CN114786956A - 具有相位对准图像层的微光学安全装置 - Google Patents

具有相位对准图像层的微光学安全装置 Download PDF

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Abstract

一种微光学安全装置(105)，包括平面微透镜阵列(305)，所述平面微透镜阵列(305)被配置成沿着与视角相关联的多个焦点路径(610)聚焦光。所述微光学安全装置还包括沿着所述多个焦点路径安置的图标层堆叠(905)。所述图标层堆叠包括第一图标层(620)，所述第一图标层(620)具有第一颜色的多个体积的固化材料(613b)和处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的多个体积的基本上透明的材料。所述图标层堆叠还包括第二图标层(640)，所述第二图标层(640)具有处于沿着所述第一视角范围的焦点路径的位置处的多个体积的基本上透明的固化材料和处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的固化材料(637a)。

Description

具有相位对准图像层的微光学安全装置
技术领域
本公开涉及用于增强安全文档的防伪性的系统。更具体来说，本公开涉及一种具有相位对准图像层的微光学安全装置。
背景技术
根据其构造和在终端产品中的集成，具有动态的难以再现的外观的微光学安全装置可显著增强安全文档(诸如，流通券、护照和需要可信赖的视觉鉴别标记的其它文档)的防伪性。特定微光学安全装置的总体有效性取决于多个变量，包括但不限于由所述装置产生的视觉效果的独特性、再现难度和装置的大规模生产能力。举例来说，产生难以清楚辨认或不具视觉吸引性的视觉效果的微光学安全装置不太可能被大多数终端用户注意到，并且暗含地，不存在微光学安全装置同样可能不会被终端用户注意到。在此种情形下，缺乏正确微光学安全装置的伪造文档在流传时检测不到的可能性高于微光学安全装置提供由于清晰度或新颖性的某组合而对于终端用户来说是醒目的视觉效果的情形。类似地，微光学安全装置的有效性在其可规模化制造从而降低价格点并且促成广泛采用时得以增强。促使实现伪造者无法做到但同时能够由合法行动者规模化制造的越加独特的视觉效果在微光学安全装置设计领域内一直以来都是技术难题和改进可能性的来源。
发明内容
本公开图解说明具有相位对准的图像层的微光学安全装置的实施方案。
在第一实施方案中，一种微光学安全装置包括平面微透镜阵列，所述平面微透镜阵列被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径与所述微光学安全装置的视角相关联。所述微光学安全装置还包括沿着所述多个焦点路径安置的图标层堆叠。所述图标层堆叠包括第一图标层，所述第一图标层包括处于沿着第一视角范围的焦点路径的位置处的第一颜色的多个体积的固化材料和处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的多个体积的基本上透明材料。所述图标层堆叠还包括第二图标层，所述第二图标层相对于所述平面微透镜阵列安置在所述第一图标层下方。所述第二图标层还包括处于沿着所述第一视角范围的焦点路径的位置处的多个体积的基本上透明的固化材料和处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的固化材料。所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构。
在第二实施方案中，一种微光学安全装置包括平面聚焦元件阵列，所述平面聚焦元件阵列被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径与所述微光学安全装置的视角相关联。所述微光学安全装置还包括沿着所述多个焦点路径安置的图标层堆叠。所述图标层堆叠包括第一图标层，所述第一图标层包括第一颜色的多个体积的定向固化材料，其中所述第一颜色的多个体积的定向固化材料与所述微光学安全装置的第一视角范围相关联。所述图标层堆叠还包括第二图标层，所述第二图标层具有处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的定向固化材料。所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构。此外，所述第二视角范围与所述第一视角范围不具有同等的范围。
本领域的技术人员从以下图、描述和权利要求书可容易明白其它技术特征。
在进行以下具体描述之前，阐述在此专利文档通篇使用的某些词语和措词的定义可以是有利的。术语“耦合”及其派生词指代两个或更多个元件之间的任何直接或间接通信，无论这些元件是否彼此物理接触。术语“包含”和“包括”及其派生词意指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意指和/或。措词“与…相关联”以及其派生词意指包括、包括在…内、与…互连、含有、含有在…内、连接到或与…连接、耦合到或与…耦合、可与…通信、与…协作、交错、并列、靠近、绑定到或与…绑定、具有、具有…性质、关系到或与…相关等。措词“…中的至少一者”在与物项列表一起使用时意指可使用所列举物项中的一者或多者的不同组合，并且可仅需要所述列表中的一个物项。举例来说，“A、B和C中的至少一者”包括以下组合中的任一者：A、B、C；A和B；A和C；B和C；以及A和B和C。
在此专利文档通篇提供其它某些词语和措词的定义。本领域的技术人员应理解，在很多情况中(即便不是在大多数情况中)，所述定义适用于所述所定义的词语和措词的以前以及未来的使用。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考结合附图所做的以下描述，在附图中相似的附图标记表示相似的部分：
图1A和图1B示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例以及微光学安全装置的操作的各方面；
图2A和图2B通过背景技术示出与在微光学安全装置中实现相位对准相关联的技术难题的各方面；
图3A、图3B和图3C示出根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置的构造方面；
图4A和图4B示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的个别堆叠图标层的贡献的各方面；
图5A到图5C从多个角度示出形成根据本公开的一些实施方案的表面设置式图像图标的各方面的示例；
图6A到图6I示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面；
图7示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的构造方面；
图8A和图8B示出根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置的构造方面，并且
图9示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
具体实施方式
下文所论述的图1A到图9和用于描述本公开的原理的各种实施方案只是举例说明，而绝不应解释为限制本公开的范围。本领域的技术人员将理解，本公开的原理可在各种各样的具有适合构造的微光学安全装置中实现。
尽管已通过各种实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员可提出各种改变和修改。本公开意在囊括在权利要求书的范围内的这些改变和修改。
图1A和图1B示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例和所述微光学安全装置的操作的各方面。
参考图1A到图1B的非限制性示例，图中提供安全文档105的第一视图101 (图1A中示出)和第二视图151(图1B中示出)，所述安全文档105包括微光学安全装置110。根据各种实施方案，安全文档105是护照、流通券、身份证或受益于可信赖的视觉鉴别标记的其它文档。在图1A到图1B的非限制性示例中，微光学安全装置110包括一层聚焦元件(例如，微透镜)和图像堆叠，所述图像堆叠包括其中两个或更多个图像图标层相位对准的区。如本公开中所使用，参考多层图标堆叠的多个层内的图标结构使用的术语“相位对准”囊括如下性质：其中第一图标层的有颜色图标占据第一图标层的与第一视角范围的焦点路径相关联的位置，第二图标层的有颜色图标占据第二图标层的与第二视角范围的焦点路径相关联的位置，第一图标层的有颜色图标占据所述第一图标层内的与第二视角范围以外的焦点路径相关联的位置，并且第二图标层的有颜色图标占据所述第二层的与第一视角范围以外的焦点路径相关联的位置。实际上，在根据本公开的某些实施方案有颜色的图像图标相位对准的情况下，串扰或在给定的视角范围内来自图标堆叠的两个或更多个层的有颜色图像图标同时被聚焦元件投射的状况可基本上受到控制且被并入或剔除以作为由微光学安全装置投射的合成图像的设计特征。根据本公开的某些实施方案，控制图像图标层之间的串扰的发生率便于形成在至少三个维度上展现出改进的微光学安全装置，所述至少三个维度是衡量微光学安全装置的性能的依据。具体来说，在图像图标之间的相位对准是可控设计参数的情况下，由微光学安全装置以第一视角范围投射的多颜色合成图像到由微光学安全装置在第二视角范围内投射的合成图像的转变可变得更鲜明，并且根据本公开的实施方案可例如产生多颜色“闪现”效果，其中合成图像包括迅速出现和消失的有颜色分量，以及其中合成图像的有颜色区渐进地移动或改变颜色的效果。除了渐进演变的颜色效果之外还并入多颜色“闪现”效果可提供引人注目且吸引观察者的合成图像。另外，实现图标层中的各层之间的相位对准带来了额外的制造难题，并且隐含地使得所述装置更难被恶意行动者伪造。第三，根据本公开的某些实施方案可使用结构化图标工具(例如，用于将保持结构压印到一层UV可固化聚合物中的模具)来制造，并且如此目前可规模化地制造。
如第一视图101中所示，当安全文档105被定向成使得文档的表面在坐标系115中占据在第一视角范围Θ1→Θ2内的值时，微光学安全装置110的图标结构和聚焦元件投射出双色的第一合成图像120，所述双色的第一合成图像120包括处于形成对比的第二颜色的多边形域中的第一颜色的一对椭圆形。如图1A到1B的示例中所示，观察者倾斜安全文档105越过第一视角范围Θ1→Θ2，直到其进入第二视图151中所示的第二视角范围Θ2→Θ3。在此示例中，随着文档从第一视角范围移动至第二视角范围，所述一对椭圆形“隐去”，并且如第二视图151中所示，微光学系统投射出第二合成图像，在此说明性示例中，所述第二合成图像是形成对比的第二颜色的多边形域。因此，根据本公开的各种实施方案的微光学系统随着装置在视角范围之间移动而提供从一个合成图像至另一合成图像的鲜明转变。
虽然图1A到图1B提供从双色合成图像到单色合成图像的转变的示例，但根据本公开的实施方案并不仅限于此，并且涉及更多颜色和视角范围的其它实施方案是可能的且处于本公开的涵盖范围内。此外，其中图标层堆叠的多个层的有颜色图标具有相同颜色(随着聚焦元件从聚焦于第一深度处的图标转变到聚焦于第二深度处的图标而产生引人注意的运动效果)的实施方案是可能的，并且处于本公开的涵盖范围内。
图2A到图2B通过背景技术示出与在微光学安全装置内实现相位对准相关联的技术难题的各方面。
在图2A到图2B的说明性示例中，示出微光学单元200的第一视图201 (图2A中示出)和第二视图251 (图2B中示出)。微光学安全装置包括多个(通常数百万个或更多个)微光学单元。基本上，微光学单元包括聚焦元件以及在所述聚焦元件的焦点区(也被称为“占用面积”)内的一个或多个图标结构。在图2A到图2B的阐释性示例中，微光学单元200包括聚焦元件205，在此示例中，聚焦元件205是平凸微透镜。其它聚焦元件是可能的，包括但不限于反射聚焦元件(即，极小的弯曲镜)和梯度指数(“GRIN”)透镜。
在此示例中，微光学单元200还包括含有保持结构(例如保持结构211)的图像图标层210，有颜色材料的图标213可形成在所述保持结构中。聚焦元件205将图标213投射到观察者的角度Θa取决于所述图标在聚焦元件205的占用面积(通过左边界217a和右边界217b示出)内的位置。如参考第二视图251所示，图标的位置相对于聚焦元件205的占用面积的小移位253转化为将图标213投射到观察者的角度Θb的改变。当规模化制造时，图像图标层210的保持结构相对于聚焦元件的占用面积的配准通常会不可避免地发生一些变化。在某些真实应用中，聚焦元件之间的配准的变化可大约是透镜阵列中的透镜的节距。
在微光学安全装置具有单个图像图标层的情况下，图像图标层相对于聚焦元件的配准的变化可向终端用户显现为特定合成图像投射到观察者的角度范围的变化。在利用单个图标层的很多应用中，特定合成图像出现的视角的此变化不成问题或最多有轻微的不便，原因在于用户可能必须“多角度查看(play around)”安全文档以找到特定合成图像出现的视角。在微光学安全装置中有两个或更多个图标层堆叠的情况下，前述配准变化转化成图标层的有颜色图标彼此配准的程度的变化。图标层间配准的这些变化可显现为在视角范围改变时微光学安全装置所投射的合成图像的不明显或“微弱”改变。举例来说，替代参考图1A到图1B的非限制性示例所述的从投射第一合成图像120到第二合成图像155的鲜明转换，微光学系统可在中间角度范围内同时投射第一合成图像和第二合成图像的分量。取决于层间配准问题的程度和特点，所投射的图像可不同地呈现为渐变的色移效果(与所定义的“隐-现(on-off)”或“闪现”效果形成对照)或者两种或更多种颜色的不明显混合，或呈现为其中投射出不同图标层的不同颜色但彼此没有任何角度关系的视觉杂色(visualcacophony)。
图3A、图3B和图3C示出根据本公开的各种实施方案的具有相位对准的图像层的微光学安全装置和安全文档的示例。为方便起见，图3C到图3C中的一者或多者所共有的结构具有相同的编号。
参考图3A的非限制性示例，图中示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置301的示例。
参考图3A的非限制性示例，微光学安全装置301基本上包括平面聚焦元件阵列305(例如包括聚焦元件307)和图标层堆叠308，所述图标层堆叠308包括第一图标层320 (例如，包括图像图标321)和第二图像图标层323 (例如，包括图像图标324)。根据各种实施方案，平面聚焦元件阵列305中的每一聚焦元件具有占用面积。此外，平面聚焦元件阵列包括一个或多个单元，第一图标层320或第二图像图标层323的布置的一个或多个图像图标位于所述一个或多个单元中。此外，图标层堆叠308包括至少一个区，在所述至少一个区中第一图标层320的有颜色图像图标与第二图像图标层323的有颜色图像图标相位对准。在某些实施方案中，图像图标(例如，图像图标321或324)的位置对应于由基本上透明的材料(诸如，UV可固化树脂)制成的保持结构内的位置，所述基本上透明的材料被压印并接着固化以形成 具有诸如孔隙、柱或凸块等结构的图像图标层，所述图像图标层中可选择性地沉积有有颜色材料。根据一些实施方案，平面聚焦元件阵列305中的个别聚焦元件是按照一个或多个局部重复周期安置。如本公开中所使用，术语“局部重复周期”囊括微光学安全装置301的一层的特定特征多频繁地重复出现在所关注区内的表达。举例来说，平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件在一个区域中可具有50个透镜/毫米的局部重复周期，并且在系统的不同部分中具有49个透镜/毫米的局部重复周期。类似地，第一图标层320内的有颜色图标例如可在微光学安全装置301的一部分中具有51个图标/毫米的局部重复周期，并且在微光学安全装置301的不同区中具有49.5个图标/毫米的局部重复周期。通过改变聚焦元件的局部重复周期对图标结构的局部重复周期的比率，可调整由聚焦元件投射的图标结构的合成图像的外观的各方面。举例来说，可通过聚焦元件的局部重复周期对图标结构的局部重复周期的比率来改变合成图像相对于微光学安全装置301的平面的视位置，使得合成图像可呈现为浮在微光学安全装置301的平面上方，或位于微光学安全装置301的平面下方(有时被称为“深”或“超深”效果)。类似地，在某些实施方案中，聚焦元件的局部重复周期对有颜色图标结构的局部重复周期的比率可自身局部地改变以赋予合成图像更立体的外观。
根据某些实施方案，多个聚焦元件305包括微光学聚焦元件的平面阵列。在一些实施方案中，平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件包括微光学折射聚焦元件(例如，平凸或GRIN微透镜)，其中透镜表面提供折射率不同的区(例如，聚合物透镜材料和空气)之间的弯曲界面。平面聚焦元件阵列305中的折射聚焦元件在一些实施方案中由折射率在1.35到2.05范围内的光固化树脂制成，并且具有在5μm到200μm范围内的直径。在各种实施方案中，平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件包括直径在5μm到50μm范围内的反射聚焦元件(例如，极小凹面镜)。虽然在此说明性示例中将平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件示出为包括圆形平凸透镜，但其它折射透镜几何形状(例如，双凸透镜)是可能的且处于本公开的涵盖范围内。
如图3A的说明性示例中所示，第一图标层320包括一组图像图标(包括图像图标321)，所述一组图像图标定位在平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件的占用面积内的与一系列定向固化角度相关联的位置处。根据各种实施方案，第一图标层320的个别图像图标包括在由基本上透明的材料形成的结构化图像图标层的保持结构所界定的部分空间或所有空间中的定向固化材料的一些区。如本公开中所使用，术语“结构化图像层”囊括已被压印或以其它方式形成以包括用于定位和保持图像图标材料的结构(例如，凹槽、柱、凹口或凸块)的基本上透明的材料(例如光可固化树脂)层。
如图3A的说明性示例中所示，在某些实施方案中，微光学安全装置301包括光学间隔件310。根据各种实施方案，光学间隔件310包括基本上透明的材料的膜，所述膜用于将图标层堆叠308的一个或多个图像图标布置中的图像图标定位在平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件的焦平面周围。在根据本公开的某些实施方案中，光学间隔件310包括制造衬底，可将一层或多层光可固化材料施加、压印和批量固化在所述制造衬底上以形成保持结构。在某些实施方案中，用于形成第一图标层320的光可固化材料是着色的紫外线(UV)可固化聚合物。在根据本公开的各种实施方案中，光学间隔件310包括在聚焦元件与图标层堆叠308之间的透明UV可固化聚合物(例如，用于制作平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件的聚合物)的所施加的中间层。
在根据本公开的某些实施方案中，微光学安全装置301包括密封层340。根据某些实施方案，密封层340包括在下表面上与平面聚焦元件阵列305中的聚焦元件介接的薄(例如，2μm到50μm厚)的基本上透明的材料层，并且包括曲率变化比平面聚焦元件阵列305小(例如，由于是平滑的，或由于具有局部起伏的曲率半径比聚焦元件大的表面)的上表面。
如图3A的非限制性示例中所示，在某些实施方案中，例如可通过粘合层330将微光学安全装置301附接到衬底350以形成安全文档360 (例如，图1A到1B中的安全文档105)。根据各种实施方案，衬底350可以是一片货币用纸或聚合物衬底。根据一些实施方案，衬底350是一片薄的柔性聚合物膜、双向拉伸聚丙烯(BOPP)。在各种实施方案中，衬底350是一段合成纸材料(诸如TESLIN®)。根据一些实施方案，衬底350是一段聚合物卡材料，诸如适合于制作信用卡和驾照的类型的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)坯料。在某些实施方案中，衬底350包括产品(诸如瓶子、安全文档或诸如智能电话或计算机等高价值商品)的表面。
虽然图3A示出了其中第一图标层320和第二图像图标层323两者均形成在由基本上透明的材料构造的结构化图像图标层内的微光学安全装置301的示例，但根据本公开的实施方案并不仅限于此。虽然用于形成用于压印薄的光可固化材料层以形成保持结构的工具的技术是成熟的并且已与微光学安全装置的大规模生产工具集成在一起，但用于形成图像图标的其它技术是可能的并且可与根据本公开的各种实施方案的具有相位对准的图标层的微光学安全装置中的结构化图标层结合使用。举例来说，在根据本公开的某些实施方案中，可使用数字工具方法来产生图像图标布置或第二图像图标布置。如本公开中所使用，数字工具囊括通过定义用于形成并放置微光学安全装置的组成结构的电子工具的控制逻辑(例如，用于打印机的G-CODE文件)来制造所述组成结构(例如，图像图标或聚焦元件)的方法。如参考本公开的图5和图8的说明性示例更详细地论述，根据某些实施方案，可使用数字工具将第一图像图标布置或第二图像图标布置中的图像图标形成为表面设置式图标。
作为根据本公开的各种实施方案的数字工具的另一示例，一个或多个数字方式控制的UV投射器可将紫外线光图案(例如，与由微光学安全装置投射的合成图像的全部或一部分对应的掩模文件)投射到透明的或有颜色的未固化光可固化材料层上以形成表面设置式图像图标。在某些实施方案中，一个或多个UV投射器将具有紫外光图案投射穿过一层聚焦元件，借此将未固化的光可固化材料的一部分定向固化。在各种实施方案中，代替数字方式控制的UV投射器，可通过光栅化UV激光束将UV光的图案投射到未固化材料上。
参考图3B的非限制性示例，在此特定示例中，第一图像图标层320具有与图3A中相同的构造，其中图像图标被形成为定位在由保持结构界定的空间内的有颜色材料的区，在此特定示例中，所述保持结构包括一层压印且固化的聚合物层。根据某些实施方案，使用第一颜色的光可固化液体材料来填充第一图标层320内的保持结构，并接着定向地固化，使得将光可固化材料的一部分固化成固态，而光可固化材料的另一部分仍为液态并且可诸如通过清洗从所述保持结构移除。
如本公开中所使用，术语“定向固化”囊括基于将由微光学安全装置提供的合成图像从安置在与用于所述合成图像的一系列既定视角相关联的位置处的一个源(或多个源)朝向聚焦元件阵列中的元件以某图案投射结构化或半结构化光(例如，准直光)，使得聚焦元件将光聚焦在占据图像图标层中与视角相关联的位置的未固化材料上。换句话说并且如例如通过本公开的图6A到图6I的阐释性示例所述，沿着来自与一系列视角相关联的源且由聚焦元件阵列(例如，图3A中的平面聚焦元件阵列305)中的聚焦元件聚焦的光的焦点路径的未固化材料被固化，而处于由聚焦元件聚焦的定向固化光的焦点路径之外的位置中的未固化材料保持为未固化。
根据某些实施方案，在从保持结构清洗掉第一颜色的未固化材料之后，执行对其它颜色的材料定向固化或与不同视角相关联的其它反复。在图3B的说明性示例中，形成第一图标层320的最后步骤是使用至少人眼几乎不可见或完全不可见的基本上透明的光可固化材料来填充开放空间(例如，未被已固化的有颜色材料占据的区域)。根据某些实施方案，可使用成像设备(诸如电子显微镜)来检测基本上透明的材料层。
参考图3B的非限制性示例，根据某些实施方案，可通过本文中所述的至少两种方法在第一图标层320的表面上形成第二图标层328的图标(例如，表面设置式图标326)或多个体积的已固化有颜色材料。
根据某些实施方案，在第一图标层320的表面上形成表面设置式图标的一种方法中，通过首先形成一组保持结构(诸如，通过压印并接着批量固化一层光可固化聚合物)来形成第一图标层320。在各种实施方案中，在第二步骤中，接着使用未固化的基本上透明的光可固化材料填充保持结构，从保持结构刮掉多余的未固化的基本上透明的光可固化材料，其中使用与第一视角范围相关联的具有某一图案的定向固化光将保持结构中的材料定向固化，以在第一图标层320内形成与第一视角范围相关联的已固化的基本上透明材料的多个区。随后，从保持结构清洗未固化的基本上透明的光可固化材料，并且使用第一颜色的未固化的光可固化材料来填充或涂布仍可用的保持结构，从保持结构刮掉多余的未固化的光可固化材料，其中将其余材料批量固化以完成第一图标层320，所述第一图标层320具有远离平面聚焦元件阵列305的基本上平坦的外表面。根据某些实施方案，如在形成第一图标层320的第二步骤中一样，将第二颜色的未固化光材料施加到外表面并使用与第一视角范围相关联的光来进行定向固化。在定向固化之后，从所述外表面清洗掉第二颜色的未固化的光可固化材料，使得第二图标层328的表面设置式图标留在第一图标层的外表面上。
根据某些实施方案，形成表面设置式图像图标的第二图标层328的另一种方法包括如上文所述地形成第一图标层320，并施加一层第二颜色的未固化的光可固化材料。使用处于与对第一颜色的材料进行固化时的第一角度范围互补的角度的图案化光来对第二颜色的未固化的光可固化材料进行定向固化。如此一来，可实现通过聚焦元件投射第一颜色的有颜色材料的合成图像的角度范围与通过聚焦元件投射第二颜色的有颜色材料的合成图像的角度范围之间的受控分离。
图3C示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置301的示例。
图3B的说明性示例示出了根据本公开的微光学安全装置的示例，在所述示例中包括表面设置式图标的图像图标层相对于包括多个基本上透明的保持结构的另一图像图标来说远离聚焦元件阵列，除此之外，图3C示出微光学安全装置301的示例，在所述示例中表面设置式图像图标层相对于包括基本上透明的保持结构的图标层来说靠近聚焦元件。
参考图3C的非限制性示例，第一图标层327包括多个表面设置式图像图标(包括表面设置式图像图标329)，所述多个表面设置式图像图标是通过使用与第一合成图像相关联的光的图案来对一层第一颜色的未固化的着色材料进行定向固化而形成在光学间隔件310的一侧上，所述光来自被定位成在第一视角范围内提供光的结构化光源。在此说明性示例中，在定向固化之后，移除第一颜色的未固化材料，任选地，通过对第一颜色或其它颜色的材料进行定向固化来形成与不同颜色或不同视角相关联的后续多组表面设置式图标。从光学间隔件310的表面移除未固化的有颜色材料，并且施加一层基本上透明材料以填充在表面设置式图像图标之间的空间中并形成平坦表面，第二图像图标层323可形成在所述平坦表面上以作为包括保持结构的图像图标层。根据各种实施方案，施加所述一层基本上透明的材料，使得第一图标层327的基本上透明的材料与第二图像图标层323的保持结构是一体的。
在一些实施方案中，使用第二颜色的未固化的光可固化材料来填充第二图像图标层323的保持结构，接着刮匀所述未固化的光可固化材料以移除多余的未固化材料。使用与第一视角范围相关联的具有某一图案的光对第二颜色的未固化的光可固化材料进行定向固化，并且清洗掉第二颜色的未固化材料。取决于图标层堆叠308的规定层数，在一些实施方案中，制造图标层堆叠308的工艺可在此结束，而不再进行任何其它填充/固化操作。
图4A和图4B示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置(例如，图1A和图1B中的微光学安全装置110)的堆叠图标层的贡献的各方面。根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置包括图标层堆叠，所述图标层堆叠被聚焦元件阵列放大以通过严密控制在视角范围内提供提供独特且吸引人的光学效果的合成图像，包括但不限于多颜色合成图像，在所述视角范围内图标层堆叠的每一层都对微光学安全装置所提供的合成图像有贡献。如本文中别处所论述，根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置包括具有相位对准的图像图标层的图标堆叠。
参考图4A到图4B的说明性示例，图中示出第一图像图标层(例如，图3A中的第一图标层320)和第二图像图标层(例如，图3B中的第二图标层328)对系统在第一视角范围(Θ1→Θ2)和第二视角范围(Θ2→Θ3)内所投射的合成图像的贡献。为了便于交叉参考，在图4的示例中微光学安全装置向观察者投射的合成图像对应于图1A到图1B的说明性示例中示出的合成图像。即，当以在第一视角范围内的角度观察时，微光学装置投射出在第二颜色的背景上的第一颜色的一对椭圆形。在此非限制性示例中，视角从第一视角范围跨越到第二视角范围，由于含有第一颜色的图像图标的第一图像图标层中的图标与含有第二颜色的图像图标的第二图像图标层中的图标之间相位对准，因此有颜色椭圆形“隐去”并被第二颜色的合成图像取代。
如图4A到图4B中所示，当以在第一视角范围(Θ1→Θ2)内的角度观察时微光学安全装置时，所述装置的聚焦元件投射出包括第一颜色的固化材料的定向体积的第一图标层的多个区域，使得第一图像图标层促成在合成图像中可看见呈第一椭圆形401a和第二椭圆形401b形式的区。根据某些实施方案，除了将第一图标层中的第一颜色的未固化材料定向固化成与椭圆形401a和401b相关联的图案之外，还将第二图标层中的未固化的基本上透明的材料定向地固化成与椭圆形401a和401b相关联的图案，但排除来自与第一视角范围相关联的焦点路径的第二颜色的有颜色材料，并且确保第二图标层的对应区403a和403b不与产生椭圆形401a和401b的第一图标层的区发生串扰或干扰。
类似地，就第二视角范围(Θ2→Θ3)来说，在某些实施方案中，将未固化的基本上透明的材料施加到第一层并由与第二视角范围相关联的光源定向地固化，借此确保第一图标层不对微光学安全装置在第二视角范围内投射的合成图像具有贡献405。即，在一些实施方案中，在第一图标层中在与沿着与第二视角范围相关联的角度传递到微光学安全装置中或从微光学安全装置传递出去的光的焦点路径相关联的位置中不存在有颜色材料。
另外，就第二视角范围(Θ2→Θ3)来说，在根据本公开的各种实施方案中，使用从与第二视角范围相关联的源提供的结构化光将第二颜色的多个体积的未固化材料定向地固化。如此，在第二视角范围中，第二图像图标层投射分量仅来自第二图像图标层的合成图像407。
虽然已参考提供通过对图标层堆叠的一层中的第一颜色的有颜色材料定向地固化并且以相同的视角范围对第二图标层中的无颜色材料定向地固化而产生的单个“闪现”效果的微光学安全装置描述了图4A到图4B，但根据本公开的实施方案并不仅限于此。举例来说，在某些实施方案中，用于实现对图标层的定相的控制的技术和图像图标堆叠的每一层的有颜色材料对合成图像有贡献的视角可用于产生不同的效果。举例来说，在某些实施方案中，合成图像的一部分可展现出相位对准，诸如参考图4所述，其中在视角移动到第一视角范围之外之后一种颜色立即“隐去”，而合成图像的不同部分展现出微小的相位不对准，其中颜色随视角而改变。另外，在某些实施方案中并且如参考图3B所论述，第一图像图标层中的有颜色材料与第二图像图标层中的有颜色材料之间的相位对准可通过以与用于对第一图像图标层中的有颜色材料定向地固化的第一视角范围互补的视角范围对第二图像图标层中的未固化材料定向地固化来实现。
图5A到图5C从多个角度示出在根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的一个单元中形成表面设置式图像图标的各方面。
在根据本公开的某些实施方案中为了形成表面设置式图像图标，将结构化光从与预定视角范围对应的投射角投射在平面聚焦元件阵列中的聚焦元件的透镜表面处，其中平面聚焦元件阵列中的聚焦元件将所述结构化光聚焦在平面聚焦元件阵列中的聚焦元件的占用面积内的未固化的光可固化材料的区上。随后，将未固化的光可固化材料移除(例如，通过喷洗)或化学灭活，使得在预定视角范围内通过聚焦元件只能看见光可固化材料的固化区。如此一来，可在微光学安全装置的表面上形成有颜色材料(例如，图像图标)或基本上透明的材料(例如，不包括来自将会干扰图标层堆叠的另一层中的有颜色图标的贡献的位置的有颜色材料)的固化体积。
参考图5A到图5C的非限制性示例，提供折射聚焦元件501的侧视图(图5C)、底侧视图(图5A)和有角度视图(图5B)，所述折射聚焦元件501定位在光学间隔件503的一部分上。在此说明性示例中，聚焦元件501的透镜表面510界定在具有不同折射率的区(例如，空气和折射率大于1的聚合物)之间的弯曲边界，所述具有不同折射率的区将固化光引导到透镜的占用面积内的位置，其中所述固化光将第一颜色的多个体积的光可固化材料固化以形成表面设置式图像图标521。
根据某些实施方案，聚焦元件501贴附到光学间隔件503并且与光学间隔件503的表面具有固定的关系。在某些实施方案中，聚焦元件501与光学间隔件503的表面之间的固定关系是通过如下方式达成：将一层光可固化材料施加到光学间隔件503，压印所述一层光可固化材料以形成透镜表面并在原位将所述材料固化。在一些实施方案中，聚焦元件501与光学间隔件503的表面之间的固定关系是通过如下方式达成：从共同的一层光可固化材料形成聚焦元件501和光学间隔件两者，并将所形成的层固化以形成集成式聚焦元件-光学间隔件组合。
聚焦元件501与占用面积505相关联，从而界定一个区，在所述区中聚焦元件501可以足够的锐度聚焦光以使得聚焦元件501可投射出图像图标。如图5A到图5C的示例中所示，占用面积505可以是三维空间区，借此允许图标层堆叠的多个层的图标占据占用面积505中的空间。根据一些实施方案，占用面积505与聚焦元件501的周界有同等的范围。根据一些实施方案，占用面积505小于聚焦元件501的周界。在某些实施方案中，占用面积505描述大于聚焦元件501的周界的面积。
如图5A到图5C的说明性示例中所示，以与预定视角相关联的角度(或角度范围)将与合成图像(诸如图5A到图5C中所示的单元)相关联的结构化光(例如，准直光、来自投射器的光、或已穿过另一聚焦元件阵列的光)投射在聚焦元件501的透镜表面处，所述预定视角在图中被示出为Θc。聚焦元件501的透镜作用沿着占用面积505内的焦点路径520聚焦入射光。通过在将结构化光施加到系统之前将一层未固化的光可固化有颜色(或基本上透明的光可固化)材料施加到光学间隔件503的底表面，后续施加结构化光使得光可固化材料的在焦点路径520中的部分固化，而光可固化材料的在焦点路径520之外的部分未被固化且可被移除。因此，可在聚焦元件501的占用面积505内的表面上形成表面设置式图像图标521。
图6A到图6I示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。为了便于交叉参考，图6A到图6I中的一者以上所共有的元件具有类似的编号。
参考图6A的非限制性示例，图中示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的平面聚焦元件阵列601的一个区段。在诸如图中所示的一些实施方案中，平面聚焦元件阵列601中的聚焦元件是平凸微透镜。在一些实施方案中，平面聚焦元件阵列601中的聚焦元件是反射聚焦元件或不同的折射结构(例如，GRIN透镜)。如图中所示，平面聚焦元件阵列601的区段的聚焦元件具有局部重复周期P1，所述局部重复周期对应于类似大小的聚焦元件的图案在图中所示的平面聚焦元件阵列601的区段中重复出现的距离。
在某些实施方案中，以角度Θa或包括Θa的视角范围投射在平面聚焦元件阵列601上的光由平面聚焦元件阵列603的组成元件聚焦，并且沿着多个焦点路径610 (例如，包括焦点路径611)穿过微光学安全装置的光学间隔件605和后续层(例如，图标层堆叠)。
根据某些实施方案，微光学安全装置包括光学间隔件605，所述光学间隔件605包括一片基本上透明材料(诸如，聚乙烯或聚酯膜)，聚焦元件和图标层堆叠(例如，图3A中的图标层堆叠308)可形成在所述一片基本上透明的材料上。根据一些实施方案，光学间隔件605包含中间的一层基本上透明的光可固化聚合物，所述中间的一层基本上透明的光可固化聚合物用于形成微光学安全装置的其它结构，诸如平面聚焦元件阵列601。在根据本公开的各种实施方案中，光学间隔件605包括一段双向拉伸聚丙烯(BOPP)、聚碳酸酯、聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
图6B示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的构造方面。参考图6B的说明性示例，图中示出形成图标层堆叠(例如，图3A中的图标层堆叠308)的第一图标层的初始步骤。根据某些实施方案，在光学间隔件605的底侧上形成多个保持结构607。在此阐释性示例中，多个保持结构607包括形成在一层基本上透明的材料中的一组浮凸或凹口(在图中以虚填充线示出)。如图中所示，多个保持结构607在图6B中所示的微光学安全装置的区段中具有局部重复周期P2。在根据本公开的某些实施方案中，图标层堆叠的第一图标层的保持结构的局部重复周期P2跨越图标层而变化，使得由第一图标层投射的合成图像的分量相对于微光学安全装置的物理表面而出现在不同的高度处。
根据一些实施方案，多个保持结构607填充有第一颜色的未固化的光可固化材料609。
图6C示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的构造方面。
参考图6C的非限制性示例，与将由图像图标堆叠的第一图像图标层投射的合成图像的分量相关联的结构化光投射在平面聚焦元件阵列601处，并且穿过光学间隔件605、多个保持结构607和第一颜色的多个体积的未固化的光可固化材料609。如此非限制性示例中所示，穿过光学间隔件605的光的焦点路径不囊括第一颜色的未固化光材料的全部体积。举例来说，在第一保持结构608内的第一颜色的光可固化材料609当中，第一部分613a处于焦点路径611之外，而第二部分613b处于焦点路径611内。根据一些实施方案，第一部分613a未被沿着焦点路径611传递的固化光固化，而处于焦点路径611内的第二部分613b被沿着焦点路径611传递的光固化。类似地，第一颜色的光可固化材料613c的第三体积完全处于焦点路径611和相邻焦点路径之外并且未被固化。
图6D示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
如此说明性示例中所示，在使用来自第一视角范围的结构化光(例如，沿着图6C中的多个焦点路径610行进的光)将第一颜色的光可固化材料定性地固化之后，从所述多个保持结构607移除未固化材料，而仅将第一颜色的多个体积的固化材料留在处于焦点路径611中的多个保持结构613的空间中。举例来说，虽然在定向固化之后移除了部分613a和613c的多个体积的未固化材料，但第二部分613b仍在所述多个保持结构607中处于适当位置。
图6E示出根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置的构造方面。参考图6E的说明性示例，为了帮助将多个体积的固化材料(例如，第二部分613b)“锁定”到多个保持结构607内的与特定焦点路径(例如，图6C中的焦点路径611)相关联的位置，使用基本上透明的材料(例如，适合于压印并固化以形成平面聚焦元件阵列601的UV可固化聚合物)来填充保持结构607的其余未填充区。根据某些实施方案，添加到保持结构以填充尚未被定向固化材料填充的空间的基本上透明的材料形成基本上透明的保持结构与额外的基本上透明的材料之间的界面区(例如，界面区615)。虽然对人眼不可见，但包括基本上透明的材料的这些区域之间的边界的界面区在电子显微镜下是可见的。
在根据本公开的某些实施方案中，将基本上透明的材料添加在多个保持结构607的未填充区中完成第一图标层620的构造，图标层堆叠的第二图标层或更多图标层可形成在第一图标层620上。
图6F示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
根据某些实施方案，在远离平面聚焦元件阵列601的第一图标层620的表面上形成多层(即两层或更多层)图标层堆叠的第二层。如图6F的非限制性示例中所示，在远离平面聚焦元件阵列601的第一图标层620的表面上形成(例如，通过压印并随后固化一层基本上透明的UV可固化材料)第二多个保持结构631。
参考图6F的非限制性示例，使用多个体积的未固化的基本上透明的光可固化材料633来填充第二多个保持结构631的凹口。接着通过光将未固化的基本上透明的光可固化材料633定向地固化，所述光与用于将第一图标层620中的第一颜色的光可固化材料固化的光一样沿着多个焦点路径610行进穿过图标层堆叠的结构。如图6F的示例中所示，在第二多个保持结构631内的与多个焦点路径610中的焦点路径重叠的位置处将多个体积的未固化的基本上透明的光可固化材料固化。举例来说，占据第一体积635a的光可固化材料被沿着焦点路径611行进的光固化，而占据在焦点路径611之外的位置635b的光可固化材料未被固化。
图6G示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的构造方面。根据某些实施方案，移除在第二多个保持结构631中的未固化的基本上透明的光可固化材料633。由于基本上透明的光可固化材料被固化在与第一视角范围相关联的位置(例如多个焦点路径610上的位置)中，因此可仅将额外材料(例如，第二颜色的光可固化材料)添加到处于与在沿着第一多个焦点路径穿过图标层堆叠的光的焦点路径之外的视角相关联的位置中的第二多个保持结构。如此一来，根据本公开的某些实施方案可实现不同图标层中的有颜色图标之间的相位对准。换句话说，在根据本公开的各种实施方案中，第二多个保持结构631中的多个体积的已固化基本上透明的材料占据如果可触及其它颜色的材料则可能与第一图标层620中的多个体积的已固化有颜色材料(例如，第二部分613b)串扰的位置。然而，多个体积的已固化基本上透明的材料(例如，第一体积635a)并不包括来自多个焦点路径610的有颜色材料。
图6H示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
参考图6H的非限制性示例，在将多个体积的未固化的基本上透明的光可固化材料633定向固化并移除了在多个焦点路径610之外的未固化材料之后，使用第二颜色的多个体积的未固化材料来填充第二多个保持结构631的未填充空间(即，与除第一视角范围之外的视角范围的焦点路径相关联的位置)，并进行固化以形成第二颜色的多个体积的固化材料(例如，第一体积637a和第二体积637b)。如此一来，在第一图标层620的顶部上形成第二图标层640。
如图6H的说明性示例中所示，第一颜色的多个体积的已固化材料在图中所示的微光学安全装置的小区段中以局部重复周期PC1安置，并且第二颜色的多个体积的已固化材料在图6H中所示的微光学安全装置的小块区中以局部重复周期PC2安置。在根据本公开的某些实施方案中，第一颜色的多个体积的已固化材料和第二颜色的多个体积的已固化材料的局部重复周期可在微光学安全装置的空间内变化。
虽然已在图6A到图6H中参考仅包括两个层和两种颜色的系统描述了根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置，但根据本公开的实施方案并不仅限于此，并且其中图标层堆叠包括额外层并且每一层包括与多个视角相关联的多种颜色的多个体积的已固化材料的其它实施方案是可能的且处于本公开的涵盖范围内。换句话说，图6H的微光学安全系统的操作方面和构造方面可跨越多个维度(包括图标颜色、图标层的数目和与特定合成图像相关联的视角范围的数目)缩放。
图6I示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
参考图6I的非限制性示例，再次示出图6H的示例中所示的结构，其中仅用在图上叠加的所述多个焦点路径610来帮助图解说明第一图标层620中的第一颜色的多个体积的已固化材料如何与第二图标层640中的第二颜色的多个体积的已固化材料相位对准。
在图6A到图6I的说明性示例中，当视角进入与多个焦点路径610相关联的视角范围时第一颜色的合成图像突然闪现或“出现”，并且当视角离开与多个焦点路径610相关联的视角范围时突然“隐去”，此时由微光学系统投射的第二颜色的第二合成图像呈现。因此，在根据本公开的某些实施方案中，第一图标层的出现-隐去周期与第二图标层的隐去-出现周期同相。根据各种实施方案，由第一图标层620投射的合成图像的出现与由第二图标层640投射的合成图像的消失之间的此同步性是由第一层中的第一颜色的多个体积的已固化材料与第二层中的第二颜色的多个体积的已固化材料的相位对准促进。图6I提供所述相位对准的非限制性示例。
如图6I中所示，第一图标层620的第二部分613b以焦点路径611的左边缘为边界，并且因此由平面聚焦元件阵列601以在第一视角范围内的视角投射。类似地，第二图标层640的第一体积637a与焦点路径611的左边缘邻接但不相交。因此，平面聚焦元件阵列以在第一视角范围内的视角不会投射出第一体积637a。然而，由于第二部分613b及第一体积637a的位置与焦点路径611的左边缘对准，因此进入第一视角范围并离开第一视角范围会导致由第一图标层620投射的合成图像与由第二图标层640投射的合成图像之间的鲜明转变。
技术人员将了解，在根据本公开的某些实施方案中，聚焦元件、图标堆叠和光学间隔件的相对厚度不同于图6A到图6I的图示，所述图示是为了示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的图标结构的各方面而绘制。
图7示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
参考图7的非限制性示例，在根据本公开的某些实施方案中，可使得一个图像图标层的基本上透明的保持结构与另一层中的多个体积的基本上透明材料是一体的。在图7的说明性示例中，图中示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的区段700。如图中所示，区段700包括平面聚焦元件阵列701 (例如，图6A中的平面聚焦元件阵列601)、光学间隔件703 (例如，图6A中的光学间隔件605)、第一图标层705及第二图标层710。根据某些实施方案，第一图标层705包括容纳第一颜色(例如，第一体积715a)的多个体积的定向固化材料的多个保持结构，所述定向固化材料占据保持结构中的与从与第一视角或视角范围相关联的光源穿过区段700的结构化光的焦点路径相关联的位置。在一些实施方案中，为了帮助实现第一图标层705和第二图像图标层中的有颜色材料之间的相位对准，使用基本上透明的材料来填充第一图标层705的保持结构的未被第一颜色的定向固化材料填充的区。
如参考本公开的图6E和图6F的非限制性示例所述，在某些实施方案中，将有颜色材料的区定向地固化，施加基本上透明的材料并固化以填充图像图标层的未填充区域，并且接着在一些实施方案中在三个离散步骤中施加下一图像图标层的保持结构。然而，在图7的说明性示例中，形成第一图标层705的保持结构(例如，通过对基本上透明的光可固化聚合物进行压印并固化)，并使用第一颜色的未固化的光可固化材料来填充所述保持结构。在从保持结构刮掉多余的第一颜色的光可固化材料之后，接着进行定向固化以在第一图标层705内形成第一颜色的多个体积的已固化材料。在一些实施方案中，在已清洗掉第一颜色的未固化材料之后，可施加一层未固化的基本上透明的光可固化材料以填充第一图标层705的未填充区，压印所述基本上透明的光可固化材料以形成第二图标层710的保持结构，并接着固化。根据所述实施方案，第二图标层710的基本上透明的保持结构与第一图标层705的一些部分是一体的，并且形成横跨第一图标层705和第二图标层710的单个“方形波”形的中间层720。在根据本公开的某些实施方案中，使用第二颜色的未固化的光可固化材料来填充第二图标层710的保持结构。在移除了第二颜色的多余光可固化材料(例如，通过刮片)之后，通过与第二视角范围相关联的图案化光将第二颜色的光可固化材料定向地固化，并且未被固化。取决于微光学装置的规范(例如，在仅规定两层的图标层堆叠的情况下)，制造工艺结束于从第二图标层710清洗第二颜色的未固化材料。另选地，在一些实施方案中，基本上透明的材料的另一“方形波”与第二图标层710是一体的，并且提供用于形成第三图标层(图中未示出)的表面(例如，保持结构、或可在上方形成表面设置式图标的平坦表面)。
取决于实施方案，将图像图标层的基本上透明区与另一图像图标层的保持结构集成为单个中间层可有利于简化制造工艺，并且移除第一图标层705的基本上透明的材料与第二图标层710的基本上透明的保持结构之间的界面区中的一些界面区。
图8A和图8B示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。为了便于交叉参考，图8A和图8B两者所共有的结构具有相同的编号。
参考图8A的非限制性示例，图中示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的区段800。根据某些实施方案，区段800包括平面聚焦元件阵列801 (例如，图3A中的平面聚焦元件阵列307)、光学间隔件803 (例如，图7中的光学间隔件703)、第一图标层805及第二图标层810 (例如，图7中的第二图标层710)。微光学安全装置的区段800还包括中间层820 (例如，图7中的中间层720)，其中第一图标层805的基本上透明的材料与第二图标层810的基本上透明的保持结构是一体的。
如图8A的说明性示例中所示，第一图标层805不含有用于定位多个体积的基本上透明或有颜色的光可固化材料的保持结构。因此，包含第一颜色的多个体积的光可固化材料(例如，包括第一体积815a)的图标结构是表面设置式图像图标。根据各种实施方案，通过将所施加的一层第一颜色的未固化的光可固化材料的一些部分定向地固化来产生第一图标层805的图标结构(例如，根据参考本公开的图5A到图5B的示例所示的方法)。
图8B通过示出来自一个或多个源的结构化光的多个焦点路径830来示出图8A的微光学安全装置的区段800的其它构造方面，所述一个或多个源以与第一视角范围对应的角度(或角度范围)将光投射在区段800上。参考图8B的非限制性示例，在根据本公开的某些实施方案中，表面设置式图像图标(例如，第一体积815a)可与形成在保持结构中的图标相位对准。如此非限制性示例中所示，在第二图标层810中第一体积815a的左边缘和第二体积815b的右边缘以焦点路径831的左边缘为边界。因此，在第一视角范围内的视角下，第二图标层810中的有颜色材料不对由微光学系统投射的合成图像有贡献。然而，由于例如第一体积815a与第二体积815b之间的相位对准，当视角离开与多个焦点路径830相关联的第一视角范围时，微光学系统从投射第一图标层805中的材料鲜明地“转变”为投射第二图标层810中的材料。
参考图8B的说明性示例，根据本公开的某些实施方案提供了微光学安全系统设计的灵活性。如本公开中先前所述，使用保持结构作为形成图标层的一部分在很多方面均是成熟的技术，所述技术已得以改善并且适合于大规模生产微光学安全装置。同时，数字工具作业和在不必为保持结构制作模具的情况下形成图标结构提供了新的可能性，包括但不限于能够在没有与为保持结构制作新模具相关联的重新工具作业成本的情况下改变最终产品的图标结构，并且为额外的有颜色图标结构“释放”图标层的区域。如图8B的非限制性示例中所示，第一体积815a占据焦点路径831的全宽度。相比之下，鉴于此示例中的保持结构的间隔，无法在第二图标层810中形成类似宽度的有颜色图标。根据某些实施方案，根据本公开的微光学系统允许微光学安全装置的设计者和制造商在图像图标堆叠的层中将物理工具作业(即，使用铸型保持结构)和数字工具作业(即，制作表面设置图标)混合，借此既具有数字工具作业的灵活性，也具有通过物理工具作业工作的便利性和积累的专业知识。
与本公开的图6A到图6I和图7一样，技术人员将了解，在图8A和图8B的阐释性示例中，已绘制多个图来强调图标结构，并且在这些图中图标层堆叠相对于微光学装置的其余部分的厚度可不同于某些真实装置的厚度。
图9示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的构造方面。
参考图9的说明性示例，提供微光学安全装置900的示例900以示出双层图标层堆叠相对于根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置900的其余部分的比例。
根据某些实施方案，微光学安全装置900包括平面聚焦元件阵列901 (例如，图6A中的平面聚焦元件阵列603)、光学间隔件903 (例如，图3A中的光学间隔件310)及包括第一图标层907和第二图标层909的图标层堆叠905。在各种实施方案中，微光学安全装置900被构造成使得平面聚焦元件阵列901中的聚焦元件沿着第一图标层907与第二图标层909之间的边界将光聚焦在平面911中的点上。如此一来，图标层堆叠905的每一层的组件同样地出现在由微光学安全装置900投射的合成图像的“焦点中”。
在根据本公开的各种实施方案中，微光学安全装置900具有5到500微米的总体厚度913，所述总体厚度913是从第二图标层909的外侧到聚焦元件901的平面阵列的外侧测量而来。在一些实施方案中，微光学安全装置900具有在10到200微米范围内的总体厚度。在一些实施方案中，微光学安全装置900具有20到60微米的厚度。技术人员将了解，在很多实施方案中，装置的总体厚度反映了所关注的各种性能参数(包括微光学安全装置900的最大允许厚度、制造关注点(例如，制造工艺中的步骤数目)和终端用户的光学性能要求(例如，要求微光学安全装置900所提供的视觉效果的详细和动态程序))之间的折衷。技术人员将进一步了解，微光学安全装置900的总体厚度取决于各种因素，包括但不限于图标层堆叠905中的层数、用于构造平面聚焦元件阵列901的聚焦元件的节距和用于构造平面聚焦元件阵列901的材料的折射率；并且厚于或薄于5到500微米的实施方案是可能的并且处于本公开的涵盖范围内。根据微光学安全装置900的总体厚度为大约40微米的某些实施方案，双层图像图标堆叠905具有大约3微米的厚度。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置包括：平面微透镜阵列，所述平面微透镜阵列被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径与所述微光学安全装置的视角相关联；以及图标层堆叠，所述图标层堆叠沿着所述多个焦点路径安置。根据各种实施方案，所述图标层堆叠包括第一图标层，所述第一图标层包含处于沿着第一视角范围的焦点路径的位置处的第一颜色的多个体积的固化材料以及处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的多个体积的基本上透明的材料。所述图标层堆叠还包括第二图标层，所述第二图标层相对于所述平面微透镜阵列安置在所述第一图标层下方。所述第二图标层包含沿着所述第一视角范围的焦点路径的位置处的多个体积的基本上透明的固化材料以及处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的固化材料。所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且其中所述第二图标层包括第二多个基本上透明的保持结构。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且其中所述第二颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且其中所述第一颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二颜色与所述第一颜色形成对比。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二颜色不与所述第一颜色形成对比。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置还包括光学间隔件，所述光学间隔件安置在所述平面微透镜阵列与所述第一图标层之间。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且其中处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的所述基本上透明的固化材料与所述第二图标层是一体的。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述平面微透镜阵列包括其中所述平面微透镜阵列中的微透镜以第一局部重复周期安置的区，其中所述第一图标层包括其中所述第一颜色的多个体积的固化材料以第二局部重复周期安置的第二区，并且其中所述第一局部重复周期对所述第二局部重复周期的比率使得所述微透镜在所述第一视角范围内投射所述第一颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二图标层包括其中所述第二颜色的多个体积的固化材料以第三局部重复周期安置的第三区，并且其中所述第一局部重复周期对所述第三局部重复周期的比率使得所述微透镜在所述第二视角范围内投射所述第二颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一视角范围包括与法向于微光学安全装置的平面的向量对应的角度(例如，上止点)。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置包括一个或多个界面区，所述一个或多个界面区安置在基本上透明的保持结构与处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的多个体积的基本上透明材料中的一者或多者之间。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一视角范围与所述第二视角范围是连续的，并且其中所述微光学安全装置投射处于沿着第一视角范围的焦点路径的位置处的所述第一颜色的多个体积的固化材料的部分的合成图像，所述合成图像在视角从所述第一视角范围转变到所述第二视角范围时消失。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置包括：平面聚焦元件阵列，所述平面聚焦元件阵列被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径与所述微光学安全装置的视角相关联；以及图标层堆叠，所述图标层堆叠沿着所述多个焦点路径安置，所述图标层堆叠包括：第一图标层，所述第一图标层包括第一颜色的多个体积的定向固化材料，其中所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料与所述微光学安全装置的第一视角范围相关联；第二图标层，所述第二图标层包括处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的固化材料，其中所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构，并且其中所述第二视角范围不与所述第一视角范围具有同等的范围。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括微光学安全装置，其中所述第二图标层还包括多个体积的定向固化的基本上透明的材料，并且其中所述多个体积的定向固化的基本上透明的材料与所述微光学安全装置的所述第一视角范围相关联。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围互补。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围相邻。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围重叠。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置还包括光学间隔件，所述光学间隔件接触所述平面聚焦元件阵列或所述图标层堆叠中的至少一者。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件是反射聚焦元件。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件是折射聚焦元件。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二颜色与所述第一颜色形成对比。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二颜色不与所述第一颜色形成对比。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述平面聚焦元件阵列包括其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件以第一局部重复周期安置的区，其中所述第一图标层包括其中所述第一颜色的多个体积的固化材料以第二局部重复周期安置的第二区，并且其中所述第一局部重复周期对所述第二局部重复周期的比率使得所述聚焦元件在所述第一视角范围内投射所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料的部分的合成图像。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第二图标层包括其中所述第二颜色的多个体积的固化材料以第三局部重复周期安置的第三区，并且其中所述第一局部重复周期对所述第三局部重复周期的比率使得所述聚焦元件在第二视角范围内投射所述第二颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一视角范围包括上止点。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，所述安全装置包括一个或多个界面区，所述一个或多个界面区安置在所述基本上透明的保持结构与处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的多个体积的基本上透明的材料中的一者或多者之间。
根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例包括安全装置，其中所述第一视角范围与第二视角范围是连续的，并且所述微光学安全装置投射所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料的部分的合成图像，所述合成图像在视角从所述第一视角范围转变到所述第二视角范围时消失。
本公开不应被解读为暗示任何特定元件、步骤或功能是权利要求书的范围中必须包括的本质元素、步骤或功能。此外，权利要求书不旨在援引35 U.S.C.§ 112(f)，除非确切词语“用于…的装置”后面跟有分词。

Claims (31)

1. 一种微光学安全装置(105)，所述微光学安全装置(105)包括：
平面微透镜阵列(305)，所述平面微透镜阵列(305)被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径(610)与所述微光学安全装置的视角相关联；以及
图标层堆叠(905)，所述图标层堆叠(905)沿着所述多个焦点路径安置，所述图标层堆叠包括：
第一图标层(620)，所述第一图标层(620)包括：
第一颜色的多个体积的固化材料(613b)，所述第一颜色的多个体积的固化材料(613b)处于沿着第一视角范围的焦点路径的位置处；以及
多个体积的基本上透明的材料，所述多个体积的基本上透明的材料处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处；以及
第二图标层(640)，所述第二图标层(640)相对于所述平面微透镜阵列而安置在所述第一图标层下方，所述第二图标层还包括；
多个体积的基本上透明的固化材料，所述多个体积的基本上透明的固化材料处于沿着所述第一视角范围的焦点路径的位置处；以及
第二颜色的多个体积的固化材料(637a)，所述第二颜色的多个体积的固化材料(637a)处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处，
其中所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构。
2. 如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第二图标层包括第二多个基本上透明的保持结构。
3. 如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第二颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标。
4. 如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第二图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第一颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标(815a)。
5.如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第二颜色与所述第一颜色形成对比。
6.如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第二颜色不与所述第一颜色形成对比。
7.如权利要求1所述的微光学安全装置，所述微光学安全装置还包括光学间隔件(903)，所述光学间隔件(903)安置在所述平面微透镜阵列与所述第一图标层之间。
8. 如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的所述基本上透明的固化材料与所述第二图标层是一体的。
9.如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述平面微透镜阵列包括其中所述平面微透镜阵列中的微透镜以第一局部重复周期安置的区，
其中所述第一图标层包括其中所述第一颜色的多个体积的固化材料以第二局部重复周期安置的第二区，并且
其中所述第一局部重复周期对所述第二局部重复周期的比率使得所述微透镜在所述第一视角范围下投射所述第一颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
10. 如权利要求9所述的微光学安全装置，
其中所述第二图标层包括其中所述第二颜色的多个体积的固化材料以第三局部重复周期安置的第三区，并且
其中所述第一局部重复周期对所述第三局部重复周期的比率使得所述微透镜在所述第二视角范围下投射所述第二颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
11.如权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述第一视角范围包括上止点。
12.如权利要求1所述的微光学安全装置，所述微光学安全装置还包括：
一个或多个界面区，所述一个或多个界面区安置在所述基本上透明的保持结构与处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的所述多个体积的基本上透明的材料中的一者或多者之间。
13. 如权利要求1所述的微光学安全装置，
其中所述第一视角范围与所述第二视角范围是连续的，并且
其中所述微光学安全装置投射处于沿着第一视角范围的焦点路径的位置处的所述第一颜色的多个体积的固化材料的部分的合成图像，所述合成图像在视角从所述第一视角范围转变到所述第二视角范围时消失。
14. 一种微光学安全装置，所述微光学安全装置包括：
平面聚焦元件阵列(305)，所述平面聚焦元件阵列(305)被配置成沿着多个焦点路径聚焦光，所述多个焦点路径(610)与所述微光学安全装置的视角相关联；以及
图标层堆叠(905)，所述图标层堆叠(905)沿着所述多个焦点路径安置，所述图标层堆叠包括：
第一图标层(620)，所述第一图标层(620)包括第一颜色的多个体积的定向固化材料，其中所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料与所述微光学安全装置的第一视角范围相关联；以及
第二图标层(640)，所述第二图标层(640)包括处于沿着第二视角范围的焦点路径的位置处的第二颜色的多个体积的固化材料，
其中所述第一图标层或所述第二图标层中的至少一者包括多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第二视角范围与所述第一视角范围不具有同等范围。
15.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二图标层还包括多个体积的定向固化的基本上透明的材料，并且其中所述多个体积的定向固化的基本上透明的材料与所述微光学安全装置的所述第一视角范围相关联。
16.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围互补。
17.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围相邻。
18.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二视角范围与所述第一视角范围重叠。
19.如权利要求14所述的微光学安全装置，所述微光学安全装置还包括光学间隔件，所述光学间隔件接触所述平面聚焦元件阵列或所述图标层堆叠中的至少一者。
20.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件是反射聚焦元件。
21.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件是折射聚焦元件。
22.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二颜色与所述第一颜色形成对比。
23.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第二颜色不与所述第一颜色形成对比。
24. 如权利要求14所述的微光学安全装置，
其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第二图标层包括第二多个基本上透明的保持结构。
25. 如权利要求14所述的微光学安全装置，
其中所述第一图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第二颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标。
26. 如权利要求14所述的微光学安全装置，
其中所述第二图标层包括所述多个基本上透明的保持结构，并且
其中所述第一颜色的所述多个体积的固化材料构成表面设置式图标。
27.如权利要求14所述的微光学安全装置，
其中所述平面聚焦元件阵列包括其中所述平面聚焦元件阵列中的聚焦元件以第一局部重复周期安置的区，
其中所述第一图标层包括其中所述第一颜色的多个体积的固化材料以第二局部重复周期安置的第二区，并且
其中所述第一局部重复周期对所述第二局部重复周期的比率使得所述聚焦元件在所述第一视角范围下投射所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料的部分的合成图像。
28. 如权利要求27所述的微光学安全装置，
其中所述第二图标层包括其中所述第二颜色的多个体积的固化材料以第三局部重复周期安置的第三区，并且
其中所述第一局部重复周期对所述第三局部重复周期的比率使得所述聚焦元件在第二视角范围下投射所述第二颜色的所述多个体积的固化材料的部分的合成图像。
29.如权利要求14所述的微光学安全装置，其中所述第一视角范围包括上止点。
30.如权利要求14所述的微光学安全装置，所述微光学安全装置还包括一个或多个界面区，所述一个或多个界面区安置在所述基本上透明的保持结构与处于所述第一视角范围的焦点路径之外的位置处的所述多个体积的基本上透明的材料中的一者或多者之间。
31. 如权利要求14所述的微光学安全装置，
其中所述第一视角范围与第二视角范围是连续的，并且
所述微光学安全装置投射所述第一颜色的所述多个体积的定向固化材料的部分的合成图像，所述合成图像在视角从所述第一视角范围转变到所述第二视角范围时消失。
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