CN102844198A - 波纹放大装置 - Google Patents

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Abstract

一种波纹放大装置包括透明基底，该透明基底：i）在第一表面上承载规则阵列的微聚焦元件，所述聚焦元件限定一个焦面；ii）承载位于与所述聚焦元件的焦面基本叠合的平面中的对应阵列的微图像元件单位单元，每个单位单元包括至少两个微图像部件。所述微聚焦元件的间距、所述阵列的微图像元件单位单元的间距以及它们的相对位置使得所述阵列的微聚焦元件与所述阵列的微图像元件单位单元协作，从而由于波纹效应而生成所述微图像部件的放大型式，其中所述单位单元的第一微图像部件的颜色密度不同于另一第二微图像部件的颜色密度，且其中另一着色层被设置在所述阵列的微图像元件单位单元上或延伸越过所述阵列的微图像元件单位单元，以使得当观察所述装置时，至少所述第二微图像部件表现出如下一种颜色，该颜色至少部分取决于所述另一着色层，且不同于所述第一微图像部件的颜色。

Description

波纹放大装置
技术领域
本发明涉及波纹放大（moirémagnification）装置，如安全装置，例如用在安全文件和其他有价物品上，诸如纸币、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件。本发明还涉及用在封装等上的光学装置。
背景技术
数年以来，波纹放大已经用作安全装置的基础。在WO-A-94/27254和EP-A-1695121中描述了若干实施例。在这样的装置中，限定一个焦面（focal plane）的规则的微聚焦元件（element）阵列设置在对应的图像元件阵列上方，所述图像元件位于与所述聚焦元件的焦面基本对准的平面中。图像元件阵列的间距（pitch）或周期（periodicity）被选择为与聚焦元件的间距或周期相差一个小因子，且该失配（mismatch）意味着会生成图像元件的放大型式。
放大因子取决于周期或间距之间的差。还可通过相对于微透镜阵列转动微图像阵列，或者通过相对于微图像阵列转动微透镜阵列，以使得微透镜阵列和微图像阵列之间具有转动错位（misalignment），从而方便地生成微透镜阵列和微图像阵列之间的间距失配。该转动错位或者小的间距失配导致眼睛在每个相邻透镜中观察到图像的一个不同部分，这形成放大的图像。如果随后眼睛相对于透镜/图像阵列移动，则观察到图像的一个不同部分，留下的印象是图像处于不同的位置。如果眼睛以平滑方式移动，则观察到一系列图像，产生的印象是图像相对于表面移动。在通过转动错位生成间距失配的情形中，放大图像的阵列相对于微图像阵列转动，因此导致放大图像的明显移动的视差影响（parallax affect）也被转动，且这被称为斜视差。间距失配和转动错位对于波纹放大器中观察到的放大图像的放大以及转动的影响在IOP Publishing Limited出版的"The MoiréMagnifier",M.Hutley,R Hunt,R F Stevens and P Savander,Pure Appl.Opt.3(1994)133-142中进行了描述。
移动的性质和取向变化可由波纹理论来解释；这在2000年由Kluiver Academic Publishers出版的I.Amidror的"The theory ofthe Moiréphenomenon"，ISBN 0-7923-5949-6中进行了详细的讨论。可通过研究两个结构的频率向量来解释/预测两个周期结构的波纹效应。频率向量的取向表示周期的方向，长度表示频率（即，1/周期）。向量由其笛卡尔坐标（u,v）表示，其中u和v是频率的水平分量和竖直分量。
所涉及的原理在WO-A-2005/106601中进行了更详细的讨论。
通常，聚焦元件包括微透镜或微镜，图像元件由简单图标等来限定。
迄今为止，在公众领域还没有展示过显示两个或更多个不同颜色的、预定相互配准的图像图标的波纹放大器装置。这是因为在印刷以预定方式交错或配准的两个分立微图像阵列方面存在巨大的技术困难。
发明内容
根据本发明，一种波纹放大装置包括透明基底，该透明基底：
i）在第一表面上承载规则阵列的微聚焦元件，所述聚焦元件限定一个焦面；
ii）承载位于与所述聚焦元件的焦面基本叠合的平面中的对应阵列的微图像元件单位单元，每个单位单元包括至少两个微图像部件；
其中所述微聚焦元件的间距、所述阵列的微图像元件单位单元的间距以及它们的相对位置使得所述阵列的微聚焦元件与所述阵列的微图像元件单位单元协作，从而由于波纹效应而生成所述微图像部件的放大型式，
其中所述单位单元的第一微图像部件的颜色密度不同于另一第二微图像部件的颜色密度，
且其中另一着色（coloured）层被设置在所述阵列的微图像元件单位单元上或延伸越过所述阵列的微图像元件单位单元，以使得当观察所述装置时，至少所述第二微图像部件出现如下一种颜色，该颜色至少部分取决于所述另一着色层，且不同于所述第一微图像部件的颜色。
通过本发明，并非试图在单次印刷操作等中以不同颜色提供单位单元的这两个微图像部件，而是以如下方式提供至少一个并可能地两个微图像部件，使得所述微图像部件具有一种颜色密度（其中“颜色”包括黑色），借助于该颜色密度可观察另一着色层，从而生成的放大微图像部件表现为结合所述另一着色层和第二微图像部件的颜色，并可能地结合第一微图像部件的颜色（根据第一微图像部件是否是不透明的）的结果。通过适当地选择第一和第二微图像部件的颜色密度差，产生的颜色是不同的。这留下的印象是两个微图像部件初始地以不同的颜色设置。
第一和第二微图像部件可限定不同的微图像，且它们可彼此间隔开，或者邻近，或者甚至邻接。两个微图像部件还可形成较大符号或其他包括字母和数字的字符、图形设计等的一部分，如下文将描述的。
实现微图像部件之间的颜色密度变化的一种方便的方式是以遮蔽（screened）样式（例如网点（halftone）遮蔽）的形式印刷一个微图像部件。然而，根据使用的印刷技术，也可使用其他实现颜色密度差的方法，例如施加不同的油墨厚度。不同的油墨厚度例如可在利用具有不同深度的雕刻单元的滚筒的凹版印刷中实现或者通过使用常规凹雕印刷来实现。
通常，第一微图像部件由不透明颜色形成，尽管这不是必须的
所述另一着色层通常呈现均匀颜色，尽管可通过提供颜色横向地在该装置上变化的另一着色层来实现更为困难的复制效果。以此方式，可获得微图像部件的非常复杂的放大型式。
目前已经描述了其中合成的放大微图像部件以相同深度出现的装置。
然而，在一些实施方案中，所述第一微图像部件限定具有第一间距的第一阵列，所述第二微图像部件限定具有第二不同间距的第二阵列，每个间距都不同于所述微聚焦元件的间距，由此所述第一和第二部件的放大型式出现在不同深度。
这为鉴定者提供了额外的安全和容易识别的特征。然而在一些情形中，这会是一个问题，因为两个阵列的间距不同，从而存在一个阵列的微图像部件会覆盖另一阵列的微图像部件的风险。为了避免该问题，优选的是，第一和第二阵列的横向维度使得第一阵列的微图像部件不会覆盖第二阵列的微图像部件。
所述微图像部件通常可包括图标，例如符号、几何图形、字母数字字符等，最优选地提供信息。
在优选实施例中，使用任何合适的印刷工艺将微图像部件印刷在基底上，所述印刷工艺例如为凹版（gravure）、湿平版印刷或干平版印刷、筛网印刷、凹雕印刷和柔版印刷。然而，所述微图像部件还可形成为基底上的格栅结构、凹陷或其他凹凸样式。还可使用如WO-A-2005/106601中描述的防反射结构。
优选地通过凸印至基底表面、铸造固化（cast-curing）等形成微聚焦元件，例如微透镜和凹面镜。
通过本发明生成的波纹放大装置可以是二维（2D）或1维（1D）结构。使用球面透镜的2D波纹放大结构在EP-A-1695121和WO-A-94/27254中进行了更加详细的描述。在2D波纹放大器中，在所有方向上放大图像。在1D波纹放大结构中，球面微透镜或微镜被重复布置的柱面微透镜或微镜所替代。这样的结果是微图像元件仅在一个轴线上经历波纹放大，所述镜沿着该轴线在曲率或凹凸上呈现周期变化。因此，微图像沿着放大轴线被有力地压缩或者缩小，而微图像元件沿与放大轴线正交的轴线的大小或维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自身形成一个安全装置，但是也可结合其他安全部件使用，例如全息图、衍射光栅以及其他光学可变效应（optically variable effect）生成结构。
所述装置可用于通过对光学装置的相应属性具有影响的基底性质（尤其是基底的厚度和柔性）来鉴定各种不同的基底。
本发明在保护柔性基底（例如纸，尤其是纸币）时具有特别的价值，其中所述装置可限定片、带或线。虽然装置的厚度可受到在纸币中如何利用该装置的影响，从而避免在纸币印刷工艺期间该令纸的形状的变形，以及还要进一步避免纸币本身的形式和柔性的变形，但是可预期所述装置的厚度不超过纸币本身厚度（通常为85-120μm）的一半，因此预期在任何实施方案中光学装置（包括紧固粘结剂（securing adhesive））会小于50μm，并优选地基本如此。
例如作为应用至纸币的片，期望厚度将从几微米（不包括紧固粘结剂）到用于标签的最大35-40微米（又一次不包括紧固粘结剂）。而对于带的情形，对于热模锻（hot-stamped）带或转移带（transferredstrip），厚度又一次会从几微米开始，对于非转移带，厚度高达35-40μm，其中支撑承载层被保留（又一次不包括紧固粘结剂），因为所述带将有必要被应用在纸币基底中的机械孔口上方。
在带窗口的线的情形中，优选的是最终厚度在20-50μm范围内。
较厚形式的安全装置（高达300μm）可在包括护照纸页、塑料护照封面、签证、身份证、品牌标识标签、防篡改标签、任何可见的可鉴定物品的应用中使用。
此外，所述装置可设置在安全文件的透明窗口中，以使得能够在透射时观察到。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的装置的一些实施例，并将这些实施例与对比实施例进行比较，在附图中：
图1是纸币的示意性平面图；
图2a-2c以平面图示出了安全装置的第一实施例的这些型式的外观；
图3示意性示出了图2中示出的放大图像的位置；
图4A和4B分别示出了作为单位单元和部分阵列的图2和3中示出的装置的背景；
图4C和4D分别示出了作为单位单元和部分阵列的图2和3中示出的图像的前景图像；
图5以横截面示出了图2实施例使用的基于透射的安全装置的示意图；
图6示出了根据本发明的单位单元的第一实施例；
图7示出了根据本发明的单位单元的第二实施例；
图8是穿过根据本发明的装置的示意性横截面；
图9示出了观察时装置的外观；
图10A和10B示出了单位单元和产生的放大图像的另一实施例；
图11示出了根据本发明的装置的另一实施例；
图11A是图9的一个改型型式；
图11B示出了图11A中不同的单位单元；
图12A-12J示出了形成微图像部件的不同方法；
图13是设有根据本发明一个实施方案的波纹放大装置和若干全息图像生成结构的安全标签的平面图；
图14是其中波纹放大装置被结合进全息图像生成结构的标签的另一实施例；
图15示出了与去金属化图像组合的根据本发明的波纹放大装置的一个实施方案；
图16A和16B分别是沿着图15中的线A-A、B-B的截面；以及
图17是类似于图8的一个横截面，但是是基于镜的实施方案。
具体实施方式
图1示意性示出了纸币1，该纸币具有暴露在窗口中的安全线2和另一透明窗口3。纸币1可由纸或聚合物（例如，双轴取向聚丙烯）制成，且安全线2和窗口3中的一个或者这二者包括根据本发明的安全装置。
在描述本发明的实施例之前，将参考图2-5来提供一些背景。
图2-5示出了安全装置的一个对比实施例。如图2a中可看到的，当正交地即垂直地观察时，安全装置的外观是放大图像元件的第一阵列10，在该情形中，数字‘5’形式的红色图标10A以由一组放大的、成对的大星和小星的蓝色星形成的背景11为衬托。在图3中可更清楚地看到图标10A和背景11的相对深度，其中‘5’图标11出现在基底7的上表面下方，背景平面11在‘5’图标10A的下方。
图4更详细地示出了安全装置的部件。该图示出背景11由单位单元11A的一个阵列组成（图4A），单位单元11A并排布置在一个阵列中，如图4B中示出的。‘5’图标10A形成单位单元的一个阵列，如图4C和图4D示出的。如图4中示出的，背景阵列11的单位单元11A在X和Y方向上的间距是A2y和A2x。‘5’图标10A的间距是A1x、A1y。通常，A2x=A2y，且A1x=A1y。然而，‘5’图标10A的间距和背景10的单位单元之间存在小的差别。
图5以横截面示出了图2-4中所示的装置的整体结构。因此，该装置包括透明的PET或其他聚合物层20（对应于基底7），在所述透明的PET或其他聚合物层20的上表面形成球面微透镜22的二维阵列。微透镜22的直径通常在1-100微米的范围内，优选地在1-50微米的范围内，甚至更优选地在10-30微米的范围内，因此在类似的范围内限定间距。
微透镜22的焦距（从它们的平坦背面所测量的）基本等于光学间隔层的厚度t，在该实施例中光学间隔层的厚度t包括基底20的厚度加上在基底20的与微透镜阵列22相对的表面上的印刷接收层（printreceptive layer）21的厚度，以限定一个与印刷接收层的表面基本叠合的焦面24。在印刷接收层21上首先用红色印刷‘5’图标10A的微图像阵列。接下来，用蓝色印刷背景阵列11。在图5中将看到，两个阵列各自印刷在与焦面24叠合的印刷接收层21上，尽管背景印刷11还覆盖‘5’图标阵列10，如在25示出的。
本发明不限于任何具体类型或几何形状的微透镜，唯一的要求是微透镜可用于形成一个图像。适合于本发明的微透镜包括那些在均质材料的合适的弯曲表面处折射光的微透镜，例如平凸小透镜、双凸小透镜和菲涅尔透镜。优选地，本发明将包括球面微透镜，但是可利用包括柱面透镜在内的任何对称的透镜。球面表面和非球面表面对于本发明都是适用的。对于微透镜来说并非必须具有弯曲表面。由于折射率的小变化，梯度折射率（GRIN）透镜在大块材料中通过逐步折射对光进行成像。还可使用基于衍射的微透镜，例如菲涅尔波带板。GRIN透镜和基于振幅或掩模（mask）的菲涅尔波带板使得包含微透镜阵列的表面能够是平坦的，并在印刷接受性和耐用性方面提供优势。
优选地使用通过复制过程生成的周期性透镜阵列。可由若干种技术制造主微透镜阵列，例如光热技术、光刻胶的熔化和回流，以及光刻胶雕刻。这些技术对于本领域技术人员是已知的，并在由Hans PeterHerzig编辑的、Taylor和Francis出版的、1998年重印的“Micro-Optics:Elements,Systems,and Applications”的第5章中进行了详细的介绍。主微透镜结构可随后通过市售的复制技术物理复制，例如热凸印（hot embossing）、模塑或铸造。微透镜结构可被复制进其中的材料包括但不限于热塑聚合物，所述热塑聚合物例如为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可被热或辐射固化的环氧丙烯酸酯材料。在优选的工艺中，微透镜阵列通过铸造而被复制到UV可固化的涂层中，所述UV可固化的涂层施加至例如PET的载体聚合物膜。
为简化，下面的实施例和实施方案将描述球面微透镜的使用。
为了形成波纹放大现象，并能够生成移动的图像，在微图像阵列和微透镜阵列之间引入间距失配。一种方法是使得微透镜阵列和微图像阵列具有基本相同的间距，其中通过在微图像和微透镜阵列之间引入小转动错位来实现间距失配。微图像阵列和微透镜阵列之间的转动错位的度数优选地在15°-0.05°的范围内，这导致对于微图像阵列的～4X-1000X之间的放大范围。更优选地，转动错位在2°-0.1°的范围内，这导致对于微图像阵列的～25X-500X之间的放大范围。
替代地，微图像阵列和微透镜阵列处于基本精确的转动对准中，但是具有小间距失配。小间距失配等同于微图像阵列相对于微透镜阵列的间距的百分比增大/减小在25%-0.1%的范围内，这导致对于微图像阵列的～4X-1000X之间的放大范围。更优选地，微图像阵列相对于微透镜阵列的间距的百分比增大/减小在4%-0.2%的范围内，这导致对于微图像阵列的～25X-500X之间的放大范围。
还可行的是结合使用小间距失配和小转动错位来产生波纹放大现象，并使得能够生成移动图像。
阵列10、11和球面透镜阵列22之间的间距失配的结果导致不同深度的微图像的波纹放大（如图3中看到的）。
所获得的放大程度由"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。
为了总结该表达式的有关部分，假设微图像间距=A，微透镜间距=B，则放大倍数M由下式给出：
M=A/SQRT[(Bcos(Theta)-A)2-(Bsin(Theta))2]
其中，Theta等于两个阵列之间的转动角度。
对于A≠B以及Theta非常小从而cos(Theta)≈1且sin(Theta)≈0的情况，
M=A/(B-A)=S/(1-S)
其中S=B/A。
然而，对于大的M，M>>10,则S必须≈1，因此M≈1/(1-S)。
合成图像的深度相对于表面平面的深度从常见的与图像的放大倍数相关的透镜等式中得出，所述图像与透镜的焦距f的平面的距离为v。这时
M=v/f-1
或者，由于通常v/f>>1，
M≈v/f
因此合成放大图像的深度v=M*f。
图2a-2c示出了第二阵列11处在相对于第一阵列10的不同配准位置中。关键点是第一和第二阵列元件或图标10A、11A的设计和选择使得当一个阵列的位置相对于另一个阵列的位置变化时，信息、内容、符号相关性或美学外观没有明显的改变，换句话说，两个阵列没有配准敏感性或具有有力的优选配准要求。应注意，由于第二阵列11被第一阵列10所遮蔽或阻挡，所以优选的是图标类型（尤其是那些承载信息的图标类型，例如名称符号或包括字母和数字的符号等）位于第一阵列10中，所述第一阵列10由于位于第二阵列11的前面所以是可见的。此外，在图2示出的实施例中，第二阵列11的每个单位单元11A由两个相同图标即大星和小星组成，因此用信息术语来说，每个单位单元中存在信息的冗余。该冗余属性意味着，如果在两个阵列之间的某些相对配准处，来自第一阵列的图标样式（图标5）基本遮蔽了较大的星的阵列，则较小的星的图标阵列很容易可见，而没有明显地被第一阵列所遮蔽或干扰。结果，观察者清楚地看到两个合成的放大图标阵列，所述图标阵列包括在装置的表面平面的后方或前方的给定深度处的第一样式的红色5，以及位于第一样式后方的不同图像深度处的第二样式的蓝色星（50%的大星和50%的小星）。从公众认可的角度来说，视觉效果或外观将不会随着第一样式相对于第二样式的位置有明显的不同。
总之，对于图2中示出的图像设计，可描述的光学变量对于在第一图标阵列10配准至第二阵列11时非可控的制造变化不敏感（即基本是不变的）。这是本发明的一个重要方面。
应认识到，针对第一和第二图像阵列10、11使用对比颜色帮助观察者尤其是在单独元件重叠的区域中辨别两个阵列，并因此帮助公众识别和验证这种装置。为了帮助理解色差的益处，在图2d中示出与之前相同的两个图像阵列，但是这次第一和第二阵列都以单种颜色设置/印刷（针对示出的阵列具有三个不同的相对位置，如图2a中示出的）。如可看出的，在第一和第二样式的图像元件重叠处，难于将上部第一阵列元件的轮廓与下方第二阵列元件的轮廓区分开，这会混淆观察者或观看者，因此降低了具有多个图像平面的效果。
实施例：
假设图2和图5的结构由焦距f为40μm或0.04mm的微透镜22组成。此外，假设微透镜和支撑基底20都由折射率n为1.5的材料组成。于是，由此得出，透镜的底部直径D由下面的表达式所限定：D≤f*2(n-1),因此D≤0.04*2(1.5-1),得出D≤0.04mm。
随后可为D选择值0.035mm，以及为透镜间距B选择值0.04mm（沿着每个轴线），从而透镜阵列具有接近于1的f/#数，具有合理的密堆积（close packing）（透镜的间隙为5μm）。
在第一实施例中，假设要求使第一图像阵列10位于基底的表面平面后方的2mm处，且使第二图像阵列11位于表面平面后方的6mm处，（注意，从定义看，表面平面后方的图像是虚拟的，更详细的分析显示它们相对于微图像目标阵列不是倒立的）。
为进一步示意性简化，假设A1y=A1x，且A2y=A2x。假定M=v/f,则由此得出，如果f=0.04mm且v=2mm，则M1=2/0.04=50。因此由于M1=A/（B-A）=50，由此得出50（B-A1）=A1,得出A1=B（50/51），将B=0.04mm代入,得到A1=0.0392mm。类似地，M2=6/0.04=150，因此150（B-A2）=A2，得出A2=B（150/151）=0.0397mm。
在第二实施例中，假设要求使第一图像阵列11位于表面平面的前方2mm处，而使第二图像阵列11保持位于表面平面后方的6mm处。
与前一实施例相反，这里第一图像阵列10会形成一个倒立的实像，因此放大倍数的符号将是负（这由在前面的放大倍数的表达式中为图像距离v分配一个负值而得出）。因此M1=-2/0.04=-50，从而-50（B-A1）=A1，得出A1=50/49B=0.0408mm。
因此看到，对于位于表面平面的前方的第一图像（即，似乎在漂浮），其微图像阵列的间距必须大于透镜间距。相反，如果图像间距小于透镜间距，则图像阵列将会出现在于表面平面的下方。
在上文的描述中，微聚焦元件包括透镜。然而，这些可被本领域公知的凹面反射器所替代。
在适用于本发明的背景下，现描述本发明的一些实施例。
图6示出了一个微图像单位单元100，在该实施例中微图像单位单元100由实心涂墨或不透明的K再加上一个遮蔽的（因此是半透明的）5所组成，该遮蔽可采取如图6中示出的线状遮蔽的形式，或者如图7中的单位单元100’中示出的点染（half tone）遮蔽或者二者之间的任何变型。该装置的横截面视图在图8中示出。示出一个透明塑料基底250，在该透明塑料基底250的一个表面上设有微透镜阵列252，在另一个表面上设有印刷接收层251，在印刷接收层251上设有微图像阵列（层1）254。印刷接收层251还可作为焦点调整层。
在施加第一印刷阵列254后，该装置的相同侧随后再被涂覆第二颜色256，具有的效果是5的放大后的合成图像的颜色是第一和第二颜色的叠置。例如假设用于印刷K5单位单元100的第一颜色是蓝色，且随后施加作为均匀涂层256的第二颜色是黄色，则由此得到，在合成的放大图像阵列中，K会表现蓝色（由于使用基本不透明的颜色印刷K），5会表现为少许绿色，绿色的色相（hue）取决于5中存在的蓝色和黄色的相对权重，如图9示出的。
为了确保可视图标和背景之间的良好对比，期望的是背景颜色256相对于单位单元254的颜色在色相和亮度方面都形成对比。设想用于印刷的微图像的油墨或着色剂的厚度在0.2-3μm的范围内，尤其在0.5-1.0μm的范围内。
用于背景颜色的油墨或着色剂的厚度根据不透明度的要求而变化，但是想到该厚度位于0.5-5μm的范围内，尤其在1-3μm的范围内。
已经提供了一个设计实施例，但是当然具有以两种不同的颜色、色相或亮度出现且仍然保持良好的相对配准的两个图像图标的一般原理可适用于各种图标类型和关联物（association），例如，用于国家货币和相关面额（例如，￡,$等和面额）的符号。
在该实施例中，第二颜色作为统一涂层256施加。然而，还可行的是使用各种其他类型的着色涂层，例如其中颜色以横向方式在该装置上变化。
在目前所描述的实施例中，单位单元100包括两个分立的微图像部件：K和5。还可能的是利用彼此相邻并形成一个更复杂图像的一部分的微图像部件。在图10中示出一个实施例，其中图10A中的单位单元由两个微图像部件构成，实心圆300具有局部切除部，在该局部切除部内印刷遮蔽的圆302的一部分。当观察该装置时（图10B），可看到“8”的阵列，其中数字8的颜色在竖直维度上变化。
在对上面的图6-10中示出的实施例的进一步改型中，K和5（成对的符号或图标）不仅可在不同的颜色中看到，而且可在不同深度的平面中看到。与后者相关联的问题是其要求K和5微图像阵列或格子具有不同的间距，这会导致两个阵列失去同步性，如图11中示意性示出的。就图11中左手边图像阵列而论，看到在由圆圈指示的阵列中心，K和5处于预期的配准中，然而，由于5阵列的间距比K阵列小，因此看到K和5逐渐移动失去配准，并最终如果阵列的维度被延伸，则微图像会重叠并干扰，这会在对可视图像上造成不好的影响。为了补救该问题，有必要形成一个图像中断（image break）260，其中两个微图像阵列的相位（phasing）被重置，以使得两个阵列不会到达微图像会重叠的点。该中断可很方便地形成，从而在形成安全线等时限定一个切割区域。
假设希望制造这样一种装置，即合成图像阵列如图9所示，而放大的K和5元件具有不同的图像平面，且其中5元件是例如在表面平面后方6mm处，K是在表面平面前方4mm处。
随之对应的微图像阵列会看上去像图11A中示出的示意图。在阵列的中心处，K和5具有预期的相互配准，然而，K阵列将会凭借其较浅的深度以及从而放大倍数而在两个轴线上具有较小的间距，导致两个阵列稍微失去配准，直到在拐角位置处（在左上示出）两个符号几乎接触，这被认为是可接受的极限。
图11A示出了中心元件和顶部拐角元件，且配准的移位由差ΔX-ΔX1以及ΔY-ΔY1表征（图11B）。可计算阵列的大小，移位达到如下极限值：
距离中心视角的最大容限移位=ΔX-ΔX1
这在若干个微图像上重复发生nx次，nx由下式给出：
nx=(ΔX-ΔX1)/(A1X-A2X)
因此阵列沿着X方向（在X方向上，第一和第二阵列的相互位置是配准的）的跨度Wx由下式给出：
Wx=2nx*(A1X+A2X)/2=(ΔX1-ΔX)*(A1X+A2X)/(A1X-A2X)
类似地，阵列沿着Y轴线（在Y轴线上，第一和第二阵列的相互位置是配准的）的跨度高度Hy由下式给出：Ny=(ΔY-ΔY1)/(A1y-A2y),因此Hy=(ΔY1-ΔX)*(A1Y+A2Y)/(A1Y-A2Y)。
作为替代，安全装置被制造为基于镜的波纹装置，如图14中示出的。在该情况中，球面微透镜阵列被形成于透明聚合物基底310的一个表面上的球面或非球面凹面镜阵列300所替代。另一面设有与参考图8所描述的微图像单元阵列相同的微图像单元阵列。在施加该印刷阵列254之后，该装置的相同侧随之被加涂以第二颜色256，具有的效果是5的放大的合成图像具有的颜色是第一和第二颜色的叠置。
该结构旨在以反射模式观察，因此对于施加在不透明基底（带&片）上或者局部嵌入不透明基底（带窗口的线）是最相关的。针对透镜系统，印刷的微图像与镜的焦面的叠合必须达到一个精度，该精度由焦点的深度或镜系统的场（field）所确定。
由于在作为准直光被镜阵列反射回之前，入射光需要穿过第二颜色的层以及第一颜色的微图像单元，或者被第二颜色的层以及第一颜色的微图像单元所透射，所以由此得出至少第二颜色层和微图像元件中的部件中的至少一个（在该情形中是5）必须是至少局部半透明的，以使得它们出现预期的颜色。如同在该实施例中，如果微图像部件中的一个是不透明的，则该部件在最终的装置中出现黑色。
镜上的金属涂层还将影响背景颜色以及半透明的微图像部件的颜色。金属涂层可以是“白色”反射器例如铝，或者其他有色金属例如铜，或者可使用其合金。还可使用其他金属，例如银、金、铂、铬、镍、镍-铬、钯、锡等。
应注意，凹面镜的焦距等于其曲率半径R的一半，因此可具有接近镜底部直径的四分之一的极限最小值。简而言之，对于给定的底部直径，镜的焦距和F数（F number）可以是等效透镜的值（假设典型的折射率为1.5）的四分之一。然而，因为减小F数等同于减小焦点深度，因此在实际中常期望具有远小于2R的镜底部直径。
例如，考虑前文引述的优选的装置厚度，可要求镜焦距为40μm，则这要求镜的半径R的值为80μm，因此最大的理论底部直径接近160μm，因此F数f/#=0.25mm。
在上文描述的实施例中，已经通过印刷在基底上来设置微图像元件。还可能的是将一些图像元件或所有图像元件设置为凹凸结构，这样的一些微图像元件的实施例在图12A-12J中示出。在这些图中，“IM”表示生成图像的凹凸部分，而“NI”表示不生成图像的部分。
图12A示出了凸印或凹陷图像元件。图12B示出了凹印图像元件。图12C示出了格栅结构形式的图像元件，而图12D示出了蛾眼（moth-eye）或其他微间距格栅结构。
这些结构可以组合。例如，图12E示出了在凹陷区域中由格栅形成的图像元件，而图12F示出了在凹印区域上的格栅。
图12G示出了粗糙的凸印的使用。
图12H示出了在凸印区域上设置印刷，而图12I示出了“阿兹特克（Aztec）”形状的结构。
图12J示出了填充油墨的凹陷。
上文描述的装置构造的不同实施方案可分裂或切割成片、箔（foil）、带（stripe）、条纹（strip）或线，用于根据已知方法结合进塑料或纸质基底中。
在一个实施方案中，本发明可作为带窗口的线结合进安全纸。
在另一些实施例中，安全装置还包括一个或多个其他光学安全部件。光学安全部件的一个实施例在图13中示出。在该实施例中，波纹放大装置400按照参考图6-10所描述的而形成。安全装置还包括若干个全息图像生成结构411-416。全息图像生成结构可以铸造或凸印至与微透镜相同的树脂中，但是同样地，两种不同的树脂——一种适于铸模微透镜，一种适于凸印全息结构——可以配准地施加。作为替代，全息结构可以凸印进位于聚合层的与微透镜相对的一侧上的聚合漆中。
全息生成结构可以是全息图像元件或DOVID图像元件的形式。在图13中示出的标签构造中，微透镜和放大的图像阵列位于标签的中央水平段或区域，而全息生成结构位于任一侧。然而，应理解，该实施例仅是示意性的，例如全息生成结构可位于中央段或中央带中，其中波纹放大器被设置在任一侧上的一个或多个区域中。作为替代，波纹放大图像和全息生成结构提供的图像可组合进单个图像中，每个提供单个图像的一些部件。
图14示出了这种组合设计的一个实施例，其中全息生成结构420形成一个卷轴（scroll），在卷轴的中间，全息结构被波纹放大器422所替代，从而形成一个波纹放大图像，在该情形中为移动的“5”和星。
在全息结构的情形中，这些可具有任何常规形式，并可完全或部分金属化。作为替代，反射增强金属化层可被基本透明的无机高折射率层例如ZnS所替代。
无论限定何种布置，如果分配有图13和14中两种不同光学效应的单独区域足够大以有助于清楚地看到效果，则是有利的。
在前面附图中示出的安全装置适合于作为标签应用至安全文件，安全文件通常要求向装置的接触安全文件的外表面施加热感粘结剂或压感粘结剂。此外，光学保护涂层/清漆可被施加至装置的暴露的外表面。保护涂层/清漆的作用是提高装置在安全基底上转移和在循环时的耐用性。
在转移元件而非标签的情形中，安全装置优选地预制造在载体基底上，并在随后的工序步骤中转移至基底。可使用粘结剂层将安全装置施加至文件。粘结剂层施加至安全装置，或者安全文件的待施加装置的表面。在转移后，载体带可被移除，留下安全装置作为暴露的层，或者替代地载体层可仍作为结构的一部分，用作外部保护层。用于基于包括微光学结构的铸造固化装置的转移安全装置的方法在EP1897700中描述。
本发明的安全装置还可结合作为安全带或安全线。安全线现存在于世界上的许多货币中，还存在于凭证、护照、旅行者支票以及其他文件中。在许多情形中，线以局部嵌入或带窗口的方式设置，其中线表现为编织进纸中以及从纸中编织出。一种用于制造带有所谓的窗口线的纸的方法可在EP0059056中找到。EP0860298和WO03095188中描述了用于将较宽的局部暴露的线嵌入纸质基底的不同方法。通常宽度为2-6mm的宽线作为附加的暴露区域尤其有用，允许更好地使用例如本发明的光学可变装置。
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。
所述安全装置中可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（filmiclayers）或者适合通过印刷应用的有色（pigmented）材料。
本发明的安全装置可包括不透明层。
图15和16示出了结合在本发明的安全装置内的去金属化（demetallised）图像500形式的另一安全部件。观察到所述装置的波纹放大图像阵列510在所述装置的中央段。如图16中看到的，图15中示出的部件沿着截面A-A的结构如同在图8在示出的。在呈现波纹放大的中央带之外的区域（沿着截面B-B），印刷接收层已经被金属化520。金属层的一部分被去金属化，以限定去金属化图像，从而能够形成去金属化标记，这可在反射中观察到，但是更优选地在透射光下观察到。
在另一实施例以及参考图17中示出的基于镜的波纹实施例，形成微镜的金属化层可延伸越过微镜，且该层的一部分可被去金属化以限定去金属化图像。
制造局部金属化/去金属化膜——其中没有金属存在于受控且清楚限定的区域中——的方法是使用阻隔和蚀刻技术（例如在US-B-4652015中描述）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是例如通过掩模真空沉积铝，或者，使用准分子激光器从塑料载体与铝的复合带中选择性移除铝。替代地，可通过印刷具有金属化外观的金属效果油墨——例如由Eckart售卖的
Figure BDA00002083614400171
油墨——来提供金属化区域。
在一个替代的机器可读的实施方案中，可在所述装置结构内的任何位置结合透明磁性层。在WO03091953和WO03091952中描述了如下合适的透明磁性层：该磁性层包含的磁性材料微粒的尺寸和分布浓度使得该磁性层保持透明。
在再一个实施例中，本发明的安全装置可被结合进安全文件，使得所述装置被结合进所述文件的透明区域。所述安全文件可具有由任何常规材料（包括纸和聚合物）形成的基底。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，WO8300659中描述了由透明基底形成的聚合物纸币，所述透明基底的两侧都包括不透明涂层。在所述基底的两侧的局部区域，所述不透明涂层被略去以形成透明区域。
EP1141480中描述了一种在纸基底中形成透明区域的方法。EP0723501、EP0724519、EP1398174和WO03054297中描述了用于在纸基底中形成透明区域的其他方法。
可用如下油墨印刷本发明的一个或多个微图像阵列，该油墨包括对不可见辐射有看得见的响应的材料。发光材料对本领域技术人员是已知的，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辐射有看得见的响应的其他材料，例如光致变色材料和热致变色材料。例如，仅一个放大阵列在正常日光条件下是可见的，第二放大图像仅在UV照射下是可见的。作为替代，两个放大阵列在正常日光条件下表现相同的颜色，且当使用过滤器观察或者当在UV照射下观察时表现不同的颜色。

Claims (24)

1.一种波纹放大装置，包括透明基底，该透明基底：
i）在第一表面上承载规则阵列的微聚焦元件，所述聚焦元件限定一个焦面；
ii）承载位于与所述聚焦元件的焦面基本叠合的平面中的对应阵列的微图像元件单位单元，每个单位单元包括至少两个微图像部件；
其中所述微聚焦元件的间距、所述阵列的微图像元件单位单元的间距以及它们的相对位置使得所述阵列的微聚焦元件与所述阵列的微图像元件单位单元协作，从而由于波纹效应而生成所述微图像部件的放大型式，
其中所述单位单元的第一微图像部件的颜色密度不同于另一第二微图像部件的颜色密度，
且其中另一着色层被设置在所述阵列的微图像元件单位单元上或延伸越过所述阵列的微图像元件单位单元，以使得当观察所述装置时，至少所述第二微图像部件表现出如下一种颜色，该颜色至少部分取决于所述另一着色层，且不同于所述第一微图像部件的颜色。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一微图像部件和所述第二微图像部件彼此邻近。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一微图像部件和所述第二微图像部件彼此邻接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第二微图像部件作为遮蔽样式形成。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述遮蔽样式是网点遮蔽。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一微图像部件由不透明颜色形成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述另一着色层呈现均匀颜色。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其中所述另一着色层的颜色在横向方向上变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一微图像部件限定具有第一间距的第一阵列，所述第二微图像部件限定具有第二不同间距的第二阵列，每个间距不同于所述微聚焦元件的间距，由此所述第一部件的放大型式和所述第二部件的放大型式出现在不同深度处。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一阵列的横向维度和所述第二阵列的横向维度使得所述第一阵列的微图像部件不覆盖所述第二阵列的微图像部件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述微聚焦元件包括微透镜，例如球面小透镜、柱面小透镜、平凸小透镜、双凸小透镜、菲涅尔透镜和菲涅尔波带板。
12.根据权利要求11所述的装置，其中每个微透镜的直径在1-100微米范围内，优选地在1-50微米范围内，更优选地在10-30微米范围内。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述微聚焦元件包括凹面镜。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述微图像部件包括图标，例如符号、几何图形、包括字母和数字的字符、商标和图画。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述微图像部件印刷在基底上。
16.根据权利要求1-14中任一项所述的装置，其中所述微图像部件作为基底上的格栅结构、凹陷或其他凹凸样式形成。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述基底包括聚合物，例如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）、酸乙二酯（PEN）以及聚丙烯中的一种。
18.根据权利要求17所述的装置，所述阵列的微聚焦元件和所述阵列的微图像元件单位单元之间的距离在1-50微米范围内，优选地在10-30微米范围内。
19.一种根据前述权利要求中任一项的安全装置。
20.根据权利要求19所述的安全装置，还包括与所述波纹放大装置相邻或与所述波纹放大装置结合的一个或多个光学可变效应生成结构。
21.根据权利要求19或20所述的装置，所述装置作为安全线、安全标签或安全片形成。
22.根据权利要求19或20所述的安全装置，所述装置设置在例如纸币、身份证等的安全文件的透明窗口中。
23.一种设置有根据权利要求1-18任一项所述的光学装置的物品。
24.根据权利要求23所述的物品，其中所述物品包括纸币、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件中的一种。
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