CN105636796A - 安全装置和制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种安全装置，包括：聚焦元件阵列，每个聚焦元件都适于在至少第一方向上聚焦光，所述聚焦元件在至少一个维度上被安排在一个规则的网格上；以及图像元素阵列，所述图像元素阵列与所述聚焦元件阵列重叠。基于限定图像元素位置的重复的单位单元安排所述图像元素，所述单位单元的周期性与其上安排有所述聚焦元件阵列的网格的周期性大体上相同。所述单位单元在其中限定了图像元素位置集合，所述单位单元内的每个图像元素位置被指定承载一个相应的对应图像的一个图像元素。根据视角，所述聚焦元件阵列将光从所选择的图像元素位置导引向查看者，使得随着使该装置倾斜，通过所选择的图像元素位置处的图像元素以组合方式顺序地显示相应的图像中的不同的图像。每个单位单元的一个中心区域被指定承载一个对应的中心图像的图像元素，所述中心区域包括一个或多个图像元素位置，所述中心区域大于所述单位单元的每个外部区域，所述外部区域被定位在所述中心区域外部且被指定承载其他相应的图像的图像元素，使得向查看者显示所述中心图像的视角范围大于显示每个其他图像的视角范围。

Description

安全装置和制造方法
本发明涉及安全装置，例如，用于在有价物品(诸如，钞票、支票、护照、识别卡、真品证书、印花税票以及其他有价票证(document)或个人标识上使用。还公开了制造这样的安全装置的方法。
有价值的物品且具体地有价票证(诸如，钞票、支票、护照、标识票证、证书以及执照)常常是伪造者和希望制造其赝品和/或对其内含有的任何数据做出改变的人的目标。这样的物件通常设置有多个可视安全装置，以用于核对该物件的真实性。实例包括基于一个或多个图案(诸如，微缩文本、精细线图案、潜像、软百叶窗装置、透镜状装置、波纹(moiré)干涉装置和波纹放大装置)的特征，这些特征的每个生成一个安全视觉效果。其他已知的安全装置包括，全息图、水印、凸印、穿孔和颜色偏移或冷光/荧光油墨的使用。对所有这样的装置共同的是，极其难于或不可能使用可用的复制技术(诸如，复印)复制由装置表现出的视觉效果。也可以采用表现出非可视效果的安全装置(诸如，磁性材料)。
一类安全装置是产生光学可变效果的那些安全装置，意味着在不同的视角下装置的外观不同。这样的装置是特别有效的，因为直接复制(例如，照相复印)将不产生光学可变效果且因此容易与真正的装置区分开。光学可变效果可以是基于多种不同的机制生成的，包括全息图和其他衍射装置，以及利用聚焦元件(诸如，透镜)的装置，包括波纹放大器装置、整体成像装置和所谓的透镜状装置。
波纹放大器装置(在EP-A-1695121、WO-A-94/27254、WO-A-2011/107782以及WO2011/107783中描述了波纹放大器装置的实例)利用微聚焦元件(诸如，透镜或反射镜)阵列和对应的微图像元素阵列，其中微聚焦元件和微图像元素阵列的节距和/或它们的相对位置与微聚焦元件阵列失配，使得由于波纹效应而生成微图像元素的放大版本。每个微图像元素都是最终观察到的图像的完整的、微型版本，且聚焦元件阵列起作用以选择和放大每个在下面的微图像元素的一小部分，这些部分由人眼结合使得整个、放大的图像可视化。此机制有时被称为“合成放大”。
整体成像装置与波纹放大器装置的类似之处在于，微图像元素阵列被设置在对应的透镜阵列下面，每个微图像元素是待被显示的图像的一个微型版本。然而，在此，在透镜和微图像之间没有失配。而是，通过将每个微图像安排成从相同物件的来自不同查看点的视图来创建视觉效果。当使装置倾斜时，图像中的不同的图像被透镜放大，从而赋予三维图像的印象。
另一方面，透镜状装置不依赖放大、合成或其他方式。聚焦元件(通常，圆柱形透镜)阵列覆在对应的图像元素阵列或“切片”上面，图像元素阵列或“切片”中的每一个仅描绘了待被显示的图像的一部分。两个或更多个不同图像的图像切片被交错，且当通过聚焦元件查看时，在每个视角下，仅选定的图像切片将被导引朝向查看者。以此方式，将在不同的角度下查看到不同的复合图像。然而，应理解，通常没有放大发生且观察到的产生的图像将与在下面的图像切片被形成到的图像具有大体上相同的尺寸。在US-A-4892336、WO-A-2011/051669、WO-A-2011051670、WO-A-2012/027779以及US-B-6856462中描述了透镜状装置的一些实施例。透镜状装置具有的优点是，在不同的视角下可以显示不同的图像，使得动画视觉效果或其他显著视觉效果成为可能，这在使用波纹放大器技术或整体成像技术时是不可能的。
多数已知的透镜状装置是一维透镜状装置(即，仅当使装置绕一个轴倾斜时，才显示光学可变效果的装置)。然而，二维透镜状装置也是已知的且在US-A-6483644中公开了实例，US-A-6483644阐明了实现的结果在视觉上与整体成像装置的结果相当，且通过提供包括从彼此交织的至少两个图像选择的像素的二维图像元素阵列实现此结果。通过查看屏(诸如，蝇眼(半球面)透镜阵列)查看到该阵列，使得随着装置倾斜，显示图像中的不同的图像。这相当于二维透镜状装置。
已知的透镜状装置(一维的和二维的)(诸如，上文提及的那些)遇到的问题是，在某些视角下，图像元素阵列的被导引向查看者的区域会不对应于单个图像元素而是可以包括与不同的图像有关的两个或可能地更多个图像元素之间的交叉。在将该装置形成在柔性衬底上的情况下(在安全票证领域通常将是该情况)，该问题可能变得更糟，因为当查看该装置时该装置不可能是完全平坦的，导致查看几何结构的额外变形。这导致视觉混淆，因为两个或更多个图像的混合同时被显示且通常在空间上彼此重叠。这使得安全装置的视觉冲击减小。
根据本发明，提供了一种安全装置，包括：
聚焦元件阵列，每个聚焦元件都适于在至少第一方向上聚焦光，所述聚焦元件在至少一个维度上被安排在一个规则的网格上；以及
图像元素阵列，该图像元素阵列与该聚焦元件阵列重叠，基于限定图像元素位置的重复的单位单元来安排图像元素，该单位单元的周期性与其上安排有该聚焦元件阵列的网格的周期性大体上相同，在该单位单元内限定了图像元素位置集合，该单位单元内的每个图像元素位置被指定承载一个相应的对应图像的一个图像元素；
由此，根据视角，该聚焦元件阵列将光从所选择的图像元素位置导引向查看者，使得随着使该装置倾斜，由所选择的图像元素位置处的图像元素以组合的方式顺序地显示相应的图像中的不同的图像；
其中每个单位单元的一个中心区域被指定承载一个对应的中心图像的图像元素，该中心区域包括一个或多个图像元素位置，该中心区域大于该单位单元的每个外部区域，所述外部区域被定位在该中心区域外部且被指定承载其他相应的图像的图像元素，使得向查看者显示该中心图像的视角范围大于显示每个其他图像的视角范围。
本发明还提供了一种制造安全装置的方法，该方法包括提供所述聚焦元件阵列和形成所述图像元素阵列。
通过基于如下一个单位单元安排图像元素，在该单位单元内一个扩大的区域(中心区域)被指定显示中心图像，减少或消除了视觉混淆且增强该装置的总体视觉印象。这是因为相较于被提供用于显示每个其他图像的部分，单位单元的一个较大的部分被提供用于显示中心图像。因此，与将光从任何一个外部区域导引向查看者的情况相比，聚焦元件会将光从中心区域内导引向在更多查看位置处的查看者。直到使该装置倾斜到如下程度：单位单元表面的通过聚焦元件导引向查看者的部分下降到达中心区域的周界，才会遇到指定给不同图像的图像元素位置之间的交叉。结果是形成一种在小倾斜角内呈现清楚的、强烈的、静态图像而当通过进一步倾斜研究时表现出光学可变效果的装置。
应理解，连续地显示每个相应的图像的视角范围是相关的，即，向查看者连续地显示中心图像的视角范围大于连续地显示每个其他图像的视角范围。例如，在一个实施例中，当沿着法线查看时以及当绕一个轴倾斜时在每侧最高达+/-5度的角度(即，总共10度)下查看时，可以显示中心图像，而两个相同的外部图像可能在-15度到-10度之间以及在+10度到+15度之间是可见的。虽然相同的外部图像将因此在-15度和+15度处是可见的，但是在介于中间的视角内不连续地显示该相同的外部图像，因此向查看者显示中心图像的视角范围(10度)大于显示外部图像的视角范围(每次5度)。
应理解，该安全装置是透镜状装置的一个实施例，由此，每个图像元素(imageelement)是对应的图像的一部分(例如，个体像素，或一组像素)，而不是对应的图像的微缩版本(如在波纹放大器或整体成像类型装置的情况下那样)。每个图像元素集合(填充一个单位单元)提供每个图像的一部分且对应于一个聚焦元件，这一个聚焦元件将根据视角从该集合中选择一个图像元素以用于显示给查看者。图像元素全都位于大体上相同的平面中且聚焦元件能够仅根据视角从图像元素中的任何一个导引光。所选择的横跨聚焦元件阵列的图像元素和对应的单位单元结合以完全显示可用的图像中的一个，所选择的图像依赖于视角。聚焦元件优选地不执行任何放大。还应理解，根据待要由该装置显示的特定图像，并非图像元素阵列的每一个单元中的所有图像元素位置都可以最终承载一个图像元素。如果对应的图像需要空白，则一些图像元素位置可以保持空白。
可以以多种不同方式将中心区域限定在单位单元内。在第一优选实施方案中，中心区域包括单个中心图像元素位置，该中心图像元素位置大于单位单元限定的其他图像元素位置中的每一个。因此，中心图像将被划分成的用于合并到图像元素阵列内的部分(图像元素)大于待要由该装置显示的其他图像中的任何一个的那些部分。此实施方式是有利的，因为虽然减小了中心区域外部的图像元素位置中的一些或全部的尺寸(相较于先前已知的安排)，但是不必减少它们的数目，以使得通过该装置显示的不同的图像的数目可以维持。在此情况下，优选地，单位单元的每个外部区域(即，被指定给除了中心图像以外的每个图像的区域)包括小于中心图像元素位置的单个图像元素位置。
如上文所描述的，相对于中心区域外部的那些图像元素位置，中心图像元素位置的尺寸的任何增加将提高该装置的视觉印象，但是有利地，中心图像元素位置比单位单元限定的其他图像元素位置的平均尺寸大至少10％且优选地大至少25％。在此，“尺寸”指的是沿着至少所述第一方向优选地还沿着第二正交方向从图像元素位置的一侧到另一侧的距离，尽管在面积方面中心图像元素大于其他图像元素也是优选的。如果中心区域外部的图像元素位置具有多种尺寸，则中心图像元素位置具有的尺度仍应大于那些其他图像元素位置中的最大尺度。已经发现，诸如上文指示的那些比例在提高视觉稳定性(通过增加中心图像元素位置的尺寸促进的)和期望的光学可变透镜效果所要求的在单位单元内保持足够的空间用于承载其他图像之间提供良好平衡。
更一般地，在一维装置中，在图像元素是细长的条(strip)的情况下，图像元素位置的不同的尺寸将通过图像条的不同的宽度体现，在该情况下宽度是沿着所述第一方向的尺度。当使装置在所述第一方向上倾斜时，将观察到透镜状效果和上文所描述的视觉稳定性。在二维装置中，图像元素优选地将不是细长的，例如可以是正方形的或矩形的。在此情况下，扩大的中心图像元素将通过在至少一个方向(所述第一方向)上但是优选地还在正交的第二方向上的增大的侧到侧尺度(相对于其他图像元素位置)来体现，以使得在两个倾斜方向上实现视觉稳定性。
在一些实施方案中，可以通过仅减小紧邻中心图像元素位置的那些图像元素位置的尺寸来适应中心图像元素位置的增大的尺寸。因此，中心图像元素位置外部且紧邻该中心图像元素位置的图像元素位置可以优选地小于朝向单位单元的周界定位的周围的图像元素位置。这具有的优点是，剩余的图像元素位置可以保持它们的原始尺寸。然而，在此情况下，将在相对小的倾斜角范围内显示被指定给最小的图像元素位置的图像。由此，调整中心区域外部的所有图像元素位置的尺寸以适应扩大的中心图像元素位置可以是优选的，在此情况下，单位单元中除了中心图像元素以外的所有图像元素可以具有大体上相同的尺寸。
代替提供一个扩大的图像元素位置以形成中心区域，在其他优选的实施方案中，中心区域包括由单位单元限定的图像元素位置中的至少两个的子集，该子集中的每个图像元素位置被指定承载中心图像的相同图像元素的一个复制品。通过在每个单元的中心处提供被指定承载一个共同的图像(“中心”图像)的相同图像元素的复制品的多个图像元素位置(形成“子集”)，中心区域不包括不同图像元素之间的交叉。由此，取决于视角，无论该子集的哪个部分被聚焦阵列被导引向一个查看者，都将显示相同的(中心)图像且没有干扰。仅当使该装置倾斜使得该子集外部的图像元素位置被聚焦元件选择时才将查看到光学可变效果。在下述情况下此实施方式可以是优选的：存在被限定在每个单位单元内的相对大数目的图像元素位置使得多个位置可以被指定给该子集同时足够数目的图像元素位置保持在该子集外部用于承载与中心图像不同的相应的图像的部分。(应理解，该“子集”不包括单位单元内的所有图像元素位置。)
这可以被应用到一维装置或二维装置，然而，在二维装置的情况下，如果当使装置在两个不同的方向上倾斜时寻求一个不同的效果，则该子集可以被安排成仅沿着一个方向延伸。然而，优选地，单位单元限定一个二维图像元素位置集合，该二维图像元素位置集合包括沿着所述第一方向以及第二正交方向安排的图像元素位置，且子集包括图像元素位置的二维阵列，例如，该子集可以是m×n图像元素位置的矩阵，其中m和n都是至少为2的整数数字。因此，该子集可以包括沿着所述第一方向安排的至少两个邻近的图像元素位置和沿着所述第二方向安排的至少两个邻近的图像元素位置。以此方式，对于两个正交方向上的倾斜角视觉混淆减少了。在一个特别优选的实施方式中，该子集包括的沿着所述第一方向安排的图像元素位置的数目与沿着所述第二方向安排的图像元素位置的数目大体上相同，例如，子集可以是m×m图像元素位置的阵列。这是期望的，因为可以在两个轴上将视觉混淆减少大体上相同的程度。优选地，在此实施方案中，限定在单位单元内的所有图像元素位置都具有大体上相同的尺寸。
在中心区域外部，图像元素位置可以采取许多不同的安排。例如，每个图像元素位置可以被指定给一个不同的图像，或多组多个图像元素位置可以被指定给每个不同的图像。因此，优选地，单位单元的每个外部区域包括单个图像元素位置或一组比形成该子集部分更少的图像元素位置。在后者的情况下，一个组内的每个图像元素位置通常可以承载对应图像的相同图像元素的一个复制品。
然而，它被形成为，中心区域被定位成包括单位单元的中心(例如，正方形/矩形单位单元的对角交叉，或接合六边形单位单元的相对的拐角的两条线的交叉)且这是为了将中心图像的图像元素安置在每个聚焦元件的中心附近，以使得当在轴上和/或接近于轴上查看该装置时显示该中心图像。优选地，该子集被定中心在单位单元的中心上，即，该子集的几何中心与该单位单元的几何中心一致。
无论中心区域包括单个扩大的图像元素位置还是(复数个)图像元素位置的子集，优选的是，出于与上文给出的相同的原因，中心区域比单位单元的外部区域的平均尺寸大至少10％，优选地大至少25％。如上文所提及的，在此术语“尺寸”指的是沿着至少所述第一方向从中心区域的一侧到另一侧的距离。如果外部区域具有多种尺寸，则在这个意义上中心区域仍应大于外部区域中的最大尺寸。在二维装置中，中心区域优选地在所述第一方向和第二正交方向上具有的侧到侧尺度大于外部区域中的任何一个。
优选地，对应于单位单元的中心区域的图像和对应于每个外部区域的图像将全部是彼此不同的图像。替代地，一些图像可以是相同的，但是优选地，图像元素阵列中没有两个或更多个邻近的(中心和/或外部)区域将被指定成呈现相同的图像，因为这将有效地增大相应区域的尺寸且可能无意地导致比被指定给中心图像的区域更大的连续的外部区域。无论邻近的区域位于一个单位单元内还是位于邻近的单位单元内，这都适用。
根据期望的视觉效果，不必使聚焦元件阵列与图像元素阵列配准，这是由于所述阵列之间的匹配的周期性，因此在没有配准的情况下可以实现光学可变效果，但是对该效果会存在较少控制。由此，在优选的实施方案中，使聚焦元件阵列和图像元素阵列彼此配准，优选地使得中心区域与对应的聚焦元件的中心对准，由此当沿着该安全装置的平面的法线查看该安全装置时显示该中心图像。通过使所述两个阵列配准，可以控制该光学可变效果，例如，指定将在哪些倾斜角下查看到哪个图像。与上文所描述的单位单元配置结合，这产生特别强烈的效果，因为如果如所描述的被配准，则当沿着装置法线以及在接近于该法线的视角下查看时，“中心”图像将是可见的。因为通常将从此视角检查票证(至少在最初阶段)，因此这确保该装置在此默认的且可容易识别的位置中呈现强烈的图像。此外，对配准的要求提高了装置的安全水平，这是因为增大了生产可接受的假冒版本的难度。
有利地，聚焦元件阵列和图像元素阵列被配置成使得当沿着至少第一方向在法线和阈值角之间的所有角度下查看该安全装置时显示中心图像，该阈值角在距该法线2度到10度之间，优选地距该法线2.5度到5度之间。超过所陈述的阈值角，该中心图像不再显示且被指定给中心区域外部的一个区域的一个图像所替换。优选地，可以在距该法线大约+/-15度的最大倾斜角内查看到通过该装置显示的图像的完整范围。例如可以通过将该装置安装在一个桌子上且安置一个摄像机以查看通过该装置显示的图像来测量显示每个图像的视角。测量该桌子和该摄像机之间的相对角且可以通过使该桌子倾斜或使该摄像机在一个合适的臂上旋转来改变该相对角。因此，为了测量任何一个图像的查看范围，将该摄像机安置成使得它捕获期望图像的视图且使该桌子或该摄像机倾斜直到通过该摄像机不再看到该图像为止。测量且记录该摄像机相对于该桌子移动经过的角度。
应理解，中心区域不包括单位单元内的所有图像元素位置且因此该单位单元还将包括中心区域外部被指定承载与中心图像不同的相应图像的部分的区域。如已经解释的，这些“外部区域”可以每个都包括单个图像元素位置或一组这样的位置。优选地，该单位单元沿着至少所述第一方向包括外部区域，这是因为聚焦元件能够至少在此方向上聚焦光。在最简单的情况下，单个外部区域可以被设置在中心区域外部的每侧上，但是优选地，沿着所述第一方向至少两个外部区域被设置在中心区域的每侧上，使得随着使该装置倾斜可以适应若干个不同的图像的显示。在特别优选的情况下，沿着所述第一方向将相同数目的外部区域设置在中心区域的每侧上。无论使该装置沿着所述第一方向在哪个指向(sense)上倾斜，这都允许显示相同数目的不同的图像。在视觉效果是动画的或三维效果的情况下，这是特别有利的，因为随着倾斜角改变的外观(视觉)可以在每侧上保持相等。
如上所述，当前所公开的图像元素配置适用于一维装置和二维装置。因此，在一些优选的实施方案中，聚焦元件仅在所述第一方向上聚焦光且优选地是半圆柱形透镜或反射镜。这形成了一种一维透镜状装置。
在其他优选的实施方案中，聚焦元件每个都适于在至少所述第一方向和正交的第二方向上聚焦光(例如，球面透镜——下面将讨论其他实施例)，且聚焦元件被安排在一个规则的二维网格上。可以与这样的二维聚焦元件一起使用的图像元素阵列的类型和与一维聚焦元件一起使用的图像元素阵列的类型相同，例如，在单位单元内仅沿着所述第一方向安排图像元素位置，在此情况下，最终结果将再次是一种一维透镜状装置。然而，优选地，在此情况下，单位单元限定一个二维的图像元素位置集合，其中沿着所述第一方向和第二方向安排所述位置。以此方式，可以实现二维光学可变效果。
在二维装置中，中心区域可以在一个或多个方向上(假设它不在所有方向上)延伸到单位单元的边缘。然而，在优选的实施方案中，沿着至少所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，在中心区域外部，单位单元包括外部区域。这是期望的，以便在使装置在所述第一方向和第二方向上且优选地在所有方向上倾斜时生成光学可变效果。有利地，沿着所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，在中心区域的每侧上设置至少两个外部区域。优选地，沿着至少所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，在中心区域外部，单位单元包括相同数目的外部区域。如在一维装置的情况，这些选项允许在每个方向上倾斜时显示若干个不同的图像，且优选地在每种情况下显示相同数目的不同图像。
图像元素阵列的特定布局将至少部分地取决于聚焦元件阵列的布局，但是优选地每个单位单元大体上对应于聚焦元件中的一个的覆盖区域(在尺寸和/或形状方面)。应理解，一个聚焦元件的覆盖区域不是必须仅由该元件的聚焦表面的形状确定。例如，球面透镜或非球面透镜不需要具有圆形覆盖区域而是可以是矩形的或正方形的覆盖区域(下面将示出实施例)。
每个单位单元内的图像元素位置的数目和安排(有利地对于一维装置至少3个，对于二维装置至少5个)将取决于一些因数(包括期望呈现的不同图像的数目)以及取决于该装置是否将在一维或二维上操作，但是优选地奇数、整数个图像元素位置被限定在每个单位单元内。在此情况下，单位单元的中心点通常将落在一个图像元素位置内，而不是在一个交叉处。因此，每个单元可以限定例如5个、7个、9个、11个、13个....不同的图像元素位置。理论上没有关于可以包括的图像元素位置的数目的上限，但是实际上随着图像元素位置的数目增加，图像分辨率将减小，因为单位单元面积的逐渐减小的比例将可用于每个相应的图像的显示。此外，在实际实施中，一个单位单元内可以形成的图像元素位置的数目将受到图像元素可以形成的分辨率的限制。
例如，如果使用基于油墨的印刷方法来形成一维装置的的最小印刷尺度为15微米的图像元素，则对于45微米宽的单位单元(unitcell)，可以横跨该单元的宽度设置最多3个图像条。在具有60微米×60微米的单位单元的类似的二维装置中，可以包括最高达16(＝4×4)个图像元素位置。然而，假定最小印刷尺度可以被减小到约1微米的水平(例如，通过使用浮雕结构而不是印刷来形成图像元素)，则图像元素的数目可更可能受到期望的视觉效果以及可以在印刷工具的起始期间管理的图像数据文件的大小的约束。要求高数目的矩阵位置的设计效果的类型将包括动画效果且更特别的是连续且水平的视差效果。然而，即使那样，在每度角度倾斜具有不止一个图像元素位置时不存在显著益处，这是因为较小的角度增量一般不能够被查看者分辨。因为实际上通常会在每个正交轴上大约30度到35度的视角范围内查看到装置，因此每个单位单元中的图像元素位置的数目的实际上限是约30×30(即，900)个，这可以被用来实现平滑的视差效果或动画效果。然而，对于30微米尺度的聚焦元件和单位单元，这将需要形成具有1微米尺度的数据元件的能力。
然而，实际上，即使2到3度角度步幅也可以小到足以呈现出非颗粒状，因此每单位单元9×9或11×11的图像元素阵列也将给出良好的外观，条件是数据元件可以被形成有大约3微米尺度。另一个因数是，对于30微米透镜基底尺度，焦斑(即，图像元素阵列的通过每个聚焦元件被导引向查看者的部分)实际上通常将具有不小于1.5微米-2微米的有效宽度或直径，因此尺度小于2微米的图像元素将是不可分辨的。由此，对于30微米的聚焦元件，每单位单元的图像元素的优选最大数目将是约15、11或9(对于一维装置)以及225(＝15×15)、121(11×11)或81(9×9)(对于二维装置)。
中心区域可以具有或可以不具有与单位单元相同的形状。在一维装置中，优选地，中心区域不是细长的而可以是例如大体上正方形的、矩形的、圆形的或六边形的。以此方式，在二维装置中，子集的效果将是大体上对称的。
如上所述，横跨该装置，图像元素位置中的一些可以保持为空，这取决于它们所贡献的图像，且实际上至少在该装置的一个区域内图像中的一个或多个可以是空白的。在一个特别优选的实施方案中，至少横跨该装置的其中对应于外部区域的相应图像包括标志的一个区域，该中心图像是空白的，由此在横跨该装置的该区域的每个单位单元内通过中心区域承载的图像元素是空的。对于查看者，在小倾斜角下这将表现为该装置的一个空白区域(当显示呈现中心区域的中心图像时)，当使装置进一步倾斜时该空白区域被标志替换。随着使该装置通过其中心从一个极端倾斜到另一个极端，不是从由第一图像显示的标志直接转变到由第二图像显示的另一个标志，该装置将表现为在所显示的标志之间变得空白(在显示中心图像地方)。这视觉上分离了第一图像和第二图像，虽然该第一图像和该第二图像定位在相同的区域内，但是将不会被看到重叠。相反，一个将被另一个干净地替换。
可以在中心图像是实心块颜色的情况下实现类似效果(“颜色”包括消色差色调，诸如，白色、灰色和黑色以及色相，诸如，红色、绿色等)。因此，在另一个优选的实施方案中，至少横跨装置的其中对应于外部区域的相应图像包括标志的一个区域，中心图像是实心块颜色，由此在横跨装置的该区域的每个单位单元内由中心区域承载的图像元素具有相同的实心颜色。该颜色可以被选择成匹配背景材料(例如，在其上设置该装置的有价票证的衬底)，在此情况下，当显示中心区域时，可以隐藏该装置的存在。
中心图像还可以采取其他形式，例如，三维物件的视图，以动画顺序的步骤、或字母、数字、符号或其他标志。
限定在每个单位单元内的图像元素位置可以彼此间隔开，但是在优选的实施方案中，图像元素位置彼此邻接且大体上充满单位单元。此外，这对强烈的视觉冲击有贡献，因为图像的分辨率和密度保持为高。
在所有实施方案中，每个图像都可以采取任何期望的形式(包括，实心颜色/空白，如上文已经提及的)，但是在优选的实施方案中，图像中的至少一些(例如，中心图像或对应于外部区域的图像中的任一个)包括字母、数字、符号、字符、徽标、肖像或图形中的一个。优选地，多种图像彼此不同，但是如果考虑上文提及的另一些考虑则它们中的一个或多个(非全部)可以相同。每个图像元素将是对应图像的一部分(例如，一个像素)。每个图像可以例如包括字母或数字的序列，例如“A”、“B”、“C”、“D”以及“E”，或动画帧的序列，或三维物件或场景的不同的视图。在一些优选的实施方案中，全部图像包括一个在所有视角下由安全装置显示的共同的图像组成(或“图框(keyline)”)。随着使该装置倾斜连续可见的这样的组成的存在有助于查看者对不同角度下该装置的外观进行彼此比较，从而理解改变的视觉效果。在一个特别有效的实施方式中，该共同的图像组成是围绕一个区域的轮廓，该区域的内容在多个图像之间变化(例如，在颜色方面)。因此，图框可以充当框架元件。替代地，图框可以被形成为在图像的一个内部部分周围的边框或被形成为图像的一个部段。
在二维装置中，可以以多种不同方式安排聚焦元件和图像元素。在优选的实施例中，其上安排有聚焦元件的网格是一个正交网格且单位单元是正方形或矩形的。在其他优选的实施方式中，其上安排有聚焦元件的网格是一个六边形网格(例如，紧密填塞的)且单位单元是一个六边形，优选的一个规则六边形。具有相等侧长度的单位单元是优选的，以便当使装置在正交方向上倾斜时视觉改变速率大体上相等。
在优选的实施例中，聚焦元件是透镜或反射镜，且在二维装置中，有利地具有球面或非球面聚焦表面。取决于视角，聚焦元件应能够将光从阵列中的图像元素(其通常将全部位于相同的平面中)中的任何一个导引向查看者。在不同方向上聚焦能力可以不同，例如，以获得随着使该装置在一个方向上倾斜一个图像表现为丧失聚焦的效果，但是优选地每个聚焦元件在至少两个正交方向中的每个方向上具有大体上相等的聚焦能力。在特别优选的实施方案中，聚焦元件在所有方向上都具有大体上相等的聚焦能力(即，每个都具有无限的旋转对称性)，诸如是球面透镜和一些非球面透镜的情况。优选地，对于沿着每个方向的所有视角，最优选地对于所有方向上的所有视角，焦距将是大体上相同的(例如，+/-10微米内，更优选地+/-5微米内)。
聚焦元件阵列的周期性且因此个体聚焦元件的最大基底尺度(覆盖区域)与装置厚度有关且优选地在5微米到200微米范围内，优选地在10微米到70微米范围内，最优选地在20微米到40微米范围内。这适用于两个维度。聚焦元件的焦距比数优选地在0.25到16范围内，更优选地在0.5到10范围内。通常焦距比数将在0.7到8范围内，更特别地在1到4范围内。焦距比数等于f/D，其中f是焦距，D是聚焦元件的基底直径。因为f近似于r/(n-1)，其中n是折射率(＝近似1.45到1.5)，r是半径，因此焦距比数近似于2r。对于平凸透镜或平凹透镜，焦距比数不可以小于1.0(因为D的最大值是2r)。聚焦元件可以以多种方式形成，但是优选地是经由热凸印方法或铸造固化复制方法制成的。替代地，可以采用印刷的聚焦元件，如US-B-6856462中所描述的。如果聚焦元件是反射镜，则反射层还可以被施加到聚焦表面。
在一些优选的实施方案中，图像元素是由油墨限定的。用于形成图像元素的优选的印刷技术包括WO-A-2008/000350、WO-A-2011/102800和EP-A-2460667中所公开的那些。因此，图像元素可以被简单地印刷到衬底上，但是还有可能使用浮雕结构限定图像元素。这使得能够构建非常薄的装置，当与安全装置一起使用时，非常薄的装置是特别有利的。合适的浮雕结构可以是通过凸印或铸造固化到衬底内或衬底上形成的。提及的所述两种方法中的铸造固化提供较高的复制保真度。
如下文将更详细地描述的，可以使用多种不同的浮雕结构。然而，图像元素可以是通过将图像凸印/铸造固化为衍射光栅结构创建的。可以通过使用为区域提供具有不同衍射颜色的不同节距或不同定向的光栅来区别图像的不同部分。替代的(和/或附加区别的)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、被称为阿兹特克结构(参见例如WO-A-2005/115119)的阶梯式表面浮雕光学结构；或者简单的散射结构。对于大多数应用，这些结构可以被部分或完全金属化的，以增强亮度和对比。通常，每个图像元素位置的宽度可以小于50微米，优选地小于40微米，更优选地小于20微米，最优选地在5到10微米范围内。
优选地，图像元素阵列近似定位在聚焦元件的焦平面内。根据本发明的安全装置的通常厚度是5微米到200微米，更优选地10微米到70微米，具有的透镜高度是1微米到70微米，更优选地5微米到25微米。例如，具有在50微米到200微米范围内的厚度的装置可以适合于在一些结构中使用，所述结构诸如是卡(诸如，驾照以及其他形式的识别票证)中的上层压制品(over-laminate)以及其他结构(诸如，高度安全标签)。合适的最大图像元素宽度(与装置厚度有关)因此分别是25微米到50微米。具有在65微米到75微米范围内的厚度的装置可以适合于横跨例如聚合物钞票的有窗口的区域和一半有窗口的区域而定位的装置。对应的最大图像元素宽度因此分别是大约30微米到37微米。具有最高达35微米的厚度的装置可以适合于以条、补片(patch)或安全线(securitythread)的形式施加到票证(诸如，纸钞票)，以及施加到在透镜和图像元素被定位在票证衬底的相同侧的聚合物钞票上所施加的装置。
如果图像元素被形成为浮雕结构，则浮雕深度取决于用来形成浮雕的方法。在通过衍射格栅提供浮雕的情况下，该深度通常可以是在0.05μm-1μm的范围内，且在使用凹凸不平的非衍射浮雕结构的情况下，浮雕深度优选地是在0.5μm到10μm的范围内，甚至更优选地在1μm到5μm的范围内。
优选地，该安全装置被形成为安全线、条、箔(foil)、插入物、标签或补片。可以使用众所周知的技术将这样的装置施加到或纳入物品(诸如有价票证)内，包括作为有窗口的线，或作为覆盖票证中的孔的条。优选地，该物品选自钞票、支票、护照、标识卡、真品证书、印花税票以及用于确保价值或个人标识的其他票证。
替代地，这样的物品可以设置有上文所述种类的整体形成的安全装置。因此，在优选的实施方案中，该物品包括具有透明部分的一个衬底，在该衬底的相反两侧上分别设置了聚焦元件和图像元素。
如已经描述的，本发明还提供一种制造如上文陈述的安全装置的方法。优选地，该方法涉及使聚焦元件阵列和图像元素阵列彼此配准地重叠，优选地使得每个单位单元的中心区域与对应的聚焦元件的中心对准，由此当沿着安全装置的平面的法线查看安全装置时显示中心图像，以便提供已经提及的附加益处。
现在将参考附图描述安全装置的实施例且将其与比较实施例对比装置，其中：
图1是安全装置的一个比较实施例的立体图；
图2是穿过图1中示出的安全装置的一部分的横截面；
图3是根据本发明的第一实施方案的一个安全装置的平面视图；
图4和图5描绘了在多个视角下可以由图3的安全装置显示的图像的实施例；
图6是根据本发明的第二实施方案的一个安全装置的立体图；
图7a和图7b是分别沿着X轴和Y轴穿过图6中示出的装置的多个部分的横截面；
图8示意性地描绘了根据本发明的第二实施方案的一个安全装置中的聚焦元件和图像元素的安排；
图9描绘了在多个视角下可以由图8的安全装置显示的图像的实施例；
图10和图11示出了根据本发明的实施方案的图像元素阵列可以基于的另两个示例性单位单元；
图12是根据本发明的第三实施方案的一个安全装置的平面视图；
图13和图14描绘了在多个视角下可以由图12的安全装置显示的图像的实施例；
图15示意性地描绘了根据本发明的第四实施方案的一个安全装置中的聚焦元件和图像元素的安排；
图16描绘了在多个视角下可以由图15的安全装置显示的图像的实施例；
图17a、图17b和图17c描绘了(a)由根据本发明的第四实施方案的安全装置显示的图像的一个实施例；(b)划分成单位单元区域的图像的一个扩大部分；以及(c)合并到根据本发明的第四实施方案的一个实施例的一个图像元素阵列中的图像的另一个扩大部分；
图18、图19和图20示出了根据本发明的实施方案的图像元素阵列可以基于的另三个示例单位单元；
图21示出了一个示例性安全装置且例示了不同的视角处的五个观察者的位置；
图22、图23和图24分别描绘了在本发明的三个不同的实施方案中可以被图21中示出的五个观察者看到的五个图像的集合的三个实施例；
图25a和图25b示意性地描绘了适合于在本发明的实施方案中使用的一个示例性聚焦元件；
图26描绘了根据本发明的另一个实施方案的聚焦元件阵列和形成一个图像元素阵列的一部分的对应的单位单元阵列；
图27示意性地描绘了根据本发明的另一个实施方案的一个图像元素阵列；
图28描绘了根据本发明的另一个实施方案的一个安全装置以及其从图21中示出的五个观察者的查看点看到的外观；
图29a到图29i例示了根据本发明的可以被用来限定图像元素的浮雕结构的不同实施例；
图30、图31和图32以平面视图(a)以及以横截面(b)示出承载根据本发明的实施方案的安全装置的三个示例性物品；以及
图33以前视图(a)，以后视图(b)以及以横截面(c)例示了承载根据本发明的安全装置的物品的另一个实施方案。
在图1和图2中示出了透镜状装置1的一个比较实施例，以例示某些操作原理。图1以立体图示出该装置，且将看到圆柱形透镜4阵列被安排在透明衬底2上。图像元素或“条”6阵列被设置在衬底2的、在圆柱形透镜的下面(且与圆柱形透镜重叠)的相对侧上，且如在图2的横截面中最佳示出的，每个图像条对应于标注为A到G的若干个图像中的一个的一部分。所有图像条位于大体上相同的平面内。在透镜阵列中的每个透镜4下面，设置有区域A到G中的每个的一个图像切片(slice)，形成图像元素集合7。在第一透镜下面，集合中的条将各自对应于相应的图像A到G的第一段且在下一个透镜下面，下一个集合中的条将各自对应于相应的图像A到G的第二段，依此类推。每个透镜4被安排成大体上聚焦在图像条6的平面中，使得理想地通过每个透镜2从一个查看位置仅可以查看到一个条。由此，在任何视角下，通过透镜仅将看到与图像(A、B、C等)中的一个对应的条。例如，如图2中所描绘的，当径直向上地(straight-on)(即，平行于Z轴)查看该装置时，将查看到图像D的每个条,使得显示图像D的一个复合图像(观察者O1)。当使装置在第一方向上绕Y轴倾斜时，将仅查看到图像E的图像条(观察者O2)，然而当在相反方向上倾斜时，将仅查看到图像C的图像条(观察者O3)。取决于视角,透镜能够将光从每个图像条重新导引至查看者。
条被安排为一个图像的切片，即，条A是一个图像的所有切片，条B和条C等类似。结果，随着装置倾斜，将看到一系列不同的图像。图像可以是相关的或无关的。最简单的装置将具有随着装置倾斜将在彼此之间跳转的两个图像。替代地，图像可以是逐条横向(lateral)偏移的一系列图像，生成透镜状动画效果，使得图像表现为移动。类似地，图像到图像的改变可以形成更复杂的动画(例如，图像的多个部分以准连续方式改变)、变形(一个图像以小步幅逐步变换到另一个图像)或缩放(图像逐步变得更大或更小)。
实际上，诸如图1和图2中示出的装置一般不显示为如可以预期的从一个图像到另一个图像的线条分明地转变。这是因为在某些视角下图像元素阵列在每个透镜附近的部分不对应于图像条中的单个图像条而是可以包括两个条之间的交叉线，在此情况下，查看者将看到两个对应的图像的混合，导致视觉混淆和该装置的效力减少。在该装置形成在柔性衬底上的情况下(在安全票证领域通常是该情况)，该问题可能被加重，因为当查看时该装置可能是不完全平坦的，导致查看的几何结构的额外变形。
图3以平面视图示出根据本发明的安全装置10的第一实施方案。该装置的物理构造与图1和图2中所描绘的相同，其中圆柱形透镜14阵列被安排在一个透明层上且与图像元素阵列16重叠。组成阵列16的所有图像元素位于大体上相同的平面内。每个透镜14的覆盖区域由粗线表示且将看到为每个透镜14设置对应的图像元素18的集合17。根据横跨该装置被重复的单位单元配置安排图像元素集合17装置。因此，在此实施例中，每个单位单元17限定针对七个图像元素18的位置(但是可以包括任何数目的图像元素)。如在该比较实施例中，在此每个图像元素18是一个细长图像条，代表一个对应的图像的一部分。因此例如，在此实施方案中，每个单位单元17中的最左边的图像元素位置承载图像“A”的一条且每个单位单元17中的最右边的图像元素位置承载不同的图像“F”的一个切片。
与该比较实施例不同，在单位单元17内，图像元素位置18未被设定为相等尺寸。在此对应于图像元素位置19的中心区域被指定以承载中心图像“X”的一个图像元素，且此中心图像大于被指定承载在此对应于其他个体图像元素18的其他图像A、B、C、D、E以及F的区域中的任何一个。在此实施例中，通过对应减小任一侧上的邻近图像元素“C”和“D”的尺寸(与常规安排相比)来适应中心图像元素19的扩大的尺寸。例如，中心图像元素位置19可以附加地占据先前分配给每个邻近元件的空间的一半，其结果是中心图像元素19近似是元件“A”、“B”、“E”以及“F”中的每一个的两倍宽，且近似是元件“C”以及“D”中的每一个的四倍宽。
通过将对中心图像X有贡献的单位单元17的比例安排成大于对应于其他图像中的每一个的比例，将在比每个其他图像大的连续视角范围内显示中心图像且因此减少由该装置表现出的视觉混淆。无论通过透镜14将中心图像元素位置19内图像元素阵列16的哪个部分导向查看者，都将显示相同的图像“X”，意味着在小倾斜角下并且在某种程度上，当该装置的挠曲导致查看的几何结构变形时，该装置将继续显示清楚的单个图像(图像X)，而没有来自其他图像A、B、C、D、E或F中任何一个的干扰。仅一旦该装置被故意倾斜到更大的倾斜角，才会显示到边远的图像A、B、C、D、E以及F的转变。结果是装置具有强烈的视觉冲击然而当倾斜时仍保持期望的光学可变效果。
通过图3中所描绘的安排，因为图像元素“C”和“D”小于其他边远图像元素，所以相应的图像“C”和“D”对应地在小视角范围内移位。如果优选的，中心图像元素位置19外部的图像元素位置18替代地可以全部都被设定成相等尺寸以避免此情况。
中心图像元素19被定位成以便包括单位单元17的中心且最优选地中心被定位在单位单元17的中心点上，如图3中示出的。这是期望的，以使得中心区域19显示的图像在沿着该装置的法线(即，Z轴)或在接近该法线装置的视角下是可见的，原因是因为这是默认查看位置。最优选地，聚焦元件(透镜14)的阵列与图像元素16的阵列配准，使得每个聚焦元件的中心与每个单位单元的中心一致，以确保当在轴上查看该装置时中心区域19显示的图像是可见的，但是这不是必要的。因此为了方便起见，中心区域19显示的图像被称为“中心”图像。
通过单位单元17的不同区域显示的图像A、B、C、D、E、F以及X优选地彼此都不同，使得每个图像元素与下一个图像元素明确地划界。这不是必要的，但是如果两个或更多个邻近的图像元素18被指定到相同的图像，则它们实际上结合形成应被看作一个整体的单个更大的元件，且因此应小于中心区域19。无论两个或更多个邻近的图像元素被包含在相同的单位单元17内还是包含在邻近的单位单元内，这都适用。例如，如果图像A和图像F彼此相同，则被指定给图像A和图像F的元件18的总宽度应被考虑，这是因为它们彼此紧挨着位于每个单位单元和其相邻的单位单元之间的边界处。另外，如果例如图像C和图像D是相同的，因为被指定给这些图像的图像元素18彼此不邻近，则图像C和图像D不结合形成一个更大的有效元件，每个图像应被独立地考虑。因为元件X介入，将不会沿着如下完整视角范围连续地呈现图像C/D，在所述完整视角范围之间，元件C接着元件D被导向至查看者。
图4和图5描绘在不同的视角下可以通过图3的装置显示的示例性图像集合。线-x到+x代表随着装置在x方向(即，绕y轴)倾斜的视角。虚线指示感知到从一个图像到下一个图像的切换的视角。在这些实施例中，通过该装置显示的全部七个图像彼此不同。
在图4的实施例中，通过中心区域19显示的中心图像20是实心块颜色(例如，黑色、白色、灰色、红色、蓝色、银色等)或，相似地，全都是空白的。在任一种情况下，在整个装置10中，每个单位单元17中的中心图像元素19将是相同的，显示实心块颜色的切片或保持为空的。当在轴上查看该装置时，装置10因此将表现为一个实心颜色区域或可以是不可见的。随着装置在X轴方向上(绕Y轴)倾斜最高达+/-X1度的小倾斜角，由装置显示的图像将不改变，这是因为每个单位单元17内的图像元素阵列16的被导向查看者的部分保持在中心图像元素19内。因此，对于轴上查看位置的小偏差(如可能由装置的无意移动或挠曲导致的)，装置显示保持静止且呈现中心图像的强烈、清楚的显示，且没有干扰。随着在X方向上继续倾斜，图像元素阵列16的被导向查看者的部分最终到达中心图像元素19的周界，在此点处该装置显示转变到图像24(其在此描绘字母“D”)，然后转变到图像25(其示出字母“E”)，最后转变到图像26(字母“E”)。从此位置在相反方向上倾斜，该装置转变回到图像25，然后转变回到图像24，之后返回中心图像20，然后，随着倾斜继续，显示另外的图像23(字母“C”)，然后显示图像22(字母“B”)，最后显示图像21(字母“A”)。如图4中所指示的，显示中心区域20的角度范围大于显示其他图像21到26中任何一个的角度范围。
在优选的实施例中，可以在大约30度的总视角范围内(即，法线的任一侧+/-15度)查看完整范围的图像。中心图像20可见的角度范围将取决于待被查看的不同图像的数目但是将大于任何其他图像可见的角度范围。例如，在优选的实施方案中，一直到一个阈值角(在该阈值角下发生到图像23或图像24的切换)可以显示中心图像20，该阈值角位于距法线2度到10度之间，更优选地距法线2.5度到5度之间。因此，显示中心图像的角度范围可以是例如在4度到20度之间，更优选地在5度到10度之间。
在此实施方案以及所有实施方案中，可以通过将该装置放置在桌子上，经由摄像机查看显示的图像并测量该桌子和该摄像机之间的角度来测量显示该装置所承载的每个图像的视角。例如，该装置可以被安装到竖直支撑件(平面)上，该竖直支撑件(平面)被安装在一个优选地圆形基底上。此基底在其上具有一个垂直于该支撑件的位置标记。该基底被定位在一个旋转轴承内或旋转轴承上，该旋转轴承定位在下面的表面上，使得上基底绕垂直于水平面且位于该支撑件的平面内的旋转轴线相对于下表面旋转。优选地，下基底的圆周以度为角度单位被标上刻度。一个摄像机可以被安置成使得其光轴沿着该支撑件(且然后上部基底)的法线，然后该上基底旋转直到发生图像转变。偏离下表面测量对应的角度移动，以此类推。
通过将中心图像20形成为实心块颜色或空白空隙，另一视觉分离角度被引入图像22和图像23之间，因为这些图像将不再直接从一个转变到另一个。相反，随着该装置倾斜，例如，从图像22到图像23，显示的字母“B”将消失且在字母“C”变得可见之前示出空白/实心颜色背景。这避免两个图像的任何视觉重叠且因此进一步减少视觉混淆。
图5示出可以通过图3的装置显示的图像的另一个实施例且在此图像是一个三维物件的不同视图。当在轴上查看该装置时显示的中心图像20是一个物件(在此是长方体)的前视图，且由于上述扩大的中心图像元素19在每个单位单元内，因此当装置移动小的倾斜角时中心图像20将保持静止。当使装置在X方向上倾斜时，在较高的倾斜角下，看到到图像24的转变，由此相同的物件以立体图的方式显现，然后顺序地显示图像25和图像26，在显示每个图像25和26时，该物件呈现为已被进一步旋转。同样地，如果使装置在相反方向上倾斜，显示相同的物件的来自相反侧的不同的视图(图像21、22以及23)。此外，当在轴上或接近轴上查看该装置时，提供指定给中心图像20的相对大的中心图像元素19(与外部图像元素相比较)提供了一个清楚且稳定的外观，同时在较高的倾斜角处保留了光学可变效果。
在迄今为止所描绘的装置中，当使装置绕Y轴倾斜时仅将观察到上文所描述的光学可变效果(即，这些装置是“一维”透镜状装置)。使该装置绕X轴倾斜将产生不可观察到的改变，这是因为圆柱形透镜仅在一个方向上(平行于X方向)聚焦光。相反，图6示出根据本发明的另一些实施方案的安全装置，该安全装置能够生成二维光学可变效果，即，当使装置在至少两个正交轴(优选地X轴和Y轴)中任一个轴上倾斜时。实际上，根据在下面的图像元素的安排，当使装置绕位于X-Y平面中的任何一个方向倾斜时，本实施例能够生成这样的效果，但这不是必须的。在此，安全装置10包括聚焦元件14阵列，聚焦元件14采取被安排在规则的正交网格图案中的(半)球面透镜的形式，但是在其他实施方案中，聚焦元件14可以是反射镜。如果优选的，则聚焦元件还可以具有非球面聚焦表面。因此，每个聚焦元件14都能够在至少两个正交的方向上(例如，平行于X轴且平行于Y轴)聚焦光。(实际上球面透镜和非球面透镜可以在所有方向上聚焦光)。下文将更详细地描述在透明衬底12的相反侧上的下方图像元素16阵列(在图6和图7中仅被示意性地示出)，但是所述图像元素16阵列包括安排在一个在X方向和Y方向上均是周期性的阵列中的图像元素，使用例如与US-A-6483644中所描述的使多个图像的元件交织相同的原理。图像元素阵列的周期性和定向与聚焦元件阵列14的周期性和定向大体上相同，且同样在目前这种情况下也是基于一个正交的网格。
图7a描绘沿着X轴穿过装置10的一部分的横截面且将看到这与如上文所讨论的图2有可比性，其中观察者O1(从第一偏轴位置查看该装置)得到通过透镜14从图像元素A导引向他的光。图7b示出沿着Y轴穿过装置10的另一部分的横截面，且与图1的装置不同，在此，该横截面与沿着X轴的横截面大体上相同。因为透镜14能够额外地在此方向上聚焦光，因此在这里，当使装置绕X轴倾斜时，将额外地查看到一个光学可变效果，使得从第二个不同的偏轴位置查看该装置的观察者O2现在将感知到图像元素B，从而查看到一个不同的图像B。因此，当图3和图4中所描绘的装置绕X轴倾斜时以及当使装置绕Y轴倾斜时，装置能够显示不同的图像之间的转变。
图8示出根据本发明的第二实施方案的图像元素的一个安排以及它们相对于一个透镜阵列的位置，其可以被用在图6中示出的类型的装置中。在此情况下，透镜阵列14是透镜的正交网格，所述透镜中的每个都具有一个大体正方形的覆盖区域14a。描绘了五个透镜(在X轴方向上)×三个透镜(在Y轴方向上)的一个阵列。图像元素阵列16是基于一个重复的单位单元17，该重复的单位单元的形状和尺寸与透镜的覆盖区域14a大体上相同，即，在此实施例中大体上正方形。此外，描绘了五个单位单元(在X轴方向上)×三个单位单元(在Y轴方向上)的一个阵列。
许多图像元素位置18(或“扇区”)限定在单位单元17内。在此实施例中，在每个单元17内有被安排在5×5的阵列中的25个图像元素位置18，最中心的图像元素位置19相对于外部位置被扩大。如之前那样，优选的是，子集19的中心在单位单元17的中心点上，如同图8中的情况，但是只要它包括该中心点则这不是必须的。在此情况下，每个图像元素位置18、19都被指定一个属于对应的图像的图像元素。换言之，中心图像元素位置19构成被指定给中心图像的中心区域，且在该中心区域外部的每个个体元件18都构成被指定给相应的外部图像的外部区域。更一般而言，承载与中心图像不同的图像元素的这样的外部区域应在至少一个方向上存在于子集19的外部，但是在优选的实施例中(诸如，图8中示出的实施例)，这样的外部区域在两个正交的方向上(例如，沿着X轴和Y轴)被设置在中心图像元素19的任一侧上。
在本实施例中，子集19外部的图像元素位置18中的每一个都承载一个不同的图像元素，对应于不同的相应的图像(且因此在此情况下，每个图像元素位置构成一个不同的“外部区域”)。例如，沿着X轴，子集19外部的图像元素位置18分别承载图像A、B、C以及D的元件，且沿着Y轴有与图像E、F、G以及H对应的外部图像元素。应注意，虽然在图8中未标注拐角图像元素位置，但是通常这些拐角图像元素位置也承载另一些图像的元件。类似地，为了清楚起见，将理解，在图8中仅标注了一个单位单元17的内容，当然这将横跨该装置重复。
如同图3实施方案中的，在本实施例中，通过减小紧邻的图像元素18的尺寸来适应图像元素19的增大的尺寸，但是如先前提及的，在其他情况下外部元件可以全部具有相同尺寸。在此实施例中，中心图像元素近似是单位单元17的周界处的最外部图像元素的尺寸(以面积算)的4倍且是其侧到侧尺度(在x方向和y方向上)的两倍。
图8还示意性地描绘在多个偏轴位置处的四个观察者Oa、Ob、Oc以及Od的位置。图9示出从这些以及其他查看位置可以通过图8中示出的种类的装置显示的示例性图像，尽管在此情况下被分配给所选择的图像元素的某些图像彼此相同，如下文进一步讨论的。当在轴上查看该装置时，显示中心图像20，在此实施例中，该图像描绘一个太阳形状的符号。当该装置在任何方向上倾斜仅一个小角或变形时，显示的图像将保持静止，这是因为图像元素阵列16的被导引向查看者的部分保持在图像元素部分19内部。这确保该装置的视觉稳定性，如先前所描述的。
当使装置沿着X轴方向(绕Y轴)朝向观察者Oa的位置倾斜时，在每个单位单元中标注C的图像元素位置、接着标注D的图像元素位置被顺序地导向查看者，因此图像23、接着图像24被该装置显示为一个整体，图23和图24示出相同的太阳形状的符号但是以减少的尺寸。当使装置在相反方向上向观察者Ob的位置倾斜时，标注B的图像元素、接着标注A的图像元素被显示且结果是顺序地观察到图像22，然后是图像21，这再次以减小的尺寸示出相同的太阳形状的符号。因此，随着该装置在观察者Oa的位置和观察者Ob位置之间沿着X轴倾斜，该装置呈现为显示一个在尺寸上扩大和减小的太阳形状的符号(“缩放”效果的一个实施例)。应注意，图像21和图像24彼此相同，图像22和图像23彼此相同。因为呈现图像22/23的图像元素B和图像元素C彼此分离，所以即使考虑单位单元的倾斜，它们也不会结合形成一个连续的查看区域且因此应被独立地考虑。然而，因为呈现图像21/24的元件A和元件D被定位在单位单元的边缘处，所以它们在下一个单位单元中位于相同图像的邻近元件(参见例如元件D’)。由此，两个元件(A和D)有效地结合形成一个连续的查看区域(虽然在该单位单元自身内它们彼此不挨着)且它们的总面积应小于中心区域19的面积以便将在最大的连续视角范围内显示中心区域20，该中心区域20显示最大的太阳符号图像。当使装置在相反方向上沿着Y轴(即，绕X轴)向观察者Oc的位置倾斜时，显示图像元素F，然后显示图像元素E，图像元素F和图像元素E对应于图像26和图像27，这以月亮符号(图像25)替换太阳形状的符号的“变形”顺序示出多个阶段。在相反方向上，显示图像元素G，然后显示图像元素H，图像元素C和图像元素H对应于图像27和图像28，其中太阳形状的符号变形成星形符号。此外，相比于图像25、26、27或28，在较大的角度范围内显示太阳形状的符号20。在此情况下，因为图像25到图像28都是不同的，因此相应的图像元素E、F、G以及H彼此都不结合且它们可以被单独地考虑。显示中心图像20的优选的视角范围与关于图4所讨论的相同，在x方向和y方向上适用。
由其他图像元素显示的图像(诸如，图像29)未被描绘在图像29中，但是例如可以包括顺序变形的、尺寸减小的相关符号，例如，图像29可以具有一个与图像26中的符号匹配但是尺寸减小的圆形符号。这将维持通过x轴倾斜激活的缩放效果与通过y轴倾斜激活的变形效果结合的印象。
图10示出替代单位单元17的一个实施例，再次，该单位单元基于5×5阵列的图像元素位置18，其中一个扩大的中心图像元素位置19对应于中心图像。在中心区域19外部，单位单元被划分成八个外部区域30、31、32、33、34、35、36以及37，每个外部区域包括多个图像元素位置18。在每个区域内，每个图像元素位置被指定相同图像的图像元素。因此，区域30中的图像元素可以承载图像“A”的部分，区域31中的那些图像元素可以承载图像“B”的部分，依此类推。然而，为了维持如先前所描述的提高的视觉稳定性，中心区域19应大于外部区域30、31等中的任何一个。
图11示出可以在另一些实施方案中使用的另一个单位单元17。在此实施例中，该单位单元是六边形的而不是正方形的或矩形的，且再次包括一个扩大的中心图像元素19。在此实施例中，在中心图像元素19外部的图像元素位置18中的每一个对应于一个不同的相应图像。应注意，在此实施例中所有外部图像元素位置18具有相等尺寸。
在迄今为止的实施例中，中心图像元素19相对于其他图像元素位置18被扩大到使得其面积大于该单位单元中的任何其他图像元素位置的面积的程度。这是优选的但是不是必须的(至少在二维装置中)，条件是中心图像元素19沿着第一方向或第二方向(例如，x轴或y轴)的侧到侧尺度大于外部图像元素位置中的任何一个的对应的尺度，因为当使装置在那个方向上倾斜时这将实现视觉稳定。优选地，此标准在第一方向和第二方向上都适用，以使得无论使该装置在哪个方向上倾斜都实现稳定。以此方式的任何有关扩大都将实现图像稳定性的对应的改进。然而，在优选的情况下，中心图形元件将比外部图像元素位置18中任何一个大至少10％且优选地大至少25％，指的是至少在第一方向上且优选地还在第二方向上图像元素位置的相关的侧到侧(side-to-side)尺度(例如，正方形/矩形图像元素位置的边缘长度，或圆形图像元素位置的直径)。在外部图像元素位置具有多种尺寸的情况下，这可以是相对于外部图像元素位置的平均尺寸。
在迄今为止的实施方案中，单位单元的被指定承载中心图像的中心区域包括单个图像元素位置19。然而，还可以通过以现在将关于本发明的第三实施方案和第四实施方案描述的一种替代方式形成该中心区域而实现的视觉稳定性的类似改进。
图12以平面视图示出根据本发明的安全装置100的第三实施方案。该装置的物理构造与图1和图2中所描绘的物理构造相同，其中圆柱形透镜140的阵列被安排在一个透明层上且与图像元素阵列160重叠。每个透镜140的覆盖区域通过粗线表示且将看到为每个透镜140提供对应的图像元素180的集合170。根据横跨该装置重复的单位单元配置安排图像元素的集合170。因此在此实施例中，每个单位单元170限定针对七个图像元素180(但是可以包括任何数目的图像元素)的位置。如同在第一实施方案中，在此每个图像元素180是一个代表对应图像的一部分的细长图像条。因此例如，在此实施方案中，每个单位单元170中的最左边的图像元素位置承载图像“A”的条且每个单位单元170中的最右边的图像元素位置承载一个不同的图像“D”的切片。
在单位单元170内，限定图像元素位置180的子集190(在图12中使用虚线描画出轮廓)，其构成该单位单元的中心区域且被指定承载中心图像。子集190包括多个图像元素位置180(在此，三个)，所述多个图像元素位置每个都被指定承载中心图像“X”的相同的图像元素的复制品。子集190外部的剩余的图像元素位置180被指定以与上文所描述的方式几乎相同的方式承载不同的相应图像A、B、C以及D的图像元素。
通过指定多个邻近的图像元素位置180来承载对应的图像(子集190)的相同的图像元素，再次形成相对于该单位单元的被指定给其他图像的区域尺寸扩大的中心区域，导致通过该装置呈现的视觉混淆减少。无论通过透镜140将图像元素阵列160的在子集190内的哪个部分导向查看者，都将显示相同的图像“X”，意味着在小倾斜角下且在某种程度上，在该装置的挠曲导致查看的几何结构变形的情况下，该装置将继续显示清楚的单个图像(图像X)，没有来自其他图像A、B、C或D中任何一个的干扰。仅一旦该装置被故意倾斜到更大的倾斜角，将显示到边远图像A、B、C以及D的转变。结果是装置具有强烈视觉冲击然而当倾斜时仍保持期望的光学可变效果。
如同之前，子集190被定位成以便包括单位单元170的中心且最优选地中心被设置在单位单元170的中心点上，如图12中示出的。这是期望的，以使得通过子集190显示的图像在沿着装置的法线(即，Z轴)或接近装置的法线的视角下是可见的，因为这是默认查看位置。最优选地，聚焦元件(透镜140)的阵列与图像元素160的阵列配准，使得每个聚焦元件的中心与每个单位单元的中心大体上一致，以确保当在轴上查看该装置时子集190显示的图像是可见的，但是这不是必须的。因此为了方便起见，通过子集190显示的图像被称为“中心”图像。
图13和图14描绘在不同的视角下可以通过图12的装置显示的示例性图像集合。在图13的实施例中，通过子集190显示的中心图像200是实心块颜色(例如，黑色、白色、灰色、红色、蓝色、银色等)，或相似地，全都是空白的。在任一种情况下，横跨装置100，每个单位单元170中的子集190内的图像元素180将是相同的，显示实心块颜色的切片或保持为空的。当在轴上查看装置时，装置100因此将表现为一个实心颜色区域或可以是不可见的。随着该装置在X轴方向上(绕Y轴)倾斜小的倾斜角，由该装置显示的图像将不改变，这是因为每个单位单元170内的图像元素阵列160的被导引向查看者的部分保持在子集190内，在该子集190内通过全部图像元素显示相同的图像200。因此，对于轴上查看位置的小偏差(如可能由装置的无意移动或挠曲导致的)，该装置显示保持静止，并呈现中心图像的强烈、清楚的显示，且没有干扰。随着在X方向上继续倾斜，图像元素阵列160的被导引向查看者的部分最终到达子集190的周界，在此点处装置显示转变到图像230(其在此描绘字母“C”)，然后转变到图像240(其示出字母“D”)。从此位置在相反方向上倾斜，在返回中心图像200之前该装置转变回图像230，然后随着倾斜继续，显示另一图像220(字母“B”)，然后显示图像210(字母“A”)。优选地，中心图像200可见的视角范围与关于图4所讨论的相同。
通过将中心图像200形成为实心块颜色或空白空隙，另一种程度的视觉分离被引入图像220和图像230之间，这是因为这些图像将不再直接从一个转变到另一个。相反，随着装置倾斜，例如，从图像220到图像230，所显示的字母“B”将消失且在字母“C”变得可见之前示出空白/实心颜色背景。这避免两个图像的任何视觉重叠，因此进一步减少视觉混淆。
图14示出可以通过图12的装置显示的图像的另一个实施例且在此所述图像是一个三维物件的不同的视图。当在轴上查看该装置时显示的中心图像200是一个物件(在此，长方体)的前视图，且由于相同图像元素的上文所述子集190在每个单位单元内，因此当使装置移动通过小的倾斜角时中心图像200将保持静止。当使装置在X方向上倾斜时，在较高的倾斜角下，看到转变到图像230，由此相同的物件以立体图的方式显现，然后显示图像24，其中该物件看起来已经被进一步旋转。同样地，如果使装置在相反方向上倾斜，则显示相同的物件的来自相反侧的不同视图(图像210以及220)。此外，当在轴上或接近轴上查看该装置时，在每个单位单元内提供相同图像元素的多个复制品以形成子集190提供了一个清楚且稳定的外观，同时在较高的倾斜角下保持光学可变效果。
图12的实施方案是与图3的实施方案类似的一维装置。图15描绘本发明的第四实施方案，在第四实施方案中相同的原理应用至一个二维装置。
因此，图15示出根据本发明的一个实施方案的图像元素的一个安排以及它们相对于一个透镜阵列的位置，其可以被用在图6中示出的类型的装置中。在此情况下，透镜阵列140是透镜的正交网格，所述透镜中的每个都具有一个大体正方形覆盖区域140a。描绘了五个透镜(在X轴方向上)×三个透镜(在Y轴方向上)的一个阵列。图像元素阵列160基于一个重复的单位单元170，该重复的单位单元的形状和尺寸与透镜覆盖区域140a大体上相同，即，在此实施例中具有大体上正方形。此外，描绘了五个单位单元(在X轴方向上)×三个单位单元(在Y轴方向上)的一个阵列。
在单位单元170内限定许多图像元素位置180(或“扇区”)。在此实施例中，在每个单元17内有被安排在5×5阵列中的25个图像元素位置180。每个图像元素位置180都被指定一个属于对应的图像的图像元素，如在先前的实施方案中的，图像元素18的中心子集190被限定成使得子集190内的所有图像元素位置180承载共同的“中心”图像X的相同的图像元素，从而形成一个比被指定给该装置所承载的其他图像中的任何一个的区域大的中心区域。如同之前，优选地是，子集190的中心被设定在单位单元170的中心点上，如图15中示出的情况，但是这不是必须的。在至少一个方向上，承载与中心图像不同的图像的元件的附加图像元素位置180存在于子集190的外部，在优选的实施例(诸如，图5中示出的实施例)中，这样的图像元素位置在两个正交的方向上(例如，沿着X轴和Y轴)被设置在子集190的任一侧上。存在于子集190外部的图像元素位置180可以每一个都被指定承载不同的相应图像的图像元素(即，每一个构成单位单元的“外部区域”)，或如下文所讨论的，可以形成承载相同图像(仍不同于中心图像)的元件的另外一些的图像元素组，在此情况下每组形成一个“外部区域”。在此情况下，指定给中心子集190的图像元素位置的数目将大于任何一个其他这样的组中所包括的数目。应注意到，此原则同样适用于一维装置。
在当前的实施例中，子集190外部的图像元素位置180中的每一个承载一个不同的图像元素，对应于不同的相应图像。例如，沿着X轴，子集190外部的两个图像元素位置180分别承载图像A的元件和图像B的元件，然而，在这些图像元素位置的上方或下方，设置有不同的图像A’、A”、B’以及B”的元件。这些可以例如示出从适当移位的视角看到的三维物件的另一些视图。类似地，沿着Y轴，两个图像C和D的元件被提供在子集190外部且在这些图像元素位置的任一侧上，提供附加的图像C’、C”、D’以及D”。应注意，虽然在图15中未标注拐角图像元素位置，但是通常这些拐角图像元素位置还将承载另一些图像的元件。类似地，为了清楚起见，将理解，在图15中仅标注了一个单位单元170的内容，当然这将横跨该装置被重复。
图15还示意性地描绘在多个偏轴位置处的四个观察者Oa、Ob、Oc以及Od的位置。图16示出从这些查看位置可以通过图15中示出的种类的装置显示的示例性图像。当在轴上查看该装置时，显示中心图像200且，在此实施例中(如同在图4的实施方案的情况下)，该图像是一个不具有标志的实心块颜色或空白区域。当使该装置在任何方向上倾斜仅一个小角时，所显示的图像将保持静止，是因为图像元素阵列160的被导引向查看者的部分保持在子集190内部，在子集190处每个图像元素位置180在每个单位单元170内承载相同的图像元素。
当使装置沿着X轴方向(绕Y轴)向观察者Oa的位置倾斜时，每个单位单元中标注A的图像元素位置被导引向查看者且这些一起形成图像210，图像210在此实施例中代表字母“A”。当使装置在相反方向上向观察者Ob的位置倾斜时，显示标注B的图像元素，结果是观察到图像220，图像220在此代表字母“B”。随着使该装置在这两个图像之间沿着X轴倾斜，在显示字母A和显示字母B之间显示中心图像200，使得在它们之间没有重叠。当使装置在相反的方向上沿着Y轴(即，绕X轴)倾斜时，分别描绘字母C和字母D的另外的图像230和图像240在较高的倾斜角下是可见的。显示中心图像200的优选的视角范围与关于图4所描述的相同。
如上文所提及的，在此实施例中，子集190外部的每个图像元素位置被指定承载一个不同的相应图像的一部分，但是这不是必须的。例如，标注A、A’以及A”的三个图像元素位置可以形成一组(或“外部区域”)，在该组中每个位置承载相同的图像A的一个元件，同样地，标注B、B’以及B”的那些可以形成第二组，每个承载相同的图像B的元件等。
在中心区域包括单个、扩大的图像元素位置19(诸如，图3和图8的那些)的实施方案中，通过将中心图像20划分成比其他图像中的任何一个的那些图像元素更大的图像元素，并使用例如US-A-6483644中公开的技术将所选择的元件指定给中心图像元素位置，可以形成图像元素阵列。
为了形成作为多个图像元素位置的子集190的中心区域，如在图12的实施方案和图15的实施方案中的，需要如图17中例示的一种修改技术。这更详细地示出当从对应的查看位置查看装置时该装置显示的作为一个整体的中心图像200与组成阵列160的图像元素之间的关系。此外，在此实施例中，每个单位单元170限定25个图像元素位置180的集合。如先前所描述的，在图像元素阵列160的每个单位单元170内，图像元素位置180的预定子集190将每个都被指定承载一个对应中心图像的相同部分(“图像元素”)，同时该子集外部的其他预定位置将可用于承载其他相应图像的部分。因此，在图17中示出的安排中，该装置被配置成随着使该装置倾斜显示最高达17个不同的图像：中心图像(通过子集190内的图像元素位置传达)和最高达16个通过该子集外部的图像元素位置承载的其他图像(如果每个图像元素位置指定给一个不同的图像)。
在诸如图4和图16中示出的那些实施例中，中心图像200是一个实心块颜色或是空白的，在此情况下，横跨该装置的每一个单位单元170的子集190内的所有图像元素位置将承载(适当颜色或留置为空的)相同的图像元素。在中心图像不是实心颜色但是包括标志或一个图案的情况下，图像元素的分布更复杂但是适用相同的原理。图17a示出中心图像200的一个实施例，在此情况下，该中心图像是一个“太阳”符号的图像且是单色的(但是这不是必须的)。在此实施例中，围绕太阳图像的矩形限定该安全装置的范围(即，聚焦元件阵列和/或图像元素阵列的范围)且该图像的尺寸被设定为适合在没有放大的情况下由使用者查看。图17b示出图像200的扩大的细节且例示其划分成单元170(在此被安排在一个规则的正交网格上，但是这不是必须的)。此单元式划分的周期性被选择成对应于将与该图像元素阵列重叠的聚焦元件阵列140的周期性，即，最终一个聚焦元件将与单元170中的每一个对准。在每个单位单元170内，图像200被进一步划分成图像元素(在图17(b)中不可见)。图像元素可以是图像的个体像素，或可以更大例如，一组像素。在此实施例中，为了例示起见，图像元素被描绘为大于个体像素，使得每个图像元素可以含有具有不同外观(例如，颜色或灰度值)的多个区域。然而，这一般将仅在装置尺度相对大的情况下是合适的，因此更通常地仅在每个图像元素将对应于单个像素并因此将横跨其区域传达单个值(例如，全部黑色或全部白色)的情况下是合适的。
作为该装置的中心图像，图像200将由横跨图像元素阵列160的每个单位单元所限定的子集190内的图像元素位置180传达。这是通过从图像200的每个单位单元划分中选择一个图像元素并将所选择的图像元素的复制品施加到图像元素阵列160的对应单位单元中的子集190内的每个图像元素位置来实现的。因此，在此实施例中，在图17c中显示的阵列部段的最左边的一列300中，子集190内部的每个图像元素位置被完全填充，代表形成太阳符号的中心的圆形形状的内部，且在第二列310中情况相同。在列320中，子集190内部的图像元素位置是从太阳符号的圆形区域的边缘取得的，使得每个图像元素位置被部分地填充且部分地空白，空白比例朝向所描绘的阵列部段的底部增加。应注意到，虽然在每个个体单位单元170内子集190的所有图像元素将是相同的，但是如果中心图像将显示标志或一个图案则它们在单位单元之间将变化，如列320中例示的。
列330中的子集190的图像元素位置被留置为空白，这是因为这些图像元素位置落入太阳符号的中心圆形部分和最右边的三角形“太阳光线”形状之间；且右手边列340和350中的子集190描绘所述三角形“太阳光线”形状的开始。这横跨整个装置继续，使得无论子集190的哪个图像元素180被选择用于通过聚焦阵列查看(取决于视角)，得到的横跨该装置的选定图像元素位置阵列传达完整的图像200。因此，当从轴上位置或接近轴上位置查看该装置时，透镜140的阵列仅将定位在子集190内部的图像元素导引向查看者，同时所有周围的图像元素保持隐藏，使得仅显示期望的中心图像200。
除了通常每个单位单元中仅单个图像元素位置180将被分配用于显示其他图像中的每一个之外，使用相同的技术将在不同的视角下呈现的其他图像输入到图像元素阵列160内。例如，将向图15中示出的观察者Oa显示的组成图像A的图像元素将被插入到每个单位单元的最右列第三行的图像元素位置中，等等。由此，应理解，虽然图17c中示出的图像元素阵列仅示出呈现在每个单位单元170的中心子集190中的图像元素，但是实际上对应于其他图像的图像元素也将被设置在周围的图像元素位置中(除非在所描绘的区域中相关的图像是空白的)。
应理解，将中心区域形成为多个图像元素位置的子集190(如在图12的实施方案和图15的实施方案中的)减少了可用于显示其他图像的其他图像元素位置的数目。例如，如在图15的实施例中看到的，如果单位单元包括图像元素位置18的一个5×5阵列，则将中心3×3个位置指定给子集19，在该子集外部每侧仅留置一个图像元素位置18。由此，在可用的图像元素位置的总数目受限的情况下，例如，由于需要使用相对低分辨率技术来形成图像元素，将中心区域形成为如前述实施方案中的单个扩大的图像元素19是优选的。然而，在高分辨率成像技术可用的情况下，多个图像元素可以被指定给一个子集190同时为其他图像元素留置足够的图像元素位置。
因此图18、图19以及图20示出基于图15的实施方案的原理的用于二维装置的替代单位单元的三个实施例。在图18中，单位单元170仍是正方形的，在此包括10×10个图像元素位置180的阵列。实际上，可以在该单位单元内限定任何数目的图像元素位置，诸如，M×N个图像元素位置的阵列，其中对于二维装置，M和N每个都是至少为2的整数。在该单位单元内，限定一个子集190(通过虚线描画出轮廓)，在该子集内所有图像元素位置承载一个共同的中心图像“X”的相同的图像元素，如先前所描述的。在二维装置中，子集190优选地是图像元素位置的二维阵列，在每个正交方向上包括多个图像元素位置，诸如，在此所描绘的实施例。然而，这不是必须的，因为在某些情况下可能期望提供这样一个仅在一个方向上延伸的子集，当使装置在一个轴上而不在其他轴上倾斜时引入上文所描述的图像稳定性改进。尽管如此，对称的装置(诸如，图18中示出的装置)一般是优选的。
图像元素可以分配自多个图像，该装置被配置成通过使用例如US-A-6483644中所公开的技术使每个图像的图像元素交织来显示所述多个图像。这适用于除了形成子集190部分的那些图像元素位置以外的所有图像元素位置180，形成子集190部分的那些图像元素位置每个都将承载相同的图像元素的一个复制品，如关于图17所讨论的。
如先前所提及的，在子集190外部，每个图像元素位置180都可以被指定给一个不同的图像，或根据期望的效果多个位置可以被指定给相同的图像(形成多组)。例如，在图11的实施方案中，中心子集190在形状上是大体上对角的且沿着四个边缘中的每个边缘的图像元素位置180被指定给相同的图像。例如，标注A1的图像元素位置全部都被指定给一个图像，标注B1的图像元素位置全部都被指定给另一个图像且标注B2的图像元素位置全部都被指定给第三个图像。在此实施例中，此安排例如可以被用来描绘一个三维物件，其中通过子集190传达的中心图像呈现一个前视图且子集190外部的四个象限A、B等在增大的视角A1、A2等下朝向单位单元170的四个拐角显示相同的物件的四个不同侧。
还优选的是，在子集190的每一侧上，子集190外部的图像元素位置180的数目大体上相同，如通过图18的实施方案示例的。这使得可在每一侧上传达相同数目的不同图像，提高该装置的对称性。
正方形或矩形单位单元(诸如，迄今为止所描绘的那些)特别适合于安排在正交网格上的聚焦元件阵列。然而，也可以利用替代的单位单元安排，诸如，六边形单位单元，在图19中示出六边形单位单元的一个实施例。此外，除了中心子集190(使用虚线描绘的)内的图像元素位置180以外的图像元素位置180例如根据US-A-6483644中的教导的被指定承载相应图像的图像元素，在中心子集190内所有图像元素位置承载共同中心图像的相同图像元素的复制品。如在其他优选的实施例中，在此子集190中心被定在单位单元C的中心上。根据期望的光学效果选择子集190占据单位单元170的比例。子集190占据单位单元的比例越大，该装置显示的中心图像将表现越稳定，这是因为将在相对大的倾斜角下继续呈现该中心图像。然而，这减少了可用于显示其他图像的空间，而这减弱了该装置的光学可变性质，因此，必须在两个目标之间找到平衡。在当前的实施例中，子集19占据单位单元面积的将近25％(164个图像元素位置中的40个)，但是在其他实施例中，比例通常将更小。一般地，优选的是，被指定给中心图像(即，在目前的情况下子集190)的单位单元区域的尺寸将比指定给其他图像中的任何一个(即，指定给每个“外部区域”，取决于配置，该“外部区域”可以包括单个图像元素位置或一组这样的位置)的尺寸大至少10％且优选地大至少25％。在此，“尺寸”指的是相应的区域的侧到侧尺度且如先前所提及的同时优选的是中心区域在第一方向和第二方向上都具有比外部区域中的每一个更大的尺度，这不是必须的。还优选的是，中心区域的面积大于外部区域，但是这仍不是必须的(至少在二维装置中)。
在图20的实施方案中，单位单元170再次是正方形的，在此包括11×11个图像元素位置180的阵列，且子集190包括定位在单位单元170的中心处的图像元素位置180的3×3阵列。当然，子集190可以包括m×n个图像元素位置的阵列，条件是m和n小于单位单元的尺寸(M×N)。在子集190外部紧接子集190定位的图像元素位置(在限定子集190的虚线和所指示的点划线之间的那些)被指定承载中间图像，所述中间图像描绘中心图像的内容和由朝向单位单元的周界定位的图像元素位置所承载的那些图像的内容之间的中间阶段。例如，在此实施例中，图像元素位置A18对应于一个图像，该图像是由中心子集19描绘的图像和由外部图像元素位置A13代表的图像之间的中间步骤等等。一个中间图像可以例如是动画、运动、变形或缩放顺序中的一个帧。
因此，上文所描述的多种技术形成一种装置，相比每个其他图像，该装置在更大的连续的视角范围内显示一个中心图像(由每个单位单元的形式为扩大的图像元素位置19或子集190的中心区域承载)，这提高了该装置的视觉稳定性。图21以立体图示意性地描绘一个根据这些原理形成的二维安全装置。例如，可以基于单位单元诸如，图8或图15中示出的单位单元配置图像元素阵列。例示了五个观察者O1、Oa、Ob、Oc以及Od的位置。观察者O1在轴上(沿着该装置法线)查看装置，同时观察者Oa、Ob、Oc以及Od从不同的偏轴位置查看装置。为了将观察者Oa的查看位置改变到观察者Oc的查看位置，使该装置绕线P-P’倾斜，线P-P’是平分正X轴和正Y轴的对角线，且为了从观察者Ob的位置转变到观察者Od的位置，使该装置绕直线Q-Q’倾斜，线Q-Q’是平分负X轴和正Y轴的对角线。
显示给每个观察者的图像可以被选择为适合期望的视觉效果且使用上文所描述的技术输入到图像元素阵列内。现在将关于图22、图23以及图24描述合适的图像的某些另外的实施例。
在图22的实施方案中，中心图像20是由中心区域承载的一个太阳形状的符号，且因此当图21中示出的观察者O1在轴上以及在与距该轴存在小偏差下查看该装置时是可见的。第二个图像21是一个星形形状的符号，其从观察者Oa的位置是可见的。这是通过使用单位单元的左上方部段中的一个或多个图像元素位置来传达星形符号21实现的。从观察者Oc的位置第三个图像23是可见的，该第三个图像在此代表一个霹雳符号，该霹雳符号是通过单位单元17的右下方部段中的一个或多个图像元素位置(例如，图18中的图像元素位置B1、B2等)传达的。因此，随着使该装置绕线P-P’从观察者Oa的位置，经过轴上观察位置O1且继续向观察者Oc的位置倾斜，该装置呈现为顺序地显示星形形状的符号图像21，然后太阳形状的符号图像20，最后霹雳形状的符号图像23。类似地，如果使该装置在相反方向上倾斜，则将以相反顺序显示相同的图像。与其他图像中的任何一个相比，将在更大的视角范围内显示太阳形状的符号图像20。
从观察者Ob的位置，第四个图像22(在此以月亮形状的符号的形式)将是可见的，同时从观察者Od的位置，将显示第五个图像(在此以云形状的符号24的形式)。因此，随着装置绕线Q-Q’从观察者Ob的位置，经过轴上观察位置O1向观察者Od的位置倾斜，该装置将显示月亮形状的符号图像22，然后显示太阳形状的图像20，最后显示云形状的图像24。再次，如果使该装置在相反方向上倾斜，则将以相反顺序显示相同的图像。
应理解，图22仅示出当使装置沿着x轴和y轴倾斜时所显示的图像，且当使装置在不同的方向上倾斜时，可以表现出不同的图像，这取决于多个图像元素位置所承载的图像。例如，位于承载星形形状图像21的图像元素位置和承载月亮形状的图像22的图像元素位置之间的图像元素位置可以被指定承载示出以动画顺序(其中一个形状变形成另一个形状)多个步骤的图像的元件。
在图22的实施例中，所述图像除了共享概念相似(天体物件)之外彼此无关。然而，在优选的实施例中，在不同的视角下由该装置显示的图像可以彼此相关以产生特定的视觉效果。
例如，如图23中示出的，不同的图像可以是从不同的查看点看同一物件的一些视图，方式类似图5中例示的一维装置。作为一个简单的实施例，在图23中所描绘的五个视图是从不同的角看一个长方体的各个视图。中心图像20是该长方体的前视图，其中仅立方体的最靠近查看者的面是可见的。四个视图21、22、23以及24是从不同的角度看该长方体的相应的视图。结果是，随着装置倾斜，物件的不同视图被呈现给使用者，赋予查看到一个三维物件的总体印象。此外，因为中心图像20由中心区域承载且因此每个单位单元内该区域的比例大于任何其他图像，因此中心图像被显示给轴上查看者和在小倾斜角下的查看者，形成了一个清楚且稳定的外观，一直到故意使该装置进一步倾斜为止。
在其他实施例中，图像可以被配置成表现出如先前结合图1和图2所提及的运动、动画、变形或缩放效果。
图24示出在特定查看位置下可以由该装置显示的合适的图像的另一个实施例。在此，所有由该装置显示的图像都具有一个四头箭头符号，该四头箭头符号由所有图像共同的轮廓39限定。在五个图像中的每一个中，箭头区域的内部不同。在当在轴上观看装置时可见的中心图像20中，箭头的全部四个四等分都有阴影，例如在每个箭头中用一种不同的颜色。在对观察者Oa可见的第二个图像21内，仅右下方箭头被填充，其他三个箭头是空白的。在第三个图像22中，仅左下箭头有阴影，同时在第四个图像23中，仅左上方箭头有阴影且在第五个图像24中仅右上方箭头有阴影。因此，当偏轴查看该装置时，随着装置倾斜，带阴影的箭头将呈现为改变定向和颜色。
轮廓39是所有图像的共同组成且因此充当一个“图框”，随着装置倾斜该图框保持恒定。这有助于使用者识别光学可变效果的位置且还增强从一个倾斜位置到另一个倾斜位置的明显改变，这是因为可以更容易地相互比较不同的图像。在其他实施例中，诸如此的图框可以由在围绕每个图像的框架提供，诸如，示出的围绕图22中的太阳图像、星形图像、月亮图像、霹雳图像以及云图像的矩形。替代地一个图像的内部线、一部分或一个部段可以以此方式充当一个图框——例如，形成在图24中的每个图像中的四个箭头的交叉处的中心正方形。
如先前所提及的，在优选的实施例中，个体聚焦元件可以具有球面聚焦表面或非球面聚焦表面。然而，这不要求每个聚焦元件的覆盖区域是圆形的，如图25中所例示的。图25a为了例示起见示出球面表面S以及该表面的为标注14a的一个三维段。这在图25b中单独示出，在图25b中将看到，球面表面的部分形成透镜元件14a的聚焦表面fs，同时根据该段的尺度在下方的占地面积fp可以是正方形或矩形。以此方式形成聚焦元件使得阵列能够被紧密地填在一个正交网格上，在各个聚焦元件之间没有显著间隙。
然而，在其他情况下，可以使用具有圆形(或卵形)覆盖区域的聚焦元件且在图26中示出这样的实施方案的一个实施例。在此，个体聚焦元件14是半球面的。这样的元件可以被安排在一个正交网格上如图6中示出的，但是由于在元件之间将留置间隙，因此将这样的元件安排在一个六边形紧密填塞的网格中(如图26中示出的)可以是优选的。在此情况下，对应的单位单元17、170将是规则的六边形。在此，单位单元不精确地匹配透镜覆盖区域的形状。在图11和图19中示出了用于一个六边形单位单元中的图像元素位置的示例性单位单元安排。
在所有的实施方案中，优选地，每个聚焦元件的焦距对于如下所有视角应大体上相同(例如，+/-10微米内，更优选地+/-5微米)，所述所有视角在沿着聚焦元件能够聚焦光的一个或多个方向落入该聚焦元件的孔径角内。换言之，每个聚焦元件应能够从图像元素阵列中的图像元素中的任何一个导引光(图像元素将彼此位于相同的平面内)，这仅取决于视角。对于球面透镜以及优选实施方式非球面透镜都将自动是该种情况。
在所有以上实施例中，优选的是，聚焦元件阵列14、140被配准到图像元素阵列16、160，最优选地，以所描绘的对准方式(即，每个聚焦元件14、140的中心被设定在图像元素阵列单位单元17、170的中心上)配准到图像元素阵列16、160。然而，这不是必须的，因为由于匹配周期性和定向，即使所述阵列之间没有配准仍将会实现一个光学可变效果。尽管如此，所述阵列之间的配准提供了对产生的视觉效果的更大控制且尤其提供确保中心区域所承载的图像被显示到轴上查看位置的能力。这是非常期望的，因为当该装置被保持在默认查看位置中(即，轴上)时将呈现稳定的“中心”图像，确保了传达强烈的视觉冲击。此外，要求两个阵列之间配准提高了装置的安全水平，因为这增加了生产假冒版本的难度。
图27示出根据本发明的另一个实施方案的图像元素阵列16，其可以被用来减少对聚焦元件阵列和图像元素阵列之间的配准的需要以实现受控的结果或替代地可以被用来提供如下文所描述的附加的视觉效果。应注意的是，图20未描绘个体图像元素位置18，而是描绘中心区域19以及被指定给不同的相应图像的四个外部区域A、B、C、D的轮廓。根据实施图像元素阵列的方式，中心区域19可以是单个图像元素位置(如在图8的实施方案中)，或多个图像元素位置的子集(如在图15的实施方案中，在该情况下，未示出个体图像元素位置)。类似地，外部区域A、B、C、D可以每个都包括单个图像元素位置或可以对应于一组相同的图像元素。
与先前的实施方案不同，另一个中心区域19’现在被提供在单位单元17的一个拐角处(请注意，未对图20中所描绘的所有单位单元17例示此另一个中心区域19’)。与第一中心区域19相同，另一个中心区域19’可以包括被指定给中心图像20的单个扩大的图像元素位置，或包括每个都承载中心图像20的相同的图像元素的多个图像元素位置的子集。
聚焦元件阵列14(其一个透镜在第一位置中由实线轮廓14’代表且在第二位置中由虚线轮廓14”代表)则可以相对于图像元素阵列16被定位在两个位置中且当在轴上以及在小倾斜角下查看时仍向使用者呈现相同的中心图像。以此方式，降低了配准要求。
然而，图27中示出的图像元素阵列还可以被用来提供一个附加的视觉效果，如现在将关于图28所描述的。在此，装置40被划分成两个区域41和42。在第一区域41中，透镜阵列14与图像元素阵列16以如下方式对准：中心区域19与每个透镜的中心对准，如通过图27中的实线透镜轮廓14’表示的。在装置的第二区域42中，使透镜阵列14相对于装置41的第一区域中的透镜阵列偏移使得现在每个透镜的中心与另一个中心区域19’对准，如通过图27中的虚线透镜轮廓14”表示的。
因为中心区域19和19’内的图像元素位置全部都承载相同的图像，所以当在轴上查看该装置时，区域41和42二者都将向使用者呈现相同的图像。在图28的实施例中，为了简单起见，每个图像都是一个实心颜色的均匀区域。因此，区域41和42二者都表现出相同的颜色且(假设在所述区域中间没有可见的线)不能够被彼此区分开。然而，当使装置倾斜时，所述两个区域的外观彼此不同地改变。这是因为相较于中心区域19’周围的那些图像元素位置，中心区域19周围的图像元素位置的顺序被颠倒。因此，当从观察者Oa的位置偏轴查看该装置时，装置41的第一区域将变成由单位单元的扇区A内的位置承载的颜色，同时装置42的第二区域将变成由扇区C承载的一个不同的颜色。当使装置在相反方向上倾斜时(观察者Oc)，区域41和42将经历相反的改变，以使得所述两个区域之间的对比相对于观察者Oa所看到的对比呈现出颠倒。类似地，观察者Ob将看到第一区域41表现由扇区B的颜色确定的颜色，然而区域42将表现为具有扇区D的颜色。当使装置在相反方向上倾斜时(观察者Od)，再一次，不同的颜色将被颠倒。
当然，这是一个简化的实施例且在其他情况下，由每个元件位置承载的图像不需要是实心颜色，而可以如同之前是符号、字母、三维物件等。应理解，该装置的两个区域41、42之间的边界不需要是如在此为了简单起见所使用的直线，而是该装置的两个(或更多个)区域可以一起限定某些信息项，例如，该装置的第一区域可以采取字母或数字的形状且该装置的第二区域可以充当背景。还应理解，此装置的未配准的版本将产生类似的光学切换效果，但是所述两个区域显示相同的图像的位置将不受控制且因此可以不与轴上查看位置对准。
在所有以上实施例中，图像元素可以是以不同的方式形成的。例如，图像元素可以是由油墨形成的，例如，油墨被印刷到衬底12上或被印刷到一个之后与衬底12邻近安置的下方的层上。然而，在其他实施例中，图像元素可以是通过一个浮雕结构形成的且在图29中示出了适合于此的多种不同的浮雕结构。因此，图29a以凸印区域或凹陷区域的形式例示了图像元素的图像区域(IM)，例如，图17c中示出的图像元素180的带阴影区域，同时非凸印部分对应于元件(NI)的非图像区域。图29b以具有凹印图案的线或隆起的形式例示元件的图像区域。
在另一种方法中，浮雕结构可以呈衍射光栅(图29c)或蛾眼/微节距光栅(图29d)的形式。在图像元素是由衍射光栅形成的情况下，则一个图像的不同的图像部分(在一个图像元素内或在不同的元件中)可以是由具有不同特性的光栅形成的。差异可以是在光栅的节距或旋转中。这可以被用来实现多颜色衍射图像，所述多颜色衍射图像还将通过上文所描述的机制表现出透镜状光学效果(诸如，动画)。例如，如果已经通过为每个元件写入不同的衍射轨迹创建了图像元素，则随着使装置倾斜，从一个图像到另一个图像的透镜状转变将发生，如上文所描述的，在此期间由于不同的衍射光栅，图像的颜色将逐渐地改变。一种用于写入这样的光栅的优选的方法是使用电子束写入技术或点阵技术。
这样的衍射光栅或蛾眼/微栅距光栅还可以被定位在凹陷或隆起(诸如图29a和图29b的那些)上，如分别在图29e和图29f中示出的。
图29g例示提供消色差效果的简单的散射结构的使用。
此外，在某些情况下，图29a的凹陷可以被设置有油墨或图29b中具有凹印图案的区域或隆起可以被提供有油墨。后者被示出在图29h中，在图29h中油墨层200被提供在隆起210上。因此，可以通过将适当的凸起区域或隆起形成在被提供在透明衬底(诸如，图6中示出的项12)上的树脂层中来创建每个图像元素的图像区域。这可以是例如通过铸造固化或凸印实现的。然后通常使用平板印刷法、弹性印刷法或凹版印刷法将有颜色的油墨转移到凸起区域上。在一些实施例中，某些图像元素可以被印刷有一种颜色，且其他图像元素可以被印刷有第二颜色。以此方式，当使该装置倾斜以创建上文所描述的透镜状动画效果时，随着观察者从一个视图移动到另一个视图还将看到图像改变颜色。在另一个实施例中，装置的一个区域内的全部图像元素可以被设置成一种颜色且然后装置的另一个区域内的全部图像元素为另一种颜色。
最后，图29i例示阿兹特克结构的使用。
此外，可以通过不同的元件类型的结合来限定图像区域和非图像区域，例如，图像区域可以是由蛾眼结构形成的，然而非图像区域可以是由光栅形成的。替代地，图像区域和非图像区域可以甚至是通过不同的节距或定向的光栅形成的。
在单独由光栅或蛾眼类型结构形成图像元素的情况下，浮雕深度将通常在0.05微米到0.5微米的范围内。对于诸如图29a、29b、29e、29f、29h以及29i中示出的那些结构，隆起的高度/凹陷的深度优选地在范围0.5μm到10μm内且更优选地在范围1μm到2μm内。隆起或凹陷的通常的宽度将是通过原图的性质限定的，但是通常将小于100μm，更优选地小于50μm且甚至更优选地小于25μm。图像元素的尺寸且因此隆起或凹陷的尺寸将取决于以下因素，包括：要求的光学效果的类型、聚焦元件的尺寸以及期望的装置厚度。例如，如果聚焦元件的直径是30μm，则每个图像元素可以是约15μm宽或更小。替代地，对于平滑动画效果，优选的是具有尽可能多的视图，通常至少五个但是理想地最高达三十个。在此情况下，元件(以及相关联的隆起或凹陷)的尺寸应在0.1μm到6μm的范围内。理论上，没有关于可以所包括图像元素的数目的限制，但是实际上随着该数目增加，所显示的图像的分辨率将减小，因为可用于每个图像的显示的装置表面面积的比例逐渐减小。
然而，实际上，图像元素被形成，图像元素的宽度直接受两个因素影响，即，聚焦元件(例如，透镜)阵列的节距和每个透镜节距或透镜基底宽度内所要求的图像元素的数目。然而，前者还通过透镜状装置的厚度间接地确定。这是因为平凹透镜阵列(假设所述透镜的凹部分由空气而不是清漆划界)的焦距通过表达式r/(n-1)近似得到，其中r是曲率半径，n是透镜树脂的折射系数。因为后者n具有通常在1.45到1.5之间的值，因此可以说透镜焦距近似到2r。现在对于紧密填塞的透镜阵列，透镜的基底直径仅稍微小于透镜节距，且因为基底直径可以具有的最大值是2r，所以可以得出用于透镜节距的最大值接近于值2r，其接近近似于透镜焦距且因此接近近似于装置厚度。
举例而言，对于如可以被纳入到钞票内的安全线部件，透镜状结构的厚度且因此透镜焦距期望地小于35μm。假定将30μm的厚度且因此30μm的焦距作为目标。从先前的讨论可以得出，最大基底直径等于2r，其接近近似于30μm的透镜焦距。在这一情景中，焦距比数(其等于焦距/透镜基底直径)非常接近于1。透镜节距可以被选择成具有仅比透镜直径大几μm的值——为透镜节距选择32μm的值。因此得出，对于双通道一维透镜状装置(即，每个单位单元两个图像元素条)，需要使两个图像条装配到32μm内且因此每个条是16μm宽。这样的条宽度或线宽度已经远低于常规的基于网络的印刷技术(诸如，弹性印刷、平板印刷(湿式、无水&UV)或凹版印刷)的分辨率，甚至在安全印刷业内已经证明印刷分辨率最多低至50μm到35μm水平。类似地，对于四通道一维透镜，随着印刷的线宽度要求下降至8μm(在此实施例中)，印刷分辨率的问题变得更严峻，等等。
因此，对于图像元素的基于油墨的印刷，优选地应最小化透镜的焦距比数，以针对给定的结构厚度最大化透镜基底直径。例如，假定选择较高的焦距比数3，因此透镜基底直径将是30/3或10μm。这样的透镜将在衍射物理现象和折射物理现象的边界处，然而，即使仍认为它主要是衍射装置，仍可以假设例如12μm的透镜节距。再一次考虑双通道装置的情况，现在将需要印刷一个仅6μm的图像条，且对于四通道装置我们将需要印刷一个仅3μm的条宽。常规印刷技术一般将不足以实现这样的高分辨率。然而，用于形成图像元素的合适的方法包括在WO-A-2008/000350、WO-A-2011/102800以及EP-A-2460667中所描述的那些方法。
这也是使用衍射结构提供图像元素的情况，提供一个主要分辨率优点：尽管基于油墨的印刷一般对于反射对比和光源不变性是优选的，但是可以使用诸如现代电子束平板印刷的技术来生成低至1μm或更小的宽度的起始衍射图像条，且可以使用UV铸造固化技术有效地复制这样的超高分辨率结构。
如上文提及的，装置10的厚度直接与聚焦元件的尺寸有关，且因此当选择透明层12的厚度时必须考虑光学几何结构。在优选的实施例中，装置厚度在5微米到200微米的范围内。在此范围的上端处的“厚”装置适合于纳入到票证诸如标识卡和驾照内以及纳入到标签以及类似物内。对于票证诸如钞票，期望较薄的装置，如上文所提及的。在该范围的下端处，该限制是通过随着聚焦元件直径减少出现的衍射效果设定的：例如，小于10微米基底直径(因此焦距近似10微米)的透镜且更尤其是小于5微米(焦距近似5微米)的透镜将倾向于遇到这样的效果。因此，这样的结构的限制厚度被认为位于大约5μm到10μm之间。
在形成图像元素的浮雕结构的情况下，这些将优选地被凸印或铸造固化到衬底12的与透镜阵列14相反的侧上的合适的树脂层内。透镜阵列14自身还可以是使用铸造固化方法或凸印方法制成的，或可以是使用合适的透明物质印刷的。透镜状聚焦元件的周期性且因此最大基底直径优选地在范围5μm到200μm内，更优选地在10μm到60μm内，甚至更优选地在20μm到40μm内。用于透镜状焦距元件的焦距比数优选地在0.1到16的范围内，更优选地在0.5到4的范围内。
虽然在以上实施方案中，聚焦元件采取透镜的形式，但是在所有情况下这些可以被聚焦反射镜元件阵列取代。合适的反射镜可以是例如通过将一个反射层(诸如，合适的金属)施加到铸造固化的或凸印的透镜浮雕结构形成的。在利用反射镜的实施方案中，图像元素阵列应是半透明的，例如，具有足够低的填充因数以允许光到达反射镜且然后通过图像元素之间的间隙反射回。例如，该填充因数将需要小于以通过图像元素阵列在两个通路(pass)上至少50％的入射光被反射回到观察者。
上文所描述的种类的安全装置可以被纳入或被施加到期望真实性核对的任何物品。具体地，这样的装置可以被施加到或被纳入有价票证，诸如，钞票、护照、驾照、支票、识别卡等。
安全装置或物品可以被整个地安排在安全票证的基底衬底的表面上(如，在条或补片的情况下)，或可以在票证衬底的表面上仅部分地可见(例如，以有窗口的安全线的形式)。安全线现在存在于许多世界货币以及抵用券、护照、旅行支票和其他票证中。在许多情况下，以部分嵌入或有窗口的方式提供该线，其中该线呈现为编织入和编织出该文件且在基底衬底的表面之一或两者中的窗口中是可见的。可以在EP-A-0059056中找到一种用于生产具有所谓的有窗口的线的纸的方法。EP-A-0860298和WO-A-03095188描述了用于将较宽的部分暴露的线嵌入到纸衬底内的不同的方法。因为附加的暴露的线表面区域允许更好地使用光学可见装置(诸如，当前公开的装置)，所以宽线(通常具有2mm到6mm的宽度)是特别有用的。
安全装置或物件随后可被纳入纸或聚合物基底衬底内，使得它是从完成的安全衬底的两侧可见的。EP-A-1141480和WO-A-03054297中描述了以这样的方式纳入安全元件的方法。在EP-A-1141480中描述的方法中，安全元件的一侧在其部分地嵌入的衬底的一个表面处完全暴露，且在衬底的另一个表面处在窗口中部分地暴露。
适合用于制作用于安全票证的安全衬底的基底衬底可以由任何常规材料形成，常规材料包括纸和聚合物。用于在这些类型的衬底中的每个中形成大体上透明的区域的技术是本领域已知的。例如，WO-A-8300659描述了一种由透明衬底形成的聚合物钞票，该透明衬底包括在该衬底两侧上的乳浊涂层。在衬底两侧上的局部区域中省去该乳浊涂层以形成透明区域。在此情况下，该透明衬底可以是安全装置的整体部分，或者分离的安全装置可以被施加到票证的透明衬底。WO-A-0039391描述了一种在纸衬底中制造透明区域的方法。EP-A-723501、EP-A-724519、WO-A-03054297以及EP-A-1398174中描述了用于在纸衬底中形成透明区域的其他方法。
安全装置还可被施加到纸衬底的一侧，使得一些部分被定位在形成在纸衬底中的孔中。可以在WO-A-03054297中发现形成这样的孔的方法的一个实例。可以在WO-A-2000/39391中发现纳入安全元件的一种替代方法，该安全元件在纸衬底的一侧中的孔中可见且在纸衬底的另一侧上完全暴露。
现在将参考图30到图33描述这样的有价票证的实施例以及用于纳入安全装置的技术的实施例。
图30描绘一个示例性有价票证50，该有价票证在此呈钞票的形式。图30a以平面视图示出该钞票然而图30b以沿着线X-X’的横截面示出相同的钞票。在此情况下，该钞票是聚合物(或混合聚合物/纸)钞票，具有透明衬底51。两个乳浊层52a和52b被施加到透明衬底51的任一侧上，所述乳浊层可以采用乳浊涂层(诸如，白油墨)的形式，或可以是层压到衬底51的纸层。
横跨形成一个其内定位安全装置的窗口的区域55省去了乳浊层52a和52b。如图30b的横截面中最佳示出的，聚焦元件阵列56被设置在透明衬底51的一侧上，且对应的图像元素阵列57被设置在该衬底的相反表面上。该聚焦元件阵列56和图像元素阵列57各自如上文关于公开的实施方案中的任何一个所描述的。当从透镜阵列56的一侧查看该票证时，一旦使该装置倾斜，就可以查看到前述透镜状效果。应注意到，在此实施方案的改型中，窗口55可以是半窗口，其中乳浊层52b在图像元素阵列57之上继续横跨该窗口的全部或部分。在此情况下，该窗口将不是透明的但是相较于其周围的事物会(不会)仍显出相对半透明。该钞票还可以包括一系列窗口或半窗口，在所述窗口或半窗口内安全装置的区域是可见的。
在图31中，钞票50是设置有安全线形式的安全物品60的常规纸基钞票，安全线在造纸期间被插入使得它被部分地嵌入到纸内以使得纸的部分53和54位于该线的任一侧上。这可以是使用EP0059056中所描述的技术实现的，其中在造纸过程期间纸未被形成在窗口区域中，因此在该钞票的窗口区域65中暴露该安全线。替代地，窗口区域65可以例如是在插入该线之后通过磨损在这些区域中的纸的表面形成的。安全装置被形成在线60上，该安全装置包括透明衬底63，其中透镜阵列61设置在一侧上且图像元素阵列62设置在另一侧上。在该例示中，透镜阵列61被描绘为在线的每个暴露的区域之间不连续，尽管实际上通常将不是该情况且安全装置将沿着该线连续地形成。替代地，若干个安全装置可以沿着该线彼此间隔开，其中通过每个显示不同的图像或相同的图像。在一个实施例中，第一窗口可以含有图27的实施方案中示出的装置的第一区域，且第二区域可以含有图27的实施方案中示出的第二区域，以使得当倾斜时两个窗口显示相反的效果。
在图32中，钞票50再次是常规的基于纸的钞票，设置有一个条元件或插入物60。条60是基于透明衬底63且被插入在两个纸板层53和54之间。安全装置是通过条衬底63的一侧上的透镜阵列61和另一侧上的图像元素阵列62形成的。纸板层53和54横跨区域65是有孔径的，以露出安全装置，在此实施例中该安全装置可以横跨整个条60存在或可以被局限在孔径区域65内。
图33中示出了另一个实施方案，其中图33(a)和图33(b)分别示出票证的前侧和后侧，且图33(c)是沿着线Z-Z’的横截面。安全物品60是一个包括根据上文所描述的实施方案中的任何一个的安全装置的条或带。使用EP-A-1141480中所描述的方法，将安全装置物品60形成到包括纤维衬底53的安全票证50内。该条被纳入该安全票证内使得它在该票证的一侧上充分暴露(图33(a))且在该票证的相反侧上在一个或多个窗口65中暴露(图33(b))。此外，该安全装置被形成在条60上，条60包括透明衬底63，其中透镜阵列61形成在一个表面上且图像元素阵列62形成在另一个表面上。
替代地，可以通过将纸53设置有一个孔(aperture)65且横跨该孔65将条元件60粘附到纸53的一侧上来实现类似的构造。该孔可以是在造纸期间或在造纸之后例如通过模切或激光切割形成的。
一般而言，当将安全物品(诸如，承载安全装置的条或补片)施加到票证时，优选的是使该装置承载图像元素阵列的一侧键合到票证衬底而不是透镜侧，这是因为透镜和胶粘剂之间的对比可以致使透镜无效。然而，胶粘剂可以作为图案被施加到透镜阵列，以使得留置该透镜阵列的一个预期有窗口的区域未被涂覆，其中条或补片然后被配准地施加(在衬底的机器方向上)，因此未被涂覆的透镜区域与衬底孔或窗口配准。还值得注意的是，因为仅当从一侧查看该装置时，该装置才表现出光学效果，所以胶粘剂被施加在一个窗口区域之上不是特别有利的，且实际上它可以被施加在一个没有窗口的衬底之上。类似地，在聚合物衬底的环境中，该装置非常适合于安排在半窗口位置中。
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。
附加的光学可变装置或材料可以被包括在安全装置中，诸如，薄膜干涉元件、液晶材料以及光子晶体材料。这样的材料可以呈薄膜层的形式或作为适合于通过印刷施加的着色材料。如果这些材料是透明的，则它们可以被包括在该装置的与本发明的安全特征相同的区域内，或替代地，如果它们是乳浊的，则可以被安置在该装置的分立的侧向间隔开的区域内。
安全装置可以包括一个与本发明的安全特征侧向间隔开的金属层。金属层的存在可以被用来隐藏机器可读暗磁性层的存在。当将磁性材料纳入所述装置中时，该磁性材料可以按照任何设计来施加，但是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、钴以及其合金。在本文中，术语“合金”包括诸如下列材料：镍∶钴、铁∶铝∶镍∶钴以及类似物。可以使用镍屑(flake)材料；另外，铁屑材料是合适的。典型的镍屑具有的横向尺度在5-50微米范围内且厚度小于2微米。典型的铁屑具有的横向尺度在10-30微米范围内且厚度小于2微米。
在一个替代的机器可读的实施方案中，可在所述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：该磁性层包含的分布的磁性材料颗粒的尺寸和分布浓度使得该磁性层保持透明。
负标志或正标志可以被创建在金属层或任何合适的不透明层中。产生部分金属化(metallised)/脱金属化(demetallised)膜(其中在受控的且清楚限定的区域中不存在金属)的方式是使用光刻胶和蚀刻技术(诸如，US-B-4652015中所描述的)选择性地脱金属化区域。用于实现类似效果的其他技术是例如可以通过掩膜来真空沉积铝，或可以使用准分子激光将铝从塑料载体和铝的复合条选择性地去除。可以通过印刷具有金属外观的金属效果油墨(诸如，Eckart销售的)替代地提供金属化区域。

Claims (50)

1.一种安全装置，包括：
聚焦元件阵列，每个聚焦元件都适于在至少第一方向上聚焦光，所述聚焦元件在至少一个维度上被安排在一个规则的网格上；以及
图像元素阵列，该图像元素阵列与该聚焦元件阵列重叠，基于限定图像元素位置的重复的单位单元来安排图像元素，该单位单元的周期性与其上安排有该聚焦元件阵列的网格的周期性大体上相同，在该单位单元内限定了图像元素位置集合，该单位单元内的每个图像元素位置被指定承载一个相应的对应图像的一个图像元素；
由此，根据视角，该聚焦元件阵列将光从所选择的图像元素位置导引向查看者，使得随着使该装置倾斜，由所选择的图像元素位置处的图像元素以组合的方式顺序地显示相应的图像中的不同的图像；
其中每个单位单元的一个中心区域被指定承载一个对应的中心图像的图像元素，该中心区域包括一个或多个图像元素位置，该中心区域大于该单位单元的每个外部区域，所述外部区域被定位在该中心区域外部且被指定承载其他相应的图像的图像元素，使得向查看者显示该中心图像的视角范围大于显示每个其他图像的视角范围。
2.根据权利要求1所述的安全装置，其中所述中心区域包括单个中心图像元素位置，所述中心图像元素位置大于由所述单位单元限定的其他图像元素位置中的每一个。
3.根据权利要求1所述的安全装置，其中所述中心图像元素位置比由所述单位单元限定的其他图像元素位置的平均尺寸大至少10％且优选地大至少25％。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的安全装置，其中在所述中心图像元素位置外部且紧邻所述中心图像元素位置的图像元素位置小于朝向所述单位单元的周界定位的周围图像元素位置。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的安全装置，其中所述单位单元中除了中心图像元素以外的所有图像元素具有大体上相同的尺寸。
6.根据权利要求2到5中的任一项所述的安全装置，其中所述单位单元的每个外部区域包括比所述中心图像元素位置小的单个图像元素位置。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述单位单元限定一个二维的图像元素位置集合，所述二维的图像元素位置集合包括沿着所述第一方向以及第二正交方向安排的图像元素位置。
8.根据权利要求1所述的安全装置，其中所述中心区域包括由所述单位单元限定的图像元素位置中的至少两个的子集，所述子集中的每个图像元素位置被指定承载所述中心图像的相同的图像元素的一个复制品。
9.根据权利要求8所述的安全装置，其中所述单位单元限定一个二维的图像元素位置集合，所述二维的图像元素位置集合包括沿着所述第一方向以及第二正交方向安排的图像元素位置，且所述子集包括一个二维的图像元素位置阵列。
10.根据权利要求9所述的安全装置，其中所述子集包括沿着所述第一方向安排的至少两个邻近的图像元素位置和沿着所述第二方向安排的至少两个邻近的图像元素位置。
11.根据权利要求10所述的安全装置，其中所述子集包括的沿着所述第一方向安排的图像元素位置的数目与沿着所述第二方向安排的图像元素位置的数目大体上相同。
12.根据权利要求8到11中的任一项所述的安全装置，其中限定在所述单位单元内的所有图像元素位置具有大体上相同的尺寸。
13.根据权利要求8到12中的任一项所述的安全装置，其中所述单位单元的每个外部区域包括单个图像元素位置或一组比形成该子集的一部分更少的图像元素位置。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述中心区域的中心被设置在所述单位单元的中心上。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述中心区域比所述单位单元的外部区域的平均尺寸大至少10％，优选地大至少25％。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件阵列和所述图像元素阵列彼此配准，优选地使得每个单位单元的中心区域与对应的聚焦元件的中心对准，由此当沿着所述安全装置的平面的法线查看所述安全装置时显示所述中心图像。
17.根据权利要求16所述的安全装置，其中所述聚焦元件阵列和所述图像元素阵列被配置成使得当沿着至少第一方向在所述法线与阈值角之间的所有角度下查看所述安全装置时显示所述中心图像，所述阈值角在距所述法线2度到10度之间，优选地距所述法线2.5度到5度之间。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述单位单元在所述中心区域的沿所述第一方向的每一侧上包括至少两个外部区域，且优选地相同数目的外部区域被设置在所述中心区域的沿所述第一方向的每一侧上。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中对于沿所述第一方向和/或第二方向的能够聚焦光的所有查看角度，每个聚焦元件的焦距大体上相同，优选地+/-10微米以内，更优选+/-5微米以内。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件仅在第一方向上聚焦光且优选地是半圆柱形透镜或反射镜。
21.根据权利要求1到19中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件每个都适于在至少所述第一方向上和正交的第二方向上聚焦光，且所述聚焦元件被安排在一个规则的二维网格上。
22.根据权利要求21所述的安全装置，其中其上安排有所述聚焦元件的所述网格是一个正交网格且所述单位单元是正方形的或矩形的；或其上安排有所述聚焦元件的所述网格是一个六边形网格且所述单位单元是一个六边形。
23.根据权利要求21或权利要求22所述的安全装置，其中所述聚焦元件是球面聚焦元件或非球面聚焦元件。
24.根据权利要求21到23中的任一项所述的安全装置，其中每个聚焦元件在至少两个正交方向中的每一个方向上具有大体上相等的聚焦能力。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件是透镜或反射镜。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件阵列具有在5微米-200微米的范围内的周期性，优选地10微米-70微米的范围内的周期性，最优选地20微米-40微米的范围内的周期性。
27.根据权利要求21到26中的任一项所述的安全装置，其中沿着至少所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，在所述中心区域外部，所述单位单元包括被指定给与所述中心图像不同的相应的图像的外部区域。
28.根据权利要求27所述的安全装置，其中沿着所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，至少两个外部区域被设置在所述中心区域的每一侧上。
29.根据权利要求27或28所述的安全装置，其中沿着至少所述第一方向和第二方向，优选地沿着所有方向，在所述中心区域外部，所述单位单元包括相同数目的外部区域。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述中心区域是大体上正方形的、矩形的、圆形的或六边形的。
31.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中至少横跨所述装置的其中对应于所述外部区域的相应图像包括标志的一个区域，所述中心图像是空白的，由此在横跨所述装置的所述区域的每个单位单元中由所述中心区域承载的图像元素是空的。
32.根据权利要求1到30中的任一项所述的安全装置，其中至少横跨所述装置的其中对应于所述外部区域的相应图像包括标志的一个区域，所述中心图像是一个实心块颜色，由此在横跨所述装置的所述区域的每个单位单元中由所述中心区域承载的图像元素具有相同的实心颜色。
33.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中每个单位单元大体上对应于所述聚焦元件中的一个的覆盖区域。
34.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中限定在每个单位单元内的图像元素位置彼此邻接且大体上充满所述单位单元。
35.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所有相应的图像包括一个共同的图像组成，在所有视角下所述安全装置显示所述共同的图像组成。
36.根据权利要求35所述的安全装置，其中所述共同的图像组成是围绕一个区域的一个轮廓，所述区域的内容在相应的图像之间变化。
37.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中相应的图像中的至少一些各自包括字母、数字、符号、字符、徽标、肖像或图形中的一个。
38.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述图像元素由油墨限定。
39.根据权利要求1到37中的任一项所述的安全装置，其中所述图像元素由一个浮雕结构限定，所述浮雕结构优选地被凸印或铸造固化到一个衬底内或衬底上。
40.根据权利要求39所述的安全装置，其中所述浮雕结构包括衍射光栅结构。
41.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中每个图像元素位置的宽度小于50微米，优选地小于40微米，更优选地小于20微米，最优选地在5微米到10微米的范围内。
42.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述图像元素阵列近似定位在所述聚焦元件的聚焦平面内。
43.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述聚焦元件已经通过热凸印方法或铸造固化复制方法形成。
44.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中所述安全装置被形成为安全线、条、箔、插入物、标签或补片。
45.一种设置有根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置的物品。
46.根据权利要求45所述的物品，其中所述物品选自钞票、支票、护照、标识卡、真品证书、印花税票以及用于确保价值或个人标识的其他票证。
47.根据权利要求45或46所述的物品，其中所述物品包括一个衬底，所述衬底具有一个透明部分，在所述衬底的相反两侧上分别设置所述聚焦元件和所述图像元素。
48.一种制造安全装置的方法，所述方法包括：
提供聚焦元件阵列，每个聚焦元件都适于在至少第一方向上聚焦光，所述聚焦元件在至少一个维度上安排在一个规则的网格上；以及
形成图像元素阵列，该图像元素阵列与该聚焦元件阵列重叠，基于限定图像元素位置的重复的单位单元来安排图像元素，该单位单元的周期性与其上安排有该聚焦元件阵列的网格的周期性大体上相同，在该单位单元内限定了图像元素位置集合，该单位单元内的每个图像元素位置被指定承载一个相应的对应图像的一个图像元素；
由此，根据视角，该聚焦元件阵列将光从所选择的图像元素位置导引向查看者，使得随着使该装置倾斜，由所选择的图像元素位置处的图像元素以组合的方式顺序地显示相应的图像中的不同的图像；
其中每个单位单元的一个中心区域被指定承载一个对应的中心图像的图像元素，该中心区域包括一个或多个图像元素位置，该中心区域大于该单位单元的每个外部区域，所述外部区域被定位在该中心区域外部且被指定承载其他相应的图像的图像元素，使得向查看者显示该中心图像的视角范围大于显示每个其他图像的视角范围。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述聚焦元件阵列和所述图像元素阵列彼此配准地重叠，优选地使得每个单位单元内的中心区域与对应的聚焦元件的中心对准，由此当沿着所述安全装置的平面的法线查看所述安全装置时显示所述中心图像。
50.根据权利要求48或权利要求49所述的方法，适于制造根据权利要求1到44中的任一项所述的安全装置。
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