CN102466885A

CN102466885A - 一种基于微光学结构的动态显示技术

Info

Publication number: CN102466885A
Application number: CN2010105345503A
Authority: CN
Inventors: 赵建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开了一种基于微光学结构的动态显示技术，其特征在于：在不同的视角下，它利用微元件对图形不同的区域进行信息读取，当视角发生变化时即可获得动态显示的光学效果。该技术可广泛应用于商标、显示、防伪等方面，具有廉价、美观、轻便的优点。

Description

一种基于微光学结构的动态显示技术

所属技术领域

本发明涉及基于微光学结构的动态显示技术，采用微光学结构实现微缩图形的放大、显示。

背景技术

近年来，防伪、显示技术发展迅速，主要是以激光全息图为主，但这种技术已经半公开，防伪功能受到挑战。此外还有诸如水印防伪等技术也已经发展了很长时间，基本原理及实现方法也已经基本被大众所了解。迫切需要发展新的防伪技术。

为此人们提出了基于光学原理的放大显示防伪方法，这种方法的原理是：在正常照明条件下，人眼的极限分辨力为1分，在明视距离250mm条件下，人眼的极限分辨力为0.072mm。一般来说为使眼睛不疲劳，人眼的视角在4分左右，即可以分辨距离为0.3mm左右的两个点。在一般情况下，10×10个点刻组成简单图案，其大小约在4mm×4mm左右，其它细小的物体必须采用放大镜或显微镜进行放大才能看清其细微结构。对于小于该尺度的图案必须采用显微镜等辅助工具，这个观察带来很大不便。

在申请号为03123580.8的专利中，发明人提出了利用微透镜对微缩图像进行放大成像的显示防伪方法，有效地避免了上述问题；然而，上述专利要求被显示图像必须为周期图形，且图像单元要与微透镜单元口径相一致，以达到利用微透镜对微图形进行放大的目的；

本发明提出另外一种利用显示微元件对非周期图形进行再现的全新的动态显示技术；该技术有效克服了上述专利中被显示图像必须为周期图形的问题。本发明通过对要显示的图案进行调制和编码，形成被显示图像，并利用显示微元件对编码产生的被显示图像进行识别和再现，可获得各种彩色的显示效果。

本发明的技术解决方案通过以下步骤完成：一种基于微光学结构的动态显示技术，其特征在于包括以下步骤：

1、它主要由被显示图像和显示微元件两部分组成；且显示微元件放置于被显示图像上方。

2、显示微元件可以为连续面形微透镜阵列、多台阶结构衍射型微透镜阵列、连续面形微柱透镜阵列、多台阶结构衍射型微柱透镜阵列。

3、组成显示微元件的微透镜或微柱镜可以具有相同的焦距，也可以具有不同的焦距。

4、被显示图像由大量子单元组合而成；不同位置的被显示图像子单元具有完全不同的图案。被显示图像的子单元可以在同一平面，形成平面被显示图像；也可以不再同一平面，形成立体被显示图像。被显示图像可以透明也可以不透明。

5、被显示图像的子单元孔径及显示微元件子单元孔径可以为三角形、四边形、六边形及多于六边形的多边形。

6、被显示图像的子单元排列方式及显示微元件子单元排列方式可以为四边形排列、六边形排列、环形排列及按照需要的各种其它方式排列。

7、被显示图像的每个子单元又由不同孔径、不同排列的大量编码微单元组成，编码微单元的孔径可以为三角形、四边形、六边形及多于六边形的多边形，微单元的排列、组合方式可以为四边形排列、六边形排列、环形排列及按照需要的各种其它方式排列；编码方式可以为极坐标编码，也可以为直角坐标编码。

8、被显示图像子单元内的编码微单元图案可以采用打印和印刷的方式完成，也可以采用光子晶体或光栅等衍射型微纳结构来形成需要的图案。

9、被显示微图像与显示微元件之间的间距H与显示微元件焦距F关系如下：F/2≤H≤2F

本发明的原理是：利用显示微元件对被显示图像进行采样，当人眼视角发生变化时，显示微元件将“提取”被显示图像不同区域的图案信息，其它区域的信息随之被自动“过滤”，被提取信息经过人眼后，在视网膜进行成像；同时，采用不同焦距的微元件单元及被显示图形单元可以被形成立体的图像。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、显示微元件与被显示图像阵列的组合方式多样，可产生多样化的显示效果；

2、通过调控显示微元件及被显示图像的结构参数及组合方式，可获得预期的不同放大倍率的显示效果；

3、不要求显示微元件单元与被显示图像单元子孔径和间距完全一致，无对准要求；因此，实现非常容易，成本低，易于产业化。

4、美观、实用、携带方便，可制作成薄片式结构，具有良好市场前景。

附图说明

图1是实施例1要显示图案1-“月亮”图案。

图2是实施例1要显示图案2-“太阳”图案。

图3是实施例1中，对要显示的图案进行分割、采样后，得到的要显示的“月亮”图案和“太阳”图案的子单元；图中1为“月亮”图案在坐标(i，j)处的子单元，2为“太阳”图案在坐标(i，j)处的子单元。

图4是本发明实施例1中对“月亮”和“太阳”编码后形成的坐标(i，j)处子单元，图中3为携带有“月亮”信息的微单元1，4为携带有“太阳” 信息的微单元2。

图5是将编码形成的被显示图像放置于显示微元件——微透镜焦距处，形成的组合后的显示结构示意图；图中5为显示微元件——微透镜阵列，6为承载被显示图像的基底，7为被显示图像。

图6是本发明的动态显示原理图；h为被显示图像与显示微元件之间的间距，a为显示微元件周期；Q1、Q3、Q5为5°视角时微透镜显示的，能够进入人眼的区域；Q2、Q4、Q6为10°视角时微透镜显示的，能够进入人眼的区域。

图7是本发明实施例2中，以极坐标方式进行分割后，形成的要显示图案的子单元；图中8为对应极坐标(r，θ)处的子单元。

图8为极坐标(r，θ)处的子单元进行编码后形成的子单元图案；

图9为采用不等焦距微元件实现立体成像，图中9为不等焦距微透镜阵列，10为被显示图像。

图10为采用不等焦距微元件实现立体成像，图中9为不等焦距微透镜阵列，11为子单元具有不同高度的被显示图像。Q1，Q2分别为不同高度的被显示图像子单元，Q3，Q4分别为Q1，Q2点成的像点。

具体实施方式

实施例1，实现“月亮”图案与“太阳”图案的动态显示；

首先，采用直角坐标编码方式对“月亮”图案(见图1)与“太阳”图案(见图2)进行编码，形成被显示图像。编码过程如下：1)将“月亮”图案与“太阳”图案进行分割、采样，形成如图3所示的四边形排布、四边形子孔径的子单元；2)以坐标(i，j)处的子单元为例，对该子单元进行编码；第一步：将该子单元分为N个微单元，微单元可以为规则的四边形或六边形，也可以为不规则的图形，N为被编码图案的个数，N个微单元之间无重叠，且组合后构成完整子单元。本实施例中只有“月亮”“太阳”两个，因此N＝2；本实施例中取子单元中心区域为微单元1，该子单元除微单元1外的其它区域为微单元2；第二步：提取被编码图像“月亮”和“太阳”的坐标(i，j)子单元的颜色值Q_YUE，Q_TAI；并将其赋予微单元1和微单元2；至此坐标(i，j)处的子单元编码完成，形成编码后的子单元，见图4；3)按照上述方式对所有子单元进行编码并按照先前“月亮”、“太阳”图案的采样顺序进行组合，形成被显示图像；4)打印输出编码后形成的被显示图像；5)采用微加工工艺形成与被显示图像对应的显示微元件，本实施例中显示微元件采用微透镜阵列，显示微元件的子单元与被显示图像子单元相对应。6)将被显示图像放置于显示微元件的焦面处，当以不同视角进行连续观测时，即可获得“月亮”与“太阳”的动态显示效果；组合后的显示结构见图5，动态显示原理见图6；

实施例2，实现多幅图案的动态显示；

首先，采用极坐标编码方式对每一幅图案进行编码，形成被显示图像。编码过程如下：1)将每一幅图像按照极坐标方式进行分割、采样，形成如图7所示的扇形子单元；2)以坐标(r，θ)处的子单元为例，对该子单元进行编码；第一步：将该子单元分为N个微单元，微单元可以为规则的四边形或六边形，也可以为不规则的图形，N为被编码图案的个数，N个微单元之间无重叠，且组合后构成完整子单元，见图8。第二步：分别提取被编码图像坐标(r，θ)子单元的颜色值；并将其赋予相应的微单元；3)按照上述方式对所有子单元进行编码并按照先前图案的采样顺序进行组合，形成被显示图像；4)打印输出编码后形成的被显示图像；5)采用微加工工艺形成与被显示图像对应的显示微元件，本实施例中显示微元件采用微透镜阵列，显示微元件的子单元与被显示图像子单元相对应。6)将被显示图像放置于显示微元件的焦面处，当以不同视角进行连续观测时，即可获得多幅图像连续变化的动态显示效果。

实施例3，实现两幅图案的立体显示；

首先对两幅要显示图案进行分割、编码，形成被显示图像；其次，采用不等焦距的微透镜作为显示微元件；将被显示图像放置于接近显示微元件焦平面的位置处。由于不同焦距的微透镜对物体的成像点不同，因此可以获得立体成像的效果，原理见图9。

实施例4，实现两幅图案的立体显示；

首先对两幅要显示图案进行分割、编码，形成大量的子单元；其次，采用不等焦距的微透镜作为显示微元件；最后，根据光学成像原理及每个子单元处微透镜单元的焦距确定该子单元的高度；最后形成被显示图像；将被显示图像放置于接近显示微元件焦平面的位置处。由于不同焦距的微透镜对物体的成像点不同，因此可以获得立体成像的效果，原理见图10。

Claims

1.它主要由被显示图像和显示微元件两部分组成；且显示微元件放置于被显示图像上方。

2.显示微元件可以为连续面形微透镜阵列、多台阶结构衍射型微透镜阵列、连续面形微柱透镜阵列、多台阶结构衍射型微柱透镜阵列。

3.组成显示微元件的微透镜或微柱镜可以具有相同的焦距，也可以具有不同的焦距。

4.被显示图像由大量子单元组合而成；不同位置的被显示图像子单元具有完全不同的图案。被显示图像的子单元可以在同一平面，形成平面被显示图像；也可以不再同一平面，形成立体被显示图像。被显示图像可以透明也可以不透明。

5.被显示图像的子单元孔径及显示微元件子单元孔径可以为三角形、四边形、六边形及多于六边形的多边形。

6.被显示图像的子单元排列方式及显示微元件子单元排列方式可以为四边形排列、六边形排列、环形排列及按照需要的各种其它方式排列。

7.被显示图像的每个子单元又由不同孔径、不同排列的大量编码微单元组成，编码微单元的孔径可以为三角形、四边形、六边形及多于六边形的多边形，微单元的排列、组合方式可以为四边形排列、六边形排列、环形排列及按照需要的各种其它方式排列；编码方式可以为极坐标编码，也可以为直角坐标编码。

8.被显示图像子单元内的编码微单元图案可以采用打印和印刷的方式完成，也可以采用光子晶体或光栅等衍射型微纳结构来形成需要的图案。

9.被显示微图像与显示微元件之间的间距h与显示微元件焦距F关系如下：F/2≤h≤2F 。