CZ50699A3 - Substrát vytvářející trojrozměrné obrazy - Google Patents

Description

Substrát vytvářející trojrozměrné obrazy.

Oblast techniky

Vynález se týká substrátu, který je určen pro vytváření jednoho nebo více trojrozměrných obrazů.

Dosavadní stav techniky

Existuje mnoho oblastí použití, kde je žádoucí nebo nezbytné používat trojrozměrné optické obrazy. V minulosti bylo navrženo mnoho zařízení, která zahrnují dvojrozměrný substrát uspořádaný tak, že pro pozorovatele vytváří trojrozměrný obraz.

Nyní byl vytvořen substrát uspořádaný pro prezentování trojrozměrného obrazu pozorovateli, který s sebou přináší mnoho výhod.

Podstata vynálezu

Substrát vytvořený podle tohoto vynálezu je uspořádán tak, že umožňuje prezentaci jednoho nebo více trojrozměrných optických obrazů pozorovateli. Substrát je tvořen množstvím stereoskopických dvojic prvků, kde každá tato stereoskopická dvojice prvků vytváří pro diváka obraz bodu v předem stanovené vzdálenosti od roviny tohoto substrátu. Množství takových bodových obrazů pak vytváří uvedený trojrozměrný optický obraz.

Dva prvky každé stereoskopické dvojice přivádějí světlo do příslušného oka pozorovatele v případě, že tento pozorovatel substrát pozoruje z určité polohy nebo z rozmezí určitých poloh. Světlo může být k pozorovateli přiváděno bud’ odrazem od prvků stereoskopických dvojic, nebo tak, že tyto prvky lámou světlo, ·« »

R · * • 9 · 9

99« <99 • » ·· které prochází skrz substrát (tento substrát je přitom vyroben z průhledného nebo poloprůhledného materiálu). Dva prvky každé ze stereoskopických dvojic mohou být tvořeny drážkami nebo zářezy vytvořenými v, nebo na povrchu substrátu. Prvky mohou být také tvořeny reflexním potiskem vytvořeným na dokumentu, zejména na cenném papíru (např. na bankovce).

Každá stereoskopická dvojice prvků je výhodně tvořena dvěma krátkými lineárními prvky (zejména drážkami nebo zářezy), jejichž vzájemná orientace určuje vzdálenost odpovídajícího bodového obrazu od roviny substrátu.

Pro každý bodový obraz je podle vynálezu výhodně vytvořeno množství stereoskopických dvojic tak, že stejný bod lze sledovat z různých úhlů.

Všechny stereoskopické dvojice pro každý bodový obraz mohou být umístěny na společné přímce. Různé stereoskopické dvojice mohou být umístěny mimo tuto přímku, čímž se zajistí, že bodový obraz bude stacionární i když pozorovatel bude měnit úhel pohledu, nebo alternativně tak, že se bodový obraz bude pohybovat. V tomto případě lze vytvořit i obraz pohybujícího se objektu.

Avšak není nezbytné, aby stereoskopické dvojice pro daný bodový obraz uspořádané za sebou byly umístěny na společné přímce. Dvojice mohou být samozřejmě umístěny v požadovaných polohách ve vzdálenosti od společné přímky, například mohou být umístěny podél zakřivené čáry, za předpokladu, že budou vzájemně vhodně umístěny a orientovány. Tímto způsobem mohou být sady stereoskopických dvojic pro různé obrazové body odděleny a lze tak zabránit jejich protínání či jejich jiné vzájemné interakci.

Jestliže jsou stereoskopické dvojice umístěny výše popsaným způsobem, není možno odvodit vztah jejich polohy ke tvaru zobrazovaného objektu. Tím se zvětšuje složitost kódování objektu a rovněž se zvyšují bezpečnostní parametry. Navíc, jednotlivé přímky stereoskopických dvojic se mohou od sebe lišit, a to od určité délky až do jednotlivých bodů.

Při běžném pozorování trojrozměrného objektu z určitého úhlu pohledu jsou určité části tohoto objektu viditelné a jiné jeho části viditelné nejsou (např.

odvrácené boční plochy). Při různých úhlech pohledu jsou jiné části viditelné a «* ··· « · « · » · • · »··· ·« • · · • · · ·«« • « · ·· jiné části jsou neviditelné. U substrátu podle tohoto vynálezu je pro vytvoření realistického obrazu trojrozměrného objektu zajištěno, že určité části objektu jsou vidět při sledování substrátu z určitého úhlu, avšak při sledování z jiného úhlu vidět nejsou.

Výhodně jsou za tímto účelem předem stanovené stereoskopické dvojice ze sady stereoskopických dvojic pro předem stanovené obrazové body vypuštěny takže příslušný obrazový bod není při pozorování substrátu z odpovídajícího úhlu vidět. Celkové uspořádání je takové, že různé části trojrozměrného objektu jsou vidět z různých úhlů pohledu, což vytváří realistický obraz tohoto objektu.

Substrát podle tohoto vynálezu zahrnuje velké množství sad stereoskopických dvojic, každá sada přitom vytváří stejný obrazový bod viditelný z různých úhlů pohledu tak, že celkové je vytvořeno velké množství různých bodových obrazů vzdálených od sebe horizontálně a vertikálně a nacházejících se v předem stanovených vzdálenostech od roviny substrátu. Tyto bodové obrazy přispívají k vytvoření trojrozměrného obrazu. Některé z obrazových bodů mohou spolu vytvářet lineární obraz (např. hranu nebo okraj subjektu, nebo části subjektu), zatímco jiné mohou vytvářet stínování, tvořící obraz plochy subjektu.

Trojrozměrný objekt zahrnuje plochy (např. boční plochy), které, jestliže je tento objekt pozorován z určitých úhlů nebo rozsahu úhlů, leží pod šikmo vzhledem k pozorovateli. Bylo zjištěno, že dobrého zobrazení takových ploch lze dosáhnout snížením hustoty stereoskopických dvojic vytvořených pro zobrazení takové šikmé plochy ve srovnání s hustotou dvojic vytvořených pro zobrazení plochy pozorované čelně. Toto zjištění umožňuje dosažení celkově menšího počtu stereoskopických dvojic, které musí být na substrátu vytvořeny.

Jak již bylo uvedeno, mohou být stereoskopické dvojice na substrátu uspořádány tak, že vytvářejí více než jeden trojrozměrný obraz. V takovém případě, jsou různé obrazy viditelné při různých úhlech pohledu.

• · · ·

Přehled obrázků na výkresech

Výhodná provedení tohoto vynálezu budou popsána na příkladech s odkazy na připojené výkresy, na nichž:

Obr. 1 až Obr. 4 představují schematické výkresy objasňující principy, na nichž je tento vynález založen;

Obr. 5 zobrazuje schematický pohled znázorňující substrát podle tohoto vynálezu; a

Obr. 6 zobrazuje účinky drážek majících alternativní profily průřezu.

Příklady provedení vynálezu

U substrátu podle tohoto vynálezu (viz Obr. 1 a Obr. 2) je trojrozměrný obraz tvořen množstvím bodových obrazů, z nichž každý je vytvářen stereoskopickou dvojicí krátkých lineárních (přímkových) drážek nebo zářezů 14,

16. Na Obr. 1 jsou drážky 14, 16 orientovány tak, že vytvářejí obraz bodu P v určité vzdálenosti za substrátem, zatímco na Obr. 2 jsou tyto drážky 14, 16 orientovány tak, že vytvářejí obraz tohoto bodu ve vzdálenosti před substrátem. Bylo zjištěno, že vzdálenost bodového obrazu P od substrátu je vpodstatě rovna vzdálenosti r od každé drážky k průsečíku čar kolmých na tyto drážky. Obraz P leží pod substrátem u drážek nebo zářezů z Obr. 1, které směřují k sobě ve směru vzhůru a nad substrátem u drážek nebo zářezů z Obr. 2, které směřují dolů proti sobě.

Je zřejmé, že bodový obraz P vytvořený každou stereoskopickou dvojicí drážek je viditelný pouze při určitém úhlu pohledu (nebo při omezeném rozsahu úhlů pohledu). Aby bodový obraz zůstal viditelný i když pozorovatel mění svůj úhel pohledu, jsou vytvořeny další stereoskopické dvojice, kde každá působí při specifickém vlastním úhlu pohledu. Tyto další stereoskopické dvojice mohou být umístěny v takových vzájemných polohách a tak orientovány, aby se zajistilo, * * * že příslušný bodový obraz bude při pohybu hlavy pozorovatele ze strany na stranu vpodstatě stacionární.

Alternativně mohou být tyto další stereoskopické dvojice pro daný bodový obraz, tedy určené pro vytvoření stejného obrazového bodu při pohybu hlavy pozorovatele, umístěny v takové vzájemné poloze a orientaci, aby se zdálo, že se daný bodový obraz při změně úhlu pohledu pozorovatele pohybuje. Tímto způsobem bude trojrozměrný obraz působit spíše dojmem pohybujícího se nebo měnícího se objektu než objektu stacionárního.

Výše uvedený popis předpokládá, že uvedené další stereoskopické dvojice vztahující se k určitému obrazovému bodu jsou umístěny podél přímky (s určitými odchylkami od této přímky označovanými jako posunutí). Ve skutečnosti však není nezbytné umístění sady stereoskopických dvojic omezovat na tento způsob.

Obr. 3 zobrazuje sadu stereoskopických dvojic, od +SP1 do -SP1. uspořádaných tak, že vytvářejí bodový obraz P při různých úhlech pohledu. V tomto případě jsou všechny stereoskopické dvojice umístěny na horizontální přímce H. Úhel Θ mezi kolmicemi na prvky každé dvojice je konstantní tak, aby každá dvojice zajišťovala světlo pro oči pozorovatele. Vzdálenost 2d mezi prvky každé stereoskopické dvojice se mění podle následujících vztahů:

tan a - a/z tan (ct + Θ/2) - (a + d)/z tan (α - Θ/2) = (a - d)/z

Obrazový bod P přitom vzniká ve vzdálenosti Z za rovinou substrátu a pod horizontální přímkou, na které se nacházejí za sebou umístěné stereoskopické dvojice.

Obr. 4 zobrazuje za sebou ležící stereoskopické dvojice přeskupené tak, že leží na horizontální přímce tak, jak bylo posáno s odkazem na Obr. 3.

Při běžném pozorování trojrozměrného objektu z daného úhlu pohledu jsou určité části tohoto objektu viditelné, jiné jeho části (např. zadní plocha nebo * ·

odvrácené boční plochy) viditelné nejsou. Pro vytvoření realistického obrazu trojrozměrného objektu je tudíž nutné, aby se obraz určité části objektu ukazoval při sledování substrátu z určitých úhlů, avšak nikoliv při sledování z úhlů jiných.

Proto jsou, jak je vidět na Obr. 4, stereoskopické dvojice v sadě pro určité úhly pohledu vynechány, takže daný obrazový bod je při pohledu z určitého úhlu neviditelný.

Obr. 3 a Obr. 4 zobrazují, že sada stereoskopických dvojic (pro vytváření stejného obrazového bodu při různých úhlech pohledu) může být uspořádána na horizontální přímce H. Obrazový bod je viditelný v určitém rozsahu úhlů, jak pozorovatel pohybuje hlavou nahoru a dolu vzhledem k substrátu (podél přímky rovnoběžné s rovinou substrátu) - vertikální paralaxa podél této osy může být zvětšena vytvořením množství podobných sad stereoskopických dvojic vytvářejících stejný obrazový bod na rovnoběžných horizontálních přímkách, kde prvky každé sady budou vhodně umístěny (v úhlové a/nebo horizontální poloze) vzhledem k odpovídajícím prvkům dalších sad.

Substrát podle tohoto vynálezu (viz. Obr. 5) bude obvykle zahrnovat velké množství sad stereoskopických dvojic, kde každá sada bude vytvářet stejný obrazový bod viditelný při různých úhlech pohledu tak, aby se celkově vytvořilo velké množství různých bodových obrazů vzájemně od sebe vertikálně a horizontálně oddělených a nacházejících se v různých předem stanovených vzdálenostech od roviny substrátu. Tyto bodové obrazy se tudíž budou podílet na vytvoření trojrozměrného obrazu. Některé z obrazových bodů mohou společně tvořit lineární obraz (tj. okraj nebo hranu objektu), zatímco jiné mohou tvořit stínování vytvářející obraz plochy.

U obrazu plochy, která leží pod šikmým úhlem vzhledem k pozorovateli lze dobrého zobrazení dosáhnout redukcí hustoty stereoskopických dvojic vytvořených na substrátu ve srovnání s hustotou stereoskopických dvojic vytvářejících obraz plochy, která leží čelně proti pozorovateli.

Jak je vidět na Obr. 6, určuje profil průřezu drážky rozsah úhlů, do nichž je světlo odráženo, a v nichž lze obraz pozorovat. Tento efekt lze využít tak, • «

že různé částí obrazu budou viditelné z různých úhlů pohledu. Efekt lze rovněž využít pro vytvoření stínování a pro ovládání jasu obrazu.

Pro vytvoření dat, která definují prvky potřebné pro vytvoření požadovaného trojrozměrného obrazu, včetně přerušení nutných pro vytvoření správného zakrývání částí obrazu (odpovídajících částem objektu, které nejsou viditelné při příslušném úhlu pohledu) a také pro zohlednění zmenšení hustoty stereoskopických dvojic, které mohou být použity pro zobrazení šikmých ploch, je výhodné použít počítač. Počítač je přitom výhodně uspořádán tak, že stanovuje umístění různých stereoskopických dvojic tak, aby se optimalizovalo využití povrchové plochy substrátu. Pro převedení těchto dat na požadovaný vzor stereoskopických dvojic v prvém substrátu lze použít mechanické vyrývání, elektromagnetické působení a/nebo jiné způsoby leptání. První substrát je pak zpracován a následně je postupy známými ze stavu techniky vytvořen razník. Tento razník je pak použit pro vtlačení do druhého substrátu, nebo příkladně do povlaku laku naneseného na nosném prvku tak, že se vytvoří substrát nebo povlak se vzorkovaným reliéfem (prvky stereoskopických dvojic jsou vytvořeny jako zářezy nebo drážky). Alternativně lze vytvořit také tiskařskou desku tak, že vzorek prvků stereoskopických dvojic může být natištěn na substrát, např. na cenný papír, za použití barvy, která je dostatečně reflexní.

Vynález může být použit zejména jako bezpečnostní znak nanesený na dokument nebo na jiný výrobek. Vzorek prvků je zvláště obtížně napodobitelný, zejména v případě, kdy jsou prvky stereoskopických dvojic umístěny např. podle Obr. 3 a Obr. 4. Je tomu tak proto, že vzorek prvků nemá žádný vztah ke tvaru obrazu, který vytváří.

Je zřejmé, že přeskupením stereoskopických dvojic popsaným způsobem mohou být tyto dvojice rozmístěny na povrchu substrátu způsobem, který vylučuje natěsnání prvků tvořících různé body obrazu na sebe (a tak se vzájemně protínajících nebo vzájemně si překážejících) a který umožňuje maximální využití plochy substrátu.

Claims (16)

1. Substrát uspořádaný pro vytváření trojrozměrného optického obrazu pro pozorovatele, vyznačující se tím, že sestává z velkého počtu dvojic optických prvků (14, 16), kde každá dvojice optických prvků je uspořádána pro směrování světla do očí pozorovatele, jestliže je umístěna do předem stanoveného zorného úhlu nebo do omezeného rozsahu zorných úhlů a vytváří tak obraz (P) bodu v předem stanovené vzdálenosti od roviny substrátu, přičemž množství dvojic optických prvků (14, 16) je uspořádáno tak, aby odpovídající množství bodových obrazů (P), které vytváří, tvořilo trojrozměrný obraz.

2. Substrát podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené optické prvky (14, 16) jsou uspořádány pro odrážení dopadajícího světla k pozorovateli.

3. Substrát podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené optické prvky (14, 16) jsou uspořádány tak, aby lámaly světlo procházející substrátem k pozorovateli.

4. Substrát podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že uvedené optické prvky (14, 16) jsou tvořeny drážkami vytvořenými na povrchu substrátu.

5. Substrát podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že uvedené optické prvky (14, 16) jsou tvořeny zářezy vytvořenými na povrchu substrátu.

6. Substrát podle nárok 2, vyznačující se tím, že uvedené optické prvky (14, 16) jsou tvořeny reflexním potiskem vytvořeným na povrchu substrátu.

7. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že každá uvedená dvojice optických prvků zahrnuje dva krátké lineární prvky,

IlO jejichž vzájemná orientace určuje vzdálenost odpovídajícího bodového obrazu (P) od povrchu substrátu.

8. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že pro každý bodový obraz je vytvořena sada uvedených dvojic optických prvků (14, 16) tak, že stejné bodové obrazy jsou viditelné při různých úhlech pohledu.

9. Substrát podle nároku 8, vyznačující se tím, že u alespoň jednoho uvedeného bodového obrazu jsou optické prvky (14, 16) odpovídající tomuto bodovému obrazu posunuty mimo společnou přímku.

10. Substrát podle nároku 9, vyznačující se tím, že u alespoň jednoho bodového obrazu jsou optické prvky (14, 16) odpovídající tomuto bodovému obrazu umístěny na společné horizontální přímce.

11. Substrát podle nároku 8, vyznačující se tím, že alespoň u některých z uvedených bodových obrazů jsou zvolené dvojice optických prvků vypuštěny tak, že tyto body jsou při zvolených úhlech pohledu neviditelné, což zajišťuje vypuštění skryté čáry a/nebo skryté plochy trojrozměrného obrazu.

12. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že alespoň některé uvedené bodové obrazy (P) spolu vytvářejí lineární obraz.

13. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že alespoň některé z uvedených bodových obrazů (P) spolu vytvářejí stínování tvořící obraz plochy trojrozměrného objektu.

14. Substrát podle nároku 13, vyznačující se tím, že uvedené bodové obrazy tvoří stínování vytvářející obraz množství ploch trojrozměrného objektu, přičemž hustota uvedených optických prvků u relativně šikmých ploch • * trojrozměrného objektu je zmenšena ve srovnání s optickými prvky pro méně šikmé plochy tohoto objektu.

15. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je uspořádán pro vytváření množství optických obrazů pro pozorovatele, kde optické obrazy jsou viditelné při různých úhlech pohledu.

16. Substrát podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že optické prvky různých dvojic mají pro ovládání jasu a/nebo stínování obrazu a/nebo úhlu pohledu různé profily průřezu.