структура для отображения

Формула изобретения

1. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений для отображения заданного трехмерного тела, заданного функцией f(x,y,z) описания тела, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением



где

и

где элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице ,

а x_m и y_m обозначают узлы решетки W,

- выражение V(x,y,x_m,y_m ) для увеличения представляет собой либо скаляр , где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицу V(x,y,x_m,y _m)=(A(x,y,x_m,y_m)-I), причем каждая матрица описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁(x,y), c ₂(x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

2. Структура для отображения по п.1, отличающаяся тем, что член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y,x _m,y_m)=(A(x,y,x_m,y_m)-I), где а₁₁(x,y,x_m,y_m)=z_K (x,y,x_m,y_m)/е, так что структура для представления растровых изображений отображает заданное тело при наблюдении изобразительного мотива с глазным базисом, расположенным в направлении х.

3. Структура для отображения по п.1, отличающаяся тем, что член, выражающий увеличение, задан матрицей x V(x,y,x _m,y_m)=(A(x,y,x_m,y_m)-I), где (a₁₁cos² +(a₁₂+a₂₁)cos sin +a₂₂sin² )=z_K(x,y,x_m,y_m)/e, так что структура для представления растровых изображений отображает заданное тело при наблюдении изобразительного мотива с глазным базисом, расположенным в направлении относительно оси х.

4. Структура для отображения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно к функции f(x,y,z) описания тела задана функция t(x,y,z) уровня прозрачности, причем t(x,y,z) равно 1, если тело f(x,y,z) в точке (x,y,z) закрывает фон, а в остальных случаях равно 0, причем для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z для z_K(x,y,x_m ,y_m) берут наименьшее значение, для которого t(x,y,z _K) не равно нулю, чтобы наблюдать переднюю сторону тела снаружи, и причем для направления взгляда, в сущности, в направлении оси для z_K(x,y,x_m,y_m) берут наибольшее значение, для которого t(x,y,z_K) не равно нулю, чтобы наблюдать обратную сторону тела изнутри.

5. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений для отображения заданного трехмерного тела, заданного профилем высот с двухмерным представлением тела f(x,y) и функцией z(x,y) высот, которая для каждой точки (x,y) заданного тела содержит информацию о высоте или глубине, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением



где

и

где элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице

- член V(x,y), выражающий увеличение, представляет собой либо скаляр где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицу V(x,y)=(A(x,y)-I), причем матрица описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁(x,y), c₂(c,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

6. Структура для отображения по п.5, отличающаяся тем, что заданы две функции z₁(x,y) и z₂ (x,y) высот и два угла ₁(x,y) и ₂(x,y), а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I), где

7. Структура для отображения по п.5, отличающаяся тем, что заданы две функции z₁(x,y) и z₂ (x,y) высот, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I),

где

8. Структура для отображения по п.5, отличающаяся тем, что задана функция z(x,y) высот и угол ₁ а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I),

где

так что отображаемое тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наклоне в направлении y движение не происходит.

9. Структура для отображения по п.8, отличающаяся тем, что растр для наблюдения представляет собой щелевой растр, растр цилиндрических линз или растр вогнутых цилиндрических зеркал, элементарная ячейка которого задана выражением



где d - расстояние между осями щелей или цилиндров.

10. Структура для отображения по п.5, отличающаяся тем, что задана функция z(x,y) высот и угол ₁, а также углом задано направление, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I),

где

11. Структура для отображения по п.10, отличающаяся тем, что растр для наблюдения представляет собой щелевой растр, растр цилиндрических линз или растр вогнутых цилиндрических зеркал, элементарная ячейка которого задана выражением



где d - задает промежуток между осями щелей или цилиндров, а задает направление оси щели или цилиндра.

12. Структура для отображения по п.5, отличающаяся тем, что заданы две функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высот и угол ₂, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I),

где если ₂=0,

так что отображенное тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется перпендикулярно оси x, а при наблюдении с глазным базисом в направлении y и наклоне структуры в направлении y оно движется в направлении ₂ относительно оси х.

13. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений заданного трехмерного тела, заданного n сечениями f_j (x,y) и n функциями t_j(x,y) уровня прозрачности, где j=1, n, причем сечения при наблюдении с глазным базисом в направлении x в каждом случае расположены на глубине z_j, z _j>z_j-1 и причем f_j(x,y) представляет собой j-e сечение, а функция f_j(x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j в точке (x,y) закрывает позади расположенные объекты, а в остальных случаях равна 0, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением



где

а причем для j берут наименьший или наибольший индекс, для которого не равно нулю, и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице

- член V_j, выражающий увеличение, является либо скаляром

где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицей V_j =(A_j-I), причем матрица описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁(x,y), c₂(c,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

14. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что задан коэффициент k изменения, не равный 0, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j -I),

где

так что при вращении структуры впечатление глубины представленного тела изменяется на коэффициент k.

15. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что коэффициент k не равен 0 и заданы два угла ₁ и ₂, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I),

где

так что отображенное тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наблюдении с глазным базисом в направлении y и наклоне структуры в направлении y оно движется в направлении ₂ относительно оси x, а по размеру по глубине растягивается на коэффициент k изменения.

16. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что задан угол ₁, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I),

где

так что отображенное тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наклоне в направлении y движение не происходит.

17. Структура для отображения по п.16, отличающаяся тем, что растр для наблюдения представляет собой щелевой растр, растр цилиндрических линз или растр вогнутых цилиндрических зеркал, элементарная ячейка которого задана выражением



где d - расстояние между осями щелей или цилиндров.

18. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что задан угол ₁, а также углом задано направление, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I),

где

19. Структура для отображения по п.18, отличающаяся тем, что растр для наблюдения представляет собой щелевой растр, растр цилиндрических линз или растр вогнутых цилиндрических зеркал, элементарная ячейка которого задана выражением



где d задает промежуток между осями щелей или цилиндров, а y задает направление оси щели или цилиндра.

20. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что задан коэффициент k изменения, не равный 0, и угол , а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j =(A_j-I),

где если =0,

так что отображенное тело при наклоне в горизонтальном направлении движется перпендикулярно направлению наклона, а при вертикальном наклоне движется в направлении относительно оси х.

21. Структура для отображения по п.13, отличающаяся тем, что задан коэффициент k изменения, не равный 0, и угол ₁, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I),

где

так что отображенное тело независимо от направления наклона всегда движется в направлении ₁ относительно оси х.

22. Структура для отображения по любому из пп.1, 5 или 13, отличающаяся тем, что границы ячеек в изобразительном мотиве сдвинуты в зависимости от местоположения, предпочтительно тем, что изобразительный мотив имеет две или большее количество подобластей с разным, в каждом случае постоянным ячеистым растром.

23. Структура для отображения по любому из пп.1, 5 или 13, отличающаяся тем, что функция g маски тождественна 1.

24. Структура для отображения по любому из пп.1, 5 или 13, отличающаяся тем, что функция g маски в подобластях, особенно в краевых зонах ячеек изобразительного мотива, равна нулю и, таким образом, она описывает ограничение угла при наблюдении отображенного изображения.

25. Структура для отображения по любому из пп.1, 5 или 13, отличающаяся тем, что относительное положение центра элементов наблюдения в пределах ячеек изобразительного мотива не зависит от местоположения, то есть вектор (c₁, c₂) постоянен.

26. Структура для отображения по любому из пп.1, 5 или 13, отличающаяся тем, что относительное положение центра элементов наблюдения в пределах ячеек изобразительного мотива зависит от местоположения.

27. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений множества заданных трехмерных тел, заданных функциями f_i(x,y,z) описания тел, i=1,2, N, где N 1, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением m(x,y)=F(h₁,h₂, h_N), с описательными функциями



где

и

где - F(h₁,h₂, h_N) представляет собой главную функцию, задающую сопряжение N описательных функций h_i(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице а x_m и y_m обозначают узлы решетки W,

- члены V_i(x,y,x_m,y_m ), выражающие увеличение, представляют собой либо скаляры где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицы V_i(x,y,x _m,y_m)=(A₁(x,y,x_m,y _m)-I), причем каждая матрица описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела f_i, a I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (с_i1(x,y), с_i2(x,y)), где 0 с_i1(x,y), с_i2(x,y)<1, для тела f_i в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы ((d_i1(x,y), d_i2(x,y)), где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, а

- g₁(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i.

28. Структура для отображения по п.27, отличающаяся тем, что дополнительно к функциям f_i(x,y,z) описания тел заданы функции t _i(x,y,z) уровня прозрачности, причем t_i(x,y,z) равно 1, если тело f_i(x,y,z) в точке (x,y,z) закрывает фон, а в остальных случаях равно 0, и причем для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z для z_iK(x,y,x _m,y_m) берут наименьшее значение, для которого t_i(х,y,z_K) не равно нулю, чтобы наблюдать переднюю сторону тела f_i снаружи, и причем для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z для z_iK(x,y,x _m,y_m) берут наибольшее значение, для которого t_i(x,y,z_K) не равно нулю, чтобы наблюдать обратную сторону тела f_i изнутри.

29. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений множества заданных трехмерных тел, заданных профилями высот с двухмерными отображениями тел f_i(x,y), i=1,2, N, где N 1, и функциями z_i(x,y) высот, которые в каждом случае для точки (x,y) заданного тела f_i содержат информацию о высоте или глубине, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением m(x,y)=F_i(h₁,h ₂, h_N), с описательными функциями



где

и

где - F(h₁,h₂, h_N) представляет собой главную функцию, задающую сопряжение N описательных функций h_i(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице

- члены V_i(x,y), выражающие увеличение, представляют собой либо скаляры где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицы V_i(x,y)=(A _i(x,y)-I), причем матрицы в каждом случае описывают желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела f_i, a I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 с_i1(x,y), с_i2(x,y)<1, для тела f_i в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)) где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, а

- g_i(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i.

30. Структура для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных, содержащая структуру для представления растровых изображений множества (N 1) заданных трехмерных тел, в каждом случае заданных n _i сечениями f_ij(x,y) и n_i функциями уровня прозрачности t_ij(x,y), где i=1,2, N, a j=1,2, ... n_i, причем сечения тела i при наблюдении с глазным базисом в направлении x в каждом случае находятся на глубине z_ij и причем f_ij(x,y) является функцией отображения j-го сечения i-го тела, а функция t_ij(x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j тела i в точке (x,y) закрывает расположенные позади объекты, а в остальных случаях равна 0, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением , с описательными функциями

где

а где для ij в каждом случае берут пару индексов, для которой не равно нулю, a z_ij минимально или максимально, и

где - главная функция, задающая сопряжение описательных функций h_ij(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами и элементарной ячейки и объединена в матрице

- члены V_ij, выражающие увеличение, являются либо скалярами где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицами V_ij=(А _ij-I), причем матрицы в каждом случае описывают желательные увеличительные свойства и характеристику движения заданного тела f_i, a I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 c_i1(x,y), с_i2(х,у)<1, для тела f; в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)) где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, а

- g_ij(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i.

31. Структура для отображения по любому из пп.27-30, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одной из описательных функций h_i(x,y) или h_ij(x,y) придан вид, указанный в пп.1-21 для функции m(x,y) отображения.

32. Структура для отображения по любому из пп.27, 29 или 30, отличающаяся тем, что структура для представления растровых изображений отображает переменное изображение, движущееся изображение или трансформирующееся изображение.

33. Структура для отображения по любому из пп.27, 29 или 30, отличающаяся тем, что функции g_i или g_ij маски задают изменение видимости тел f_i в виде полос или в шахматном порядке.

34. Структура для отображения по любому из пп.27, 29 или 30, отличающаяся тем, что главная функция F представляет собой функцию суммирования.

35. Структура для отображения по любому из пп.27, 29 или 30, отличающаяся тем, что одновременно могут быть видны два или большее количество трехмерных тел f_i .

36. Структура для отображения, по меньшей мере, по одному из пп.1, 5, 13, 27, 29 или 30, отличающаяся тем, что растр для наблюдения и изобразительный мотив прочно соединены друг с другом, чтобы образовать защитный элемент с расположенными друг над другом через промежуток растром для наблюдения и изобразительным мотивом.

37. Структура для отображения по п.36, отличающаяся тем, что изобразительный мотив и растр для наблюдения расположены на противоположных поверхностях оптического разделительного слоя.

38. Структура для отображения по п.36, отличающаяся тем, что защитный элемент представляет собой защитную нить, отрывную нить, защитную ленту, защитную полоску, накладку или этикетку для нанесения на защищенную от подделки бумагу, ценный документ и т.д.

39. Структура для отображения по п.36, отличающаяся тем, что общая толщина защитного элемента составляет менее 50 мкм, преимущественно менее 30 мкм, в особенности предпочтительно менее 20 мкм.

40. Структура для отображения по любому из пп.1, 5, 13, 27, 29 или 30, отличающаяся тем, что растр для наблюдения и изобразительный мотив расположены в разных местах носителя данных так, что растр и мотив для самоидентификации могут быть наложены друг на друга и в состоянии наложения друг на друга образовать защитный элемент.

41. Структура для отображения по п.40, отличающаяся тем, что растр для наблюдения и изобразительный мотив могут быть наложены друг на друга посредством гибки, фальцевания, изгибания или складывания носителя данных.

42. Структура для отображения по любому из пп.1, 5, 13, 27, 29 или 30, отличающаяся тем, что изобразительный мотив для усиления зрительного впечатления трехмерности заполнен структурами Френеля, концентрирующими дифракционными решетками или другими оптически эффективными структурами, например структурами, характерные поперечные размеры которых меньше длины волны применяемого света.

43. Структура для отображения по любому из пп.1, 5, 13, 27, 29 или 30, отличающаяся тем, что содержание изображений в отдельных ячейках изобразительного мотива взаимно обменено в соответствии с определением функции m(x,y) отображения.

44. Структура для отображения по любому из пп.1, 5, 13, 27, 29, или 30, или 43, отличающаяся тем, что изобразительный мотив отображен электронным устройством отображения, а растр для наблюдения отображенного мотива прочно соединен с электронным устройством отображения.

45. Структура для отображения по любому из пп.1, 5, 13, 27, 29 или 30, отличающаяся тем, что изобразительный мотив отображен электронным устройством отображения, а растр для наблюдения может устанавливаться в виде отдельного растра для наблюдения отображаемого мотива на или перед электронным устройством отображения.

46. Защищенная от подделки бумага для изготовления защищенных от подделки или ценных документов, например банкнот, чеков, удостоверений, свидетельств и аналогичных объектов, снабженная структурой для отображения, выполненной по любому из пп.1-43.

47. Носитель данных, в частности фирменное изделие, ценный документ, декоративное изделие и аналогичные объекты, со структурой для отображения по любому из пп.1-43.

48. Носитель данных по п.47, отличающийся тем, что растр для наблюдения и/или изобразительный мотив структуры для отображения расположены в области окна носителя данных.

49. Электронный дисплей, содержащий электронное устройство отображения, в частности экран компьютера или телевизионный экран, управляющее устройство и структуру для отображения по любому из пп.1-35 или 43-45, причем управляющее устройство рассчитано и устроено так, чтобы воспроизводить на электронном устройстве отображения изобразительный мотив структуры для отображения.

50. Электронный дисплей по п.49, отличающийся тем, что растр для наблюдения отображенного мотива прочно соединен с электронным устройством отображения.

51. Электронный дисплей по п.49, отличающийся тем, что растр для наблюдения представляет собой отдельный растр, который для наблюдения отображенного мотива выполнен с возможностью установки на или перед электронным устройством отображения.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к структуре для отображения для защищенных от подделки бумаг, ценных документов, электронных устройств отображения или других носителей данных для отображения одного или нескольких заданных трехмерных тел.

Для защиты носителей данных, например, ценных документов, удостоверений и других ценных предметов, например фирменных изделий, их часто снабжают защитными элементами. Эти элементы позволяют проверить подлинность носителя данных, одновременно они служат в качестве защиты от незаконного воспроизведения. Носители данных в смысле данного изобретения, в частности, представляют собой банкноты, акции, облигации, удостоверения, ваучеры, чеки, ценные входные билеты, а также другие бумаги, подверженные опасности подделки, например паспорта и прочие удостоверения личности, кредитные карты, медицинские карточки и элементы для защиты продукции, например этикетки, печати, упаковки, и т.п. Ниже термин носитель данных включает все такие предметы, документы и средства защиты продукции.

Защитные элементы могут выполнить, например, в виде внедренной в банкноту защитной нити, отрывной полоски для упаковки, нанесенной защитной полоски, защитной пленки для банкноты с отверстием или самонесущего переводного элемента, например накладки или этикетки, наносимой после ее изготовления на ценный документ.

Особую роль играют защитные элементы в виде элементов с переменными оптическими свойствами, при наблюдении которых под разными углами зрения наблюдатель видит различные изображения. Это связано с тем, что такие элементы невозможно воспроизвести даже при помощи высококачественных копировальных аппаратов для цветной печати. Для этого защитные элементы могут снабдить защитными признаками в виде дифракционных оптических микро- и наноструктур, например обычными тиснеными голограммами или другими аналогичными дифракционными структурами, например, описанными в патентных документах EP 0330733 A1 или EP 0064067 A1.

Из документа US 5712731 A известно применение в качестве защитного элемента муаровой увеличительной структуры. Описанное в этом документе защитное устройство имеет равномерную структуру, по существу, идентично напечатанных микроизображений размером до 250 мкм, а также равномерную двухмерную структуру, по существу, идентичных сферических микролинз. Микролинзовая структура, по существу, имеет такой же шаг, как и структура микроизображения. Если структуру микроизображений наблюдают через микролинзовую структуру, то на участках, на которых эти структуры, по существу, установлены с приводкой относительно друг друга, для наблюдателя создается один или несколько вариантов микроизображений.

Принцип действия таких муаровых увеличительных структур описан в статье The moiré magnifier, M.C.Hutley, R.Hunt, R.F.Stevens and P.Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp.133-142. Короче говоря, согласно этой статье увеличение муарового узора представляет собой эффект, возникающий при наблюдении растра, состоящего из идентичных визуальных объектов, через линзовый растр, имеющий примерно такой же шаг. Как и в каждой паре аналогичных растров, при этом возникает муаровый узор, который в этом случае возникает как увеличенное и, смотря по обстоятельствам, повернутое изображение повторяющихся элементов растра изображения.

Исходя из этого, задача изобретения состоит в том, чтобы избежать недостатков состояния техники и, в частности, предложить структуру для отображения рассматриваемого типа, обеспечивающую большие возможности при оформлении наблюдаемых изобразительных мотивов.

Эта задача решается благодаря структуре для отображения с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Сведения о защищенной от подделки бумаге и носителе данных с такими структурами сообщены в независимых пунктах. Варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов.

В соответствии с первым аспектом изобретения структура для отображения рассматриваемого типа содержит структуру для представления растровых изображений для отображения заданного трехмерного тела, заданного функцией f(x,y,z) описания тела, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив с его разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

где

и

причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

и

элементарной ячейки и объединена в матрице

a x_m и y_m обозначают узлы решетки W,

- член V(x,y,x_m,y _m), выражающий увеличение, представляет собой либо скаляр ,

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицу

V(x,y,x_m,y_m)=(A(x,y,x_m,y _m)-I),

причем матрица

описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, a I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁ (x,y), c₂(x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂ (x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости объекта.

В рамках этого описания, поскольку это возможно, скаляры обозначаются строчными, матрицы - прописными буквами. Для наглядного представления символ стрелки при обозначении векторов не используется. Кроме того, как правило, специалисту из контекста ясно, что представляет из себя встречающаяся в описании величина, - скаляр, вектор или матрицу, или же следует принять во внимание несколько из этих возможностей. Например, член V, выражающий увеличение, может представлять собой скаляр или матрицу, так что однозначное обозначение строчной или прописной буквой невозможно. Тем не менее, из контекста всегда ясно, о чем идет речь - скаляре, матрице, или же подходят обе альтернативы.

В принципе, данное изобретение относится к созданию трехмерных изображений и трехмерным изображениям, имеющим переменное содержание при изменении направления наблюдения. В рамках данного изобретения трехмерные изображения называются телами. При этом термин тело , в частности, относится к множествам точек, линзовым системам и участками поверхности в трехмерном пространстве, при помощи которых математическими методами описывают трехмерные тела .

Для z_K(x,y,x_m,y _m), то есть z-координаты общей точки зрительной линии и тела, могут рассматривать не одно, а несколько значений, из которых по правилам, которые должны быть определены, образуют или выбирают одно значение. Этот выбор может происходить, например, посредством задания дополнительной характеристической функции, как показано ниже на примере непрозрачного объекта, или функции уровня прозрачности, заданной в дополнение к функции f описания тела.

Предлагаемая структура для отображения содержит структуру для представления растровых изображений, в которой мотив (заданное тело или заданные тела) кажется парящим перед или за плоскостью проекции или пронизывает ее отдельно, а не обязательно в виде группы. Отображенное трехмерное изображение при наклоне защитного элемента, образованного из размещенных друг над другом изобразительного мотива и растра для наблюдения, движется в направлениях, заданных матрицей A увеличения и движения. Изобразительный мотив создают не фотографическими методами и не при помощи освещения через растр, а конструируют математически по алгоритму вычисления по модулю, причем при этом можно создать большое количество различных эффектов увеличения и движения, которые ниже описаны более подробно.

В вышеназванной известной муаровой увеличительной структуре воспроизводимое изображение состоит из отдельных мотивов, периодически расположенных в решетке. Наблюдаемый через линзы изобразительный мотив представляет собой сильно уменьшенный вариант воспроизводимого изображения, причем площадь, сопоставленная с каждым отдельным мотивом, максимально примерно соответствует ячейке с линзой. Из-за малого размера ячеек с линзами в качестве отдельных мотивов во внимание принимают только сравнительно простые образования. В отличие от этого отображенное трехмерное изображение в случае описанного здесь отображения на основе вычисления по модулю, в общем, является отдельным изображением, и оно не обязательно должно быть составлено из решетки периодически повторяющихся отдельных мотивов. Воспроизведенное трехмерное изображение может представлять собой сложное отдельное изображение с высоким разрешением.

Ниже компонент названия муаровый применяется для вариантов, в которых используется муаровый эффект, если же присутствует компонент названия по модулю , то муаровый эффект в соответствующем исполнении применяется не обязательно. Компонент названия отображение указывает на любые отображения, в то время как компонент названия увеличительная структура указывает на то, что используют не любые отображения, а лишь увеличения.

Сначала кратко рассмотрим операцию вычисления по модулю, встречающуюся в функции m(x,y) отображения, по которой названа соответствующая увеличительная структура. Для вектора s и обратимой матрицы 2×2 выражение mod W как естественное расширение обычной скалярной операции вычисления по модулю представляет собой приведение вектора s к базисной ячейке решетки, описанной матрицей W ( фаза вектора s расположена внутри решетки W).

Формально выражение s mod W можно определить следующим образом. Пусть

и q_i=n_i+p_i с целочисленными n_i, Z, a 0 p_i<1 (i=1, 2), или, другими словами, пусть n_i=floor(q_i), a p_i=q_i mod 1. Тогда s=Wq=(n₁w₁+n₂w ₂)+(p₁w₁+p₂w₂ ), где (n₁w₁+n₂w₂ ) представляет собой точку на решетке WZ², а

s mod W=p₁w₁+p₂w₂

лежит в базисной ячейке решетки и показывает фазу s относительно решетки W.

В предпочтительном варианте структуры для отображения в первом аспекте изобретения член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y,x_m ,y_m)=(A(x,y,x_m,y_m)-I), где a ₁₁(x,y,x_m,y_m)=z_K(x,y,x _m,y_m)/e, так что структура для представления растровых изображений отображает заданное тело при наблюдении изобразительного мотива с глазным базисом, расположенным в направлении x. В общем, член, выражающий увеличение, могут задать матрицей V(x,y,x_m,y_m)=(A(x,y,x_m,y _m)-I), где (a₁₁cos² +(a₁₂+a₂₁)cos sin +a₂₂sin² )=z_K(x,y,x_m,y_m)/e, так что структура для представления растровых изображений отображает заданное тело при наблюдении изобразительного мотива в направлении относительно оси x.

В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения дополнительно к функции f(x,y,z) описания тела задана функция t(x,y,z) уровня прозрачности, где t(x,y,z) равно 1, если тело f(x,y,z) в точке (x,y,z) закрывает фон, а в остальных случаях равно 0. При этом для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z, для t(x,y,z_K) z_K(x,y,x_m,y_m ) следует брать наименьшее значение, для которого t(x,y,z _K) не равно нулю, чтобы наблюдать переднюю сторону тела снаружи.

Альтернативно для z_K(x,y,x _m,y_m) могут взять наибольшее значение, для которого t(x,y,z_K) не равно нулю. В этом случае возникает перевернутое по глубине (с обратным стереоэффектом) изображение, при котором заднюю сторону тела наблюдают изнутри.

Во всех вариантах величины z_K(x,y,x_m,y_m ) в зависимости от положения тела относительно плоскости проекции (позади или перед плоскостью проекции, или пронизывая ее) могут принимать положительные или отрицательные значения или же быть равны 0.

В соответствии со вторым аспектом изобретения структура для отображения рассматриваемого типа содержит структуру для представления растровых изображений для отображения заданного трехмерного тела, заданного профилем высот с двухмерным представлением тела f(x,y) и функцией z(x,y) высот, которая для каждой точки (x,y) заданного тела содержит информацию о высоте или глубине, имеющую,

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

где

и

где

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

и

элементарной ячейки и объединена в матрице

- член V(x,y), выражающий увеличение, представляет собой либо скаляр

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицу V(x,y)=(A(x,y)-I), причем матрица

описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁(x,y), c₂(x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂ (x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

Эта модель с профилем высот, представленная в качестве второго аспекта изобретения, для упрощения вычисления изобразительного мотива исходит из двухмерного чертежа f(x,y) тела, причем для каждой точки x,y двухмерного чертежа тела дополнительная z-координата z(x,y) дает информацию о высоте или глубине этой точки. Двухмерный рисунок f(x,y) представляет собой распределение яркости (полутоновое изображение), распределение цвета (цветное изображение), бинарное распределение (штриховое изображение) или распределение других свойств изображения, например прозрачности, отражающей способности, плотности и т.д.

В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения в модели с профилем высот заданы даже две функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высот и два угла ₁(x,y) и ₂(x,y), а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I), где

В соответствии с одним из вариантов могут предусмотреть задание двух функций z₁(x,y) и z₂(x,y) описания высот и задание члена, выражающего увеличение, матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I), где

так что при вращении структуры при наблюдении функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высот отображаемого тела переходят друг в друга.

В еще одном варианте задана функция z(x,y) высот и угол ₁, и при помощи матрицы V(x,y)=(A(x,y)-I) задан член, выражающий увеличение, где

В этом варианте отображаемое тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется относительно оси x в направлении ₁. При наклоне в направлении y движение не происходит.

В последнем варианте растр для наблюдения также может представлять собой щелевой растр, растр цилиндрических линз или растр вогнутых цилиндрических зеркал, элементарная ячейка которого задана выражением

где d - расстояние между осями щелей или цилиндров. При этом ось цилиндрических линз расположена в направлении y. Альтернативно изобразительный мотив могут наблюдать при помощи решетки точечных диафрагм или линзовой решетки с

где d₂, имеют произвольное значение.

В общем, если ось цилиндрических линз расположена в произвольном направлении , a d снова обозначает промежуток между осями цилиндрических линз, то линзовый растр задан при помощи

,

а соответствующая матрица A, при которой в направлении не существует ни увеличения, ни искажения, записывается следующим образом:

Созданный при этом узор для печатного или тисненого рисунка, помещаемого за линзовым растром W, могут наблюдать не только при помощи решетки из щелевых диафрагм или цилиндрических линз с осью в направлении , но и при помощи решетки точечных диафрагм или линзовой решетки, где

,

где d₂, могут принимать произвольное значение.

Еще один вариант описывает ортопараллактический трехмерный эффект. В этом варианте заданы две функции z₁(x,y) и z ₂(x,y) высот и угол ₂, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V(x,y)=(A(x,y)-I), где

если ₂=0,

так что отображаемое тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется перпендикулярно оси x. При наблюдении с глазным базисом в направлении y и наклоне структуры в направлении y тело движется в направлении ₂ относительно оси x.

В соответствии с третьим аспектом изобретения структура для отображения рассматриваемого типа содержит структуру для представления трехмерных изображений для отображения заданного трехмерного тела, заданного n сечениями f_j(x,y) и n функциями t_j(x,y) уровня прозрачности, где j=1, , n, причем сечения при наблюдении с глазным базисом в направлении х в каждом случае расположены на глубине z_j , z_j>z_j-1. z_j в зависимости от положения объекта относительно плоскости чертежа (позади или перед плоскостью чертежа, или пронизывая ее) может принимать положительное или отрицательное значение, или же быть равным 0. f_j(x,y) является функцией отображения j-го сечения, а функция t_j(x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j в точке (x,y) закрывает расположенные позади объекты, в остальных случаях она равна 0. Структура для отображения содержит

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданного тела, и

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданного тела при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

где

а

причем для j следует брать наименьший или наибольший индекс, для которого не равно нулю и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

и

элементарной ячейки и объединена в матрице

- член V_j, выражающий увеличение, является либо скаляром

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицей V _j=(A_j-I), причем матрица

описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу,

- вектор (c₁(x,y), c₂(x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива,

- вектор (d₁(x,y), d₂ (x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве,

- g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

Если при выборе индекса j берут наименьший индекс, для которого

не равно нулю, то получают изображение, показывающее переднюю сторону тела снаружи. Напротив, если взят наибольший индекс, для которого

не равно нулю, то получают перевернутое по глубине (с обратным стереоэффектом) изображение, показывающее заднюю сторону тела изнутри.

В модели с плоскостями сечения в соответствии с третьим аспектом изобретения трехмерное тело для упрощения вычисления изобразительного мотива задано n сечениями f_j(x,y) и n функциями t_j(x,y) уровня прозрачности, где j=1, , n, которые при наблюдении с глазным базисом в направлении x в каждом случае расположены на глубине z_j, z _j>z_j-1. Здесь f_j(x,y) представляет собой функцию отображения j-го сечения, которая может задавать распределение яркости (полутоновое изображение), распределение цвета (цветное изображение), бинарное распределение (штриховое изображение) или другие свойства изображения, например прозрачность, отражающую способность, плотность и т.д. Функция t_j (x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j в точке (x,y) закрывает находящиеся позади объекты, в остальных случаях она равна 0.

В предпочтительном варианте осуществления модели с секущими плоскостями задан коэффициент k изменения, не равный 0, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V _j=(A_j-I), где

так что при вращении структуры впечатление глубины представляемого тела изменяется на коэффициент k.

В предпочтительном варианте задан коэффициент k, не равный 0, и два угла ₁ и ₂, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I), где

поэтому отображаемое тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наблюдении с глазным базисом в направлении y и наклоне структуры в направлении y оно движется в направлении ₂. относительно оси x, а по размеру по глубине растягивается на коэффициент k изменения.

В еще одном предпочтительном варианте задан угол ₁, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I), где

так что отображаемое тело при наблюдении с глазным базисом в направлении x и наклоне структуры в направлении x движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наклоне в направлении y движение не происходит.

В последнем варианте растр для наблюдения также может представлять собой щелевой растр или растр цилиндрических линз с промежутком между осями щелей или цилиндров d. Если оси цилиндрических линз расположены в направлении y, то элементарная ячейка растра для наблюдения задана выражением

.

Как описано выше в связи со вторым аспектом изобретения, в этом случае изобразительный мотив также могут наблюдать при помощи решетки точечных диафрагм или линзовой решетки с

,

где d₂, могут принимать произвольные значения, или при помощи растра цилиндрических линз, в котором оси линз расположены в произвольном направлении . Вид, который принимают W и A в результате вращения на угол , был показан в явной форме выше.

Согласно еще одному предпочтительному варианту коэффициент k не равен 0, задан угол ₁ и задан матрицей V_j=(A_j -I) член, выражающий увеличение, где

если =0,

так что отображенное тело при наклоне в горизонтальном направлении движется перпендикулярно направлению наклона, а при вертикальном наклоне движется в направлении относительно оси x.

В еще одном варианте задан коэффициент k, не равный 0, и угол ₁, а член, выражающий увеличение, задан матрицей V_j=(A_j-I), где

так что отображенное тело независимо от направления наклона всегда движется в направлении ₁ относительно оси x.

Во всех названных аспектах изобретения элементы наблюдения в растре для наблюдения предпочтительно расположены периодически или локально периодически, причем в последнем случае локальные параметры периода в сравнении с длиной периодичности предпочтительно изменяются медленно. Длина периодичности или локальная длина периодичности предпочтительно составляет от 3 до 50 мкм, предпочтительно от 5 до 30 мкм, в особенности предпочтительно от примерно 10 до приблизительно 20 мкм. Также возможно резкое изменение длины периодичности, если она перед этим оставалась постоянной или почти постоянной на протяжении большого, если сравнивать с длиной периодичности, участка протяженностью более чем 20, 50 или 100 длин периодичности.

Элементы наблюдения во всех аспектах изобретения могут быть образованы нецилиндрическими микролинзами, в частности микролинзами с круглым или полигональным базисом, или также длинными цилиндрическими линзами, размер которых в продольном направлении составляет более 250 мкм, предпочтительно более 300 мкм, особенно предпочтительно более 500 мкм, в частности более 1 мм. В дополнительных предпочтительных вариантах осуществления изобретения элементы наблюдения образованы точечными диафрагмами, щелевыми диафрагмами, оснащенными зеркалами точечными или щелевыми диафрагмами, асферическими линзами, линзами Френеля, индекс-градиентными линзами (Gradient Refraction Index), зонными пластинками, голографическими линзами, вогнутыми зеркалами, зеркалами Френеля, зонными зеркалами или другими элементами с фокусирующим или также диафрагмирующим эффектом.

В предпочтительных вариантах реализации модели с профилем высот предусмотрено, что носитель функции отображения

больше элементарной ячейки растра W для наблюдения. Носитель функции, как обычно, обозначает топологическое замыкание области, в которой функция не равна нулю. Для модели с секущими плоскостями носители сечений

предпочтительно больше элементарной ячейки растра W для наблюдения.

Отображенное трехмерное изображение в предпочтительных вариантах периодичностью не обладает, то есть оно представляет собой отображение отдельного трехмерного мотива.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения растр для наблюдения и изобразительный мотив структуры для отображения прочно соединены друг с другом и, таким образом, образуют защитный элемент с расположенными друг над другом через промежуток растром для наблюдения и изобразительным мотивом. Изобразительный мотив и растр для наблюдения предпочтительно расположены на противоположных поверхностях оптического разделительного слоя. Защитный элемент, в частности, может представлять собой защитную нить, отрывную нить, защитную ленту, защитную полоску, накладку или этикетку для нанесения на защищенную от подделки бумагу, ценный документ и т.д. Общая толщина защитного элемента предпочтительно оставляет менее 50 мкм, преимущественно менее 30 мкм, в особенности предпочтительно менее 20 мкм.

В соответствии с другим, также предпочтительным вариантом осуществления изобретения растр для наблюдения и изобразительный мотив структуры для наблюдения расположены в разных местах носителя данных так, что растр и мотив для самоидентификации могут быть наложены друг на друга, и в состоянии наложения друг на друга образовать защитный элемент. Растр для наблюдения и изобразительный мотив могут быть наложены друг на друга, в частности, посредством гибки, фальцевания, изгибания или складывания носителя данных.

Согласно еще одному, также предпочтительному варианту осуществления изобретения изобразительный мотив отображается электронным устройством отображения, а растр для наблюдения отображаемого мотива прочно соединен с электронным устройством отображения. Вместо того чтобы быть прочно соединенным с электронным устройством отображения, растр для наблюдения может представлять собой отдельный растр, который для наблюдения отображаемого мотива может быть установлен на или перед электронным устройством отображения.

Итак, в рамках данного описания защитный элемент может представлять собой как постоянный защитный элемент, образованный растром для наблюдения и изобразительным мотивом, прочно соединенными между собой, так и защитный элемент, образованный отдельно существующим в пространстве растром и соответствующим мотивом, причем при накладывании друг на друга эти два элемента образуют временно существующий защитный элемент. Имеющиеся в описании высказывания о характеристиках движения или зрительном образе защитного элемента относятся как к прочно соединенным постоянным защитным элементам, так и к временным защитным элементам, образованным накладыванием друг на друга его составных частей.

Во всех вариантах реализации изобретения границы между ячейками в изобразительном мотиве предпочтительно могут быть сдвинуты независимо от местоположения, так что встречающийся в функции m(x,y) отображения вектор (d ₁(x,y), d₂(x,y)) постоянен. Альтернативно границы между ячейками в изобразительном мотиве могут быть сдвинуты в зависимости от местоположения. В частности, изобразительный мотив может иметь две или большее количество подобластей с различным, в каждом случае постоянным ячеистым растром.

Зависящий от местоположения вектор (d₁(x,y), d ₂(x,y)) могут использовать также для определения очертаний ячеек в изобразительном мотиве. Например, вместо ячеек в виде параллелограмма могут использовать ячейки с другой единой формой, подходящие друг к другу так, что поверхность изобразительного мотива заполнена без промежутков (покрытие поверхности изобразительного мотива правильными многоугольниками). При этом посредством выбора зависящего от местоположения вектора (d₁(x,y), d ₂(x,y)) форму ячеек могут определить по желанию. Благодаря этому дизайнер, в частности, может повлиять на то, под какими углами наблюдения будут возникать скачкообразные изменения мотива.

Изобразительный мотив также может быть разделен на различные участки, в каждом из которых ячейки имеют идентичную форму, в то время как формы ячеек на разных участках отличаются. Это приводит к тому, что при наклоне защитного элемента части мотива, соответствующие различным участкам, скачкообразно меняются при разных углах наклона. Если участки с различными ячейками довольно велики, так что их можно распознать невооруженным глазом, то таким способом в защитном элементе могут поместить дополнительно видимую информацию. Напротив, если эти участки микроскопические, то есть они могут быть распознаны только при помощи увеличительных вспомогательных средств, то таким способом могут поместить дополнительную скрытую информацию, которая может служить в качестве защитного признака более высокого уровня.

Кроме того, зависящий от местоположения вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)) могут использовать также для создания ячеек, которые все отличаются друг от друга в отношении своей формы. Благодаря этому могут изготовить совершенно индивидуальный защитный признак, который могут проверить, например, при помощи микроскопа.

Функция g маски, встречающаяся в функции m(x,y) отображения во всех вариантах осуществления изобретения, во многих случаях предпочтительно тождественна 1. В других, также предпочтительных вариантах функция g маски в подобластях, особенно в краевой зоне ячеек изобразительного мотива, равна нулю, тогда она ограничивает диапазон пространственного угла, под которым могут увидеть трехмерное изображение. Наряду с ограничением угла функция маски может описывать ограничение полей зрения, при которых трехмерное изображение становится невидимым, как более подробно объяснено ниже.

Кроме того, во всех предпочтительных разновидностях всех вариантов реализации предусмотрено, что относительное положение центра элементов наблюдения в пределах ячеек изобразительного мотива не зависит от местоположения, то есть вектор (c₁(x,y), c₂(x,y)) постоянен. Разумеется, в других вариантах может оказаться целесообразным относительное положение центра элементов наблюдения в пределах ячеек изобразительного мотива сделать зависимым от местоположения, как более подробно пояснено ниже.

В соответствии с усовершенствованным вариантом осуществления изобретения изобразительный мотив для усиления зрительного впечатления трехмерности заполнен структурами Френеля, концентрирующими дифракционными решетками или другими оптически эффективными структурами.

Во всех вышеописанных аспектах изобретения структура для представления растровых изображений структуры для отображения всегда отображает отдельное трехмерное изображение. В дополнительных аспектах изобретение охватывает также варианты, при которых одновременно или попеременно воспроизводится несколько трехмерных изображений.

Для этого структура для отображения, соответствующая общей перспективе первого аспекта изобретения, в соответствии с четвертым аспектом изобретения содержит структуру для представления растровых изображений для отображения множества заданных трехмерных тел, заданных функциями f_i(x,y,z) описания тел, где i=1, 2, , N, где N 1, имеющую изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

m(x,y)=F(h₁,h₂ , h_N), с описательными функциями

где

- где F(h₁,h₂, h_N) представляет собой главную функцию, описывающую сопряжение N описательных функций h_i(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

элементарной ячейки и объединена в матрице

a x_m и y_m обозначают узлы решетки W,

- члены V_i(x,y,x _m,y_m), выражающие увеличение, представляют собой либо скаляры

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, или матрицы V_i(x,y,x_m,y_m)=(A₁ (x,y,x_m,y_m)-I), причем каждая матрица

описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела f_i , а I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 c_i1(x,y), c_i2(x,y)<1, для тела f_i в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)), где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, и

- g_i(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i.

Для z_iK(x,y,x_m,y_m ), то есть z-координаты общей точки зрительной линии и тела f _i, могут рассматривать не одно, а несколько значений, из которых по определенным правилам образуют или выбирают одно значение. Например, в случае непрозрачного тела дополнительно к функции f_i(x,y,z) описания тела может быть задана функция t_i(x,y,z) уровня прозрачности (характеристическая функция), причем t_i(x,y,z) равно 1, если тело f _i(x,y,z) в точке (x,y,z) закрывает фон, в остальных случаях оно равно 0. При этом для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z для z_iK(x,y,x_m,y _m) в каждом случае следует брать наименьшее значение, для которого t_i(x,y,z_iK) не равно 0, если хотят наблюдать переднюю сторону тела.

Все величины z_iK(x,y,x_m,y_m) в зависимости от положения тела относительно плоскости проекции (позади или перед плоскостью проекции, или пронизывая ее) могут принимать положительные или отрицательные значения или же быть равными 0.

В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения дополнительно к функциям f_i (x,y,z) описания тела заданы функции t_i(x,y,z) уровня прозрачности, где t_i(x,y,z) равно 1, если тело f _i(x,y,z) в точке (x,y,z) закрывает фон, а в остальных случаях оно равно 0. При этом для направления взгляда, в сущности, в направлении оси z для z_iK(x,y,x_m,y _m) следует брать наименьшее значение, для которого t _i(x,y,z_K) не равно нулю, чтобы наблюдать переднюю сторону тела f_i снаружи. Альтернативно для z_iK (x,y,x_m,y_m) могут взять наибольшее значение, для которого t_i(x,y,z_K) не равно нулю, чтобы наблюдать заднюю сторону тела f_i изнутри.

Для этого структура для отображения в соответствии с пятым аспектом изобретения, соответствующая модели с профилем высот, содержит структуру для представления растровых изображений для отображения множества заданных трехмерных тел, заданных профилями высот с двухмерными отображениями тел f_i(x,y), i=1, 2, , N, где N 1, и функциями z_i(x,y) высот, которые в каждом случае для каждой точки (x,y) заданного тела f_i содержат информацию о высоте или глубине, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

m(x,y)=F(h ₁,h₂, h_N) с описательными функциями

где

,

- где F(h₁,h₂, h_N) - главная функция, задающая сопряжение N описательных функций h_i(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

элементарной ячейки и объединена в матрице

- члены V_i(x,y), выражающие увеличение, представляют собой либо скаляры

,

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицы V_i(x,y)=(А_i(x,y)-I), причем матрицы

в каждом случае описывают желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела f_i, а I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 c_i1(x,y), c_i2(x,y)<1, для тела f_i в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)) где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, и

- g_i(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i.

Структура для отображения в соответствии с шестым аспектом изобретения, соответствующая модели с секущими плоскостями, содержит структуру для представления растровых изображений для отображения множества (N 1) заданных трехмерных тел, которые в каждом случае заданы n_i сечениями f_ij(x,y) и n_i функциями t_ij(x,y) уровня прозрачности, где i=1, 2, N, a j=1, 2, n_i, причем сечения тела i при наблюдении с глазным базисом в направлении х в каждом случае находятся на глубине z_ij, и причем f_ij(x,y) является функцией отображения j-го сечения i-го тела, а функция t_ij(x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j тела i в точке (x,y) закрывает расположенные позади объекты, а в остальных случаях равна 0, имеющую

- изобразительный мотив, разделенный на множество ячеек, в каждой из которых расположены отображенные участки заданных тел,

- растр для наблюдения, состоящий из множества элементов наблюдения для отображения заданных тел при наблюдении изобразительного мотива при помощи растра для наблюдения,

- причем изобразительный мотив со своим разделением на множество ячеек имеет функцию m(x,y) отображения, заданную выражением

,

с описательными функциями

где

где для ij в каждом случае следует брать пару индексов, для которой не равно нулю, a z_ij минимально или максимально, и

- где главная функция, задающая сопряжение описательных функций h_ij(x,y), и причем

- элементарная ячейка растра для наблюдения описана векторами

элементарной ячейки и объединена в матрице

- члены V_ij, выражающие увеличение, являются либо скалярами

где e - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, или матрицами V _ij=(A_ij-I), причем матрицы

в каждом случае описывают желательные увеличительные свойства и характеристику движения заданного тела f_i, а I представляет собой единичную матрицу,

- векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 c_i1(x,y), c_i2(x,y)<1, для тела f_i в каждом случае задают относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива,

- векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)) где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляют собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, и

- g_ij(x,y) представляет собой функции маски для установки видимости тела f_i .

Все высказывания, сделанные в отношении первых трех аспектов изобретения касательно отдельного тела f, действительны также для множества тел f_i более общих структур для представления растровых изображений в соответствии с четвертым, пятым или шестым аспектом изобретения. В частности, по меньшей мере, одна (или даже все) из описательных функций в четвертом, пятом и шестом аспекте изобретения может быть выполнена так, как в вышеописанном случае для функции m(x,y) отображения в первом, втором или третьем аспекте.

Структура для представления растровых изображений предпочтительно отображает переменное изображение, движущееся изображение или трансформирующееся изображение. При этом функции g_i и g_ij маски, в частности, могут задавать изменение видимости тел в виде полос или в шахматном порядке f_i. Последовательность изображений предпочтительно могут осуществить при наклоне вдоль заданного направления; в этом случае предпочтительно используют полосчатые функции g _i и g_ij маски, то есть функции, которые для каждого i не равны нулю только в полосе, перемещающейся элементарной ячейке. Тем не менее, в общем случае могут выбрать и функции маски, позволяющие осуществить последовательность изображений при наклоне по криволинейной, меандровой или спиральной траектории.

В то время как в случае переменных изображений (изображений с кипп-эффектом) или других движущихся изображений в каждом случае одновременно могут видеть только одно трехмерное изображение, изобретение также содержит варианты, при которых наблюдатель одновременно может видеть два или большее количество трехмерных изображений (тел) f_i. При этом главная функция F предпочтительно представляет собой функцию суммирования, функцию максимизации, операцию ИЛИ, операцию исключающее ИЛИ или другие логические операции.

В частности, изобразительный мотив находится в тисненом или печатном слое. В соответствии с предпочтительным усовершенствованием изобретения защитный элемент во всех аспектах имеет непрозрачный маскирующий слой для маскирования на некоторых участках структура для представления растровых изображений. Таким образом, в пределах покрытого участка эффект увеличения, основанный на вычислении по модулю, не возникает, так что эффект изменения оптических свойств могут комбинировать с обычной информацией или другими эффектами. Этот маскирующий слой предпочтительно существует в виде узоров, знаков или кода и/или имеет выемки в виде узоров, знаков или кода.

Если изобразительный мотив и растр для наблюдения расположены на противоположных поверхностях оптического разделительного слоя, то этот слой может заключать в себе, например, полимерную пленку или лаковый слой.

Сам перманентный защитный элемент во всех аспектах изобретения предпочтительно представляет собой защитную нить, отрывную нить, защитную ленту, защитную полоску, накладку или этикетку для нанесения на защищенную от подделки бумагу, ценный документ и т.д. В предпочтительном варианте защитный элемент может покрывать прозрачный участок носителя данных или участок носителя данных с выемкой. При этом на разных сторонах носителя данных могут реализовать различный внешний вид. Во внимание принимаются также двусторонние исполнения, в которых растры для наблюдения расположены с обеих сторон изобразительного мотива.

Предлагаемые структуры для представления растровых изображений могут комбинировать с другими защитными признаками, например с дифракционными структурами, голографическими структурами во всех вариантах исполнения - металлизированными или не металлизированными микроструктурами, характерные поперечные размеры которых меньше длины волны применяемого света - металлизированными или не металлизированными решетками, период которых меньше длины волны применяемого света, системами слоев, меняющими цвет при наклоне полупрозрачными или непрозрачными, дифракционными оптическими элементами, рефракционными оптическими элементами, например призменными формирователями луча, отверстиями специальной формы, защитными признаками с нацеленно установленной электрической проводимостью, внедренными материалами с магнитным кодом, материалами с фосфоресцирующим, флуоресцирующим или люминесцирующим эффектом, защитными признаками на основе жидких кристаллов, матовыми структурами, микрозеркалами, элементами с эффектом жалюзи или пилообразными структурами. В публикации WO 2005/052650 A2 на страницах 71-73 приведены дополнительные защитные признаки, с которыми могут комбинировать предлагаемые в данном изобретении структуры для представления растровых изображений; в этой мере они включены в данное описание.

Во всех аспектах содержание изображений в отдельных ячейках изобразительного мотива может быть взаимно обменено в соответствии с определением функции m(x,y) отображения.

Изобретение также содержит способ изготовления структур для отображения в соответствии с аспектами изобретения с первого по шестой, при котором изобразительный мотив вычисляют по одному или нескольким заданным трехмерным телам. Способ и используемые расчетные соотношения для общей перспективы, модель с профилем высот и модель с секущими плоскостями были определены выше, более подробно они будут объяснены на основе следующих примеров осуществления изобретения.

Размер элементов изобразительного мотива и элементов наблюдения в рамках данного изобретения обычно составляет примерно от 5 до 50 мкм, поэтому влияние увеличительной структуры, основанной на вычислении по модулю, на толщину защитных элементов может оставаться незначительным. Изготовление таких небольших линзовых решеток и таких небольших изображений описано, например, в документе DE 10 2005 028162 A1, в этой мере его содержание включено в данную заявку.

Обычный способ действий заключается в следующем. Для изготовления микроструктур (микролинз, микрозеркал, элементов микроизображения) могут применить технику структурирования полупроводников, например фотолитографию или электронно-лучевую литографию. Особенно подходящий способ состоит в том, что на структуру в фотофоторезисте воздействуют сфокусированным лазерным лучом. Затем на структуры, которые могут иметь бинарные или более сложные трехмерные поперечные профили, воздействуют проявителем. В качестве альтернативного способа могут применить лазерную абляцию. Полученный таким образом оригинал могут подвергнуть дополнительной обработке и, таким образом, изготовить штамп для тиснения, при помощи которого могут размножить структуры, например, применив тиснение в ультрафиолетовом лаке, термопластичное тиснение или описанную в публикации WO 2008/00350 A1 технику глубокой микропечати. В случае последней техники речь идет о технике, которая сочетает в себе преимущества технологии печати и тиснения. Детали такой техники глубокой микропечати и связанные с ней преимущества можно найти в публикации WO 2008/00350 A1, в этой мере его содержание включено в данную заявку.

В отношении конечного продукта подходит целый ряд различных вариантов исполнения: тисненые структуры с металлическим напылением, окрашивание через металлические наноструктуры, тиснение в цветном ультрафиолетовом лаке, глубокая микропечать в соответствии с публикацией WO 2008/00350 A1, окрашивание тисненых структур с последующим снятием краски с тисненой пленки при помощи ракеля, а также описанный в немецкой патентной заявке 102007062089.8 способ селективного переноса надпечатываемого материала на выпуклости и углубления тисненой структуры. Альтернативно изобразительный мотив могут нанести при помощи сфокусированного лазерного луча прямо на светочувствительный слой.

Микролинзовую решетку могут изготовить также при помощи лазерной абляции или полутоновой литографии. Альтернативно может последовать бинарное экспонирование, причем форма линзы возникает лишь позже благодаря плавлению фоторезиста. Из оригинала - как в случае микроструктурной решетки - могут изготовить штамп для тиснения, при помощи которого может последовать массовое производство, например, посредством тиснения в ультрафиолетовом лаке или термопластичного тиснения.

Если принцип увеличительной структуры или отображения на основе вычисления по модулю применяют в случае декоративных изделий (например, поздравительных карточек, картин для украшения стен, занавесов, покрытий столов, брелоков для ключей и т.д.) или для украшения продуктов, то размер внедряемых изображений и линз лежит в пределах примерно от 50 до 1000 мкм. При этом внедряемые изобразительные мотивы могут напечатать в цвете при помощи обычных способов печати, например офсетной печати, глубокой печати, высокой печати, трафаретной печати, или посредством цифровой печати, например струйной или лазерной печати.

Предлагаемый принцип увеличительной структуры или отображения на основе вычисления по модулю могут использовать также в случае компьютерных и телевизионных изображений с трехмерным эффектом, которые обычно отображаются посредством электронного устройства отображения. В этом случае размер внедряемых изображений и размер линз устанавливаемой перед экраном линзовой решетки составляет примерно от 50 до 500 мкм. Разрешение экрана должно быть, по меньшей мере, на один порядок лучше, поэтому для этого применения необходимы экраны высокого разрешения.

Наконец, изобретение также содержит защищенную от подделки бумагу для изготовления защищенных от подделки или ценных документов, например банкнот, чеков, удостоверений, свидетельств и т.д., имеющую структуру для отображения вышеописанного типа. Кроме того, изобретение содержит носитель данных, в частности фирменное изделие, ценный документ, декоративное изделие, например упаковку, почтовые карточки и т.п., со структурой для отображения вышеописанного типа. При этом растр для наблюдения и/или изобразительный мотив структуры для отображения могут расположить по всей поверхности, на участках поверхности или в окне носителя данных.

Изобретение также относится к электронному дисплею, содержащему электронное устройство отображения, в частности экран компьютера или телевизионный экран, управляющее устройство и структуру для отображения вышеописанного типа. При этом управляющее устройство рассчитано и устроено так, чтобы воспроизводить на электронном устройстве отображения изобразительный мотив структуры для отображения. Растр для наблюдения отображаемого изобразительного мотива может быть связан с электронным устройством отображения или представлять собой отдельный растр для наблюдения, который для наблюдения отображаемого мотива могут устанавливать на или перед электронным устройством отображения.

Все описанные варианты можно выполнить с двухмерными линзовыми растрами в решетках любой низкой или высокой симметрии или в структурах, состоящих из цилиндрических линз. Все эти структуры могут рассчитать также для изогнутых поверхностей, как в принципе описано в публикации WO 2007/076952 A2, в этой мере его содержание включено в данную заявку.

Ниже на основе чертежей поясняются остальные примеры реализации и преимущества изобретения. Для лучшей наглядности масштаб и пропорции на чертежах не соблюдаются.

На чертежах изображено следующее.

Фиг.1. Схематичное представление банкноты с внедренной в нее защитной нитью и наклеенным переводным элементом.

Фиг.2. Схематичное изображение в разрезе слоистой структуры предлагаемого защитного элемента.

Фиг.3. Схематичный вид сбоку на расположенное в пространстве отображаемое тело, которое должно быть отображено в перспективе в плоскости изобразительного мотива.

Фиг.4. Для модели с профилем высот: (а) - двухмерное представление f(x,y) отображаемого кубика в центральной проекции, (b) - соответствующая информация z(x,y) о высоте/глубине в кодировании оттенков серого; (с) - рассчитанная при помощи этих данных функция m(x,y) отображения.

Изобретение поясняется на примере защитных элементов для банкнот. На фиг.1 представлено схематичное изображение банкноты 10, которая в соответствии с примерами осуществления изобретения снабжена двумя защитными элементами 12 и 16. Первый защитный элемент представляет собой защитную нить 12, которая в пределах определенных окон 14 выходит на поверхность банкноты 10, а в промежутках между окнами внедрена внутрь банкноты 10. Второй защитный элемент образован наклеенным переводным элементом 16 любой формы. Защитный элемент 16 также могут выполнить в виде защитной пленки, помещенной над областью окна или сквозного отверстия в банкноте. Защитный элемент может быть рассчитан для наблюдения в отраженном свете, в проходящем свете или для наблюдения как в отраженном, так и в проходящем свете.

Как защитная нить 12, так и переводной элемент 16 могут содержать увеличительную структуру, основанную на вычислении по модулю и выполненную в соответствии с одним из примеров осуществления изобретения. Ниже на основе переводного элемента 16 принцип действия и предлагаемый способ изготовления таких структур объясняется более подробно.

На фиг.2 схематично показана в разрезе слоистая структура переводного элемента 16, причем здесь изображены только те детали структуры, которые необходимы для пояснения принципа действия. Переводной элемент 16 содержит подложку 20 в виде прозрачной полимерной пленки, в данном примере полиэтилентерефталатной пленки (ПЭТ-пленки) толщиной примерно 20 мкм.

Верхняя сторона пленочной подложки 20 снабжена растровой структурой из микролинз 22, которые на верхней стороне пленочной подложки образуют двухмерную решетку Браве с предварительно выбранной симметрией. Решетка Браве может обладать, например, гексагональной симметрией. Тем не менее, возможны и другие, в частности, более низкие симметрии, и вместе с тем более общие формы, например симметрии решетки с ячейками в форме параллелограмма.

Промежуток между смежными линзами 22 предпочтительно выбран так, чтобы он был как можно меньшим, чтобы обеспечить максимально возможное заполнение площади и, таким образом, контрастное изображение. Сферические или асферические микролинзы 22 предпочтительно имеют диаметр от 5 до 50 мкм, в частности всего лишь от 10 до 35 мкм, поэтому увидеть их невооруженным глазом невозможно. Разумеется, при других исполнениях в расчет принимают также большие или меньшие размеры. Например, если увеличительные структуры, основанные на вычислении по модулю, используют для украшения, то микролинзы имеют диаметр от 50 до 5 мкм, если же увеличительные структуры, основанные на вычислении по модулю, предназначены для расшифровки только при помощи лупы или микроскопа, также могут применить размер менее 5 мкм.

На нижней стороне пленочной подложки 20 помещен слой 26 с изобразительным мотивом, разделенным на некоторое число элементарных ячеек 24 и содержащим элементы 28 микромотива.

Оптическая плотность пленочной подложки 20 и фокусное расстояние микролинз 22 согласованы друг с другом так, что слой 26 с мотивом находится примерно на фокусном расстоянии линз. Итак, пленочная подложка 20 образует оптический разделительный слой, обеспечивающий необходимый постоянный промежуток между микролинзами 22 и слоем 26 с изобразительным мотивом.

Для объяснения принципа действия предлагаемых увеличительных структур, основанных на вычислении по модулю, на фиг.3 в весьма схематичном виде показан вид сбоку на расположенное в пространстве тело 30, которое должно быть отображено в перспективе в плоскости 32 изобразительного мотива, ниже называемой также как плоскость проекции .

В совершенно общем виде тело 30 можно описать при помощи функции f(x,y,z) описания тела и функции t(x,y,z) уровня прозрачности, причем ось z расположена перпендикулярно плоскости 32 проекции, в которой лежат оси x и y. Функция f(x,y,z) описания тела определяет характеристическое свойство тела в точке (x,y,z), например распределение яркости, распределение цвета, бинарное распределение или другие свойства тела, например прозрачность, отражающую способность, плотность и т.д. Итак, в общем, она может представлять собой не только скалярную, но и векторную функцию пространственной системы координат x, y и z. Функция t(x,y,z) уровня прозрачности равна 1, если тело в точке (x,y,z) закрывает фон, в остальных случаях, то есть, в частности, когда тело в точке (x,y,z) прозрачно или не существует, она равна 0.

Разумеется, представляемое трехмерное изображение может содержать не только отдельный объект, но и несколько трехмерных объектов, которые не обязательно должны быть связаны друг с другом. Применяемый в рамках данного изобретения термин "тело" используется в смысле любой трехмерной структуры, он включает структуры с одним или несколькими отдельными трехмерными объектами.

Расположение микролинз в линзовой плоскости 34 описывается трехмерной решеткой Браве, элементарная ячейка которой определена векторами w₁ и w₂ (с компонентами w₁₁, w₂₁ и w₁₂, w₂₂). В компактной записи элементарную ячейку могут определить также в матричном виде при помощи матрицы W описания растра мотива:

.

Ниже матрица W описания растра мотива часто называется просто как линзовая матрица или линзовый растр . Вместо обозначения линзовая плоскость ниже используется также термин плоскость зрачка . Положения x_m, y_m в плоскости зрачка, ниже обозначаемые как положения зрачка , представляют собой узлы решетки W в линзовой плоскости 34.

В линзовой плоскости 34 вместо линз 22 по принципу безобъективной камеры могут, например, использовать точечные диафрагмы.

В качестве элементов для наблюдения в растре для наблюдения также могут применять все другие виды линз и систем формирования изображения, например асферические линзы, цилиндрические линзы, щелевые диафрагмы, оснащенными зеркалами точечные или щелевые диафрагмы, линзы Френеля, индекс-градиентные линзы, зонные пластинки (дифракционные линзы), голографические линзы, вогнутые зеркала, зеркала Френеля, зонные зеркала и другие элементы с фокусирующим или также диафрагмирующим эффектом.

В принципе в качестве элементов наблюдения в растре наряду с элементами с фокусирующим эффектом могут применить элементы с диафрагмирующим эффектом (точечные или щелевые диафрагмы, а также зеркальные поверхности, расположенные позади точечных или щелевых диафрагм).

При использовании матрицы вогнутых зеркал и других применяемых в соответствии с изобретением отражающих растров для наблюдения наблюдатель смотрит через изобразительный мотив, в данном случае полупрозрачный, на расположенную за ним зеркальную решетку и видит отдельные небольшие зеркала как светлые или темные точки, из которых формируется воспроизводимое изображение. При этом изобразительный мотив, в общем, имеет настолько тонкую структуру, что его видят лишь как пелену. Даже если об этом не упоминается отдельно, приведенные формулы зависимостей между отображаемым изображением и изобразительным мотивом действительны не только для линзовых, но и для зеркальных растров. Разумеется, при предлагаемом применении вогнутых зеркал вместо фокусного расстояния линзы выступает фокусное расстояние зеркала.

Если в соответствии с изобретением вместо линзовой решетки применяют зеркальную решетку, следует представить себе, что наблюдение на фиг.2 осуществляют снизу, а на фиг.3 в случае структуры, содержащей зеркальную решетку, нужно поменять местами плоскости 32 и 34. Для примера изобретение описывается на основе линзовых растров, охватывающих лишь один из применяемых в соответствии с изобретением вариантов растра для наблюдения.

Снова со ссылкой на фиг.3 - е обозначает фокусное расстояние линзы (в общем, в эффективном промежутке е учтены характеристики линз и показатель преломления среды, расположенной между линзовым растром и растром мотива). Точка (x_K,y_K,z_K) расположенного в пространстве тела 30 отображается в перспективе в плоскости 32 проекции с положением (x_m,y_m,0) зрачка.

В точке (x,y,e) в плоскости 32 проекции откладывают взятое на теле значение f(x_K,y_K,z_K (x,y,x_m,y_m)), где f(x_K,y _K,z_K(x,y,x_m,y_m)) представляет собой общую точку тела 30 с характеристической функцией t(x,y,z), и зрительной линии [(x_m,y_m,0), (x,y,e)] с наименьшем значением z. При этом учитывают возможный знак перед z, так что выбирают не точку с наименьшим абсолютным значением z, а точку с самым отрицательным значением z.

Если сначала наблюдают только покоящееся в пространстве тело, без эффектов движения при наклоне увеличительной структуры, то изобразительный мотив, который находится в плоскости 32 мотива и при наблюдении через расположенный в линзовой плоскости 34 линзовый растр W создает отображение заданного тела, описывается функцией m(x,y) отображения, которая в соответствии с изобретением задана следующим выражением:

,

где для z_K(x,y,x_m ,y_m) берут наименьшее значение, для которого t(x,y,z _K) не равно 0.

Вектор (c₁, c ₂), который в общем случае может быть зависящим от местоположения, то есть он может быть задан (c₁(x,y), c₂ (x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, определяет относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива.

Вычисление z_K (x,y,x_m,y_m), в общем, весьма трудоемко, так как в изображении, сформированном с помощью линзового растра, необходимо учесть от 10000 до 1000000 и даже большее количество позиций (x_m,y_m). Поэтому ниже показаны некоторые способы, при которых z_k становится независимым от (x_m,y_m) (модель с профилем высот) или даже от (x,y,x_m,y_m) (модель с секущими плоскостями).

Но сначала мы еще представим обобщение вышеприведенной формулы, в которой не только отображается расположенное в пространстве тело, но и тело, появляющееся в устройстве с линзовым растром, при изменении направления наблюдения меняется по глубине. Для этого вместо скалярного увеличения v=z(x,y,x_m,y _m)/e используют матрицу A(x,y,x_m,y_m ) увеличения и движения, в которой содержится член v=z(x,y,x _m,y_m)/e. Тогда для функции m(x,y) отображения мы получаем

При

a₁₁ (x,y,x_m,y_m)=z_K(x,y,x_m ,y_m)/e

структура для представления растровых изображений отображает заданное тело при наблюдении изобразительного мотива с глазным базисом в направлении x. Если же растровая структура должна отображать заданное тело при наблюдении мотива с глазным базисом в направлении относительно оси x, то коэффициенты A выбирают так, чтобы выполнялось равенство

(a₁₁cos ² +(а₁₂+a₂₁)cos sin +a₂₂sin² )=z_K(x,y,x_m,y_m)/e

Модель с профилем высот

Чтобы упростить расчет изобразительного мотива, в случае профиля высот исходят из двухмерного чертежа f(x,y) тела, причем для каждой точки x,y двухмерного изображения тела дополнительная z-координата z(x,y) показывает, насколько удалена эта точка в реальном теле от плоскости 32 проекции. При этом z(x,y) может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Для иллюстрации на фиг.4(a) представлено в центральной проекции двухмерное изображение 40 кубика, причем для каждой точки (x,y) изображения задан уровень f(x,y) серого. Конечно, вместо центральной проекции могут использовать в особенности просто создаваемую параллельную проекцию или другой способ проекции. В случае двухмерного представления f(x,y) речь может идти также о фантазийном изображении, важно лишь, чтобы с каждой точкой изображения кроме информации об уровне серого (или общей информации о цвете, прозрачности, отражательной способности, плотности и т.д.) были сопоставлены данные z(x,y) о высоте/глубине. Такое отображение 42 высот с кодированием оттенков серого схематично показано на фиг.4(b), причем точки изображения кубика, которые расположены спереди, изображены белым цветом, а точки, расположенные позади, - серым или черным цветом.

В случае чистого увеличения из параметров f(x,y) и z(x,y) для функции отображения получается следующее выражение

.

На фиг.4(c) показана рассчитанная таким образом функция m(x,y) отображения мотива 44, который при соответствующем масштабировании при наблюдении с линзовым растром

,

создает изображение кубика, который кажется трехмерным и расположенным за плоскостью проекции.

Если, необходимо, чтобы не только отображались расположенные в пространстве тела, но и чтобы тела, появляющиеся в устройстве с линзовым растром, при изменении направления наблюдения менялись по глубине, то вместо увеличения v=z(x,y)/e используют матрицу A(x,y) увеличения и движения:

причем в общем случае матрица A(x,y) увеличения и движения задана выражением

Для иллюстрации рассмотрим несколько особых случаев.

Пример 1

Задают две функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высот, так что матрица A(x,y) увеличения и движения принимает следующий вид

При вращении структуры во время наблюдения функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высоты отображаемого тела переходят друг в друга.

Пример 2

Задают две функции z_I(x,y) и z₂(x,y) высоты и два угла ₁ и ₂ так что матрица A(x,y) увеличения и движения принимает следующий вид

При вращении структуры во время наблюдения функции высоты отображаемого тела переходят друг в друга. Два угла ₁ и ₂ означают следующее.

При нормальном наблюдении (глазной базис направлен по оси x) тело видят в профиле z₁(x,y) высот, а при наклоне структуры в направлении x тело движется в направлении ₁ относительно оси x.

При наблюдении с поворотом 90° (глазной базис направлен по оси y) тело видят в профиле z₂(x,y) высот, а при наклоне структуры в направлении у тело движется в направлении ₂ относительно оси x.

Пример 3

Задают функцию z(x,y) высоты и угол ₁, так что матрица A(x,y) увеличения и движения принимает вид

При нормальном наблюдении (с глазным базисом в направлении x) и наклоне структуры в направлении x тело движется в направлении ₁ относительно оси x. При наклоне в направлении y движение не происходит.

В этом примере наблюдение возможно также с соответствующим растром цилиндрических линз, например с щелевым растром или растром цилиндрических линз, элементарная ячейка которого задана выражением

,

где d - расстояние между осями щелей или цилиндров, или с линзовой решеткой или решеткой точечных диафрагм, заданной выражением

,

где d₂, могут принимать произвольное значение.

Если ось цилиндрических линз расположена в произвольном направлении , а промежуток между осями составляет d, то есть при линзовом растре

,

соответствующая матрица A, при которой в направлении не существует ни увеличения, ни искажения, записывается следующим образом:

Узор, созданный при этом для печатного или тисненого рисунка, помещаемого за линзовым растром W, могут наблюдать не только при помощи решетки из щелевых диафрагм или цилиндрических линз с осью в направлении , но и при помощи решетки точечных диафрагм или линзовой решетки с

,

где d₂, могут принимать произвольное значение.

Пример 4

Задают две функции z₁(x,y) и z₂(x,y) высоты и угол ₂, так что матрица A(x,y) увеличения и движения принимает следующий вид:

если ₂=0.

При вращении структуры во время наблюдения функции высоты отображаемого тела переходят друг в друга.

Кроме того, эта структура обладает ортопараллактическим трехмерным эффектом, причем тело при обычном наблюдении (глазной базис расположен в направлении x) и при наклоне структуры в направлении x движется перпендикулярно оси x.

При наблюдении с поворотом на 90° (глазной базис расположен в направлении у) и при наклоне структуры в направлении y тело движется в направлении ₂ относительно оси x.

В этом случае трехмерный эффект при обычном наблюдении (глазной базис расположен в направлении x) возникает только в результате движения.

Модель с секущими плоскостями

В случае модели с секущими плоскостями трехмерное тело для упрощения расчета изобразительного мотива задают при помощи n сечений f _j (x,y) и n функций t_j (x,y) уровня прозрачности, где j=1, n, которые, например, при наблюдении с глазным базисом, расположенным в направлении x, в каждом случае расположены на глубине z_j, z_j>z_j-1. Тогда матрицу A_j необходимо выбрать так, чтобы левый верхний коэффициент был равен z_j/e.

При этом f_j(x,y) представляет собой функцию отображения j-го сечения, которая может задавать распределение яркости (полутоновое изображение), распределение цвета (цветное изображение), бинарное распределение (штриховое изображение) или другие свойства изображения, например прозрачность, отражающую способность, плотность и т.д. Функция t_j(x,y) уровня прозрачности равна 1, если сечение j в точке (x,y) закрывает находящиеся позади объекты, в остальных случаях она равна 0.

Тогда для функции m(x,y) отображения получают выражение ,

где j - наименьший индекс, для которого

не равно нулю.

Трехмерное изображение в виде гравюры на дереве или гравюры на меди получают, например, если сечения f_j, t_j описывают при помощи нескольких значений функции следующим образом:

f_j - градация серой шкалы (или уровень серого) на линии контура или градации серой шкалы (или уровни серого) на в различной степени протяженных, прилегающих к краю участках сечения, а

Для иллюстрации модели с секущими плоскостями и здесь рассмотрим несколько особых случаев.

Пример 5

В простейшем случае матрица увеличения и движения задана выражением

При всех направлениях наблюдения, всех направлениях глазного базиса и вращении структуры глубина остается неизменной.

Пример 6

Задан коэффициент изменения k, не равный 0, поэтому матрица A_j увеличения и движения принимает следующий вид

При вращении структуры впечатление глубины отображаемого тела изменяется на коэффициент k.

Пример 7

Задан коэффициент изменения k, не равный 0, и два угла ₁ и ₂, поэтому матрица A_j увеличения и движения принимает следующий вид

При нормальном наблюдении (глазной базис расположен в направлении x) и наклоне структуры в направлении x тело движется в направлении ₁ относительно оси x, а при наблюдении с поворотом на 90° (глазной базис расположен в направлении y) и наклоне структуры в направлении y тело движется в направлении ₂ к оси x и растянуто по глубине на коэффициент k.

Пример 8

Задан угол ₁, поэтому матрица A_j увеличения и движения принимает вид

При нормальном наблюдении (с глазным базисом в направлении x) и наклоне структуры в направлении x тело движется в направлении ₁ относительно оси x. При наклоне в направлении y движение не происходит.

В этом примере наблюдение возможно также с соответствующим растром цилиндрических линз, например, с щелевым растром или растром цилиндрических линз, элементарная ячейка которого задана выражением

,

где d - расстояние между осями щелей или цилиндров.

Пример 9

Задают коэффициент k, не равный 0, и угол , поэтому матрица A_j увеличения и движения принимает вид

если =0.

При горизонтальном наклоне отображаемое тело наклоняется перпендикулярно направлению наклона, при вертикальном наклоне оно наклоняется в направлении относительно оси x.

Пример 10

Задается коэффициент k, не равный 0, и угол ₁, поэтому матрица A_j увеличения и движения принимает вид

Отображенное тело независимо от направления наклона всегда движется в направлении ₁ относительно оси x.

Общие исполнения

Ниже представлены дополнительные варианты осуществления изобретения, каждый из которых объясняется на примере модели с профилем высот, при которой отображаемое тело согласно вышеприведенному разъяснению отображено двухмерным чертежом f(x,y) и указанием высоты z(x,у). Разумеется, описанные ниже варианты могут применить также в рамках общей перспективы и модели с секущими плоскостями, причем в этом случае двухмерную функцию f(x,y) соответствующим образом заменяют трехмерными функциями f(x,y,z) и t(x,y,z) или сечениями f_j(x,y) и t_j(x,y).

Для модели с профилем высот функция m(x,у) отображения, в общем, задана выражением

где

.

Член V(x,y), выражающий увеличение, в общем, представляет собой матрицу V(x,y)=(A(x,y)-I), причем

описывает желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела, а I представляет собой единичную матрицу. В особом случае чистого увеличения без эффекта движения член, выражающий увеличение, представляет собой скаляр

.

Вектор (c₁(x,y), c₂ (x,y)), где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1, задает относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек изобразительного мотива. Вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)), где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1, представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, а g(x,y) представляет собой функцию маски для установки видимости тела.

Пример 11

Для некоторых применений может оказаться желательным ограничение угла при наблюдении изобразительных мотивов, то есть отображаемое трехмерное изображение должно быть видно не со всех направлений, или даже оно должно распознаваться лишь в небольшом диапазоне пространственных углов.

Такое ограничение углов, в частности, может быть предпочтительным в комбинации с ниже описываемыми переменными изображениями, так как переключение с одного мотива на другой, в общем, воспринимается обоими глазами не одновременно. Это может привести к тому, что во время переключения могут увидеть нежелательное двойное изображение как наложение смежных изобразительных мотивов. Однако если отдельные изображения обрамлены краем соответствующей ширины, такое нежелательное в визуальном отношении наложение могут подавить.

Кроме того, оказалось, что качество изображения при наблюдении линзовой решетки под углом при некоторых обстоятельствах может существенно ухудшиться. В то время как при наблюдении структуры под прямым углом видят четкое изображение, в этом случае изображение с увеличением угла наклона становится все более нечетким и кажется размытым. По этой причине ограничение углов может оказаться предпочтительным также при отображении отдельных изображений, если благодаря этому ограничению, в частности, затемняются участки поверхности между линзами, которые зондируются линзами только при сравнительно больших углах наклона. Благодаря этому трехмерное изображение при наклоне исчезает для наблюдателя прежде, чем он сможет увидеть это изображение в размытом виде.

Такого ограничения углов могут достичь при помощи функции g 1 маски в общей формуле для изобразительного мотива m(x,y). Простым примером такой функции маски является

где 0 k_ij<1. Благодаря этому используют лишь часть ячейки (w₁₁, w₂₁), (w₁₂, w ₂₂), а именно участок от k₁₁·(w₁₁ ,w₂₁) до k₁₂·(w₁₁,w ₂₁) в направлении первого вектора решетки и участок от k₂₁·(w₁₂,w₂₂) до k ₂₂·(w₁₂,w₂₂) в направлении второго вектора решетки. Как сумма этих двух краевых зон ширина затемненных полос составляет (k₁₁+(1-k₁₂))·(w ₁₁, w₂₁) или (k₂₁+(1-k₂₂ ))·(w₁₂, w₂₂).

Разумеется, функция g(x,y), в общем, может задавать распределение занятых и свободных поверхностей внутри ячейки произвольным образом.

Наряду с ограничением углов функции маски в качестве ограничения поля зрения в пространстве изображений также могут определять участки, на которых трехмерное изображение не видно. Участки, на которых g=0, в этом случае могут простираться по большому числу ячеек. Например, при помощи таких макроскопических функций маски могут описать нижеперечисленные варианты с рядом расположенными изображениями. В общем, функция маски для ограничения поля зрения в пространстве изображений задана выражением

Если применяют функцию g 1 маски, то для случаев, не зависящих от местоположения границ ячеек в изобразительном мотиве, по формуле для функции m(x,y) отображения получают:

Пример 12

В вышеописанных примерах вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)) тождественен нулю, а границы ячеек были распределены по всей поверхности равномерно. Однако при некоторых вариантах может оказаться предпочтительным, растр ячеек в изобразительном мотиве сдвинуть в зависимости от местоположения, чтобы достичь специальных оптических эффектов при изменении направления наблюдения. В этом случае при g 1 функция m(x,y) отображения принимает следующий вид:

где 0 d₁(x,y), d₂(x,y)<1.

Пример 13

Вектор (c₁(x,y), c₂ (x,y)) также может быть функцией места. В этом случае при g 1 функция m(x,y) отображения принимает следующий вид:

где 0 c₁(x,y), c₂(x,y)<1. Конечно, и в этом случае вектор (d₁(x,y), d₂(x,y)) может быть не равен нулю, а матрица A(x,y) движения может быть зависимой от местоположения, поэтому для g 1 в общем, получают

где 0 c₁(x,y), c₂(x,y); d₁(x,y), d₂(x,y)<1.

Как объяснено выше, вектор (c₁(x,y), c₂(x,y)) описывает положение ячеек в плоскости мотива относительно линзовой решетки W, причем в качестве исходного множества точек могут рассматривать растр центров линз. Если вектор (c₁(x,y), c₂(x,y)) является функцией места, то это означает, что изменения (c ₁(x,y), c₂(x,y)) проявляются в виде изменения положения ячеек в плоскости изобразительного мотива относительно линз, что ведет к колебаниям периодичности элементов мотива.

Например, предпочтительно могут применить зависимость вектора (c₁(x,y), c₂(x,y)) от местоположения, если используют пленочное полотно, на передней стороне которой расположена линзовая структура с равномерным по всей поверхности растром W. Если на обратной стороне тиснят увеличительную структуру, основанную на вычислении по модулю, которая имеет не зависящее от местоположения (c₁(x,y), c₂(x,y)), то под какими углами наблюдения и какие свойства смогут распознать, если точная приводка между тиснением на передней и задней стороне невозможна, будет зависеть от случая. Напротив, если (c₁ (x,y), c₂(x,y)) варьируют поперек направления движения пленки, то в направлении движения пленки имеет место участок в виде полосы, обеспечивающий позиционирование между тиснением на передней и задней стороне.

Кроме того, (c ₁(x,y), c₂(x,y)) могут варьировать, например, в направлении движения пленки, чтобы в каждой полосе в продольном направлении пленки найти участки с правильной приводкой. Благодаря этому могут предотвратить то, что металлизированные голографические полосы или защитные нити от банкноты к банкноте выглядят по-разному.

Пример 14

В дополнительном примере реализации изобретения трехмерное изображение должно быть видно не только при наблюдении через нормальный линзовый растр или матрицу отверстий, но и при наблюдении через щелевой растр или растр цилиндрических линз, причем в качестве трехмерного изображения, в частности, может быть задано не периодически повторяющееся отдельное изображение.

Этот случай также могут описать при помощи общей формулы для m(x,y), причем, если накладываемый изобразительный мотив в направлении щели или цилиндров относительно отображаемого изображения не преобразован, необходима специальная матрица A, которую могут определить следующим образом.

Если оси цилиндров расположены в направлении y, а промежуток между осями цилиндров составляет d, то щелевой раст или растр цилиндрических линз описывается выражением:

.

Соответствующая матрица A, при которой в направлении у нет ни увеличения, ни искажения, записывается следующим образом:

При этом матрица (A-I) в соотношении (A-I)W действует только на первую строку W, поэтому W может представлять собой бесконечно длинный цилиндр.

Тогда накладываемый изобразительный мотив с осью цилиндра, расположенной в направлении y, выражается следующим образом:

причем также возможно, что носитель

не вмещается в одну ячейку W и имеет такие большие размеры, что накладываемый узор в ячейках непрерывные изображения не отображает. Изготовленный таким образом узор могут наблюдать не только с решеткой щелевых диафрагм или цилиндрических линз

,

но и с решеткой точечных диафрагм или линзовой решеткой с

,

где d₂ и могут принимать произвольные значения.

Общие исполнения для отображения нескольких тел

Во всех вышеописанных аспектах изобретения увеличительная структура, основанная на вычислении по модулю, при наблюдении обычно отображает отдельное трехмерное изображение (тело). Тем не менее, изобретение охватывает также исполнения, при которых одновременно или попеременно отображается несколько трехмерных изображений. При одновременном отображении трехмерные изображения при наклоне структуры, в частности, могут обладать различными характеристиками движения. В случае попеременно отображаемых трехмерных изображений эти изображения при наклоне структуры, в частности, могут переходить друг в друга. Различные изображения могут быть независимыми друг от друга или соответствовать друг другу в отношении содержания и, например, отображать последовательность движений.

И здесь принцип объясняется на примере модели с профилем высот, причем опять-таки разумеется, что описанные варианты осуществления изобретения в случае соответствующего согласования или замены функций f _i(x,y) могут применить также в рамках общей перспективы с функциями f_i(x,y,z) описания тела и функциями t _i(x,y,z) уровня прозрачности или в рамках модели с секущими плоскостями, сечениями f_ij(x,y) и функциями t _ij(x,y) уровня прозрачности.

В данном случае должно отображаться несколько N 1 заданных трехмерных тел, заданных профилями высот с двухмерным отображением тел f_i(x,y), i=1, 2, N и функциями z_i(x,y) высот, которые в каждом случае для каждой точки (x,y) заданного тела f_i содержат информацию о высоте или глубине. Тогда для модели с профилем высот функция m(x,y) отображения, в общем, задана выражением

m(x,y)=F(h₁,h₂, h_N),

с описательными функциями

где

Здесь F(h₁,h₂, h_N) представляет собой главную функцию, задающую сопряжение N описательных функций h_i(x,y). Члены V _i(x,y), выражающие увеличение, представляют собой либо скаляры

,

где е - эффективный промежуток между растром для наблюдения и изобразительным мотивом, либо матрицы

V_i(x,y)=(А_i(x,y)-I), причем матрицы

в каждом случае описывают желательную увеличительную способность и характеристику движения заданного тела f_i, а I представляет собой единичную матрицу. Векторы (c_i1(x,y), c_i2(x,y)), где 0 c_i1(x,y), c_i2(x,y)<1, в каждом случае задают для тела f_i относительное положение центра элементов наблюдения внутри ячеек i изобразительного мотива. Векторы (d_i1(x,y), d_i2(x,y)), где 0 d_i1(x,y), d_i2(x,y)<1, в каждом случае представляет собой сдвиг границ ячеек в изобразительном мотиве, a g_i(x,y) являются функциями маски для установки видимости тела f_i.

Пример 14

Простой пример исполнений с несколькими трехмерными изображениями (телами) представляет собой простое изображение с кипп-эффектом, при котором два трехмерных тела f₁(x,y) и f₂ (x,y) сменяют друг друга, поскольку защитный элемент наклоняют соответствующим образом. То, под какими углами наблюдения происходит чередование обоих тел, определено функциями g₁ и g ₂ масок. Чтобы предотвратить то, что даже при наблюдении только одним глазом одновременно видны оба изображения, носители функций g₁ и g₂ выбраны так, что они не пересекаются.

В качестве главной функции выбирают функцию суммирования. Таким образом, для функции отображения изобразительного мотива m(x,y) получают

причем для чередования видимости обоих изображений в шахматном порядке выбирают

В этом примере границы между участками изображения в мотиве выбраны со значением 0,5, так что участки поверхности f₁ и f₂, относящиеся к обоим изображением, имеют одинаковую величину.

Естественно, в общем случае границы могут выбрать произвольно. Положение границ определяет диапазоны пространственных углов, под которыми видны оба трехмерных изображения.

Вместо шахматного порядка отображаемые изображения могут чередоваться также полосами, например, благодаря применению следующих функций маски:

В этом случае чередование содержащейся в изображении информации возникает тогда, когда защитный элемент наклоняют вдоль направления, заданного вектором (w₁₂ ,w₂₂), в то время как наклон вдоль второго вектора (w₁₂,w₂₂) к смене изображений не ведет. И в этом случае граница была выбрана со значением 0,5, то есть поверхность изобразительного мотива была разделена на полосы одинаковой ширины, которые попеременно содержат информацию о двух трехмерных изображениях.

Если границы между полосами расположены точно под средними точками линз или под границами линз, то диапазоны пространственных углов, под которыми видны оба изображения, распределены одинаково: начиная с наблюдения под прямым углом, если наблюдать с правой стороны полусферы, сначала видят одно из двух трехмерных изображений, а с левой половины полусферы - сначала другое трехмерное изображение. Конечно, в общем, границу между полосами могут проложить произвольно.

Пример 15

В случае нижеописанного преобразования на основе вычисления по модулю или преобразования по кинематографическому принципу, также на основе вычисления по модулю, различные трехмерные изображения состоят в непосредственной смысловой связи, причем в случае преобразования на основе вычисления по модулю начальное изображение через определенное число промежуточных стадий преобразуется в конечное изображение, а при отображении по кинематографическому принципу предпочтительно отображаются простые последовательности движений.

Пусть трехмерные изображения в модели с профилем высот заданы изображениями

и z₁(x,y) z_n(x,y), которые при наклоне вдоль направления, заданного вектором (w₁₁,w₂₁), должны появляться друг за другом. Чтобы достичь этого, при помощи функций g _i маски предпринимают разделение на полосы одинаковой ширины. Если и здесь выбирают w_di=0 для i=1 n, а в качестве главной функции F применяют функцию суммирования, то для функции отображения изобразительного мотива получают

В общем, здесь также вместо выраженного в формуле равномерного распределения могут выбрать неравномерную ширину полос. Хотя последовательность изображений целесообразно вызывать посредством наклона вдоль одного направления (линейное движение по наклону), разумеется, абсолютно необходимым это не является. Вместо этого эффекты преобразования или движения могут воспроизвести, например, также посредством движений по наклону в виде меандра или спирали.

Пример 16

В примерах 14 и 15 целью, в принципе, было обеспечить, чтобы с определенного направления наблюдения одновременно всегда могли распознать только одно трехмерное изображение, а не два или больше. Тем не менее, в рамках изобретения одновременная различимость нескольких изображений также возможна, она может привести к впечатляющим оптическим эффектам. При этом различные трехмерные изображения f_i могут обрабатывать совершенно независимо друг от друга. Это касается как соответствующего содержания изображений, так и кажущегося положения отображаемых объектов и их движения в пространстве.

В то время как содержание изображений могут отобразить при помощи чертежей, положение и движение отображаемых объектов в измерениях пространства описывают при помощи матриц A_i движения. Могут также особо установить относительную фазу отдельных отображенных изображений, как выражено через коэффициенты c_ij в общей формуле для m(x,y). Относительная фаза определяет, при каких направлениях наблюдения могут распознать мотивы. Если с целью упрощения для функций маски g_i в каждом случае выбирают единичную функцию, границы ячеек в изобразительном мотиве в зависимости от местоположения не сдвинуты, и в качестве главной функции F выбирают функцию суммирования, то для ряда наложенных друг на друга трехмерных изображений f _i получают

При наложении нескольких изображений применение функции суммирования в качестве главной функции в зависимости от характера функции отображения соответствует сложению параметров серого, цвета, прозрачности или плотности, причем результирующие параметры изображения при превышении максимального диапазона значений обычно заменяют максимальным значением.

Тем не менее, более подходящим может оказаться решение, при котором для главной функции выбирают не функцию суммирования, а другие функции, например логическую операцию ИЛИ, исключающее ИЛИ или функцию максимизации. Дополнительные варианты заключаются в том, что выбирают сигнал с наименьшим значением функции, или, как показано выше, образуют сумму всех пересекающихся в определенной точке значений функции. Если существует максимальный верхний предел, например, максимальная интенсивность излучения лазерного фотоэкспонирующего устройства, то сумму могут ограничить при этом максимальном значении.

Благодаря соответствующим логическим операциям с различимостью, смешению и наложению нескольких изображений могут, например, отобразить трехмерные рентгеновские снимки , причем эпидермис и внутренний скелет смешивают и накладывают друг на друга.

Пример 17

Все рассмотренные в данном описании варианты могут расположить также рядом друг с другом или внутри друг друга, например, в виде переменных или наложенных друг на друга изображений. При этом границы между частями изображения не обязательно должны проходить по прямой, их могут устроить произвольно. В частности, границы могут выбрать так, что они изображают контуры символов или символьных строк, узоры, формы различного вида, растения, животных или людей.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения части изображения, расположенные рядом или внутри друг друга, наблюдают при помощи единой линзовой решетки. Кроме того, матрица A увеличения и движения различных частей изображения может отличаться, например, чтобы сделать возможными специальные эффекты движения отдельных увеличенных мотивов. Может оказаться предпочтительным, управлять соотношениями фаз между частями изображения, чтобы увеличенные мотивы появлялись друг за другом с определенным промежутком.

Усовершенствования для всех вариантов осуществления изобретения

При помощи вышеописанных формул для изобразительного мотива m(x,y) плоскость микроструктуры могут рассчитать так, что она при наблюдении с помощью линзового растра будет отображать объект, который кажется трехмерным. По сути дела, это основано на том, что коэффициент увеличения является зависящим от местоположения и, таким образом, фрагменты мотива в разных ячейках могут иметь различные размеры.

Это впечатление трехмерности могут усилить, заполнив поверхности, имеющие различный наклон, концентрирующими дифракционными решетками (решетками с пилообразным профилем), параметры которых отличаются друг от друга. Здесь концентрирующая дифракционная решетка определена заданием следующих параметров: азимутальный угол Ф , период d и наклон .

Наглядно это может быть объяснено при помощи так называемых структур Френеля. Внешний вид трехмерной структуры в решающей степени зависит от отражения падающего света от поверхности структуры. Так как объем тела для этого эффекта решающим не является, его могут элиминировать при помощи простого алгоритма. При этом закругленные поверхности могут аппроксимировать множеством небольших плоских поверхностей.

При элиминации объема следует обратить внимание на то, чтобы глубина структур находилась в зоне, доступной при применении предлагаемого технологического процесса, и лежала в фокальной области линз. Кроме того, может оказаться предпочтительным, если период d пилообразных уступов имеют достаточно большой размер для того, чтобы почти полностью устранить возникновение создающих впечатление цвета дифракционных эффектов.

Таким образом, это усовершенствование изобретения основано на комбинации двух способов создания структур, которые кажутся трехмерными: зависящего от местоположения коэффициента увеличения и заполнения структурами Френеля, концентрирующими дифракционными решетками или другими оптически эффективными структурами, например микроструктурами, характерные поперечные размеры которых меньше длины волны применяемого света.

При расчете точки на плоскости микроструктуры учитывают не только величину профиля высот в этом месте (которая влияет на увеличение в этой точке), но и оптические свойства в этом месте. В отличие от вышерассмотренных случаев, когда в плоскости микроструктуры было достаточно даже бинарных узоров, для реализации этого усовершенствованного варианта осуществления изобретения необходимо трехмерное структурирование плоскости микроструктуры.

Пример: треугольная пирамида

Вследствие зависящего от местоположения увеличения в ячейках плоскости микроструктуры расположены фрагменты треугольной пирамиды, которые имеют разный размер. Каждую из трех граней сопоставляют с концентрирующей решеткой, которая отличается в отношении своего азимутального угла. В случае прямой равносторонней пирамиды азимутальные углы составляют 0, 120 и 240°. Все участки поверхности, отображающие грань 1 пирамиды, снабжены концентрирующей решеткой с азимутом 0° - независимо от их размера, определенного зависящей от местоположения матрицей A. Соответствующим образом эту процедуру применяют к граням 2 и 3 пирамиды: их заполняют концентрирующими решетками с азимутальным углом 120° (грань 2) или 240° (грань 3). Благодаря вакуумной металлизации (например, 50 нм алюминия) возникшей таким образом трехмерной микроструктурной плоскости дополнительно увеличивают отражающую способность поверхности и трехмерный эффект.

Еще одна возможность состоит в применении светопоглощающих структур. Вместо концентрирующих решеток могут также применять структуры, которые не только отражают свет, но и в значительной мере поглощают его. Это, как правило, имеет место, если отношение глубины к ширине (период или квазипериод) сравнительно велико, например составляет 1/1 или 2/1. Период или квазипериод может простираться в широких пределах - от структур, характерные поперечные размеры которых меньше длины волны применяемого света, до микроструктур - это зависит в том числе от размеров ячеек. То, насколько темной должна казаться поверхность, могут регулировать, например, поверхностной плотностью структур или отношением геометрических размеров. Плоскости с разным углом наклона могут сопоставить со структурами, имеющими в различной степени выраженные абсорбционные способности.

Наконец, следует упомянуть об обобщенной увеличительной структуре, основанной на вычислении по модулю, в которой линзы (или, в общем, элементы наблюдения) не обязательно должны быть расположены в виде регулярной решетки, напротив, они могут быть распределены в пространстве произвольно, с различными промежутками. В этом случае изобразительный мотив, рассчитанный на наблюдение при помощи такой общей структуры элементов наблюдения, описать при помощи модульного представления невозможно, но он однозначно определяется следующим соотношением:

.

Здесь:

pr_XY : R³ R², pr_XY(x,y,z)=(x,y)

проекция на плоскость XY,

<a,b>

представляет собой скалярное произведение, где <(x,y,z), ez>, скалярное произведение (x,y,z) и e_z=(0, 0, 1) дает z-компоненту, а запись в виде множеств

выла введена для сокращения. Далее применяют характеристическую функцию, которая для множества A задана выражением

а матрица отверстий или линзовый растр W={w₁,w₂,w₃, } заданы произвольным дискретным подмножеством R³ .

Отображение в перспективе для растровой точки w_m=(x_m, y_m, z_m) задано следующим образом

p_wm: R³ R³,

p_wm(x,y,z)=((z _mx-x_mz)/(z_m-z), (z_my-y _mz)/(z_m-z), (z_mz)/(z_m-z))

С каждой растровой точкой weW сопоставляют подмножество M(w) плоскости проекции. Пусть здесь соответствующие подмножества для различных растровых точек не пересекаются.

Моделируемое тело K определяется функцией f=(f₁,f ₂): R³ R², где

f₂(x,y,z) - яркость тела K в точке (x,y,z).

В этом случае вышеназванная формула может быть интерпретирована следующим образом: