способ автостереоскопического отображения 3D сцен, заключающийся в том, что с помощью матричного формирователя изображения с числом Q пикселей экрана модулируют либо генерируют световой поток изображений ракурсов 3D сцены и с помощью открытых столбцовых элементов пассивного (статического) параллаксного барьера, период расположения которых кратен периоду расположения столбцов матричного формирователя изображений, направляют световые потоки столбцов изображений ракурсов в K зон наблюдении [1].

Недостатком известного способа является сниженное в Q/K раз пространственное разрешение в изображении каждого из ракурсов, поскольку изображение в каждой зоне наблюдения создается только частью Q/K от общего числа Q пикселей матричного формирователя изображения.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному способу по варианту 1 является известный способ [2] двухракурсного автостереоскопического отображения 3D сцен с полноэкранным разрешением в каждом ракурсе, заключающийся в том, что с помощью матричного формирователя изображений генерируют световой поток изображений ракурсов, из которого с помощью открытых столбцовых элементов параллаксного оптического затвора формируют и направляют в две зоны наблюдения парциальные световые потоки столбцов изображений ракурсов, при этом в первом и втором тактах полного цикла формирования изображений двух ракурсов открывают первый и второй наборы столбцовых элементов параллаксного оптического затвора, а число Q пикселей экрана и число N столбцов матричного формирователя изображений выбирают равными соответственно полному числу элементов изображения и полному числу столбцов изображения каждого ракурса 3D сцены.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному устройству по варианту 1 является известный автостереоскопический дисплей [2], содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник света, матричный формирователь изображения и активный параллаксный барьер, при этом матричный формирователь изображения выполнен в виде матричного оптического модулятора с двухкоординатной адресацией, снабженного источником сигнала стереоизображения, а активный параллаксный барьер выполнен в виде параллаксного оптического затвора, снабженного электронным блоком управления, выход которого соединен с электрическим входом параллаксного оптического затвора, а вход электронного блока управления соединен с выходом кадровой синхронизации источника сигнала стереоизображения, информационный выход которого подключен к электрическому входу матричного оптического модулятора, при этом выход параллаксного оптического затвора оптически сопряжен с двумя зонами наблюдения.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному способу по варианту 2 является известный способ [3] двухракурсного автостереоскопического воспроизведения 3D сцен, заключающийся в том, что с помощью источника света формируют световой поток, из которого с помощью открытых столбцовых элементов параллаксного оптического затвора формируют парциальные световые потоки, проходящие через столбцы матричного формирователя изображений в две зоны наблюдения, при этом в первом и втором тактах полного цикла формирования изображений двух ракурсов открывают первый и второй наборы столбцовых элементов параллаксного оптического затвора, а число пикселей экрана и число столбцов матричного формирователя изображений выбирают равными соответственно полному числу элементов изображения и полному числу столбцов изображения одного ракурса.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) в заявляемому устройству по варианту 2 является известный автостереоскопический дисплей [3], содержащий расположенные на одной оптической оси источник света, активный параллаксный барьер и матричный формирователь изображения, который выполнен в виде матричного оптического модулятора с двухкоординатной адресацией, снабженного источником сигнала стереоизображения, а активный параллаксный барьер выполнен в виде параллаксного оптического затвора с столбцовой адресацией, снабженного электронным блоком управления, выход которого соединен с электрическим входом параллаксного оптического затвора, а вход электронного блока управления соединен с выходом кадровой синхронизации источника сигнала стереоизображения, информационный выход которого подключен к электрическому входу матричного оптического модулятора с двухкоординатной адресацией, при этом выход матричного оптического модулятора оптически сопряжен с двумя зонами наблюдения.

В известных способе и устройстве по вариантам 1 и 2 разрешение в изображении каждого ракурса (разрешение в наблюдаемом двухракурсном стереоизображении) равно полному разрешению матричного формирователя изображения (определяется числом Q его пикселей). Благодаря использованию параллаксного оптического затвора, который в двух тактах пропускает парциальные световые потоки от двух разных наборов пикселей матричного формирователя изображений, за полный цикл работы устройства (осуществления способа), равный двум тактам, формируются два полноэкранных изображения ракурсов в двух зонах.

Недостатком известных способа и устройства является возможность формирования только двухракурсных стереоизображении (невозможность формирования многоракурсных стереоизображении с K>2), что снижает качество наблюдаемого изображения и понижает комфортность наблюдения из-за ограничения диапазона углов обзора наблюдаемой трехмерной сцены и ограничения пространства наблюдения, обусловленных минимальным числом ракурсов и зон наблюдения при K=2.

Задачей изобретения является улучшение качества стереоизображения и увеличение комфортности его просмотра.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается в способе тем, что выбирают число N столбцов матричного формирователя изображений кратным числу K ракурсов трехмерной сцены, где K>1, изображения K ракурсов в соответствующих K зонах наблюдения формируют в K последовательных тактах, при этом в n-м столбце (n=1, 2, …, N) матричного формирователя изображений воспроизводят последовательность (N-n+1)-x столбцов изображений K ракурсов, причем в каждом такте открывают столбцовые элементы параллаксного оптического затвора, расположенные с периодом K·p, позиции которых в k-м такте (k=1, 2, …, K) сдвигают на величину р относительно позиций открытых в (k-1)-м такте столбцовых элементов, где р - период чередования всех столбцовых элементов параллаксного оптического затвора.

Поставленная задача решается в устройстве тем, что источник сигнала стереоизображения выполнен K-ракурсным, где K>2, параллаксный оптический затвор выполнен с (N+K-1) адресными столбцами, где N - число столбцов в матричном оптическом модуляторе с двухкоординатной адресацией, при этом в центре k-й зоны наблюдения (k=1, 2, …, K) пересекаются оптические пути, соединяющие центры N столбцов матричного оптического модулятора с центрами соответствующих N столбцов параллаксного оптического затвора.

Задача улучшения качества изображения и увеличение комфортности его просмотра решается в устройстве и способе за счет достижения двух соответствующих основных технических результатов.

Первый основной технический результат состоит в расширении углов оглядывания наблюдателем объектов трехмерных сцен вследствие увеличения числа наблюдаемых ракурсов до K>2. Второй основной технический результат - увеличение свободы в перемещении наблюдателя при просмотре стереоизображения за счет увеличения пространства наблюдения пропорционально увеличению числа K зон наблюдения ракурсов трехмерной сцены.

В одном из частных вариантов выполнения устройства и осуществления способа столбцовые элементы параллаксного оптического затвора выполнены на основе двух жидкокристаллических (ЖК) слоев с комплементарными оптическими свойствами, в частности, в виде двух ЖК слоев с взаимно-ортогональными направлениями гомогенной ориентации нематических ЖК молекул в начальном состоянии ЖК слоев. Комплементарность оптических свойств двух ЖК слоев обеспечивается за счет направления оси для обыкновенного (необыкновенного) луча одного ЖК слоя по пути оси для необыкновенного (обыкновенного) луча другого ЖК слоя. Быстродействие устройства во всех тактах определяется только малым временем τ_rise реакции ЖК слоев на подачу высокого управляющего напряжения, а релаксация пар ЖК слоев в течение длительного времени τ_dexy осуществляется в течение времени каждого такта без какого-либо влияния на распределение световых потоков, заданное в начале такта.

Этим достигается дополнительный технический результат - увеличение контраста сепарации ракурсов и увеличение быстродействия устройства, и как следствие, дополнительное улучшение качества наблюдаемого стереоизображения.

В другом частном варианте способа и устройства каждый столбец матричного формирователя изображения состоит из ряда близко расположенных субстолбцов, воспроизводящих изображения субракурсов трехмерной сцены с малыми углами между соседними субракурсами, вследствие чего каждая зона наблюдения имеет тонкую (fine) структуру: состоит из ряда соответствующих субзон наблюдения, что, в частности, обеспечивает «сверхплотное» расположение наблюдаемых субракурсов с расстоянием между соседними субзонами наблюдения меньше размера зрачка наблюдения (меньше среднего диаметра зрачка наблюдателя), что приводит к второму дополнительному техническому результату - улучшению согласования аккомодации и конвергенции глаз наблюдателя, обеспечивающего дополнительное увеличение комфортности просмотра стереоизображения.

Перечень фигур чертежа

Осуществление изобретения поясняется с помощью чертежа, на фигурах которого представлены:

Фиг.1 - схема устройства по варианту 1.

Фиг.2 - геометрия оптических путей в устройстве по варианту 1.

Фиг.3 - схема устройства по варианту 2.

Фиг.4 - геометрия оптических путей в устройстве по варианту 2.

Фиг.5, 6 - K-ракурсная видеокамера в качестве источника сигналов изображения ракурсов и субракурсов объектов 3D сцены.

Фиг.7-10 - геометрия оптических путей в устройстве с воспроизведением субракурсов.

Фиг.11-15 - структура и оптические свойства ЖК слоев с комплементарными оптическими свойствами.

Фиг.16 - формирование зон наблюдения при ландшафтном и портретном расположении матричного оптического модулятора.

Фиг.17 - формирование парциальных световых потоков столбцов изображений ракурсов в способе и устройстве по варианту 1.

Фиг.18-23 - воспроизведение изображений ракурсов при работе частного варианта выполнения устройства по варианту 1.

Фиг.24-33 - временные диаграммы работы параллаксного оптического затвора на двух комплементарных ЖК слоях для частного варианта выполнения устройства по варианту 1.

Фиг.34 - формирование парциальных световых потоков столбцов изображений ракурсов в способе и устройстве по варианту 2.

Фиг.35-40 - воспроизведение изображений ракурсов при работе частного варианта выполнения устройства по варианту 2.

Фиг.41 - цветной пиксель матричного оптического модулятора.

Осуществление изобретения

Устройство (вариант 1) содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси А-А^/ (фиг.1) источник 1 света, матричный оптический модулятор 2 с двухкоординатной адресацией и параллаксный оптический затвор 3 с столбцовой адресацией, выход которого оптически сопряжен с K зонами наблюдения, где K>1, а также источник 4 сигнала K-ракурсного стереоизображения и электронный блок 5 управления, выход которого соединен с электрическим входом параллаксного оптического затвора 3, а вход - с выходом кадровой синхронизации источника 4 сигнала стереоизображения, информационный выход которого соединен с электрическим входом матричного оптического модулятора 2. В центре k-й зоны наблюдения (k=1, 2, …, K) пересекаются оптические пути, соединяющие центры N столбцов матричного оптического модулятора 2 с центрами N столбцов параллаксного оптического затвора 3, характеризующихся номерами в интервале от k до (N-k+1). Параллаксный оптический затвор 3 выполнен с G_(I)=N+K-1 адресными столбцами, где N - число столбцов матричного оптического модулятора 2. Номера столбцов матричного оптического модулятора 2, параллаксного оптического затвора 3 и номера зон наблюдения для определенности отсчитываются в одном и том же направлении (слева направо по чертежу). При K=4, т.е. в случае четырех зон Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ наблюдения, матричный оптический модулятор 2, представленный сечением 2₁ (фиг.2), содержит N=6 столбцов, параллаксный оптический затвор 3, представленный сечением 3₁, содержит G_(I)=N+K-1=9 столбцов. При этом в центре первой зоны Z₁ наблюдения (соответствующей k=1) пересекаются оптические пути, соединяющие центры шести (N=6) столбцов матричного оптического модулятора 2 с центрами шести (N=6) столбцов параллаксного оптического затвора 3, имеющих номера в интервале от одного (g_k=k=1) до шести (g_N-k+1=N-k+1=6), где g=1, 2, …, G_(I).

Период a _(I) расположения столбцов матричного оптического модулятора 2, равный расстоянию между центрами n-го и (n+1)-го столбцов сечения 2₁, связан с периодом р_(I) расположения столбцов параллаксного оптического затвора 3, равным расстоянию между центрами g-го и (g+1)-го столбцов сечения 3₁, выражением

где: d_(I) - расстояние между матричным оптическим модулятором 2 и параллаксным оптическим затвором 3;

D_(I) - расстояние между матричным оптическим модулятором 2 и зонами Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ наблюдения (расстояние до прямой, соединяющей центры всех зон наблюдения). Формула (1) следует из подобия треугольников Z₁g(g-1) и Z₁n(n+1).

Расстояние b между центрами соседних зон наблюдения (например, между центрами Z₂ и Z₃) выбрано равным расстоянию между центрами зрачков наблюдения (между центрами зрачков левого L и правого R глаз наблюдателя). Из подобия треугольников n(n+1)(g+1) и Z₂Z₃(g+1) справедливо соотношение

Устройство (вариант 2) содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси В-В^/ (фиг.3) источник 6 света, параллаксный оптический затвор 7 с столбцовой адресацией и матричный оптический модулятор 8 с двухкоординатной адресацией, выход которого оптически сопряжен с K зонами наблюдения, где K>2, а также источник 9 сигнала K-ракурсного стереоизображения и электронный блок 10 управления, выход которого соединен с электрическим входом параллаксного оптического затвора 7, а вход - с выходом кадровой синхронизации источника 9 сигнала стереоизображения, информационный выход которого соединен с электрическим входом матричного оптического модулятора 8. Параллаксный оптический затвор 7 выполнен с G_(II)=N+K-1 адресными столбцами, где N - число столбцов матричного оптического модулятора 8. В центре k-й зоны наблюдения (k=1, 2, …, K) пересекаются оптические пути (фиг.4), соединяющие центры N столбцов матричного оптического модулятора 8 (представленного сечением 8₁) с центрами с центрами тех N столбцов параллаксного оптического затвора 7 (представленного сечением 7₁), которые имеют номера в интервале от (K-k+1) до (N+K-k). В частности, при N=9, K=4 и G_(II)=12 в центре первой (k=1) зоны Z₁ наблюдения пересекаются оптические пути, соединяющие центры шести (N=6) столбцов сечения 8₁ матричного оптического модулятора 8 с центрами шести столбцов параллаксного оптического затвора 7, имеющих номера в интервале от четырех (g_K-k+1=4) до двенадцати (g_N+K-k=12), где g=1, 2, …, G_(II). Для не показанных на чертеже столбцов параллаксного оптического затвора 7 соответствующими им номерами (g=1, 2, 3 и 10, 11, 12) отмечены концы прямых, обозначающих оптические пути до соответствующих столбцов, не показанных на чертеже.

Период a _(II) расположения столбцов матричного оптического модулятора 8, равный расстоянию между центрами n-го и (n+1)-го столбцов сечения 8₁, связан с периодом р_(II) расположения столбцов параллаксного оптического затвора 7, равным расстоянию между центрами g-го и (g+1)-го столбцов сечения 7₁, выражением

где: d_(II) - расстояние между матричным оптическим модулятором 8 и параллаксным оптическим затвором 7;

D_(II) - расстояние между матричным оптическим модулятором 8 и зонами Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ наблюдения. Формула (3) следует из подобия треугольников Z₃g(g+1) и Z₃n(n+1).

Из подобия треугольников g(g+1)n и Z₂Z₃n вытекает соотношение

Один из конкретных примеров выполнения источника 4 или 9 сигнала K-ракурсного стереоизображения - многоканальная видеокамера 11 (фиг.5), вход которой оптически связан с объектом 12 трехмерной сцены. Многоканальная видеокамера 11 снабжена выходом для K электронных сигналов u₁, u₂, …, u_k, …, u_K изображений K ракурсов 3D сцены. Центрам K зон наблюдения соответствуют центральные угловые направления β₁, β₂, …, β_k, …, β_K видеосъема изображений K ракурсов, а Δβ - разность углов видеосъема изображений соседних ракурсов, отсчитанных от их центральных угловых направлений.

Другой конкретный пример выполнения источника 4 или 9 сигнала K-ракурсного стереоизображения - многоканальная видеокамера 13 (фиг.5), на выходе которой сигнал изображения k-ото ракурса объекта 12 трехмерной сцены представлен группой S парциальных сигналов , соответствующих изображениям S субракурсов трехмерной сцены (s=1, 2, …, S), при этом диапазон углов съема Δβ^fine·S изображений субракурсов равен разности Δβ углов видеосъема соседних k-го и (k+1)-го ракурсов, где Δβ^fine - разность углов видеосъема изображений соседних субракурсов.

В первом частном варианте выполнения устройства по варианту 1 (соответствующем выполнению источника 4 сигнала K-ракурсного стереоизображения в виде многоканальной видеокамеры 13) каждый из столбцов матричного оптического модулятора 2, расположенных с периодом a _(I), выполнен в виде индивидуально адресуемых субстолбцов (фиг.7), расположенных с периодом , где , а электрические входы индивидуально адресуемых субстолбцов подключены к соответствующим выходам многоканальной видеокамеры 13. При этом k-и столбец образован рядом из S субстолбцов , (фиг.8), которым соответствуют парциальные зоны наблюдения , расстояние между соседними из которых связано с периодом формулой (2). Совокупность S из k-x парциальных зон образует k-ю зону Z_k наблюдения.

Прохождению в зрачок наблюдения диаметром w₀ более чем одной парциальной зоны наблюдения соответствует условие , из которого с учетом формулы (2) следует

В первом частном варианте выполнения устройства по варианту 2 (с многоканальной видеокамерой 13 в качестве источника 4 сигнала K-ракурсного стереоизображения) каждый из столбцов матричного оптического модулятора 8, расположенных с периодом a _(II), выполнен в виде ряда S индивидуально адресуемых субстолбцов (фиг.9), расположенных с периодом , где , а электрические входы индивидуально адресуемых субстолбцов подключены к соответствующим выходам многоканальной видеокамеры 13. При этом k-й столбец состоит из совокупности субстолбцов (фиг.10), которым соответствуют парциальные зоны наблюдения , расстояние между соседними из которых связано с периодом формулами (3) и (4). Совокупность S k-x парциальных зон образует k-ю зону Z_k наблюдения. Восприятию зрачком наблюдения диаметром w₀ более чем одной парциальной зоны наблюдения соответствует выражение , из которого с учетом формул (3), (4) следует

Диаметр зрачка наблюдения w₀ в каждой зоне наблюдения соответствует среднему диаметру зрачка глаза наблюдателя. Первые частные варианты устройства по вариантам 1 или 2 при выполнении условий (5) или (6) характеризуются «сверхплотным» расположением субракурсов в зонах наблюдения, при котором каждый глаз наблюдателя воспринимает более чем один субракурс в той зоне наблюдения, которая соответствует положению зрачка этого глаза.

Символы а, d и D без индексов являются общими обозначениями соответствующих символов с индексами - соответственно символов a _(I) и a _(II), d_(I) и d_(II), D_(I) и D_(II) и т.п. для других аналогичных символов.

Конкретный пример выполнения столбцового элемента параллаксного оптического затвора 3 или 7 - в виде последовательно оптически связанных первого линейного поляризатора 14 (фиг.11), первого жидкокристаллического (ЖК) слоя 15, снабженного первым 16 и вторым 17 адресными прозрачными электродами, второго ЖК слоя 18, снабженного третьим 19 и четвертым 20 адресными прозрачными электродами, и второго линейного поляризатора 21. Оба жидкокристаллических слоя 15, 18 выполнены с гомогенной ориентацией в начальном положении нематических ЖК молекул и с положительной диэлектрической анизотропией Δε>0 ЖК вещества, при этом ось o₁ для обыкновенного луча и ось e₁ для необыкновенного луча одного ЖК слоя 15 параллельны соответственно оси e₂ для необыкновенного луча и оси o₂ для обыкновенного луча другого ЖК слоя 18, а оси поляризации первого 14 и второго 21 линейных поляризаторов взаимно ортогональны либо параллельны и направлены под углами ±45° к осям o₁, e₁, o₂ и e₂. Управление оптическим состоянием («открыто» или «закрыто») столбцового элемента параллаксного оптического затвора 3 или 7 осуществляется изменением величины управляющих напряжений U₁ и U₂, приложенных к парам адресных прозрачных электродов 16, 17 и 19, 20, что создает изменяемое по величине управляющее электрическое поле в ЖК слоях 15, 18. Толщина ЖК слоев 15, 18 (несколько микрон) задается зазором между прозрачными стеклянными подложками 22-24, на обращенные друг к другу поверхности которых нанесены прозрачные электроды 16, 17, 19, 20 (толщиной в доли микрона).

Гомогенная ориентация нематических ЖК молекул в ЖК слое 15 соответствует ориентации длинных осей всех нематических ЖК молекул в первом направлении вдоль краевых плоскостей ЖК слоя 15. Гомогенная ориентация ЖК молекул в ЖК слое 18 соответствует ориентации длинных осей всех нематических ЖК молекул в втором направлении вдоль краевых плоскостей ЖК слоя 18, которое ортогонально первому направлению ориентации нематических ЖК молекул ЖК слоя 15. Низкоэнергетическое состояние ЖК слоя 15 соответствует приложению к ЖК слою управляющего напряжения U₁, равного низкому напряжению U_L смещения. В низкоэнергетическом состоянии ЖК слой 15 создает в прошедшем (выходном) свете фазовый сдвиг φ_L=+π+φ₀ в необыкновенном луче относительно фазы обыкновенного луча, где φ₀ - фазовый сдвиг, обусловленный остаточным двупреломлением (residue birefringence) ЖК слоя 15, которое вносит аналогичный вклад величиной +φ₀ в фазовый сдвиг для любого энергетического состояния ЖК слоя 15. При высоком управляющем напряжении U₁=U_H в высокоэнергетическом состоянии ЖК слоя 15 соответствующий фазовый сдвиг φ_H=+φ₀ обусловлен присутствием только остаточного двупреломления ЖК слоя 15, когда большинство его ЖК молекул переориентировано вдоль силовых линий приложенного электрического поля, однако приповерхностные (находящихся на краевых плоскостях ЖК слоя 15) ЖК молекулы не полностью переориентированы из-за их энергетической связи с прилегающими внешними физическими поверхностями. При некотором промежуточном значении напряжения U₁=U_mid управления ЖК слой 15 создает фазовый сдвиг φ_mid=+φ_mid+φ₀ промежуточной величины.

Для ЖК слоя 18 знак фазы φ^* прошедшего света всегда противоположен знаку фазы φ света, прошедшего ЖК слой 15, поскольку необыкновенный (обыкновенный) луч в ЖК слое 18 порождается обыкновенным (необыкновенным) лучом, вышедшим из ЖК слоя 15. Поэтому для соответствующих трех одинаковых энергетических состояний для ЖК слоя 18 значения фазы (; ; ) проходящего света одинаковы по модулю, но противоположны по знаку соответствующим значениям фазы проходящего света для ЖК слоя 15. Тогда при прохождении света через два последовательно расположенные ЖК слоя 15 и 18 при любых их одинаковых энергетических состояниях величина φ_Σ совокупного фазового сдвига света φ_Σ=φ+φ^* всегда равна нулю (фиг.13), обеспечивая взаимную компенсацию в фазе выходного света в том числе ненулевого фазового сдвига φ_o, вызванного остаточным двупреломлением в обоих ЖК слоях 15 и 18. При этом из-за разности знаков фазового сдвига двух ЖК слоев 15, 18 имеет место также взаимная компенсация в фазе выходящего света хроматической дисперсии диэлектрической анизотропии Δε для ЖК слоев 15, 18, поскольку хроматическая дисперсия имеет одинаковый характер и знак в фазовом сдвиге необыкновенного луча каждого из ЖК слоев 15, 18, а итоговый фазовый сдвиг для пары последовательно расположенных ЖК слоев 15, 19 определяется как разность фаз между необыкновенными лучами обоих ЖК слоев 15, 19, в которым взаимно уничтожаются дисперсионные компоненты их фазовых сдвигов. Такая взаимная оптическая компенсация практически не зависит от температуры, поскольку температурные изменения фазового сдвига имеют разный знак в ЖК слоях 15, 18.

Для пары комбинаций двух взаимно неравных крайних энергетических состояний (низкоэнергетического состояния для одного ЖК слоя и высокоэнергетического состояния для другого ЖК слоя) величина φ_Σ совокупного фазового сдвига по модулю равна π для обеих комбинаций крайних энергетических состояний ЖК слоев 15, 18, различаясь только знаком (фиг.14).

Для каждого из ЖК слоев 15, 18 справедливо неравенство

где: τ_rise - время реакции каждого из ЖК слоев 15, 18 на приложенное высокое управляющее напряжение U=U_H;

τ_decay - время релаксации каждого из ЖК слоев 15, 18, определяемое временем самопроизвольного перехода ЖК слоя в исходное состояние подаче низкого напряжения U=U_L смещения на смену высокой величине U=U_H управляющего напряжения.

Интенсивность J света, прошедшего столбцовый элемент 25 параллаксного оптического затвора 3 или 7, например, при параллельных осях поляризации линейных поляризаторов 14 и 21 при приложении высокого напряжения U=U_H управления к одному из ЖК слоев 15, 18 для перехода от любого состояния, иллюстрируемому фиг.14, к соответствующему состоянию, иллюстрируемому фиг.13, меняется в соответствии с временем реакции τ_rise (фиг.15), равным времени принудительного перехода в высокоэнергетическое состояние ЖК слоя 15 (с остаточным фазовым сдвигом φ_o), которое составляет величины порядка десятков или сотен микросекунд (в зависимости от величины приложенного напряжения) при реализации ЖК слоев 15, 18 на основе нематических π-ячеек [4], в то время как время релаксации τ_decay (время самопроизвольного перехода в низкоэнергетическое состояние ЖК слоев 15, 18, соответствующее фазовой задержке π, составляет порядка нескольких миллисекунд для π-ячеек. Величина τ_decay зависит только от собственных механических параметров (констант вязкости, упругости и т.д.) ЖК слоев 15, 18.

Пространственная топология прозрачных электродов 16, 17 и 19, 20 задана требуемой топологией электрической адресации ЖК слоев 15, 18 в столбцовых элементах параллаксного оптического затвора 3 или 7.

В частном варианте выполнения параллаксного оптического затвора 3 или 7 (фиг.16) первая группа 26 взаимно параллельных адресных прозрачных электродов 26₁, …, 26_X находится на первой стороне каждого ЖК слоя 15, 18, и вторая группа 27 взаимно параллельных адресных прозрачные электродов 27₁, …, 27_Y - на второй стороне каждого ЖК слоя 15, 18, при этом адресные прозрачные электроды первой группы 26 ортогональны адресным прозрачным электродам второй группы 27. Отношение периода p_x чередования адресных прозрачных электродов 26₁, …, 26_X первой группы 26 к периоду p_y чередования адресных прозрачных электродов 27₁, …, 27_Y второй группы 27 равно отношению периода a _x чередования столбцов матричного оптического модулятора вдоль одной адресной координаты х к периоду a _y чередования столбцов матричного оптического модулятора 28 вдоль другой адресной координаты y

Соблюдение соотношения (8) соответствует неизменному расстоянию от соответствующих зон наблюдения , или до матричного оптического модулятора 28 при его любом (ландшафтном Н или портретном V) расположении. Матричный оптической модулятор 28 соответствует матричным оптическим модуляторам 2 или 8 в вариантах 1 или 2 устройства.

Выполнение каждого пикселя матричного оптического модулятора 28 в виде RGB триады 30 цветовых элементов соответствует цветным изображениям ракурсов.

Устройство работает следующим образом. При работе устройства по варианту 1 осуществляется способ по варианту 1. От источника 4 K-ракурсного сигнала стереизображения (фиг.17) подают электрические сигналы изображений ракурсов трехмерной сцены на электрический вход матричного оптического модулятора 2, с помощью которого модулируют интенсивность света от источника 1, формируя световой поток изображений K ракурсов в соответствующих K зонах наблюдения в K последовательных тактах, где K>2, при этом в n-м столбце (n=1, 2, …, N) матричного оптического модулятора 2 воспроизводят последовательность (N-n+1)-x столбцов изображений K ракурсов, а в k-м такте (k=1, 2, …, K) с помощью электронного блока 5 управления открывают столбцовые элементы параллаксного оптического затвора 3, расположенные с периодом K·р, позиции которых сдвигают на величину р относительно позиций открытых в (k-1)-m такте столбцовых элементов, где р - период чередования всех столбцовых элементов параллаксного оптического затвора 3.

Полный цикл формирования K-ракурсного стереоизображения при осуществлении способа по варианту 1 рассматривается на конкретном примере формирования в четырех зонах Z₁-Z₄ наблюдения изображений четырех ракурсов в 4-х последовательных тактах I, II, III и IV (фиг.18-23). На n-й столбец матричного оптического модулятора 2, имеющего N=12 столбцов и представленного сечением 2₁ на фиг.18, подают по одному в 4-х последовательных тактах (N-n+1)-e столбцы изображений четырех ракурсов. Например, на 12-й столбец (с номером n=12) матричного оптического модулятора 2 подают в I, II, III и IV тактах первые (поскольку N-n+1=1 при n=12) столбцы соответственно первого, второго, третьего и четвертого ракурсов (т.е. последовательность столбцов , , , изображений ракурсов). Одновременно на 1-й столбец (с номером n=1) матричного оптического модулятора 2 подают в I, II, III и IV тактах по одному двенадцатые (поскольку N-n+1=12 при n=1) столбцы соответственно третьего, четвертого, первого и второго ракурсов (т.е. последовательность столбцов , , , изображений ракурсов). При этом на время первого такта I параллельно открывают столбцовые элементы I₂, I₃ и I₄ параллаксного оптического затвора 3 (представленного сечением 3₁), период расположения которых составляет Kp=4p. На время второго II такта открывают столбцовые элементы II₁, II₂, II₃ и II₄, на время третьего III такта - столбцовые элементы III₁, III₂, III₃ и III₄, а на время четвертого IV такта - столбцовые элементы IV₁, IV₂, IV₃ и IV₄ параллаксного оптического затвора 3. В соседних тактах (например, в тактах II и III) позиции открытых столбцовых элементов II₁, II₂, II₃ и II₄ сдвинуты на величину р относительно позиций соответствующих столбцовых элементов III₁, III₂, III₃ и III₄.

Конкретно, в первом такте I (фиг.19) через открытые столбцовые элементы I₂, I₃ и I₄ параллаксного оптического затвора 3 в первую зону Z₁ наблюдения проходят 1-й, 5-й и 9-й столбцы изображения первого ракурса (столбцы , и изображений), во вторую зону Z₂ наблюдения - 2-й, 6-й и 10-й столбцы изображения второго ракурса (столбцы , и изображений), в третью зону Z₃ наблюдения - 3-й, 7-й и 11-й столбцы изображения третьего ракурса (столбцы , и изображений), в четвертую зону Z₄ наблюдения - 4-й, 8-й и 12-й столбцы изображения четвертого ракурса (столбцы , и изображений), которые по завершении первого такта составляют первое парциальное 4-х ракурсное изображение PI_I. Во втором такте (фиг.20) через открытые столбцовые элементы II₁, II₂, II₃ и II₄ параллаксного оптического затвора 3 в четырех зонах Z₁-Z₄ наблюдения формируется второе парциальное 4-х ракурсное изображение PI_II, которого дополняет первое парциальное 4-х ракурсное изображение PI_I по составу столбцов изображений ракурсов. В третьем (фиг.21) и четвертом (фиг.22) тактах через соответствующие наборы открытых столбцовых элементов параллаксного оптического затвора 3 в четыре зоны наблюдения попадают остальные столбцы изображений соответствующих ракурсов, формируя третье PI_III и четвертое PI_IV парциальные изображения ракурсов.

По завершении 4-х тактов в четырех зонах наблюдения сформировано полное 4-х ракурсное изображение PI_Σ (фиг.23) трехмерной сцены, где в каж