IT202100010316A1 - Dispositivo per la proiezione e riproduzione di immagini tridimensionali caratterizzato da un bassissimo spessore e flessibilità, portatile ed indossabile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L?invenzione riguarda un sistema ottico costituito da una o pi? lenti, per la riproduzione di immagini olografiche. La riproduzione di immagini olografiche ? anche il campo di applicazione fondamentale. I settori di utilizzo individuati sono: quello della moda perch? si possono realizzare dei vestiti da cui escono immagini tridimensionali; quello della realizzazione di cruscotti e plance comandi per ogni tipo di dispositivo nei quali le informazioni ora fornite in forma analogica o digitale ma sempre in modo bidimensionale, possono invece essere mostrate in modo tridimensionale; quello della oggettistica perch? consente di realizzare tatuaggi adesivi tridimensionali oppure oggetti che proiettano una immagine tridimensionale quali lampade, penne, portachiavi, decorazioni per unghie e altro.

Stato dell?arte: qualunque dispositivo di proiezione olografica allo stato dell?arte presenta l?inconveniente di avere uno spessore confrontabile con larghezza e altezza, di essere cio? una sorta di scatola con un volume. Questo fatto ? determinante per limitarne le applicazioni. I metodi per la realizzazione e la riproduzione o visione di immagini tridimensionali sono: stereoscopia o stereofotografia che prevedono la sovrapposizione calibrata di due immagini bidimensionali dello stesso oggetto da due punti di vista differenti e che copiano il sistema di visione binoculare; tecnologia IMAX?3D e derivate per filmati che prevedono l?utilizzo di visori a lenti polarizzate o di schermi a cristalli liquidi (cosiddetti LCD) con metodo di riproduzione a doppia proiezione con pellicole sincronizzate da due punti di vista diversi dello stesso soggetto o con una sola pellicola sulla quale sono impresse alternativamente immagini dai due punti di vista; autostereoscopia a reti planari di lenti ottiche atte ad inviare contemporaneamente ai due occhi immagini di uno stesso oggetto ma riprodotto da due punti di vista diversi (ad esempio: OLED HoloFlex); autostereoscopia a barriera di parallasse che prevede il metodo precedente ottenuto con occlusori (barriere) che intercettano alternativamente le immagini destinate all?occhio destro e sinistro; proiettori di immagine (cosiddetti Quantum Photonic Imager) costituiti da processori a strati di micro diodi ad emissione di luce che controllano colore, intensit? e angolo di ciascun fascio di luce; metodi ottico-elettronici come USPTO n. US2016/0241843 A1, data di pubblicazione 18/08/2016,Three dimensional (3D) display apparatus and method, inventori e altri, richiedente e altri metodi; olografia che prevede l?emissione di un fascio di luce coerente (avente la stessa fase d?onda elettromagnetica) diffuso da lenti e diviso da uno specchio semi-trasparente: il primo fascio di luce colpisce l?oggetto che diffonde la sua luce su una lastra o pellicola fotografica,contemporaneamente, il secondo fascio di luce colpisce direttamente la lastra o pellicola fotografica. In questo modo i due fasci di luce giungono sulla pellicola sfasati e creano sulla lastra fotografica delle frange di interferenza. Illuminando con un fascio di luce coerente diffuso da lenti la pellicola fotografica si riproduce l?immagine tridimensionale dell?oggetto. La visualizzazione olografica ? per riflessione o trasmissione, per frange di fase o di ampiezza, per supporti spessi o sottili, mono o policromatica utilizzando per quest?ultima metodi di realizzazione e riproduzione adatti a fasci di luce bianca. Tutti questi metodi non possono, allo stato dell?arte, consentire la realizzazione di un proiettore a piccola profondit? cio? sottile.

Problema tecnico: non esiste nello stato della tecnica un proiettore di immagini tridimensionali a forma di foglio sottile e flessibile. La sottigliezza e la flessibilit? consentono applicazioni che non sono realizzabili con i proiettori allo stato dell?arte. La presente invenzione ha lo scopo di rimediare a questo inconveniente.

Soluzione del problema tecnico e funzionamento: l?invenzione ? caratterizzata dal fatto che si costruisce almeno una lente ottica divergente molto sottile come un foglio di carta con un materiale ad alto indice di rifrazione che consente di diffondere la luce su una pellicola impressionata da una immagine olografica. L?invenzione ? anche caratterizzata dal fatto che la pellicola, usualmente sottile anch?essa come un foglio di carta, pu? essere attaccata direttamente sulla lente stessa e non serve, per vedere l?immagine, che sia posta ad una certa distanza dalla lente cosa che causa lo spessore degli altri dispositivi allo stato dell?arte. Questo ? decisivo per l?utilit? della invenzione. Un diodo emettitore di luce LASER, punto (6) Figura 1,viene utilizzato come sorgente di luce coerente. Il diodo LASER ? alimentato energeticamente,punto (7) di Figura 1. Il raggio LASER,punto (8) di Figura 1, ? opzionalmente indirizzato a un deviatore di percorso ottico, punto (5) di Figura 1, costituito da uno specchio, un prisma, una fibra ottica o altro dispositivo che convoglia il raggio LASER ad un sistema ottico costituito da una lente divergente, punto (4) di Figura 1, e da una lente convergente, punto (3) di Figura 1. Il raggio LASER quindi attraversa prima la lente divergente e successivamente la lente convergente diffondendo la lucer LASER coerente (come nei comuni riproduttori olografici) che attraversa infine una pellicola fotografica sottile, punto (2) di Figura 1, sulla quale ? stata precedentemente impressa una immagine olografica a frange di interferenza, punto (1) di Figura 1, realizzata con dispositivi normalmente in uso. Il metodo di produzione dell?ologramma pu? essere del tipo cosiddetto ?image-plane? con cosiddetto raggio di riferimento ad onda piana oppure del tipo cosiddetto ?rainbow? a trasmissione o simili. Il flusso luminoso coerente colpisce la pellicola impressionata dall?immagine olografica a frange di interferenza riproducendo il raggio di riferimento e proiettando cos? l?ologramma, punto (10) di Figura 3, visibile dal osservatore, punto (9) di Figura 3, posto nella porzione di spazio opposta a quella del raggio di riferimento rispetto al piano o superficie della pellicola. La originalit? del dispositivo deriva dall? utilizzo di materiale ad alto indice di rifrazione ottica per la costruzione delle lenti usate per proiettare immagini tridimensionali perch? in tal modo il dispositivo risulta sottile come un foglio di carta o plastica: l?alto indice di rifrazione fa s? che le lenti possano essere a)molto sottili, b)a raggio del diottro sferico (nel caso di lenti sferiche) molto grande in rapporto al potere diottrico c) tali da consentire una utile generazione della immagine nonostante la distanza tra pellicola olografica e sistema ottico sia molto piccola dato che l?invenzione ? caratterizzata dal fatto che si attacca la pellicola direttamente sulla lente del sistema ottico e d) tali da consentire una utile generazione dell?immagine nonostante la distanza ottica tra l?origine della sorgente di luce e la prima, o unica, lente del sistema ottico sia molto piccola; anche questo accorgimento caratterizza l?invenzione perch? quasi annulla la distanza ottica stessa che negli altri casi ? maggiore e contribuisce ad aumentare lo spessore del dispositivo. Queste quattro caratteristiche elencate consentono di costruire un sistema ottico di riproduzione sottile e flessibile come un foglio di plastica o carta a cui viene attaccata la pellicola, punto (2) di Figura 1, impressionata olograficamente, punto (1) di Figura 1. Il dispositivo assume l?aspetto di un foglio multistrato come visibile in Figura 2 dove sono ripresi degli elementi di Figura 1 da un diverso punto di vista: il primo strato costituente la lente divergente, punto (4) di Figura 2, ? attaccato al secondo strato costituente la lente convergente, punto (3) di Figura 2,che ? a sua volta attaccato al terzo strato costituito dalla pellicola impressionata olograficamente, punto (2) di Figura 2. Manipolando il proiettore a foglio multistrato, l?immagine olografica viene modificata per dimensioni, distanza focale, definizione e, per alcune configurazioni assunte dal foglio, pu? scomporsi in due o pi? immagini uguali all?originale ma pi? piccole oppure in una immagine ?a fette?a causa dei fenomeni di interferenza. In funzione dell?effetto desiderato, pu? essere omessa la lente convergente, punto (3) di Figura 1.

Forma di attuazione: si costruiscono una lente divergente ed una lente convergente di opportune caratteristiche di ottica geometrica e fisica, utilizzando cristalli di ossido di Titanio e di Calcio anche denominati Titanato di Calcio (cosiddetta Perovskite) trasparente e ferroelettrica. I modi di costruzione noti nella tecnica possono essere a) a mezzo di lavorazione meccanica con tolleranze micrometriche; b) realizzando una soluzione liquida o quasi liquida contenente i cristalli di perowskite o di altri cristalli ad alto indice di rifrazione e centrifugarli ad ottenere uno strato sottile e divergente, anche in modo composito cio? realizzando pi? strati di lente che si attaccano successivamente assieme; c) depositando sottovuoto e/o sotto forma di vapore il materiale ad alto indice di rifrazione su un substrato sottile e trasparente (cosiddetto Phisical Vapour Deposition) e altri metodi ancora. Si impressiona con una immagine olografica una pellicola fotografica per olografia di dimensione voluta, si pu? usare il tipo Slavich Company VRP-M, risoluzione 3000 linee al mm, sensibilit? spettrale verde 488-532 nanometri (se il diodo emette luce monocromatica verde) oppure PFG-03 M, risoluzione 5000 linee al mm, sensibilit? spettrale rosso 600-680 nanometri (se il diodo emette luce monocromatica rossa) oppure loro evoluzioni o del tipo adatto. Si costruisce un piccolo specchio in comune materiale riflettente e lo si attacca al sistema ottico. Si alimenta energeticamente un diodo LASER di opportuna potenza in funzione delle dimensioni dell?ologramma, si attacca il diodo LASER allo specchio in modo che il raggio venga deviato in direzione dell?asse ottico della prima lente divergente che ? attaccata alla seconda lente convergente che viene a sua volta attaccata alla pellicola impressionata olograficamente. In questa forma di attuazione si mantiene il sistema ottico ad una temperatura prossima a 15?C tale che la struttura del materiale, inizialmente disordinata si organizzi in micro-cristalli facendo assumere al materiale delle lenti un indice di rifrazione ottico superiore a 20 (prossimo a 26).Questo meccanismo fisico e questa propriet? di questo materiale sono stati studiati scientificamente e sono stati pubblicati(riferimenti: Uniroma Prof. Eugenio Del Re). Nel progetto della produzione della olografia sulla pellicola ? tenuto conto dell?angolo di uscita della luce coerente dal sistema ottico e della posizione dell?immagine che si vuole percepita dall?osservatore, questo per l?approntamento di posizione, direzione e verso delle cosiddette onda di riferimento e onda-oggetto. Queste caratteristiche di produzione determineranno la necessit? o meno di applicare o interporre tra pellicola fotografica e sistema ottico di riferimento, un foglio di materiale birifrangente anisotropo e di quali caratteristiche ottiche; infatti,qualora l?angolo del raggio di riferimento di produzione differisca dall?angolo del raggio di riferimento di riproduzione ottenuto a valle del sistema ottico, allora si pu? rendere necessario inserire una pellicola di materiale trasparente birifrangente, anche realizzata per estrusione, ad anisotropia controllata, da polimero plastico quale alcool polivinilico, cosiddetti ?Cellofan? o ?Mylar? o di altro tipo, tale da deviare il raggio e correggerlo. Il dispositivo cos? costruito, una volta alimentato, proietter? l?immagine olografica tridimensionale.

Descrizione delle Figure:

la FIGURA 1 mostra i componenti del dispositivo;

la FIGURA 2 mostra alcuni componenti del dispositivo, gi? mostrati in FIGURA 1, in una vista in cui si evidenzi la costruzione sottile;

la FIGURA 3 mostra uno schema dell?immagine olografica osservabile da un punto di vista;

la FIGURA 4 mostra il dispositivo usato per la realizzazione di un adesivo tipo tatuaggio tridimensionale;

la FIGURA 5 mostra il dispositivo usato per la realizzazione di una decorazione tridimensionale per l?unghia di una mano.

Varianti: in funzione delle caratteristiche di produzione della olografia, il raggio di riferimento pu? essere a luce bianca invece che monocromatica al fine di ottenere una olografia a colori. Il perimetro del sistema ottico sottile come un foglio di carta o plastica che chiamo foglio ? proiettore, unito alla pellicola impressionata pu? essere rettangolare o di altra forma. La superficie del foglio-proiettore, punto (14) di Figura 4, pu? essere piana oppure no come nel caso si apporti dell?adesivo sul retro in modo da consentire l?applicazione su una parte del corpo umano, punto (17) di Figura 4,o altro ad ottenere un tatuaggio tridimensionale, punto (13) di Figura 4, o simili. L?alimentazione di energia pu? essere a batteria a bottone singola, punto (18) di Figura 5 o a combinazioni adatte di pi? batterie, punto (15) di Figura 4, collegate da conduttori elettrici, punto (16) di figura 4,o altro. Il foglio proiettore pu? essere realizzato di piccole dimensioni, punto (21) di Figura 5, per fungere da decorazione tridimensionale, punto (20) di Figura 5, ad esempio per un?unghia della mano, punto (22) di Figura 5, e su questa applicato, punto (25) di Figura 5, tramite adesivo o altro mentre la batteria , punto (18) e i collegamenti elettrici punti (19) e (24) di Figura 5, possono essere fissati al dito tramite un cinturino, punto (23) di Figura 5.Il foglioproiettore pu? essere inserito in un vestito indossabile o costituire parte di altro prodotto come il cruscotto di una autovettura, la plancia di comando di un elettrodomestico o di un calcolatore elettronico, una lampada o apparecchio luminoso in genere, un accessorio da tavolo o altro. Si possono realizzare immagini di maggiore estensione ottenute da composizioni di singole unit? di foglioproiettore.

Claims (2)

RIVENDICAZIONI

1)Dispositivo per la proiezione e riproduzione di immagini tridimensionali caratterizzato dal fatto che:

- si costruisce un sistema ottico costituito da almeno una lente ottica divergente (4) molto sottile come un foglio di carta o di plastica con materiale ad alto indice di rifrazione a cui si possono attaccare in modo che aderiscano altre lenti sottili anche convergenti(3) costruite con materiale ad alto indice di rifrazione;

- si attacca una pellicola fotografica (2) su cui ? impressa una immagine olografica (1) a frange di interferenza, sulla lente (4) o sulla lente pi? esterna (3) del sistema ottico se ci sono pi? lenti,in modo che aderisca;

- si attacca in modo che aderisca una sorgente di luce diretta (6) oppure un deviatore di percorso ottico (5) come uno specchio o un prisma e che riceve luce da una sorgente, alla lente (4) sulla faccia opposta a quella dove ? attaccata la pellicola fotografica (2) o dove ? attaccata un?altra lente (3) se il sistema ottico ? costituito da pi? lenti;

2) Dispositivo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che:

- si interpone una pellicola di materiale trasparente birifrangente ad anisotropia controllata tra la lente (4) ed il retro della pellicola fotografica (2)in modo che aderisca ad entrambi oppure in modo che aderisca alla pellicola fotografica (2) e alla lente (3) pi? vicina alla pellicola se il sistema ottico ? costituito da pi? lenti.