Двояковыпуклая линза

Технология создания движущихся изображений

Серия цилиндрических линз, отформованных в пластиковой подложке.

Лентикулярная линза — это массив линз, спроектированный таким образом, что при просмотре под немного разными углами видны разные части изображения под ними. ^{[1] [2] [ проверка не пройдена — см. обсуждение ]} Наиболее распространенным примером являются линзы, используемые в лентикулярной печати , где эта технология используется для создания иллюзии глубины или для создания изображений, которые кажутся меняющимися или движущимися при просмотре изображения под разными углами.

Приложения

Лентикулярная печать

Принцип работы анимированной или 3D-лентикулярной печати, демонстрирующей повторение видов

Лентикулярная печать — это многоэтапный процесс, состоящий из создания лентикулярного изображения из как минимум двух существующих изображений и объединения его с лентикулярной линзой. Этот процесс может использоваться для создания различных кадров анимации (для эффекта движения), смещения различных слоев с разным шагом (для 3D- эффекта) или просто для показа набора альтернативных изображений, которые могут казаться трансформирующимися друг в друга.

Корректирующие линзы

Лентикулярные линзы иногда используются как корректирующие линзы для улучшения зрения. Бифокальная линза может считаться простым примером.

Лентикулярные очковые линзы использовались для коррекции крайней гиперметропии (дальнозоркости), состояния, часто создаваемого операцией по удалению катаракты , когда имплантация линз невозможна. Чтобы ограничить большую толщину и вес, которые в противном случае потребовались бы для таких линз высокой мощности, вся сила линзы сосредоточена в небольшой области в центре. По внешнему виду такую ​​линзу часто описывают как напоминающую жареное яйцо : полусферу на плоской поверхности. Плоская поверхность или «несущая линза» имеет небольшую или нулевую силу и предназначена только для того, чтобы заполнить остальную часть оправы очков и удерживать или «нести» лентикулярную часть линзы. Эта часть обычно имеет диаметр 40 мм (1,6 дюйма), но может быть меньше, всего 20 мм (0,79 дюйма), при достаточно высокой мощности. Эти линзы обычно используются для положительной (гиперметропической) коррекции при примерно 12 диоптриях или выше. Похожий вид очковых линз — миодиск , иногда называемый минусовой лентикулярной линзой, используемый для очень высокой отрицательной ( миопической ) коррекции. Иногда устанавливаются более эстетичные асферические линзы . ^[3] Пленка, изготовленная из цилиндрических линз, отлитых в пластиковой подложке, как показано на рисунке выше, может быть нанесена на внутреннюю часть стандартных очков для коррекции диплопии . Пленка обычно наносится на глаз с хорошим мышечным контролем направления. Диплопия (также известная как двоение в глазах) обычно вызывается параличом шестого черепного нерва, который препятствует полному контролю мышц, контролирующих направление, в котором направлен глаз. Эти пленки определяются по количеству необходимых степеней коррекции, где чем выше степень, тем выше необходимая направленная коррекция.

Линзовидные экраны

Экраны с формованной линзообразной поверхностью часто используются в проекционных телевизионных системах. В этом случае цель линз — сфокусировать больше света в горизонтальный луч и позволить меньшему количеству света выходить выше и ниже плоскости зрителя . Таким образом, увеличивается видимая яркость изображения.

Обычные экраны фронтальной проекции также можно описать как лентикулярные. В этом случае вместо прозрачных линз, образованные формы представляют собой крошечные изогнутые отражатели. Лентикулярные экраны чаще всего используются для экранов проекторов, отклоняющих окружающий свет, для проекторов с ультракоротким фокусом. ^[4] Линзикулярная структура поверхности отражает свет от проектора к зрителю, не отражая свет от источников над экраном.

3D-телевидение

По состоянию на 2010 год ^{[обновлять]}ряд производителей разрабатывали автостереоскопические 3D-телевизоры высокой четкости , используя лентикулярные линзовые системы, чтобы избежать необходимости в специальных очках . Один из них, китайский производитель TCL, продавал 42-дюймовую (110 см) модель LCD — TD-42F — в Китае примерно за 20 000 долларов США. ^[5]

В 2021 году только специализированные производители будут выпускать такие виды дисплеев. ^[6]

Процессы цветного лентикулярного кино

Линзовидные линзы использовались в ранних процессах цветной киносъемки 1920-х годов, таких как система Келлера-Дориана и Kodacolor . Это позволило получать цветные изображения с использованием только монохромной кинопленки. ^[7]

Угол зрения лентикулярного отпечатка

Угол зрения лентикулярного отпечатка — это диапазон углов, в пределах которых наблюдатель может видеть все изображение. Он определяется максимальным углом, под которым луч может покинуть изображение через правильную лентикулярную линзу.

Угол внутри линзы

На схеме справа зеленым цветом показан самый крайний луч внутри лентикулярной линзы, который будет правильно преломлен линзой. Этот луч покидает один край полосы изображения (в правом нижнем углу) и выходит через противоположный край соответствующей лентикулы.

Определения

• ${\displaystyle R}$угол между крайним лучом и нормалью в точке его выхода из линзы,
• ${\displaystyle p}$это шаг или ширина каждой линзообразной ячейки,
• ${\displaystyle r}$- радиус кривизны линзочки,
• ${\displaystyle e}$толщина двояковыпуклой линзы
• ${\displaystyle h}$толщина подложки под изогнутой поверхностью линзы, а
• ${\displaystyle n}$показатель преломления линзы .

Расчет

${\displaystyle R=A-\arctan \left({p \over h}\right)}$,

где

${\displaystyle A=\arcsin \left({p \over 2r}\right)}$,

${\displaystyle h=e-f}$- расстояние от задней части решетки до края линзочки, а

${\displaystyle f=r-{\sqrt {r^{2}-\left({p \over 2}\right)^{2}}}}$.

Угол снаружи объектива

Угол снаружи линзы определяется преломлением луча, определенного выше. Полный угол наблюдения определяется как ${\displaystyle O}$

${\displaystyle O=2(A-I)}$,

где - угол между крайним лучом и нормалью вне линзы. Из закона Снеллиуса , ${\displaystyle I}$

${\displaystyle I=\arcsin \left({n\sin(R) \over n_{a}}\right)}$,

где - показатель преломления воздуха . ${\displaystyle n_{a}\approx 1.0003}$

Пример

Рассмотрим лентикулярный отпечаток с линзами с шагом 336,65 мкм , радиусом кривизны 190,5 мкм, толщиной 457 мкм и показателем преломления 1,557. Полный угол наблюдения составит 64,6°. ${\displaystyle O}$

Задняя фокальная плоскость линзообразной сети

Фокусное расстояние линзы рассчитывается по уравнению изготовителя линз , которое в данном случае упрощается до:

${\displaystyle F={r \over n-1}}$,

где - фокусное расстояние линзы. ${\displaystyle F}$

Задняя фокальная плоскость расположена на расстоянии от задней части линзы: ${\displaystyle BFD}$

${\displaystyle BFD=F-{e \over n}.}$

Отрицательное значение BFD указывает на то, что фокальная плоскость лежит внутри линзы.

В большинстве случаев линзовидные линзы проектируются так, чтобы задняя фокальная плоскость совпадала с задней плоскостью линзы. Условием такого совпадения является , или ${\displaystyle BFD=0}$

${\displaystyle e={nr \over n-1}.}$

Это уравнение устанавливает связь между толщиной линзы и ее радиусом кривизны . ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle r}$

Пример

Лентикулярная линза в приведенном выше примере имеет фокусное расстояние 342 мкм и заднее фокусное расстояние 48 мкм, что означает, что фокальная плоскость линзы находится на 48 микрометров позади изображения, напечатанного на задней стороне линзы.

Смотрите также

• Линза Френеля , другая технология «плоских» линз
• Интегральное изображение
• Микролинза

Ссылки

1. "Lenticular, how it works". Lenstar.org. Архивировано из оригинала 3 мая 2016 года . Получено 25 мая 2017 года .
2. Самодельный печатный голографический дисплей (объяснение линзообразной оптики), архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. , извлечено 8 мая 2021 г.
3. Jalie, Mo (2003). Офтальмологические линзы и их распределение. Elsevier Health Sciences. стр. 178. ISBN 0-7506-5526-7.
4. "Экран проектора с линзой Френеля против экрана проектора с линзой Френеля для сверхкоротких проекций". ProjectorScreen.com . Получено 15 июня 2022 г. .
5. "Give Me 3D TV, Without The Glasses". Архивировано из оригинала 13 февраля 2010 года . Получено 6 мая 2010 года .
6. Фабрика, Looking Glass. "Looking Glass Factory · Ведущий в мире голографический дисплей". Looking Glass Factory · Ведущий в мире голографический дисплей . Получено 8 мая 2021 г.
7. "Лентикулярные фильмы на временной шкале исторических цветов фильмов". Архивировано из оригинала 9 июля 2014 года . Получено 29 июня 2014 года .

• Бартольди, Пол (1997). «Quelques notions d'optique» (на французском языке). Женевская обсерватория . Проверено 19 декабря 2007 г.
• Сулье, Бернар (2002). «Principe de fonctionnement de l'optique lenticulaire» (на французском языке). Последовательность 3d . Проверено 22 декабря 2007 г.
• Окоши, Таканори. Методы трехмерной визуализации. Atara Press (2011), ISBN 978-0-9822251-4-1 . 

Внешние ссылки

• Слайды лекции о лентикулярных линзах (PowerPoint) Джона Кэнни
• Выбор правильного лентикулярного листа для струйного принтера
• http://www.microlens.com/pdfs/history_of_lenticle.pdf