CN107533814B - 安全设备、安全物品、安全设备组件及制造该设备的方法 - Google Patents

安全设备、安全物品、安全设备组件及制造该设备的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种安全设备，包括：细长聚焦结构阵列，细长聚焦结构的细长轴沿着第一方向对准，所述细长聚焦结构沿着与所述第一方向正交的第二方向周期性地布置成彼此平行，每个细长聚焦结构具有一个光学覆盖区，该光学覆盖区的不同的细长的条将根据视角而被导引到查看者，每个光学覆盖区的中心线平行于所述第一方向；以及图像元件阵列，所述图像元件阵列与所述细长聚焦结构阵列重叠，所述图像元件阵列表示至少两个相应的图像的细长的图像切片，每个图像切片包括一个或多个图像元件，且每个相应的图像的至少一个图像切片被定位在每个细长聚焦结构的光学覆盖区中。所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向改变。在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于第一图像的第一图像切片的一部分和对应于第二图像的第二图像切片的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。

Description

安全设备、安全物品、安全设备组件及制造该设备的方法
技术领域
本发明涉及安全设备，例如，用于在有价物品(诸如，钞票、支票、护照、标识卡、真品证书、印花税票以及其他有价票证或个人标识)上使用。还公开了制造这样的安全设备的方法。
背景技术
有价物品具体地有价票证(诸如，钞票、支票、护照、识别票证、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。通常这样的物件设置有多个可视安全设备，以用于核对该物件的真实性。实施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、软百叶窗设备、透镜状设备、波纹干涉设备和波纹放大设备)的特征，这些特征中的每个生成一个安全视觉效果。其他已知的安全设备包括全息图、水印、压印、穿孔和颜色偏移或冷光/荧光油墨的使用。所有这样的设备共同点的是极其难于或不可能使用可用的复制技术(诸如，复印)来复制由设备所表现出的视觉效果。也可以采用表现出非可视效果的安全设备(诸如，磁性材料)。
一类安全设备是产生光学可变效果的那些安全设备，意味着在不同的视角下，设备的外观不同。这样的设备是特别有效的，因为直接复制 (例如，复印)将不产生光学可变效果，因此可很容易地与真正的设备区分开。光学可变效果可以是基于多种不同的机制生成的，所述机制包括全息图和其他衍射设备，以及利用聚焦元件(诸如，透镜)的设备，包括波纹放大器设备和所谓的透镜状设备。
波纹放大器设备(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设备的实施例)利用微聚焦元件(诸如，透镜或反射镜)阵列和对应的微缩图像元件阵列，其中微聚焦元件和微缩图像元件阵列的节距和它们的相对位置使得微聚焦元件阵列与微缩图像元件阵列协作，以由于波纹效应而生成微缩图像元件的放大型式。每个微缩图像元件都是最终观察到的图像的完整的、微型型式，且聚焦元件阵列起作用以选择和放大每个下面的微缩图像元件的一小部分，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”。
另一方面，透镜状设备不涉及合成放大。聚焦元件(通常，圆柱形透镜)阵列覆在对应的图像元件阵列上面，图像元件阵列中的每个仅描绘了待被显示的图像的一部分。来自两个或更多个不同图像的图像切片 (其由一个或多个图像元件组成)被交错，且当通过聚焦元件查看时，在每个视角下，仅选定组的图像切片(全都来自相同的图像)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所产生的图像将与下面的图像切片所形成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中描述了透镜状设备的一些实施例。WO-A2014/085290 也公开了一种形成图像元件阵列的方法，其目的在于增加可以被纳入从而可以在不同的视角下被显示的不同图像的数目。
透镜状设备具有的优点是，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时是不可能的。尽管如此，不断寻找具有不同外观和效果的新设备，以领先于潜在的伪造者。
发明内容
根据本发明，提供一种安全设备，包括：
细长聚焦结构阵列，所述细长聚焦结构的细长轴沿着第一方向对准，所述细长聚焦结构沿着与所述第一方向正交的第二方向周期性地布置成彼此平行，每个细长聚焦结构具有一个光学覆盖区，该光学覆盖区的不同的细长的条将根据视角而被导引到查看者，每个光学覆盖区的中心线平行于所述第一方向；以及
图像元件阵列，所述图像元件阵列与所述细长聚焦结构阵列重叠，所述图像元件阵列表示至少两个相应的图像的细长的图像切片，每个图像切片包括一个或多个图像元件，且每个相应的图像的至少一个图像切片被定位在每个细长聚焦结构的光学覆盖区中；
其中所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向改变；
由此，在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于第一图像的第一图像切片的一部分和对应于第二图像的第二图像切片的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。
通过以此方式布置图像切片，使得每个图像切片不平行于聚焦结构的细长轴，由该设备生成一个新的视觉效果。下文将描述所述细长聚焦结构的优选实施方式，但应注意，在一些情况下，这些优选实施方式可以包括被布置以便形成细长聚焦结构的非细长聚焦元件。每个细长聚焦结构的光学覆盖区通常将在形状和对准方面对应于细长聚焦结构自身的那些，且其中心线是在每个位置处、沿着所述第一方向(因此所述中心线将平行于所述第一方向)与所述光学覆盖区的两个长侧等距的直线。
应理解，所公开的安全设备是如上文描述的透镜状设备的一个实施例，因此每个图像元件是对应的图像的一部分(例如，个体像素，或一组像素或一行像素)，不是对应的图像的微缩型式(如在波纹放大器类型设备的情况那样)。聚焦结构优选地不执行任何放大。此外，所述设备不基于波纹干涉原理操作：在所述第二方向上，所述图像元件阵列和所述聚焦结构阵列的(一维)周期性应大体上匹配。在任何一个视角下，每个光学覆盖区的一部分因此通过聚焦结构而被导引到查看者，且它是横跨阵列的、共同限定所述设备的外观的这些选定部分的组合。
在利用细长聚焦元件的常规透镜状设备(诸如，US-A-4892336、 WO-A-2011/051669、WO-A-2011051670、WO-A-2012/027779和 WO-A-2014/085290中公开的常规透镜状设备)中，图像切片被布置成平行于聚焦元件，使得在任何一个视角下，每个光学覆盖区中的图像切片中的单个图像切片将沿着每个聚焦元件的整个长度被导引到查看者，或如果存在来自邻近图像切片的任何串扰，此串扰的程度将沿着该长度恒定，使得横跨所述设备显示所述图像中的单个图像(或所述单个图像至少主导该显示)。
相反，在至少一些(优选地所有)视角下，目前公开的设备将在该设备的、沿着聚焦结构的轴向方向彼此侧向偏移的对应区域中同时向查看者显示至少两个图像。这是因为(来自不同的图像的)至少两个图像切片由于它们的布置而将与每个聚焦结构的光学覆盖区的、在任何一个视角下被导引到查看者的区域(其将是平行于聚焦结构的细长的条)相交。因此，光学覆盖区的、在任何一个视角下被导引到查看者的区域将包括至少两个图像切片的一部分，引起在该设备的一个区域中显示第一图像且在该设备的第二区域中显示第二图像。
每个区域的位置也将取决于视角，其结果是当使视角在与聚焦结构的长轴正交的方向上改变时(例如通过使设备倾斜)，显示相应的图像的区域将显现为沿着轴向方向移动。随着所述区域沿着轴向方向移动，相应的图像的不同部分将由设备显示，引起从一个图像到下一图像的滑动“显露”视觉转变。此显著视觉效果容易与常规透镜状设备区分开，在所述常规透镜状设备中，在相同的视角下该设备的大体上整个区域将从一个图像转变到下一图像，带来从一个图像“切换”到另一图像的印象。因此，由目前公开的设备所提供的新的视觉效果表示对伪造者的重大挑战并且增加了设备的安全水平。
优选地，每个图像切片沿着与所述第一方向成非零且非正交的角度θ的路径布置。θ的大小越大，每单位倾斜(即，视角的改变)时，区域将显现沿着所述第一方向移动的距离越短，从而区域的表观运动速率“越慢”(然而，每个区域将沿着设备更快地完成其可达到的运动范围，因为这也被缩短)。换句话说，偏斜移动随着视角改变的速率与偏斜角度θ成反比例。应注意，所述路径可以是直的或弯曲的，或由多个直线段组成。因此，θ的值可以不是恒定的，而是可以随着沿着所述第一方向的位置变化，如下文进一步描述的。
因此，在一些优选实施方案中，每个图像切片的路径是直线的，所述路径与所述第一方向之间的角度θ沿着所述第一方向恒定。在此情况下，在倾斜时每个区域显现沿着该设备移动的速率将沿着该设备的轴向方向恒定。在其他优选实施方案中，每个图像切片的路径是弯曲的或由多个(至少两个)直线段形成，所述路径与所述第一方向之间的角度θ沿着所述第一方向增加或减小(优选地，沿着该设备总是在相同的指向上，或沿着该设备的第一部分在一个指向上且沿着该设备的第二部分在另一指向上)。如果所述路径是弯曲的，角度θ被测量为在任何特定点处，所述第一方向与弯曲路径的切线之间的角度。如果θ沿着所述第一方向增加，则当区域在所述第一方向上移动时，所述区域的移动速率将显现为变慢，即，减速(相反地，当在相反的指向上使该设备倾斜时，当所述区域在相反的方向上移动时将加速)。如果θ沿着所述第一方向减小，则将观察到相反效果。弯曲的路径将导致连续的(即，逐渐的) 加速或减速，而由多个直线段形成的路径将在倾斜时、在遇到所述路径的不同的线段时以表观运动速率表现出离散步长(step)。可以使用这些原理来配置所述路径，以生成复杂的视觉效果，所述复杂的视觉效果从而进一步增加该设备的安全性。
应注意，每个图像切片可以沿着其路径连续或可以不沿着其路径连续。在一些优选实施方案中，每个图像切片包括一个对应的细长图像元件(直的或弯曲的)，所述对应的细长图像元件沿着所述路径延伸，使得该图像切片沿着所述第一方向、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离连续地(即，逐渐地，与阶梯式相反)改变。在此情况下，所述图像切片将是连续的。应注意，距离的连续改变不必总是在相同的指向上：例如，图像切片的路径可以逐渐移动远离该中心线，然后逐渐朝向该中心线返回。然而，在其他优选实施方案中，每个图像切片包括一组至少两个图像元件，所述至少两个图像元件沿着所述路径定位，使得该图像切片沿着所述第一方向、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离离散地(即，阶梯式地)改变。形成该组的所述至少两个图像元件可以彼此接触或可以彼此间隔(可选地，通过形成来自不同的图像的其他图像切片的部分的图像元件)，在该情况下，图像切片将不是连续的。由于图像切片的位置将沿着所述第一方向阶梯式地而不是逐渐地改变，所述区域在倾斜时所表现出的表观运动将显现为以离散阶段而不是作为一个平滑运动发生。根据该设备的设计，这可能是期望的。
在每个图像切片包括一组至少两个图像元件的情况下，有利地，所述图像元件阵列被布置在网格上，优选地被布置在正交网格上，所述网格的轴与所述图像切片的路径不平行。例如，可以利用方形的、矩形的或六边形的图像元件的标准正交网格。优选地，所述网格的轴平行于所述第一方向和所述第二方向。有利地，所述图像元件是细长的，优选地在所述第一方向上是细长的。
可以通过形成该组的图像元件的定位或类似地通过从该阵列选择图像元件以形成表示一个图像切片的组来确定图像切片路径的形状(从而视觉效果的运动速度和任何加速或减速)。因此，在一些优选实施例中，在所述第一方向和所述第二方向上，该组图像元件中的每个图像元件和该组图像元件中的下一图像元件之间的间隔沿着所述第一方向是恒定的。这将导致恒定角度θ的矩形路径，从而导致沿着该设备的恒定的运动速率。在其他优选实施方案中，在所述第一方向和/或所述第二方向上，该组图像元件中的每个图像元件和该组图像元件中的下一图像元件之间的间隔沿着所述第一方向变化。这可以被用来形成一个弯曲路径或一个具有多个直线段的路径，从而表现出如上文所描述的加速效果或减速效果。
在一些实施方案中，图像切片的布置和聚焦元件的尺寸可以是使得在任何一个时间，显示第一图像的仅一个第一区域将由该设备表现出，当倾斜时，此第一区域沿着该设备的长度移动。这是通过将该设备在所述第一方向上的最大长度布置成不大于w/(tanθ)来实现的，其中w 是聚焦结构在所述第二方向上的宽度(近似地对应于它们的光学覆盖区的宽度)，且θ是如先前所定义的。在尤其优选的实施例中，该设备在所述第一方向上的最大长度被配置为大体上等于w/(tanθ)，以使得每个区域显现为沿着该设备的整个长度移动。在其他优选实施方案中，每个图像切片与所述细长聚焦结构的两个或更多个光学覆盖区交叉，这是通过将该设备在所述第一方向上的最大长度布置成大于w/(tanθ) 来实现的。这具有的结果是，在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于所述第一图像的至少两个第一图像切片中的每个的一部分且包括对应于所述第二图像的至少两个第二图像切片中的每个的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的、彼此间隔的至少两个第一区域显示，并且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的至少两个第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。在视觉上，这显现为“快门(shutter)”转变，因为第一区域的平行带沿着点缀有第二区域的带的设备移动。
通过将在该设备的不同部分中所显示的区域布置成同时表现出不同类型的运动(例如，在方向和/或每单位视角改变的速率方面)，可以实现甚至更复杂的视觉效果。在一个特别优选的实施方案中，在该安全设备的第一部分中，所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向增加，且在所述安全设备的、从所述第一部分侧向偏移的第二部分中，所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向减小，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域沿着所述第一方向在相反的指向上移动。以此方式，表观运动可以显现为从该设备内的某个位置(例如，其中点)而不是从一端或另一端发出。所产生的相对运动也起作用，以突出由该设备实现的运动感觉。
在一些优选实施方式中，所述设备的第一部分和第二部分沿着所述第一方向相对于彼此侧向偏移，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域移动朝向彼此或移动远离彼此。所述两个部分可以沿着所述第一方向彼此对准，优选地彼此邻接，或也可以在所述第二方向上偏移。替代地，所述设备的第一部分和第二部分可以沿着所述第二方向相对于彼此侧向偏移，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域移动经过彼此。在此情况下，优选地，所述两个部分在所述第一方向上至少部分地彼此重叠。
如上文所指示的，所述区域的表观运动速率取决于所述图像切片的布置且特别是取决于所述图像切片的路径与所述第一方向之间的有效角度θ。发明人已经发现，当角度θ在0.01度到1度的范围内、优选地在0.01度到0.5度的范围内、更优选地在0.05度到0.4度的范围内、还优选地在0.1度到0.3度的范围内时，实现特别良好的结果。这种量级的小角度偏斜是优选的，因为：
a)当角度θ增加时，移动的速率减小，且在大的角度θ下(即，大于几度)，在倾斜时，视觉效果会变得大体上静止；且
b)还期望的是，对于狭窄的特征窗口，当倾斜通过整个可达到的视角范围时，存在横跨整个窗口的连续移动效果。例如，在4mm宽的线中，具有使3mm到4mm的移动可视化的可能性。如果偏斜角度θ太大，则表观运动效果可能不横跨整个可达到的距离延伸，例如，仅覆盖线的2mm，这将削弱其视觉冲击且未充分利用可用空间。例如，为了在具有30微米透镜节距的4mm宽的线中实现全宽度移动，角度θ是近似0.2度，而对于具有70微米的透镜节距的20mm宽的聚合物窗口，全宽度移动在θ＝近似0.1度时发生。
在整个此说明书中，术语“细长聚焦结构”应被理解为既包含单个细长聚焦元件，又(替代地)包含被布置成共同地形成一个细长聚焦结构的一组至少两个聚焦元件(但是所述聚焦元件不必单独地是细长的)。因此，在一些优选实施方案中，每个细长聚焦结构包括一个细长聚焦元件，优选地一个圆柱形聚焦元件。因此，所述细长聚焦结构阵列可以是仅在一个维度上(平行于所述第二方向)具有周期性的规则的细长聚焦元件阵列。
然而，在其他优选实施方式中，每个细长聚焦结构包括多个聚焦元件，优选地球面聚焦元件或非球面聚焦元件，所述多个聚焦元件被布置成使得每个聚焦元件的中心点在所述第一方向上沿着一个直线(其在实际中将对应于光学覆盖区的中心线)对准。在此情况下，例如，所述聚焦元件可以以正交阵列(方形或矩形)或以六边形阵列布置。因此，所述细长聚焦结构阵列可以具有二维周期性。在每个细长聚焦结构包括多个元件的情况下，优选地这些元件沿着所述第一方向大体上彼此邻接或至少不具有中心点不在同一直线上的、介于中间的聚焦元件。
使每个细长聚焦元件形成为一行聚焦元件使得阵列具有二维周期性具有许多潜在优点。首先，已经发现，与使用圆柱形透镜的设备相比，这样的实施方式在较大的视角范围内表现出良好的视觉效果(即，较低的视角依赖性)。其次，使用这样的阵列改善了设计自由度，这是由于可以在设备的不同区域中相对于相同的阵列限定不同的“第一方向”。例如，在元件的正交网格中，两个正交轴中的任一个可以被用作第一方向，因此在设备的第一部分中，图像切片可以被布置成与所述正交轴中的一个(局部地充当第一方向)成期望的角度θ，且在设备的第二部分中，图像切片可以被布置成与所述正交轴中的另一个(局部地充当第二方向)成期望的角度θ。以此方式，设备的两个部分将表现出不同效果 (当在第一方向上发生倾斜时，一个显现为活动的，而另一个是静止的，且当在正交方向上发生倾斜时，一个是静止的，而另一个显现为活动的)，所述效果是仅通过图像阵列的设计实现的，且不需要在设备的每个部分中的聚焦元件之间有任何区别。这也避免了对图像阵列和聚焦元件之间的任何平移配准的需要。
在所有情况下，组成聚焦结构阵列的聚焦元件优选地是透镜或反射镜。聚焦结构阵列在第二方向上(且可选地在第一方向上)的周期性从而个体聚焦元件在第二方向上的最大宽度与设备厚度有关，且优选地在 5微米到200微米的范围内，还优选地在10微米到70微米的范围内，最优选地在20微米到40微米的范围内。可以以多种方式形成聚焦元件，但是优选地聚焦元件是经由热压印工艺或浇铸固化复制工艺制成的。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，图像元件由油墨限定。因此，图像元件可以被简单地印刷到衬底上，但是还可能使用浮雕结构限定图像元件。这使得能够构造薄得多的设备，当与安全票证一起使用时，这是特别有益的。合适的浮雕结构可以通过压印或浇铸固化到衬底内或上形成。在所提及的两种方法中，浇铸固化提供较高的复制保真度。
可以使用多种不同的浮雕结构，如下文将详细描述的。然而，可以通过将图像压印/铸造固化为衍射格栅结构来创建图像元件。可以通过使用设置有不同衍射颜色的区域的、不同节距或不同取向的格栅来区别图像的不同部分。替代的(和/或附加的区别的)，图像结构是抗反射结构，诸如，蛾眼(参见例如WO-A-2005/106601)、零阶衍射结构、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简单的散射结构。对于大多数应用，这些结构可以被部分地或完全地金属化，以增强亮度和对比度。通常，每个图像元件的宽度可以小于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微米到10微米的范围内。
可以设置每光学覆盖区具有任何数目的图像切片(至少2个)，并且这将取决于一些因素，包括期望呈现的不同图像的数目。理论上没有关于可以包括的图像元件位置的数目的上限，但是在实际中，随着图像元件切片的数目增加，图像分辨率将被减少，因为单位单元面积(从而作为整体的设备)的逐渐减小的比例将可用于每个相应的图像的显示。此外，在实际实施方式中，在一个光学覆盖区内可以形成的图像元件的数目将受到可以形成图像元件的分辨率的限制。
例如，如果使用基于油墨的印刷方法来形成具有最小印刷尺寸15 微米的图像元件，则对于30微米宽的覆盖区，可以横跨该覆盖区的宽度来提供最大2个图像切片。然而，假定最小印刷尺寸可以被减少到约 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件)，则图像元件的数目更可能受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。要求高数目的字模(matrix) 位置的设计效果的类型将包括动画效果且更特别是连续的且水平的视差效果。
优选地，图像元件阵列被近似定位在聚焦结构的焦平面内。根据本发明的安全设备的通常厚度是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设备可以适合于在以下结构中使用，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)。合适的最大图像元件宽度(与设备厚度有关)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设备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设备。对应的最大图像元件宽度因此分别是大约30微米到37微米。具有多达35微米的厚度的设备可以适合于以切片、补片(patch) 或安全线(security thread)的形式施加到票证(诸如，纸钞票)，以及设备还被施加到聚合物钞票上，在该聚合物钞票中，透镜和图像元件被定位在票证衬底的相同侧上。
如果图像元件被形成为浮雕结构，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0.05 μm-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。
可以在不需要沿着第一方向或第二方向将聚焦元件与图像元件配准的情况下实施本发明的实施方案。然而，在某些实施方案中，这样的配准是优选的，从而可以更好地控制所产生的视觉效果。具体地，配准使得能够控制每个区域在每个视角下沿着设备的位置。
设备被配置显示的每个相应的图像可以采取任何形式。在一些优选实施方案中，第一图像和第二图像中的至少一个是均匀颜色的(即，素色的、未图案化的颜色块)或是空白的(例如，透明的)。当结合较大复杂性的一个或多个图像使用时，这可以提供清晰对比度：例如，均匀的图像可以显现为一个盖，该盖横跨设备滑动以显露或隐藏第二图像，或如果留作空白或透明，则第二图像将显现为转变到空白，即，显现或消失。如果所有图像全都是(不同的)均匀的颜色和/或空白的，设备将显现为显示沿着第一方向布置的多种颜色的条，当倾斜时，所述条以所描述的方式移动。可以被用来形成第一图像和第二图像中的至少一个的更复杂的图像包括以下中的任一个：字母、数字、符号、字符、徽标、肖像或图像。在特别优选的实施例中，所述图像中的一个或多个 (优选地全部)可以被配置为在视觉上与上文所描述的转变的运动效果共同协作。例如，在运动被配置为从设备内部的某个位置发出(例如，沿着设备的中途的一条线)的情况下，所述图像中的一个或多个可以关于那个位置对称或在那个位置处显示适当的标记。这样的设计有助于在视觉上使运动效果与由设备所显示的图像联系在一起，这增加了安全效果的整合。
还提供了一种安全设备组件，包括至少两个如上文描述的安全设备，其中在每个安全设备中细长聚焦结构对准所沿着的第一方向是不同的，优选地彼此正交。以此方式，所述设备中的不同的设备将被配置为当在不同方向上倾斜时表现出上文描述的效果。如上文提及的，这可以使用横跨两个设备连续的聚焦元件二维网格来实现。然而，在其他情况下，每个设备可以设置有一个不同的聚焦元件阵列(例如，在取向、节距和/或聚焦元件类型方面不同)。所述至少两个设备优选地彼此邻接，尽管根据设计可以彼此间隔。
优选地，所述安全设备或安全设备组件被形成为安全线、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设备施加到或纳入到物品(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径的条。优选地，该物品选自钞票、支票、护照、标识卡、真品证书、印花税票以及用于固定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描述的种类的整体形成的安全设备。因此，在优选实施方案中，该物品(例如，聚合物钞票)包括一个具有透明部分的衬底，在该衬底的相反侧上分别设置了聚焦元件和细长图像元件。
本发明还提供了一种制造安全设备的方法，所述方法包括：
提供细长聚焦结构阵列，所述细长聚焦结构的细长轴沿着第一方向对准，所述细长聚焦结构沿着与所述第一方向正交的第二方向周期性地布置成彼此平行，每个细长聚焦结构具有一个光学覆盖区，所述光学覆盖区的不同的细长的条将根据视角而被导引到查看者，每个光学覆盖区的中心线平行于所述第一方向；以及
使图像元件阵列与所述聚焦元件阵列重叠，所述图像元件阵列表示至少两个相应的图像的细长的图像切片，每个图像切片包括一个或多个图像元件，且每个相应的图像的至少一个图像切片被定位在每个细长聚焦结构的光学覆盖区中；
其中所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向改变；
由此，在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于第一图像的第一图像切片的一部分和对应于第二图像的第二图像切片的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。
得到的是一种具有上文描述的伴随优点的安全设备。所述方法可以适于提供具有先前描述的任何特征的设备。
附图说明
现在将参考附图描述安全设备的实施例并且将其与常规设备对比，其中：
图1a和图1b是安全设备的一个比较实施例的立体图；
图2是根据本发明的第一个实施方案的安全设备的一部分的立体图；
图3a、图3b和图3c示出了在三个不同的视角下的图2的安全设备；
图4a至图4e示出了在五个不同的视角下的图2的安全设备的示意性平面视图；
图5a、图5b和图5c是在三个不同的视角下的根据本发明的第二实施方案的安全设备的示意性平面视图；
图6是根据本发明的第三实施方案的安全设备的示意性平面视图；
图7是根据本发明的一个实施方案的安全设备组件的示意性平面视图；
图8a和图8b分别描绘了如可以由安全设备显示的示例性第一图像和第二图像，图8c和图8d示出了在两个不同的视角下的根据本发明的另一实施方案的这样的安全设备；
图9a示出了根据本发明的一个实施方案的安全设备的示意性平面视图，图9b示出了该设备的一个聚焦元件以及其对应的光学覆盖区的横截面视图；
图10、图11、图12和图13示出了根据本发明的实施方案的安全设备的另一些实施例的示意性平面视图；
图14示出了根据本发明的另一实施方案的安全设备的示意性平面视图；
图15a和图15b示出了在两个不同视角下的根据图14的一个示例性安全设备的平面视图；
图16a和图16b以平面视图示出了可以在本文所公开的安全设备的任何实施方案中利用的细长聚焦结构阵列的两个替代实施例；
图17示出了根据本发明的一个实施方案的另一安全设备的示例性图像阵列；
图18a至图18i例示了根据本发明的实施方案的可以被用来限定图像元件的浮雕结构的不同实施例；
图19a)、图20a)和图21a)以平面视图以及图19b)、图20b) 和图21 b)以横截面示出了根据本发明的实施方案的携带安全设备的三个示例性物品；以及
图22a)以前视图、图22b)以后视图中以及图22c)以横截面例示了根据本发明的实施方案的携带安全设备的物品的另一实施方案。
具体实施方式
图1a和图1b中示出了透镜状设备1的一个比较实施例，以例示某些操作原理。图1a以立体图示出了该设备，且将看到三个圆柱形透镜 2的阵列被布置在透明衬底9上。图像元件阵列5设置在衬底9的、圆柱形透镜下面(且与圆柱形透镜重叠)的相反侧上。替代地，图像元件阵列5可以被定位在衬底9的、与所述透镜相同的表面上，直接在所述透镜下面。每个圆柱形透镜2具有一个对应的光学覆盖区4，光学覆盖区4是可以经由对应的透镜2查看到的图像元件阵列5的面积。在此实施例中，图像元件阵列5包括一系列图像切片，在每个光学覆盖区中设置所述一系列图像切片中的三个切片6、7和8。纯粹为了例示，在此实施例中，切片6和8二者表示相同的图像，而切片7(被描绘为阴影的)表示不同的图像。切片7形成其一部分的图像将被称为“第一”图像，且切片6和8取自的图像被称为“第二”图像或“背景”图像。图像切片6、7和8全都被布置成沿着第一方向定位成使它们的长轴平行于圆柱形透镜2的长轴，该第一方向在此对应于X轴。为了参考，正交方向(Y轴)可以被称为该设备的第二方向。
当观察者查看安全设备1时，在任何一个视角φ下，每个光学覆盖区4的细长的条通过透镜阵列3被导引到查看者。例如，如图1a中示出的，当观察者O1在视角φ1下查看安全设备1时，每个透镜2将光从图像切片7导引到查看者。结果是，横跨该设备的整个区域向观察者 O1显示由图像切片7携带的第一图像(应注意，为了清楚起见，在每个图解中仅关于中心透镜描绘了示意性光线，但相同的机制将横跨该设备在每个光学覆盖区内发生)。
当视角被改变时，例如，通过使该设备围绕X轴倾斜，每个光学覆盖区4的一个不同部分现在将被导引到查看者。例如，如图1b中示出的，在此观察者O2被定位在视角φ2下，在视角φ2下，图像条8将被导引到该观察者，从而横跨该设备，第二图像或背景图像将是可见的。在φ1和φ2中间的某个角度下，整个设备将显现从第一图像转变到第二图像。例如，如果由图像切片7携带的第一图像是均匀的黑色区域并且由图像切片6和8携带的第二图像是均匀的白色区域或透明区域，则当使该设备围绕X轴倾斜时，该设备将显现从遍及黑色切换到遍及白色 (或者，从遍及白色切换到遍及黑色)。
更一般地，由每组图像切片携带的图像不必是素色的，而是通常将更复杂，携带例如字母、数字、符号、徽标、肖像、图案或任何其他期望的图形。因此，为了携带这样的信息，来自任何一个相应的图像的每个图像切片通常将彼此不同，且还可以沿着图像切片的长度变化。然而，出于目前解释的目的，将假设利用素色图像，使得来自每个相应的图像的所有图像切片彼此相同，且沿着该设备的长轴不具有数据变化。除非另有说明，否则这适于下文描述的本发明的所有实施方案。
另外，虽然图1中示出的设备利用一维细长透镜12阵列，但可以使用非细长透镜(例如球面透镜或非球面透镜)二维阵列来实现大体上相同的效果，所述非细长透镜二维阵列被布置成使得直的一行这样的透镜代替图1中示出的每个个体细长透镜12。术语“细长聚焦结构”被用来包含这两个选项。因此，在下面的所有实施方案中，应注意，所描述的细长透镜是细长聚焦结构的优选实施例，且可以由多行非细长聚焦元件代替。下文将关于图16和图17给出此的具体实施例。
图2示出了根据本发明的第一实施方案的安全设备的立体图。安全设备10具有与上文描述的安全设备1的物理构造大体上相同的物理构造，安全设备10包括透明衬底19上的圆柱形透镜12的阵列13，具有定位在相反侧上(或替代地，直接在透镜13下面)的图像元件阵列15。再次，图像元件阵列15包括一系列图像切片，在每个光学覆盖区14中布置所述一系列图像切片中的三个16、17和18。如前所述，为了简单起见，假设图像切片17表示“第一”图像，且图像切片16和18对应于“第二”图像或“背景”图像。
然而，与图1中示出的比较实施例不同，在图2的安全设备10中，图像切片16、17和18不平行于透镜12的长轴，即不平行于第一方向 (X轴)。而是，每个图像切片16、17、18的路径被布置成使得每个切片距其光学覆盖区的中心线14a(其平行于X轴)的距离随着沿X轴的距离而改变(例如，增加或减小)。例如，在本实施例中，在安全设备10的第一端A-A’处，图像切片17与光学覆盖区14的中心线14a相距距离ya，而在安全设备的另一端B-B’处，同一图像切片17现在与光学覆盖区14的中心线14a相距距离yb(ya和yb的大小可以相等，但在此情况下它们的方向不同)。在本实施例中，这也可以由每个图像切片与透镜12的轴向方向(X轴)形成的角度θ指示，该角度将是非零的而且是非正交的(即，小于90度)。
图2示出了光学覆盖区14的、将在任意视角下被导引到观察者O1的区域11。此区域11由透镜12的几何结构限定，从而将是平行于透镜的长轴(即，在此实施例中平行于X轴)的细长的条形区域。这样，在任何一个视角下，区域11不再与个体图像条16、17和18中的一个重合(如在常规设备中)，而是将包括一个以上图像切片的部分。因此，在示出的实施例中，细长的条11的第一部分P1将主要从图像切片18 取样，而第二部分P2将主要从图像切片17取样，且细长的条11的第三部分P3将主要从图像切片16取样。再次，对于阵列的每个透镜都将是此情况，尽管在该图中仅针对一个透镜描绘了被导引到查看者的光线和细长的条11，以便提高清楚性。
结果是，横跨整个设备，该设备的、沿着第一方向(X轴)彼此侧向偏移的不同区域将同时显示所述图像中的不同的图像。该设备的、与端A-A’相邻的区域将显示由图像切片18表示的第二图像或背景图像，而该设备的、沿着X轴且在位置A-A’和B-B’之间的中心部分将显示由切片17表示的第一图像。同时，该设备的、与位置B-B’相邻的第三区域将再次显示由图像条16携带的第二图像或背景图像。将理解，如果在实际中条16和18被分配至不同的相应的图像，则此区域将显示第三不同的图像。可以以此方式将任何数目的图像纳入到该设备中。
当使设备10围绕X轴倾斜使得视角φ改变时，图像切片16、17 和18的不同部分将通过透镜12取样，且这被例示在图3a、图3b和图 3c中，图3a、图3b和图3c示出了在三个不同的视角下的同一设备10。在图3a中，在角度+φm下查看设备10，角度+φm表示在一个方向上的最大倾斜位置。表示光学覆盖区14的、通过每个透镜被导引到查看者的区域的细长的条11被示出为在每个覆盖区的最左侧上，且仅在与该设备的端A-A’相邻的第一部分中与图像切片17交叉。这将引起通过该设备的、与端A-A’相邻的第一区域显示第一图像。在图3b中，设备 10已经被倾斜为使得现在沿着法线(即，在0度的视角φ下)查看该设备，这样，被导引到查看者的细长的条11现在与图像切片17的中心部分交叉。因此，该设备的、显示第一图像的第一区域现在将显现在沿着该设备的大约半途位置处，在端A-A’和端B-B’之间。当进一步倾斜到角度-φm时，如图3c中示出的，现在被导引到查看者的细长的条11 已经移动到每个光学覆盖区的极右侧，且在此实施例中根本不再与图像切片17交叉。因此，在此查看位置处，第一图像将不通过设备10的任何部分显示。
图4a至图4e示出了在五个不同视角φ下的、基于与图2和图3中示出的原理相同的原理所构造的设备10的示意性平面视图。再次，为了简单起见，假设由图像切片17携带的第一图像是均匀的有颜色的块图像，例如，黑色，而由图像切片16和18携带的第二图像或背景图像是均匀的白色的或透明的。然而，在实际中，任一个图像或两个图像都可以是更复杂的，如上文所提及的。下文将提供此的一个实施例。
如图4a中示出的，在表示一个倾斜方向上的最大查看位置的第一视角+φm下，每个透镜12对每个光学覆盖区14的顶部旁边延伸的一个细长的条取样，结果是仅使图像切片17在与该设备的第一端A-A’相邻的第一区域R1中交叉。在此第一区域R1中，该设备因此显示第一图像，即在此实施例中显现黑色或深色。设备10的剩余部分构成第二区域R2，在该第二区域R2中显示第二图像，即在此情况下显现白色或透明。将注意到，第一区域R1被描绘为具有中心核心区域R1 b和沿着X 轴方向的外围次要(或“转变”)区域R1 a、R1 c。这是因为，如将从对图2和图3的检查理解的，由于光学覆盖区的、被取样的细长的条11 以一个角度与图像切片17交叉，因此取样的条11中由图像切片17填充的比例将沿X方向变化。因此，第一图像将在区域R1的中心部分R1 b中被更强地显示，而在区域R1 a、R1 c的末端处将存在与邻近图像切片的更多“串扰”，其结果是在此将更模糊地显示第一图像(或将显示第一图像和第二图像的某个中间组合)。
当使该设备围绕X轴倾斜使得角度φ减小到+φ1时(图4b)，每个光学覆盖区的取样的条11将在Y轴方向上移动，其结果是图像切片 17的、现在被取样的部分沿X轴方向更远。这给出的视觉印象是，显示第一图像的第一区域R1已经沿着X轴方向移动。应注意，在实际中，如果第一图像不是均匀的块颜色，而是含有诸如字母、数字或肖像或其他图形的信息，则它将是那个图像的一个不同部分，该不同部分现在由处于新位置的第一区域显露。每个图像的实际数据内容将不移动，而是在区域移动时将显露每个图像的不同部分。
当倾斜继续时，图像切片17的、通过透镜取样的部分继续在X轴方向上沿着该设备移动，给出的视觉印象是，区域R1在X轴方向上沿着该设备逐渐移动，如图4c、图4d和图4e中示出的。
在本实施方案中，该设备的在第一区域R1外部的剩余部分将构成第二区域R2，该第二区域R2显示由图像条16和18携带的第二图像。例如，在本实施例中，此区域R2可以是白色的或黑色的，在其他情况下，第二图像可以携带诸如字母、数字或任何其他图形的信息。然而，可以通过增加在每个光学覆盖区14中所设置的图像切片的数目来提供两个以上的图像。每个图像切片将被布置成相对于透镜的轴向方向(即，平行于表示第一图像的图像切片17)成相同的角度θ。对应数目的不同区域(显示每个图像的区域)将沿着该设备产生，并且在围绕X轴倾斜时全都将以图4中指示的相同方式沿着该设备移动。
图5示出了根据本发明的安全设备10的第二实施方案。该设备是基于与关于图2至图4所描述的原理相同的原理构造的。然而，在此情况下，以两个部分20和21形成该设备。第一部分20具有与图2、图3 和图4中示出的设备的构造相同的构造，其中图像切片17被布置成与 X轴成角度θ1。角度θ1是正角度，意味着在正X轴方向上，每个图像切片17距其内布置光学覆盖区14的上侧的距离增加。设备10的第二部分21具有大体上相同的构造，不同之处在于，在此图像切片17被布置成相对于负X轴成角度θ2。换言之，在X轴方向上，在图像切片17和它的相应的光学覆盖区14的顶部侧之间的、在Y轴方向上的距离减小。设备10的第一部分20和第二部分21在Y轴方向上彼此侧向偏移，但在X轴方向上彼此重叠(在此情况下完全地)，如所示出的。
在倾斜时，在设备的两个部分20和21中所设置的不同θ值在设备的所述两个部分中引起不同的运动效果。该设备的第一部分20的行为与关于在图4中描绘的第一实施方案所描述的设备完全相同。换言之，当使该设备围绕X轴从视角+φm倾斜通过0度(图5b)到视角-φm(图 5c)时，显示第一图像(对应于图像切片17)的第一区域R1从该设备的第一端A-A’移动到该设备的另一端B-B’，即从左到右，如图中所描绘的。同时，设备10的第二部分21表现出相反的行为。换言之，在初始视角+φm下，第一区域R1 *被显示在该设备的第二端B-B’处，且当倾斜通过视角0(图5b)到视角-φm(图5c)时，区域R1 *从该设备的第二端B-B’移动第一端A-A’，即从右到左，如图中描绘的。因此，当在任一旋转指向上使该设备围绕X轴倾斜时，该设备的相应的部分20和 21中的两个第一区域R1和R1 *同时在相反的方向上移动。由于两个部分20和21的侧向布置，两个第一区域R1和R1 *显现移动经过彼此，如
图5b中示出的，从而减少由该设备表现出的运动感觉。
虽然优选的是，第一区域20和第二区域21中的图像切片17表现出相同的第一图像，使得区域R1和R1 *二者表现出彼此相同的图像，但这不是必需的。由设备的每个部分20和21所显示的图像可以彼此不同。
图6示出了根据本发明的第三实施方案的安全设备10的另一实施例。再次，安全设备10包括两个部分22和23，所述两个部分22和23 沿着X轴方向而非沿着Y轴方向侧向偏移，在该安全设备中它们彼此完全重叠。在实际中，两个部分22和23可以优选地彼此邻接，尽管为了清楚起见被示出成间隔开的。设备10的第一部分22具有与图5中示出的设备的部分21相同的构造，即在图像切片17和其中放置图像切片 17的光学覆盖区14的侧边之间具有负角度θ2。同时，设备10的部分 23具有与图5中示出的设备的部分20相同的构造，即在图像切片17 和相应的光学覆盖区14的侧边之间具有正角度θ1。再次，这具有的结果是，当在任一旋转指向上使该设备围绕X轴倾斜时，该设备的两个部分的第一区域R1 *和R1将显现为沿着X轴彼此在相反的方向上移动。例如，图6示出了在角度+φm下查看的设备10。设备10的部分22将在与该设备的位置C-C’相邻的其最右端处表现出其第一区域R1 *，且部件23将在也与位置C-C’(即，设备的中心10)相邻的其最左端处表现出其第一区域R1。当使该设备倾斜通过视角0至视角-φm时，第一区域将显现为移动远离彼此，部分22的区域R1 *移动到该设备的、标记为 A-A’的端，且设备10的部分23的区域R1移动到标记为B-B’的端。再次，此配置增强了在使该设备倾斜时由该设备表现出的运动感觉。如果设备10的两个部分22、23彼此邻接，则移动效果将显现为从设备10 内部的一个位置(在此情况下，大约在其中点处)发出。下文将关于图 17描述一个类似实施方案，其中图像切片是弯曲的而非是直的。
在至此所描述的示例性安全设备中，所有的细长聚焦结构都是沿着X轴方向与它们的长轴对准的单个细长聚焦元件(透镜12)，X轴方向可以被称为设备的第一方向。上文描述的效果将仅在视角在正交的Y 轴方向上改变时表现出，例如，通过使设备围绕X轴倾斜。如果仅使设备围绕Y轴倾斜，则将不会观察到光学可变效果。图7示出了根据本发明的一个实施方案的安全设备组件30的一个实施例，该安全设备组件30被配置为解决此问题。该安全设备组件包括两个设备10和10’，每个所述设备属于在前述实施方案中描述的种类。第一设备10被配置为如前所述的其聚焦元件12沿着X轴对准，且表现出与已经关于图4 所描述的效果相同的效果。同时，第二安全设备10’从第一安全设备10 侧向偏移，并且包括沿着与第一设备的方向不同的方向对准的细长聚焦元件12。在此，设备10’的透镜12沿着Y轴对准，从而与第一设备10 的聚焦元件正交，这是优选的。在其他方面，第二设备10’的构造与先前描述的构造大体上相同，图像切片17被布置成与聚焦元件12’的长轴方向成角度θ’。应理解，角度θ’可以等于或可以不等于第一设备10 中的角度θ，且类似地，透镜12’以及它们的对应的光学覆盖区14’的尺寸在所述两个设备中可以相同或可以不相同。
当使安全设备组件30围绕X轴倾斜时，第一设备10将表现出与先前所描述的效果相同的效果，其中其第一区域R1显现为在X轴方向上沿着该设备移动。同时，安全设备10’将显现为静止的，在一个固定位置处显示其第一区域R1’，该固定位置将取决于围绕Y轴的视角。如果之后使该安全设备组件围绕Y轴倾斜(+/-ψ)并且围绕X轴保持静止，则现在第一设备10将显现为静止，而第二安全设备10’将基于与已经描述的原理相同的原理表现出移动。换言之，显示其第一图像的其第一区域将显现为沿着Y轴方向移动。因此，图7中示出的这种安全设备组件具有的优点是，无论在哪个方向上发生视角改变，所述安全设备中的一个或两个将表现出运动效果。应理解，可以将任何数目的这样的安全设备纳入到安全设备组件30中，且彼此成任何相对角度，尽管正交布置(诸如所描绘的正交布置)是优选的。
实施方案(诸如图7中示出的实施方案)也很好地适宜于使用替代的聚焦结构阵列。特别地，代替所描述的细长透镜12、12’的阵列，可以使用聚焦元件(诸如球面透镜或非球面透镜)二维阵列(下文将关于图16和图17进一步描述其实施例)，其可选地可以在两个设备10、 10’之上连续地延伸。例如，如果这样的聚焦元件的一个正交阵列设置成与例示的x轴和y轴对准，则其正交轴中的一个正交轴(平行于y轴) 可以被用作第一设备10的第一方向，且另一正交轴(平行于x轴)可以被用作第二设备10’的第一方向。因此，两个设备可以仅通过该图像阵列来相对于彼此限定，且特别是按照图像切片17、17’的不同方向，而在两个设备之间不需要聚焦元件阵列的任何差异。这不仅简化了构造，而且避免了在图像元件阵列和聚焦元件之间对平移配准的任何需要。
在前述实施例中，为了简单起见，由设备显示的图像已经是素色的，诸如黑色或白色的。在实际中，可能期望显示更复杂的图像，例如字母、数字、徽标、符号、肖像、图案或其他图形。包括诸如那些更复杂的图像的安全设备10的一个实施例被描绘在图8中。图8a和图8b示出了将由设备显示的两个图像。应理解，图8a和图8b示出了完整无缺的每个相应的图像，而非最终将在设备中看到的图像。第一图像l1(图8a) 包括在白色背景下的一系列黑色的数字和字母“123ABC”。为了将该图像纳入到设备中，该图像l1被分为多个图像切片，纯粹出于例示目的，示出了所述多个图像切片中的单个图像切片17。图像切片17以在先前的讨论中所参考的相同的角度θ布置。
图8b中示出的第二图像l2是横跨该设备的整个区域连续的相对均匀的线图案。再次，第二图像12被分割为以相同的角度θ布置的一系列图像切片16和18。为了形成用于安全设备10的图像元件阵列15，从第一图像l1选择的图像切片17点缀有从第二图像12选择的图像切片 16和18。
所得到的安全设备10的外观被示出在图8c和图8d中。在图8c中示出的视角下，该设备的、沿着X轴方向(对应于聚焦元件12的长轴) 定位在设备10的中心附近的第一区域R1显示第一图像的一部分。在区域R1的沿着X轴方向的每一侧上，在第二区域R2中，显示第二图像l2的部分。将看到，在第一区域R1中，仅第一图像l1的中心部分(示出了数字3和部分字母AB)是可见的，在该设备的区域R2中，第一图像 l1的剩余部分显现为被第二图像l2的线图案部分隐藏。
当使安全设备10围绕X轴倾斜到如图8d中示出的不同视角φ2时，第一区域R1显现为沿着X轴移动，如所示出的。现在，第一区域R1显露第一图像l1的、具有字母“ABC”的一个不同部分。在第一区域 R1的任一侧上，第二区域R2再次显示第二图像l2。因此，在倾斜时的视觉效果是从一个图像到另一图像的“滑动显露”转变，反之亦然。
如先前所指示的，在实际中，可以通过使图像切片的两个以上对应的组交错来将任何数目的不同图像纳入到设备中，在此情况下，每个图像将被显示在设备的一个对应的区域中，所有图像将在倾斜时显现为沿着设备的X轴平移。
在所有实施方案中，期望使移动效果与设备配置用于显示的图像中的至少一个(优选地全部)在视觉上集成。例如，图像可以包括与第一方向对准的特征，例如，线、人字形或箭头，以使得通过图像本身的方向性来增强运动方向。替代地，如果运动效果被配置为从设备内部的一个位置或朝向设备内部的一个位置发出(如在图6和图17的实施方案中)，则图像可以被配置为近似地标识那个位置，例如，用标记或通过将图像布置成关于那个位置对称。
现在将参考图9来描述设备的几何结构的相关方面，图9示出了基于已经关于图2至图4所讨论的构造的一个示例性设备的示意性平面视图。
图9示出了一个示例性安全设备，该设备的一个图像切片17被示出为与聚焦元件12的长轴(对应于中心线14a)成任意角度θ，所述长轴在此与X轴(第一方向)对准。每个聚焦元件12在正交方向(Y 轴或第二方向)上的宽度由w给出。聚焦元件的宽度w近似等于对应的光学覆盖区14的宽度。在所描绘的实施例中，安全设备10在第一方向上的长度l等于每个区域R1、R2等在设备倾斜时将沿着该设备移动的最大距离lm。这对应于在X轴上图像切片17从光学覆盖区的一侧14b 横过到另一侧14c所行进的距离。从该图解将理解，lm将取决于所选择的θ值和聚焦元件宽度w。移动距离lm由以下等式给出：
Figure GDA0002234069660000231
另一相关角度是最大可用视角(倾斜角度)，且这在图9b中被描绘为φm。在此，沿着X轴以横截面示出了单个透镜12及其光学覆盖区14。高度h对应于透镜12的光学表面与图像阵列15所位于的平面之间的距离(透镜12的光学表面优选地近似对应于透镜的焦平面，因此高度h优选地近似等于透镜的焦距)。将从该图解中看到，最大视角φm取决于高度h和聚焦元件宽度w，且由以下等式给出：
Figure GDA0002234069660000232
在设计该设备时，相关因素中的一个将是在设备倾斜时每个区域所显现的、沿着设备移动的表观“速度”，或更准确地说，视角(倾斜角度)的每单位改变，区域将移动的距离。太“快的”移动将导致使眼睛混淆并且阻止任何图像被清晰地看到的效果。另一方面，如果移动效果是非常“慢的”，则该设备将在需要倾斜到非常高的角度之后，才能被感知到。区域的运动“速度”(或“偏斜速率”)由比率dx/dφ定义，其中x是第一方向，并且φ是正交方向上的视角。这近似于(假设φ以弧度为单位)：
其使用等式(1)代替lm，给出：
Figure GDA0002234069660000241
对于θ的小值，tanθ≈θ，因此：
在一个实施例中，假定透镜表面在图像元件阵列上方的高度h为 35微米，透镜的宽度w为30微米，且图像切片以0.1度(0.00175弧度) 的角度θ布置。从等式(2)，可以计算出最大倾斜角度φm为23度(0.4 弧度)。应用等式(5)，区域沿着X轴的移动“速度”(即，dx/dφ) 将为每弧度倾斜大约21mm。当使设备从+φm倾斜到-φm时，每个区域行进的最大距离(即，lm)为大约17mm。
在另一实施例中，可能期望移动以仅跨越安全元件(诸如，线)的宽度，且可以配置设备的几何结构以实现这一点。例如，如果线具有的宽度为4mm，则值lm应被设定为相同。再次假设透镜宽度w为30微米、高度h为35微米，利用等式(1)，得到大约0.0075弧度(＝0.2度)的θ值。
已经发现，θ的优选值位于0.01至1度、优选地0.01至0.5度，更优选地0.05至0.4度、还优选地0.1至0.3度的范围内。已经发现，在这些范围内的配置将在倾斜时生成可接受的运动“速度”以及距离lm。
在至此给出的所有实施例中，每个图像切片17被配置为连续地遵循图像切片的期望路径的单个图像元件。这在许多情况下是优选的，因为所产生的移动效果沿着设备的长度是逐渐且连续的。然而，这不是必要的，且每个图像切片实际上可以由多个离散的图像元件组成。现在将参考图10、图11、图12和图13描述基于此原理的安全设备10的一些实施例。
图10示出了安全设备10的一个实施方案的示意性平面视图，在该实施方案中，每个图像切片17包括一组多个图像元件17a、17b、17c 等。每个个体图像17a、17b、17c不沿着图像切片17的期望的路径对准，且在此实施例中平行于聚焦元件的长轴(即，X轴)，这是优选的但不是必要的。图像元件17a、17b、17c等沿着X和Y轴以错开的位置定位，因此它们一起沿着图像切片17的期望的路径布置。例如，该路径可以由穿过每个图像元件17a、17b、17c等的中心绘制的线近似(如所示出的)。在此情况下，图像切片17的路径是直的，其与设备的第一方向成恒定的角度θ，如在每个前述实施方案中那样。所描绘的布置将产生与先前关于图2至图4所描述的视觉效果大体上相同的视觉效果。然而，由于组成图像切片17的图像元件的离散性质，移动效果将显现为较不平滑，其中显示对应于图像切片17的图像的第一区域显现为沿着设备的X轴逐步地移动而不是连续地移动。尽管如此，取决于设备的设计，这可能是期望的。
图11示出了安全设备10的另一实施方案的示意性平面视图，在该实施方案中，每个图像切片17再次由一组多个图像元件17a、17b、17c 等组成。在此情况下，图像元件17a、17b、17c沿着弯曲的而非直的路径布置。在X轴方向上的邻近的图像元件之间的距离在从该设备的左到右减小的同时，在正交Y轴方向上增加。实际上，角度θ(在任一点处的路径17的切线和X轴之间测量的)从该设备的左到右增加。诸如此的弯曲图像切片路径具有的结果是，区域的表观运动速度(dx/dφ) 将随着区域沿着该设备前进而变化。在此实施例中，在X轴方向上的运动速度将显现为随着区域沿着该设备从左向右移动而变慢(反之亦然)。相反地，如果该弯曲路径被布置成使得θ的值从左到右减小，则区域将显现为随着运动在相同方向上进行而加速。应理解，由单个细长图像元件(如图2至图9中示出的)形成的图像切片也可以是弯曲的，以应用相同的原理获得沿着该设备的运动速度的变化。
在图像切片由多个图像元件形成的情况下，图像元件优选地被布置在一个规则网格(例如，正交网格)上，且此的一个实施例被示出在图 12的实施方案中。在此情况下，图像元件是近似方形的，并且被布置在正交网格中，该正交网格的轴平行于设备的第一方向和第二方向(即， X轴和Y轴)。为了清楚起见，在该图中仅将每个光学覆盖区14中组成一个图像切片17的元件17a、17b、17c等画成阴影，但在实际中剩余的图像元件将被分配到来自其他图像的相应的图像切片，元件到每个图像切片的分配继续平行于示出的分配。此设备将产生与已经关于图 10所描述效果的相同的效果。
图13示出了另一实施例，其中图像切片17由布置在网格上的图像元件形成，且在此情况下，像图11的实施例那样，θ的有效值横跨设备变化。然而，在此情况下，图像元件17的路径(由虚线表示)不是弯曲的，而是由两个直线段形成：第一线段一直到位置x*、具有角度θ1，第二线段超过x、以较小的角度θ2。因此，表观运动速度在区域达到位置x*之前将是恒定的，之后将横跨设备的其余部分增加到更快的、恒定的速度。可以使用任何数目的线段。再次，使用连续的细长图像元件表示图像切片可以实现相同的效果，所述图像切片的方向沿着设备的长度改变。
在上文描述的实施例中，设备在第一方向(X轴)上的实际长度(l) 已经等于最大移动距离lm。这在许多情况下是优选的，因为当使设备倾斜通过其最大的视角范围时，设备的区域则将显现为沿着其完整长度移动。在其他情况下，设备的实际长度可能小于最大移动距离lm，尽管这将阻止完整范围的运动被可视化。在另一些实施例中，可以通过将设备的长度l布置为大于最大移动距离lm来实现增强的视觉效果。这对应于每个图像切片17将与至少两个聚焦元件的光学覆盖区交叉(如图14中示出的)的要求。在此，设备的长度为2lm，使得每个图像切片17沿着设备的完整长度横过两个光学覆盖区的宽度。这具有的结果是，沿着设备显示多个第一区域R1，每个第一区域R1显示第一图像的、对应于图像切片17的一部分。所产生的视觉效果的一个实施例被示出在图15中，
图15利用的第一图像I1和第二图像I2与图8的实施方案中的第一图像 I1和第二图像I2相同。在一个视角φ1下(图15a)，显示两个第一区域R1，一个第一区域R1显示数字“2”和数字“3”的一部分，另一第一区域R1显示字母“B”和字母“C”的一部分。这两个第一区域沿着设备的第一方向彼此间隔开，且设备的其余部分对应于全都显示第二图像的部分的多个第二区域R2。应理解，如果在设备中包括两个以上的图像(经由相应的图像切片)，则将显示对应数目的不同区域，例如，两个“第二”区域R2，两个“第三”区域R3等。
当围绕X轴倾斜时，所有区域将以与先前所描述的方式相同的方式沿着X轴移动。图15b示出了在第二倾斜角度φ2下的设备，且将看到，两个第一区域R1已经沿着X轴朝向设备的右侧移动，使得现在在一个第一区域中仅示出数字“2”的一部分和完整的数字“3”，且在另一第一区域中字母“B”的仅一部分和字母“C”的全部是可见的。第二区域R2也已经沿着设备移动到相同的程度。
结果给出了多种图像之间的“快门”转变的视觉印象。
应理解，此实施方式可以与先前描述的任何变体组合，包括弯曲图像切片路径或由多个直线段组成的那些图像切片路径。在这样的情况下，θ的变化可以沿着设备的长度发生在任何地方，且不需要在设备的每一个部分lm中发生。
如开始所提及的，虽然在至此描述的实施方案中，细长聚焦结构已经被实施为细长透镜(例如，圆柱形透镜)，但这并不是必要的。在所有以上实施方案中，细长透镜12的阵列可以被替换成聚焦元件的二维阵列，所述聚焦元件不需要是细长的，而是可以为例如球面的或非球面的。实际上，沿着直线布置的阵列中的多个聚焦元件执行与上文描述的每个细长透镜相同的功能。为了例示这一点，图16(a)和图16(b) 描绘了两个示例性聚焦元件阵列，所述聚焦元件阵列可以在目前公开的实施方案中的任何一个中使用，且将实现大体上相同的已经描述的视觉效果。
图16(a)示出了一个细长聚焦结构阵列，该细长聚焦结构阵列包括聚焦元件的正交(正方形或矩形)阵列，所述聚焦元件例如是球面透镜。沿着平行于x轴的直线布置的每列透镜被认为构成一个细长聚焦结构12，且已经插入了确定一个细长聚焦元件12与下一细长聚焦元件的界线的虚线，以有助于使此可视化。因此，例如透镜12a、12b、12c和 12d(其中心点沿着直线对准)形成一个细长聚焦结构12。这些细长聚焦结构12以与先前描述的方式相同的方式沿着正交方向(y轴)是周期性的。然后，可以沿着箭头D1限定第一方向(沿着该第一方向将发生上文描述的运动效果)，该箭头D1在此平行于x轴，且图像切片(未示出)将被布置成与那个方向D1成期望的角度θ。每个细长聚焦结构 12的光学覆盖区仍然将是大体上条形的，但由于其依赖于透镜本身的形状，因此可以不是精确的矩形。因此，光学覆盖区的两侧可以不是直的，但中心线14a(被限定为连结在每个位置处与覆盖区的两侧等距的点的线)将是直的并且平行于第一方向D1。
当然，由于聚焦元件的网格是正交的，因此可以在正交方向D2上限定第一方向，在此情况下，沿着y轴的每行透镜将被认为组成相应的细长聚焦结构。
图16(b)示出了另一细长聚焦结构阵列，该细长聚焦结构阵列在此包括聚焦元件的六边形的(或“紧密填塞的”)阵列，所述聚焦元件诸如是球面透镜。再次，采取相邻透镜(诸如，12a、12b、12c和12d) 的列来形成相应的细长聚焦结构(沿着x轴对准)，且那些结构沿着正交方向(y轴)是周期性的。因此，方向D1可以被限定为第一方向，其中图像切片(未示出)以与方向D1成期望的角度θ布置。然而，也可以将方向D2(其在此与D1成60度)限定为第一方向。应注意，在此情况下，y轴方向不适合用作第一方向，因为相邻的透镜在此方向上并不全都使它们的中心点在相同的直线上。
如上文关于图7所讨论的，诸如这些聚焦元件阵列的聚焦元件阵列特别适于设备(或不同的相邻设备)的不同部分被配置为在不同方向上倾斜时操作的设计。这可以例如通过在设备的第一部分中(或在第一设备中)使用方向D1作为第一方向并且在设备的第二部分中(或在第二设备中)使用方向D2作为第一方向来实现。
在图17中的平面视图中例示了安全设备10的另一实施例。在此情况下，该图示出了完整的图像阵列15，如它将被印刷或以其他方式被形成在设备衬底上那样。应理解，这并不是当查看完整的设备时得益于聚焦元件阵列将被可视化的内容。在此情况下，聚焦结构包括成行的球面元件或非球面元件12a、12b...12y、12z，为了清楚起见，仅示出了所述元件中的选定元件(在实际中，聚焦元件阵列将正好延伸横跨设备 10)。在此，聚焦元件被布置在正交网格上，但如上文所提及的，该正交网格可以是六边形的。可以使用诸如圆柱形透镜的细长元件作为替代，如在早前实施方案中那样。
在此实施例中，第一图像(对应于图像切片16)包括在白色背景上的黑色数字“5”。第二图像(对应于图像切片17)包括在黑色背景上的白色数字“5”。数字“5”在两个图像中位于相同的位置处，因此这两个图像实际上是彼此的负型式。图像切片16、17相对于第一方向是弯曲的，该第一方向在此对应于x轴。曲率的指向在线M-M’处改变，该线M-M’在此指示设备的中点(然而可以在任何其他位置处)。因此，在该设备的线A-A’和线M-M’之间的第一部分中，图像切片和第一方向之间的角度θ从在线A-A’处的最大值逐渐减小到在线M-M’处的大约为零。在该设备的第二部分中，从线M-M’到B-B’，角度θ再次逐渐增加。因此，当倾斜时，该设备将显示第一图像和第二图像之间的移动转变，该移动转变显现为从线M-M’发出(或朝向线M-M’会聚)。在这方面，该设备类似于上文关于图6所讨论的设备，尽管图像切片的弯曲性质在此将附加地导致随着转变带移动的横跨该设备的加速效果/减速效果。最终结果可能是“扫视”视觉效果和“扩张”视觉效果的组合。
在所有以上实施例中，图像元件可以是以多种不同的方式形成的。例如，图像元件可以是由油墨形成的，例如，油墨被印刷到衬底19上或被印刷到一个下面的层上，所述下面的层之后与衬底19相邻定位。在优选实施例中，出于此目的，可以使用磁性油墨和/或导电油墨，磁性油墨和/或导电油墨会将附加可检测的安全特征引入到设备。然而，在其他实施例中，图像元件可以是通过一个浮雕结构形成的，且在图 18中示出了适合于此的多种不同的浮雕结构。因此，图18a以压印区域或凹陷区域的形式例示了图像元件的图像区域(IM)，例如，形成图2到图4中的第一、素色深色图像的阴影图像元件17，同时非压印部分对应于元件的非图像区域(NI)，例如，没有阴影的图像元件16、 18。图18b以凹入线或隆起的形式例示了元件的图像区域。
在另一方法中，浮雕结构可以呈衍射格栅(图18c)或蛾眼/精细节距格栅(图18d)的形式。在图像元件是通过衍射格栅形成的情况下，则一个图像的不同图像部分(在一个图像元件内或在不同的元件中)可以是通过具有不同特性的格栅形成的。差异可以是在格栅或旋转的节距中。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创建图10的第一图像的图像元件17a、17b、17c，则随着使图10中的设备倾斜，从一个图像到另一图像的透镜状转变将发生，如上文描述的，随着显示由切片17 携带的第一图像的区域R1移动，图像的颜色也将由于不同的衍射格栅而逐渐改变。还可以使用不同的衍射格栅，以产生关于图2的实施方案所描述的图像切片17和图像切片16/18之间的颜色对比。一种用于写入这样的格栅的优选的方法将是使用电子束写入技术或点阵技术。
这样的衍射格栅或蛾眼/精细节距格栅还可以被定位在凹陷或隆起 (诸如，图18a和图18b的那些凹陷或隆起)上，如分别在图18e和图 18f中示出的。
图18g例示了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18a的凹陷可以设置有油墨或图18b中的凹入区域或隆起可以设置有油墨。后者被示出在图18h中，在图18h中油墨层110设置在隆起100上。因此，可以通过将适当的凸起区域或隆起形成在设置于透明衬底(诸如，图2中示出的项19)上的树脂层中来创建每个图像元件的图像区域。这可以是例如通过浇铸固化或压印实现的。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，一些图像元件可以被印刷有一种颜色，且其他图像元件可以被印刷有第二颜色。以此方式，在设备中纳入的多种不同的图像可以彼此具有不同的颜色，和/或当使设备倾斜以创建上文描述的运动效果时，还可以看到个体图像随着区域沿着设备移动而改变颜色。在另一实施例中，设备的一个部分内的全部图像元件可以被设置成一种颜色，之后设备的另一部分内的全部图像元件被设置成一种不同颜色。再次，可以利用磁性油墨和/或导电油墨。
最后，图18i例示了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，而非图像区域可以是由格栅形成的。替代地，图像区域和非图像区域可以甚至是通过不同节距或取向的格栅形成的。
在单独由格栅或蛾眼类型结构形成图像元件的情况下，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18a、18b、18e、18f、 18h以及18i中示出的那些结构，隆起/凹陷的高度或深度优选地在0.5 μm到10μm的范围内，且更优选地在1μm到2μm的范围内。隆起或凹陷的通常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，甚至更优选地小于25μm。图像元件的尺寸从而隆起或凹陷的尺寸将取决于以下因素，包括：所要求的光学效果的类型、聚焦元件的尺寸以及所期望的设备厚度。例如，如果聚焦元件的宽度是 30μm，则每个图像元件可以是约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，通常至少三个但理想地多达三十个。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，没有对关于可以包括的图像元件的数目进行限制，但在实际中随着该数目增加，所显示的图像的分辨率将减小，因为设备表面区域的逐渐减小的比例可用于每个图像的显示。
然而，在实际中，图像元件被形成，图像元件的宽度直接地受到两个因素影响，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件的数目。然而，前者还通过透镜状设备的厚度来间接地确定。这是因为平凸透镜阵列(假设所述透镜的凸部分由空气而非清漆定界的)的焦距通过表达式r/(n-1)近似得到，其中r是曲率半径且n是透镜树脂的折射系数。因为后者n具有通常在 1.45和1.5之间的值，则可以说透镜焦距近似为2r(＝w)。现在对于相邻的圆柱形透镜阵列，透镜的基底宽度仅略微小于透镜节距，且因为基底直径可以具有的最大值是2r，所以可以得出透镜节距的最大值接近于值2r，该值2r接近近似于透镜焦距，从而接近近似于设备厚度。
举例而言，对于如可以被纳入到钞票内的安全线部件，透镜状结构的厚度从而透镜焦距期望地小于35μm。假定将30μm的厚度从而30 μm的焦距作为目标。从先前的讨论可以得出，最大基底直径w等于2r，其接近近似于30μm的透镜焦距。在此情景中，焦距比数(f-number) (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宽度大几个μm的值，令透镜节距选定为值32μm。因此得出，对于双通道透镜状设备(即，每单位单元两个图像元件切片)，需要使两个图像条装配到32μm内，从而每个条是16μm宽。这样的条宽度或线宽度已经远低于常规的基于网格的印刷技术(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，已经证明常规的基于网格的印刷技术的印刷分辨率最多低至50 μm到35μm的水平。类似地，对于四通道透镜，随着印刷线宽度要求下降至8μm(在此实施例中)，印刷分辨率的问题变得更严峻，等等。
因此，对于图像元件的基于油墨的印刷，优选地应使透镜的焦距比数最小化，以针对给定的结构厚度来使透镜基底直径最大化。例如，假定选择较高的焦距比数3，因此透镜基底宽度将是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，即使仍然认为它主要是衍射设备，也可以假设比如12μm的透镜节距。再一次考虑双通道设备的情况，现在将需要印刷一个仅6μm的图像条，且对于四通道设备，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，用于形成图像元件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条的情况，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浇铸固化技术有效地复制这样的超高分辨率结构。
如上文所提及的，设备10的厚度直接与聚焦元件的尺寸有关，因此当选择透明层19的厚度时必须考虑光学几何结构。在优选的实施例中，设备厚度在5微米到200微米的范围内。在此范围的上端处的“厚”设备适合于纳入到票证(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，期望较薄的设备，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小而出现的衍射效果设定的：例如，小于10微米基底宽度(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)的透镜将倾向于经历这样的效果。因此，这样的结构的限制厚度被认为位于大约5μm到10μm之间。
在形成图像元件的浮雕结构的情况下，这些将优选地被压印或浇铸固化到衬底19的、与透镜阵列13相反的侧上的合适的树脂层内。透镜阵列13自身还可以是使用浇铸固化工艺或压印工艺制成的，或可以是使用如US-B-6856462中所描述的合适的透明物质印刷的。聚焦元件12 的周期性从而最大基底宽度优选地在5μm到200μm的范围内，更优选地在10μm到60μm的范围内，甚至更优选地在20μm到40μm的范围内。用于聚焦元件的焦距比数优选地在0.251到16的范围内，且更优选地在0.5到24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，这些可以由聚焦反射镜元件阵列代替。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)施加到浇铸固化的或压印的透镜浮雕结构形成的。在利用反射镜的实施方案中，图像元件阵列应是半透明的，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件之间的间隙反射回。例如，该填充因数将需要小于1/√2，以通过图像元件阵列使至少50％的入射光在两个通路(pass)上被反射回到观察者。
在上文描述的所有实施方案中，可以通过将磁性材料纳入到设备内来进一步增加安全水平。这可以以多种方式来实现。例如，可以设置一个附加的层(例如，在图像元件阵列15下面)，该附加的层可以由磁性材料形成或包括磁性材料。该整个层可以是磁性的，或磁性材料可以被限制到特定区域，例如，被布置成图案或代码(诸如，条形码)的形式。可以从一侧或两侧隐藏磁性层的存在，例如，通过设置一个或多个掩蔽层，所述掩蔽层可以是金属的。如果聚焦元件是通过反射镜提供的，则一个磁性层可以被定位在所述反射镜下面而非定位在图像阵列下面。
在还优选的情况下，可以通过在图像阵列的形成中使用磁性材料来将磁性材料进一步纳入到设备内。例如，在所述实施方案中的任何一个实施方案中，多组图像切片(例如，16、17和/或18)中的一个或多个可以由磁性材料(例如，磁性油墨)形成。例如，在图17的实施方案中，每个图像切片16、17的深色部分可以由磁性材料限定(例如，以磁性油墨印刷)在对比颜色(或透明的)(例如，白色)的背景上。替代地，图像切片可以是通过将限定每个图像切片的所需部分的材料施加在由一层磁性材料形成的背景之上形成的，假定在所述两种材料之间提供视觉对比。例如，在图17的实施方案中，每个图像切片16、17的浅色部分可以是通过将合适的材料(例如，白色油墨)施加在磁性层(该磁性层的颜色优选地是深色)之上形成的。设置磁性背景层的此后者选项是有利的，因为可以以低分辨率施加(例如，印刷)磁性材料，而不会影响设备的操作。
上文描述的种类的安全设备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，这样的设备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。
安全设备或物品可以被整个地布置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，其中该线显现为编织入和编织出纸，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设备(诸如，目前所公开的设备)，所以宽线(通常具有2mm到6mm的宽度)是特别有用的。
安全设备或物品随后可以被纳入到纸或聚合物基底衬底内，以使得它从完成的安全衬底的两侧可见。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，且在衬底的另一表面处在窗口中部分地暴露。
适合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的两侧上的乳浊(opacifying)涂层。在衬底的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设备的整体部分，或者分离的安全设备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。
安全设备还可被施加到纸衬底的一侧，以使得一些部分被定位在形成于纸衬底中的孔径中。可以在WO-A-03054297中找到产生这样的孔径的方法的一个实施例。可以在WO-A-2000/39391中找到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径中可见且在纸衬底的另一侧上完全暴露。
现在将参考图19到图22描述这样的有价票证的实施例以及用于纳入安全设备的技术的实施例。
图19描绘了一个示例性有价票证50，该有价票证在此呈钞票的形式。图19a以平面视图示出该钞票，而图19b以沿着线Q-Q’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，所述乳浊层可以采取乳浊涂层(诸如，白色油墨)的形式，或可以是层压到衬底51的纸层。
横跨形成一个定位有安全设备的窗口的区域55省去乳浊层52a和 52b。如图19b的横截面中最佳示出的，聚焦元件阵列56设置在透明衬底51的一侧上，且对应的图像元件阵列57设置在该衬底的相反表面上。聚焦元件阵列56和图像元件阵列57中的每个为如上文关于公开的实施方案中的任何一个所描述的，使得显示至少两个区域R1和R2，每个区域在至少一些视角下显示一个相应的图像。当从透镜阵列56的一侧查看该票证时，当使该设备倾斜时，可以查看到前述运动效果。在此情况下，聚焦元件对准所沿着的第一方向(X轴)平行于票证的长边缘。这导致，当时该票证竖直地(围绕X轴)倾斜时，在窗口55内的第一区域R1和第二区域R2显现为从左到右移动(或从右到左移动)。应注意，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在图像元件阵列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)仍然显现为相对半透明的。该钞票还可以包括一系列窗口或半窗口。在此情况下，由安全设备显示的不同区域至少在一些视角下可以显现在多个窗口中的不同的窗口中，且当倾斜时可以从一个窗口移动到另一窗口。
图20示出了这样的实施例，尽管在此钞票50是常规纸基钞票，该常规纸基钞票设置有呈安全线形式的安全物品60，该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，其中在造纸工艺期间纸未被形成在窗口区域中，因此暴露纳入在纸的层 53和54之间的该安全线。在该钞票的窗口区域65中暴露安全线60。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。安全设备被形成在线60上，该安全设备包括透明衬底63，其中透镜阵列61设置在一侧上且图像元件阵列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，然而在实际中通常将不是这种情况，且安全设备将沿着该线连续地形成。在此实施例中，设备的X轴(第一方向)被形成为平行于票证50的短边缘，且几何结构是使得至少在一些视角下所述区域的不同的区域(显示不同的图像)将在每个窗口65中显现。例如，一个中心窗口可以显示第一区域R1(从而显示第一图像)，而顶部窗口和底部窗口可以显示第二区域R2，所述顶部窗口和底部窗口中的每个显示第二图像。当使票据围绕X轴(即，水平地)倾斜时，在此实施例中，区域R1、R2显现为竖直地移动，且可以从一个窗口65移动到下一窗口。
替代地，若干个安全设备可以沿着该线布置(例如，以便形成如上文描述的安全设备组件)，其中由每个安全设备显示不同的图像或相同的图像。在一个实施例中，第一窗口可以含有第一设备，且第二窗口可以含有第二设备，每个设备具有沿着不同的(优选地正交的)方向布置的它们的聚焦元件，以使得当在任何一个方向上倾斜时所述两个窗口显示不同的效果。例如，中心窗口可以被配置为当使票证50围绕X轴倾斜时表现出运动效果同时在顶部窗口和底部窗口中的设备保持静止，且当使该票证围绕Y轴倾斜时保持静止同时在顶部窗口和底部窗口中的设备表现出运动效果。
在图21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基于透明衬底63且被插入在两个纸板层53和54 之间。安全设备是通过条衬底63的一侧上的透镜阵列61和另一侧上的图像元件阵列62形成的。纸板层53和54横跨区域65是有孔径的，以显露安全设备，在此情况下，该安全设备可以横跨整个条60存在或可以被局限在孔径区域65内。在此情况下，至少四个图像被纳入到该设备内，使得在至少一些视角下显示至少四个对应的区域R1到R4。聚焦元件被布置成使得它们的长方向沿着X轴，该X轴在此平行于票据的长边缘。因此，当使该票据围绕X轴倾斜时，区域R1到R4将显现为从左向右(或从右向左)移动。
图22中示出了另一实施方案，其中图22(a)和图22(b)分别示出了票证的前侧和后侧，且图22(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描述的实施方案中的任何一个的安全设备的条或带。使用EP-A-1141480中所描述的方法，将安全物品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22(a))且在该票证的相反侧上在一个或多个窗口65中暴露(图22(b))。再次，该安全设备被形成在条 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件阵列62形成在另一表面上。
在图22中，有价票证50再次是常规的基于纸的钞票且再次包括一个条元件60。在此情况下，存在单层的纸。替代地，可以通过将纸53 设置有孔径65且横跨该孔径65将粘附的条元件60粘附到纸53的一侧上来实现类似的构造。该孔径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。再次，该安全设备被形成在条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件阵列62 形成在另一表面上。
一般而言，当将安全物品(诸如，携带安全设备的条或补片)施加到票证时，优选的是使该设备携带图像元件阵列的一侧键合到票证衬底而不是透镜侧，因为透镜和胶粘剂之间的对比可以致使透镜不工作。然而，胶粘剂可以被施加到透镜阵列作为图案，以使该透镜阵列的一预期有窗口的区域未被涂覆，其中条或补片之后被配准地施加(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设备时，该设备才表现出光学效果，所以它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，该设备非常适合于布置在半窗口位置中。

Claims (54)

1.一种安全设备，包括：
细长聚焦结构阵列，所述细长聚焦结构的细长轴沿着第一方向对准，所述细长聚焦结构沿着与所述第一方向正交的第二方向周期性地布置成彼此平行，每个细长聚焦结构具有一个光学覆盖区，该光学覆盖区的不同的细长的条将根据视角而被导引到查看者，每个光学覆盖区的中心线平行于所述第一方向；以及
图像元件阵列，所述图像元件阵列与所述细长聚焦结构阵列重叠，所述图像元件阵列表示至少两个相应的图像的细长的图像切片，每个图像切片包括一个或多个图像元件，且每个相应的图像的至少一个图像切片被定位在每个细长聚焦结构的光学覆盖区中；
其中所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向改变；
由此，在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于第一图像的第一图像切片的一部分和对应于第二图像的第二图像切片的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。
2.根据权利要求1所述的安全设备，其中每个图像切片沿着与所述第一方向成非零且非正交的角度θ的路径布置。
3.根据权利要求2所述的安全设备，其中每个图像切片的路径是直线的，所述路径与所述第一方向之间的角度θ沿着所述第一方向是恒定的。
4.根据权利要求2所述的安全设备，其中每个图像切片的路径是弯曲的或包括多个直线段，所述路径与所述第一方向之间的角度θ沿着所述第一方向增加或减小。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像切片包括一个对应的细长图像元件，所述对应的细长图像元件沿着所述路径延伸，使得该图像切片距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向连续地改变。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像切片包括一组至少两个图像元件，所述至少两个图像元件沿着所述路径定位，使得该图像切片距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向离散地改变。
7.根据权利要求6所述的安全设备，其中所述图像元件阵列被布置在网格上，所述网格的轴与所述图像切片的路径不平行。
8.根据权利要求7所述的安全设备，其中所述网格的轴平行于所述第一方向和所述第二方向。
9.根据权利要求6所述的安全设备，其中所述图像元件是细长的。
10.根据权利要求6所述的安全设备，其中在所述第一方向和所述第二方向上，该组图像元件中的每个图像元件和该组图像元件中的下一图像元件之间的间隔沿着所述第一方向是恒定的。
11.根据权利要求6所述的安全设备，其中在所述第一方向和/或所述第二方向上，该组图像元件中的每个图像元件和该组图像元件中的下一图像元件之间的间隔沿着所述第一方向变化。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像切片与所述细长聚焦结构的两个或更多个光学覆盖区交叉，使得在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于所述第一图像的至少两个第一图像切片中的每个的一部分和对应于所述第二图像的至少两个第二图像切片中的每个的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的、彼此间隔的至少两个第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的至少两个第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中在所述安全设备的第一部分中，所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向增加，且在所述安全设备的、从所述第一部分侧向偏移第二部分中，所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向减小，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域沿着所述第一方向在相反的指向上移动。
14.根据权利要求13所述的安全设备，其中所述设备的第一部分和第二部分沿着所述第一方向相对于彼此侧向偏移，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域移动朝向彼此或远离彼此。
15.根据权利要求13所述的安全设备，其中所述设备的第一部分和第二部分沿着所述第二方向相对于彼此侧向偏移，使得在倾斜时，在所述设备的第一部分和第二部分中，显示每个相应的图像的区域移动经过彼此。
16.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中，所述路径与所述第一方向之间的角度θ在0.01度到1度的范围内。
17.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构包括一个细长聚焦元件。
18.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构包括多个聚焦元件，所述多个聚焦元件被布置成使得每个聚焦元件的中心点在所述第一方向上沿着一个直线对准。
19.根据权利要求18所述的安全设备，其中所述聚焦元件以正交阵列或六边形阵列布置。
20.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述聚焦结构包括透镜或反射镜。
21.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构在所述第二方向上的宽度在5微米至200微米的范围内。
22.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述图像元件由油墨限定。
23.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述图像元件阵列包括磁性层和所施加的图像元件，所施加的图像元件相对于所述磁性层呈现视觉对比度。
24.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述图像元件由浮雕结构限定。
25.根据权利要求24所述的安全设备，其中所述浮雕结构包括衍射格栅结构。
26.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像元件的宽度小于50微米。
27.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述图像元件阵列被近似定位在所述细长聚焦结构的焦平面中。
28.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述细长聚焦结构阵列被配准到所述细长图像元件阵列。
29.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述第一图像和所述第二图像中的至少一个是均匀的颜色或是空白的。
30.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述第一图像和所述第二图像中的至少一个包括字母、数字、符号、字符、徽标、肖像或图形中的一个。
31.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，还包括一个磁性层。
32.根据权利要求6所述的安全设备，其中所述图像元件阵列被布置在正交网格上，所述网格的轴与所述图像切片的路径不平行。
33.根据权利要求6所述的安全设备，其中所述图像元件在所述第一方向上是细长的。
34.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中，所述路径与所述第一方向之间的角度θ在0.01度到0.5度的范围内。
35.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中，所述路径与所述第一方向之间的角度θ在0.05度到0.4度的范围内。
36.根据权利要求2至4中的任一项所述的安全设备，其中，所述路径与所述第一方向之间的角度θ在0.1度到0.3度的范围内。
37.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构包括一个圆柱形聚焦元件。
38.根据权利要求18所述的安全设备，其中所述多个聚焦元件是球面聚焦元件或非球面聚焦元件。
39.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构在所述第二方向上的宽度在10微米至70微米的范围内。
40.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个细长聚焦结构在所述第二方向上的宽度在20微米至40微米的范围内。
41.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述图像元件中的至少一些由磁性油墨限定。
42.根据权利要求24所述的安全设备，其中所述浮雕结构是压印或浇铸固化到衬底中或衬底上的浮雕结构。
43.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像元件的宽度小于40微米。
44.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像元件的宽度小于20微米。
45.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中每个图像元件的宽度在5微米-10微米的范围内。
46.根据权利要求1至4中的任一项所述的安全设备，其中所述安全设备被形成为安全线、条、箔、插入物、标签或补片。
47.一种安全设备组件，包括至少两个根据权利要求1至45中任一项所述的安全设备，其中在每个安全设备中，所述细长聚焦结构对准所沿着的第一方向是不同的。
48.根据权利要求47所述的安全设备组件，其中在每个安全设备中，所述细长聚焦结构对准所沿着的第一方向彼此正交。
49.根据权利要求47或48所述的安全设备组件，其中所述安全设备组件被形成为安全线、条、箔、插入物、标签或补片。
50.一种安全物品，该安全物品设置有根据前述权利要求中的任一项所述的安全设备或安全设备组件。
51.根据权利要求50所述的安全物品，其中所述安全物品选自钞票、支票、护照、标识卡、真品证书、印花税票以及用于固定价值或个人标识的另一些的票证。
52.根据权利要求50或51所述的安全物品，其中所述安全物品包括一个具有一个透明部分的衬底，在所述衬底的相反侧上分别设置有所述聚焦元件和所述图像元件。
53.一种制造安全设备的方法，所述方法包括：
提供细长聚焦结构阵列，所述细长聚焦结构的细长轴沿着第一方向对准，所述细长聚焦结构沿着与所述第一方向正交的第二方向周期性地布置成彼此平行，每个细长聚焦结构具有一个光学覆盖区，所述光学覆盖区的不同的细长的条将根据视角而被导引到查看者，每个光学覆盖区的中心线平行于所述第一方向；以及
使图像元件阵列与所述聚焦元件阵列重叠，所述图像元件阵列表示至少两个相应的图像的细长的图像切片，每个图像切片包括一个或多个图像元件，且每个相应的图像的至少一个图像切片被定位在每个细长聚焦结构的光学覆盖区中；
其中所述图像元件阵列被配置为使得每个图像切片在所述第二方向上的、距该图像切片所位于的光学覆盖区的中心线的距离沿着所述第一方向改变；
由此，在至少一些视角下，每个细长聚焦结构的光学覆盖区的、被导引到查看者的细长的条包括对应于第一图像的第一图像切片的一部分和对应于第二图像的第二图像切片的一部分，使得所述第一图像由所述安全设备的第一区域显示，且所述第二图像由所述安全设备的、在所述第一方向上从所述第一区域侧向偏移的第二区域显示，所述第一区域和所述第二区域沿着所述第一方向的位置取决于视角。
54.根据权利要求53所述的方法，适于制造根据权利要求1至45中的任一项所述的安全设备或根据权利要求47或48所述的安全设备组件。
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