RU2735480C2 - Синтетическое изображение и способ его изготовления - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится, в целом, к оптическим устройствам и процессам их изготовления, и, в частности, к устройствам для формирования синтетического изображения и к способам их изготовления. Устройство для формирования синтетического изображения содержит слой изображения и матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты составного изображения. Объекты составного изображения являются условным объединением первого набора объектов изображения, охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и второго набора объектов изображения. Охватывающая зона охватывает первый набор объектов изображения и содержит область полей, не охватывающую первый набор объектов изображения. Условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающая зона, связанная с первым набором объектов изображения, отсутствует. Основной целью представленной здесь технологии является улучшение способности к интерпретации синтетических изображений. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 30 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к оптическим устройствам и процессам их изготовления, и, в частности, к устройствам для формирования синтетического изображения и к способам их изготовления.

Известный уровень техники

В последние годы сфера синтетических изображений быстро развивалась. Устройства формирования синтетического изображения сегодня используются для создания привлекательных визуальных эффектов для множества различных целей, например в качестве защитной маркировки, индикации несанкционированного вмешательства или просто в качестве эстетического изображения. Обычно устройство формирования синтетического изображения предназначено для использования в качестве метки или в качестве интегрированной части в другом устройстве. Множество различных оптических эффектов было обнаружено и использовано, и часто различные оптические эффекты объединяются, чтобы придать определенный требуемый внешний вид.

Типичная реализация устройства формирования синтетического изображения представляет собой тонкую полимерную фольгу, в которой фокусирующие элементы и объекты изображения создаются в разных плоскостях. Типичный подход для устройства формирования синтетического изображения состоит в том, чтобы предоставить матрицу небольших фокусирующих элементов. Фокусирующим элементами могут быть различные виды линз, диафрагм или отражателей. Слой изображения снабжается объектами изображения. Слой изображения располагается относительно матрицы фокусирующих элементов так, что когда устройство рассматривается под разными углами, различные части объектов изображения увеличиваются фокусирующими элементами и вместе образуют интегральное изображение. В зависимости от дизайна объектов изображения синтетическое изображение может изменяться по-разному, когда условия рассматривания, например, углы рассматривания, изменяются. Фактическое восприятие синтетического изображения осуществляется глазами и мозгом пользователя. Способность человеческого мозга объединять информацию о различных частях в совокупности превращает фрагментированные изображения частей из отдельных фокусирующих элементов в понятное синтетическое изображение. Эта способность создавать понятную совокупность также может быть использована для создания "неожиданного эффекта", который можно использовать в качестве привлекательных функций или для целей защиты и/или аутентификации. Однако способ, которым мозг связывает различные фрагменты, может в некоторых случаях приводить к неожиданным трудностям для создания понятной совокупности.

Сущность изобретения

Основной целью представленной здесь технологии является улучшение способности к интерпретации синтетических изображений.

Вышеуказанная цель достигается способами и устройствами согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В общем, в первом аспекте устройство формирования синтетического изображения содержит слой изображения и матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты составного изображения. Объекты составного изображения слоя изображения представляют собой условное объединение по меньшей мере первого набора объектов изображения, охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и второго набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Аналогично, второй набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Охватывающая зона первого набора объектов изображения представляет собой зону, покрывающую первый набор объектов изображения, и дополнительно содержит поле, не покрывающее первый набор объектов изображения. Условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающая зона, связанная с первым набором объектов изображения, отсутствует.

Во втором аспекте способ изготовления устройства формирования синтетического изображения включает создание численного представления первого набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения выполняют с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда его помещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривают через эту матрицу фокусирующих элементов. Создают численное представление второго набора объектов изображения. Второй набор объектов изображения выполняют с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда его размещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривают через эту матрицу фокусирующих элементов. Создают численное представление охватывающей зоны. Охватывающая зона связана с первым набором объектов изображения. Охватывающая зона первого набора объектов изображения представляет собой зону, покрывающую первый набор объектов изображения и дополнительно содержащую поле, не покрывающее первый набор объектов изображения.

Численное представление первого набора объектов изображения и численное представление охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, объединяют с численным представлением второго набора объектов изображения в соответствии с заранее определенным условием в численное представление объектов составного изображения. Условное объединение таково, что объекты составного изображения присутствуют только в тех точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающая зона, связанная с первым набором объектов изображения, отсутствует. Слой изображения формируют в соответствии с численным представлением объектов составного изображения. Затем формируют матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения располагают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы.

Одним из преимуществ предлагаемой технологии является то, что создаются такие синтетические изображения, которые воспринимаются человеческим глазом четко и отчетливо. Другие преимущества будут понятны при ознакомлении с подробным описанием.

Краткое описание чертежей

Изобретение, вместе с другими целями и его преимуществами, может быть лучше понято путем обращения к следующему описанию вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

На фиг. 1А-С показаны схематические чертежи устройств формирования синтетического изображения, использующих различные фокусирующие элементы.

На Фиг. 2 показан схематический чертеж, иллюстрирующий рассматривание под разными углами.

Фиг. 3А-В иллюстрируют формирование синтетического изображения для двух разных углов рассматривания.

Фиг. 4А-С иллюстрируют идеи формирования примера устройства формирования интегрального синтетического изображения.

Фиг. 5 иллюстрируют другой пример устройства формирования интегрального синтетического изображения.

Фиг. 6 иллюстрирует пример того, как может быть создано трехмерное изображение.

Фиг. 7 - пример объектов изображения устройства формирования интегрального синтетического изображения.

Фиг. 8 иллюстрирует пример объединения двух наборов объектов изображения.

На фиг. 9А-В показан вариант условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 10А-В иллюстрируют другой вариант осуществления условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 11А является иллюстрацией примера другого условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 11В является еще одной иллюстрацией примера другого условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 12А - иллюстрация примера еще одного условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 12В-С - иллюстрации примеров синтетических изображений, видимых с разных углов рассматривания условного объединения, показанного на фиг. 12А.

Фиг. 13А - иллюстрация примера синтетического изображения, созданного из условного объединения наборов объектов изображения.

Фиг. 13В - иллюстрация примера синтетического изображения, созданного из другого условного объединения наборов объектов изображения.

Фиг. 14А - иллюстрация примера еще одного условного объединения двух наборов объектов изображения.

Фиг. 14В-С - иллюстрации примеров синтетических изображений, видимых с разных углов рассматривания условного объединения на фиг. 14А.

Фиг. 15 - иллюстрация примера синтетического изображения, созданного из условного объединения наборов объектов изображения.

Фиг. 16 является иллюстрацией примера синтетического изображения, созданного из условного объединения наборов объектов изображения.

На фиг. 17А-В - иллюстрации примеров синтетических изображений, созданных путем условного объединения множества наборов объектов изображения.

Фиг. 18 - иллюстрация примера условного объединения множества наборов объектов изображения.

Фиг. 19 - иллюстрация примера трехмерного синтетического изображения, созданного путем условного объединения множества наборов объектов изображения.

Фиг. 20 является блок-схемой этапов формы осуществления способа для изготовления устройства формирования синтетического изображения.

Фиг. 21 является блок-схемой этапов другого примера способа для изготовления устройства формирования синтетического изображения.

Фиг. 22А иллюстрирует пример отношения между шестиугольными ячейками и фокусирующими элементами в шестиугольной структуре.

Фиг. 22В иллюстрирует пример отношения между прямоугольными ячейками и фокусирующими элементами в шестиугольной структуре.

Фиг. 23A-D иллюстрируют другие примеры отношений между ячейками различной формы и фокусирующими элементами в виде шестиугольника.

Фиг. 24 является блок-схемой этапов другого примера способа изготовления устройства формирования синтетического изображения.

Фиг. 25А иллюстрирует пример отношения между ячейками, имеющими множество копий наборов объектов изображения, и фокусирующими элементами в шестиугольной структуре.

Фиг. 25В иллюстрирует пример соотношения между ячейками, имеющими различное увеличение в разных направлениях, и фокусирующими элементами в шестиугольной схеме.

Фиг. 25С иллюстрирует пример отношения между ячейками, имеющими множество копий наборов объектов изображения и различное увеличение в разных направлениях, и фокусирующими элементами в шестиугольной структуре.

Фиг. 26 является блок-схемой этапов другого примера способа изготовления устройства формирования синтетического изображения.

Фиг. 27 иллюстрирует пример ячеек, имеющих набор объектов изображения, создающих синтетическое изображение, и набор объектов изображения, дающих частичную окраску фона.

Фиг. 28 - примерная иллюстрация оптической ситуации, когда устройство формирования синтетического изображения освещается точечным источником с небольшого расстояния.

Фиг. 29 - схема, иллюстрирующая соотношение между увеличением и эффективным периодом линзы.

Фиг. 30 является блок-схемой этапов примера способа для аутентификации устройства формирования синтетического изображения.

Подробное описание

На всех чертежах одинаковые ссылочные позиции используются для аналогичных или соответствующих элементов.

Для лучшего понимания предлагаемой технологии может быть полезно начать с краткого рассмотрения устройств формирования синтетического изображения.

Фиг. 1А схематически иллюстрирует один пример устройства 1 формирования синтетического изображения. Устройство 1 формирования синтетического изображения содержит матрицу 20 из фокусирующих элементов 22. В этом примере фокусирующим элементом является линза 24. В типичном случае, когда предполагается, что синтетическое изображение является по существу одинаковым в разных направлениях поверхности, линза 24 обычно представляет собой сферическую линзу. В применениях, где имеется разница между свойствами изображения в разных направлениях поверхности, могут использоваться чечевицеобразные линзы.

Устройство 1 формирования синтетического изображения дополнительно содержит слой 10 изображения, содержащий объекты 12 изображения. Объекты 12 изображения являются объектами, которые являются оптически отличимыми от частей 14 слоя 10 изображения, которые не покрыты объектами 12 изображения. Объекты 12 изображения могут, например, состоять из микрочастиц 11 печатного продукта и/или рельефных микроструктур. Слой 10 изображения расположен вблизи фокусного расстояния d фокусирующих элементов 22 матрицы 20. Это означает, что параллельный пучок 6 света, падающий на фокусирующий элемент 22, будет преломляться 5 и фокусироваться в одной точке или небольшой области 4 на слое 10 изображения. Аналогично, свет, исходящий из одной точки на слое 10 изображения, будет давать параллельный пучок 6 света при прохождении фокусирующих элементов 22. Следовательно, точка на объекте 12 изображения, как представляется, заполняет всю поверхность фокусирующего элемента 22 при рассматривании с расстояния в направлении полученного параллельного луча 6 наблюдателем, схематично показанным глазом 2. Материал 9 между слоем 10 изображения и матрицей 20 фокусирующих элементов по меньшей мере частично прозрачен и обычно состоит из тонкой полимерной фольги.

Расстояние d не обязательно должно быть точно равно расстоянию фокусировки фокусирующих элементов 22. Во-первых, всегда существует определенная степень аберраций, которая в любом случае расширяет область, из которой собирается оптическая информация в параллельный пучок 6. Это проявляется в большей степени при меньших углах, и для того, чтобы иметь более равномерный общий уровень разрешения, выгодно выбирать расстояние в окрестности фокусного расстояния, но не точно равное ему. Кроме того, поскольку поверхность фокусирующего элемента имеет определенное двумерное продолжение, эту поверхность также можно использовать для создания мелких объектов полного синтетического изображения. В таких случаях мелкие объекты небольшой площади на слое 10 изображения могут быть полезны для увеличения покрытия поверхности фокусирующего элемента, что означает, что и в таком случае фактическое выбранное расстояние d выбирается так, чтобы оно было в окрестности фокусного расстояния, но не точно равным ему. Такие обстоятельства хорошо известны в области техники синтетических изображений.

При расположении объектов 12 изображения слоя 10 изображения подходящим образом частичные изображения, создаваемые на каждой поверхности отдельного фокусирующего элемента 22, будут совместно восприниматься зрителем 2 как синтетическое изображение. Различные изображения могут отображаться для зрителя, когда устройство 1 формирования синтетического изображения рассматривается в разных направлениях, что открывает возможность для создания оптических эффектов различных видов, как будет описано ниже.

На фиг. 1В схематично показан другой пример устройства 1 формирования синтетического изображения. В этой форме осуществления фокусирующие элементы 22 состоят из вогнутых зеркал 26. Слой 10 изображения здесь расположен на передней поверхности относительно зрителя 2, а матрица 20 фокусирующих элементов расположена позади слоя 10 изображения. Лучи 5 света, проходящие от объектов изображения к зрителю 2, дважды проходят через материал 9 устройства формирования синтетического изображения.

Фиг. 1С схематично иллюстрирует еще один пример устройства 1 формирования синтетического изображения. В этой форме осуществления фокусирующие элементы представляют собой точечные отверстия 28, ограничивающие свет, исходящий от слоя 10 изображения и проходящий через них к зрителю 2. В этой форме осуществления синтетическое изображение строится из узких световых лучей, проходящих сквозь точечные отверстия 28, и обычно обеспечивает только "свет" или "темноту". Поскольку точечные отверстия 28 не имеют никакого эффекта увеличения, большая часть видимой поверхности не вносит вклад в синтетическое изображение.

Фиг. 2 схематически иллюстрирует выбор различных частичных областей 4 слоя 10 изображения. Слой 10 изображения содержит объекты 12 изображения. Когда устройство 1 формирования синтетического изображения рассматривается в перпендикулярном направлении относительно его основной поверхности, как показано в левой части чертежей, область 4, которая увеличивается фокусирующим элементом 22, располагается на центральной линии, показанной на чертеже штриховой линией, фокусирующего элемента 22. Если объект 12 изображения присутствует в этой позиции, его увеличенная версия представляется на поверхности устройства 1 формирования синтетического изображения. Однако, как в случае фиг. 2, если объект изображения отсутствует, то увеличенного изображения на поверхности устройства 1 формирования синтетического изображения не будет.

При рассматривании устройства 1 формирования синтетического изображения под другим углом, например, как показано в правой части чертежа, область 4, на которую фокусирует фокусирующий элемент 22, смещена в сторону. В показанной ситуации область 4 перекрывается по меньшей мере с частью объекта 12 изображения, и увеличенную версию 5 можно видеть на поверхности устройства 1 формирования синтетического изображения. Таким образом, изображения, представленные на поверхности устройства 1 формирования синтетического изображения, могут изменяться для разных углов рассматривания, которые могут использоваться для достижения различных видов оптических эффектов синтетических изображений.

Одним из типов синтетического изображения является так называемое муаровое изображение. Муаровый эффект хорошо известен на протяжении многих лет и основан на взаимодействии двух слегка несовпадающих матриц. На фиг. 3А схематично показан в верхней части пример части слоя 10 изображения. Слой 10 изображения содержит повторяющийся рисунок 15 объектов 12 изображения. В этом примере объекты 12 изображения выбраны так, чтобы быть буквой "K". Фокусирующие элементы 22, связанные с изображенной частью слоя 10 изображения, показаны штриховыми окружностями, чтобы указать относительную боковую позицию. Как повторяющийся рисунок 15 объектов 12 изображения, так и матрица 20 фокусирующих элементов имеют гексагональную симметрию. Однако расстояние между двумя соседними объектами 12 изображения немного короче, чем расстояние между двумя соседними фокусирующими элементами 22 в том же самом направлении.

Также отмечена зона 4, которая соответствует зоне фокусировки каждого фокусирующего элемента 22. В проиллюстрированном случае зона 4 соответствует направлению рассматривания прямо спереди. Части объектов 12 изображения, которые присутствуют в каждой из зон 4, будут, таким образом, представлены в увеличенном виде на поверхности соответствующего фокусирующего элемента 22, обозначенного здесь как проецируемое изображение 25. В нижней части фиг. 3А показана соответствующая матрица 20 фокусирующих элементов, включающая в себя проецируемые изображения 25 объектов 12 изображения зон 4. Штриховые линии от одной из зон 4 в верхней части до одного из фокусирующих элементов 22 в нижней части иллюстрируют связь. Различные проецируемые изображения на фокусирующих элементах 22 вместе образуют синтетическое изображение 100. В этом случае синтетическое изображение 100 является частью большой буквы "K". Если эти структуры достаточно малы, человеческий глаз обычно заполняет пустые области между фокусирующими элементами 22, и зритель воспринимает полную "K". Причиной появления K является наличие небольшого несовпадения периодов между повторяющимся рисунком 15 объектов 12 изображения и матрицей 20 фокусирующих элементов. В этом примере синтетическое изображение, использующее несовпадение между рисунком 15 повторяющихся изображений и матрицей фокусирующих элементов 22, называется муаровым изображением 105.

На фиг. 3В схематично показано то же устройство 1 формирования синтетического изображения, что и на фиг. 3А, но при рассматривании в другом направлении. Это соответствует небольшому наклону устройства 1 формирования синтетического изображения влево. Зоны 4, которые соответствуют зонам фокусирования фокусирующих элементов 22 в этом направлении, тем самым сдвигаются влево. Это приводит к тому, что другая часть объектов 12 изображения проецируется на фокусирующие элементы 22, как видно в нижней части фиг. 3В. Результатом наклона является то, что синтетическое изображение 100, то есть большое "K", перемещается вправо.

В результате наблюдатель будет интерпретировать такое движение как положение большой буквы "K" на некоторой воображаемой глубине ниже поверхности устройства 1 формирования синтетического изображения. Другими словами, достигается чувство глубины. Как увеличение, так и ощущаемая глубина зависят от соотношения между матрицей 20 фокусирующих элементов и повторяющимся рисунком 15 объектов 12 изображения. В предшествующем уровне техники было показано, что полученное увеличение М определяется как:

где

- период повторяющегося рисунка 15 объектов 12 изображения, а

- период матрицы 20 фокусирующих элементов. Для

увеличение является положительным, для

увеличение становится отрицательным, то есть синтетическое изображение 100 становится инвертированным по сравнению с объектами 12 изображения.

Глубина d_i кажущегося муарового изображения также может быть определена как:

где d - толщина устройства формирования синтетического изображения и

радиус кривизны сферических микролинз. Здесь можно заметить, что для

кажущаяся глубина обычно положительна, в то время как дл

кажущаяся глубина становится отрицательной, то есть муаровое изображение 105 кажется плавающим над поверхностью устройства 1 формирования синтетического изображения.

Следует отметить, что различия в периодах, показанных на фиг. 3А и 3В, являются относительно большими, что дает относительно небольшое увеличение и относительно небольшую кажущуюся глубину. Это сделано в целях иллюстрации. В типичных устройствах формирования муарового синтетического изображения относительные различия периодов обычно могут быть намного меньше. Нередки различия периодов менее 1% и даже менее 0,1%.

Однако муаровые изображения имеют определенные ограничения. Прежде всего, они могут привести только к повторяющимся изображениям. Кроме того, размер объектов 12 изображения ограничен размером фокусирующих элементов. На фиг. 4А схематично показан объект 13 изображения. Если этот объект изображения повторяется с почти тем же периодом, что и для фокусирующих элементов 22 на фиг. 4В, повторяющиеся структуры объектов 13 изображения будут перекрываться. Муаровое изображение из такой структуры будет практически невозможно разрешить для человеческого мозга, так как будут мешать части объектов изображения, связанные с соседним фокусирующим элементом 22.

Решение представлено на фиг. 4С. Здесь ячейка 16 слоя 10 изображения исключительно связана с каждым фокусирующим элементом 22. Внутри каждой ячейки 16 сохраняются только те части объекта 17 изображения, которые принадлежат одной копии объекта изображения, а другие мешающие объекты изображения удаляются. Различные объекты 17 изображения теперь не будут одинаково повторяться на слое 10 изображения, но вместо этого объекты 17 изображения будут последовательно меняться по форме. С использованием этих вырезанных частей или фрагментов в качестве объекта 17 изображения, также будет получено синтетическое изображение. Синтетическое изображение, основанное на неидентичных фрагментных объектах 17 изображения в ячейках 16, связанных с фокусирующими элементами 22, в данном описании называется интегральным синтетическим изображением.

Пока зона фокусировки соответствующего фокусирующего элемента удерживается внутри ячейки 16, будет получаться синтетическое изображение, подобное муаровому изображению. Однако, когда зона фокусировки соответствующего фокусирующего элемента входит в соседнюю ячейку 16, синтетическое изображение внезапно исчезнет и вместо этого появится в другом положении; происходит переворот в синтетическом изображении.

Такие эффекты переворота могут быть несколько смягчены путем введения зоны, свободной от объекта изображения, между каждой ячейкой в слое изображения. Фиг. 5 схематически иллюстрирует такую структуру. Здесь каждая ячейка 16 занимает площадь, которая меньше, чем площадь связанного с ней фокусирующего элемента. В результате интегральное синтетическое изображение исчезнет, когда зона фокусировки соответствующего фокусирующего элемента достигнет края ячейки. Однако дальнейшее изменение угла рассматривания должно быть обеспечено до появления "нового" интегрального синтетического изображения. Связь с исчезающим изображением не будет столь же очевидной.

Идеи наличия ячеек с различными объектами изображения могут быть развиты дальше. Муаровым синтетическим изображениям может быть придана кажущаяся глубина, но в принципе она ограничена только одной глубиной. Трудно добиться настоящего трехмерного внешнего вида. Однако при рассмотрении интегральных синтетических изображений можно также использовать свободу смены объектов изображения от одной ячейки к другой, например, обеспечить более реалистичную объемность получаемых изображений.

На фиг. 6 показаны ячейки 16 слоя 10 изображения. Показаны четыре разные области 4 для каждой ячейки 16, соответствующие зонам фокусирования связанных с ними фокусирующих элементов при рассматривании в четырех разных направлениях. Объекты изображения центральной области 4 в каждой ячейке соответствуют углу рассматривания, который достигается, если смотреть на устройство формирования синтетического изображения перпендикулярно. Такие объекты изображения могут затем быть сконструированы таким образом, что они создают интегральное синтетическое изображение 110В, как показано в нижней центральной части фиг. 6, показывающей верхнюю поверхность блока. Объекты изображения самой верхней области 4 в каждой ячейке соответствуют углу рассматривания, который достигается, если устройство формирования синтетического изображения отклонено от зрителя. Такие объекты изображения затем могут быть сконструированы таким образом, что они создают интегральное синтетическое изображение 110A, как показано в нижней левой части фиг. 6, показывающей верхнюю поверхность и переднюю поверхность блока. Объекты изображения самой левой области 4 в каждой ячейке соответствуют углу рассматривания, который достигается, если устройство формирования синтетического изображения наклонено влево относительно зрителя. Такие объекты изображения затем могут быть сконструированы таким образом, что они создают интегральное синтетическое изображение 110С, как изображено в нижней правой части фиг. 6, показывающей верхнюю поверхность и боковую поверхность коробки. Объекты изображения области 4 в нижней правой части в каждой ячейке соответствуют углу рассматривания, который достигается, если устройство формирования синтетического изображения наклонено в сторону и вправо по отношению к зрителю. Такие объекты изображения затем могут быть сконструированы таким образом, что они создают интегральное синтетическое изображение 110D, как изображено в самой нижней части фиг.6, показывающей верхнюю поверхность, боковую поверхность и заднюю поверхность блока. Вместе эти интегральные синтетические изображения 110A-D и дополнительные интегральные синтетические изображения, исходящие из других областей ячеек, создают впечатление вращающегося блока в трехмерном виде.

Аналогичным образом, путем изменения содержимого изображения в каждой ячейке в отдельности, могут быть достигнуты различные виды оптических явлений. Адаптируя каждую часть ячейки в соответствии с требуемым внешним видом изображения в соответствующем направлении рассматривания, можно получить практически любой внешний вид интегрального синтетического изображения. Полученные таким образом свойства изображения могут быть имитацией "реальных" оптических свойств, например настоящего трехмерного изображения, но свойства изображения также могут отражать оптические эффекты, которых нет в "реальных" системах.

Пример части слоя 10 изображения устройства формирования интегрального синтетического изображения, создающего изображение цифры "5", показан на фиг. 7.

Один эффект, которого можно достичь как с помощью синтетических изображений муара, так и с помощью интегральных синтетических изображений, состоит в том, что два синтетических изображения могут быть отображены одновременно. Эти синтетические изображения могут иметь различную видимую глубину или высоту. При наклоне такого оптического устройства два синтетических изображения перемещаются относительно каждого согласно обычному эффекту параллакса. При определенных углах рассматривания синтетические изображения могут приходить на линию прямой видимости друг друга, то есть один объект закрывает по меньшей мере часть другого объекта.

При подготовке слоя изображения для такого синтетического оптического устройства могут соблюдаться разные принципы. Например, если различные синтетические изображения создаются объектами изображения разных цветов, простое наложение двух объектов изображения приводит к тому, что оба синтетических изображения видны, но со смешением цветов. В результате создается впечатление частично прозрачного переднего синтетического изображения. Однако если переднее синтетическое изображение должно восприниматься как непрозрачный объект, перекрытие между синтетическими изображениями должно создавать впечатление того, что заднее синтетическое изображение исчезает за передним синтетическим изображением. Таким образом, объект изображения, связанный с задним синтетическим изображением, должен быть модифицирован.

Фиг. 8 схематически иллюстрирует одну ячейку в такой ситуации. Ячейка 16 слева показана с первым набором 31 объектов изображения, на этой частной иллюстрации - сложной фигурой с узкими язычками, предназначенной для создания первого синтетического изображения на определенной кажущейся глубине. Ячейка 16 в середине также показана со вторым набором 32 объектов изображения, на этой частной иллюстрации - квадратом, предназначенным для создания второго синтетического изображения на кажущейся глубине, большей, чем для первого синтетического изображения. Комбинация этих двух ячеек дает ячейку 16, как показано в правой части фиг. 8. Первый набор 31 объектов изображения покрывает части второго набора 32 объектов изображения, и поэтому такие части исключаются. Можно интерпретировать это так, как будто обрезают такие части второго набора 32 объектов изображения, которые перекрываются первым набором 31 объектов изображения. Таким образом, объект 33 составного изображения создается путем добавления выбранных частей второго набора 32 объектов изображения к первому набору 31 объектов изображения.

Следует отметить, что обычно нет слоев изображения, созданных отдельными объектами 31 и 32 изображения левой и средней ячеек. Они представлены здесь только для упрощения обсуждения. Как правило, слой изображения с объектом 33 составного изображения создается непосредственно.

При рассматривании устройства формирования синтетического изображения в направлении, близком к его нормальному направлению, первое синтетическое изображение появляется перед вторым синтетическим изображением. Если оба синтетических изображения основаны на одном или по меньшей мере одинаковом цвете, зрителю становится трудно различить, какая часть принадлежит какому объекту. Корреляция, выполняемая человеческим мозгом между частичными изображениями, предоставленными каждым фокусирующим элементом, не совсем очевидна. Результатом может быть то, что зритель воспринимает размытое изображение или ощущение глубины по меньшей мере частично исчезает. В частности, в случаях, когда задействованы такие узкие структуры, как язычки первого набора 31 объектов изображения, составное изображение часто ухудшается.

В одной форме осуществления устройство формирования синтетического изображения содержит слой изображения и матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения, как было описано ранее, расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты составного изображения. Эти объекты составного изображения матрицы слоев изображения представляют собой условное объединение по меньшей мере первого набора объектов изображения, охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и второго набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Аналогично, второй набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения на ненулевой высоте или глубине, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Охватывающая зона первого набора объектов изображения представляет собой зону, которая покрывает первый набор объектов изображения и дополнительно содержит поле, не покрывающее первый набор объектов изображения. Условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, а охватывающая зона, связанная с первым набором объектов изображения, отсутствует.

Идея состоит в том, чтобы ввести поля при решении, какие части первого набора объектов изображения будут вырезаны. Вместо того, чтобы вырезать только такие части, которые непосредственно перекрываются, также могут быть удалены некоторые части за пределами первого набора объектов изображения. Охватывающая зона, таким образом, действует как маска для определения того, какие части первого набора объектов изображения должны быть удалены.

На фиг. 9А ячейка 16 показана с первым набором 31 объектов изображения, на этой частной иллюстрации сложной фигуры с узкими язычками, использованной на фиг. 8 и предназначенной для создания первого синтетического изображения. На фиг. 9А показана охватывающая зона 35. Эта охватывающая зона 35 покрывает первый набор 31 объектов изображения. Охватывающая зона 35 дополнительно содержит поле 34. Поле 34 не покрывает первый набор 31 объектов изображения. Вместо этого поле 34 используется для создания буферной зоны вне первого набора 31 объектов изображения, где не должно быть разрешено мешать другим объектам. В этой частной форме осуществления поле 34 содержит узкий ободок 34А вокруг всего первого набора 31 объектов изображения. Другими словами, охватывающая зона 35 имеет основную форму, которая совпадает с огибающей объектов изображения упомянутого первого набора 31 объектов изображения. Это предотвращает путаницу между внешними границами первого и второго синтетических изображений, по меньшей мере частично перекрывающих друг друга. Кроме того, поле также покрывает всю область 34В между верхним широким язычком и самым верхним узким язычком первого набора 31 объектов изображения. Это не дает основному второму синтетическому изображению нарушать внешний вид наложенного первого синтетического изображения.

При объединении первого набора 31 объектов изображения со вторым набором 32 объектов изображения, в этой частной форме осуществления, аналогично второму набору 32 объектов изображения на фиг. 8, используя охватывающую зону 35 в качестве маскировки для второго набора 32 объектов изображения, создаются объекты 36 составного изображения. Выбранные части второго набора 32 объектов изображения добавляются к первому набору 31 объектов изображения, однако теперь они маскируются областью 35 огибающей, а не первым набором 31 самих объектов изображения.

Когда такие объекты 36 составного изображения создаются для части слоя изображения, устройство формирования синтетического изображения создает комбинированное синтетическое изображение, составленное из первого синтетического изображения на основе первого набора объектов изображения и второго синтетического изображения на основе второго набора объектов изображения. Когда эффект параллакса приводит к тому, что первое синтетическое изображение покрывает по меньшей мере часть второго синтетического изображения, использование области 35 огибающей в качестве маскировки облегчает интерпретацию, выполняемую человеческим мозгом, о том, какие части принадлежат какой структуре. Таким образом, получается более четкое комбинированное синтетическое изображение.

Ширина узкого ободка 34А выбрана достаточно большой, чтобы помочь глазу разделять различные синтетические изображения. В то же время предпочтительно, чтобы узкий ободок 34А был достаточно узким, чтобы не составлять синтетическое изображение само по себе. Фактические размеры зависят от различных параметров, таких как увеличение, аберрация фокусирующего элемента, сила фокусирующего элемента и т.п., и могут быть адаптированы для различных применений. Любой специалист в данной области техники знает, насколько большой элемент в объектах изображения должен быть виден, и насколько малый элемент в объектах изображения не должен быть виден. Если есть сомнения, можно выполнить простой тест с рядом различных полей и определить предпочтительный размер, просто наблюдая полученные синтетические изображения. Такие тесты с различными конструктивными особенностями обычно используются в технике. В частной форме осуществления изобретения средняя ширина объектов поля находится в диапазоне от 0,1 до 10% диаметра фокусирующих элементов.

Каждое из первого и второго синтетических изображений может быть муаровым изображением или интегральным синтетическим изображением.

В частной форме осуществления изобретения по меньшей мере одно из первого и второго синтетических изображений является интегральным синтетическим изображением. В дополнительной частной форме осуществления первое синтетическое изображение является интегральным синтетическим изображением. В еще одной частной форме осуществления и первое синтетическое изображение, и второе синтетическое изображение являются интегральными синтетическими изображениями.

На фиг. 9А и 9В внешний вид ячейки 16 показывает, что по меньшей мере первое синтетическое изображение является интегральным изображением.

Однако также можно использовать наборы объектов изображения, создающих муаровые изображения, для создания объектов интегрального изображения. В частной форме осуществления изобретения по меньшей мере одно из первого и второго синтетических изображений является муаровым изображением. В дополнительной частной форме осуществления второе синтетическое изображение является муаровым изображением. В еще одной частной форме осуществления и первое синтетическое изображение, и второе синтетическое изображение являются муаровыми изображениями.

При использовании первого набора 31 объектов изображения, предназначенного для создания интегрального синтетического изображения, в качестве первого синтетического изображения, объекты изображения первого набора 31 объектов изображения ограничиваются определенной областью ячейки 16. Второй набор объектов изображения может быть предназначен для создания муарового изображения, и поэтому его объекты изображения не ограничены областью ячейки 16 первого набора 31 объектов изображения. Аналогично, если второй набор объектов изображения предназначен для создания интегрального синтетического изображения, но с другим размером ячейки и/или геометрией ячейки, объектами изображения второго набора объектов изображения можно управлять так, чтобы они появлялись в других областях.

Было обнаружено, что, поскольку первое синтетическое изображение, если оно является интегральным синтетическим изображением, исчезает, когда направление рассматривания перемещает проецируемую область за границу соответствующей ячейки, чувствительность к неправильной интерпретации различных синтетических изображений более или менее исчезает. Поэтому не представляет интереса добавлять какое-либо поле в таком случае или по меньшей мере не слишком широкое поле. Эта ситуация может быть проиллюстрирована на фиг. 10А-В. На фиг. 10А первый набор 31 объектов изображения показан в ячейке 16. Определена охватывающая зона 35, содержащая область первого набора 31 объектов изображения, а также поле 34. Однако можно заметить, что поле 34 не включает в себя какие-либо части, по существу, вдоль границы ячейки 16, но только по углам первого набора 31 объектов изображения. Когда первый набор 31 объектов изображения и огибающая зона 35 являются условно объединенными со вторым набором объектов изображения, может быть достигнут результат, как показано на фиг. 10В. Второй набор объектов изображения здесь представляет собой набор, предназначенный для создания муарового изображения, и поэтому он не ограничен ячейкой 16. Поле создается между двумя наборами в ячейке 16, но не на границе ячейки.

Другими словами, первый набор объектов 31 изображения предоставляется в наборе первых ячеек 16, причем каждая упомянутая первая ячейка 16 связана с соответствующим фокусирующим элементом матрицы фокусирующих элементов. Поле 34 охватывает края объектов первых изображений, не совпадающих с границами первых ячеек.

Описанное выше комбинирование можно понимать как маскирование или обрезку второго набора объектов изображения. Эти принципы могут быть экстраполированы также на дополнительные наборы объектов изображения. Таким образом, первый набор объектов изображения и связанная с ним охватывающая зона могут маскировать или вырезать более одного другого набора объектов изображения.

В альтернативном представлении второй набор объектов изображения может рассматриваться как комбинированный набор объектов изображения, состоящий из двух или более наборов объектов изображения. Такой составной набор объектов изображения может сам содержать обрезку или маскирование с использованием охватывающих зон.

Другими словами, может быть получено несколько разных частичных изображений, которые предоставляются на разных высотах/глубинах и которые под определенными углами могут покрывать друг друга в разных отношениях. Поля могут затем использоваться на разных изображениях для улучшения видимости при таких взаимосвязях покрытий.

Указанные выше эффекты достигаются путем применения логики между различными "слоями" объектов изображения. Условное объединение наборов объектов изображения в объекты составного изображения также может выполняться другими способами. Фиг. 11А иллюстрирует ячейку 16 в самой левой части фигуры, которая содержит первый набор объектов 31 изображения в форме круглого диска. В ячейке 16 в середине фигуры второй набор объектов 32 изображения имеет форму квадрата. В правой части чертежа показаны объекты 37 составного изображения, которые являются результатами условного объединения первого набора объектов 31 изображения и второго набора объектов 32 изображения. В этом случае условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует либо первый набор объектов изображения, либо второй набор объектов изображения, но не оба. Другими словами, условное объединение является условием исключающее ИЛИ.

В результате, когда первое синтетическое изображение и второе синтетическое изображение перекрываются, оба изображения исчезают, оставляя "пустое" пространство. Такой оптический эффект напрямую не соответствует традиционному трехмерному реальному поведению, но все же дает информацию о существовании областей перекрытия, которые относительно легко понять и интерпретировать.

Другой пример такого условного объединения исключающее ИЛИ показан на фиг. 11В. Здесь первый набор объектов 31 изображения, принадлежащих муаровому изображению, комбинируется со вторым набором объектов 32 изображения, также принадлежащих муаровому изображению. В позициях, где полосы пересекаются, изображение отсутствует. Таким образом, пересечения легко обнаруживаются.

В еще одних формах осуществления может использоваться условное объединение исключающее ИЛИ между одним набором объектов изображения, связанным с муаровым изображением, и одним набором объектов изображения, связанным с интегральным синтетическим изображением.

Объекты составного изображения, связанные с различными наборами объектов изображения, могут быть включены во многие другие конфигурации. Один из подходов состоит в том, чтобы внешний вид первого набора объектов изображения зависел от некоторого существования второго набора объектов изображения в одной и той же позиции. Фиг. 12А иллюстрирует одну форму осуществления, где в самой левой части ячейка 16 содержит первый набор объектов 31 изображения в форме круглого диска. В ячейке 16 в середине фигуры второй набор объектов 32 изображения имеет форму квадрата. В правой части фигуры показаны составные объекты 38 изображения, которые сформированы в зависимости от первого набора объектов 31 изображения и второго набора объектов 32 изображения. Штриховая линия указывает положение второго набора объектов 32 изображения в качестве направляющей для настоящей иллюстрации. Объекты 38 составного изображения представляют собой условный вид первого набора объектов 31 изображения в зависимости от второго набора объектов 32 изображения. В этой форме осуществления первый набор объектов 31 изображения сохраняется только в позициях, где второй набор объектов 32 изображения не перекрывается. Объекты 38 составного изображения также можно рассматривать как условное объединение по меньшей мере первого набора объектов 31 изображения и второго набора объектов 31 изображения, где условное объединение состоит в том, что объекты 38 составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов 31 изображения, а второй набор объектов 32 изображения отсутствует.

Это вызывает поведение, подобное затмению. На фиг. 12В схематично показано, как устройство 1 формирования синтетического изображения может выглядеть с одного угла рассматривания. Первый набор объектов 31 изображения и второй набор объектов 32 изображения не перекрываются в этом направлении рассматривания, и видно составное синтетическое изображение 120 в виде полных круглых дисков. Фиг. 12С иллюстрирует то же устройство 1 формирования синтетического изображения, но теперь наклоненное под другим углом. Первый набор объектов 31 изображения и второй набор объектов 32 изображения теперь частично перекрываются в этом направлении рассматривания, и видно составное синтетическое изображение 120 в форме круглых дисков размером три четверти.

Второй набор объектов 32 изображения никогда не приводит к какому-либо непосредственно воспринимаемому синтетическому изображению 120. Однако, поскольку второй набор объектов 32 изображения используется в качестве условия для появления первого синтетического изображения, части формы предполагаемого синтетического изображения, связанные со вторым набором объектов 32 изображения, могут рассматриваться как границы появляющихся затмений.

На фиг. 13А схематично показано другое устройство 1 формирования синтетического изображения. В этом случае первый набор объектов 31 изображения связан с муаровым изображением квадратов. Второй набор объектов 32 изображения связан с интегральным синтетическим изображением автомобиля. Используя то же условное объединение, что и на фиг. 12А-С выше, достигается составное синтетическое изображение 120, как показано на фиг. 13А. Повторяющийся рисунок квадратов показан за исключением позиций, где было бы видно интегральное синтетическое изображение автомобиля. Несмотря на то, что интегральное синтетическое изображение, связанное со вторым набором объектов 32 изображения, никогда не изображается, зритель может в любом случае выяснить, как изображение выглядело бы, при наклоне устройство 1 формирования синтетического изображения в разных направлениях.

Фиг. 13В является схематической иллюстрацией другого устройства 1 формирования синтетического изображения. Здесь первый и второй наборы объектов изображения из фиг. 13А были обменены. Появление интегрального синтетического изображения автомобиля обусловлено отсутствием муарового изображения квадратов.

Другими словами, здесь один набор объектов изображения обеспечивает управление полем обзора для другого набора объектов изображения.

Также могут быть применены другие условные правила. Фиг. 14А иллюстрирует одну форму осуществления, где в самой левой части ячейка 16 содержит первый набор объектов 31 изображения в форме круглого диска. В ячейке 16 в середине фигуры второй набор объектов 32 изображения имеет форму треугольника. В правой части фигуры показаны объекты 39 составного изображения, которые сформированы в зависимости от первого набора объектов 31 изображения и второго набора объектов 32 изображения. Штриховая линия указывает положения первого и второго наборов объектов 31, 32 изображения в качестве направляющей для настоящей иллюстрации. Объекты 39 составного изображения представляют собой условный внешний вид первого набора объектов 31 изображения в зависимости от второго набора объектов 32 изображения. В этой форме осуществления первый набор объектов 31 изображения сохраняется только в позициях, где перекрывает второй набор объектов 32 изображения. Объекты 39 составного изображения также можно рассматривать как условное объединение по меньшей мере первого набора объектов 31 изображения и второго набора объектов 31 изображения, где условное объединение состоит в том, что объекты 39 составного изображения присутствуют только в точках, где существуют как первый набор объектов 31 изображения, так и второй набор объектов 32 изображения.

Это порождает поведение, подобное проявителю. На фиг. 14В схематично показано, как устройство 1 формирования синтетического изображения может выглядеть с одного угла рассматривания. Первый набор объектов 31 изображения и второй набор объектов 32 изображения перекрываются в этом направлении рассматривания в верхней части треугольника, и видно составное синтетическое изображение 130 в форме вершины треугольника. Фиг. 14С иллюстрирует то же устройство 1 формирования синтетического изображения, но теперь наклоненное под другим углом. Первый набор объектов 31 изображения и второй набор объектов 32 изображения теперь частично перекрываются с другими частями в этом направлении рассматривания, и видно составное синтетическое изображение 130 в форме треугольника, обрезанного по круговой границе.

Первый набор объектов 31 изображения никогда не приводит к какому-либо непосредственно воспринимаемому синтетическому изображению 120, если он не перекрывается со вторым набором объектов 32 изображения. Аналогично, второй набор объектов 32 изображения никогда не приводит к какому-либо непосредственно воспринимаемому синтетическому изображению 120, если он не перекрывается с первым набором объектов 31 изображения. Таким образом, один из наборов объектов изображения необходим для "проявления" другого набора объектов изображения.

Фиг. 15 - схематическая иллюстрация другого устройства 1 формирования синтетического изображения на основе того же первого набора объектов изображения и второго набора объектов изображения, что и на фиг. 13А-В. Однако здесь условное объединение, как на фиг. 14А-С выше, используется для получения составного синтетического изображения 130.

В одной форме осуществления устройство формирования синтетического изображения содержит слой изображения и матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты составного изображения. Объекты составного изображения матрицы слоя изображения являются условным появлением первого набора объектов изображения, зависящего от второго набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения создает первое синтетическое изображение с ненулевой высотой или глубиной, когда его помещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривают через матрицу фокусирующих элементов. Аналогичным образом, второй набор объектов изображения создает второе синтетическое изображение с ненулевой высотой или глубиной, когда его помещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривают через матрицу фокусирующих элементов.

В частной дополнительном форме осуществления объекты составного изображения матрицы слоя изображения являются условным объединением по меньшей мере первого набора объектов изображения и второго набора объектов изображения. Условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, а второй набор объектов изображения отсутствует, и/или объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существуют оба, первый набор объектов изображения и второй набор объектов изображения.

В частной дополнительной форме осуществления условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, но отсутствует второй набор объектов изображения.

В другой частной дополнительной форме осуществления условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существуют как первый набор объектов изображения, так и второй набор объектов изображения.

На фиг. 16 схематично показан пример устройства 1 формирования синтетического изображения, где условное объединение основано на том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существуют и первый набор объектов изображения, и второй набор объектов изображения. Второй набор объектов изображения создает три больших квадрата 131, которые по существу не имеют цвета или являются прозрачными. Первый набор объектов изображения создает матрицу 132 из "1". Условное объединение приводит к тому, что матрица 132 из "1" видна только при сосуществовании с квадратами 131. Оптический эффект устройства 1 формирования синтетического изображения состоит в том, что зритель воспринимает, что матрица 132 из "1" видна через "окно", созданное квадратами 131. Другими словами, здесь также один набор объектов изображения обеспечивает управление полем обзора для другого набора объектов изображения.

В альтернативной интерпретации устройства 1 формирования синтетического изображения по фиг. 16 условное объединение основано на том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, но отсутствует второй набор объектов изображения. Второй набор объектов изображения здесь приводит к синтетическому изображению, которое интерпретируется как покрывающая непрозрачная поверхность с квадратными отверстиями.

Различные формы осуществления и примеры применения логики между различными "слоями" объектов изображения могут комбинироваться в разных конфигурациях. Например, если три набора слоев изображения рассматриваются для объединения, логика первого типа может быть применена между двумя слоями, тогда как логика другого типа может быть применена относительно третьего слоя изображения. Специалистам в данной области понятно, что различные формы осуществления и примеры могут быть объединены в любых конфигурациях и количествах.

Как упомянуто выше, с использованием одного или нескольких интегральных синтетических изображений, могут быть достигнуты различные виды оптических эффектов, как эффектов, которые напоминают оптические эффекты реального трехмерного мира, так и эффектов, которые ведут себя "странным" образом.

В одной форме осуществления по меньшей мере одно из первого и второго синтетических изображений представляет собой трехмерное изображение. Это дает возможность комбинировать типичные эффекты трехмерного изображения с эффектами, вызванными параллаксом.

В муаровом изображении увеличение зависит от соотношения между периодичностью фокусирующих элементов и периодичностью объектов изображения. Небольшая разница приводит к большому увеличению. Таким образом, когда разность становится очень близкой к нулю, то есть когда отношение периодичностей становится очень близким к 1, увеличение приближается к бесконечности. В то же время это означает, что синтетическое изображение больше не воспринимается зрителем, поскольку каждый из фокусирующих элементов предоставляет одинаковую оптическую информацию. Однако такие типы синтетических изображений, типа муарового изображения или типа интегрального синтетического изображения, в любом случае могут быть полезны. При рассматривании или регистрации устройства формирования синтетического изображения с очень небольшого расстояния углы рассматривания немного различаются для разных фокусирующих элементов, и "бесконечное" увеличение отменяется. Это можно легко использовать, например, для защитной маркировки. Такие синтетические изображения также могут преимущественно использоваться в сочетании с вышеописанными аспектами объекта составного изображения.

В одной форме осуществления первый набор объектов изображения приводит к образованию первого синтетического изображения при рассматривании через упомянутую матрицу фокусирующих элементов с расстояния менее 15 см и/или второй набор объектов изображения приводит к образованию второго синтетического изображения при рассматривании через матрицу фокусирующих элементов с расстояния менее 15 см.

Другим вариантом исполнения является создание синтетического изображения с бесконечным увеличением в одном направлении, но конечным увеличением в перпендикулярном направлении. Такое синтетическое изображение также будет не воспринимаемо, когда оно представлено зрителю в плоской форме. Однако, при изгибе устройство формирования синтетического изображения вокруг оси, поперечной оси бесконечного увеличения, отношения между периодами фокусирующих элементов и периодами объектов изображения изменяются, вызывая конечное увеличение в обоих направлениях. Синтетическое изображение тогда становится воспринимаемым.

В одной форме осуществления первый набор объектов изображения создает первое синтетическое изображение при рассматривании через изогнутую матрицу фокусирующих элементов и/или второй набор объектов изображения создает второе синтетическое изображение при рассматривании через изогнутую матрицу фокусирующих элементов.

Этот эффект может быть достигнут с помощью муаровых изображений, где шаг повторяющихся объектов изображения изменяется. Тем не менее, интегральные синтетические изображения также могут быть разработаны, чтобы дать аналогичный эффект.

Комбинация наборов объектов изображения может быть усовершенствована путем использования дополнительных наборов объектов изображения, от которых зависят объекты составного изображения. Дополнительные наборы объектов изображения могут перекрываться с первым и/или вторым наборами объектов изображения, и все наборы объектов изображения могут затем участвовать в условном объединении по меньшей мере в некоторых областях слоя изображения. Дополнительные наборы объектов изображения могут быть в других вариантах предоставлены только как не перекрывающиеся с первым и/или вторым наборами объектов изображения, и условное объединение может тогда быть различным для разных областей частей слоя изображения.

В одной форме осуществления объекты составного изображения матрицы слоя изображения дополнительно зависят по меньшей мере от одного дополнительного набора объектов изображения. Этот дополнительный набор объектов изображения создает дополнительное синтетическое изображение, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов.

На фиг. 17А показано устройство 1 формирования синтетического изображения, основанное на нескольких наборах объектов изображения, создающих общее составное синтетическое изображение. Первое составное синтетическое частичное изображение 130А напоминает составное синтетическое изображение на фиг. 16. Тем не менее, полное составное синтетическое изображение 130 также представляет второе составное синтетическое частичное изображение 130В, здесь показанное как звездный рисунок, видимый через круглое "окно". В этом конкретном примере два набора объектов изображения взаимодействуют для формирования первого составного синтетического частичного изображения 130А, а два других набора объектов изображения взаимодействуют для формирования второго составного синтетического частичного изображения 130В.

На фиг. 17В показано другое устройство 1 формирования синтетического изображения, основанное на нескольких наборах объектов изображения, дающих общее составное синтетическое изображение. Два частичных изображения 130А и 130В здесь отображаются с одинаковой видимой глубиной и, кроме того, выровненными друг с другом. После изменения угла рассматривания "окна", определяющие различные области, будут перемещаться, и в результате происходит плавный переход со звезд на цифры "5" и наоборот. Рисунки, используемые для определения просматриваемых областей, имеют период, который больше, чем размер окон.

На фиг. 18 показана иллюстрация на уровне ячейки. В верхнем ряду первый набор объектов 31А изображения объединяется со вторым набором объектов 32А изображения для формирования частичных объектов 39А составного изображения. В нижнем ряду третий набор объектов 31В изображения комбинируется с четвертым набором объектов 32В изображения для формирования частичных объектов 39В составного изображения. Внизу частичные объекты 39А, 39В составного изображения объединяются в объекты 39 конечного составного изображения.

Любому специалисту в данной области техники понятно, что комбинации различных наборов из объектов изображения могут быть выполнены в почти неограниченном количестве вариантов. Становится возможным придать свойства динамическим поверхностям синтетических изображений.

Фиг. 19 иллюстрирует еще один сложный пример составного синтетического изображения 140 в форме трехмерного куба 149. На первой стороне 141 куба 149 представлено "окно", через которое видна матрица 142 более мелких трехмерных кубов. На второй стороне 143 куба 149 представлено еще одно "окно", через которое видна матрица 144 из "1". На третьей стороне 145 куба 149 представлено еще одно "окно", через которое видна матрица 146 из линий. При смещении угла рассматривания большой трехмерный куб 149 будет виден под разными углами, и стороны 141, 143, 145, следовательно, будут сдвигаться по положению и форме и даже могут полностью исчезнуть. Матрицы 142, 144, 146, видимые через разные стороны 141, 143, 145, также будут следовать за новым видом большого трехмерного куба 149 и адаптироваться к новому положению и форме соответствующей стороны 141, 143, 145.

При изготовлении устройств формирования синтетического изображения в соответствии с вышеописанными идеями, конкретная комбинация различных наборов объектов изображения предпочтительно выполняется до создания слоя изображения. Другими словами, вместо изменения физических наборов объектов изображения создаются численные представления наборов объектов изображения. В случае, когда охватывающая зона используется для создания объектов составного изображения, она также выражается численным представлением. Объединение в составной объект изображения затем выполняется на этих численных представлениях. Когда достигается численное представление объектов окончательного составного изображения, слой изображения создается в соответствии с этим численным представлением. Перенос численного представления в слой физического изображения выполняется в соответствии с хорошо известными принципами изготовления, например, с использованием различных видов печати или тиснения.

Фиг. 20 иллюстрирует блок-схему этапов осуществления способа для изготовления устройства формирования синтетического изображения. Способ начинают на этапе 200. На этапе 210 создают численное представление первого набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через их матрицу. На этапе 211 создают численное представление охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения. Охватывающая зона первого набора объектов изображения представляет собой зону, покрывающую первый набор объектов изображения, и дополнительно содержащую поле, не покрывающее первый набор объектов изображения. На этапе 220 создают численное представление второго набора объектов изображения. Второй набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через их матрицу. На этапе 230 численное представление первого набора объектов изображения, численное представление охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и численное представление второго набора объектов изображения объединяют в соответствии с предварительно определенным условием в численное представление объектов составного изображения. Условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, отсутствует. На этапе 240 слой изображения формируют в соответствии с численным представлением объектов составного изображения. На этапе 250 формируют матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения располагают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Процесс заканчивают на этапе 299.

Этапы 240 и 250 могут выполняться в любом порядке или по меньшей мере частично одновременно.

Фиг. 21 иллюстрирует блок-схему этапов примера способа для создания устройства формирования синтетического изображения. Способ начинают на этапе 200. На этапе 210 создают численное представление первого набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. На этапе 220 создают численное представление второго набора объектов изображения. Второй набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения с ненулевой высотой или глубиной, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. На этапе 231 численное представление первого набора объектов изображения и численное представление второго набора объектов изображения объединяют в численное представление объектов составного изображения. Объекты составного изображения матрицы слоев изображения представляют собой условный вид первого набора объектов изображения, зависящий от второго набора объектов изображения. На этапе 240 слой изображения формируют в соответствии с численным представлением объектов составного изображения. На этапе 250 формируют матрицу фокусирующих элементов. Слой изображения располагают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Процесс заканчивают на этапе 299.

Этапы 240 и 250 могут выполняться в любом порядке или по меньшей мере частично одновременно.

В формах осуществления способов изготовления устройства для формирования синтетического изображения в настоящем изобретении создают численные представления наборов объектов изображения. Это, как таковое, хорошо известно из уровня техники и будет просто кратко описано здесь ниже.

В первом методе численных представлений численные представления объектов изображения являются векторными представлениями областей. Объекты описываются многоугольниками, которые можно плавно отобразить при любом желаемом размере экрана. Однако сглаженность многоугольников обычно регулируется для соответствия разрешению этапа 240, чтобы избежать слишком большого объема данных. Этот вид представлений областей хорошо известен, например, в области механического конструирования или проектирования интегральных схем.

В другом методе численных представлений численные представления объектов изображения основаны на пикселях. Тогда общая область делится на несколько пикселей. Каждый пиксель затем определяется как принадлежащий объекту изображения или принадлежащий окружению. Различные логические операции при таком подходе выполняются по существу попиксельно.

Также могут использоваться другие виды численных представлений.

В частной форме осуществления изобретения объединение 231 состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, но второй набор объектов изображения отсутствует, и/или объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существуют как первый набор объектов изображения, так и второй набор объектов изображения.

В приведенных выше примерах и формах осуществления ячейки, используемые для интегральных синтетических изображений, были проиллюстрированы как обычные шестиугольные ячейки. Фиг. 22А иллюстрирует такую ситуацию, когда шестиугольная ячейка 16 связана с каждым фокусирующим элементом 22. Максимальная площадь ячейки 16 равна общей площади, поделенной на количество фокусирующих элементов 22. Если фокусирующие элементы 22 имеют круглую границу, как на иллюстрации, ячейка 16 может быть немного больше, чем фактическая базовая площадь фокусирующего элемента 22.

Ячейки также могут быть меньше максимально допустимого размера, например, для того, чтобы сделать перевороты изображения менее выраженными, как описано выше. Однако плотность ячеек 16 равна плотности фокусирующих элементов 22. Другими словами, каждая ячейка 16 может быть связана с уникальным фокусирующим элементом 22.

Однако другие конфигурации ячеек также возможны и, в зависимости от применения, могут даже быть предпочтительными. Фиг. 22В иллюстрирует один пример, где прямоугольные ячейки 16 используются вместе с гексагонально распределенными фокусирующими элементами 22. Тем не менее, каждая ячейка 16 связана с фокусирующим элементом 22. Распределение ячеек 16 по-прежнему выполнено в виде правильной гексагональной структуры, даже если сами ячейки 16 имеют форму прямоугольников. В этом примере площадь ячеек 16 равна максимальной площади, и поэтому ячейки 16 занимают всю поверхность слоя изображения.

Эта форма ячеек 16 может быть предпочтительной в различных применениях. В проиллюстрированном случае ячейки 16 содержат объекты 12 изображения, создающие фразу "PHRASE" в каждой ячейке 16. Длина фразы больше, чем диаметр фокусирующего элемента, и чтобы не вызывать какого-либо переворота интегрального синтетического изображения, когда зритель пытается прочитать всю фразу, размеру ячейки 16 в направлении фразы разрешается быть больше диаметра фокусирующего элемента 22. Вместо этого ячейка 16 выполнена более узкой в перпендикулярном направлении. Это означает, что устройство 1 формирования синтетического изображения может быть наклонено на больший угол в горизонтальном направлении, как показано, чем в вертикальном направлении, не вызывая какого-либо переворачивания интегрального синтетического изображения. Если интегральное синтетическое изображение, как в этом случае, представляет собой текст, переворачивание в горизонтальном направлении, то есть направлении чтения, обычно является более неприятным, чем переворот в вертикальном направлении. Выбор геометрии и размера ячейки 16 решает такие проблемы.

Другое использование расширения ряда ячеек может быть связано с линзами с высокими диафрагменными числами F. В таких применениях угол, необходимый для достижения границы шестиугольной ячейки, тогда является относительно малым, и поэтому при наклоне таких устройств происходят более часто перевороты между интегральными синтетическими изображениями. Тем не менее, эти эффекты могут быть смягчены в одном направлении, взамен удлинения ячейки в этом направлении. Недостатком является, однако, то, что диапазон углов до переворота в поперечном направлении уменьшается.

Другие примеры формы ячеек схематически показаны на фиг. 23A-D. На фиг. 23А используется форма ромбической ячейки, которая также дает немного больший угол наклона по горизонтали, прежде чем произойдет переворот изображения. Форма ячейки также может содержать нелинейные границы, такие как, например, на фиг. 23В. Здесь допускается несколько больший горизонтальный наклон перед переворотом, если горизонтальный наклон умеренный. При введении пространства между ячейками, как на фиг. 23С, интегральное синтетическое изображение сначала исчезнет под одним углом наклона и только при дальнейшем наклоне появится "перевернутое" интегральное синтетическое изображение. Такое поведение иногда воспринимается как менее неприятное, чем прямой переворот. Фиг. 23D иллюстрирует сложную форму ячейки, которая может быть полезна, если необходимо получить плотные шестиугольные интегральные синтетические изображения. Это будет дополнительно обсуждено ниже.

В реальных устройствах формирования синтетического изображения фокусирующие элементы обычно имеют различные виды оптических аберраций. Это означает, что достигаемая фокусировка не является абсолютно идеальной. Кроме того, некоторое количество света, выходящего из областей, слегка выходящих за пределы предполагаемой области, для определенного направления рассматривания, тем самым преломляется фокусирующими элементами в этом направлении рассматривания. Результатом является рассеянное затенение в цвете видимого объекта. Форма этого затенения зависит как от формы объекта, предназначенного для отображения, так и от формы ячейки, и в принципе является своего рода сверткой форм.

В некоторых случаях появление такой тени может вызывать беспокойство. Это может быть еще более подчеркнуто, если тень имеет различные геометрические элементы, например, вызванные ячейкой, имеющей такие четкие геометрические элементы. В таких случаях целесообразно выбрать ячейку, которая имеет относительно нейтральную форму. Круглые ячейки 16, такие как показанные на фиг. 23Е, или правильные многоугольники со многими углами, могут быть более подходящими по сравнению, например, с прямоугольными ячейками.

Эффект затенения зависит также от увеличения устройства формирования синтетического изображения. Фиг. 23F очень схематично иллюстрирует синтетическое изображение 100, представляющее пятиугольный объект 101, где в устройстве формирования синтетического изображения используется небольшое увеличение. Может появиться рассеянная тень 102, имеющая геометрическое сходство с объектом 101. Форма ячейки, которая здесь является шестиугольной, играет второстепенную роль в форме тени. На фиг. 23G аналогичная иллюстрация показывает синтетическое изображение 100, представляющее пятиугольный объект 101, но там, где в устройстве формирования синтетического изображения используется высокое увеличение. В этом случае тень 102 более четкая, и шестиугольная форма ячейки здесь дает более четкое ограничение тени.

Для применений, где затенение нежелательно, предпочтительны нейтральные формы ячеек, а также более низкие коэффициенты увеличения.

Однако такие эффекты затенения могут использоваться также специально. На фиг. 23Н показано устройство 1 формирования синтетического изображения, имеющее ячейки 16 в форме животного. Как показано на фиг. 23I, с использованием большого увеличения и относительно нейтрального основного объекта 101 форма животного может быть неотчетливо распознана в затенении 102 в синтетическом изображении 100.

В одной форме осуществления устройство формирования синтетического изображения содержит матрицу фокусирующих элементов и слой изображения. Матрица фокусирующих элементов представляет собой двумерную периодическую матрицу, имеющую геометрическую симметрию. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения имеет наборы объектов изображения, размещенных в ячейках матрицы ячеек, причем каждая ячейка связана с соответствующим одним из фокусирующих элементов. Набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения, когда оно размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Каждая из ячеек имеет форму с геометрической симметрией, которая отличается от геометрической симметрии двумерной периодической матрицы.

В частной форме осуществления изобретения площадь ячеек меньше, чем площадь матрицы фокусирующих элементов, деленная на количество фокусирующих элементов матрицы.

В частной форме осуществления изобретения матрица фокусирующих элементов имеет гексагональную геометрическую симметрию.

На фиг. 24 показана блок-схема этапов формы осуществления способа изготовления устройства для формирования синтетического изображения. Способ начинается на этапе 200. На этапе 260 матрицу фокусирующих элементов создают как двумерную периодическую матрицу, имеющую геометрическую симметрию. На этапе 262 создают слой изображения с наборами объектов изображения, размещенными в ячейках матрицы ячеек, причем каждая ячейка связана с соответствующим одним из фокусирующих элементов. Каждая из ячеек имеет форму с геометрической симметрией, которая отличается от геометрической симметрии двумерной периодической матрицы. Набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. На этапе 264 слой изображения располагают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Процедуру заканчивают на этапе 299.

Несмотря на характер процесса выполнения на фиг. 24, этапы 260 и 262 могут выполняться одновременно, или по меньшей мере частично одновременно, и/или как общий процесс. Кроме того, этап 264 может выполняться по меньшей мере частично одновременно и/или как общий процесс с этапами 260 и/или 262.

Во многих применениях требуются повторяющиеся рисунки. Муаровые изображения всегда являются такими, но также могут быть разработаны интегральные синтетические изображения, чтобы создавать повторяющийся рисунок. Наиболее распространенным типом матрицы фокусирующих элементов является регулярная шестиугольная матрица. Это означает, что полученное синтетическое изображение в большинстве случаев также представляет собой регулярное повторение шестиугольного рисунка.

При разработке устройств с интегральным изображением размер рисунка, увеличение, кажущаяся глубина/высота и т.д. могут быть выбраны в соответствии с тем, что наиболее подходит для каждого применения. В некоторых применениях, основанных на повторяющихся рисунках, может быть даже интересно предоставить более одного элемента, связанного с каждым фокусирующим элементом. Это может, например, полезно, если одновременно запрашиваются небольшой кажущийся размер изображения и большая кажущаяся глубина.

На фиг. 25А-С показаны некоторые примеры того, как симметрия матрицы изображения и количество элементов в каждой ячейке могут быть изменены, чтобы увеличить возможности выбора подходящего дизайна изображения.

На фиг. 25А схематически показано устройство 1 формирования синтетического изображения, где три идентичных объекта 12А-С частичного изображения, вместе составляющих набор объектов 12 изображения, предусмотрены в области каждого фокусирующего элемента 22. Связь между проецируемыми изображениями различных фокусирующих элементов здесь происходит между одним из объектов 12А-С части изображения и соответствующим объектом части изображения в соседних ячейках. Симметрия как матрицы 10 фокусирующих элементов, так и формируемого синтетического изображения имеет гексагональную симметрию. Однако основные оси повернуты на 90° относительно друг друга.

Можно отметить, что если объекты 12А-С частичного изображения идеально выровнены друг с другом по всему устройству, может быть трудно достичь некоторого ощущения глубины. Это может зависеть от того, что глаз путается конкурирующими частями изображения и, следовательно, не может правильно получить кажущуюся глубину. Однако такие артефакты могут быть легко исправлены путем преднамеренного смещения объектов 12А-С части изображения на очень малое расстояние, обычно менее 1% от диаметра ячейки. Глазу теперь будут помогать в правильной корреляции, в то время как части синтетического изображения смещаются на такое небольшое расстояние, что смещение не воспринимается.

На фиг. 25В схематически показано устройство 1 формирования синтетического изображения, где в основном один объект на ячейку 16 составляет набор объектов 12 изображения. Однако здесь ячейки 16 имеют ромбическую форму. Приспосабливая объекты 12 изображения в ячейках таким образом, чтобы увеличение в горизонтальном направлении, как показано, делалось кратным увеличению в вертикальном направлении, получающееся в результате интегральное синтетическое изображение будет представлять повторяющиеся рисунки, имеющие квадратную симметрию, с главными осями повернутыми на 45°. Таким образом, можно получить синтетическое изображение, имеющее другую симметрию по сравнению с симметрией матрицы фокусирующих элементов.

На фиг. 25С оба эти аспекта объединены. Здесь четыре объекта 12A-D частичного изображения расположены в каждой ячейке 16. Объекты изображения дополнительно адаптированы для обеспечения различного увеличения в разных направлениях. Если увеличение в горизонтальном направлении становится кратным

увеличению в вертикальном направлении, полученное таким образом интегральное синтетическое изображение становится квадратным регулярным рисунком с главной осью в горизонтальном и вертикальном направлениях, соответственно.

В применениях, где различные увеличения используются в разных направлениях, значки можно растягивать или сжимать в одном направлении, чтобы получить правильную форму значка при применении различного увеличения по горизонтали и вертикали.

Другие варианты исполнения также возможны. Табл. 1 обобщает некоторые различные комбинации нескольких объектов на ячейку с разным горизонтальным и вертикальным увеличением для достижения разных упаковок. Коэффициент увеличения дается как увеличение в направлении, параллельном направлению с плотной упаковкой матрицы шестиугольных фокусирующих элементов, деленное на увеличение в направлении, перпендикулярном направлению с плотной упаковкой матрицы шестиугольных фокусирующих элементов.

Разумеется, аналогичные возможности комбинирования нескольких объектов и геометрий упаковки возможны с другими геометрическими симметриями матрицы фокусирующих элементов, например, с квадратной симметрией или с прямоугольной симметрией.

В одной форме осуществления устройство формирования синтетического изображения содержит матрицу фокусирующих элементов и слой изображения. Матрица фокусирующих элементов представляет собой двумерную периодическую матрицу, имеющую геометрическую симметрию. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения имеет наборы объектов изображения, размещенных в ячейках матрицы ячеек, причем каждая ячейка связана с соответствующим одним из фокусирующих элементов. Набор объектов изображения расположен для создания по меньшей мере первого синтетического изображения, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. Объекты изображения расположены так, чтобы представлять различные увеличения в двух перпендикулярных направлениях в плоскости устройства формирования синтетического изображения.

В частной форме осуществления изобретения каждая из ячеек имеет форму с геометрической симметрией, которая отличается от геометрической симметрии двумерной периодической матрицы.

В частной форме осуществления изобретения объекты изображения каждой ячейки содержат по меньшей мере две смещенные копии набора объектов изображения.

В частной форме осуществления изобретения матрица фокусирующих элементов имеет гексагональную геометрическую симметрию.

Фиг. 26 иллюстрирует блок-схему этапов формы осуществления способа изготовления устройства формирования синтетического изображения. Способ начинают на этапе 200. На этапе 260 матрицу фокусирующих элементов создают как двумерную периодическую матрицу, имеющую геометрическую симметрию. На этапе 263 создают слой изображения с наборами объектов изображения, размещенными в ячейках матрицы ячеек, причем каждая ячейка связана с соответствующим одним из фокусирующих элементов. Объекты изображения скомпонованы так, чтобы представлять различные увеличения в двух перпендикулярных направлениях в плоскости устройства формирования синтетического изображения. Набор объектов изображения расположены для создания по меньшей мере первого синтетического изображения, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов. На этапе 264 слой изображения размещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Процедуру заканчивают на этапе 299.

Несмотря на характер последовательности операций на фиг. 26, этапы 260 и 263 могут выполняться в любом порядке или по меньшей мере частично одновременно и/или как общий процесс. Кроме того, этап 264 может выполняться по меньшей мере частично одновременно и/или как общий процесс с этапами 260 и/или 263.

На фиг. 27 показано устройство 1 формирования синтетического изображения, комбинирующее другие оптические эффекты. В этих ячейках 16 предоставляется набор объектов 12 изображения, дающих нормальное синтетическое изображение. Кроме того, ячейки 16 имеют области 40, которые окрашены частично прозрачным цветом. Области 40 имеют тот же период, что и матрица фокусирующих элементов. Таким образом, области не дают какого-либо воспринимаемого изображения, а вместо этого изменяют цвет фона, когда области фокусировки фокусирующих элементов в определенных направлениях рассмотрения переместятся в цветные области 40.

В одной форме осуществления изобретения устройство формирования синтетического изображения содержит матрицу фокусирующих элементов и слой изображения. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты составного изображения. Объекты составного изображения матрицы слоя изображения являются условным видом первого набора объектов изображения, зависящего от второго набора объектов изображения. Первый набор объектов изображения создает первое синтетическое изображение с ненулевой высотой или глубиной, когда его помещают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривают через матрицу фокусирующих элементов. Второй набор объектов изображения расположен с той же периодичностью, что и фокусирующие элементы матрицы фокусирующих элементов.

Различные конфигурации ячеек и объектов изображения, представленные выше, могут применяться как таковые в устройствах формирования синтетического изображения. Однако различные конфигурации также могут быть с успехом объединены, например, с применением логики между различными "слоями" объектов изображения. Таким образом, различные аспекты могут комбинироваться в зависимости от характера синтетического изображения, которое предназначено для представления.

Как упомянуто выше, рассматривание устройства формирования синтетического изображения на близком расстоянии может изменять воспринимаемое изображение. Также возможно достичь связанного эффекта, вместо этого предоставив источник света, расположенный на очень коротком расстоянии от устройства формирования синтетического изображения. Фиг. 28 схематически иллюстрирует такую ситуацию. Матрица 20 фокусирующих элементов устройства 1 формирования синтетического изображения содержит фокусирующие элементы 22, в данном случае сферические линзы 24, расположенные с периодичностью

и радиусом г. В этом устройстве 1 формирования синтетического изображения набор объектов 12 изображения располагается на слое 10 изображения с периодичностью Ро. Для простоты иллюстрации объекты 12 изображения в этом случае расположены прямо под каждым фокусирующим элементом 22. Устройство формирования синтетического изображения 1 имеет толщину t. В этом устройстве 1 формирования синтетического изображения периодичность Ро и периодичность

равны. Это означает, что синтетическое изображение, полученное этим устройством 1 формирования синтетического изображения, имеет бесконечное увеличение, и поэтому зритель будет ощущать только диффузную поверхность устройства.

Точечный источник 50 света или, по меньшей мере, источник света, излучающий по существу расходящиеся лучи, затем размещают на расстоянии d от устройства 1 формирования синтетического изображения. Обратите внимание, что некоторые размеры на рисунке чрезвычайно преувеличены, чтобы лучше визуализировать оптические эффекты. Свет, падающий под прямым углом на устройство 1 формирования синтетического изображения, как показано в середине фигуры, преломляется в одно пятно фокусировки, расположенное на объекте 12 изображения. Следовательно, это пятно на объекте 12 изображения становится интенсивно освещенным. Свет, излучаемый этим пятном, будет излучаться во всех направлениях. Основная часть этого повторно излучаемого света достигнет линз 24 у линзы прямо над излучающим пятном. Часть этого света будет рассеиваться, и поверхность 52 линзы будет ощущаться как имеющая тот же цвет, что и объект 12 изображения.

При рассматривании линз 24, которые не расположены непосредственно под точечным источником 50 света, угол падения α отличается. Это означает, что пятно, на которое сфокусирован свет, будет смещено немного в сторону. Это видно по линзам по бокам фигуры. Пятно фокусировки здесь расположено вне объекта 12 изображения, и свет не будет или по меньшей мере намного меньше будет излучаться повторно. Следовательно, поверхность связанной линзы не воспринимается как окрашенная.

Общий эффект будет заключаться в том, что зритель увидит синтетическое изображение. Это синтетическое изображение в основном соответствует синтетическому изображению, созданному слоем изображения, имеющим периодичность Ро объекта изображения, но с матрицей линз с большей эффективной периодичностью

. Из простых геометрических соображений можно сделать вывод, что эффективная периодичность линзы становится равной:

Из этого можно сделать вывод, что эффект будет заметен только тогда, когда расстояние между источником света и устройством формирования синтетического изображения не слишком велико по сравнению с радиусом линзы и толщиной устройства.

Для типичных размеров радиусов линз в распространенных типах устройств формирования синтетического изображения расстояние между источником света, излучающим расходящиеся лучи, и поверхностью устройств формирования синтетического изображения предпочтительно составляет менее 10 см, более предпочтительно менее 5 см и наиболее предпочтительно менее 3 см.

В качестве неисключительного примера для иллюстрации порядка величин изменений в эффективных периодах линзы предположим, что устройство формирования синтетического изображения толщиной 70 мкм имеет радиус линзы 45 мкм. Размещение точечного источника света на расстоянии 5 см от поверхности даст эффективный период линзы, который на 0,05% больше, чем физический. Если период объекта изображения и физический период линзы одинаковы, такое изменение эффективного периода объектива приведет к увеличенному изображению с увеличением 2000. Таким образом, объект изображения реального размера 10 мкм будет выглядеть как синтетическое изображение размером 20 мм. Однако впечатление, что изображение предоставляется на определенной глубине, отсутствует.

Следует отметить, что часть повторно излучаемого света от объектов 12 изображения, которые попадают в точки фокусировки, также распространяется на соседние линзы; это означает, что линзы, покрывающие точки фокусировки, которые в любом случае не излучают свет, могут быть слегка освещены соседями. Однако этот эффект быстро уменьшается с увеличением угла. Общий результат заключается в том, что ощущаемое синтетическое изображение будет слегка размытым.

В приведенных выше примерах обсуждалось устройство формирования синтетического изображения на основе линз. Однако соответствующее поведение также присутствует, например, в устройство формирования синтетического изображения на основе вогнутых зеркал.

Облучение, описанное выше, выполняется с передней стороны устройства формирования синтетического изображения, то есть со стороны, где предполагается, что должно быть видно синтетическое изображение.

На фиг. 29 показана схема, которая схематически иллюстрирует увеличение 150 в зависимости от эффективной периодичности линз

. В описанном выше случае истинная периодичность линз

была выбрана равной периодичности Ро объектов изображения. Это привело к тому, что бесконечное увеличение без облучения точечным источником света было изменено на конечное увеличение, когда точечный источник света был приближен к устройству.

Однако, выбирая другие отношения между

и Ро, можно добиться других эффектов. Если

немного больше, чем Ро, получится синтетическое изображение с большим увеличением. При облучении устройства формирования синтетического изображения точечным источником света с короткого расстояния дополнительное синтетическое изображение, совпадающее с исходным, будет отображаться без глубины и с меньшим увеличением. Вместо этого, если

немного меньше Ро, получится синтетическое изображение с большим увеличением, но с видимой высотой над поверхностью устройства. При облучении устройства для формирования синтетического изображения точечным источником света с короткого расстояния дополнительное синтетическое изображение, совпадающее с исходным, когда расстояние будет достаточно коротким, появится без глубины и с зеркальным увеличением.

Этот эффект может быть использован как знак аутентификации или предупредительная маркировка. Одна форма осуществления способа аутентификации устройства с искусственным изображением и, следовательно, элемента, к которому может быть прикреплено устройство с искусственным изображением, может быть описана следующим образом. Устройство формирования синтетического изображения содержит матрицу фокусирующих элементов и слой изображения. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты изображения. Способ включает освещение устройства формирования синтетического изображения источником света, излучающим расходящиеся лучи, например, точечным источником света. Освещение производится с небольшого расстояния. Короткое расстояние предпочтительно составляет менее 10 см, более предпочтительно менее 5 см и наиболее предпочтительно менее 3 см. Во время этого освещения любой вид синтетического изображения, не присутствующего без освещения, рассматривается как признак подлинности.

В еще одном форме осуществления изобретения объекты изображения расположены так, чтобы не давать какого-либо воспринимаемого синтетического изображения, когда они не освещаются точечным источником света. Таким образом, объекты изображения располагаются так, чтобы давать кажущееся бесконечное увеличение.

В другой дополнительной форме осуществления объекты изображения расположены так, чтобы давать воспринимаемое синтетическое изображение также тогда, когда оно не освещается точечным источником света. Когда точечный источник света освещает устройство формирования синтетического изображения, появляется другая копия этого синтетического изображения.

Фиг. 30 иллюстрирует блок-схему этапов формы осуществления способа для аутентификации устройства формирования синтетического изображения. Способ начинают на этапе 200. На этапе 270 устройство формирования синтетического изображения освещают источником света, излучающим расходящиеся лучи.

Устройство формирования синтетического изображения содержит матрицу фокусирующих элементов и слой изображения. Слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы. Слой изображения содержит объекты изображения. Освещение производится с небольшого расстояния. Короткое расстояние предпочтительно составляет менее 10 см. На этапе 272, происходящем во время освещения этапа 270, любое появление синтетического изображения, отсутствующего без освещения, наблюдается как признак аутентичности. Процедуру заканчивают на этапе 299.

Примеры фиг. 22-30 можно использовать в применениях с одним синтетическим изображением. Однако эти конфигурации также могут использоваться в качестве по меньшей мере одного из первого и второго синтетических изображений, как упомянуто в связи с фиг. 9-21.

Описанные выше формы осуществления следует понимать как несколько иллюстративных примеров настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные модификации, комбинации и изменения могут быть сделаны в формах осуществления без отклонения от объема настоящего изобретения. В частности, различные решения для деталей в разных вариантах осуществления могут быть объединены в других конфигурациях, где это технически возможно. Однако объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

Claims (33)

1. Устройство для формирования синтетического изображения, содержащее слой изображения; и

матрицу фокусирующих элементов;

причем слой изображения расположен вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы фокусирующих элементов;

при этом объекты составного изображения слоя изображения являются условным объединением по меньшей мере первого набора объектов изображения, охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и второго набора объектов изображения;

первый набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения на ненулевой высоте или глубине, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов, и второй набор объектов изображения выполнен с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения на ненулевой высоте или глубине, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов;

охватывающая зона первого набора объектов изображения является зоной, которая покрывает первый набор объектов изображения и дополнительно содержит область полей, не покрывающую первый набор объектов изображения;

условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающая зона, связанная с указанным первым набором объектов изображения, отсутствует.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что охватывающая зона имеет основную форму, которая конгруэнтна огибающей объектов изображения первого набора объектов изображения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из первого и второго синтетических изображений является интегральным синтетическим изображением.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что первое синтетическое изображение является интегральным синтетическим изображением.

5. Устройство по какому-либо из пп. 1-4, отличающееся тем, что

по меньшей мере одно из первого и второго синтетических изображений является трехмерным изображением.

6. Устройство по какому-либо из пп. 1-4, отличающееся тем, что

первый набор объектов изображения выполнен в наборе первых ячеек, причем каждая первая ячейка связана с соответствующим фокусирующим элементом матрицы фокусирующих элементов; и

упомянутая область полей охватывает края первого набора объектов изображения, не совпадающих с границами первых ячеек.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что средняя ширина объектов упомянутой области полей находится в диапазоне от 0,1 до 10% диаметра фокусирующих элементов.

8. Устройство по какому-либо из пп. 1-4, отличающееся тем, что

по меньшей мере один из первого набора объектов изображения создает первое синтетическое изображение при рассматривании через матрицу фокусирующих элементов с расстояния менее 15 см, и второй набор объектов изображения создает второе синтетическое изображение при рассматривании через матрицу фокусирующих элементов с расстояния менее 15 см.

9. Устройство по какому-либо из пп. 1-4, отличающееся тем, что

по меньшей мере один из первого набора объектов изображения создает первое синтетическое изображение при рассматривании через изогнутую матрицу фокусирующих элементов, и второй набор объектов изображения создает второе синтетическое изображение при рассматривании через изогнутую матрицу фокусирующих элементов.

10. Устройство по какому-либо из пп. 1-4, отличающееся тем, что

объекты составного изображения в слое изображения дополнительно зависят по меньшей мере от одного дополнительного набора объектов изображения;

причем дополнительный набор объектов изображения создает дополнительное синтетическое изображение, когда он размещается вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривается через матрицу фокусирующих элементов.

11. Способ изготовления устройства для формирования синтетического изображения, включающий в себя этапы, на которых:

создают численное представление первого набора объектов изображения, выполненного с возможностью создания по меньшей мере первого синтетического изображения на ненулевой высоте или глубине при размещении вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривании через матрицу фокусирующих элементов;

создают численное представление охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения;

создают численное представление второго набора объектов изображения, выполненного с возможностью создания по меньшей мере второго синтетического изображения на ненулевой высоте или глубине при размещении вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов и рассматривании через матрицу фокусирующих элементов;

причем охватывающая зона первого набора объектов изображения является зоной, которая покрывает первый набор объектов изображения и дополнительно содержит область полей, не покрывающую первый набор объектов изображения;

объединяют численное представление первого набора объектов изображения, численное представление охватывающей зоны, связанной с первым набором объектов изображения, и численное представление второго набора объектов изображения в соответствии с заранее заданным условием в численное представление объектов составного изображения;

причем условное объединение состоит в том, что объекты составного изображения присутствуют только в точках, где существует первый набор объектов изображения, или в точках, где существует второй набор объектов изображения, но охватывающая зона, связанная с первым набором объектов изображения, отсутствует;

формируют слой изображения в соответствии с численным представлением объектов составного изображения; и

формируют матрицу фокусирующих элементов;

причем слой изображения располагают вблизи фокусного расстояния фокусирующих элементов матрицы.

Images