CN103383492B - 实现动态空间成像的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构及方法，尤其是一种实现动态空间成像的结构及方法，属于空间签注成像的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述实现动态空间成像的结构，包括透镜阵列激光记录体；所述透镜阵列激光记录体的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的光扩散片，所述光扩散片与透镜阵列激光记录体间设有用于分光的光栅，签注激光束通过光扩散片扩散并通过光栅分光后在透镜阵列激光记录体内得到若干所需的记录点，透镜阵列激光记录体通过所述记录点再现得到对应的动态空间成像。本发明光路简洁可靠，能满足个性化签注的要求，签注速度快，适应范围广，安全可靠。

Description

实现动态空间成像的结构及方法

技术领域

本发明涉及一种结构及方法，尤其是一种实现动态空间成像的结构及方法，属于空间签注成像的技术领域。

背景技术

通过微透镜阵列成像技术可以实现上浮或下沉等特殊视觉效果的三维动态文字或图形成像。根据实现方法可以分成两种类型：第一种类型是首先制作两层材料，上面一层由一定口径及焦距的微透镜阵列组成，微透镜阵列的排布可以是正交或蜂窝等排布；下面一层制作一定周期微文字或图形，周期与微透镜阵列排布周期呈一定规律，或相同或微缩或放大。两层薄膜材料精密定位附合，微透镜阵列通过对文字或图形层进行莫尔条纹放大及微透镜成像作用，产生一个动态三维的放大成像。如果观察者改变观察的视角，微透镜阵列取样成像位置发生微细差别，如此便出现了三维动态视觉效果。这种方法Drinkwater等在美国专利（No.5,712,731）、R.A.Steenblik等在美国专利(No.2005/0180020A1)和美国专利（No.2008/0037131A1）、以及相应在中国专利ZL201010180251.4中均有详细阐述。

上述成像方法的难点在于微透镜阵列及微文字的制作精度都非常高，并且两层材料的定位精度要求也非常高。另外，这种方法需要事先做好文字或图形层与微透镜阵列层附合，所以上述成像方法不能实现个性化的动态三维空间成像签注。

第二种类型由1908年G·李普曼提出，该方法是在激光记录材料上首先附上一层微透镜阵列，然后由投影成像系统在微透镜阵列上方一段距离产生一个影像，该影像通过微透镜阵列收集成像在各个微透镜下焦面的记录材料上。该记录的信息通过微透镜阵列再现在空间形成一个物象。由于微透镜对两眼的观察视角有微细的差别，这样观察者便会出现浮点或下沉的效果。如果观察者不断改变方位，微透镜对两眼的观察视角将发生连续的细微变化，最终形成动态三维空间成像的特殊视觉效果。所述方法不存在对位要求，工艺要求简单，但是所述方法需要事先做好一个掩膜或物体模型，用作在微透镜阵列上方的投影影像，所以该方法不宜材料的个性化签注。

为了实现个性化三维动态空间成像签注，3M公司的DouglasDunn等在（Personalized，Three-DimensionalFloatingImagesforIDDocuments）文章中及后续的（Three-DimensionalFloatingImagesasOvertSecurityFeatures.SPIE-IS&T/Vol.607560750G-10）文章中提出使用大数值孔径的透镜（NA>0.3）使激光束汇聚在微透镜阵列前或后表面，该汇聚点通过微透镜阵列收集记录在微透镜阵列下的激光记录材料上。改变激光束聚焦点与微透镜阵列之间的相对位置形成图形，最终在形成三维动态空间成像的特殊视觉效果。为了使聚焦光点与微透镜阵列之间的相对位置移动的高速化，普通的低数字孔径激光束受振镜摆动控制，并在激光束中设置了一块微透镜阵列微结构产生扩束的激光束，该扩束的激光束由两块对称透镜汇聚聚焦，最终实现了材料的个性化快速签注。

但上述个性化三维动态空间成像签注的结构复杂，难以满足工业化签注的使用要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种实现动态空间成像的结构及方法，其光路简洁可靠，能满足个性化签注的要求，签注速度快，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述实现动态空间成像的结构，包括透镜阵列激光记录体；所述透镜阵列激光记录体的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的光扩散片，所述光扩散片与透镜阵列激光记录体间设有用于分光的光栅，签注激光束通过光扩散片扩散并通过光栅分光后在透镜阵列激光记录体内得到若干所需的记录点，透镜阵列激光记录体通过所述记录点再现得到对应的动态空间成像。

所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层及位于所述能量型激光记录材料层上的透镜阵列层。

所述透镜阵列层包括微透镜阵列或柱面透镜阵列。

所述微透镜阵列在能量型激光记录材料层上的排布为正交排布、蜂窝状排布、或位置随机排布；微透镜阵列内的微透镜形成呈圆形或椭圆形。所述光栅包括正交光栅。

所述光扩散片位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm。所述光扩散片上设有用于产生签注激光束的二维振镜系统，所述二维振镜系统包括振镜及F-θ镜，所述F-θ镜位于振镜与光扩散片之间。

一种实现动态空间成像的方法，所述实现动态空间成像的方法包括如下步骤：

a、提供透镜阵列激光记录体，并在所述透镜阵列激光记录体上方设置光扩散片及光栅，所述光栅位于光扩散片与透镜阵列光记录体之间；

b、通过光扩散片接收二维振镜系统产生的签注激光束，光扩散片将所述签注激光束扩散，并通过光栅分光后在透镜阵列激光记录体内产生与二维振镜系统所要签注图形对应一致的记录点；

c、通过透镜阵列激光记录体内的记录点再现动态空间的签注图形，以得到对应的动态空间成像。

所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层及位于所述能量型激光记录材料层上的透镜阵列层；记录点位于能量型激光记录材料层内，在所述透镜阵列层上方能观察到与所述记录点对应的两个或多个动态空间成像。

所述光扩散片位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm。

本发明的优点：在透镜阵列激光记录体的上方放置一块光扩散片，光扩散片与透镜阵列激光记录体间距离设置到3mm-10mm之间，并且能在所述光扩散片上形成图形，在光扩散片与透镜阵列激光记录体之间设置光栅，光栅紧贴透镜阵列激光记录体。通过光栅的分光作用将签注图像的每个像素点在能量型激光记录材料层形成两个记录点，根据光的可逆性原理，通过能量型激光记录材料层进行签注图像再现时将在能量型激光记录材料层上方的空间形成两个图像。转动光栅的取向再现空间图像也就发生旋转，光栅转动取向将使得能量型激光记录材料层的上方得到所需的空间图像再现效果，具有特别的防伪效果。另外在光扩散片上形成图形通过二维振镜系统逐点打标实现，光学系统简洁，无需大数值孔径物镜的聚焦，能够实现安全印刷材料或证卡、钞票等证件上的个性化签注，能满足个性化签注的要求，签注速度快，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为图2的俯视图。

图2为本发明透镜阵列激光记录体的结构示意图。

图3为本发明进行激光签注的结构图。

图4为利用图3进行激光签注后实现动态空间成像的示意图。

图5为本发明进行激光签注时采用正交光栅时的结构示意图。

图6为利用图5进行激光签注后实现多个动态空间成像的示意图。

图7为本发明二维振镜系统与光扩散片及光栅配合进行激光签注的示意图。

附图标记说明：1-能量型激光记录材料层、2-透镜阵列层、3-光栅、4-光扩散片、5-振镜、6-F-θ镜及7-正交光栅。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图3、图4、图5和图6所示：为了能够实现高速个性化的签注图像，并简化光路系统，本发明包括透镜阵列激光记录体；所述透镜阵列激光记录体的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的光扩散片4，所述光扩散片4与透镜阵列激光记录体间设有用于分光的光栅3，签注激光束通过光扩散片4扩散并通过光栅3分光后在透镜阵列激光记录体内得到若干所需的记录点，透镜阵列激光记录体通过所述记录点再现得到对应的动态空间成像。

具体地，所述光扩散片4位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm。所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层1及位于所述能量型激光记录材料层1上的透镜阵列层2。本发明实施例中，光扩散片4与能量型激光记录材料层1的距离为3mm～10mm。从而，透镜阵列层2与能量型激光记录材料层1间形成上下两层结构的透镜阵列激光记录体。所述透镜阵列层2包括微透镜阵列或柱面透镜阵列，透镜阵列内透镜的口径和焦距尺度在微米级到几百微米大小。微透镜阵列内微透镜的口径尺度约为20um-100um范围，微透镜阵列的排布可以是正交排布、蜂窝排布或则随机排布方式；在同一材料中，微透镜的口径尺度可以是20um-100um尺度中的一个同一的口径，也可以是口径尺度在20um-100um范围内的随机大小分布。透镜阵列层2在能量型激光记录材料层1的排布可以是正交排布、蜂窝状排布、或位置随机排布，形状可以是圆形、椭圆形等。能量型激光记录材料层1在激光能量超出设定阈值后发生颜色改变或轻微改变，以形成所需的记录点，如图1和图2所示。图3和图5中的A为激光签注图形，图4和图6中的A为通过能量型激光记录材料层1实现动态空间成像的图形的再现。

当在透镜阵列激光记录体内得到所需的记录点后，根据光的可逆性原理，再现时能在透镜阵列激光记录体上方能形成对应的签注图像。如果观察者移动观察视角，透镜阵列激光记录体的再现视角也将发生微细的变化，由此将出现一个上浮动态空间像的视觉效果。光栅3也可以采用正交光栅7的分光器件，当采用正交光栅7进行激光签注时，再现时能在透镜阵列激光记录体上方的空间形成多个再现图形。记录不同的图形时，如果转动光栅3的取向方向，再现时两个再现的图像位置也将发生旋转；或者记录同一图形在不同在透镜阵列激光记录体1的位置，此时不同记录位置记录时光栅3取向渐变旋转。再现时观察者以此转动透镜阵列激光记录体时，观察者将看到再现图形的两个像也发生渐变的旋转，形成特殊的、具有特色的防伪效果。

光扩散片4上形成图形采用二维振镜打标方案，即所述光扩散片4上设有用于产生签注激光束的二维振镜系统，所述二维振镜系统包括振镜5及F-θ镜6，利用F-θ镜6能使得激光束通过振镜后在光扩散片上形成的聚焦点大小一致，所以签注的图形的像素光点大小、能量都会一致。所述F-θ镜6位于振镜5与光扩散片4之间。控制器控制振镜5的摆动使得激光束在光扩散片4上画出图形，形成签注激光束，该方法高效、实用性强，能够实现证卡等材料的个性化签注。

通过上述说明，本发明所述实现动态空间成像的方法包括如下步骤：

a、提供透镜阵列激光记录体，并在所述透镜阵列激光记录体上方设置光扩散片4及光栅3，所述光栅3位于光扩散片4与透镜阵列光记录体之间；

所述光扩散片4位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm。

b、通过光扩散片4接收二维振镜系统产生的签注激光束，光扩散片4将所述签注激光束扩散，并通过光栅3分光后在透镜阵列激光记录体内产生与二维振镜系统所要签注图形对应一致的记录点；

所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层1及位于所述能量型激光记录材料层1上的透镜阵列层2；记录点位于能量型激光记录材料层1内，在所述透镜阵列层2上方能观察到与所述记录点对应的两个或多个动态空间成像。

c、通过透镜阵列激光记录体内的记录点再现动态空间的签注图形，以得到对应的动态空间成像。

下面通过两个具体实施例来对本发明实现动态空间成像的结构及方法做进一步说明。

实施例1

利用一维光栅实现动态空间成像再现两个动态空间成像的制作方法，包括：

如图1所见：提供透镜阵列激光记录体，所述透镜阵列激光记录体包括上层的微透镜阵列层及能量型激光记录材料层1。

在透镜阵列激光记录体的正上方3mm-10mm处设置一光扩散片4，另在光扩散片4与透镜阵列激光记录体之间设置光栅3。签注激光束经过光扩散片4的扩束，后经光栅3，并由透镜阵列激光记录体记录。当由透镜阵列激光记录体内的能量型激光记录材料层1记录后能够再现签注图形，再现时，根据光的可逆性原理，能在透镜阵列激光记录体上方形成一个空间成像，由于光栅3在签注图像时的分光作用，再现图形将在原再现位置记录位置发生左右偏移，呈现两个再现图形，如图4所示。轻微摆动透镜阵列激光记录体，再现视角也就发生轻微改变，观察者将看到两个浮动的空间成像效果。

上述技术方案中，为了实现对透镜阵列激光记录体的个性化签注，激光束的移动采用二维振镜系统扫描实现光点的图形化。所述签注方法光点形成图形高效快速，能在实施中实现在能量型激光记录材料层1的个性化签注，适合系统的工程化签注。

上述技术方案中，签注图形的同时可以由控制光栅3取向的旋转，再现时，再现的空间成像位置也就发生相应的选择。合理灵活地设计每幅签注图形的位置与光栅3的取向，可以得到对应的空间浮动再现图形。

实施例2

利用正交光栅7实现动态空间成像再现多像的制作方法，包括：

如附图1所见：提供透镜阵列激光记录体，所述透镜阵列激光记录体包括上层的微透镜阵列层及能量型激光记录材料层1。

在透镜阵列激光记录体的正上方3mm-10mm处设置一光扩散片4，另在光扩散片4与透镜阵列激光记录体之间设置正交光栅7。签注激光束经过光扩散片4的扩束，后经正交光栅7，并由透镜阵列激光记录体记录。当由透镜阵列激光记录体内的能量型激光记录材料层1记录后能够再现签注图形，再现时，由于在激光签注时正交光栅7的分光作用，再现时空间成像将在记录位置周边呈现多个再现图形。轻微摆动透镜阵列激光记录体，再现视角也就发生轻微改变，观察者将看到多个浮动的空间成像效果。

上述技术方案中，为了实现材料的个性化签注，激光束的移动采用二维振镜系统扫描实现光点的图形化，所述签注方法光点形成图形高效快速，能在实施中实现能量型激光记录材料层1的个性化签注，适合系统的工程化签注。

本发明在透镜阵列激光记录体的上方放置一块光扩散片4，光扩散片4与透镜阵列激光记录体间距离设置到3mm-10mm之间，并且能在所述光扩散片4上形成图形，在光扩散片4与透镜阵列激光记录体之间设置光栅3，光栅3紧贴透镜阵列激光记录体。通过光栅3的分光作用将签注图像的每个像素点在能量型激光记录材料层1形成两个记录点，根据光的可逆性原理，通过能量型激光记录材料层1进行签注图像再现时将在能量型激光记录材料层1上方的空间形成两个图像。转动光栅3的取向再现空间图像也就发生旋转，光栅3转动取向将使得能量型激光记录材料层1的上方得到所需的空间图像再现效果，具有特别的防伪效果。另外在光扩散片4上形成图形通过二维振镜系统逐点打标实现，光学系统简洁，无需大数值孔径物镜的聚焦，能够实现安全印刷材料或证卡、钞票等证件上的个性化签注，能满足个性化签注的要求，签注速度快，适应范围广，安全可靠。

Claims (6)

1.一种实现动态空间成像的结构，包括透镜阵列激光记录体；其特征是：所述透镜阵列激光记录体的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的光扩散片(4)，所述光扩散片(4)与透镜阵列激光记录体间设有用于分光的光栅(3)，签注激光束通过光扩散片(4)扩散并通过光栅(3)分光后在透镜阵列激光记录体内得到若干所需的记录点，透镜阵列激光记录体通过所述记录点再现得到对应的动态空间成像；

所述光扩散片(4)位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm；

所述光扩散片(4)上设有用于产生签注激光束的二维振镜系统，所述二维振镜系统包括振镜(5)及F-θ镜(6)，所述F-θ镜(6)位于振镜(5)与光扩散片(4)之间。

2.根据权利要求1所述的实现动态空间成像的结构，其特征是：所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层(1)及位于所述能量型激光记录材料层(1)上的透镜阵列层(2)。

3.根据权利要求2所述的实现动态空间成像的结构，其特征是：所述透镜阵列层(2)包括微透镜阵列或柱面透镜阵列。

4.根据权利要求3所述的实现动态空间成像的结构，其特征是：所述微透镜阵列在能量型激光记录材料层(1)上的排布为正交排布、蜂窝状排布或位置随机排布；微透镜阵列内的微透镜呈圆形或椭圆形。

5.根据权利要求1所述的实现动态空间成像的结构，其特征是：所述光栅(3)包括正交光栅。

6.一种实现动态空间成像的方法，其特征是，所述实现动态空间成像的方法包括如下步骤：

(a)、提供透镜阵列激光记录体，并在所述透镜阵列激光记录体上方设置光扩散片(4)及光栅(3)，所述光栅(3)位于光扩散片(4)与透镜阵列激光记录体之间；所述光扩散片(4)上设有用于产生签注激光束的二维振镜系统；

(b)、通过光扩散片(4)接收二维振镜系统产生的签注激光束，光扩散片(4)将所述签注激光束扩散，并通过光栅(3)分光后在透镜阵列激光记录体内产生与二维振镜系统所要签注图形对应一致的记录点；

(c)、通过透镜阵列激光记录体内的记录点再现动态空间的签注图形，以得到对应的动态空间成像；

所述透镜阵列激光记录体包括能量型激光记录材料层(1)及位于所述能量型激光记录材料层(1)上的透镜阵列层(2)；记录点位于能量型激光记录材料层(1)内，在所述透镜阵列层(2)上方能观察到与所述记录点对应的两个或多个动态空间成像；

所述光扩散片(4)位于透镜阵列激光记录体上方3～10mm。