CN107209288A - 安全透镜层 - Google Patents

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Abstract

提供了一种适合于在微光学系统中使用的安全透镜片或层，其由多个接合的精细透镜阵列（例如，接合的精细双凸透镜阵列和/或接合的精细非柱面透镜阵列）构成。每个阵列具有不同于相邻或邻近阵列的透镜间距，并且/或者在与相邻或邻近阵列不同的方向上定向。还提供了利用该有创造性的安全透镜片和一个或多个上覆或下层的微尺寸图像图标（例如线数据）布置的微光学安全装置。图像图标布置和安全透镜层被配置为使得安全装置投影一个或多个合成图像。这些投影图像可以示出出许多不同的光学效果。利用这种组合透镜层，当装置在一个方向倾斜时，一些地区可以是光学活跃的，当装置在相反方向上倾斜时，一些地区可以是活跃的，并且当装置在任一（或任何）方向倾斜时，一些区域可以是活跃的。该有创造性的微光学安全装置可以部分地嵌入安全物品和/或安装在安全物品（例如，纸张或聚合物安全文件、标签、卡片）的表面上，或者集成在其中。

Description

安全透镜层
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年9月16日提交的美国临时专利申请No.62/050,865的权益和优先权，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种安全透镜层，以及更具体地，涉及一种采用这种安全透镜层的微光学系统。
背景技术
光学材料长期以来一直被认为是用以保护物品（例如文件、标签、卡片）的重要附加物。这些材料允许各种自我认证的光学效果，从而致使保护物品更能抵抗假冒。
作为示例，Steenblik等人的美国专利No.7,333,268描绘了采用规则二维透镜阵列来放大微图像的微光学薄膜材料或结构形式的安全装置。该薄膜材料或结构包括：（a）一个或多个光学间隔器；（b）位于光学间隔器的一个表面上的图像图标阵列；以及（c）位于光学间隔器的相对表面上的微透镜阵列。由这个薄膜结构投影的图像示出了许多视觉效果，包括正交视差运动。
可以与这种薄膜结构一起使用的微透镜增强表面的常见形式是双凸（lenticular）透镜片。双凸透镜片包括具有顶面的基板，该顶面具有基本平行的折射光学脊（或基本上平行的反射光学谷）的并排阵列，并且具有大致平坦的底面。
如本领域技术人员所熟知的，当设计或选择用于物品的安全保护的微光学安全装置时，最重要的因素是安全装置通过关于所有层次的掺假的尝试来抵抗模拟。对模拟的抵抗最好用保持对公众来说继续成为主要的防线的足够简单和明显的方法来完成。使用简单的透镜阵列（例如堆积的（packed）六边形、正方球面和平行柱面（双凸）阵列）可能招致使用市售的透镜片来模拟复杂的光学效果的尝试。现成的双凸透镜片高达约200个透镜每英寸（LPI）或79个透镜每厘米（LPCM），并且总厚度大于或等于约125微米。虽然这些市售双凸透镜片的厚度大于用于物品安全的大多数微光学安全装置中使用的透镜层的厚度，但是这200个LPI双凸透镜片的分辨率可能足以满足观察者的要求。因此，实际上难以提供利用双凸透镜阵列的高度防伪的微光学安全装置。
发明内容
本发明通过提供适合于在微光学系统中使用的安全透镜片或层来解决这个问题，该安全透镜片或层由多个接合的精细透镜阵列（例如，接合的精细柱面（双凸）透镜阵列和/或接合的精细非柱面透镜阵列）组成，每个阵列具有不同于相邻或邻近阵列的透镜间距（LPI或LPCM）和/或在与相邻或邻近阵列不同的方向上定向。
如本文所使用的，术语“接合”旨在意指每个阵列与相邻或邻近的阵列接触或者以小间隙（例如，小于或等于约1毫米（mm）分开，优选小于约5微米（μ）），而术语“精细”旨在意指具有大于或等于约700 LPI（275 LPCM）的透镜间距（LPI或LPCM）的透镜阵列。
在示例性实施例中，透镜阵列是柱面（双凸）透镜阵列，其中每个双凸透镜阵列包含以大致平行和/或并排定向布置的透镜，并且与其他阵列基本上共面。每个阵列中的双凸透镜可以是直的、弯曲的或包括多个弯曲部（即蛇形双凸透镜阵列）。每个阵列可以采用任何尺寸或形状（例如，方形、矩形、三角形、六边形），并且沿其一个或多个边缘接合到一个或多个其他阵列。
在若干这样设想的实施例中，该有创造性的透镜片是具有长度和宽度的细长透镜片，并且由以下布置构成：
方形和/或矩形双凸透镜阵列，该方形和/或矩形双凸透镜阵列完全或部分跨其宽度并沿其长度延伸，每个透镜阵列在与相邻或邻近阵列不同的方向上定向并具有相同或不同的透镜间距，其中一个或多个这种阵列可选地具有全部或部分地设置在其中的另一个双凸透镜阵列（例如，设置在更大的方形或矩形的双凸透镜阵列内的较小的六边形双凸透镜阵列）；
三角形双凸透镜阵列，该三角形双凸透镜阵列包括但不限于等腰锐角三角形双凸透镜阵列以及完全跨其宽度并沿其长度延伸的等腰直角三角形双凸透镜阵列对，其中每对形成方形，其中一个透镜阵列在垂直于该对中的另一个透镜阵列的方向上定向；以及
它们的组合。
上文引用的双凸透镜阵列可以单独使用或与其他聚焦元件阵列组合使用，其他聚焦元件阵列包括但不限于非柱面透镜阵列。非柱面透镜阵列可以包括具有圆形、椭圆形或多边形基础几何形状的透镜，并且可以以规则或随机、一维或二维阵列布置。作为示例，可以将等腰锐角三角形柱面透镜阵列定位成以便至少部分地侵入（intrude into）具有多边形（例如，六边形）基础几何形状的规则或随机的透镜的二维阵列中。在一个示例性实施例中，非柱面透镜阵列设置成与双凸透镜阵列或柱面透镜阵列相邻或邻近，或者设置在双凸透镜阵列或柱面透镜阵列内。在另一个实施例中，柱面透镜阵列设置在非柱面阵列内。如本文所用，术语“设置在...内”是指部分或完全包含在另一阵列内的阵列。例如，一个阵列的边界或边缘的至少一部分可以包含在另一阵列的边界内。
在另一示例性实施例中，所述透镜阵列是非柱面（例如，球面或非球面）透镜阵列，其中每个非柱面透镜阵列包含大致如上所述布置的透镜，并且与其他阵列基本上共面。每个阵列可以采用任何尺寸或形状，并且沿该阵列的一个或多个边缘接合到一个或多个其他阵列。非柱面透镜阵列可以被布置成与一个或多个其他阵列相邻或邻接，或者部分地或完全地包含在一个或多个其他阵列中。
如上所述，该有创造性的透镜片中使用的透镜阵列可以具有相同或不同的透镜间距（LPI或LPCM）。在一个示例性实施例中，至少一个透镜阵列是具有在约2000 LPI至约5000LPI（优选地在约3000 LPI至约4000 LPI）的范围内的固定的透镜间距的规则透镜阵列。本文所用的术语“规则”是指具有均匀或固定的透镜间距的透镜阵列。在另一个示例性实施例中，至少一个透镜阵列是具有变化的透镜间距（例如，在约3000 LPI至约3500 LPI以及在约3500 LPI至约4000 LPI的范围内的透镜间距）的不规则透镜阵列，这允许不同的光学效果，例如不同的运动速度。本文所用的术语“不规则”是指具有不均匀或变化的透镜间距的透镜阵列。透镜间距可以逐渐地或以一个或多个离散步骤改变，从而在透镜阵列内形成不同透镜间距的地带或区域。变化的透镜间距可以是沿着柱面或非柱面透镜的长度的均匀间距变化或不均匀间距变化（例如，扇形或弯曲）。
该有创造性的透镜片的厚度优选小于约30微米，更优选小于约25微米，最优选小于约20微米。如本领域技术人员将容易理解的，这种片材的防伪性随着透镜间距的增加以及透镜层厚度的减小而增加。这是由于制造以及达到所需水平的印刷分辨率和透镜与下层或上覆印刷之间的配准的难度增大。
本发明还提供了一种微光学安全装置，其包括上述安全透镜片或层以及一个或多个上覆或下层的微尺寸图像图标布置（例如线数据）。图像图标布置和安全透镜层被配置为使得安全装置投影一个或多个合成图像。这些投影图像可以示出许多不同的光学效果。利用这种组合透镜层，当装置在一个方向倾斜时，一些地区可以是活跃的（即，投影合成图像），当装置在相反轴上倾斜时，一些地区可以是活跃的，并且当装置在任一（或任何）方向倾斜时，一些区域可以是活跃的。该有创造性的安全装置的总厚度可以在小于或等于约3毫米（mm）的范围内，包括（但不限于）从小于约50微米、小于约45微米、在约10微米至约40微米的范围以及存在于这些范围之间的范围内的厚度。
本发明还提供了一种安全物品（例如，纸或聚合物安全文件、标签、卡），该安全物品具有相对表面并且包括如上所述部分地嵌入所述安全物品和/或安装在所述安全物品的表面上或者集成在其中的的至少一个微光学安全装置。
通过以下详细描述和附图，本发明的其他特征和优点对本领域普通技术人员将是显而易见的。除非另外定义，本文中使用的所有技术术语和科技术语具有与本发明所属的技术领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用以其整体并入本文。在发生冲突的情况下，以包括定义的本说明书为准。此外，材料、方法/工艺和示例仅仅是说明性的并且不旨在限制。
附图说明
参考以下附图可以更好地理解本公开。匹配的附图标记遍及各附图指定相应的部件，并且附图中的部件不一定按比例，而是将重点放在清楚地说明本公开内容的原理上。虽然结合附图公开了示例性实施例，但是并不意图将本公开限制于本文公开的一个或多个实施例。相反，意图是涵盖所有的替代方案、修改和等同形式。
通过参考附图来说明所公开的发明的特定特征，其中：
图1是本发明的微光学安全装置的实施例的顶平面图，其中透镜层由布置在跨透镜层的宽度并沿透镜层的长度延伸的地带中方形和矩形的双凸透镜阵列构成；并且
图2是该有创造性的微光学安全装置的另一个实施例的顶平面图，其中透镜层由包括柱面和非柱面透镜阵列的透镜阵列的更复杂的组合组成。
具体实施方式
通过本发明，在相同的安全装置或工具上使用多个透镜阵列或格式（format）的简单和复杂的组合两者。这些组合起到用以模拟通常由市售的双凸薄膜提供的认证效果的主制止因素（deterrent）的作用。如上所述，利用这种新型组合透镜层，当装置在一个方向倾斜时，一些地区或地带可以是活跃的，当装置以相反的方向倾斜时，一些地区或地带可以是活跃的，而当装置在任一（或任何）方向上倾斜时，其他地区或地带可以是活跃的。
本发明的安全透镜片或层由多个接合的精细透镜阵列组成，每个阵列在某些方面与相邻或邻近阵列不同。这些差异可以例如是定向、透镜间距或其组合。预期的透镜阵列实施例包括由精细柱面（双凸）透镜阵列、精细非柱面（例如，球面或非球面）透镜阵列或精细双凸和精细非柱面透镜阵列两者的组合构成的透镜阵列。如上所述，还可以预期到，各个透镜阵列可以具有规则的或不规则的透镜间距。例如，透镜阵列可以具有固定的透镜间距，或者可以在阵列内具有不同间距的特定区域或地带，并且/或者透镜间距可以逐渐地跨阵列的全部或部分变化。形成本发明的安全透镜片或层的多个接合的精细透镜阵列的每个透镜阵列设置成与另一个透镜阵列相邻或邻近，或至少部分地设置在其内。在一个这样的实施例中，至少一个透镜阵列完全设置在另一透镜阵列内，其所有边界均位于另一透镜阵列的边界内。
设想的精细透镜包括但不限于柱面和非柱面折射透镜、反射透镜、混合折射/反射透镜及其组合。
这些透镜阵列的实施例用于改善透镜阵列对光学上退化的外部效果的抵抗。在一个这样的实施例中，从该有创造性的透镜片或层的外表面到折射界面的折射率在第一折射率和第二折射率之间变化，第一折射率基本上或可测量地不同于第二折射率。如本文所用，短语“基本上或可测量地不同”是指至少为0.04折射率单位的折射率差异。透镜可以被定位成以曲面面向观察者和/或反向以曲率远离观察者。
嵌入材料可以是透明的、半透明的、有色的或着色的，并且可以为安全和认证目的提供附加的功能，包括支持依靠光学效应、电导率或电容、磁场检测的自动货币认证、验证、跟踪、计数和检测系统。合适的材料可以包括粘合剂、凝胶、胶水、漆、液体、模制聚合物以及包含有机或金属分散剂的聚合物或其他材料。
该有创造性的透镜片或层与一个或多个上覆或下层布置的微尺寸图像图标或线（例如，特定宽度、角度、间距的线数据或线图案）一起使用以形成本发明的微光学安全装置。这里，相关联的透镜阵列和微尺寸图像图标的组（“成像组”）在装置倾斜时或者观察角度改变时共同形成、放大并投影一个或多个合成放大图像。透镜阵列和图像图标（例如，图案化线状物体的形式的线数据）都旋转以引起要被观察的不同的集成角度处的光学效应。这些成像组可以用相同或不同的视觉效果投影相同或不同的图像。在观察安全装置的一部分时，可能会出现同时投影的图像或所谓的“超级图标”，同时在观察装置的其他部分时可能会出现固定的投影图像和/或从一种形式转换到另一种形式的顺序投影图像。在任何一个位置，投影图像可能看起来位于装置表面上方或下方的空间平面上，或者可能看起来移动或开启和关闭（例如，移动条、旋转轮、闪烁图像等）。
如Steenblik等人的美国专利No.7,333,268中所述，图像的放大倍数或合成放大倍数的量值以及上述视觉效果取决于聚焦元件（例如，透镜）的布置（例如，阵列）和图像图标或线数据之间的“偏斜”程度、两个阵列的相对尺度以及聚焦元件或透镜的f-数，其中f-数被定义为通过将透镜的焦距（f）除以透镜（D）的有效最大直径而获得的商。
一个或多个光学间隔器层可以可选地包括在该有创造性的微光学安全装置的透镜阵列和微尺寸图像图标或线之间。该层可以使用一种或多种基本上透明或半透明的聚合物来形成，所述聚合物包括但不限于聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯等。在示例性实施例中，可选的光学间隔器层使用聚酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成。
可以直接在透镜层上或在光学间隔器层上印刷（即，由诸如喷墨、激光喷射等的印刷方法形成）微尺寸图像图标或线。在优选实施例中，图像图标相对于透镜或间隔器层的表面凸起或凹陷。更具体地，图像图标在透镜或间隔器层上或其中形成为空隙或凹陷，或者相对于该间隔器层凸起。
通过使用微光学和微结构复制领域中已知的多种方法（包括挤出（例如挤出压花、软压花）、辐射固化浇注、以及注射成型、反应注射成型和反应铸造），该有创造性的的微光学安全装置的安全透镜层和微尺寸图像图标或线的布置可以由各种材料形成，例如基本上透明或纯净的有色或无色聚合物，例如丙烯酸树脂、丙烯酸酯聚酯、丙烯酸酯化聚氨酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯等。
用于微光学安全装置的制造的示例性片材或卷材加工方法利用分别结合透镜和图像图标微结构的工具。在该示例性方法中，透镜工具和图标工具两者都是使用光掩模和光致抗蚀剂方法起源的。图像图标形成为辐射固化液体聚合物（例如丙烯酸酯化聚氨酯）中的空隙，该辐射固化液体聚合物被浇铸为抵靠基薄膜（即，光学间隔器），该基薄膜诸如75标准规格粘附促进的（75 gauge adhesion-promoted）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜，然后接合的精细透镜阵列由相对于图像图标正确对准或偏斜的基薄膜的相对面上的辐射固化聚合物形成，然后通过抵靠薄膜表面的凹版式刮刀刮片用亚微米颗粒着色彩色材料来填充图像图标空隙，并且填充物通过合适的方式（例如溶剂去除、辐射固化或化学反应）而固化。
现在将结合附图描述该有创造性的微光学安全装置的示例性实施例。图1中示出了第一示例性实施例，其中该有创造性的微光学安全装置由附图标记10标记。装置10包括细长透镜片或层12以及微尺寸图像图标或线数据（未示出）的下层布置。透镜层12由布置在各地带（A-C地带）中的方形和矩形的双凸透镜阵列组成，该双凸透镜阵列完全跨透镜层12的宽度并且沿着透镜层12的长度延伸。每个透镜阵列或地带中的透镜在垂直于相邻或邻近地带中的透镜的方向上定向。因为A地带和C地带的透镜间距大于B地带的透镜间距，所以透镜间距沿透镜层12的长度变化。
如图1中的箭头所示，当装置10竖向倾斜时，因为A地带和C地带投影沿相同方向移动的合成图像，所以A地带和C地带是光学活跃的。当装置10水平倾斜时，因为B地带投影合成图像，该合成图像沿着不同方向移动（如B地带中的箭头所示），并且由于该该地带中较低的透镜间距而以降低的移动速度移动，所以B地带也是活跃的。
在图2中示出了微光学安全装置10的第二示例性实施例。在该实施例中，装置10包括细长透镜片或层14以及微尺寸图像图标或线数据（未示出）的下层布置。透镜层14构成了包括布置在各地带（A-1、A-2、B-1、B-2、C、D地带）中的柱面和非柱面透镜阵列两者的透镜阵列的更复杂组合。图2所示的无透镜区域可以形成来自下层地区的期望效果的一部分。例如，这些区域可以显示为没有动画的下层图标颜色的部分（例如，30％）的色调。
A-1地带和A-2地带构成一对等腰直角三角形双凸透镜阵列，其中一个阵列中的透镜在垂直于一对阵列的另一阵列中的透镜的方向上定向。这些阵列一起形成方形，该方形跨层14的宽度并且沿着层14的长度延伸。当装置10竖向倾斜时，因为A-1地带投影沿A-1地带中的箭头所示的方向移动的合成图像，所以A-1地带是活跃的，而当装置10水平倾斜时，因为A-2地带投影沿A-2地带中的箭头所示的方向移动的合成图像，所以A-2地带是活跃的。在两个阵列都具有相同或相似的透镜间距的情况下，这些阵列中的合成图像的移动速度将是相同的或相似的。
A-1地带的等腰直角三角形双凸透镜阵列接合到B-1地带中的矩形双凸透镜阵列，其在B-2地带中具有设置在其中的较小的六边形和钝角双凸透镜阵列。B-1地带中的透镜在平行于A-1地带中的透镜的方向上定向。此外，B-1地带具有与A-1地带不同并且在位于B-2地带右侧的中间地区R增加的透镜间距。当装置10竖向倾斜时，因为B-1地带投影沿着B-1地带中的箭头所示的方向移动的合成图像，其中，该移动由于在该地区中经增加的透镜间距而在中间地区R中加速，所以B-1地带是活跃的。当装置10从右上向左下倾斜时，B-2地带是活跃的，反之亦然。由B-2地带投影的合成图像的移动速度与B-1地带中的地区R上方和下方的地区投影的图像移动速度相似。
B-1地带中的矩形双凸透镜阵列与C地带中的等腰锐角三角形透镜阵列相连，该阵列跨装置10的宽度进一步延伸。C地带中的透镜相对于B-1地带中的透镜被定向成锐角。C地带具有在减小透镜长度的方向上增加的透镜间距。当装置10从左上向右下倾斜时，C地带是活跃的，反之亦然，其中随着间距减小，移动速度可选地增大。
C地带中的等腰锐角三角形透镜阵列部分地侵入到D地带中具有六边形基本几何形状的规则的二维透镜阵列中。该阵列跨装置10的宽度进一步延伸。如D地带中的箭头所示，该阵列在所有倾斜方向都是活跃的。该阵列可以是角度和/或间距中的规则（固定的）或不规则（变化的）阵列。
如上所述，本发明的微光学安全装置可以部分嵌入到和/或安装在安全物品的表面上，或者集成在其中。安全物品包括但不限于纸张和聚合物安全文件、标签和卡片。
虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，它们仅以示例的方式提出，而不是限制。因此，本发明的广度和范围不应受任何示例性实施例的限制。

Claims (14)

1.一种适合于在微光学系统中使用的安全透镜片或层，其包括多个接合的精细透镜阵列，
其中，每个阵列具有不同于相邻或邻近阵列的透镜间距，并且/或者
其中，每个阵列在与相邻或邻近阵列不同的方向上定向。
2.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，所述多个接合的微透镜阵列是基本上共面的透镜阵列。
3.根据权利要求2所述的安全透镜片或层，其中，所述多个接合的精细透镜阵列选自以下各项组成的组：接合的精细双凸透镜阵列、接合的精细非柱面透镜阵列、接合的精细球面透镜阵列、接合的精细非球面透镜阵列以及接合的精细双凸透镜阵列和接合的精细非柱面透镜阵列的组合。
4.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，所述多个接合的精细透镜阵列是双凸透镜阵列，每个透镜阵列包含以大致平行并排定向布置的透镜。
5.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，所述安全透镜片或层是具有长度和宽度的细长透镜片，并且由以下布置构成：
方形和/或矩形双凸透镜阵列，所述方形和/或矩形双凸透镜阵列完全跨其宽度并沿其长度延伸，每个透镜阵列在与相邻或邻近阵列不同的方向上定向并具有相同或不同的透镜间距，其中，一个或多个透镜阵列可选地具有全部或部分地设置在其中的另一个双凸透镜阵列；
三角形双凸透镜阵列，所述三角形双凸透镜阵列选自由等腰锐角三角形双凸透镜阵列以及完全跨其宽度并沿其长度延伸的各等腰直角三角形双凸透镜阵列对的组，其中，每对等腰直角三角形双凸透镜阵列形成方形，其中一个透镜阵列在垂直于该对中的另一个透镜阵列的方向上定向；以及
它们的组合。
6.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，至少一个透镜阵列是具有固定的透镜间距的规则透镜阵列，所述固定的透镜间距在约2000至约5000个透镜每英寸的范围内。
7.根据权利要求6所述的安全透镜片或层，其中，所述固定的透镜间距在约3000至约4000个透镜每英寸范围内。
8.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，至少一个透镜阵列是具有多于一个透镜间距的不规则透镜阵列，其中，可选地，所述不规则透镜阵列具有两个透镜间距，第一透镜间距在约3000至约3500个透镜每英寸的范围内，并且第二透镜间距在3500至约4000个透镜每英寸的范围内。
9.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，所述片或层的厚度小于约30微米。
10.根据权利要求9所述的安全透镜片或层，其中，所述片或层的厚度小于约25微米。
11.根据权利要求9所述的安全透镜片或层，其中，所述片或层的厚度小于约20微米。
12.根据权利要求1所述的安全透镜片或层，其中，所述透镜阵列部分地或全部地嵌有用以改善所述透镜阵列对光学上退化的外部效果的抵抗的材料。
13.一种微光学安全装置，其包括根据权利要求1所述的安全透镜片或层以及一个或多个上覆或下层的微尺寸图像图标布置，其中，所述一个或多个图像图标布置和所述安全透镜片或层被配置为使得由所述安全装置投影一个或多个合成图像。
14.一种安全物品，其具有相对表面并且包括根据权利要求13所述的至少一个微光学安全装置，其部分地嵌入所述安全物品和/或安装在所述安全物品的表面上或者集成在其中。
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