Новые светоотражающие материалы с особым оптическим эффектом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новые светоотражающие материалы с особым оптическим эффектом

Л. А МОЛОХИНА., С. А. ФИЛИН

МОСКВА 2003

1. Светоотражающий материал с информационным полем и с управляемым углом между падающим и возвращенным светом

Светоотражающие материалы (СОМ) имеют важное значение в области визуальной информации, например, при организации дорожного движения, в рекламных целях и т.д.

Важнейшей областью применения светоотражателей, использующих покрытия с поверхностной структурой в виде микропризм, являются знаки дорожного движения, номерные знаки и всевозможные указатели, например габаритные, на автотранспортных средствах или на ограждениях, показывающих направление движения, места стоянки автотранспорта и т.д. При этом геометрическая структура поверхности светоотражателя имеет особое значение. Это вызвано тем, что при приближении автотранспортного средства к такому знаку происходит изменение соотношений между углом излучения фар и углом зрения водителя. Видимость знака зависит также от изменений силы света фар, кривизны проезжей части дороги, наличия на ней подъемов и спусков. Кроме того, следует учитывать габаритные размеры автотранспортных средств.

В настоящее время проблема изготовления дешевых гибких СОМ с информационным полем, обладающих высокими яркостью, видимостью и четкостью восприятия, функционирующих в широком диапазоне углов отражения в любых погодных условиях и используемых при изготовлении автодорожных и автомобильных светоотражающих технических средств для регулирования и обеспечения безопасности дорожного движения, встала достаточно остро.

Это связано с необходимостью обеспечения возможности максимально быстрого восприятия информации и, как следствие, быстрого реагирования на такие регулирующие и предупреждающие знаки при освещении их с углом падения света от 90° до ~0°.

Стандартные СОМ обеспечивают возвращение светового пучка только в направлении падающего света. В таком случае информацию от них принимает ограниченный круг лиц, находящийся непосредственно у источника света. Однако для обеспечения более высокой эффективности информации этого явно недостаточно. Например, при нахождении ребенка или слепого на обочине или дороге желательно, чтобы световой блик мог привлечь внимание не только водителя, но и других наблюдателей, которые могли бы оценить опасность ситуации и осуществить необходимые действия. При проведении поисковых и спасательных работ наблюдение световых бликов возможно большим количеством рассредоточенных на местности спасателей резко повысит шансы на обнаружение попавших в беду людей. Для участков дорог с крутыми, не просматриваемыми полностью поворотами, встреча с другими транспортными средствами и с пешеходами всегда опасна. В таком случае дорожные знаки с информацией о встречном транспорте, находящемся вне поля видимости, значительно снизили бы аварийность ситуаций. Это особенно важно для повышения безопасности движения за счет обеспечения возможности принятия водителем решения с бьльшим люфтом по времени.

Столь же остро стоит и проблема изготовления различных рекламных и демонстрационных средств с несколькими изображениями и надписями, демонстрируемыми на одном рекламном щите и видимыми в зависимости от угла и места наблюдения, что позволяет сделать отражаемую на них информацию более компактной и более емкой.

Необходимость решения вышеназванных задач предопределила создание СОМ с информационным полем, работоспособность которого обеспечивается управлением углами между падающим и возвращенным светом.

В ряде работ [1-13] авторами был исследован метод получения таких СОМ. Принцип действия их основан на способности остроконечных конструкций (пирамид, конусов и т.д.) и конструкций с закругленной вершиной (полуэллипсоидов, эллиптических полупараболоидов, полусфероидов, полуовалов и иных объемных конструкций) особым образом трансформировать отраженный сигнал. При этом тип трансформирования и энергетика отраженного пучка света зависят от геометрии конструкций, их расположения друг относительно друга, наличия и типа покрытий на их лицевой и тыльной стороне.

По мере развития технологии изготовления светоотражающих покрытий все большее значение приобретают тонкопленочные СОМ, использующие в своей поверхностной структуре микропризмы, микроконусы, микросфероиды, микроэллипсоиды, микроовалы и т.д. Такие тонкопленочные СОМ изготавливаются, как правило, с использованием микрорепликативной технологии. Форма и структура поверхности тонкопленочного СОМ может быть сконструирована с использованием оптических расчетных программ и выполнена с помощью компьютерного дизайна, а их работа и светотехнические параметры, описывающие отраженное световое излучение, могут быть смоделированы.

С учетом возможностей многочисленных конструктивных исполнений тонкопленочных СОМ, могут быть разработаны различные варианты, многократно расширяющие области их применения. Одной из перспективных областей являются СОМ с управляемыми углами между падающим и отраженным потоками светового излучения [1-13].

Так, при наличии только одного отраженного от СОМ пучка света информацию об объекте получают только лица, находящиеся в области прохождения отраженного пучка (как правило, это прямое отражение в направлении источника света). В этом случае решение об опасности, безопасности, внимании и т.д. принимают только этот ограниченный круг лиц (например, только водитель транспортного средства). Материалы со специальной конструкцией его поверхностных структурных элементов позволяют посылать сигналы в широком диапазоне по заданным направлениям за счет возможности управления углами между падающим и отраженным светом, обеспечивая быстрое восприятие и, как следствие, быстрое реагирование на такие сигналы при освещении их с углами падения света ~0° до 90° и надежным возвращением падающих лучей к источнику освещения.

Принципиальная конструкция тонкопленочного СОМ с управляемыми углами между падающим и отраженным потоками светового излучения на основе светоотражающих остроконечных конструкций представлена на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Принципиальная конструкция тонкопленочного СОМ на основе светоотражающих остроконечных конструкций (1 - защитный слой; 2 - зона сварки; 3 - структурные поверхностные светоотражающие элементы; 4 - основа; 5 - адгезивный слой)

На основе конструкций с закругленной вершиной на рис. 2.

Наличие значков безопасности широкого диапазона углов видности у пешеходов, детей, слепых, полиции, дорожных рабочих, туристов, инвалидов и т.д. позволяет контролировать опасную ситуацию на дороге как водителям автотранспорта, так и лицам, находящимся вне проезжей части дороги.

Наличие на разыскиваемом человеке (туристе, альпинисте, ребенке и т.д.) или предмете специальных значков безопасности и элементов одежды для обнаружения объектов в широком диапазоне углов наблюдения, в том числе и в темное время суток, позволит повысить шансы при поисковых работах и заметить сигналы от знаков безопасности при освещении их с любого направления.

Рис. 2. Принципиальная конструкция тонкопленочного СОМ со светоотражающими конструкциями с закругленной вершиной (3 - тыльная поверхность; 4,6 - ответная поверхность соответствующим светоотражающим конструкциям; 7,8 - информационное поле;15 - светоотражающие конструкции; 18 - основа; 19 - поверхность основы)

Дорожные знаки с таким СОМ позволяют разбивать световой пучок, падающий на них от транспортного средства, на два и более направлений: один в сторону самого водителя, другой - за поворот с информацией встречному транспорту, пешеходу на тротуар о приближающемся транспорте или о номерном знаке транспортного средства (рис. 3).

Используемые в России и странах СНГ номерные знаки транспортных средств изготавливаются в настоящее время, как правило, из металла; они дорогостоящи, а их светоотражающие свойства невысоки. Кроме того, существующие номерные и иные знаки, порой, невозможно определить, если угол между направлением освещения знака и наблюдателем достаточно велик. Изготовление номерного знака автотранспортного средства на основе тонкопленочного СОМ с управляемыми углами между падающим и отраженным потоками светового излучения [10] позволяет повысить эффективность распознавания и информативность номерного знака не менее чем на 20% за счет выделения индексных знаков как элементов, близких к абсолютно черному телу на остальном светлом и светящемся поле панели, а также за счет возможности визуализации их наблюдателем, находящимся в стороне и под значительным углом к направлению падающего излучения (рис. 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Принципиальная схема наблюдения номерного и дорожного знака на основе тонкопленочного СОМ (1 - дорожный знак; 2 - тротуар; 3 - пешеход; 4 - транспортные средства; 5 - проезжая часть)

Рис. 4. Принципиальная схема номерного знака автотранспортного средства на основе тонкопленочного СОМ (1 - основание; 2 - панель из прозрачного полимерного материала; 3 - лицевая поверхность; 4 - выпуклые индексы; 5 - нанесенный на индексы непрозрачный темный слой; 6 - тыльная поверхность; 9 - остроконечные конструкции с вершинами, направленными от тыльной поверхности; 14 - осветительное устройство)

Материалы с управляемыми углами между падающим и отраженным светом обладают высокой яркостью в широком диапазоне углов отражения в любых погодных условиях. Разбивка падающего пучка света на несколько отраженных лучей, конечно, приводит к снижению их яркости. Степень снижения яркости отраженных лучей в соответствии с ГОСТ Р50577-93 «Знаки государственные регистрационные транспортных средств» определяется с помощью коэффициента световозвращения. Учитывая, что коэффициент световозвращения СОМ составляет 300-400кд/мІ·лк, при наличии трех-четырех отраженных пучков света их коэффициент световозвращения будет не менее 80-100 кд/мІ·лк, что удовлетворяет требованиям ГОСТ Р50577-93.

Формирование отраженного пучка заданным образом в определенных участках позво-ляет создавать на одном информационном поле различные изображения, светящиеся отра-женным светом при различных углах наблюдения (рис. 5) [11].

Рис. 5. CОМ с изображением заданного вида (9) в зависимости от угла наблюдения

Такое информационном поле может найти применение в рекламе, когда на одном щите может быть размещена различная информация. Такие щиты могут выполняться с богатой цветовой гаммой и эффективно работать как при искусственном освещении, так и от Солнца (при его определенном расположении относительно щита и наблюдателя). Возможно и просто создание яркого светящегося поля, а установка сменной информации производится за счет прозрачных цветовых панно на поверхности СОМ. Все это позволит не только повысить эстетичность и красочность рекламных щитов, но и их информативность.

Эти же свойства позволяют использовать данный метод и для создания идентификационных меток на различных документах. Применение специальных материалов для СОМ и люминофоров позволяет этим меткам работать либо при определенной длине волны излучения регистрирующей аппаратуры, либо в поляризованном свете. Сочетание данного способа с голографией повысит их степень защиты идентификационных меток.

Актуальна также и задача по производству проекционных прозрачных и отражательных гибких экранов для небольших помещений, обеспечивающих высокое качество изображения. Целенаправленное формирование индикатрисы рассеяния от проекционного экрана позволяет изготавливать плоские гибкие экраны.

В настоящее время отработана технология и получены экспериментальные образцы СОМ с информационным полем и с управляемым углом между падающим и отраженным светом. Промышленный выпуск предлагаемых материалов может быть освоен на производствах для выпуска пленочных полимерных материалов. Стоимость их колеблется от 2 до 30 долларов США за 1м² в зависимости от назначения, способа размещения на объекте и сложности текстуры тиснения, а также применяемых материалов.

Трансформирование отраженного излучения за счет разбивки падающего пучка на несколько лучей, отражаемых в различных направлениях позволяет.

1. Повысить безопасность дорожного движения, особенно в ночное время, за счет

? знаков безопасности и иных технических средств широким диапазоном углов наблюдения;

? возможности наблюдения дорожной разметки водителями и пешеходами в ночное время на значительном расстоянии;

? возможности наблюдения номерных знаков транспортных средств как водителями транспорта, так и прохожими и службой дорожного движения, находящимися вне проезжей части дороги;

? возможности обеспечения информацией о приближении встречного транспорта, который в данный момент находится вне пределов прямого наблюдения водителя, на участках дорог с крутыми поворотами.

2. Повысить шансы на спасение пострадавших в лесу, на сильно пересеченной местности, в горах, на море и т.д., особенно в темное время суток, за счет

? увеличения количества отражаемых от поисковых значков бликов и, соответственно, возможности наблюдения бьльшим количеством спасателей.

3. Значительно повысить информативность значков безопасности на одежде детей, слепых, туристов, дорожных рабочих, милиции, поисковых значков на спасательных средствах, дорожных, номерных знаков, дорожной разметки, рекламного щита и т.д. за счет возможности создания на одном предмете различных цветных светящихся изображений и информации.

4. Значительно повысить эстетическую привлекательность световых эффектов в кино, на эстраде, дискотеках и т.д. за счет возможности варьирования цветовой гаммы изображений объектов на СОМ при использовании в нем разноцветных, в том числе люминесцирующих материалов и отражающих покрытий.

2. Зеркально-линзовая стереография «парящие миражи»

Проблема получения, наблюдения и воспроизведения стереоскопических изображений, в том числе основанных на новых принципах, для создания разнообразных художественно-декоративных изделий, иллюстраций, выставочных стендов, витрин, панно, витражей, демонстрационных и рекламных табло, элементов декоративного интерьера, орнамента и т.д., включающих, при необходимости, отличительные характеристики фирмы-изготовителя, ее товарный знак и иные сведения рекламного характера, стоит достаточно остро.

Актуальность использования нового материала с особым оптическим эффектом, обеспечивающего создание визуально наблюдаемых красочных, как бы «парящих» в воздухе динамически изменяющихся объемных изображений над поверхностью изделий, связана с тем, что существующие методы не обеспечивают надежной защиты от подделок.

В последнее время получили широкое распространение случаи мошенничества с применением искусно выполненных подделок различных документов идентификационного и денежного характера, а также продукции этих фирм. В результате использования подделок таких документов и ценных бумаг возможны хищения собственности в крупных размерах и террористическая, а также иная подобная деятельность, борьба против которых является крайне актуальной в связи беспрецедентным разгулом терроризма в мире. светоотражающий материал оптический зеркало

Кроме того, из-за подделок фирма-изготовитель престижной продукции или правительственная организация теряют не только значительную часть прибыли, но и часть своего престижа.

Применяемые в настоящее время средства маркировки и идентификации продукции либо не обеспечивают ее высокоэффективной защиты, либо предлагаемые средства маркировки являются достаточно дорогими из-за необходимости использования фирмой-изготовителем голограммного, лазерного и иного высокотехнологичного оборудования.

Кроме того, существующие средства маркировки и идентификации всевозможных карточек, денежных документов, продукции часто не обладают достаточной эстетической привлекательностью без объемных цветных, динамических, как бы «парящих» в воздухе изображений.

Художественно-декоративные изделия, предметы культурно-бытового назначения, выставочные стенды, витрины, панно, витражи, демонстрационные и рекламные табло, элементы интерьера и т.д., при их относительно высокой эстетической привлекательности, не обеспечивают создания оригинальных объемных изображений с особым оптическим и необычным световым эффектом. Они либо не отвечают требованиям по качеству воспроизведения таких стереоизображений, либо создаваемые в них объемные изображения являются эстетически малопривлекательными, а для проявления особого оптического эффекта требуются специальные устройства со сложными оптическими системами для достижения высокой яркости изображения, что ограничивает область их применения и повышает стоимость изделий.

В ряде работ [16-30] авторами был предолжен и исследован принципиально новый метод воспроизведения объемных изображений, названный зеркально-линзовой стереографией «парящие миражи».

Прообразом предложенного авторами метода может служить растровая фотография, в которой изображения, полученные линзами с большой и существенно меньшей апертурами, отличаются друг от друга не только разрешением. Действительно, фотография, сделанная любой из линзочек линзового растра, хранит информацию об изображении объекта под определенным ракурсом, т.е. в направлении фотографирования, а совокупность таких фотографий позволяет, при выполнении определенных условий, получить объемное изображение [14,15].

Однако известные растровые устройства не обеспечивают получения объемных цветных изменяющихся изображений, как бы «парящих» над лицевой поверхностью растрового экрана, и создаваемых как при наличии действительного изображения объекта, так и без него. Рассматривание изображения в них возможно только под определенным углом и при наличии источника освещения действительного объекта. Кроме того, известные растровые устройства являются конструкционно сложными за счет наличия приводного механизма вращения растрового экрана и многоэлементной дополнительной оптической системы, не предназначенной непосредственно для воспроизведения объемных изображений.

Качественно метод зеркально-линзовой стереографии, обеспечивающий воспроизведение объемных изображений в виде особого и необычного оптического эффекта «парящие миражи» можно объяснить следующим образом.

В пределах каждого формируемого в пространстве, например отраженного поля (изображения), если последнее является действительным (а не мнимым), электромагнитные волны, отвечающие за его создание, структурируются определенным образом, в отличие от окружающего такое сформированное поле пространства. При этом формирующееся поле (изображение) структурируется как в пространстве (т.е. имеет строго определенные границы и занимает определенный объем), так и энергетически (т.е. имеет в замкнутом пространстве сформированного поля определенную плотность энергии, превышающую плотность энергии окружающей среды на единицу пространства), как правило, в виде стоячей волны.

И, самое главное, такое структурирование сформированного поля является не просто некоей флуктуацией энергии в пространстве (неустойчивой и ограниченной небольшим промежутком времени), а является устойчивым долговременным процессом.

Отсюда следует с очевидностью, что любое падающее от источника света (например от Солнца) излучение не сможет беспрепятственно преодолеть такое сформированное поле, структурированное как пространственно, так и энергетически (причем имеющее избыточную плотность энергии на единицу пространства по сравнению с окружающей средой), не затратив часть своей энергии (в том числе и за счет рассеивания, отражения и поглощения части падающего волнового фронта), вызывая, в итоге, формирование поля в виде изображения и даже образование теневого пространства с другой стороны изображения (сформированного поля).

Иными словами, такое электромагнитное структурирование части пространства, занимаемого изображением, хотя и не позволяет его осязать как другие материальные объекты, но позволяет структурировать падающее от различных источников света (искусственного или естественного) излучение, которое, в свою очередь, является ни чем иным как электромагнитными волнами, нарушая их беспрепятственное прохождение через зеркальное изображение и обеспечивая, тем самым, отражение света в направлении источников.

Электромагнитное поле, хотя его и нельзя осязать руками, является материальным и может воздействовать электромагнитное излучение искусственных и естественных источников света и обеспечить отражение света в направлении источников от изображений светоотражающих элементов или создать тень там, где ее, опираясь на законы Ньютона, казалось, не должно было бы быть.

На основе метода зеркально-линзовой стереографии была разработана технология получения материала с особым оптическим эффектом «парящие миражи» и изготовлены экспериментальные образцы следующих изделий.

1. Сосуды, контейнеры для жидкости [21-22] с изображением-иллюзией, воспроизводимой во внутреннем объеме емкости или сосуда или вне его типа разнообразных этикеток, меток, бирок, ярлыков. Сосуды могут быть из прозрачного и непрозрачного материала с прозрачным или непрозрачным содержимым (рис. 6).

Рис. 6. Идентификационное и декоративно-художественное изображение-иллюзия на сосудах

Использование нового материала позволяет изготавливать разнообразные сосуды с оптическими элементами в едином технологическом процессе получения этих сосудов. Это повышает эстетическую привлекательность, эффективность маркировки и идентификацию как самих сосудов, так и их содержимого.

2. Книжные издания [26] с объемными иллюстациями-иллюзиями занимательно-игрового и рекламного характера, способствующие развитию у наблюдателя художественного вкуса, цветового восприятия, пространственного воображения и образовательного уровня (рис. 7).

Использование нового материала позволяет создавать полиграфическую продукцию, например, книжки-игрушки, журналы, сувенирные или поздравительные открытки, тексты и иллюстрации на календарях, фото, конвертах и т.д. с возникающими при открытии ее страниц как бы «парящими» над ними объемными красочными многоуровневыми динамически изменяющимися изображениями литературных героев и т.п.



Рис. 7. Книжные издания с объемными иллюстациями-иллюзиями

3. Оптические игрушки, логические игры и игровая мозаика [24], способствующие развитию у играющего художественного вкуса и цветового восприятия, уровня логического объемного мышления, пространственного воображения, элементов предвидения, наблюдательности, комбинаторных способностей и тренировке его зрительной памяти благодаря возможности построения множества объемных иллюзий над поверхностью игровых оптических элементов (рис.8).

Использование нового материала здесь позволяет повысить занимательность, наглядную эффективность и эстетическую привлекательность детской игровой мозаики «парящие миражи» и игр-головоломок мозаично-конструкционного и рекламного типов за счет использования оптических элементов, позволяющих получать различные символы (новые слова, рисунки, образы), т.е. решать новые задачи перегруппировкой оригинальных игровых элементов и тем самым разнообразить игру и получать большое число вариантов игровых ситуаций в виде объемных иллюзий над поверхностью игровых оптических элементов.

Рис. 8. Оптические игрушки и логические игры

4. Отделочный материал декоративно-художественного типа [25] с изображением-иллюзией для декоративной отделки, составления элементов декоративного интерьера и орнамента наружных и внутренних поверхностей зданий и сооружений, монументов, скульптур, ванн, бассейнов, и т.д., изготавливаемый из стеклянных, полимерных и других подобных материалов коврово-мозаичных и декоративных листовых и рулонных покрытий, пленок, синтетических обоев и т.п., а также объемных изделий типа стеклоблоков, стеклопакетов, плит, облицовочных плиток и т.д. (рис. 9).

Рис. 9. Отделочный материал декоративно-художественного типа с изображением-иллюзией

5. Посуда декоративно-художественного типа [23] как из прозрачного, так и непрозрачного материала (стекла, хрусталя, керамики, фарфора, полимерных материалов и т.п.) с изображениями-иллюзиями, воспроизводимыми во внутреннем объеме изделия или вне его (рис. 10).

Рис. 10. Посуда декоративно-художественного типа с изображением-иллюзией

Использование нового материала позволяет изготавливать декоративную посуду с оптическими элементами в едином технологическом процессе в виде декоративных ваз (вазочек), кубков, розеток, сахарниц, конфетниц, салатниц, пепельниц, подносов и т.п., обеспечивая повышение эстетической привлекательности как самой посуды, так и содержимого в ней.

С помощью такого материала можно создавать парящие в воздухе скорбящие или иные соответствующие изображения над надгробными вазами при оформлении надгробных памятников, что особенно важно для создания мистической обстановки и соответствующего расположения духа в местах захоронения усопших.

6. Термостабилизирующее устройство с поддержанием температурного режима [30] посредством зеркального экрана-иллюзии, используемое при создании холодильных камер, распределительных холодильников и иной тары для хранения, расфасовки и распределения замороженных, полузамороженных, охлажденных продуктов, например мороженного, кондитерских, колбасных изделий, овощей и фруктов, рыбы и т.д., а также при создании специальной мебели ? чайных столиков для сервировки, тележек на колесах для подачи легкой закуски, закусочных и обеденных столов и стоек и т.д. с приспособлениями для создания микроклимата и используемых, преимущественно, вне помещений, например в летний период на открытых площадках кафе, ресторанов, на дачах и т.п. (рис. 11).

Рис. 11. Термостабилизирующее устройство с оптическим эффектом

Использование материала с эффектом «парящие миражи» позволяет создавать микроклимат с температурой ниже температуры окружающей среды, поддерживать температурный режим хранения и обеспечивать комфортные условия для обслуживающего персонала и клиентов за счет компенсации тепла, поступающего от Солнца, благодаря наличию тени от зеркального экрана и отраженного его зеркальной поверхностью; создавать оригинальные и привлекательные с эстетической точки зрения изображения и зеркальные экраны над лицевой поверхности устройства; создавать малогабаритные легко развертываемые и свертываемые термостабилизированные устройства за счет отказа от использования громоздких тентов, зонтов, навесов и т.п..

7. Личные визитные, бизнес- или идентификационные карточки или денежные документы [27-29] в виде объемных изображений-иллюзий для повышения их надежности, престижности и уникальности, эффективности маркировки изделия и идентификации владельца и эстетической привлекательности (рис.12).

Рис. 12. Личные визитные, бизнес- и идентификационные карточки, сувенирные или поздравительные открытки с оптическим эффектом

Использование нового материала позволяет повысить надежность, уникальность и эстетическую привлекательность таких изделий за счет создания двух изображений ? реального изображения на подложке и, как бы «парящих» в воздухе над первым, изображений-иллюзий в виде маркировочных, идентификационных, декоративно-художественных, рекламных отличительных знаков, меток, которые дополняют или дублируют друг друга.

Практически устройства [16-30], основанные на применении метода зеркально-линзовой стереографии, обеспечивающего воспроизведение объемных изображений в виде особого и необычного оптического эффекта «парящие миражи», функционируют следующим образом.

При освещении светоотражающих элементов излучение преломляется на лицевой поверхности линзы, претерпевает полное внутреннее отражение от отражающего слоя линзы, переотражается и, вновь проходя через лицевую поверхность линзы, преобразуется соответствующим образом в зависимости от типа используемой линзы и создает объемное зеркальное изображение линзы над ее лицевой поверхностью со стороны падения пучка лучей в виде экрана заданной формы в соответствие с геометрическим профилем линзы и на расстоянии, обеспечиваемым фокусом F линзы.

В случае использования зонной пластинки или линзы Френеля вид экрана заданной формы и расстояние объемного зеркального изображения перед их лицевыми поверхностями со стороны падения пучка лучей обеспечивается фокусами f^k в соответствие с их геометрическим профилем и наклонами кромок рабочих зон. В итоге происходит преобразование падающего на зонную пластинку или линзу Френеля волнового фронта в другой фронт, обеспечивающий требуемый процесс фокусировки в соответствие с задаваемой формой объемного изображения, получаемого над их лицевыми поверхностями. При этом наблюдатель видит объемное изображение светоотражающих элементов в виде зеркального экрана заданной формы, как бы «парящего» в воздухе над лицевой поверхностью соответствующего светоотражающего элемента и создающего, например, при солнечном облучении тень под таким зеркальным экраном, причем в цвете, соответствующем цвету отражающей поверхности, светопропускающего материала светоотражающих элементов или нанесенных на их лицевую или профилированную поверхности прозрачных покрытий.

После этого отраженное излучение выходит из светоотражающих элементов опять через соответствующую лицевую поверхность в направлении, определяемом наклоном их лицевой поверхности.

Кроме этого, использование нового материала с особым оптическим эффектом «парящие миражи»[14-30] позволяет:

? создавать композиции действительных объемных изображений наблюдаемых объектов и объемных зеркальных изображений линз и их совместных композиций в видехудожественных и сувенирных изделий, выставочных стендов, витрин, панно, витражей, демонстрационных и рекламных табло при получении элементов виртуальной реальности;

? повысить степень развития художественного вкуса, цветового восприятия и пространственного воображения у наблюдателя за счет использования оптических линз, обеспечивающих создание над их поверхностью оригинальных оптических эффектов, наблюдаемых при направленном и рассеянном свете в диапазоне углов до 2р радиан в виде объемного зеркального, как бы «парящего» в воздухе, многоуровневого красочного динамичного изображения;

? варьировать цветовую гамму создаваемых композиций действительных изображений наблюдаемых объектов и зеркальных изображений линз.

3. Метод комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов

В ряде работ [31,32] был предложен и исследован новый метод воспроизведения объемных изображений, названный методом «комплексного использования зеркал и отражательных линз».

Этот метод является сочетанием рассмотренного в предыдущем разделе метода зеркально-линзовой стереографии «парящие миражи» и известного ранее и довольно широко применяемого до настоящего времени метода построения мнимых и действительных объемных изображений посредством системы зеркал.

Обеспечение возможности записи и воспроизведения эстетически привлекательных и оригинальных объемных изображений и было реализовано авторами в работах [33,34].

1. Декоративные или сувенирные устройства для показа стереоскопических динамически изменяющихся красочных узоров или изображений (рис. 13).

Здесь обычные линзы или линзы Френеля с отражающим слоем на их тыльных поверхностях, обеспечивающие создание объемного зеркального изображения 5 соответствующей линзы над ее лицевой поверхностью, и наблюдаемый объемный объект, установленный по одну из сторон оси 8 соответствующей линзы в объеме прозрачной пластины, размещенной перед зеркальными изображениями линз, оптически сопряженный с зеркальным изображением соответствующей линзы, в сочетании друг с другом обеспечивают возможность воспроизведения действительного изображения 9,28 наблюдаемых объемных изображений объектов 27 с противоположной стороны оси соответствующей линзы перед ее зеркальным изображением в пространстве за пластиной.

Объемные наблюдаемые объекты могут выполняться посредством компьютерной лазерной графики, при этом их размещают в пластине на различном уровне относительно друг друга и на расстоянии 1-1,5 фокуса от оптически сопряженной с соответствующим наблюдаемым объектом линзы.

Использование новых материалов с особым оптическим эффектом в сочетании с предложенным методом «комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов» позволяет повысить эстетическую привлекательность и оригинальность декоративного или сувенирного устройства для показа изображения.

При этом обеспечивается возможность создания как композиции действительных объемных изображений наблюдаемых объектов и объемных зеркальных изображений линз, так и их совместной композиции.

Рис. 13. Декоративные или сувенирные устройства для показа стереоскопических изображений

2. Аквариумы, террариумы и другие емкости для рыб, амфибий, пресмыкающихся, насекомых, иных организмов и растений [36] с оптическим эффектом-иллюзией представлены на рис. 15.

Устройство аквариумного типа содержит емкость с обитателями или внутренним интерьером, выполненную с загрузочным отверстием 5, выпуклой тыльной сферической стенкой с нанесенным на нее светоотражающим непрозрачным слоем, и смотровым окном, расположенным оппозитно тыльной сферической стенке на расстоянии больше фокусного, но меньше радиуса кривизны сферы, образующей тыльную стенку. Часть емкости, ограниченная тыльной сферической стенкой и плоскостью, проходящей через фокус сферы параллельно смотровому окну, может быть выполнена в виде обычной линзы 4 или линзы Френеля 21 со светоотражающим слоем 7,17, нанесенным на ее тыльную поверхность с возможностью создания изображения 11 обитателей или внутреннего интерьера 3 вне емкости за смотровым окном 8, при этом лицевая поверхность линзы представляет собой тыльную поверхность емкости.

Рис. 15. Аквариумы и террариумы с оптическим эффектом

Линза и емкость могут быть выполнены с возможностью их раздельного размещения в пространстве относительно друг друга, при этом емкость снабжена дополнительной плоской прозрачной тыльной стенкой, расположенной параллельно смотровому окну на расстоянии, не меньшем фокусного расстояния линзы, а смотровое окно расположено на расстоянии, не большем радиуса кривизны линзы.

Необходимая цветовая гамма воспроизводимого объемного изображения объекта в работе [33] или обитателей или внутреннего интерьера емкости в работе [34] обеспечивается выполнением линз из цветонесущего материала, цветонесущей отражающей поверхностью 13, наличием цветного светофильтра перед источником света, цветом освещающего излучения или наличием прозрачной цветонесущей защитной пленки 9. Источник света, при необходимости, обеспечивает подсветку наблюдаемых объектов.

Кроме того, использование новых материалов с особым оптическим эффектом на основе предложенного метода «комплексного использования зеркал и отражательных линз для создания объемных изображений объектов» позволяет повысить степень развития художественного вкуса, цветового восприятия и пространственного воображения у наблюдателя и эстетическую привлекательность, занимательность, эффект очарования и оригинальность самого устройства аквариумного типа и наблюдаемых с его помощью изображений его обитателей и окружающего их интерьера за счет возможности их наблюдения или научного изучения внутреннего мира посредством создания объемной иллюзии флоры, фауны и внутреннего интерьера, отдельных проявлений этой жизни в этих емкостях вне их границ (в естественной среде обитания человека).

Литература

1. Молохина Л.А., Филин С.А. Световозвращающие материалы с управляемыми углами между падающим и возвращенным светом. Двойные технологии, №1 (14), с.с. 47-51. 2001. Моск. обл. г. Юбилейный.

2. Молохина Л.А., Филин С.А. Маскирующие защитные и световозвращающие тонкопленочные структуры. Вооружение. Политика. Конверсия, №2 (38), с.с. 29-32. 2001.

3. Молохина Л.А., Свиридов К.Н., Филин С.А. Тонкопленочные световозвращающие структуры двойного назначения с управляемыми углами между падающим и возвращаемым светом. Светотехника, №4, с.с. 8-13. 2001.

4. Патент РФ №2077820, БИ № 11. 20.04.97.

5. Патент РФ №2077821, БИ № 11. 20.04.97.

6. Патент РФ №2077822, БИ № 11. 20.04.97.

7. Патент РФ №2078361, БИ № 12. 27.04.97.

8. Патент РФ №2078362, БИ № 12. 27.04.97.

9. Патент РФ №2117723, БИ № 23. 20.08.98.

10. Патент РФ №2118851, БИ №25. 10.09.98.

11. Патент РФ №2131136, БИ № 15. 27.05.99.

12. Патент РФ №2183336, БИ №16. 10. 06.02.

13. Патент РФ №2187152, БИ №22. 10. 08.02.

14. Патент США № 4033683, 1977.

15. Авт. свид. СССР №943627, 1982.

16. Патент РФ №2091841, БИ №27. 27.09.97.

17. Патент РФ №2091842, БИ № 27. 27.09.97.

18. Патент РФ №2087794, БИ № 23. 20.08.97.

19. Патент РФ №2105510, БИ № 6. 27.02.98.

20. Патент РФ №2105511, БИ № 6. 27.02.98.

21. Патент РФ №2106019, БИ №6. 27.02.98.

22. Патент РФ №2106020, БИ № б. 27.02.98.

23. Патент РФ №2138977, БИ № 28. 10.10.99.

24. Патент РФ №2110413, БИ № 13. 10.05.98.

25. Патент РФ 2110491, БИ №13. 10.05.98.

26. Патент РФ №2111124, БИ № 14. 20.05.98.

27. Патент РФ №2111125, БИ № 14. 20.05.98.

28. Патент РФ №2112284, БИ № 15. 27.05.98.

29. Патент РФ №2112285, БИ №15. 27.05.98.

30. Патент РФ №2124293, БИ №1. 10.01.99.

31. Патент EP № 0324326, 1989.

32. Патент США № 4776118, 1988.

33. Патент РФ №2111550, БИ №14. 20.05.98.

34. Патент РФ №2110174, БИ № 13. 10.05.98.

35. Эвальд Ю. Световозвращающие материалы и их применение в знаках дорожного даижения. Пер. с нем. Жильцова В.П. Светотехника, 2000, №2, с.с. 4-6.

36. Резолюция от 19.10.89 г. А.658(16) Ассамблеи по рекомендации Правительствам Международной конвенции по охране человеческой жизни на море «Использование и нанесение световозвращающих материалов на спасательные средства».

37. ГОСТ Р 50577-93 «Знаки государственные регистрационные транспортных средств».

38. Световозвращатель фирмы «TALMU», каталог 1985 г., c.c. 26-27.

...