РАСТРОВАЯ ПЛАСТИНА ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
THREE-DIMENSIONAL IMAGE RASTER PLATE

Техническое решение относится к средствам воспроизведения объемного статического изображения и может быть использовано в качестве вывесок организаций, рекламных баннеров, украшения витрин, украшения фасадов зданий, элемента дизайна офисов и квартир, а также в качестве сувенирной продукции.
Известно устройство для формирования и наблюдения динамических и статических трехмерных изображений типа голограмм. Устройство содержит лазерный источник излучения, световод и голографические оптические элементы, расположенные на поверхности световода. Устройство дополнительно содержит пространственный модулятор света, выполненный с возможностью формирования цифровой голограммы, и устройство, совмещающее в себе цифровую схему электронного управления пространственным модулятором света и интерфейсный блок. Элементы устройства расположены вдоль оптической оси устройства по направлению от источника излучения к голографическому оптическому элементу на выходе устройства так, что пространственный модулятор света располагается на световоде после голографического оптического элемента, выполненного с возможностью ввода излучения в световод, и до голографического оптического элемента, выполненного с возможностью вывода излучения из световода. Техническим результатом является обеспечение восстановления трехмерного изображения предмета, синтезированного с помощью программно-аппаратных средств, наблюдение которых глазом должно быть идентично наблюдению реальных объемных объектов (см. патент RU 2525317 С1, МПК G03H 1/10).
Известно устройство для воспроизведения объемного изображения, содержащее матричный источник света, состоящий из регулярно расположенных на плоскости точечных источников света, и оптически связанную с ним информационную панель, состоящую из участков с возможностью формирования каждым из них одного из фрагментов объемного изображения. Матричный источник света и информационная панель расположены в параллельных друг другу плоскостях и зафиксированы в пространстве относительно друг друга. Между матричным источником света и информационной панелью размещена светопоглощающая решетка, состоящая из объемных ячеек, выполненных с возможностью попадания света от одного точечного источника соответственно только на один участок информационной панели. Технический результат заключается в расширении зоны наблюдения объемного изображения, устранении его искажений и обеспечении возможности его оглядывания (см. патент RU 2304295 С2, МПК G02B 27/22).
Известен оптический трансформатор Голенко для преобразования единого двумерного моноракурсного изображения в объемное изображение. Применены оптические линзовые растры, используемые для съемки, печати и воспроизведения растрированных стерео и/или многоракурсных изображений, при размере светосильного сечения цилиндрических линз указанного линзового растра либо при диаметре центрально-симметричных линз указанного линзового растра, соизмеримых с размером пикселя моноракурсного изображения в качестве оптического трансформатора преобразующего единое двумерное моноракурсное изображение в объемное изображение с целью упрощения конструкции оптического трансформатора. (см. патент RU 2385477 С2, МПК G02B 27/22).
Недостатками известных технических решений являются:
- Высокая сложность и стоимость производства таких систем из-за наличия технически сложных элементов конструкции.
- Узкий угол обзора объемного изображения, не охватывающий все возможные положения глаз зрителя.
- Устройство в патенте RU 2525317 С1, МПК G03H 1/10 требует больших компьютерных мощностей для вычисления конфигурации компьютерной голограммы.
- Устройство в патенте RU 2385477 С2, МПК G02B 27/22 имеет в конструкции линзовый растр из центральносимметричных линз. Каждая из линз является толстой, и имеет большой набор искажений и аберраций, существенно ограничивая, таким образом, качество изображения и угол обзора.
Техническим результатом заявленного технического решения является упрощение и уменьшение толщины конструкции пластины объемного изображения, расширение угла обзора объемного изображения до 180 градусов, повышение яркости изображения, снижение энергопотребления, а также снижение требуемых для создания изображения вычислительных мощностей компьютеров. Кроме того, растровая пластина объемного изображения может быть полупрозрачной, и объемное изображение будет как бы висеть между реальных объектов. Кроме того, на противоположных больших гранях пластины могут быть сформированы два взаимонезависимых объемных изображения.
Технический результат достигается тем, что:
1. В растровой пластине объемного изображения, выполненной в виде пластины из прозрачного материала с показателем преломления больше единицы, на одной из больших граней пластины размещены в периодическом порядке точечные объекты, излучающие свет или точечные объекты, отражающие или рассеивающие свет, распространяющийся внутри прозрачного материала пластины за счет эффекта полного внутреннего отражения, а на противоположной грани пластины размещена совокупность точечных светофильтров, при этом каждый отдельный точечный светофильтр окрашивает луч света от точечного объекта в своем направлении в цвет, соответствующий отображаемому данным конкретным лучом элементу объемного изображения.
2. Пластина выполнена из стекла, или оргстекла, или поликарбоната, или акрила, или хрусталя.
3. В качестве излучающих свет точечных объектов использованы светодиоды малых размеров.
4. В качестве точечных объектов использованы искусственно созданные дефекты, или повреждения материала прозрачной пластины, или вкрапления инородных частиц, рассеивающие или отражающие наружу пластины свет, распространяющийся внутри прозрачного материала пластины за счет эффекта полного внутреннего отражения, излученный источниками света, находящимися на границе прозрачного материала растровой пластины.
5. В качестве совокупности точечных светофильтров использована прикрепленная к пластине пленка с нанесенными на нее чернилами.
6. В качестве совокупности точечных светофильтров выступает прикрепленная к пластине проявленная фотопленка.
7. В качестве совокупности светофильтров выступают нанесенные на поверхность пластины чернила.
8. В растровой пластине объемного изображения, выполненной в виде пластины из прозрачного материала с показателем преломления больше единицы, внутри пластины размещены в периодическом порядке точечные объекты, излучающие свет или точечные объекты, отражающие или рассеивающие свет, распространяющийся внутри растровой пластины за счет эффекта полного внутреннего отражения, а на поверхности пластины размещена совокупность точечных светофильтров, при этом каждый отдельный точечный светофильтр окрашивает луч света от точечного объекта в своем направлении в цвет, соответствующий отображаемому данным конкретным лучом элементу объемного изображения.
9. Пластина выполнена из стекла, или оргстекла, или поликарбоната, или акрила, или хрусталя.
10. В качестве излучающих свет точечных объектов использованы светодиоды малых размеров.
11. В качестве точечных объектов использованы искусственно созданные дефекты или повреждения материала прозрачной пластины или вкрапления инородных частиц, рассеивающие или отражающие наружу пластины свет, распространяющийся внутри пластины за счет эффекта полного внутреннего отражения, излученный источниками света, находящимися на границе прозрачного материала растровой пластины.
12. В качестве совокупности точечных светофильтров использована прикрепленная к пластине пленка с нанесенными на нее чернилами.
13. В качестве совокупности точечных светофильтров выступает прикрепленная к пластине проявленная фотопленка.
14. В качестве совокупности светофильтров выступают нанесенные на поверхность пластины чернила.
15. Совокупность светофильтров размещена на обеих больших гранях пластины, создавая, таким образом, с разных сторон пластины два независимых друг от друга объемных изображения.
На фиг. 1 приведена общая схема растровой пластины объемного изображения, указанной в пункте 1.
На фиг. 2 - принцип формирования объемного изображения растровой пластиной, указанной в пунктах 1-7.
На фиг. 3 - принцип работы растровой пластины, указанной в пункте 4.
На фиг. 4 - принцип формирования объемного изображения растровой пластиной, указанной в пункте 15.
Растровая пластина объемного изображения по пунктам 1-7 представлена на фиг. 1-3 и включает в себя пластину из прозрачного материала 1 с показателем преломления больше единицы. Пластина 1 одновременно является каркасом для крепления остальных элементов конструкции. На одной из больших граней пластины размещены в периодическом порядке точечные источники света 2. С противоположной грани пластины размещаются светофильтры 3. Светофильтры могут быть размещены как непосредственно на поверхности пластины 1, так и на приклеенной к пластине 1 прозрачной пленке. Сами светофильтры могут являться чернилами, или же гранулами фотопленки. Кроме того, светофильтры могут пропускать лучи света от точечных источников без изменения его яркости и интенсивности. В таком случае луч света в заданном направлении останется белым. Кроме того, светофильтры могут быть черными и полностью блокировать лучи света от точечных источников в заданных направлениях.
На фиг. 2 представлено сечение пластины пункта 1. Лучи света 4 от точечных источников 2 проходят через светофильтры 3, изменяя свою интенсивность и цвет. Точечные источники света могут в данном случае представлять собой светодиоды сверхмалого размера. Также на границе раздела сред пластины 1 и воздуха лучи 4 преломляются. Лучи света, прошедшие через светофильтры одного цвета, пересекаются в точке 6, формируя, таким образом, мнимую точку объемного изображения, висящую над поверхностью пластины. Другая часть лучей света, прошедших через светофильтры другого цвета, если проложить их путь за прозрачную пластину, пересекутся в точке 5. Таким образом, в точке 5 сформируется действительная точка объемного изображения, находящаяся за поверхностью растровой пластины. Более сложные объемные изображения можно сформировать из совокупности объемных точек. Луч света 8 от точечного источника, падающий на поверхность раздела сред под углом, большим или равным углу полного внутреннего отражения, отражается многократно внутри пластины и теряется в ее торцах. Этот эффект не позволяет лучам света от разных точечных источников света проходить через одни и те же светофильтры. Лучи света, падающие под углом чуть меньше угла полного внутреннего отражения, преломляются под углом, близким к 90 градусам. Таким образом, обеспечивается расширение угла обзора объемного изображения до 180 градусов.
Светофильтры растровой пластины пропускают свет не только от точечных источников света самой пластины, но и свет, падающий на пластину с противоположной стороны. Таким образом, сквозь пластину будут частично видны объекты, находящиеся за ней. Пластина будет полупрозрачной для наблюдателя с обеих сторон. Объемное изображение будет накладываться на существующий фон.
На фиг. 3 изображена растровая пластина, указанная в пункте 4. На торце прозрачной пластины 1 размещается источник белого света 9. Свет от этого источника распространяется внутри пластины 1, как в волноводе, не выходя за его пределы, т.к. он испытывает полное внутреннее отражение на границах раздела сред. Попадая на искусственно созданные центры рассеяния 2, свет рассеивается во всех направлениях. Центры рассеяния представляют собой либо искусственно созданные гравировкой дефекты прозрачного материала пластины, либо искусственно созданные вкрапления инородного материала, на которых свет от источника 2 отражается во все стороны. Таким образом, центры рассеяния представляют собой пассивные точечные источники света. Принцип формирования объемного изображения аналогичен принципу для пункта 1.
На фиг. 4 изображена растровая пластина, указанная в пункте 15. Точечные источники света 2, размещены внутри прозрачной пластины 1. С обеих сторон прозрачной пластины 1 размещены светофильтры. Лучи света 4, проходя через светофильтры с верхней стороны пластины, формируют объемное изображение точек 5 и 6 для наблюдателя, смотрящего на пластину сверху рисунка. Лучи света 4, проходя через нижние светофильтры, формируют объемное изображение точки 7 для наблюдателя, находящегося внизу рисунка. При этом точка 7 не видна для наблюдателя, находящегося сверху, а точки 5 и 6 не видны для наблюдателя, находящегося снизу рисунка. Объемное изображение, видимое снизу, также может размещаться как перед пластиной, так и за ней, но на фиг. 4 ход лучей для данного случая не отображен из-за громоздкости.
Растровая пластина объемного изображения простой конструкции, высокой яркости, широким углом обзора, низким энергопотреблением, малой толщиной, низкими требуемыми вычислительными затратами, с возможностью отображения двух взаимонезависимых объемных изображений, с возможностью пропускания проходящего через пластину света найдет промышленное применение.