制造安全装置的方法与流程
有值的物品，并且特别是有值的文件，诸如钞票、支票、护照、身份识别文件、证书和许可证，经常是伪造者和希望制作其欺骗性副本和/或对其中包含的任何数据做出改变的人的目标。通常，这些对象设置有许多可见的安全装置，用于检查对象的真实性。示例包括基于以下一个或多个图案的特征，诸如缩微文本、精细线图案、潜像、百叶窗装置、透镜状装置、莫尔干涉装置和莫尔放大装置，它们中的每个产生安全的视觉效果。其他已知的安全装置包括全息图、水印、压花、穿孔和颜色偏移或发光/荧光墨的使用。所有这些装置的共同之处在于，使用可用的再现技术，诸如复印，来复制装置所呈现的视觉效果是极其困难或不可能的。也可以采用呈现不可见效果的安全装置，诸如磁性材料。
一类安全装置是生成光学可变效果的那些，意味着装置的外观在不同的视角下是不同的。这种装置特别有效，因为直接复制(例如复印)不会生成光学可变效果，并且因此可以容易地与真正的装置区别开。光学可变效果可以基于各种不同的机制产生，包括全息图和其他衍射装置，并且还包括利用诸如透镜或掩模网屏的采样元件的装置，包括莫尔放大器装置和所谓的透镜状装置。
莫尔放大器装置(其示例在ep-a-1695121、wo-a-94/27254、wo-a-2011/107782和wo2011/107783中描述)通常利用以微聚焦元件(诸如透镜或反射镜)的阵列形式的采样网格和微图像元素的对应阵列，其中微聚焦元件的间距和微图像元素的阵列和他们的相对位置使得微聚焦元件的阵列与微图像元素的阵列配合以由于莫尔效应产生微图像元素的放大的版本。每个微图像元素是最终观察到的图像的完整微型版本，并且聚焦元件的阵列用于选择和显示每个下面的微图像元素的一小部分，这些部分由人眼组合以使得整个放大的图像是可视化的。这种机制有时被称为“合成放大”。通过使用其他类型的采样网格(诸如掩模网格)可以实现相同的效果，其中显示给观看者的微图像部分通过透明间隙(例如点或线)在另外的不透明层中选择。
为了保持领先于潜在的伪造者，不断寻求具有不同外观和效果的新安全装置。
根据本发明，一种制造安全装置的方法，包括：
a)提供描绘三维对象的宏观图像的深度图，该深度图借助于不同颜色和/或一种颜色的不同色调表示三维对象的每个部分相对于参考平面的深度；
b)基于深度图的颜色和/或色调将深度图划分(分割)成多个部位，每个部位包括深度图的其颜色或色调值在相应的预定范围内的那些部分(一个或多个)；
c)对于每个部位，创建相应的微图像元素(元件)阵列，形成微图像元素阵列的微图像元素在一个维度或两个维度上被布置在规则网格上，其间距和取向在该部位上是恒定的，微图像元素阵列的周边基本上匹配该部位的周边，所得的多个微图像元素阵列相对于彼此布置在深度图中的相应部位的位置中，以形成第一图像层；以及
d)提供具有预定间距和取向的采样元件阵列，该采样元件阵列与多个微图像元素阵列重叠，其中采样元件阵列和微图像元素阵列的间距及其相对位置使得采样元件阵列与微图像元素阵列中的每个配合，以由于莫尔效应而产生每个部位中的微图像元素的放大的版本；
其中每个相应的微图像元素阵列的间距和/或取向是不同的，并且被配置成使得在部位中的任何一个中产生的微图像元素的放大的版本相对于在其他部位(一个或多个)中产生的那些具有不同的表观深度(视深)，以便形成宏观图像的三维表示。
通过以这种方式将宏观图像的深度图划分成部位并且将不同的微图像元素阵列分配给每个部位，每个具有不同的间距(即，邻近的微图像元素之间的间隔)和/或取向(即，在装置的平面中的旋转位置)，由于莫尔放大机制，当与采样元件阵列结合观看时，在每个部位中，将产生的微图像的放大的版本将出现在不同深度处(在对装置平面的法向方向上)。因此，每个部位将看起来平坦并且平行于装置的平面放置，但是结合了当各个部位彼此处于不同的表观深度时将呈现的三维效果，从而重建宏观图像中描绘的三维对象的外观。这导致安全装置具有高度独特和可容易描述的外观，这对于潜在伪造者进行仿造来说是极具挑战性的并且因此具有高安全级别。当装置倾斜时，根据微图像的大小和放大的程度，微图像的放大的版本也可以看起来在每个部位内侧向地移动，尽管这种效果在实践中可能不是强烈地明显，并且实际上，可以优选地选择微图像的大小和形状以最小化该移动效果的视觉冲击，以便不减损安全装置的整体三维外观。
以上述方式生成的第一图像层将通常具有单一颜色(即，所有部位中的所有微图像元素将具有相同的颜色，并且周围的背景将是无色的，或者反之亦然)，因为实现多种颜色的微图像元素所需的高分辨率是极其困难的。因此，由第一图像层与采样元件阵列结合产生的对象的三维表示本身通常也具有单一颜色。为了增加装置的复杂性和视觉冲击，该方法因此优选地还包括提供以宏观图像的多颜色或多色调版本形式的第二图像层，并且将第二图像层与第一图像层重叠以便提供具有多颜色或多色调外观的宏观图像的三维表示。第二图像层有效地对由第一图像层形成的三维表示“着色”。
应当注意，与深度图(或与深度图可能从中导出的宏观图像的任何原始版本)进行比较，由第二图像层形成的宏观图像的多颜色或多色调版本可以呈现具有不同细节级别的三维对象。例如，第二图像层可以包括均匀的颜色块，其周边大致对应于所描绘的对象的那些周边或其轮廓，而没有任何附加细节示出可以仅通过三维表示传达的对象的特定特征。或者，多颜色或多色调的第二图像层可以传达比三维表示中的细节级别更高的细节级别，例如，示出太小而不能被多个部位清楚地限定的特征。
由于第二图像层的多种颜色或色调仅需要以宏观尺度传达图像，因此不需要在不同颜色或色调之间的非常高的分辨率。这样，第二图像层可以使用任何常规技术形成，并且不限于细线处理。有效地，在安全元件中提供多种颜色或色调是与(由第一图像层携带的)光学可变效果的创建分开实现的，尽管在完成的装置中，外观具有多颜色或多色调的三维对象，并且因此这两个方面对于观察者(和潜在的伪造者)呈现的是彼此完全整合的。
优选地，第二图像层被配准到第一图像层。这确保了当与第二图像层结合观看时，三维表示的正确部分接收预期的颜色或色调。然而，这不是必需的，因为在某些情况下，实现“假颜色”可以是可接受的并且可以提供另外的区别性特征。在优选配准的情况下，仅粗配准是必需的(例如，至大约100微米)，因为低于这种级别的配准误差对裸眼(肉眼)将不是显而易见的。
在优选实施方案中，第一图像层位于采样元件阵列和第二图像层之间。也就是说，第二图像层位于第一图像层之下并为第一图像层提供背景。这样的布置允许以高光学密度形成第二图像层(假设要以反射方式观看该装置)。或者，如果第二图像层是半透明的(因为如果要在透射光下观看该装置将是合适的)，可以颠倒两个图像层的顺序。在所有情况下，通常优选地，构成第一图像层的微图像元素具有高光学密度，例如，基本上不透明。
深度图可以以各种方式获得，并且可以是预先产生的，作为分开的过程的一部分，可能是通过不同实体。例如，这可以由图形艺术家使用合适的图像处理软件，诸如adobephotoshoptm，基于源图像或三维对象本身来完成。然而，在优选实施方式中，通过获得描绘三维对象的多颜色或多色调宏观图像并根据对象的三维形状通过将不同颜色或色调分配给图的不同部分而将其转换为深度图来提供深度图。也就是说，本方法可以包括从原始宏观图像产生深度图的初始步骤。这可以手动执行或通过适当编程的软件执行。
在优选实施方式中，深度图是灰度级深度图，较浅的灰色调(包括白色)表示对象的更靠近观看者的部分，以及较深的灰色调(包括黑色)表示对象的离观看者更远的部分，或者反之亦然。与多颜色深度图或以另一颜色的多色调深度图对照，由于不需要彩色数据，灰度级深度图的使用减少了与深度图相关联的数据量，并且因此也减少了被分派进行本方法步骤的任务的任何计算机或处理器所需的处理能力。
深度图被划分成的部位的数量越大，该对象将由安全装置以三维方式表示的细节级别越高。因此，在步骤(b)中，深度图优选地划分成至少3个部位，优选至少5个部位，更优选至少10个部位。然而，部位的最佳数量将还取决于宏观图像的性质，并且特别是部位的大小和形状，因为如果这些部位太小，它们在最终装置中对于人眼是不可辨别的，并且表观深度在多个部位上可能看起来是“平均的”。
在优选实施方式中，在步骤(b)中，每个部位的预定颜色或色调值范围的量级近似相等。例如，在深度图是具有255个灰度级别值的灰度级深度图的情况下，第一部位的色调值范围可以是0到25，第二部位的色调值范围可以是26到50，依此类推，直到第十部位具有的灰度级别为225到255，意味着部位中的每个具有在25和31个灰度级别之间的色调范围。以这种方式，三维对象的各个不同部分在完成的安全装置中将全部以相似的细节级别表示。然而，在其他情况下，可以优选的是变化色调或颜色值范围的量级，例如，使得对象的看起来“更接近”观看者的部分相比于离观看者更远的那些部分由更多数量的部位(以及因此更高的细节)描绘。这可以通过以下来实现，使用更接近深度图中使用的颜色/色调谱的一端的较小的颜色或色调值范围的部位，以及在另一端较大的颜色或色调值范围的部位——例如，第一部位的色调值范围可以是0到5，第二部位的色调值范围可以是6到15，依此类推，其中部位具有增加的颜色/色调范围直到第十部位具有的灰度级别为200到255。当然，可以使用任意数量的部位，并且仅给出十个作为示例。
类似地，用于限定每个部位的颜色或色调值范围越小，将产生的部位的数量越多，以及因此表示三维对象所用的细节级别越高。因此，优选地，在步骤(b)中，每个部位的预定颜色或色调值范围对应于整个深度图上的总的颜色或色调值范围的不超过30％，优选地不超过20％，更优选地不超过10％。在上文给出的第一示例中，灰度级深度图中的每个部位具有大约25到31个灰度值的范围，这对应于总的颜色或色调值范围的大约10％到12％。
优选地，微图像元素的间距和/或取向在装置的至少一部分上从一个部位到下一个部位相继变化。也就是说，间距将在装置的该部分上从一个部位到下一个部位增加，或者间距将减小，和/或取向将在连续方向上改变。以这种方式，装置的邻近部位将一起表现为朝向观看者或远离观看者突出的表面(尽管取决于部位的大小，表面可以是阶梯状的而不是平滑的)。当然，最终每个部位的表观深度以及因此其微图像元素的间距和取向将取决于待描绘的三维对象。
类似地，微图像元素的间距和/或取向在部位之间变化的程度将取决于各个部位在重建三维图像时需要显现的相对深度。然而，在一些优选的实施方式中，微图像元素的间距和/或取向优选从一个部位到另一个部位变化高达5％。在其他示例中，高达1％的间距和/或取向变化就足够了。
微图像元素本身可以采用任何期望的形式。在优选示例中，在部位中的任何一个中，微图像阵列包括直线、曲线、点、几何形状、字母数字式的字符、文本、标识、符号或其他图形形式的微图像元素。例如，可以期望将微图像元素布置成传达信息项目，该信息项目优选地可以与由安全装置表示的三维对象相关。例如，宏观图像可以描绘实心字母“a”，并且微图像元素可以各自采用字母“a”的形式。或者，在将装置用于钞票或类似物的情况下，三维对象可以是实心货币标识符号，诸如“￡”，并且微图像元素可以各自携带钞票的面额，例如“10”，使得整体传达的信息为“￡10”。或者，宏观图像例如可以是三维肖像，例如女王的三维肖像，并且微图像元素可以包括文本“qeii”(代表女王伊丽莎白二世)。为了提高安全级别，微图像的大小和所实现的放大级别可以配置成使得放大的微图像元素对于裸眼是不可辨别的并且需要至少低级别放大以便清晰。
各个部位可以包括不同形式的微图像元素——例如，一些部位中的符号“￡”和其他部位中的数字“5”——但在优选实施方式中，多个微图像阵列各自包括相同形式的微图像。这避免了可以另外由不同部位中的不同微图像引起的潜在视觉干扰，并且因此有助于强调由安全装置作为整体显示的三维图像。
可以以多种方式形成第一图像层。在优选实施方式中，第一图像层设置在基板优选地透明基板的第一表面上。例如，基板可以优选地是聚合物基板(单片或多层)，并且可以例如包括以下中的任何一种，聚丙烯(优选bopp)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯等等。基板可以具有一厚度，该厚度适合于形成为安全物品，诸如安全线、条、箔，插入件或贴片，例如，通常大约20至40微米，或者可以具有更大的厚度，该更大的厚度适合于形成文件诸如聚合物钞票(或混合纸-聚合物钞票)的基板，例如，60至100微米。如果基板是透明的，则它可用于提供第一图像层和采样元件阵列之间的(全部或部分)光学间隔。或者，第一图像层可以形成在一个基板(其可以是或可以不是透明的)上，并且然后贴附到第二基板上，在其相对侧上携带采样元件阵列。
如已经提到的，第一图像层优选地是单色的。这使得可以使用宽范围的可用技术来形成微图像元素阵列，该微图像元素阵列构成了必要的高分辨率级别的第一图像层。
在一些优选的实施方式中，第一图像层通过印刷形成，优选在单次印刷工作中形成。也就是说，微图像元素由墨限定(作为负标记或正标记)，并且优选地由整个第一图像层上的单种墨限定。可以利用能够实现高分辨率的任何合适的印刷技术，诸如凹版印刷、柔性版印刷、平版印刷或雕刻印刷，通过精心的设计和实施方案，这样的技术可用于印刷具有25μm和50μm之间的线宽度的图案元素。例如，通过凹版或湿式平版印刷，可以实现低至约15μm的线宽度。或者，可以利用更专业的微印刷技术。例如，作为上述印刷技术的替代方案提出的一种途径用于nanoventionsholdingsllc的所谓的unisonmotiontm产品，例如在wo-a-2005052650中提到的。这涉及将图案元素(“图标元素”)创建为基板表面中的凹进部，而后将墨散布在表面上，并且然后用刮片刮掉多余的墨。可以生产具有2μm至3μm量级的线宽度的所得着墨凹进部。
又一替代的微印刷技术涉及使用可固化墨，并且示例从us2009/0297805a1和wo2011/102800a1中已知。这些公开了形成微图案的方法，其中提供了模具形式或基体，其表面包括多个凹进部。凹进部填充有可固化材料，使处理过的基板层覆盖基体的凹进部，该材料被固化以将其固定到基板层的处理过的表面，并且通过将基板层与基体分离，从凹进部移除该材料。在wo2014/070079a1中公开了形成微图案的另一种合适的方法。这里教导了提供一种基体，其表面包括多个凹进部，凹进部填充有可固化材料，并且可固化接载层被制作来覆盖基体的凹进部。将可固化接载层和可固化材料被固化，将它们固定在一起，并且然后将接载层与基体分离，从凹进部中移除该材料。在该过程期间或该过程之后的某些时刻，接载层被转移到基板层上，使得图案被设置在基板层上。
在其他优选实施方式中，第一图像层的微图像元素可以形成为基板上的光栅结构、凹进部或其他浮雕图案。合适的浮雕结构可以通过压花或铸造固化到基板中或基板上来形成。在所提到的两种工艺中，铸造固化提供了更高的复制保真度。可以使用各种不同的浮雕结构，如下文更详细描述的。然而，可以通过将图像压花/铸造固化为衍射光栅结构来创建图像元素。可以区分图像的不同部分，其通过使用光栅的不同取向或不同间距，提供具有不同衍射颜色的部位。替代的(和/或附加的区分)图像结构是抗反射结构，诸如蛾眼(参见例如wo-a-2005/106601)、零级衍射结构、称为阿兹特克(aztec)结构的阶梯式表面浮雕光学结构(参见例如wo-a-2005/115119)或简单的散射结构。对于大多数应用，这些结构可以部分或完全金属化以增强亮度和对比度。
在更进一步优选的实施方案中，可以通过图案化金属层(即，脱金属)来形成第一图像层。用于在金属层中形成微图像元素的优选技术的示例公开在我们的英国专利申请no.1510073.8中。如上所述，通过使用携带限定所需图案的掩模的图案化辊(或其他工具)已经实现了特别好的结果。将合适的光敏抗蚀剂材料施加到基板上的金属层，并通过图案化的掩模以连续方式暴露于适当的辐射。随后的蚀刻将图案转移到金属层，从而限定图像元素。
相比之下，如上所述，第二图像层(如果被设置)不需要通过高分辨率技术形成，并且因此在优选示例中通常通过印刷形成，优选地在不同颜色的多个印刷工作中形成。各种工作的不同颜色的墨之间的配准仅需要足够使得任何误差对于人眼而言不是立即显而易见的，例如，100微米或更小。因此，可以使用任何常规的数字或非数字印刷方法来形成第二图像层，包括凹版、柔性版、平版、雕刻等等，但还可以包括喷墨、丝网印刷、静电印刷、激光印刷、染料扩散热转移印刷等等。
在一些实施方式中，可以通过改变在装置上的采样元件阵列的间距和/或取向来进一步增强装置的复杂性。然而，在更优选的示例中，采样元件阵列的间距和取向在所有部位上是恒定的。如上所述，如果第一图像平面设置在透明基板的第一表面上，则采样元件阵列可以优选地设置在基板的第二表面上。
采样元件阵列可以采用各种形式。在特别优选的示例中，采样元件阵列包括聚焦元件阵列，诸如透镜或反射镜，限定焦平面，并且步骤(d)还包括将第一图像层定位在与聚焦元件阵列的焦平面基本重合的平面中。为了维持装置的亮度，优选使用聚焦元件而不是其它形式的采样元件诸如掩模元件(下文讨论的)，因为涉及掩模的采样元件不可避免地抑制入射在装置上的光中的一些的反射或透射。
有利地，第一和第二图像层都位于与聚焦元件阵列的焦平面基本重合的平面中。这不仅确保了由第二图像层携带的宏观图像的多颜色或多色调版本也将基本上清晰或焦点对准(除三维表示之外)，而且意味着第一和第二图像层必须靠近在一起(优选是接触)，并且因此它们之间的任何视差将是最小的(或者优选是不存在的)。
形成聚焦元件阵列的聚焦元件可以包括透镜或反射镜。在一些优选示例中，聚焦元件包括微透镜，诸如球面(球形)小透镜、柱面小透镜、平凸小透镜、双凸小透镜、菲涅耳(fresnel)小透镜和菲涅耳波带片。在其他优选实施方式中，聚焦元件包括凹面反射镜。优选地，每个聚焦元件具有的宽度或直径范围为1至100微米，优选为1至50微米，并且甚至更优选为10至30微米。
尽管如此，仍然可以使用其他形式的采样元件阵列来实现有效结果，并且因此在其他优选实施方式中，采样元件阵列包括掩模元件阵列，每个掩模元件包括至少一个基本上不透明的区和至少一个基本上透明的区。因此，掩模元件阵列可以包括例如基本上不透明部位和基本上透明部位的周期性或准周期性阵列(由多个掩模元件构成)，通常被布置为一维线网屏图案或二维点网屏图案。术语“透明”意味着光以低光学散射而透射通过掩模元件阵列的透明区，使得可以通过其以最小的遮蔽来观看工艺品图案的图像元素。相反，术语“不透明”意味着光不穿过不透明区，使得不能通过不透明区观看图像元素。
优选地，掩模元件阵列包括线网屏，掩模元件的基本上不透明的区和基本上透明的区具有直线或曲线的形式并且在第一维度上交替。第一维度中的相应的区的宽度可以是或可以不是相同的。在其他优选实施方式中，掩模元件阵列包括点网格，掩模元件的基本上透明的区具有点的形式，所述点以第一和第二维度排列，并且被掩模元件的基本上不透明的区围绕。点可以采用任何期望的形状，包括圆形、正方形、矩形或甚至标记。
诸如这些的掩模层可以由任何适当不透明的材料形成，其可以以图案化方式铺设，或者在沉积之后图案化。在优选的示例中，掩模元件阵列的基本上不透明的区包括一层或多层的墨、金属或金属合金。掩模元件阵列可以有利地例如通过印刷或通过沉积层的图案化，优选地通过沉积层的蚀刻来形成。可以使用的对沉积层图案化的替代方式包括使用可洗涤的墨或类似物，其在沉积不透明层之前施加，并且然后用合适的溶剂移除，例如，将其上的不透明层的部分带走。
安全装置可以是一维或二维莫尔放大器。在前一种情况下，每个微图像元素阵列在一个维度上将是周期性的，而在后一种情况下，每个微图像元素阵列在两个维度上将是周期性的。如果装置是一维莫尔放大器，则采样元件阵列也可以仅在一个维度上是周期性的。然而更优选地，无论装置是在一个维度还是两个维度上操作，采样元件阵列在两个维度上是周期性的，并且可以例如包括球面或非球面聚焦元件或点网格。在这种情况下，例如，采样元件可以以正交阵列(正方形或矩形)或六边形阵列布置。在聚焦元件阵列的情况下，聚焦结构阵列的周期性以及因此各个聚焦元件的最大宽度与装置厚度有关并且优选地在5-200微米的范围内，更优选地在10至70微米的范围内，最优选在20-40微米的范围内，其中优选的透镜高度为1至70微米，更优选为5至25微米。聚焦元件可以以各种方式形成，但优选经由铸造固化复制或热压花的工艺制成。或者，可以如us-b-6856462中所述采用印刷的聚焦元件。如果聚焦元件是反射镜，则也可以将反射层施加于聚焦表面。
根据本发明的安全装置的典型厚度为5至200微米，更优选为10至70微米。例如，厚度在50到200微米范围内的装置可以适合用于卡片诸如驾驶执照和其他形式的身份文件中的结构诸如过度层压制品中，以及其他结构诸如高安全标签中。因此，合适的最大图像元素宽度(与装置厚度相关)相应地为25至50微米。厚度在65至75微米范围内的装置可以适用于例如在聚合物钞票的窗口化和半窗口化区域上定位的装置。因此，对应的最大图像元素宽度相应地约为30至37微米。厚度高达35微米的装置可以适用于文件，诸如切片或片段、贴片或安全线形式的纸质钞票，以及还有施加在聚合物钞票上的装置，其中采样元件和图像元素两者都位于文件基板的同一侧。
通过将一种或多种附加的功能材料结合到装置中，诸如荧光、磷光或发光物质，可以进一步提高装置的安全级别。在其他示例中，该装置还可以包括磁层。
本发明还提供一种安全装置，包括：
采样元件阵列，该采样元件阵列限定焦平面并具有预定的间距和取向；
第一图像层，该第一图像层与采样元件阵列重叠；和
第二图像层，该第二图像层与采样元件阵列和第一图像层重叠，并且布置成使得第一图像层和第二图像层经由采样元件阵列彼此结合地观看，第二图像层包括描绘三维对象的宏观图像的多颜色或多色调版本；
其中第一图像层包括多个部位，每个部位由相应的微图像元素阵列形成，在每个部位内形成微图像元素阵列的微图像元素在一个维度或两个维度上布置在规则网格上，其间距和取向在部位上是恒定的，每个微图像元素阵列的周边基本上匹配相应部位的周边；
其中采样元件阵列的间距和微图像元素阵列的间距及其相对位置使得采样元件阵列与微图像元素阵列中的每个配合，以由于莫尔效应在每个部位中产生微图像元素的放大的版本；
其中每个相应的微图像元素阵列的间距和/或取向是不同的，并且被配置成使得在部位中的任何一个中产生的微图像元素的放大的版本相对于在(一个或多个)其他部位中产生的那些具有不同的表观深度，以便形成宏观图像的三维表示，第二图像层提供具有多颜色或多色调外观的宏观图像的三维表示。
安全装置呈现已经在上文描述的视觉效果，包括由第二图像层贡献的多颜色或多色调方面。
安全装置有利地设置有上文已经介绍的任一优选特征。最优选地，使用上文公开的方法制造安全装置。
还提供了一种安全物品，包括如上所述的安全装置，其中安全物品优选地是安全线、条、箔，插入件、转移元件、标签或贴片。
还提供了一种安全文件，包括如上所述的安全装置，或如上所述的安全物品，其中安全文件优选地是钞票、支票、护照、身份证、驾驶执照、认证证书、印花税票或用于保值或证明个人身份的其他文件。
现在将参考随附附图描述根据本发明的方法、安全装置、安全物品和安全文件的示例，在附图中：
图1是描绘根据本发明的制造安全装置的方法的第一实施方式的步骤的流程图；
图2是描绘示例性步骤的流程图，根据该示例性步骤，在第一实施方式中可以形成第一图像层；
图3描绘了示例性实施方案中的第一实施方式的方法的选定阶段，图3(a)示出了示例性三维对象，图3(b)示出了描绘三维对象的宏观图像的深度图，图3(c)示出了划分的深度图，图3(d)示出了由深度图形成的第一图像层和第一图像层的放大的细节(i)至(iv)，以及图3(e)示出了表示完成的安全装置沿线x-x’呈现的放大的微图像的表观深度的绘图。
图4(a)至图4(c)以截面示出了根据本发明的实施方式的三个示例性安全装置；
图5描绘了在另一示例性实施方案中根据本发明的第二实施方式的方法的选定阶段，图5(a)示出了描绘另一示例性三维对象的宏观图像的深度图，图5(b)示出了划分的深度图，图5(c)示出了由深度图形成的第一图像层，图5(d)示出了第一图像层的放大的细节，以及图5(e)示出了宏观图像的第二图像层；
图6(a)至图6(d)示出了在本发明的另一实施方式中可以在第一图像层的不同部位中设置的四个示例性微图像阵列；
图7(a)至图7(c)示出了可以在本发明的其他实施方式中利用的另外的三个示例性微图像阵列；
图8a至图8i示出了根据本发明的实施方式的可以用于限定微图像元素的浮雕结构的不同示例；
图9、图10和图11示出了携带根据本发明的实施方式的安全装置的三个示例性安全文件，a)在平面图中，和b)在截面中；以及
图12示出了携带根据本发明的实施方式的安全装置的安全文件的另一实施方式，a)在前视图中，b)在后视图中，以及c)在截面中。
将参考图1、图2和图3描述本发明的第一实施方式，其中最后一个描绘了使用三维(实心)字母“a”的示例性宏观图像的方法的阶段。当然，可以使用任何三维对象(诸如几何实体、人物、动物、建筑物、纪念碑等)的宏观图像。术语“宏观图像”用于在规模上表示图像，其在不需要放大的情况下，可容易地用裸眼辨别。例如，典型的宏观图像具有的整体尺寸可以在3mm至10cm的范围内，更优选地在1cm和4cm之间。图1中短划线所示的步骤是可选的，图2中所示的所有步骤也是如此。
该方法开始于获得三维对象的宏观图像，例如，具有深度的任何场景或对象的全色图像(步骤s100)，诸如照片，或者替代地可以直接用提供这种宏观图像的深度图开始(步骤s102)。深度图借助于深度图的对应部分的颜色和/或色调表示宏观图像中对象的每个部分的深度(即，其沿着图像平面的法线，相对于一些参考平面的位置)。深度图可以在一些单独的过程中预先产生(其中本方法在步骤s102开始)，或者可以通过将在步骤s100中选择的宏观图像转换为深度图来获得。
例如，图3(a)示出了示例性三维对象1，这里是可以用作源材料的实心字母“a”，从该源材料绘制其对应的深度图5，其示例在图3(b)中示出。任何可用的图像处理软件(诸如adobephotoshoptm)都可用于此目的。或者，可以拍摄对象1的照片，构成初始宏观图像，并且通过手或使用图像识别软件来转换为深度图。深度图5可以是多颜色的和/或多色调的，例如，使用颜色的深色调表示对象1的离观看者更远(即具有最大“深度”)的部分，以及使用颜色的浅色调表示对象1的更靠近观看者(即具有最浅的“深度”)的部分，或反之亦然。可以为此目的选择任何颜色，但最优选地深度图5是灰度级深度图，因为在这种情况下不需要存储或操纵彩色数据，并且因此降低了执行该方法的处理器的能力和处理要求。深度图5可以利用一定数量的颜色或色调级别，诸如在典型的灰度级深度图的情况下的255个灰度级别来描绘对象1。颜色或色调级别的数量越多，深度图的分辨率越高，并且最终将在安全装置中实现的三维对象的外观越准确可靠。
在下一步骤中，根据深度图5的每个部分的颜色或色调将深度图5划分成多个部位10(步骤s104)。因此，每个部位10包含深度图的一些部分(例如，像素)，这些部分具有彼此相似的颜色或色调值。这是通过选择深度图的具有落在第一预定颜色或色调值范围内的颜色或色调值的所有那些部分以形成第一部位，选择在第二这样的预定范围内的所有那些部分以形成第二部位，并且以此类推来实现的。因此，在图3(c)描绘的示例中，深度图5已被划分为四个部位10a、10b、10c和10d，以形成划分的深度图6。第一部位10a包括深度图的具有在第一范围内的低色调值的所有那些部分，指示对象的那些部分靠近观看者，第二部位10b包括深度图的带有落入第二范围的较高色调值的所有那些部分，依此类推。例如，在具有255个灰度级别的灰度级深度图5的情况下，可以为第一部位10a分配深度图的带有0和65之间的灰度级别的所有部分，为第二部位10b分配在66至129的范围内的那些，为第三部位10c分配在130至190的范围内的那些，并且为第四部位10d分配在191至255的范围内的那些。因此，形成多个离散的、侧向偏移的邻接部位10，如图3(c)所示。
划分过程可以由合适的图像处理软件执行，诸如使用coreldraw中可用的“描摹(追踪，trace)”功能，其是可以用于将位图转换为矢量图像的矢量图形程序。
在步骤s104中深度图被划分成的部位10的数量越多，将在完成的安全装置中呈现的三维细节的级别越高。因此，可以利用任何数量的部位，但优选至少3个、更优选至少5个、最优选至少10个。根据宏观图像的大小，可能存在对部位的数量的有效限制，超过该数量，由于眼睛不再能够区别该部位，因此装置的外观没有显著改善。
接下来，为部位10中的每个创建微图像元素阵列8。这些在图3(d)中示出，其描绘了第一图像层7，该第一图像层由所得的多个微图像元素阵列构成。每个微图像阵列包括布置在规则的一维或二维网格上的多个基本相同的微图像元素。在该示例中，在阵列8中的每个中提供的微图像元素是直线。在每个微图像元素阵列内，微图像元素的间距(间隔)在阵列的区域内是恒定的，并且微图像元素的取向(即它们在对应于安全装置的平面的x-y平面中的旋转位置)也是如此。然而，微图像元素的间距和/或取向在部位10中的任何两个之间是不同的，结果是在完成的安全装置中，每个部位10将被可视化为不同的深度(沿着z轴线，即，装置平面的法线)，产生三维效果。在每个部位中实现不同的表观深度是由于莫尔放大机制，如下所述。
在本示例中，所有微图像元素阵列具有相同的取向(其中直的图像元素沿y轴线放置)，但它们的间距(即x轴线方向上的间隔)从一个部位到下一个部位变化。如下文将更详细地解释的，微图像元素间距越接近透镜间距，通过莫尔效应将实现越大的放大，并且因此表观深度也越大。因此，在该示例中(假设“a”的最近部分在装置的表面平面之后)，通过具有最大的微图像元素间距来实现最大深度。通过微图像线的间距越来越接近透镜的间距来实现表观深度的增加。因此，如图(3d)示出为(i)至(iv)的放大的部分中最佳所示，在第一部位10a中，形成具有第一间距p1的第一微图像元素阵列8a。在第二部位10b中，形成第二微图像元素阵列8b，该第二微图像元素阵列具有大于p1的第二间距p2。在第三部位10c中，形成第三微图像元素阵列8c，该第三微图像元素阵列具有大于p2的第三间距p3。在第四部位10d中，形成第四微图像元素阵列8d，该第四微图像元素阵列具有大于p3的第四间距p4。
每个微图像元素阵列8被布置成填充第一图像层7的对应于其所基于的相应部位10的区域，根据其形状和大小(并且因此周边)以及其相对于其他阵列的位置。在实践中，刚才描述的所有步骤通常将使用适当的图像处理软件来进行，以创建初始以数字方式，例如，在处理器的存储器中存在的第一图像层模板。然后可以使用任何合适的施加技术来实现第一图像层，以将由第一图像层模板限定的图案施加于合适的表面，诸如基板的表面。例如，这可以通过将模板印刷到这样的基板上来执行，尽管下文将描述替代技术。
在下一步骤中，采样元件阵列25，诸如微透镜阵列或点网屏被提供并且布置成与形成第一图像层7的多个微图像元素阵列重叠(步骤s108)。选择采样元件阵列的间距和取向(优选地在其整个区域上是恒定的)，使得当经由采样元件阵列观察第一图像层时，微图像元素和采样元件配合以由于莫尔效应而产生微图像元素的放大的版本。
通过莫尔放大实现的放大程度，以及还有放大的图像的表观深度或高度，由在“themoiremagnifier”，m.hutley，rhunt，rstevens&psavander，pureappl.opt.3(1994)pp.133-142中导出的表达式限定。在该说明中，透镜用作采样元件，但是相同的理论适用于包括掩模元件的其他类型的采样元件，其示例将在下文给出。唯一的差别在于，在聚焦元件的情况下，微图像将优选地位于那些元件的焦平面中，而对于其他类型的采样元件，这不是必要条件。为避免疑义，应该注意，术语“高度”和“深度”在下文的说明中可互换使用，因为图像的“高度”与其“深度”相同但具有负值。两者都指的是沿z轴线的图像的竖直位置v(其中装置表面位于x-y平面中)。为了总结相关部分，假设在装置的一个部位中，微图像元素间距是pa并且透镜阵列间距是p*(两个间距位于x轴线方向上)，则放大m由下式给出：
m＝pa/sqrt[(p*cos(theta)-pa)2-(p*sin(theta))2]
其中，theta等于两个阵列之间的旋转的角度。对于pa≠p*和theta非常小以使cos(theta)≈1和sin(theta)≈0的情况：
m＝pa/(p*-pa)＝s/(1-s)…(1)
其中s＝pa/p*
然而，对于大m>>10，那么s必须≈1并且因此
m≈1/(1-s)
相对于表面平面的放大的微图像元素的竖直位置v从熟悉的透镜方程导出，熟悉的透镜方程涉及位于距焦距为f的透镜的平面的距离v处的图像的放大，这为：
m＝v/f–1…(2)
或者，因为通常v/f>>1
m≈v/f
因此，合成放大的图像的竖直位置v＝m.f
例如，如果透镜阵列25由焦距f为40微米(0.04mm)的透镜组成，并且透镜和支撑基板两者由折射率n为1.5的材料组成，则遵循透镜的基部直径(宽度)d将由如下表达式约束：
d≤f.2(n-1)并且因此d≤0.04.2(1.5-1)，给出d≤0.04mm。
然后我们可以选择d的值为0.035mm和透镜间距p*为0.04mm(沿x轴线)，生成透镜阵列，其具有接近于1的af/#数，具有合理的紧密堆积(透镜间间隙为5微米)。为了获得看起来位于装置表面之下2mm处(即v＝2mm)的部位中的图像表面，微图像元素的必要间距pa可以如下计算：
给定m＝v/f，将上述值代入v和f，则m＝2/0.04＝50。
因此，由于m＝pa/(p*-pa)＝50，它遵循50(p*-pa)＝pa，给出pa＝p*.(50/51)。代替p*＝0.04mm，我们获得pa＝0.0392mm，因为该部位中的间距需要产生2mm的图像表面的竖直位置v。
在第二示例中，假设我们希望装置的第二部位中的图像出现在装置的平面后6mm处的平坦图像平面上。现在，m＝6/0.04＝150，并且因此150(p*-pb)＝pb，给出pb＝p*.(150/151)＝0.0397mm。因此，第二部位中的微图像元素的间距pb大于第一部位中的间距，但由于这导致间距错配(p*-pb)的减小，放大级别m增加，并且因此表观图像深度也是如此。
在其他示例中，为了在装置平面之上实现6mm的图像表面高度，所需的间距pc是：
m＝-6/0.04＝-150，并且因此-150(p*-pc)＝pc，给出pc＝(150/149)p*＝0.0403mm。
并且，为了在装置平面之上实现2mm的图像表面高度，需要的间距pd为：
m＝-2/0.04＝-50，并且因此-50(p*-pd)＝pd，给出pd＝(50/49)p*＝0.0408mm。
因此，我们看到，对于图像平面位于表面平面v0的前面(即看起来漂浮)，图像切片阵列4必须具有大于透镜间距p*的间距。相反，如果图像间距小于透镜间距，则图像阵列将看起来位于表面平面下方。通过使用不同的微图像元素间距可以实现不同的图像平面“深度”。
为了说明结果，图3(e)是示出各种部位10中的每个中的放大的微图像元素的表观深度的绘图。可以看出，第一部位10a被可视化为距观看者最远(即“最深”)，在深度d1处，同时第四部位10d看起来最接近观看者，在深度d4处，其在这里对应于安全装置本身的平面。第二和第三部位10b和10c看起来位于中间深度d2和d3。因此，在每个部位10中，放大的微图像元素看起来形成平行于装置平面的平坦表面。然而，结合部位位于不同的表观深度，并且从而共同产生对象在宏观图像中所示的三维表示，这里是实心字母“a”(步骤s110)。
虽然在该示例中通过间距变化已经实现了不同的深度，但是代替地，通过变化微图像元素阵列从一个部位到另一个部位的取向(即，它们在x-y平面中的旋转位置)，可以实现相同的结果。其背后的机制在上述参考文献中详细描述，但实质上相当于这样的事实，取向的变化类似于沿任何一个参考方向的间距差异。示例将在下文给出。
还应当理解，由于莫尔放大效应，如果所得的安全装置倾斜，则每个部位中的放大的微图像元素将相对于装置的参考框架侧向移动。在一些实施方案中，可能需要利用此附加效果来增强装置的外观和复杂性。然而，可替代地，可以优选地使该效果的可见性最小化，以便不显著地减损宏观图像的三维外观。这可以通过控制放大的微图像的最终大小来实现，例如，使得诸如通过选择小尺寸的微图像元素本身和/或小的放大率，它们不可以用裸眼分别地区别。另外，微图像元素形状的选择将影响带有具有均匀整体外观的阵列(例如，规则的直线阵列)的外观，产生更平并且因此更少干扰的放大的图像，而不是由更复杂的微图像元素产生的图像。优选地，对于裸眼看来，任何一个部位中的放大的微图像元素结合以形成在期望深度处的均匀的、无特征的半透明平面。
返回图2，公开了用于创建多个微图像元素阵列和第一图像层的优选方法(步骤106)。该过程为每个部位创建微图像元素阵列，并且然后将它们数字地缝合在一起以形成第一图像层模板。因此，在步骤s106a中，选择待可视化的部位n中的放大的微图像的期望深度dn。这可以手动完成或通过适当编程的软件完成。例如，可以基于深度图的已经被分组到部位n中的部分的平均颜色或色调值来选择期望深度。期望深度dn可以在绝对值方面限定，或者可以与装置的另一部位有关(例如，作为百分比深度)。
在步骤s106b中，计算实现期望的可视化深度dn需要的所需间距和/或取向。这可以参考将在最终装置中使用的已知或预定的采样元件阵列25来完成，或者可以相对于该装置的另一部位中的间距和/或取向来做出，例如，如果一个被用作参考部位。
然后通过将所选择的微图像元素(例如线)布置在具有所计算的间隔和取向的规则网格上来创建微图像元素阵列以形成重复图案。然后在步骤s106c中用该图案填充第一图像层模板中的部位n(其基于划分的深度图来限定每个部位的形状、大小和相对位置)。
接下来在步骤s106d中，系统检查是否还有任何更多的部位要处理，并且如果是，则对下一个部位(n+1)重复步骤s106a到s106c。如果不是，则完成第一图像层模板。
通常使用合适的软件以数字地进行所有上述步骤。在步骤s106e中，然后使用可以实现适当的高分辨率的任何施加技术根据模板可以物理地形成第一图像层7本身。例如，第一图像层7可以通过将(优选深颜色和高光学密度的)墨印刷到合适的基板上，例如，通过凹版印刷、平版印刷或柔性版印刷来形成。或者，可以使用专门的细线印刷方法，诸如wo-a-2005052650、us2009/0297805a1和wo2011/102800a1或wo2014/070079a1中公开的那些方法中的任何一种。
在另外的示例中，第一图像层7的微图像元素可以形成为基板上的光栅结构、凹进部或其他浮雕图案，例如，通过压花或铸造固化到基板中或基板上。可以使用各种不同的浮雕结构，如下文更详细描述的。或者，可以通过图案化金属层(即，脱金属)来形成第一图像层7。用于在金属层中形成微图像元素的优选技术的示例公开在我们的英国专利申请no.1510073.8中。
应当理解，在所有这些示例中，第一图像层7是单色的，即所有微图像元素本身都是在同一种材料中形成的。这造成的结果是以上述方式产生的宏观图像的三维表示本身将是单色的。虽然这将在一些实施方案中是期望的，但在其他情况下，优选通过使用多种颜色和/或色调来增加装置的视觉冲击和复杂性。
这可以通过进一步提供具有第二图像层9的安全装置而在本发明的实施方式中实现，如图1中的可选方法步骤s112所示。应当理解，虽然这被描绘为在已经描述的过程结束时发生，但这不是必需的，并且第二图像层9可以在制造过程中被更早地插入。第二图像层9包括宏观图像的另一副本，即描绘与深度图5中的三维对象相同的三维对象1。然而，形成第二图像层的宏观图像的版本是宏观图像的多颜色或多色调版本。描绘三维对象的细节级别可以不同于(大于或小于)深度图5中的细节级别。第二图像层9布置成与第一图像层重叠，使得当经由聚焦元件阵列25结合地观看两者时，呈现对象1的三维表示的多颜色或多色调版本。第二图像层9有效地为另外的单色三维图像贡献颜色或色调变化。
第二颜色层9不需要以高分辨率形成，并且因此，如果期望，可以使用任何方便的施加技术铺设，包括印刷方法，诸如喷墨、激光、热扩散等等。由于该层仅携带宏观尺度图像，其仅需要对于裸眼是精确的并且不处在高放大率下，仅需要在形成该层9的多种墨之间进行粗配准(例如，至100微米)。类似地，第二图像层9优选地被配准到第一图像层，但如果再次是这样，则仅需要粗配准。
图4(a)至图4(d)示出了根据本发明的实施方式形成的安全装置20的四个示例性截面。图4(a)、(b)和(c)的实施方式利用以聚焦元件阵列形式的采样元件阵列，而图4(d)的实施方式包括以掩模元件阵列形式的采样元件阵列。在图4(a)的示例中，第一图像层7形成在透明聚合物基板21上，例如通过印刷、浮雕结构形成或金属层的脱金属。然后将(可选的)第二图像层9施加在第一图像层7的顶部上，使得两者优选地直接接触。当通过基板21观看时，仅第二图像层9的未被第一图像层7的微图像元素覆盖的那些部分是可见的。聚焦元件阵列25设置在基板21的另一表面上，使得基板21的厚度对应于聚焦元件和图像层之间的光学间隔。优选地，该厚度被配置成基本上对应于聚焦元件的焦距f，使得图像平面基本上都在聚焦元件阵列的焦平面中。在该示例中，聚焦元件阵列包括透镜，诸如柱面、球面或非球面透镜。
在图4(b)的示例中，第一图像层7形成在第二基板22上，然后贴附到第一基板21上，第一基板如前所述携带聚焦元件阵列。(可选的)第二图像层9可以设置在第一图像层下面的基板22的相同表面上，例如，通过首先印刷图像层9，然后施加图像层7。在这种情况下，第二基板22不需要是透明的。或者，如在所示的示例中，第一和第二图像层7、9可以形成在第二基板22的相对表面上。在这种情况下，至少第一图像层7优选地位于聚焦元件的焦平面中，以确保精确地产生三维图像。第二图像层9可以位于焦平面之外，因为高级别的聚焦不是必需的。然而，优选地，第二基板22的厚度保持较小，以便最小化聚焦损失以及还有将由额外的光学间隔引入的视差效应。
图4(c)的实施方式示出了聚焦元件阵列25的替代形式，其中聚焦元件是反射镜而不是透镜。可以通过对透镜铸造固化或压花聚焦浮雕结构来形成反射镜，并且然后在浮雕(未示出)上沉积反射层，诸如金属。在这种情况下，当从基板的与携带聚焦元件阵列的一侧相对的一侧观看装置时，将看到三维效果，并且因此(可选的)第二图像层9将需要是至少半透明的。在该示例中，第一图像层7示出为定位在与反射镜相同的基板的表面上，其焦距f相应地被调整，但是第一图像层可以替代地在与之前相对的一侧上。
图4(d)示出了一实施方式，其中采样元件阵列25形成为掩模元件阵列而不是聚焦元件阵列。该部件包括基本上不透明的层，由诸如墨、金属或金属合金的材料形成，其具有间隙，经由该间隙形成基本上透明的区。透明和不透明区的配置将取决于装置的性质。例如，在一维莫尔放大器中，透明和不透明区可以采用沿着(例如)z轴线延伸并且在一个方向(例如x轴线)上彼此交替的线的形式。一个透明区和一个不透明区的每个集合可以被认为掩模元件，但实际上它们可能不是可单独区别的。结果基本上是线网屏，其中透明区用于选择微图像层7的不同部分以根据视角显示给观看者o1作为视差的结果。或者，通过将透明区形成为在x和y轴线两者上排列的点，可以在两个维度上实现相同的效果。
诸如这些的掩模元件阵列25可以通过各种技术形成，包括将适当不透明的材料(诸如深色墨)印刷到基板21上以形成不透明区，留下未印刷的透明区。或者，掩模元件阵列可以由全面沉积并且然后图案化(例如，通过蚀刻)的层形成。这特别适用于通常通过非选择性方法，诸如溅射、真空沉积或化学气相沉积来沉积的诸如金属或合金的层。
如图4(d)所示，掩模元件阵列25优选地设置在基板21的与携带第一和(可选)第二图像层7、9的表面相对的表面上，尽管可能提供其他布置，但是在掩模元件阵列25和第一图像层7之间存在光学间隔d。由于在该实施方式中没有焦平面，因此可以根据期望的光学效果和所需的装置厚度来选择d的值。d的值越大，装置将需要被倾斜以看见光学可变效果的角度越小。
在所有上述示例中，第一图像层7位于第二图像层9和采样元件阵列25之间，这是优选的。然而，如果第二图像层9以半透明的形式体现，则这不是必需的，并且图像层7、9的顺序可以颠倒。在所有情况下，优选第一图像层7的微图像元素具有高光学密度并且优选地是不透明的，以便创建强烈的视觉效果。
现在将描述使用上述原理形成的安全装置的一些其他示例。图5示出了根据本发明的第二实施方式的示例，示出了在其制造的各个阶段涉及的图像。图5(a)示出了可以在步骤s102中提供的深度图5。这里，由宏观图像描绘的三维对象1是描绘其上放置酒杯和酒瓶的桌面的场景。桌远离观看者延伸，其中酒瓶定位成比杯更靠近观看者。深度图5是灰度级深度图，该灰度级深度图以浅色调(包括白色)表示对象的更靠近观看者的部分，并且以深色调(包括黑色)表示离观看者更远的那些部分。在这种情况下，场景的背景构成了宏观图像的最深部分。
图5(b)示出了由步骤s104生成的划分的深度图6。在该示例中，深度图已被划分为11个部位10a至10k，每个部位具有大约23的色调值范围，对应于深度图中的总范围(255个级别)的大约9％。例如，第一部位10a持有0至23之间的所有灰度值，第二部位10b持有在24和46之间的所有灰度值，以此类推。
图5(c)示出了在步骤106结束时形成的第一图像层7(优选地使用图2的方法实现)。部位之间的轮廓仅为了清楚起见而示出，并且实际上通常将不会存在(尽管可以可选地提供)。如在图5(d)所示的第一图像层7的放大的部位7'中更清楚地示出的，每个部位10a、10b等包含直线元素的微图像元素阵列。如在先前的示例中那样，这里在所有部位中的取向是恒定的，但是间距变化以实现如上所述的重建小提琴的三维形状所需的不同可视化深度。如此生成的第一图像层7形成在基板上并与聚焦元件阵列结合，例如，根据图4中所示的结构中的任一个。
图5(e)描绘了示例性的第二图像层9，其可选地但优选地包括在装置中。第二图像层9包括深度图5所源自的相同宏观图像的多颜色版本，并且因此在这种情况下示出相同的三维对象1，即具有酒瓶和酒杯的桌，如前所述。应注意，所示的细节的级别与深度图5中的细节的级别不同，因为例如桌面上的木纹现在是可见的。在其他示例中，宏观图像的多颜色版本可以具有比深度图更少的细节而不是在这种情况下更多。因此，当观看完成的安全装置时，它将呈现桌、瓶和杯的三维表示(由第一图像层7贡献)，其中每个具有适当的颜色(由第二图像层9提供)。
如上所述，代替或除了变化在装置上的从一个部位到另一个部位的微图像元素阵列的间距，阵列的取向可以变化。具有这种带有不同方位角的微图像阵列的示例性部位示于图6(a)至图6(d)中。虽然这里示例性取向被示出为以大角度(45度)变化，但这仅是示意性的并且实际上角度变化将是小的(例如，最多1到2度)。
在所有上述示例中，已经使用直线微图像元素来说明该构思。然而，每个阵列中的微图像元素可以具有任何形式，例如，点、符号、字母、数字、曲线等。图7(a)至图7(c)示出了一些说明性示例。在图7(a)中，微图像是球形标记，而在图7(b)中使用星形符号阵列，以及在图7(c)中，微图像元素各自形成数字“5”。应当理解，由莫尔效应生成的放大的图像将仅仅是微图像本身的较大版本。优选地，为每个部位选择相同形式的微图像，但这不是必需的。
可以选择微图像以传达可能与安全装置最终要被施加的文件或物品有关的信息，例如，钞票的票面价值。在另一特别优选的示例中，微图像传达与宏观图像本身传达的信息有关的信息。例如，在图5所示的小提琴的三维图像中，微图像可以是音符(例如，八分音符符号)的形式。在图3的示例中，微图像可以通过每个携带字母“a”(或小写“a”)来匹配宏观图像的内容。下文将提到其他示例。
为了实现安全装置的可接受的低厚度(例如大约70微米或更小，其中装置将形成在透明文件基板上，诸如聚合物钞票，或者大约40微米或更小，其中装置将形成在线、箔或贴片上)，采样元件的间距也必须在大约相同的数量级(例如70微米或40微米)。因此，每个微图像元素的整体大小需要落在该范围内，并且优选地不超过这样尺寸的一半，例如，35微米或更小。
在所有的实施方式中，图像元素/切片可以以各种不同方式形成。例如，图像元素可以由墨形成，例如印刷到基板21上或下面的层上，然后其邻近基板21定位。在优选的示例中，磁性和/或导电墨可用于此目的，这将为该装置引入附加的可测试安全特征。然而，在其他示例中，图像元素可以由浮雕结构形成，并且适合于此的各种不同的浮雕结构在图8中示出。因此，图8a示出了压花部位或凹进部位的形式的微图像元素的图像部位(im)，而非压花部分对应于元素的非图像部位(ni)。图8b示出了凹入(凹印)线或凸起形式的元素的图像部位。
在另一种途径中，浮雕结构可以是衍射光栅(图8c)或蛾眼/精细间距光栅(图8d)的形式。在图像元素由衍射光栅形成的情况下，则微图像元素的不同图像部分或不同的微图像元素(例如在不同部位中)可以由具有不同特征的光栅形成。差异可以在于旋转或光栅的间距。用于书写这种光栅的优选方法是使用电子束书写技术或点阵技术。
这种用于蛾眼/精细间距光栅的衍射光栅也可以位于凹进部或凸起上，诸如图8a和图8b的那些，分别如图8e和图8f所示。
图8g示出了提供消色差效果的简单散射结构的使用。
此外，在某些情况下，图8a的凹进部可以设置有墨，或者图8b中的凹入部位或凸起可以设置有墨。后者在图8h中示出，其中墨层110设置在凸起100上。因此，每个图像元素的图像区域可以通过在设置在透明基板诸如图4中所示的项目21或22上的树脂层中形成适当的凸出部位或凸起而创建。这可以通过例如铸造固化或压花来实现。然后通常使用平版印刷、柔性版印刷或凹版印刷工艺将有色墨转移到凸出部位上。在一些示例中，一些图像元素可以印刷有一种颜色，并且其他图像元素可以印刷有第二颜色。以这种方式，结合在装置中的放大的图像可以彼此具有不同的颜色，和/或当装置倾斜以创建上述运动效果时，也可以看到放大的图像改变颜色由于部位沿着装置移动。如果控制参数以便最小化如上所述的移动效果的可见性，则这可以使整个三维图像的外观看起来改变颜色。在另一示例中，装置的一个部位中的所有图像元素可以设置为一种颜色，并且然后装置的另一部分中的所有图像元素设置为不同颜色。此外，可以利用磁性和/或导电墨(一种或多种)。
最后，图8i示出了阿兹特克结构的使用。
另外，图像和非图像区域可以通过不同元素类型的组合来限定，例如，图像区域可以由蛾眼结构形成，而非图像区域可以由光栅形成。或者，图像和非图像区域甚至可以由不同间距或取向的光栅形成。
在图像元素仅由光栅或蛾眼类型结构形成的情况下，浮雕深度通常在0.05微米至0.5微米的范围内。对于诸如图8a、图8b、图8e、图8f、图8h和图8i中所示的那些结构，凸起/凹进部的高度或深度优选地在0.5至10μ0的范围内，并且更优选地在1至2μ范的范围内。凸起或凹进部的典型宽度将由工艺品的性质限定，但通常小于100μm，更优选小于50μm，以及甚至更优选小于25μm。图像元素的大小并且因此凸起或凹进部的大小将取决于包括所需光学效应的类型、聚焦元件的大小和所需装置厚度的因素。例如，如果聚焦元件的宽度是30μm，那么每个图像元素可以是大约15μm宽或更小。
在又一实施方式中，图像元素可以通过金属的后者的脱金属化来形成，例如使用我们的英国专利申请no.1510073.8中描述的方法中的任一种。
在装置具有以聚焦元件形式的采样元件阵列的情况下，聚焦元件阵列25的间距也由安全装置的厚度间接地确定。这是因为平凸透镜阵列的焦距(假设透镜的凸部分由空气而不是清漆界定)接近于表达式r/(n-1)，其中r是曲率半径和n是透镜树脂的折射率。由于后者具有的值通常在1.45和1.5之间，因此我们可以说透镜焦距接近2r(＝w)。现在对于邻近的柱面透镜的阵列，透镜的基部宽度仅略微小于透镜间距，并且由于基部直径可以具有的最大值是2r，因此透镜间距的最大值接近该值2r，该值紧密地接近透镜焦距以及因此接近装置厚度。
举示例来说，对于可以结合到钞票中的安全线部件，透镜状结构的厚度并且因此透镜焦距期望地小于35μm。让我们假设我们把厚度以及因此焦距以30μm为目标。我们可以具有的最大基部宽度w来自先前的讨论等于2r，其紧密地接近30μm的透镜焦距。在这种情景下，等于(焦距/透镜基部直径)的f数字非常接近于1。可以选择透镜间距以具有仅比透镜宽度的值大几μm的值——让我们为透镜间距选择32μm的值。因此，遵循微图像元素需要具有小于该尺寸的尺寸，优选地约为一半。这样的条或线宽度已经远低于常规的基于网络的印刷技术的分辨率，诸如柔性版印刷、平版印刷(湿法、无水和uv)或凹版印刷，即使在安全印刷工业中也已证明印刷分辨率最多低至50至35μm级别。
结果，对于图像元素的基于墨的印刷，应优选地使透镜的f数字最小化，以便对于给定的结构厚度最大化透镜基部直径。例如，假设我们选择更高的f数字为3，因此透镜基部宽度将为30/3或10μm。这样的透镜将处于衍射和折射物理学的边界——然而，即使我们仍然认为它主要是衍射装置，那么我们可以假设透镜间距为假定12μm。再次考虑双通道装置的情况，现在我们将需要印刷仅大约6μm的图像条，以及对于四通道装置，仅大约3μm的条宽度。常规的印刷技术通常不足以实现这种高分辨率。然而，用于形成图像元素的合适方法包括wo-a-2008/000350、wo-a-2011/102800和ep-a-2460667中描述的那些。
这也是使用衍射结构来提供图像条提供主要分辨率优势的地方：尽管基于墨的印刷通常优选用于反射对比度和光源不变性，但是可以使用诸如现代电子束平版印刷的技术来产生发起衍射图像条，其宽度低至1μm或更小，并且使用uv铸造固化技术可以有效地复制这种超高分辨率结构。
如上所述，装置的厚度与采样元件的大小直接相关，并且因此在选择透明层21的厚度时必须考虑光学几何结构。在优选的示例中，装置厚度在5至200微米的范围内。该范围的上端的“厚”装置适合于结合到文件中，诸如身份证和驾驶执照，以及结合到标签和类似物中。对于文件，诸如钞票，如上所述需要更薄的装置。在该范围的下端，极限由当聚焦元件直径减小时出现的衍射效应设定：例如，基部宽度小于10微米(因此焦距大约为10微米)，和更特别地小于5微米(焦距大约为5微米)的透镜将倾向于受到这种影响。因此，据信这种结构的极限厚度介于约5和10微米之间。
在形成图像元素的浮雕结构的情况下，这些将优选地在基板21对于采样元件阵列25的相对的侧上压花或铸造固化成合适的树脂层。在其包括聚焦元件，诸如透镜阵列25的情况下，其本身也可以使用铸造固化或压花工艺制造，或者可以使用如us-b-6856462中所述的合适的透明物质印刷。聚焦元件的周期性以及因此最大基部宽度优选地在5至200μm的范围内，更优选地在10至60μm的范围内，以及甚至更优选地在20至40μm的范围内。聚焦元件的f数字优选地在0.25至16的范围内，以及更优选地在0.5至24的范围内。
虽然在大多数上述实施方式中，聚焦元件已经采用透镜的形式，但在所有情况下，这些聚焦元件可以由聚焦反射镜元件的阵列代替。合适的反射镜可以例如通过将诸如合适金属的反射层施加到铸造固化或压花透镜浮雕结构上来形成。在利用反射镜的实施方式中，图像元素阵列应该是半透明的，例如具有足够低的填充因子以允许光到达反射镜并且然后通过图像元素之间的间隙反射回来。例如，填充因子需要小于1/√2，以使至少50％的入射光在两次穿过图像元素阵列后被反射回观察者。
在所有的上述实施方式中，通过将磁性材料结合到装置中，可以进一步提高安全级别。这可以通过各种方式实现。例如，可以提供附加层(例如，在图像元素阵列的下面)，其可以由磁性材料形成或包括磁性材料。整个层可以是磁性的，或者磁性材料可以限制在某些区域，例如，以图案或代码诸如条形码的形式布置。磁性层的存在可以从一侧或两侧隐藏，例如，通过提供一个或多个掩模层，其可以是金属。如果聚焦元件由反射镜提供，则磁性层可以位于反射镜下面而不是图像阵列下面。如果采样元件阵列包括掩模阵列，则不透明区(或它们中的一些)可以由磁性材料形成。
在更优选的情况下，通过在图像阵列的形成中使用磁性材料，可以将磁性材料进一步结合到装置中。例如，在实施方式中的任一种中，微图像元素可以使用磁性墨形成。或者，如果在两种材料之间存在视觉对比，则可以通过在由磁性材料层形成的背景上施加限定每个图像切片的所需部分的材料来形成图像切片。
上述种类的安全装置可以结合到或施加到需要进行真实性检查的任何物品。特别是，这些装置可以施加到或结合到有值的文件中，诸如钞票、护照、驾驶执照、支票、身份证等。
安全装置或物品可以整个地布置在安全文件的基部基板的表面上，如条或贴片的情况，或者可以仅部分地在文件基板的表面上可见，例如以窗口化安全线的形式。现在，安全线存在于世界货币，以及凭证、护照、旅行支票和其他文件中的许多中。在许多情况下，线以部分嵌入或窗口化方式设置，其中线看起来编织进出纸并且在基部基板的一个或两个表面中的窗口中可见。在ep-a-0059056中可以找到一种生产具有所谓的窗口化线的纸的方法。ep-a-0860298和wo-a-03095188描述了用于将较宽的部分暴露的线嵌入纸基板中的不同途径。通常具有2至6mm宽度的宽线特别有用，因为附加的暴露线表面区域允许更好地使用光学可变装置，诸如目前公开的装置。
随后可以将安全装置或物品结合到纸或聚合物基部基板中，使得它从完成的安全基板的两侧是可看见的。以这种方式结合安全元件的方法描述于ep-a-1141480和wo-a-03054297中。在ep-a-1141480中描述的方法中，安全元件的一侧完全暴露在基板的一个表面上，它部分地嵌入该表面中，并且部分地暴露在基板的另一表面处的窗口中。
适用于制造用于安全文件的安全基板的基部基板可以由任何常规材料包括纸和聚合物形成。本领域已知用于在这些类型的基板中的每个中形成基本透明的部位的技术。例如，wo-a-8300659描述了一种由透明基板形成的聚合物钞票，该透明基板在基板的两侧包括不透明涂层。在基板的两侧上的局部部位中省略不透明涂层以形成透明部位。在这种情况下，透明基板可以是安全装置的组成部分，或者可以将单独的安全装置施加到文件的透明基板。wo-a-0039391描述了一种在纸基板中制造透明部位的方法。在ep-a-723501、ep-a-724519、wo-a-03054297和ep-a-1398174中描述了在纸基板中形成透明部位的其他方法。
安全装置也可以施加到纸基板的一侧，使得一些部分位于纸基板中形成的孔中。在wo-a-03054297中可以找到生产这种孔的方法的示例。在wo-a-2000/39391中可以找到一种结合安全元件的替代方法，该安全元件在纸基板的一侧中的孔中可见并且完全暴露在纸基板的另一侧上。
现在将参考图9至图12描述这种有值的文件和用于结合安全装置的技术的示例。在所有这些示例中，采样元件阵列25被描绘为透镜阵列，但是这可以由另一种类型的采样元件阵列，诸如如上所述的掩模元件阵列代替。
图9描绘了有值的示例性文件50，这里是以钞票的形式。图9a以平面图示出了钞票，而图9b示出了沿着线q-q'的截面中的相同钞票。在这种情况下，钞票是具有透明基板51的聚合物(或混合聚合物/纸)钞票。两个不透明层52a和52b被施加到透明基板51的任一侧，其可以采用不透明涂层的形式，诸如白色墨，或者可以是层压到基板51的纸层。
在形成窗口的区域55上省略了不透明层52a和52b，安全装置位于该窗口中。如图9b的截面中最佳所示，聚焦元件阵列25设置在透明基板51的一侧上，并且对应的第一图像层7设置在基板的相对表面上。聚焦元件阵列25和第一图像层7各自如上面关于公开的实施方式中的任一个所述的，使得显示宏观图像的三维表示m。应当注意，在该实施方式的修改中，窗口55可以是半窗口，其中不透明层52b在图像元素阵列57之上继续在窗口的全部或部分上。在这种情况下，窗口将不是透明的，但与其周围环境相比可以(或可以不)仍然显得相对半透明。该示例性钞票还携带第二安全装置59，该第二安全装置再次如前述实施方式中的任一个所述形成，其在此处施加到钞票的非窗口化部分的外表面，例如，作为贴片。钞票还可包括一系列窗口或半窗口。在这种情况下，由安全装置显示的不同部位可以出现在窗口中的不同个体中，至少在某些视角处，并且可以在倾斜时从一个窗口移动到另一个窗口。
图10示出了这样的示例，尽管这里钞票50是常规的纸质钞票，其设置有安全线形式的安全物品60，其在造纸期间插入，使得其部分地嵌入纸中，从而纸53和54的一些部分位于线的任一侧。这可以使用ep0059056中描述的技术来完成，其中在造纸过程中纸没有形成在窗口部位中，因此暴露安全线被结合在纸的层53和54之间。安全线60暴露在钞票的窗口部位65中。或者，窗口部位65可以例如在插入线之后通过研磨在这些部位中的纸的表面而形成。安全装置形成在线60上，该线包括透明基板63，其中透镜阵列25设置在一侧上以及第一图像层7设置在另一侧上。在图示中，透镜阵列25被描绘为在线的每个暴露部位之间是不连续的，但实际上通常情况并非如此，并且安全装置将沿着线连续形成。在该示例中，在每个窗口65中显示不同的三维图像m1、m2和m3。例如，在顶部窗口中，图像m1具有几何实体，这里是金字塔，在中间窗口中，图像m2是人，这里是女王的肖像，以及在底部窗口中，图像m3是建筑物。用于形成第一图像层7的微图像对于每个图像可以是不同的，并且优选地在概念上相关，例如，用于金字塔m1的埃及象形文字，用于肖像m2的字母“qeii”等等。
在图11中，钞票50也是常规的纸质钞票，设置有条元件或插入件60。条60基于透明基板63并插入两层纸53和54之间。安全装置由条基板63的一侧上的透镜阵列25和另一侧上的第一图像层7形成。纸层53和54在跨越部位65开孔以展现安全装置，在这种情况下，安全装置可以在条60的整体上存在或者可以位于孔部位65内。
图12中示出了另一实施方式，其中图12(a)和图12(b)分别示出了文件的前侧和后侧，以及图12(c)是沿线z-z’的截面。安全物品60是包括根据上述实施方式中的任何的安全装置的条或带。使用ep-a-1141480中描述的方法将安全物品60形成到包括纤维基板53的安全文件50中。条被结合到安全文件中，使得它完全暴露在文件的一侧(图12(a))并暴露在文件的相对侧上的一个或多个窗口65中(图12(b))。此外，安全装置形成在条60上，其包括透明基板63，其中透镜阵列25形成在一个表面上以及第一图像层7形成在另一个表面上。
在图12中，有值的文件50也是常规的纸质钞票，并且还包括条元件60。在这种情况下，存在单层纸。或者，可以通过为纸53提供孔65和将条元件60跨越孔65粘附到纸53的一侧上来实现类似的构造。孔可以在造纸期间或造纸后形成，例如通过模具切割或激光切割。此外，安全装置形成在条60上，其包括透明基板63，其中透镜阵列25形成在一个表面上以及第一图像层7形成在另一个表面上。
通常，当将安全物品，诸如携带安全装置的条或贴片施加至文件时，优选的是使携带图像元素阵列的装置的侧粘合到文件基板而不是透镜侧，因为透镜和粘合剂之间的接触会致使透镜不起作用。然而，粘合剂可以施加到透镜阵列上作为图案，留下未涂覆的透镜阵列的预期窗口化区，然后条或贴片配准地施加(在基板的机器方向上)，因此未涂覆的透镜部位与基板孔洞或窗口配准。还值得注意的是，由于该装置仅在从一侧观看时呈现出光学效应，因此施加在窗口部位上不是特别有利，并且实际上它可以施加在非窗口化基板上。类似地，在聚合物基板的背景下，该装置非常适合于布置在半窗口方位。
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