CN102725674A - 用于制造包括透镜状阵列以及模糊像素轨迹的安全证件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造显示装置、尤其安全证件的方法，包括以下步骤：提供物体的m幅图像，其中，m至少等于2；将每幅图像划分成以间距δ隔开的图元的n组相邻的阵列(l1，1,l1，2…11，n),…,(lm1，lm2，…,lmn)；将所述图像以交错的方式施加在位于透镜结构下方呈交错阵列(ll1，l21…1m1),…,(l1n,l2n,…,lmn)的组的图像层上，其中所述透镜结构包括位于图像层上方的直线形透镜元件，一个直线形透镜元件重叠一个对应组的相邻阵列，其特征在于，在将各阵列施加到所述图像层上之后和/或在设置所述透镜元件之后，图元的每个阵列以非对焦的方式被设置到所述图像层上以形成模糊的阵列或者每个阵列由所述透镜元件成像以形成模糊的阵列，相邻的模糊的阵列的边缘的间距小于所述间距δ。

Description

用于制造包括透镜状阵列以及模糊像素轨迹的安全证件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种制造显示装置、尤其安全证件的方法，包括以下步骤：
提供物体的m幅图像，其中，m至少等于2；
将每幅图像划分成以间距δ隔开的图元的n组相邻的阵列(l1，1,l1,2…11，n),…,(lm1，lm2,…,lmn)；
将所述图像以交错的方式施加在位于透镜结构下方呈交错阵列(ll1，l21…1m1),…,(l1n,l2n,…,lmn)的组的图像层上，其中所述透镜结构包括位于图像层上方的直线形透镜元件，一个直线形透镜元件上覆一个对应组的相邻阵列。
本发明还涉及用于制造这种显示装置的设备以及包括透镜状透镜阵列的显示装置。
背景技术
这种方法由美国专利公开文献US 7480100可知，该文献公开了将多个交错的图片施加到透镜状结构的图像层上，以便显示三维、动态和其它图像。透镜状结构可以包括多个直线形透镜。多个10至30交错的图像被形成，并且这些图像的像素轨迹被交错并且利用透镜系统的栅距在透镜下方被印制，从而一组交错的像素轨迹可以每次位于单个直线形透镜下方。取决于观察的角度，其中一个交错的图像由观察者观察到，并且通过使得透镜状结构倾斜，不同的图像被观察到。
在有利的实施例中，透镜状结构上的图像可以包括多个在不同角度获得的两个人像，所述人像交错以使得产生两组图像，所述图像由观察者的每个眼睛在例如20至100cm的观察距离范围内分别地观察。以这种方式，通过观察距离的范围实现立体感的效果。
交错的图像可以在诸如聚碳酸酯的基板上被印制，而这是在直线形透镜状结构可以利用模或模具施加在每组交错的像素轨迹上方之后。可选地，透镜结构首先被形成，并且交错的图像随后借助于扫描光束例如激光被写到基板上。
利用多个交错的图像的不足之处在于，在经由透镜状装置观察这些图像时，随着改变观察角度，暗阴影的图案出现横贯图像。这就产生了不稳定的视觉效果，而这种不稳定的视觉效果由于对于透镜状装置用作为安全装置而言妨碍准确的以及可靠的识别。
因此，本发明的一个目的是提供一种透镜状装置，在该装置中减少上述效果。本发明的另一个目的是提供一种透镜状装置，其尤其适于产生准确的与可靠的识别或安全证件。
发明内容
为此，根据本发明的方法，其特征在于在将各阵列施加到所述图像层中之后和/或在设置所述透镜元件之后，图元的每个阵列以非对焦的方式被设置到所述图像层上以形成模糊的阵列或者每个阵列由所述透镜元件成像以形成模糊的阵列，相邻的模糊的阵列的边缘的间距小于所述间距δ。
像素轨迹能够在数字化处理器内被处理成是模糊的，从而像素轨迹的宽度增加，并且相邻的像素轨迹之间的间距减小。优选地，像素轨迹的宽度将增加成相邻的像素轨迹的边缘接触。
可选地，像素轨迹可以经由透镜以非对焦的方式被投影到图像层上，以使得模糊的像素轨迹加宽。
优选地，像素轨迹经由位于上方的透镜状透镜阵列的透镜结构以非对焦的方式被施加至图像层。这可以通过以下方式实现，在图像层上方一距离处安置透镜阵列，该距离不同于透镜状透镜系统的焦距，该焦距是针对透镜状阵列的材料（例如聚碳酸酯）的折射率的激光波长的激光。令人吃惊地发现，像素轨迹的非对焦效果不会对图片的观察锐度产生负面影响，而以不同角度进行观察时图像的光强变化被显著减小。因此，模糊化技术导致了改进的透镜状图像并且允许产生准确的以及可靠的透镜状安全/认证图像。
在优选的实施例中，图元的阵列通过以下方式被设置在所述图像层上，即将光束投射或扫描到透镜元件上并且通过所述透镜将光束聚焦到图像层上，所述图像层与所述透镜元件之间的距离H与所述透镜元件的焦距相差至少5%、优选至少10%、更加优选至少20%。
通过以非对焦方式实施所述阵列所造成的宽度增加是在5%与100%之间、优选是在5%与50%之间、更加优选是在5%与30%之间、并且最优选是在5%与15%之间。为了产生锐利的以及稳定的交错图像，相邻的模糊的阵列的边缘可以大致接触。
另一用于获得模糊的像素轨迹的方案是在显示装置上采用透镜元件，所述透镜元件被粗糙化以在施加像素轨迹时造成光散。
另一用于获得模糊的像素轨迹的方案是首先以对焦的方式将像素轨迹产生到图像层上并且随后（通过粗糙化）处理透镜元件，以在观察时造成光散，并且因此产生加宽的像素轨迹。
一种用于制造安全证件的合适装置包括光束发生器；基板载体；用于以直线的模式使得光束扫描横贯所述基板载体上的图像层的扫描装置；控制单元；以及使得所述基板载体绕相对于所述光束大致横向延伸的轴线倾斜的倾斜装置，其中所述控制单元用于控制所述光束发生器，以便将所述阵列扫描到所述基板载体上的图像层上。所述控制单元适于形成模糊交错的像素阵列，其中所述模糊交错的像素阵列能够被写到在所述基板载体上安置的图像层上，以使得相邻的模糊像素阵列的边缘的间距小于间距δ。
图像层可以包括聚碳酸酯层，透镜状结构已经附着在该层上被形成。激光以直线的方式横贯透镜结构扫描，并且通过透镜状阵列以非对焦的方式被成像到图像层上，以形成（模糊的）像素轨迹，在此，激光通过局部碳化图像层而产生明暗像素。基板台使得基板每次倾斜一小角度，从而针对每次倾斜角度形成一图像。
附图说明
参照附图借助于非限制性实例将详细说明根据本发明的方法和装置的一些实施例。在附图中：
图1示出了已知的透镜状结构的示意性剖视图；
图2示出了三个相邻的交错的像素轨迹的俯视图；
图3示出了用于在透镜状结构中产生交错图像的根据本发明的装置的实施例的示意图；
图4示出了用于在非对焦透镜状结构中激光雕刻交错图像的根据本发明的优选实施例的示意图；
图5a和5b分别示出了以对焦和非对焦的方式将激光束投射到图像层上的透镜状透镜阵列的剖视图；
图6a至6d示出了以不同高度的透镜阵列由激光雕刻所产生的像素轨迹；并且
图7和图8示出了根据本发明的模糊的交错的像素轨迹的示意性强度分布图。
具体实施方式
图1示意性示出了已知的透镜状显示装置或图像载体1，其例如用于诸如护罩、身份证、驾照、银行卡、签证贴条等的安全证件中。图像载体1包括基板2，在其顶侧具有位于基板2的表面上的n个线形透镜元件3、4、5的阵列。透镜元件的数量n例如包括每英寸325个透镜元件。在基板2的位于透镜元件3至5之下的图像层7中，交错的像线或“像素轨迹”的组8、9、10已经被施加至图像层7，这例如借助于印制或激光雕刻实现。在所示的实施例中，线组8至10在激光束由透镜元件3至5聚焦到图像层7上的点处包括碳化图像层材料（例如聚碳酸酯）制成的垂直区。通过在写入的过程中由透镜元件3至5使得激光束聚焦，由各线组8至10所形成的交错的图像精确地与透镜元件3至5相对应。
像素轨迹(ll1，ll2…l1n),…,(lm1，lm2，…lmn)的每个组8至10包括m个轨迹，其中m可以是在2与大约60之间（出于简化的原因，仅仅示出了每组三个像线）。一组中的每个像素轨迹由单个上覆的透镜元件3至5沿预定的方向成像。以特定的角度观察图像载体1的观察者将理想地看到每透镜元件3至5一个像素轨迹，也就是说，每组像素轨迹(ll1，ll2…l1n),…,(lm1，lm2，…lmn)中的像素轨迹v,l1v,l2v…lmv。通过使得图像载体1相对于观察者倾斜，可以这样看到不同的图像。
还可行的是，对于每组像素轨迹(ll1，ll2…l1n),…,(lm1，lm2，…lmn)，在与观察者的眼睛的位置对应的位置处由每个透镜3至5成像2条线，从而每只眼睛观察到不同的图像，并且可以看到有立体感的整体图片。与在不同观察距离处有立体感的图像对应地，在每组中可以设置多对这种立体感匹配的像素轨迹。这已经在欧洲专利申请文件EP1874557中详细说明，该文件全文结合在此引作参考。
基板2的高度例如可以是大约25μm，图像层7的厚度T例如可以是50μm。透镜元件的宽度L例如可以是75μm，并且高度D可以是大约10μm。如图2所示，现有技术图像载体中的像素轨迹10、11、12可以具有大约15μm的宽度w，并且以大约1μm的间距δ相互平行地布置。
在图3中，示出了用于将交错的图像激光雕刻到图像载体15上的装置，该装置包括激光器16、诸如透镜或准直仪或偏转镜的光学元件17、基板台18以及控制单元19。控制单元19控制激光器16和/或透镜17，以通过每个透镜元件20、21将像素轨迹写入到图像载体15的位于下方的图像层中。然后，基板台18可以绕与纸面垂直地延伸的轴线14倾斜至一预定的角度，并且每组中的第二像素轨迹被施加，直至每组m个像素轨迹被雕刻。在为了产生有立体感的图像而写入四组像素轨迹时，激光束13的倾斜角度θ例如可以是6°、2°、-2°、-6°。在写入的过程中，激光借助于合适的偏转装置（例如镜子）被偏转从而以直线的方式扫描横贯图像载体15，并且经由透镜17聚焦。
根据本发明的一个实施例，透镜17的焦点例如可以被调节成像素轨迹能够以非对焦（out of focus）的方式写入到图像载体15的基板上，从而在一组中两个相邻的像素轨迹之间的间距δ减小。可选地，透镜17可以造成对焦投影（in-focus projection），或者可以是一扫描装置，该扫描装置使得像素轨迹扫描运动到图像载体15的基板上，而在控制单元19中，像素轨迹已经被数字化处理从而产生模糊的像素轨迹。
图4示出了用于将交错的图像激光雕刻到图像载体15上的装置的优选实施例。激光束13通过镜30被偏转，并且横贯图像载体15的表面被扫描。为了在图像层12上产生锐利的图像，该图像层12应当位于透镜元件20、21的焦点上。透镜元件20、21的焦距由下列公式给出：
F=nr/（n-1）
在此，n是折射率，其对于聚碳酸酯1064nm的激光波长而言是大约1.56，并且r是透镜元件的半径、例如92μm。这导致了在大约256μm的聚碳酸酯中的焦距f，从而对于对焦写入而言，基板15的高度H应当大致等于该焦距，对于如图5a所示的情况而言，H=250μm。激光束被聚焦到图像层12上，并且直径方面从大约45μm的束宽度减小至大约15μm的聚焦宽度w。根据本发明并如图5b所示，通过现在选择高度H与250μm的对焦高度不同的图像载体15，加宽的非对焦像素轨迹能够形成具有例如16μm至30μm的非对焦宽度w′。
图6a示出了每个对于150μm的高度H的四个模糊的像素轨迹组成的组31、32的图像，造成了非对焦加宽，从而在相邻的像素轨迹之间没有开放空间。在图6b中，高度H取为200μm，从而以相互间隔产生稍微更加锐利的像素轨迹的图像，并且图6c示出了以250μm的高度H获得的像素轨迹组31、32的锐利图像。在图6d中，以300μm的高度H产生了模糊像素轨迹的组31、32。图6a至6d的图像通过以下方式获得，即通过将折射率等于基板15的折射率的浸液施涂到图像载体上抵消透镜20、21的透镜效应。可以得出，在图6a和6b中通过在激光13的焦点上方激光雕刻像素轨迹，形成非对焦加宽的像素轨迹。在厚度H为200μm的基板上采用激光敏感性图像层12，可以产生非常良好的且稳定的3D图像。如图6a所示，采用150μm的厚度H，像素轨迹重叠，这导致了很差的3D图像。如图6d所示，以300μm的厚度H，可以产生更加微弱的3D图像，在倾斜观察角度时具有减少的躁动视觉。
如图7所示，该图示出了多个相邻的像素轨迹22、23、25的强度/亮度值，直边的像素轨迹22、23、25的宽度w增加了相互间距距离δ，这是由于这些像素轨迹非对焦成像到图像层上造成的，例如如图6b所示。因此，像素轨迹的强度不再是阶跃函数，而示出在距离0.5δ内是从最大强度值Ih逐渐减小至低值I1。
如图8所示，非对焦使得每个像素轨迹22、23、25的宽度增加了δ，从而相邻的像素轨迹现在表现出某些重叠，并且强度值由曲线28给出，如图6a所示。发现，在使得图像相对于观察者倾斜时阴影横贯图像移动的效果（就像如图2所示像素轨迹间隔出现那样）能够通过根据本发明产生非对焦像素轨迹而强烈地被减少，而为观察者维持了交错图像的观察到的锐度。
应该注意的是，尽管本发明已经参照激光雕刻以在根据本发明的显示装置中提供像素轨迹进行了说明，但是本发明还可以应用于像素轨迹组被印制或被投影到透镜状阵列的聚碳酸酯基板上，而这是在透镜元件借助于加热模具被形成之后。

Claims (13)

1.一种制造显示装置、尤其安全证件的方法，包括以下步骤：
提供物体的m幅图像，其中，m至少等于2；
将每幅图像划分成以间距δ隔开的图元的n组相邻的阵列(l1，1,l1,2…11，n),…,(lm1，lm2,…,lmn)；
将所述图像以交错的方式施加在位于透镜结构下方呈交错阵列(ll1，l21…1m1),…,(l1n,l2n,…,lmn)的组的图像层上，其中所述透镜结构包括位于图像层上方的直线形透镜元件，一个直线形透镜元件上覆一个对应组的相邻阵列，
其特征在于，在将各阵列施加到所述图像层上之后和/或在设置所述透镜元件之后，图元的每个阵列以非对焦的方式被设置到所述图像层上以形成模糊的阵列或者每个阵列由所述透镜元件成像以形成模糊的阵列，相邻的模糊的阵列的边缘的间距小于所述间距δ。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，图元的阵列通过以下方式被设置在所述图像层上，即将光束投射或扫描到透镜元件上并且通过所述透镜元件将光束聚焦到图像层上，所述图像层与所述透镜元件之间的距离H与所述透镜元件的焦距相差至少5%、优选至少10%、更加优选至少20%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，图元的阵列通过印制以非对焦的方式被设置到所述图像层上。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，相邻的模糊的阵列的边缘大致接触。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，通过以非对焦方式实施所述阵列所造成的宽度增加是在5%与100%之间、优选是在5%与50%之间、更加优选是在5%与30%之间、并且最优选是在5%与15%之间。
6.一种根据前述权利要求任一所述的方法制成的显示装置，该显示装置包括透镜元件阵列，其与具有像素轨迹组的图像层重叠。
7.一种用于制造显示装置、例如安全证件的设备，所述设备包括光束发生器；用于承载具有顶表面的图像层的基板载体；用于以直线的模式使得光束扫描横贯所述基板载体上的图像层的扫描装置，其特征在于，所述光束在所述图像层的顶表面上方或在所述图像层下方被聚焦。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括倾斜装置，该倾斜装置使得所述基板载体绕相对于所述光束大致横向延伸的轴线倾斜。
9.一种用于制造显示装置、例如安全证件的设备，所述设备包括光束发生器；基板载体；用于以直线的模式使得光束扫描横贯所述基板载体上的图像层的扫描装置；控制单元；以及使得所述基板载体绕相对于所述光束大致横向延伸的轴线倾斜的倾斜装置，其中所述控制单元用于存储以间距δ隔开的具有宽度w的图素的多个阵列并且用于控制所述光束发生器和/或所述扫描装置，以便将所述阵列扫描到所述基板载体上的图像层上，其中，所述控制单元适于形成具有非对焦宽度w′的模糊交错的像素阵列，该非对焦宽度w′大于宽度w，所述模糊交错的像素阵列能够被写到在所述基板载体上设置的图像层上，以使得相邻的模糊像素阵列的边缘的间距δ′小于间距δ。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，光束经由透镜被投射到所述图像层表面上。
11.根据权利要求7或8或9或10所述的设备，其特征在于，所述光束发生器包括激光器。
12.一种显示装置，其包括图像层以及基板，所述基板在距所述图像层上方一距离H处具有多个直线形透镜元件，所述透镜元件适于聚焦光束，以便在一焦面中将图元的阵列施加到所述图像层上，所述焦面距所述透镜元件一距离L，L大于或小于H。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，H是在100μm与500μm之间，L与H相差至少10%、优选至少20%、更加优选至少30%。
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