Устройство для представления информации в трехмерной форме

 

26796У

@Jf s

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19 11.1969 (№ 1315468/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 02.1Ч.1970. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 23Л П.1970

Кл. 42h, 38

42m3, 3/14

МПК G 11с 13/04

G 06f 3!14

УДК 681.337.2(088.8) Комитет оо делам изобретениЯ и открытий ори Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Г. П. Катыс и А. А. Асратян

Заявитель Институт автоматики и телемеханики (технической кибернетики) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЕ

>1

Изобретение относится к области информацпоннои техники.

Ь стройства для представления информации в трехмерной форме известны. Известен безвакуумный индикатор с вращающейся электролюминесцентной панелью. Недостатками этого устройства являются сложность коммутации, малая яркость и наличие подвижных электромеханических частей.

11редложенное устройство отличается от известных тем, что оно содержит три параллельных ряда плоских панелей, на противоположных концах которых нанесены изготовленные из фотохромного материала активные зоны, одна из которых служит для просмотра изображения, а другая — для обработки информации, причем все панели установлены на разной высоте на трех осях вращения, сдвинутых относительно друг друга на 120, над каждой информационной панелью в зоне, противоположной зоне просмотра, установлена матричная излучающая панель или к каждой из панелей подведена линейка волоконных световодов, связанных с источником активизирующего излучения.

В устройстве использовано явление фотохромизма, заключающееся в обратимом изменении окраски или оптической плотности некоторых материалов.

Такое изменение происходит при облучении ряда материалов ультрафиолетовым или видимым светом и сохраняется на период времени, длительность которого определяется составом и предварительной термической обработкой фотохромного материала. Быстрое обесцвечивание может быть осуществлено при облучении инфракрасным светом. В зависимости от типа фотохромного материала пик его активации находится в диапазоне 350-600 ня, пик обесцвечивания — в диапазоне

530 — 630 н,я. Кроме того, для каждого материала в диапазоне 430 — 540 нл существует длина волны, не оказывающая воздеиствия на

15 его оптическую плотность.

В предложенном устройстве информация записывается активирующим излучением на плоские прозрачные <ротохромные информационные панели (ФИН), имеющие возмож. ность вращаться вокруг осп. Это позволяет улучшить стереоскопическое восприятие и упростить устройство.

На фпг. 1 показано расположение набора

ФИП без записывающих и стирающих элементов; на фиг. 2 — первый вариант записи и стирания информации с использованием записывающих матричных панелей истирающих источников излучения; на фиг. 3 — второй вариант записи и стирания информации с применением для записи линеек волоконно2 67967

25 зо

65 оптических световодов, а для стирания — источников обесцвечиваю щего излучения; на фиг. 4 — пересчет координат при записи по второму варианту на ФИП второго ряда; на фиг. 5 — схема электромеханической части устройства.

Активные зоны ФИП (зоны, на которых производится запись информации) изготовляются из фотохромного материала: органической фотохромной пленки, нанесенной на прозрачное основание, или из сплошного неорганического фотохромного стекла.

Панели, изготовленные из фотохромных стекол на основе галоидов серебра, выдерживающих сотни тысяч циклов потемнения-просветления, не проявляя усталости, позволяют набирать пачку 10 — 20 шт. без заметной потери прозрачности.

Каждая ФИП имеет две активные зоны, расположенные на противоположных половинах панелей. ФИП собраны в три параллельных ряда, оси вращения которых сдвинуты друг относительно друга на угол 120 (см. фиг. 1). Панели установлены на разной высоте, что позволяет совмещать их в зоне просмотра. Панели 1ь 1, 1З принадлежат к первому ряду, 24, 2, 2З вЂ” -ко второму, а 8ь 8, 8> — к третьему (где цифрами 1 — 8 обозначен ряд, а индексами — порядковый номер в ряду при отсчете в направлении просмотра вглубь устройства). В зоне просмотра ФИП расположены в следующем порядке: 1ь 24 8g, 1, 2ъ 8ь, 1>, 2-,, 8„».Òàêàÿ конструкция устройства позволяет производить обработку информации (стирание и запись) вне зоны просмотра, причем стирание и запись могут осуществляться как в неподвижном состоянии на активных частях ФИП, занимающих противоположное по отношению к зоне просмотра положение, так и во время поворота. При синхронном повороте всех трех рядов ФИП на 180 их прозрачные активные части с нанесенными на них изображениями совмещаются в зоне просмотра, позволяя оператору осуществлять визуальный контроль и анализ информации, представленной в трехмерной форме, Направление просмотра показано на фиг. 1 стрелкой.

С целью улучшения визуального восприятия в период времени, в течение которого активные части ФИП совмещены в зоне просмотра, обеспечивается ее подсветка. Во время поворота ФИП подсветка выключается.

Возможны два варианта представления информации в устройстве. Информация представляется в виде затемненных изображений на светлом фоне (прямой контраст).

В первом варианте запись на ФИП осуществляется от любых матричных панелей

4 — б (см. фиг. 2), спектр н интенсивность излучения которых соответствуют характеристикам выбранного фотохромного материала.

Запись производится в неподвижном состоянии на активной зоне ФИП, занимающей противоположное по отношению к зоне просмотра положение. При этом в устройстве исполь4 зуется V матричных панелей (по одной для записи на каждую ФИП). Матричные панели устанавливаются так, чтобы их излучающие поверхности были повернуты в сторону активных зон ФИП, параллельны им и находились в непосредственной близости.

Стирание старой информации в данном варианте осуществляется во время поворота от источников 7 — 9 общим инфракрасным облучением активных частей ФИП.

Для определения положения точки в соответствии с ее координатами Х (Х4Х Хз), У(У,Y Y,), Z(ZlZ Z3) с началом в точке

0 (040 0;,) направим ось Z (на чертеже не обозначена) по направлению просмотра вглубь устройства, а оси Х и Y — по касательным к активным частям ФИП. При таком направлении координатных осей координаты Х и Y моdy, 1 гут изменяться в пределах от — до d —,—, где d> — диаметр излучающей точки на матричной панели, d — диаметр активных зон

ФИП.

В данном варианте управление записью должно осуществляться вспомогательным вычислительным устройством, обеспечивающим дешифрацию координат и соответствующую коммутацию электродов матричных панелей.

При этом дешифрация координаты Z обеспечит выбор ФИП, а координат Х и Y — запись в требуемую точку.

Для компенсации сдьига трех рядов ФИП относительно друг друга и устранения необходимости пересчета координат в данном варианте удобно сместить координатные осй второго и третьего рядов так, как это показано на фиг. 2.

Таким образом обеспечивается получение изображения точки в трехмерном пространстве.

Во втором варианте запись инфор мации осуществляется во время поворота

ФИП. При повороте всех трех рядов ФИП вокруг осей все точки их активных зон 10 — 12 (см. фиг. 3) описывают окружности с центрами 04, 0;, 06 соответственно. По радиусам этих окружностей в непосредственной близости от поверхности активных зон ФИП вплотную друг к другу расположены торцы волоконно-оптических световодов 18 — 15, через которые от внешних источников передается активнрующее фотохромный материал излучение, Осуществляя сканирование выведенных из устройства входных торцов световодов и импульсное отпирание записывающего луча в момент совмещения выбранного световода с точкой активной зоны ФИП, в которую нужно записать информацию, можно в пределах разрешающей способности линеек световодов записать информацию в любую точку.

В данном варианте стирание старой информации производится в неподвижном состоянии общим освещением активных зон ФИП источниками инфракрасного излучения 1б — 18, 267967

Для определения положения любой точки на активной зоне ФИП удобно использовать полярные координаты. На фиг. 3 показана координатная система одной панели. Полюс совмещен с центром вращения 04, а полярная ось — с касательной, проведенной из центра вращения к окружности, описанной вокруг активной зоны ФИП. Таким образом, коордпнаты точки запишутся в виде р (о, q), где р — радиус-вектор (расстояние от точки P до полюса), Р— полярный угол (угол между прямой ОР и полярной осью).

Из конструктивных соображений и удобства отсчета световоды сдвинуты относительно полярной оси на угол = 90 . Следовательно, для совмещения со световодами радиус-вектор любой точки активной части ФИП должен совершить дополнительный поворот на угол =90 — cp. При этом радиус-вектор р может изменяться в пределах (R — d)+ — (; (Л

2 2 где R — радиус окружности, описываемой вращающейся активной зоной.ФИП вокруг точки О;

d — диаметр активной зоны ФИП;

d„диаметр световода.

Можно перейти к прямоугольной системе координат, поместив начало координат в ту же точку 04 и направив ось абсцисс 04Х по полярной оси, а ось ординат 04 Y — по линейке световодов. Тогда координатами точки P(XY) будут Х=-pcoscp и Y=psinq.

Рассмотрим случай получения изображения точки внутри цилиндрического объема, образованного в зоне просмотра совмещением активных зон ФИП. Обозначим число ФИП через N. Тогда в данном варианте столько же линеек световодов будет выведено из устройсЕ ства. Число световодов в линейках и= СВ

Если в устройстве требуется получить изображение точки с координатами Х, Y, Z, то с помощью вспомогательного вычислительного устройства осуществляется выбор одной из

ФИП, соответствующей координате Z (считая, что ось Z состоит из N дискретных позиций и направлена в направлении просмотра вглубь устройства). Кроме того, определяется принадлежность ФИП к одному из трех рядов.

Далее осуществляются функциональные преобразования р= PE>+ Y- и

У х

При этом в случае принадлежности ФИП и первому ряду (координатная система которой принята за базовую) на функциональные преобразователи поступают координаты Х и У.

В случае принадлежности ко второму или третьему рядам на функциональные преобразователи должны поступать преобразованные координаты Х У и Х3У;; соответственно. Такой пересчет необходим вследствие параллельного переноса и поворота координатных осей второго и третьего рядов относительно базовых.

Это иллюстрируется фиг. 3, на которой расположение базовой координатной системы во втором и третьем рядах показано пунктиром.

Фиг. 4 иллюстрирует пересчет координат

5 Л, и У . Если в базовой координатной системе имеем точку Р(Х, Y), то координаты этой же точки в координатной системе второго ряда вследствие пар алле,льного переноса осей декартовых координат будут определяться по

10 формулам

Х =Х вЂ” а;, У = У вЂ” Ь„ где а>, Ь, — координаты нового начала О;, в базовой системе.

15 Кроме того, учитывая поворот осей на угол

cp= 120, получим

Х, = Л; cos р + Y, sin q = (Х вЂ” а,) cos 120 +

+ (У вЂ” b,) sin 120 = (Х вЂ” а,) — +

2

+(в) 2

Ув — Х $1п 9 + У со $ в— — (Х вЂ” а,) sin 120 + (Y — b,) co s 120 = — (Х вЂ” ав). — (Y — b ) 25

Аналогичный пересчет (р= — 120 ) произво30 дптся для координатной системы третьего ряда

Х. = (Х- а,) — (у — b,). 3., Ув = (Х вЂ” aç,) — (У вЂ” bè,)

1 3 где а, bÄ- — координаты нового начала О в базовой системе.

Таким образом, в соответствии с координа40 тамп Х и У определяются полярные координаты точки о и для любой ФИП, причем р определяет выбор волоконно-оптического световода, à (p — момент импульсного отпирания записывающего луча.

45 Автоматическая подача ФИП в зону просмотра, синхронизированная с процессом обработки информации, осуществляется с помощью электромеханической части устройства, схема которой приведена на фиг. 5. При за50 мыкании ключа 19 включается трансформатор

Тр и с контактов 20 и 21 подается напряжение, питающее электродвигатель РД-09, вращающийся со скоростью 8,8 об, мин. На вал электродвигателя РД-09 для осуществления

55 фрикционной передачи насажен цилиндр 22.

Одновременно с включением электродвигателя подается напряжение на выпрямитель 28, питающий электромагниты ЗМ! и ЭМ2. Электромагнит ЭМ1 обеспечивает отвод стопорно60 го механизма, а электромагнит ЭМ2 — привод фрикции от электродвигателя РД-09. На оси цилиндра 24 установлены ФИП первого ряда, вращение которого передается двум другим рядам с помощью зубчатой передачи. На оси

65 ФИП второго ряда установлен стопорный ме2 67967 ханизм 2б, представляющий собой кольцо с пазами на диаметрально противоположных точках. В пазы стопорного механизма задается якорь электромагнита 9М1 при его выключении. Такая конструкция стопор ного механизма обеспечивает остановку после поворота

ФИП на 180 . Электромагниты включаются последовательно посредством электромеханического реле времени, собранного на электродвигателе СД вЂ” 2, который вращается со скоростью 2 об) иин. На электродвигатель СД-2 напряжение подается с контактов 2б и 27 после включения ключа 28. На вал электродвигателя СД-2 насажен диск 29, имеющий два одинаковых кулачка, расположенных на диаметрально противоположных участках.

При вращении кулачкового диска 29 сначала замыкаются контакты Кь подающие напряжение на ЗМ1, а через промежуток времени, равный 0,5 — 1 сек, замыкаются контакты Кр, подающие напряжение на ЗМ2. Одновременно с замыканием контактов К (начало поворота) второй кулачок нажимает кнопку 80 нормально замкнутого ключа 81. Таким образом, во время поворота включаются источники подсветки 82, которые в неподвижном состоянии ФИП освещают зону просмотра. Время, в течение которого контакты К и К2 замкнуты, а ключ 81 разомкнут, равно времени поворота ФИП на 180 . После поворота размыкаются контакты Кь К2 и замыкается ключ 81.

Это обеспечивает фиксацию стопорного механизма, остановку и включение источников подсветки. Затем вследствие вращения электродвигателя СД-2, цикл повторяется. Период времени между двумя последовательными поворотами отводится на визуальный контроль и анализ информации, представленной в трехмерной форме.

Устройство работает как в автоматическом режиме (ключ 28 замкнут), так и в полуавтоматическом режиме (ключ 28 замыкает оператор).

5 В первом случае время визуального контроля определяется параметрами реле времени, а во втором задается оператором. Длительность цикла обработки информации можно изменять путем подбора электродвигате10 лей, или изменением числа кулачков на диске

29, согласуя длительность цикла с характеристиками фотохромного материала.

Предмет изобретения

1. Устройство для представления информации в трехмерной форме, отличающееся тем, что, с целью улучшения стереоскопического

20 восприятия трехмерных изображений и упрощения устройства, оно содержит три параллельных ряда плоских панелей, на противоположных концах которых нанесены изготовленные из фотохромного материала активные

25 зоны, одна из которых служит для просмотра изображения, а другая — для обработки информации, причем все панели установлены на разной высоте на трех осях вращения, сдвинутых относительно друг друга на 120 .

50 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что над каждой из фотохромных информационных панелей в зоне, противоположной зоне просмотра, установлена матричная излучающая панель.

35 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к каждой из панелей подведена линейка волоконных световодов, связанных с источником импульсов излучения, активизирующего фотохромный материал.

Составитель И. Н. Горелова

Редактор Л. А. Утехина Техред Л. Я; Левина Корректор М. П. Ромашова

Заказ 2003/2 Тираж 480 Подписка

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров, ССС>

Москва 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2