RU90226U1 - Устройство для проецирования псевдообъемных изображений - Google Patents

Abstract

1. Устройство для проецирования изображений, содержащее плоский экран, обеспечивающий воспроизведение на нем изображения и, по крайней мере, три треугольные или трапециевидные пластины из полупрозрачного стекла, установленные примыкающими друг к другу по боковым граням, причем плоскости пластин размещены под углом 45° к плоскости экрана и пересекаются в точке, лежащей в ней, при этом устройство выполнено с возможностью размещения реального объекта между плоскостями пластин и визуального совмещения проецируемого изображения с упомянутым реальным объектом. ! 2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит стол для установки на нем реального объекта, при этом плоскость стола параллельна плоскости экрана. ! 3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит стол для установки на нем реального объекта, размещаемое на столе основание и верхнюю панель, закрепленную на основании с помощью вертикальных стоек, при этом пластины закреплены на верхней панели и основании, а экран установлен в верхней панели таким образом, что его плоскость параллельна плоскости стола. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, одна из пластин выполнена съемной. ! 5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит держатель для закрепления реального объекта. ! 6. Устройство по любому из пп.1-5, характеризующееся тем, что экран выполнен плазменным, или жидкокристаллическим, или светодиодным, или проекционным.

Description

Полезная модель относится к области оптики, а именно к устройствам для проецирования изображений, и может быть использована для демонстрационных, рекламных носителей, с целью обучения и т.д.

Из уровня техники известно множество устройств для проецирования изображений, принцип работы которых основан на законе отражения (угол падения светового луча равен его углу отражения). Идея таких устройств заключается в том, что при взгляде на хорошо отражающую поверхность (например, обычное зеркало) человек видит предметы, отражающиеся в нем так, как будто эти предметы находятся за ним.

Например, из уровня техники известно устройство для проецирования изображений, содержащее плоский экран, обеспечивающий воспроизведение на нем изображения и две треугольные зеркальные пластины, плоскости которых размещены под углом меньше 180° к плоскости экрана и примыкающие друг другу по боковым граням (см. US 6062698 А, 16.05.2000). Недостатками такого устройства является то, что проецируемое изображение является плоским и недостаточно реалистичным.

Задачей заявленной полезной модели является создание устройства, позволяющего проецировать "псевдообъемные" изображения, т.е. с эффектом трехмерности.

Техническим результатом заявленной полезной модели является создание объемного эффекта получаемого изображения (эффекта трехмерности), возможность визуального совмещения реальных объектов и проецируемых изображений.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для проецирования изображений содержит плоский экран, обеспечивающий воспроизведение на нем изображения и, по крайней мере, три треугольные или трапециевидные пластины из полупрозрачного стекла, установленные примыкающими друг к другу по боковым граням, плоскости пластин размещены под углом 45° к плоскости экрана и пересекаются в точке, лежащей в ней, при этом устройство выполнено с возможностью размещения реального объекта между плоскостями пластин и визуального совмещения проецируемого изображения с упомянутым реальным объектом.

Кроме того, технический результат достигается за счет того, что

- устройство содержит стол для установки на нем реального объекта, при этом плоскость стола параллельна плоскости экрана;

- устройство дополнительно содержит стол для установки на нем реального объекта, размещаемое на столе основание и верхнюю панель, закрепленную на основании с помощью вертикальных стоек, при этом пластины закреплены на верхней панели и основании, а экран установлен в верхней панели таким образом, что его плоскость параллельна плоскости стола;

- по крайней мере, одна из пластин выполнена съемной;

- устройство содержит держатель для закрепления реального объекта;

- экран выполнен плазменным или жидкокристаллическим или светодиодным или проекционным.

На фиг.1 показан общий принцип формирования проекционного изображения. Для проецирования изображения необходимо наличие горизонтального экрана 1 и полупрозрачной стеклянной пластины 2 (стекла) с высоким коэффициентом отражения, размещенной под углом 45° к этому экрану. При взгляде на эту пластину, благодаря упомянутому выше закону оптики, человек видит отражение 3 экранного изображения, располагающееся на плоскости, перпендикулярной экрану и выходящей из точки соприкосновения экрана и стекла (далее - плоскость отражения). Если изображение представляет собой некий яркий объект на черном фоне, то человек увидит этот объект как будто висящим в воздухе (поскольку черный фон не отражается). При этом это отраженное изображение тем реалистичнее, чем оно контрастней и детальней (а также чем лучше обработана отражающая поверхность стекла), поскольку глаз может с большей точностью и достоверностью определить его положение.

Однако, даже находясь как бы в воздухе, изображению объекта может недоставать реалистичности, поскольку экран с отражающимся изображением плоский, что в принципе достаточно хорошо видно человеку с нормальным зрением. Для усиления эффекта реализма объекта необходимо дополнительно «обмануть» зрителя, добавив к изображению иллюзию трехмерности. Для этого необходимо наличие не одной отражающей пластины, а двух или более.

Главное требование - чтобы плоскости указанных пластин были размещены под углом 45° к экрану, и чтобы они пересекались в одной точке (точке стыка), лежащей в плоскости экрана. Каждое из этих стекол будет отражать свою часть экрана, причем все соответствующие плоскости отражений будут пересекаться по оси, перпендикулярной экрану, опущенной из точки стыка плоскостей с экраном (далее центральная ось).

В заявленном устройстве для усиления эффекта трехмерности изображения и также для увеличения жесткости конструкции устройство содержит три или более треугольные или трапециевидные пластины.

Для визуального совмещения реальных объектов и проецируемого изображений устройство выполнено с возможностью размещения этих объектов между плоскостями пластин. Эта возможность может быть реализована за счет того, что устройство содержит стол для размещения реального объекта (предмета). Кроме того, для удобства размещения предмета одна или несколько пластин могут быть выполнены съемными.

Необходимо отметить, что при эксплуатации устройства экран может быть обращен как вертикально вниз, так и вертикально вверх. В последнем случае полупрозрачные пластины располагаются над экраном, и реальный объект может быть закреплен между пластинами с помощью держателя. В зависимости от предъявляемых требований к качеству и размерам изображения экран может быть выполнен плазменным, жидкокристаллическим, светодиодным или проекционным. В случае проекционного экрана изображение формируют с помощью проектора и дополнительных отражающих зеркал.

Наиболее предпочтительный вариант реализации заявленной полезной модели показан на фиг.2. Устройство содержит основание 4, установленное на столе 5, и верхнюю панель 6, закрепленную на основании с помощью вертикальных стоек 7. В верхнюю панель 6 установлен экран (на чертеже не показан), обращенный вертикально вниз. По экраном на основании и верхней панели закреплены три трапециевидные пластины 8, 9 и 10 из полупрозрачного стекла, плоскости которых наклонены к плоскости экрана под углом 45° и пересекаются в точке, лежащей в плоскости экрана. Стол 2 служит также для установки на него реального объекта (предмета) (не показан). Плоскость стола параллельна плоскости экрана. Пластины 8, 9 и 10 смыкаются между собой по боковым граням, при этом две из трех пластин смыкаются только по одной из граней таким образом, что плоскости пластин и стола образуют между собой "пирамиду" с четырехугольником в основании, но без одной боковой грани. Таким образом, отсутствие четвертой пластины (боковой грани "пирамиды") позволяет легко устанавливать реальный объект (предмет) между пластинами на стол.

Устройство работает следующим образом.

На экране формируют проецируемое изображение, располагая несколько изображений объекта (по одному на каждую отражающую плоскость пластины) следующим образом: вертикаль изображения должна совпадать с проекцией нормали к отражающей плоскости на плоскость экрана, причем «верх» изображения будет находиться в точке стыка отражающих плоскостей, а низ, соответственно, на периферии экрана. При таких условиях возможно наблюдение "висящего в воздухе" отражения не с одной стороны, а с двух или более, что создаст гораздо большую иллюзию его трехмерности. Для совмещения реального объекта и изображения на стол между пластинами устанавливают какой-либо предмет, например, бокал. Для

проекционного экрана изображение формируют с помощью проектора и дополнительных отражающих зеркал.

Наиболее предпочтительный вариант реализации заявленной полезной модели показан на фиг.2. Устройство содержит основание 4, установленное на столе 5, и верхнюю панель 6, закрепленную на основании с помощью вертикальных стоек 7. В верхнюю панель 6 установлен экран (на чертеже не показан), обращенный вертикально вниз. По экраном на основании и верхней панели закреплены три трапециевидные пластины 8, 9 и 10 из полупрозрачного стекла, плоскости которых наклонены к плоскости экрана под углом 45° и пересекаются в точке, лежащей в плоскости экрана. Стол 2 служит также для установки на него реального объекта (предмета) (не показан). Плоскость стола параллельна плоскости экрана. Пластины 8, 9 и 10 смыкаются между собой по боковым граням, при этом две из трех пластин смыкаются только по одной из граней таким образом, что плоскости пластин и стола образуют между собой "пирамиду" с четырехугольником в основании, но без одной боковой грани. Таким образом, отсутствие четвертой пластины (боковой грани "пирамиды") позволяет легко устанавливать реальный объект (предмет) между пластинами на стол.

Устройство работает следующим образом.

На экране формируют проецируемое изображение, располагая несколько изображений объекта (по одному на каждую отражающую плоскость пластины) следующим образом: вертикаль изображения должна совпадать с проекцией нормали к отражающей плоскости на плоскость экрана, причем «верх» изображения будет находиться в точке стыка отражающих плоскостей, а низ, соответственно, на периферии экрана. При таких условиях возможно наблюдение "висящего в воздухе" отражения не с одной стороны, а с двух или более, что создаст гораздо большую иллюзию его трехмерности. Для совмещения реального объекта и изображения на стол между пластинами устанавливают какой-либо предмет, например, бокал. Для определения точного места установки бокала на стол, проецируют изображение указанного бокала, размеры которого совпадают с реальными. Производят совмещение реального объекта и его изображения, после чего изображение объекта убирают. Далее проецируют другое изображение, которое будет визуально совмещаться с реальным объектом, например, изображения текущей жидкости. При этом зритель видит общую картину: трехмерное изображение наливаемой в бокал жидкости. Таким образом, появляется возможность визуального совмещения реального объекта (бокала) и виртуального (наливаемая в бокал жидкость).

При этом имеется возможность наблюдения не отдельного отражения со стороны плоскости одной пластины (стекла), а сразу двух - со стороны стыка двух стекол. В этом случае в левом стекле зритель увидит левую часть левого изображения (относительно своего положения), а в правом - правую часть правого. Если изображения на экране для каждой из видимых отражающих поверхностей идентичны, то эти отраженные части состыкуются в единое целое, создавая иллюзию трехмерности объекта (поскольку зритель может наблюдать его с разных сторон).

Идеальная стыковка изображения на стыке стекол наблюдается только при выполнении двух условий:

1) Ось взгляда зрителя параллельна плоскости экрана. Если это не так, то отражения приобретут трапециевидные искажения, которые можно компенсировать лишь, точно зная угол наклона взгляда зрителя к плоскости экрана. В реальном времени для произвольно движущегося зрителя это сделать весьма затруднительно, поэтому в большинстве случаев изображение на стыке будет выглядеть слегка «надломленным».

2) Зритель смотрит строго со стороны стыка стекол, т.е. с его точки зрения этот стык совпадает с центральной осью (ось взгляда является биссектрисой угла между стеклами). При этом отраженное изображение делится стыком стекол ровно пополам, т.е. видимые части плоскостей отражения стыкуются по центральной оси, где эти плоскости в действительности пересекаются. При смещении зрителя в сторону от этого идеального положения два стыкующихся отражения «срезаются» стыком по линиям, физически не совпадающим в пространстве - одна из этих линий ближе к зрителю, другая дальше. Как следствие, видимые (угловые) размеры этих двух отражений вдоль линии стыка будут различны и части изображения не совпадут.

Отметим также, что вследствие законов перспективы части изображения, более удаленные от центральной оси, будут казаться меньше, чем приближенные к ней, и параллельные горизонтальные линии изображения (предполагаемые или действительно присутствующие) будут выглядеть сходящимися при удалении от центральной оси. Из этого следует, что добиться соблюдения видимой параллельности подобных линий объекта при переходе через стык можно только опять же соответствующими трапециевидными искажениями изображения, для расчета которых нужно знать точное расстояние от глаза зрителя до центральной оси (что весьма сложно определить в реальном времени). Однако при наблюдении изображения с дистанции, заметно большей размеров изображения, этой погрешностью в большинстве случаев можно пренебречь.

Помимо описанных проблем со стыковкой отражений в двух соседних плоскостях пластин, необходимо отметить, что при подобном подходе при взгляде с разных сторон мы увидим одно и то же изображение объекта (а вовсе не несколько разных видов, как должно быть в реальности). Эту неувязку можно компенсировать демонстрацией вращающихся предметов, вращение которых будет отвлекать зрителя от осознавания некорректности подобной «трехмерности».

Учитывая описанные выше ограничения, можно заметить, что наилучшим образом при взгляде с разных сторон на стыки граней будут смотреться изображения объектов с присутствующей осевой симметрией, ориентированные максимально вертикально (т.е. горизонтальные размеры невелики по сравнению с вертикальными) и без прямых горизонтальных или слегка наклонных линий.

Следует отметить, что заявленная полезная модель не ограничивается приведенным предпочтительным вариантом ее реализации, поскольку может содержать более трех пластин для отражения, а реальный объект может быть размещен между плоскостями пластин с помощью других доступных средств.

Таким образом, заявленное устройство позволяет создавать изображения с эффектом трехмерности, что может использоваться для привлечения дополнительного внимания зрителей в рекламных, демонстрационных или обучающих целях.

Claims (6)

1. Устройство для проецирования изображений, содержащее плоский экран, обеспечивающий воспроизведение на нем изображения и, по крайней мере, три треугольные или трапециевидные пластины из полупрозрачного стекла, установленные примыкающими друг к другу по боковым граням, причем плоскости пластин размещены под углом 45° к плоскости экрана и пересекаются в точке, лежащей в ней, при этом устройство выполнено с возможностью размещения реального объекта между плоскостями пластин и визуального совмещения проецируемого изображения с упомянутым реальным объектом.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит стол для установки на нем реального объекта, при этом плоскость стола параллельна плоскости экрана.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит стол для установки на нем реального объекта, размещаемое на столе основание и верхнюю панель, закрепленную на основании с помощью вертикальных стоек, при этом пластины закреплены на верхней панели и основании, а экран установлен в верхней панели таким образом, что его плоскость параллельна плоскости стола.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, одна из пластин выполнена съемной.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит держатель для закрепления реального объекта.

6. Устройство по любому из пп.1-5, характеризующееся тем, что экран выполнен плазменным, или жидкокристаллическим, или светодиодным, или проекционным.