Toli toli esančioje žvaigždžių bazėje veržlus herojus paspaudžia valdymo skydelio mygtuką ir ore pasirodo schema. Vikriai palietusi pirštus prie eterinio ekrano, herojė išjungia energijos skydą ir tęsia savo slaptą misiją. Jei žiūrėjote kokią nors mokslinę fantastiką, tikriausiai esate susipažinę su tokiu scenarijumi. Tačiau galbūt nežinote, kad nors žvaigždžių bazės ir energijos skydai vis dar yra už mūsų ribų, plaukiojantys ekranai – ne.
Turiu omenyje ekranus, kurie sukuria dvimačius vaizdus, kurie tikrai sklando tuščiame ore ir su kuriais galima sąveikauti, o ne ekranus, pagrįstus Pipiro vaiduoklio iliuzija, kai vaizdas projektuojamas ant skaidraus paviršiaus, kuris turi būti apsaugotas nuo smalsių pirštų. . Optiniai plūduriuojančių vaizdų kūrimo principai yra gerai suprantami, o kadangi pandemija paskatino susidomėjimą visų rūšių beliečiamuoju valdymu, daugelis įmonių, tokių kaip „Topan“ ir „Kyocera“, bandė komercializuoti tokius ekranus iš antenos. Tačiau diegimas buvo lėtas, o numatytos programos – lifto valdikliai ir panašiai – nėra visiškai šaunios.
Nusprendžiau sukurti savo ekraną iš oro, kuris pagerbtų mokslinės fantastikos nuostabumą.
Man nesvetimas kurti neįprastus ekranus. 2022 m. aš pristačiau IEEE spektras‘s Hands On mano spalvotas elektromechaninis ekranas, kuris atkeliavo į pačias pirmąsias televizijos dienas. Šį kartą, siekdamas kažko beveik iš ateities, nusprendžiau sukurti savo sistemą pagal rekvizitus, matytus Žvaigždžių karai filmai. Bet pirmiausia man reikėjo, kad optika veiktų.
Antenos ekrano širdis yra ryškus plokščias ekranas (viršuje), maitinamas vienos plokštės „Intel“ pagrindu veikiančio kompiuterio (apačioje kairėje). Pirštų galiukų aptikimas yra „Arduino Nano“ ir trijų atstumo jutiklių (apačioje dešinėje) užduotis.Jamesas Provostas
Kaip veikia antenos ekranai?
Šiek tiek optinio atnaujinimo: paprastai šviesos šaltinio, pvz., ekrano, spinduliai sklinda iš šaltinio, kai atstumas didėja. Jei šiuos besiskiriančius spindulius, tarkime, atspindi veidrodis, akis suvokia, kad ekranas yra už veidrodžio. Tai žinoma kaip a virtualus vaizdas. Bet jei galite pasiekti, kad šviesos spinduliai, sklindantys iš ekrano, susilietų tam tikrame erdvės taške, prieš vėl pasklisdami, akis suvoks ekraną taip, tarsi jis būtų konvergencijos taške, net jei jis yra ore. Tai žinoma kaip a tikras vaizdas.
Svarbiausia, kad ši konvergencija įvyktų ore, yra naudoti šviesą atspindinčią medžiagą. Įprasti atšvaitai laikosi žinomos taisyklės, kad kritimo kampas yra lygus atspindžio kampui – tai yra, šviesos spindulys, patenkantis į veidrodį nedideliu kampu iš kairės, atsimuš tuo pačiu sekliu kampu ir toliau keliaus dešinėn. Tačiau retroreflektorius nukreipia krintantį šviesą tiesiai į save. Taigi, jei pritvirtintumėte retroreflektorių tiesiai priešais ekraną, visi besiskiriantys spinduliai atsispindėtų atgal savo keliais, sukurdami tikrą vaizdą, kai jie susilieja ekrano paviršiuje. Akivaizdu, kad tai savaime visiškai beprasmiška, todėl turime įvesti dar vieną optinį elementą – pusatšvaitą arba pluošto skirstytuvą.
Šią technologiją šiandien gali pasiekti dauguma gamintojų – nereikia jokių hipervarų!
Ši medžiaga atspindi maždaug pusę ant jos krintančios šviesos, o kitą pusę praleidžia tiesiai. Ir štai protingas dalykas: ekranas ir šviesą atspindintis atšvaitas yra sumontuoti 90 laipsnių kampu vienas kito atžvilgiu, o pusatšvaitas dedamas priešais tą stačią kampą, 45 laipsnių kampu tiek ekranui, tiek retroreflektoriui. Dabar stebėkime šviesą: iš ekrano skleidžiami besiskiriantys spinduliai patenka į pluošto skirstytuvą, o pusė atsispindi retroreflektoriaus link, kuris atmuša juos atgal link spindulio skirstytuvo. Pusiau atšvaitas praleidžia pusę tų dabar susiliejančių spindulių. Kai jie galiausiai susilieja ore virš ekrano, spinduliai sudaro tikrą vaizdą.
Akivaizdu, kad šis optinis legerdemain yra neefektyvus, nes sistema praranda didžiąją dalį pradinės šviesos. Tačiau nebuvo sunku rasti nedidelį, modernų plokščiaekranį skydelį, pakankamai ryškų, kad būtų galima sukurti tinkamą vaizdą iš oro, bent jau esant patalpų (arba žvaigždžių pagrindo) apšvietimo sąlygoms. Norėdami valdyti šį 7 colių ekraną, naudojau „LattePanda 3“, kuris yra „Intel“ pagrįstas vienos plokštės kompiuteris, galintis veikti „Windows“ arba „Linux“ ir palaikantis kelis ekranus. (Visą medžiagų sąskaitą rasite mano projekto puslapyje hackster.io).
Ekranas sukuria vaizdą ore, atmušdamas besiskiriančius spindulius iš ryškaus ekrano nuo pluošto skirstytuvo, kuris pusę spindulių atspindi į retroreflektorių. Skirtingai nuo veidrodžio, dėl kurio spinduliai dar labiau išsiskirs, retroreflektorius siunčia susiliejančius spindulius atgal link pluošto skirstytuvo, kuris praleidžia pusę jų, kad susidarytų tikras, jei blausus, plūduriuojantis vaizdas.Jamesas Provostas
Kaip rasti tinkamą atšvaitą
Didžiausia kliūtis buvo rasti tinkamą šviesą atspindinčią medžiagą. Galiausiai apsigyvenau ant folijos, kurią galėjau iškirpti iki norimų matmenų, pagaminau ryškų vaizdą ir nebuvo per brangu. Tai buvo Oralite 3010 prizminis fotoelektrinis lakštas, ir aš galėjau nusipirkti 77 centimetrų x 1 metro ritinį (trumpiausią turimą) už maždaug 90 JAV dolerių.
Kitas žingsnis buvo padaryti ekraną interaktyvų. Po kai kurių eksperimentų pasirinkau 5 USD vertės lazeriu pagrįstą skrydžio laiko jutiklį, kuris praneša apie atstumo matavimus siauru kūgiu. Sumontavau tris iš šių jutiklių, kad padengčiau tris stulpelius antenos ekrano plokštumoje, ir prijungiau juos prie „Arduino Nano“ per I2C. Kai naudotojo piršto galiukas patenka į jutiklio aptikimo kūgį, „Nano“ žiūri, ar piršto galiuko atstumas nuo jutiklio patenka į vieną iš trijų iš anksto nustatytų diapazonų. Su trimis jutikliais ir trimis segmentais vienam jutikliui antenos ekranas turi devynias sritis, kurios gali reaguoti į pirštus. Apie aktyvuojamą sritį pranešama LattePanda per USB.
Visi optiniai komponentai ir kompiuteris buvo sumontuoti 33 x 25 x 24 centimetrų rėme, pagamintame iš aliuminio ekstruzijos strypų. Taip pat priekyje pritvirtinau nedidelį jutiklinį ekraną, kuris leidžia valdyti, ką „LattePanda“ rodo antenos ekrane. Prie rėmo pridėjau šonines plokštes ir pritvirtinau metalizuotas 3D spausdintas juosteles ir kitus papuošalus, dėl kurių jis atrodė kaip kažkas, kas nebūtų netinkama mokslinės fantastikos šou filmavimo aikštelėje.
Rezultatas veikia puikiai ir yra toks futuristinis, kaip ir tikėjausi, tačiau taip pat parodo, kad šią technologiją šiandien gali pasiekti dauguma gamintojų – nereikia jokių hipervarų!