Сборник авторских идей и решений в области инженерной оптики

Что мы знаем об оптике?

В школе – это линзы, зеркала, преломление и «угол падения равен углу отражения». На практике – это лазеры, прицелы, волноводы, камеры и кабели. В научной лаборатории – интерференционные картины, спектры и фото напоминания о квантовой запутанности. Но далеко не всё, что связано со светом, строго укладывается в эти рамки.

Современная инженерная оптика – это не столько дисциплина, сколько поле для изобретательства и междисциплинарных прорывов. Это способ говорить с волнами напрямую – через пространство, форму, сигнал, структуру материи и… человеческое восприятие.

Перед вами – не учебник, не патентная сборка и не отчёт по гранту. Это живой, авторский (во всех смыслах) документ, в котором собраны идеи, рождённые не столько в кабинетной тишине, сколько в беспокойстве ума, в эксперименте на коленке, в попытке обойти «невозможное» – пусть даже путём, который покажется сначала странным.

Как сфокусировать точку света в воздухе без экрана? Можно ли «увидеть» искру стали и распознать её марку с помощью смартфона? Что, если тележка железнодорожного вагона – это уникальный идентификатор, который не скроешь? А может ли крутящий момент шпинделя быть видимым, как световая спираль?

Все эти вопросы находятся на границе инженерной оптики, цифровых технологий, «изобретения по нужде» и чисто человеческой страсти к эксперименту. Многие предложенные подходы уже проверены в простейших лабораториях или на действующем оборудовании. Какие-то – ждут прототипа, а какие-то – просто ищут тех, кто рискнёт сделать следующий шаг.

Сборник предназначен для инженеров, студентов, исследователей, стартаперов и технических фантазёров. Для тех, кто не боится слова «гипотеза», уважает эксперимент и умеет видеть в лазерном луче не только красный свет, но и любопытную возможность.

Добро пожаловать в инженерную оптику. Без лишнего лоска. Зато – честно, с идеей и потенциалом.

Предлагается способ формирования видимой светящейся точки прямо в пространстве (без экрана), основанный на физиологических особенностях зрительной системы человека – в частности, на неспособности зрительного анализатора реагировать на одиночные световые импульсы малой длительности (менее 0,1 секунды), но способности воспринимать их, если они повторяются или накладываются с задержкой.

Суть метода: если несколько лазерных источников направить на одну и ту же точку в пространстве и синхронизировать их кратковременные импульсы по фазе, частоте и длительности, то в перекрестии лучей человеческий глаз воспримет устойчивое свечение, даже при том, что каждый отдельный луч может быть сам по себе невидим.

Физиологическая основа

– Человеческий мозг игнорирует одиночные оптические импульсы короче 0,1 сек.

– Однако он способен воспринимать серию таких импульсов как однонаправленное событие, особенно если источников импульсов два и более, а импульсы следуют с небольшой временной задержкой.

– Таким образом, зрительная система работает как пространственно-временной коррелятор (или схема совпадений), реагируя не на отдельные импульсы, а на их сочетания во времени и пространстве.

Технический принцип

– В пространстве располагаются два и более лазера, излучающих импульсы видимого света длительностью <0.1 секунды.

– Лучи направлены в одну точку. При одиночном луче точка практически незаметна глазом.

– При включении второго – яркость возрастает кратно, создавая субъективно видимую устойчивую светящуюся "точку пересечения".

– Продвигая эту точку в пространстве путём отклонения лазеров (механически, оптически, MEMS-зеркалами и т.д.), можно рендерить статические и динамические объёмные изображения.

– Для визуального эффекта необходима серая среда: туман, аэрозоль, пыль или дисперсированная взвесь в воздухе для рассеяния точек по объёму.

Экспериментальная проверка (прототип)

Рис. № 1. Схема реализации способа формирования светящейся точки в пространстве

– Использованы два лазера от лазерных указок, управляемые через LPT-порт ПК с программной модуляцией на языке Delphi.

– Драйвера светодиодов генерировали импульсы длиной до 3 микросекунд – при частоте 1–2 Гц.

– Разнесённые на расстояние 20 см лазеры фокусировались в одну точку на стене.

– Яркость точки при работе одного лазера была предельно слабой, малозаметной; при включении второго – резко возрастала.

Программный фрагмент (на Delphi + вставка на ассемблере):

(Оставим по запросу – системный код подтверждает реальность эксперимента.)

Заключение

На основе эффекта пространственно-временного совпадения световых импульсов возможно построение технологии формирования реальных светящихся точек в воздухе, воспринимаемых человеческим зрением при определённых условиях, без наличия реального "объекта" в фокусе.

Перспективы:

– Отображение 3D-голограмм "в воздухе"

– Простые объёмные указатели, предупреждающие знаки, проекционные дисплеи

– 3D-интерфейсы для авиации, транспорта, AR-технологий и комплексных ситуационных центров

Публикация по теме:

https://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/public/YaBB.pl?num=1585918183