Способ создания многоракурсных изображений и оптическая пленка для его осуществления - RU2606676C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу создания многоракурсных изображений, в частности крупноформатных многоракурсных изображений, и к оптическим пленкам, используемым в этом способе. Изобретение может быть использовано в наружной и внутренней рекламе, визуальном искусстве, оформлении интерьеров и фасадов зданий, а также в фото и видео технике, в том числе в телевизионных и компьютерных дисплеях, тренажерах, игровых автоматах и специализированных мониторах для медицинских, инженерных, исследовательских и других нужд.

Современный способ получения многоракурсных изображений на основе интегральной фотографии Липпмана заключается в том, что несколько (обычно начиная с 12-ти) ракурсов трехмерного объекта или сцены, снятых при помощи одного или нескольких фотоаппаратов с нескольких различных точек, при помощи компьютера нарезаются узкими полосками и чередуется в обратном порядке с периодом, равным ширине цилиндрической линзы. В качестве линзового растра обычно используется пластиковая пленка с массивом циллиндрических микролинз. В настоящее время данный способ получает все большее распространение благодаря возможности компьютерного синтеза массива элементарных изображений, развитию средств печати высокого разрешения и прогрессу в изготовлении высокоточных микролинзовых массивов в виде оптических пленок и листов пластика.

Недостатками этого способа являются сравнительно невысокое разрешение и небольшая глубина резкости многоракурсных изображений, а также требование высокой точности совмещения массива микролинз с массивом элементарных изображений и пропорциональное увеличение расхода оптического материала при изготовлении линзовых массивов с линзовыми элементами большего размера. Количество линзовых элементов на дюйм в оптической пленке, применяемой для получения многоракурсных изображений, должно быть как минимум в 12 раз меньшим, чем количество на дюйм отдельно различимых элементов а элементарных изображениях. Например, для создания многоракурсного изображения высокого качества при помощи микролинзового массива с количеством линзовых элементов на дюйм, равным 200, разрешающая способность устройства вывода элементарных изображений должна составлять порядка 6000 точек на дюйм. Погрешность совмещения элементарных изображений с массивом микролинз не должна превышать 1/200 дюйма. В настоящее время эти требования являются трудновыполнимыми.

Известен способ получения многоракурсного изображения, описанный в патенте US 7457039, в котором на внешней стороне стенки оптически прозрачного контейнера, например пластиковой упаковки, располагают оптическую пленку, содержащую массив положительных лентикулярных микролинз с периодом преимущественно от 70 до 20 микролинз на дюйм, а на противоположной стороне стенки оптически прозрачного контейнера располагают массив элементарных изображений так, чтобы фокальные точки каждой из микролинз находились на том же расстоянии от поверхности оптической пленки, что и черезполосное изображение (аналог массива элементарных изображений), или в непосредственной близости от него. За счет замещения оптически прозрачным материалом части толщины оптической пленки этот способ позволяет уменьшить толщину оптической пленки, не увеличивая при этом количество микролинз на дюйм.

Недостатком известного способа является увеличение заметности линзовых элементов для наблюдателя по мере уменьшения количества микролинз на дюйм, а также наличие зависимости толщины оптической пленки от соотношения размера микролинз и радиуса кривизны преломляющих поверхностей микролинз, что не позволяет в широких пределах увеличивать размер и угол обзора микролинз без пропорционального увеличения толщины оптической пленки.

Одним из возможных решений может быть замещение выпуклых линзовых элементов их плоскими аналогами, например линзами Френеля, что позволит в более широких пределах увеличивать размер линзовых элементов, не увеличивая при этом толщину оптической пленки. Однако многоракурсное изображение, созданное с применением массива линз Френеля, выглядит сегментированным, а границы между отдельными линзовыми элементами массива хорошо заметны для наблюдателя.

Суперлинза, принцип создания которой описан Габором в патенте GB 541753A, также как линза Френеля, является плоским аналогом выпуклой линзы. Одним из важных отличительных признаков суперлинз Габора от других плоских линз является то, что в массиве суперлинз нет четко выраженных границ между отдельными суперлинзами - они плавно переходят одна в другую. Недостатком массива суперлинз, описанных в патенте GB 541753 A, при их использовании вместо массива выпуклых линз для создания многоракурсных изображений, является то, что при существенном уменьшении фокусного расстояния суперлинз, полученных путем афокального совмещения двух массивов сферических или цилиндрических микролинз, возрастает сферическая аберрация и неравномерность светопропускания в параксиальной и краевой областях суперлинз. Это приводит к возрастанию заметности отдельных суперлинз для наблюдателя и ухудшению качества многоракурсного изображения.

В патенте GB 541753 A также описаны варианты создания суперлинз с уменьшенной сферической аберрацией. Один из вариантов создания суперлинз с уменьшенной сферической аберрацией, описанный в патенте GB 541753 A, заключается в афокальном совмещении двух массивов цилиндрических (лентикулярных) или сферических (сотовых) микролинз, изготовленных из оптически прозрачных материалов с существенно различающимися коэффициентами преломления. Недостаток этого варианта состоит в необходимости использования двух различных оптических материалов с максимальным и минимальным коэффициентами преломления, а также дополнительных адгезивных слоев, для совмещения этих материалов между собой. Технология изготовления такой пленки затратна и технически сложна. Другой вариант - применение для создания суперлинз апланатических микролинзовых массивов. Это требует наличия дополнительных оптических слоев в обоих массивах микролинз, что также технически сложно реализовать. Еще один вариант уменьшения сферической аббрации - диафрагмирование суперлинз. Диафрагмирование является нежелательным, поскольку увеличивает заметность отдельных суперлинз для наблюдателя.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является возможность существенного увеличения размера элементарных изображений, возможность уменьшения разрешения элементарных изображений, упрощение использования дополнительных массивов элементарных изображений, уменьшение заметности для наблюдателя линзовых элементов оптической пленки и уменьшение расхода оптического материала при производстве оптической пленки.

Согласно изобретению, предложен способ создания многоракурсного изображения, в котором используют оптическую пленку, содержащую массив суперлинз, образованных зафиксированными друг относительно друга двумя массивами положительных микролинз из оптически прозрачного материала или оптических аналогов положительных микролинз, причем по меньшей мере в одном направлении по поверхности оптической пленки количество суперлинз составляет от 0,5 до 225 на дюйм, и в фокальной плоскости каждой из суперлинз или эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии от фокальной плоскости каждой из суперлинз, меньшим фокусного расстояния каждой из суперлинз, располагают массив статических или динамических элементарных изображений, в котором расположение и количество элементарных изображений на дюйм предпочтительно соответствует расположению и количеству суперлинз на дюйм в том же направлении.

В случае, если массив элементарных изображений расположен эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии, не превышающем фокусное расстояние суперлинз, многоракурсное изображение формируется в области между наблюдателем и оптической пленкой (в области реального изображения).

В случае, если массив элементарных изображений расположен эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии, превышающем фокусное расстояние суперлинз и не превышающем двойное фокусное расстояние суперлинз (на расстоянии от фокальной плоскости каждой из суперлинз, меньшим фокусного расстояния каждой из суперлинз, но в сторону удаления от оптической пленки), многоракурсное изображение формируется по отношению к наблюдателю за поверхностью оптической пленки (в области виртуального изображения).

В обоих описанных выше случаях разрешение многоракурсного изображения будет сопоставимым с разрешением элементарных изображений.

В случае, если массив элементарных изображений расположен на фокальной поверхности оптической пленки, многоракурсное изображение формируется в обоих упомянутых областях, с разрешением, соответствующим количеству суперлинз на дюйм, т.е от 0,5 до 225 линий (в случае сотовых суперлинз - точек) на дюйм.

На практике, если количество суперлинз в оптической пленке составляет от 225 до 10 на дюйм включительно, целесообразно размещение массива элементарных изображений на фокальной поверхности оптической пленки.

Оптическая пленка с количеством суперлинз, существенно меньшим 10 на дюйм, предполагает размещение массива элементарных изображений эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии от фокальной поверхности оптической пленки, меньшим фокусного расстояния каждой из суперлинз.

Количество суперлинз в оптической пленке находится в пределах от 0,5 до 225 на дюйм. Чем меньше количество суперлинз на дюйм в массиве, тем большим может быть размер каждого из элементарных изображений. Допустимая погрешность при их совмещении с массивом суперлинз при этом возрастает. Нижний предел - 0,5 суперлинз на дюйм - обусловлен средним расстоянием между глазами человека, равным 6,5 см. В этом случае оптические оси глаз наблюдателя при фокуссировке взгляда в бесконечность всегда пройдут через две суперлинзы, что является необходимым условием полноценного восприятия многоракурсного изображения при наблюдении с близкого расстояния. Верхний предел - 225 суперлинз на дюйм - обусловлен ограничением разрешающей способности общедоступных печатающих устройств (около 2000 линий на дюйм).

Оптическая пленка в простейшем варианте может содержать линеарные (лентикулярные) суперлинзы, расположенные в одном направлении по поверхности оптической пленки. Это позволяет создавать многоракурсное изображение с горизонтальным параллаксом.

Оптическая пленка может содержать двумерный массив сотовых суперлинз, растложенных в пленки. Это позволяет создавать многоракурсное изображение с полным параллаксом.

Массив элементарных изображений располагают на носителе элементарных изображений. Носителем элементарных изображений может служить лист прозрачного или непрозрачного материала, поверхность или устройство, пригодное для механического или ручного нанесения, печати, или отображения любым известным способом массива статических или динамических элементарных изображений. Носитель элементарных изображений может представлять собой лист бумаги, пластика, картона, пленки или любого другого применимого для печати материала. Использование в качестве носителя элементарных изображений листа бумаги или пленки является простым и экономически выгодным из-за доступности этих материалов и техники печати на них. Лист бумаги или пленки может обладать адгезивными свойствами, что существенно упрощает его монтаж. Носитель элементарных изображений может представлять собой жидкокристаллический дисплей, органический светоизлучающий дисплей, дисплей с электронной эмиссией за счет поверхностной проводимости (LCD, OLED, SED) или любой другой дисплей.

Между оптической пленкой и массивом статических или динамических элементарных изображений, в фокальной плоскости каждой из суперлинз оптической пленки или эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии от фокальной плоскости каждой из суперлинз, меньшим фокусного расстояния каждой из суперлинз, на по меньшей мере частично оптически прозрачном носителе можно расположить по меньшей мере один дополнительный массив статических или динамичесих элементарных изображений, в котором расположение и количество элементарных изображений на дюйм предпочтительно соответствует расположению и количеству суперлинз на дюйм в том же направлении.

Дополнительные массивы элементарных изображений могут быть расположены на любом, по меньшей мере частично оптически прозрачном носителе: листе оптически прозрачного материала или пленке, а также любом устройстве, пригодном для расположения на нем любым из известных способов массива дополнительных статических или динамических элементарных изображений. Носитель дополнительных элементарных изображений может представлять собой оптически прозрачные; жидкофисталлический дисплей, органический светоизлучающий дисплей, дисплей с электронной эмиссией за счет поверхностной проводимости (LCD, OLED, SED) или любой другой оптически прозрачный дисплей.

Установка более одного дополнительного носителя элементарных изображений возможна, однако количество дополнительных носителей элементарных изображений ограничена двойным фокусным расстоянием суперлинз оптической пленки, в пределах которого их можно расположить, и толщиной дисплеев. Чем большее количество дополнительных массивов элементарных изображений установлено в пределах двойного фокусного расстояния суперлинз оптической пленки, тем большей глубиной резкости будет обладать многоракурсное изображение.

Оптическая пленка может быть устанавлена на оптически прозрачной основе толщиной от 0,005 до 7 дюймов. Оптическая пленка может быть выполнена для последующей установки на оптически прозрачных основах, таких как стекла, стеклогтакеты, оргстекла, листы пластика и других прозрачных материалов, с учетом стандартов их толщины и коэффициэнтов преломления. В этом случае фокусное расстояние суперлинз оптической пленки должно быть подобрано с учетом толщины и коэффициента преломления оптически прозрачной основы, на которую планируется установка оптической пленки. Установка оптической пленки и массива элементарных изображений на готовых конструкциях существенно уменьшает затратность создания качественных крупноформатных многоракурсных изображений.

Для реализации способа создания многоракурсного изображения предложена оптическая пленка, толщина которой составляет от 0,5 до 30 мил, содержащая массив суперлинз, образованный зафиксированными друг относительно друга двумя предпочтительно одинаково ориентированными массивами положительных микролинз из оптически прозрачного материала или оптическими аналогами положительных микролинз, количество которых в первом массиве по меньшей мере в одном направлении по поверхности оптической пленки составляет от 100 до 2250 на дюйм, а во втором массиве количество положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм больше на величину от 0,5 положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм, до 1/10 от количества положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм в первом массиве, причем апертурный угол α положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз второго массива составляет не менее 7°.

Толщина оптической пленки составляет от 0,5 до 30 мил (1 мил равен 1/1000 дюйма), что делает ее использование, хранение и транспортировку удобными, а производство - экономичным.

Если разница между количествами положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз в первом и втором массивах составляет от 0,5 на дюйм до 1/10 от количества положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм в первом массиве, то образуется массив суперлинз с количеством суперлинз на дюйм, не превышающим 1/10 от количества положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм в первом массиве.

Суперлинзы с указанными параметрами максимально эффективны в создании многоракурсных изображений и обладают оптимальным соотношением толщины оптической пленки и апертуры суперлинз.

Оптические аналоги положительных микролинз - это любые элементы, выполняющие функции положительных микролинз, например щелевой растр, массив микроотверстий и т.д.

Поскольку угол обзора многоракурсного изображения является минимально приемлемым, начиная с 14°, апертурный угол суперлинз должен составлять не менее 7°.

В настоящий момент производство массивов положительных лентикулярных асферических микролинз с количеством до 2250 микролинз на дюйм (период 2250 LPI) не является сложной технической проблемой. Оптическая пленка, отвечающая всем необходимым параметрам, может быть изготовлена на существующем оборудовании.

Оптическая пленка может содержать массивы микролинз или их оптических аналогов, в которых апертурный угол β положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз первого массива больше чем апертурный угол α положительных миклолинз или оптических аналогов положительных микролинз второго массива и их взаимосвязь описывается формулой β=аα²+b, где 0.06≤а≤0.08 и 11≤b≤15.

Опытным путем установлено, что описанная взаимосвязь позволяет максимально уменьшить сферическую аберрацию короткофокусных суперлинз, уменьшить бликование оптической пленки, устранить неравномерность светопропускания в параксиальной и краевой областях суперлинз и уменьшить сегментированность многоракурсного изображения без применения апланатических систем, диафрагмирования, а также использования в оптической пленке материалов с существенно различающимися коэффициентами преломления. Уменьшение сферической аберрации суперлинз повышает визуальное качество и увеличивает глубину резкости многоракурсного изображения.

В оптической пленке количество положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз в первом массиве положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз по меньшей мере в одном направлении может составлять от 200 до 500 на дюйм. Разрешающая способность человеческого зрения составляет около 30 угловых секунд. Соответственно, для того чтобы образующие суперлинзу микролинзы не препятствовали комфортному восприятию многоракурсного изображения, их угловой размер не должен превышать 30 угловых секунд. При расстоянии просмотра 30 сантиметров предел различимости составляет около 500 линий на дюйм. При расстоянии просмотра один метр предел различимости составляет около 200 линий на дюйм.

Оптическая пленка может содержать по меньшей мере один массив положительных микролинз с асферическими преломляющими поверхностями. Асферические положительные микролинзы, преимущественно с эллиптической преломляющей поверхностью, позволяют получать короткофокусные суперлинзы с уменьшенной сферической абберацией.

Оптическая пленка может содержать массивы положительных лентикулярных микролинз. Массивы положительных лентикулярных микролинз образуют массив лентикулярных суперлинз. Оптическая пленка, содержащая массив лентикулярных суперлинз, является наиболее простым и эффективным вариантом оптической пленки для реализации предложенного способа получения многоракурсных изображений.

Оптическая пленка может содержать двумерные массивы положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз, образующих сотовую структуру. Использование двумерных массивов положительных микролинз или оптических аналогов положительных микролинз, образующих сотовую структуру, позволяет получать двумерный массив сотовых суперлинз. В свою очередь, использование двумерных массивов элементарных изображений, расположенных идентичным образом, позволяет создавать многоракурсные изображения с полным параллаксом.

В оптической пленке по меньшей мере один массив плоско-выпуклых положительных микролинз из оптически прозрачного материала может быть ориентирован плоской стороной наружу оптической пленки. Одним из необходимых условий формирования суперлинз является совмещение фокальных плоскостей положительных микролинз первого и второго массивов. Плоско-выпуклые положительные микролинзы имеют две фокальных плоскости, переднюю и заднюю. В этой связи возможно их совместить таким образом, что одна или обе стороны оптической пленки будут иметь гладкую поверхность. Такое совмещение является технически более сложным, чем совмещение массивов положительных микролинз их плоскими сторонами друг к другу, но оно упрощает процесс монтажа оптической пленки и дает возможность наносить адгезивные слои на гладкую поверхность оптической пленки без существенного ухудшения оптических параметров суперлинз.

По меньшей мере одна сторона оптической пленки может иметь гладкую поверхность, образованную слоем покрытия из оптически прозрачного материала, нанесенного на массив положительных микролинз или массив оптических аналогов положительных микролинз, причем разница между коэффициентами преломления материала оптической пленки и оптически прозрачного материала слоя покрытия составляет не менее 0,15. В случае покрытия выпуклой поверхности положительных микролинз оптической пленки слоем оптически прозрачного вещества или смеси с целью получения гладкой поверхности оптической пленки и/или нанесения адгезивного, защитного или любого другого обладающего полезными свойствами слоя, указанная разница между коэффициентами преломления слоя покрытия и оптического материала микролинз оптической пленки (не менее 0,15) необходима для сохранения максимальной оптической силы положительных микролинз.

Оптическая пленка может быть выполнена самоклеящейся. Оптическая пленка, обладающая адгезивными свойствами, может устанавливаться на оптически прозрачную основу без применения дополнительных средств. Это может быть достигнуто путем применения при производстве оптической пленки материалов со свойством электростатического прилипания, путем нанесения адгезивных слоев на поверхность оптической пленки, а также при помощи любых других способов и технологий, в значительной степени не ухудшающих оптических свойств оптической пленки.

Поверхность оптической пленки может иметь адгезивный слой для фиксации оптической пленки к поверхности оптически прозрачной основы, нанесенный в форме регулярного рисунка, суммарная площадь покрытия которого не превышает 25% от площади поверхности оптической пленки. Ограничение в 25% покрытия площади поверхности оптической пленки необходимо для сохранения приемлемых визуальных характеристик многоракурсного изображения. Регулярный рисунок, в том числе хаотично расположенные точки с одинаковой плотностью распределения, может выполнять функцию светофильтра, не оказывая при этом существенного негативного влияния на визуальное качество многоракурсного изображения. Адгезивный слой в виде регулярного рисунка может состоять как из оптически прозрачного так и непрозрачного вещества, в том числе окрашенного в различные цвета, включая белый, черный или серый. Регулярный рисунок, в виде которого нанесен адгезивный слой, может способствовать увеличению глубины резкости многоракурсного изображения и/или уменьшению сегментированности многоракурсного изображения.

Предложенное изобретение далее описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, представленные на рисунках, однако не являющиеся единственными возможными, на которых изображены:

фиг. 1 - принципиальная схема реализации способа создания многоракурсного изображения с использованием одного массива элементарных изображений;

фиг. 2 - принципиальная схема реализации способа создания многоракурсного изображения с одним дополнительным массивом элементарных изображений;

фиг. 3 - ход световых лучей в варианте реализации способа создания многоракурсного изображения, изображенного на фиг. 2;

фиг. 4 - принципиальная схема автостереоскопического монитора, реализующего способ создания многоракурсного изображения с двумя дополнительными массивами элементарных изображений;

фиг. 5 - принципиальная схема элемента автостереоскопического монитора, реализующего способ создания многоракурсного изображения с двумя дополнительными массивами элементарных изображений;

фиг. 6 - простейший вариант реализации оптической пленки используемой для реализации способа создания многоракурсных изображений и ход лучей в ней;

фиг. 7 (а-g) - варианты (показаны в поперечном сечении) оптической пленки для реализации способа создания многоракурсного изображения;

фиг. 8 - оптическая пленка с адгезивным слоем в виде регулярного рисунка;

фиг. 9 - оптическая пленка для реализации способа декодирования многоракурсного изображения, содержащая два массива положительных гексагональных микролинз; образующих суперлинзы гексагональной формы;

фиг. 10 - оптическая пленка для реализации способа декодирования многоракурсного изображения, содержащая два массива положительных квадратных микролинз, образующих суперлинзы квадратной формы;

фиг. 11 - оптическая пленка для реализации способа декодирования многоракурсного изображения, содержащая два массива положительных круглых микролинз, образующих суперлинзы круглой формы.

Пример 1

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа создания многоракурсного изображения 1, в котором используют оптическую пленку 2, содержащую массив суперлинз 3, образованных зафиксированными друг относительно друга двумя массивами 4,5 положительных микролинз 6,7 (на фиг. 1 не показаны) из оптически прозрачного материала или оптических аналогов 8 положительных микролинз 6,7 (на фиг.1 не показаны), причем по меньшей мере в одном направлении по поверхности оптической пленки 2 количество суперлинз 3 составляет от 0,5 до 225 на дюйм, и в фокальной плоскости 9 каждой из суперлинз 3 или эквидистантно к поверхности оптической пленки 2 на расстоянии от фокальной плоскости 9 каждой из суперлинз 3, меньшим фокусного расстояния f каждой из суперлинз 3 располагают массив 10 статических или динамических элементарных изображений, в котором расположение и количество элементарных изображений на дюйм предпочтительно соответствует расположению и количеству суперлинз 3 на дюйм в том же направлении. Для создания многоракурсного изображения 1 между наблюдателем 11 и оптической пленкой 2, массив элементарных изображений 10 располагают между фокальной плоскостью 9 суперлинз 3 и оптической пленкой 2.

Для создания многоракурсного изображения 1 за оптической пленкой 2 относительно наблюдателя 11 (на фиг. 1 этот вариант не показан), массив элементарных изображений 10 можно расположить за фокальной плоскостью 9 суперлинз 3, не далее двойного фокусного расстояния f суперлинз 3. Разрешение многоракурсного изображения 1 в обоих вариантах будет сопоставимо с разрешением массива элементарных изображений 10.

При расположении массива элементарных изображений 10 в фокальной плоскости 9 суперлинз 3 (на фиг. 1 этот вариант не показан), многоракурсное изображение 1 формируется в обеих упомянутых областях. В этом варианте разрешение многоракурсного изображения 1 будет существенно меньшим чем разрешение массива элементарных изображений 10. Эти три варианта расположения применимы ко всем последующим примерам способа создания многоракурсного изображения и не показаны на фигурах ввиду многообразия возможных комбинаций.

Пример 2

На фиг. 2 представлена принципиальная схема реализации способа создания многоракурсного изображения 1, в котором между оптической пленкой 2 и массивом статических или динамичесих элементарных изображений 10, в фокальной плоскости 9 каждой из суперлинз 3 оптической пленки 2 или эквидистантно к поверхности оптической пленки 2 на расстоянии от фокальной плоскости 9 каждой из суперлинз 3, меньшим фокусного расстояния 9 каждой из суперлинз 3, на по крайней мере частично оптически прозрачном дополнительном носителе 14 располагают по крайней мере один дополнительный массив статических или динамичесих элементарных изображений 12, в котором расположение и количество элементарных изображений на дюйм предпочтительно соответствует расположению и количеству суперлинз 3 на дюйм в том же направлении. Количество зон резкости многоракурсного изображения 1 в этом примере будет увеличиваться пропорционально количеству дополнительных массивов элементарных изображений 12.

На фиг. 3 показан обратный ход лучей света 15, идущих от носителя 13 массива элементарных изображений 10 через оптически прозрачный дополнительный носитель 14 дополнительных элементарных изображений 12 и оптическую пленку 2, содержащую массивы 4,5 положительных микролинз 6,7, образующих суперлинзы 3. Лучи света 15 формируют многоракурсное изображение 1 в поле реального изображения и в поле виртуального изображения (показано пунктиром). Фокальная плоскость 9 суперлинз 3 находится между массивом элементарных изображений 10 и дополнительным массивом элементарных изображений 12.

Пример 3

На фиг. 4 представлена схема устройства автостереоскопического монитора, реализующего способ создания многоракурсного изображения 1, с использованием более одного дополнительного массива элементарных изображений 12 (на фиг.4 не показаны). Монитор создает качественное статическое или динамическое многоракурсное изображение 1 с тремя зонами резкости - для дальнего, среднего и ближнего планов, а также может работать в двухмерном режиме. Носитель 13 массива элементарных изображений 10 (на фиг. 4 не показаны) расположен на расстоянии, не превышающем двойное фокусное расстояние f суперлинз 3 оптической пленки 2 со стороны фокальной плоскасти суперлинз 3. Между носителем 13 элементарных изображений 10 и оптической пленкой 2, расположены два дополнительных носителя 14 элементарных изображений 12, представляющие собой оптически прозрачные дисплеи. Причем один носитель 14 динамических элементарных изображений 12 расположен в непосредственной близости или вплотную к оптической пленке 2. Многоракурсное изображение 1 формируется в области между наблюдателем 11 и оптической пленкой 2 и в области за поверхностью оптической пленки 2 по отношению к наблюдателю 11.

На фиг. 5 схематически показан фрагмент, соответствующий области одной сотовой суперлинзы 3, а также ход световых лучей 15 в этом фрагменте. Световые лучи 15, проходя через оптическую пленку 2 и дополнительные прозрачные носители 14 элементарных изображений 12, фокусируются в фокальной плоскости 9 (на фиг. 5 не показана) сотовой суперлинзы 3.

Далее приведены примеры выполнения оптической пленки для реализации предложенного способа создания многоракурсного изображения.

Пример 4

На фиг. 6 показан простейший вариант выполнения оптической пленки 2, используемой для реализации способа создания многоракурсных изображений, и ход лучей 15 в ней. Толщина оптической пленки 2 составляет от 0,5 до 30 мил. Оптическая пленка 2 содержит массив суперлинз 3, образованный зафиксированными друг относительно друга двумя предпочтительно одинаково ориентированными массивами 4,5 положительных микролинз 6, 7 из оптически прозрачного материала или оптическими аналогами 8 (на фиг. 6 не показаны) положительных микролинз, совмещенных фокальными плоскостями. Количество микролинз 6 в первом массиве 4 по меньшей мере в одном направлении по поверхности оптической пленки 2 составляет от 100 до 2250 на дюйм, а во втором массиве 5 количество положительных микролинз 7 или оптических аналогов 8 (на фиг.6 не показаны) положительных микролинз на дюйм больше на величину от 0,5 положительных микролинз 6,7 или оптических аналогов 8 (на фиг. 6 не показано) положительных микролинз на дюйм, до 1/10 от количества положительных микролинз 6 или оптических аналогов положительных микролинз на дюйм в первом массиве 4, причем апертурный угол α положительных микролинз 7 или оптических аналогов положительных микролинз второго массива 5 составляет не менее 7°.

На фиг. 6 также показан ход световых лучей 15, который аналогичен для всех последующих вариантов реализации оптической пленки 2. В целях упрощения показан ход только таких световых лучей 15, которые параллельны друг другу и проходят через центры микролинз 6 первого массива 4. В пределах двойного фокусного расстояния f суперлинз 3 может быть расположен массив элементарных изображений 10 и один или несколько массивов дополнительных элементарных изображений 12 (на фиг. 6 не показаны).

Предпочтительным вариантом описанного примера является оптическая пленка 2 в которой, количество микролинз 6 в первом массиве 4 по меньшей мере в одном направлении по поверхности оптической пленки 2 составляет от 200 до 500 на дюйм, Количество суперлинз 3 оптической пленки 2 может составлять от 0,5 до 200 на дюйм.

Пример 5

Частным вариантом выполнения является оптическая пленка 2, в которой положительные микролинзы 6 первого массива 4 имеют асферическую преломляющую поверхность. Все нижеследующие варианты оптической пленки могут содержать по крайней мере один массив линзовых элементов с асферической преломляющей поверхностью.

На фиг. 7а показана оптическая пленка 2, в которой положительные микролинзы 6 первого массива 4 имеют асферическую преломляющую поверхность. Оптическая пленка 2 содержит массивы 4, 5 положительных лентикулярных микролинз 6, 7, причем апертурный угол β положительных микролинз 6 первого массива 4 больше, чем апертурный угол α положительных микролинз 7 второго массива 5 и их взаимозависимость описывается формулой β=аα²+b, где 0.06≤а≤0.08 и 11≤b≤15. Количество положительных микролинз 6 в первом массиве 4 по меньшей мере в одном направлении составляет от 200 до 500 на дюйм. Массивы микролинз 4,5 могут быть нанесены на оптически прозрачную пленку 2 путем экструзии, или изготовлены любым другим способом, обеспечивающим достаточную точность.

Пример 6

На фиг. 7b показан вариант выполнения оптической пленки 2 в виде композитной оптически прозрачной пленки, содержащей массивы микролинз 4,5. Микролинзы 6,7 первого массива 4 и второго массива 5 могут быть выполнены из материалов с различными коэффициентами преломления.

Пример 7

На фиг. 7с показан вариант выполнения оптической пленки 2, содержащей массив 5 микролинз 7, и массив оптических аналогов 8 положительных микролинз в виде щелевого растра.

Пример 8

На фиг. 7d показан вариант выполнения самоклеящейся оптической пленки 2, содержащей массивы микролинз 6, 7. причем второй массив 5 микролинз 7 покрыт слоем 16 оптически прозрачного вещества или смеси, обладающей адгезивными свойствами, и защитной пленкой 17.

Пример 9

На фиг. 7е показан вариант выполнения оптической пленки 2, обе стороны которой имеют гладкую поверхность, образованную слоем 16 оптически прозрачного вещества или смеси, нанесенного на массивы микролинз 4, 5 причем разница между коэффициентами преломления материала оптической пленки 2 и оптически прозрачного вещества или смеси слоя покрытия 16 составляет не менее 0,15.

Пример 10

На фиг. 7f показан вариант выполнения оптической пленки 2 со слоем 16 оптически прозрачного вещества или смеси, в которой один массив 5 положительных микролинз 7 из оптически прозрачного материала ориентирован плоской стороной наружу оптической пленки 2, в которой преломляющие поверхности микролинз 7 нижнего, массива 5 обращены внутрь оптической пленки 2.

Пример 11

На фиг. 7g показан вариант выполнения оптической пленки 2, со слоем 16 оптически прозрачного вещества или смеси, в которой массивы 4,5 положительных микролинз 6,7 из оптически прозрачного материала ориентированы плоской стороной наружу оптической пленки 2, в которой преломляющие поверхности микролинз 6,7 первого и второго массивов 4, 5 обращены внутрь оптической пленки 2.

Пример 12

На фиг.8 показана оптически прозрачная пленка 2, которая со стороны второго массива 5 (на фиг. 8 не показан) положительных микролинз 7 на поверхности имеет адгезивный слой 18, нанесенный в форме регулярного рисунка, суммарная площадь покрытия которого не превышает 25% от площади поверхности оптической пленки 2.

Пример 13

На фиг.9 показан фрагмент оптической пленки 2, которая содержит двумерные массивы 4,5 (на фиг.9 не показаны) гексагональных положительных микролинз 6,7, образующих сотовую структуру из суперлинз 3 гексагональной формы. Оптическая пленка 2 может быть выполнена с таким же совмещением массивов 4,5 микролинз 6,7 и дополнительными слоями 16, 17, 18, как в любом из вариантов, описанных в примерах 7(а-g). Оптическая пленка 2 может быть выполнена с таким же совмещением массивов 4,5 микролинз 6,7 и дополнительными слоями 16, 17, 18, как в любом из вариантов, описанных в примерах 7(а-g).

Пример 14

На фиг. 10 показан фрагмент оптической пленки 2, которая содержит двумерные массивы 4,5 (на фиг. 10 не показаны) квадратных положительных микролинз 6,7, образующих сотовую структуру из суперлинз 3 квадратной формы. Оптическая пленка 2 может быть выполнена с таким же совмещением массивов 4,5 микролинз 6,7 и дополнительными слоями 16,17,18, как в любом из вариантов, описаных в примерах 7(a-g).

Пример 15

На фиг. 11 показан фрагмент оптической пленки 2, которая содержит двумерные массивы 4,5 (на фиг. 11 не показаны) круглых положительных микролинз 6,7, образующих сотовую структуру из суперлинз 3 круглой формы. Оптическая пленка 2 может быть выполнена с таким же совмещением массивов 4,5 микролинз 6,7 и дополнительными слоями 16,17,18, как в любом из вариантов, описанных в примерах 7(а-g).

Предложенный способ позволяет увеличивать поперечный размер элементарных изображений до 2-х дюймов без увеличения толщины оптической пленки и ухудшения визуального качества многоракурсного изображения. Это позволяет снизить расход оптического материала при изготовлении оптической пленки и упростить процесс ее установки относительно массива элементарных изображений, а также предоставляет возможность сравнительно простой установки в пределах расстояния от оптической пленки, равного двум фокусным расстояниям суперлинз оптической пленки, дополнительных массивов элементарных изображений в виде прозрачных пленок, жидкокристаллических и других дисплеев. Предложенный способ позволяет получить как статичное, так и динамичное многоракурсное изображение сцены или объекта с практически любой глубиной резкости (т.е. высокореалистичные изображения реальных или виртуальных объектов или сцен с глубиной резкости до нескольких метров). Предложенный способ делает возможным получение качественных крупноформатных многоракурсных изображений с использованием массивов элементарных изображений, полученных при помощи общедоступных устройств вывода изображений низкого и среднего разрешения (70-600 точек на дюйм). Это принципиально важно для получения многоракурсных изображений крупного формата с использованием готовых конструкций, таких как стеклопакеты, витрины, лайтбоксы и т.д. Применение в оптической пленке микролинзовых массивов с количеством микролинз на дюйм от 100 и более делает микролинзовые элементы практически незаметными для наблюдателя, что необходимо для комфортного наблюдения многоракурсного изображения с близкого расстояния.

Реферат

Способ создания крупноформатных многоракурсных изображений, который включает в себя использование оптической пленки, содержащей массив суперлинз, образованных зафиксированными друг относительно друга двумя массивами положительных микролинз. Причем в одном направлении по поверхности оптической пленки количество суперлинз составляет от 0,5 до 225 на дюйм. В фокальной плоскости каждой из суперлинз или эквидистантно к поверхности оптической пленки на расстоянии от фокальной плоскости каждой из суперлинз располагают массив статических или динамических элементарных изображений. Для создания многоракурсного изображения между наблюдателем и оптической пленкой массив элементарных изображений располагают между фокальной плоскостью суперлинз и оптической пленкой. Технический результат заключается в увеличении размера элементарных изображений, уменьшении разрешения элементарных изображений, упрощении использования дополнительных массивов элементарных изображений, уменьшении заметности для наблюдателя линзовых элементов оптической пленки и уменьшении расхода оптического материала при производстве оптической пленки. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула