PL184268B1

PL184268B1 - Nośnik trójwymiarowego obrazu optycznego

Info

Publication number: PL184268B1
Application number: PL97331705A
Authority: PL
Inventors: Paul Dunn; Andrew Rowe
Original assignee: Fryco Ltd
Priority date: 1996-08-17
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 2002-09-30
Also published as: EP0919009B1; KR20000068134A; US6266187B1; BR9713169A; CN1228849A; CZ50699A3; ES2179360T3; EP0919009A1; UA47489C2; HUP9904324A3; CA2263405A1; TR199900340T2; JP2000516732A; DK0919009T3; CA2263405C; NO990718D0; DE69713604D1; AU721541B2; NO990718L; DE69713604T2

Abstract

1 . Nosnik trójwymiarowego obrazu opty- cznego, majacy postac podloza z rozmieszczona na nim duza liczba par, oddalonych od siebie ele- mentów optycznych, znamienny tym, ze kazdy element optyczny (14, 16) jednej pary kieruje promien swiatla do jednego oka obserwatora, usytuowanego wzgledem podloza pod okreslo- nym katem patrzenia, wzglednie w ograniczo- nym zakresie katów patrzenia, przy czym kazda para elementów optycznych (14, 16) tworzy je- den obraz punktu (P) znajdujacy sie w odleglosci od plaszczyzny podloza wyznaczonej przez prze- ciecie sie promieni swiatla wychodzacych z ele- mentów optycznych (14,16) danej pary, a ponadto, wszystkie pary elementów optycznych (14, 16) maja na podlozu rózna orientacje, a odpowia- dajace im obrazy punktów (P) tworza wspólnie kompletny obraz trójwymiarowy. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nośnik trójwymiarowego obrazu optycznego, mający postać podłoża z rozmieszczonąna nim dużąliczbąpar, oddalonych od siebie elementów optycznych.

Trójwymiarowe obrazy optyczne mają zastosowanie w różnych dziedzinach techniki, na przykład jako elementy zabezpieczające produkty, dokumenty, lub banknoty przed nielegalnym kopiowaniem. Ze stanu techniki znane sąrozwiązania dwuwymiarowych nośników obrazu, które umożliwiają generację obrazu trójwymiarowego.

Z opisu patentowego Stanów Zj ednoczonych A. P. nr US 4 135 502 znany jest stereoskopowy nośnik obrazu trójwymiarowego, mający postać podłoża z rozmieszczonymi na nim parami elementów optycznych w postaci kropek, linii prostych i łuków, które tworzą dwa, przesunięte względem siebie w kierunku poziomym obrazy dwuwymiarowe. Efekt stereoskopowy jest obserwowany dla określonego zakresu odległości obserwatora od podłoża. Dla małej odległości obserwatora od nośnika, obraz stereoskopowyjest widoczny za podłożem, natomiast przy dużej przed podłożem. Nośnik obrazu ma zastosowanie do wytwarzania obrazków trójwymiarowych, ale niejako element zabezpieczający produkt, lub dokument, gdyż jest stosunkowo łatwy do powielania.

Z książki „Applied Optics and Optical Engineering” (edycja: R. Kingslake, Academic Press, Londyn, 1965, vol.II, str. 96 -117) znane są również inne sposoby uzyskiwania efektu stereoskopowego, za pomocą anaglifów, stereogramów paralaksowych i panoragramów, mających postać podłoża z rozmieszczonymi na nim elementami optycznymi, które tworzą dwa, przesunięte względem siebie w kierunku poziomym obrazy dwuwymiarowe. Stereoskopowy obraz trój wymiarowy jest uzyskiwany przez zastosowanie okularów dwubarwnych i/lub polaryzacyjnych.

Celem wynalazkujest opracowanie takiego nośnika trójwymiarowego obrazu optycznego, który umożliwi generację realistycznych obrazów zarówno statycznych, jak i dynamicznych na małej powierzchni, nie będzie wymagał dodatkowych przyrządów do obserwacji, oraz będzie niezwykle trudny do powielenia, a tym samym wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas podobnych nośników.

Cel wynalazku zrealizowano w konstrukcji nośnika trójwymiarowego obrazu optycznego, którego istota polega na tym, że każdy element optyczny jednej pary kieruje promień światła do jednego oka obserwatora, usytuowanego względem podłoża pod określonym kątem patrzenia, względnie w ograniczonym zakresie kątów patrzenia, przy czym każda para elementów optycznych tworzyjeden obraz punktu znajdujący się w odległości od płaszczyzny podłoża wyznaczonej przez przecięcie się promieni światła wychodzących z elementów optycznych danej pary. Wszystkie pary elementów optycznych mają na podłożu różną orientację, a odpowiadające im obrazy punktów tworzą wspólnie kompletny obraz trójwymiarowy.

Elementy optyczne są dla światła padającego na podłoże korzystnie ośrodkiem odbijającym, lub ośrodkiem załamania światła. W tym pierwszym wariancie rozwiązania, elementy optyczne mają korzystnie postać odbijającego światło nadruku, naniesionego na powierzchnię podłoża.

Elementy optyczne mają korzystnie postać rowków, lub wypukłości utworzonych na podłożu.

Korzystnymjest, j eżeli każda para elementów optycznych składa się z dwóch krótkich elementów liniowych, których wzajemna orientacjajest miarą odległości danego obrazu punktu od płaszczyzny podłoża.

W innym korzystnym rozwiązaniu wynalazku, każdemu obrazowi punktu jest przyporządkowany układ par elementów optycznych, tworzący pod różnymi kątami patrzenia obraz punktu.

Korzystnym jest, jeżeli dla przynajmniej jednego obrazu punktu, odpowiadające mu elementy optyczne są przesunięte względem wspólnej linii układu par elementów optycznych, albo znajdują się na wspólnej linii układu par elementów optycznych.

Dla przynajmniej niektórych obrazów punktów, odpowiadające im pary elementów optycznych są korzystnie usunięte, tworząc ukrytą linię, względnie ukrytą powierzchnię obrazu trójwymiarowego.

184 268

Przynajmniej część obrazów punktów tworzy obraz linii, lub obraz przyciemniony, określający obraz powierzchni obiektu trójwymiarowego. W tym drugim rozwiązaniu, gęstość rozmieszczenia elementów optycznych odpowiadających bardziej nachylonym powierzchniom obiektu trójwymiarowego jest mniejsza od gęstości rozmieszczenia elementów optycznych odpowiadających mniej nachylonym powierzchniom tego obiektu.

Elementy optyczne tworzą korzystnie kilka różnych obrazów trójwymiarowych, z których każdy jest widoczny pod innym kątem patrzenia.

Elementy optyczne mają korzystnie różne profile w przekroju poprzecznym, które określają jasność obrazu, cieniowanie, względnie kąt patrzenia.

Zaletą nośnika trójwymiarowego obrazu optycznego według wynalazku jest możliwość uzyskania realistycznych obrazów zarówno statycznych, jak i dynamicznych, oraz brak zależności między rozkładem i kształtem elementów optycznych, a prezentowanym obrazem trójwymiarowym, co czyni nośnik trudnym do nielegalnego powielenia, oraz nadającym się do zastosowaniajako element zabezpieczający produkt, dokument, lub banknot. Korzyścią nośnika obrazu trójwymiarowego jest również minimalna liczba elementów optycznych koniecznych do uzyskania realistycznego obrazu trójwymiarowego, oraz duży stopień ich upakowania, co pozwala zmniejszyć powierzchnię nośnika.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiaj ą schemat ilustrujący zasady uzyskiwania punktu obrazu trój wymiarowego z wykorzystaniem pary stereoskopowych elementów optycznych, fig. 3 - schemat ilustrujący zasadę uzyskiwania punktu obrazu trójwymiarowego z wykorzystaniem układu par stereoskopowych elementów optycznych, fig. 4 - schemat układu par stereoskopowych elementów optycznych według fig. 3, w rzucie na płaszczyznę, fig. 5 - schemat rozmieszczenia par stereoskopowych elementów optycznych na podłożu nośnika obrazu, a fig. 6 - elementy optyczne nośnika obrazu, w przekroju poprzecznym.

Zasada uzyskiwania pojedynczego punktu wielopunktowego obrazu trójwymiarowego za pomocą nośnika według wynalazku jest zilustrowana na fig. 1 i 2. Każdy z punktów obrazu trójwymiarowego jest generowany za pomocą dwóch liniowych, stereoskopowych elementów optycznych 14, 16, mających postać krótkich rowków, lub wypukłości, albo też wklęsłych, lub wypukłych obszarów punktowych na podłożu.

Elementy optyczne 14,16 są tak usytuowane względem siebie, że utworzony przez nie obraz punktu P znajduje się za podłożem nośnika (fig. 1), albo przed podłożem nośnika względem kierunku patrzenia B (fig. 2). W pierwszym rozwiązaniu, elementy optyczne 14,16 sąprzepuszczalne dla światła, powodując jego załamanie, oraz ogniskowanie w kierunku patrzenia B, natomiast w drugim - nieprzepuszczalne dla światła, powodując jego odbicie, oraz rozbieżność w kierunku patrzenia B. Odległość obrazu punktu P od podłoża nośnika jest równa odległości r elementu optycznego 14,16 od punktu wyznaczonego przez przecięcie się promieni światła wychodzących z elementów optycznych 14,16 danej pary.

Obraz punktu P utworzony przez każdą parę stereoskopowych elementów optycznych 14 i 16 jest widoczny tylko pod określonym kątem, lub w ograniczonym zakresie kątów patrzenia. W miarę jak obserwator zmienia kąt patrzenia, obraz punktu P pozostaje taki sam, ale jest generowany przez kolejnąparę elementów optycznych 14 i 16, które tworzątaki sam obraz punktu P widoczny pod innym kątem patrzenia. Kolejne pary elementów optycznych 14 i 16 są więc rozmieszczone w takich wzajemnych położeniach i orientacjach, że odpowiadające im obrazy punktów P pozostają stacjonarne podczas zmiany kąta patrzenia obserwatora.

W alternatywnym rozwiązaniu wynalazku, kolejne pary elementów optycznych 14 i 16 mogą być rozmieszczone w takich wzajemnych położeniach, przesuniętych względem wspólnej poziomej linii i orientacjach, że odpowiadające im obrazy punktów P pozostają ruchome podczas zmiany kąta patrzenia obserwatora, tworząc zmienny (dynamiczny) obraz trójwymiarowy.

W powyższych, przykładowych rozwiązaniach wynalazku, kolejne pary elementów optycznych 14 i 16 tworzące obraz punktu P, są rozmieszczone wzdłuż linii z określonymi od niej

184 268 przesunięciami, albo też wzdłuż linii krzywej. Kolejne pary elementów optycznych mogą być oczywiście rozmieszczone w inny, opisany poniżej sposób.

Figura 3 ilustruje kolejne pary elementów optycznych (zaczynając od skrajnych elementów optycznych +SP1 i -SP1) tworzących obraz punktu P widoczny pod różnymi kątami patrzenia, które sąrozmieszczone wzdłuż linii poziomej. Kąt θ między prostymi prostopadłymi do pary elementów optycznych jest stały, dzięki czemu promień światła jest ogniskowany przez każdą parę w jednym punkcie obrazu P. Odległość 2d między elementami optycznymi każdej pary wzdłuż linii poziomej zmienia się zgodnie z zależnościami:

tg (α) = a / z tg (α + θ / 2) = (a + d) / z tg (α - θ / 2) = (a - d) / z gdzie z jest odległością obrazu punktu P za płaszczyzną podłoża nośnika (pod linią poziomąz układem par elementów optycznych), zaś a - długościąprzyprostokątnej kąta α, zawartego między pionową osią Y, a dwusieczną kąta θ.

Układ kolejnych par elementów optycznych według fig. 3 w rzucie na linię poziomą jest przedstawiony na fig. 4.

W celu zapewnienia realistycznego obrazu obiektu trójwymiarowego oglądanego nieuzbrojonym okiem, obraz ten winien uwidoczniać poszczególne części obiektu w zależności od kąta patrzenia, przy maskowaniu innych części obiektu widocznych pod innymi kątami patrzenia.

Aby uzyskać taki realistyczny efekt, niektóre pary stereoskopowych elementów optycznych nośnika według wynalazku, które byłyby widoczne dla określonych kątów patrzenia, zostały usunięte (fig. 4).

Układ par elementów optycznych według fig. 3 i 4, przeznaczonych do oglądania tego samego obrazu punktu P pod różnymi kątami patrzenia, jest usytuowany korzystnie wzdłuż linii poziomej. Obraz punktu Pjest widoczny dla obserwatora pod różnymi kątami patrzenia podczas przemieszczania wzroku w kierunku do góry i do dołu, równolegle do płaszczyzny nośnika. Widoczność obrazów punktu pod różnymi kątami w kierunku pionowym jest uzyskana za pomocą podobnych układów par elementów optycznych, rozmieszczonych na równoległych liniach poziomych, oraz ewentualnie różnie zorientowanych.

Przedstawiony na fig. 5 nośnik obrazu trójwymiarowego według wynalazku zawiera odpowiednio dużąliczbę układów par stereoskopowych elementów optycznych, z których każdy uwidocznia jeden obraz punktu widoczny pod różnymi kątami patrzenia. Sumarycznie tworzy się więc duża liczba różnych obrazów punktów, oddalonych od siebie w kierunku poziomym i pionowym, oraz usytuowanych w odpowiednich odległościach od płaszczyzny nośnika. Te obrazy punktów tworzą wspólnie obraz trójwymiarowy. Niektóre z obrazów punktów tworząobraz linii, na przykład krawędzi obiektu, natomiast inne - obraz płaszczyzny, na przykład ścianki obiektu trójwymiarowego.

Dla uzyskania stosownej jasności obrazu powierzchni, obserwowanej pod kątem ostrym, gęstość rozmieszczenia par elementów optycznych na podłożu nośnikajest korzystnie mniejsza w stosunku do gęstości elementów optycznych tworzących obraz powierzchni obserwowanej pod kątem prostym.

Profile rowków elementów optycznych w przekroju poprzecznym (fig. 6) są dobrane dla zakresu kątów, pod którymi jest odbijany promień światła, awięc dla zakresu kątów', pod którymi jest widoczny obraz. Rowki elementów optycznych mogą mieć w przekroju poprzecznym profil łuku, trójkąta, lub innej figury. Odpowiedni profil rowków pozwala uwidocznić różne części obrazu, na przykład nachylone powierzchnie, widoczne pod różnymi kątami patrzenia, maskować niektóre części obrazu, oraz zmieniać jasność całego obrazu. W ten sposób możliwe jest uzyskanie dwóch, lub więcej różnych obrazów trójwymiarowych widocznych pod różnymi kątami patrzenia.

Rozkład par stereoskopowych elementów optycznych, które umożliwiają tworzenie trójwymiarowego obrazu optycznego z uwzględnieniem prawidłowego maskowania niektórych części obrazu (niewidocznych pod określonymi kątami patrzenia), zmiany gęstości rozmieszcze6

184 268 nia par elementów optycznych dla odpowiedniego przyciemnienia nachylonych płaszczyzn, oraz optymalne wykorzystanie powierzchni podłoża, generuje się korzystnie zapomoc ^komputera. Wygenerowane dane wykorzystuje się do tworzenia na podłożu rozkładu par elementów optycznych, na przykład w procesie mechanicznego żłobienia, lub naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym (fotolitografia). Najpierw tworzy się matrycę (tak zwaną matrycę matkę), z której są wytwarzane kolejne nośniki obrazu trójwymiarowego, albo też maskę, odsłaniającą obszary podłoża przeznaczone do wykonania elementów optycznych, na przykład w procesie naświetlania. Zamiast matrycy i maski może być też wytworzona klisza drukarska, za pomocą której wykonuje się nadruki na podłożu nośnika, z wykorzystaniem atramentu odbijającego światło. W tym ostatnim przypadku, elementy optyczne mają postać wypukłości.

Rozkład par elementów optycznych na podłożu nośnika obrazu trójwymiarowego jest bardzo upakowany, co umożliwia najlepsze wykorzystanie powierzchni nośnika. Wzór rowków, lub wypukłości jest szczególnie trudny do powielania, zwłaszcza w przypadku względnego przesunięcia elementów optycznych (fig. 3 i 4), gdyż nie jest on powiązany z postacią obrazu, który tworzy.

Wynalazek ma zastosowanie do zabezpieczania równych produktów i przedmiotów-·, zwłaszcza dokumentów i banknotów.

// ---—

FIG. 4

184 268

FIG. 5

FIG. 6

184 268

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Nośnik trójwymiarowego obrazu optycznego, mający postać podłoża z rozmieszczoną na nim dużą liczbapar, oddalonych od siebie elementów optycznych, znamienny tym, że każdy element optyczny (14,16) jednej pary kieruje promień światła do jednego oka obserwatora, usytuowanego względem podłoża pod określonym kątem patrzenia, względnie w ograniczonym zakresie kątów patrzenia, przy czym każda para elementów optycznych (14,16) tworzyjeden obraz punktu (P) znajdujący się w odległości od płaszczyzny podłoża wyznaczonej przez przecięcie się promieni światła wychodzących z elementów optycznych (14,16) danej pary, a ponadto, wszystkie pary elementów optycznych (14,16) mająna podłożu różną orientację, a odpowiadające im obrazy punktów (P) tworzą wspólnie kompletny obraz trójwymiarowy.
2. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) są dla światła padającego na podłoże ośrodkiem odbijającym.
3. Nośnik według zastrz. 2, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) mająpostać odbijającego światło nadruku, naniesionego na powierzchnię podłoża.
4. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) sądla światła padającego na podłoże ośrodkiem załamania światła.
5. Nośnik według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) mająpostać rowków utworzonych na podłożu.
6. Nośnik według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) mająpostać wypukłości utworzonych na podłożu.
7. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każda para elementów optycznych (14,16) składa się z dwóch krótkich elementów liniowych, których wzajemna orientacja jest miarą odległości danego obrazu punktu (P) od płaszczyzny podłoża.
8. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdemu obrazowi punktu (P) jest przyporządkowany układ par elementów optycznych (14,16), tworzący pod różnymi kątami patrzenia obraz punktu (P).
9. Nośnik według zastrz. 8, znamienny tym, że dla przynajmniej jednego obrazu punktu (P), odpowiadające mu elementy optyczne (14,16) sąprzesunięte względem wspólnej linii układu par elementów optycznych (14,16).
10. Nośnik według zastrz. 8, znamienny tym, że dla przynajmniej jednego obrazu punktu (P), odpowiadające mu elementy optyczne (14,16) znajdująsię na wspólnej linii układu par elementów optycznych (14,16).
11. Nośnik według zastrz. 8, znamienny tym, że dla przynajmniej niektórych obrazów punktów (P), odpowiadające im pary elementów optycznych (14, 16) są usunięte, tworząc ukrytą linię, względnie ukrytą powierzchnię obrazu trójwymiarowego.
12. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej część obrazów punktów (P) tworzy obraz linii.
13. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej część obrazów punktów (P) tworzy obraz przyciemniony, określający obraz powierzchni obiektu trójwymiarowego.
14. Nośnik według zastrz. 13, znamienny tym, że gęstość rozmieszczenia elementów optycznych (14, 16) odpowiadających bardziej nachylonym powierzchniom obiektu trójwymiarowego jest mniejsza od gęstości rozmieszczenia elementów optycznych (14,16) odpowiadających mniej nachylonym powierzchniom tego obiektu.
15. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) tworzą kilka różnych obrazów trójwymiarowych, z których każdyjest widoczny pod innym kątem patrzenia.
16. Nośnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy optyczne (14,16) mająróżne profile w przekroju poprzecznym, które określają jasność obrazu, cieniowanie, względnie kąt patrzenia.

184 268