变景深多视角空间动态成像激光签注系统及签注方法
【专利摘要】本发明涉及一种变景深多视角空间动态成像激光签注系统及签注方法，在光路中加入一或多块楔形棱镜，通过楔形棱镜对光线的偏折作用实现三维浮动成像定制视角签注。同时，在原光路中设置一斜面或球面状扩散片，可以实现签注焦深的连续变化，变化斜率及线性度可随扩散片形状定制，该实现方法可得到变景深效果的签注图形。如果在系统中同时设置上述两个光学器件，可实现变景深多视角三维浮动成像图形的签注。该方法系统实现结构简单签注效率高，通过上述两种效果的组合，同时配合二维平台的移动能够实现多种特殊效果的图形签注，为激光签注带来了新的工业化应用。
【专利说明】变景深多视角空间动态成像激光签注系统及签注方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变景深多视角空间动态成像激光签注系统及签注方法，尤其是一种在机动车号牌、证卡、钞票及其他安全印刷材料上签注序列号等个性化文字或图形的激光签注方法。
【背景技术】
[0002]通过微透镜阵列成像技术可以实现上浮或下沉等特殊视觉效果的三维动态文字或图形成像。该方法最早由1908年G.李普曼提出，实现方法是在激光记录材料上首先附上一层微透镜阵列，然后由投影成像系统在微透镜阵列上方一段距离产生一个影像，该影像通过微透镜阵列收集成像在各个微透镜下焦面的记录材料上。该记录的信息通过微透镜阵列再现在空间形成一个物象。由于微透镜对两眼的观察视角有微细的差别，这样观察者便会出现浮点或下沉的效果。如果观察者不断改变方位，微透镜对两眼的观察视角将发生连续的细微变化，最终形成动态三维空间成像的特殊视觉效果。
[0003]为了实现多视角动态空间成像签注，一般的做法是系统签注的同时摆动记录材料与激光束的角度，签注完成一副图形后改变记录材料与激光束的角度，依次完成所有待记录图形。记录图形再现时在相对应的记录角度可以观察到不同的记录图形的动态空间再现像。该方法实现多视角动态空间成像签注效率低、系统结构复杂，不利于工业化图形签注。
[0004]专利CN201310291009.8中公开了一种利用会聚透镜对光线的偏折作用实现激光束与记录材料不同的视角的改变，以达到再现时多视角动态空间成像的视觉效果。该方法能够实现再现空间动态图形的滚动视觉效果。该方法虽然实现了空间动态成像多视角效果，系统结构简单并且签注效率高，但是该方法再现视角连续发生变化，不能实现较大图形的固定视角再现图形。
[0005]3M公司专利CN200880106663.4、CN201180053337.3公开了用于将激光束分成多个光束的分束签注方法与系统，系统中利用摆镜来分裂单个光束，这些光束聚焦到各自的光纤中，最终经过各自成像镜头实现动态空间成像的签注，设计成像镜头与记录材料的特定角度最终实现多视角动态空间成像的记录。该方法系统结构还是过于复杂，不利于工程化的应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种变景深多视角空间动态成像激光签注系统及签注方法，实现再现图像变景深、变视角的动态空间成像视觉效果，提高激光签证效率。
[0007]按照本发明提供的技术方案，所述变景深多视角空间动态成像激光签注系统，包括记录材料，记录材料的正上方设有接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的扩散片，其特征是:在所述扩散片上方设置楔形棱镜组，楔形棱镜组包括一个或多个楔形棱镜；所述扩散片为斜面或曲面状扩散片。
[0008]进一步的，在所述扩散片与记录材料之间设置成像透镜组。
[0009]进一步的，所述楔形棱镜组设置在成像透镜组和记录材料之间，代替设置在扩散片上方。
[0010]进一步的，所述扩散片为凸球面状、斜面状或凹球面状。
[0011]所述变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:在待记录图像和记录材料之间设置扩散片，在扩散片和待记录图像之间设置楔形棱镜组，扩散片采用非平面扩散片；激光束经过楔形棱镜使入射方向发生偏转后到达扩散片，光线在扩散片形成的光点与记录材料的距离随扩散片的形状改变，以达到再现时成像的景深感随扩散片的形状改变，结合楔形棱镜组使光线发生偏转实现多视角成像的视觉效果。
[0012]进一步的，所述经过楔形棱镜组记录光线的位置在记录材料的同一位置，再现时在记录材料的同一位置的不同视角呈现多个动态空间成像的视觉效果。
[0013]进一步的，所述经过楔形棱镜组记录光线的位置在记录材料的不同位置，再现时在记录材料的各个位置呈现不同的动态空间成像的视觉效果。
[0014]进一步的,所述楔形棱镜组由旋转机构控制旋转,在记录材料中形成不同的记录光线视角，再现时在记录材料的呈现多视角的动态空间成像的视觉效果。
[0015]进一步的，在所述扩散片与记录材料之间设置成像透镜组，扩散片上的光点被成像透镜组成像到记录材料上表面或下表面，再现时分别实现具有上浮和下沉效果的动态空间图像。
[0016]进一步的，将所述楔形棱镜组设置在成像透镜组和记录材料之间，代替设置在扩散片上方；光线经过扩散片扩散后，经过成像透镜组，通过楔形棱镜改变记录光的入射角度，再现时具有上浮或下沉效果的动态空间图像。
[0017]本发明与现有技术相比，本发明的激光签注系统和签注方法依赖楔形棱镜组实现对光线角度的改变，随着楔形棱镜组的排列可以实现多维方向入射光线的改变，从而避免复杂的机械转动装置来实现空间多个方向再现视角观察到动态空间图形。同时，在上述基础上通过设置非平面状扩散片来实现激光签注焦深的变化，实现变景深空间动态成像图形。本发明不仅控制简单可靠，激光签注效率大大提高，适合工程化应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1a为球形微透镜阵列的记录材料的结构示意图。
[0019]图1b为半球形微透镜阵列的记录材料的结构示意图。
[0020]图2a为本发明所述像激光签注系统的结构示意图。
[0021]图2b为所述棱镜组的一种排列方式不意图。
[0022]图3为非平面扩散片实现变景深多视角激光签注的结构示意图。
[0023]图4为实现上浮及下沉动态空间成像效果的激光签注系统的示意图。
[0024]图5为实现上浮及下沉的多视角动态空间成像效果的激光签注系统的示意图。
[0025]图中序号为:记录材料1、记录材料本体层1-1、微透镜阵列1-2、扩散片2、楔形棱镜组3、成像透镜组4、旋转机构5、二维移动平台6。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0027]如图la、Ib所示，为激光签注系统中所使用的记录材料1，该记录材料I包括记录材料本体层1-1和覆盖在记录材料本体层1-1上方的微透镜阵列1-2，微透镜阵列1-2是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，微透镜阵列1-2可以是半球形阵列或球形阵列，通常每个透镜的周期在20?200Mffl之间；所述记录材料本体层1-1是一种不可逆的光变材料，当超过其表面阈值能量的光照射之后，这种材料会发生碳化使颜色发生改变，比如镀铝材料或一些高分子聚合物材料在激光照射下表面引发黑变；
如图2a所示，为本发明所述像激光签注系统的结构示意图，包括记录材料1，记录材料I的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的扩散片2，在扩散片2上方设置楔形棱镜组3，扩散片2与记录材料I之间的距离为I?1mm之间，激光束经过楔形棱镜使入射方向发生偏转；合理排布楔形棱镜组3的位置及距扩散片2的距离，使得光线发生偏转后到达扩散片2的位置在设定位置；如果光线到达扩散片的位置在同一位置，图形再现时可以实现特定再现视角的空间成像效果，如果光线到达扩散片的位置为不同的位置，则再现时可以实现记录材料上不同位置呈现不同观察视角的动态空间图形。
[0028]如图2b所示，是本发明楔形棱镜组的一种排布方式示意图，如图2b所示，该排布方式分成四个楔形棱镜，可以实现在空间四个方向的不同光线角度同时记录。在现有的激光签注方法中，一般依赖机械摆动记录材料来实现对记录材料和签注光线之间角度的调整，即当一幅图像签注完毕后，摆动记录材料一个角度，然后进行第二幅图像的记录；这种方法不仅记录图形位置对准精度差，而且激光签注效率低；同时，为了实现在空间二维方向上同时实现记录材料的偏转，机械摆动装置非常复杂，不利于在一些流水作业生产线上实现激光签注。
[0029]如图3所示，为非平面扩散片实现变景深多视角激光签注的结构示意图，包括记录材料I，记录材料I的正上方设有用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的扩散片2，扩散片2上方设置楔形棱镜组3 ;所述扩散片2为非平面型扩散片，光线在扩散片的不同位置区域形成的光点与记录材料的距离将随扩散片的形状改变，再现时空间成像的景深感也将随扩散片的形状改变。如果扩散片为一凸球面状，再现时动态的空间像将出现透镜效果。也可结合楔形棱镜组使光线发生偏转实现多视角激光签注效果相结合，再现时在不同观察视角分别可以看到不同图形的具有透镜效果的动态空间再现像。本发明的凸球面状扩散片也可以是凹球面状或其它形状的扩散片，设计者可根据再现效果进行定制化制作。
[0030]如图4所示，为实现上浮及下沉动态空间成像效果的激光签注系统的示意图，包括记录材料1，记录材料I的正上方设有扩散片2，扩散片2上方设置楔形棱镜组3(图4中未示出)，在扩散片2与记录材料I之间设置一成像透镜组4，扩散片2呈凹凸起伏状，扩散片上的光点被成像透镜组成像到记录材料上表面或下表面，成像点距离记录材料的位移约1mm之内，再现时能分别实现具有上浮和下沉效果的动态空间图像。本系统改变景深依据扩散片的形状，避免通过成像透镜组的移动来实现焦深的改变，系统结构简单可靠，签注效率高，适合工程化应用。
[0031]如图5所示，为实现上浮及下沉的多视角动态空间成像效果的激光签注系统的示意图，包括记录材料1，记录材料I的正上方设有扩散片2，在扩散片2与记录材料I之间分别依次设置成像透镜组4和楔形棱镜组3 (该楔形棱镜组3中具有一个楔形棱镜)。光线经过扩散片扩散后，经过成像透镜组成像在记录材料的上、下表面，同时在成像透镜与记录材料之间设置一楔形棱镜，通过楔形棱镜可以改变记录光的入射角度，再现时在特定观察视角可以再现具有上浮或下沉效果的动态空间图像。上浮或下沉的景深效果通过扩散片的形状定制，同时楔形棱镜由旋转机构5控制，产生多个记录角度，再现时可以实现多视角的动态空间成像图形，配合支撑记录材料的二维移动平台6可以实现各种记录位置和图形的组八口 ο
[0032]下面，再对本发明的变景深多视角空间动态成像激光签注方法做详细说明。
[0033]实施方式一:
实现不同位置呈现不同观察视角的动态空间图形的情形，如图2a所示，在记录材料I的正上方设置用于接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的扩散片2，在扩散片2上方设置楔形棱镜组3，激光束经过楔形棱镜使入射方向发生偏转入射到扩散片上，扩散片上光点经过扩散片使光线发散，然后经过覆有微透镜阵列的记录材料，收集在各个微透镜阵列下记录材料内形成不同记录点。再现时在该入射角度将得到一空间动态图形，如果此时观察者微微改变观察视角，再现图形的位置也发生细微的变化，这样便在该入射视角方向上形成了一个动态的空间成像效果；该方法同时可以实现多维方向上的再现视角变化，比较一般的记录材料偏转方法系统结构将大大简化，同时现实图形签注的效率大大提高，适合工程化的应用。
[0034]实施方式二:
实现变景深多视角激光签注的情形，如图3所示，扩散片2为非平面型扩散片，光线在扩散片的不同位置区域形成的光点与记录材料的距离将随扩散片的形状改变，再现时空间成像的景深感也将随扩散片的形状改变。如果扩散片为一凸球面状，再现时动态的空间像将出现透镜效果。如果扩散片为具有一定斜率的斜面状，记录光线在扩散片的不同位置形成的焦深依次线性变化。也可结合楔形棱镜组使光线发生偏转实现多视角激光签注效果相结合，再现时在不同观察视角分别可以看到不同图形的具有透镜效果的动态空间再现像。本发明的凸球面状扩散片也可以是凹球面状或其它形状的扩散片，设计者可根据再现效果进行定制化制作。
[0035]实施方式三:
实现上浮及下沉动态空间成像的情形，如图4所示，扩散片2上方设置楔形棱镜组3，在扩散片2与记录材料I之间设置一成像透镜组4，扩散片2呈凹凸起伏状，通过透镜组的成像关系可以把扩散片的像点成像在记录材料上方或记录材料下方，可以分别再现上浮效果或下沉效果的多视角动态空间图形。
[0036]如图5所示，楔形棱镜组3也可以设置在成像透镜组4和记录材料I之间，光线经过扩散片扩散后，经过成像透镜组成像在记录材料的上、下表面，同时通过楔形棱镜可以改变记录光的入射角度，再现时在特定观察视角可以再现具有上浮或下沉效果的动态空间图像。上浮或下沉的景深效果通过扩散片的形状定制；楔形棱镜由旋转机构5控制转动产生多个记录角度，再现时可以实现多视角的动态空间成像图形；配合支撑记录材料的二维移动平台6可以实现各种记录位置和图形的组合。
【权利要求】
1.一种变景深多视角空间动态成像激光签注系统，包括记录材料(I)，记录材料(I)的正上方设有接收签注激光束并将所述签注激光束扩散的扩散片(2)，其特征是:在所述扩散片(2)上方设置楔形棱镜组(3)，楔形棱镜组(3)包括一个或多个楔形棱镜；所述扩散片(2)为斜面或曲面状扩散片。
2.如权利要求1所述的变景深多视角空间动态成像激光签注系统，其特征是:在所述扩散片(2 )与记录材料(I)之间设置成像透镜组(4 )。
3.如权利要求2所述的变景深多视角空间动态成像激光签注系统，其特征是:所述楔形棱镜组(3)设置在成像透镜组(4)和记录材料(I)之间，代替设置在扩散片(2)上方。
4.如权利要求3所述的变景深多视角空间动态成像激光签注系统，其特征是:所述扩散片(2)为凸球面状、斜面状或凹球面状。
5.一种变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:在待记录图像和记录材料之间设置扩散片，在扩散片和待记录图像之间设置楔形棱镜组，扩散片采用非平面扩散片；激光束经过楔形棱镜使入射方向发生偏转后到达扩散片，光线在扩散片形成的光点与记录材料的距离随扩散片的形状改变，以达到再现时成像的景深感随扩散片的形状改变，结合楔形棱镜组使光线发生偏转实现多视角成像的视觉效果。
6.如权利要求5所述的变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:所述经过楔形棱镜组记录光线的位置在记录材料的同一位置，再现时在记录材料的同一位置的不同视角呈现多个动态空间成像的视觉效果。
7.如权利要求5所述的变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:所述经过楔形棱镜组记录光线的位置在记录材料的不同位置，再现时在记录材料的各个位置呈现不同的动态空间成像的视觉效果。
8.如权利要求5所述的变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:所述楔形棱镜组由旋转机构控制旋转，在记录材料中形成不同的记录光线视角，再现时在记录材料的呈现多视角的动态空间成像的视觉效果。
9.如权利要求5所述的变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:在所述扩散片与记录材料之间设置成像透镜组，扩散片上的光点被成像透镜组成像到记录材料上表面或下表面，再现时分别实现具有上浮和下沉效果的动态空间图像。
10.如权利要求5所述的变景深多视角空间动态成像激光签注方法，其特征是:将所述楔形棱镜组设置在成像透镜组和记录材料之间，代替设置在扩散片上方；光线经过扩散片扩散后，经过成像透镜组，通过楔形棱镜改变记录光的入射角度，再现时具有上浮或下沉效果的动态空间图像。
【文档编号】B41M5/00GK104149512SQ201410329335
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】虞力英, 李小武, 李坤, 魏国军, 浦东林 申请人:公安部交通管理科学研究所