波纹放大装置的制作方法

专利名称：波纹放大装置的制作方法
波纹放大装置
本发明涉及波纹放大装置，诸如安全装置，例如用在安全票证及其他有价物品(诸如钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票及其他用于保值或证明个人身份的票证) 上。本发明还涉及用于用在包装或类似物上的光学装置。
波纹放大(moir6magnification)多年以来一直被用作安全装置的基础。在 W0-A-94/27254和EP-A-1695121中描述了多个实施例。在这样的装置中，一个规则的微聚焦元件(micro-focusing elements)阵列(其限定了一个焦平面)被设置在一个相应的图像元件阵列(其位于一个与所述聚焦元件的焦平面基本对准的平面内)的上方。所述图像元件阵列的节距(pitch)或周期(periodicity)被选择成与所述聚焦元件的节距或周期相差一个小因子，且这个失配(mismatch)意味着生成了所述图像元件的放大版本。
放大因子取决于周期或节距之间的差。微透镜阵列与微图像阵列之间的节距失配也可以通过如下方式方便地产生相对于所述微透镜阵列转动所述微图像阵列或反之， 以使得所述微透镜阵列与所述微图像阵列之间具有转动失准。所述转动失准或小的节距失配导致眼睛在每个相邻透镜中观察到该图像的一个不同部分，从而得到放大的图像。如果眼睛继而相对于所述透镜/图像阵列移动，则观察到该图像的一个不同部分，从而产生该图像处于一个不同位置的印象。如果眼睛以平滑方式移动，则观察到一系列图像，从而产生该图像相对于该表面移动的印象。在节距失配是由转动失准引起的情形中，放大图像的阵列相对于该微图像阵列转动，从而视差效应(其导致放大图像的表观移动)也转动，这被已知为偏斜视差(skew parallax)。节距失配和转动失准对在波纹放大器中观察到的放大图像的放大和转动的影响在IOP Publishing Limited出版的“The MoireMagnifier^ , Μ. Hut ley, R Hunt, R FStevens and P Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994) 133-142 中进行了描述。
移动和取向改变的性质可以根据波纹理论来解释,波纹理论在Kluiver Acdemic Publishers 出版的由 I. Amidror 所著的 “ The theory of Moirephenomenon,>, ISBN 0-7923-5949-6中进行了详细的讨论。两个周期性结构的波纹效应可以通过研究这两个结构的频率矢量来解释/预测。频率矢量的取向代表了周期的方向，且长度代表了频率(即， I/周期)。该矢量用其笛卡尔坐标U，V)表达，其中u和V是该频率的水平分量和竖直分量。
所涉及的原理在W0-A-2005/106601中进行了更详细的讨论。
通常,所述聚焦元件包括微透镜(microlenses)或微镜(micromirrors),且所述图像元件由简单的图标或类似物限定。
在波纹放大装置中提供多个图像也是已知的。例如，W0-A-94/27254示出了在将装置倾斜时的一个图像切换效果。W0-A-2005/106601中描述了当装置倾斜时如何使两个放大图像集以不同速率移动。W0-A-2009/139396中描述了另一个实施例。
一直存在增大由这样的装置实现的视觉冲击的需求，尤其是在该装置要被用作安全装置的情况下。增大的视觉冲击增进了该装置作为认证标记的效力，因为通常增强的效果较难被伪造者复制。此外，真品装置与通过其他方式形成仿制品之间的差别对运用承载有该装置的物品的人而言更明显。此外，在该装置要被用于装饰的其他领域中，同样需要增大的视觉冲击。
根据本发明，提供了一种波纹放大装置，它包括透明基底，该透明基底承载有
i)第一表面上的规则的微聚焦元件阵列，所述聚焦元件限定了一个焦平面；以及
ii)相应的第一微图像元件阵列，位于与所述聚焦元件的焦平面基本重合的平面内；
其中所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述微聚焦元件阵列与所述微图像元件阵列协作，以因波纹效应而生成所述微图像元件的放大版本，
且其中，沿着所述装置的至少第一区域中的至少一个轴线，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列中连续变化，凭此，波纹效应造成所述图像元件出现不同的放大程度，以使得观察者感知到所述放大元件位于相对于所述装置的表面倾斜或弯曲的第一图像表面上。
迄今，所有已知的波纹放大器装置都在与装置的平面基本平行的图像平面内显示合成放大图像。
通过将所述微聚焦元件与所述微图像之间的节距失配(mismatch)布置为连续变化(作为改变所述微图像元件的节距和/或所述微聚焦元件的节距的结果)，本发明提供了一种如装置，在该装置中，观察者看到的放大图像具有表现为相对于该装置的平面显著倾斜或弯曲的图像平面或表面。这个新颖且令人惊奇的视觉效果显著增强了该装置的外观。 此外，显著提高了与该装置关联的安全水平，因为必要的节距变化提高了制造的复杂度，从而进一步阻止了潜在的伪造者。
应注意，由于放大图像表现为弯曲的潜力，通常将使用术语“图像表面”来代替术语“图像平面”。然而，在使用术语“图像平面”的场合，应认识到“平面”不限于是平坦的， 除非另有说明。
本文中的术语“连续变化”意味着所述或每个(微聚焦元件或微图像元件)阵列中的节距变化使得所得到的图像表面(在其上感知到放大图像元件)对人眼表现为基本平滑而不是阶梯状。实现这一点所需要的节距变化分布将部分地取决于所述(微图像或微聚焦) 元件的数目和间隔以及放大水平和人眼分辨能力。因此，在一些情形中，如果两对或更多对相邻的元件具有相同的节距，然后对于下一组N个元件(N > 2)该节距增大或减小，就足够了。然而，一般优选的是，从一对元件到下一对元件该节距是变化的。即，任何一个元件与它的第一邻居元件(沿着一个轴线)之间的间隔将优选地不同于该元件与它的第二邻居元件(沿着同一轴线，在相反方向上)之间的间隔。如下文将详细解释的，术语“连续”不要求该节距在每对元件(或成组的多对元件)之间以相同的量变化，尽管当然不排除这种情况。
优选地，在该装置的第一区域内，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距以相同的趋向(sense)连续变化。即，在所述第一区域中，该节距连续增大或连续减小。其结果是，所述图像表面在整个所述第一区域中朝向观察者或背离观察者倾斜或弯曲。然而，在其他实施例中，该变化可以一次或间歇地改变趋向(例如，从增大切换到减小)以产生附加的光学效果该表面表现为在不同位置朝向和背离观察者移动。
在一些特别优选的实施方式中，该节距仅沿着所述阵列的两个正交轴线之一变化，效果是所述图像表面仅沿着一个方向倾斜或弯曲。然而，在其他有利的实施方案中，在该装置的第一区域内，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列的两个正交轴线上都连续变化。这进一步提高了该装置的复杂度，从而提高了该装置的安全性，使得在一个图像平面内表现为在两个方向上都倾斜或弯曲。
所述阵列中的微图像元件可以全都相同，在此情形中，该装置中的变化的放大水平将造成尺寸失真。这本身可以被用作一种视觉效果。然而，在一些优选的实施方案中，所述微图像元件的尺寸以相应的方式变化，以使得观察者感知到在所述第一图像表面上所述放大图像元件具有彼此基本相同的尺寸。这是特别有效的，因为该倾斜或弯曲的图像表面对观察者是非常清楚地可区分的。
通过控制所述微聚焦元件和所述微图像元件的相对节距、尺寸和位置，可以按照期望来控制所述图像表面的位置。在一些优选的实施例中，所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第一图像表面被定位于该装置的表面的后方或前方。在其他有利的实施方式中，所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第一图像表面与该装置的表面相交。
所述图像表面的倾斜或弯曲性质也可以被用来区分一个微图像元件阵列与另一个微图像元件阵列。因此，在一个特别优选的实施方案中，该装置还在该装置的至少第一区域内包括
iii)由所述基底承载的相应的第二微图像元件阵列，位于与所述聚焦元件的焦平面基本重合的平面内，
其中所述微聚焦元件的节距和所述第二微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述微聚焦元件阵列与所述第二微图像元件阵列协作，以因波纹效应而生成所述第二微图像元件阵列的放大版本，
且使得所述观察者感知到所述第二微图像元件阵列的放大版本位于不同于所述第一图像表面的第二图像表面上，当所述装置倾斜时，所述第一微图像元件阵列的放大版本相对于所述第二微图像元件阵列的放大版本呈现出移动。
以此方式，放大的第一和第二微图像元件阵列表现为位于不同的表面上，其中至少一个表面是倾斜或弯曲的。所述第二图像表面可以平行于该装置，或者可以通过连续改变所述元件而倾斜或弯曲(使用与应用于所述第一微图像阵列的原理相同的原理)。如果所述第二图像表面是倾斜的或弯曲的，那么它可以平行于所述第一图像表面且在所述第一图像表面的上方或下方间隔开。无论所述第二表面关于所述装置表面是倾斜的、弯曲的还是平行的，如果期望则可以将它配置为在一个或多个位置处与所述第一图像表面相交。
虽然不是必需，但特别期望的是，如果所述第一微图像元件阵列为第一颜色，则所述第二微图像阵列为不同于所述第一颜色的第二颜色(例如，红和蓝，黄和绿、白和黑)。这是因为，在常规装置中不可能有多色图像，因为在形成单个阵列的微图像元件所要求的小尺度下，不能以足够的配准印刷两色或多色的油墨。然而，在本发明中，这两个颜色被用在不同的阵列中，且被布置为表现在不同的图像表面上。
在许多情形中，该装置的第一区域可以被扩展以包括所述阵列的整个面积，以使得单个倾斜或弯曲的表面是明显的。然而，如已暗示的，如果节距变化被布置为在该装置的一部分与另一部分之间趋向改变，则可以实现附加的效果。因此，更一般地，在一些有利的实施方案中，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距另外还在沿着所述装置的第二区域中的至少一个轴线连续变化，所述第二区域内的节距变化的趋向优选地与所述第一区域内的节距变化的趋向相反，以使得观察者感知到所述放大元件位于如下的第一图像平面上，该第一图像平面以与在所述第一区域内感知到的不同的趋向相对于所述装置的表面倾斜或弯曲。所述第二区域可以，例如，被配置为使得所述图像表面表现为在与所述第一区域内的图像表面相反的方向上倾斜，从而所述第一区域和所述第二区域一起表现为一个朝向或背离观察者指着的尖锐“山谷”或“山峰”。弯曲的版本也是可行的。在其他实施例中，倾斜/弯曲的方向在这两个区域内可以是相同的，例如它们之间的倾斜角改变是相同的，以产生更精巧的效果。可以纳入任何数目的这样的区域。
如已提到的，通过将所述微聚焦元件的节距和/或所述微图像元件的节距布置为在该装置上变化，实现了不同的放大程度。决定放大水平的是所述微聚焦元件阵列的节距与所述微图像元件阵列的节距之间的失配的量。因此，这可以通过改变所述微聚焦元件的节距，或改变所述微图像元件的节距，或改变这两者来实现。在实践中，改变微图像元件的节距通常比改变微聚焦元件的节距更方便，因此在一些优选的实施方式中，所述微聚焦元件阵列在该装置的至少所述第一区域中具有恒定的节距，所述不同的放大程度是通过所述第一微图像元件阵列和/或所述第二微图像元件阵列的节距的连续变化来实现的。当存在两个或更多个微图像元件阵列时，情形尤其是如此，但这仍不是必需的，因为如果所述微聚焦元件阵列中存在节距变化，则当确定所述第二微图像元件阵列的节距时可以将其考虑在内，从而可以消除其影响(如果期望)(例如，通过将所述第二微图像元件阵列中的节距变化匹配至所述微聚焦元件阵列中的节距变化，仍可以将所述第二图像表面布置为平行于该装置的表面)。
在某些优选的实施方案中,所述微聚焦元件包括微透镜(microlenses),诸如球面小透镜(lens lets)、柱面小透镜、平凸小透镜、双凸小透镜、菲涅尔小透镜以及菲涅尔波带板。有利地，每个微透镜的直径在I微米到100微米的范围内，优选地为I微米到50微米， 更优选地为10微米到30微米。
然而，在其他实施方案中，可以使用镜来实现相同的效果。这里，优选的是所述微聚焦元件包括凹面镜。
有利地，每个阵列内的微图像元件代表相同的标记，可选地在尺寸和/或纵横比方面在对应的阵列中变化。
优选地，所述微图像元件包括图标，诸如符号、几何图形、字母数字混编符、标识或图形表示；或背景，诸如线图案，例如平行(直)线、简单的几何图形或复杂的线结构诸如扭索图案。在具有两个或更多个微图像元件阵列的实施例中，优选地第一或第二阵列的微图像元件包括图标，诸如符号、几何图形、字母数字混编符、标识或图形表示；而另一阵列的微图像元件限定背景，诸如线图案，例如平行(直)线、简单的几何图形或复杂的线结构诸如扭索图案。有利地，“背景”图像表面表现为处在“图标”图像表面的后方。
在一些优选的实施例中，所述微图像元件是使用任何合适的、尺度适应的印刷工艺印刷在所述基底上的，所述印刷工艺是诸如凹版印刷(gravure)、湿或干平版印刷 (lithographic printing)、筛网￡口屈1」(screen printing)、[H]周隹￡口屈1」(intaglio printing) 和柔版印刷(flexo printing)。然而,所述微图像元件阵列中的一个或多个阵列也可以作为格栅结构、凹陷或其他浮雕图案(relief patterns)形成在所述基底上。也可以使用W0-A-2005/106601中描述的抗反射结构。
所述微聚焦元件，诸如微透镜和凹面镜，优选地是通过凸印到所述基底表面内、铸造固化或类似方法形成的。
通过本发明生成的波纹放大装置可以是二维(2D)或一维(ID)结构。使用球面透镜的2D波纹放大结构在EP-A-1695121和W0-A-94/27254中进行了更详细的描述。在2D 波纹放大器中，微图像在所有方向上被放大。在ID波纹放大结构中，球面微透镜或微镜被替换成重复布置的柱面微透镜或微镜。这样的结果是微图像元件仅在一个轴线上经历波纹放大，沿着该轴线所述镜在曲率或凹凸上呈现周期性变化。因此，微图像沿着放大轴线被强烈压缩或缩小，而沿着与放大轴线正交的轴线的微图像元件的尺寸或尺度与它们表现给观察者的基本相同，即，没有发生放大或扩大。
通过本发明生成的波纹放大装置可以自己形成一个安全装置，但也可以与其他安全部件联合使用，所述其他安全部件是诸如全息图、衍射光栅及其他光学可变效果生成结构。
本发明的光学装置可以用于通过基底性质(尤其是对光学装置的相应属性有影响的基底厚度和柔性)来鉴定多种基底。
本发明在保护柔性基底(诸如纸，尤其是钞票)方面具有特别的价值，其中所述装置可以限定补片、条或线。虽然所述装置的厚度可以受到它在钞票中被如何采用的影响(以避免钞票印刷过程中纸令的形状的变形，还避免钞票本身的形式和柔性的变形)，但期望的是，所述装置的厚度不超过钞票本身的厚度(通常为85-120微米)的一半，因此预计在任一实施方案中所述光学装置将小于50微米(包括紧固粘合剂)，且优选地基本如此。
例如作为施加至钞票的补片，期望的厚度将从几微米(不包括紧固粘合剂)到用于标签的最大35-40微米(又不包括紧固粘合剂)。而对于条的情形，该厚度又会从几微米(对于热模锻的(hot-stamped)或转移的(transferred)条)直到35_40微米(对于非转移的带， 其中支撑承载层被保留)(又不包括紧固粘合剂)，在所述条被施加在钞票基底中的机械孔上方的情况下这是必要的。
在开窗线(windowed thread)的情形中，优选的最终厚度在20-50微米的范围内。
在包括护照纸页、塑料护照封面、签证、身份证、品牌识别标签、防篡改标签(任何视觉可鉴定的物品)的应用中，可以采用较厚版本的安全装置(高达300微米)。
此外，所述装置可以被设置在安全票证的透明窗口中，以使得能够在透射中观察到。
本发明还提供了一种设有如上文所描述的光学装置的物品。所述物品优选地包括下列之一钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保值或证明个人身份的票证。
下面将参考附图描述根据本发明的安全装置的一些实施例，在附图中
图I是钞票的示意性平面图2以平面图示出了装置的第一实施方案的外观；
图3是图2的装置的剖面图，示出了所得到的图像表面；
图4示出了可以用在图I的装置的构造中的微图像阵列的一个实施例；
图5以平面图示出了装置的第二实施方案的外观；
图6是图5的装置的剖面图，示出了所得到的图像表面；
图7a以平面图示出了装置的第三实施方案的外观，图7b单独示出了它的第一图像表面的外观，且图7c单独示出了它的第二图像表面的外观；
图8是图7a的装置的剖面图，示出了这两个所得到的图像表面；
图9是装置的第四实施方案的剖面图，示出了它的图像表面；


图10是装置的第五实施方案的剖面图，示出了它的图像表面；
图11以剖面示出了第六实施方案的基于反射的安全装置的示意图12a和图12b示意性示出了用于印刷图I到图11中所示的安全装置的一部分的设备的两个实施例；
图13A到图13J示出了不同类型的浮雕微图像；
图14到图16是波纹放大安全装置与全息安全装置的结合的其他实施例的视图17a和图17b是分别沿着图16中的线A-A和B-B的剖面；
图18a和图18b以剖面图示出了承载有安全装置的物品的实施例。
图I示意性示出了钞票1，它具有曝露于窗口的安全线2以及另一透明窗口 3。钞票I可以由纸或聚合物(例如，双轴取向聚丙烯)制成，且安全线2和窗口 3之一或这两者纳入了根据本发明的安全装置。图2以平面图示出了装置10的第一实施方案的外观。在该图中，实的矩形轮廓线代表该装置自身的周界。观察者感知到放大图像15 (有时称为“合成放大图像”)，在此包括由数字“20”构成的重复图案。对于观察者，放大图像15 表现为相对于该装置的平面倾斜。为了在图中强调这一点，这些放大图像被一个以间断线示出的高透视化的矩形包围(尽管在实践中这将不是可见的)，代表图像平面11。该矩形的较长的竖直边代表该图像平面的离观察者较近的部分，而较短的竖直边相应于该图像平面的离观察者较远的部分。
在一个实施例中，在该装置的左手侧(如图2中的取向)，图像平面11表现为处在该装置的表面平面后方2mm处，而在该装置的右手侧，该图像平面表现为处在该装置的平面后方6mm处。如下面将进一步解释的，这是通过将图像平面的右手侧设计或制造为呈现出三倍于该图像的左手侧的视差运动(相对于该表面平面)来实现的。这样做时，在该表面平面后方一个距离处建立了幻象(illusion)，该距离是左手侧的幻象距该表面平面的距离的三倍。视差运动的速率确定了绝对图像深度。
图3以剖面图示出了图2所示的装置的总体结构。因此，该装置包括透明的PET 或其他聚合物层20，在该层的上表面上形成了球面微透镜22的二维阵列。微透镜22的直径通常在1-100微米的范围内，优选地为1-50微米，更优选地为10-30微米，从而将节距限定在相似的范围内。
微透镜22的焦距(从它们的平坦背表面测量的)基本等于光学间隔器层(optical spacer layer)的厚度t，在此实施例中包括基底20的厚度，但可以可选地包括设置在基底 20的与微透镜阵列22对立的表面上的印刷接收层(print receptive layer)(未示出)的厚度。因此，在此实施例中，限定了与基底20的表面基本重合的焦平面24。在基底20上印刷(或以其他方式形成)有微图像阵列25，一个实施例在图4中描绘。该微图像阵列通常包括期望显示在该装置上的图标、符号、图案或其他图形的阵列，该阵列以比最终表现给观察者的小得多的尺度被复制。
为了形成波纹放大现象并使得能够生成放大图像，在微图像阵列25与微透镜阵列22之间引入节距失配。一种用于产生放大的方法是使得该微透镜阵列和该微图像阵列具有基本相同的节距，其中节距失配是通过在该微图像阵列与该微透镜阵列之间引入小的转动失准(rotational misalignment)来实现的。该微图像阵列与该微透镜阵列之间的转动失准的程度优选地在15° -O. 05°的范围内，这导致了该微图像阵列的约4X-1000X之间的放大范围。更优选地，该转动失准在2° -0.1°的范围内，这导致了该微图像阵列的约 25X-500X之间的放大范围。
替代地，可以通过使得该微图像阵列和该微透镜阵列处于基本完美的转动对准但具有小的节距失配来产生放大。小的节距失配将等同于该微图像阵列的节距相对于该微透镜阵列的节距的百分比增大/减小在25%-0. 1%的范围内，这导致了该微透镜阵列的约 4X-1000X之间的放大范围。更优选地，该微图像阵列的节距相对于该微透镜阵列的节距的百分比增大/减小在4%-0. 2%的范围内，这导致了该微图像阵列的约25X-500X之间的放大范围。
也可行的是，使用小的节距失配与小的转动失准的结合来形成波纹放大现象，并使得能够生成移动的图像。
阵列25与球面透镜阵列22之间的节距失配的结果造成了所述微图像的波纹放大。如果该节距失配在整个阵列中是恒定的，则所述放大图像将对观察者表现为位于与该装置的表面平行的平坦图像平面上。然而，在本实施方案中，该节距失配不是恒定的，而是被布置为沿着该装置的至少一个区域中的一个轴线(在这里是X轴)连续变化(在此实施例中，该变化出现在所描绘的整个装置中)。这可以通过连续改变微透镜阵列22的节距，或连续改变微图像阵列25的节距，或这两者来实现。在本实施例中，微透镜阵列22的节距是基本恒定的，而微图像阵列25的节距是变化的，如现在将展示的。
由波纹放大实现的放大程度通过在〃The Moire magnifier", M. Hutley, R Hunt, R Stevens & P Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994) pp. 133-142 中得出的表达式限定。
为了概括此表达式的有关部分，假设微图像节距=A且微透镜节距=B，则放大倍数 M由下式给出
M = A/SQRT [ (Bcos (Theta) -A) 2_ (B sin (Theta))2]
其中Theta等于这两个阵列之间的转动角度。
对于A古B且Theta非常小从而cos (Theta) I且sin (Theta) ^ O的情形
M = A/(B-A) = S/(I-S)(I)
其中S = B/A
然而对于大的M>>10, S必须约等于单位值(unity),因此
M ^ I/(I-S)
合成图像相对于表面平面的“深度”得自与图像(其与焦距为f的透镜的平面的距离为V)的放大有关的常见的透镜等式，为
M = v/f-1
或者，由于通常v/f>> I
M ^ v/f
因此，合成放大图像的深度V=M*f。
假设图2和图3的结构由焦距f为40 μ m或O. 04mm的微透镜22组成。另外，假设所述微透镜和支撑基底20两者均由折射率η为I. 5的材料构成。于是，所述透镜的基部直径 D将由表达式D * 2(η-1)约束，由此DS O. 04 * 2 (I. 5-1)，从而给出D彡O. 04mm。然后，可以为D选择值O. 035mm,且为透镜节距B选择值O. 04mm(沿着x轴和y轴中的每一个)， 从而得到具有接近于单位值的f/#数(f/#number)且具有合理的密堆积(close packing) (透镜间的间隙为5 μ m)的透镜阵列。
通过控制微图像元件的节距，可以控制所得到的图像的放大水平和深度。为了比较，首先考虑与装置表面平行的平坦图像平面的情形在第一实施例中，假设要求图像平面位于基底20的表面平面后方2mm处(注意，该表面平面后方的图像在定义上是“虚的”，更详细的分析显示它们相对于微图像目标阵列25不是倒立的)。
为了进一步的例示简明，假定在该幻象中微图像元件的节距沿着X轴和y轴是相等的(即，Ayl=Axl)ο
给定M=v/f,于是如果 f=0. 04mm 且 v=2mm,则 M1 = 2/0. 04=50。
因此，由于M1=A/ (B-A1) =50，于是 50 (B-A1) =A1,从而给出 A1=B (50/51)。
代入B=O. 04mm,得到 A1=O. 0392臟。
在第二实施例中，假设希望获得位于该装置的平面后方6mm处的平坦图像平面。 现在 Μ2=6/0· 04=150，因此 150 (B-A2) =A2,从而给出 A2=B (150/151) =0. 0397mm。
由此可见，可以通过使用不同的微图像阵列节距(A)来实现不同的图像平面“深度” (V)。
因此，为了实现图像平面的倾斜或弯曲，可以通过连续改变该装置中的微图像阵列的节距(A)来使得感知深度(perceived cbpth )在该装置上的一个位置与另一个位置之间变化。上文中，用符号V表示了图像平面相对于表面平面的距离或深度(用于特定图像平面的V的值在该装置的表面上是恒定的)。然而，在本实施方案中，V的值随着距该装置的左手边缘的距离X而改变。因此，V是X的函数，从而相关地写成V=V(X)。在其他实施方案中，作为补充或替代，深度V可以在y轴方向上改变，于是更一般地V=V (X，y)。
在本实施方案中，如图3所示，期望的图像平面11是平坦的，且以一个角度相对于该装置表面倾斜，同时它的最左侧(x=0)出现在该装置表面后方深度V1=Zmm处,而其最右侧 (x=xmax)出现在该装置表面后方深度V2=6mm处。为简单起见，取该装置表面为V=0，且应用直线等式
V (X) =kx+C(3)
其中k和C是常数，可以将在X=O和X=Xmax处的已知值代入，并重新整理，写成
(V (x) -2)/x= (6-2)/xmax
因此，对于特定的X值，可以容易地确定值V(X)。
现在由于图像深度V是X的函数，从上面的等式(2)，所以放大倍数M也是X的函数，从而图像节距A (假定透镜节距B是固定的)也是X的函数。因此，将等式⑴和(2)结合，可以写成
A (X) =B* [ I-f/V (X)]
如上所述,如果假定在此实施方案中B=O. 04mm且f=0. 04mm,则
A(X=O)=O. 04[1-0. 04/2] =0. 0392mm
A(x=xmax)=0· 04 [1-0. 04/6] =0. 0397mm
A (x=xmax/2) =0. 04 [1-0. 04/4] =0. 0396mm
以此方式，可以计算出，为了产生具有期望倾斜度的图像平面11，沿着X轴在微图像阵列25的每个位置所要求的节距AU)。于是，可以在计算出的位置将微图像元件印刷或以其他方式形成到基底20上，以使得节距变化被纳入所述阵列。
图4示出了可以被用来形成图2和图3所示的装置的合适的微图像元件阵列25 的一个实施例，示出了多个微图像元件26。每个微图像元件26都采取数字“20”的形式，与放大图像中的那些“20”(见图2)基本相同，但通常在尺度上要小数十倍或数百倍。所述微图像可以替代地包括一组“ 2 ”和相邻的一组“ O ”，结果相似。
在阵列25的左手侧，即X=O处，相邻的微图像元件26之间(在x方向上)的节距 A(x=0)被选择以返回+2mm的图像深度V(X=Q)。在阵列25的最右侧，即x=x_处，相邻的微图像元件之间的节距A(x=xmax)被选择以返回+6mm的较大的图像深度V(x=xmax)。在x=0与X=Xmax之间,节距A连续变化在此实施例中，从该阵列的一侧到另一侧,节距增大了 0.0005mm。优选地，每对相邻的元件26之间的节距变化(例如，图4中的元件26a与26b之间的间隔)略小于元件26b与26c之间的节距变化。这样，图像平面深度的逐渐变化将被人眼感知成一个平滑表面。然而，在一些情形中，如果两对或多对相邻的元件共享相同的间隔，也可以实现相同的结果。
如上文提到的，在此实施例中，仅沿着X轴(“ A (x) ”)施加节距变化，但在其他实施方案中， 微图像元件阵列的节距可以替代地沿着I轴(“A(y) ”)变化，这会导致一个表现为朝向该装置的“顶”或“底”边缘倾斜而非朝向左/右边缘倾斜的平面。在另外的实施方案中，节距可以沿着X轴和y轴两者变化，在此情形中，图像平面将表现为在两个方向上都倾斜。
应注意，在图4中，个体微图像元件26的尺寸还从阵列25的左边到右边改变。这不是必需的。如果所有微图像元件都以相同的尺寸形成，则出于现在讨论的原因，将存在放大图像的失真。在一些实施方式中，这本身可以被利用作为视觉效果。然而，在本实施方案中，期望的是消除尺寸失真以使得放大元件表现为具有彼此基本相同的尺寸。
为了理解倾斜的放大图像是如何生成的，首先注意感知深度是由如下近似给出的
深度(V)=MX透镜阵列的焦距⑴
其中M=合成放大倍数(见上面的等式(I))。
于是，该装置表面后方6mm处的那部分合成图像的位置的微图像的放大量将三倍于该表面平面后方仅2_处的那部分合成图像的位置的微图像的放大量。从而，如果不存在数字“20”的尺寸失真，则位于该图像平面6mm “深”区处的微图像元件26的尺寸一定是位于该平面2mm “深”区下方的微图像元件26的尺寸的三分之一。S卩，元件26的高度“h”在 h (s=o)与 h (s=smas) 之间变化，其中 h (x=o) =3 * h(x=xmax)。
也应意识到，针对中间深度的微图像尺寸和节距方面的所有变化都可以按照类似方式计算，尤其是用于平面合成图像的中间的值将会是该平面的2_和6_ “深”区的值的平均。从而，例如，h(x=xmax/2) = [h(x=0) +h(xmax)] = [3+1 ] · h(x=xmax)/2=2h(x=xmax)。
图5和图6中描绘了装置的第二实施方案。这里，该装置是使用与参考第一实施方案描述的原理相同的原理形成的，但倾斜的图像平面与装置表面的平面相交。即，参考图 5，对观察者，图像平面11的左手侧表现为位于该装置上方，且图像平面11的右手侧表现为位于该装置表面下方。该图像平面表现为与该装置相交的位置被标为V=0。
为了例示此概念，首先考虑如下实施例一个平坦图像平面平行于该装置表面且位于该装置前方2mm处，对于其他参数，使用与前面相同的示例值。
与先前的实施例相反，这里，阵列25的放大图像将是倒立的实像，因此放大倍数的符号将是负的(通过为先前的放大倍数表达式中的图像深度V分配一个负值)。
因此M=-2/0. 04=-50,于是-50 (B-A) =A,从而给出 A=50/49B=0. 0408mm。
因此看到，对于要位于该表面平面的前方(S卩，表现为漂浮)的图像平面，该微图像阵列的节距必须大于透镜节距。相反，如果图像节距小于透镜节距，则该图像阵列将表现为位于该表面平面的下方(如在先前的实施例中)。
因此，可以通过控制节距失配，可以将该图像平面定位在该装置表面的前方。因此，为了实现图5和图6中示出的图像表面,可以用相同的方式(例如,使用V (X=0) = Vi=-2和 V(x=x_)=V2=+4)应用针对第一实施方案提出的计算，以确定用于形成该微图像阵列的适当的节距变化。例如，V(x=xmax/2) = (-2+4)/2=lmm
Α(χ=0)=0· 04 [1+0. 04/2] =0. 0408mm
A (x=xmax) =0. 04 [1-0. 04/4] =0. 0396mm
A(x=xmax/2)=0. 04[1-0. 04/1]=0. 0384mm
图7和图8示出了装置的第三实施方案，其中在该装置的同一区域内生成了两个或更多个交叠的图像平面。在期望得到多色装置的情况下这可以是尤其有利的，因为每个图像平面得自它本身对应的微图像元件阵列。因此，这两个微图像元件阵列可以用不同 的颜色形成，因为它们不需要彼此配准。然而这不是必需的，且如果期望，这两个阵列可以具有相同的颜色。
图7a以平面图示出了完整的装置的外观。可看到两组放大图像，一组与另一组交叠。第一组放大图像，在这里是“星”符号15，表现为处在倾斜的第一图像平面11上。第一图像平面11在图7b中单独示出。在这些星符号上方，第二组放大图像150，在这里是数字 “5”，表现为处在平坦的第二图像平面110上，第二图像平面110与装置表面平行(在图7a 中，第二图像平面110的周界与该装置自身的周界重合，且不可见)。图7c单独示出了第二图像平面110。综上，由于一组图像表现为位于另一组图像“上方”，那么当该装置倾斜时， 将表现出“星”与“5”之间的相对移动。
因此，倾斜的第一图像平面11是使用如上文参考第一和第二实施方案描述的相同的原理形成的。即，第一微图像元件阵列25形成于基底20上(见图8)，且这些元件的节距纳入了在至少一个轴线上的连续变化，如先前描述的。第二图像平面110是通过将第二微图像元件阵列250施加到基底20的同一表面而形成的。然而，由于在此实施例中第二图像平面要平行于装置表面，所以第二微图像元件阵列250的节距在该阵列中保持恒定。在实践中，如果第一图像平面11将被感知为位于第二图像平面110的后方(如在本实施例中)， 则第二微图像元件阵列可以在第一微图像元件阵列之前被施加到该基底，以使得第二微图像元件阵列的元件不被第一微图像元件阵列的元件遮掩。当然，第一图像平面替代地可以被配置为表现在第二图像平面前方，在此情形中，铺设微图像阵列的次序可以被颠倒。
应意识到，使用与应用于第一图像平面11的生成相同的原理，第二图像平面110 可以替代地也被倾斜或弯曲。例如，这两个平面可以都被布置为表现为倾斜至相同的角度， 彼此间隔开又彼此平行。替代地，这两个平面可以按照不同的角度倾斜，且可以彼此会聚或发散。这两个平面也可以彼此相交并且/或者与装置表面相交。下面将描述相交实施方案的一个实施例。
可以按照相应的方式提供三个或更多个相应的微图像元件阵列来提供三个或更多个图像平面。
如已暗示的，使用当前公开的原理生成的图像平面不需要是平面的，而是可以替代地是弯曲的。图9示出了本发明的第四实施方案，其中所生成的图像表面是弯曲的。再一次，这是通过改变微图像元件阵列25的节距(和/或微透镜阵列22的节距)来实现的。在此情形中，期望的深度变化V(X)可以被限定成曲线，而不是像上面的实施方案中那样使用线性等式(3)。实例包括由圆、椭圆、抛物线或其他形式的多项式函数限定的曲线，以及由三角函数形式限定的曲线。在一个特别有效的实施方式中，该图像平面可以被配置为在X轴和I轴上都弯曲，赋予了该装置3D球状表面的外观，在该3D球状表面上呈现放大图像。
诸如图9所示的弯曲的图像表面可以与一个或更多个其他平坦、倾斜或弯曲的图像表面结合，以实现如参考图7和图8描述的图像表面的叠加
(superposition)。
在上述实施方案中，节距失配变化应用在该装置的一个区域中，该“区域”通常涵盖整个装置。然而，通过将该装置的横向间隔开的(但优选地毗邻的)不同区域指定为具有不同的节距失配变化，可以实现附加的效果，从而向观察者显示不同的图像表面。在一个实施例中，节距失配变化可以被局限于该装置的一部分，以使得图像表面仅在那个区域内表现为倾斜或弯曲的，但在周围区表现为平坦的且平行于装置表面。然而，更复杂的结构可以得到有趣的效果，诸如在图10中作为本发明的第五实施方案描绘的。这里，在本装置的第一区域R1内，图像平面Ila被配置为远离观察者倾斜，S卩，深度V随着距离X而增大。在第二区域R2内，图像平面Ilb被配置为朝向观察者倾斜，即，深度V随着距离X而减小。这两个区域在X=Z处彼此毗邻，且图像平面Ila和Ilb被布置为在同一位置彼此相交。结果是 “人字(chevron)”形状的图像平面11(由区域Ila和Ilb构成)，其对观察者表现为一个“山谷”。当然，这两个区域的布置也可以颠倒，从而表现为一个“山峰”。通过布置成使倾斜或弯曲不仅沿着X轴方向而且沿着I轴方向发生，可以进一步提高该表面的复杂度。
本发明不限于任何具体类型或几何形状的微透镜，唯一的要求是这些微透镜能够被用来形成图像。适合于本发明的微透镜包括那些在均质材料的适当弯曲的表面处折射光的微透镜，诸如平凸小透镜，双凸小透镜以及菲涅耳透镜。优选地，本发明将包括球面微透镜，但可以采用具有任何对称性的透镜(包括柱面透镜)。球形表面和非球形表面均适用于本发明。这些微透镜并非必须具有弯曲的表面。由于折射率的小变化，梯度折射率(GRIN) 透镜通过在这块材料中逐步折射对光进行成像。也可以使用基于衍射的微透镜，诸如菲涅耳波带板。GRIN透镜以及基于振幅或掩模的菲涅尔波带板使得包含该微透镜阵列的表面能够是平坦的，且在印刷接受性和耐久性方面提供了优势。
优选的是使用由复制工艺(replication process)产生的周期性透镜阵列。主微透镜阵列(master microlens arrays)可以通过若干技术(诸如光致发热技术、光刻胶的熔化和回流，以及光刻胶雕刻)来产生。这样的技术对于本领域技术人员是已知的，且在Taylor and Francis出版的、1998年重印的、Hans Peter Herzig编辑的 “Micro-Optics:Elements, Systems and Applications” 的第 5 章中进行了详述。因而，主微透镜结构可以通过商业上可获得的复制技术(诸如热凸印、模塑或铸造)来物理复制。可以复制微透镜结构的材料包括但不限于热塑聚合物，诸如用于热凸印和模塑工艺的聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以及用于铸造工艺的通过热或辐射可固化的环氧丙烯酸树脂材料。在一个优选的工艺中，该微透镜阵列通过铸造被复制到UV可固化覆层内，该UV 可固化覆层被施加于载体聚合物膜(诸如PET)。
为了简化，这里的实施例和实施方案描述球面微透镜的使用。
作为替代，任一实施方案的安全装置都可以被制造成基于镜的波纹装置，一个实施例在图11中示出。在此情形中，球面微透镜阵列22被替换成形成于透明聚合物基底20 的一个表面上的球面或非球面凹面镜 阵列40。另一表面设置有一个或更多个微图像元件阵列25、250，如前所述。在这个特定的实施例中，微图像元件被印刷到设置在基底20上的印刷接收层23上。在每个实施方案中，微透镜阵列22或凹面镜阵列4可以被整体地模塑到聚合物基底20内，或可以被形成在基底20的表面上，例如通过铸造固化或类似方法。
包括在图11中的光线图(ray diagram)示出了镜阵列40如何反射穿过微图像元件阵列的环境光并且将所述阵列的底侧的放大版本呈现给观察者。这个效果与使用基于微透镜的实施方案感知到的效果相同，且所得到的图像平面仍可以位于装置表面的上方或下方。为了实现图像平面的倾斜或弯曲，使用与前文讨论的相同的原理，微图像元件阵列和/ 或微镜面阵列被配置为节距沿着至少一个轴线改变。
在此实施例中，提供了两个微图像元件阵列25、250。第一微图像元件阵列25被配置为给观察者呈现一个朝该图的右手侧向上倾斜的图像平面11。第二微图像阵列250被配置为呈现一个在相反方向上倾斜且与第一图像平面11相交的图像平面110。因此，在该装置的左边部分，第一图像平面将表现为处在第二图像平面的后方，且此次序在右手侧则会颠倒。
在所示的实施例中，描绘了第一微图像元件阵列25首先已被施加到印刷接收层 21，接下来是第二微图像阵列250的施加。这将确保在该图像的右手侧，附属于第一图像平面的反射图像被显现为处在第二微图像平面的前方。然而，在该图像的左手侧，“铺设”微图像元件的次序可能需要被颠倒，以避免图像中的混淆。
因为在该实施方案中，入射光在作为准直光被镜阵列反射回之前，需要穿过或透射过所印刷的微图像阵列25、250 (S卩，空间调制)，所以如果所印刷的微图像基本不透明，则合成放大图像将呈现发黑的颜色或色调，与镜背景提供的金属色形成对比。为了使合成放大图像表现出它们相应的微图像阵列的颜色，有必要的是微图像是至少局部半透明的。微图像越半透明，合成图像的颜色就越亮，然而代价是降低了图像相对于背景的对比度。
如果镜上的金属覆层是“白色”反射器(诸如铝)，那么围绕着合成图像的背景色调或颜色将是银色，外观为白色或无色(achromat)。然而应意识到,可以使用其他担负得起的有色金属，诸如铜或其合金。也可以使用其他金属，诸如银、金、钼、铬、镍、镍-铬、钯、锡等。
应注意，凹面镜的焦距等于它的曲率半径R的一半，因此可以具有接近于该镜的基部直径的四分之一的受限最小值。简而言之，对于给定的基部直径，镜的焦距和F数可以是等同的透镜的值的四分之一(假定典型的折射率为I. 5)。然而，由于减小F数等同于减小焦点深度，在实践中常常期望具有远小于2R的镜基部直径。
例如，考虑到前文引述的优选的装置厚度，可以要求镜的焦距为40 μ m，于是要求镜的半径R的值为80 μ m,因此最大的理论基部直径接近160 μ m,从而F数f/#=0. 25mm。此结构针对的是仅在反射模式下的观察，因此最关乎施加到不透明基底上(条和补片)或局部嵌入不透明基底(开窗线)。对于透镜系统，所印刷的微图像与镜的焦平面的重合必须达到一个精度，该精度由焦点的深度或镜系统的场确定。下面将参考图18描述基于透镜的系统的其他可行性。
图12a示出了用于将微图像元件印刷到基底20上的合适设备的一部分。图12中示出的设备包括注墨棍(inking roll) 70,其经由棍链72联接到储墨器(oil reservoir) 74。油墨被辊70转移到印刷辊76上，印刷辊76承载有与所关注的微图像元件阵列相应的凸出的印刷元件78。基底20被送到印刷棍56与压印轧棍(impression roller)80之间， 且图像元件被印刷到基底20上。
可以在图12a所示的设备的下游设置与图12a所示的设备相似的第二设备，以印刷第二微图像元件阵列(如果期望)。
图12b示出了适合印刷图像元件的替代设备。油墨被辊70转移到印刷辊82上， 印刷辊82承载有与所关注的微图像元件阵列相应的凹陷的印刷元件83。刮刀(doctoring blade) 84接触油墨或着色剂，并将油墨或着色剂从印刷轧辊82的非凹陷区域移除。基底 20被送到印刷轧辊82与压印轧辊80之间，且图像元件被印刷到该基底上。可以在图12b 所示的设备的下游设置与图12b所示的设备相似的第二设备，以印刷另一微图像元件阵列 (如果期望)。
通过铸造固化、模塑或类似方法，将微透镜或凹面微镜设置在基底20的对立表面上。
在上文描述的实施例中，微图像元件通过印刷被设置到基底上。也可行的是，一些或全部图像元件作为浮雕结构被设置，它们的一些实施例在图13A到图13J中示出。在这些图中，“IM”指示了生成图像的浮雕部分，而“NI”指示了不生成图像的那些部分。
图13A示出了凸印或凹陷的图像元件。图13B示出了凹印的图像元件。图13C示出了格栅(grating)结构形式的 图像元件,而图13D示出了蛾眼(moth_eye)或其他微节距 (fine pitch)格栅结构。
这些结构可以被组合。例如，图13E示出了由凹陷区域中的格栅形成的图像元件， 而图13F示出了凹印区域上的格栅。
图13G示出了粗糙凸印的使用。
图13H示出了在凸印区域上设置印刷，而图131示出了“阿兹特克(Aztec)”形状的结构。
图13J示出了填充有油墨的凹陷。
上面描述的装置构造的各种实施方案可以被割或切成补片、箔、带、条或线，用于根据已知方法纳入塑料或纸基底内。
在一个实施方案中，本发明可以作为开窗线被纳入安全纸中。
在另外的实施例中，该安全装置还包括一个或多个其他光学安全特征。一个实施例在图14中示出。在这个实施例中，参考上述任一实施方案的描述来形成波纹放大装置30。该安全装置还包括多个全息图像生成结构100。全息图像结构100可以被铸造或凸印到与微透镜相同的树脂内，但同样也可以配准施加两种不同的树脂，一种适合铸造微透镜而另一种适合凸印全息结构。替代地，这些全息结构可以被凸印到位于该聚合层的与微透镜对立的一侧上的聚合物漆内。
全息生成结构100的形式可以是全息或DOVID图像元件。在图14所示的标签构造中，微透镜和放大图像阵列的显现位于该标签的中心水平带或区域内，而全息生成结构100 位于任一侧。然而应理解，这个实施例是纯粹示例性的，例如，全息生成结构100可以位于中心带或条内，且波纹放大器30被设置在任一侧的一个或多个区域内。替代地，波纹放大图像和由所述全息生成结构提供的图像，通过各自提供单个图像的部分，可以整合成单个图像。图15示出了这样的整合设计的一个实施例，其中全息生成结构101形成了一个卷轴 (scroll)，且在该卷轴的中间，所述全息结构被替换成波纹放大器30，以创建波纹放大图像，在这个情形中是移动的“5”和星(例如，上文参考图7描述的)。
在全息结构100、101的情形中，它们可以具有任何常规形态，且可以被完全或局部金属化。替代地，反射增强的金属化层可以被替换成基本透明的无机高折射率层，诸如 ZnS。
无论限定何种布置，如果分配给图14和图15中的两种不同光学效应的个体区域足够大以有助于效果的清楚显现，就是有利的。
前面的图中示出的安全装置适合作为标签被施加至安全票证，安全票证通常要求向该装置的将与该安全票证接触的外表面施加热敏或压敏粘合剂。此外，可选的保护性覆层/清漆可以被施加到该装置的暴露的外表面。该保护性覆层/清漆的功能是，提高该装置在转移到该安全基底上期间以及在循环中的耐久性。
在使用转移元件而不是标签的情形中，该安全装置优选地被预制在载体基底上， 并在后续作业步骤中转移到该基底。可以使用粘合剂层将该安全装置施加到票证。该粘合剂层被施加到该安全装置，或被施加到该安全票证的要施加该装置的表面。在转移之后，该载体条可 以被移除，留下该安全装置作为暴露的层，或者该载体层可以被保留作为该结构的一部分，用作外部保护层。在EP1897700中描述了一种用于基于铸造固化装置来转移包括微光学结构的安全装置的合适方法。
本发明的安全装置也可以作为安全条或线被纳入。安全线如今存在于世界上的许多货币中，以及存在于凭证、护照、旅行支票及其他票证中。在许多情形中，该线以局部嵌入或开窗方式被提供，其中该线表现为在纸中编织进出。在EP0059056中可以找到一种用于生产具有所谓的开窗线的纸的方法。EP086298和W003095188描述了用于将较宽的局部暴露的线嵌入纸基底的不同方法。宽线(通常宽度为2-6mm)作为附加的暴露区尤其有用，允许更好地使用诸如本发明的光学可变装置。通过将一层透明无色粘合剂施加到该装置的外表面之一或两者，可以将任一图中所示的装置结构用作线。仔细选择与微透镜接触的粘合剂的光学属性是重要的。该粘合剂必须具有比微透镜材料低的折射率，且微透镜与粘合剂的折射率之差越大，透镜的后焦距就越短，从而最终的安全装置就越薄。
通过在任何层中引入可检测的材料，或者通过引入分立的机器可读层，本发明的安全装置可以成为机器可读的。对外部刺激起反应的可检测材料包括但不限于荧光材料、 磷光材料、红外吸收材料、热致变色材料、光致变色材料、磁性材料、电致变色材料、导电材料以及压致变色材料。
该安全装置中可以包括附加的光学可变材料，诸如薄膜干涉元件、液晶材料以及光子晶体材料。这样的材料的形式可以是影像层(filmic layers)或者适合通过印刷施加的有颜色的(pigmented)材料。
本发明的安全装置可以包括不透明层。
图16和图17示出了形式为纳入本发明的安全装置内的去金属化图像的另一安全特征。装置30的放大图像阵列被观察到处在该装置的中心带。它因强烈的透镜型动画而提供了主要的安全效果。如在图17中可以看到的，图16中示出的特征沿着剖面A-A的结构如图8所示。在呈现波纹放大的中心带之外的区域(如沿着剖面B-B看到的)，印刷接收层21已被金属化200。该金属层的一部分205被去金属化，以限定去金属化图像，从而使得能够建立去金属化标记，这可以在反射光中观察到，但更优选地在透射光中观察到。
在另一实施例中且参考图11所示的基于镜的波纹实施例，形成微镜的金属化层可以延伸超出微镜，于是该层的一部分可以被去金属化以限定去金属化图像。
制造局部金属化膜/去金属化的膜(其中在受控且清楚限定的区中没有金属存在) 的一个方法是，使用抗蚀剂和蚀刻技术(诸如在US-B-4652015中描述的)选择性地对区域进行去金属化。用于实现类似效果的其他技术可以是，例如，通过掩模来真空沉积铝，或者使用准分子激光器从塑料载体与铝的复合条中选择性地移除铝。替代地，可以通过印刷具有金属性外观的金属效果油墨(诸如Eckart销售的MetaIs tar 油墨)来提供金属性区域。
金属性层的存在可以被用来隐藏机器可读的黑色磁性层的存在。当在该装置内纳入磁性材料时，该磁性材料可以按照任何设计来施加，但一般的实施例包括使用磁性轨道 (tramline)或使用磁性块来形成编码结构。合适的磁性材料包括铁氧化物颜料(Fe2O3或 Fe304)、钡铁氧体或锶铁氧体、铁、镍、钴，及其合金。在本文中，术语“合金”包括的材料诸如 镍钴，铁铝镍钴，及类似物。可以使用镍屑材料；另外 ，铁屑材料也是合适的。典型的镍屑的横向尺寸在5-50微米的范围内，且厚度小于2微米。典型的铁屑的横向尺寸在 10-30微米的范围内，且厚度小于2微米。
在一个替代的机器可读的实施方案中，可在该装置结构内的任何位置纳入透明磁性层。在W003091953和W003091952中描述了合适的透明磁性层，该磁性层包含分布的磁性材料颗粒，所述磁性材料颗粒的尺寸和分布浓度使得该磁性层保持透明。
图18a和图18b示出了两个示意图，分别例示了基于透镜的波纹系统如何在仅反射模式下运行以及如何在反射兼透射模式下运行。图18a示出了仅反射的情景，其中装置 10 (其具有与图8的装置相似的结构)被施加到基本不透明的基底31 (例如钞票或其他安全票证)上，或者通过粘结剂层32局部嵌入不透明的基底(例如作为开窗线)。在该情形中， 观察者观察到的合成放大图像最终得自从微图像阵列25、250和作为所述微图像阵列的背景的介质散射回或反射回的光。所述微图像阵列与周围的背景介质之间的反射对比度越大，合成放大图像的视觉对比度就越强。现在基底31的颜色或反射属性可能不是最优的， 例如该基底可能具有低的反射率或具有与所述微图像阵列之一相似的颜色。为了解决这一点，在图18a中示出了位于微印刷界面与将该装置粘合至基底31的粘结剂层32之间的可选的掩膜覆层33的添加。掩膜层33通常包含反射性遮光颜料(reflective opacifying pigment)，诸如但不限于树脂粘合剂中的二氧化钛颗粒。该层的颜色可以简单地是白色，或者可以添加着色剂以确保该掩膜层或背景反射层呈现期望的、与所述微图像阵列之一或ニ者形成对比的色调。在另ー个实施例中，该掩模覆层与所述微图像阵列之一具有公开相同的顔色，但其中一个或另一实体设置有同色异谱(metameric)属性。从而，在正常观察时相关的微图像阵列对照不透明掩模的背景颜色仅能被微弱地辨别(如果能辨别)，但当在同色异谱过滤器下观察时所述微图像阵列(或更贴切地，它的合成放大图像)变得非常明显。替代地，该掩模覆层可以设置有荧光添加剤，以使得当在荧光灯下观察时，该掩模覆层提供了荧光背景，对照该背景，吸收性的微图像阵列形成了黒色的合成放大图像。同色异谱油墨的实例在GB1407065中提供。该掩膜覆层也可以作为耐用性增强层。图18b示出了装置10被至少局部施加在基底31内的透明孔3上方的情景。众所周知的是将安全装置结合进安全票证内的透明孔中(见下文)。在该情形中，合成放大图像可以在反射和/或透射中透过基底31中的观察孔3被观察到。观察者当处在位置#1时将仅看到放大图像。如在图18b中可以看到的，不透明的掩膜覆层被省略，从而可以在透射中观察到波纹放大系统。还有ー个要求是，该粘合剂层具有良好的透光率(optical clarity) (即，低散射、低吸收)。应注意，如果所印刷的微图像25、250是由基本不透明的油墨或着色剂形成的，那么当在反射中观察时合成放大图像将是有色的，但当在透射中观察时合成放大图像将形成高对比度的基本为黑色的图像。在透射中观察到有色图像的ー个要求是，微图像必须具有某一半透明度。光必须能够穿过所印刷的图像，且期望的顔色被透射。也注意，如果观察者从位置#2观察该装置，那么不会观察到合成/波纹放大图像，而是观察到所述微图像样式的未改型图像或直接图像。基底31可以形成安全票证的一部分，且其自身可以由任何常规材料(包括纸和聚合物)形成。本领域中已知用于在这些类型的基底中形成透明区域的技术。例如，W08300659中描述了由透明基底形成的聚合物钞票，该基底的两侧都包括遮光覆层。在该基底的两侧的局部区域，该遮光覆层被省略以形成透明区域。EPl 141480中描述了ー种在纸基底中形成透明区域的方法。EP0723501、EP0724519、EP1398174和W003054297中描述了用于在纸基底中形成透明区域的其他方法。可以用如下油墨印刷本发明的ー个或多个微图像阵列，该油墨包括对不可见的辐射有看得见的响应的材料。本领域技术人员已知发光材料包括具有荧光或磷光属性的材料。还已知的是使用对不可见的辐射有看得见的响应的其他材料，诸如光致变色材料和热致变色材料。例如，仅ー个放大阵列在正常日光条件下是可见的，而第二放大图像仅在UV照射下是可见的。替代地，这两个放大阵列在正常日光条件下可以表现出相同的顔色，且当使用过滤器观察或当在UV照射下观察时表现出不同的顔色。
权利要求
1.一种波纹放大装置，包括透明基底，该透明基底承载有i)第一表面上的规则的微聚焦元件阵列，所述聚焦元件限定了一个焦平面；以及ii)相应的第一微图像元件阵列，位于与所述聚焦元件的焦平面基本重合的平面内；其中所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述微聚焦元件阵列与所述微图像元件阵列协作，以因波纹效应而生成所述微图像元件的放大版本，且其中，沿着所述装置的至少第一区域中的至少一个轴线，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列中连续变化，凭此，波纹效应造成所述图像元件出现不同的放大程度，以使得观察者感知到所述放大元件位于相对于所述装置的表面倾斜或弯曲的第一图像表面上。
2.根据权利要求I所述的装置，其中在所述装置的所述第一区域内，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距以相同的趋向连续变化。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其中在所述装置的所述第一区域内，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列的两个正交轴线上连续变化。
4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中在所述装置的所述第一区域内，所述微图像元件的尺寸以相应的方式变化，以使得观察者感知到所述放大图像元件在所述第一图像表面上具有彼此基本相同的尺寸。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第一图像表面被定位于所述装置的表面的后方或前方。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第一图像表面与所述装置的表面相交。
7.根据任一前述权利要求所述的装置，在所述装置的至少所述第一区域内还包括iii)由所述基底承载的相应的第二微图像元件阵列，位于与所述聚焦元件的焦平面基本重合的平面内，其中所述微聚焦元件的节距和所述第二微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述微聚焦元件阵列与所述第二微图像元件阵列协作，以因波纹效应而生成所述第二微图像元件阵列的放大版本，且使得所述观察者感知到所述第二微图像元件阵列的放大版本位于与所述第一图像表面不同的第二图像表面上，当所述装置倾斜时，所述第一微图像元件阵列的放大版本相对于所述第二微图像元件阵列的放大版本呈现出移动。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述微聚焦元件的节距、所述第一微图像元件阵列和所述第二微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第二图像表面位于所述第一图像表面的上方或下方。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述微聚焦元件的节距、所述第一微图像元件阵列和所述第二微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第二图像表面与所述第一图像表面相交。
10.根据权利要求7到9中任一所述的装置，其中所述微聚焦元件的节距和所述第二微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述第二图像表面平行于所述装置的表面。
11.根据权利要求7到9中任一所述的装置，其中，沿着所述装置的至少第一区域中的至少一个轴线，所述第二微图像阵列的微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列中连续变化，凭此，波纹效应造成所述图像元件出现不同的放大程度， 以使得观察者感知到的所述第二图像表面相对于所述装置的表面倾斜或弯曲。
12.根据权利要求7到11中任一所述的装置，其中所述第一微图像元件阵列为第一颜色，且所述第二微图像元件阵列为不同于所述第一颜色的第二颜色。
13.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距另外还沿着所述装置的第二区域中的至少一个轴线连续变化，所述第二区域内的节距变化的趋向优选地与所述第一区域内的节距变化的趋向相反，以使得观察者感知到所述放大元件位于所述第一图像表面上，所述第一图像表面相对于所述装置的表面的倾斜或弯曲不同于在所述第一区域内感知到的。
14.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微聚焦元件阵列在所述装置的至少所述第一区域中具有恒定的节距，所述不同的放大程度是通过所述第一微图像元件阵列和 /或所述第二微图像元件阵列的节距的连续变化来实现的。
15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微聚焦元件阵列包括微透镜，诸如球面小透镜、柱面小透镜、平凸小透镜、双凸小透镜、菲涅尔小透镜以及菲涅尔波带板。
16.根据权利要求15所述的装置，其中每个微透镜的直径在I微米到100微米的范围内，优选地为I微米到50微米，更优选地为10微米到30微米。
17.根据权利要求I到14中任一所述的装置，其中所述微聚焦元件包括凹面镜。
18.根据任一前述权利要求所述的装置，其中每个阵列内的微图像元件代表相同的标记,可选地在尺寸和/或纵横比方面在对应的阵列中变化。
19.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微图像元件包括图标，诸如符号、几何图形、字母数字混编符、标识或图形表示；或背景，诸如线图案，例如平行(直)线、简单的几何图形或复杂的线结构诸如扭索图案。
20.根据至少权利要求7所述的装置，其中所述第一阵列或所述第二阵列的微图像元件包括图标，诸如符号、几何图形、字母数字混编符、标识或图形表示，且另一阵列的微图像元件限定了背景，诸如线图案，例如平行(直)线、简单的几何图形或复杂的线结构诸如扭索图案。
21.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微图像元件被印刷在所述基底上。
22.根据权利要求I到20中任一所述的装置，其中所述微图像元件被形成为所述基底上的格栅结构、凹陷或其他浮雕图案。
23.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述基底包括聚合物，诸如下列之一 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVdC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)以及聚丙烯。
24.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述微聚焦元件阵列的背表面与所述微图像元件阵列之间的距离在I微米到50微米的范围内，优选地为10微米到30微米。
25.一种安全装置，根据任一前述权利要求所述。
26.根据权利要求25所述的安全装置，被形成为安全线、标签或补片。
27.根据权利要求25所述的安全装置，所述装置被设置在安全票证的透明窗口内，所述安全票证诸如钞票、身份证、护照或类似物。
28.一种物品，设置有根据权利要求I到27中任一所述的光学装置。
29.根据权利要求28所述的物品，其中所述物品包括下列之一钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保值或证明个人身份的票证。
全文摘要
公开了波纹放大装置，包括透明基底，该透明基底承载有第一表面上的规则的微聚焦元件阵列，所述聚焦元件限定了一个焦平面；以及相应的第一微图像元件阵列，位于与所述聚焦元件的焦平面基本重合的平面内。所述微聚焦元件的节距和所述微图像元件阵列的节距以及它们的相对位置使得所述微聚焦元件阵列与所述微图像元件阵列协作，以因波纹效应而生成微图像元件的放大版本。沿着所述装置的至少第一区域中的至少一个轴线，所述微图像元件之间的节距和/或所述微聚焦元件之间的节距在对应的阵列中连续变化，凭此，波纹效应造成所述图像元件出现不同的放大程度，以使得观察者感知到所述放大元件位于相对于所述装置的表面倾斜或弯曲的第一图像表面上。
文档编号B42D15/10GK102869518SQ201180022006
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者B·W·霍姆斯 申请人:德拉鲁国际有限公司