CN103026286A - 光学装置读取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于使得能够实现对具有聚焦元件的阵列且被配置成提供合成图像的光学装置的读取的方法包括：布置（210）光学装置以获得第一预定形状；以及控制（220）图像平面选择器以选择在相对于光学装置的表面的第一位置处的图像平面。从而提供在所选的图像平面处获取的合成图像的可观察二维截面。还公开了一种用于使得能够实现对光学装置的读取的装置。

Description

光学装置读取方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及光学装置，且特别地涉及与合成图像相关联的光学装置和与之相关联的方法。
背景技术
不同种类的合成图像在长时间内已被用于许多不同的目的。合成图像的应用的一个典型示例是作为认证目的。合成图像被给予难以伪造的不同属性，但是这些属性仍很容易被观察者的眼睛和/或简单的辅助装置注意到。具有提供此类合成图像的能力的系统的最常使用的示例是所谓的Moiré（莫尔）装置。在此类装置的二维版本中，以阵列方式布置大量的小聚焦元件。图像平面被配置有光学上可识别图标或几何特征，所述图标或几何特征通过相应的聚焦元件朝着观察者的眼睛被成像，在观察者的眼睛处，人脑产生复合的合成图像。
已被用于或能被用于例如认证目的的现有技术系统的典型示例可以例如在公布的国际专利申请WO 03/061983或WO 2009/085003中找到。
公布的美国专利申请US 2009/0102179 A1公开了一种防伪标签，其具有光学隐藏式渐进偏移可靠性安全符号，以便利用移动电话进行快速的视觉识别、从而进行在线验证。在公布的国际专利申请WO 2008/008635 A2中，公开了一种微光安全和图像呈现系统。在公布的美国专利申请US 2009/0140131 A1中，公开了图像输入设备、光电检测设备和图像合成方法。
使用合成图像作为认证装置的重要益处是合成图像难以复制。已经讨论了一段时间的问题是使未经训练观察者能够在正确图像和伪造图像之间进行区分的问题。图像的属性必须非常独特且可容易地与不同种类的伪造图像区别开。例如对未经训练的观察者来说将具有真实三维外观的图像与具有某些类似于3D的属性的图像区别开可能是困难的。因此需要提供产生以下这样的图像的光学装置：所述图像在根据预定的处理被处理时可以受到影响而给出较大的且可容易观察到的变化。
发明内容
本发明的一个目的是利用合成图像的三维信息空间以及实现用于检测此类信息的方法和辅助装置。以上目的是通过根据所附独立权利要求的方法和装置来实现的。由所附的从属权利要求来定义优选实施例。一般而言，在第一方面中，用于使得能够实现对具有聚焦元件阵列且被配置成提供合成图像的光学装置的读取的方法包括：布置该光学装置以获得第一预定形状；以及控制图像平面选择器以选择相对于光学装置的表面在第一位置处的图像平面。该图像平面选择器是漫射屏。所述控制包括将漫射屏移动到在光学装置表面上方的第一位置处的所述图像平面。由此提供在所选的图像平面处获取的合成图像的平面或弯曲的可观察二维截面。
在第二方面中，一种用于使得能够实现对具有聚焦元件阵列且被配置成提供合成图像的光学装置的读取的装置包括：图像平面选择器、支撑结构和图像平面控制器。该支撑结构被布置成用于相对于以第一预定形状被布置的光学装置来支撑图像平面选择器。该图像平面控制器被配置成控制图像平面选择器选择在相对于光学装置的表面的第一位置处的图像平面。该图像平面选择器包括漫射屏，由此，该图像平面是漫射屏的平面。由此提供在所选的图像平面处获取的合成图像的可观察二维截面。
在第三方面中，用于找到与物表面的预定距离的测距仪包括：根据第二方面的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置和被配置成指示第一位置的指示器。
在第四方面中，真实性验证器包括根据第二方面的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置。
在第五方面中，信息解码器包括：根据第二方面的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置、被布置成记录在所选的图像平面处提供的合成图像的二维截面的图像检测器以及被配置成解释包括在合成图像的所记录的二维截面中的编码信息的图像解释器。
本发明的一个优点是利用三维空间进行信息选择。结合下面被进一步说明的不同实施例来进一步描述其它优点。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可以最好地理解本发明以及其其它目的和优点，在所述附图中：
图1A-B是产生合成图像的光学装置的示意图；
图2A-B是根据图1A-B的光学装置中的表观深度和高度的示意图；
图3A-B是产生合成图像的其它光学装置的示意图；
图4A-B是根据图3A-B的光学装置中的表观深度和高度的示意图；
图5是根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图；
图6是根据本发明的装置的实施例的示意图；
图7A-C图示出漫射屏作为图像平面选择器的使用；
图8是根据本发明的方法的另一实施例的步骤的流程图；
图9是根据本发明的装置的另一实施例的示意图；
图10A-D是用于距离测量目的的所选图像平面的图示；
图11是根据本发明的方法的又一实施例的步骤的流程图；
图12-13是根据本发明的装置的其它实施例的示意图；
图14A-C是一维、二维和三维形式下的信息图案的图示；
图15是根据本发明的方法的再一实施例的步骤的流程图；以及
图16是根据本发明的装置的其它实施例的示意图。
具体实施方式
遍及本公开，将用相同的附图标记来表示不同图和实施例中的同等或直接对应的特征。
在本发明中，利用全三维空间来存储图像信息。通过提供用于选择三维空间的二维部分图像的简单读取技术，可以容易地将该信息用于不同种类的应用。这种方法的基础是用以提供三维或准三维图像属性的不同种类的合成图像的属性。
为了全面地理解技术益处，我们将从具有三维或至少准三维属性的合成图像的一些示例的概要开始。
提供合成图像的系统可以包括聚焦元件的二维阵列，例如球面透镜的二维阵列。球面透镜被提供在聚合物箔的界面（典型地为表面）中。在聚合物箔的另一界面处，提供光学可辨别的图标。在观察聚焦元件的二维阵列时，每个聚焦元件将提供具有光学可辨别的图标（例如几何结构或印刷图案）的表面的一小部分的放大图像。该图标通常是通过印刷或压印而被提供，但是还可以通过例如蚀刻或针对辐射的曝光来提供。观察者将把这些小部分图像组合成复合的合成图像。当从不同角度观察聚焦元件的二维阵列时，具有图标的表面的不同部分被成像。通过以特定的方式配置图标，可以实现不同种类的图像和光学效果。
图1A示意性地图示出能够产生合成图像的光学装置10的示例的横截面图。光学装置10包括厚度为t的聚合物箔11。在聚合物箔11的第一侧12处，在表面处提供压印的微透镜14的第一阵列13。压印的微透镜14在这里是所采用的聚焦元件99。在本示例中，第一阵列13是周期性的二维阵列，其在图1A的横截面图中变成一维阵列，其中在所示的横截面中具有周期P l 。
本示例的聚合物箔11还配置有相同图标16的第二阵列15。图标16组成具有不同光学属性的各部分之间的界面。在本示例中，在聚合物箔11的与第一侧12相对的第二侧17处提供图标16。在本示例中，图标16因此变成聚合物箔11的内部与在聚合物箔11后面的空间18之间的界面。聚合物箔11和空间18的光学属性的差异使得辨别图标16的形状成为可能。在本示例中，第二阵列15也是周期性的二维阵列，并且此外具有与第一阵列13相同的对称属性。第二阵列15的对称轴平行于第一阵列13的对称轴。换言之，第一和第二阵列13、15通过它们的对称轴是基本对准的。如果例如两个阵列呈现出六边形图案，则密排方向是对准的。在所示的横截面平面中，第二阵列15具有周期P o 。聚合物箔11至少在图案平面之间是基本透明或彩色透明的。
为了为观察者呈现合成图像，第二阵列15的周期P o 与第一阵列13的周期性P l 相差非整数倍。如下文进一步讨论的，此关系决定了放大倍数。此外，第二阵列15是在与聚合物箔11的第一侧12的距离为D处提供的，距离D接近于压印的微透镜14的焦距f。在本示例中，使图标16位于聚合物箔11的第二侧17处，这施加了这样的要求：即聚合物箔11的平均厚度应基本上等于焦距f。然而，第一和第二阵列13、15之间的距离不必精确地等于焦距f。
如上所述，放大倍率取决于周期P l 和P o 的相对大小。在图1A中，第二阵列的周期P o 略小于第一阵列的周期P l ，即：
Figure 278912DEST_PATH_IMAGE001
。                                                                  （1）
图标16其中之一处的特定点20在所示示例中位于压印的微透镜14中的一个微透镜22的正下方，并且还处于其焦点处。这意味着源自于点20的光理想地可以行进穿过聚合物箔11并在上面的微透镜中被折射成光线21的平行射束。在优选实施例中，点20具有一定的延伸且被视为围绕点20的小区域。围绕点20的被成像区域的直径理想地等于微透镜阵列与图标阵列之间的周期的差。观看聚合物箔11的第一侧12的观众将体验到扩散至整个微透镜22上的点20周围区域的光学特性，即将体验到放大的部分图像29。微透镜23将以相同的方式提供图标16中的另一个图标的点24周围区域的另一放大的部分图像29。由于存在周期的轻微失配，所以点24周围区域并不准确地对应于点20周围区域，而是对应于稍微在旁边的区域。通过具有大量微透镜14和图标16，被成像的区域将理想地源自于图标16的每个区域。观众因此将体验到由对应于相应的微透镜14的小部分图像29组成的合成图像25。各部分图像29将一起被眼睛体验为图标16的放大合成图像25。
根据简单的几何推理，发现图像的周期性P i 为：
                                                              （2）
其中，d l 是微透镜的直径。因此由下式给出当从无限远处看光学装置时所体验到的放大倍率M：
Figure 975789DEST_PATH_IMAGE003
。                                                                （3）
根据第二阵列的周期性P o 和第一阵列的周期性P l 之间的倍数F：
Figure 839840DEST_PATH_IMAGE004
                                                                  （4）
来表示，放大倍率变成：
Figure 654212DEST_PATH_IMAGE005
。                                                            （5）
人们可能注意到，当倍数F接近于一时放大倍率变得非常大。对于等于一的倍数而言，放大倍率变成无穷大，这通常不是很有用，因为那时将只有图标处的单个点是可见的。为了获得有用的图像，因此，倍数F不同于一是必要的，并且，如下文将进一步讨论的，倍数F不同于任何整数值是必要的，即F必须是非整数倍数。
然而，为了实现大的放大倍率，该倍数应优选地接近于1。在图1A的示例中，该倍数小于1，因为P o <P l 。放大倍率因此具有正值。
在图1B中，图示出根据本发明的光学装置10的另一示例。在这里，P l <P o ，倍数F变得大于1，并且因此放大倍率M变成负的。各个部分图像29如上面一样是相应的点20、24周围区域的小图像。这些部分图像29是作为点20、24周围区域的正放大图像而产生的。然而，由于周期的适配，部分图像29在这里以与图1A相比相反的顺序被排序。然而，如果每个部分图像29足够小，眼睛无论如何将产生其中存在原始图标16的一般趋势的合成图像25。换言之，由图1B的示例产生的整个合成图像25对于眼睛而言将看起来是图标16的倒置合成图像25，而单个部分图像29是图标16处的不同点20、24周围的有限区域的非倒置图像。如下文将进一步讨论的，在这种情况下，合成图像25也将看起来是位于聚合物箔11的前面。
聚合物箔11的设计参数对光学属性具有进一步的影响。除了放大图标的属性之外，聚合物箔11还提供合成的三维体验。图2A图示出图像的体验深度。在该实施例中，倍数F小于1。观众的眼睛26聚焦在虚像25上的一个点28上。为了简单起见，点28位于两只眼睛26之间的中间。到眼睛的旁轴射线27以直角穿过不同的微透镜14，但是其是来自图标16处的相应点。然而，虚像是在深度为d处产生的。在图的不同部分中通过不同的设计参数以不同的方式容易地定义了射线27的角β。在图的底部部分中，看到：
Figure 945516DEST_PATH_IMAGE006
                                                       （6）
其中，δ是微透镜14的中心和同一平面中的射线27与透镜表面相交之处的点之间的距离，并且n是整数。相似地，如在图2A的左上部分中看到的，还可以将角β定义为：
Figure 212550DEST_PATH_IMAGE007
                                                       （7）
其中，R是微透镜14的曲率半径。最后，如在图2的右上部分中看到的，还可以将角度β定义为：
Figure 880291DEST_PATH_IMAGE008
 。                                                           （8）
通过将（6）-（8）组合，人们发现图像深度d变成：
                                                       （9）
或者就倍数F而言：
Figure 542534DEST_PATH_IMAGE010
                                                  （10）
在这里，还很容易看到，第二项通常是可忽略的，并且接近于一的倍数F给出大的深度。焦距与透镜半径之间的关系取决于材料的选择，但是当F接近于一时，该关系对于小于倍数F的量值而言通常不那么重要。整数n和距离δ消失，这证明深度d是恒定的，独立于到观众的距离。（然而，所示的合成图像25将受到该距离的影响且在这里是针对非无限远的观看距离而图示出的。）
如果利用大于一的倍数F，则深度d变成负的，即合成图像看起来位于透镜表面的前面，如观众所看到的。在图2B中图示出这种情况。合成图像25看起来所位于的高度h从而等于如上文所定义的“负”深度，即：
                                                 （11）
具有聚焦元件的二维阵列并被配置成提供合成图像的光学装置的另一示例是基于曲面反射镜，如图3A中所示。光学装置10在本示例中也包括厚度为t的聚合物箔11。在本示例中，聚焦元件99的二维阵列由球面反射镜114的第一阵列13组成。在聚合物箔11的第一侧12处，与以上透镜示例类似地提供相同图标16的第二阵列15。在所示的横截面平面中，第二阵列15具有周期P o 。球面反射镜114的第一阵列13是在聚合物箔的第二侧17的表面处提供的。反射镜的焦距f近似等于聚合物膜的厚度t。第一阵列13在所示的横截面中具有周期P m 。聚合物箔11至少在图案平面之间是基本透明或彩色透明的。
离开图标16朝向球面反射镜114的射线将在球面反射镜114中被反射成一束平行射线。该射线将在聚合物箔11的第一侧12处折射，但是仍将是一束平行光束。由于P m 和P o 之间的周期差异，在这里也将产生合成放大图像。可以执行与在透镜情况下相同的推理，并且在这种情况下等式（5）也是有效的。
在图3B中，与图1B类似地图示出其中在箔上方的高度h处提供倒置图像的情况。
由于聚合物箔的表面中的折射，看到合成图像的高度的表观深度稍微不同于透镜情况。参考图4A，在表面中被折射的射线遵循Snell定律：
Figure 502717DEST_PATH_IMAGE012
 。                                                           （12）
对于空气界面而言，n 1等于1。可以由下式来定义角度β：
，                                                           （13）
并且由于对于一般角度Θ而言
Figure 933577DEST_PATH_IMAGE014
                                                          （14）
所以还可以由以下关系式来定义角度β：
Figure 175202DEST_PATH_IMAGE015
，                                                      （15）
可以由下式来定义角度α：
Figure 919168DEST_PATH_IMAGE016
，                                                           （16）
并且由于
Figure 562638DEST_PATH_IMAGE017
                                                          （17）
结果变成（鉴于方程式14）：
Figure 366646DEST_PATH_IMAGE018
。                                                （18）
将（12）、（15）和（18）组合将给出深度为：
Figure 95568DEST_PATH_IMAGE019
。                                           （19）
针对相对于光学装置的表面法线的小角度，角度α和β彼此非常接近，并且它们之间的比变得几乎等于1。从不是非常浅的角度看光学装置时的近似深度因此为：
Figure 643224DEST_PATH_IMAGE020
。                                                 （20）
此外，用下式来联系反射镜曲率半径R和厚度t：
Figure 141201DEST_PATH_IMAGE021
。                                                    （21）
这意味着低折射率n 2给出大的深度d。周期的小差异也将给出大的深度，并且通常大的图标周期P o 也将给出大的深度。然而，如果要实现大的深度，则不存在使用具有大折射率n 2的聚合物箔的益处。
同样在反射镜作为聚焦元件的情况下，通过改变周期且使图标周期P o 变得大于反射镜周期P m ，可以将合成图像构造为使得其漂浮在光学装置的表面上。这在图4B中被图示出，并且给出高度h：
Figure 381690DEST_PATH_IMAGE022
。                                                 （22）
可以用来形成合成图像的聚焦元件的阵列的第三示例是小孔的阵列。这样的布置将或多或少地作为具有透镜的阵列工作，但是具有低得多的光吞吐量。
在以上示例中，已经采取了一定的图标周期，即以重复方式来提供图标。这给出容易地导出用于表观深度/高度的方程式的机会，其有助于理解这样的装置可以如何起作用。然而，还可以存在包含非重复图标的、产生具有深度和/高度的合成图像的光学装置。然后以使得图标的被成像部分在光学装置的表面上是可组合的这样的方式来执行图标的配置，使得产生合成图像，因此其在一般情况下是非重复的。
因此存在用以产生具有在产生图像的装置的表面之下的表观深度或在其之上的高度的合成图像的不同方式。
一般可以将三维图像视为在三个维度上扩展开的一定量的数据。每个点中的实际图像内容和位置一起形成数据实体。那么通过这样的三维图像的任何二维切割与整个图像中的数据中的所选的一定数据相关联。这样的切割可以是平坦平面或者曲面。可以将信息选择视为对从三维图像中的巨量总数据内容中获取一些数据的辅助。那么此选择可以是例如认证方法的一部分。
图5图示出根据本发明的一般方法的实施例的步骤的流程图。用于使得能够实现对具有聚焦元件的二维阵列并被配置成提供合成图像的光学装置的读取的方法在步骤200中开始。在步骤210中，将光学装置布置成获得第一预定形状。在步骤220中，控制图像平面选择器以选择光学装置的表面上方的第一位置处的图像平面。以这种方式，提供了在所选图像平面处获取的合成图像的可观察二维截面。图像平面选择器包括漫射屏。控制的步骤然后包括将漫射屏移动至在光学装置的表面上方的第一位置处的图像平面的步骤。在步骤230中，观察合成图像的可观察二维截面。该过程在步骤299中结束。
图6图示出用于三维合成图像的读取的一般装置的实施例的示意图。用于使得能够实现对光学装置10的读取的装置50包括漫射屏62形式的图像平面选择器60、支撑结构70和图像平面控制器80。光学装置10具有聚焦元件99的二维阵列，并被配置成提供例如根据上述示例的合成图像。支撑结构70被布置成用于相对于以预定形状被布置的光学装置10来支撑图像平面选择器60。在本实施例中，光学装置10被放置在支撑结构70的表面72的上面。在本实施例中，表面72是平面表面，并且因此光学装置10的预定形状是扁平的。
图像平面控制器80被配置成控制图像平面选择器60，以便选择在光学装置10的表面51上方的位置处的图像平面64。从而为观察者提供在所选图像平面处获取的合成图像的可观察二维截面。图像平面选择器是漫射屏62，由此，图像平面64变成漫射屏62的平面。漫射屏62被附着于保持器84，保持器84又与从表面72向上提供的框架82的梁柱86可滑动地啮合。从而可以使漫射屏62向上或向下移动，直至所要求的图像平面64与漫射屏62重合。在保持器84与每个梁柱86之间提供夹具88以在移动结束时维持保持器的位置。
图7A-C图示出漫射屏62如何作为图像平面选择器60进行工作。从光学装置10中的元件发射出光线101，其意图到达观察者的眼睛26。三维图像的点103具有在光学装置10的表面上方的表观高度h。对图像的该部分有贡献的所有单个射线因此都在到达眼睛26之前会聚到点103中。在图7A中，漫射屏62被插在观察者与光学装置之间大于点103的表观高度h的高度H处。到达漫射屏62的所有光将沿着不同的方向被散射为部分射线102。在优选实施例中，光的分布在漫射屏62上方的整个半球上基本上是均匀的。来自漫射屏62的不同横向位置的部分射线102将到达观察者的眼睛26，并且点103的图像因此在漫射屏62的几乎整个表面上变得“模糊不清（smeared out）”。
在图7B中，漫射屏62被放置在与点103的表观高度h相同的高度H处。由于对点103有贡献的所有射线经过此高度h处的同一个点，因此只有漫射屏62处的一个点将被命中，并且到达观察者的眼睛26的任何光都将始终来自漫射屏62上的同一个点。该点的清晰度被劣化的程度因此将比在图7A中的小得多。因此观察者将依然以清楚的视野看到该点103。
在图7C中，漫射屏降低至在点103的高度h下面的高度H。该情况将与图7A中的情况类似，并且漫射的大体模糊不清的图像将是意图在点103处构建图像的射线的结果。以这种方式，漫射屏62的位置决定哪些图像点将作为清楚的图像被看到。
高度选择是相当敏感的。因此可以将根据本发明的读取方法有利地用于测量距离。图8是根据本发明的高度测量方法的实施例的步骤的流程图。用于找到与物表面的预定距离的方法在步骤201中开始。在步骤205中，根据本文中在上面描述的原理来读取光学装置。针对此特定应用，执行将光学装置布置到物表面上，将要确定距离该物表面的高度。该光学装置此外被配置成在对应于预定距离的光学装置的表面上方的某个表观图像高度处提供合成图像的预定截面。在步骤240中，改变图像平面选择器的位置，直至合成图像的预定截面是可观察到的。则图像平面的位置对应于该预定距离。该过程在步骤298中结束。
图9图示出根据本发明的用于找到与物表面53的预定距离的测距仪52的实施例的示意图。光学装置10被提供在物表面53处。光学装置10此外被配置成在对应于预定距离的光学装置10的表面上方的某个表观图像高度处提供合成图像的预定截面。其类似于图6的装置，但是本实施例仅包括一对梁柱86。通过使用轴承，保持器84安装到梁柱86中的精度在这里更好，以便保证高定位准确度。在本实施例中，漫射屏62是被附着于框架82的磨砂箔61，框架82连接到支撑结构70。微型电动机81借助于螺杆85来控制图像平面选择器60的位置。微型电动机81和螺杆85一起组成平移器87，其因此被配置成机械地控制框架82与光学装置10的表面之间的距离。此外，在与由图像平面选择器60所选的图像平面相同的高度处提供高度指示器83。微型电动机81被开启直至合成图像的预定截面是可观察到的。高度指示器83然后标记与物表面53相距预定距离的位置。在更精细的实施例中，例如CCD照相机的图像检测器66被布置成记录合成图像的在所选图像平面处被提供的选定二维截面。可以自动地分析图像检测器66的所记录的图像。还可以将对微型电动机81的控制连接至图像分析器。当预定图像出现时，可以停止微型电动机81。然后可以通过控制电动机以对图像平面选择器60进行细微调整、直至获得最清楚的可能图像为止来执行细微调整。
通过具有在不同表观高度处产生结构的光学装置10，人们可以在要确定的多个预定距离之间进行选择。
图10A-D图示出在不同的高度的所选图像平面处看到的图像。在本实施例中，以这样的方式来配置光学装置，即使得数字“14”具有在光学装置（确切地说是光学装置的底平面）上方14 mm的表观高度位置。还以这样的方式来配置光学装置，即使得数字“15”具有15 mm的表观高度位置，数字“16”具有16 mm的表观高度位置且数字“17”具有在光学装置上方17 mm的表观高度位置。当图像平面被选择为位于物表面上方14 mm时，图10A的图像是可观察到的，呈现出清楚的“14”。当图像平面被选择为位于物表面上方15 mm时，图10B的图像是可观察到的，呈现出清楚的“15”。当图像平面被选择为位于物表面上方16 mm时，图10C的图像是可观察到的，呈现出清楚的“16”。当图像平面被选择为位于物表面上方17 mm时，图10D的图像是可观察到的，呈现出清楚的“17”。本领域的技术人员认识到，通过以适当的方式来配置光学装置，各种高度测量选项是可能的。
三维图像中的结构可以给出相当复杂的印象。仅仅通过使用人眼（和大脑），可能难以辨别复杂的三维图像内的某些小特征。将某些结构“隐藏”在另一画面内的该可能性可以例如用于认证目的。可以通过将认证结构布置在弯曲的二维平面中来进一步增强这些属性。这进一步提高了眼睛和大脑将其从三维图像中“提取出来”的难度。
图11是根据本发明的认证方法的实施例的步骤的流程图。用于认证的方法在步骤203中开始。在步骤205中，根据本文中在上面描述的原理来读取光学装置。针对此特定应用，将光学装置附着于要认证的物体。在步骤250中，将合成图像的所观察到的二维截面与预定的二维图像相比较以便检验物体的真实性。该过程在步骤297中结束。
图12图示出用于使得能够实现对光学装置10的读取的真实性验证器54形式的简单装置50的实施例。真实性验证器54提供图像平面控制器80（其在本具体实施例中采用实心玻璃块89的形式）、图像平面选择器60（其在本具体实施例中为实心玻璃块89的磨砂表面63）、以及支撑结构70（其在本具体实施例中为实心玻璃块89的下表面72）。该光学装置10被保持为抵靠着下表面72，从而获得预定形状。磨砂表面63具有在相对于下表面72的预定位置处被提供的另一预定形状。在磨砂表面63处可以看到弯曲的二维选定图像平面的图像，并且如果所示图像对应于预定图像，则可以确定真实性。在本实施例中，图像平面和光学装置两者都具有弯曲形状。然而，如本领域的任何技术人员所理解的，它们中的一个或两者也可以是平坦的。鉴于此，图像平面选择器60因此是透明刚性主体（在本情况下为实心玻璃块89）的漫射表面（在本情况下为磨砂表面63）。支撑结构70是透明刚性主体的与漫射表面相对的表面72。图像平面控制器80由透明刚性主体本身组成。
图13图示出真实性验证器54的另一实施例。在本实施例中，实心玻璃块89被配置为具有多个沟槽91，可以将磨砂箔61嵌入该沟槽91中。光学装置10被保持为抵靠着玻璃块89的底表面72，并且从上方可以看到由磨砂箔61所选择的二维图像。通过将磨砂箔61移动至另一沟槽91，可以选择位于相对于光学装置10的不同位置处的图像平面。
如本领域的任何技术人员所理解的，其中替代地使光学装置的位置相对于静止的图像平面选择器移位的类似装置以及其中可以改变光学装置和图像平面选择器这两者的位置的装置是可行的。
近年来，在许多不同的应用中使用诸如图14A中示意性地示出的条形码来提供用以提供数据的紧凑且可靠的方式。还使用二维类似物，其中，诸如图14B中所示的表面上的点表示不同种类的数据。还可以将这些原理扩展至三维中。通过具有提供合成三维图像的光学装置，可以使用不同的横向和高度位置来表示数据，如在图14C中示意性地示出的。然而，这样的三维数据表示难以直接在三维中解释。替代地，根据本发明的基本原理，可以通过依次提取不同二维图像平面的信息来执行对这样的三维数据表示的解释。
图15是根据本发明的信息解码方法的实施例的步骤的流程图。用于信息解码的方法在步骤204中开始。在步骤205中，根据在上文进一步描述的原理来读取光学装置。针对此特定应用，将光学装置配置成在所述光学装置的表面上方的不同的表观图像高度处提供合成图像的预定截面。在步骤260中，记录合成图像的所观察到的二维截面。在步骤262中，将所记录的二维截面解释成数据。针对多个不同的图像平面位置重复读取步骤205、记录步骤260和解释步骤262，如用箭头264所指示的。该过程在步骤296中结束。
图16图示出根据本发明的信息解码器55的实施例的示意图。大多数部件类似于在图9中呈现的装置。在本实施例中，图像平面选择器60所附着到的保持器84还包括测距仪92，其被配置成测量到物表面53的距离。控制微型电动机81以移动保持器84、直至到达预定距离。图像检测器66记录在图像平面选择器60处出现的二维图像，则其是三维合成图像内的所选图像截面。控制电动机81以将保持器移动至另一距离并记录另一图像。所记录的图像被提供给图像解释器68，在图像解释器68中，解释所记录的二维图像，将包括在合成图像的所记录的二维截面中的编码信息解释成数据。以这种方式，可以获取通过整个三维空间表示的数据内容。优选地，自动控制器93被连接在图像检测器66、图像解释器68与微型电动机81之间。自动控制器93被配置成促使图像平面控制器80的操作以选择多个位置处的图像平面，并且使图像检测器66与图像平面控制器80的操作同步。
在本发明的实施例中，产生至少部分地具有表观高度的图像的光学装置是令人感兴趣的，即其被看成如同图像至少部分地悬浮在光学装置表面上方一样。此属性已被用于提取这样产生的三维空间内的某些选定图像平面。
在上文提出的实施例中，使用聚焦元件的二维阵列。这目前被视为优选实施例。然而，大多数效果也能够通过聚焦元件的一维阵列（诸如，例如双凸透镜、柱面反射镜等）来实现。然后在横穿聚焦元件的延伸的方向上利用空间效应。然而，这样的装置一般对相对于观察者的方向敏感，并且因此对于这样的聚焦元件替换物而言益处不是那么明显。
应将上述实施例理解为本发明的几个说明性示例。本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和变更。特别地，在技术上可能的情况下，可以以其它配置来组合不同实施例中的不同部分解决方案。然而，由所附权利要求来定义本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的方法，所述光学装置具有聚焦元件（99）的阵列（13）并被配置成提供合成图像，所述方法包括步骤：
布置（210）所述光学装置（10）以获得第一预定形状；
控制（220）图像平面选择器（60）以选择位于相对于所述光学装置（10）的表面的第一位置处的图像平面（64），从而提供在所述所选的图像平面（64）处获取的所述合成图像的可观察二维截面；
所述图像平面选择器（60）是漫射屏（62）；以及
其中，所述控制步骤（220）包括将所述漫射屏（62）移动至在所述光学装置（10）的所述表面上方的所述第一位置处的所述图像平面（64）的步骤。
2.根据权利要求1所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的方法，其特征在于，所述阵列（13）是二维阵列。
3.根据权利要求1或2所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的方法，其特征在于，所述第一预定形状是弯曲的形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的方法，其特征在于，所述图像平面（64）具有与所述光学装置（10）相关的第二预定形状，所述第二预定形状是弯曲的形状。
5.一种根据权利要求1至4中任一项的方法的用于光学装置的读取的方法，其特征在于，观察（230）所述合成图像的所述可观察二维截面的另外的步骤。
6.一种用于找到与物表面（53）的预定距离的方法，包括：
根据权利要求5读取（205）光学装置（10），其中，执行所述光学装置到所述物表面（53）上的所述布置（210），并且其中，所述光学装置（10）被配置成在所述光学装置（10）的所述表面上方的对应于所述预定距离的表观图像高度处提供所述合成图像的预定截面；以及
改变（240）所述第一位置直至所述合成图像的所述预定截面是可观察到的；
由此，所述图像平面（64）的位置对应于所述预定距离。
7.一种用于认证的方法，包括步骤：
根据权利要求5读取（205）光学装置（10），其中，所述光学装置（10）被附着于要认证的物体；以及
将所述合成图像的所述所观察的二维截面与预定的二维图像相比较（250）以便验证真实性。
8.一种用于信息解码的方法，包括步骤：
根据权利要求5读取（205）光学装置（10），其中，所述光学装置（10）被配置成在相对于所述光学装置（10）的所述表面的不同表观图像位置处提供所述合成图像的预定截面；
记录（260）所述合成图像的所述所观察的二维截面；
将所述所记录的二维截面解释（262）成数据；以及
针对多个不同的所述图像平面位置重复（264）所述读取步骤（205）、记录步骤（210）和解释步骤（220）。
9.一种用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的装置（50），所述光学装置具有聚焦元件（99）的阵列（13）并被配置成提供合成图像，所述用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的装置（50）包括：
图像平面选择器（60）；
支撑结构（70）；
所述支撑结构（70）被布置成用于相对于以第一预定形状布置的所述光学装置（10）来支撑所述图像平面选择器（60）；以及
图像平面控制器（80），其被配置成控制所述图像平面选择器（60）以选择在相对于所述光学装置（10）的表面的第一位置处的图像平面（64），由此提供在所述所选的图像平面（64）处获取的所述合成图像的可观察二维截面；
所述图像平面选择器（60）包括漫射屏（62），由此，所述图像平面（64）是漫射屏（62）的平面。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阵列（13）是二维阵列。
11.根据权利要求9或10所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置，其特征在于，所述支撑结构（70）包括用于以所述第一预定形状保持所述光学装置（10）的保持器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置，其特征在于，所述第一预定形状是弯曲的形状。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置，其特征在于
所述漫射屏（62）是通过框架（84）被附着于所述支撑结构（70）的磨砂箔；
所述图像平面控制器（80）包括被配置成以机械方式控制所述框架（84）与所述光学装置（10）的所述表面之间的距离的平移器（87）。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的方法，其特征在于，所述图像平面（64）具有与所述光学装置（10）有关的第二预定形状，所述第二预定形状是弯曲的形状。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置的读取的装置，其特征在于：
图像检测器（66），其被布置成记录在所述所选的图像平面（64）处被提供的所述合成图像的二维截面。
16.一种用于找到与物表面（53）的预定距离的测距仪（52），包括：
根据权利要求9至15中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的装置（50）；以及
指示器（83），其被配置成指示所述第一位置。
17.一种真实性验证器（54），包括根据权利要求9至15中任一项所述的用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的装置（50）。
18.根据权利要求17所述的真实性验证器，其特征在于，所述图像平面选择器（60）是透明刚性主体的漫射表面，所述支撑结构（70）是所述透明刚性主体的与所述漫射表面相对的表面，并且所述图像平面控制器（80）是所述透明刚性主体本身。
19.一种信息解码器（55），包括：
根据权利要求15所述的用于使得能够实现对光学装置（10）的读取的装置（50）；
图像解释器，其被配置成解释被包括在所述合成图像的所述所记录的二维截面中的编码信息。
20.根据权利要求19所述的信息解码器，其特征在于自动控制器（93），该自动控制器（93）被配置成促使所述图像平面控制器（80）的操作以选择位于多个位置处的图像平面（64）以及使所述图像检测器（66）与所述图像平面控制器（80）的所述操作同步。
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