用于基于圓形和正方形的微透鏡陣列以實(shí)現(xiàn)全容積3d和多方向運(yùn)動(dòng)的像素映射、排列和成像的制作方法
【專利說(shuō)明】用于基于圓形和正方形的微透鏡陣列以實(shí)現(xiàn)全容積3D和 多方向運(yùn)動(dòng)的像素映射、排列和成像
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年9月5日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/743, 485的權(quán)益，其全部 通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體涉及一種將打印圖像與透鏡陣列組合以顯示具有或不具有運(yùn)動(dòng)的三 維（3D)圖像，并且更具體地涉及一種適用于與基于正方形或圓形的微透鏡使用以提供具 有全容積和/或具有多方向運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)3D影像的像素映射、提供像素的排列以及成像的方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 當(dāng)前存在其中期望經(jīng)由透鏡的陣列觀看打印圖像的許多應(yīng)用。例如，防偽的努力 通常涉及使用由透鏡的陣列組成的防偽器件或元件，以及打印在透鏡陣列的背面或下層基 板或表面（例如，紙片或塑料片）上的圖像。防偽元件可以用于顯示圖像，該圖像被選擇為 唯一并且是攜帶防偽元件的物品不是偽造品的指示符。防偽市場(chǎng)在全世界快速增長(zhǎng)，其中 防偽元件被放置在范圍廣泛的物品上，例如在貨幣（例如，在紙幣的表面上以幫助防止復(fù) 制）和用于零售產(chǎn)品的標(biāo)簽（例如，顯示真實(shí)性的衣物上的標(biāo)簽）上。
[0005] 在該方面中，莫爾圖案已在具有圓形透鏡的陣列和具有六邊形陣列的陣列（或圓 形和六邊形透鏡陣列）的防偽元件中使用多年。通常，在這些透鏡陣列下的墨水層中提供 的打印圖像相對(duì)于透鏡的大小是小而精細(xì)的圖像。莫爾圖案以次要（secondary)和視覺(jué)明 顯疊加的圖案的形式被提供在打印圖像中，該次要和視覺(jué)明顯疊加的圖案是當(dāng)表面上的兩 個(gè)相同圖案覆蓋同時(shí)彼此少量移位或旋轉(zhuǎn)時(shí)創(chuàng)建的。
[0006] 在這種基于莫爾圖案的防偽元件中，圖像中的一些可以以與兩個(gè)軸中的一到一維 透鏡相比略頻繁或略不頻繁的頻率打印，并且圖像中的一些可以相對(duì)彼此稍微不同地打 印。圖1示出可以用作防偽元件的示例組件100。組件100包括由圓形透鏡114的并排、平 行的列（或行）112組成的透鏡陣列110,并且可以看出列112彼此偏移（大約50%)，使得 列中相鄰?fù)哥R114的對(duì)并不對(duì)齊（例如，下一列中的透鏡位于前一列中的兩個(gè)透鏡之間的 空間中）。
[0007] 打印圖像120被提供在透鏡陣列110下的墨水層中（在透鏡陣列110的背面、平 坦表面上）。圖1中難以看出的結(jié)果是經(jīng)由陣列110的透鏡112向觀看者提供景深的錯(cuò)覺(jué)， 或者在一些情況下圖像正在移動(dòng)的感覺(jué)（顯示的物品的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)畫(huà)）的莫爾圖案。通常， 透鏡112中的每一個(gè)的厚度在0. 5/1000到5/1000英寸（或12到大約125微米）的范圍 內(nèi)，并且陣列110中的這些透鏡112的頻率是每英寸大約400X 400到超過(guò)1000X 1000。
[0008] 雖然有助于減少偽造，但是對(duì)于防偽市場(chǎng)使用具有圓形透鏡陣列的莫爾圖案并不 是完全滿意的。一個(gè)原因在于可以使用莫爾圖案實(shí)現(xiàn)的效果是有限的。例如，不能拍攝照 片并且使用莫爾圖案顯示3D。通常，莫爾圖案在具有大約20到75微米的焦距和一個(gè)軸中 每英寸超過(guò)500個(gè)透鏡或每平方英寸大于250, 000個(gè)透鏡的頻率的非常精細(xì)的透鏡中用在 安全和/或防偽行業(yè)中。作為結(jié)果，透鏡陣列中透鏡下的圖像通常以至少12, 000DPI (每英 寸點(diǎn)數(shù)）打印，并且甚至可以以超過(guò)25, 000DPI提供。這些微透鏡陣列通常如圖2中具有 其陣列210的元件200中所示地緊密嵌套。陣列210使用在偏移和覆蓋的列212 (例如，并 排透鏡214并未在一行中對(duì)齊，并且定位以填充或嵌套在相鄰列212的兩個(gè)透鏡之間的空 間中）中提供的六邊形透鏡以對(duì)焦在下層墨水層中的圖像或莫爾圖案220上。
[0009] 使用這種陣列210和圖像220的一個(gè)難題或問(wèn)題在于元件200對(duì)于反向工程是相 對(duì)容易的，這限制了它作為防偽元件的效用。具體地，透鏡214下的圖案220可以使用便宜 和容易獲取的顯微鏡看見(jiàn)，這允許人確定圖像和圖案的頻率。此外，透鏡214可以被澆鑄和 重塑，這使得打印識(shí)別的圖像成為成功復(fù)制元件200(并且隨后偽造一張貨幣或產(chǎn)品的標(biāo) 簽）的唯一障礙。不幸的是，由于高分辨率激光和調(diào)節(jié)器和其他打印進(jìn)步，打印圖像220變 為更容易實(shí)現(xiàn)。通常，對(duì)于元件200,使用浮雕和填充技術(shù)打印微透鏡，由于該工藝在一個(gè)顏 色之后往往是自污染的事實(shí)，這將打印限制為一個(gè)顏色，并且還由于該工藝根據(jù)浮雕和填 充工藝中的相對(duì)色調(diào)到色調(diào)的間距（pitch)而難以控制的事實(shí)。
[0010] 因此，存在對(duì)于將具有打印圖像（包含圖像/圖案的墨水層）以顯示影像的透鏡 陣列組合的組件或元件的設(shè)計(jì)和制造中的進(jìn)步的需要。這種改進(jìn)可以允許產(chǎn)生與貨幣、標(biāo) 簽、信用/儲(chǔ)蓄卡和其他物品一起使用的新的防偽器件或元件，并且這些防偽器件優(yōu)選地 將更難以（如果不是幾乎不可能）復(fù)制或拷貝。此外，存在對(duì)于提供它們顯示的例如圖像 的影像浮在焦平面之上和/或之下（例如，更真實(shí)的3D顯示）的驚奇或"哇效應(yīng)"的這種 防偽器件的增長(zhǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 簡(jiǎn)單地說(shuō)，發(fā)明人認(rèn)識(shí)到提供可以隨后與具有雙軸交織的圖像組合的陣列中透鏡 的不同嵌套是有益的。例如，透鏡可以是基于圓形或正方形的透鏡，它們的中心對(duì)齊，使得 陣列由透鏡的平行的行和列組成（例如，在不使得如圖1和2的陣列中看到的相鄰?fù)哥R彼 此偏移情況下）。從打印文件打印圖像，該打印文件從沿第一軸（X軸）以及沿第二軸（Y 軸）的多個(gè)視點(diǎn)（POV)拍攝的圖像的幀的矩陣生成。幀在兩個(gè)方向上交織，以提供到陣列 的透鏡的像素映射。
[0012] 更具體地，提供一種作為紙幣、產(chǎn)品標(biāo)簽和其他物體上的防偽器件有用的視覺(jué)顯 示組件。該組件包括透明材料的薄膜，包括包含透鏡的陣列的第一表面和與第一表面相對(duì) 的第二表面。該組件還包括接近第二表面的打印圖像。打印圖像包括相對(duì)于兩個(gè)正交軸交 織的一個(gè)或多個(gè)圖像的幀的像素（從使用雙軸交織而非如傳統(tǒng)光柵打印中的非單軸交織 生成的文件打?。ｊ嚵械耐哥R被嵌套在多個(gè)平行的行中，并且陣列的列中的透鏡的相鄰?fù)?鏡被對(duì)齊為在行的單個(gè)行中（例如，相鄰?fù)哥R沒(méi)有偏移）。
[0013] 為了提供透鏡陣列，透鏡可以是基于圓形的透鏡或基于正方形的透鏡。陣列的透 鏡以沿兩個(gè)正交軸兩者測(cè)量的200LPI (或更高LPI)提供。透鏡可以均具有小于10/1000英 寸的焦距。在一些實(shí)施例中，幀均包括一個(gè)或多個(gè)圖像的不同視點(diǎn)（POV)。在這種情況下， 幀包括沿兩個(gè)正交軸中的第一軸來(lái)自至少三個(gè)POV的圖像，并且?guī)€包括沿兩個(gè)正交軸中 的第二軸來(lái)自與三個(gè)POV中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)額外的POV的圖像。
[0014] 在該組件中，可以適配打印圖像，使得從正常POV顯示的圖像包括符號(hào)的第一集 合和符號(hào)的第二集合，并且在當(dāng)組件從正常POV關(guān)于第一軸旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示的圖像中，符號(hào)的 第一和第二集合在相對(duì)方向上移動(dòng)。此外，可以適配打印圖像，使得在當(dāng)組件從正常POV關(guān) 于與第一軸正交的第二軸旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示的圖像中，第一和第二符號(hào)在與第二軸正交的單個(gè)方 向上移動(dòng)。
[0015] 在其他組件中，可以適配打印圖像，使得從正常POV顯示的圖像包括符號(hào)的第一 集合和符號(hào)的第二集合，并且在當(dāng)組件從正常POV關(guān)于第一軸旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示的圖像中，符號(hào) 的第一和第二集合在與組件的第一軸平行的單個(gè)方向上移動(dòng)。在組件的這種實(shí)施例中，適 配打印圖像，使得在當(dāng)組件從正常POV關(guān)于與第一軸正交的第二軸旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示的圖像中， 第一和第二符號(hào)在與第二軸平行的單個(gè)方向上移動(dòng)。
[0016] 在組件的其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)另一視覺(jué)效果。具體地，打印圖像可以包括墻紙圖案 (例如，具有圖標(biāo)、標(biāo)識(shí)和其他符號(hào)）和覆蓋圖案。然后，打印圖像可以包括映射像素，使得 墻紙圖案從多個(gè)POV可視（當(dāng)組件相對(duì)于觀看者的視線旋轉(zhuǎn)/傾斜到不同角度時(shí)），并且覆 蓋圖案具有在多個(gè)POV上不同的可視范圍。例如，不同可視性可以包括沿組件的正常POV 對(duì)觀看者不可視（或僅依稀可視）的覆蓋，而離正常越來(lái)越遠(yuǎn)的旋轉(zhuǎn)或傾斜組件（在一些 情況下在任何方向上）使得覆蓋圖案的暗度或亮度增加，直到其完全可視（或在例如45到 60度等的范圍內(nèi)的角度的相對(duì)于正常一些更極端的角度處顏色盡其可能的黑暗或明亮）。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是用作具有由覆蓋打印莫爾圖案的圓形透鏡的并排和垂直偏移的列（例如， 透鏡在陣列中不被布置在線性行中）組成的透鏡陣列的防偽元件或器件的組件的頂視圖；
[0018] 圖2是與圖1的頂視圖類似的頂視圖，示出用作具有由覆蓋打印莫爾圖案的六邊 形透鏡的并排和垂直偏移的列（例如，透鏡不被布置線性行中并且以鄰接接觸緊密嵌套） 組成的透鏡陣列的防偽元件或器件的組件；
[0019] 圖3A和3B示出分別在例如具有基于圓形透鏡陣列的防偽器件的紙幣或產(chǎn)品標(biāo)簽 的物體的線3B-3B取得的頂視圖和剖面圖；
[0020] 圖4A和4B示出分別在例如具有被提供在基于正方形透鏡陣列的表面上的防偽器 件或元件的紙幣或產(chǎn)品標(biāo)簽的物體的線4B-4B