RU2799119C1 - Device for displaying floating image and methods of its operation, system of interactive display of floating image, method of operation of interactive display system of floating image - Google Patents

Device for displaying floating image and methods of its operation, system of interactive display of floating image, method of operation of interactive display system of floating image Download PDF

Info

Publication number
RU2799119C1
RU2799119C1 RU2022132978A RU2022132978A RU2799119C1 RU 2799119 C1 RU2799119 C1 RU 2799119C1 RU 2022132978 A RU2022132978 A RU 2022132978A RU 2022132978 A RU2022132978 A RU 2022132978A RU 2799119 C1 RU2799119 C1 RU 2799119C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
floating
flat
slice
color
Prior art date
Application number
RU2022132978A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Валерьевич МАЛЫШЕВ
Светлана Владимировна Данилова
Станислав Александрович Штыков
Александр Алексеевич АСПИДОВ
Николай Викторович Муравьев
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2799119C1 publication Critical patent/RU2799119C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical engineering.
SUBSTANCE: invention is intended to create augmented reality devices that form three-dimensional floating images in free space. The floating image display device comprises an image source, an electronic control unit, a system with tuneable optical power, a projection module, and a waveguide system. The device is configured to form a flat floating image, a flat floating video, a three-dimensional floating image, a three-dimensional floating video.
EFFECT: possibility of forming a volumetric or non-volumetric floating image focused in free space, with a wide field of view, which can be viewed from several viewpoints.
20 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области оптотехники и предназначено для создания интегрально-оптических устройств, а именно устройств дополненной реальности, которые формируют объемные «парящие» изображения в свободном пространстве.The present invention relates to the field of optotechnics and is intended to create integrated optical devices, namely augmented reality devices that form three-dimensional "floating" images in free space.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Prior Art

Активно развивающаяся область мобильных технологий требует все более оригинальных решений, имеющих высокую информативность и комфорт. Одной из идей, которая требует технического воплощения, является дисплей объемного «парящего» изображения с увеличенным полем обзора, который осуществляет отображение без дополнительной рассеивающей среды. К такому дисплею предъявляются следующие требования:The actively developing field of mobile technologies requires more and more original solutions with high information content and comfort. One idea that requires technical implementation is a floating image display with an increased field of view, which displays without an additional scattering medium. This display has the following requirements:

увеличенное, цветное, объемное изображение высокого качества;enlarged, color, high quality three-dimensional image;

широкое поле обзора, чтобы изображение можно было увидеть из нескольких точек обзора или несколькими пользователями;wide field of view so that the image can be viewed from multiple viewpoints or by multiple users;

изображение должно быть вынесено перед плоскостью дисплея, т.е. должен быть положительный вынос изображения; the image must be placed in front of the display plane, i.e. there must be a positive offset of the image;

отсутствие движущихся частей системы; no moving parts of the system;

безопасный и бесконтактный пользовательский интерфейс.secure and contactless user interface.

Из уровня техники известны очки дополненной реальности на основе волновода, вводного и выводного дифракционного оптического элемента (ДОЭ), в таких системах поле обзора изображения имеет довольно малые размеры, а яркость изображения сильно зависит от угла обзора. Также используются очки дополненной реальности на основе архитектуры, содержащей множество вводных, выводных и размножающих ДОЭ, в таких системах поле обзора изображения увеличивается. Также известны системы для отображения «парящего» изображения для мобильных устройств, в таких системах поле зрения изображения увеличено по сравнению с полем обзора, получаемым в очках дополненной реальности, и, кроме того, изображение могут видеть несколько пользователей одновременно. Однако в таких системах имеется маленький размер самого «парящего» изображения, и при его масштабировании трудно добиться хорошей яркости, однородности изображения и качества изображения.From the prior art, augmented reality glasses based on a waveguide, an input and output diffractive optical element (DOE) are known, in such systems the image field of view is rather small, and the image brightness is highly dependent on the viewing angle. Augmented reality glasses are also used based on an architecture containing many input, output and multiplying DOEs; in such systems, the field of view of the image increases. Also known are systems for displaying a "floating" image for mobile devices, in such systems the field of view of the image is increased compared to the field of view obtained in augmented reality glasses, and, in addition, the image can be viewed by several users at the same time. However, in such systems, the size of the hovering image itself is small, and when scaling it, it is difficult to achieve good brightness, image uniformity, and image quality.

Из уровня техники (документ US 2019/0222828 A1, дата публикации 18.07.2019) известна система отображения, содержащая радиально-симметричное зеркало, экран дисплея и радиальный массив линз. Свет от экрана может проходить через радиальную решетку, а затем отражаться от зеркала, создавая автомультископический дисплей с обзором 360 градусов. Автомультископический дисплей может отображать несколько визуализированных видов трехмерной сцены, каждый из которых показывает сцену под другим углом виртуальной камеры. Это известное решение имеет большие габариты, подвижные части, сниженное разрешение проецируемого изображения из-за использования растровой системы.From the prior art (document US 2019/0222828 A1, publication date 07/18/2019) a display system is known that contains a radially symmetrical mirror, a display screen and a radial lens array. Light from the screen can pass through the radial grille and then bounce off the mirror, creating a 360-degree auto-multiscopic display. The automultiscope display can display multiple rendered views of a 3D scene, each showing the scene from a different virtual camera angle. This well-known solution has large dimensions, moving parts, reduced resolution of the projected image due to the use of a raster system.

Из уровня техники (документ US 20190285904 A1, дата публикации 19.09.2019) известно устройство трехмерной визуализации, основанное на массиве уголковых отражателей, которые могут обеспечивать перенос плоскости первичного дисплея в свободное пространство. Для визуализации изображения дисплей мобильного устройства располагается под углом к массиву уголковых отражателей, изображение формируется в свободном пространстве. Недостатком известного устройство является то, что массив уголковых отражателей работает с малым полем обзора, которое не превышает 20 градусов. Также это известное устройство формирует изображение с низким разрешением, имеет большие габариты. Кроме того, известное решение не обеспечивает увеличение объемного «парящего» изображения.From the prior art (document US 20190285904 A1, publication date 09/19/2019) a three-dimensional visualization device based on an array of corner reflectors is known, which can transfer the primary display plane to free space. To visualize the image, the display of the mobile device is placed at an angle to the array of corner reflectors, the image is formed in free space. The disadvantage of the known device is that the array of corner reflectors operates with a small field of view, which does not exceed 20 degrees. Also, this well-known device forms an image with a low resolution, has large dimensions. In addition, the known solution does not provide an increase in the volumetric "floating" image.

Из уровня техники (документ US 20170199496 A1, дата публикации 13.07.2017) известна система для генерации последовательности изображений с разной глубиной, содержащая матрицу модуляции. Матрица модуляции содержит множество модуляторов света, которые могут сдвигать луч света, падающего на модуляторы, на несколько градусов. Множество модуляторов света могут сдвигать луч света согласованно согласно шаблону сдвига модуляции. Шаблон сдвига модуляции может быть сконфигурирован для фокусировки падающего света на вокселе или для формирования трехмерного изображения. Один или несколько шаблонов сдвига модуляции могут быть изменены для растрирования одного или нескольких объектов изображения в одной или нескольких плоскостях глубины изображения. Недостатками известной системы является то, что не формируется «парящее» изображение с положительным выносом, а также для увеличения поля обзора требуются различные параметры вводных дифракционных решеток.From the prior art (document US 20170199496 A1, publication date 07/13/2017) a system is known for generating a sequence of images with different depths, containing a modulation matrix. The modulation matrix contains a plurality of light modulators that can shift the beam of light incident on the modulators by several degrees. The plurality of light modulators may shift the light beam in concert according to the modulation shift pattern. The modulation shift pattern can be configured to focus incident light on a voxel or to form a 3D image. One or more modulation shift patterns may be modified to rasterize one or more image objects in one or more image depth planes. The disadvantages of the known system is that a "floating" image with a positive offset is not formed, and different parameters of the input diffraction gratings are required to increase the field of view.

Из уровня техники (документ US20190041634A1, дата публикации 07.02.2019) известен голографический волноводный оптический трекер. Трекер включает в себя: источник света; по меньшей мере один волновод, оптически связанный с указанным источником; по меньшей мере один детекторный волновод, содержащий дифракционный оптический элемент для ввода и отклонения пучка с первой поляризацией света, отраженного от указанного объекта, в первое направление волновода и отклонения пучка со второй поляризацией света, отраженного от указанного объекта, во второе направление волновода; по меньшей мере один детектор, оптически связанный с указанным детекторным волноводом, работающий для приема света, распространяющегося в указанном первом направлении волновода; и по меньшей мере один детектор, оптически связанный с указанным детекторным волноводом, работающий для приема света, распространяющегося в указанном втором направлении волновода. Недостатками известного устройства является множество дополнительных элементов, отсутствие возможности формирования изображения в воздухе, то есть объемного «парящего» изображения. From the prior art (document US20190041634A1, publication date 02/07/2019) a holographic waveguide optical tracker is known. The tracker includes: light source; at least one waveguide optically coupled to said source; at least one detector waveguide comprising a diffractive optical element for introducing and deflecting a beam with a first polarization of light reflected from said object into a first direction of the waveguide and deflecting a beam with a second polarization of light reflected from said object into a second direction of the waveguide; at least one detector optically coupled to said detector waveguide, operable to receive light propagating in said first direction of the waveguide; and at least one detector optically coupled to said detector waveguide, operable to receive light propagating in said second direction of the waveguide. The disadvantages of the known device are a lot of additional elements, the lack of the possibility of forming an image in the air, that is, a three-dimensional "floating" image.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение объемного «парящего» изображения с увеличенным полем обзора, причем объемное «парящее» изображение должно отображаться в пространстве без дополнительной рассеивающей среды. Необходимо получить увеличенное объемное изображение высокого качества, с широким полем обзора, чтобы изображение можно было увидеть с нескольких точек обзора и/или несколькими пользователями. Причем устройство для воспроизведения объемного «парящего» изображения не должно иметь движущихся частей и должно иметь безопасный и бесконтактный пользовательский интерфейс.The problem to be solved by the present invention is to obtain a three-dimensional "floating" image with an enlarged field of view, and the three-dimensional "floating" image should be displayed in space without an additional scattering medium. It is necessary to obtain a high quality enlarged volumetric image, with a wide field of view, so that the image can be viewed from several points of view and / or several users. Moreover, the device for reproducing a three-dimensional "floating" image should not have moving parts and should have a safe and non-contact user interface.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Предлагается устройство отображения «парящего» изображения, содержащее: A device for displaying a "floating" image is proposed, comprising:

источник изображений;image source;

электронный блок управления;electronic control unit;

систему с перестраиваемой оптической силой; a system with tunable optical power;

проекционный модуль;projection module;

волноводную систему;waveguide system;

причем and

источник изображений соединен с электронным блоком управления и выполнен с возможностью хранения в памяти оцифрованного изображения и выдачи оцифрованного изображения в электронный блок управления в виде сигнала, содержащего данные исходного изображения и информацию о расстоянии от устройства «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано изображение, соответствующее исходному;the image source is connected to the electronic control unit and is configured to store the digitized image in the memory and output the digitized image to the electronic control unit in the form of a signal containing the original image data and information about the distance from the "floating" image device on which the image should be formed, corresponding to the original;

электронный блок управления соединен с системой с перестраиваемой оптической силой и с проекционным модулем, причем электронный блок управления выполнен с возможностью разделения упомянутого сигнала на сигнал, содержащий данные исходного изображения, и сигнал, содержащий данные о напряжении, величина которого соответствует информации об упомянутом расстоянии;an electronic control unit is connected to the variable power system and to the projection module, the electronic control unit is configured to separate said signal into a signal containing source image data and a signal containing voltage data, the value of which corresponds to information about said distance;

проекционный модуль оптически согласован с волноводной системой и выполнен с возможностью преобразования сигнала, содержащего упомянутые данные исходного изображения в световое поле, соответствующее исходному изображению;the projection module is optically matched to the waveguide system and is configured to convert the signal containing said source image data into a light field corresponding to the source image;

волноводная система оптически согласована с системой с перестраиваемой оптической силой и выполнена с возможностью мультиплицирования световых пучков, составляющих упомянутое световое поле;the waveguide system is optically matched with the tunable optical power system and is configured to multiply the light beams constituting said light field;

причем система с перестраиваемой оптической силой состоит из поляризатора, элемента с первой оптической силой, элемента со второй оптической силой и перестраиваемого оптического элемента, расположенного между упомянутыми элементами, причемmoreover, the system with a tunable optical power consists of a polarizer, an element with a first optical power, an element with a second optical power and a tunable optical element located between the said elements, and

поляризатор выполнен с возможностью поляризации мультиплицированных световых пучков, вышедших из волноводной системы, таким образом, что направление поляризации упомянутых световых пучков совпадает с направлением поляризации перестраиваемого оптического элемента,the polarizer is configured to polarize the multiplied light beams emerging from the waveguide system in such a way that the direction of polarization of said light beams coincides with the direction of polarization of the tunable optical element,

при этом элемент с первой оптической силой выполнен с возможностью направления поляризованных световых пучков, прошедших поляризатор, на перестраиваемый оптический элемент;wherein the element with the first optical power is configured to direct the polarized light beams that have passed through the polarizer to the tunable optical element;

перестраиваемый оптический элемент выполнен с возможностью вносить фазовую задержку в волновой фронт проходящего светового поля, тем самым изменять расстояние, на котором будет формироваться в пространстве «парящее» изображение, под воздействием напряжения, подаваемого электронным блоком управления;the tunable optical element is configured to introduce a phase delay into the wave front of the transmitted light field, thereby changing the distance at which a "floating" image will be formed in space, under the influence of voltage supplied by the electronic control unit;

элемент со второй оптической силой выполнен с возможностью фокусировать упомянутые световые пучки, составляющие световое поле, соответствующее исходному изображению, и вышедшие из перестраиваемого оптического элемента, в пространстве, формируя «парящее» изображение на расстоянии, соответствующем напряжению, поданному на перестраиваемый оптический элемент. the element with the second optical power is configured to focus the mentioned light beams, constituting the light field corresponding to the original image, and emerging from the tunable optical element, in space, forming a "floating" image at a distance corresponding to the voltage applied to the tunable optical element.

Причем элемент с первой оптической силой может являться элементом с положительной оптической силой, элемент со второй оптической силой может являться элементом с отрицательной оптической силой. Оптическая сила Dpos оптического элемента с положительной оптической силой может соотноситься с оптической силой DNeg оптического элемента с отрицательной оптической силой следующим образом:Moreover, the element with the first optical power may be an element with a positive optical power, the element with the second optical power may be an element with a negative optical power. The optical power D pos of the optical element with positive optical power can be related to the optical power D Neg of the optical element with negative optical power as follows:

DPos ≈ -1,1 × DNeg . D Pos ≈ -1.1 × D Neg .

Элемент с первой оптической силой может являться элементом с отрицательной оптической силой, элемент со второй оптической силой может являться элементом с положительной оптической силой. Элемент с первой оптической силой может являться элементом с положительной оптической силой и элемент со второй оптической силой может являться элементом с положительной оптической силой. Между элементом с первой оптической силой, перестраиваемым оптическим элементом и элементом со второй оптической силой может не быть воздушного зазора. Источником изображений может быть память электронного устройства. Перестраиваемый оптический элемент может быть выполнен из слоя жидких кристаллов. Перестраиваемый оптический элемент может быть выполнен из оптически активного материала, изменяющего оптические свойства в результате воздействия напряжения. Источник изображений может содержать память, хранящую данные о каждом срезе изображения, включающие в себя оцифрованное изображение среза и данные о глубине этого среза.The first power element may be a negative power element, the second power element may be a positive power element. The first power element may be a positive power element and the second power element may be a positive power element. There may be no air gap between the element with the first optical power, the tunable optical element and the element with the second optical power. The source of the images may be the memory of the electronic device. The tunable optical element can be made from a layer of liquid crystals. The tunable optical element can be made of an optically active material that changes its optical properties as a result of stress. The image source may include a memory storing data about each slice of an image, including a digitized image of the slice and data about the depth of that slice.

Также предлагается способ работы устройства отображения «парящего» изображения для отображения плоского «парящего» изображения, содержащий этапы, на которых:Also proposed is a method for operating a floating image display device for displaying a flat floating image, comprising the steps of:

А) выдают, посредством источника изображений, оцифрованное исходное плоское изображение, которое поступает в электронный блок управления, причем оцифрованное исходное плоское изображение представляет собой сигнал, содержащий данные исходного плоского изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано плоское «парящее» изображение, соответствующее исходному плоскому изображению;A) output, by means of an image source, a digitized original flat image, which enters the electronic control unit, and the digitized original flat image is a signal containing data of the original flat image and information about the distance at which the flat "floating" image should be formed, corresponding to the original flat image;

Б) обрабатывают, посредством электронного блока управления, упомянутый сигнал, разделяя его на сигнал, содержащий упомянутые данные исходного плоского изображения, и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано плоское «парящее» изображение; B) processing, by means of an electronic control unit, the said signal, dividing it into a signal containing the said data of the original flat image, and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance of the display device of the "floating" image, on which a flat "floating" image should be formed image;

В) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, напряжение, соответствующее сигналу напряжения;C) applying to the tunable optical element, by means of an electronic control unit, a voltage corresponding to the voltage signal;

Г) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, сигнал, содержащий упомянутые исходного плоского изображения; причемD) submitting to the projection module, by means of an electronic control unit, a signal containing the said original flat image; and

этапы В) и Г) осуществляют синхронно;steps C) and D) are carried out simultaneously;

Д) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные исходного плоского изображения в световое поле, соответствующее исходному плоскому изображению, проецируют, посредством проекционного модуля, упомянутое световое поле в волноводную систему; E) converting, by means of a projection module, the data of the original flat image into a light field corresponding to the original flat image, projecting, by means of the projection module, said light field into the waveguide system;

Е) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих упомянутое световое поле;E) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting said light field;

Ж) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;G) polarize, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, the multiplied light field emerging from the waveguide system;

З) подают поляризованное световое поле на элемент с первой оптической силой, затем на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что прошедшее световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде плоского «парящего» изображения, соответствующего исходному изображению, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.H) a polarized light field is supplied to the element with the first optical power, then to the tunable optical element, and under the action of the mentioned voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the transmitted light field, which has passed the tunable optical element and the element with the second optical power, is formed in the form a flat "floating" image, corresponding to the original image, in space at a distance corresponding to the applied voltage.

Предлагается способ работы устройства отображения «парящего» объемного изображения, содержащий этапы, на которых:A method is proposed for the operation of a device for displaying a "floating" three-dimensional image, which contains the steps in which:

А) производят рендеринг, посредством CAD системы, оцифрованного исходного объемного изображения в последовательность оцифрованных плоских срезов объемного изображения,A) rendering, by means of a CAD system, a digitized initial volumetric image into a sequence of digitized flat slices of a volumetric image,

причем каждый оцифрованный плоский срез объемного изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного изображения,wherein each digitized flat slice of the volume image is a signal containing image data of the flat slice of the volume image and information about the distance at which the "floating" image of the flat slice of the volume image should be formed,

передают последовательность оцифрованных плоских срезов в виде последовательности сигналов в источник изображений;transmitting a sequence of digitized flat slices as a sequence of signals to an image source;

Б) передают упомянутую последовательность сигналов из источника изображений в электронный блок управления,B) transmitting said sequence of signals from the image source to the electronic control unit,

обрабатывают каждый сигнал из последовательности, посредством электронного блока управления, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного изображения;processing each signal from the sequence, by means of an electronic control unit, dividing into a signal containing image data of a flat slice of a volume image and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device on which the floating image of a flat cut volumetric image;

В) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:C) is applied to a tunable optical element, by means of an electronic control unit, sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности; voltages corresponding to voltage signals for the "floating" image of a flat slice of a volume image for each image of a flat slice of a volume image from the sequence;

Г) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) are fed to the projection module, by means of an electronic control unit, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

сигналы, содержащие данные изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности;signals containing 3D planar slice image data for each 3D planar slice image of the sequence;

причемand

этапы В) и Г) осуществляют синхронно;steps C) and D) are carried out simultaneously;

последовательно со смещением во времени:sequentially with a time shift:

Д) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности в световое поле, E) converting, by means of the projection module, the image data of the flat slice of the volume image for each image of the flat slice of the volume image from the sequence to the light field,

проецируют посредством проекционного модуля, каждое упомянутое световое поле в волноводную систему; projecting through the projection module, each mentioned light field in the waveguide system;

Е) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих каждое упомянутое световое поле;E) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting each said light field;

Ж) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, каждое мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;G) polarize, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, each multiplied light field emerging from the waveguide system;

З) поляризованное световое поле попадает на элемент с первой оптической силой, попадает на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде «парящего» изображения плоского среза объемного изображения, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;3) the polarized light field hits the element with the first optical power, hits the tunable optical element, and under the action of the said voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the light field that has passed the tunable optical element and the element with the second optical power is formed in the form "floating" image of a flat section of a three-dimensional image, in space at a distance corresponding to the applied voltage;

причем последовательность «парящих» изображений плоских срезов объемного изображения, в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» изображение.moreover, a sequence of "floating" images of flat sections of a three-dimensional image, in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a three-dimensional "floating" image for the observer.

Исходное объемное изображение может быть исходным объемным цветным изображением;The original volumetric image may be the original volumetric color image;

причем каждый оцифрованный плоский срез объемного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента;wherein each digitized flat slice of the volumetric image consists of a red (R) component, a green (G) component, and a blue (B) component;

причем упомянутые данные изображения плоского среза объемного изображения представляют собой данные красного канала изображения(R) плоского среза объемного изображения, данные зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного изображения, данные синего канала изображения (B) плоского среза объемного изображения, wherein said volume planar slice image data is volume planar slice red image channel data (R), volume plane slice green image channel data (G), and volume planar slice blue image channel data (B),

причем упомянутый сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного цветного изображения, включает в себя:wherein said signal containing image data of a flat slice of a volume image and information about a distance at which a "floating" image of a flat slice of a volumetric color image is to be formed includes:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения,a signal containing the red image channel data (R) of a flat slice of a three-dimensional color image,

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a volumetric color image,

сигнал, содержащий данные синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,a signal containing blue image channel data (B) of a flat slice of a volumetric color image,

причем and

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the red image channel (R) of the flat slice of the volumetric color image should be formed,

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the three-dimensional color image should be formed,

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the volumetric color image should be formed,

равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза объемного цветного изображения, соответствующее исходному объемному цветному изображению;equal to the distance at which a “floating” color image of a flat slice of a volumetric color image should be formed, corresponding to the original volumetric color image;

причем упомянутый сигнал напряжения включает в себя:wherein said voltage signal includes:

сигнал напряжения для красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения,a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a volumetric color image, the value of which corresponds to information about the distance from the display device of the "floating" image, on which a "floating" image of the red image channel (R) of a flat slice of a volumetric color image should be formed,

сигнал напряжения для зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of a flat slice of a color volume image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the green image channel (G) of a flat slice of a volumetric color image should be formed,

сигнал напряжения для синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,a voltage signal for the blue image channel (B) of a flat slice of a volumetric color image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the blue image channel (B) of a flat slice of a volumetric color image is to be formed,

причем для каждого плоского среза объемного цветного изображения повторяют этапы (Б)-(З), причем последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов объемного цветного изображения в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» цветное изображение.moreover, for each flat slice of a volumetric color image, steps (B)-(C) are repeated, and the sequence of "floating" images R, G, B of the components of flat slices of a volumetric color image in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms for the observer a three-dimensional "floating" color image.

Предлагается способ работы устройство отображения «парящего» изображения для отображения «парящего» объемного видео, содержащий этапы, на которых:A method is proposed for operating a floating image display device for displaying a floating 3D video, comprising the steps of:

А) производят рендеринг, посредством CAD системы, каждого оцифрованного исходного объемного изображения из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей видеоизображение, на последовательность оцифрованных плоских срезов изображения,A) rendering, by means of a CAD system, each digitized source volumetric image from a sequence of digitized source volumetric images constituting a video image onto a sequence of digitized flat image slices,

причем каждый оцифрованный плоский срез изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения,wherein each digitized flat image slice is a signal containing image data of the flat image slice and distance information at which the "floating" image of the flat image slice is to be formed,

сохраняют последовательность оцифрованных плоских срезов изображения в источнике изображения, store a sequence of digitized flat image slices in the image source,

Б) передают последовательность оцифрованных плоских срезов изображения из источника изображения в электронный блок управления;B) transmitting a sequence of digitized flat image slices from the image source to the electronic control unit;

для каждого оцифрованного исходного объемного изображения:for each digitized original volumetric image:

В) обрабатывают каждый сигнал из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения, посредством электронного блока управления, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения,C) processing each signal from a sequence of digitized flat image slices by means of an electronic control unit, dividing it into a signal containing image data of a flat image slice and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance at which a “floating” image of a flat image slice should be formed ,

Г) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) is applied to a tunable optical element, by means of an electronic control unit, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображение плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения; voltages corresponding to voltage signals for a "floating" image of a flat image slice for each image of a flat image slice from the sequence of digitized flat image slices;

Д) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:E) are fed to the projection module, by means of an electronic control unit, sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

сигналы, содержащие данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения;signals containing image data of a planar image slice for each image of a planar image slice from the sequence of digitized planar image slices;

причемand

этапы Г) и Д) осуществляют синхронно;steps D) and E) are carried out simultaneously;

последовательно со смещением во времени:sequentially with a time shift:

Е) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения в световое поле, E) converting, by means of a projection module, image data of a flat image slice for each image of a flat image slice from a sequence of digitized flat image slices into a light field,

проецируют посредством проекционного модуля, каждое упомянутое световое поле в волноводную систему; projecting through the projection module, each mentioned light field in the waveguide system;

Ж) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих каждое упомянутое световое поле;G) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting each said light field;

З) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, каждое мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;3) polarizing, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, each multiplied light field emerging from the waveguide system;

И) поляризованное световое поле попадает на элемент с первой оптической силой, попадает на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде «парящего» изображения плоского среза изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;I) the polarized light field hits the element with the first optical power, hits the tunable optical element, and under the action of the said voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the light field that has passed the tunable optical element and the element with the second optical power is formed in the form floating" image of a flat slice of the image in space at a distance corresponding to the applied voltage;

причем последовательность «парящих» изображений плоских срезов изображений из последовательности оцифрованных исходных изображений, составляющей видео, в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» видео.moreover, the sequence of "floating" images of flat slices of images from the sequence of digitized original images that make up the video in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a three-dimensional "floating" video for the observer.

Исходное объемное изображение из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей видеоизображение, может быть исходным объемным цветным изображением из последовательности оцифрованных исходных объемных цветных изображений, составляющей цветное видеоизображение,The source volumetric image from the sequence of digitized source volumetric images constituting the video image may be the source volumetric color image from the sequence of digitized source volumetric color images constituting the color video image,

причем каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента;wherein each digitized flat slice of a color image consists of a red (R) component, a green (G) component, and a blue (B) component;

причем упомянутые данные изображения плоского среза изображения представляют собой данные красного канала изображения (R), данные зеленого канала изображения (G), данные синего канала изображения (B);wherein said flat slice image data is red image channel data (R), green image channel data (G), blue image channel data (B);

причем упомянутый сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения, включает в себя:wherein said signal containing image data of the planar slice of the image and information about the distance at which the "floating" image of the planar slice of the image is to be formed includes:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,a signal containing the red image channel data (R) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения;a signal containing blue image channel data (B) of a flat slice of a color image;

причем and

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the red image channel (R) of the flat slice of the color image should be formed,

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the color image is to be formed,

расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed,

равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза цветного изображения, соответствующее исходному цветному изображению;equal to the distance at which a “floating” color image of a flat slice of a color image corresponding to the original color image should be formed;

причем упомянутый сигнал напряжения включает в себя:wherein said voltage signal includes:

сигнал напряжения для красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the red image channel (R) of a flat slice of a color image is to be formed,

сигнал напряжения для зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the floating image display device on which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the color image is to be formed,

сигнал напряжения для синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the floating image display device on which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed,

причем для каждого плоского среза изображения из последовательности оцифрованных исходных цветных изображений, составляющей видео, повторяют этапы (Б)-(И), причем последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов цветных изображений из последовательности оцифрованных исходных цветных изображений, составляющей видео, в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» цветное видео. moreover, for each flat slice of the image from the sequence of digitized source color images that make up the video, steps (B) - (I) are repeated, and the sequence of "floating" images R, G, B of the components of flat slices of color images from the sequence of digitized source color images, constituting video, in space, transmitted with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms for the observer a three-dimensional "floating" color video.

Также предлагается система интерактивного дисплея «парящего» изображения, содержащая:A floating image interactive display system is also provided, comprising:

предлагаемое устройство отображения «парящего» изображения;the proposed device for displaying a "floating" image;

светоделитель;beam splitter;

инфракрасный детектор;infrared detector;

инфракрасный волновод, расположенный между светоделителем и волноводной системой;an infrared waveguide located between the beam splitter and the waveguide system;

модуль инфракрасной подсветки;infrared illumination module;

управляющий модуль, соединенный с инфракрасным детектором и электронным блоком управления; a control module connected to an infrared detector and an electronic control unit;

причемand

электронный блок управления соединен с модулем инфракрасной подсветки и дополнительно выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на модуль инфракрасной подсветки; the electronic control unit is connected to the infrared illumination module and is additionally configured to supply a control signal to the infrared illumination module;

система с перестраиваемой оптической силой дополнительно выполнена с возможностью коллимировать рассеянное пользователем инфракрасное излучение;the system with tunable optical power is additionally configured to collimate infrared radiation scattered by the user;

волноводная система является прозрачной для инфракрасного излучения;the waveguide system is transparent to infrared radiation;

модуль инфракрасной подсветки выполнен с возможностью освещать всю область «парящего» изображения;the infrared illumination module is configured to illuminate the entire area of the "floating" image;

светоделитель выполнен с возможностью пропускания рассеянного инфракрасного излучения на инфракрасный детектор;the beam splitter is configured to transmit scattered infrared radiation to an infrared detector;

инфракрасный детектор выполнен с возможностью принимать рассеянное инфракрасное излучение, прошедшее светоделитель, и передавать его на управляющий модуль;the infrared detector is configured to receive scattered infrared radiation that has passed through the beam splitter and transmit it to the control module;

управляющий модуль выполнен с возможностью распознавания факта взаимодействия пользователя с областью «парящего» изображения, а также места взаимодействия в области «парящего» изображения, и формирования команды, соответствующей положению места взаимодействия с областью «парящего» изображения.the control module is configured to recognize the fact of user interaction with the area of the "floating" image, as well as the place of interaction in the area of the "floating" image, and generate a command corresponding to the position of the place of interaction with the area of the "floating" image.

Инфракрасный волновод может быть объединен с волноводной системой. Модуль инфракрасной подсветки может быть встроен внутрь проекционного модуля. Предлагаемая система может дополнительно содержать массив ультразвуковых передатчиков.An infrared waveguide may be combined with a waveguide system. An infrared illumination module can be built into the projection module. The proposed system may further comprise an array of ultrasonic transmitters.

Предлагается способ работы предлагаемой системы интерактивного дисплея «парящего» изображения, содержащий этапы, на которых:A method of operation of the proposed interactive display system of a "floating" image is proposed, containing the steps in which:

подают, посредством электронного модуля управления, управляющий сигнал на модуль инфракрасной подсветки;submitting, by means of the electronic control module, a control signal to the infrared illumination module;

освещают, посредством модуля инфракрасной подсветки, область «парящего» изображения инфракрасным излучением;illuminate, by means of the infrared illumination module, the area of the "floating" image with infrared radiation;

пользователь взаимодействует с плоскостью «парящего» изображения, за счет упомянутого взаимодействия инфракрасное излучение рассеивается;the user interacts with the plane of the "floating" image, due to the mentioned interaction, infrared radiation is scattered;

коллимируют рассеянное инфракрасное излучение, посредством системы с перестраиваемой оптической силой;collimating the scattered infrared radiation, by means of a system with a tunable optical power;

направляют коллимированное рассеянное инфракрасное излучение через волноводную систему, которая является прозрачной для инфракрасного излучения, на инфракрасный волновод;directing collimated scattered infrared radiation through a waveguide system that is transparent to infrared radiation to an infrared waveguide;

выводят инфракрасное излучение из инфракрасного волновода и через светоделитель направляют на инфракрасный детектор;output infrared radiation from the infrared waveguide and through the beam splitter is sent to the infrared detector;

детектируют, посредством инфракрасного детектора, рассеянное излучение и передают сигналы в управляющий модуль;detecting, by means of an infrared detector, scattered radiation and transmitting signals to the control module;

распознают, посредством управляющего модуля, факт взаимодействия пользователя с областью «парящего» изображения, а также место взаимодействия в области «парящего» изображения;recognize, by means of the control module, the fact of user interaction with the area of the "floating" image, as well as the place of interaction in the area of the "floating" image;

формируют команду, посредством управляющего модуля, соответствующую положению места взаимодействия в области «парящего» изображения.form a command, by means of a control module, corresponding to the position of the place of interaction in the area of the "floating" image.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Вышеописанные и другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее: The above and other features and advantages of the present invention are explained in the following description, illustrated by drawings, in which the following is presented:

Фиг. 1 схематически иллюстрирует конструкцию устройства для отображения объемного «парящего» изображения.Fig. 1 schematically illustrates the construction of a device for displaying a three-dimensional floating image.

Фиг. 2 иллюстрирует систему интерактивного дисплея «парящего» изображения.Fig. 2 illustrates a floating image interactive display system.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Предлагается устройство для формирования объемного или необъемного «парящего» изображения, сфокусированного в свободном пространстве, которое можно увидеть невооруженным глазом в поле обзора (Field of View, FoV) на некотором расстоянии от дисплея. Предлагаемое техническое решение сочетает в себе использование линз с противоположными оптическими силами и перестраиваемым оптическим элементом между ними, кроме того, обеспечивается двухканальная система взаимодействия с пользователем, позволяющая формировать изображение в видимом диапазоне спектра, и взаимодействовать с пользователем в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра.A device is proposed for forming a volumetric or non-volumetric "floating" image, focused in free space, which can be seen with the naked eye in the field of view (Field of View, FoV) at some distance from the display. The proposed technical solution combines the use of lenses with opposite optical powers and a tunable optical element between them, in addition, a two-channel user interaction system is provided that allows you to form an image in the visible range of the spectrum and interact with the user in the infrared (IR) range of the spectrum.

При использовании предлагаемого изобретения пользователь может наблюдать реальное объемное или необъемное изображение в пространстве в большом поле обзора, также повышается удобство рассматривания пользователем изображения на расстоянии и удобство взаимодействия пользователя с изображением. Предлагаемое устройство отображения «парящего» изображения отображает «парящее» изображение без дополнительной рассеивающей среды, при этом формируется увеличенное изображение высокого качества, с широким полем обзора, изображение может осматриваться с нескольких точек обзора одним или несколькими пользователями. При этом предлагаемое устройство не имеет движущихся частей и имеет безопасный и бесконтактный пользовательский интерфейс.When using the proposed invention, the user can observe a real three-dimensional or non-volumetric image in space in a large field of view, the convenience of viewing the image by the user at a distance and the convenience of user interaction with the image are also increased. The proposed device for displaying a "floating" image displays a "floating" image without an additional scattering medium, while forming an enlarged high-quality image with a wide field of view, the image can be viewed from several viewpoints by one or more users. At the same time, the proposed device has no moving parts and has a safe and contactless user interface.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышенную эффективность использования излучения, направленного от проектора, улучшенную однородность изображения независимо от угла, под которым пользователь наблюдает изображение, превосходное качество изображения, наличие системы бесконтактного взаимодействия пользователя с изображением.The present invention provides increased efficiency in the use of radiation directed from the projector, improved image uniformity regardless of the angle at which the user observes the image, excellent image quality, and the presence of a system for non-contact user interaction with the image.

Устройство отображения «парящего» изображения является компактным и тонким, при этом «парящее» изображение получается объемным и большим, для этого используется система, оптическая сила которой может перестраиваться, при этом отображаются различные срезы изображения, то есть кадры изображения, сформированные в нескольких плоскостях, находящихся на различных расстояниях от дисплея, при этом у наблюдателя формируется ощущение объемности изображения. Кроме того, с помощью предлагаемой системы с перестраиваемой оптической силой возможно формирование цветного изображения высокого качества путем компенсации хроматических аберраций. The floating image display device is compact and thin, while the floating image is three-dimensional and large, for this, a system is used whose optical power can be adjusted, while displaying various image slices, that is, image frames formed in several planes, located at different distances from the display, while the observer has a feeling of three-dimensionality of the image. In addition, using the proposed system with tunable optical power, it is possible to form a high-quality color image by compensating for chromatic aberrations.

Следующие термины используются при описании предлагаемого изобретения:The following terms are used in describing the present invention:

Поле обзора оптической системы (угловое поле) - это конус лучей, вышедших из оптической системы и формирующих изображение в бесконечности (оптический термин). Центр поля обзора соответствует центру «парящего» изображения, а край поля обзора соответствует краю этого изображения. The field of view of an optical system (angular field) is a cone of rays that have left the optical system and form an image at infinity (an optical term). The center of the field of view corresponds to the center of the hovering image, and the edge of the field of view corresponds to the edge of this image.

Выходной зрачок (или зрачок оптической системы) - это параксиальное изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений, сформированное последующей частью оптической системы в прямом ходе лучей. Данный термин является устоявшимся в оптике. Основным свойством выходного зрачка является то, что в любой его точке существуют все поля изображения. Размножая выходной зрачок, тем самым увеличивают его размеры, не прибегая к увеличению продольных размеров оптической системы. Классическая оптика позволяет увеличить размеры выходного зрачка, но при этом увеличиваются продольные размеры оптической системы, в то время как волноводная оптика за счет многократного отражения пучков лучей внутри волновода позволяет это делать без увеличения габаритов системы.The exit pupil (or the pupil of the optical system) is a paraxial image of the aperture stop in image space, formed by the next part of the optical system in the forward path of the rays. This term is well-established in optics. The main property of the exit pupil is that all fields of the image exist at any point in it. By multiplying the exit pupil, one thereby increases its size without resorting to an increase in the longitudinal dimensions of the optical system. Classical optics makes it possible to increase the size of the exit pupil, but at the same time, the longitudinal dimensions of the optical system increase, while waveguide optics, due to the multiple reflection of beams of rays inside the waveguide, allows this to be done without increasing the dimensions of the system.

На фиг. 1 проиллюстрирована конструкция устройства для отображения объемного «парящего» изображения. Предлагаемое устройство состоит из источника 1 изображений, электронного блока 2 управления, системы 3 с перестраиваемой оптической силой, проекционного модуля 4, волноводной системы 5. Система 3 с перестраиваемой оптической силой состоит из поляризатора 6, элемента с первой оптической силой 3а, элемента со второй оптической силой 3с и перестраиваемого оптического элемента 3b, расположенного между упомянутыми элементами 3а и 3с. Источник 1 изображений соединен с электронным блоком 2 управления. Электронный блок 2 управления соединен с системой 3 с перестраиваемой оптической силой и с проекционным модулем 4. Проекционный модуль 4 оптически согласован с волноводной системой 5. Волноводная система 5 оптически согласована с системой 3 с перестраиваемой оптической силой.In FIG. 1 illustrates the construction of a device for displaying a three-dimensional "floating" image. The proposed device consists of an image source 1, an electronic control unit 2, a system 3 with a tunable optical power, a projection module 4, a waveguide system 5. The system 3 with a tunable optical power consists of a polarizer 6, an element with a first optical power 3a, an element with a second optical power force 3c and a tunable optical element 3b located between said elements 3a and 3c. The image source 1 is connected to the electronic control unit 2. The electronic control unit 2 is connected to the variable power system 3 and to the projection module 4. The projection module 4 is optically matched to the waveguide system 5. The waveguide system 5 is optically matched to the variable power system 3.

Устройство для отображения «парящего» изображения может быть размещено в корпусе электронного устройства (смартфона, компьютера, ноутбука и т.п.), тогда устройство отображения «парящего» изображения может выполнять функцию дисплея электронного устройства, либо одновременно работать с другими видами дисплеев, при этом источником изображений является память электронного устройства. A device for displaying a "floating" image can be placed in the body of an electronic device (smartphone, computer, laptop, etc.), then the device for displaying a "floating" image can serve as a display of an electronic device, or simultaneously work with other types of displays, with this image source is the memory of the electronic device.

Устройство для отображения объемного «парящего» изображения может находиться вне корпуса электронного устройства, тогда память электронного устройства выступает как источник 1 изображений. Подключение к электронному устройству может осуществляться как проводным, так и беспроводным способом. При выполнении устройства для отображения объемного «парящего» изображения вне корпуса электронного устройства все элементы устройства для отображения объемного «парящего» изображения заключаются в отдельный корпус.A device for displaying a three-dimensional "floating" image may be located outside the housing of the electronic device, then the memory of the electronic device acts as a source 1 of images. Connection to an electronic device can be carried out both wired and wirelessly. When a device for displaying a three-dimensional "floating" image is made outside the housing of an electronic device, all elements of the device for displaying a three-dimensional "floating" image are enclosed in a separate housing.

Изначальное объемное изображение сцены или предмета моделируется художником в доступной CAD системе (Computer-aided design). Затем файл-результат из CAD системы загружается/переносится в память источника изображений дисплея «парящего» изображения. В CAD системе производят рендеринг, то есть отрисовку (отображение) объемного 3D изображения сцены или предмета на плоские части этого объемного изображения, которые называются срезами. The initial three-dimensional image of a scene or object is modeled by the artist in an accessible CAD system (Computer-aided design). The result file from the CAD system is then loaded/transferred to the image source memory of the floating image display. In the CAD system, rendering is performed, that is, drawing (displaying) a 3D volumetric image of a scene or object onto flat parts of this volumetric image, which are called slices.

CAD система не входит в устройство отображения «парящего» изображения и является подходящим известным из уровня техники средством, результатом работы которого является файл, который содержит в себе последовательность кадров, звуковые дорожки и иную необходимую для воспроизведения файла информацию, в том числе глубину изображения или среза объемного изображения. Данные о каждом срезе изображения включают в себя оцифрованное изображение среза и данные о глубине этого среза, то есть о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором данный срез должен формироваться (проецироваться). Срезы объемного «парящего» изображения являются плоскими. Cоздание объемного изображения (3D модели) может осуществляться в любой доступной среде разработки. Художнику необходимо знать только максимальную перестройку элемента с перестраиваемой оптической силой. Результат работы вышеупомянутых сред разработки (CAD систем) в виде файла хранится в памяти электронного устройства и обрабатывается электронным блоком управления (ЭБУ).The CAD system is not included in the device for displaying a "floating" image and is a suitable means known from the prior art, the result of which is a file that contains a sequence of frames, audio tracks and other information necessary for playing the file, including the depth of the image or slice volumetric image. The data about each slice of the image includes a digitized image of the slice and data about the depth of this slice, that is, the distance from the floating image display device on which this slice is to be formed (projected). Slices of the volumetric "floating" image are flat. Creation of a three-dimensional image (3D model) can be carried out in any available development environment. The artist only needs to know the maximum restructuring of the element with tunable optical power. The result of the above-mentioned development environments (CAD systems) in the form of a file is stored in the memory of the electronic device and processed by the electronic control unit (ECU).

Файл с данными о 3D модели объемного изображения сцены или предмета, полученный в результате рендеринга 3D модели в CAD системе, загружается в память источника 1 изображений, где хранится, и при воспроизведении этого объемного изображения сцены или предмета поступает в электронный блок 2 управления. Другими словами, обработанное в системе CAD объемное изображение представляет собой набор сигналов, причем каждый сигнал несет информацию об одном из срезов объемного изображения. Такая информация содержит данные о срезе, как плоском изображении части всего объемного изображения, и о глубине, то есть о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано упомянутое плоское изображение (срез). A file with data on a 3D model of a three-dimensional image of a scene or object, obtained as a result of rendering a 3D model in a CAD system, is loaded into the memory of the source 1 of the images, where it is stored, and when this three-dimensional image of the scene or object is reproduced, it enters the electronic control unit 2. In other words, a 3D image processed in the CAD system is a set of signals, each signal carrying information about one of the 3D image slices. Such information contains data about the slice, as a flat image of a part of the entire volumetric image, and about the depth, that is, about the distance from the display device of the "floating" image, on which the said flat image (slice) is to be formed.

CAD-системы, преобразующие объемные изображения в набор сигналов, содержащих данные о каждом срезе, как плоском изображении, и о глубине, известны специалистам в данной области техники (более подробно см., например, в источнике: Stroud, Ian, and Hildegarde Nagy. Solid modelling and CAD systems: how to survive a CAD system. Springer Science & Business Media, 2011).CAD systems that convert volumetric images into a set of signals containing data about each slice as a flat image and about depth are known to those skilled in the art (for more details, see, for example, Stroud, Ian, and Hildegarde Nagy. Solid modeling and CAD systems: how to survive a CAD system, Springer Science & Business Media, 2011).

В электронном блоке 2 управления данные о глубине пересчитываются в значения напряжений, которые необходимо подать на электроды перестраиваемого оптического элемента 3b с перестраиваемой фазовой задержкой, для того, чтобы изображение, прошедшее систему 3 с перестраиваемой оптической силой, сформировалось на необходимом расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения. Значения напряжений, подаваемых на электроды, определяются из зависимости напряжения от фазы, характерной для любого оптически активного материала, т.е. такого, который способен вносить задержку фазы при изменении приложенного напряжения при распространении через него света. При выборе оптически активного материала перестраиваемого оптического элемента 3b необходимо знать зависимость задержки фазы проходящего через материал света от напряжения на электродах электродной структуры. Весь этот процесс можно автоматизировать стандартными алгоритмами, хорошо известными в данной области техники (см., например, документ US 20150277151 A1, дата публикации 01.10.2015). Диапазон возможных глубин срезов, а значит, и полная глубина объемного изображения сцены или предмета, ограничивается диапазоном перестройки перестраиваемого оптического элемента. Эти же ограничения (крайние положения глубин) вводятся и в CAD модель объемного изображения сцены или предмета.In the electronic control unit 2, the depth data is converted into voltage values that must be applied to the electrodes of the tunable optical element 3b with a tunable phase delay, so that the image that has passed through the system 3 with a tunable optical power is formed at the required distance from the display device "floating " Images. The voltage values applied to the electrodes are determined from the phase dependence of the voltage, which is characteristic of any optically active material, i.e. one that is capable of introducing a phase delay when the applied voltage changes as light propagates through it. When choosing an optically active material for the tunable optical element 3b, it is necessary to know the dependence of the phase delay of the light passing through the material on the voltage at the electrodes of the electrode structure. This entire process can be automated by standard algorithms well known in the art (see, for example, document US 20150277151 A1, publication date 10/01/2015). The range of possible cut depths, and hence the total depth of the three-dimensional image of a scene or object, is limited by the tuning range of the tunable optical element. The same restrictions (extreme depth positions) are also introduced into the CAD model of a three-dimensional image of a scene or object.

Если изначальное изображение сцены или предмета является единичным плоским изображением, содержащимся в памяти источника 1 изображений, то сигнал, передаваемый от источника 1 изображений в электронный блок 2 управления, содержит данные о плоском изображении с информацией о глубине, то есть о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано упомянутое плоское изображение. Для единичного изображения может использоваться любое доступное расстояние из диапазона перестройки перестраиваемого оптического элемента 3b. Кроме того, если изображение плоское, то нет необходимости проходить стадию рендеринга для отрисовки срезов, поскольку срезов у плоского изображения нет. Глубину единичного плоского изображения из возможного диапазона перестраиваемого оптического элемента 3b определяет и устанавливает пользователь, который это изображение создает в CAD системе. Информация о глубине вносится при создании в файл единичного плоского изображения.If the original image of a scene or object is a single flat image contained in the memory of the image source 1, then the signal transmitted from the image source 1 to the electronic control unit 2 contains flat image data with depth information, that is, the distance from the display device " "floating" image on which said flat image is to be formed. For a single image, any available distance from the tuning range of the tunable optical element 3b can be used. In addition, if the image is flat, then there is no need to go through the render stage to draw slices, since a flat image does not have slices. The depth of a single flat image from the possible range of the tunable optical element 3b is determined and set by the user who creates this image in the CAD system. Depth information is entered when a single flat image is created in the file.

Необходимо пояснить, что устройство для отображения «парящего» изображения способно воспроизводить как единичное плоское изображение, так и объемное изображение (то есть последовательность его срезов), или последовательность таких изображений для воспроизведения видео. Как только воспроизводимый файл единичного изображения либо последовательности изображений (срезов объемного изображения или видео) заканчивается, устройство завершает работу с этим файлом, и, если есть запрос, открывает следующий файл из памяти источника 1 изображений.It should be explained that the device for displaying a "floating" image is capable of reproducing both a single flat image and a three-dimensional image (that is, a sequence of slices thereof), or a sequence of such images for video playback. As soon as the playback file of a single image or a sequence of images (volumetric image slices or video) ends, the device finishes working with this file, and, if there is a request, opens the next file from the image source 1 memory.

Предлагаемое устройство «парящего» изображения может воспроизводить единичное плоское «парящее» изображение, плоское «парящее» видео, объемное «парящее» изображение, объемное «парящее» видео. Получаемое «парящее» изображение может быть как монохромным, так и цветным.The proposed floating image device can reproduce a single flat floating image, a flat floating video, a three-dimensional floating image, a three-dimensional floating video. The resulting "floating" image can be either monochrome or color.

Устройство отображения «парящего» изображения работает следующим образом.The floating image display device operates as follows.

Для воспроизведения в пространстве плоского «парящего» изображения осуществляются следующие этапы. To reproduce a flat "floating" image in space, the following steps are carried out.

А) Источник 1 изображений генерирует и выдает оцифрованное исходное изображение или выдает изображение, хранящееся, например, в памяти электронного устройства. Исходное изображение может быть как цветным, так и монохромным. Оцифрованное исходное изображение поступает в электронный блок 2 управления. Оцифрованное исходное изображение представляет собой сигнал, содержащий данные исходного изображения и информацию о расстоянии от устройства «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано изображение, соответствующее исходному.A) The image source 1 generates and outputs a digitized original image or outputs an image stored, for example, in the memory of an electronic device. The original image can be either color or monochrome. The digitized original image is fed to the electronic control unit 2. The digitized original image is a signal containing the original image data and information about the distance from the floating image device on which the image corresponding to the original is to be formed.

Б) Электронный блок 2 управления обрабатывает упомянутый сигнал, разделяя на сигнал, содержащий данные исходного изображения, и сигнал, содержащий данные о напряжении, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение, соответствующее исходному.B) The electronic control unit 2 processes said signal, dividing it into a signal containing data of the original image, and a signal containing data on voltage, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the “floating” image corresponding to the original should be formed.

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент 3b напряжение, соответствующее сигналу напряжения. Под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент 3b перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее систему 3 с перестраиваемой оптической силой, формирует «парящее» изображение, соответствующее исходному изображению, на расстоянии от устройства, соответствующем поданному напряжению. B) The electronic control unit 2 supplies the tunable optical element 3b with a voltage corresponding to the voltage signal. Under the action of said voltage, the tunable optical element 3b is retuned in such a way that the light field that has passed through the tunable optical power system 3 forms a "floating" image corresponding to the original image at a distance from the device corresponding to the applied voltage.

Г) Электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4 сигнал, содержащий упомянутые данные изображения.D) The electronic control unit 2 supplies the projection module 4 with a signal containing said image data.

Этапы В) и Г) осуществляют синхронно. Steps C) and D) are carried out simultaneously.

Электронный блок 2 управления представляет собой ЦПУ (центральный процессор). Электронный блок 2 управления обрабатывает полученный сигнал и разделяет его на непосредственно изображение для проекционного модуля 4 и на данные для системы 3 с перестраиваемой оптической силой, представляющие собой сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о глубине. Такая обработка и разделение сигнала известны из уровня техники. Примеры подобной обработки и разделения сигнала известны в теории передачи данных в концепции интернета вещей (Internet of Things, IoT) (см. источник: Shinde G. R. et al. Internet of things integrated augmented reality. - Springer, 2021). Обработанная информация о глубине представляет собой значение напряжения, которое необходимо подать на перестраиваемый оптический элемент 3b системы 3 с перестраиваемой оптической силой, в момент, когда проекционный модуль 4 проецирует соответствующее изображение. При подаче напряжения на перестраиваемый оптический элемент 3b изменяется показатель преломления перестраиваемого оптического элемента, и, как следствие, оптическая сила системы 3 с перестраиваемой оптической силой, таким образом изменяется глубина (расстояние) от устройства отображения «парящего» изображения, на которой будет сформировано «парящее» изображение.The electronic control unit 2 is a CPU (central processing unit). The electronic control unit 2 processes the received signal and separates it into a direct image for the projection module 4 and data for the variable power system 3, which is a voltage signal, the value of which corresponds to the depth information. Such signal processing and separation is known in the art. Examples of such signal processing and separation are known in the theory of data transmission in the concept of the Internet of Things (Internet of Things, IoT) (see source: Shinde G. R. et al. Internet of things augmented reality. - Springer, 2021). The processed depth information is a voltage value to be applied to the tunable optical element 3b of the tunable optical power system 3 at the moment when the projection unit 4 projects the corresponding image. When a voltage is applied to the tunable optical element 3b, the refractive index of the tunable optical element changes, and, as a result, the optical power of the system 3 with tunable optical power, thus changing the depth (distance) from the display device of the “floating” image, on which the “floating” image will be formed. " image.

В то же время электронный блок 2 управления формирует и передает сигнал на проекционный модуль 4. Сигнал представляет собой одно изображение либо последовательность изображений без информации о глубине изображения. At the same time, the electronic control unit 2 generates and transmits a signal to the projection module 4. The signal is a single image or a sequence of images without information about the depth of the image.

Д) Проекционный модуль 4 преобразует сигнал, содержащий упомянутые данные исходного изображения, в световое поле, соответствующее исходному изображению. Световое поле представляет собой набор световых пучков, составляющих исходное изображение, которые распространяются под различными углами, причем в каждом пучке лучи распространяются параллельно друг другу. Такой набор световых пучков, исходящий из проекционного модуля 4, соответствует исходному изображению, которое проецируется в волноводную систему 5.E) The projection module 4 converts the signal containing said original image data into a light field corresponding to the original image. The light field is a set of light beams that make up the original image, which propagate at different angles, and in each beam the rays propagate parallel to each other. Such a set of light beams emanating from the projection module 4 corresponds to the original image, which is projected into the waveguide system 5.

Е) В волноводной системе 5 происходит мультиплицирование упомянутого набора световых пучков, т.е. происходит расширение апертуры выходного зрачка проекционной системы 4. Такие волноводные системы, в которых происходит расширение апертуры выходного зрачка проекционной системы, широко известны в данном уровне техники (см., например, документ US 10203762 B2, дата публикации 12.02.2019). Таким образом, достигается большое поле обзора «парящего» плоского/объемного изображения. После мультиплицирования световые пучки, составляющие световое поле, выводятся из волноводной системы в апертуре, значительно превышающей апертуру выходного зрачка проекционной системы. При этом сохраняется угловой размер исходного изображения, сформированного в бесконечности проекционным модулем. E) In the waveguide system 5, the said set of light beams is multiplied, i.e. the exit pupil aperture of the projection system 4 expands. Such waveguide systems, in which the exit pupil aperture of the projection system expands, are widely known in the prior art (see, for example, document US 10203762 B2, publication date 02/12/2019). In this way, a large field of view of the "floating" flat/volumetric image is achieved. After multiplication, the light beams that make up the light field are output from the waveguide system in an aperture significantly larger than the aperture of the exit pupil of the projection system. At the same time, the angular size of the original image, formed at infinity by the projection module, is preserved.

Ж) Далее мультиплицированное световое поле направляется из волновода в систему 3 с перестраиваемой оптической силой и попадает на поляризатор 6. Поляризатор 6 поляризует мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы 5.G) Next, the multiplied light field is directed from the waveguide to system 3 with a tunable optical power and enters polarizer 6. Polarizer 6 polarizes the multiplied light field that has emerged from waveguide system 5.

Поляризатор 6 расположен и сориентирован таким образом, чтобы набор параллельных пучков, проходя через него, приобретал направление поляризации, согласованное (совпадающее) с направлением поляризации перестраиваемого оптического элемента 3b. Необходимо пояснить, что перестраиваемый оптический элемент 3b выполнен из материала, который работает только для света с определенной поляризацией, т.е. свет с другой поляризацией не может взаимодействовать с перестраиваемым оптическим элементом 3b. Перестраиваемый оптический элемент 3b может быть выполнена из слоя жидких кристаллов (жидкокристаллической ячейки), в этом случае поляризация определяется исходным расположением жидких кристаллов в ячейке. Также в качестве оптически активного материала в перестраиваемых оптических элементах могут использоваться полимерные гели или другие оптически активные материалы, изменяющие свои оптические свойства в результате воздействия напряжения. Конкретные примеры оптически активных материалов, пригодных для применения в соответствии с изобретением, будут очевидны специалистам в данной области техники на основании сведений, приведенных в настоящем описании.Polarizer 6 is positioned and oriented in such a way that a set of parallel beams passing through it acquires a polarization direction consistent (coinciding) with the direction of polarization of the tunable optical element 3b. It should be clarified that the tunable optical element 3b is made of a material that works only for light with a certain polarization, i.e. light with a different polarization cannot interact with the tunable optical element 3b. The tunable optical element 3b may be made of a layer of liquid crystals (liquid crystal cell), in which case the polarization is determined by the initial arrangement of the liquid crystals in the cell. Also, as an optically active material in tunable optical elements, polymer gels or other optically active materials that change their optical properties as a result of voltage can be used. Specific examples of optically active materials suitable for use in accordance with the invention will be apparent to those skilled in the art based on the information provided in the present description.

В случае предлагаемого изобретения поляризация может быть произвольной, главное, чтобы свет, вышедший из волноводной системы 5 и прошедший поляризатор 6, был таким, который материал перестраиваемого оптического элемента 3b способен обработать нужным для данного изобретения образом. То есть поляризатор 6 согласовывает излучение, выходящее из волноводной системы 5, с параметрами перестраиваемого оптического элемента 3b. Такие поляризаторы широко известны из уровня техники. In the case of the proposed invention, the polarization can be arbitrary, the main thing is that the light that leaves the waveguide system 5 and passes through the polarizer 6 is such that the material of the tunable optical element 3b is able to process it in the way necessary for this invention. That is, the polarizer 6 matches the radiation coming out of the waveguide system 5 with the parameters of the tunable optical element 3b. Such polarizers are widely known in the art.

З) После поляризации в необходимой плоскости световое поле попадает на элемент 3a с первой оптической силой. H) After polarization in the required plane, the light field hits the element 3a with the first optical power.

Элемент 3a с первой оптической силой и элемент 3с со второй оптической силой могут представлять собой линзы или системы линз.The first power element 3a and the second power element 3c may be lenses or lens systems.

Элемент 3a с первой оптической силой располагается между поляризатором 6 и перестраиваемым оптическим элементом 3b. Элемент 3с со второй оптической силой при этом располагается между перестраиваемым оптическим элементом 3b и пользователем (наблюдателем). The element 3a with the first optical power is located between the polarizer 6 and the tunable optical element 3b. The element 3c with the second optical power is located between the tunable optical element 3b and the user (observer).

Предпочтительно, чтобы элемент с первой оптической силой представлял собой элемент с положительной оптической силой, тогда излучение, прошедшее элемент с первой оптической силой, будет фокусироваться. В этом случае предпочтительно, чтобы элемент со второй оптической силой представлял собой элемент с отрицательной оптической силой, тогда излучение, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b, будет рассеиваться. Конечным результатом работы системы 3 с перестраиваемой оптической силой будет фокусировка излучения и формирование действительного изображения. Благодаря именно такому расположению при изменении оптической силы системы 3 с перестраиваемой оптической силой (при приложении соответствующего напряжения к перестраиваемому оптическому элементу 3b) достигается максимальная разница между крайними положениями фокальной плоскости системы 3 с перестраиваемой оптической силой, то есть наиболее удаленным от устройства отображения «парящего» изображения и наиболее приближенным к устройству положением фокальной плоскости системы 3 с перестраиваемой оптической силой. Таким образом, достигается наибольший диапазон сканирования по глубине объемного «парящего» изображения. Preferably, the first power element is a positive power element, then the radiation that has passed through the first power element will be focused. In this case, it is preferable that the element with the second optical power is the element with a negative optical power, then the radiation transmitted through the tunable optical element 3b will be scattered. The end result of the system 3 with tunable optical power will be the focusing of the radiation and the formation of a real image. Thanks to just such an arrangement, when changing the optical power of the system 3 with tunable optical power (when applying an appropriate voltage to the tunable optical element 3b), the maximum difference is achieved between the extreme positions of the focal plane of the system 3 with tunable optical power, that is, the most distant from the "floating" display device image and the position of the focal plane of the system 3 with tunable optical power closest to the device. Thus, the greatest depth scanning range of the volumetric "floating" image is achieved.

Для достижения максимальной разницы между крайними положениями фокальной плоскости также необходимо, чтобы оптическая сила Dpos оптического элемента с положительной оптической силой соотносилась с оптической силой DNeg оптического элемента с отрицательной оптической силой следующим образом:To achieve the maximum difference between the extreme positions of the focal plane, it is also necessary that the optical power D pos of the optical element with positive optical power is related to the optical power D Neg of the optical element with negative optical power as follows:

DPos ≈ -1,1 × DNeg.D Pos ≈ -1.1 × D Neg .

Именно при таком соотношении достигается максимальное расстояние между дальним и ближним фокусом всей системы с перестраиваемой оптической силой, таким образом возможно создание глубоких объемных изображений, то есть с большим расстоянием между крайними воспроизводимыми срезами в «парящем» объемном изображении.It is with this ratio that the maximum distance between the far and near focus of the entire system with tunable optical power is achieved, thus it is possible to create deep volumetric images, that is, with a large distance between the extreme reproducible slices in a “floating” volumetric image.

Упомянутые оптические элементы с отрицательной оптической силой и с положительной оптической силой могут быть выполнены из любых подходящих материалов, например, из стекла, пластика, а также могут представлять собой дифракционные решетки и голографические дифракционные решетки, также могут быть мета-линзами, дифракционными линзами, жидкокристаллическими линзами, геометрическими фазовыми линзами и т.п.Mentioned optical elements with negative optical power and with positive optical power can be made of any suitable materials, for example, glass, plastic, and can also be diffraction gratings and holographic diffraction gratings, can also be metal lenses, diffractive lenses, liquid crystal lenses, geometric phase lenses, etc.

Если расположить перед слоем жидких кристаллов отрицательную линзу, а после слоя жидких кристаллов - положительную линзу, то средняя оптическая сила системы уменьшается, а изображение фокусируется на более дальнем расстоянии, тогда пользователь, чтобы увидеть «парящее» изображение, может располагаться достаточно далеко от дисплея. If a negative lens is placed in front of the liquid crystal layer, and a positive lens after the liquid crystal layer, then the average optical power of the system decreases, and the image is focused at a longer distance, then the user can be located far enough from the display to see the "floating" image.

Можно использовать две положительные линзы, но перестройка фокусного расстояния в этом случае будет меньше, по сравнению со случаем, описанным выше, поэтому эффект объемности изображения будет плохо проявляться. It is possible to use two positive lenses, but the restructuring of the focal length in this case will be less than in the case described above, so the effect of the three-dimensional image will not show up well.

В одном из вариантов выполнения в системе с перестраиваемой оптической силой может не быть воздушного зазора между перестраиваемым оптическим элементом 3b и упомянутыми оптическими элементами 3a и 3c. В другом варианте возможно присутствие воздушного зазора между перестраиваемым оптическим элементом 3b и упомянутыми оптическими элементами 3a и 3c, однако при этом глубина перестройки фокусного расстояния всей системы будет меньше, чем без зазора, и, следовательно, будет достигаться меньшая глубина объемного изображения.In one embodiment, in a tunable power system, there may be no air gap between the tunable optical element 3b and said optical elements 3a and 3c. In another embodiment, there may be an air gap between the tunable optical element 3b and the mentioned optical elements 3a and 3c, however, in this case, the focal length tuning depth of the entire system will be less than without a gap, and, consequently, a smaller depth of the volumetric image will be achieved.

Электронный блок 2 управления прикладывает напряжение к перестраиваемому оптическому элементу 3b системы 3 с перестраиваемой оптической силой, в соответствии с сигналом напряжения (этап В). Под действием приложенного напряжения показатель преломления перестраиваемого оптического элемента 3b изменяется, ввиду чего, благодаря свойствам материала перестраиваемого оптического элемента, изменяется оптическая сила системы 3 с перестраиваемой оптической силой, то есть изменяется расстояние до «парящего» плоского изображения, т.е. происходит изменение глубины «парящего» изображения. Таким образом, изображение фокусируется системой 3 с перестраиваемой оптической силой в определенной фокальной плоскости, т.е. на определенном расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, которое соответствует напряжению, поданному на перестраиваемый оптический элемент 3b. В свою очередь, упомянутое напряжение соответствует изображению, подаваемому электронным блоком 2 управления на проекционный модуль 4 и спроецированному проекционным модулем, таким образом формируется плоское изображение или один срез объемного изображения в виде «парящего» изображения в пространстве на упомянутом расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения. То есть, напряжение, подаваемое на перестраиваемый оптический элемент 3b, определяет глубину отдельного проецируемого в данный момент изображения или среза. The electronic control unit 2 applies a voltage to the tunable optical element 3b of the tunable optical power system 3 in accordance with the voltage signal (step B). Under the action of the applied voltage, the refractive index of the tunable optical element 3b changes, due to which, due to the properties of the material of the tunable optical element, the optical power of the system 3 with tunable optical power changes, that is, the distance to the “floating” flat image changes, i.e. there is a change in the depth of the "floating" image. Thus, the image is focused by the tunable optical power system 3 in a certain focal plane, i.e. at a certain distance from the floating image display device, which corresponds to the voltage applied to the tunable optical element 3b. In turn, the said voltage corresponds to the image supplied by the electronic control unit 2 to the projection module 4 and projected by the projection module, thus forming a flat image or one slice of a three-dimensional image in the form of a “floating” image in space at the mentioned distance from the “floating” display device. Images. That is, the voltage applied to the tunable optical element 3b determines the depth of the individual currently projected image or slice.

Описанным выше способом возможно воспроизведение в пространстве как монохромного, так и цветного плоского «парящего» изображения или среза. Однако, цветное «парящее» изображение в силу хроматической аберрации распадется на красную (R), зеленую (G) и синюю (G) компоненты, которые будут сформированы на слегка различной глубине. Предлагаемое изобретение возможно осуществлять без исправления хроматической аберрации, но для улучшения качества цветного «парящего» изображения возможно осуществлять корректировку хроматической аберрации.Using the method described above, it is possible to reproduce in space both a monochrome and a color flat "floating" image or slice. However, a color "floating" image will break up into red (R), green (G) and blue (G) components due to chromatic aberration, which will be formed at slightly different depths. The present invention can be carried out without correcting chromatic aberration, but to improve the quality of the color "floating" image, it is possible to correct chromatic aberration.

Для воспроизведения в пространстве плоского цветного «парящего» изображения со скорректированной хроматической аберрацией осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a flat color "floating" image with corrected chromatic aberration, the following steps are carried out.

А) Источник 1 изображений генерирует оцифрованное исходное цветное изображение или выдает такое изображение, хранящееся, например, в памяти электронного устройства. Причем оцифрованное цветное изображение представляет собой сигнал, содержащий данные красного канала изображения (R), данные зеленого канала изображения(G), данные синего канала изображения(B), и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение, соответствующее исходному цветному изображению;A) The image source 1 generates or outputs a digitized original color image stored, for example, in the memory of an electronic device. Moreover, the digitized color image is a signal containing red image channel data (R), green image channel data (G), blue image channel data (B), and information about the distance at which a "floating" color image should be formed, corresponding to original color image;

Б) Электронный блок 2 управления обрабатывает упомянутый сигнал, разделяя на следующие сигналы:B) The electronic control unit 2 processes the mentioned signal, dividing it into the following signals:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R),signal containing red channel image data (R),

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), a signal containing green channel image data (G),

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B),a signal containing blue channel image data (B),

сигнал напряжения для красного канала изображения(R), величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала (R) оцифрованного исходного цветного изображения,a voltage signal for the red channel of the image (R), the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the “floating” image of the red channel (R) of the digitized original color image should be formed,

сигнал напряжения для зеленого канала изображения(G), величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала (G) оцифрованного исходного цветного изображения,a voltage signal for the green channel of the image (G), the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the “floating” image of the green channel (G) of the digitized original color image should be formed,

сигнал напряжения для синего канала изображения(B), величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала (B) оцифрованного исходного цветного изображения.a voltage signal for the blue channel of the image (B), the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the "floating" image of the blue channel (B) of the digitized original color image should be formed.

Причем And

расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала (R) оцифрованного исходного цветного изображения,the distance from the device at which the "floating" image of the red channel (R) of the digitized original color image should be formed,

расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала (G) оцифрованного исходного цветного изображения,the distance from the device at which the "floating" image of the green channel (G) of the digitized original color image should be formed,

расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала (B) оцифрованного исходного цветного изображения,the distance from the device at which the "floating" image of the blue channel (B) of the digitized source color image should be formed,

равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение, соответствующее исходному цветному изображению.are equal to the distance at which a “floating” color image corresponding to the original color image should be formed.

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для человека:C) The electronic control unit 2 supplies the tunable optical element sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for a person:

напряжение для красного канала изображения(R), соответствующее сигналу напряжения для красного канала изображения(R);a voltage for the red image channel (R) corresponding to a voltage signal for the red image channel (R);

напряжение для зеленого канала изображения(G), соответствующее сигналу напряжения для зеленого канала изображения(G);a voltage for a green image channel (G) corresponding to a voltage signal for a green image channel (G);

напряжение для синего канала изображения(B), соответствующее сигналу напряжения для синего канала изображения(B); a voltage for the blue image channel (B) corresponding to a voltage signal for the blue image channel (B);

Г) Электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4 последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для человека:D) The electronic control unit 2 delivers to the projection module 4 sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for a person:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R),signal containing red channel image data (R),

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), a signal containing green channel image data (G),

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B).a signal containing blue channel image data (B).

Этапы В) и Г) осуществляют синхронно.Steps C) and D) are carried out simultaneously.

Д) Проекционный модуль 4 последовательно со смещением во времени преобразует E) The projection module 4 sequentially with a shift in time converts

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R), в световое поле красного канала изображения(R)a signal containing red image channel data (R) into the red image channel (R) light field

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), в световое поле зеленого канала изображения(G);a signal containing green image channel data (G) into a green image channel (G) light field;

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B), в световое поле синего канала изображения(B).a signal containing blue image channel data (B) into the blue image channel (B) light field.

Световое поле каждого из каналов изображения представляет собой набор световых пучков, которые распространяются под различным углами, причем в каждом пучке лучи распространяются параллельно друг другу. Такой набор световых пучков, исходящий из проекционного модуля, представляет собой исходное цветное R, G, B изображение.The light field of each of the image channels is a set of light beams that propagate at different angles, and in each beam the rays propagate parallel to each other. Such a set of light beams coming from the projection module is the original color R, G, B image.

Е) Проекционный модуль 4 последовательно со смещением во времени проецирует E) The projection module 4 sequentially with a time shift projects

световое поле красного канала изображения(R),light field of the red image channel (R),

световое поле зеленого канала изображения(G),light field of the green image channel (G),

световое поле синего канала изображения(B)light field blue channel image(B)

в волноводную систему 5.into the waveguide system 5.

Ж) Волноводная система 5 мультиплицирует набор световых пучков, составляющих упомянутые световые поля.G) The waveguide system 5 multiplies the set of light beams constituting said light fields.

З) Поляризатор 6 системы 3 с перестраиваемой оптической силой поляризует мультиплицированные R, G, B световые поля, вышедшие из волноводной системы.H) Polarizer 6 of system 3 with tunable optical power polarizes the R, G, B multiplexed light fields emerging from the waveguide system.

И) Система 3 с перестраиваемой оптической силой формирует «парящее» изображение в пространстве на расстоянии, соответствующем напряжению, приложенному к перестраиваемому оптическому элементу 3b.I) The system 3 with tunable optical power forms a "floating" image in space at a distance corresponding to the voltage applied to the tunable optical element 3b.

При этом величина напряжения для каждой из R, G, B компонент изображения соответствует одному и тому же расстоянию, на котором должно быть сформировано цветное «парящее» изображение;In this case, the voltage value for each of the R, G, B image components corresponds to the same distance at which a color "floating" image should be formed;

К) Далее повторяются этапы (Б) - (И), при этом R, G, B компоненты исходного цветного изображения и соответствующие им значения глубин остаются постоянны при повторении. K) Next, steps (B) - (I) are repeated, while the R, G, B components of the original color image and their corresponding depth values remain constant during repetition.

Для воспроизведения в пространстве объемного «парящего» изображения, как монохромного, так и цветного, осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a three-dimensional "floating" image, both monochrome and color, the following steps are carried out.

А) Исходное объемное изображение (монохромное или цветное) сцены или предмета моделируют в CAD системе. Производят рендеринг (отрисовку) исходного объемного изображения сцены или предмета на оцифрованные плоские срезы изображения. Причем данные о каждом срезе включают в себя оцифрованное изображение среза и данные о глубине этого среза, то есть о расстоянии, на котором данный срез должен формироваться от дисплея. Результатом работы CAD системы является файл оцифрованного исходного объемного изображения, состоящий из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения. Каждый оцифрованный плоский срез изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения. Передают файл оцифрованного исходного объемного изображения в память источника 1 изображений.A) The original three-dimensional image (monochrome or color) of a scene or object is modeled in a CAD system. Produce rendering (rendering) of the original three-dimensional image of the scene or object on digitized flat slices of the image. Moreover, the data on each slice includes a digitized image of the slice and data on the depth of this slice, that is, the distance at which this slice should be formed from the display. The result of the CAD system is a file of a digitized initial volumetric image, consisting of a sequence of digitized flat image slices. Each digitized planar image slice is a signal containing image data of the planar image slice and distance information at which the planar image slice should be formed to float. The file of the digitized original volumetric image is transferred to the image source 1 memory.

Б) Упомянутый файл, состоящий из последовательности оцифрованных плоских срезов объемного изображения, передается из источника 1 изображений в электронный блок 2 управления.B) Said file, consisting of a sequence of digitized flat slices of a volumetric image, is transmitted from the image source 1 to the electronic control unit 2.

Электронный блок 2 управления обрабатывает каждый сигнал из упомянутой последовательности, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения, и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного изображения.The electronic control unit 2 processes each signal from the above sequence, dividing into a signal containing image data of a flat slice of the image, and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the "floating" image of the flat slice of the volumetric image is to be formed.

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент 3b, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для человека:C) The electronic control unit 2 applies to the tunable optical element 3b, sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for a person:

напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности. voltages corresponding to the voltage signals for the "floating" image of the flat slice of the volume image for each image of the flat slice of the volume image from the sequence.

Г) Электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для человека:D) The electronic control unit 2 delivers to the projection module 4, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for a person:

сигналы, содержащие данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности.signals containing image data of a planar slice image for each planar slice image of a volumetric image in the sequence.

Этапы В) и Г) осуществляются синхронно.Stages C) and D) are carried out synchronously.

Д) Проекционный модуль 4 преобразует последовательно со смещением во времени данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности в световое поле. Световое поле представляет собой набор световых пучков, которые распространяются под различным углами, причем в каждом пучке лучи распространяются параллельно друг другу. Такой набор световых пучков, исходящий из проекционного модуля 4, представляет собой изображение плоского среза объемного изображения. Затем проекционный модуль 4 проецирует последовательно и со смещением во времени каждое световое поле в волноводную систему 5;E) The projection unit 4 sequentially converts the time-shifted flat slice image data for each flat slice image of the volumetric image from the sequence to the light field. The light field is a set of light beams that propagate at different angles, and in each beam the rays propagate parallel to each other. Such a set of light beams emanating from the projection module 4 is an image of a flat slice of a three-dimensional image. The projection module 4 then projects each light field sequentially and time-shifted into the waveguide system 5;

Е) В волноводной системе 5 осуществляется мультиплицирование набора световых пучков, составляющих каждое световое поле изображения плоского среза изображения из последовательности.E) The waveguide system 5 multiplies a set of light beams that make up each light field of the image of a flat slice of the image from the sequence.

Ж) Посредством поляризатора 6 системы 3 с перестраиваемой оптической силой поляризуют световое поле каждого изображения из последовательности, вышедшее из волноводной системы 5.G) By means of the polarizer 6 of the system 3 with a tunable optical power, the light field of each image from the sequence, which has emerged from the waveguide system 5, is polarized.

З) Поляризованное световое поле проходит элемент с первой оптической силой и попадает на перестраиваемый оптический элемент 3b, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент 3b перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения плоского среза изображения, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.H) The polarized light field passes the element with the first optical power and hits the tunable optical element 3b, and under the action of the said voltage, the tunable optical element 3b is tunable in such a way that the light field that has passed the tunable optical element 3b and the element with the second optical power is formed into in the form of a real "floating" image of a flat slice of the image, in space at a distance corresponding to the applied voltage.

Последовательность «парящих» изображений плоских срезов объемного изображения в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» изображение (монохромное или цветное).A sequence of "floating" images of flat slices of a three-dimensional image in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a three-dimensional "floating" image (monochrome or color) for the observer.

Для воспроизведения в пространстве плоского «парящего» видеоизображения, как монохромного, так и цветного, осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a flat "floating" video image, both monochrome and color, the following steps are carried out.

A) Посредством источника 1 изображений генерируется или подается готовая последовательность оцифрованных исходных изображений, составляющая видео. Последовательность поступает в электронный блок 2 управления, причем каждое оцифрованное исходное изображение из последовательности представляет собой сигнал, содержащий данные исходного изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» видео.A) The image source 1 generates or supplies a complete sequence of digitized source images constituting the video. The sequence enters the electronic control unit 2, each digitized original image from the sequence is a signal containing the data of the original image and information about the distance at which the "flying" video should be formed.

Для каждого оцифрованного исходного изображения из последовательности:For each digitized source image from the sequence:

Б) Посредством электронного блока 2 управления обрабатывают упомянутый сигнал, разделяя на сигнал, содержащий упомянутые данные исходного изображения, и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение; B) By means of the electronic control unit 2, said signal is processed, dividing into a signal containing said original image data, and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which the “floating” image is to be formed;

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент напряжение, соответствующее сигналу напряжения;C) The electronic control unit 2 supplies the tunable optical element with a voltage corresponding to the voltage signal;

Г) Также электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4 сигнал, содержащий упомянутые данные изображения.D) Also, the electronic control unit 2 supplies the projection module 4 with a signal containing said image data.

Этапы В) и Г) осуществляют синхронно.Steps C) and D) are carried out simultaneously.

Д) В проекционном модуле 4 данные изображения преобразуются в световое поле, соответствующее исходному изображению. Проекционный модуль 4 проецирует световое поле в волноводную систему 5. E) In the projection module 4, the image data is converted into a light field corresponding to the original image. The projection module 4 projects the light field into the waveguide system 5.

Е) В волноводной системе 5 набор световых пучков, составляющих упомянутое световое поле, мультиплицируется.E) In the waveguide system 5, the set of light beams constituting said light field is multiplied.

Ж) Мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы 5, попадает на поляризатор 6 системы 3 с перестраиваемой оптической силой, который поляризует прошедшее через него световое поле.G) The multiplied light field leaving the waveguide system 5 hits the polarizer 6 of the system 3 with a tunable optical power, which polarizes the light field that has passed through it.

З) Поляризованное световое поле попадает на элемент 3a с первой оптической силой, далее попадает на перестраиваемый оптический элемент 3b. Под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент 3b перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент 3c со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения, соответствующего исходному изображению, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.H) The polarized light field hits the element 3a with the first optical power, then hits the tunable optical element 3b. Under the action of the mentioned voltage, the tunable optical element 3b is rebuilt in such a way that the light field that has passed the tunable optical element 3b and the element 3c with the second optical power is formed in the form of a real “floating” image corresponding to the original image in space at a distance corresponding to the applied voltage .

Обработанные оцифрованные исходные изображения из последовательности, составляющей видеоизображение, подаются из электронного блока управления с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формируя для наблюдателя «парящее» видео. The processed digitized original images from the sequence constituting the video image are fed from the electronic control unit at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forming a "floating" video for the observer.

Для воспроизведения в пространстве объемного «парящего» видеоизображения, как монохромного, так и цветного, осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a three-dimensional "floating" video image, both monochrome and color, the following steps are carried out.

A) В CAD системе производят рендеринг каждого оцифрованного исходного объемного изображения (монохромного или цветного) из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей объемное видеоизображение, на последовательность оцифрованных плоских срезов каждого объемного изображения из последовательности. Каждый оцифрованный плоский срез изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения.A) The CAD system renders each digitized original volumetric image (monochrome or color) from a sequence of digitized source volumetric images constituting a video volumetric image onto a sequence of digitized flat slices of each volumetric image from the sequence. Each digitized planar image slice is a signal containing image data of the planar image slice and distance information at which the planar image slice should be formed to float.

Полученную последовательность оцифрованных плоских срезов изображения можно сохранить в источнике 1 изображений.The resulting sequence of digitized flat image slices can be stored in the image source 1.

По мере необходимости последовательность оцифрованных плоских срезов изображения передается из источника 1 изображений в электронный блок 2 управления. As necessary, a sequence of digitized flat image slices is transmitted from the image source 1 to the electronic control unit 2.

Далее, для каждого оцифрованного исходного объемного изображения:Further, for each digitized original volumetric image:

Б) Электронный блок 2 управления обрабатывает каждый сигнал из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения.B) The electronic control unit 2 processes each signal from the sequence of digitized flat slice images, dividing into a signal containing image data of the flat slice image and a voltage signal, the value of which corresponds to the distance information at which the "floating" image of the flat image slice should be formed.

В) Далее электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент 3b системы 3 с перестраиваемой оптической силой последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:C) Next, the electronic control unit 2 applies to the tunable optical element 3b of the system 3 with tunable optical power sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображение плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения.voltages corresponding to the voltage signals for the "floating" image flat slice image for each flat slice image of the sequence of digitized flat image slices.

Г) Электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) The electronic control unit 2 delivers to the projection module 4, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

сигналы, содержащие данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения.signals containing image data of a planar image slice for each planar image slice image of the sequence of digitized planar image slices.

Этапы В) и Г) осуществляются синхронно.Stages C) and D) are carried out synchronously.

Далее, последовательно со смещением во времени:Further, sequentially with a shift in time:

Д) Проекционный модуль 4 преобразует данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения в световое поле. E) The projection unit 4 converts the image data of the planar image slice for each image of the planar image slice from the sequence of digitized planar image slices into a light field.

Затем проекционный модуль 4 проецирует каждое упомянутое световое поле в волноводную систему 5. The projection module 4 then projects each said light field into the waveguide system 5.

Е) В волноводной системе 5 набор световых пучков, составляющих каждое упомянутое световое поле, мультиплицируется.E) In the waveguide system 5, the set of light beams constituting each said light field is multiplied.

Ж) Посредством поляризатора 6 системы 3 с перестраиваемой оптической силой каждое мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы, поляризуется.G) By means of the polarizer 6 of the system 3 with a tunable optical power, each multiplied light field emerging from the waveguide system is polarized.

З) Поляризованное световое поле попадает на элемент 3a с первой оптической силой, затем попадает на перестраиваемый оптический элемент 3b. Под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент 3b перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент 3с со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения плоского среза изображения, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.H) The polarized light field hits the element 3a with the first optical power, then hits the tunable optical element 3b. Under the action of the mentioned voltage, the tunable optical element 3b is rebuilt in such a way that the light field that has passed the tunable optical element 3b and the element 3c with the second optical power is formed in the form of a real "floating" image of a flat image slice, in space at a distance corresponding to the applied voltage.

Получаемая последовательность «парящих» изображений плоских срезов изображений из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей видео, в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя «парящее» объемное видео.The resulting sequence of "floating" images of flat slices of images from the sequence of digitized initial volumetric images that make up the video in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a "floating" volumetric video for the observer.

Для воспроизведения в пространстве цветного объемного «парящего» изображения осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a color volumetric "floating" image, the following steps are carried out.

А) Исходное цветное объемное изображение сцены или предмета моделируют в CAD системе. Производят рендеринг исходного цветного объемного изображения сцены или предмета на последовательность оцифрованных плоских срезов цветного изображения, причем каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента. A) The original color volumetric image of a scene or object is modeled in a CAD system. The initial color volumetric image of the scene or object is rendered onto a sequence of digitized flat slices of the color image, each digitized flat slice of the color image consists of a red (R) component, a green (G) component and a blue (B) component.

Причем каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения представляет собой сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R), данные зеленого канала изображения(G), данные синего канала изображения(B) и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза цветного изображения.Moreover, each digitized flat slice of a color image is a signal containing red image channel data (R), green image channel data (G), blue image channel data (B) and information about the distance at which a “floating” image of a flat cut color image.

Передают последовательность оцифрованных плоских срезов цветного изображения в виде последовательности сигналов в источник 1 изображений.A sequence of digitized flat slices of a color image is transmitted as a sequence of signals to the image source 1.

Из источника 1 изображений упомянутую последовательность сигналов передается в электронный блок 2 управления.From the image source 1, said sequence of signals is transmitted to the electronic control unit 2.

Б) Электронный блок 2 управления обрабатывает каждый сигнал из последовательности посредством электронного блока управления, разделяя на следующие сигналы:B) The electronic control unit 2 processes each signal from the sequence through the electronic control unit, dividing into the following signals:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,a signal containing red image channel data (R) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения,a signal containing blue channel image data (B) of a flat slice of a color image,

сигнал напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which a "floating" image of the red image channel (R) of a flat slice of a color image is to be formed,

сигнал напряжения для зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which a “floating” image of the green image channel (G) of a flat slice of a color image is to be formed,

сигнал напряжения для синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.a voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the device on which the "floating" image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed.

При этом расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, расстояние от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения, равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза цветного изображения, соответствующее исходному цветному изображению.At the same time, the distance from the device at which the “floating” image of the red image channel (R) of a flat section of a color image should be formed, the distance from the device at which a “floating” image of the green image channel (G) of a flat section of a color image should be formed, the distance from the device at which the "floating" image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image should be formed is equal to the distance at which the "floating" color image of the flat slice of the color image corresponding to the original color image should be formed.

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент 3b для каждого плоского среза цветного изображения последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:C) The electronic control unit 2 supplies the tunable optical element 3b for each flat slice of the color image sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

напряжение для красного канала изображения(R), соответствующее сигналу напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения;a voltage for a red image channel (R) corresponding to a voltage signal for a red image channel (R) of a flat slice of a color image;

напряжение для зеленого канала изображения(G), соответствующее сигналу напряжения для зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения;a voltage for a green image channel (G) corresponding to a voltage signal for a green image channel (G) of a flat slice of a color image;

напряжение для синего канала изображения(B), соответствующее сигналу напряжения для синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.voltage for the blue image channel (B) corresponding to the voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image.

Г) Электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4 для каждого плоского среза цветного изображения, последовательно со смещением во времени с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) The electronic control unit 2 delivers to the projection module 4 for each flat slice of a color image, sequentially with a time shift with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R),signal containing red channel image data (R),

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), a signal containing green channel image data (G),

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B). a signal containing blue channel image data (B).

Этапы В) и Г) осуществляют синхронно;Steps C) and D) are carried out simultaneously;

Д) Проекционный модуль 4 для каждого плоского среза цветного изображения преобразует последовательно со смещением во времени: E) The projection module 4 for each flat slice of the color image converts sequentially with a shift in time:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R), в световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения;a signal containing red image channel (R) data into a red image channel (R) light field of a flat slice of a color image;

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), в световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения;a signal containing green image channel data (G) into a green image channel (G) light field of a flat slice of a color image;

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B), в световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения. a signal containing blue image channel data (B) into a blue image channel (B) light field of a flat slice of a color image.

Е) Проекционный модуль для каждого плоского среза цветного изображения проецирует последовательно со смещением во времени:E) The projection module for each flat slice of the color image projects sequentially with a shift in time:

световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,light field of the green channel of the image (G) of a flat section of the color image,

световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображенияlight field of the blue image channel (B) of a flat section of a color image

в волноводную систему 5. into the waveguide system 5.

Ж) Волноводная система 5 для каждого плоского среза цветного изображения мультиплицирует:G) Waveguide system 5 for each flat slice of a color image multiplies:

световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,light field of the green channel of the image (G) of a flat section of the color image,

световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.light field of the blue image channel (B) of a flat slice of a color image.

З) Поляризатор 6 для каждого плоского среза цветного изображения поляризует:H) Polarizer 6 for each flat slice of a color image polarizes:

мультиплицированное световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,multiplied light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

мультиплицированное световое поле зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,multiplied light field of the green image channel (G) of a flat slice of the color image,

мультиплицированное световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.the multiplexed light field of the blue image channel (B) of a flat slice of a color image.

И) Каждое упомянутое поляризованное световое поле последовательно со смещением во времени попадает на элемент 3a с первой оптической силой, из которого попадает на перестраиваемый оптический элемент 3b. I) Each said polarized light field sequentially with a shift in time hits the element 3a with the first optical power, from which it hits the tunable optical element 3b.

Под действиемUnder the influence

напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, voltage for the red channel of the image (R) of a flat section of a color image,

перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что the tunable optical element is tunable in such a way that

световое поле красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент 3с со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения красного (R) компонента плоского среза цветного изображения, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;the light field of the red image channel (R) of the flat slice of the color image, which has passed the tunable optical element 3b and the element 3c with the second optical power, is formed in the form of a real "floating" image of the red (R) component of the flat slice of the color image, in space at a distance corresponding to applied voltage;

световое поле зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения зеленого (G) компонента плоского среза цветного изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;the light field of the green channel of the image (G) of the flat slice of the color image, which has passed the tunable optical element and the element with the second optical power, is formed in the form of a real "floating" image of the green (G) component of the flat slice of the color image in space at a distance corresponding to the applied voltage;

прошедшее световое поле синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения синего (B) компонента плоского среза цветного изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.the transmitted light field of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, which has passed through the tunable optical element and the element with the second optical power, is formed in the form of a real “floating” image of the blue (B) component of the flat slice of the color image in space at a distance corresponding to the applied voltage .

Причем «парящее» изображение красного (R) компонента плоского среза цветного изображения, «парящее» изображение зеленого (G) компонента плоского среза цветного изображения, «парящее» изображение синего (B) компонента плоского среза цветного изображения формируются последовательно со смещением во времени на одинаковом расстоянии.Moreover, the "floating" image of the red (R) component of the flat section of the color image, the "floating" image of the green (G) component of the flat section of the color image, the "floating" image of the blue (B) component of the flat section of the color image are formed sequentially with a time shift on the same distance.

К) Для каждого плоского среза цветного изображения повторяют этапы (Б)-(И). Последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов цветного изображения в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя цветное объемное «парящее» изображение.K) Repeat steps (B)-(I) for each planar slice of the color image. A sequence of "floating" images R, G, B of the components of flat sections of a color image in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a color volumetric "floating" image for the observer.

Для воспроизведения в пространстве цветного «парящего» объемного видеоизображения осуществляются следующие этапы.To reproduce in space a color "floating" volumetric video image, the following steps are carried out.

А) В CAD системе производят рендеринг каждого оцифрованного исходного цветного объемного изображения из последовательности оцифрованных исходных цветных объемных изображений, составляющей видеоизображение, на последовательность оцифрованных плоских срезов цветного изображения. Каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента.A) The CAD system renders each digitized source color volume image from a sequence of digitized source color volume images constituting a video image onto a sequence of digitized flat color image slices. Each digitized flat slice of a color image consists of a red (R) component, a green (G) component, and a blue (B) component.

Каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения представляет собой сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R), данные зеленого канала изображения(G), данные синего канала изображения(B) и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза цветного изображения.Each digitized flat slice of a color image is a signal containing red image channel data (R), green image channel data (G), blue image channel data (B), and information about the distance at which the flat slice “floating” image should be formed. color image.

Сохраняют последовательность оцифрованных плоских срезов из CAD системы в виде последовательности упомянутых сигналов в источник 1 изображений. По мере необходимости из источника 1 изображений последовательность оцифрованных плоских срезов подается в электронный блок 2 управления.Save the sequence of digitized flat slices from the CAD system as a sequence of the mentioned signals in the image source 1. As needed, from the source 1 of images, a sequence of digitized flat slices is fed into the electronic control unit 2.

Для каждого оцифрованного исходного цветного объемного изображения:For each digitized original color volumetric image:

Б) В электронном блоке 2 управления каждый сигнал из последовательности оцифрованных плоских срезов разделяется на следующие сигналы:B) In the electronic control unit 2, each signal from the sequence of digitized flat slices is divided into the following signals:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,a signal containing red image channel data (R) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a color image,

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения,a signal containing blue channel image data (B) of a flat slice of a color image,

сигнал напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which a "floating" image of the red image channel (R) of a flat slice of a color image is to be formed,

сигнал напряжения для зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the device on which a “floating” image of the green image channel (G) of a flat slice of a color image is to be formed,

сигнал напряжения для синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.a voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the device on which the "floating" image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed.

Расстояние, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, расстояние, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, расстояние, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения, равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза цветного изображения, соответствующее исходному цветному изображению.The distance at which the red image channel (R) of the flat slice of the color image should be formed to float, the distance at which the green channel of the image (G) of the flat slice of the color image should be formed, the distance at which formed a "floating" image of the blue image channel (B) of a flat slice of a color image, are equal to the distance at which a "floating" color image of a flat slice of a color image corresponding to the original color image should be formed.

В) Электронный блок 2 управления подает на перестраиваемый оптический элемент 3b, для каждого плоского среза цветного изображения, последовательно со смещением во времени и с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:C) The electronic control unit 2 delivers to the tunable optical element 3b, for each flat slice of the color image, sequentially with a time shift and with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

напряжение для красного канала изображения(R), соответствующее сигналу напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения;a voltage for a red image channel (R) corresponding to a voltage signal for a red image channel (R) of a flat slice of a color image;

напряжение для зеленого канала изображения(G), соответствующее сигналу напряжения для зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения;a voltage for a green image channel (G) corresponding to a voltage signal for a green image channel (G) of a flat slice of a color image;

напряжение для синего канала изображения(B), соответствующее сигналу напряжения для синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.voltage for the blue image channel (B) corresponding to the voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image.

Г) Также электронный блок 2 управления подает на проекционный модуль 4 для каждого плоского среза цветного изображения последовательно со смещением во времени с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) Also, the electronic control unit 2 delivers to the projection module 4 for each flat slice of a color image sequentially with a shift in time with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer:

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R),signal containing red channel image data (R),

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), a signal containing green channel image data (G),

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B). a signal containing blue channel image data (B).

Этапы В) и Г) осуществляются синхронно.Stages C) and D) are carried out synchronously.

Д) Проекционный модуль 4 для каждого плоского среза цветного изображения преобразуют последовательно со смещением во времени E) The projection module 4 for each flat slice of the color image is converted sequentially with a shift in time

сигнал, содержащий данные красного канала изображения(R), в световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения;a signal containing red image channel (R) data into a red image channel (R) light field of a flat slice of a color image;

сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения(G), в световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения;a signal containing green image channel data (G) into a green image channel (G) light field of a flat slice of a color image;

сигнал, содержащий данные синего канала изображения(B), в световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.a signal containing blue image channel data (B) into a blue image channel (B) light field of a flat slice of a color image.

Е) Далее проекционный модуль 4 проецирует для каждого плоского среза цветного изображения последовательно со смещением во времениE) Next, the projection module 4 projects for each flat slice of the color image sequentially with a time shift

световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,light field of the green channel of the image (G) of a flat section of the color image,

световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображенияlight field of the blue image channel (B) of a flat section of a color image

в волноводную систему 5.into the waveguide system 5.

Ж) В волноводной системе 5 мультиплицируется G) In the waveguide system 5 is multiplied

световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

световое поле зеленого канала изображения(G) плоского среза цветного изображения,light field of the green channel of the image (G) of a flat section of the color image,

световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.light field of the blue image channel (B) of a flat slice of a color image.

З) С помощью поляризатора 6 системы 3 с перестраиваемой оптической силой поляризуются: H) With the help of a polarizer 6, systems 3 with a tunable optical power are polarized:

мультиплицированное световое поле красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения,multiplied light field of the red image channel (R) of a flat section of a color image,

мультиплицированное световое поле зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,multiplied light field of the green image channel (G) of a flat slice of the color image,

мультиплицированное световое поле синего канала изображения(B) плоского среза цветного изображения.the multiplexed light field of the blue image channel (B) of a flat slice of a color image.

И) Каждое упомянутое поляризованное световое поле последовательно со смещением во времени попадает на элемент 3a с первой оптической силой, из которого попадает на перестраиваемый оптический элемент 3b. Под действиемI) Each said polarized light field sequentially with a shift in time hits the element 3a with the first optical power, from which it hits the tunable optical element 3b. Under the influence

напряжения для красного канала изображения(R) плоского среза цветного изображения, voltage for the red channel of the image (R) of a flat section of a color image,

перестраиваемый оптический элемент 3b перестраивается таким образом, что the tunable optical element 3b is tunable in such a way that

световое поле красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент 3с со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения красного (R) компонента плоского среза цветного изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;the light field of the red image channel (R) of the flat slice of the color image, which has passed the tunable optical element 3b and the element 3c with the second optical power, is formed in the form of a real "floating" image of the red (R) component of the flat slice of the color image in space at a distance corresponding to the given tension;

световое поле зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент со второй оптической силой 3с, формируется в виде действительного «парящего» изображения зеленого (G) компонента плоского среза цветного изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;the light field of the green channel of the image (G) of the flat section of the color image, which has passed the tunable optical element 3b and the element with the second optical power of 3c, is formed in the form of a real “floating” image of the green (G) component of the flat section of the color image in space at a distance corresponding to the given tension;

прошедшее световое поле синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения, прошедшее перестраиваемый оптический элемент 3b и элемент 3с со второй оптической силой, формируется в виде действительного «парящего» изображения синего (B) компонента плоского среза цветного изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.the transmitted light field of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, which has passed the tunable optical element 3b and the element 3c with the second optical power, is formed as a real "floating" image of the blue (B) component of the flat slice of the color image in space at a distance corresponding to applied voltage.

При этом «парящее» изображение красного (R) компонента плоского среза цветного изображения, «парящее» изображение зеленого (G) компонента плоского среза цветного изображения, «парящее» изображение синего (B) компонента плоского среза цветного изображения формируются последовательно со смещением во времени на одинаковом расстоянии.At the same time, the “floating” image of the red (R) component of the flat section of the color image, the “floating” image of the green (G) component of the flat section of the color image, the “floating” image of the blue (B) component of the flat section of the color image are formed sequentially with a time shift of the same distance.

К) Для каждого плоского среза цветного изображения из последовательности оцифрованных исходных цветных объемных изображений, составляющей объемное видео, повторяются этапы (В)-(K), причем последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов цветных изображений из последовательности оцифрованных исходных цветных объемных изображений, составляющей объемное видео в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя цветное «парящее» объемное видео. J) For each flat color image slice from the sequence of digitized source color volume images constituting the volume video, steps (B)-(K) are repeated, with the sequence of floating images R, G, B components of flat color image slices from the sequence of digitized source color volumetric images that make up volumetric video in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a color “floating” volumetric video for the observer.

Если глубина всех срезов одинакова, эффект объемности теряется. Если использовать одно изображение на одной глубине, то пользователь увидит «парящее» плоское изображение. Если использовать последовательность изображений, сформированных на одной и той же глубине, то пользователь увидит плоское «парящее» видео. Если использовать последовательность изображений, составляющих одну и ту же сцену на разной глубине, причем каждой глубине соответствует свое изображение, то пользователь увидит «парящее» объемное изображение. Если использовать последовательность изображений разных сцен на разной глубине, причем такая последовательность должна содержать для каждой сцены последовательность изображений этой сцены на разной глубине, то пользователь увидит «парящее» объемное видео.If the depth of all slices is the same, the three-dimensional effect is lost. If one image is used at one depth, then the user will see a "floating" flat image. If you use a sequence of images formed at the same depth, then the user will see a flat "floating" video. If you use a sequence of images that make up the same scene at different depths, and each depth has its own image, then the user will see a "floating" three-dimensional image. If you use a sequence of images of different scenes at different depths, and such a sequence should contain for each scene a sequence of images of this scene at different depths, then the user will see a "floating" three-dimensional video.

«Парящее» объемное изображение формируется при быстрой смене фокусного расстояния, то есть при смене оптической силы системы 3 с перестраиваемой оптической силой, синхронно со сменой соответствующих изображений, проецируемых из проекционного модуля 4. Другими словами, если переключать изображения от источника изображений одновременно с подачей соответствующих напряжений на перестраиваемый оптический элемент, которые отодвигают изображения на соответствующие расстояния от пользователя, то возможно сформировать у пользователя (наблюдателя) ощущение объемного изображения. A “floating” three-dimensional image is formed by rapidly changing the focal length, that is, by changing the optical power of the system 3 with a tunable optical power, synchronously with the change of the corresponding images projected from the projection module 4. In other words, if you switch images from the image source simultaneously with the supply of the corresponding voltages on the tunable optical element, which move the images to the appropriate distances from the user, it is possible to form a sense of a three-dimensional image for the user (observer).

Необходимо заметить, что при использовании в качестве перестраиваемого оптического элемента жидкокристаллической ячейки при плавном изменении напряжения на жидкокристаллической ячейке, например, по синусоиде, происходит такой же плавный поворот жидких кристаллов в ячейке. При резком изменении напряжения, например, с минимального до максимального, а затем обратно на минимальное, система будет иметь некоторую задержку, поскольку кристаллам нужно время для поворота. То есть, электронный блок управления имеет информацию о напряжении из сигнала от источника 1 изображений. Сигнал от источника 1 изображений поступает в электронный блок управления таким образом, чтобы напряжение на ЖК ячейке менялось плавно, а не скачкообразно.It should be noted that when a liquid crystal cell is used as a tunable optical element, with a smooth change in the voltage on the liquid crystal cell, for example, along a sinusoid, the same smooth rotation of the liquid crystals in the cell occurs. When the voltage changes abruptly, for example from minimum to maximum and then back to minimum, the system will have some delay as the crystals take time to turn. That is, the electronic control unit has voltage information from the signal from the image source 1. The signal from the image source 1 enters the electronic control unit in such a way that the voltage on the LCD cell changes smoothly, and not abruptly.

Необходимо отметить, что если в устройстве не использовать систему 3 с перестраиваемой оптической силой, то цветное изображение будет распадаться на три плоскости, то есть каждый из цветов RGB (красный, зеленый, синий) будет фокусироваться в своей отдельной плоскости вследствие хроматической аберрации. It should be noted that if the system 3 with tunable optical power is not used in the device, then the color image will fall into three planes, that is, each of the RGB colors (red, green, blue) will be focused in its own separate plane due to chromatic aberration.

То есть изображение, пройдя волноводную систему, распадается на три изображения R, G, B, которые расположены в разных плоскостях. Далее, для восстановления единого изображения, эти R, G, B изображения должны подаваться со смещением во времени, в течение которого происходит перестройка системы с перестраиваемой оптической силой. То есть, электронный блок управления, в случае цветного изображения, получая сигнал от источника изображения, делит сигнал на данные об изображении, которые подаются на проекционный модуль, и на сигнал, содержащий информацию о величине напряжения, которое необходимо приложить к перестраиваемому оптическому элементу. Дополнительно сигнал для перестраиваемого оптического элемента и сигнал для проекционного модуля, каждый, делится еще на 3 сигнала, поскольку в изображении имеется 3 цвета, а именно R, G, B, т.е. эти три сигнала для перестраиваемого оптического элемента представляют собой немного различающиеся напряжения, а для проекционного модуля соответствующие напряжениям изображения R, G, B. При этом фокусное расстояние системы с переменной оптической силой устанавливается под каждое изображение каждого из цветов RGB таким образом, что изображения совмещаются. При одной и той же оптической силе системы с перестраиваемой оптической силой компоненты (RGB, то есть три изображения R, G, B) цветного изображения формируются на различных расстояниях от дисплея (на различной глубине), т.е. они разнесены в пространстве. Частота работы электронного блока управления должна быть увеличена в 3 раза, то есть за одну и ту же единицу времени, что и раньше, электронный блок управления посылает на проекционную систему R, G и B компоненты одного и того же изображения по отдельности со смещением по времени, а на перестраиваемый оптический элемент с тем же смещением по времени подает 3 напряжения, которые соответствуют одинаковым расстояниям от дисплея, на котором формируются «парящие» R, G и B компоненты изображения. Таким образом, совмещаются в одной плоскости ранее пространственно разнесенные R, G, B компоненты одного изображения.That is, the image, having passed the waveguide system, breaks up into three images R, G, B, which are located in different planes. Further, in order to restore a single image, these R, G, B images must be supplied with a shift in time, during which the system is rebuilt with a tunable optical power. That is, the electronic control unit, in the case of a color image, receiving a signal from an image source, divides the signal into image data that is supplied to the projection module, and into a signal containing information about the amount of voltage that needs to be applied to the tunable optical element. Additionally, the signal for the tunable optical element and the signal for the projection module are each further divided into 3 signals, since there are 3 colors in the image, namely R, G, B, i.e. these three signals for the tunable optical element are slightly different voltages, and for the projection module, the corresponding image voltages are R, G, B. In this case, the focal length of the variable optical power system is set under each image of each of the RGB colors in such a way that the images are combined. With the same optical power of the tunable optical power system, the components (RGB, that is, the three images R, G, B) of the color image are formed at different distances from the display (at different depths), i.e. they are scattered in space. The frequency of operation of the electronic control unit should be increased by 3 times, that is, in the same unit of time as before, the electronic control unit sends to the projection system R, G and B components of the same image separately with a time shift , and 3 voltages are applied to the tunable optical element with the same time shift, which correspond to the same distances from the display, on which the “floating” R, G and B image components are formed. Thus, previously spatially spaced R, G, B components of one image are combined in one plane.

Например, для достижения эффекта совмещения компонентов RGB одного объемного «парящего» изображения из 10ти срезов (плоскостей глубины) при частоте формирования каждого среза 24 Гц (24Гц - общепринятая частота, превышающая способность распознавания изображений как отдельных для человека) каждый из 10 срезов (плоскостей глубины) выводится для трех основных цветов, причем каждый цвет кодируется, как минимум, 4 битами для получения 16 градаций яркости каждого цвета. Таким образом, необходимо иметь частоту работы всего устройства по меньшей мере 2880 Гц. For example, to achieve the effect of combining the RGB components of one volumetric "floating" image from 10 slices (depth planes) at a frequency of formation of each slice of 24 Hz (24 Hz is a generally accepted frequency that exceeds the ability to recognize images as separate for a person), each of the 10 slices (depth planes ) is derived for the three primary colors, with each color encoded with at least 4 bits to produce 16 gradations of brightness for each color. Thus, it is necessary to have an operating frequency of the entire device of at least 2880 Hz.

Для наилучшего понимания сущности изобретения приведем следующий пример. For a better understanding of the essence of the invention, we give the following example.

Есть одно объемное изображение (3D модель в системе компьютерного моделирования CAD), которое методом рендеринга разбито на срезы на 10 глубинах. То есть, имеются 10 срезов, которые соответствуют одному объемному «парящему» изображению. Если изображение не RGB (изображение не цветное), то на проекционный модуль подается каждый из 10 кадров, а на систему с перестраиваемой оптической силой подается 10 разных напряжений, соответствующих каждому из кадров. Если изображение RGB (изображение цветное), то каждый кадр из 10 раскладывается на RGB компоненты (т.е. на 3 раздельных кадра, итого 30 кадров) и подается на проекционный модуль. Для каждого из 30 кадров на перестраиваемый оптический элемент поступает соответствующее напряжение (30 значений напряжения), причем напряжение такое, чтобы R, G, B компоненты одного среза объемного «парящего» изображения, полученные после волноводной системы, сформировались в одной и той же плоскости. Таких плоскостей 10 разных, и в каждой плоскости R, G, B компоненты изображения получаются совмещенными. There is one volumetric image (3D model in the CAD computer modeling system), which is divided into slices at 10 depths by rendering. That is, there are 10 slices that correspond to one volumetric "floating" image. If the image is not RGB (the image is not color), then each of the 10 frames is supplied to the projection module, and 10 different voltages corresponding to each of the frames are applied to the tunable optical power system. If the image is RGB (color image), then each frame out of 10 is decomposed into RGB components (i.e. into 3 separate frames, 30 frames in total) and fed to the projection module. For each of 30 frames, the corresponding voltage (30 voltage values) is supplied to the tunable optical element, and the voltage is such that the R, G, B components of one slice of the volume “floating” image obtained after the waveguide system are formed in the same plane. There are 10 such planes, and in each plane R, G, B, the image components are combined.

При проецировании «парящего изображения» в результате дисперсии, а именно в результате различия показателей преломления всех оптических материалов устройства для различных длин волн (различных цветов), проявляются продольная и поперечная хроматические аберрации, искажающие «парящее изображение». Такие искажения корректируются следующим образом. Как было описано выше, проекционный модуль проецирует цветное изображение или видео, полученное от электронного блока управления, в виде последовательности красных (R, кадр № 1) изображений, зеленых (G, кадр № 2) изображений и синих (B, кадр № 3) изображений с определенной частотой, которые в совокупности составляют соответствующий отображаемый срез объемного «парящего» изображения. Как описано выше, частота должна быть такой, чтобы частота смены срезов объемного «парящего» изображения, превышала способность распознавания изображений как отдельных для пользователя. Для коррекции хроматических аберраций электронный блок управления с той же частотой дает команду системе с перестраиваемой оптической силой изменять оптическую силу с D(R) на D(G) и затем на D(B), где D(R)> D(G)> D(B), чтобы объединить и сфокусировать все R, G и B компоненты изображения на определенной глубине и тем самым устранить эффект аберраций. Для этого частота кадров проекционного модуля должна быть равна произведению When projecting a “floating image”, as a result of dispersion, namely, as a result of the difference in the refractive indices of all optical materials of the device for different wavelengths (different colors), longitudinal and transverse chromatic aberrations appear, distorting the “floating image”. Such distortions are corrected as follows. As described above, the projection module projects the color image or video received from the electronic control unit as a sequence of red (R, frame #1) images, green (G, frame #2) images, and blue (B, frame #3) images with a certain frequency, which together constitute the corresponding displayed slice of the volumetric "floating" image. As described above, the frequency should be such that the slice rate of the volumetric "floating" image exceeds the ability of the images to be recognized as distinct by the user. To correct chromatic aberrations, the electronic control unit instructs the tunable power system at the same frequency to change the power from D(R) to D(G) and then to D(B), where D(R)> D(G)> D(B) to combine and focus all the R, G and B components of the image at a certain depth and thereby eliminate the effect of aberrations. To do this, the frame rate of the projection module must be equal to the product

частоты кадров изображения/видео, полученных от источника изображения, the frame rate of the image/video received from the image source,

количества отображаемых плоскостей глубины, определяемым разрешением объемного изображения по глубине, the number of displayed depth planes, determined by the resolution of the volumetric image in depth,

количества основных цветов (то есть красного, синего, зеленого, значит 3).the number of primary colors (i.e. red, blue, green, so 3).

Например, для частоты 24 Гц, 10 плоскостей глубины/объемных срезов изображения и 3-х основных цветов (R, G, B), а также разумном выборе глубины цвета (например, 4 бита), скорость вывода кадров проектора должна быть равна 2880 Гц, что является достижимым для современных проекторов. Цвет в компьютерной обработке изображений кодируется битами. 4 бита значат, что каждый пиксель изображения может принимать любое значение интенсивности в диапазоне от 0 до 15 градаций интенсивности данного цвета, где 0 соответствует минимальной интенсивности, а 24-1 (т.е. 15) соответствует максимальной интенсивности данного цвета. От глубины цвета зависит конечная информационная емкость изображения в байтах. Таким образом, для перечисленных выше типов проекторов пропускная способность канала передачи данных позволяет передавать и воспроизводить цветные изображения с глубиной, например, 12 бит (4 бита x 3 цвета) для всего изображения: для частоты кадров 24 кадра в секунду, х 10 плоскостей глубины, х 3 цвета х 4 кадра (bit-plane)/цвет потребуется скорость вывода кадров 2880 кадров в секунду для широтно-импульсной модуляции интенсивности полноцветного изображения, для примера известная из уровня техники проекционная система DMD работает с частотой до ~16 кГц, а известная из уровня техники проекционная система FLCoS работает с частотой до ~6 кГц). For example, for a frequency of 24 Hz, 10 depth planes/volumetric slices and 3 primary colors (R, G, B), and a reasonable choice of color depth (for example, 4 bits), the frame rate of the projector should be 2880 Hz , which is achievable for modern projectors. Color in computer image processing is encoded in bits. 4 bits means that each image pixel can take on any intensity value in the range from 0 to 15 intensity gradations of a given color, where 0 corresponds to the minimum intensity, and 2 4 -1 (i.e. 15) corresponds to the maximum intensity of the given color. The final information capacity of the image in bytes depends on the color depth. Thus, for the types of projectors listed above, the bandwidth of the data transmission channel allows the transmission and reproduction of color images with depth, for example, 12 bits (4 bits x 3 colors) for the entire image: for a frame rate of 24 frames per second, x 10 depth planes, x 3 colors x 4 frames (bit-plane)/color, a frame output rate of 2880 frames per second is required for pulse-width modulation of the intensity of a full-color image, for example, the DMD projection system known from the prior art operates at a frequency of up to ~ 16 kHz, and known from of the state of the art, the FLCoS projection system operates at frequencies up to ~6 kHz).

Размер «парящего» изображения зависит от оптической силы системы с перестраиваемой оптической силой и длины волны излучения R, G, B. Электронный блок управления выполняет масштабирование исходного видео/изображения для каждого среза объемного изображения и цветов R, G, B, чтобы поддерживать постоянный размер цветного объемного изображения во всех срезах. Чем меньше оптическая сила системы с перестраиваемой оптической силой, тем больше изображение, которое следует уменьшать для получения объемного изображения с постоянным размером среза, и наоборот. Чем больше длина волны падающего излучения, тем больше изображение, которое нужно уменьшить, и наоборот. Такое масштабирование R, G, B изображений общеизвестно из уровня техники.The size of the hovering image depends on the refractive power of the tunable optical power system and the R, G, B emission wavelength. color volumetric image in all sections. The lower the optical power of the tunable optical power system, the larger the image that must be reduced to obtain a three-dimensional image with a constant slice size, and vice versa. The longer the wavelength of the incident radiation, the larger the image to be reduced, and vice versa. Such scaling of R, G, B images is well known in the art.

Предлагаемое устройство работает в областях оптических сил оптических элементов с положительной и отрицательной оптической силой (в частности, линз), входящих в состав системы с перестраиваемой оптической силой. Одним из основных параметров системы с перестраиваемой оптической силой является соотношение оптических сил упомянутых оптических элементов (линз). Расчеты показывают, что наибольшая глубина объемного «парящего» изображения получается, когда упомянутое соотношение составляет приблизительно 1,1 (либо -1,1, либо 1,1 по модулю). Исходя из упомянутого оптимального соотношения рассчитывается толщина слоя жидких кристаллов, в случае применения в качестве перестраиваемого оптического элемента жидкокристаллической ячейки.The proposed device operates in the optical power ranges of optical elements with positive and negative optical power (in particular, lenses) that are part of a system with tunable optical power. One of the main parameters of a system with tunable optical power is the ratio of the optical powers of the mentioned optical elements (lenses). Calculations show that the greatest depth of the volume "floating" image is obtained when the mentioned ratio is approximately 1.1 (either -1.1 or 1.1 modulo). Based on the mentioned optimal ratio, the thickness of the liquid crystal layer is calculated in the case of using a liquid crystal cell as a tunable optical element.

При расчете предлагаемого устройства определяются:When calculating the proposed device, the following are determined:

- размер апертуры,- aperture size,

- диафрагменное число (f-number) (величина, показывающая отношение фокусного расстояния к максимальному размеру диафрагмы, f-number=f/D),- f-number (f-number) (a value showing the ratio of the focal length to the maximum aperture size, f-number=f/D),

- отношение оптических сил двух упомянутых оптических элементов (линз), предпочтительно должны принадлежать диапазону от - 1.05 до - 1.15,- the ratio of the optical powers of the two mentioned optical elements (lenses), should preferably belong to the range from - 1.05 to - 1.15,

- используемый в перестраиваемом оптическом элементе оптически активный материал, выбор которого в данном изобретении определяется величиной Δn оптической анизотропии (анизотропии показателей преломления). При этом чем выше величина оптической анизотропии, тем больше может быть достигнута величина перестройки фокусного расстояния оптической системы,- used in a tunable optical element optically active material, the choice of which in this invention is determined by the value of Δn optical anisotropy (anisotropy of the refractive indices). In this case, the higher the value of optical anisotropy, the greater the value of the restructuring of the focal length of the optical system can be achieved,

- толщина слоя оптически активного материала.is the thickness of the optically active material layer.

Расчеты производятся на основе известных из уровня техники соотношений на основе матричной оптики. Calculations are made on the basis of relationships known from the prior art based on matrix optics.

При этом ключевые соотношения выглядят следующим образом.The key relationships are as follows.

Для толщины слоя оптического активного материла:For the thickness of the optical active material layer:

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(1)

Для величины перестройки оптической системы (максимальной разницы фокусных расстояний, на которые может фокусироваться оптическая система):For the amount of restructuring of the optical system (the maximum difference in focal lengths that the optical system can focus on):

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

Для величины оптической силы линзы с положительной оптической силой:For the magnitude of the optical power of a lens with a positive optical power:

Figure 00000003
(3)
Figure 00000003
(3)

гдеWhere

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
,
Figure 00000010
Figure 00000009
,
Figure 00000010

При этом:Wherein:

D1 - величина оптической силы элемента (линзы, системы линз) с положительной оптической силой, D 1 - the value of the optical power of the element (lens, lens system) with a positive optical power,

D2 - величина оптической силы элемента (линзы, системы линз) с отрицательной оптической силой, D 2 - the value of the optical power of the element (lens, lens system) with a negative optical power,

Figure 00000011
- толщина слоя оптически активного материала перестраиваемого оптического элемента,
Figure 00000011
is the thickness of the layer of optically active material of the tunable optical element,

Figure 00000012
- величина перестройки (изменения) фокусного расстояния оптической системы,
Figure 00000012
- the amount of restructuring (change) of the focal length of the optical system,

Figure 00000013
- первоначальное расстояние (до перестройки), на котором фокусируются лучи, проходящие через оптическую систему,
Figure 00000013
is the initial distance (before tuning) at which the beams passing through the optical system are focused,

Figure 00000014
- расстояние, на котором фокусируются лучи вследствие перестройки оптической системы,
Figure 00000014
- the distance at which the beams are focused due to the restructuring of the optical system,

Figure 00000015
- показатели преломления оптически активного материала, при переключении между которыми вследствие изменения напряжения, приложенного к перестраиваемому оптическому элементу, происходит перестройка фокусного расстояния всей оптической системы. Например, для случая жидких кристаллов в качестве
Figure 00000015
принимаются показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей.
Figure 00000015
- refractive indices of the optically active material, when switching between which, due to a change in the voltage applied to the tunable optical element, the focal length of the entire optical system is rebuilt. For example, for the case of liquid crystals as
Figure 00000015
the refractive indices of the ordinary and extraordinary rays are taken.

Figure 00000016
- величины, характеризующие величину изменения показателя преломления оптически активного материала перестраиваемого оптического элемента;
Figure 00000016
- values characterizing the magnitude of the change in the refractive index of the optically active material of the tunable optical element;

Figure 00000017
- отношение оптических сил элементов (линз, систем линз) с фиксированной оптической силой.
Figure 00000017
- the ratio of the optical powers of elements (lenses, lens systems) with a fixed optical power.

Необходимо заметить, что увеличение толщины слоя оптически активного материала (например, жидких кристаллов) приводит к увеличению диапазона перестройки. Чем толще слой жидких кристаллов, тем больше будет степень перестройки оптической системы, т.е. изменение фокусного расстояния, на котором происходит фокусировка лучей, проходящих через систему. Увеличение степени перестройки приведет к ощущению более «глубокого», или объемного, изображения, получаемого в результате такой перестройки фокусного расстояния. It should be noted that an increase in the thickness of the layer of an optically active material (for example, liquid crystals) leads to an increase in the tuning range. The thicker the layer of liquid crystals, the greater will be the degree of restructuring of the optical system, i.e. change in the focal length at which the focusing of the rays passing through the system. Increasing the degree of adjustment will result in a "deeper" or three-dimensional image resulting from such adjustment of the focal length.

Для нахождения толщины оптически активного материла по формуле (1) необходимо выбрать материал предпочтительно с наибольшей оптической анизотропией материала (жидких кристаллов); выбрать отношение величин оптических сил элементов (линз, систем линз) с фиксированными оптическими силами предпочтительно из диапазона от - 1.05 до -1.15; выбрать величину необходимой перестройки (изменения фокусного расстояния) оптической системы, которая определяется необходимым ощущением глубины 3D изображения.To find the thickness of an optically active material according to formula (1), it is necessary to choose a material, preferably with the highest optical anisotropy of the material (liquid crystals); choose the ratio of optical powers of elements (lenses, lens systems) with fixed optical powers, preferably from the range from -1.05 to -1.15; select the amount of necessary restructuring (changes in focal length) of the optical system, which is determined by the necessary sense of depth of the 3D image.

Конкретный порядок выбора параметров в формулах (1)-(3) не влияет на конечный результат, а именно на качество изображения и ощущение глубины 3D объекта, т.е. его реалистичность. При выборе параметров не из предпочтительных диапазонов изобретение будет работать, но, возможно, с худшими показателями качества изображения и ощущениями глубины 3D объекта.The specific order of choosing the parameters in formulas (1)-(3) does not affect the final result, namely, the image quality and the sense of depth of the 3D object, i.e. its realism. When choosing parameters outside of the preferred ranges, the invention will work, but possibly with worse image quality and depth perception of the 3D object.

Для нахождения величины оптической перестройки оптической системы по формуле (2) необходимо выбрать материал предпочтительно с наибольшей оптической анизотропией материала (жидких кристаллов); выбрать отношение величин оптических сил элементов (линз, систем линз) с фиксированными оптическими силами предпочтительно из диапазона - 1.05 до -1.15; выбрать величину необходимой толщины слоя оптически активного материала, которая определяется форм-фактором системы и технологическими возможностями создания перестраиваемого оптического элемента с выбранной толщиной.To find the value of the optical restructuring of the optical system according to formula (2), it is necessary to choose a material, preferably with the highest optical anisotropy of the material (liquid crystals); choose the ratio of optical powers of elements (lenses, lens systems) with fixed optical powers, preferably from the range - 1.05 to -1.15; choose the required thickness of the layer of optically active material, which is determined by the form factor of the system and the technological capabilities of creating a tunable optical element with a selected thickness.

Для нахождения величины оптической силы элементов (линз, систем линз) с фиксированными оптическими силами по формуле (3) необходимо выбрать материал предпочтительно с наибольшей оптической анизотропией материала (жидких кристаллов); выбрать величину отношения оптических сил линз с фиксированными оптическими силами предпочтительно из диапазона от - 1.05 до -1.15; выбрать одну из величин фокусного расстояния, на котором будут фокусироваться лучи, прошедшие через оптическую систему, которая заведомо должна находиться на границах диапазона оптической перестройки системы с перестраиваемой оптической силой. Например, если в качестве оптически активного материала были выбраны жидкие кристаллы с определенной величиной оптической анизотропии, то предпочтительно выбрать величину фокусного расстояния, соответствующую показателю преломления обыкновенного луча или показателю преломления необыкновенного луча для данных жидких кристаллов.To find the magnitude of the optical power of elements (lenses, lens systems) with fixed optical powers according to formula (3), it is necessary to choose a material, preferably with the highest optical anisotropy of the material (liquid crystals); choose the value of the ratio of optical powers of lenses with fixed optical powers, preferably from the range from -1.05 to -1.15; choose one of the values of the focal length at which the rays that have passed through the optical system will be focused, which must certainly be at the boundaries of the optical tuning range of the system with a tunable optical power. For example, if liquid crystals with a certain amount of optical anisotropy have been chosen as the optically active material, then it is preferable to choose a focal length value corresponding to the refractive index of the ordinary ray or the refractive index of the extraordinary ray for these liquid crystals.

В жидкокристаллических перестраиваемых оптических ячейках «перестройка» фокуса осуществляется при помощи электродов, составляющих электродную структуру в каждом перестраиваемом оптическом элементе. In liquid-crystal tunable optical cells, the "restructuring" of the focus is carried out with the help of electrodes that make up the electrode structure in each tunable optical element.

Механизм «перестройки» электродов основан на двух принципах.The mechanism of “restructuring” of electrodes is based on two principles.

В соответствии с первым принципом, реализован автоматический выбор адресуемых электродов, т.е. тех электродов в электродной структуре перестраиваемого оптического элемента, на которые подается соответствующее им напряжение. Автоматический выбор адресуемых электродов связан с выбором требуемой оптической силы. Оптическая сила зависит от числа зон Френеля, т.е. адресуемые электроды выбираются в зависимости от количества и расположения активируемых ими зон Френеля. Здесь необходимо пояснить, что формирование зон Френеля определяется формой, размером и расположением электродов, а также значением приложенного к этим электродам напряжения. Зоны Френеля - это области, на которые можно разделить поверхность световой волны для расчета результатов дифракции света. После прохождения света через оптический элемент, имеющий оптическую силу, поверхность световой волны можно разделить на зоны Френеля, количество и размер которых соответствует оптической силе этого оптического элемента. Метод расчета зон Френеля и вычисления оптической силы дифракционной линзы описан в источнике RU 2719341 C1 (дата публикации 17.04.2020). Таким образом, оптическая сила и эффективность оптического элемента на основе жидких кристаллов прежде всего определяется размером, формой, расположением электродов и приложенным к ним напряжением, причем методы расчета, расположения, выбора материала электродов известны из уровня техники (более подробно см., например, в источнике RU 2719341 C1 (дата публикации 17.04.2020).In accordance with the first principle, automatic selection of addressable electrodes is implemented, i.e. those electrodes in the electrode structure of a tunable optical element, to which the voltage corresponding to them is applied. Automatic selection of addressable electrodes is associated with the choice of the required optical power. The optical power depends on the number of Fresnel zones, i.e. addressable electrodes are selected depending on the number and location of the Fresnel zones activated by them. Here it is necessary to clarify that the formation of Fresnel zones is determined by the shape, size and location of the electrodes, as well as the value of the voltage applied to these electrodes. Fresnel zones are regions into which the surface of a light wave can be divided in order to calculate the results of light diffraction. After the passage of light through an optical element having optical power, the surface of the light wave can be divided into Fresnel zones, the number and size of which corresponds to the optical power of this optical element. The method for calculating Fresnel zones and calculating the optical power of a diffractive lens is described in the source RU 2719341 C1 (publication date 04/17/2020). Thus, the optical power and efficiency of an optical element based on liquid crystals is primarily determined by the size, shape, location of the electrodes and the voltage applied to them, and the methods for calculating, arranging, choosing the material of the electrodes are known from the prior art (for more details, see, for example, in source RU 2719341 C1 (publication date 04/17/2020).

В соответствии со вторым принципом, значения напряжений, подаваемых на электроды, определяются из зависимости напряжения от фазы, характерной для любого оптически активного материала (т.е. такого, который способен вносить задержку фазы при изменении приложенного напряжения при распространении через него света). При выборе оптически активного материала перестраиваемого оптического элемента необходимо знать зависимость задержки фазы проходящего через материал света от напряжения на электродах электродной структуры. Тогда, чтобы симулировать внесение определенной оптической силы, нужно приложить напряжения на электроды таким образом, чтобы профиль задержки фазы выходящего света соответствовал тому же от идеальной тонкой линзы с такой же оптической силой. Весь этот процесс можно автоматизировать стандартными алгоритмами, хорошо известными в данной области техники (более подробно см., например, в источнике US 20150277151 A1, дата публикации 01.10.2015).In accordance with the second principle, the values of the voltages applied to the electrodes are determined from the dependence of the voltage on the phase characteristic of any optically active material (i.e., one that is capable of introducing a phase delay when the applied voltage changes when light propagates through it). When choosing an optically active material for a tunable optical element, it is necessary to know the dependence of the phase delay of the light passing through the material on the voltage at the electrodes of the electrode structure. Then, in order to simulate the introduction of a certain optical power, it is necessary to apply voltages to the electrodes in such a way that the phase delay profile of the output light corresponds to that of an ideal thin lens with the same optical power. This entire process can be automated by standard algorithms well known in the art (for more details see, for example, US 20150277151 A1, publication date 01.10.2015).

В данном изобретении перестройка фокусного расстояния перестраиваемого оптического элемента с оптически активным веществом реализована на основе второго принципа. Здесь и далее, если не указано иное, под перестройкой системы с перестраиваемой оптической силой подразумеваем перестройку (т.е. изменение в определенном диапазоне) фокусного расстояния (или оптической силы, которая равна обратной величине фокусного расстояния), на котором данная система с перестраиваемой оптической силой фокусирует лучи определенного диапазона длин волн, проходящие через нее. In the present invention, the restructuring of the focal length of a tunable optical element with an optically active substance is implemented on the basis of the second principle. Hereinafter, unless otherwise indicated, by the restructuring of a system with a tunable optical power we mean the restructuring (i.e., a change in a certain range) of the focal length (or optical power, which is equal to the reciprocal of the focal length), at which this system with a tunable optical force focuses the rays of a certain range of wavelengths passing through it.

Для создания электрического поля, которое нужно для изменения показателя преломления перестраиваемого оптического элемента, и, как следствие, изменения оптической силы всей системы с перестраиваемой оптической силой, используется электродное покрытие. Покрытие может быть нанесено в виде одномерного покрытия, полосок, кругов, и в общем случае покрытие может иметь любую произвольную форму для изменения показателя преломления перестраиваемого оптического элемента (например, в жидких кристаллах под электродом электрическое поле сильнее, чем в пространстве жидких кристаллов, над которым нет электрода).To create an electric field, which is necessary to change the refractive index of a tunable optical element, and, as a result, change the optical power of the entire system with a tunable optical power, an electrode coating is used. The coating can be applied in the form of a one-dimensional coating, strips, circles, and in the general case, the coating can have any arbitrary shape to change the refractive index of the tunable optical element (for example, in liquid crystals under the electrode, the electric field is stronger than in the space of liquid crystals above which no electrode).

В качестве примера, но не ограничения, электроды в электродной структуре каждой из перестраиваемых оптических ячеек могут быть выполнены из оксида индия-олова (ITO). В других вариантах выполнения электроды могут быть выполнены из других прозрачных проводящих материалов, широко известных специалистам в данной области техники (например, оксида индия, оксида олова, оксида индия-цинка (IZO), оксида цинка). By way of example, and not limitation, the electrodes in the electrode structure of each of the tunable optical cells may be made of indium tin oxide (ITO). In other embodiments, the electrodes may be made from other transparent conductive materials widely known to those skilled in the art (eg, indium oxide, tin oxide, indium zinc oxide (IZO), zinc oxide).

Электрод наносится на прозрачную в видимом диапазоне длин волн подложку, выполненную, как правило, из стекла или пластика. Причем перестраиваемый оптический элемент представляет собой две подложки, где на одну из поверхностей каждой подложки нанесен электрод. Оптически активный слой располагается между поверхностями подложек, на которые нанесены электроды. The electrode is applied to a substrate that is transparent in the visible wavelength range and is usually made of glass or plastic. Moreover, the tunable optical element consists of two substrates, where an electrode is deposited on one of the surfaces of each substrate. The optically active layer is located between the surfaces of the substrates on which the electrodes are deposited.

В качестве слоя жидких кристаллов возможно использование одинарной ячейки жидких кристаллов, при этом слой жидких кристаллов разбивается на более мелкие ячейки, то есть вместо одной большой ячейки используется мозаика маленьких. Это разбиение происходит на производстве, способами, известными из уровня техники, наподобие пикселей в обычном дисплее. Такие ячейки нужны для получения необходимых свойств, например, простоты управления. Осуществлять управление каждой ячейкой по отдельности проще, чем одной большой ячейкой. При этом для управления этими ячейками, как правило, требуется более низкое напряжение, чем для одной большой, а также их проще изготовить. При падении лучей излучения, проецируемого проектором, на слой жидких кристаллов (как одной большой ячейки, так и набора маленьких ячеек) происходит сдвиг оптической фазы, что приводит к увеличению оптической силы системы.As a layer of liquid crystals, it is possible to use a single cell of liquid crystals, while the layer of liquid crystals is divided into smaller cells, that is, instead of one large cell, a mosaic of small ones is used. This partitioning occurs in production, in ways known in the art, like pixels in a conventional display. Such cells are needed to obtain the necessary properties, for example, ease of management. Managing each cell individually is easier than managing one large cell. At the same time, these cells usually require lower voltage to drive than one large one, and they are also easier to manufacture. When the rays of radiation projected by the projector fall on a layer of liquid crystals (both one large cell and a set of small cells), the optical phase shifts, which leads to an increase in the optical power of the system.

Возможно комбинирование нескольких перестраиваемых оптических элементов при расположении их друг за другом. Также в слое жидких кристаллов может располагаться не одна ячейка, а множество ячеек. Через множество жидкокристаллических ячеек, расположенных друг за другом, лучи распространяются с увеличивающимся сдвигом фазы. Т.е. вместо использования одной толстой жидкокристаллической ячейки возможно использование набора тонких жидкокристаллических ячеек, при этом принципиально работа устройства не поменяется. При комбинации нескольких перестраиваемых оптических элементов возможно использование комбинации слоя жидких кристаллов с одной ячейкой и со множеством ячеек, а также комбинация положительных и отрицательных оптических элементов (линз) в любой последовательности. Чем больше слоев жидких кристаллов, тем больше перестройка. Каждым слоем можно управлять по отдельности, при этом диапазон перестройки увеличивается. Толщина одного слоя жидких кристаллов составляет не более 30 мкм. It is possible to combine several tunable optical elements with their arrangement one after another. Also, the layer of liquid crystals may contain not one cell, but a plurality of cells. Through a plurality of liquid crystal cells located one behind the other, the rays propagate with an increasing phase shift. Those. instead of using one thick liquid crystal cell, it is possible to use a set of thin liquid crystal cells, while the operation of the device does not fundamentally change. When combining several tunable optical elements, it is possible to use a combination of a liquid crystal layer with a single cell and with a plurality of cells, as well as a combination of positive and negative optical elements (lenses) in any sequence. The more layers of liquid crystals, the more restructuring. Each layer can be controlled individually, while the tuning range is increased. The thickness of one layer of liquid crystals is not more than 30 microns.

Вместо обычных фиксированных оптических элементов (линз, систем линз) возможно использовать жидкокристаллические линзы, и размещать слой жидких кристаллов между такими жидкокристаллическими линзами.Instead of conventional fixed optical elements (lenses, lens systems), it is possible to use liquid crystal lenses, and to place a layer of liquid crystals between such liquid crystal lenses.

Линзы могут иметь различную форму, которая удовлетворяет технологическим требованиям к форм-фактору дисплея. Lenses can have a variety of shapes that meet the technological requirements for the display form factor.

На линзы можно наносить различные покрытия, такие как поляризационные, антиотражающие, а также можно наносить фильтры, пропускающие только определенные длины волн. Такие покрытия необходимы для уменьшения потерь излучения в системе (уменьшения отражения).Lenses can be coated with a variety of coatings such as polarizing, anti-reflection, and filters can be applied to allow only certain wavelengths to pass through. Such coatings are necessary to reduce radiation losses in the system (to reduce reflection).

В соответствии с предлагаемым изобретением пользователь (наблюдатель) может не только наблюдать/осматривать объемное «парящее» изображение, но и взаимодействовать с объемным «парящим» изображением. То есть предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве интерактивного дисплея объемного «парящего» изображения. Система интерактивного дисплея «парящего» изображения, показанная на фиг. 2, разработана таким образом, что пользователь может взаимодействовать с системой, и устройство объемного «парящего» изображения может сразу или через некоторое время отвечать на воздействие пользователя.In accordance with the invention, the user (observer) can not only observe/view the three-dimensional "floating" image, but also interact with the three-dimensional "floating" image. That is, the proposed invention can be used as an interactive display of a three-dimensional "floating" image. The hovering interactive display system shown in FIG. 2 is designed in such a way that a user can interact with the system, and the floating image device can respond immediately or after some time to the user's input.

Система интерактивного дисплея «парящего» изображения, показанная на фиг. 2, представляет собой устройство отображения «парящего» изображения, описанное выше, дополнительно содержащее инфракрасный волновод, инфракрасный источник подсветки, светоделитель и инфракрасный детектор. Таким образом, система интерактивного дисплея «парящего» изображения содержит The hovering interactive display system shown in FIG. 2 is the floating image display device described above, further comprising an infrared waveguide, an infrared illumination source, a beam splitter, and an infrared detector. Thus, the floating image interactive display system comprises

источник 1 изображений;source 1 images;

электронный блок 2 управления;electronic control unit 2;

проекционный модуль 4;projection module 4;

светоделитель 7;beam splitter 7;

инфракрасный детектор 8;infrared detector 8;

инфракрасный волновод 9;infrared waveguide 9;

волноводную систему 5;waveguide system 5;

систему 3 с перестраиваемой оптической силой;system 3 with tunable optical power;

модуль 10 инфракрасной подсветки;infrared illumination module 10;

управляющий модуль 11;control module 11;

линза 12.lens 12.

Источник 1 изображений оптически согласован со светоделителем 7 и линзой 12. Инфракрасный волновод 9 расположен между светоделителем 7 и волноводной системой 5, а именно между линзой 12 волноводной системой 5. Модуль 10 инфракрасной подсветки расположен с возможностью освещать всю область «парящего» изображения. Управляющий модуль 11 соединен с инфракрасным детектором 8 и электронным блоком 2 управления. Электронный блок 2 управления соединен с модулем 10 инфракрасной подсветки и дополнительно выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на модуль 10 инфракрасной подсветки. Система 3 с перестраиваемой оптической силой дополнительно выполнена с возможностью коллимировать рассеянное пользователем инфракрасное излучение. Волноводная система 5 является прозрачной для инфракрасного излучения. Светоделитель 7 выполнен с возможностью пропускания рассеянного инфракрасного излучения на инфракрасный детектор 8. Инфракрасный детектор 8 выполнен с возможностью принимать рассеянное инфракрасное излучение, прошедшее светоделитель 7, и передавать его на управляющий модуль 11. Управляющий модуль 11 выполнен с возможностью распознавания факта взаимодействия пользователя с областью «парящего» изображения, а также места взаимодействия в области «парящего» изображения, и формирования команды, соответствующей положению места взаимодействия с областью «парящего» изображения.The image source 1 is optically matched with the beam splitter 7 and the lens 12. The infrared waveguide 9 is located between the beam splitter 7 and the waveguide system 5, namely between the lens 12 and the waveguide system 5. The infrared illumination module 10 is arranged to illuminate the entire area of the "floating" image. The control module 11 is connected to the infrared detector 8 and the electronic control unit 2. The electronic control unit 2 is connected to the infrared illumination module 10 and is additionally configured to supply a control signal to the infrared illumination module 10. The tunable optical power system 3 is additionally configured to collimate infrared radiation scattered by the user. The waveguide system 5 is transparent to infrared radiation. Beam splitter 7 is configured to transmit scattered infrared radiation to infrared detector 8. Infrared detector 8 is configured to receive scattered infrared radiation that has passed through beam splitter 7 and transmit it to control module 11. Control module 11 is configured to recognize the fact of user interaction with the area " floating" image, as well as the place of interaction in the area of the "floating" image, and the formation of a command corresponding to the position of the place of interaction with the area of the "floating" image.

Система интерактивного дисплея «парящего» изображения работает следующим образом. The interactive display system "floating" image works as follows.

Электронный блок 2 управления формирует управляющий сигнал для перестраиваемого оптического элемента (на фиг. 2 не показана в виде отдельного элемента) системы 3 с перестраиваемой оптической силой. В соответствии с управляющим сигналом, перестраиваемый оптический элемент 3b устанавливает фокус на определенную глубину, соответствующую глубине воспроизводимого парящего изображения. The electronic control unit 2 generates a control signal for a tunable optical element (not shown as a separate element in FIG. 2) of a system 3 with a tunable optical power. In accordance with the control signal, the tunable optical element 3b sets the focus to a certain depth corresponding to the depth of the reproduced floating image.

Рабочая длина волны предпочтительно, является длиной волны ближнего инфракрасного диапазона, например, 860 нм. Система интерактивного дисплея «парящего» изображения работает в последовательном режиме, когда формирование «парящего» изображения и осуществление обратной связи с пользователем происходит по очереди. В последовательном режиме работы сигналы от проекционной системы 4 и от модуля 10 инфракрасной подсветки подаются в импульсном режиме и смещены во времени. Таким образом происходит чередование инфракрасного сигнала (на фиг. 2 инфракрасный сигнал показан сплошными стрелками, идущими от модуля 10 инфракрасной подсветки), и сигналов, формирующих «парящее» изображение (на фигуре 2 показано в виде изображения чайничка). В этом случае видимое излучение, которое может попадать на инфракрасный детектор 8, не будет учитываться, поскольку инфракрасный сигнал и сигнал, формирующий объемное «парящее» изображение, будут попадать на инфракрасный детектор 8 в разное время. При частоте работы устройства, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для человека, у пользователя формируется ощущение синхронной работы системы обратной связи с системой формирования объемного «парящего» изображения.The operating wavelength is preferably near infrared wavelength, eg 860 nm. The floating image interactive display system operates in sequential mode, where the formation of the floating image and the implementation of feedback to the user take place in turn. In the sequential mode of operation, the signals from the projection system 4 and from the infrared illumination module 10 are pulsed and shifted in time. Thus, there is an alternation of the infrared signal (in Fig. 2, the infrared signal is shown by solid arrows coming from the infrared illumination module 10), and signals that form a "floating" image (in figure 2, it is shown as an image of a teapot). In this case, the visible radiation that may hit the infrared detector 8 will not be taken into account, since the infrared signal and the signal that forms the volumetric "floating" image will hit the infrared detector 8 at different times. When the frequency of the device exceeds the resolution of recognizing images as separate for a person, the user has a feeling of synchronous operation of the feedback system with the system for forming a three-dimensional "floating" image.

Электронный блок 2 управления формирует управляющий сигнал, передаваемый на модуль 10 инфракрасной подсветки. Управляющий сигнал может вынуждать работать модуль инфракрасной подсветки как в импульсном, так и не в импульсном режиме. Модуль инфракрасной подсветки освещает область «парящего» изображения в пространстве, на фиг. 2 сплошные стрелки, идущие от модуля 10 инфракрасной подсветки, обозначают инфракрасное излучение, освещающее область «парящего» изображения. Модуль 10 инфракрасной подсветки обеспечивает максимальную плотность мощности освещения по всему объему «парящего» изображения.The electronic control unit 2 generates a control signal transmitted to the infrared illumination module 10. The control signal can cause the infrared illumination module to operate in both pulsed and non-pulsed modes. The infrared illumination module illuminates the area of the "floating" image in space, in Fig. 2 solid arrows coming from the infrared illumination module 10 indicate infrared radiation illuminating the area of the "floating" image. The infrared illumination module 10 provides maximum illumination power density over the entire volume of the "floating" image.

Когда пользователь подносит руку или какой-нибудь предмет в область «парящего» изображения, инфракрасное излучение, освещающее область «парящего» изображения, рассеивается, на фиг. 2 пунктирные стрелки обозначают рассеянное пользователем излучение. Рассеянное пользователем или объектом излучение коллимируется системой 3 с перестраиваемой оптической силой и направляется через волноводную систему 5. Причем волноводная система 5 выполнена таким образом, что рассеянное инфракрасное излучение проходит через нее беспрепятственно, то есть волноводная система прозрачна для рассеянного инфракрасного излучения, что достигается за счет выбора параметров дифракционных оптических элементов волноводной системы, основным параметром в данном случае является период дифракционных оптических элементов волноводной системы, такие системы известны из уровня техники. Далее рассеянное инфракрасное излучение попадает на инфракрасный волновод 9, выполненный с возможностью ввода, передачи и вывода рассеянного инфракрасного излучения к светоделителю 7 через линзу 12, такие волноводы известны из уровня техники. Линза 12 работает в нескольких спектральных диапазонах и служит элементом проекционной оптики, которая работает в RGB диапазоне, и элементом для приема рассеянного ИК-излучения. When the user brings a hand or an object to the floating image area, the infrared light illuminating the floating image area is scattered, in FIG. 2 dotted arrows indicate user-scattered radiation. The radiation scattered by the user or the object is collimated by the system 3 with a tunable optical power and is directed through the waveguide system 5. Moreover, the waveguide system 5 is designed in such a way that the scattered infrared radiation passes through it without hindrance, that is, the waveguide system is transparent to the scattered infrared radiation, which is achieved due to the choice of parameters of the diffractive optical elements of the waveguide system, the main parameter in this case is the period of the diffractive optical elements of the waveguide system, such systems are known from the prior art. Next, the scattered infrared radiation enters the infrared waveguide 9, which is configured to input, transmit and output the scattered infrared radiation to the beam splitter 7 through the lens 12, such waveguides are known from the prior art. Lens 12 operates in several spectral ranges and serves as an element of projection optics that operates in the RGB range and an element for receiving scattered IR radiation.

Светоделитель 7 передает рассеянное инфракрасное излучение на инфракрасный детектор 8 с узкополосным инфракрасным фильтром. Причем узкополосный инфракрасный фильтр пропускает только излучение модуля 10 инфракрасной подсветки и не пропускает излучение других диапазонов.The beam splitter 7 transmits the scattered infrared radiation to the infrared detector 8 with a narrow-band infrared filter. Moreover, the narrow-band infrared filter transmits only the radiation of the infrared illumination module 10 and does not transmit radiation of other ranges.

Рассеянное инфракрасное излучение, попавшее на инфракрасный детектор 8, обрабатывается (например, алгоритмами обработки изображений) для определения координат объектов, попавших в область «парящего» изображения. The scattered infrared radiation that hits the infrared detector 8 is processed (for example, by image processing algorithms) to determine the coordinates of objects that fall into the "floating" image area.

Для определения глубины взаимодействия объекта с областью «парящего» изображения система 3 с перестраиваемой оптической силой сканирует доступный диапазон глубин, то есть система 3 с перестраиваемой оптической силой последовательно перестраивается на расстояние от минимальной глубины до максимальной глубины и обратно для восприятия ИК излучения, чтобы обнаружить руку пользователя или объект.To determine the depth of interaction of the object with the area of the "floating" image, the variable power system 3 scans the available depth range, that is, the variable power system 3 sequentially adjusts from the minimum depth to the maximum depth and back to perceive IR radiation in order to detect a hand user or object.

Путем обработки изображений с инфракрасного детектора можно распознать объект, который использует пользователь, или реализовать распознавание лица или отпечатка пальца методами известными из уровня техники. By processing images from the infrared detector, it is possible to recognize the object that the user is using, or to realize face or fingerprint recognition by methods known from the prior art.

Электронный блок 2 управления формирует сигнал, который подается на перестраиваемый оптический элемент системы 3 с перестраиваемой оптической силой. При этом, как было описано выше, система 3 с перестраиваемой оптической силой изменяет фокус для сканирования глубины, электронный блок 2 управления формирует импульсный сигнал, который отправляется на модуль 10 инфракрасной подсветки. Модуль 10 инфракрасной подсветки подсвечивает область, в которой сформировано объемное «парящее» изображение. При попадании какого-либо объекта, например, руки пользователя, в объем изображения, инфракрасное излучение рассеивается этим объектом, и лучи рассеянного инфракрасного излучения попадают на систему с перестраиваемой оптической силой, где коллимируются. Далее сколлимированное рассеянное инфракрасное излучение попадает в инфракрасный волновод 9 через вводную дифракционную решетку. Далее излучение распространяется по инфракрасному волноводу 9 за счет полного внутреннего отражения от стенок инфракрасного волновода 9 и через выводную дифракционную решетку (не показана на фигуре в виде отдельного элемента) выводится из инфракрасного волновода 9 и попадает на линзу 12, которая работает в нескольких спектральных диапазонах и служит элементом проекционной оптики, которая работает в RGB диапазоне и элементом для приема рассеянного ИК-излучения. Далее излучение попадает на светоделитель 7, который отделяет полезное инфракрасное излучение от видимого, в данном случае видимое излучение представляет собой блики и паразитные отражения. Далее отделенное инфракрасное излучение попадает на инфракрасный детектор 8. На инфракрасном детекторе 8 может располагаться узкополосный инфракрасный фильтр, который пропускает только необходимое инфракрасное излучение, что будет улучшать показатель сигнал-шум. Излучение, прошедшее в инфракрасный детектор 8 обрабатывается с помощью управляющего модуля 11, в котором рассчитываются координаты точки, в которой произошло взаимодействие пользователя с «парящим» изображением. The electronic control unit 2 generates a signal that is fed to the tunable optical element of the system 3 with a tunable optical power. In this case, as described above, the system 3 with adjustable optical power changes the focus for scanning depth, the electronic control unit 2 generates a pulse signal, which is sent to the module 10 infrared illumination. The infrared illumination module 10 illuminates an area in which a three-dimensional "floating" image is formed. When an object, for example, the user's hand, enters the image volume, infrared radiation is scattered by this object, and the rays of scattered infrared radiation fall on a system with a tunable optical power, where they are collimated. Next, the collimated scattered infrared radiation enters the infrared waveguide 9 through the input diffraction grating. Further, the radiation propagates along the infrared waveguide 9 due to total internal reflection from the walls of the infrared waveguide 9 and through the output diffraction grating (not shown in the figure as a separate element) is output from the infrared waveguide 9 and enters the lens 12, which operates in several spectral ranges and serves as an element of projection optics that operates in the RGB range and an element for receiving scattered infrared radiation. Next, the radiation enters the beam splitter 7, which separates the useful infrared radiation from the visible, in this case, the visible radiation is glare and spurious reflections. Next, the separated infrared radiation enters the infrared detector 8. The infrared detector 8 may have a narrow-band infrared filter that passes only the necessary infrared radiation, which will improve the signal-to-noise ratio. The radiation that has passed into the infrared detector 8 is processed by the control module 11, which calculates the coordinates of the point where the user interacted with the "floating" image.

В параллельном режиме работы сигналы от проекционного модуля 4 и от модуля 10 инфракрасной подсветки отправляются в одно и то же время. В таком режиме работы увеличивается яркость, но уменьшается показатель сигнал-шум системы обратного взаимодействия с пользователем.In the parallel operation mode, the signals from the projection module 4 and from the infrared illumination module 10 are sent at the same time. In this mode of operation, the brightness increases, but the signal-to-noise ratio of the feedback system with the user decreases.

В последовательном режиме работы сигналы от проекционной системы 4 и от модуля 10 инфракрасной подсветки работают в импульсном режиме и смещены во времени. Таким образом происходит чередование обратного инфракрасного сигнала и сигнала, формирующего объемное «парящее» изображение. В этом случае видимое излучение, которое может попадать на инфракрасный детектор 8, не будет учитываться, поскольку обратный инфракрасный сигнал и сигнал, формирующий объемное «парящее» изображение попадают на инфракрасный детектор 8 в разное время. В этом варианте исполнения немного теряется яркость, но значительно повышается показатель сигнал-шум системы обратного взаимодействия с пользователем. In the sequential mode of operation, the signals from the projection system 4 and from the infrared illumination module 10 operate in a pulsed mode and are shifted in time. Thus, there is an alternation of the reverse infrared signal and a signal that forms a three-dimensional “floating” image. In this case, the visible radiation that may fall on the infrared detector 8 will not be taken into account, since the return infrared signal and the signal that forms the three-dimensional "floating" image fall on the infrared detector 8 at different times. In this embodiment, the brightness is slightly lost, but the signal-to-noise ratio of the user feedback system is significantly increased.

Модуль 10 инфракрасной подсветки может быть встроен внутрь проекционного модуля 4. Поскольку волноводная система 5 прозрачна для ИК-излучения, а инфракрасный волновод 9 воспринимает ИК-излучение, инфракрасный волновод 9 может быть объединен с волноводной системой 5. Также можно использовать известные из уровня техники устройства для отслеживания пользователя.The infrared illumination module 10 can be integrated inside the projection module 4. Since the waveguide system 5 is transparent to IR radiation, and the infrared waveguide 9 senses IR radiation, the infrared waveguide 9 can be combined with the waveguide system 5. Devices known from the prior art can also be used. to track the user.

Совместно с устройством объемного «парящего» изображения возможно использование массива ультразвуковых передатчиков. Благодаря модуляции фазы волны каждого передатчика возможна фокусировка сигнала от ультразвуковых передатчиков в какую-либо область пространства «парящего» изображения. То есть при получении сигналов о взаимодействии пользователя с областью «парящего» изображения электронный блок 2 управления отдает команду управляющему модулю 11 на передачу ультразвукового сигнала в область нахождения объекта. Таким образом, может осуществляться обратный тактильный отклик, который будет сигнализировать пользователю о «нажатии» на какой-либо элемент «парящего» изображения, т.е. у пользователя создается ощущение, что он действительно дотронулся до изображения.An array of ultrasonic transmitters can be used together with the device for a three-dimensional "floating" image. Due to the modulation of the wave phase of each transmitter, it is possible to focus the signal from ultrasonic transmitters into any area of the “floating” image space. That is, when receiving signals about the interaction of the user with the area of the "floating" image, the electronic control unit 2 instructs the control module 11 to transmit an ultrasonic signal to the area where the object is located. Thus, a reverse tactile response can be implemented, which will signal to the user about "pressing" on any element of the "floating" image, i.e. the user has the feeling that he really touched the image.

Кроме того, система может быть настроена таким образом, что при «нажатии» на определенную часть «парящего» изображения, то есть при получении сигнала от детектора о приеме рассеянного излучения в определенной части «парящего» изображения, система будет издавать звуковой сигнал, соответствующий именно этой части «парящего» изображения. Также пользователь может получать отклик от взаимодействия с «парящим» изображением в виде изменения изображения.In addition, the system can be configured in such a way that when you “press” on a certain part of the “floating” image, that is, when you receive a signal from the detector about the reception of scattered radiation in a certain part of the “floating” image, the system will emit a sound signal corresponding to this part of the "floating" image. The user may also receive feedback from interacting with the floating image in the form of image changes.

Таким образом, управляющий модуль 11 может быть соединен с любыми необходимыми передатчиками, которые по команде управляющего модуля могут передавать в область «парящего» изображения излучение видимого диапазона, невидимого диапазона, то есть излучение любых диапазонов, подходящих для взаимодействия с пользователем, а также звук и ультразвук.Thus, the control module 11 can be connected to any necessary transmitters, which, at the command of the control module, can transmit radiation of the visible range, the invisible range, that is, the radiation of any ranges suitable for user interaction, as well as sound and ultrasound.

Таким образом, благодаря предлагаемому изобретению формируется «парящее» изображение, проецируемое в воздухе, изображение имеет большой размер, широкий угол обзора, то есть изображение может быть видно под разными углами, яркость «парящего» изображения не зависит от угла обзора «парящего» изображения, пользователь имеет возможность взаимодействовать с «парящим» изображением, получая обратную связь.Thus, thanks to the proposed invention, a “floating” image is formed projected in the air, the image has a large size, a wide viewing angle, that is, the image can be seen from different angles, the brightness of the “floating” image does not depend on the viewing angle of the “floating” image, the user has the ability to interact with the "floating" image, receiving feedback.

Изобретение исключает физическое взаимодействие пользователя с какой-либо поверхностью для получения информации/отклика или для включения и работы с каким-либо прибором. Пользователь просто подносит палец к месту в воздухе, где видно «парящее» изображение кнопки, и устройство, имеющее «парящую» панель управления, совершает действие, соответствующее «нажатию» на эту кнопку.The invention eliminates the physical interaction of the user with any surface to receive information/response or to turn on and work with any device. The user simply puts his finger in the air where the "floating" image of the button is visible, and the device with the "floating" control panel performs the action corresponding to "pressing" this button.

Предлагаемое устройство для отображения «парящего» изображения может быть использовано не только в качестве отображения изображений, но также и при создании голографического интерфейса пользователя при взаимодействии пользователя, например, с бытовыми приборами, такими как холодильник, варочная панель, телевизор, кондиционер, домофон и т.п., а также предлагаемое устройство сможет найти применение в условиях опасных производств. То есть элементы управления могут отображаться «парящими» в пространстве. В этом случае с помощью дополнительной камеры можно детектировать:The proposed device for displaying a "floating" image can be used not only as an image display, but also in creating a holographic user interface when the user interacts with, for example, household appliances such as a refrigerator, cooktop, TV, air conditioner, intercom, etc. .p., as well as the proposed device can be used in hazardous industries. That is, controls can be displayed "floating" in space. In this case, using an additional camera, you can detect:

- явное взаимодействие, которое может выражаться жестами пользователя. Жесты могут быть символическими (например, поднятие большого пальца вверх), дейктическими (например, указательные жесты), иконическими (например, воспроизведение конкретного движения) и пантомимическими (например, с использованием невидимого инструмента);- Explicit interaction, which can be expressed by user gestures. Gestures can be symbolic (eg, raising the thumb), deictic (eg, pointing), iconic (eg, mimicking a specific movement), and pantomime (eg, using an invisible instrument);

- неявное взаимодействие (проксемика). В данном случае под проксемикой понимается знаковая система, в которой пространство и время организации процесса общения имеют смысловую нагрузку. Например, если у двух пользователей, обладающих мобильными устройствами с предлагаемым дисплеем, формируется «парящее» объемное изображение собеседника (называемое в таком случае голограммой и, возможно, не идентичное размерам тела пользователя) с помощью предлагаемого дисплея, то, поскольку предлагаемый дисплей позволяет проецировать динамические изображения, голограммы собеседников могут изменяться со временем и контекстом коммуникации. При этом такая модификация объемного изображения может происходить как при участии пользователя (с помощью жестов, нажатия кнопок, голосового управления, движения глаз пользователя и т.п.), так и без его участия с помощью заранее запрограммированной реакции (т.е. визуального изменения 3D изображения) на сообщение собеседника. В данном случае надо понимать, что коммуникация между голограммами собеседников может происходить и без активных действий со стороны пользователей, например, если использовать предложенный дисплей с дополнительными датчиками положения и реакций тела пользователя.- implicit interaction (proxemics). In this case, proxemics is understood as a sign system in which the space and time of the organization of the communication process have a semantic load. For example, if two users who have mobile devices with the proposed display form a “floating” three-dimensional image of the interlocutor (called a hologram in this case and may not be identical to the size of the user’s body) using the proposed display, then since the proposed display allows you to project dynamic images, holograms of interlocutors can change with time and the context of communication. At the same time, such a modification of a three-dimensional image can occur both with the participation of the user (using gestures, pressing buttons, voice control, user eye movements, etc.), and without his participation using a preprogrammed reaction (i.e. visual change 3D images) to the other party's message. In this case, it should be understood that communication between the holograms of the interlocutors can occur without active actions on the part of users, for example, if the proposed display is used with additional sensors for the position and reactions of the user's body.

Использование нескольких карманных и портативных устройств может добавить дополнительные контекстно-зависимые функции для взаимодействия с формируемыми «парящими» изображениями. Например, они могут действовать как временное пространство для передачи информации с одной голограммы на другую.The use of multiple handheld and portable devices can add additional context-sensitive features for interacting with the generated "floating" images. For example, they can act as a temporary space to transfer information from one hologram to another.

Предлагаемое устройство может использоваться для распознавания отпечатка пальца или руки, также возможно распознавать лицо пользователя. Такие устройства можно использовать в качестве замка, который при открывании распознает лицо пользователя или руку, или любую другую конечность. The proposed device can be used to recognize a fingerprint or hand, it is also possible to recognize the user's face. Such devices can be used as a lock that, when opened, recognizes the user's face or hand or any other limb.

Хотя изобретение описано с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, следует понимать, что сущность изобретения не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что сущность изобретения включает в себя все альтернативы, коррекции и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем формулы изобретения.Although the invention has been described with some illustrative embodiments, it should be understood that the invention is not limited to these specific embodiments. On the contrary, the summary is intended to include all alternatives, corrections, and equivalents that may be included within the spirit and scope of the claims.

Кроме того, изобретение включает в себя все эквиваленты заявляемого изобретения, даже если пункты формулы изобретения изменяются в процессе рассмотрения.In addition, the invention includes all equivalents of the claimed invention, even if the claims are changed in the course of consideration.

Claims (138)

1. Устройство отображения «парящего» изображения, содержащее:1. The device for displaying a "floating" image, containing: источник изображений;image source; электронный блок управления;electronic control unit; систему с перестраиваемой оптической силой; a system with tunable optical power; проекционный модуль;projection module; волноводную систему;waveguide system; причем and источник изображений соединен с электронным блоком управления и выполнен с возможностью хранения в памяти оцифрованного изображения и выдачи оцифрованного изображения в электронный блок управления в виде сигнала, содержащего данные исходного изображения и информацию о расстоянии от устройства «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано изображение, соответствующее исходному;the image source is connected to the electronic control unit and is configured to store the digitized image in the memory and output the digitized image to the electronic control unit in the form of a signal containing the original image data and information about the distance from the "floating" image device on which the image should be formed, corresponding to the original; электронный блок управления соединен с системой с перестраиваемой оптической силой и с проекционным модулем, причем электронный блок управления выполнен с возможностью разделения упомянутого сигнала на сигнал, содержащий данные исходного изображения, и сигнал, содержащий данные о напряжении, величина которого соответствует информации об упомянутом расстоянии;an electronic control unit is connected to the variable power system and to the projection module, the electronic control unit is configured to separate said signal into a signal containing original image data and a signal containing voltage data, the value of which corresponds to information about said distance; проекционный модуль оптически согласован с волноводной системой и выполнен с возможностью преобразования сигнала, содержащего упомянутые данные исходного изображения в световое поле, соответствующее исходному изображению;the projection module is optically matched to the waveguide system and is configured to convert the signal containing said source image data into a light field corresponding to the source image; волноводная система оптически согласована с системой с перестраиваемой оптической силой и выполнена с возможностью мультиплицирования световых пучков, составляющих упомянутое световое поле;the waveguide system is optically matched with the tunable optical power system and is configured to multiply the light beams constituting said light field; причем система с перестраиваемой оптической силой состоит из поляризатора, элемента с первой оптической силой, элемента со второй оптической силой и перестраиваемого оптического элемента, расположенного между упомянутыми элементами, причемmoreover, the system with a tunable optical power consists of a polarizer, an element with a first optical power, an element with a second optical power and a tunable optical element located between the said elements, and поляризатор выполнен с возможностью поляризации мультиплицированных световых пучков, вышедших из волноводной системы, таким образом, что направление поляризации упомянутых световых пучков совпадает с направлением поляризации перестраиваемого оптического элемента,the polarizer is configured to polarize the multiplied light beams emerging from the waveguide system in such a way that the direction of polarization of said light beams coincides with the direction of polarization of the tunable optical element, при этом элемент с первой оптической силой выполнен с возможностью направления поляризованных световых пучков, прошедших поляризатор, на перестраиваемый оптический элемент;wherein the element with the first optical power is configured to direct the polarized light beams that have passed through the polarizer to the tunable optical element; перестраиваемый оптический элемент выполнен с возможностью вносить фазовую задержку в волновой фронт проходящего светового поля, тем самым изменять расстояние, на котором будет формироваться в пространстве «парящее» изображение, под воздействием напряжения, подаваемого электронным блоком управления;the tunable optical element is configured to introduce a phase delay into the wave front of the transmitted light field, thereby changing the distance at which a "floating" image will be formed in space, under the influence of voltage supplied by the electronic control unit; элемент со второй оптической силой выполнен с возможностью фокусировать упомянутые световые пучки, составляющие световое поле, соответствующее исходному изображению, и вышедшие из перестраиваемого оптического элемента, в пространстве, формируя «парящее» изображение на расстоянии, соответствующем напряжению, поданному на перестраиваемый оптический элемент. the element with the second optical power is configured to focus the mentioned light beams, constituting the light field corresponding to the original image, and emerging from the tunable optical element, in space, forming a "floating" image at a distance corresponding to the voltage applied to the tunable optical element. 2. Устройство по п. 1, в котором элемент с первой оптической силой является элементом с положительной оптической силой, элемент со второй оптической силой является элементом с отрицательной оптической силой.2. The device according to claim 1, wherein the first power element is a positive power element, the second power element is a negative power element. 3. Устройство по п. 2, в котором оптическая сила Dpos оптического элемента с положительной оптической силой соотносится с оптической силой DNeg оптического элемента с отрицательной оптической силой следующим образом:3. The apparatus of claim 2, wherein the optical power D pos of the positive optical element is related to the optical power D Neg of the negative optical element as follows: DPos ≈ -1,1 × DNeg.D Pos ≈ -1.1 × D Neg . 4. Устройство по п. 1, в котором элемент с первой оптической силой является элементом с отрицательной оптической силой, элемент со второй оптической силой является элементом с положительной оптической силой.4. The apparatus of claim 1, wherein the first power element is a negative power element, the second power element is a positive power element. 5. Устройство по п. 1, в котором элемент с первой оптической силой является элементом с положительной оптической силой и элемент со второй оптической силой является элементом с положительной оптической силой.5. The apparatus of claim 1, wherein the first power element is a positive power element and the second power element is a positive power element. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором между элементом с первой оптической силой, перестраиваемым оптическим элементом и элементом со второй оптической силой нет воздушного зазора. 6. The device according to any one of paragraphs. 1-5, in which there is no air gap between the element with the first optical power, the tunable optical element and the element with the second optical power. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором источником изображений является память электронного устройства.7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, in which the image source is the memory of the electronic device. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором перестраиваемый оптический элемент выполнен из слоя жидких кристаллов.8. The device according to any one of paragraphs. 1-7, in which the tunable optical element is made of a layer of liquid crystals. 9. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором перестраиваемый оптический элемент выполнен из оптически активного материала, изменяющего оптические свойства в результате воздействия напряжения.9. The device according to any one of paragraphs. 1-7, in which the tunable optical element is made of an optically active material that changes optical properties as a result of stress. 10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором источник изображений содержит память, хранящую данные о каждом срезе изображения, включающие в себя оцифрованное изображение среза и данные о глубине этого среза.10. The device according to any one of paragraphs. 1-9, wherein the image source comprises a memory storing data about each image slice, including a digitized image of the slice and data about the depth of that slice. 11. Способ работы устройства отображения «парящего» изображения для отображения плоского «парящего» изображения, содержащий этапы, на которых:11. A method for operating a floating image display device for displaying a flat floating image, comprising the steps of: А) выдают, посредством источника изображений, оцифрованное исходное плоское изображение, которое поступает в электронный блок управления, причем оцифрованное исходное плоское изображение представляет собой сигнал, содержащий данные исходного плоского изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано плоское «парящее» изображение, соответствующее исходному плоскому изображению;A) output, by means of an image source, a digitized original flat image, which enters the electronic control unit, and the digitized original flat image is a signal containing data of the original flat image and information about the distance at which the flat "floating" image should be formed, corresponding to the original flat image; Б) обрабатывают, посредством электронного блока управления, упомянутый сигнал, разделяя его на сигнал, содержащий упомянутые данные исходного плоского изображения, и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано плоское «парящее» изображение; B) processing, by means of an electronic control unit, the said signal, dividing it into a signal containing the said data of the original flat image, and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance of the display device of the "floating" image, on which a flat "floating" image should be formed image; В) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, напряжение, соответствующее сигналу напряжения;C) applying to the tunable optical element, by means of an electronic control unit, a voltage corresponding to the voltage signal; Г) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, сигнал, содержащий упомянутые данные исходного плоского изображения; причемD) submitting to the projection module, by means of an electronic control unit, a signal containing the said data of the original flat image; and этапы В) и Г) осуществляют синхронно;steps C) and D) are carried out simultaneously; Д) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные исходного плоского изображения в световое поле, соответствующее исходному плоскому изображению, проецируют, посредством проекционного модуля, упомянутое световое поле в волноводную систему; E) converting, by means of a projection module, the data of the original flat image into a light field corresponding to the original flat image, projecting, by means of the projection module, said light field into the waveguide system; Е) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих упомянутое световое поле;E) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting said light field; Ж) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;G) polarize, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, the multiplied light field emerging from the waveguide system; И) подают поляризованное световое поле на элемент с первой оптической силой, затем на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что прошедшее световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде плоского «парящего» изображения, соответствующего исходному изображению, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению.I) a polarized light field is supplied to the element with the first optical power, then to the tunable optical element, and under the action of the said voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the transmitted light field, which has passed the tunable optical element and the element with the second optical power, is formed in the form a flat "floating" image, corresponding to the original image, in space at a distance corresponding to the applied voltage. 12. Способ работы устройства отображения «парящего» объемного изображения, содержащий этапы, на которых:12. The method of operation of the device for displaying a "floating" three-dimensional image, containing the steps in which: А) производят рендеринг, посредством CAD системы, оцифрованного исходного объемного изображения в последовательность оцифрованных плоских срезов объемного изображения,A) rendering, by means of a CAD system, a digitized initial volumetric image into a sequence of digitized flat slices of a volumetric image, причем каждый оцифрованный плоский срез объемного изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного изображения,wherein each digitized flat slice of the volume image is a signal containing image data of the flat slice of the volume image and information about the distance at which the "floating" image of the flat slice of the volume image should be formed, передают последовательность оцифрованных плоских срезов в виде последовательности сигналов в источник изображений;transmitting a sequence of digitized flat slices as a sequence of signals to an image source; Б) передают упомянутую последовательность сигналов из источника изображений в электронный блок управления,B) transmitting said sequence of signals from the image source to the electronic control unit, обрабатывают каждый сигнал из последовательности, посредством электронного блока управления, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного изображения;processing each signal from the sequence, by means of an electronic control unit, dividing into a signal containing image data of a flat slice of a volume image and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device on which the floating image of a flat cut volumetric image; В) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:C) is applied to a tunable optical element, by means of an electronic control unit, sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer: напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображение плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности; voltages corresponding to the voltage signals for the "floating" image of a flat slice of a volume image for each image of a flat slice of a volume image from the sequence; Г) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) are fed to the projection module, by means of an electronic control unit, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer: сигналы, содержащие данные изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности;signals containing 3D planar slice image data for each 3D planar slice image of the sequence; причемand этапы В) и Г) осуществляют синхронно;steps C) and D) are carried out simultaneously; последовательно со смещением во времени:sequentially with a time shift: Д) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные изображения плоского среза объемного изображения для каждого изображения плоского среза объемного изображения из последовательности в световое поле, E) converting, by means of the projection module, the image data of the flat slice of the volume image for each image of the flat slice of the volume image from the sequence to the light field, проецируют посредством проекционного модуля, каждое упомянутое световое поле в волноводную систему; projecting through the projection module, each mentioned light field in the waveguide system; Е) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих каждое упомянутое световое поле;E) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting each said light field; Ж) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, каждое мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;G) polarize, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, each multiplied light field emerging from the waveguide system; З) поляризованное световое поле попадает на элемент с первой оптической силой, попадает на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде «парящего» изображения плоского среза объемного изображения, в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;3) the polarized light field hits the element with the first optical power, hits the tunable optical element, and under the action of the said voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the light field that has passed the tunable optical element and the element with the second optical power is formed in the form "floating" image of a flat section of a three-dimensional image, in space at a distance corresponding to the applied voltage; причем последовательность «парящих» изображений плоских срезов объемного изображения в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» изображение.moreover, a sequence of "floating" images of flat slices of a three-dimensional image in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a three-dimensional "floating" image for the observer. 13. Способ по п. 12, причем исходное объемное изображение является исходным объемным цветным изображением;13. The method according to p. 12, and the original volumetric image is the original volumetric color image; причем каждый оцифрованный плоский срез объемного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента;wherein each digitized flat slice of the volumetric image consists of a red (R) component, a green (G) component, and a blue (B) component; причем упомянутые данные изображения плоского среза объемного изображения представляют собой данные красного канала изображения (R) плоского среза объемного изображения, данные зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного изображения, данные синего канала изображения (B) плоского среза объемного изображения, wherein said volume planar slice image data is volume planar slice red image channel (R), volume plane slice green image channel (G), and volume planar slice blue image channel (B), причем упомянутый сигнал, содержащий данные изображения плоского среза объемного изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза объемного цветного изображения, включает в себя:wherein said signal containing image data of a flat slice of a volume image and information about a distance at which a "floating" image of a flat slice of a volumetric color image is to be formed includes: сигнал, содержащий данные красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения,a signal containing the red image channel data (R) of a flat slice of a three-dimensional color image, сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a volumetric color image, сигнал, содержащий данные синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,a signal containing blue image channel data (B) of a flat slice of a volumetric color image, причем and расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the red image channel (R) of the flat slice of the volumetric color image should be formed, расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the three-dimensional color image should be formed, расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the volumetric color image should be formed, равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза объемного цветного изображения, соответствующее исходному объемному цветному изображению;equal to the distance at which a “floating” color image of a flat slice of a volumetric color image should be formed, corresponding to the original volumetric color image; причем упомянутый сигнал напряжения включает в себя:wherein said voltage signal includes: сигнал напряжения для красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза объемного цветного изображения, a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a volumetric color image, the value of which corresponds to information about the distance from the display device of the "floating" image, on which a "floating" image of the red image channel (R) of a flat slice of a volumetric color image should be formed, сигнал напряжения для зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза объемного цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of a flat slice of a color volume image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the green image channel (G) of a flat slice of a volumetric color image should be formed, сигнал напряжения для синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза объемного цветного изображения,a voltage signal for the blue image channel (B) of a flat slice of a volumetric color image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the blue image channel (B) of a flat slice of a volumetric color image is to be formed, причем для каждого плоского среза объемного цветного изображения повторяют этапы (Б)-(З), причем последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов объемного цветного изображения в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» цветное изображение.moreover, for each flat slice of a volumetric color image, steps (B)-(C) are repeated, and the sequence of "floating" images R, G, B of the components of flat slices of a volumetric color image in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms for the observer a three-dimensional "floating" color image. 14. Способ работы устройства отображения «парящего» изображения для отображения «парящего» объемного видео, содержащий этапы, на которых:14. A method for operating a floating image display device for displaying a floating surround video, comprising the steps of: А) производят рендеринг, посредством CAD системы, каждого оцифрованного исходного объемного изображения из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей видеоизображение, на последовательность оцифрованных плоских срезов изображения,A) rendering, by means of a CAD system, each digitized source volumetric image from a sequence of digitized source volumetric images constituting a video image onto a sequence of digitized flat image slices, причем каждый оцифрованный плоский срез изображения представляет собой сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения,wherein each digitized flat image slice is a signal containing image data of the flat image slice and distance information at which the "floating" image of the flat image slice is to be formed, сохраняют последовательность оцифрованных плоских срезов изображения в источнике изображения, store a sequence of digitized flat image slices in the image source, Б) передают последовательность оцифрованных плоских срезов изображения из источника изображения в электронный блок управления;B) transmitting a sequence of digitized flat image slices from the image source to the electronic control unit; для каждого оцифрованного исходного объемного изображения:for each digitized original volumetric image: В) обрабатывают каждый сигнал из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения, посредством электронного блока управления, разделяя на сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и сигнал напряжения, величина которого соответствует информации о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения,C) processing each signal from a sequence of digitized flat image slices by means of an electronic control unit, dividing it into a signal containing image data of a flat image slice and a voltage signal, the value of which corresponds to information about the distance at which a “floating” image of a flat image slice should be formed , Г) подают на перестраиваемый оптический элемент, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:D) is applied to a tunable optical element, by means of an electronic control unit, sequentially with a shift in time, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer: напряжения, соответствующие сигналам напряжения для «парящего» изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения; voltages corresponding to voltage signals for the "floating" planar slice image for each planar slice image of the sequence of digitized planar image slices; Д) подают на проекционный модуль, посредством электронного блока управления, последовательно со смещением во времени, с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя:E) are fed to the projection module, by means of an electronic control unit, sequentially with a time shift, with a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer: сигналы, содержащие данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения;signals containing image data of a planar image slice for each image of a planar image slice from the sequence of digitized planar image slices; причемand этапы Г) и Д) осуществляют синхронно;steps D) and E) are carried out simultaneously; последовательно со смещением во времени:sequentially with a time shift: Е) преобразуют, посредством проекционного модуля, данные изображения плоского среза изображения для каждого изображения плоского среза изображения из последовательности оцифрованных плоских срезов изображения в световое поле, E) converting, by means of a projection module, image data of a flat image slice for each image of a flat image slice from a sequence of digitized flat image slices into a light field, проецируют посредством проекционного модуля, каждое упомянутое световое поле в волноводную систему; projecting through the projection module, each mentioned light field in the waveguide system; Ж) мультиплицируют, посредством волноводной системы, набор световых пучков, составляющих каждое упомянутое световое поле;G) multiplying, by means of a waveguide system, a set of light beams constituting each said light field; З) поляризуют, посредством поляризатора системы с перестраиваемой оптической силой, каждое мультиплицированное световое поле, вышедшее из волноводной системы;3) polarizing, by means of a polarizer of the system with a tunable optical power, each multiplied light field emerging from the waveguide system; И) поляризованное световое поле попадает на элемент с первой оптической силой, попадает на перестраиваемый оптический элемент, причем под действием упомянутого напряжения перестраиваемый оптический элемент перестраивается таким образом, что световое поле, прошедшее перестраиваемый оптический элемент и элемент со второй оптической силой, формируется в виде «парящего» изображения плоского среза изображения в пространстве на расстоянии, соответствующем поданному напряжению;I) the polarized light field hits the element with the first optical power, hits the tunable optical element, and under the action of the said voltage, the tunable optical element is tunable in such a way that the light field that has passed the tunable optical element and the element with the second optical power is formed in the form floating" image of a flat slice of the image in space at a distance corresponding to the applied voltage; причем последовательность «парящих» изображений плоских срезов изображений из последовательности оцифрованных исходных изображений, составляющей видео, в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» видео.moreover, the sequence of "floating" images of flat slices of images from the sequence of digitized original images that make up the video in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms a three-dimensional "floating" video for the observer. 15. Способ по п. 14, причем 15. The method according to claim 14, and исходное объемное изображение из последовательности оцифрованных исходных объемных изображений, составляющей видеоизображение, является исходным объемным цветным изображением из последовательности оцифрованных исходных объемных цветных изображений, составляющей цветное видеоизображение,the original volumetric image from the sequence of digitized source volumetric images constituting the video image is the source volumetric color image from the sequence of digitized source volumetric color images constituting the color video image, причем каждый оцифрованный плоский срез цветного изображения состоит из красного (R) компонента, зеленого (G) компонента и синего (B) компонента;wherein each digitized flat slice of a color image consists of a red (R) component, a green (G) component, and a blue (B) component; причем упомянутые данные изображения плоского среза изображения представляют собой данные красного канала изображения (R), данные зеленого канала изображения (G), данные синего канала изображения (B);wherein said flat slice image data is red image channel data (R), green image channel data (G), blue image channel data (B); причем упомянутый сигнал, содержащий данные изображения плоского среза изображения и информацию о расстоянии, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение плоского среза изображения, включает в себя:wherein said signal containing image data of the planar slice of the image and information about the distance at which the "floating" image of the planar slice of the image is to be formed includes: сигнал, содержащий данные красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,a signal containing the red image channel data (R) of a flat slice of a color image, сигнал, содержащий данные зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, a signal containing green image channel data (G) of a flat slice of a color image, сигнал, содержащий данные синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения;a signal containing blue image channel data (B) of a flat slice of a color image; причем and расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the red image channel (R) of the flat slice of the color image should be formed, расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the color image is to be formed, расстояние от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения,the distance from the floating image display device at which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed, равны расстоянию, на котором должно быть сформировано «парящее» цветное изображение плоского среза цветного изображения, соответствующее исходному цветному изображению;equal to the distance at which a “floating” color image of a flat slice of a color image corresponding to the original color image should be formed; причем упомянутый сигнал напряжения включает в себя:wherein said voltage signal includes: сигнал напряжения для красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение красного канала изображения (R) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the red image channel (R) of a flat slice of a color image, the value of which corresponds to information about the distance from the floating image display device, on which a floating image of the red image channel (R) of a flat slice of a color image is to be formed, сигнал напряжения для зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение зеленого канала изображения (G) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the green image channel (G) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the floating image display device on which the floating image of the green image channel (G) of the flat slice of the color image is to be formed, сигнал напряжения для синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения, величина которого соответствует информации о расстоянии от устройства отображения «парящего» изображения, на котором должно быть сформировано «парящее» изображение синего канала изображения (B) плоского среза цветного изображения,a voltage signal for the blue image channel (B) of the flat slice of the color image, the value of which corresponds to the information about the distance from the floating image display device on which the floating image of the blue image channel (B) of the flat slice of the color image is to be formed, причем для каждого плоского среза изображения из последовательности оцифрованных исходных цветных изображений, составляющей видео, повторяют этапы (Б)-(И), причем последовательность «парящих» изображений R, G, B компонентов плоских срезов цветных изображений из последовательности оцифрованных исходных цветных изображений, составляющей видео в пространстве, передающаяся с частотой, превышающей разрешающую способность распознавания изображений как отдельных для наблюдателя, формирует для наблюдателя объемное «парящее» цветное видео. moreover, for each flat slice of the image from the sequence of digitized source color images that make up the video, steps (B) - (I) are repeated, and the sequence of "floating" images R, G, B of the components of flat slices of color images from the sequence of digitized source color images, constituting video in space, transmitted at a frequency exceeding the resolution of recognizing images as separate for the observer, forms for the observer a three-dimensional "floating" color video. 16. Система интерактивного дисплея «парящего» изображения, содержащая:16. An interactive display system of a "floating" image, comprising: устройство отображения «парящего» изображения по любому из пп. 1-10;display device "floating" image according to any one of paragraphs. 1-10; светоделитель;beam splitter; инфракрасный детектор;infrared detector; инфракрасный волновод, расположенный между светоделителем и волноводной системой;an infrared waveguide located between the beam splitter and the waveguide system; модуль инфракрасной подсветки;infrared illumination module; управляющий модуль, соединенный с инфракрасным детектором и электронным блоком управления; a control module connected to an infrared detector and an electronic control unit; причемand электронный блок управления соединен с модулем инфракрасной подсветки и дополнительно выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала на модуль инфракрасной подсветки; the electronic control unit is connected to the infrared illumination module and is additionally configured to supply a control signal to the infrared illumination module; система с перестраиваемой оптической силой дополнительно выполнена с возможностью коллимировать рассеянное пользователем инфракрасное излучение;the system with tunable optical power is additionally configured to collimate infrared radiation scattered by the user; волноводная система является прозрачной для инфракрасного излучения;the waveguide system is transparent to infrared radiation; модуль инфракрасной подсветки выполнен с возможностью освещать всю область «парящего» изображения;the infrared illumination module is configured to illuminate the entire area of the "floating" image; светоделитель выполнен с возможностью пропускания рассеянного инфракрасного излучения на инфракрасный детектор;the beam splitter is configured to transmit scattered infrared radiation to an infrared detector; инфракрасный детектор выполнен с возможностью принимать рассеянное инфракрасное излучение, прошедшее светоделитель, и передавать его на управляющий модуль;the infrared detector is configured to receive scattered infrared radiation that has passed through the beam splitter and transmit it to the control module; управляющий модуль выполнен с возможностью распознавания факта взаимодействия пользователя с плоскостью «парящего» изображения, а также места взаимодействия на плоскости «парящего» изображения, и формирования команды, соответствующей положению места взаимодействия с плоскостью «парящего» изображения.the control module is configured to recognize the fact of user interaction with the "floating" image plane, as well as the place of interaction on the "floating" image plane, and generate a command corresponding to the position of the place of interaction with the "floating" image plane. 17. Система по п. 16, в которой инфракрасный волновод объединен с волноводной системой.17. The system of claim 16 wherein the infrared waveguide is integrated with the waveguide system. 18. Система по любому из пп. 16, 17, в которой модуль инфракрасной подсветки встроен внутрь проекционного модуля.18. The system according to any one of paragraphs. 16, 17, in which the infrared illumination module is embedded inside the projection module. 19. Система по любому из пп. 16-18, дополнительно содержащая массив ультразвуковых передатчиков.19. The system according to any one of paragraphs. 16-18, further comprising an array of ultrasonic transmitters. 20. Способ работы системы интерактивного дисплея «парящего» изображения по п.16, содержащий этапы, на которых:20. The method of operating the floating image interactive display system according to claim 16, comprising the steps of: подают, посредством электронного модуля управления, управляющий сигнал на модуль инфракрасной подсветки;submitting, by means of the electronic control module, a control signal to the infrared illumination module; освещают, посредством модуля инфракрасной подсветки, область «парящего» изображения инфракрасным излучением;illuminate, by means of the infrared illumination module, the area of the "floating" image with infrared radiation; пользователь взаимодействует с плоскостью «парящего» изображения, за счет упомянутого взаимодействия инфракрасное излучение рассеивается;the user interacts with the plane of the "floating" image, due to the mentioned interaction, infrared radiation is scattered; коллимируют рассеянное инфракрасное излучение, посредством системы с перестраиваемой оптической силой;collimating the scattered infrared radiation, by means of a system with a tunable optical power; направляют коллимированное рассеянное инфракрасное излучение через волноводную систему, которая является прозрачной для инфракрасного излучения, на инфракрасный волновод;directing collimated scattered infrared radiation through a waveguide system that is transparent to infrared radiation to an infrared waveguide; выводят инфракрасное излучение из инфракрасного волновода и через светоделитель направляют на инфракрасный детектор;output infrared radiation from the infrared waveguide and through the beam splitter is sent to the infrared detector; детектируют, посредством инфракрасного детектора, рассеянное излучение и передают сигналы в управляющий модуль;detecting, by means of an infrared detector, scattered radiation and transmitting signals to the control module; распознают, посредством управляющего модуля, факт взаимодействия пользователя с плоскостью «парящего» изображения, а также место взаимодействия на плоскости «парящего» изображения;recognize, by means of the control module, the fact of user interaction with the plane of the "floating" image, as well as the place of interaction on the plane of the "floating" image; формируют команду, посредством управляющего модуля, соответствующую положению места взаимодействия на плоскости «парящего» изображения.form a command, by means of a control module, corresponding to the position of the place of interaction on the plane of the "floating" image.
RU2022132978A 2022-12-15 Device for displaying floating image and methods of its operation, system of interactive display of floating image, method of operation of interactive display system of floating image RU2799119C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799119C1 true RU2799119C1 (en) 2023-07-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064423A (en) * 1998-02-12 2000-05-16 Geng; Zheng Jason Method and apparatus for high resolution three dimensional display
RU2278405C2 (en) * 2001-01-15 2006-06-20 Карри ПАЛОВУОРИ Method and device for forming projection screen or projection space
US20170371172A1 (en) * 2014-12-08 2017-12-28 Voxon, Co Volumetric 3D Display
US20180262741A1 (en) * 2017-03-07 2018-09-13 Walter Joseph FUNK Methods and system for generating three-dimensional spatial images
US20180284470A1 (en) * 2015-12-07 2018-10-04 Utsunomiya University Display device, and display method for aerial image
RU2751405C1 (en) * 2020-12-04 2021-07-13 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Apparatus for displaying a "floating" image and method for operation thereof (variants)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064423A (en) * 1998-02-12 2000-05-16 Geng; Zheng Jason Method and apparatus for high resolution three dimensional display
RU2278405C2 (en) * 2001-01-15 2006-06-20 Карри ПАЛОВУОРИ Method and device for forming projection screen or projection space
US20170371172A1 (en) * 2014-12-08 2017-12-28 Voxon, Co Volumetric 3D Display
US20180284470A1 (en) * 2015-12-07 2018-10-04 Utsunomiya University Display device, and display method for aerial image
US20180262741A1 (en) * 2017-03-07 2018-09-13 Walter Joseph FUNK Methods and system for generating three-dimensional spatial images
RU2751405C1 (en) * 2020-12-04 2021-07-13 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Apparatus for displaying a "floating" image and method for operation thereof (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11747719B2 (en) Diffractive waveguide providing structured illumination for object detection
US10191295B2 (en) Advanced retroreflecting aerial displays
RU2473935C1 (en) Optical system and display
US9075184B2 (en) Compact edge illuminated diffractive display
US20190212195A9 (en) Diffractive waveguide providing structured illumination for object detection
KR100930431B1 (en) A system for displaying stereoscopic 3D images, a method for generating stereoscopic 3D images, and a system for generating stereoscopic 3D images
US7710655B2 (en) Display with image-guiding substrate
US8331006B2 (en) Display device and a method for illuminating a light modulator array of a display device
US6806849B2 (en) Multi-planar volumetric display system and method of operation using multi-planar interlacing
CN1271447C (en) Planar projector display
JP2024052930A (en) Dual mixed light irradiation field device
US20170094263A1 (en) Laser-etched 3d volumetric display
US11022799B2 (en) Projector-combiner display with beam replication
JP2007505353A (en) Substrate light guide optical device
WO2019041812A1 (en) Display system and display method
CN113640990B (en) Lighting system
CN110954983A (en) Colored light waveguide structure and display device
RU2799119C1 (en) Device for displaying floating image and methods of its operation, system of interactive display of floating image, method of operation of interactive display system of floating image
CN109154737B (en) Dynamic full three-dimensional display
US11662591B1 (en) Display systems and imaging systems with dynamically controllable optical path lengths
RU2781359C1 (en) Apparatus for displaying a "floating" image and method for operation thereof, projection optical system for the apparatus for displaying a "floating" image, interactive display system for a "floating" image, and method for operation of the interactive display system for a "floating" image
US11862932B2 (en) Light source with optical frequency mixing
US11750780B1 (en) Method and system for eyebox expansion in display systems
US20240004198A1 (en) Display and imaging systems with 1d-1d optical surfaces for stereoscopic and monocular depth programming
Luo Breaking Through the Fov Limit of Augmented Reality Near-To-Eye Display with High Resolution by Digital Micromirror Device and Volume Hologram Grating