CN1228849A - 产生三维图象的基底 - Google Patents
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Abstract
一种其结构能为观察者提供三维光学图象基底,所述的基底上形成有许多对槽或脊的立体元件,每对这样的元件为观察者提供离基底平面一定距离处的象点,许多这种象点形成所述的三维光学图象。例如,如图所示的一对线状槽(14,16)把入射光(B)分别反射到观察者的两个眼睛中,产生在基底表面之后的距离(r)处点(P)的象。
Description
本发明涉及能提供一个或多个三维图象的基底。
有许多需要三维光学图象的用途。过去已提出包含排列成能为观察者提供三维光学图象的二维基底的许多装置。
我们现已设计出排列成能为观察者提供三维图象的基底，且提供许多优点。
本发明提供排列成能为观察者提供一个或多个三维光学图象的基底，所述的基底由许多对立体(stereo pair)元件制成，每对立体元件为观察者提供离基底平面一定距离处的一点的象，许多这种象点形成所述的三维光学图象。
当观察者从特定位置或位置范围观察基底时，每对立体元件的两个元件为观察者的两只眼睛分别提供光线。这些光线可以由立体元件对的元件反射到观察者，也可以由这些元件把透过基底(如果由透明或半透明材料制成)的光线折射到观察者。每对立体元件的两个元件可包括在基底表面内或在基底表面上形成的槽或脊：它们可包括文件(特别是有价证券，如钞票)上形成的反射性印刷图形。
每对立体元件较好包含两个短的线状元件(特别是槽或脊)，它们的相对取向决定了相应的象点离基底平面的距离。
对于每个象点，较好提供许多对立体元件，从而可从不同的角度观察到相同的点。每个象点的各对立体元件可位于同一条直线上。不同的立体元件对可偏离这条直线，以确保当观察者改变其视角时，该象点保持静止，或使象点移动：在后一种情况下，可以产生运动物体的图象。
然而，对一个给定象点(point image)的各相继的立体元件对并不一定要位于同一条线上。实际上，如果相互位置和取向适当的话，立体元件对可移动到偏离该共同直线的所需位置，例如它们可位于任何一条曲线上。这样，不同象点的各组立体元件对可保持分开，以防止交叠或相互干涉。
如果按上述方法布置立体元件对，就不能使它们的位置与该物体的形状相联系，从而增加物体保密的复杂性和安全价值。另外，立体元件对的各条线可从有限的长度改变为点元(elemnental point)。
对于以通常方式观看的三维物体，从某一视角来看，物体的某些部分是可见的，而其它部分(如远侧表面)是被遮住的；从不同的视角来看，物体的不同部分是可见的，而不同部分是被遮住的。要使本发明基底能提供三维物体的真实的象，当从某些角度观察基底时，该图象需要显示该物本的某些部分，而当从其它角度观察时，则不显示。
因此，较好从预定图象点的一组立体元件对中省略一些预定的立体元件对，使得当从相应视角观察该基底时，看不到有关的图象点。总的装置方式使得从不同的视角可看见三维物体的不同部分，从而产生该物体的真实的象。
本发明的基底包含许多组立体元件对，每组确定从不同视角可观察到的相同象点，从而一共产生许多水平和垂直分开的不同象点，它们位于离基底平面的不同预定距离处。这些象点形成了一个三维图象。某些象点可一起确定一个线性图象(如物体或部分物件的边缘或边界线)，而其它象点确定用来提供表面图象的“阴影”。
当从某些视角或视角范围观察物体时，三维图象一般包括与观察者成斜角的表面(如侧表面)。我们已发现，相对于正面观看的表面图象，降低用于提供斜表面图象的立体元件对的密度，可获得良好的图象清晰度。这样能减少必须在基底上形成的立体元件对的总数。
如上所述，基底上的立体元件对可排列成提供一个以上的图象。在这种情况下，从不同的视角可看到不同的图象。
现在仅作为例子参照附图描述本发明的实施方式。
图1-4是用来说明本发明原理的示意图；
图5是说明本发明基底的示意图；
图6是说明具有不同截面的槽的作用的图。
参看图1和2，在本发明基底的一个实施方式中，三维图象由许多象点组成，每个象点由一对立体的短线状槽(或脊)14、16产生。在图1中，槽14、16的取向，形成了在基底后P点的图象。而图2中槽的取向，则形成了在基底前的某一距离处的象点。参看图1和2，我们发现，象点P离基底的距离基本上等于每条槽离这两个槽的法线交点的距离r；对于图1中的槽或脊(它们向上指在一起)，图象P在基底的下方，而对于图2中的槽或脊(它们向下指在一起)，则图象P在基底的上方。
应当理解，由每对立体槽产生的象点P仅在特定的视角内(或有限的视角范围内)可见。为了在观察者改变视角时点图象仍保持可见，则需提供更多的立体元件对，这些立体元件对在其各自视角内起作用。另外，相继的立体元件对的相对位置和取向可以偏移，以确保当观察者将其头从一侧转向另一侧时相关的象点基本上仍保持静止。
或者，对于给定象点的各相继的立体元件对(即观察者转动头部时用来提供相同点的图象的各元件对)的相对位置和取向可以偏移使相关点图象似乎随观察者改变视角而移动。因此，三维图象可产生运动或变化物体的印象，而不是静止物体的印象。
上述的描述假定，与一特定象点有关的各相继的立体元件对沿一条线排列(按照上述的“偏移”稍微偏离该线条)。然而，事实上没有必要这样限制各相继的立体元件对的位置。
参看图3，它表示从+SP1到-SP1的一系列立体元件对，其排列方式可提供从不同视角看到的象点P。然而，在这种情况下，立体元件对都放置在水平线H上。为了每对元件能分别为观察者的两只眼睛提供光线，每对元件法线间的角度θ都是恒定的。每对元件中二个元件间的距离(2d)可根据如下公式变化：
tanα=az
tan(α+θ/2)=(a+d)/z
tan(α-θ/2)=(a-d)/z
其中象点P出现在基底平面之后和放置一系列立体元件对的水平线的下方的距离Z处。
图4表明各相继的立体元件对在图3中所示的水平线上转置。
对于以通常方式观看的三维物体，从某一视角来看，物体的某些部分是可见的，而其它部分(如后表面或远侧表面)是被遮住的；为了能提供三维物体的真实的象，当从某些角度观察基底时，该图象需要显示该物体的某些部分，而当从其它角度观察时，则不显示。
因此，如图4所示，省略了某些视角上的立体元件对，从而当从该视角观察基底时，相关象点是看不见的。
参看图3和4，它们表示一组立体元件对(用以从不同的视角观察相同的象点)可排列在水平线H上。当观察者相对于基底上下移动头部时(沿与基底平面平行的路线)可在一个视角范围内看见该图象点；通过在平行水平线上提供多组相似的确定相同象点的元件立体对，可扩大沿该轴的纵视差，每组的元件相对于其它组的相应元件适当地偏移(角度和/或水平位置)。
参见图5，本发明的基底一般包含许多组立体元件对，每组确定可从不同视角观察到的相同的象点，从而一共在离基底平面的不同预定距离处产生许多水平和垂直分开的不同点图象。这些象点形成了一个三维图象。某些象点可一起确定一个线性图象(如物体的边缘或边界线)，而其它象点确定用来提供表面图象的“阴影”。
对于与观察者成斜角的表面的象，通过降低(相对于正表面图象)基底上形成的立体元件对的密度，可获得良好的图象清晰度。
如图6所示，槽的横截面决定光线反射通过的角度范围，在这范围内可观察到图象。这种作用可用来使得从不同的视角观察到不同的图象部分；这种作用也可用于产生“阴影”和控制图象的亮度。
较好用计算机产生确定形成所需三维图象所需的元件的数据，包括所需的中断，以正确地产生对图象某些部分的遮掩(对应于从相应视角看不见的物体部分)，并且考虑到用于“斜”表面象的立体元件对的密度应较低。为了优化利用基底的表面积，较好用计算机来确定不同立体元件对的位置。机械雕刻法、电磁曝照法和/或其它蚀刻法可用来把这些数据转化成在第一个基底上所需的立体元件对图案。然后对第一个基底进行处理，按照本领域中已知的步骤，制成压花模子。然后用该模子盖压第二个基底、或支承元件上的涂层，形成具有压花图案的基底或涂层(立体元件对的元件制成脊或槽)。或者可制成印刷板，从而可用具有足够反射率的油墨将立体元件对的图案印刷在基底(如有价值的文件)上。
本发明特别适合用作印刷在文件或其它产品上的安全标志；特别是当按图3和4所示转置元件时，元件的图案特别难于复制，因为元件的图案与由它们形成的图象形状不相关。
可以理解，通过按上述方法转置立体元件对，可以将它们分布在整个基底表面上，从而避免使不同点图象的元件拥挤在一起(并使象相互交叠或干扰)，从而能最大限度地利用基底表面积。
Claims (16)
1．一种基底，它的结构能为观察者提供一个或多个三维光学图象，所述的基底上形成有许多对立体元件，每对立体元件为观察者提供在离基底平面一定距离处的一点的象，许多这种象点形成所述的三维光学图象。
2．如权利要求1所述的基底，其特征在于所述的元件排列成能向观察者反射入射光。
3．如权利要求1所述的基底，其特征在于所述的元件排列成能向观察者折射透过基底的光线。
4．如权利要求1-3中任一项所述的基底，其特征在于所述的元件包括在基底表面形成的槽。
5．如权利要求1-3中任一项所述的基底，其特征在于所述的元件包括在基底表面形成的脊。
6．如权利要求2所述的基底，其特征在于所述的元件包括在基底表面形成的反射性印刷图形。
7．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于每对立体元件包括两个短的线状元件，它们的相对取向决定了相应象点离基底表面的距离。
8．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于对于每一个象点，都提供一组所述的立体元件对，从而可在不同的视角处看见相同的象点。
9．如权利要求8所述的基底，其特征在于对于至少一个所述的象点，与该象点有关的元件偏离一条共同的线。
10．如权利要求9所述的基底，其特征在于对于至少一个所述的象点，与该象点有关的元件位于同一条水平线上。
11．如权利要求8所述的基底，其特征在于对于至少某些所述的象点，有选择地省略一些立体元件对，使在选择的视角上这些点看不见，从而去除三维图象中被遮住的线和/或被遮住的表面。
12．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于至少某些所述的象点一起确定线形图象。
13．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于至少某些象点一起确定阴影，以提供三维物体表面的象。
14．如权利要求15所述的基底，其特征在于所述的象点确定阴影，用以提供三维物体许多表面的象，其中对应于斜度较大的表面的立体元件对的密度，比对应于斜度较小的表面的立体元件对的密度低。
15．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于其结构可为观察者提供多个光学图象，所述的光学图象可从不同的视角看见。
16．如上述权利要求中任一项所述的基底，其特征在于不同立体元件对的元件具有不同的横截面，以控制图象亮度和/或图象阴影和/或视角。
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