ПАНЕЛЬ ОБЪЕМНОГО РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ЗАМКНУТЫМ ВОЛНОВОДОМ
PANEL OF THREE-DIMENSIONAL RASTER IMAGE WITH CLOSED WAVEGUIDE

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 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 друг относительно 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, устранение 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. Применение оптических линзовых растров, используемых 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).
Известна растровая пластина объемного изображения, выполненная в виде пластины из прозрачного материала с показателем преломления больше единицы, отличающаяся тем, что на одной из больших граней пластины или внутри пластины размещены в периодическом порядке точечные источники света, а на противоположной грани пластины размещена совокупность точечных светофильтров, окрашивающих свет от точечных источников света в каждом направлении в определенный цвет. В случае размещения точечных источников света внутри пластины, светофильтры могут быть размещены с обеих сторон пластины, формируя два независимых объемных изображения с каждой стороны от пластины. 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, (см. патент RU, 2604691 С2, МПК G03H 1/10).
Недостатками известных технических решений являются:
- Устройства в патентах RU 2385477 и RU 2304295 имеют узкий угол обзора объемного изображения, не охватывающий все возможные положения глаз зрителя.
- 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.
- Устройство в патенте RU 2604691 имеет очень сложную технологию изготовления. Для изготовления растра по данной технологии требуется чистая комната высокого класса чистоты, иначе даже самая мелкая пыль начинает светиться яркой точкой на растре, создавая паразитные дефекты на объемном изображении. Предлагаемое в данной заявке устройство не имеет таких требований по чистоте производственных помещений в процессе изготовления. Конструкция устройства позволяет производить его в менее сложных условиях и получать объемные изображения более высокого качества.
Техническим результатом заявленного технического решения является упрощение технологии изготовления панели объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, снижение количества дефектов на объемном растровом изображении, повышение четкости изображения, расширение угла обзора объемного изображения до 180 градусов, повышение яркости изображения, снижение энергопотребления.
Формула изобретения имеет один независимый пункт.
Технический результат достигается тем, что:
1. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, выполненная из плотно скрепленных между собой растровой пластины и проекционной пластины, отличающаяся тем, что растровая пластина и проекционная пластина выполнены из прозрачного материала, а на больших гранях растровой пластины закреплен светоотражающий материал, образующий вместе с прозрачным материалом растровой пластины оптический волновод, при этом сквозь светоотражающий материал, расположенный между растровой пластиной и проекционной пластиной, в периодическом порядке нанесены точечные объекты, рассеивающие или отражающие распространяющийся внутри растровой пластины свет наружу в сторону проекционной пластины, а на противоположной от точечных объектов грани проекционной 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. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве точечных объектов выступают искусственно созданные дефекты или повреждения материала растровой пластины или вкрапления инородных частиц, рассеивающие или отражающие наружу растровой пластины свет, распространяющийся внутри прозрачного материала растровой пластины за счет отражения от светоотражающего материала, излученный источниками света, находящимися на границе или за пределами прозрачного материала растровой пластины в торце растровой пластины.
3. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве точечных объектов выступают искусственно созданные дефекты или повреждения материала растровой пластины или вкрапления инородных частиц, рассеивающие или отражающие наружу растровой пластины свет, распространяющийся внутри прозрачного материала растровой пластины за счет отражения от светоотражающего материала, излученный источниками света, размещенными в периодическом порядке на больших гранях растровой пластины, или внутри растровой пластины.
4. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что растровая пластина выполнена из оргстекла или акрилового стекла или кварцевого стекла или этилен/тетрафторэтилена.
5. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что проекционная пластина выполнена из оргстекла или акрилового стекла или кварцевого стекла или этилен/тетрафторэтилена или стекла или хрусталя, или поликарбоната.
6. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что два слоя светоотражающего материала, растровая пластина и проекционная пластина плотно склеены между собой.
7. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве совокупности точечных светофильтров использована прикрепленная к проекционной пластине пленка, с нанесенными на нее чернилами.
8. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве совокупности точечных светофильтров выступает прикрепленная к проекционной пластине проявленная фотопленка.
9. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве совокупности светофильтров выступают нанесенные на поверхность проекционной пластины чернила.
10. Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по одному из пп. 1-9, отличающаяся тем, что две проекционные пластины с совокупностями светофильтров размещены с обоих сторон растровой пластины, при этом точечные объекты нанесены на обе большие грани растровой пластины, создавая таким образом два взаимно независимых объемных изображения с обоих сторон панели.
На фиг. 1 - общая схема панели объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, указанной в пункте 1.
На фиг. 2 - принцип формирования объемного изображения панелью объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, указанной в пункте 2.
На фиг. 3 - принцип формирования объемного изображения панелью объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, указанной в пункте 3.
На фиг. 4 - общая схема панели объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, указанной в пункте 10.
На фиг. 5 - принцип формирования объемного изображения панелью объемного растрового изображения с замкнутым волноводом, указанной в пункте 10.
Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом по пунктам 1-9 представлена на фигурах 1, 2 и 3 включает в себя растровую пластину из прозрачного материала 1. С двух сторон растровой пластины 1 к ней прикреплен светоотражающий слой 3. При этом крепление светоотражающего слоя к растровой пластине может быть механическим, при помощи клея, вакуума или любым другим способом, обеспечивающим удержание светоотражающего слоя на поверхности растровой пластины. Внутри растровой пластины при помощи внешнего источника (или источников) света 4 создается мощный поток белого света. Внешняя подсветка растровой пластины может осуществляться двумя способами:
1) Свет от источника (или источников) света 4 попадает внутрь растровой пластины через торец пластины. Данный вариант соответствует пункту формулы 2 и отображен на фигуре 2. Сам источник света 4 может быть прикреплен как непосредственно к поверхности прозрачного материала торца растровой пластины, так и находится на некотором расстоянии от поверхности торца растровой пластины.
2) Источники света 4 размещаются в периодическом или квазипериодическом порядке на больших гранях растровой пластины или внутри растровой пластины. Этот вариант изображен на фигуре 3.
Далее лучи распространяются внутри прозрачного материала растровой пластины, отражаясь на ее гранях от светоотражающего материала. Таким образом, растровая пластина в совокупности со светоотражающим слоем образует оптический волновод.
К светоотражающему слою на одной из больших граней растровой пластины крепится проекционная пластина 2. Проекционная пластина выполнена из прозрачного материала. Закрепление может быть механическим, при помощи клея, вакуума или любым другим способом, обеспечивающим неподвижность проекционной пластины относительно растровой пластины.
Сквозь светоотражающий слой на поверхность растровой пластины или вглубь растровой пластины нанесены в периодическом порядке точечные объекты 5. Порядок размещения точечных объектов может быть шахматный, в узлах квадратной решетки, в узлах гексагональной решетки, или в любом другом порядке, обеспечивающем однородное размещение точечных объектов по поверхности растровой пластины. Сами точечные объекты могут быть точечными дефектами материала растровой пластины, нанесенными методом гравировки острым гравером, или вдавленные в прозрачный материал растровой пластины мелкие инородные тела, или точечные объекты могут быть мелкими пятнами краски. В месте нанесения точечного объекта светоотражающий слой точечно отсутствует. Следовательно, распространяющийся внутри растровой пластины свет, попадая на точечный объект, отражается или рассеивается этим точечным объектом, и через точечное отверстие в светоотражающем материале попадает в проекционную пластину. Т.е. на большой грани проекционной пластины образуются пассивные точечные источники белого света, размещенные в периодическом порядке. На противоположной от этих точечных источников света грани проекционной пластины размещаются точечные светофильтры 7.
Лучи света 6 от точечных объектов 5 проходят через точечные светофильтры 7, изменяют свою интенсивность и цвет. Также на границе раздела сред проекционной пластины 2 и воздуха лучи 6 преломляются. Лучи света, прошедшие через светофильтры одного цвета, пересекаются в точке 8, формируя, таким образом, мнимую точку объемного изображения, висящую над поверхностью панели. Другая часть лучей света, прошедших через светофильтры другого цвета, если проложить их путь за панель объемного изображения, пересекутся в точке 10. Таким образом, в точке 10 сформируется действительная точка объемного изображения, находящаяся за поверхностью панели объемного изображения. Более сложные объемные изображения можно сформировать из совокупности объемных точек.
При помощи панели растрового объемного изображения с замкнутым волноводом в случае необходимости можно сформировать объемное изображение с углами обзора близкими к 180 градусам. Лучи света от точечных объектов, которые падают на поверхность раздела сред материала проекционной пластины и воздуха под углом большим или равным углу полного внутреннего отражения многократно отражаются от границы раздела сред и теряются в торцах растровой пластины. Расстояние между точечными объектами и толщину проекционной пластины можно подобрать таким образом, чтобы лучи света от разных точечных источников света не могли 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, что и позволяет создать угол обзора объемного изображения близким к 180 градусам.
На фигурах 4 и 5 изображен вариант двустороннего исполнения панели объемного растрового изображения, указанного в пункте 10 формулы изобретения. Принцип работы такого исполнения полностью аналогичен указанному выше, но отличается возможностью отображения на разных сторонах панели объемного изображения двух взаимонезависимых объемных изображений.
Лучи света 6 от точечных объектов 5, находящихся на верхней грани растровой пластины, проходят через точечные светофильтры 7 на поверхности верхней проекционной пластины 2. Далее они окрашиваются и преломляются. Лучи от точечных светофильтров разных цветов пересекаются в разных точках, образуя мнимую точку объемного изображения 8 перед панелью и действительную точку объемного изображения 10 за панелью. Лучи света от точечных объектов на нижней грани растровой пластины проходят через светофильтры на поверхности нижней проекционной пластины. Далее они окрашиваются, преломляются и пересекаются в точке 9, образую мнимую точку объемного изображения над поверхностью панели. Аналогично можно сделать для нижней стороны действительную точку объемного изображения, однако ход лучей для этого случая не отображен на фигуре 5 из-за громоздкости. Стоит отметить, что точки объемного изображения 8 и 10 не видны для наблюдателя с нижней стороны панели, а точка 9 не видна с верхней стороны панели. Т.е. на разных сторонах панели образуются два взаимонезависимых объемных изображения.
Панель объемного растрового изображения с замкнутым волноводом с простой технологией изготовления, со сниженным количеством дефектов на объемном изображении, повышенной четкостью изображения, расширенным углом обзора объемного изображения до 180 градусов, повышенной яркостью изображения, сниженным энергопотреблением найдет промышленное применение.