МОДУЛЬ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ РАСПОЛОЖЕННЫХ В ВИДЕ ДВУМЕРНОЙ СЕТКИ МИКРООПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И РАСПОЛОЖЕННЫХ В ВИДЕ СЕТКИ МИКРОИЗОБРАЖЕНИЙ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДУЛЯ И ЗАЩИЩЕННЫЙ ДОКУМЕНТ С ТАКИМ МОДУЛЕМ Российский патент 2023 года по МПК G02B30/27 B42D25/328 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к модулю, состоящему из расположенных в виде двумерной сетки микрооптических устройств, таких как микролинзы, и расположенных в виде сетки микроизображений, количество микроизображений, самое большее, равно количеству микрооптических устройств. Изобретение относится также к способу изготовления такого модуля и к защищенному документу, содержащему такой модуль.

Технологические предпосылки к созданию изобретения

Изобретение, раскрытое в данном документе, фокусируется на движении объектов, наблюдаемых через мульти-стереоскопическую видеосистему.

Мульти-стереоскопия была изобретена Г. Липпманом (G. Lippman) в 1908 г. и развита фотографом Мр. Боннет (Mr. Bonnet). Под каждой микролинзой, в ее фокальной плоскости, располагается пара элементов изображения. Каждый элемент изображения составляет один элемент (часть) изображения. Вследствие присущей линзам функции избирательности по углу каждое из изображений является видимым с направления, отличающегося от направления взгляда на другое изображение. Параллаксное перемещение наблюдателя позволяет последовательно просматривать эти разные изображения.

Поэтому мульти-стереоскопические устройства способны создавать впечатление движения объектов. Кроме того, в указанных устройствах может быть использована бинокулярность для воспроизведения рельефной картины с использованием вариаций бинокулярных несовмещений. Многочисленные мульти-стереоскопические устройства описаны, в частности, в следующих патентных документах: EP 3042238, EP2399159, US6483644 и EP2841284.

Дополнительные известные устройства рассмотрены в патенте US6046848.

Описываемое здесь устройство отображения изображений интегрировано в микролинзовую систему. Это может быть «пластина со ступенчатыми линзами» или «пластина с фасеточными линзами типа «мушиный глаз».

В предположении, что указанная сетка представляет собой линзовую матрицу, а линзовые структуры вытянуты в горизонтальном направлении, изображения формируются в некоторой плоскости и эти изображения могут перемещаться. Однако, когда указанная сетка представляет собой линзовую матрицу с вертикальной ориентацией линзовых структур, изображения могут выглядеть рельефно, но при этом быть неподвижными. Возможность комбинирования движения и рельефа (например, с использованием двумерной сетки типа «пластины с фасеточными линзами») вообще не упоминается.

Можно также сослаться на документ DE 10 2016 109193, который предлагает банкноты с микрооптическими защитными элементами.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование устройств, описываемых в упомянутых выше документах, и, более конкретно, предложить устройство, с использованием которого можно получить даже более сложные визуальные эффекты и, в частности, впечатление трехмерного перемещения.

Такой подход позволяет не только привлечь интерес пользователя/покупателя, но также сделать несанкционированное воспроизведение особенно затруднительным.

Раскрытие сущности изобретения

Поэтому первый аспект настоящего изобретения относится к модулю, состоящему из:

микрооптических устройств, таких как микролинзы, расположенных в виде двумерной сетки, и

микроизображений, расположенных в виде сетки, имеющей число микроизображений, самое большее, равное числу микрооптических устройств,

каждое микроизображение подразделено на N элементов изображения, расположенных c возможностью воспроизведения, для наблюдателя и через указанную двумерную сетку микрооптических устройств, N изображений, видимых из N разных точек наблюдения, т.е. под N углами воспроизведения, соответствующими разным позициям указанного наблюдателя, при этом каждое из указанных N изображений соответствует одной базовой или регистрационной точке наблюдения одной и той же рельефной картины, составленной по меньшей мере из двух подвижных объектов,

отличающийся тем, что в указанных N изображениях указанные составляющие элементы изображения одного и того же объекта распределены в указанной сетке микроизображений так, чтобы они проявлялись через разные микрооптические устройства в зависимости от угла воспроизведения, описывая траекторию проекции указанного объекта на плоскости двумерной сетки микрооптических устройств относительно указанной базовой точки наблюдения,

так чтобы при параллаксном перемещении наблюдателя, т.е. при изменения угла воспроизведения, в монокулярном зрении, первый объект из указанных двух подвижных объектов проявлялся в плоскости двумерной сетки микрооптических устройств, а в бинокулярном зрении - в объеме, двигаясь в обоих случаях немонотонным образом, т.е. с непостоянной скоростью, даже если параллаксное перемещение имеет постоянную угловую скорость,

и при этом, при параллаксном перемещении указанного наблюдателя, траектория проекции второго подвижного объекта в плоскости двумерной сетки микрооптических устройств, относительно базовой точки наблюдения, имеет ненулевую скорость, неидентичную скорости, ассоциированной с траекторией проекции первого объекта, причем относительное перемещение в объеме между этими двумя объектами является немонотонным, т.е. скорости указанных двух объектов в объеме являются неидентичными.

Согласно другим неограничивающим характеристикам предлагаемого модуля:

- указанные микрооптические устройства выбирают среди рефракционных линз и линз Френеля;

- указанная двумерная сетка микрооптических устройств имеет ортогональную или гексагональную конфигурацию;

- первое направление, которое называется вертикальным направлением и которое простирается в плоскости, где расположена указанная двумерная сетка, представляет собой направление, в каком воспроизводится перемещение по меньшей мере одного подвижного объекта, тогда как второе направление, которое называется горизонтальным направлением, которое перпендикулярно первому направлению, и которое лежит в плоскости, где располагается указанная двумерная сетка, представляет собой направление, в каком происходит воспроизведение в бинокулярном зрении;

- указанная базовая точка наблюдения является неподвижной, когда наблюдаемая картина перемещается, т.е. она неподвижна в вертикальном направлении;

- указанная двумерная сетка микрооптических устройств и указанная сетка микроизображений расположены на одной и той же подложке;

- указанная двумерная сетка микрооптических устройств и сетка микроизображений расположены на разных подложках;

- изображение, воспроизводимое посредством объединения элементов изображения из каждого подраздела и видимое по меньшей мере с одного заданного угла наблюдения, образует распознаваемую информацию или имеет распознаваемый визуальный эффект; и

- указанная двумерная сетка микроизображений формируется с помощью дисплейного устройства, такого как экран цифрового прибора, мобильного или не мобильного.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к способу изготовления модуля в соответствии с любой из приведенных выше характеристик. Этот способ содержит этапы, на которых:

- регистрируют указанную картину, в частности с использованием компьютерных средств;

- печатают указанные элементы изображения на первой поверхности подложки для формирования сетки микроизображений;

- устанавливают указанную двумерную сетку микрооптических устройств на поверхности указанной подложки, противоположной ее первой поверхности;

при этом указанная подложка является прозрачной, а ее толщина равна фокусному расстоянию микрооптических устройств.

Наконец, последний аспект настоящего изобретения относится к защищенному документу, такому как банкнота, характеризующемуся тем, что по меньшей мере на одной из его противоположных поверхностей расположена по меньшей мере одна двумерная сетка микрооптических устройств модуля, соответствующего любой из приведенных выше характеристик.

Согласно другим неограничивающим изобретение предпочтительным признакам предлагаемого защищенного документа:

- указанная двумерная сетка микрооптических устройств проходит поверх печати, выполненной на одной из указанных противоположных поверхностей, эта печать образует двумерную сетку микроизображений из выше описанного модуля;

- указанная двумерная сетка микрооптических устройств проходит через окно, открытое на указанных противоположных поверхностях, и документ содержит печать, образующий двумерную сетку микроизображений описанного выше модуля, это окно и эта печать расположены одно относительно другого таким образом, что их можно наложить одно на другого по меньшей мере кратковременно;

- печать состоит по меньшей мере из одной краской, выбранной из группы следующих красок: видимая краска – краска черного цвета, цветная, матовая, глянцевая, с перламутровым эффектом, с металлическим блеском, оптически переменная; невидимая краска, но видимая в ультрафиолетовом излучении (люминесцентная или фосфоресцентная краска) или видимая в инфракрасном излучении;

- указанная сетка микрооптических устройств покрыта слоем прозрачного лака, так чтобы верхняя поверхность сетки была плоской.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидны после прочтения последующего описания предпочтительных вариантов изобретения. Это описание содержит ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет схему, иллюстрирующую принципы мультископии;

фиг. 2 представляет схему, иллюстрирующую тот факт, что рельефные картины могут быть созданы посредством мультископии;

фиг. 3 представляет схему, иллюстрирующую тот факт, что мультископия позволяет создавать движение в объеме;

фиг. 4 представляет первую фигуру для пояснения того, как регистрируют изображения картины в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 5 представляет вторую фигуру для пояснения того, как регистрируют изображения картины в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 6 представляет третью фигуру для пояснения того, как регистрируют изображения картины в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 7 представляет первую фигуру для пояснения того, как происходит реконструкция ранее зарегистрированных изображений через микролинзы в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 8 представляет вторую фигуру для пояснения того, как происходит реконструкции ранее зарегистрированных изображений через микролинзы в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 9 представляет третью фигуру для пояснения того, как происходит реконструкции ранее зарегистрированных изображений через микролинзы в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 10 представляет схему, иллюстрирующую проецирование объекта на плоскость в пространстве;

фиг. 11 представляет схему, аналогичную предыдущей фигуре, относительно двух движущихся объектов;

фиг. 12 представляет первую схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;

фиг. 13 представляет вторую схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;

фиг. 14 представляет третью схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;

фиг. 15 представляет четвертую схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;

фиг. 16 представляет пятую схему, иллюстрирующую способ согласно настоящему изобретению;

фиг. 17 представляет схематичный вид сверху банкноты, на одной поверхности которой расположен модуль согласно настоящему изобретению;

фиг. 18 представляет очень упрощенный вид сечения модуля, показанного на предшествующей фигуре;

фиг. 19 аналогична фиг. 18 для первого варианта изобретения;

фиг. 20 аналогична фиг. 18 для второго варианта изобретения;

фиг. 21 аналогична фиг. 17, банкнота имеет прозрачное окно, только на котором расположена сетка линз из рассматриваемого модуля, на этой фигурке показан также телефон с экраном, на котором может быть показана сетка микроизображений;

фиг. 22 показывает банкноту, имеющую в первой области прозрачное окно, только на котором расположена сетка линз указанного модуля, а во второй области - отпечатанную сетку микроизображений.

Подробное описание изобретения

В остальной части настоящего описания, включая чертежи, аналогичные позиционные обозначения на разных чертежах присвоены аналогичным элементам.

Во всей настоящей заявке общий термин «мобильный (подвижный) объект» означает представление по меньшей мере одного объекта любого типа, такого как предмет, человек, символ и т.п. Очевидно, что прилагательное «мобильный (подвижный)» обозначает движение такого объекта, как оно воспринимается наблюдателем, исследующим этот объект через модуль согласно настоящему изобретению посредством параллаксного перемещения относительно этого модуля. В дополнение к этому, когда указано, что объект имеет скорость, очевидно считается, что это ненулевая скорость.

Кроме того, термин «немонотонный» используется для характеристики скорости при движении с непостоянной (переменной) скоростью. Если движение представляет собой относительное перемещение двух подвижных объектов, термин «немонотонный» означает только, что эти объекты перемещаются с разными соответственно скоростями, другими словами, разница скоростей этих двух подвижных объектов является ненулевой. Предпочтительно, эта разница в скоростях является переменной.

1/ Мультископия может создавать движение объектов

Если сосредоточиться сначала на случае монокулярного видения, наблюдатель изменяет точку наблюдения относительно устройства посредством параллаксного перемещения. Наблюдатель, поэтому, видит последовательность изображений и имеет возможность реконструировать перемещение.

Фиг. 1 иллюстрирует такую ситуацию. При параллаксном перемещении, объект 10, находящийся на мультископическом устройстве 1 и обозначенный здесь крестиком внутри квадрата, появляется для глаза наблюдателя EO в различных позициях в каждом изображении, что создает визуальное впечатление движения. На этом чертеже, двойная стрелка "a" представляет предполагаемое монотонное перемещение (т.е. перемещение с постоянной скоростью) устройства 1 относительно наблюдателя, тогда как двойная стрелка "b" иллюстрирует перемещение объекта 10 в устройстве 1.

2/ Мультископия может создавать рельефную картину

В реальном мире наблюдатель смотрит на устройство и видит его обоими глазами.

Поэтому, рассматривая сейчас ситуацию бинокулярного зрения, два глаза – OG и OD, наблюдателя, будучи разделены межзрачковым расстоянием (interpupillary distance IPD), имеют разные точки наблюдения, и потому каждый из них видит свое, отличное от другого глаза, изображение. Мозг соединяет эти два изображения, создавая ощущение глубины.

Например, на фиг. 2 представлены шесть линз ML с парой элементов MI изображения, расположенных под каждой линзой. Левый глаз OG видит все элементы изображения, расположенные на правой стороне, и правый глаз OD видит все элементы изображения, расположенные на левой стороне. Конечное изображение, видимое наблюдателем, образовано тремя точками A, B и C. Эти точки видны в разных плоскостях PR1, PR2 и PR3 рельефа, поскольку составляющие элементы MI изображения отделены от наблюдателя по-разному.

Очевидно, что направление, соединяющее оба глаза, (здесь называется горизонтальным направлением) позволяет реализовать большую величину бинокулярной диспаратности, чем вертикальное направление. В настоящем изобретении приоритет, поэтому, отдается этому горизонтальному направлению для создания рельефа. Поэтому, изменения изображения во время горизонтального параллаксного перемещения вызовет проявление этого параллаксного перемещения в рельефной картине.

3/ Мультископия может создавать движение в объеме

Интересно использовать два предыдущих результата для создания перемещения в объеме. Для этой цели эффект бинокулярности комбинируют с эффектом, обусловленным вертикальным параллаксным перемещением.

Фиг. 3 иллюстрирует перемещение объекта A, воспринимаемое в рельефе, в результате параллаксного перемещения наблюдателя.

На этом чертеже стрелки "c" представляют параллаксное перемещение правого и левого глаз, OD и OG.

С учетом параллаксного перемещения и бинокулярности, объект A представляется перемещающимся прочь от наблюдателя, как это обозначено стрелкой MO.

Поскольку горизонтальное направление более подходит для создания рельефа, вертикальное направление (и, следовательно, вертикальное параллаксное перемещение наблюдателя) предпочтительно определено для траекторий объектов.

Для определения характеристик перемещения объекта в объеме и для того, чтобы описать это перемещение немонотонным образом для мульти-стереоскопической системы, необходимо установить соотношение между объектом в пространстве и проекцией этого объекта на плоскость устройства.

Это подробно рассмотрено ниже.

4/ Соотношение между объектом в пространстве и его проекцией на плоскость мультископического устройства

Для упрощения используемых уравнений объект сравнивается с точкой. Воспроизведение перемещения в пространстве посредством микролинз возможно путем помещения проекций объекта на плоскость микролинз. Поэтому рассматривается точка в пространстве, имеющая траекторию, описываемую следующими уравнениями:

Уравнение EQ1:

Скорость объекта может быть определена как:

Уравнение EQ2:

и ускорение:

Уравнение EQ3:

4.1/ Регистрация в плоскости

Также вводится виртуальная точка наблюдения (т.е. базовая точка наблюдения, используемая для создания изображений), которая перемещается согласно уравнениям:

Уравнение EQ4:

и позволяет получать проекцию объекта на плоскость устройства в каждый момент t времени:

Уравнение EQ5:

Это этап регистрации изображений. Фиг. 4–6, соответственно, относятся к трем примерам регистрации изображения.

В первом примере, показанном на фиг. 4, объект A перемещается в пространстве с перемещением MO, тогда как базовая точка наблюдения неподвижна (камера CP1 установлена неподвижно в позиции 1). Проекции изображений на плоскость PE регистрации имеют координаты соответственно (x_p11, y_p) и (x_p12, y_p).

Во втором примере, показанном на фиг. 5, ситуация обратная. Объект A расположен неподвижно, тогда как базовая точка наблюдения смещается (камера переходит из позиции CP1 в позицию CP2). Проекции изображений на плоскость PE регистрации имеют координаты соответственно (xp21, yp) и (xp11, yp).

Наконец, ситуация, показанная на фиг. 6, представляет собой обобщение предыдущих примеров, где объект и базовая точка наблюдения перемещаются одновременно. Очевидно, эти примеры являются частными случаями, в которых координата y_p остается постоянной.

4.2/ Реконструкция перемещения

После регистрации, изображения разрезают на элементы изображения, которые сопрягают и помещают под микролинзы.

Термин «сопряженные» означает для модуля согласно настоящей заявке, что элементы изображения, помещенные под одну и ту же линзу, являются частями изображений одной и той же картины, но полученными с разных точек наблюдения.

Все элементы изображения для одного и того же изображения, будут занимать строго определенную позицию под микролинзами, так чтобы они все были видны наблюдателю под заданным углом наблюдения (также называется «углом наблюдения воспроизведения»).

Этот угол наблюдения воспроизведения необязательно относится к базовой точке наблюдения, поскольку он зависит от позиций элементов изображения под линзами. Другими словами, базовая точка наблюдения используется исключительно для построения изображения.

Фиг. 7–9 иллюстрируют возможность воспроизведения ранее зарегистрированных изображений, т.е. соответствуют ситуациям, показанным на фиг. 4–6, описанным выше.

На этих фигурах, базовые лучи PDV с ассоциированными номерами обозначают разные последовательные точки наблюдения, а базовые элементы MI1 – MI4 обозначают соответствующие элементы изображения, интегрированные в сетку микролинз ML.

В остальной части настоящего описания будет рассмотрен только непрерывный случай, который означает, что траектории объекта в пространстве и проекция объекта на плоскость являются непрерывными («устройство покрытия», т.е. расположение линз по отношению одна к другой, а также их форма, размеры и ограниченное число элементов изображения, которые должны быть помещены под каждой линзой, не учитываются).

4.3 /Соотношение между объектом и его проекцией

В приведенных выше условиях (т.е. точечный объект и непрерывный случай) уравнения движения проекции объекта могут быть выражены в функции уравнений движения объекта в пространстве и перемещений базовой точки наблюдения.

Эти уравнения получают геометрическим путем, как показано на фиг. 10, где PDV_t соответствует позиции точки наблюдения в момент t времени, а A_t соответствует позиции точки A в момент t времени.

Уравнение EQ6:

В этих уравнениях:

- x_p(t) и y_p(t) соответственно обозначают выражение для перемещения проекции объекта A по осям x и y;

- X(t), Y(t) и Z(t) обозначают координаты точки PDV наблюдения в момент t времени;

- x(t), y(t) и z(t) обозначают координаты точки A в момент t времени.

Скорость и ускорение в плоскости PP проекции легко определяют посредством дифференцирования.

Ранее было показано, что перемещение возникает при вертикальном параллаксном перемещении (движение головы вниз и туда-обратно).

Однако видимое перемещение объекта A может быть искажено из-за движения базовой точки наблюдения, создающего неоднозначность. Для предотвращения путаницы далее предполагается, что базовая точка наблюдения остается неподвижной, когда объект движется. Напротив, для осуществления параллаксного перемещения предполагается, что объект является неподвижным, а базовая точка наблюдения перемещается. Вот почему в остальной части настоящего документа считается, что выражения для проекций являются исключительно функциями (u и u’) координат объекта в пространстве:

Уравнение EQ7:

5/ Условия для немонотонного перемещения

Более конкретно, следует создать немонотонное перемещение в плоскости, что транслируется в немонотонное перемещение в пространстве.

5.1/ Для одного объекта

Если имеется только один движущийся объект, желательно, чтобы норма вектора v_p скорости проекции была непостоянной (условие c1), и чтобы норма этого вектора скорости в пространстве также была непостоянной (условие c2). Эти условия можно записать следующим образом.

Есть по меньшей мере один момент t времени, такой чтобы:

Уравнение EQ8:

т.е.

Уравнение EQ9:

Необходимо, чтобы норма скорости проекции была ненулевой (v_p ≠ 0), в противном случае никакого движения не будет. Поэтому условие c1 записывается в виде:

Уравнение EQ10:

Аналогично, при рассмотрении нормы скорости в пространстве, мы должны иметь:

Уравнение EQ11:

Следовательно, второе условие c2 записывают в виде:

Уравнение EQ12:

Эти два условия могут быть связаны вместе, поскольку величины x_p и y_p являются результатами проецирования точек (x,y,z) координат.

Во-первых, если имеется доступ только к перемещению объекта в пространстве и при этом желательно, чтобы это перемещение отвечало приведенным выше условиям, эти компоненты должны соответствовать следующей системе уравнений:

Уравнение EQ13:

Во-вторых, если имеется доступ только к перемещению в плоскости проекции, компоненты проекции должны соответствовать следующей системе:

Уравнение EQ14:

где w и w’ обозначают две функции, такие чтоб:

Уравнение EQ15:

Отметим, что проецирование является сюръективной функцией. По этой причине по-прежнему необходимо выбрать функцию z(t) (продольная позиция объекта в пространстве) таким образом, чтобы можно было кодировать желаемое перемещение непосредственно в плоскости.

5.2/ Для по меньшей мере двух объектов

Кроме того, чтобы лучше воспринималось немонотонное движение, можно рассматривать второй (или более) объект как удовлетворяющий следующим условиям.

Скорости проекций двух объектов должны быть различными (условие c3) и их скорости в пространстве также должны быть различными (условие c4). Эти условия переводят следующим образом:

Имеется по меньшей мере один момент t времени такой, что c3:

Уравнение EQ16:

и c4:

Уравнение EQ17:

Эти два последних условия могут быть связаны вместе. Либо посредством рассмотрения перемещения в пространстве:

Уравнение EQ18:

либо посредством рассмотрения перемещения проекции:

Уравнение EQ19:

5.3/ Иллюстрации

Теперь можно проиллюстрировать несколько случаев, в которых удовлетворяются указанные два условия или только одно из них. Тот факт, что условие c1 (соответственно c3) удовлетворяется, не обязательно предполагает, что условие c2 (соответственно c4) удовлетворяется, поскольку проекция является сюръективной.

Рассмотрим следующий пример: две разные точки в пространстве (z_A ≠ z_B), имеющие одинаковую скорость:

Уравнение EQ20:

и предположим, что базовая точка наблюдения является статичной по ранее упомянутым причинам.

Однако проекции этих точек имеют разные скорости:

Уравнение EQ21:

и

Нормы этих скоростей обязательно различны, поскольку (z_A ≠ z_B). Поэтому удовлетворяется только условие c3. Этот результат может быть также выведен геометрически.

Поэтому рассмотрим фиг. 11, где A и B представляют собой два объекта в пространстве, а их траектории проходят одно и то же расстояние l₁. Для промежутка Δt времени, норма каждой из скоростей объектов равна l₁/Δt. Однако их траектории в плоскости устройства D (относительно базовой точки PDV наблюдения) проходят разные расстояния: l₂ > l₃.

В результате скорости проекций объектов также различны: l₂/Δt > l₃/ Δt.

Теперь легко проиллюстрировать случай, в котором оба условия удовлетворяются, аналогичным примером. Примем, например, что точка B перемещается на расстояние l'₁<l₁ в течение того же самого интервала Δt времени. Поэтому, ẋ_A(t)≠ẋ_B(t) (условие c4 таким образом удовлетворено). Далее, проекция объекта B перемещается на расстояние l'₃<l₃<l₂. И поэтому, ẋ_pA(t)≠ẋ_pB(t) (условие c3 таким образом удовлетворено).

В такой ситуации, приведенные выше системы уравнений управляют условиями неравномерного перемещения объектов в объеме путем анализа проекций этих объектов на плоскость формирования изображения, видимую наблюдателем через систему мульти-стереоскопического типа, объединяющую матрицу элементов изображения и двумерную сетку микролинз.

Такая мульти-стереоскопия отличается от обычной стереоскопии тем, что она имеет свой ресурс для кодирования в обоих направлениях (X и Y) и последовательность изображений независимо от перемещения наблюдателя способна создавать объекты с неравномерным относительным перемещением, включая компоненты с ненулевым ускорением по меньшей мере для одного из них.

В результате, рассматриваемая здесь мульти-стереоскопическая система составлена из ассоциации матрицы элементов изображения, объединенной с двумерной сеткой микролинз (в теории и предпочтительно – периодической с периодом p), что позволяет наблюдателю воспринимать траекторию (дискретизированную, с учетом шага сетки и ограниченного числа элементов изображения под каждой микролинзой) объектов, перемещающихся в пределах видимого объема (X,Y,Z), со скоростью, являющейся строго немонотонной. Элементы этих траекторий описываются проекциями такого перемещения на плоскости, которая может сопоставляться с плоскостью сетки микролинз (фокальную плоскость, содержащую элементы изображения, и плоскость микролинз можно считать объединенными, поскольку расстояние наблюдения является очень большим по сравнению с фокальным расстоянием) посредством системы вариационных уравнений, поясняющих условия формирования этих траекторий. Если объект сопоставлен точки в пространстве, его проекция описывается Уравнением EQ6, и эта проекция должна соответствовать Уравнениям EQ14. Его траектория в пространстве

должна соответствовать Уравнениям EQ13.

На практике эти условия можно обобщить для объемных объектов и прерывистых траекторий.

Выше показано, что для того чтобы дифференциалы скорости на зарегистрированных траекториях правильно были переведены в область времени воспроизведения, параллаксное перемещение должно быть равномерным. Однако на практике параллаксное перемещение не обязательно должно быть равномерным. В примере с одним объектом, имеющим ускорение, может существовать параллаксное перемещение, при котором ускорение объекта исчезает. Но в ситуации по меньшей мере с двумя объектами, имеющими различные скорости, есть гарантия, что во всех случаях (независимо от параллаксного перемещения) наблюдаемое в конечном итоге перемещение не будет равномерным.

6/ Пример варианта модуля согласно настоящему изобретению

Этот пример будет более конкретно описан со ссылкой на фиг. 12–16.

Как показано на фиг. 12, сделано исходное ограничение, что имеются два объекта, а именно, объект A, представляющий собой двумерное представление звезды, и объект B, представляющий собой двумерное представление полумесяца.

Считается, что центры этих двух объектов (обозначены точками A и B) движутся в пространстве по траекториям, удовлетворяющим приведенным выше уравнениям EQ18. Эти траектории обозначены пунктирными стрелками.

В картине перемещения выбраны три момента времени, а именно моменты t1, t2 и t3.

Рассматриваются только две базовые точки наблюдения (Pvr1 и Pvr2), которые позволят захватить изображения.

В каждый момент t1, t2 и t3 времени каждая из базовых точек Pvr1 и Pvr2 наблюдения регистрирует изображение. Эти изображения соответствуют проекциям, на плоскости PE регистрации, объектов, перемещающихся в пространстве по описанным выше траекториям. Две последние позиции объектов в пространстве показаны на фигуре штриховыми линиями.

На этой фигуре для большей наглядности показаны только проекции (Ap1, Ap2, Bp1, Bp2) центров объектов и только в один момент t1 времени. В реальности, в каждый момент времени на плоскость проецируются все точки объектов.

Для этой цели можно использовать программное обеспечение, известное под торговым наименованием «BLENDER» (см. скриншот на фиг. 13), которое позволяет «регистрировать» изображения. Можно также создавать объекты, для того чтобы моделировать их траектории в пространстве и для позиционирования камер, которые должны регистрировать картину в различные моменты времени.

Всего это дает шесть (3x2) зарегистрированных изображений, как показано на фиг. 14. На этой фигуре поз. I(1,1) обозначает изображение, зарегистрированное с точки Pvr1 наблюдения в момент t1 времени, и т.д.

Предполагая, например, что нужно использовать сетку микролинз ML, образованную из 60 линз, расположенных в пяти рядах с L1 по L5 и в двенадцати столбцах с C1 по C12 (см. фиг. 15), зарегистрированные изображения закрепляют за этими линзами. Каждое закрепленное изображение, т.е. изображение, соответствующее конкретной линзе, затем преобразуют в последовательность элементов изображения, и эти элементы изображения «переплетают», что означает, что элементы изображения, закрепленные за одной и той же линзой, помещают один рядом с другим, всегда следуя одной и той же схеме.

Таким образом, рассматривая фиг. 15 и в предположении, что внимание теперь сосредоточено на линзе ML(L2; C8), которая принадлежит строке L2 и столбцу C8 в сетке линз, шесть зарегистрированных изображений различаются для моментов времени t1, t2 и t3 и для точек наблюдения Pvr1 и Pvr2.

Переходя к рассмотрению сетки на фиг. 16 и используя эту же самую линзу, можно убедиться, что шесть элементов изображения, соответствующих указанным выше шести изображениям, расположены на месте этой линзы в относительных позициях, соответствующих моментам времени t1 – t3 и двум точкам наблюдения.

Затем изображения печатают и изготавливают линзы.

При использовании подложки толщиной 36 мкм (прозрачная пленка, толщина которой равна фокусному расстоянию линзы) и микрооптического устройства типа линзы Френеля толщиной между 1 и 4 мкм элементы изображения будут иметь размеры приблизительно 3–6 мкм. Если уменьшить толщину подложки, например, до 12 мкм, будут получены элементы изображения размером приблизительно 1–2 мкм.

Заданное разрешение при печати изображений будет тогда иметь величину порядка 25400 DPI (точек/дюйм). В то же время, стандартные технологии печати, такие как флексография, глубокая печать и офсетная печать, в состоянии достигнуть, самое лучшее, разрешения порядка 1270 DPI, т.е. ширины линий 20 мкм.

Поэтому приходится использовать «микропечать», и для ее реализации, для получения «фотошаблона», содержащего изображение, могут быть рассмотрены следующие решения.

На этом этапе формируют оригинал из фоточувствительного полимера посредством трехмерного травления с целью получения характерного микрорельефа изображения.

Оригинал может, таким образом, быть получен с использованием следующих технологий.

a) Проекционная фотолитография или оптическая литография

Здесь фоточувствительный полимер экспонируют фотонами через маску. В экспонированных областях фотоны изменяют растворимость полимера. В случае позитивного фотополимера экспонированные области удаляются при проявлении, а в случае негативного фотополимера экспонированные области после проявления остаются на месте.

b) Полутоновая фотолитография

В этом конкретном случае маска имеет уровни градаций серого, следовательно, плотности непрозрачных пикселей на прозрачном фоне, участки, которые при экспонировании в большей или меньшей степени позволяют создавать ступеньки различной высоты.

c) Лазерная литография

Эта технология интересна тем, что здесь не используется маска. Лазеры, такие как ультрафиолетовые (УФ (UV)), импульсные наносекундные, эксимерные, на NdYAG, пикосекундные или фемтосекундные лазеры, используются непосредственно для воздействия на полимер. В этой случае разрешение составляет в области 0,8 мкм.

d) Электронная литография или электронно-лучевая литография

Это безмасочная технология, с применением которой рисунок создают посредством прямого сканирования электронным лучом (10 - 100 эВ) полимерной пленки. Разрешение здесь равно диаметру электронного луча, который составляет несколько нанометров. Глубина травления определяется глубиной проникновения электронов, которая составляет 100 нм.

Общим моментом для всех этих технологий является то, что может быть достигнуто высокое разрешение (от нескольких нанометров до 0,8 мкм).

После создания шаблона изображения, выполняют этап рекомбинации для получения «мультиэкспозиционной печатной формы». Для этого этапа шаблон реплицируют (посредством теплового тиснения или тиснения с применением УФ-излучения) на пластине большего формата, содержащей некоторое число желаемых изображений.

Затем заполняют полости в «печатной форме» и удаляют лишнюю краску. Далее эту форму (пластину) укладывают ровно на подложку и одновременно высушивают, например, с использованием системы сушки в УФ-лучах. Это позволяет застывшую краску перенести, как она есть, на подложку, сохраняя четкость изображения.

Можно также после переноса краски придвинуть сушилку в непосредственную близость к ней для облегчения механической интеграции системы. Ее необходимо поместить достаточно близко, чтобы предотвратить потери разрешения устройства.

Можно также установить сушилку прежде переноса, чтобы увеличить вязкость краски и предотвратить ее растекание прежде переноса на подложку.

Эта технология переноса может, таким образом, быть применена для одного или нескольких составляющих цветов создаваемых микроизображений.

Окончательное изображение помещают под линзами (на фокусном расстоянии).

В конечном итоге, модуль согласно настоящему изобретению прикрепляют к подложке, такой как банкнота.

Предпочтительно, модуль E согласно настоящему изобретению помещается на защищенном документе, таком как банкнота.

Такая банкнота 3 очень схематично показана на фиг. 17. На одной стороне 30 из противоположных сторон эта банкнота несет указанный модуль E.

Как более конкретно показано на фиг. 18, модуль E здесь состоит из сетки 2 линз и сетки 4 микроизображений, лежащей на поверхности 30 банкноты.

В этом случае, модуль E может быть получен в два этапа, не обязательно последовательных, непосредственно на подложке банкноты 3.

Модуль E может также быть дополнительным элементом, который присоединяют к банкноте 3 после этапа нанесения (например, в форме переводной пленки для горячего или холодного переноса изображения, пленки на накатки изображения в горячем или холодном виде и т.п.), или интегрированным элементом, как показано на фиг. 19, где приведена иллюстрация сечения защитной нити, несущей модуль E, эту нить вводят в толщу подложки, имеющей окна, открывающие нить в некоторых местах поверхности подложки по меньшей мере с одной из сторон подложки.

Наконец, как показано на фиг. 20, модуль E может представлять собой элемент, проходящий сквозь подложку, образующую банкноту 3, (если подложка выполнена, например, из прозрачного полимера, сделанного непрозрачным в некоторых местах за исключением участков напротив сетки 2).

Что касается сетки 4 микроизображений, она выполнена из распознаваемого результата какой-либо технологии для получения профилей, рисунков, данных, например, в форме изображений, посредством, например, без ограничений, печати, металлизации/деметаллизации, лазерного травлении или прямого структурирования материала для создания так называемых «структурных» цветов.

Если рассматривать только технологии печати, это может быть осуществлено с использованием какого-либо известного способа, позволяющего наносить по меньшей мере одну краску, выбранную из группы следующих красок: видимая краска – краска черного цвета, краска других цветов, матовая краска, глянцевая краска, краска с перламутровым эффектом, краска с металлическим блеском, оптически переменная краска; невидимая краска, видимая в ультрафиолетовых лучах (люминесцентная или фосфоресцентная краска) или видимая в инфракрасных лучах.

Кроме того, сетка 2 линз располагается поверх печатного оттиска, либо постоянно, либо кратковременно.

Эта сетка линз может быть вытравлена, например, в фоточувствительном полимерном материале, таком как полимерный материал S1813 (поставляется фирмой «Шипли» (Shipley)) посредством фотолитографии.

Для изготовления оригинала может быть использована следующая процедура.

На стеклянную подложку наносят слой полимера. Покрытую полимером пластину экспонируют лучом ультрафиолетового лазера, модулированным с помощью маски, соответствующей фазовой маске, которую нужно вытравить. После проявления удаляют экспонированные области маски (если это «позитивный» полимер, в противном случае удаляются неэкспонированные области). Поэтому на пластине вытравливается рельеф, максимальная глубина травления увеличивается при увеличении времени экспозиции.

Начиная с этого оригинала, инициируют процедуру репликации для получения инструментов и результирующего конечного продукта, т.е. сетки 2 линз либо непосредственно на банкноте 3, либо в форме, которая может быть интегрирована с банкнотой, (дополнительная секция, присоединяемая после нанесения или интеграции) либо в форме, использующей преимущества прозрачности составляющей подложки (как в случае банкноты на полимерной подложке, упомянутом выше).

Наконец, имеется также вариант, в котором сетка 2 линз является удаляемой и не присоединена к банкноте 3, так что в этом случае на банкноте постоянно находится только сетка 4.

Предпочтительно, неплоскую верхнюю поверхность сетки линз покрывают прозрачным лаком для сглаживания поверхности и предотвращения попыток мошеннического воспроизведения посредством получения прямого оттиска.

После изготовления сетку линз наносят на ранее подготовленную печать.

В варианте, показанном на фиг. 21, банкнота 3 содержит окно 5. Это окно соединено с остальной частью банкноты, если подложка является прозрачной (например, банкнота из двояко ориентированного полипропилена). Если подложка является непрозрачной, (например, банкнота из материала на основе хлопковых волокон), это окно содержит отверстие, закрытое прозрачным полимерным материалом, этот материал закрывает сетку 2 линз.

Что касается сетки микроизображений, она может быть представлена на экране 50 телефона 5 типа «смартфон» или на экране цифрового дисплея цифрового устройства, мобильного или стационарного.

Поэтому, поместив это окно и сетку, представленную на экране, напротив друг друга, можно проверить аутентичность банкноты в зависимости от того, обнаруживается ли при этом распознаваемая информация или высвечивается ли распознаваемый визуальный эффект.

Очевидно, что приведенное выше можно рассматривать, только если экран работает, т.е. не выключен.

Предполагается, что сетка микроизображений, когда она представлена на экране, видна в виде фиксированного изображения (заморожена).

Простейший способ сделать так, чтобы при взгляде сквозь сетку 2 линз появилось движение изображений, состоит в изменении ориентации банкноты относительно экрана (который остается неподвижным). Однако можно сделать обратное, т.е. изменить ориентацию экрана относительно банкноты (которая остается неподвижной). В дополнение к этому, можно использовать только параллаксное перемещение (относительное перемещение между комплектом экран+банкнота и наблюдателем), как в случае, когда микролинзы и микроизображения расположены на одной и той же подложке.

Последняя альтернатива состоит в последовательном представлении на экране различных изображений, соответствующих разным точкам наблюдения, что означает, что банкнота и экран могут оставаться неподвижными относительно друг друга и неподвижными относительно наблюдателя.

В варианте, показанном на фиг. 22, сетки 2 и 4 расположены в двух разных областях банкноты 3, так что, сложив банкноту, как показывает стрелка f1, можно наложить обе сетки одну на другую для обнаружения информации или распознаваемого визуального эффекта.

В одном не показанном здесь варианте, банкнота может быть такой, как показано на фиг. 21, где окно в дополнение к сетке линз, несет только часть (например, половину) сетки микроизображений, тогда как согласованную часть сетки представляют на экране телефона или другого устройства.

В последнем не иллюстрируемом здесь варианте, банкнота 3 может нести только сетку 4 микроизображений, а сетка 2 линз может быть создана на удаляемой подложке и может добавляться только на короткое время исключительно при необходимости аутентификации банкноты.

Следует отметить, что базовые или регистрационные точки наблюдения предпочтительно выбирают так, чтобы они располагались с регулярным шагом. Однако возможен также вариант с нерегулярным шагом для создания неравномерности при параллаксном перемещении.

Изобретение относится к модулю, состоящему из микрооптических устройств, таких как микролинзы, расположенных в виде двумерной сетки; и микроизображений, расположенных в виде сетки, имеющей число микроизображений, самое большее, равное числу микрооптических устройств. Каждое микроизображение подразделено на N элементов изображения, расположенных таким образом, чтобы воспроизводить для наблюдателя и сквозь двумерную сетку микрооптических устройств, N изображений, видимых с N различных точек зрений, т.е. под N углами воспроизведения. Каждое из этих N изображений соответствует базовой или регистрационной точке наблюдения заданной рельефной картины, состоящей по меньшей мере из одного подвижного объекта. Элементы изображения, составляющие заданный объект в этих N изображениях, распределены в сетки микроизображений так, что они проявляются в зависимости от угла воспроизведения через различные микрооптические устройства, описывая траекторию проекции объекта на плоскости двумерной сетки микрооптических устройств относительно базовой точки наблюдения. Изобретение обеспечивает повышение уровня защиты от несанкционированного воспроизведения. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Мульти-стереоскопическая система (E), содержащая микрооптические устройства (ML), расположенные в виде двумерной сетки, и микроизображения (MI), расположенные в виде сетки, имеющей число микроизображений (MI), самое большее, равное числу микрооптических устройств (ML), при этом каждое микроизображение (MI) подразделено на N элементов изображения, расположенных c возможностью воспроизведения, для наблюдателя и через указанную двумерную сетку микрооптических устройств (ML), N изображений, видимых из N разных точек наблюдения, т.е. под N углами воспроизведения, соответствующими разным позициям указанного наблюдателя, при этом каждое из указанных N изображений соответствует одной базовой или регистрационной точке наблюдения одной и той же рельефной картины, составленной по меньшей мере из двух подвижных объектов (10; A; B), причем под подвижностью объектов понимается воспринимаемое наблюдателем кажущееся перемещение объекта при наблюдении объекта через указанную систему, посредством параллаксного перемещения относительно указанной системы,

отличающаяся тем, что в указанных N изображениях указанные составляющие элементы изображения одного и того же объекта (10; A; B) распределены в указанной сетке микроизображений (MI) так, чтобы они проявлялись через разные микрооптические устройства (ML) в зависимости от угла воспроизведения, описывая траекторию проекции указанного объекта на плоскости двумерной сетки микрооптических устройств (ML) относительно указанной базовой точки наблюдения, так чтобы при параллаксном перемещении наблюдателя, т.е. при изменения угла воспроизведения, в монокулярном зрении, первый объект (10; A; B) из указанных двух подвижных объектов проявлялся в плоскости двумерной сетки микрооптических устройств (ML), а в бинокулярном зрении - в объеме, двигаясь в обоих случаях немонотонным образом, т.е. с непостоянной скоростью, даже если параллаксное перемещение имеет постоянную угловую скорость, и при этом, при параллаксном перемещении указанного наблюдателя, траектория проекции второго подвижного объекта (10; A; B) в плоскости двумерной сетки микрооптических устройств (ML), относительно базовой точки наблюдения, имеет ненулевую скорость, неидентичную скорости, ассоциированной с траекторией проекции первого объекта (10; A; B), причем относительное перемещение в объеме между этими двумя объектами (10; A; B) является немонотонным, т.е. скорости указанных двух объектов (10; A; B) в объеме являются неидентичными.

2. Система (E) по п. 1, отличающаяся тем, что указанные микрооптические устройства (ML) выбраны среди рефракционных линз и линз Френеля.

3. Система (E) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанная двумерная сетка микрооптических устройств (ML) имеет ортогональную или гексагональную конфигурацию.

4. Система (E) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что первое направление, называемое вертикальным направлением, которое простирается в плоскости, где расположена указанная двумерная сетка, представляет собой направление, в котором воспроизводится перемещение указанного по меньшей мере одного подвижного объекта (10; A; B), тогда как второе направление, называемое горизонтальным направлением, перпендикулярное первому направлению и лежащее в плоскости, где расположена указанная двумерная сетка, представляет собой направление, в котором происходит воспроизведение в бинокулярном зрении.

5. Система (E) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что базовые или регистрационные точки наблюдения выбраны таким образом, чтобы они располагались с регулярным шагом или с нерегулярным шагом таким образом, чтобы создавать неравномерность параллаксного перемещения.

6. Система (E) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная базовая точка наблюдения является неподвижной, когда картина перемещается, т.е. она неподвижна в вертикальном направлении.

7. Система (E) по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная двумерная сетка микрооптических устройств (ML) и указанная сетка микроизображений расположены на одной и той же подложке или на разных подложках.

8. Система (E) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что изображение, восстанавливаемое путем объединения элементов изображения из каждого подраздела, видимое по меньшей мере с одного заданного угла наблюдения, образует распознаваемую информацию или имеет распознаваемый визуальный эффект.

9. Система (E) по п. 8, отличающаяся тем, что указанная двумерная сетка микроизображений (MI) образована с помощью дисплейного устройства, которым является экран (50) цифрового прибора (5), мобильного или не мобильного.

10. Система (Е) по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что указанные микрооптические устройства (ML) представляют собой микролинзы.

11. Способ изготовления системы по любому из пп. 1-10, содержащий этапы, на которых:

регистрируют указанную картину с использованием компьютерных средств;

печатают указанные элементы изображения на первой поверхности подложки для образования сетки микроизображений (MI); располагают указанную двумерную сетку микрооптических устройств (ML) на поверхности указанной подложки, противоположной указанной первой поверхности;

при этом указанная подложка является прозрачной и имеет толщину, равную фокусному расстоянию указанных микрооптических устройств (ML).

12. Защищенный документ, отличающийся тем, что по меньшей мере на одной (30) из его противоположных поверхностей размещена по меньшей мере одна двумерная сетка (2) микрооптических устройств (ML) системы по любому из пп. 1 – 10.

13. Документ по п. 12, отличающийся тем, что указанная двумерная сетка (2) микрооптических устройств (ML) простирается поверх печати, выполненной на одной из указанных противоположных поверхностей, указанная печать образует двумерную сетку (4) микроизображений (MI) указанной системы (E) по любому из пп. 1 – 8.

14. Документ по п. 12, отличающийся тем, что указанная двумерная сетка (2) микрооптических устройств (ML) проходит через окно (5), которое открыто на указанных противоположных поверхностях, и документ содержит печать, образующую двумерную сетку (4) микроизображений (MI) указанной системы (E) по любому из пп. 1 – 9, при этом окно (5) и указанная печать расположены относительно друг друга таким образом, что их можно наложить один на другой по меньшей мере кратковременно.

15. Документ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что указанная печать состоит по меньшей мере из одной краски, выбранной из группы следующих красок: видимая краска, которая является черной, цветной, матовой, глянцевой, с перламутровым эффектом, с металлическим блеском, оптически переменной; невидимая краска, но видимая в ультрафиолетовом излучении или видимая в инфракрасном излучении.

16. Документ по любому из пп. 12-15, отличающийся тем, что указанная сетка микрооптических устройств (ML) покрыта слоем прозрачного лака, так что верхняя поверхность сетки является плоской.

17. Документ по п.15, отличающийся тем, что невидимая краска, но видимая в ультрафиолетовом излучении, является люминесцентной или фосфоресцентной краской.

18. Документ по любому из пп. 12-17, отличающийся тем, что имеет форму банкноты.