УСТРОЙСТВО ГОЛЕНКО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2004 года по МПК G02B27/22 

Изобретение относится к объемному телевидению, стереоскопии, объемной фотографии, объемному кинематографу, голографии, объемной полиграфии, объемным компьютерным изображениям, художественному творчеству.

Известно устройство для получения объемного изображения объектов, содержащее источник изображения в виде единого двухмерного объекта и линзовый растр, линзы которого в сагиттальном сечении выполнены с переменным радиусом кривизны (см., например, патент РФ 2098855).

Это устройство позволяет получить объемное изображение по принципу формирования квазистереопар.

Однако оно не позволяет формировать предэкранное объемное изображение, так как в механизме получения изображения заложено только мнимое заэкранное изображение и отсутствует действительная предэкранная часть изображения.

Известно устройство для получения объемного изображения объектов, содержащее источник изображения в виде единого двухмерного объекта, и основной и дополнительной оптические линзовые растры, светосильные в меридиональном сечении, причем фокальная плоскость дополнительного оптического растра расположена вблизи изображения источника изображения, создаваемого основным растром (см., например, заявку РФ 98115465/28 от 10.08.98 г.).

Это устройство позволяет получить объемное изображение с предэкранным выходом, но, из-за отсутствия переменной оптической силы растра в сагиттальном сечении, изображение имеет в горизонтальном сечении неестественное для реального объемного изображения постоянство масштаба (отсутствие квазипараллакса). Кроме того, за счет наличия двух близко расположенных линейных структур в наблюдаемом изображении возможно появление муара.

Наиболее близким к предложенному является устройство для получения объемного изображения объектов, содержащее источник изображения в виде единого двухмерного объекта и оптический линзовый растр, линзы которого в сагиттальном и меридиональном сечениях выполнены с переменной оптической силой (см., например, заявку РФ 98108927/28 от 07.05.98).

Это устройство обеспечивает получение объемного изображения.

Однако, в силу того что источник изображения в меридиональном сечении размещен между растром и его фокальной плоскостью, изображение остается мнимым, что, с учетом действия сагиттальной составляющей растра, подчеркивает перспективу и увеличивает эффект сагиттального параллакса, но, тем не менее, не дает возможности получения предэкранного выхода изображения. Кроме того, при размещении источника изображения вне фокальной плоскости растра заэкранная перспектива также ограничена, так как остается нереализованным эффект мнимой бесконечности. Существенным недостатком этого устройства является его ориентация только на изменение параметров линз растра в каждом из сечений, выраженное в изменении радиуса кривизны линз в соответствующем сечении, что значительно сужает технологические возможности при изготовлении данного устройства.

Целью данного технического решения является получение объемного изображения с предэкранным выходом, увеличение заэкранной перспективы до мнимой бесконечности, а также расширение технологических возможностей при изготовлении данного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получения объемного изображения объектов, содержащем источник изображения в виде единого двухмерного объекта и оптический линзовый растр, линзы которого в сагитальном и/или меридиональном сечениях имеют одинаковое фокусное расстояние f, главные плоскости которых расположены от плоскости источника изображения на расстояниях от 0,5f до f, f и от f до 1,5f, а линзы растра в указанных сечениях разделены промежутками с нулевой оптической силой.

Данное изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлено устройство в меридиональном сечении;
- на фиг.2 - график зависимости расстояния от пространственного плана до растра от расстояния между главной плоскостью линзы и источником изображения в меридиональном сечении;
- на фиг.3 - схема расположения планов по глубине в меридиональном сечении;
- на фиг. 4 - схема формирования изображения стереопары в сагиттальном сечении двумя линзами растра;
- на фиг. 5 - схема формирования изображения стереопары в сагиттальном сечении фрагментом растра.

Данное устройство состоит из источника изображения 1, выполненного в виде единого двухмерного объекта, и линзового растра 2 с линзами постоянной оптической силы вдоль сагиттального и/или меридионального сечений (фиг.1). Исходное плоское единое двухмерное изображение реализуется в экранной плоскости 3 источника изображения 1 и наблюдается зрителем 4 через растр 2. Однотипные линзы 5 растра 2 разделены промежутками 6 с нулевой оптической силой. Оптические параметры линз 5 растра 2 определяются общим для всех линз 5 фокусным расстоянием f и расстоянием a, переменным для всех линз 5 растра 2 либо переменным для групп линз 5 растра 2.

Расстояние a отсчитывается от главных плоскостей 7 сферических составляющих 8 линз 5 растра 2 и до экранной плоскости 3 источника изображения 1.

Данное устройство функционирует следующим образом.

В меридиональном сечении (фиг.1-3) при изменении расстояния a между экранной плоскостью 3 источника изображения 1 и главными плоскостями 7 линз 5 растра 2 в диапазоне от 0,5f до 1,5f происходит изменение сопряженного расстояния a' от -1f до 3f (кривая 9 в области штриховки, фиг.2), что соответствует всему практически значимому интервалу раздробления единой экранной плоскости 3 источника изображения 1 на ближний 10 и средний 11 (он же экранный) и дальний 12 планы общего квазиобъемного изображения 13 (фиг.2, 3). В частности, при 0,5f≤a<f точке А соответствует сопряженная точка A' в ближней области удаления за источником изображения 1. При a=f точке Б соответствуют лучи 14, идущие из бесконечности. При f<a<1,5f точке B соответствует точка Б в предэкранном пространстве, что соответствует ближнему плану. Заметим, что при использовании растра с отрицательными линзами (кривая 15, фиг.2) практически значимого эффекта разбиения экранной плоскости 3 на планы не происходит, так как при любом значении расстояния a удаления сопряженного изображения на расстояние, превышающее f, не происходит, то есть любой план фактически остается на месте экранного плана 11. Поэтому для формирования экранного плана 11, практически совмещенного с растром 2, экранной плоскостью 3 и источником изображения 1 (на фиг.3 не показанных), линзы 5 растра 2 разделяют промежутками 6 с нулевой оптической силой.

При наличии в профиле сечений линз растра внеосевых составляющих переменного радиуса кривизны, а также составляющих с отрицательной кривизной, в изображении возникают дополнительные планы по глубине, что приводит к более полному заполнению объемного изображения планами.

В сагиттальном сечении устройство создает квазистереопару.

Рассмотрим механизм образования стереопары в правом и левом глазах наблюдателя 4 на примере действия двух линз 5 на экранную плоскость 3 источника изображения 1, главные плоскости 7 которых находятся на расстояниях a₁ и a₂ от плоскости 3 (фиг.4).

Точка Г первой линзой 5, находящейся на расстоянии a₁ от плоскости 3 источника изображения 1, спроецируется в точку Г' на расстоянии a'₁ (в плоскость 16) от этой линзы 5, соответственно, точка Д другой линзой 5, находящейся на расстоянии a₂ от плоскости 3, спроецируется в точку Д' (плоскость 17) на расстояние a'₂ от этой линзы 5. При выполнении линз 5 тонкими плоскости 16 и 17 будут сопряжены плоскости 3 источника изображения 1, а посему точки Е', Ж' и точки З', И', соответственно, сопряженные точкам Е, Ж и З, И, будут находиться в тех же плоскостях 16 и 17. При этом точки Е' и Ж', находящиеся на лучах зрения правого глаза наблюдателя 4, образуют правое изображение стереопары, а точки З' и И', соответственно, образуют левое изображение стереопары.

Образование стереопар в данном устройстве возможно только благодаря малой величине зрачка глаз наблюдателя 4. Заметим также, что кривые 18 и 19, являющиеся геометрическим местом точек правого и левого изображения стереопар, при перемещении точек наблюдения ведут себя по-разному.

Закон изменения правого и левого изображения стереопар задается опорной кривой 20, которая определяется переменным параметром a сагиттального сечения линз 5 растра 2 (фиг.5).

Таким образом, в данном устройстве формируется комбинированный пространственный образ посредством создания в меридиональном сечении протяженного физически реального объемного светового поля, уничтожения первичного фактора объемного видения при бинокулярной фиксации экранной плоскости источника изображения и вовлечение в процесс психофизической трансформации вторичных факторов объемного видения.

В сагиттальной плоскости устройство создает квазистереопару, что усиливает ощущение объемности изображения.

Устройство содержит источник изображения (1) в виде единого двухмерного объекта и оптический линзовый растр (2), линзы (5) которого в сагиттальном и меридиональном сечениях имеют оптическую силу. Растр (2) в сагиттальном и/или меридиональном сечениях содержит линзы с одинаковым фокусным расстоянием f, главные плоскости (7) которых расположены от плоскости источника изображения (3) на расстояниях от 0,5f до f, f и от f до 1,5f. Линзы растра в указанных сечениях разделены промежутками 6 с нулевой оптической силой. Обеспечивается получение объемного изображения объекта с предэкранным выходом, увеличение заэкранной перспективы до мнимой бесконечности, а также расширение технологических возможностей при изготовлении устройства. 5 ил.

Устройство для получения объемного изображения объектов, содержащее источник изображения в виде единого двумерного объекта и оптический линзовый растр, линзы которого в сагиттальном и меридиональном сечениях имеют оптическую силу, отличающееся тем, что растр в сагиттальном и/или меридиональном сечениях содержит линзы с одинаковым фокусным расстоянием f, главные плоскости которых расположены от плоскости источника изображения на расстояниях от 0,5f до f, f и от f до 1,5f, а линзы растра в указанных сечениях разделены промежутками с нулевой оптической силой.