CN102933400A - 安全装置 - Google Patents

Abstract

一种安全装置，包括基底，所述基底载有表面浮雕光学可变效果生成结构，所述结构由分别响应于白光的不同颜色分量或波长范围的三个衍射图像生成结构（后平面、表面平面和前平面）的叠加而形成，从而生成位于与所述基底的表面间隔开的平面内的第一基本消色差的图像或背景图案。

Description

安全装置

本发明涉及一种用在有价物品诸如钞票及类似物上的安全装置。

一组众所周知的安全装置包括表面浮雕微结构（surface reliefmicros tructure），所述表面浮雕结构响应于入射辐射来重放（replay）全息图（hologram）、动态全息图（Kinegram）、像素全息图（Pixelgram）及其他衍射效果。

近来，所谓的消色差全息图（achromatic hologram）已被开发作为安全装置。用这样的装置，当存在三原色红色、绿色和蓝色的基本平衡的衍射或全息重放且没有朝向红色、绿色或蓝色的视觉偏向时，在优选的倾斜角或倾斜角范围内观察时会观察到全息图消色差重放。想要的效果是相当明亮的灰白色。在实践中，不会完全获得真正的白色，而是会获得近似的颜色。普通人观察到的将是，该装置看似为相当无色的（实质上是自然色调）单调白色。本领域中使用的一种替代方法是，用具有足够大的节距（pitch）或周期（periodicity）的衍射结构来记录消色差全息图或DOVID，从而使得它仅略微将光扩散到它的组成颜色中，合适的周期可以是10微米或更大。这样的方法的缺点是，一阶衍射图像在其重构或观察角度方面非常接近于该装置的镜面反射（或零阶衍射重放），这限制了它的视觉有效性和可呈现的视觉效果的范围。

这些装置已被开发出来，因为它们更难于使用常规的装饰性箔和市售的点阵系统来仿造。对于装饰性箔，有此困难是因为这样的箔旨在提供多色彩虹或虹彩效果，从而不太可能得到提供了消色差效果的市售的装饰性箔。

对于点阵发源系统（dot-matrix origination system），市售的系统并非被设计或策划为用于生成消色差全息图，部分是因为在商业和装饰市场上对非虹彩消色差全息图效果没有什么需求。此外，在二维光栅结构内生成消色差效果要求该结构被配置成红色、绿色和蓝色光栅像素或结构元件互相交织的系统，近似于在彩色LCD和CRT显示器系统上看到的，这在图1中示意性示出，图1示出了符号或主题图（motif）“50”的2D衍射图像。更具体地，为了真正的消色差效果，要求各个RGB像素中的光栅像素和取向在观察者的典型视野内在视觉上交叠。现在，由于点阵系统通常以独有的光栅节距和取向来记录它们的光栅像素，所以它们的像素以高定向非漫射方式重新引导光。结果，确保它们各自的光线（即，远场衍射图案）在观察者的视野内交叠的技术挑战是困难且成问题的。

尽管这些已知的消色差全息图获得了成功，但市售的点阵系统的开发速度使得不可避免地很快将有可能使用点阵系统来将消色差全息图仿造到使得普通用户难以辨伪的程度。

根据本发明，一种安全装置包括基底，所述基底载有表面浮雕光学可变效果生成结构，所述结构由分别响应于白光的不同颜色分量或波长范围的三个衍射图像生成结构的叠加而形成，从而生成位于与基底表面间隔开的平面内的第一基本消色差的图像或背景图案。

我们已认识到，通过向该装置引入“深度”方面，可以在消色差全息图的形式上实现显著的进步。所有当前的消色差全息图都基于基础衍射光栅（elementary diffraction grating）的复合布置来生成2D图像。正是出于此原因，由于这样的消色差全息图的2D性质，点阵系统将很快就能够仿造它们。本发明将消色差图像与明显的全息深度相结合，以使得当该装置倾斜时，消色差图像或背景相对于该装置的边缘移动。

在一些实施例中，该装置可以仅包括第一消色差图像或背景图案，但这会使得难于注意到当安全装置倾斜时该图像的运动。因此，优选的是，所述光学可变效果生成结构在所述基底的平面内形成第二图像。

所述第二图像可以也是消色差的，或者可以是非衍射性的或非全息的图像。

所述第一消色差图像所位于的平面可以在所述基底的表面的前方或后方。

为了优化移动效果，所述第一消色差图像或背景图案的平面与所述基底平面之间的间隔优选地使得，当倾斜该装置时，所述第一消色差图像或背景呈现出相对于所述基底平面的表观移动，移动速率是至少6mm每倾斜弧度（per radian of tilt），且由移动速率与观察区域所包含的角的乘积限定的距离是所述装置在所述第一消色差图像或图案的移动方向上的尺寸的至少18%。

在另外的实施例中，所述装置还可以包括第二消色差图像，所述第一消色差图像和所述第二消色差图像分别呈现在所述基底表面前方的第一平面内和所述基底表面后方的第二平面内。

这提供了一种更易于验证但特别难于伪造的装置。在此例中，优选地，所述第一消色差图像或背景图案的平面与所述第二消色差图像的平面之间的间隔使得，当倾斜该装置时，所述第一消色差图像或背景呈现出相对于所述第二消色差图像的表观移动，移动速率是至少6mm每倾斜弧度，且由移动速率和观察区域所包含的角的乘积限定的距离是所述装置在所述第一消色差图像或图案的移动方向上的尺度的至少18%。

所述消色差图像可以限定多种形状，包括字母数字标记、图形设计、符号及类似物。一个形状可以通过性质或形态（对于观察者具有视觉意义、联系或共鸣）来限定一个符号。优选地，该符号形态应易于辨识且可以直接（即，与票证上的原图相同）或间接（即，与票证的主题、区域、面值有关）与设置有该装置的票证（或物品）联系或关联。符号通常具有至少2mm的最小尺寸或尺度。符号宽度和高度应优选地是至少3mm但小于5mm，即，该符号应落在3×3mm方框的边界之外但被5×5方框围住。该符号可以优选地超过3mm的程度由它的具体形态确定。

这一尺寸标准首先将确保该符号大到足以被无辅助的眼睛辨识，其次因为该符号的宽度超过了预期的典型污斑，于是它的左边缘和右边缘轮廓将保持稳健（robust）。

符号的实例是：几何形状、商标、国徽。符号应与衍射性结构（诸如动态全息图）的像素（其具有完全不同的尺寸量级）形成对比。这样的像素自身不能构成符号，因为它们不易于辨识。

通常，所述符号应具有简单的、边界离散的形状，落入下列实施方案或类别之一：

·在一个实施方案中，该深度符号应优选地由单个竖直结构元件或片段与一个或多个（最多三个）水平区段结合构成：

·例如，单个水平元件可以给出T型结构

·而具有三个水平片段的符号的实例会是字母E

·在另一个实施方案中，该符号可以包括与水平片段相结合的对角线型（diagonal）结构元件（处于水平线以上45度或更大的角）。

·在另一个实施方案中，该符号可以是两个对角线型片段，其中一个片段处于水平线以上45度或更大的角，另一个片段处于水平线以下45度角。

根据本发明的装置可以被设置在物品上或物品内，所述物品是诸如有价物品包括票证，所述票证是诸如钞票及类似物。所述物品可以提供纸的或塑料的基底，或作为安全线。此外，这样的装置可以以可转移的标签的形式用常规方式提供在载体上。

该装置可以被定位在该票证内，以使得该装置在该票证的第一侧具有第一面且在该票证的对立一侧具有第二面。因此，该安全装置可以采用贯穿厚度的布置（through-thickness arrangement）。该装置可以被安装到该票证内的窗口，或实际上用作窗口。如果第二面上呈现的图像是由与在第一面上呈现图像的全息图结构相同的全息图结构生成的，则第二面上的图像将是伪立体的（pseudo-scopic），即，层顺序将呈现为反转，但隐藏的细节将不被保持（即，杂乱无序），且原图镜像的旋向性（handedness）也反转。钞票中的窗口在本领域中是已知的，且作为安全特征通常允许观察者透过该钞票观看。例如，WO83/00659描述了一种由透明基底形成的聚合物钞票，在该基底的两侧都包括遮光涂层。该遮光涂层在该基底的两侧的局部区域内被省略，以形成透明区域。EP1141480描述了一种在纸基底内制造透明区域的方法。在EP0723501、EP0724519、EP1398174和WO 03/054297中描述了在纸质基底内形成透明区域的其他方法。

所述图像在白光照明下是可见的。

所述表面浮雕微结构通常设置有反射性背衬，诸如金属（连续的或油墨脱金属（demet）图案）之类的，或高折射率层（诸如ZnS）。

所述微结构可以通过任何常规处理（诸如热凸印和铸造）来形成。热凸印利用金属垫片（shim），该金属垫片在热和压力下被压印到聚合物载体内，该载体可以可选地涂有凸印的清漆。铸造利用了辐射固化树脂。该树脂被铸造到表面上，然后在凸印处理中被凸印有全息浮雕，或随后立即将该辐射可固化树脂固化。这提供了更耐久的全息图。

现在将结合附图来描述根据本发明的安全装置的一些实施例以及用于制造这些装置的方法，在附图中：

图1示出了常规的2D消色差全息图；

图2和图3分别示出了WO2005/069085中描述的类型的全息图当在单色光和白光下观察时的外观；

图4示出了根据本发明的装置的第一实施例；

图5更详细地示出了根据本发明的装置的第一实施例，它由消色差背景上的与该装置的边缘对齐的非衍射性符号形成；

图6示出了根据本发明的装置的第二实施例，它具有消色差背景上的非衍射性符号，所述符号不与该装置对齐；

图7和图7a分别与图5和图6相似，但具有非衍射性背景上的消色差符号；

图8示出了用于图5中所示类型的装置的用于记录H1的基础几何形状（geometry）；

图9示出了当沿着横向于视差轴线的轴线观察时的H1构造几何形状；

图10a-10c是与图9相似的视图，但分别示出了用于记录红色、绿色和蓝色光栅的几何形状；

图11示出了当沿着横向于视差轴线的轴线观察时的H2记录几何形状；

图12a-12c是与图11相似的视图，但分别示出了绿色、红色和蓝色记录几何形状；

图13和图14a-14c是与图9和图10a-10c相似的视图，但示出了用于图7中所示的实施例的H1记录几何形状；

图15示出了另一个实施例，其中符号出现在三个平面内；

图16更详细地示出了图15中的装置的结构；

图17至图20示出了用于图15中的实施例的H1和H2记录几何形状；且

图21示出了使用单个H1缝来制造该安全装置的一种替代方法。

图2示出了在WO2005/069085中描述的类型的凸印表面浮雕全息图1，其形成了分别位于相隔距离LD的表面平面（SP）和后平面（RP）上的图像元件“5”和“0”。为了例示简化，我们进一步假设所述“5”和所述“0”具有基本相同的光栅周期。给定这些装置约束，我们接下来考虑所述全息图被基本单色的光照明的情形，出于例示目的，我们假设该基本单色的光的颜色在频谱的绿色部分中的某处。如在图中可见，当该全息图与入射光成适当角度倾斜（有效地关于水平轴线倾斜）时，这两个全息图元件都重放到观察者的眼中。在其他倾斜角，以全息方式重放的光不会被重新引导到观察者的眼中，从而这两个图像都不可见。如果我们返回到如下情形：该全息图装置绕着该水平轴线倾斜，以使得它与照明光形成正确的入射角，从而将绿色图像重放到观察者的眼中，然后进而绕着位于该装置的平面内的一个竖直轴线倾斜该全息图装置，这导致后平面“0”相对于表面平面“5”从左到右（或东-西）移位，如WO2005/069085中所述。此相对位移被已知为视差位移PD，且如WO2005/069085中解释的，PD的速率是至少6mm/弧度（radian），这相应地要求平面间的距离LD是至少6mm。

假设接下来同一装置被多色光或白光照明，如图3中所示。情形现在的不同之处在于，除了绿色的全息图像重放之外，在红色波长和蓝色波长（以及在所有中间波长，但为简便起见我们忽略它们）也有全息图像重放。对于这三个波长中的每一个，都将有一个优选的倾斜角，该全息图像在这些倾斜角分别以红色、绿色和蓝色被见到。在每个这样的优选的角，那些未见到的图像颜色是因为它们在未能进入观察者眼睛的方向上重放。

在这一点，将该表面浮雕全息图的此行为与李普曼（Lippmann）体积全息图进行对比是有用的，其中将该全息图绕着其水平轴线倾斜导致了后平面“0”展现出相对于表面平面“5”的北-南视差位移，但该图像仅以一个颜色重放（如布拉格条件确定的），即，李普曼全息图既展现出竖直视差又展现出水平视差，但以白光照明下的多色重放（polychromatic replay）为代价。然而，凸印表面浮雕全息图要确保白光观察能力。

考虑到在WO2005/069085中描述的类型的有色（chromatic）全息图由白色照明的情形，我们现在考虑如下情形：要求多平面图像50以我们认为的消色差方式重放。对于图1中描绘的常规的2D消色差图像，这两个图像元件都要包括红色、绿色和蓝色光栅。然而，与常规的情形（其中这三个光栅颜色位于三个各不交叠的像素或结构元件中）相比，我们现在将红色、绿色和蓝色光栅布置为在该图像元件的每一点上要被叠加（即，完全交叠）且在发源期间不被空间地解析到离散的区域中。显然，这对于表面平面的“5”不是严格的要求，但对于“0”符号（它在该表面平面后方至少几毫米处形成虚的深度图像）却是重要的。

原因在于，真实全息装置展现出的连续和中断的全息运动要求光栅部件的复合的（且在数学级数术语中是连续的）叠加，连同渐进变化的光栅取向。为了实现红色、绿色和蓝色光栅的真实叠加，要求红色、绿色和蓝色干涉图案各自的全息叠加方法。随后将描述全息方法，以向表面图像元件尤其是非表面（即，后平面和前/前向平面）图像元件提供此三色叠加。

我们以在图4和图5中示出本发明的消色差全息图装置的一个简单实施例作为开始，它包括图像“50”，其中如前所述，图像元件“5”具有一个位于该装置的表面平面上的图像平面（即，它的图像或聚焦平面与该装置的表面平面重合），而图像元件“0”具有一个位于该装置表面后方距离LD mm处的图像平面，其中LD足够大以生成相对于表面平面图像的至少6mm/倾斜弧度的视差运动速率PD。对于此具体实施方案，要求LD为至少6mm。

至于颜色，这两个符号/图像元件都是非衍射性的（即，它们呈现为黑色或镜面反射），而围绕各个图像元件的衍射性背景图像或光图案将消色差（即，基本非彩色的白色到浅灰色）地重放。所得到的视觉效果是，非衍射性的图像元件将展现出相关的视差运动（即，它们将呈现为移动的图像掩模，与消色差背景形成对比）。此实施例是典型的全息图行业内所称的“对齐设计（registered design）”，因为“50”图像具有相对于该装置的边界的预定位置。这样的设计通常出现在所称的补片（patch）型产品格式（标签或热冲印）中，而不太出现在宽（＞8mm）带或斑纹格式（仍然是标签或热冲印）中。

通过比较，图6示出了一个与所称的“非对齐设计”相应的实施例，其中图像的多次重复性质意味着与该全息图的可见边界的对齐不是特别有利的。这样的非对齐设计更通常（但不排他）与窄带或线格式关联，其中该全息图被施加到或集成到票证中，而不考虑图像元件相对于施加模具（application die）或基底窗口的位置（对于线或其他形式的带有基底孔的安全票证的情况）。在此情况下，符号仍然是非衍射性的，且背景是消色差的。

应强调，在上面这两个实施例中，可以在所述“5”和所述“0”中提供正常的颜色或色度（chroma），然而，对于深度符号“0”，一个特别的益处是由黑色符号和接近白色的背景实现的最高可能的颜色对比。这个最优的对比有助于当在漫射或扩展光源下观察时在视觉上减轻后平面符号经受的图像漫射效果。

图7和图7a示出了对齐设计和非对齐设计的相反情形，其中至少后平面图像元件（“0”）是基本消色差的，且被发源以在镜面非衍射性背景前重放。目的仍然是使图像与背景之间的对比度（在理想情形中将是白对黑）最大化，以使后平面特征在漫射光下的视觉清晰度最大化。然而，与此相符的是，以常规的衍射颜色或色度提供表面平面元件的可行性。

双平面装置的构造方法

本文描述的各种发源方法，是一种本领域中称为“本顿（Benton）白光彩虹全息术”的更一般化的方法的具体改型，且尤其纳入了如下步骤：创建第一中间传输全息图（称为H1），然后利用这个中间全息图（通过用共轭参考光束照明）来生成第二表面浮雕全息图（称为H2）（总是保持原状）。此方法的详细描述参见G.Saxby所著的“PracticalHolography”。

以图8作为开始，图8示出了H1记录过程的示意图。

该全息对象生成组件由如下组成：透射性漫射体10；第一原图传输掩模12，其对应于后平面图像（在此例中是“0”）；以及第二原图传输掩模14，其对应于表面平面图像（在此例中是“5”）。其中第二原图传输掩模14比第一掩模更靠近H1记录板16。。

在对象光传播穿过记录几何形状（recording geometry）之后，我们以允许相干激光（通常457nm）穿过漫射体10作为开始，其中该相干激光首先撞击在第一原图掩模12上，在这里由后平面符号限定的区域内的波前被局部阻挡。在传输穿过第一掩模12之后，漫射光波前接下来撞击在第二原图掩模14上，在这里该波前的另一部分被表面平面符号阻挡，然后朝着H1板16传播，在这里该波前曝露出由另一掩模限定的H1（以虚线示出）的红色、绿色或蓝色带。这些曝光带（exposurestrip）通常被称为本顿彩虹缝。沿着视差轴线的长度或尺度，我们称为缝长度SL（这确定了水平视差或观察角度）。然而，每个带沿着在该图中被标为扩散轴线（axis of dispersion）的方向的位置确定了颜色。在该图中，所述带被标为红色、绿色和蓝色。

为了生成全息干涉图案，还有必要用参考光束RB（通常是平面波）照明H1板16，以使得RB在每个带或缝的记录介质内与对象光束交叠，以生成属于这个对象视场的必要的全息干涉图案。

图9示出了当沿着一个横向于该视差轴线的轴线观察时的H1构造几何形状。这里我们清楚地看到，当我们在H1缝上从东到西移动我们的观察方向时，分别对应于表面平面原图和后平面原图的掩模原图将展现出视差位移。该缝掩模在20处示出。这两个图像元件之间的相关视差位移PD是通过如下表达式确定的：

PD=2×LD×sinθ

其中sinθ＝SL/2(SQRT[(F+LD)²+SL²/4]

对此更详细的讨论参见WO2005/069085。

接下来考虑图10a、b和c，它们示出了沿着一个横向于该扩散轴线（在较平常的语言中，常常称为彩虹或颜色轴线）的轴线的记录几何形状。

首先考虑图10a，这里我们看到与前文所述的同一全息对象生成组件。然而，沿着此轴线，通过使用缝掩模20R，该对象的波前仅被允许落在H1的左手侧的一个受限区段上，当我们继续该处理以创建H2时，缝掩模20R导致在此缝中生成了被我们称为我们的红色全息表面浮雕光栅结构。相似地，图10b和c示出了H1记录表面上的如下位置，它们属于分别使用缝掩模20G和20B的绿色和蓝色光栅。应注意，用于绿色缝的H1记录几何形状与用于红色缝和蓝色缝的不同在于，该图像原图直接面对绿色缝（即，成一直线），而红色缝和蓝色缝则不与该图像原图成一直线（即，将该图像原图和该缝二等分的线与H1的平面形成小于90度的角）。

考虑到H1记录几何形状，我们接下来在图11和图12中示出，相应的转移或重构几何形状需要生成H2。

以图11作为开始，图11示出了当沿着一个横向于视差轴线的轴线观察时的H1-H2转移布置。第一阶段是，使先前记录在H116中的红色、绿色和蓝色图像被投射到H2记录材料30的平面上，这是通过用共轭参考光束照明H1的反面来生效的。当该共轭参考与先前记录的干涉图案相互作用时，衍射过程在能量方面重新引导入射波前的一部分，以形成原始全息对象的一个图像，并将该图像投射到H2记录材料30的平面上。在这里它将与H2参考光束交叠，以在H2记录材料内形成第二干涉图案。通常，对于所示的几何形状，H2参考光束会具有位于一个横向于传播轴线的平面内（即，如画在一个横向于页面的平面内）的入射波矢量。应注意，当沿着一个横向于视差轴线的轴线观察H2记录几何形状时，在投射图像生成波前的掩模32中形成的红色缝、绿色缝和蓝色缝将基本重合，因此表面平面图像元件和后平面图像元件将呈现为精确交叠，从而生成复合的全息光栅结构，该结构是各个红色、绿色和蓝色全息光栅结构的叠加，从而具有如前所述的想要的消色差重放特性。

在其他横向于颜色轴线或扩散轴线的观察几何形状中情况更复杂，因为分别属于红色缝、绿色缝和蓝色缝的后平面图像元件，当或从H1全息重构或投射到H2的平面上时，一般不以想要的精确对齐的方式交叠。

为说明这一点，我们首先考虑图12a，它示出了属于形成在缝掩模32G中的绿色H1缝的H1-H2重构。如前文参考图10b讨论的，绿色H1缝和表面平面以及后平面原图元件都成一直线，即，正交-法向于绿色H1缝而绘制的一条线基本穿过表面平面原图和后平面原图的中心。

现在，在此记录几何形状内，H2记录板30的表面（即，光致抗蚀剂层）被定位成与我们先前标出的表面平面图像元件重合，而后平面在表面平面后方距离LD处形成焦点。接下来，如先前讨论的，通过允许由绿色缝在光致抗蚀剂上形成的图像与H2参考光束交叠，在光致抗蚀剂内生成了第二（浮雕生成）全息干涉图案。在扩散平面内、参考光束与对象光束之间形成的角度α（以及照明光的波长λ）基本确定了干涉条纹的周期性，从而确定了光栅周期性。

最后且重要的，因为绿色缝直接面对图像原图，所以表面平面原图和后平面原图被成一直线地投射到光致抗蚀剂上。因此，对于被记录到H2中的绿色全息图分量，表面平面图像元件和后平面图像元件维持着与H1记录过程中它们各自的传输掩模之间存在的相同的北-南对齐。如果我们把表面平面原图与后平面原图之间的对齐损失表示为ΔG(rp)。那么对于绿色缝H1记录几何形状的情况，ΔG(rp)=0

然而，如果我们接下来考虑用于在缝掩模32R中形成的红色缝（图12b）的H2记录几何形状，我们看到后平面图像以比它的表面平面对应物（count erpart）小ΔR(rp)的量投射到H2记录板30上。换言之，在北南方向，红色后平面分量将表现为与它的计划位置低程度对齐或不对齐，相距的量为ΔR(rp)。这是不想要的，因为我们要求红色、绿色和后平面元件处于完美的相互对齐。为了修正此误差，我们在记录红色H1缝时向后平面原图传输掩模施加一个修正+ΔR(rp)。

相似地，在图12C中，我们示出了用于在缝掩模32B中形成的蓝色缝或图像元件的H2记录几何形状。在此情况下，后平面蓝色图像元件投射得高了一个量，因此，为了与绿色后平面图像元件保持对齐，有必要在记录蓝色缝时向后平面原图传输掩模施加一个修正ΔB(rp)。

因此，总之，通过在H1记录过程中向后平面原图传输掩模施加适当的对齐修正，我们可以确保在H2记录过程中所有三个后平面颜色分量以对齐方式投射回来。

在H2记录中，我们优选的方法是，允许所有三个缝颜色同时且以精确交叠的方式投射到H2记录材料上，然后进一步允许这三个图像颜色叠加到参考光束然后与参考光束交叠，以生成这三个各自干涉图案的相干叠加。

现在我们将针对全息图装置包括非衍射性背景（或不那么优选地，常规的有色背景）中的消色差图像元件的情况描述H1记录配置。

图13示出了沿着横向于视差轴线的观察轴线的H1记录几何形状。使用的附图标记与图9中的相同，唯一的不同之处是，原图掩模12'、14'内的图像元件对应于与不透明周边形成对比的透明区域。

图14a、b和c对应于图10a-10c，但分别针对红色、绿色和蓝色记录示出了沿着一个横向于扩散轴线的观察轴线的图13的H1记录几何形状。这些图仍然仅在于传输原图掩模的性质上与10a、b和c不同，不同之处在于原图掩模12'、14'内的图像元件对应于与不透明周边形成对比的透明区域。三层/平面全息图装置，其中附加的平面比表面平面更靠近观察者

我们首先通过参考图15来描绘此装置，其示出了三层消色差全息图的侧面（side-on）示意图，包括三个数字符号“500”，其中我们看到中间的数字“0”位于装置40的表面平面上，且最右边的数字“0”形成了表面平面后方的虚图像，其如前所述被我们称为后平面。然而，与先前的实施例不同，最左边的数字“5”形成了实图像，该实图像从观察者的视点看去位于表面平面的前方或前向，因此我们称之为前平面。如我们在前文已讨论和说明的，当该装置被多色（更具体地“白”）光照明时，该全息图的那些包含复合的全息性或衍射性浮雕的部分将在特定的倾斜角将红色、绿色和蓝色光线同时重放到观察者眼中，以使得该图像的那些部分呈现为基本消色差。

图16更详细地示出了一种三层消色差全息图，包括三个数字的符号“500”。具体地，在此实施例中，面额图像元件是非衍射性的（即，镜面反射性的，有些可能干脆是黑色的）。我们还示出，表面平面与后平面之间的平面间间隔被标为LD(R)，而表面平面与前平面（或称前向平面）之间的平面间间隔被标为LD(F)。

如前所述，重要的是相对视差位移的速率是至少6mm每弧度，然而与两层的情况相比，在这里相对视差位移在前平面与后平面之间，而不是表面平面之间。因此，有效深度是总和[LD(R)+LD(F)]。共享前平面与后平面之间的视差运动的益处是：我们能够实现与两层系统相同的视差运动或感知深度，但前平面图像元件和后平面图像元件仅需要处在表面平面后方（或前方）一半的距离。因为全息图图像元件经受的图像漫射或模糊（smear）与它们距表面平面的距离成比例，所以三层系统允许能够提供与两层/平面相同的量的视差运动，但移动的图像元件仅经受在漫射光下的一半的图像漫射或模糊。

应认识到，虽然我们在图16中选择呈现的具体例子是一个三平面消色差全息图，其中图像元件对齐到该全息图的边界，但应理解，相同的益处和记录布置将适用于非对齐的图像图案，其会是图6的三平面的对应物。

也应认识到，虽然在图16示出的情形中图像元件是非衍射性的且在衍射性消色差背景下被看到，但相反的情况是消色差图像元件（尤其是前表面和后表面）在非衍射性背景下被看到（对于图7和图7a中所示的双平面装置）。

接下来考虑用于H1记录的布置，我们首先考虑图17，其示出了当沿着横向于视差轴线的轴线观察时的H1构造几何形状。此布置与它的双平面对应物（图10）的不同之处在于，全息对象光场（lightfield）是由穿过三个透射性原图掩模10、14、42（当然，在漫射元件10后方）的激光对象照明形成的。在这里我们再次清楚地看到，当我们将我们的观察方向从东到西移动越过H1缝时，与前平面原图42、表面平面原图14和后平面原图12对应的原图掩模将展现出相对于彼此的视差位移。鉴于前述讨论，可见：

——表面平面原图掩模与后平面原图掩模之间的相对视差位移PD(R)

——以及表面平面原图掩模与前平面原图掩模之间的相对视差位移PD(F)分别由下列表达式确定：

PD(R)＝2×LD(R)×sinθ^R

其中sinθ^R＝SL/2(SQRT[(F+LD(R))²+SL²/4]

以及

PD(F)＝2×LD(F)×sinθ^F

其中sinθ^F＝SL/2(SQRT[(F-LD(F))²+SL²/4]

注意，由于前平面和后平面视差位移将在相对于表面平面的反方向（例如，当后平面图像呈现为向表面平面元件的右边移动时，前向平面元件呈现为向左边移动），由此前向平面与后平面之间的总净视差位移由总和[PD(R)+PD(L)]给出。

接下来，图18a、b和c分别示出了沿着横向于用于红色、绿色和蓝色曝光的失真平面的轴线观察的三平面H1记录几何形状或布置。如前所述，在掩模20G（图18b）中发现的绿色缝将被定位为使得它直接面向原图元件（即，穿过原图元件和绿色缝的中心的一条线将基本垂直于原图掩模和H1的平面），而在掩模20R、20B中形成的红色和蓝色缝（图18a和18c）将以一个角度观察原图掩模。这样的一个结果是，对于红色和蓝色H1缝记录，有必要给前向平面原图掩模和后平面原图掩模施加分立的位置偏移或对齐偏移，以使得当（沿着绿色缝）重构蓝色和红色缝以生成H2图像时，前向平面图像元件、表面平面图像元件和后平面图像元件具有与绿色图像分量中存在的相同的空间或位置关系。由于必须向红色和蓝色原图施加对齐偏移，所以这三个色缝必须依序曝光。

为了更完整地理解必须向红色和蓝色缝原图施加的对齐偏移的需要，我们接下来考虑用于红色、绿色和蓝色缝的H2构造几何形状。

考虑图19，它示出了从横向于视差平面的观察方向看去的H1-H2记录几何形状，与图11的实施例相似。在这里，如前所述，H116的反面是用其共轭参考光束照明的，从而导致红色、绿色和蓝色H1图像投射到H2记录材料30的平面上。具体地，H2的前表面被定位成与表面平面图像重合/共面（因此用语相同）。然后第二参考，H2参考，被布置为与从H1投射的红色、绿色和蓝色图像交叠，以形成一个浮雕生成（relief generating）全息干涉图案。如前所述（见图11的双平面情形），应注意，对于H2记录布置的这一视图，红色、绿色和蓝色图像将呈现为精确交叠，从而生成复合的全息光栅结构，该结构是生成想要的消色差表面浮雕结构所需要的各个红色、绿色和蓝色全息光栅结构的叠加。

然而，当我们沿着横向于扩散平面的轴线观察H2记录布置时，我们发现情况略加复杂，因为红色和蓝色图像元件不会自然地与从绿色缝投射的那些图像元件交叠或对齐，除非如前所述，向属于红色和绿色缝的那些“非表面”图像元件施加适当的对齐偏移。

为了简便，我们首先考虑如图20a所示的用于在掩模32G中形成的绿色缝的H1-H2转移几何形状。在这里我们看到，由于绿色缝和所投射的成一直线（即，将所投射的图像元件和绿色缝二等分的线正交-法向/垂直于H1的平面），所以在H1记录中，后平面图像元件和前平面图像元件在被布置在原图掩模组件中时维持它们与表面平面元件的相互对齐。

然而，接下来考虑图20b，用于在掩模32R中形成的红色缝的对应的H1-H2转移几何形状：我们看到，所投射的后平面图像元件“0”将记录一个红色的H2图像分量，它呈现为相对于它的表面平面对应物“0”低了（且偏离对齐）一个量ΔR(rp)，而所投射的前平面元件“5”将形成一个红色的H2图像元件，它呈现为相对于它的表面平面对应物“0”高了（且偏离对齐）一个量ΔR(fp)。因此，如前所述，为了记录一个其中三平面图像元件呈现正确的相互对齐的红色H2图像，当制备用于记录到先前生成的红色H1缝中的三平面原图组件时，有必要向后平面原图传输掩模施加一个修正+ΔR(rp)，且向前平面原图掩模施加一个修正-ΔR(fp)。

相反，图20c示出了用于在掩模32B中形成的蓝色缝的转移几何形状：为了记录一个其中三平面图像元件呈现正确的相互对齐的蓝色H2图像，当制备用于记录到先前生成的蓝色H1缝中的三平面原图组件时，有必要向后平面原图传输掩模施加一个修正-ΔR(rp)，且向前平面原图掩模施加一个修正+ΔR(fp)。

一个替代的创建消色差H1的方法（在图21中示出）会按照用于记录H1缝的几何形状来记录仅单个H1缝（图8），但让该H1记录缝直接面对原图掩模组件。然后重构此H1缝，以如前所述在H2记录材料上形成一个图像。然而，在此情况下，从该缝投射的图像被允许首先与第一H2参考光束交叠（曝光1），该第一H2参考光束与该图像或对象光束形成适当的角（θ_R），以使得它记录一个适于生成“红色重放”表面浮雕结构的全息干涉图案。然后该对象图像被允许与第二H2参考光束交叠（曝光2），该第二H2参考光束与该对象光束形成一个适于生成“绿色重放”表面浮雕结构的干涉角（θ_G）。最后该对象图像被允许与第三H2参考光束交叠（曝光3），这次该第三H2参考光束与该对象光束形成一个生成“蓝色重放表面浮雕”所需要的角（θ_B）。

本发明的安全装置适于作为标签被施加到安全票证，该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，可以向该装置的暴露的外表面施加可选的保护性涂层/清漆。该保护性涂层/清漆的作用是增加该装置在转移到安全基底上时和在流通中的耐久性。

在转移元件（补片或带形式，而不是标签）的情况下，该安全装置优选地被预制在载体基底上，且在后续作业步骤中转移到基底。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待被施加该装置的表面。在转移之后，载体带可以被移除，留下该安全装置作为暴露的层，或者载体层可以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包括微光学结构的铸造固化装置来转移安全装置的合适方法。

本发明的安全装置也可以作为安全带或线被纳入。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。在许多情况下，该线以局部嵌入或开窗的方式被提供，其中该线表现为编织进出纸中。在EP 0059056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WO03095188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）尤其有用，因为附加的暴露区允许更好地使用诸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（filmiclayers）或者适合通过印刷施加的有颜色的（pigmented）材料。

如果该表面浮雕微结构设置有金属化的背衬，则本发明的安全装置中可以纳入去金属化的标记。

制造局部金属化/去金属化膜（其中在受控且清楚限定的区中没有金属存在）的一种方式是，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。用于实现相似效果的其他技术是，例如，可以通过掩模真空沉积铝，或者可以使用准分子激光器从塑料载体与铝的复合带中选择性地移除铝。金属性区域替代地可以通过如下方式来提供：印刷具有金属性外观的金属效果油墨，诸如Eckart销售的

油墨。

金属性层的存在可以被用来隐藏机器可读的暗磁性层的存在。当磁性材料被纳入该装置中时，该磁性材料可以按任何设计来施加，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Fe₃O₄）、钡铁氧体或锶铁氧体、铁、镍、钴，及其合金。在本文中，术语“合金”包括诸如下列材料：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，可以在该装置结构内的任何位置纳入透明磁性层。在WO03091953和WO03091952中描述了如下合适的透明磁性层：该磁性层包含磁性材料颗粒的分布，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。

在另一个实施例中，本发明的安全装置可以被纳入安全票证中，以使得该装置被纳入该票证的透明区域内。该安全票证可以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描述了一种由透明基底形成的聚合物钞票，在该基底的两侧都包括遮光涂层。该遮光涂层在该基底的两侧的局部区域内被省略，以形成透明区域。

EP1141480描述了一种在纸基底中制造透明区域的方法。在EP 0723501、EP 0724519、EP1398174和WO 03054297中描述了在纸基底中形成透明区域的其他方法。

Claims (17)

1.一种安全装置，包括基底，所述基体载有表面浮雕光学可变效果生成结构，所述结构由分别响应于白光的不同颜色分量或波长范围的三个衍射图像生成结构的叠加而形成，从而生成位于与所述基底的表面间隔开的平面内的第一基本消色差的图像或背景图案。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学可变效果生成结构在所述基底的平面内形成了第二图像。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二图像是消色差的。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二图像是非衍射性的或非全息的。

5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述第一消色差图像限定了背景图像。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述第一消色差图像位于呈现在所述基底的表面后方的平面内。

7.根据权利要求1至5中任一所述的装置，其中所述第一消色差图像呈现在所述基底的表面前方的平面内。

8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述第一消色差图像或背景图案的平面与所述基底的平面之间的间隔使得，当倾斜所述装置时，所述第一消色差图像或背景展现出相对于所述基底平面的表观移动，移动速率是至少6mm每倾斜弧度，且由移动速率与观察区域所包含的角的乘积限定的距离是所述装置在所述第一消色差图像或图案的移动方向上的尺度的至少18%。

9.根据任一前述权利要求所述的装置，还包括第二消色差图像，所述第一消色差图像和所述第二消色差图像分别呈现在所述基底的表面前方的第一平面内和所述基底的表面后方的第二平面内。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一消色差图像或背景图案的平面与所述第二消色差图像的平面之间的间隔使得，当倾斜所述装置时，所述第一消色差图像或背景展现出相对于所述第二消色差图像的表观移动，移动速率是至少6mm每倾斜弧度，且由移动速率与观察区域所包含的角的乘积限定的距离是所述装置在所述第一消色差图像或图案的移动方向上的尺度的至少18%。

11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述消色差图像包括符号、图形图案、字母数字字符及类似物。

12.一种载有根据任一前述权利要求所述的安全装置的物品。

13.根据权利要求12所述的物品，其中所述物品包括纸或聚合物。

14.根据权利要求12或13所述的物品，其中所述物品包括钞票。

15.根据权利要求12或13所述的物品，其中所述物品包括下列之一：支票、代金券、真品证书、邮票、品牌保护物品或印花税票。

16.一种安全线、补片或带，纳入有根据权利要求1至11中任一所述的安全装置。

17.一种可转移的标签，设置有根据权利要求1至11中任一所述的安全装置。

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