專利名稱：包括浮動(dòng)的合成圖像的用戶接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括一個(gè)或多個(gè)圖像的用戶接口，觀察者感覺到該一 個(gè)或多個(gè)圖像相對(duì)于用戶接口懸浮在空間中。
背景技術(shù)：
已發(fā)表多篇關(guān)于人的視覺系統(tǒng)如何只能同時(shí)處理少量的視覺元件 的文章。添加到視覺陣列的元件越多，其對(duì)于人而言時(shí)間越長(zhǎng)并且資 源更密集，例如需要更多時(shí)間以搜索視覺陣列中的元件并且需要更集 中以處理這些元件。人的視覺系統(tǒng)的這種限制對(duì)于人機(jī)接口設(shè)計(jì)者提 出問題，因?yàn)橥ǔＨ藱C(jī)接口通常在接口中具有比用戶可同時(shí)處理的更 多元件。因此，用戶接口設(shè)計(jì)者常常被迫在使用戶應(yīng)接不暇和嚴(yán)重限 制可以同時(shí)在接口處顯示的元件數(shù)量之間選擇。己經(jīng)開發(fā)出多種方法 以幫助降低用戶在視覺陣列中搜索元件需要的時(shí)間量，其中一些方法
在下列出版物中討論Rothrock， L.， Barron, K., Simpson, T. W., Frecker， M.， Ligetti, C., & Barton， R. R. (2006), " Applying the proximity compatibility and the control-display compatibility principles to engineering design interfaces. " Human Factors and Ergonomics in Manufacturing, 16 (1), 61-81 ("工程設(shè)計(jì)接口上的鄰近相容性以及控制 -顯示相容性原理的應(yīng)用"，制造業(yè)中的人為因素和人類工程學(xué)，第16 巻(1)期，61-81頁);Wickens, C. D., & Carswell, C. M. (1995)， "The proximity compatibility principle: its psychological foundation and relevance to display design." Human Factors, 37 (3)， 473-494 ("令卩近相
容性原理其心理學(xué)基礎(chǔ)以及對(duì)顯示設(shè)計(jì)的相關(guān)性"，人為因素，第
37巻(3)期，473-494頁);以及Mazza, V.， Turatto, M. & Umilta, C. (2005), "Foreground-background segmentation and attention: A change blindess study," Psychological Research 69(3)， 201-210 ("前景背景分
9割和注意變化盲區(qū)研究"，心理學(xué)研究，第69巻(3)期，201-210頁)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供用戶接口。在該實(shí)施例中，用戶接口包
括片材，其包括至少一個(gè)微透鏡層，該層具有第一和第二側(cè)面； 與微透鏡層的第一側(cè)面相鄰設(shè)置的材料層；以及在與多個(gè)微透鏡中的
每一個(gè)相關(guān)的材料中形成的至少部分完整的圖像，其中圖像與材料形
成對(duì)比；由各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在片材上 方的第一距離處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮 在片材上方的第二距離處，其中第一和第二距離為大約相同的距離， 其中第一和第二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供可選的用戶接口。在該實(shí)施例中，用 戶接口包括片材，其包括至少一個(gè)微透鏡層，該層具有第一和第 二側(cè)面；與微透鏡層的第一側(cè)面相鄰設(shè)置的材料層；以及在與多個(gè)微 透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的材料中形成的至少部分完整的圖像，其中圖像 與材料形成對(duì)比；由各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮 在片材下方的第一距離處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼 看起來浮在片材下方的第二距離處，其中第一和第二距離為大約相同 的距離，其中第一和第二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供另一個(gè)可選的用戶接口。在該實(shí)施例 中，用戶接口包括片材，其包括微透鏡陣列；與所述微透鏡陣列 相鄰的材料層；以及接觸材料層的第一供體材料，其中供體材料在與 多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的材料層上形成各個(gè)部分完整圖像；由各 個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在片材上方的第一距離 處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在片材上方的 第二距離處，其中第一和第二距離為大約相同的距離，其中第一和第 二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例還提供另一個(gè)可選的用戶接口。在該實(shí)施 例中，用戶接口包括片材，其包括微透鏡陣列；與所述微透鏡陣 列相鄰的材料層；以及接觸材料層的第一供體材料，其中供體材料在 與多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的材料層上形成各個(gè)部分完整圖像；由 各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在片材下方的第一距 離處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在片材下方 的第二距離處，其中第一和第二距離為大約相同的距離，其中第一和 第二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。


本文中將參考附圖描述本發(fā)明，其中 圖1是包含平凸基片的微透鏡片材的放大剖視圖； 圖2是"外露透鏡"型微透鏡片材的放大剖視圖； 圖3是"嵌入透鏡"型微透鏡片材的放大剖視圖； 圖4a和4b示意性地示出使用供體片材生成合成圖像的方法的一 個(gè)實(shí)施例；
圖5是微透鏡片材一部分的平面圖，該圖示出與各個(gè)微透鏡相關(guān) 的樣本圖像，并進(jìn)一步示出圖像涵蓋了從合成圖像的完全復(fù)制到部分 復(fù)制；
圖6是微透鏡片材一部分的圖像，該圖示出根據(jù)相對(duì)于圖4a和4b 描述的方法看起來浮在片材上方或片材下方的至少兩個(gè)合成圖像； 圖6A是圖6的微透鏡片材的背面的一部分的顯微照片； 圖7是可選的"外露透鏡"型微透鏡片材的放大剖視圖； 圖8是可選的"嵌入透鏡"型微透鏡片材的放大剖視圖； 圖9是可選的包含平凸基片的微透鏡片材的放大剖視圖； 圖IO是射入由微球構(gòu)成的微透鏡片材上的發(fā)散能量的示意圖11是用戶接口的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中所有的視覺元件都
在相同平面內(nèi)；
圖12是本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中所有的視
11覺元件被組織成三個(gè)截然不同的深度平面，并且其中各個(gè)類別的視覺 元件被深度平面分開；
圖13是本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例的用戶接口透視圖，其中 所有的視覺元件被組織成三個(gè)截然不同的深度平面，但是各個(gè)類別的 視覺元件沒有被深度平面分開；
圖14是本發(fā)明用戶接口的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，包括看起來浮在 片材上方、看起來浮在片材中、以及看起來浮在片材下方的合成圖像；
圖15是本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，包括看起來浮 在片材上方、看起來浮在片材中、以及看起來浮在片材下方的合成圖 像；以及
圖16是本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，包括看起來浮 在片材上方、看起來浮在片材中、以及看起來浮在片材下方的合成圖 像。
具體實(shí)施例方式
如在背景技術(shù)中提到的，己發(fā)表多篇關(guān)于人的視覺系統(tǒng)如何只能 同時(shí)處理少量的視覺元件的文章。由于更多的元件加入到視覺陣列或 用戶接口中，因此搜索該視覺陣列或用戶接口中的特定元件并且處理 這些元件花費(fèi)人更長(zhǎng)的時(shí)間并且需要集中更大的精力。因此，用戶接 口設(shè)計(jì)者常常被迫在使用戶應(yīng)接不暇和嚴(yán)重限制可以同時(shí)在接口處顯 示的元件數(shù)量之間選擇。當(dāng)使用本文術(shù)語"用戶接口"時(shí)，包括權(quán)利 要求書，這意味著被設(shè)計(jì)成允許人從其中接收信息和/或與其接觸的任 何接口。例如，用戶接口可以包含在汽車儀表板、飛機(jī)座艙表面、核 控制室、控制塔、用于廣告、訂購、處理等的信息亭、電話、個(gè)人數(shù) 碼助理/便攜式數(shù)碼助理(PAD)、全球定位系統(tǒng)(GPS)單元、計(jì)算 機(jī)屏、聲控屏或人接收信息或與接口互動(dòng)的任何其它類型的接口。在 具有用戶接口的汽車儀表板實(shí)例中，顯示的一些信息可以包括車速、 與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)系的多種警示燈、與汽車行程有關(guān)系的英里或公里、轉(zhuǎn) 速表、轉(zhuǎn)向信號(hào)、汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度、油量表等。又如，通過 觀察內(nèi)部溫度已下降，用戶可以與汽車儀表板互動(dòng)，因此增加儀表板上的溫度計(jì)。如又另一個(gè)實(shí)例，通過注意到其速度在限速以上，用戶 可以與汽車儀表板互動(dòng)，因此降低加速器上的壓力直至觀察到其汽車
的速度已降低到限速范圍以內(nèi)。如又另一個(gè)實(shí)例，通過觀察以浮動(dòng)圖 像形式表明另一個(gè)車輛在駕駛員的盲區(qū)內(nèi)的警報(bào)信號(hào)，用戶可以與汽 車儀表板互動(dòng)，因此駕駛員可以通過更加小心車道改變動(dòng)作來應(yīng)對(duì)。 當(dāng)可聽到的警報(bào)對(duì)駕駛員來說是令人討厭時(shí)，這種浮動(dòng)圖像警報(bào)將是 方便的。
發(fā)布本發(fā)明的一個(gè)方法是通過使用3M公司的浮動(dòng)圖像技術(shù)。3M 公司的浮動(dòng)圖像技術(shù)提供具有合成圖像的片材，由與多個(gè)微透鏡相關(guān) 的看起來懸浮或浮動(dòng)在片材上方、片材的平面內(nèi)和/或片材下方的各個(gè) 部分完整的圖像和/或各個(gè)完整圖像形成。為方便起見，這些懸浮的圖 像被稱為浮動(dòng)圖像，它們可以位于片材上方或下方(無論是二維圖像 還是三維圖像)，或者可以是呈現(xiàn)在片材上方、片材的平面內(nèi)和片材 下方的三維圖像。圖像可以為黑色和白色或彩色。合成圖像的透視圖 隨著視角改變。例如，合成圖像可以看起來隨著觀察者移動(dòng)或當(dāng)觀察 片材的角度改變時(shí),可以看起來消失然后重新出現(xiàn)。不像某些全息片材， 本發(fā)明用戶接口的成像的片材不可以用于生成其本身的復(fù)制品。另外， 觀察者可用肉眼觀察到浮動(dòng)圖像。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供包括浮動(dòng)圖像的用戶接口。當(dāng)從用戶接 口觀察或接收信息時(shí)，使用用戶接口中的浮動(dòng)圖像形成深度或高度作 為某些圖像的因素。這種用戶接口不需要厚的用戶接口、昂貴的顯示 技術(shù)或防入侵用具(例如護(hù)目鏡)。具體地講，使用這種技術(shù)有助于 用戶在用戶接口中更快地搜索某些信息并且處理信息時(shí)可能更少出 錯(cuò)，因此當(dāng)與本發(fā)明的用戶接口互動(dòng)時(shí)改善觀察者的總體能力。發(fā)明 人已發(fā)現(xiàn)如果某些信息相對(duì)于用戶在特定深度范圍顯示，不管其看起 來是浮動(dòng)在用戶接口上方還是浮動(dòng)在用戶接口下方，用戶能更容易地 發(fā)現(xiàn)顯示的信息，因此能夠更快速地處理這些信息。具體地講，發(fā)明 人已發(fā)現(xiàn)如果浮動(dòng)圖像與相同的任務(wù)或方法操作有關(guān)，那么它們看起來大約浮在用戶接口上方或下方相同的距離并且以立體觀察為優(yōu)選。 另外，浮動(dòng)圖像在單個(gè)平面片材中產(chǎn)生(如在下面更具體地討論的)， 但看起來浮在片材上方、在片材中或在片材下方，這允許用戶接口包 括若干感知的深度水平，但事實(shí)上，與其感知的深度相比，用戶接口 一般沿著一個(gè)平面并且是薄的。這種配置尤其適用于如下的用戶接口， 其用于在相對(duì)于顯示器的多種實(shí)際深度位置處顯示信息的空間一般是 有限的，例如在汽車或飛機(jī)的儀表板中。
具有可用于本發(fā)明用戶接口的浮動(dòng)圖像的成像的片材的一個(gè)實(shí)施
例在美國專利No. 6,288,842 (Florczak等人)中公開，其在此以引用方 式并入。Florczak等人公開了帶合成圖像的微透鏡片材，其中合成圖像 浮動(dòng)在片材上方和下方或上下方兩者。合成圖像可以是二維的或三維 的。同時(shí)還公開了提供這類片材的方法，包括對(duì)與微透鏡相鄰的材料 層應(yīng)用輻射。該專利公開了因?yàn)槌煞肿兓?、材料移除或燒蝕、相變或 者與一層或多層微透鏡的一面相鄰布置的涂層的聚合反應(yīng)而形成的合 成圖像。
具有可用于本發(fā)明用戶接口的浮動(dòng)合成圖像的成像的片材的另一 個(gè)實(shí)施例在美國專利申請(qǐng)No.11/248950 (Endle等人)中公開，其在此 以引用方式并入。Endle等人公開了帶合成圖像的微透鏡片材，其中合 成圖像浮動(dòng)在片材上方和下方或上下方兩者。合成圖像可以是二維的 或三維的。還公開了提供這類成像的片材的方法。該專利申請(qǐng)公開了 因?yàn)槭褂幂椛湓磳⒐w基底的一部分轉(zhuǎn)移至微透鏡層而生成的合成圖 像。
具有可用于本發(fā)明用戶接口的微透鏡和顯微圖像的成像的片材的 又另一個(gè)實(shí)施例在美國專利No. 5,712,731， "Security Device for Security Documents Such as Bank Notes and Credit Cards"(用于例如鈔 票和信用卡的安全文件的安全裝置)(Drinkwater等人)中公開，其在 此以引用方式并入。Drinkwater等人公開了包括顯微圖像陣列的安全裝置，當(dāng)透過基本上球形微透鏡的對(duì)應(yīng)陣列觀察時(shí)，顯微圖像陣列產(chǎn)生 放大的圖像。在一些情況下，微透鏡陣列粘合在縮微圖像陣列上。
該專利申請(qǐng)將首次描述用于在可以滲入到用戶接口的片材中生成 合成浮動(dòng)圖像的方法的至少兩個(gè)實(shí)施例。雖然本文描述了兩種示例性 方法，但是可以使用生成合成圖像或相似圖像的其他方法。接下來， 本專利申請(qǐng)描述了合成圖像在用戶接口中的使用。
I.用于生成合成浮動(dòng)圖像的方法
用于生成可用于本發(fā)明用戶接口的合成浮動(dòng)圖像的方法的一個(gè)實(shí) 例包括使用輻射源以轉(zhuǎn)移輻射敏感供體材料的一部分，輻射敏感供體 材料與微透鏡片材的材料層相鄰設(shè)置，以在材料層上形成圖像。圖l-6A 與這種方法有關(guān)。
在其中可形成合成浮動(dòng)圖像的微透鏡片材包含一個(gè)或多個(gè)分立的 微透鏡層，在與一層或多層微透鏡層的一面相鄰有材料層。例如，圖l
示出了微透鏡片材10a的適用類型的一個(gè)實(shí)施例。該片材包含具有第一 和第二闊面的透明基片8，其中第二面2大致呈平面的，第一面ll具 有由大致呈球形或非球形的微透鏡4組成的陣列。可任選地，在基片8 的第二面2上設(shè)置材料層14。材料層14包括用于接收供體材料的第一 側(cè)面6，供體材料將在以下詳細(xì)描述。
又如，圖2示出了微透鏡片材10b的適用類型的另一個(gè)實(shí)施例。 選擇微透鏡的形狀、基片厚度及它們的可變性，以使得適合觀察片材 的光線大致被聚焦在第一面6上。在該實(shí)施例中，微透鏡片材是"外 露透鏡"型微透鏡片材10b，其包括部分嵌入材料層14的單層透明微 球12，該單層通常也是微珠粘結(jié)劑層，例如聚合材料。材料層14包括 用于接收供體材料的第一側(cè)面6，供體材料將在以下詳細(xì)描述。對(duì)于可 能用于成像供體基底材料(將在以下詳細(xì)說明)的輻射波長(zhǎng)以及可在 其中觀看合成圖像的光的波長(zhǎng)而言，微球12都是透明的。美國專利N0.3，801，1S3更詳細(xì)地描述了這類片材，不同的是其中的微珠粘結(jié)劑層 非常薄，例如薄至微珠粘結(jié)劑層僅在微珠之間或僅占據(jù)微珠之間的空
隙?；蛘?，當(dāng)采用美國專利No.3，801，183提出的微珠粘結(jié)劑厚度時(shí)， 為了將輻射大致聚焦在材料層14的第一側(cè)面6上，可使用具有合適光 學(xué)指數(shù)的微球制成這類片材。這類微球包括可從位于Sarasota, FL的 Esprix Technologies商購獲得的聚甲基丙烯酸甲酯微珠。
又如另一個(gè)實(shí)例，圖3示出了微透鏡片材10c的適用類型的另一 個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，微透鏡片材是"嵌入透鏡"型片材10c,其 中微球透鏡22被嵌入透明保護(hù)外層24 (通常是聚合材料)與材料層 14 (通常也是為微珠粘結(jié)劑層，諸如聚合材料)之間。材料層14包括 用于接收供體材料的第一側(cè)面6，供體材料將在以下詳細(xì)描述。美國專 利No.3，801，183更詳細(xì)地描述了這類片材，不同的是反射層和粘結(jié)劑 將被移除，并且間隔層14重新形成為與微球的曲率不太一致。
微透鏡片材IO優(yōu)選地具有圖像形成折射元件以用于圖像形成(下 面詳細(xì)描述)的發(fā)生；這一般通過形成球狀或非球狀結(jié)構(gòu)來提供。提 供梯度折射率(GRIN)的其他可用材料不需要曲線形表面來折射光線。 微透鏡可以具有任何對(duì)稱性，如圓柱形對(duì)稱或球形對(duì)稱，前提條件是 折射表面能夠形成實(shí)像。微透鏡本身可以是分立形式的，如圓形平凸 小透鏡、圓形雙凸小透鏡、菲涅爾小透鏡、衍射小透鏡、棒、微球、 微珠或圓柱形小透鏡?？尚纬晌⑼哥R的材料包括玻璃、聚合物、礦石、 晶體、半導(dǎo)體以及這些材料與其他材料的組合。也可以使用非分立的 微透鏡元件。因此，也可使用由復(fù)制工藝或壓花工藝(其中片材表面 的形狀被改變以形成具有成像特性的重復(fù)輪廓)形成的微透鏡。
盡管并未要求，但在可見波長(zhǎng)和紅外波長(zhǎng)下，在1.4至3.0之間、 更優(yōu)選地在1.4至2.5之間具有均勻折射率的微透鏡是優(yōu)選的。不論各 個(gè)微透鏡是分立的或是復(fù)制的，也不論微透鏡由什么材料制成，微透 鏡的屈光力優(yōu)選地能使入射到光學(xué)元件上的光線聚焦在材料層14的第一側(cè)面6上或附近。在某些實(shí)施例中，微透鏡優(yōu)選地在該層的合適位 置上形成縮小的實(shí)像。微透鏡片材的構(gòu)造提供了必要的聚焦條件，以 使得入射到微透鏡片材前表面上的能量可大致聚焦在分離的供體層 上，該供體層優(yōu)選的是輻射敏感的，將在以下詳細(xì)描述。
盡管可以使用其它尺寸的微透鏡，但直徑在15微米至275微米的 范圍內(nèi)的顯微鏡是優(yōu)選的。對(duì)于在空間上距離微透鏡層相對(duì)較近處呈 現(xiàn)的合成圖像，使用直徑在上述范圍下限的微透鏡可獲得良好的合成 圖像分辨率，而對(duì)于在空間上距離微透鏡相對(duì)較遠(yuǎn)處呈現(xiàn)的合成圖像，
使用較大的微透鏡可獲得良好的合成圖像分辨率。其它微透鏡(如小 透鏡尺寸與那些為微透鏡指定的尺寸相當(dāng)?shù)钠酵埂⑶蛐位蚍乔蛐挝⑼?鏡)預(yù)期可產(chǎn)生類似的光學(xué)結(jié)果。小透鏡尺寸與那些為微透鏡指定的 尺寸相當(dāng)?shù)膱A柱形透鏡預(yù)期可產(chǎn)生類似的光學(xué)結(jié)果，但可能需要不同 或可選的成像光學(xué)組件。
如上所述，可以與微透鏡片材10中的微透鏡相鄰設(shè)置圖1、 2和3 中的材料層14。片材10中材料層14的適用材料包括硅樹脂、聚酯、 聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯或者能夠被制成片材或能夠被基片8支撐 的任何其它聚合體。在一個(gè)實(shí)施例中，片材IO可以包括由不同材料制 成的微透鏡層和材料層。例如，微透鏡層可以包括丙烯酸酯，材料層 可以包括聚酯。在其它實(shí)施例中，片材IO可以包括由相同材料制成的 微透鏡層和材料層。例如，片材10的微透鏡層和材料層可以由硅樹脂、 聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯或者能夠制成片材的任何其它聚合 物形成，并且可以通過機(jī)械壓花、復(fù)制或模制等方法形成。
如下面參考圖4a、 4b的詳細(xì)描述，使用供體基底材料在材料層14 上形成與多個(gè)微透鏡相關(guān)聯(lián)的各個(gè)部分完整圖像，當(dāng)觀察者在所述微 透鏡前方在反射或投射光下觀察時(shí)，會(huì)提供看起來懸浮或浮在片材上 方、片材的平面內(nèi)和/或片材下方的合成圖像。盡管可以使用其它方法， 但是形成這類圖像的優(yōu)選方法是提供輻射敏感供體材料，并以所需方式利用輻射轉(zhuǎn)移該供體材料，以在材料層的第一側(cè)面上形成各個(gè)部分 完整圖像。該轉(zhuǎn)移方法可包括熱熔膠棒、升華、加成去除(通過去除 供體將材料轉(zhuǎn)移到基底上)、擴(kuò)散和/或其它物理材料轉(zhuǎn)移方法。
可用于這種形式合成圖像的合適輻射敏感供體材料基底包括涂敷 有在粘結(jié)劑中的著色劑以及具有或不具有另外的輻射敏感型材料的基 底?？梢陨⒀b形式或巻筒形式提供供體材料。如本文所用，供體基底 材料是"輻射敏感的"，如果暴露于給定程度的輻射下， 一部分暴露 的供體材料會(huì)轉(zhuǎn)移或優(yōu)先粘附到不同位置。因?yàn)閺墓w基底上至少部 分或全部移除輻射敏感供體基底材料或著色劑材料，并隨后將供體基 底材料或著色劑材料轉(zhuǎn)移到微透鏡片材10的材料層上，從而形成各個(gè) 部分完整的圖像(如圖5和圖6A所示)。
在一個(gè)實(shí)施例中，供體基底包括在可見光譜中提供顏色的著色劑， 如顏料、染料、墨水或者這些材料中的任何材料或所有材料的組合， 以形成彩色合成浮動(dòng)圖像，如圖6中所示的圖像。顏料或染料可以是 磷光或熒光的?；蛘?，供體材料中的著色劑也可以呈現(xiàn)金屬色。所得 浮動(dòng)圖像的顏色大致類似于供體基底中著色劑的顏色，如果被轉(zhuǎn)移的 供體基底成分是熱穩(wěn)定的，那么轉(zhuǎn)移后僅發(fā)生很小的化學(xué)或成分變化。 此外，所得合成浮動(dòng)圖像的顏色可以與供體基底中的著色劑的顏色相 同。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，供體基底可以包括不同著色劑的宏 觀圖案，如貫穿基底或彩色基底的不同顏色的帶或區(qū)域。在可選實(shí)施 例中，不要求供體基底包括在可見光譜下提供顏色的著色劑，相反， 所得合成浮動(dòng)圖像將看起來是無色的。這類供體基底可以包括無色的 熒光染料或磷光材料，僅在暴露于特定波長(zhǎng)之時(shí)或之后，或者在磷光 材料的情況下，在暴露于這些波長(zhǎng)期間以及一段時(shí)間之后形成可見的
合成圖像?；蛘撸@類供體基底可以包括折射率與材料層14相同或不
同的無色材料。由這種供體材料形成的合成圖像當(dāng)在環(huán)境光照下觀察
時(shí)僅為略微可見；然而，當(dāng)用基本上垂直于表面6的光觀察時(shí)，其可 能看起來比表面6的非圖像區(qū)域的反射更為明亮。所有供體基底均可以可選地包括能夠增加基底對(duì)成像輻射的敏感度的添加劑，并最終有 助于材料的轉(zhuǎn)移，或者所述基底可以至少在著色劑之下包括反射和/或 吸收層以增強(qiáng)輻射的吸收。圖4a示意性地示出在微透鏡片材IO上形成 合成圖像的方法的一個(gè)實(shí)施例。該方法包括使用輻射源30。任何可提 供所需強(qiáng)度和波長(zhǎng)的輻射的能量源均可用作本方法的輻射源30。在一 個(gè)實(shí)施例中，能夠提供波長(zhǎng)在200納米至11微米之間，更優(yōu)選的在270 納米至1.5微米之間的輻射的輻射設(shè)備是優(yōu)選的。本方法可用的高峰值 功率輻射源的實(shí)例包括被動(dòng)Q開關(guān)微芯片激光器、Q開關(guān)摻釹激光器 系列，這些激光器中的任一個(gè)的雙頻、三頻和四頻形式，及摻鈦藍(lán)寶 石(縮寫是Ti:藍(lán)寶石)激光器。可用輻射源的其他實(shí)例包括提供低峰 值功率的設(shè)備，諸如激光二極管、離子激光器、非Q開關(guān)固態(tài)激光器、 金屬蒸氣激光器、氣體激光器、弧光燈和高功率白熾光源。
對(duì)于所有有用的輻射源，來自輻射源30的能量射向微透鏡片材材 料10，并且受到控制以發(fā)出高度發(fā)散的能量束。對(duì)于采用電磁光譜的 紫外光、可見光和紅外光部分中的能量源，可通過本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人 員所知的合適光學(xué)元件來控制光線。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)光學(xué)元件(通 常被稱為光學(xué)組件)的這種排列的要求是光學(xué)組件通過適當(dāng)?shù)陌l(fā)散或 分散將光線射向片材，以產(chǎn)生在所需角度下照射微透鏡的輻射"錐"， 從而照射與所述微透鏡對(duì)準(zhǔn)的供體材料。由本方法生成的合成圖像優(yōu) 選地通過使用數(shù)值孔徑(其定義為最大發(fā)散光線的半角的正弦)大于 或等于0.3的輻射發(fā)散設(shè)備獲得，但也可以使用更小的數(shù)值孔徑照明。 具有更大數(shù)值孔徑的輻射發(fā)散設(shè)備會(huì)產(chǎn)生具有更大視角和更大圖像外 觀移動(dòng)范圍的合成圖像。在可供選擇的實(shí)施例中，光學(xué)組件可以另外 包含阻止在輻射錐的一個(gè)或多個(gè)角度部分中的輻射的元件。所得合成 圖像僅在與改變的錐的無遮擋角度部分對(duì)應(yīng)的角度內(nèi)才是可見的。如 果需要，可以在改變的錐的分開角度部分中形成多個(gè)合成圖像。使用 改變的錐及其反相，可產(chǎn)生當(dāng)樣本傾斜時(shí)從一種顏色變換到另一種顏 色的合成圖像?；蛘撸稍谕粎^(qū)域中產(chǎn)生多個(gè)合成圖像，當(dāng)樣本傾 斜時(shí)會(huì)導(dǎo)致各各個(gè)圖像呈現(xiàn)和消失。用于這種方法的實(shí)施例的示例性成像處理包括下列步驟，如圖4a 和4b所示。圖4a示出了輻射源的成像處理，圖4b示出了進(jìn)行成像處 理之后所得的片材IO。首先，提供微透鏡片材IO，諸如圖1至圖3所 示的微透鏡片材10a、 10b、 10c。圖4a所示是使用微透鏡片材10a，然 而也可以在該處理中使用微透鏡片材10b或10c。下一步，提供供體基 底40a，諸如上述供體基底。再下一步，將微透鏡片材10與供體基底 40a相鄰或取向成緊鄰供體基底設(shè)置，以使得微透鏡片材IO位于輻射 源30與供體基底40a之間。在一個(gè)實(shí)施例中，微透鏡片材IO和供體基 底40a彼此非常接近。在另一個(gè)實(shí)施例中，微透鏡10和供體基底40a 相互接觸，或者例如通過重力、機(jī)械手段或如圖4a所示由真空源36 產(chǎn)生的壓力梯度而彼此壓在一起。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，微結(jié) 構(gòu)44位于微透鏡片材10與供體基底40a之間，以在微透鏡片材10與 供體基底40a之間提供一個(gè)大致均勻的間隙或空間。該微該結(jié)構(gòu)44可 以是布置在微透鏡片材10與供體基底40a之間的各個(gè)微結(jié)構(gòu)。這類各 個(gè)微結(jié)構(gòu)44的實(shí)例包括聚甲基丙烯酸甲酯球體、聚苯乙烯球和二氧化 硅球體，所有這些球體均可從位于Sarasota， FL的Esprix Technologies 商購獲得?；蛘?，微結(jié)構(gòu)44可以從供體基底40a向微透鏡片材10延伸， 或從片材10中的材料層14的第一側(cè)面6延伸。包括這類微結(jié)構(gòu)44的 適用供體基底40的實(shí)例包括可從位于Norwalk， CT的Kodak Polychrome Graphics商購獲得的Kodak Approval介質(zhì)和Matchprint Digital Halftone介質(zhì)。包括這類微結(jié)構(gòu)44的適用微透鏡片材易于由本 領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員通過例如復(fù)制進(jìn)行制造。無論如何，優(yōu)選的是在微 透鏡片材10與供體基底40a之間存在由微結(jié)構(gòu)44的尺寸、間隔、排列 方式和覆蓋面積所確定和控制的大致均勻的間距或間隙。該大致均勻 的間隙在供體基底40a的頂面41與微透鏡光學(xué)器件的焦點(diǎn)34之間提供
了大致均勻的配準(zhǔn)。
下一步，該方法包括如下步驟將供體材料的一部分從第一供體 材料基底40a轉(zhuǎn)移到片材10的材料層14的第一側(cè)面6，以在材料層14的第一側(cè)面6上形成各個(gè)部分完整圖像，如圖4b所示。在圖4a和4b 所示的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中，通過透鏡32將來自輻射源30的 準(zhǔn)直光射向微透鏡片材IO來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。輻射源30通過透鏡32、再通 過微透鏡片材10在供體基底40a上聚焦。如圖4a所示，微透鏡4的焦 點(diǎn)34大致在供體材料40a與微透鏡片材10的材料層14的第一側(cè)面6 之間的接口處?；?0a的供體材料吸收片材10a上的微透鏡4的焦點(diǎn) 34附近的入射輻射。輻射吸收導(dǎo)致供體基底40a的供體材料轉(zhuǎn)移到片 材10a上的材料層14的第一側(cè)面6，形成包括與片材10a的微透鏡4 對(duì)應(yīng)的部分完整圖像的供體材料42a的圖像像素，如圖4b所示。在該 方法的可供選擇的實(shí)施例中，其中片材10a的材料層14的第一側(cè)面6 非常接近供體材料40a或粘附在供體材料40a上，那么也可以采用諸如 輻射誘導(dǎo)漫射和優(yōu)選的粘結(jié)(熱熔膠棒方法)等轉(zhuǎn)移機(jī)理，該機(jī)理形 成包括與片材10a的微透鏡4對(duì)應(yīng)的部分完整圖像的供體材料42a的圖 像像素。所轉(zhuǎn)移供體材料42a的化學(xué)性或組成或組分濃度可能有變化。 由供體材料42a形成的這些各個(gè)部分完整圖像共同生成用肉眼看起來 浮在片材10的上方和下方或上下方兩者的合成浮動(dòng)圖像，將在以下詳 細(xì)描述。
由于每個(gè)各個(gè)微透鏡4占據(jù)著相對(duì)于光軸的唯一位置，因此入射 在微透鏡4上的輻射相對(duì)于入射在每個(gè)其它微透鏡上的輻射具有唯一 的入射角。因此，光線將被每個(gè)微透鏡4傳輸?shù)较鄬?duì)于靠近焦點(diǎn)34的 供體基底40a上的特定微透鏡4的唯一位置上，并對(duì)應(yīng)于每個(gè)微透鏡4 在材料層14的第一側(cè)面6上形成供體材料42a的部分完整圖像的獨(dú)特 的圖像像素。更精確地說，單個(gè)光脈沖在每個(gè)適當(dāng)暴露的微透鏡4后 面僅產(chǎn)生供體材料42a的一個(gè)成像的點(diǎn)，從而在片材10的材料層14 的第一側(cè)面6上形成鄰近每個(gè)微透鏡的部分完整圖像。可以使用多個(gè) 輻射脈沖或快速通過并連續(xù)照射的輻射光束來形成圖像。對(duì)于每個(gè)脈 沖來說，在相對(duì)于有微透鏡的片材的先前脈沖期間，透鏡32的焦點(diǎn)相 對(duì)于焦點(diǎn)34的位置來說位于新的位置上。透鏡32的焦點(diǎn)32相對(duì)于微 透鏡4的位置的這些連續(xù)變化導(dǎo)致每個(gè)微透鏡4上的入射角發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而導(dǎo)致由該脈沖利用供體材料42在片材10的材料層14上形
成的供體材料42a的部分完整圖像的成像像素的位置也發(fā)生相應(yīng)變化。 因此，入射在靠近焦點(diǎn)34的供體基底40a上的輻射導(dǎo)致輻射敏感供體 材料42a的選定圖案發(fā)生轉(zhuǎn)移。因?yàn)槊總€(gè)微透鏡4的位置相對(duì)于每個(gè)光 軸都是唯一的，所以對(duì)每個(gè)微透鏡利用被轉(zhuǎn)移的輻射敏感供體材料42a 形成的部分完整圖像將不同于與每個(gè)其它微透鏡相關(guān)的圖像，這是因 為每個(gè)微透鏡都從不同位置"看"進(jìn)入的輻射的緣故。因此，利用來 自供體基底的供體材料42a在材料層14上形成與每個(gè)微透鏡相關(guān)的獨(dú) 特的圖像。
另一種形成浮動(dòng)合成圖像的方法使用了發(fā)散形成對(duì)象，如產(chǎn)生高 度發(fā)散光以在有微透鏡的材料上成像的透鏡陣列。例如，透鏡陣列可 由多個(gè)小透鏡組構(gòu)成，所有小透鏡均具有高數(shù)值孔徑且排列成平面幾 何形狀上。當(dāng)該陣列被光源照射時(shí)，該陣列將產(chǎn)生多個(gè)高度發(fā)散的光 錐，每個(gè)各個(gè)光錐在陣列中與其對(duì)應(yīng)的透鏡上面保持居中。選擇陣列 的物理尺寸以適應(yīng)合成圖像的最大側(cè)向尺寸。根據(jù)陣列的尺寸，小透 鏡形成的各個(gè)能量錐將使有微透鏡的材料曝光，就像各個(gè)透鏡依次設(shè) 置在陣列的所有點(diǎn)處并接收光脈沖一樣。關(guān)于那些透鏡接收入射光的 選擇可以通過使用反射掩模、衍射圖案發(fā)生器或通過用低數(shù)值孔徑的 輻射光束各個(gè)照射目標(biāo)的具體位置來進(jìn)行。該掩模具有與合成圖像的 將要曝光的部分對(duì)應(yīng)的透明區(qū)域和與圖像不應(yīng)曝光部分對(duì)應(yīng)的反射區(qū) 域。由于透鏡陣列側(cè)向延伸，因此可以不必使用多個(gè)光脈沖來繪出圖 像。
通過使入射能量完全輻射掩模，掩膜的允許能量通過的那些部分 將形成多個(gè)描繪浮動(dòng)圖像輪廓的高度發(fā)散光的各個(gè)光錐，就像圖像是 由單個(gè)透鏡勾畫出輪廓一樣。因此，僅需要單個(gè)光脈沖就能在微透鏡 片材中形成整個(gè)合成影像。或者，可以用一個(gè)光束定位系統(tǒng)(如檢流 xy掃描儀)替代反射掩模，用來局部照射透鏡陣列并在陣列上繪出合 成圖像。由于該技術(shù)使能量在空間上被局限于某些區(qū)域，因此在任何給定時(shí)間內(nèi)陣列中僅有少數(shù)小透鏡被照射。那些被照射的小透鏡將形 成使有微透鏡的材料曝光從而在片材上形成合成圖像所需的高度發(fā)散 光錐。
成像之后，根據(jù)合成圖像的期望可觀察尺寸，在由供體材料42a 形成的每個(gè)充分曝光的微透鏡后面，在片材10的材料層14的第一惻 面6上將出現(xiàn)全部或部分完整的圖像。在材料層14上在每個(gè)微透鏡4 后面形成圖像的程度取決于入射在該微透鏡上的能量。預(yù)期圖像的一 部分可以距離微透鏡區(qū)域足夠遠(yuǎn)，以至于入射到那些微透鏡上的輻射 的能量密度低于轉(zhuǎn)移相應(yīng)供體材料42所需的輻射等級(jí)。此外，對(duì)于在 空間上伸展的圖像，當(dāng)使用固定NA的透鏡成像時(shí)，并非片材的所有部 分都要在對(duì)于想要圖像的所有部分的入射輻射下曝光。因此，預(yù)期圖 像的一部分將不會(huì)導(dǎo)致被轉(zhuǎn)移的輻射敏感型材料，并且只有預(yù)期圖像 的一部分圖像在材料層14上的那些微透鏡后面出現(xiàn)。
在圖4b中，第一供體基底40a用于在片材10上形成供體材料42a 的各個(gè)部分完整圖像。在使用第一供體基底40a使片材10成像之后， 可以移除第一供體基底40a,并用第二供體基底替代。然后相對(duì)于第二 供體片材重復(fù)上面描述以及圖4a和4b所示的方法。第二供體基底用于 在片材10上生成供體材料42b的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，第二供體基 底包括與于第一供體基底40a中的著色劑不同的著色劑。這樣可讓用戶 形成由兩種不同顏色組成的合成圖像。也就是說，合成圖像是多色的， 或者一部分是一種顏色，另一部分是不同顏色?；蛘撸谝还w基底 40a和第二供體基底40b可用來形成兩個(gè)分離的顏色不同的浮動(dòng)圖像， 例如，如圖6所示?；蛘?，第一供體基底和第二供體基底中的著色劑 可以生成由兩種著色劑混合物形成的合成圖像。在另一個(gè)實(shí)施例中， 第一和第二供體基底中的著色劑可以包括相同的著色劑?？梢允褂萌?意數(shù)目的供體基底40使成像微透鏡片材10成像，以在一個(gè)片材10上 形成的多種不同顏色組合的任意數(shù)目的浮動(dòng)合成圖像。圖5是從一部分微透鏡片材IO的一部分的透視圖，示出從微透鏡 片材的微透鏡側(cè)觀察時(shí)，由與各個(gè)微球4相鄰的材料層14上的輻射敏
感供體材料42形成的各個(gè)部分完整圖像樣本46，還顯示了從完整復(fù)制
到部分復(fù)制的范圍內(nèi)的記錄圖像。
圖6和6A示出了根據(jù)該方法的一個(gè)實(shí)施例成像的微透鏡片材10， 使用兩種輻射敏感供體基底40生成不同顏色的多個(gè)合成圖像。圖6A 是圖6所示片材10上的材料層14的第一側(cè)面6的放大光學(xué)特征圖。 片材10包括浮在片材下方的第一合成圖像60a (呈現(xiàn)為黑色的雙環(huán)) 和浮在片材上方的第二合成圖像60b (同樣為位于雙環(huán)內(nèi)的黑色的 "3M"的輪廓)。片材10還包括浮在片材下方的第三合成圖像60c(呈 現(xiàn)為紫色的雙環(huán))和浮在片材上方的第四合成圖像60d (位于雙環(huán)內(nèi)的 紫色的"3M"輪廓)。由具有黑色著色劑的第一供體基底使片材10 成像。然后由具有紫色著色劑的第二供體基底使片材IO成像。
圖6中所示區(qū)域A的一部分對(duì)應(yīng)于圖6A中片材IO的仰視圖(即 材料層14的第一側(cè)面6)。具體地講，圖6A示出了各個(gè)部分完整圖 像46的放大視圖，該圖像一起會(huì)形成合成圖像60a和60c的黑色和紫 色雙環(huán)的相交，其中合成圖像60a和60c看起來浮在片材下方(如圖6 的區(qū)域A所示)。
圖像46有兩部分黑色供體材料42a形成的第一部分64和紫色 供體材料42b形成的第二部分66。每個(gè)圖像46通常對(duì)應(yīng)于各個(gè)微透鏡。 圖6A中圖像46的尺寸范圍為從24.5至27(im，但也可以是其它尺寸 范圍。圖6A便于示出供體材料在材料層14表面上方的高度，以及對(duì) 與所轉(zhuǎn)移供體材料42直接相鄰的材料層14的高度水平的影響。由供 體材料42a、 42b形成的部分64、 66周圍的深色部分表示這些部分周圍 的材料層14已熔融或其溫度已上升至超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因此其 在材料層14的第一側(cè)面6的平面下方的相關(guān)高度是0.1至0.2pm。這 些"片段"是作為制備方法的結(jié)果在供體材料42a、 42b周圍形成的，并且這些"片段"可能有助于增強(qiáng)圖像60。供體材料42a、 42b的全高 范圍是在片材10的材料層14的第一側(cè)面6的平面上方大約0.1至 0.75pm的范圍內(nèi)，但也可能是其它高度范圍。
這些合成浮動(dòng)圖像60也可被認(rèn)為是多個(gè)圖像46 —起疊加的結(jié)果， 所有這些圖像均具有實(shí)物的不同方面。通過微型透鏡陣列可形成多個(gè) 獨(dú)特的圖像，所有透鏡均從不同的有利位置處"看見"物體或圖像。 在各個(gè)微型透鏡后面，取決于圖像形狀和接收成像能量源的方向，利 用供體材料在材料層上生成圖像的透視圖。在該方法的一些實(shí)施例中， 將只記錄圖像或物體中由具有足以導(dǎo)致一些輻射敏感供體材料轉(zhuǎn)移的 能量的透鏡看到的部分。圖像或物體中與暴露在相應(yīng)更大的能級(jí)下的 透鏡相關(guān)的部分通?？赡軐?dǎo)致更多數(shù)量的供體材料被轉(zhuǎn)移，例如，可 能導(dǎo)致在片材10的材料層14的第一側(cè)面6上方具有更大高度的圖像 46。
要成像的"物體"是通過描繪"物體"的輪廓或通過使用掩模利 用強(qiáng)光源形成的。為使這樣記錄的圖像具有合成的外觀，來自物體的 光線必須在較寬的角度范圍內(nèi)輻射。當(dāng)來自物體的輻射從物體的單個(gè) 點(diǎn)進(jìn)入且在一個(gè)較寬的角度范圍內(nèi)輻射時(shí)，所有輻射光線都攜帶了關(guān) 于該物體但僅來自該點(diǎn)的信息，但信息是來自輻射光線的不同角度。 現(xiàn)在考慮為了獲得輻射光線攜帶的關(guān)于該物體的相對(duì)完整信息，光線 必須從組成物體的點(diǎn)集合在一個(gè)較寬的角度范圍內(nèi)輻射。從物體發(fā)出 的輻射光線的角度范圍是由在輻射源與微透鏡片材之間插入的光學(xué)元 件控制的。選擇這些光學(xué)元件以提供形成合成圖像所必需的最佳角度 范圍。光學(xué)元件的最佳選擇是形成一個(gè)錐頂終止于物體位置的輻射錐。
用于描述多種合成圖案形成的多種幾何光學(xué)器件在美國專利申請(qǐng) No. 11/248950 (Endle等人)中公開，其在此以引用方式并入，例如與 圖10-16有關(guān)的公開內(nèi)容。如此前記錄的，用于生成本文所述的浮動(dòng)合 成圖像的成像處理是優(yōu)選的、但不是排他性的實(shí)施例。用于生成可用于本發(fā)明用戶接口的合成浮動(dòng)圖像的方法的另一個(gè) 實(shí)例包括施加輻射至與片材中的微透鏡相鄰的材料層。因?yàn)槌煞肿兓?材料移除或燒蝕、相變或者與一層或多層微透鏡的一面相鄰布置的涂 層的聚合反應(yīng)而形成合成圖像。圖5和7-10與這種方法的討論有關(guān)。
可在其中由該方法形成合成圖像的微透鏡片材包括一個(gè)或多個(gè)分 立層的微透鏡，在與微透鏡層的一側(cè)相鄰設(shè)置材料層(優(yōu)選為下文所 述的輻射敏感型材料或涂層)。例如，圖7示出"外露透鏡"型的微
透鏡片材110，其包括部分嵌入粘結(jié)劑層114的單層透明微球112，該 粘結(jié)劑層14通常為聚合材料。對(duì)可用于對(duì)材料層的成像輻射波長(zhǎng)以及 用于觀看合成圖像的光的波長(zhǎng)而言，微球都是透明的。材料層116被 設(shè)置在每一個(gè)微球的后表面，在示出的實(shí)施例中，通常僅僅接觸每一 個(gè)微球112的一部分表面。這種類型的片材在美國專利No.2，326,634 中更詳細(xì)地描述，并且目前可從3M公司購得，商品名為Scotchlite 8910 系列反射織品。
圖8示出另一種適合的微透鏡片材類型。該微透鏡片材120是"嵌 入透鏡"型片材，其中微球透鏡122被嵌入透明保護(hù)外涂層124中， 該外涂層124通常是聚合材料。材料層126被設(shè)置在微球后面透明墊 片層128的背后，其中透明墊片層128通常也是聚合材料。這種類型 片材在美國專利No.3,801，183中更詳細(xì)地描述，并且目前可以從3M公 司購得，商品名為Scotchlite 3290系列工程級(jí)逆反射片材。另一種適合 的微透鏡片材類型稱為封裝的透鏡片材，在美國專利No.5,064,272中 描述了這種類型的一個(gè)實(shí)例，目前可以從3M公司購得，商品名為 Scotchlite 3870系列高強(qiáng)度級(jí)逆反射片材。
圖9示出另一種適合的微透鏡片材類型。這種片材包括具有第一 側(cè)面和第二側(cè)面的透明的平凸基片或非球面基片130，第二側(cè)面132基 本上是平的，第一側(cè)面具有基本上是半球體的或是非半球體的微透鏡134的陣列。對(duì)微透鏡的形狀和基片的厚度進(jìn)行選擇，使得入射到陣列 上的準(zhǔn)直光束大致在第二側(cè)面上聚焦。在第二側(cè)面上提供材料層136。 例如，在美國專利No.5,254,390中描述了這種片材，并且目前可以購 自3M公司，商品名為2600系列3M保密卡接收器。
結(jié)合圖7-9描述的微透鏡片材優(yōu)選地具有圖像形成折射表面以用
于圖像形成的進(jìn)行；通常這是由曲線形微透鏡表面提供的。對(duì)曲線形
表面，微透鏡優(yōu)選地具有均勻的折射率。提供梯度折射率(GRIN)的
其他可用材料不需要曲線形表面來折射光線。微透鏡表面優(yōu)選的是真
正球面，但是非球面表面也是可以接受的。微透鏡可以具有任何對(duì)稱
性，如圓柱形對(duì)稱或球形對(duì)稱，前提條件是折射表面能夠形成實(shí)像。
微透鏡本身可以是不同形式的，如圓形平凸小透鏡、圓形雙凸小透鏡、
棒、微球、水珠形或圓柱形小透鏡?？尚纬晌⑼哥R的材料包括玻璃、
聚合物、礦石、晶體、半導(dǎo)體以及這些材料與其他材料的組合。也可
以使用非分立的微透鏡元件。因此，也可使用由復(fù)制工藝或壓花工藝 (其中片材表面的形狀被改變以形成具有成像特性的重復(fù)輪廓)形成
的微透鏡。
結(jié)合圖7-9描述的片材的微透鏡在可見波長(zhǎng)和紅外波長(zhǎng)下優(yōu)選地 具有在1.5至3.0之間的均勻折射率。適合的微透鏡材料對(duì)可見光的吸 收最小，并且在使用能量源使輻射敏感層成像的實(shí)施例中，材料也應(yīng) 該顯示出對(duì)能量源吸收最小。不論微透鏡是分立的或是復(fù)制的，也不 論微透鏡由什么材料制成，微透鏡的屈光力優(yōu)選地使得入射到折射表 面上的光線將發(fā)生折射并聚焦在微透鏡的相對(duì)側(cè)。更具體地講，光線 將聚焦在微透鏡的后表面或聚焦在與微透鏡相鄰的材料上。在材料層 是輻射敏感層的實(shí)施例中，微透鏡優(yōu)選在該層上的適合位置形成縮小 的實(shí)像。圖像縮小大約100到800倍對(duì)形成具有良好分辨率的圖像特 別有用。微透鏡片材的構(gòu)造提供了必要的聚焦條件，以使得入射到微 透鏡片材前表面上的能量可聚焦在材料層上，該材料層優(yōu)選的是輻射 敏感的。結(jié)合圖7-9描述的微透鏡片材具有15微米至275微米的直徑是優(yōu)
選的，但是也可以使用其它尺寸的微球。對(duì)要呈現(xiàn)為空間上距離微球 層較近的合成圖像，使用直徑在上述范圍下限的微球可獲得良好的合 成圖像分辨率，而對(duì)要呈現(xiàn)為空間上距離微球較遠(yuǎn)的合成圖像，使用
較大的微球可獲得良好的合成圖像分辨率。其他微球(如小透鏡尺寸 與那些為微球指定的尺寸相當(dāng)?shù)钠酵剐?、圓柱形、球形或非球形的微 球)預(yù)期可產(chǎn)生類似的光學(xué)結(jié)果。
如上記錄的，對(duì)于形成合成圖像的這種具體方法，與微透鏡相鄰 提供材料層。當(dāng)觀察者在反射光或透射光下觀看時(shí)，在材料中形成的 與多個(gè)微透鏡相關(guān)的各個(gè)圖像形成看起來懸浮或浮動(dòng)在片材上方、片 材的平面內(nèi)和/或片材下方的合成圖像。盡管可以使用其他方法，但提 供上述圖像的優(yōu)選方法是提供輻射敏感型材料作為材料層，并且以期 望的方式使用輻射使該材料變性以提供圖像。因而，盡管不受此限制， 但與微透鏡相鄰的材料層的其余討論將主要以輻射敏感型材料層為背 景進(jìn)行。
本方法中可使用的輻射敏感型材料包括金屬、聚合材料、半導(dǎo)體 材料和這些材料的混合物的涂層和膜。如本文所用，如果暴露在給定 強(qiáng)度的可見光或其他射線的照射下的暴露材料的外觀發(fā)生變性，與未 暴露在該輻射下的材料形成對(duì)比，那么這種材料就是"輻射敏感"的。 由此生成的圖像可以是組成改變、材料移除或燒蝕、相位變化或輻射 敏感涂層聚合的結(jié)果。輻射敏感金屬薄膜材料的例子包括鋁、銀、銅、 金、鈦、鋅、錫、鉻、釩、鉭和這些金屬的合金。由于金屬的天然顏 色和金屬暴露于輻射后改變的顏色之間的差異，這些金屬通常會(huì)形成 對(duì)比。如上所述，圖像的形成還可以采用燒蝕或輻射加熱材料，直到
該材料的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而形成圖像。例如，美國專利4,743,526描 述了加熱金屬合金來形成顏色變化。除金屬合金外，金屬氧化物和金屬低氧化物也可以用作輻射敏感 介質(zhì)。這類材料包括鋁、鐵、銅、錫和鉻形成的氧化物。諸如硫化鋅、 硒化鋅、二氧化硅、氧化銦錫、氧化鋅、氟化鎂和硅等非金屬材料也 會(huì)提供有用的顏色或顏色對(duì)比。
也可使用多層薄膜材料來提供獨(dú)特的輻射敏感型材料。這些多層 材料可以被配置為因顯出或移除顏色或?qū)Ρ葎┒纬蓪?duì)比的變化。示 例性構(gòu)造包括被設(shè)計(jì)為通過特定波長(zhǎng)的輻射而成像(例如通過顏色的 變化)的光學(xué)層疊件和調(diào)諧腔體。 一個(gè)具體的實(shí)例在美國專利
No.3,801，183中有所描述，其公開了使用冰晶石/硫化鋅(Na3AlF6/ZnS) 作為電介質(zhì)鏡。另一個(gè)實(shí)例是由鉻/聚合物(如等離子聚合丁二烯)/二 氧化硅/鋁組成的光學(xué)層疊件，鉻層的厚度在4納米左右，聚合物層的 厚度在20至60納米之間，二氧化硅層的厚度在20至60納米之間， 鋁層的厚度在80至100納米之間，并且其中選取的各層厚度提供對(duì)可 見光譜內(nèi)特定顏色的反射率?？墒褂煤猩衔挠懻摰娜魏螁螌颖∧さ?薄膜調(diào)諧腔體。例如，對(duì)具有大約4納米厚的鉻層和在大約100納米 至300納米之間的二氧化硅層的調(diào)諧腔體，調(diào)整二氧化硅層的厚度， 以響應(yīng)特定波長(zhǎng)的輻射而提供彩色的圖像。
可用于本方法的輻射敏感型材料也包括熱致變色材料。"熱致變 色"描述了在暴露于溫度變化下會(huì)改變顏色的材料?？稍诒痉椒ㄖ惺?用的熱致變色材料的實(shí)例在美國專利No.4,424，990中有所描述，它們 包括碳酸銅、混有硫脲的硝酸銅、含硫化合物(諸如硫醇、硫醚、亞 砜和砜)與碳酸銅的混合物。其他適合的熱致變色化合物的實(shí)例在美 國專利No.4,121,011中有所描述，包括硼、鋁和鉍的水合硫酸鹽與氮 化物，硼、鐵和磷的氧化物與水合氧化物。
當(dāng)然，如果材料層不準(zhǔn)備使用輻射源成像的話，那么該材料層可 以是，但并不必需是輻射敏感的。然而，為便于制造優(yōu)選使用輻射敏 感型材料，并且因而還優(yōu)選地使用適當(dāng)?shù)妮椛湓础Ｈ缟纤?，在與微透鏡相鄰的材料層上提供圖像圖案的優(yōu)選方式 是使用輻射源使得輻射敏感型材料成像。任何可提供所需強(qiáng)度和波長(zhǎng) 的輻射的能量源均可用于本方法。據(jù)信能提供波長(zhǎng)在200納米至11微 米之間的輻射線的設(shè)備是尤其優(yōu)選的。本方法可用的高峰值功率輻射 源的實(shí)例包括準(zhǔn)分子閃光燈、無源Q開關(guān)微芯片激光器和Q開關(guān)摻釹
釔鋁石榴石(縮寫為Nd:YAG)激光器、摻釹氟化釔鋰(縮寫為Nd:YLF) 激光器、以及摻鈦藍(lán)寶石(縮寫為Ti:藍(lán)寶石)激光器。這些高峰值功 率輻射源對(duì)通過燒蝕-材料的移除或在多光子吸收過程中形成圖像的 輻射敏感型材料是最有用的?？捎幂椛湓吹钠渌麑?shí)例包括提供低峰值 功率的設(shè)備，諸如激光二極管、離子激光器、非Q開關(guān)固態(tài)激光器、 金屬蒸氣激光器、氣體激光器、弧光燈和高功率白熾光源。當(dāng)輻射敏 感介質(zhì)采用非燒蝕方法成像時(shí)，這些輻射源尤其有用。
對(duì)所有有用的輻射源來說，來自輻射源的能量都射向微透鏡片材 材料，并受控發(fā)出高度發(fā)散的能量束。對(duì)于電磁光譜的紫外光、可見 光和紅外光部分中的能量源，可通過合適光學(xué)元件來控制光線。在一 個(gè)實(shí)施例中，對(duì)光學(xué)元件的這種排列(通常稱為光學(xué)組件)的要求是 光學(xué)組件通過適當(dāng)?shù)陌l(fā)散或分散將光線射向片材，從而以所需角度照 射微透鏡，并因而照射材料層。合成圖像優(yōu)選地通過使用數(shù)值孔徑(其 定義為最大發(fā)散光線的半角的正弦)大于或等于0.3的光分散設(shè)備獲 得。具有更大數(shù)值孔徑的光分散設(shè)備會(huì)產(chǎn)生具有更大視角和更大圖像 外觀移動(dòng)范圍的合成圖像。
根據(jù)生成合成圖像的這種方法的示例性成像處理由通過透鏡從激 光器導(dǎo)向準(zhǔn)直光束至微透鏡片材(如在圖7-9所示)組成。為了生成具 有浮動(dòng)圖像的片材，如下文進(jìn)一步所述，光線通過具有高數(shù)值孔徑(NA) 的發(fā)散透鏡透射，用以產(chǎn)生高度發(fā)散的光錐。高NA透鏡是NA等于或 大于0.3的透鏡。微球的輻射敏感涂層側(cè)被置于遠(yuǎn)離該透鏡，以使得光 錐的軸線(光軸)垂直于微透鏡片材的平面。
30由于每個(gè)各個(gè)微透鏡相對(duì)于光軸占據(jù)著特有位置，因此入射到每 個(gè)微透鏡上的光相對(duì)于入射到每個(gè)其他微透鏡上的光具有獨(dú)特的入射 角。這樣，光線會(huì)通過每個(gè)微透鏡透射到材料層上的特有位置，并產(chǎn) 生獨(dú)特的圖像。更確切地講，單個(gè)光脈沖在材料層上只產(chǎn)生單個(gè)成像 的點(diǎn)，因此為了與每個(gè)微透鏡處相鄰提供圖像，使用多脈沖光線以便 由多個(gè)成像的點(diǎn)生成該圖像。對(duì)每個(gè)脈沖而言，其光軸相對(duì)于上一個(gè) 脈沖周期的光軸位置來說是位于一個(gè)新的位置上的。光軸位置相對(duì)于 微透鏡的連續(xù)變化導(dǎo)致光線在每個(gè)微透鏡上的入射角的相應(yīng)變化，相 應(yīng)地，由該脈沖在材料層上生成的成像的點(diǎn)的位置也相應(yīng)改變。因此， 聚焦在微球后部的入射光在輻射敏感型材料層上產(chǎn)生一個(gè)所選圖案的 圖像。因?yàn)橄鄬?duì)于每個(gè)光軸，每個(gè)微球的位置是獨(dú)特的，所以每個(gè)微 球在輻射敏感型材料上形成的圖像與其他每個(gè)微球相關(guān)的圖像將是不 同的。
另一種形成浮動(dòng)合成圖像的方法使用透鏡成列產(chǎn)生高度發(fā)散光， 以對(duì)有微透鏡的材料成像。透鏡陣列由多個(gè)小透鏡組成，所有小透鏡 均具有在平面幾何形狀中布置的高數(shù)值孔徑。當(dāng)該陣列被光源照射時(shí)，
該陣列將產(chǎn)生多個(gè)高度發(fā)散的光錐，每個(gè)各個(gè)光錐在陣列中與其對(duì)應(yīng) 的透鏡上面保持居中。選擇陣列的物理尺寸以適應(yīng)合成圖像的最大側(cè) 向尺寸。借助陣列的尺寸，透鏡形成的各個(gè)能量錐將使有微透鏡的材 料曝光，就像各個(gè)透鏡依次設(shè)置在陣列的所有點(diǎn)處并接收光脈沖一樣。 通過使用反射性掩模來選擇接收入射光的透鏡。該掩模具有與合成圖 像的將要曝光的部分對(duì)應(yīng)的透明區(qū)域和與圖像不應(yīng)曝光部分對(duì)應(yīng)的反 射區(qū)域。由于透鏡陣列側(cè)向延伸，因此可以不必使用多個(gè)光脈沖來描 繪圖像。
通過使入射能量完全輻射掩模，掩膜的允許能量通過的那些部分 將形成多個(gè)描繪浮動(dòng)圖像輪廓的高度發(fā)散光的各個(gè)光錐，就像圖像是 由單個(gè)透鏡勾畫出輪廓一樣。因此，僅需要單個(gè)光脈沖就能在微透鏡片材中形成整個(gè)合成影像?；蛘撸梢杂靡粋€(gè)光束定位系統(tǒng)(如振鏡 式xy掃描儀)替代反射性掩模，用來局部照射透鏡陣列并在陣列上描 繪合成圖像。由于該技術(shù)使能量在空間上被局限于某些區(qū)域，因此在 任何給定時(shí)間內(nèi)陣列中僅有少數(shù)小透鏡被照射。那些被照射的小透鏡 將形成使有微透鏡的材料曝光從而在片材上形成合成圖像所需的高度 發(fā)散光錐。
透鏡陣列本身可以由分立的小透鏡加工而成，或采用蝕刻工藝，
生產(chǎn)單塊透鏡陣列。適合于透鏡的材料是那些在入射能量波長(zhǎng)處為非 吸收性的材料。陣列中的各個(gè)透鏡優(yōu)選地具有大于0.3的數(shù)值孔徑，以
及大于30微米但小于IO毫米的直徑。這些陣列可以具有抗反射涂層，
以減少會(huì)對(duì)透鏡材料產(chǎn)生內(nèi)部損壞的背反射效應(yīng)。此外，還可以使用 有效負(fù)焦距和尺寸與該透鏡陣列相當(dāng)?shù)膯蝹€(gè)透鏡來增強(qiáng)離開陣列的光 的發(fā)散性。選擇單塊陣列中各個(gè)小透鏡的形狀，使其具有高數(shù)值孔徑
并提供約大于60%的高填充系數(shù)。
圖10是將發(fā)散能量入射到微透鏡片材上的示意圖。對(duì)每個(gè)微透鏡， 均在材料層的不同部分上(或其中)形成圖像I，因?yàn)槊總€(gè)微透鏡從不 同的透視圖"看到"入射的能量。這樣，在材料層中形成與每個(gè)微透 鏡相關(guān)的獨(dú)特的圖像。
成像以后，根據(jù)延伸的物體的尺寸，會(huì)在每個(gè)微透鏡后面的輻射 敏感型材料中出現(xiàn)該物體的完整的或部分的圖像。實(shí)物在微球后面再 現(xiàn)為圖像的程度取決于入射到該微球上的能量密度。延伸的物體的一 部分可以距離微透鏡區(qū)域足夠遠(yuǎn)，以使入射到那些微球上的能量密度 低于該材料改性所需的輻射能級(jí)。此外，對(duì)在空間上延伸的圖像，當(dāng) 使用固定NA的透鏡成像時(shí)，并非片材的所有部分都要在用于延伸物體 的所有部分的入射輻射下曝光。因此，在輻射敏感介質(zhì)中物體的那些 部分不會(huì)被改性，并且在微透鏡后面只出現(xiàn)該物體的部分圖像。除了提供微透鏡片材一部分的透視圖，其示出了由本章節(jié)開始描 述的輻射敏感供體材料方法形成的各個(gè)部分完整的樣本圖像46，圖5 還為微透鏡片材一部分的透視圖，其示出了在與各個(gè)微球相鄰的輻射 敏感層中形成的樣本圖像46，并且還示出了所記錄圖像涵蓋從合成圖 像的完整復(fù)制到部分復(fù)制。
這些合成圖像還可以被認(rèn)為是多個(gè)圖像(包括部分的和完整的) 疊加的結(jié)果，所有這些圖像具有實(shí)物的不同視角。通過微型透鏡陣列 可形成多個(gè)獨(dú)特的圖像，所有透鏡均從不同的有利位置處"看見"物 體或圖像。在各個(gè)微型透鏡后面，取決于圖像形狀和接收成像能量源 的方向，在材料層中生成圖像的透視圖。然而，并不是透鏡看到的一 切都記錄在輻射敏感型材料中。只有被透鏡看到并有足夠能量改變輻 射敏感型材料的圖形或物體部分才被記錄。
要成像的"物體"是通過描繪"物體"的輪廓或通過使用掩模利 用強(qiáng)光源形成的。為使這樣記錄的圖像具有合成的外觀，來自物體的 光線必須在較寬的角度范圍內(nèi)輻射。當(dāng)從物體輻射的光來自物體的單 個(gè)點(diǎn)、并且在寬泛的角度范圍內(nèi)輻射時(shí)，所有光線都攜帶了有關(guān)該物 體(但僅來自該單個(gè)點(diǎn))的信息，但是該信息與光線的觀察角度相關(guān)。 現(xiàn)在考慮為了獲得光線攜帶的有關(guān)該物體的相對(duì)完整信息，光線必須 從組成物體的點(diǎn)集合輻射寬角度范圍。從物體發(fā)出的光線的角度范圍 是由在物體與微透鏡材料之間插入的光學(xué)元件控制的。選擇這些光學(xué) 元件以提供形成合成圖像所必需的最佳角度范圍。光學(xué)元件的最佳選 擇是形成一個(gè)光錐，其錐頂在物體的位置處終止。最佳的錐角大于約
40度。
用微型透鏡縮小物體，來自物體的光線聚焦在靠微型透鏡后面的 能量敏感涂層上。透鏡后面的聚焦光斑或圖像的實(shí)際位置取決于源于 物體的入射光線的方向。從物體的點(diǎn)上發(fā)射出來的每個(gè)光錐照射微型 透鏡的一部分，只有被足夠能量照射的那些微型透鏡才記錄物體該點(diǎn)的永久圖像。用于描述多種合成圖像形成的多種幾何光學(xué)器件在美國專利申請(qǐng)No.7，068,434 (Florczak等人)中公開，其在此以引用方式并入，例如 與圖8-16有關(guān)的公開內(nèi)容。如上所述，本文所述的成像過程是優(yōu)選實(shí) 施例，但并非排他性的實(shí)施例。雖然本文僅描述了生成浮動(dòng)合成圖像的兩種方法，但本發(fā)明并不 因此被限制。相反，本發(fā)明包括由本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員已知的其它方 法制成的合成圖像或其它類似圖像。II.用戶接口中的合成浮動(dòng)圖像如在本發(fā)明的該具體實(shí)施方式
的開始所提到的，本發(fā)明描述了包 括合成浮動(dòng)圖像的用戶接口。如此前提到的，當(dāng)使用本文的術(shù)語"用 戶接口"時(shí)，包括權(quán)利要求書，這意味著設(shè)計(jì)成允許人從其中接收信 息或與其互動(dòng)的任何接口。可以在視覺上接收信息，但還可以通過聽 覺或感官方法接收。例如，用戶接口可以包括汽車儀表板、飛機(jī)座艙 表面、核控制室、控制塔、用于廣告、訂購、處理等的信息亭，電話， PADS， GPS單元，計(jì)算機(jī)屏，聲控屏或人接收信息或與接口互動(dòng)的任 何其它類型的接口。包括合成浮動(dòng)圖像的用戶接口有助于用戶在用戶 接口中更快地搜索某些信息并且處理信息時(shí)可能更少出錯(cuò)，因此當(dāng)與 本發(fā)明的用戶接口互動(dòng)時(shí)改善觀察者的總體能力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，這種用戶接口包括浮動(dòng)圖像，浮動(dòng)圖像可以顯示不同類型的 對(duì)用戶具有不同重要程度的信息。觀察在用戶接口中浮在片材上方或浮在片材下方的不同距離處的這種浮動(dòng)圖像，浮動(dòng)距離優(yōu)先地可以取 決于其所屬信息的重要程度，如在下面更詳細(xì)地描述的。深度可以用于改善人機(jī)用戶接口的觀察者能力在人機(jī)接口設(shè)計(jì)者 之間并不是"常識(shí)"。大部分人機(jī)接口設(shè)計(jì)者在人的視覺中不具有廣 泛的專長(zhǎng)，并且立體景深信息可以用于改善觀察者能力在視覺科學(xué)家34之間甚至不是常識(shí)。例如，直到2003年P(guān)uhakka、 Hakkinen和Laarni 才在其出版物中論證了目標(biāo)深度影響的視覺處理的預(yù)備知識(shí)。(參見 例如Puhakka, M.， Hakkinen, J. and Laarni, J. ( 2003 ) " Does preknowledge of target depth affect visual processing." Journal of Vision 3 (9), 559.("目標(biāo)深度的預(yù)備知識(shí)是否影響視覺處理"，視覺雜志第3 巻(9)期，559))事實(shí)上，根據(jù)一個(gè)出版物，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員來說，深度是否是影響人的視覺搜索能力和視覺注意力的因素是 未知的。(參見例如Wolfe, J.M.， & Horowitz, T.S. (2004) ， "What attributes guide the deployment of visual attention and how do they do it "("引導(dǎo)視覺注意力的調(diào)配的屬性有哪些？這些屬性如何進(jìn)行引 導(dǎo)？ " ) ， Nature Reviews Neuroscience， 5 (6), 495-501.(自然評(píng)論神 經(jīng)科學(xué)，第5巻(6) ， 495-501))發(fā)明人相信深度可以用于改善用戶接口中的視覺注意力和搜索能 力，如下面的實(shí)例所證實(shí)的那樣，特別是使用浮動(dòng)合成圖像以生成深度外觀。因?yàn)楸景l(fā)明，可以調(diào)控在用戶接口中視覺元件的深度以幫助 用戶注意重要的信息。例如，看起來在前景顯示的作為浮動(dòng)圖像的信 息與看起來在背景顯示的信息相比被優(yōu)先地注意。例如，某些在儀表 板中顯示的信息深度可以幫助汽車駕駛員或飛機(jī)飛行員注意到對(duì)安全 重要的信息，例如燃油、風(fēng)速或高度。然而，深度并不常常用于汽車 或飛機(jī)座艙的儀表板，因?yàn)樵谙鄬?duì)于顯示器的多種實(shí)際深度位置處顯 示信息的空間通常是有限的。本發(fā)明的用戶接口包括合成浮動(dòng)圖像， 其看起來浮在儀表板上方、浮在儀表板下方或在儀表板的平面中，而 不需要厚的用戶接口、昂貴的顯示技術(shù)或防入侵用具(例如護(hù)目鏡)。 本質(zhì)上，用戶接口提供看起來在多種深度或高度處顯示的信息，然而 事實(shí)上，用戶接口包括一般沿著一個(gè)平面的片材，這使得它們?cè)诓煌?深度位置是有限的情況下尤其可用。具體地關(guān)于在汽車儀表板中的用戶接口，研究表明缺少對(duì)相關(guān)駕 駛事件的注意是交通事故中的一個(gè)主要因素。(參見例如，Rumar, K.(1990)， "The basic driver: Late detection."(駕駛員基本失誤延 遲發(fā)現(xiàn))，Ergonomics, 33(10-11)， 1281-1290.(人類工程學(xué)，第33巻(10-U)期，1281-1290))因此，降低對(duì)駕駛員的注意力負(fù)擔(dān)已成為 汽車設(shè)計(jì)工程師的主要目標(biāo)。降低注意力負(fù)擔(dān)使得駕駛員將其注意力 放到對(duì)安全重要的駕駛?cè)蝿?wù)上。就合成浮動(dòng)圖像滲入到本發(fā)明的用戶 接口 (例如汽車的儀表板)的程度來說，這種用戶接口可以有助于在 至少下面四個(gè)方面改善駕駛員的安全和情況意識(shí)。首先，浮動(dòng)合成圖像可以用于開發(fā)用戶的深度感知以允許使用深 度作為本發(fā)明用戶接口中的視覺分組信號(hào)。這種分組幫助改善視覺搜 索能力并降低觀察者注意力負(fù)擔(dān)，以便在組內(nèi)搜索，并且因此不將注 意力放到組外的項(xiàng)目上。第二，浮動(dòng)合成圖像可用于開發(fā)用戶的深度感知以允許使用在多 種深度處的信息顯示以改善視覺搜索。生成具有浮動(dòng)圖像的不同深度 的平面可以有利于駕駛員能夠掃視本發(fā)明的用戶接口，并且因此改善 視覺搜索能力并且選擇性地注意通過這種用戶接口提供的信息。人的 視覺系統(tǒng)在深度平面內(nèi)比在深度平面之間能夠更熟練地搜索信息。因 此， 一旦觀察者認(rèn)識(shí)到將會(huì)在本發(fā)明用戶接口的特定深度平面內(nèi)發(fā)現(xiàn) 某些類型的視覺信息，那么將來用戶將在尋找這種信息方面更有效。第三，浮動(dòng)合成圖像可以用于開發(fā)用戶的深度感知以允許使用深 度引導(dǎo)本發(fā)明用戶接口中的視覺注意力。深度信息可以用于將視覺注 意力引導(dǎo)至儀表板中對(duì)安全最重要的信息。也就是說，相對(duì)于在背景 中的深度信息而言，前景中的深度信息得到優(yōu)先注意，因此工程師可 能想將對(duì)安全重要的信息放在本發(fā)明用戶接口的前景中，在除前景之 外顯示對(duì)安全不太重要的信息，因此改善分配到對(duì)安全重要的信息的 注意力。第四，又如，相關(guān)或類似的視覺元件可以以在本發(fā)明用戶接口的相同深度平面上分組的浮動(dòng)圖像的形式出現(xiàn)。當(dāng)相關(guān)或類似視覺元件 在相同深度平面中分組在一起時(shí)，由人搜索用戶接口中的信息并且處 理這些信息會(huì)花費(fèi)較少的時(shí)間并且需要較少的集中力，因此使用戶更 容易地使用該接口并且對(duì)信息做出更快的反應(yīng)(如果必要的話)，特 別是當(dāng)視覺元件與相同的任務(wù)或心理操作相關(guān)時(shí)。例如，如果第一合 成圖像和第二合成圖像與相同或相似的任務(wù)或心理操作相關(guān)，則優(yōu)選 的是這兩個(gè)圖像看起來在用戶接口片材的上方或下方以相同的距離大 約浮在大約相同的"平面"內(nèi)。通過參見大約在相同的平面中，這意 味著包括這樣的條件其中即使第一和第二合成圖像沒有剛好在相同 平面內(nèi)，其在深度上也彼此足夠接近，使得人的視覺系統(tǒng)無法處理其 處于稍許不同平面中的事實(shí)。第一和第二合成圖像彼此緊鄰也是優(yōu)選 的。當(dāng)確定緊鄰度時(shí)，應(yīng)該考慮多種因素，例如用戶接口的相對(duì)尺寸 以及浮動(dòng)圖像的數(shù)目和尺寸以及其它分心事項(xiàng)的數(shù)目。在一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施例中，優(yōu)選的是與相同或類似任務(wù)或心理操作有關(guān)的兩個(gè)浮動(dòng)圖 像之間的最大距離在給定用戶接口的長(zhǎng)度或?qū)挾鹊乃姆种粌?nèi)。然而， 根據(jù)給定接口，本領(lǐng)域中的一些技術(shù)人員將考慮由如下確定的緊鄰度， 即無論什么視覺元件都最緊鄰在一起。如論如何，在本發(fā)明的至少一 個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選的是，與相同或類似任務(wù)或心理操作有關(guān)的浮動(dòng)圖 像看起來浮在相同平面內(nèi)，或具有離用戶接口相似的浮動(dòng)距離并且位 置彼此緊鄰，以允許用戶將它們聯(lián)系在一起。對(duì)于在不同平面中存在 的浮動(dòng)圖像，在這些不同平面之間的距離為至少1毫米為優(yōu)選的，但 是其取決于對(duì)于給定用戶接口存在什么樣的條件，例如用戶和接口之間的距離以及存在多少件分心事項(xiàng)。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶接口可以 包括為三維圖像的第一合成圖像以及為二維圖像的第二合成圖像。在 該實(shí)施例中，第二合成圖像的感知高度相當(dāng)于三維的第一合成圖像的 高度是優(yōu)選的。為有助于示出，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在飛機(jī)座艙中，發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速和電氣輸出的指示器可以以浮在飛機(jī)儀表板的平面下方的浮動(dòng) 圖像形式顯示，并且高度、風(fēng)速以及燃油可以以浮在飛機(jī)儀表板的平面上方的浮動(dòng)圖像形式顯示。與高度、風(fēng)速和燃油相比，從安全角度 考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電氣輸出沒有那么重要。因此，人們想要用戶通過 將所述信息布置在操作者附近的區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，以便更容易地確定具有 較高安全重要性的信息。因此，用戶更容易確定高度、風(fēng)速和燃油在 其相對(duì)于儀表板的平面的位置中。高度、風(fēng)速以及燃油都是對(duì)安全重 要的信息并且因此與相同的任務(wù)或心理操作(即安全地飛行)有關(guān)。 因此，所有三個(gè)浮動(dòng)圖像看起來浮在飛機(jī)儀表板上相同的距離是優(yōu)選 的。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表可以以浮 在儀表板的平面下方的浮動(dòng)圖像形式顯示，并且轉(zhuǎn)速表和"檢査發(fā)動(dòng) 機(jī)"燈或其它警示燈可以以浮在儀表板平面上方的浮動(dòng)圖像形式顯示。 轉(zhuǎn)速表和"檢查發(fā)動(dòng)機(jī)"燈或其他警示燈對(duì)于駕駛員來說是更重要的 信息，因此用戶可能更容易確定其相對(duì)于儀表板的平面的位置。在另 一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)速表或其它這種信息可以在汽車運(yùn)行的大部分時(shí)間 內(nèi)以儀表板平面下方的浮動(dòng)圖像形式顯示。當(dāng)存在應(yīng)該指示警告的條 件時(shí)，當(dāng)所選擇的條件發(fā)生時(shí)，以在轉(zhuǎn)速表上的浮動(dòng)圖像形式的警示 燈或在儀表板中的其它這種信息會(huì)"彈出"以吸引駕駛員的注意力。圖11-13示出如何使用浮動(dòng)合成圖像看起來浮在用戶接口的平面 上方、下方或之中的深度或高度可以改善觀察者可以視覺上處理用戶 接口 (在這種情況下汽車儀表板的儀表板)的容易程度，并且有助于 將觀察者的注意力引導(dǎo)至儀表板的兩個(gè)元件，例如速度和燃油。圖11示出包括片材152的用戶接口 150的一個(gè)實(shí)施例。片材包括 多個(gè)各種浮動(dòng)合成圖像154。在該舉例說明中，在用戶接口 150中的所 有視覺元件為浮動(dòng)合成圖像154b的形式，它們都浮在相同的平面中， 具體地講片材152的平面中。視覺元件包括速度160、燃油162、"檢 查發(fā)動(dòng)機(jī)"燈164、轉(zhuǎn)速表166、轉(zhuǎn)向信號(hào)168和多種車輛診斷170 (例 如遠(yuǎn)光燈、安全氣囊、機(jī)油、蓄電池、冷卻劑溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度)的指示器。圖12示出本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例，其中所有以浮動(dòng)合成 圖像形式存在的視覺元件被組織成三個(gè)截然不同的深度平面，并且其中各個(gè)類別的視覺元件被深度平面分開。速度160、燃油162和"檢查 發(fā)動(dòng)機(jī)"燈164的視覺元件以看起來浮在片材152上方的合成圖像154a 的形式在前景深度平面中。與立即驅(qū)動(dòng)任務(wù)相關(guān)的視覺元件(例如轉(zhuǎn) 速表166、轉(zhuǎn)向信號(hào)168和里程計(jì)172)，以看起來浮在片材152的平 面中的浮動(dòng)合成圖像154b的形式在中間深度平面中(在用戶接口 150 的片材152的平面中)。與較不重要任務(wù)相關(guān)的視覺元件(例如車輛 診斷170)，以看起來浮在片材152下方的合成圖像154c的形式在背 景深度平面中。視覺元件以這些合成圖像154a、 154b和154c的形式的 這種排列將駕駛員更多的視覺注意力引導(dǎo)到速度、燃油和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài) 元件。此外，當(dāng)觀察者了解在各深度平面內(nèi)的信息類型時(shí)，觀察者應(yīng) 該更好地進(jìn)行視覺搜索任務(wù)，因?yàn)樗麄儗?yōu)先地注意到包含他們正在 尋找的信息的深度平面。在該具體實(shí)施例中，根據(jù)它們?nèi)绾闻c相同或 相似任務(wù)或心理操作有關(guān)，具體地講關(guān)于信息對(duì)于駕駛員而言如何重 要來排列合成圖像。還注意到除了在相同平面內(nèi)浮動(dòng)，速度160、燃油 162和"檢查發(fā)動(dòng)機(jī)"燈164的浮動(dòng)圖像如何位置彼此緊鄰，朝向用戶 接口 150的中心。最后，在該具體實(shí)施例中，注意到燃油浮動(dòng)圖像162 如何由四個(gè)浮動(dòng)圖像元件"F" 、 "E"、彎曲部分以及具有氣泵指示 牌的指示器制成。認(rèn)為所有的四部分都與相同任務(wù)或心理操作有關(guān)，表明燃油油位，并且因此，所有的部分優(yōu)選地看起來浮在用戶接口 150 上方大約相同的距離。圖13示出本發(fā)明用戶接口的另一個(gè)實(shí)施例，其中浮動(dòng)合成圖像形 式的所有視覺元件被分組為三個(gè)不同的深度平面，但是各個(gè)類別的視 覺元件沒有被深度平面分開。在這種情況下， 一些速度計(jì)元件(10、 30、 50、 70、卯、110)和一些轉(zhuǎn)速表元件(1、 3、 5、 7)的標(biāo)簽為看 起來浮在片材152上方的浮動(dòng)圖像154a的形式。其它速度計(jì)元件(0、20、 40、 60、 80、 100、 120)和其它轉(zhuǎn)速表元件(0、 2、 4、 6、 8)的 標(biāo)簽為看起來浮在片材152的平面下方的浮動(dòng)圖像154c的形式。計(jì)量 器位置以及其它速度計(jì)元件和其它轉(zhuǎn)速表元件的標(biāo)簽為看起來浮在片 材152平面中的浮動(dòng)圖像154b的形式。警示燈和其它車輛診斷170分 布在三個(gè)平面中。例如，"檢査發(fā)動(dòng)機(jī)"燈164、油量表162的"F" 和"E"、冷卻劑溫度指示器的"C"部分、機(jī)油燈為看起來浮在片材 152的平面上方的浮動(dòng)圖像154a的形式。又如，冷卻劑指示器的"H" 部分為看起來浮在片材152平面中的浮動(dòng)圖像154b的形式。又如，油 量表162、安全帶指示器、安全氣囊指示器和蓄電池指示器、冷卻劑液 位、無鉛燃油的指示器部分為看起來浮在片材152下方的浮動(dòng)圖像154c 的形式。因此，可以預(yù)料觀察者在視覺上處理這種用戶接口時(shí)顯然會(huì) 有更大的困難。不得不將選自一個(gè)深度平面的信息與來自另一個(gè)深度 平面的信息結(jié)合(例如將速度值與在轉(zhuǎn)速計(jì)166、速度計(jì)160和燃油 162中的刻度盤上的指示器標(biāo)記或刻度標(biāo)記結(jié)合)，會(huì)消耗視覺注意力。 然而，注意一些視覺元件的至少一部分沿著看起來作為浮動(dòng)圖像的相 同平面設(shè)置，例如一些速度計(jì)元件(10、 30、 50、 70、 90、 110)的標(biāo) 簽，其都與相同的任務(wù)、車輛的速度有關(guān)。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)的是通過以合成浮動(dòng)圖像形式在不同視覺深度處簡(jiǎn) 單地加入信息并不自動(dòng)地提高視覺性能。相反，優(yōu)選的是與相同任務(wù) 或心理操作有關(guān)的浮動(dòng)圖像應(yīng)該看起來浮在相同平面(在片材上方或 下方)。相比之下，當(dāng)與相同任務(wù)或心理操作有關(guān)的圖像看起來在不 同平面中(在用戶接口顯示的平面上方或者下方)時(shí)，用戶處理信息 會(huì)更加困難。圖14和15有助于示出這個(gè)概念。在圖14中，用戶接口 150包括片材152。片材152包括多個(gè)浮動(dòng)圖像154，其構(gòu)成速度計(jì)， 以英里/小時(shí)("mph")和公里/小時(shí)("kph")兩種形式提供信息。 與kph特征有關(guān)的浮動(dòng)圖像154a看起來浮在片材152上方。與mph特 征有關(guān)的浮動(dòng)圖像154c看起來浮在片材152下方。速度指示器為浮動(dòng) 圖像154b的形式并且看起來浮在片材152的平面中。所有與mph特征 有關(guān)的數(shù)字和彎曲線以及刻度標(biāo)記看起來浮在片材152下方的相同平面中。所有與kph特征有關(guān)的數(shù)字和彎曲線以及刻度標(biāo)記看起來浮在 片材152上方的相同平面中。這是一個(gè)實(shí)例，其中浮動(dòng)圖像154a、 154b、 154c分別與相同任務(wù)或心理操作有關(guān)，具體地講在這種情況下與kph 特征有關(guān)。浮動(dòng)圖像154c與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)，具體地講在 這種情況下與mph特征有關(guān)。相比之下，圖15示出其中與相同任務(wù)或心理操作有關(guān)的浮動(dòng)圖像 看起來沒有浮在相同平面中。圖15示出與附屬于mph的數(shù)字10、 20、 40、 60、 90和100有關(guān)的浮動(dòng)圖像154a，附屬于mph的與彎曲線和刻 度標(biāo)記有關(guān)的浮動(dòng)圖像，并且附屬于kph的數(shù)字0、 40、 60、 140都看 起來浮在片材152上方的相同平面中。與附屬于mph的數(shù)字0、 30、 50、 70和80有關(guān)的浮動(dòng)圖像154c,附屬于kph的與彎曲線和刻度標(biāo)記 有關(guān)的浮動(dòng)圖像以及附屬于kph的數(shù)字20、 80、 100、 120和160都看 起來浮在片材152下方的相同平面中。相比于在圖14所示用戶接口， 在圖15所示用戶接口的用戶在處理關(guān)于他的汽車行駛速度的信息時(shí)將 具有更大的困難。本發(fā)明所公開的實(shí)施例的各種修改形式和組合對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù) 人員來說都是顯而易見的，所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍旨 在包括這些修改形式。實(shí)例 實(shí)例1在相對(duì)于片材的平面的多種深度或高度處生成多種組合的合成浮 動(dòng)圖像的十六個(gè)實(shí)例片材(或刺激源)。實(shí)例片材根據(jù)在美國專利No. 6,288,842 (Florczak等人)中描述的方法制備，其在此以引用的方式并 入。用于生成十六個(gè)實(shí)例片材的片狀材料為黑ScotchliteT"反射圖形薄膜 系列680 (得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司)。這種薄膜包含一層 小的玻璃珠或微透鏡，和位于微透鏡后面的不透明層。寫入實(shí)例片材 的浮動(dòng)圖像看起來在兩個(gè)平面中的一個(gè)中浮在片材的平面上6毫米和沉在片材的平面下6毫米。當(dāng)用白色光源從背面(即，從不透明層 的方向)照亮成像的片材時(shí)，浮動(dòng)圖像看起來為在黑背景上的基本上 白的圖像。為獲得彩色刺激源，將彩色透光薄膜放置在白色光源和包 含浮動(dòng)和下沉的合成圖像的片材之間。各刺激源由以19列X9行排列的X和0組成，如圖16所示。在 各刺激源中的X為藍(lán)色或紅色。對(duì)于刺激源中的每一個(gè)而言，僅有一個(gè)藍(lán)色O (下面稱為SBO)。生成八個(gè)刺激源(下文稱為非獨(dú)特目標(biāo) 刺激源)使得寫入的SBO看起來與刺激源中的其它字母在相同平面內(nèi)。 生成四個(gè)非獨(dú)特目標(biāo)刺激源使得所有的字母看起來沉在片材下方，并 且生成另外四個(gè)非獨(dú)特刺激源使得字母看起來浮在片材上方。生成八 個(gè)刺激源(下文稱為獨(dú)特目標(biāo)刺激源)使得寫入的SBO看起來與其它 字母浮在相對(duì)的平面內(nèi)。生成四個(gè)獨(dú)特目標(biāo)刺激源使得SBO看起來沉 在片材下方，并且其它字母看起來浮在片材上方；生成另外四個(gè)獨(dú)特 刺激源使得SBO看起來浮在片材上方，并且其它字母看起來沉在片材 下方。本發(fā)明對(duì)人的視覺搜索能力的影響評(píng)價(jià)如下。具有正常視力或矯 正到正常視力的8位不明實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡娜?受試者)各個(gè)坐在刺激源置 于其上的背光顯示器前面，每個(gè)人按照使其頭部通過頦托定位以使其 眼睛遠(yuǎn)離并平視背光顯示器上的剌激源16英寸精確定位的姿勢(shì)就座。 剌激源自定顯示步調(diào)。指導(dǎo)受試者睜?zhēng)匝劬Σ⑶野聪略诎粹o盒上的鍵 以開始每次試驗(yàn)。要求每位受試者一旦發(fā)現(xiàn)刺激源中的SBO便按下按 鈕盒上的第二個(gè)按鈕。受試者在主要實(shí)驗(yàn)之前完成兩次操作試驗(yàn)。操作試驗(yàn)由向每位受 試者提供隨機(jī)選擇的剌激源組成。對(duì)于一個(gè)操作試驗(yàn)，從獨(dú)特的目標(biāo) 刺激源中選擇刺激源。對(duì)于另一個(gè)操作試驗(yàn)，從非獨(dú)特目標(biāo)刺激源中 選擇刺激源。半數(shù)的受試者首先完成獨(dú)特目標(biāo)刺激源操作試驗(yàn)，另半 數(shù)的受試者首先完成非獨(dú)特目標(biāo)刺激源操作試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1由16次試驗(yàn)組成，每次提供16個(gè)剌激源中的一隨機(jī)選擇實(shí)驗(yàn)性試驗(yàn)的顯示順序，使每位受試者觀察不同的顯示 順序。將用于受試者l-4的刺激源的顯示順序顛倒用于受試者5-8，以 降低任何順序影響的可能性。受試者在非獨(dú)特目標(biāo)刺激源和在獨(dú)特目標(biāo)刺激源中發(fā)現(xiàn)SBO的平 均視覺搜索時(shí)間在表1中示出。表l:實(shí)驗(yàn)l結(jié)果用于獨(dú)特目標(biāo)刺激源的平均視覺搜索時(shí)間(1782毫秒)比非獨(dú)特 目標(biāo)剌激源的平均視覺搜索時(shí)間(4385毫秒)短，p<0.01。 [p值是偶 然發(fā)生的條件下平均值差值的概率量度。如果偶然發(fā)生的結(jié)果有小于 5%的機(jī)會(huì)(即，如果p值為〈0.05)，科學(xué)界會(huì)認(rèn)為結(jié)果是可信的。]實(shí)例25000非獨(dú)特目標(biāo)刺激源 獨(dú)特目標(biāo)刺激源 條件5SSOQOOC-oct-43 32211(急頓)FI，E超N忍-it〖11 fS i^yf 1J 1T 1 ■按照實(shí)例1制備8個(gè)實(shí)例片材(刺激源)，由典型的汽車儀表板 元件(例如速度計(jì))和白色指示器(針狀)之后模制的單色調(diào)(白色) 速度計(jì)型刻度盤組成的每個(gè)刺激源除外，如圖14所示。這8個(gè)刺激源 分為三個(gè)圖像顯示格式單個(gè)平面、層狀平面以及混合平面。對(duì)于確 認(rèn)為單個(gè)平面條件的成對(duì)刺激源，整個(gè)工藝品寫在單個(gè)平面中。寫入一個(gè)單個(gè)平面刺激源使得所有的圖像(工藝品)看起來沉在片材的平 面下，并且寫入另一個(gè)單個(gè)平面刺激源使得所有工藝品看起來浮在片 材的平面上。此外，根據(jù)量度單位，在工藝品中的數(shù)字標(biāo)簽和刻度盤 標(biāo)記分為兩組特征；用于英里/小時(shí)的標(biāo)簽及其相關(guān)刻度盤標(biāo)記下文稱 為"mph特征"，用于公里/小時(shí)的標(biāo)簽及其相關(guān)刻度盤標(biāo)記下文稱為 "kph特征"。對(duì)于確認(rèn)為層狀平面條件的刺激源，生成一個(gè)刺激源， 其中寫入mph特征以看起來浮在片材的平面上方，寫入kph特征以 看起來沉在片材的平面下方，類似于圖14所示的用戶接口。對(duì)于層狀 平面條件的其它剌激源，寫入mph特征以看起來沉在片材的平面下方，并且寫入kph特征以看起來浮在片材的平面上方。對(duì)于確認(rèn)為混合平面條件的刺激源組，寫入mph特征和kph特征的數(shù)字標(biāo)簽和刻度盤標(biāo) 記以看起來在浮在片材上方和沉在片材下方的位置的隨機(jī)混合中，類 似于圖15所示的用戶接口。類似于實(shí)例1，本發(fā)明對(duì)人的視覺搜索能力的影響評(píng)價(jià)如下。具有 正常視力或矯正到正常視力的8位不明實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡呐c實(shí)例1中相同的 人(受試者)各個(gè)坐在刺激源置于其上的背光顯示器前面，每個(gè)人按 照使其頭部通過頦托定位以使其眼睛遠(yuǎn)離并平視背光顯示器上的刺激 源16英寸精確定位的姿勢(shì)就座。刺激源自定顯示步調(diào)。指導(dǎo)受試者睜 開眼睛并且按下在按鈕盒上的鍵以開始每次試驗(yàn)。剛好在每次試驗(yàn)開始之前，指導(dǎo)每位受試者以kph或mph報(bào)告指 示的速度并且告知受試者該刻度的位置(如，對(duì)于mph記錄試驗(yàn)，告 訴受試者mph是浮在kph刻度上、沉在kph刻度下、與kph刻度在相 同平面上還是在兩個(gè)平面之間混合，在這種情況下，kph刻度也混合在兩平面之間)。隨機(jī)選擇在給定試驗(yàn)中表明的速度。指導(dǎo)受試者睜開 眼睛并且按下在按鈕盒上的鍵以開始每次試驗(yàn)。要求每位受試者盡可 能又快又準(zhǔn)確地口頭報(bào)告所請(qǐng)求的刻度中表明的速度。實(shí)驗(yàn)分為三塊單個(gè)平面刺激源塊、層狀平面刺激源塊以及混合 平面刺激源塊。隨機(jī)選擇每個(gè)塊的顯示順序。受試者在每個(gè)塊之前完 成兩個(gè)操作試驗(yàn)。從那種類型的實(shí)驗(yàn)刺激源中隨機(jī)選擇操作試驗(yàn)的刺 激源。隨機(jī)選擇實(shí)驗(yàn)性試驗(yàn)的顯示順序，每個(gè)參與者觀察不同的顯示 順序。將用于受試者l-4的刺激源的顯示順序顛倒用于受試者5-8，以 降低任何順序影響的可能性。用于報(bào)告在單個(gè)平面刺激源、層狀平面刺激源和混合平面剌激源 中表明的速度的平均視覺搜索時(shí)間在表2中示出。條件表2:三種情況中的每一種情況下口頭報(bào)告所示速度平均反應(yīng)時(shí)間 (以毫秒計(jì))顯示表層狀平面刺激源的平均響應(yīng)時(shí)間(1486毫秒)比單一平面刺激源 的平均響應(yīng)時(shí)間(1812毫秒)短，并且混合平面刺激源具有最高的平 均響應(yīng)時(shí)伺(3004毫秒);p<0.0001。-"r,Ym州"州mi"'mi-,-,"州，！w^，冊(cè)，,ww—冊(cè)、州州，-m'whi:"ii"'川-附,i"("i"""!":"^^^^^^^^ :-'、f r—^V、、X"、、fj 〉〈y〈r '、 v》d''、s,畫m j..................v、""、 \、' \" < '、a 曙, 、p"，、二…」'y.…'.........."…-1-帛々層狀混合
權(quán)利要求
1.一種用戶接口，包括片材，所述片材包括至少一個(gè)微透鏡層，所述層具有第一和第二側(cè)面；與所述微透鏡層的第一側(cè)面相鄰設(shè)置的材料層；以及在所述材料中形成的與多個(gè)所述微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的至少部分完整的圖像，其中所述圖像與所述材料形成對(duì)比；由各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片材上方的第一距離處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片材上方的第二距離處，其中所述第一和第二距離為大約相同的距離，其中所述第一和第二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中所述第一和第二合成圖 像彼此緊鄰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中所述用戶接口還包括由 所述片材中的各個(gè)圖像形成的多個(gè)合成圖像，其肉眼看起來浮在所述 片材上方、浮在所述片材下方或至少浮在所述片材的平面的一部分中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用戶接口，其中與相同任務(wù)或心理操作 有關(guān)的所述合成圖像大約位于所述片材上方或下方相同的距離處或至 少位于所述片材的平面的一部分中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中所述合成圖像在反射光 下看起來浮在所述片材上方。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中所述合成圖像在透射光中看起來浮在所述片材上方。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至少 一個(gè)肉眼看起來也至少部分在所述片材的平面中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察位置相對(duì)于所述 片材改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)看起來相對(duì)于所述片材移動(dòng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察所述片材的角度 改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)消失并且重新出現(xiàn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)為二維圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用戶接口，其中當(dāng)選定的條件發(fā)生時(shí)， 所述第一合成圖像顯示給用戶。
12. —種用戶接口，包括 片材，所述片材包括至少一個(gè)微透鏡層，所述層具有第一和第二側(cè)面； 與所述微透鏡層的第一側(cè)面相鄰設(shè)置的材料層；以及 在所述材料中形成的與多個(gè)所述微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的 至少部分完整的圖像，其中所述圖像與所述材料形成對(duì)比；由各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片材下 方的第一距離處；由各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片材下 方的第二距離處，其中所述第一和第二距離為大約相同的距離，其中所述第一和第 二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述第一和第二合成 圖像彼此緊鄰。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述片材還包括由所 述片材中的各個(gè)圖像形成的多個(gè)合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片 材上方、浮在所述片材下方或浮在所述片材的平面中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的用戶接口，其中與相同任務(wù)或心理操作有關(guān)的所述合成圖像大約位于所述片材上方或下方相同的距離處或 位于所述片材的平面中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述合成圖像在反射 光下看起來浮在所述片材下方。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述合成圖像在透射 光中看起來浮在所述片材下方。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)肉眼看起來也至少部分在所述片材的平面中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察位置相對(duì)于所 述片材改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)看起來相對(duì)于所述片材移 動(dòng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察所述片材的角 度改變時(shí),所述合成圖像中的至少一 個(gè)消失并且重新出現(xiàn)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)為二維圖像。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用戶接口，其中當(dāng)選定的條件發(fā)生時(shí)， 所述第一合成圖像顯示給用戶。
23. —種用戶接口，包括 片材，所述片材包括微透鏡陣列；與所述微透鏡陣列相鄰的材料層；以及接觸所述材料層的第一供體材料，其中所述供體材料在所述 材料層上形成與所述多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的、部分完整的各個(gè) 圖像；由所述各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片 材上方的第一距離處；由所述各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片 材上方的第二距離處，其中所述第一和第二距離為大約相同的距離，其中所述第一和第 二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述第一和第二合成 圖像彼此緊鄰。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述用戶接口還包括 由所述片材中的所述各個(gè)圖像形成的多個(gè)合成圖像，其肉眼看起來浮 在所述片材上方、浮在所述片材下方或浮在所述片材的平面中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的用戶接口，其中與相同任務(wù)或心理操 作有關(guān)的所述合成圖像大約位于所述片材上方或下方相同的距離處或 位于所述片材的平面中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述合成圖像在反射 光下看起來浮在所述片材上方。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述合成圖像在透射 光中看起來浮在所述片材上方。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)肉眼看起來也至少部分在所述片材的平面中。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述第一供體材料包 含著色劑，并且其中所述合成圖像的至少一部分呈現(xiàn)類似于所述供體 材料中的所述著色劑的顏色。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察位置相對(duì)于所 述片材改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)看起來相對(duì)于所述片材移 動(dòng)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察所述片材的角 度改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)消失并且重新出現(xiàn)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)為二維圖像。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用戶接口，其中當(dāng)選定的條件發(fā)生時(shí)， 所述第一合成圖像顯示給用戶。
35. —種用戶接口，包括 片材，所述片材包括-微透鏡陣列；與所述微透鏡陣列相鄰的材料層；以及接觸所述材料層的第一供體材料，其中所述供體材料在所述 材料層上形成與所述多個(gè)微透鏡中的每一個(gè)相關(guān)的、部分完整的各個(gè)圖像；由所述各個(gè)圖像形成的第一合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片 材下方的第一距離處；由所述各個(gè)圖像形成的第二合成圖像，其肉眼看起來浮在所述片 材下方的第二距離處；其中所述第一和第二距離為大約相同的距離，其中所述第一和第 二合成圖像與相同的任務(wù)或心理操作有關(guān)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述第一和第二合成 圖像彼此緊鄰。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述片材還包括由所 述片材中的所述各個(gè)圖像形成的多個(gè)合成圖像，其肉眼看起來浮在所 述片材上方、浮在所述片材下方或浮在所述片材的平面中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的用戶接口，其中與相同任務(wù)或心理操 作有關(guān)的所述合成圖像大約位于所述片材上方或下方相同的距離處或 位于所述片材的所述平面中。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述合成圖像在反射 光下看起來浮在所述片材下方。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述合成圖像在透射 光中看起來浮在所述片材下方。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)肉眼看起來也至少部分在所述片材的平面中。
42. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述第一供體材料包 含著色劑，并且其中所述合成圖像的至少一部分呈現(xiàn)類似于所述供體材料中的所述著色劑的顏色。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察位置相對(duì)于所 述片材改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)看起來相對(duì)于所述片材移 動(dòng)。
44. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中當(dāng)觀察所述片材的角 度改變時(shí)，所述合成圖像中的至少一個(gè)消失并且重新出現(xiàn)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口，其中所述合成圖像中的至 少一個(gè)為二維圖像。
46. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的用戶接口 ，其中當(dāng)選定的條件發(fā)生時(shí)， 所述第一合成圖像顯示給用戶。
全文摘要
本發(fā)明描述了包括一個(gè)或多個(gè)合成圖像的用戶接口，觀察者感覺到的所述合成圖像相對(duì)于所述用戶接口懸浮在空間中。
文檔編號(hào)B60K37/02GK101553379SQ200780044964
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者布萊恩·E·布魯克斯, 格蘭·E·卡斯納爾, 羅伯特·L·W·史密森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司