CN1842740A - 制造用于重现三维图形的媒质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造用于重现三维图形的媒质的方法。按照该用于三维图形的实的或虚的重现的媒质的制造方法，通过使一设有透镜装置的胶片通过各透镜曝光而摄录这些三维图形。通过整个透镜矩阵装置的观察，产生一个三维的图象，它相对于构成的媒质可以是位置固定的。本发明还涉及一种用来制造用于重现的媒质的装置，它利用该方法制造。

Description

制造用于重现三维图形的媒质的方法

本发明涉及一种用以制造媒质的方法，所述媒质用于实际的或设计的三维图形(Anordnung，构形)的实的或虚的重现(Wiedergabe，重显)。

本发明还涉及一种用以制造媒质的装置，所述媒质用于摄录和/或重现三维的实的或虚的图形。

已知三维的图，其中，印刷物(照片)设有一透镜装置，也就是说观察者只可通过透镜装置观察印刷物。这些透镜通常作为圆柱透镜在纵向方向沿媒质的全长设置，并且，依观察角度的不同，导致观察者在从不同的角度观察时看到不同的图象信息。利用一种这样的成象可以得到不同的效果，例如位于不同位置的一个人，可得到一种三维的效果或者形成不同的图象。

本发明的目的是，提供一种用于制造一改善的包括附加的效果可能性的三维图的方法以及一种为此的装置，并且还能够简化地摄录3D三维图形(3D-Anordnung)。

该目的按方法这样实现，即，通过使一设有透镜装置的胶片通过各透镜曝光，而制造一照片(Aufnahme，记录物)。

按这种方式制成的媒质带来的优点是，在观察设有配属的透镜装置的胶片时可看到一个三维的图象，它相对于构成的媒质是位置固定的。关于设有透镜装置的胶片，按照本发明，也可理解为一种设有一胶片或设有一具有感光的粒子的层的透镜装置。胶片与透镜之间的调整是不需要的，因为它们不再需要彼此间进行后续定位，而是同样地被相应地安装。利用本发明的方法，可以以数据的形式摄录实际的图形，亦即例如三维的图象本身、负凹图象(Negativ-Hohl-Bild)或3D(三维)图形，并且成象在一设有透镜装置的胶片上。在通过透镜观察后者时可看到一个三维的图象，借其可以达到全新的效果，例如包括图平面前、后的对象的具有在任何空间方向的视差信息的3D图、负凹图象、运动的图样和图示以及所有可以用计算机技术精加工的图象或者虚构的图象，如3D集成照片(3D-Fotomontagen)、对象的出现和消失、许多二维图象的显示、变焦距效果或变形效果。这些效果的组合也是可能的。

利用本发明的方法，同样有可能接纳一3D图形或一负凹图象。在这种情况下，摄录一个负凹图象而制造一个三维的图象，或摄录一3D图形而制造一个负凹图象。如果通过使一设有透镜装置的胶片通过各透镜曝光和使之显影，接纳一实际的三维图形，则该胶片通过其透镜装置观察显示为该3D图形的一个负凹图象。这就是说，胶片由于显影而成为一黑白或彩色负片，并且还由于透镜装置使人们看到该负片为一凹图象(Hohlbild)的形式。在一凹图象中，全部的空间关系是置换的。在空间上看来，好象是人们从内部观察全部对象，并且现在离观察者较远的对象部分挡住离他较近的部分。因此，凹图象的凹图象在空间上又是正常的。类似地也将凹图象的概念/说法用于全息照相术中，其中，在那里涉及的是当人们从后面观察一透射的全息图时所看到的图象。

对于本发明的方案，为了在摄录一个自然的3D景象以后尽可能原原本本地重现，规定：在一第一方法步骤中，使一设有透镜装置的第一胶片曝光和显影成负片，并且，在一第二方法步骤中，通过使一设有透镜装置的第二胶片曝光制成所述第一胶片的照片。因此几乎可以说是摄录了一第一三维图象的一个三维图象。将第一胶片显影成负片并且借助于在两胶片上设置的透镜成象在第二胶片上，随后第二胶片显影成正片并通过其透镜装置进行观察。在观察第一胶片时，人们在各位置(所述这些位置在相对于具有透镜装置的第一胶片摄录时具有对象)看到按负凹图象形式的全部摄录的对象。在第二显影的胶片上通过透镜装置则可看到一虚的或实的图象，它处于在第二胶片曝光过程中第一摄影装置的负凹图象相对于第二摄影装置的位置。因此，可以在自然光或者在非特殊的人造照明条件下，由任何人利用来摄录三维的景象。

本发明的另一优选的实施形式规定，一曝光装置分别依次显示一个三维图的或一个负凹图象的各单象(Einzelbild)，并借助于多次曝光摄录它们。在这种情况下，在曝光装置的光屏上显示一3D图或一负凹图象的每一放大的设计的单象，并经由曝光装置的透镜和透镜装置的透镜成象在胶片上。

该过程对于透镜装置的全部透镜重复进行。在这种情况下，按照透镜装置的透镜尺寸，以约0.05至0.5mm的精度对曝光装置定位。应考虑，在不良定位的情况下可能出现照片的不均匀亮光度，由此只微小地降低分辨率。在这里重要的只是曝光装置的良好的角度分辨率和定位。不过，在制造一3D负凹图象时，建议尽量采取比较精确一些的定位，在打算复制(复印)时尤其如此。不同于已知的印刷技术，取消了在那里所必需的印刷物相对于圆柱透镜网屏的调节。

此外可以规定，通过在制造一负凹图象或一3D图以后对媒质的远离透镜的那侧实施高分辨的图象扫描，使图象数据得以电子处理。

对于本身是运动的对象的照片，建议：一变化的三维图形借助于一同样长地变化的曝光来摄录。

可以这样摄录一运动的景象，即，通过使一个带有一透光带条的其他的透光薄膜间隔开地在胶片上方移动，使曝光发生变化。该透光的带条在移动过程中沿这样的位置移动，即观察者在完成对景象的图的摄录以后应该沿其移动的位置，特别是仍保持在三维的图中的相对位置。

本发明的另一优选的实施形式规定，采用一种由远离透镜的那侧可显影的胶片，或采用在媒质的远离透镜的那侧直接或间接地涂覆感光的粒子。

用这样的方式来防止空间的图象逆转(Bildumkehr)：为设有透镜装置的胶片配置一个或多个向后反射薄膜(Retroreflektorfolie)和一个半透明的反射镜。因此，正显影的胶片材料的应用是可能的，并且有利地导致可以直接制造一3D正片，而不作为中间产物形成一3D的负凹图象。

本发明的目的此外还通过一种用于制造上述装置的方法来达到，即，通过将两个或更多个透镜层借助于胶粘剂在真空和/或机械压力下相互粘合在一起。

该方法可使各个透镜层特别好地相对定位。借此可以确保良好的光学质量。此外，使各透镜层由此处于光学接触中并稳定地相互连结。

本发明的一种方案规定，借助于激光将隔壁烧制到材料中。其中，有利的是生产过程简单，亦即不必将隔壁作为一附加的构件机械地连结于透镜，而是可以在生产透镜层以后在其中烧制出隔壁。

本发明的另一优选的实施形式规定，通过将一种色料扩散到一个或多个透镜层中制造出光阑。该方法可以实现在一透镜内简单地制造光阑。光阑在一透镜内部按照一单独的构件的形式的结构设计在生产技术上耗费是很大的并因此是不利的。

只有在扩散过程不再继续进行时才可得到光阑的精确确定的尺寸。这通过热或借助于UV光(紫外光)停止色料的扩散来实现。

此外可以规定，将色料的物理的和/或化学的特性选择成使其可以特别好地扩散到某一确定的透镜层中，而在邻接的透镜层中是不大好扩散的。由此可以防止不合要求地染色某些确定的区域。

本发明的另一方案规定，在一透镜层的透镜中蚀刻出空隙。这可以例如铸进一光阑层，从而使光阑完全或部分地处于透镜内。或者，在这里是用于胶粘剂的位置，胶粘剂以有限的透明的实施形式可以在该空隙内占有足够的空间以便在那里构成光阑。

本发明的其他的有利的实施形式规定，一透明的照相的胶片在底材侧借助于胶粘剂在真空和/或机械压力下与一透镜层相粘合，并且将感光的粒子直接或间接地涂覆在一透镜层上。

本发明的目的还通过一种装置来实现，该所述装置用来容纳一用于实的或虚的重现的媒质，其包括一待曝光的胶片，其中胶片设有一透镜装置，并且各透镜作为物镜用于摄录和作为目视用于重现。

该装置例如适用于记录3D景象并且在限定的分辨率和限定的观察角度下显现。为此将一个自然的3D景象或一个设计的三维图形摄录在一具有透镜装置的第一胶片上。使第一胶片显影。在从后面照射第一胶片的过程中，第二胶片被曝光并接着显影。为观察者提供了一个实的或者是虚的图象，该图象精确处于在第二摄录过程中第一摄影装置的负凹图象相对于第二摄影装置的位置。该三维的图象远离地处在第一与第二胶片的透镜之间的间距处，其比在第一胶片的透镜的第一摄录中待摄录的景象更接近观察者。各胶片间隔开设置的优点还在于，各胶片可以从后面显影并定影，而不必将透镜装置与胶片分开。借此避免图象失真，所述图象失真可能由于胶片的膨胀和由于在显影的胶片和透镜装置组合时的调节速度而产生。

本发明的一种优选的实施形式规定，透镜装置的各透镜具有四角或六角的形状。各透镜按照观察距离应该大致具有0.1至10mm的尺寸。在一设定的例如30-50cm的观察距离时，各透镜应该具有约0.3mm的直径，因为在这种情况下经由一透镜的视角看去相当于同样由透镜直径所确定的角度分辨能力。可以设想将各透镜设置成一透镜矩阵的形式。

如果将胶片分配于各个拱形的胶片的一个矩阵中，则可以采用具有拱形的焦平面的透镜。

在扩大观察角度时可能导致所谓图象的跳跃，从而看到属于邻接的透镜的图象信息。与此类似，在位于一透镜后面的胶片部分的曝光的过程中应该没有光由邻接的透镜接收。因此在各透镜之间设置隔壁。合乎目的地，这些隔壁应该是黑色的或其他色的黑暗的，并且具有尽可能小的壁厚。

通过为透镜配置一盘片，同样可以达到上述的隔壁效果，该盘片具有一依赖于入射角的透明度，透明度在小的度数内优选为小于5度内急剧增强，对此在这里应被理解为至少增强3倍，但尽可能增加10至20倍。这样的盘片可以例如由多个管子构成，它们的轴线平行于盘片法线。

为了可以在一较大的观察角度下看到三维的图象，必须相对于透镜直径缩小焦距。不过，角度分辨率因此变得较小，而保持衍射盘的尺寸不变。由于这个原因，建议：在透镜与胶片之间设置气体或液体，从而透镜可以构成为具有两个折光界面的双凹透镜。在此，一种可能的气体是空气。或者为此也可以采用透镜系统，其在某种程度上充当一广角物镜的功能。具有尽可能高的折射率的透镜材料同样有助于实现短的相对焦距。

本发明的另一优选的实施形式规定，在透镜的光路中设置光阑或LCD(液晶显示)光闸，以便衰减可能的边缘光线，以控制曝光时间。

可以这样实现特别清晰的成象，即，将光阑完全或部分地设置在透镜内部。借此可自由选择光阑的定位并产生改善的可能性，来选择衰减哪些不同的光折射表面的哪些边缘光线。这可使光学质量得到优化。

透镜或物镜的分辨能力由于光衍射是受限制的。这样的方式可以使其合理，即，光阑由一种透明度与位置有关的材料构成，或者透镜或透镜的表面具有分级的透明度。由此可以减小围绕衍射盘的衍射环。

装置的构件的减少导致较简单和较经济的生产。这可以这样实现，即，将各个透镜层粘合在一起的胶粘剂具有一限定的透明度，并由此构成光阑。在胶粘剂形成一较厚的层的位置，其透过不多的光，在胶粘剂形成一较薄的层的位置，其透过许多光。

光入射角离透镜轴线越远，则越低的光强度在焦点上达到胶片。在通过透镜观察时发生一类似的过程。为了补偿强度差，建议在透镜装置与胶片之间设置一校正层，其透明度是与位置有关的。该校正薄膜合乎目的地在外面是较明亮的而在内部是较黑暗的，以便借此可以校正光强度。

各透镜层为了能够精确定位之目的，具有配合精确的表面。这使得在构成胶粘剂时在各透镜层之间尽可能没有气泡，该胶粘剂应该形成光学的接触并粘合各透镜层。胶粘剂可以通过下述方式简单地加入，即，在各透镜层内或者部分地在各透镜层内开出用于一胶粘剂的输送通道。

本发明的特征特别在于，提供一种用以制造媒质的方法，所述媒质用于重现三维的实的或虚的图象以及为此提供一种装置，借其可以观察一个三维的图形，该图形一般相对于构成的媒质是位置固定的。其中，使一设有透镜装置的胶片曝光，以便制造它的照片，这就形成了或是一第一胶片、同样构成的胶片或是一对象或是一其他的三维图形，也形成借助于曝光装置显示的设计的图象数据的形式。由此就得到一种具有全新的效果可能性的三维照片，这些效果利用至今已知的方法是不可能实现的。

由以下对附图的描述得出本发明主题的其他的细节和优点，附图中示出一个优选的实施例，包括对此所需的细节和零件。其中：

图1一第一胶片的曝光；

图2在摄录一3D图时一第二胶片的曝光；

图3一胶片借助于一曝光装置的曝光，其显示设计的图象数据；

图4一具有透镜装置的胶片；

图5一构造成拱形的胶片；

图6一用于摄录运动的图象的装置；

图7一具有反射薄膜和反射镜的装置，

图8一具有一盘片的装置，该盘片具有依赖于入射角的透明度。

图1可以说是示出了本发明的第一操作步骤。其中，摄录对象A、B并经由透镜5、6、7投影到胶片1′上。在曝光以后，胶片1′显影为负片。如果观察该负片，则会看到全部摄录的对象A、B处于这样的位置，即它们在相对于胶片1′包括透镜装置5、6、7在内的照片中具有的位置。不过人们只看到朝向胶片1′的表面并且表面信息是这样的，即较接近胶片的对象挡住较远离胶片的对象。

图2中是下一方法步骤，其说明第二胶片1″的曝光。其中从后面照射胶片1′、曝光装置2，胶片1″被曝光和显影，而不必将其与透镜5′、6′、7′分开。此时使点A′成象在A″上而点B′成象在B″上。然后通过透镜5′、6′、7′观察胶片1″，可看到一虚的和/或实的图象，其精确地位于在第二摄录过程中第一摄影装置12的实象相对于第二摄影装置13的位置。重现媒质，即胶片1′，同样设有一透镜装置3′，如同胶片1″设有一透镜装置3″那样。透镜装置3′、3″设置在相互面对的侧面4′、4″上。

图3中说明借助于曝光装置2的摄录和借助于一光屏14显示的图象数据。在光屏14上显示一个三维的照片或一负凹图象的放大的设计的单象。该单象位于优选直径等于摄影装置13透镜的一个透镜的焦平面内并且通过该透镜向无限远投射。因此该单象成为模拟的，其通过一照片的一单个透镜可看到，该照片由一带有透镜装置的胶片制成。借此使摄影装置13曝光。曝光装置2继续移动一透镜直径，使相应设计的邻接的单象显示在光屏14上并将其重新曝光。对于全部的单象重复该过程。

图4示出一具有附加的装置的胶片1，亦即具有隔壁8，它用来防止图象的“跳跃”。此外用标记9表示气体或液体，其导致一第二设计的透镜表面并因此缩短透镜的焦距。用11标记一校正层，它用于校正光强度并由一与位置有关地透明的薄膜构成。最后可看出光阑10，它可以衰减不受欢迎的边缘光线。

图5中说明胶片1也可以构造成拱形的，以便可以采用具有拱形焦平面的透镜。

利用按图6的装置可以摄录运动的图象。其中，在运动过程中改变曝光，优选通过使一个在其他的透光薄膜15中的透光带条16沿这样的位置移动，即观察者在显示景象时应该沿其移动的位置。

图7示出具有一反射镜20的设置，这种设置防止空间的图象逆转，其中，在该实施例中，为设有透镜装置的胶片配置两个向后反射薄膜22、23和一个半透明的反射镜20。按这种方式可以直接制造一胶片21形式的曝光装置23的3D正片，而不需形成一3D的负凹图象作为中间产物。其中光线25、26、27或28、29、30在向后反射器22、23或半透明的反射镜20上反射，这由箭头31、32表示。

最后图8示出具有起隔壁作用的各管子35以及3D胶片的盘片34。盘片34具有一依赖于入射角的透明度，透明度在不大的度数内大大增强。管子35的轴线35平行于盘片法线36延伸。

以下要描述另一实施例：

在选择透镜尺寸时需注意，每一透镜对于其可以形成的每一观察方向应该形成3D图象的一个象素。角度分辨能力的上限由两种机理确定：

角度α(沿该角度看到一个透镜，亦即一个象素)近似由下式确定：

α＝sin(α)＝D/B

其中表示：

D：透镜装置的透镜的直径

B：设定的观察距离

透镜孔衍射光线并在胶片上产生一衍射盘。借此得出的可分辨的最小角度(ε)由下式表述：

ε＝1.22λ/D

其中表示：

D：透镜装置的透镜的直径

λ：所使用的光波长

1.22是用于圆形透镜的前置系数

如果α＝ε并因此由设定的观察距离得出优化的透镜直径，则得出由两个过程产生的可分辨的最小角度。

α＝ε<＝>D/B＝1.22λ/D<＝>D×D＝B×1.22λ

由下表可得知按此方式在平均光波长为600nm时算出的一些透镜尺寸。

观察距离(cm)	透镜直径(mm)	可分辨的角度(rad)
			30	0.47	0.00156
60	0.66	0.00108
			120	0.94	0.00078
240	1.33	0.00054
			480	1.87	0.00039
980	2.65	0.00027

对于胶片分辨率的选择要注意，在胶片上两个可分辨的点的间距由下式得出：

s＝f×ε

其中表示：

ε：可分辨的最小角度

f：透镜的焦距

全部所述的特征，以及单单由附图得知的特征，单独地和组合地视为本发明重要的内容。

Claims (30)

1.用以制造媒质的方法，所述媒质用于实际的或设计的三维图形的实的或虚的重现，其特征在于，通过使一设有透镜装置的胶片通过各透镜曝光，而制造一照片。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，接纳一3D图形或一负凹图象。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在一第一方法步骤中，使一设有透镜装置的第一胶片曝光和显影成负片，以及，在一第二方法步骤中，通过使一设有透镜装置的第二胶片曝光而制成所述第一胶片的照片。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个曝光装置分别依次显示一3D图或一负凹图象的设计的各单象，并且借助于多次曝光摄录它们。

5.按照权利要求1至4所述的方法，其特征在于，通过在制造一负凹图象或一3D图以后对媒质的远离透镜的那侧实施高分辨的图象扫描，使图象数据得以电子处理。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一变化的三维图形借助于一同样长地变化的曝光来摄录。

7.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于，通过使一个具有一透光带条的其他的透光薄膜间隔开地在胶片上方移动，进行或改变曝光。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用一由远离透镜的那侧显影的胶片或采用在媒质的远离透镜的那侧直接或间接地涂覆感光的粒子。

9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为设有透镜装置的胶片配置一个或多个向后反射薄膜和/或一个半透明的反射镜。

10.用于制造按照权利要求18-30之至少一项所述的装置的方法，其特征在于，将两个或更多个透镜层借助于胶粘剂在真空和/或机械压力下相互粘合在一起。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，借助于激光将隔壁(8)烧制到材料中。

12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，通过使一色料扩散到一个或多个透镜层中而制造光阑(10)。

13.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，通过热或借助于UV光停止色料的扩散。

14.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，这样选择色料，即，使其可以特别好地扩散到一确定的透镜层中。

15.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将空隙蚀刻到一透镜层的透镜中。

16.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将透明的照相的胶片在底材侧借助于胶粘剂在真空和/或机械压力下与一透镜层相粘合。

17.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将感光的粒子直接或间接地涂覆到一透镜层上。

18.用以制造媒质的装置，所述媒质用于摄录和/或重现三维的实的或虚的图形，其特征在于，所述装置用来容纳一用于实的或虚的重现的媒质，其包括一待曝光的胶片(1)，其中，所述胶片(1)设有一透镜装置，并且，各透镜作为物镜用于摄录和作为目镜用于重现。

19.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，透镜装置(3)的各透镜(5、6、7)具有四角或六角的形状。

20.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，各透镜(5、6、7)设置成一透镜矩阵的形式。

21.按照权利要求20所述的装置，其特征在于，所述胶片(1)分配到各个拱形的胶片的一个矩阵中。

22.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，在各透镜(5、6、7)之间设置隔壁(8)。

23.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，为透镜(5、6、7)配置一盘片，它具有一依赖于入射角的、在不大的度数内剧烈增强的透明度。

24.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，在透镜(5、6、7)与胶片之间设置气体(9)或液体。

25.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，在透镜的光路中设置光阑(10)或LCD光闸。

26.按照权利要求25所述的装置，其特征在于，所述光阑(10)完全或部分地设置在透镜内。

27.按照权利要求25所述的装置，其特征在于，光阑(10)由一种透明度与位置有关的材料构成，或者透镜(5、6、7)或透镜(5、6、7)的表面具有分级的透明度。

28.按照权利要求25所述的装置，其特征在于，将各个透镜层粘合在一起的胶粘剂具有一限定的透明度并由此构成光阑(10)。

29.按照权利要求25所述的装置，其特征在于，在透镜装置(3)与胶片(1)之间设置一校正层(11)，其透明度是与位置有关的。

30.按照权利要求25所述的装置，其特征在于，在各透镜层内或者部分地在各透镜层内开出用于一胶粘剂的输送通道。

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