DE112017001373T5

DE112017001373T5 - Mikrooptische Vorrichtung mit doppelseitigem optischem Effekt

Info

Publication number: DE112017001373T5
Application number: DE112017001373.9T
Authority: DE
Inventors: Karlo Ivan Jolic; Gary Fairless Power
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-11-29
Also published as: MX2018012432A; GB202019505D0; GB2563764B; US20200376881A1; WO2017177276A1; CH713844B1; RU2018135965A; US10780726B2; AU2017250016A1; CH713844B8; AU2016100401B4; US10987967B2; AT523214A2; BR112018070881A2; GB201814221D0; US20190118571A1; AU2017250016B2; GB2563764A; AU2016100401A4; CN108883654A

Abstract

Mikrooptische Vorrichtung, umfassend: ein transparentes Substrat; erste Linsenelemente auf einer ersten Seite des Substrats, die erste Bildelemente auf einer zweiten Seite des Substrats sichtbar machen; und zweite Linsenelemente auf der zweiten Seite des Substrats, die zweite Bildelemente auf der ersten Seite des Substrats sichtbar machen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrooptische Vorrichtung zur Verwendung in einem mikrooptischen Bilddarstellungssystem. Ausführungsformen der Erfindung können als Sicherheitsvorrichtung für Banknoten und Hartgeld, Kreditkarten, Schecks, Reisepässe, Personalausweise und dergleichen verwendet werden, und es empfiehlt sich, die Erfindung unter Bezugnahme auf diese beispielhafte, nicht einschränkende Anwendung zu beschreiben.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass weltweit viele Banknoten und auch andere Sicherheitsdokumente mit Sicherheitsvorrichtungen versehen sind, die optische Effekte erzeugen, die eine visuelle Authentifizierung der Banknote ermöglichen. Einige dieser Sicherheitsvorrichtungen umfassen fokussierende Elemente, wie etwa Mikrolinsen oder Mikrospiegel, die ein Abtasten und Vergrößern von Bildelementen bewirken und Bilder projizieren, die von einem Benutzer unter einem ersten Blickwinkel beobachtbar sind.
Bei herkömmlichen mikrooptischen Sicherheitsmerkmalen in polymeren Banknoten sind die Mikrolinsen und die Bildelemente, mit denen die Mikrolinsen interagieren, um für einen Benutzer Bilder zu projizieren, üblicherweise auf gegenüberliegenden Seiten des polymeren Substrats aufgebracht. Mit anderen Worten, das polymere Substrat selbst ist Bestandteil jeder Mikrolinse und dient als lichtdurchlässige Abstandsschicht, die das Licht durch die Dicke der Banknote von der Mikrobildebene zum Auge fokussiert.
Dies hat zwar gewisse Vorteile gegenüber einer Bereitstellung von Linsen in Fäden, insofern, als größere Linsen verwendet werden können, wodurch sich kompliziertere Bilder und Effekte erzeugen lassen; der Nachteil einer solchen Konfiguration besteht jedoch darin, dass das Merkmal auf beiden Seiten der polymeren Banknote eine Fläche einnimmt und dennoch lediglich ein Projizieren von Bildern von nur einer Seite der polymeren Banknote aus ermöglicht. Das heißt, die mikrooptischen Effekte können üblicherweise nur von einer Seite der Banknote, nämlich der Seite mit den Linsen, gesehen werden, obwohl sie auf beiden Seiten des Substrats Platz in Anspruch nehmen.
Außerdem kann die von den Bildelementen belegte Fläche in der Regel nicht mit typischen Banknotendesigns und - bildgestaltungen überdruckt werden, da dies das Erscheinungsbild der nur von der Linsenseite aus sichtbaren optischen Effekte beeinträchtigen würde. Mit anderen Worten, die überdruckten Designs und Bildgestaltungen können von der Linsenseite aus sichtbar sein, besonders wenn die verwendete Überdruckfarbe dunkel ist. Dieses Phänomen, als „Durchscheinen“ bekannt, kann die Vielfalt der Designs, deren Verwendung in solchen „toten“ Bereichen der Banknote, in denen sich die Bildelemente des Linsen-Sicherheitsmerkmals befinden, möglich ist, stark einschränken.
Es wäre wünschenswert, eine mikrooptische Vorrichtung insbesondere für ein Sicherheitsdokument bereitzustellen, das den für Sicherheits-/Authentifizierungszwecke verfügbaren Raum besser ausnutzt und ermöglicht, die mikrooptische Vorrichtung aus gestalterischer Sicht sinnvoller in das Sicherheitsdokument zu integrieren.
Auch wäre es wünschenswert, eine mikrooptische Vorrichtung insbesondere für ein Sicherheitsdokument bereitzustellen, mit dem für Sicherheits-/Authentifizierungszwecke optische Effekte erzeugt werden können, die von beiden Seiten des Sicherheitsdokuments aus sichtbar sind.
Außerdem wäre es wünschenswert, eine mikrooptische Vorrichtung bereitzustellen, die bekannte mikrooptische Vorrichtungen verbessert oder eine(n) oder mehrere der Nachteile oder Unannehmlichkeiten dieser überwindet.
Kurzdarstellung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung stellt eine mikrooptische Vorrichtung bereit, umfassend: ein transparentes Substrat; mehrere erste sichtbar machende Elemente auf einer ersten Seite des Substrats, die erste Bildelemente auf einer zweiten Seite des Substrats vergrößern; und mehrere zweite sichtbar machende Elemente auf der zweiten Seite des Substrats, die zweite Bildelemente auf der ersten Seite des Substrats vergrößern, wobei die sichtbar machenden Elemente und die Bildelemente auf jeder Seite aus Streifen von sichtbar machenden Bereichen bestehen, die mit Streifen von Bildbereichen verschachtelt sind.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die sichtbar machenden Elemente und die Bildelemente auf jeder Seite voneinander getrennt und so verteilt, dass die sichtbar machenden Elemente auf jeder Seite einen im Wesentlichen festen Anteil der Bildelemente auf der anderen Seite vergrößern und zwar unabhängig von ihrer relativen Phase oder ihrem relativen Versatz in zwei zueinander orthogonalen Richtungen in der Ebene des Substrats.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden mehrere sichtbar machende Elemente ein Abtastraster zur Abtastung mehrerer Bildelemente.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren sichtbar machenden Elemente Gitterlinien, die eine Parallaxenbarriere bilden, um zu ermöglichen, dass bei den Bildelementen ein stereoskopisches, multiskopisches, verschachteltes oder integrales oder Moire-Bild gesehen wird.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden die mehreren sichtbar machenden Elemente eine hexagonale oder eine andere Geometrie aufweisende Anordnung lichtdurchlässiger Elemente.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren sichtbar machenden Elemente gedruckt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren sichtbar machenden Elemente durch Prägen geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind mehrere der sichtbar machenden Elemente Linsenelemente, die mehrere der Bildelemente abtasten und vergrößern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente refraktiv und bewirken eine Fokussierung des Lichts in einem Brennpunkt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente diffraktiv und bewirken eine konstruktive Interferenz des Lichts in einem Brennpunkt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente mit einer transparenten Materialschicht beschichtet, die einen von den Linsenelementen verschiedenen Brechungsindex aufweist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente durch Prägen geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente als Folie aufgebracht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind mehrere Bildelemente durch Drucken gebildet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind mehrere der Bildelemente auf oder unter sichtbar machende Elemente gedruckt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren Bildelemente durch Prägen geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildelemente mit einer transparenten Materialschicht beschichtet, die einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem des Materials, aus dem die Bildelemente gebildet sind, unterscheidet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildelemente als Folie aufgebracht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildstruktur und die sichtbar machende Struktur in eine einheitliche Struktur integriert.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildstruktur und die sichtbar machende Struktur durch separate Prägevorgänge geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildstruktur und die sichtbar machende Struktur durch einen einzigen Prägevorgang geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die sichtbar machende Struktur auf oder unter mehreren Bildelementen geformt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die sichtbar machende Struktur oben auf mehreren Bildelemente geformt, und die Bildstruktur wird in einer Prägeplatte geformt und dann auf die Sicherheitsvorrichtung übertragen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen liegen die mehreren Bildelemente innerhalb der Schärfentiefe der Linsenelemente.
In einer oder mehreren Ausführungsformen liegen die mehreren Bildelemente auf jeder Seite des Substrats in einer einzigen Bildebene.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren Bildelemente in Bezug auf benachbarte Linsenelemente eingesenkt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die mehreren Bildelemente in Bezug auf benachbarte Linsenelemente erhaben.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die mehreren Bildelemente im Wesentlichen die gleiche Höhe wie eines oder mehrere benachbarte Linsenelemente auf.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden die mehreren Bildelemente ein flaches Muster.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden die mehreren Bildelemente ein Beugungsgitter.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden die mehreren Bildelemente ein Licht streuendes oder Licht auslöschendes Muster.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind eines oder mehrere der sichtbar machenden Elemente und der Bildelemente mit farbiger Druckfarbe überdruckt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen sind das Rastermaß der Linsenelemente auf jeder Seite und die Orientierung der Linsenelemente auf der einen Seite relativ zu den Linsenelementen auf der anderen Seite so ausgewählt, dass entweder

(i) auf jeder Seite das moire-vergrößerte Bild der Umfangskante der Linse größer ist als das durch optische Effekte erzeugte Bild; oder
(ii) das moire-vergrößerte Bild der Umfangskante der Linse kleiner ist als das, was mit bloßem Auge zu erkennen ist.

In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das moire-vergrößerte Bild der Umfangskante der Linse kleiner als 0,1 mm.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Linsenelemente, die die erste Gruppe der zweiten sichtbar machenden Elemente bilden, anders gepackt als die Linsenelemente, die die erste Gruppe der ersten sichtbar machenden Elemente bilden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind (i) die erste Gruppe der ersten sichtbar machenden Elemente und die erste Gruppe der zweiten Bildelemente und/oder (ii) die ersten Gruppe der zweiten sichtbar machenden Elemente und die ersten Gruppe der ersten Bildelemente innerhalb des ersten Bereiches so verteilt, dass Linsenelemente auf jeder Seite des Substrats einen im Wesentlichen festen Anteil der Bilder auf der anderen Seite des Substrats vergrößern und zwar unabhängig von ihrer relativen Phase oder ihrem relativen Versatz in zwei zueinander orthogonalen Richtungen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen macht der im Wesentlichen feste Anteil 25 % aus und die zwei zueinander orthogonalen Richtungen sind die Maschinenrichtung und die Querrichtung bei entweder einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren zum Aufbringen von Linsen und/oder Bildern oder einem Bogendruckverfahren zum Aufbringen von Linsen und/oder Bildern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bestehen die Linsen- und Bildbereiche auf jeder Seite aus Streifen von Linsenbereichen, die mit Streifen von Bildbereichen verschachtelt sind, wobei die Streifen auf der einen Seite nicht parallel zu den Streifen auf der anderen Seite sind.
In einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn auf beiden Seiten tetragonal gepackte Linsen verwendet werden, sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite.
In einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn auf beiden Seiten hexagonal gepackte Linsen verwendet werden, sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite um 60 Grad bezüglich der verschachtelten Streifen auf der anderen Seite gedreht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn auf beiden Seiten Zylinderlinsen verwendet werden, sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite.
In einer oder mehreren Ausführungsformen, wenn auf beiden Seiten Zylinderlinsen verwendet werden, ist die Zylinderachse auf der einen Seite orthogonal zur Zylinderachse auf der anderen Seite.
Definitionen
Sicherheitsdokument oder Token
Wie hier verwendet, umfassen die Ausdrücke Sicherheitsdokumente und Token alle Arten von Dokumenten und Druckerzeugnissen mit Wertcharakter und Ausweisdokumente, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folgende: Geldgegenstände wie Banknoten und Hartgeld, Kreditkarten, Schecks, Reisepässe, Personalausweise, Wertpapiere und Aktienzertifikate, Führerscheine, Eigentumsurkunden, Reisedokumente wie Flug- und Zugtickets, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden sowie Studienbücher.
Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Sicherheitsvorrichtungen anwendbar, um Gegenstände, Dokumente oder Token bzw. Druckerzeugnisse mit Wertcharakter, wie etwa Banknoten, oder Ausweisdokumente, wie etwa Personalausweise oder Reisepässe, die aus einem Substrat gebildet sind, auf das eine oder mehrere Druckschichten aufgebracht sind, zu authentifizieren.
Im weiteren Sinne ist die Erfindung auf eine mikrooptische Vorrichtung anwendbar, die in verschiedenen Ausführungsformen zur optischen Aufwertung von Kleidung, Hautprodukten, Dokumenten, Druckerzeugnissen, Fertigwaren, Merchandising-Systemen, Verpackungen, Point-of-Purchase-Displays, Publikationen, Werbemitteln, Sportartikeln, Sicherheitsdokumenten und Token bzw. Druckerzeugnissen mit Wertcharakter, Finanzdokumenten und Transaktionskarten und anderen Artikeln geeignet ist.
Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal
Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal jede/jedes von einer großen Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen, -elementen oder -merkmalen, die Sicherheitsdokumente oder Token vor Fälschung, Vervielfältigung, Veränderung oder Manipulation schützen sollen. Sicherheitsvorrichtungen oder -merkmale können in oder auf dem Substrat des Sicherheitsdokuments oder in oder auf einer oder mehreren der auf das Basissubstrat aufgebrachten Schichten bereitgestellt sein und können viele verschiedene Formen annehmen, wie zum Beispiel Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingebettet sind; Sicherheitsdruckfarben, wie etwa fluoreszierende, lumineszierende oder phosphoreszierende Druckfarben, Metallic-Druckfarben, irisierende Druckfarben, photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Druckfarben; gedruckte oder geprägte Merkmale, einschließlich Freigabestrukturen; Interferenzschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und Lentikularstrukturen; optisch variable Vorrichtungen (OVDs) wie etwa diffraktive Vorrichtungen, einschließlich Diffraktionsgradienten, Hologramme und diffraktive optische Elemente (DOEs).
Substrat
Wie hier verwendet, verweist der Ausdruck Substrat auf das Grundmaterial, aus dem das Sicherheitsdokument oder Token gebildet ist. Das Grundmaterial kann Papier oder anderes Fasermaterial wie etwa cellulosisches Material; ein Kunststoff- oder Polymermaterial einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), biaxial verstrecktes Polypropylen (BOPP), oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie etwa ein Laminat aus Papier und mindestens einem Kunststoff, oder aus zwei oder mehr Polymermaterialien, sein.
Transparente Fenster und Halbfenster
Wie hier verwendet, verweist der Ausdruck Fenster auf eine transparente oder transluzente Fläche in dem Sicherheitsdokument, verglichen mit dem opaken Bereich, auf den gedruckt wird. Das Fenster kann volltransparent sein, sodass es einen im Wesentlichen unbeeinflussten Lichtdurchgang ermöglicht, oder es kann teiltransparent oder transluzent sein, sodass es den Lichtdurchgang teilweise ermöglicht, ohne jedoch zu ermöglichen, dass durch die Fensterfläche Objekte deutlich sichtbar sind.
Bei einem polymeren Sicherheitsdokument, das mindestens eine Schicht eines transparenten Polymermaterials und eine oder mehrere opazifizierende Schichten aufweist, die auf mindestens eine Seite eines transparenten polymeren Substrats aufgebracht sind, kann eine Fensterfläche ausgebildet worden sein, indem in dem Bereich, der die Fensterfläche bildet, mindestens eine opazifizierende Schicht weggelassen wurde. Werden opazifizierende Schichten auf beiden Seiten eines transparenten Substrats aufgebracht, kann ein volltransparentes Fenster ausgebildet werden, indem auf beiden Seiten des transparenten Substrats in der Fensterfläche die opazifizierenden Schichten weggelassen werden.
Bei einem polymeren Sicherheitsdokument, das auf beiden Seiten opazifizierende Schichten aufweist, kann eine teiltransparente oder transluzente Fläche, im Folgenden als „Halbfenster“ bezeichnet, ausgebildet worden sein, indem die opazifizierenden Schichten lediglich auf einer Seite des Sicherheitsdokuments in der Fensterfläche weggelassen wurden, sodass das „Halbfenster“ nicht volltransparent ist, jedoch den Durchgang von Sonnenlicht ermöglicht, ohne jedoch zu ermöglichen, dass durch das Halbfenster Objekte deutlich sichtbar sind.
Alternativ hierzu ist es möglich, die Substrate aus einem im Wesentlichen opaken Material zu bilden, wie etwa Papier oder Fasermaterial, ohne einen Einsatz aus transparentem Kunststoffmaterial, der in einen Ausbruch oder einen freigearbeiteten Bereich in dem Papier- oder dem Fasersubstrat eingesetzt wird, um ein transparentes Fenster oder eine transluzente Halbfensterfläche zu bilden.
Opazifizierende Schichten
Auf ein transparentes Substrat kann eine oder können mehrere opazifizierende Schichten aufgebracht werden, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Eine opazifizierende Schicht ist dergestalt, dass L_T < L₀ gilt, wobei L₀ die auf das Dokument fallende Lichtmenge ist und L_T die durch das Dokument fallende Lichtmenge ist. Eine opazifizierende Schicht kann irgendeine oder mehrere von verschiedensten opazifizierenden Beschichtungen umfassen. Die opazifizierenden Beschichtungen können beispielsweise ein Pigment, wie Titandioxid, enthalten, das in einem Bindemittel oder Träger des wärmeaktivierten quervernetzten Polymermaterials dispergiert ist. Alternativ hierzu könnte ein Substrat aus transparentem Kunststoffmaterial zwischen opazifizierenden Schichten aus Papier oder anderem teilweise oder im Wesentlichen opakem Material angeordnet werden, auf das nachfolgend Zeichen gedruckt oder anderweitig aufgebracht werden können.
Sichtbar machende Elemente
Auf das Substrat der Sicherheitsvorrichtung können ein oder mehrere sichtbar machende Elemente aufgebracht sein. Wie hier verwendet, verweist der Ausdruck „sichtbar machendes Element“ auf Elemente und Vorrichtungen, die Licht auf einen reellen Brennpunkt fokussieren oder eine konstruktive Interferenz des Lichts in einem reellen Brennpunkt bewirken, oder Vorrichtungen, die vor einer Bildquelle angeordnet sind, um wahlweise verschiedene Abschnitte der Bildquelle sichtbar zu machen. Sichtbar machende Elemente sind u. a. refraktive Elemente, die einfallendes Licht auf einen reellen Brennpunkt in einer reellen Brennebene fokussieren und außerdem das von jedem Punkt in der Brennebene gestreute Licht kollimieren, sodass es eine bestimmte Richtung erhält. Sichtbar machende Elemente umfassen auch durchlässige diffraktive Linsen, Zonenplatten und dergleichen, die eine konstruktive Interferenz des durchgelassenen gebeugten Lichts in einem gewünschten reellen Brennpunkt bewirken.
Außerdem umfassen sichtbar machende Elemente ein Abtastraster oder eine Parallaxenbarriere, um einem Benutzer ein stereoskopisches Bild oder ein multiskopisches Bild zu zeigen. Auf einer Seite eines transparenten Substrats angeordnet besteht ein Abtastraster oder eine Parallaxenbarriere aus einer Materialschicht mit einer Reihe von Präzisionsspalten, was ermöglicht, dass jedes Auge einen anderen Ausschnitt der Bildelemente auf der anderen Seite des Substrats sehen kann, sodass durch die Parallaxe bei einem Effekt, der dem von Lentikularlinsen erzeugten ähnlich ist, ein Eindruck von Tiefe erzeugt wird.
Figurenliste
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft, mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung zur In-line-Fertigung eines Sicherheitsdokuments ist;
2 im Teilschnitt eine Seitenansicht des teilweise hergestellten Sicherheitsdokuments, gefertigt mittels der Einrichtung von 1 ist;
die 3 bis 5 isometrische Ansichten einer ersten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung des Standes der Technik, die Bestandteil des in 2 gezeigten Sicherheitsdokuments ist, zeigen;
6 eine isometrische Ansicht der in den 3 bis 5 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung sowie eines moire-vergrößerten Bildes, das von dieser mikrooptischen Vorrichtung erzeugt wird, zeigt;
die 7 bis 9 isometrische Ansichten einer zweiten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung des Standes der Technik, die Bestandteil des in 2 gezeigten Sicherheitsdokuments ist, zeigen;
10 eine isometrische Ansicht der in den 7 bis 9 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung sowie eines moire-vergrößerten Bildes, das von dieser Sicherheitsvorrichtung erzeugt wird, zeigt;
die 11 und 12 isometrische Ansichten von oben bzw. unten einer ersten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
13 eine isometrische Ansicht der in den 11 und 12 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung sowie zweier moire-vergrößerter Bilder, die von dieser mikrooptischen Vorrichtung erzeugt werden, zeigt;
die 14 und 15 isometrische Ansichten von oben bzw. unten einer zweiten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
16 eine isometrische Ansicht der in den 14 und 15 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung sowie zweier moire-vergrößerter Bilder, die von dieser mikrooptischen Vorrichtung erzeugt werden, zeigt;
die 17 und 18 eine isometrische Ansicht, von oben, einer dritten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung und ein vergrößerter Ausschnitt dieser mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
19 ein Schnittbild, von der Seite, einer vierten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
die 20 und 21 isometrische Ansichten von oben bzw. unten einer fünften Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
die 22 und 23 eine Unteransicht und eine Draufsicht einer Anordnung von Linsen und Bildelementen zur Verwendung bei einer oder mehreren Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
die 24 und 25 isometrische Ansichten von oben bzw. unten einer sechsten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
die 26 bis 29 Drauf- und Unteransichten der den 24 und 25 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung sind;
die 30 und 31 Beispiele für Abtastraster zur Verwendung als Bestandteil einer siebten bzw. achten Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
32 ein Strahlengangmodell eines Linsenelements ist, das Bestandteil einer oder mehrerer Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
die 33 und 34 zwei beispielhafte Bildelementdesigns zur Verwendung in einer oder mehreren Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und
35 im Teilschnitt eine Seitenansicht einer einheitlichen Struktur aus Bildelementen und Linsenelementen, auf die eine Deckschicht aufgebracht ist, zur Verwendung bei einer oder mehreren Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine beispielhafte Einrichtung 10 zur In-line-Fertigung eines in 2 dargestellten Beispieldokuments 12. Eine durchgehende Bahn 14 aus transluzentem oder transparentem Material, wie etwa Polypropylen oder PET, wird an einer ersten Bearbeitungsstation 16, die eine Walzenbaugruppe umfasst, einem haftungsfördernden Prozess unterzogen. Geeignete haftungsfördernde Prozesse sind Beflammen, Behandlung mittels Koronaentladung, Behandlung mittels Plasma oder dergleichen.
An einer zweiten Bearbeitungsstation 20, die eine Walzenbaugruppe umfasst, wird eine haftungsfördernde Schicht 18 aufgebracht. Eine geeignete haftungsfördernde Schicht ist eine solche, die speziell auf die Förderung der Haftung von UV-härtbaren Beschichtungen an polymeren Oberflächen abgestimmt ist. Die haftungsfördernde Schicht kann eine UV-härtende Schicht, eine Schicht auf Lösungsmittelbasis, eine Schicht auf Wasserbasis oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
An einer dritten Bearbeitungsstation 22, die ebenfalls eine Walzenanordnung umfasst, wird die strahlungsempfindliche Beschichtung auf die Oberfläche der haftungsfördernden Schicht 18 aufgebracht. Die strahlungsempfindliche Beschichtung kann unter anderem durch Flexodruck, Tiefdruck oder ein Siebdruckverfahren und Varianten davon aufgebracht werden.
Die strahlungsempfindliche Beschichtung wird lediglich auf den Sicherheitselementbereich 24 auf einer ersten Oberfläche 26 aufgebracht, wo eine einheitliche Struktur 28, umfassend eine periodische Anordnung von Linsenelementen und/oder eine periodische Anordnung von Bildelementen, angeordnet werden soll. Der Sicherheitselementbereich 24 kann die Form eines Streifens, eines separaten Patches in Form einer einfachen geometrischen Figur oder in Form eines komplizierteren graphischen Designs annehmen.
Während die strahlungsempfindliche Beschichtung zumindest teilweise noch flüssig ist, wird sie an einer vierten Bearbeitungsstation 30 bearbeitet, um die einheitliche Struktur 28 zu formen. In einer Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsstation 30 eine Prägewalze 32 zum Prägen einer Sicherheitselementstruktur, wie etwa der einheitlichen Struktur 28, in eine strahlungsempfindliche Beschichtung in Form einer UV-härtbaren Druckfarbe. Die zylindrische Prägefläche 34 weist Oberflächenreliefausbildungen auf, die der Gestalt der zu formenden einheitlichen Struktur 28 entsprechen. In einer Ausführungsform können die Oberflächenreliefausbildungen die Anordnung von Linsenelementen und/oder die Anordnung von Bildelementen in der Maschinenrichtung, quer zur Maschinenrichtung oder in mehreren Richtungen unter einem Winkel zur Maschinenrichtung orientieren. Die Vorrichtung 10 kann Mikrolinsen und Mikrobildelemente in einer großen Formenvielfalt formen.
Die zylindrische Prägefläche 34 der Prägewalze 32 kann ein sich wiederholendes Muster von Oberflächenreliefausbildungen aufweisen oder die Reliefstrukturausbildungen können räumlich auf einzelne Formen beschränkt sein, die der Form des Sicherheitselementbereiches 24 auf dem Substrat 36 entsprechen. Die Prägewalze 32 kann die Oberflächenreliefausbildungen aufweisen, die mittels eines Diamantgriffels mit geeignetem Querschnitt oder durch direkte Lasergravur oder durch chemisches Ätzen geformt wurden, oder die Oberflächenreliefausbildungen können durch mindestens eine Prägeplatte 37 geschaffen werden, die auf der Prägewalze 32 bereitgestellt wird. Die mindestens eine Prägeplatte kann mittels Klebeband, Magnetband, Klammern oder anderen geeigneten Befestigungstechniken angebracht werden.
An der Bearbeitungsstation 30 wird die UV-härtbare Druckfarbe auf dem Substrat durch eine UV-Walze 38 mit der zylindrischen Prägefläche 34 der Prägewalze 32 in engen Kontakt gebracht, sodass die flüssige UV-härtbare Druckfarbe in die Oberflächenreliefausbildungen der zylindrischen Prägefläche 34 fließt. In diesem Stadium wird die UV-härtbare Druckfarbe der UV-Strahlung ausgesetzt, die beispielsweise durch die Substratschicht 36 gelassen wird.
Wenn die Sicherheitselementstruktur 28 auf das Dokumentsubstrat 36 aufgebracht ist, wird bzw. werden an einer nachgelagerten Bearbeitungsstation, die weitere Walzenanordnungen 40 und 42 aufweist, eine oder mehrere zusätzliche Schicht(en) aufgebracht. Die zusätzlichen Schichten können klare oder pigmentierte Beschichtungen sein und als partielle Beschichtung, als zusammenhängende Beschichtung oder als Kompromiss beider aufgebracht werden. Bei einem bevorzugten Verfahren sind die zusätzlichen Schichten opazifizierende Schichten, die auf eine oder beide Oberflächen des Substrats 36, mit Ausnahme des Bereiches der Sicherheitselementstruktur, aufgebracht werden.
2 zeigt ein halbfertiges Sicherheitsdokument mit einer geprägten Sicherheitselementstruktur 28 in Form einer einheitlichen Struktur, die eine Anordnung von Linsenelementen und/oder eine Anordnung von Bildelementen aufweist. Diese Sicherheitsdokumente umfassen ein transparentes Substrat aus Polymermaterial, vorzugsweise biaxial verstrecktem Polypropylen (BOPP), das eine erste Oberfläche 26 und eine zweite Oberfläche 44 aufweist. Auf die erste Oberfläche 26 werden opazifizierende Schichten 46, 48 und 50 aufgebracht, davon ausgenommen ist eine Fensterfläche 52 dort, wo die Sicherheitselementstruktur 28 auf die erste Oberfläche 26 aufgebracht wird.
Auf die zweite Oberfläche 44, ausgenommen eine Fensterfläche 58, werden opazifizierende Schichten 54 und 56 aufgebracht. Die Fensterfläche 58 und die Fensterfläche 52 auf der ersten Oberfläche 26 sind im Wesentlichen deckungsgleich. Auf die zweite Oberfläche 44, auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats, kann im Fensterbereich 58 eine Druckschicht 60 aufgebracht werden.
Die 3 bis 6 zeigen eine herkömmliche Sicherheitsvorrichtung 100, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt und im Vergleich zu den 1 und 2 dargestellt ist. Die Sicherheitsvorrichtung umfasst eine Anordnung von Mikrolinsen, die auf einer Seite einer polymeren Banknote aufgebracht ist, und eine entsprechende Schicht von Bildelementen, die auf der anderen Seite der Banknote aufgebracht ist. Typischerweise werden die Linsenelemente durch den mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Prozess geprägt. Typischerweise werden die Bildelemente in einem separaten Prozess gedruckt und/oder geprägt.
In diesem Beispiel umfasst die Sicherheitsvorrichtung 100 eine Anordnung 102 von Mikrolinsenelementen, die auf einer Seite des Substrats 104 aufgebracht sind, und entsprechenden Bildelementen 106, die auf der anderen Seite des Substrats 104 aufgebracht sind. Typischerweise sind die Linsenelemente geprägt. Die Bildelemente können gedruckt und/oder geprägt sein. In diesem Beispiel sind die Linsenelemente 102 Zylinderlinsenelemente und haben ein Rastermaß von 63,5 µm. Bei den Bildern, die für die Beobachtung durch einen Benutzer erzeugt werden, handelt es sich um ein Design vom Typ vergrößertes Moire, und die Bildelemente bestehen aus einer Anordnung von „Bildzeichen“ der Ziffer „5“, wobei die Bildzeichen jeweils ein etwas anderes Rastermaß als die Linsenelemente aufweisen, sodass die Linsen ein moire-vergrößertes Bild oder moire-vergrößerte Bilder 108 der Ziffer „5“ projizieren, die von einem Benutzer 110 beobachtet werden (6).
Der Wert des Rastermaßes, das bei den Bildzeichen verwendet wird, bestimmt den Vergrößerungsfaktor des moire-vergrößerten Bildes 108 der Ziffer „5“. Außerdem bestimmt der Wert des Rastermaßes, das für die Bildzeichen verwendet wird, die 3D-Tiefe, die im moire-vergrößerten Bild der Ziffer „5“ wahrgenommen wird. Das Bildzeichenrastermaß kann so ausgewählt werden, dass das moire-vergrößerte Bild entweder vor oder hinter der Banknote zu schweben scheint. Das moire-vergrößerte Bild kann nur bei Betrachtung des Merkmals von der Linsenseite des Substrats 104 aus beobachtet werden. Wenn das Merkmal von der Bildelementseite aus betrachtet wird, ist die Bildzeichenanordnung zu sehen. Da die Bildzeichen so klein sind, lassen sie sich jedoch nicht mit bloßem Auge erkennen. Das bedeutet, dass die Rückseite der Sicherheitsvorrichtung keine für den Benutzer erkennbaren optischen Effekte erzeugt und das Erscheinungsbild der Sicherheitsvorrichtung auf dieser Seite ohne Weiteres mit einem herkömmlichen Druckbild nachgeahmt werden kann. Wenn die Rückseite des Sicherheitsmerkmals überdruckt wird, ist zudem die Überdruckung von der Linsenelementseite aus sichtbar, was bedeutet, dass die optischen Effekte beeinträchtigt werden können (d. h. schwächerer Kontrast, weniger offensichtliches Erscheinungsbild), was die Authentifizierung beeinträchtigt.
Die 7 bis 10 zeigen in ähnlicher Weise eine herkömmliche Polymer-Banknoten-Mikrolinsen-Sicherheitsvorrichtung 120 mit hexagonal gepackten Mikrolinsenelementen 122, die auf eine Seite eines Substrats 124 aufgebracht sind, und einer entsprechenden hexagonal gepackten Anordnung 126 von Bildelementen, die auf der Rückseite aufgebracht sind. Typischerweise sind die Linsenelemente geprägt. Typischerweise können die Bildelemente überdruckt und/oder geprägt sein. Die Bildelemente auf der Rückseite des Substrats bilden gleichermaßen einen „toten“ Bereich auf der Banknote, der in der Regel nicht mit typischen Banknotenbildgestaltungen überdruckt werden kann, ohne dass die Authentifizierungsfähigkeit der vergrößerten Bildelemente, von einem Benutzer 128 von der Linsenseite des Merkmals aus gesehen, beeinträchtigt wird. Der „tote“ Bereich, der die Bildelemente enthält, lässt sich daher nur schwer in das restliche Banknotendesign auf der Bildseite der Banknote integrieren.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll der Ausdruck „gepackt“ auf ein wiederkehrendes geometrisches Muster verweisen, in dem Bildelemente und/oder Linsenelemente angeordnet sind.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind auf beiden Seiten eines transparenten Substrats sichtbar machende Elemente, wie etwa Linsenelemente, aufgebracht, und Bildelemente sind ebenfalls auf beiden Seiten des Substrats aufgebracht, derart, dass die sichtbar machenden Elemente auf der ersten Seite des Substrats dazu dienen, Bildelemente auf einer zweiten Seite des Substrats sichtbar zu machen, und sichtbar machende Elemente auf einer zweiten Seite des Substrats dazu dienen, Bildelemente auf der ersten Seite des Substrats sichtbar zu machen. Vorzugsweise nehmen die sichtbar machenden Elemente und die Bildelemente auf jeder Seite den gleichen Bereich der Sicherheitsvorrichtung ein.
Die 11 bis 13 stellen ein Ausführungsbeispiel einer Sicherheitsvorrichtung 140 dar, bei der eine Anordnung 142 zylindrischer Lentikularlinsenelemente auf einer ersten Seite eines Substrats 144 aufgebracht ist und außerdem eine Anordnung 146 auf der anderen Seite des Substrats 144 aufgebracht ist.
Eine Anordnung 148 von Bildelementen in Form von „Bildzeichen“ der Ziffer „7“ ist auf die Anordnung 142 von Linsenelementen aufgebracht. In ähnlicher Weise ist eine Anordnung 150 von Bildelementen, in diesem Fall in Form von „Bildzeichen“ der Ziffer „5“, auf die Anordnung 146 von Linsenelementen aufgebracht. In diesem Beispiel sind die Anordnungen 142 und 146 der Linsenelemente durch Prägen auf das Substrat 144 aufgebracht, während die Anordnungen 148 und 150 der Bildelemente entweder auf die Linsenelemente gedruckt sein können oder ebenfalls durch Prägen aufgebracht sein können. Bei Ausführungsformen, bei denen sowohl die Linsenelemente als auch die Bildelemente geprägt werden, können zum Prägen der Linsenelemente und der Bildelemente separate Prägeschritte verwendet werden oder alternativ kann eine einzige einheitliche Struktur, welche eine Linsenstruktur aus Linsenelementen und eine Bildstruktur aus Bildelementen umfasst, in einem einzigen Schritt geprägt werden.
Auf jeder Seite der Sicherheitsvorrichtung 140 liegen die Bildelemente innerhalb der Schärfentiefe der Linsenelemente auf der anderen Seite der Sicherheitsvorrichtung 140. Bei dieser Anordnung wird von beiden Seiten des Substrats 144 ein moire-vergrößertes Bild beobachtet. Von der einen Seite aus gesehen scheinen vergrößerte Bilder 152 des Bildsymbols „5“ über der Banknote zu schweben, während bei Betrachtung von der anderen Seite 158 der Banknote aus vergrößerte Bilder 156 des Bildsymbols „7“ über der Banknote zu schweben scheinen.
Die 14 bis 16 zeigen eine andere Ausführungsform, die hexagonal gepackte Linsen verwendet, die auf beiden Seiten des Substrats aufgebracht sind. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Sicherheitsvorrichtung 170 ein transparentes Substrat 172, eine Anordnung 174 hexagonal gepackter kreisförmiger Linsenelemente auf einer ersten Seite des Substrats und eine Anordnung 176 hexagonal gepackter kreisförmiger Linsenelemente auf der anderen Seite des Substrats 172. Auf die Anordnung 174 von Linsenelementen ist eine Anordnung 178 von Bildelementen aufgebracht, während auf der anderen Seite des Substrats auf die Anordnung 176 von Linsenelementen eine Anordnung 180 von Bildelementen aufgebracht ist. Die Anordnung 174 von Linsenelementen bewirkt ein Abtasten und Vergrößern der Anordnung 180 von Bildelementen auf der anderen Seite des Substrats, während die Anordnung 176 von Linsenelementen ein Abtasten und Vergrößern der Anordnung 178 von Bildelementen, die auf die Anordnung 174 von Linsenelementen aufgebracht ist, bewirkt.
Bei dieser Ausführungsform werden von beiden Seiten des Substrats aus moire-vergrößerte Bilder beobachtet. Bei Betrachtung von einer Seite 184 der Sicherheitsvorrichtung aus scheinen vergrößerte Bilder 182 des Bildsymbols „5“ über der Banknote zu schweben, während bei Betrachtung von der anderen Seite 186 der Banknote aus vergrößerte Bilder 185 des Bildsymbols „7“ über der Banknote zu schweben scheinen.
Auch hier können die Bildelemente auf die jeweiligen Anordnungen von Linsenelementen gedruckt oder geprägt sein. Wenn die Bildelemente geprägt werden, kann dies entweder gleichzeitig mit dem Prägen der Linsenelemente oder als separater Schritt erfolgen.
Es versteht sich, dass die in den 11 bis 13 dargestellten Lentikularlinsenelemente und die in den 14 bis 18 dargestellten hexagonal gepackten kreisförmigen Linsenelemente lediglich zwei Beispiele für geeignete sichtbar machende Elemente sind. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die sichtbar machenden Elemente eine Parallaxenbarriere oder ein Abtastraster umfassen, die/das auf einer oder beiden Seiten des Substrats aufgedruckt oder geprägt sein kann, um dem Betrachter zu ermöglichen, von dieser Seite des Substrats aus ein stereoskopisches Bild oder ein multiskopisches Bild oder ein integrales Bild oder ein verschachteltes Bild oder ein moire-vergrößertes Bild zu beobachten, indem sie/es wahlweise Abschnitte der Anordnung von Bildelementen auf der anderen Seite des Substrats sichtbar macht. Wenn die sichtbar machenden Elemente Linsenelemente sind, können in Abhängigkeit von der Anwendung viele verschiedene Profile verwendet werden, darunter kreisförmig, elliptisch, parabolisch und konisch. Die Linsenelemente können in der ersten Richtung ein Profil wie vorstehend beschrieben und in den 11 bis 13 gezeigt, aufweisen und sich in der zweiten Richtung so erstrecken, dass sie einen Zylinder bilden. Alternativ kann das Profil des fokussierenden Elements um eine senkrecht zur Oberfläche des Substrats verlaufende Achse gedreht sein, wie im Fall der Ausführungsform, die in den 14 bis 16 dargestellt ist.
Bei den beiden Ausführungsformen, die in den 11 bis 16 dargestellt sind, handelt es sich um refraktive Linsenelemente, jedoch umfassen andere geeignete sichtbar machende Elemente Fresnellinsenelemente. Weitere geeignete sichtbar machende Elemente sind u. a. diffraktive Linsenelemente und diffraktive Zonenplattenelemente, die eine konstruktive Interferenz von Licht an oder nahe bei den Bildelementen auf der anderen Seite des Substrats bewirken.
Diffraktive Linsenelemente sind vorzugsweise mit einer transparenten Materialschicht beschichtet, die einen anderen Brechungsindex als die Linsenelemente aufweist, um ein mechanisches Kopieren der Linsenelemente durch Galvanoformung zu verhindern und ein Eindringen von Flüssigkeiten wie Schweiß und Schmutz zu verhindern, die andernfalls die sichtbar machende Wirkung der Linsenelemente auslöschen oder verringern würden.
Neben einem Aufbringen durch Prägen können die Linsenelemente oder Bildelemente oder eine einheitliche Struktur, die sowohl Linsen- als auch Bildelemente umfasst, auch durch Bedrucken oder als Folie auf das Substrat aufgebracht werden.
Wie bereits erwähnt, können mehrere der sichtbar machenden Elemente ein Abtastraster für ein Abtasten der mehreren Bildelemente auf der anderen Seite des Substrats bilden. In diesem Fall können die mehreren sichtbar machenden Elemente Gitterlinien sein, die eine Parallaxenbarriere bilden, um das Sehen eines stereoskopischen oder multiskopischen oder integralen oder verschachtelten oder moire-vergrößerten Bildes aus den Bildelementen zu ermöglichen.
Die sichtbar machenden Elemente können beliebig gepackt sein, sodass sie eine hexagonale oder andere geometrische Anordnung von lichtdurchlässigen, refraktiven oder diffrakiven Elementen bilden.
Die sichtbar machenden Elemente können, wenn sie in Form eines Abtastrasters sind, beliebig gepackt sein, sodass sie eine hexagonale oder andere geometrische Anordnung von lichtdurchlässigen Elementen bilden.
Praktischerweise wird die Bildstruktur die Bildelemente auf einer Seite des Substrats im Wesentlichen in einer einzigen Bildebene haben, wie im Fall der Ausführungsform, die in den 17 und 18 dargestellt ist. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, wird auf beiden Seiten eines transparenten Substrats eine einheitliche Struktur aufgebracht, die eine Linsenstruktur aus Linsenelementen und eine Bildstruktur aus Bildelementen umfasst. Die in den 17 und 18 dargestellte Sicherheitsvorrichtung 200 umfasst eine einheitliche Struktur 202, die eine Linsenstruktur 204 mit einer hexagonal gepackten Anordnung von kreisförmigen refraktiven Linsenelementen umfasst, die mit einer Bildstruktur 206 mit einer Anordnung 208 von „Bildsymbolen“ in Form der „7“ integriert ist. Auf der anderen Seite des Substrats 216 ist eine ähnliche einheitliche Struktur 210 aufgebracht, die eine Linsenstruktur 212 mit einer Anordnung von Linsenelementen 214 und eine Bildstruktur (nicht gezeigt) mit einer Anordnung von Bildelementen umfasst.
Insbesondere aus 18 ist ersichtlich, dass die Bildstruktur 206 die Bildelemente in einer Ebene zu liegen hat und dass durch entsprechende Gestaltung der Tiefe des transparenten Substrats 216 und der Linsenelemente 214 auf der anderen Seite des Substrats die Bildelemente 208 innerhalb der Schärfentiefe der Linsenelemente 214 auf der anderen Seite des Substrats platziert sein können.
Hingegen zeigen die in den 11 bis 16 dargestellten Ausführungsformen, dass die Bildelemente in diesen Beispielen nicht exakt in einer horizontalen Bildebene liegen, sondern vielmehr eine Tiefe einnehmen oder eine Form haben, die der Durchbiegung der Linsen entspricht, auf die sie aufgebracht oder mit denen sie anderweitig integriert sind. Je nach den auf der anderen Seite der Bilder verwendeten Linsen kann dies zu unscharfen optischen Effekten führen, doch kann die Unschärfe durch die Verwendung von Linsen mit einer Schärfentiefe, die im Wesentlichen die Tiefe der Bildstrukturen umfasst, reduziert oder beseitigt werden.
Das in 32 gezeigte Strahlengangmodell 220 stellt ein beispielhaftes Linsenelement mit einer Linsenbreite/einem Rastermaß von 54 µm, einer Linsendurchbiegung von 10,8 µm, einer nominalen Schärfentiefe von 104 µm und einer effektiven Schärfentiefe von 8 µm dar. Sofern die Bildstrukturen auf der anderen Seite des Substrats 96 bis 104 µm vom Linsenscheitel entfernt sind, werden für einen Benutzer durch optische Effekte scharfe Bilder erzeugt.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in den 17 und 18 dargestellt ist, ist zu erkennen, dass die Bildstruktur ein Anheben der Bildelemente in Bezug auf die umgebenden Linsen bewirkt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Bildstruktur geprägt ist, können die Bildelemente auf der gleichen Höhe wie die umgebenden Linsenelemente positioniert sein, in Bezug auf die umgebenden Linsenelemente eingesenkt sein oder als flaches Muster sein. Darüber hinaus können die Bildelemente, wenn sie geprägt werden, als Muster aus Beugungsgittern, als Licht streuendes Muster oder eine anderen geeignete Struktur geprägt werden, die ggf. erforderlich ist, um einen optischen Effekt zu erzeugen, der für einen Benutzer durch die Linsenelemente auf der anderen Seite der Sicherheitsvorrichtung beobachtbar ist.
Bei den in den 11 bis 18 dargestellten Ausführungsformen nehmen die Bildelemente und die Linsenelemente auf jeder Seite des Substrats den gleichen Bereich der Sicherheitsvorrichtung ein; demzufolge verringert sich der Kontrast der projizierten Bilder, die für einen Benutzer sichtbar sind, in Abhängigkeit vom Anteil des Bereiches, der von den Linsen oder Abtastelementen eingenommen wird, und vom Anteil, der von den entsprechenden Bildelementen eingenommen wird. Aus diesem Grund ist das gewählte Bilddesign wichtig, und Designs, die bei jedem Linsenelement einen kleineren Anteil der Fläche einnehmen, erzeugen hellere doppelseitige Bilder als Designs, die einen größeren Anteil der Fläche jedes Linsenelements einnehmen.
Die 33 und 34 zeigen die Bildelementdesigns 222 bzw. 224, die sich jeweils innerhalb eines runden Linsenelements befinden. Es ist zu erkennen, dass das Bildelement 222 einen kleineren Anteil der Fläche innerhalb eines Linsenelements einnimmt als das Bildelement 224, das Linsenelement mit dem Bildelement 222 also ein kontrastreicheres, moire-vergrößertes Bild projiziert.
Es ist darauf zu achten, dass sichergestellt ist, dass die Linsenelemente auf jeder Seite des Substrats nicht die Linsenelemente auf der gegenüberliegenden Seite moire-vergrößern. Die Umfangskante der Linsenelemente, insbesondere wenn sie refraktiv sind, sollte einen Kontrast ergeben, und wenn die Umfangskante vergrößert wird, wäre die Klarheit der moire-vergrößerten Bilder geringer. Dieses Problem kann dadurch entschärft werden, dass die Linsenelemente auf der einen Seite des Substrats derart gestaltet werden, dass sie im Wesentlichen das gleiche Rastermaß wie die Linsenelemente auf der anderen Seite des Substrats aufweisen. Dadurch wird ein moirä-vergrößertes Bild des Linsenelements (einschließlich seiner Umfangskante) erzeugt, das viel größer als die Fläche des Sicherheitsmerkmals an sich ist. Abhängig vom Blickwinkel des Benutzers und der relativen Phase der Linsenelemente auf jeder Seite der Banknote ist das vergrößerte Bild des Linsenelements (einschließlich seiner Umfangskante) bei einem Blickwinkel unsichtbar, was bedeutet, dass es nicht mit den durch optische Effekte entstehenden Bildern interferiert. Beispielsweise, in einer oder mehreren Ausführungsformen, können auf beiden Seiten der Sicherheitsvorrichtung Linsen mit einem Rastermaß von 63,5 µm verwendet werden.
Alternativ kann eine Moire-Vergrößerung der Linsenelemente vermieden werden, indem auf der einen Seite ein Linsenrastermaß gewählt wird, das sich wesentlich vom Linsenrastermaß auf der anderen Seite unterscheidet. Dadurch entsteht ein Moire-Muster aus Linsenelementen, die so klein sind, dass sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Die Linsenelemente (einschließlich ihrer Umfangskanten) würden als einheitliche Hintergrund-Grautönung erscheinen, und demzufolge würden sie den Kontrast der durch optische Effekte erzeugten Bilder geringfügig abschwächen. Beispielsweise, in einer oder mehreren Ausführungsformen, können auf der einen Seite der Sicherheitsvorrichtung Linsen mit einem Rastermaß von 63,5 µm und auf der anderen Seite der Sicherheitsvorrichtung Linsen mit einem Rastermaß von 51,0 µm verwendet werden. Diese Anordnung würde Moirebänder mit einer Periode von 63,5 × 51,0/(63,5 - 51,0) gleich 259 µm erzeugen. Solche Bänder wären sehr klein und mit bloßem Auge schwer zu erkennen und würden in den durch optische Effekte erzeugten Bildern als blasse Hintergrund-Grautönung erscheinen. In diesem Beispiel kann die Brennweite der Linsen wahlweise eingestellt werden (beispielsweise durch Auswählen geeigneter Brechungsindizes für das Material, in das die Linsen geprägt werden), um sicherzustellen, dass die Linsen auf jeder Seite hinreichend auf die Bildelemente auf der gegenüberliegenden Seite der Banknote fokussiert sind.
Die vorstehenden Ausführungen zum Rastermaß bzw. der Teilung der Linsen auf beiden Seiten der Sicherheitsvorrichtung gelten auch für die Schiefe und die Brechungsindizes der Linsen auf gegenüberliegenden Seiten des transparenten Substrats. Mit anderen Worten, es ist möglich, auf einer Seite der Sicherheitsvorrichtung Linsen zu verwenden, die entweder im Wesentlichen das gleiche oder ein deutlich anderes Rastermaß, im Wesentlichen die gleiche oder eine deutlich andere Schiefe oder im Wesentlichen die gleiche oder eine deutlich andere Brechzahl als die Linsen auf der anderen Seite aufweisen, sodass die vergrößerten Moirebilder der Linsenelemente reduziert, minimiert oder ausgeschaltet werden.
Bei den in den 11 bis 18 dargestellten Ausführungsformen sind die Bildelemente als Bestandteil der Linsenelemente aufgebracht oder geprägt. Bei einer weiteren Ausführungsform, in 19 dargestellt, werden jedoch zunächst Bildelemente auf beiden Seiten eines Substrats aufgebracht und anschließend Linsenelemente oben auf die Bildelemente aufgebracht. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, umfasst die beispielhafte Sicherheitsvorrichtung 240 ein Substrat 242 mit einer Anordnung 244 von Bildelementen, die auf einer ersten Seite aufgebracht ist, und einer Anordnung 246 von Bildelementen, die auf einer zweiten Seite des Substrats 242 aufgebracht ist. Die Anordnungen 244 und 246 von Bildelementen können beispielsweise durch Prägen mit farbiger UV-Druckfarbe, durch Prägen mit farbloser UV-Druckfarbe und anschließendes Überdrucken mit einer dünnen Schicht farbiger Druckfarbe oder durch Füllen von Bildstrukturen in einer Prägeplatte mit farbiger UV-härtbarer Druckfarbe, anschließend wahlweises Entfernen der UV-härtbaren Druckfarbe aus bildfreien Bereichen der Prägeplatte, dann UV-Härten und Herausheben von Bildstrukturen aus der Prägeplatte, wahlweise unter Verwendung einer Lift-off-Schicht, aufgebracht werden.
Die Linsenstrukturen einschließlich der Linsenelemente werden dann oben auf die Bildstrukturen aufgebracht. Dementsprechend wird die Linsenstruktur 248, die eine Reihe von Linsenelementen umfasst, die zum Abtasten und Vergrößern der Anordnung 246 von Bildelementen dienen, über der Anordnung 244 der Bildelemente gebildet, während über der Anordnung 246 von Bildelementen eine Linsenstruktur 250 aufgebracht wird und die Linsenelemente, die zur Linsenstruktur 250 gehören, zum Abtasten und Vergrößern der Anordnung 244 von Bildelementen auf der anderen Seite des Substrats dienen.
Alle in den 11 bis 19 dargestellten Ausführungsformen umfassen Linsenelemente auf der ersten Seite des Substrats, die Bildelemente auf der zweiten Seite des Substrats abtasten und vergrößern, und Linsenelemente auf der zweiten Seite des Substrats, die Bildelemente auf der ersten Seite des Substrats abtasten und vergrößern, wobei alle Linsenelemente und Bildelemente die Gesamtheit der Sicherheitsvorrichtung einnehmen.
In anderen Ausführungsformen kann die Sicherheitsvorrichtung jedoch aus mehr als einem Bereich bestehen, wobei jeder Bereich mindestens einen Teil der ersten Seite des Substrats umfasst, der mindestens einen Teil der zweiten Seite des Substrats überdeckt. Eine solche Anordnung ist in den 20 und 21 dargestellt, wo zu erkennen ist, dass die Sicherheitsvorrichtung 270 vier getrennte Bereiche 272, 274, 276 und 278 umfasst.
Obwohl die Sicherheitsvorrichtung auf beiden Seiten des Substrats Linsenelemente und Bildelemente aufweist, enthalten einige Bereiche nur eine Anordnung von Bildelementen auf der einen Seite und eine Anordnung von entsprechenden Linsenelementen auf der anderen Seite. Der erste Bereich 272 der Sicherheitsvorrichtung 270 umfasst eine Gruppe 280 von Linsenelementen, in diesem Fall hexagonal gepackte Lentikularelemente, die auf einer ersten Seite des Substrats aufgebracht sind und eine Gruppe 282 von Bildelementen, die auf der zweiten Seite des Substrats aufgebracht sind, überdecken. Außerdem umfasst der zweite Bereich 274 der Sicherheitsvorrichtung 270 Linsenelemente und Bildelemente, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats befinden; in diesem Fall umfasst der Bereich 274 jedoch eine Gruppe 284 von Bildelementen, die auf der ersten Seite des Substrats aufgebracht sind und eine Gruppe 286 von Linsenelementen, die auf der zweiten Seite des Substrats angebracht sind, überdecken.
Der Bereich 276 der Sicherheitsvorrichtung 270 umfasst eine erste Gruppe 288 von Linsenelementen, in diesem Fall zylindrische Lentikularelemente, die auf der ersten Seite des Substrats aufgebracht sind und eine Gruppe 290 von Linsenelementen, die auf der zweiten Seite des Substrats aufgebracht sind, überdecken. Des Weiteren ist eine Gruppe von Bildelementen 292 derart aufgebracht, dass sie in den Linsenelementen 290 auf der zweiten Seite des Substrats oder als Bestandteil dieser ausgebildet sind. Mit anderen Worten, der Bereich 276 umfasst Gruppen von Linsenelementen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats aufgebracht sind, wohingegen Bildelemente nur auf einer dieser Seiten aufgebracht sind.
In ähnlicher Weise umfasst der Bereich 278 der Sicherheitsvorrichtung 270 eine Gruppe 294 von Linsenelementen, die auf der ersten Seite des Substrats aufgebracht sind und eine Gruppe 296 von Linsenelementen, die auf der zweiten Seite des Substrats aufgebracht sind überdecken, und zusätzlich eine Gruppe 298 von Bildelementen, die auf oder als Bestandteil der Gruppe 294 von auf der ersten Seite des Substrats aufgebrachten Linsenelementen bereitgestellt oder gebildet sind. Mit anderen Worten, der Bereich 278 weist zwei Gruppen von Linsenelementen auf, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats aufgebracht sind, aber nur eine Gruppe von Bildelementen, die auf eine der zwei Gruppen von Linsenelementen aufgebracht ist.
Es versteht sich, dass trotz der unterschiedlichen Anzahl der Gruppen von Linsenelementen und Bildelementen, die auf jeder Oberfläche der vier Bereiche 272 bis 278 aufgebracht sind, die Sicherheitsvorrichtung 270 dennoch auf beiden Seiten des Substrats sichtbar machende Elemente und Bildelemente aufweist.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das durch optische Effekte erzeugte Bild auf jeder Seite des Substrats den gleichen Bereich einnimmt, eine Integration einzelner Linsenelemente auf einer Seite mit einem Teil der Bildelementstruktur auf derselben Seite erfordern. In diesem Fall ist die aktive Fläche jedes einzelnen Linsenelements, die für die sichtbar machende Wirkung sorgt, kleiner. Je nach verwendetem Bilddesign können auch der Kontrast und die Wiedergabetreue des durch optische Effekte erzeugten Bildes verringert sein. Dies gilt insbesondere, wenn ein integrales oder verschachteltes Bilddesign verwendet wird, da Bildelemente solcher Designs einen großen Anteil der Fläche einiger Linsenelemente einnehmen können und der entsprechende Abschnitt des mittels solcher Linsen (die eine kleinere aktive Fläche aufweisen) projizierten, durch optische Effekte erzeugten Bildes einen geringeren Kontrast und eine verminderte Klarheit aufweist.
Eine Anordnung von Linsen- und Bildelementen, die dieses Problem möglicherweise löst, ist in 22 gezeigt, die verschachtelte Anordnungen 301 von Linsenelementen und Bildelementen der Ziffer „7“ auf der Unterseite des Substrats (wie durch das Substrat hindurch in Richtung der Unterseite gesehen) und verschachtelte Anordnungen 303 von Linsenelementen und Bildelementen der Ziffer „5“ auf der Oberseite des Substrats zeigt, die so überlappen, dass die Linsenelemente auf jeder Seite die Bildelemente auf der anderen Seite präzise überdecken, was einen von jeder Seite aus sichtbaren Moire-Vergrößerungseffekt zur Folge hat. Bei dieser Anordnung wird die gesamte Fläche jedes Linsenelements genutzt, um die sichtbar machende Wirkung zu erzeugen, woraus eine gute Bildwiedergabetreue resultiert. Außerdem sind 50 % des Merkmalsbereiches auf jeder Seite des Substrats mit Linsen ausgefüllt, sodass der Bildkontrast im Vergleich zu einem gleichwertigen einseitigen Linsenmerkmal, das nach dem Stand der Technik hergestellt ist, schwächer ist.
Die in den 22 und 23 gezeigte Anordnung erfordert, dass die Linsen und Bilder auf der einen Seite bezüglich der Linsen und Bilder auf der anderen Seite sehr genau positioniert werden (um sicherzustellen, dass die Linsen auf der einen Seite die Bilder auf der anderen Seite abtasten und vergrößern); tatsächlich ist die erforderliche Positioniertoleranz ein Bruchteil der Breite eines Linsenelements. Mit den derzeitigen Fertigungsverfahren kann diese Toleranz nicht eingehalten werden. Eine alternative Ausführungsform, die dieses Problem in Angriff nimmt, ist in den 24 bis 29 dargestellt.
Es versteht sich, dass in den 24 bis 29 das vergrößerte, durch optische Effekte erzeugte Bild auf jeder Seite des Substrats aus „Pixeln“ von Mikrolinsen besteht, die entsprechende Bildelemente auf der anderen Seite fokussieren/vergrößern. Es ist nur dort ein „Pixel“ vorhanden, wo ein fokussierendes Element fähig ist, einen Abschnitt eines Bildelements auf der anderen Seite des Substrats zu vergrößern.
Die Ausführungsformen in den 24 bis 29 umfassen eine Verteilung von Linsenelementen und Bildelementen auf jeder Seite, was sicherstellt, dass ein von den Linsen auf jeder Seite erzeugter Effekt eines vergrößerten Bildes stets aus im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Pixeln besteht und zwar unabhängig von der Passgenauigkeit, in X- und Y-Richtung in der Ebene des Substrats, der Linsenelemente relativ zu den Bildelementen, auf die sie fokussieren oder die sie vergrößern. Dadurch wird sichergestellt, dass die erzeugten Bilder in Helligkeit und Kontrast von einer Banknote zur nächsten bzw. von einem anderen Sicherheitsdokument zum nächsten konsistent sind.
Bei einem typischen Rolle-zu-Rolle-Fertigungsverfahren kann die Passgenauigkeitstoleranz in der Größenordnung von +/-0,25 mm liegen, was viel größer ist als das Ausmaß einer typischen Mikrolinse für eine Banknote. Demzufolge lässt sich die Passgenauigkeit von Linsen- und Bildelementen in X- und Y-Richtung nicht durch verbesserte Fertigungstechniken beherrschen. Um konsistente Bilder, d. h. Bilder mit der gleichen Anzahl von Pixeln, zu erzeugen, ist es wünschenswert, eine Anordnung von Linsenelementen und Bildelementen bereitzustellen, die unabhängig von etwaigen „Deckungsfehlern“ in X- und Y-Richtung eine feste Anzahl von vergrößerten Pixeln erzeugt.
Die Ausführungsformen in den 24 bis 29 veranschaulichen dies. Die Sicherheitsvorrichtung 310 weist auf einer ersten Seite 312 Linsenelemente und Bildelemente auf, die hexagonal gepackt sind und ein Rastermaß von 56 µm haben. Die Linsen- und Bildbereiche sind streifenweise verschachtelt, wie etwa die beispielhaften Streifen 314 und 316. Die Linsenstreifen und die Bildstreifen nehmen jeweils 50 % der Fläche auf der Seite 312 des Substrats 318 ein. Die Linsenelemente und die Bildelemente auf der anderen Seite 320 des Substrates 318 sind ebenfalls hexagonal gepackt, mit der gleichen Orientierung wie auf der gegenüberliegenden Seite 312 des Substrates 318, und haben ein Rastermaß von 56,3 µm. Linsenelemente und Bildelemente sind in verschachtelten Streifen, wie etwa den beispielhaften Streifen 322 und 324, angeordnet, sind jedoch bezüglich der Streifen 314 und 316 auf der Seite 312 des Substrats um 60 Grad gedreht.
Bei einer solchen Anordnung werden die Linsen auf der Seite 312 50 % der Bilder auf der Seite 320 moire-vergrößern. Die moire-vergrößerten Pixel nehmen demzufolge 50 % × 50 % gleich 25 % der Gesamtfläche ein. Der Kontrast im moire-vergrößerten Bild beträgt also 25 % des Kontrasts bei einem gleichwertigen einseitigen Linsenmerkmal, bei dem die Bilder 100 % der Fläche einnehmen und 100 % der Bildelemente vergrößert werden. Dementsprechend erzeugt ein doppelseitiges Linsenmerkmal, das passgenauigkeitstolerant ist, wobei die einzelnen Linsenelemente auf einer Seite nicht mit einem Abschnitt der Bildelemente auf derselben Seite integriert sind, kontrastärmere Bilder als ein gleichwertiges einseitiges Merkmal. Jedoch erzeugen beide Seiten des Substrats optische Bildeffekte für eine Verwendung und Authentifizierung der Banknote oder eines anderen Sicherheitsdokuments.
Die Linsen auf der Seite 320 werden 50 % der Bildelemente auf der Seite 312 moire-vergrößern. Demzufolge nehmen die moire-vergrößerten Pixel wiederum 50 % × 50 % gleich 25 % der Gesamtfläche ein. Der Kontrast im moire-vergrößerten Bild beträgt wieder 25 % des Kontrasts bei einem gleichwertigen einseitigen Linsenmerkmal, bei dem die Bilder 100 % der Fläche einnehmen und 100 % der Bilder vergrößert werden.
Die Packung der Linsen und Bildelemente auf beiden Seiten 312 und 320 der Sicherheitsvorrichtung 310 sowie die Übereinstimmung zwischen den Bildelementen auf der einen Seite und den Linsenelementen, die diese Bildelemente abtasten und vergrößern, auf der anderen Seite sind in den 24 bis 29 zu sehen.
Varianten bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die in den 24 bis 29 dargestellt sind, können u. a. sein:

(i) Linsen werden in mehreren Bereichen auf beiden Seiten des polymeren Substrats aufgebracht; und
(ii) Bilder werden in mehreren Bereichen auf beiden Seiten des polymeren Substrats aufgebracht; und
(iii) die Linsen- und Bildbereiche auf jeder Seite sind getrennt und sind so angeordnet/verteilt, dass die Linsen auf jeder Seite einen im Wesentlichen festen Anteil der Bilder auf der anderen Seite fokussieren/vergrößern und zwar unabhängig von ihrer relativen Phase/ihrem relativen Versatz in zwei zueinander orthogonalen Richtungen in der Ebene des Substrats;
(iv) vorzugsweise macht der feste Anteil 25 % aus und die zwei zueinander orthogonalen Richtungen sind die Maschinenrichtung und die Querrichtung bei entweder einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren zum Aufbringen von Linsen und/oder Bildern oder einem Bogendruckverfahren zum Aufbringen von Linsen und/oder Bildern;
(v) vorzugsweise bestehen die Linsen- und Bildbereiche auf jeder Seite aus Streifen von Linsenbereichen, die mit Streifen von Bildbereichen verschachtelt sind, wobei die Streifen auf der einen Seite nicht parallel zu den Streifen auf der anderen Seite sind;
(vi) bei Verwendung von tetragonal gepackten Linsen auf beiden Seiten: Vorzugsweise sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite;
(vii) bei Verwendung von hexagonal gepackten Linsen auf beiden Seiten: Vorzugsweise sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite um 60 Grad (in der Ebene des Substrats) bezüglich der verschachtelten Streifen auf der anderen Seite gedreht;
(viii) bei Verwendung von Zylinderlinsen auf beiden Seiten: Vorzugsweise sind die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite;
(ix) bei Verwendung von Zylinderlinsen auf beiden Seiten: Vorzugsweise ist die Zylinderachse auf der einen Seite orthogonal zur Zylinderachse auf der anderen Seite.

Bei einer oder mehreren Ausführungsformen sind das Rastermaß der Linsenelemente auf jeder Seite und die Orientierung der Linsenelemente auf der einen Seite relativ zu den Linsenelementen auf der anderen Seite so ausgewählt, dass entweder

(iii) auf jeder Seite das moire-vergrößerte Bild des Linsenelements größer ist als das durch optische Effekte erzeugte Bild; oder
(iv) das moire-vergrößerte Bild des Linsenelements kleiner ist als das, was mit bloßem Auge zu erkennen ist.

Vorzugsweise ist das moire-vergrößerte Bild des Linsenelements kleiner als 0,1 mm.
Das Rastermaß und die relative Schiefe, die erforderlich sind, um eine gewünschte Moire-Vergrößerung zu erzeugen, können mithilfe der bekannten Formel für die Moire-Vergrößerung berechnet werden. Beispielsweise kann die folgende Moire-Vergrößerungsformel (entnommen aus Amidror, The Theory of the Moire Phenomenom, 2000) verwendet werden, um bei gegebenem Linsenrastermaß auf jeder Seite und gegebener relativer Schiefe zwischen den Linsen auf jeder Seite die Größe des moire-vergrößerten Bildes zu berechnen (im Folgenden bezeichnen T₁ und T₂ das Linsenrastermaß auf jeder Seite, α ist der relative Schrägwinkel, und T_M ist die Größe des moire-vergrößerten Bildes) : $T_{M} = \frac{T_{1} T_{2}}{\sqrt{T_{1}^{2} + T_{2}^{2} - 2 T_{1} T_{2} cos α}}$
Die sichtbar machenden Elemente der Erfindung können auch in Form eines Abtastrasters auf einer oder beiden Seiten des Substrats bereitgestellt werden. Jedes Abtastraster kann aus einem Gitter 313 aus parallelen Linien, wie in 30 zu sehen, oder einem Raster 315 aus rechteckigen oder sechseckig angeordneten Löchern, wie in 31 zu sehen, bestehen, durch das Licht hindurchtreten kann. Umgebungslicht, das von auf der anderen Seite des Substrats befindlichen Bildelementen gestreut wird, erreicht den Betrachter, nachdem es das Abtastraster durchquert hat, wobei ein durch optische Effekte erzeugtes Bild entsteht, das für den Beobachter sichtbar ist. Der Wiederholungsabstand (das Rastermaß) von jeder Linie (oder jedem Loch) zur nächsten benachbarten Linie (oder zum nächsten benachbarten Loch) bestimmt die Frequenz, mit der die Bildelemente auf der anderen Seite des Substrats abgetastet werden. Wird der Betrachtungswinkel geändert, tastet das Abtastraster einen anderen Abschnitt des darunter liegenden Bildelements ab, genau wie eine Mikrolinse. Vorzugsweise ist der Wiederholungsabstand (das Rastermaß) des Abtastrasters im Wesentlichen gleich dem Wiederholungsabstand (Rastermaß) der Mikrolinsenelemente einer gleichwertigen Struktur, die anstelle eines Abtastrasters Mikrolinsen verwendet.
Das Abtastraster kann verwirklicht werden durch Drucken eines Musters, das Linien oder Löcher in den nicht bedruckten Bereichen hinterlässt, oder alternativ durch Prägen einer Struktur, bei der die Linien oder Löcher in den nicht geprägten Bereichen gebildet werden. Wenn das Abtastraster geprägt wird, kann die geprägte Struktur aus Licht auslöschenden Strukturen oder Beugungsgittern oder einer Oberflächentextur mit hoher Rauheit bestehen. Wenn das Abtastraster geprägt wird, kann die Abtastrasterstruktur Bestandteil einer einheitlichen Struktur sein, die aus Bildelementstrukturen besteht, die mit Abtastrasterstrukturen integriert sind. Die 30 und 31 zeigen Beispiele für mögliche Abtastraster - die dunklen Bereiche stellen Bereiche dar, die entweder gedruckt oder durch Prägung verändert werden würden. Im Vergleich zu refraktiven Mikrolinsen erzeugen Abtastraster in der Regel durch optische Effekte Bilder mit relativ schwachem Bildkontrast/geringer Helligkeit, da jedes Abtastrasterelement einen geringeren Anteil des von jedem Bildelement gestreuten Lichts zum Auge projiziert.
Werden Abtastraster als sichtbar machende Elemente verwendet, ist darauf zu achten, dass sichergestellt ist, dass nicht jedes Abtastraster die auf der anderen Seite des Substrates befindlichen sichtbar machenden Elemente vergrößert. Die gleichen Verfahren, die an früherer Stelle beschrieben wurden, nämlich eine geeignete Auswahl des Rastermaßes der sichtbar machenden Elemente und/oder der relativen Schiefe zwischen sichtbar machenden Elementen, können angewendet werden, um sicherzustellen, dass keine Moire-Vergrößerung von sichtbar machenden Elementen erfolgt, wenn Abtastraster verwendet werden.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit geprägten sichtbar machenden Elementen und Bildelementen können die sichtbar machenden Elemente und/oder die Bildelemente mit einer dünnen Materialschicht überzogen werden, die einen anderen Brechungsindex aufweist als das UV-härtende Harz, in dem die sichtbar machenden Elemente und die Bildelemente gebildet sind. Wie in dem Beispiel in 35 zu sehen ist, kann ein Aufbringen eine solchen dünnen Schicht 340 auf eine Struktur, die Linsenelemente 342 und/oder Bildelemente 344 umfasst, verhindern, dass die Bildelemente durch Galvanoformung kopiert werden, da die Oberflächenstruktur der Bildelemente im Vergleich zu den umgebenden und benachbarten Linsenelementen nun eben ist. Ist die Schicht im Vergleich zur Durchbiegung des refraktiven Linsenelements 342 hinreichend dünn, wird die Abbildungsfunktion oder Brennweite des Linsenelements nicht beeinträchtigt.
Wenn die verwendeten Linsenelemente diffraktive Linsenelemente sind, können diese auch mit einer dünnen Materialschicht überzogen werden, die einen anderen Brechungsindex aufweist als das UV-härtende Harz, in dem die diffraktiven Linsenelemente gebildet sind. In diesem Fall wird die Tiefe der diffraktiven Linsenstruktur an die Dicke der dünnen Materialschicht angepasst, die einen anderen Brechungsindex aufweist als das UV-härtende Harz, in dem die diffraktiven Linsenelemente gebildet sind, sodass die konstruktive Interferenz bei der gewünschten Brennweite des diffraktiven Linsenelements erhalten bleibt.
Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass verhindert wird, dass sich die Bild- und/oder Linsenstrukturen mit Schweiß oder anderen Flüssigkeiten füllen. Besteht die Bildstruktur beispielsweise aus einem Beugungsgitter, das ein farbiges vergrößertes Bild erzeugt, geht das vergrößerte Bild weitgehend verloren, wenn sich die Struktur mit Wasser füllt, da Wasser einen ähnlichen Brechungsindex hat wie das UV-geprägte Harz der Strukturen. Ebenso geht, wenn die verwendete Linsenstruktur diffraktiv ist, die Fokussierungsfunktion der Linse weitgehend verloren, wenn sich die Struktur mit Wasser füllt, da die Linse außerstande sein wird, die Phase des Lichts korrekt zu modulieren, um eine konstruktive Interferenz am Brennpunkt sicherzustellen.
Die hier beschriebenen zweidimensionalen oder dreidimensionalen sichtbar machenden Elemente und Bildelemente können durch jedes geeignete Fertigungsverfahren gebildet werden, einschließlich der folgenden nicht einschränkenden, beispielhaften Sicherheitsdruckverfahren: Offset, Folienauftrag, Siebdruck, Tiefdruck, Buchdruck und Overcoating. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen wird eine Prägeplatte verwendet, um die einheitliche Struktur, die eine fokussierende Struktur aus fokussierenden Elementen und eine Bildstruktur aus Bildelementen umfasst, auf einer oder beiden Seiten des Substrats zu prägen. Nachstehend werden verschiedene Techniken zur Herstellung einer solchen Prägeplatte beschrieben:
Laser-Mikrobearbeitungsmethode/Laser-Lithographie
In der Vergangenheit wurde zur Bearbeitung von 3-D-Mikrostrukturen, darunter Master für Formwerkzeuge, eine Excimer-Laser-Mikrobearbeitung angewendet (siehe beispielsweise: Jolic, K. I., Ghantasala, M. K. und Harvey, E. C., „Excimer laser machining of corner cube structures", Journal of Micromechanics and Microengineering, Bd. 14, No. 3 (2004), S. 388-397) .
Ferner wurden in der Vergangenheit Excimer-Laser zur Herstellung refraktiver Mikrolinsenarrays eingesetzt (zum Beispiel bei der Firma Optec S.A., ZAE Le Crachet, Avenue des Nouvelles Technologies, 53, B-7080 Frameries, Belgien).
Daher könnten auf Maskenprojektion basierende Laser-Mikrobearbeitungstechniken (d. h. Laserablation), verwendet werden, um integrierte refraktive Mikrolinsen und Mikrobilder in ein Material, wie etwa wie Polycarbonat, zu lasern, um eine Masterform zu bilden. Die Mikrobildelemente könnten als vertiefte Flächen in der Masterform ausgearbeitet werden. Sie könnten auch als mikrostrukturierte Oberflächentextur hergestellt werden. Die Masterform könnte dann galvanisiert werden, um eine metallische Prägeplatte zu bilden.
Alternativ könnten die Mikrolinsen (konkav oder konvex oder diffraktiv) aus einem Material wie etwa Polycarbonat (unter Verwendung bewährter Verfahren, zum Beispiel Heißprägen) vorgefertigt werden. Es könnten dann auf Maskenprojektion basierende Laser-Mikrobearbeitungstechniken verwendet werden, um die Mikrobilder direkt in die Linsen zu lasern (die Mikrobildelemente könnten als eingesenkte Bereiche ausgearbeitet werden, die eben sind; auch könnten sie als mikrostrukturierte Oberflächentextur hergestellt werden), um die integrierte Masterform zu erhalten. Die Masterform könnte dann galvanisiert werden, um eine metallische Prägeplatte zu bilden.
Alternativ könnten Laser-Mikrobearbeitungstechniken bei einer Maskenprojektion verwendet werden, um die Bildkomponente der integrierten Struktur wie folgt zu schaffen: (i) Beschichten des metallischen Linsen-Masters (konkav oder konvex oder diffraktiv; zuvor unter Verwendung bewährter Techniken, z. B. Galvanoformung mittels der Linsen-Masterform, hergestellt) mit einer Schicht aus laserbearbeitbarem Trockenfilmresist; (ii) Verwenden eines Lasers zum Mikrobearbeiten von 2D-Bildmustern im Trockenfilmresist, um die darunterliegende Linsenmetallschicht freizulegen (d. h. in Bereichen, die dem Bildmuster entsprechen, vollständiges Entfernen des Trockenfilmresists); und (iii) chemisches Ätzen der freiliegenden Metallbereiche, um diese Bereiche zu vertiefen und/oder zu texturieren, oder alternativ Galvanisieren der freiliegenden Bereiche, um diese Bereiche über die benachbarte Linsenoberfläche hinausragen zu lassen.
UV-Lithographie-Technik
UV-Lithographietechniken können ebenfalls zur Fertigung von Masterformen integrierter Mikrolinsen- und Mikrobildstrukturen verwendet werden. Dies könnte wie folgt erreicht werden:

(i) Beschichten des metallischen Linsen-Masters (konkav oder konvex oder diffraktiv, zuvor unter Verwendung bewährter Techniken, z. B. Galvanoformung mittels der Linsen-Masterform, hergestellt) mit einer (vorzugsweise planen) Schicht Fotoresist; (ii) Verwenden einer Maskenjustier- und Belichtungsanlage, um das 2D-Bildmuster im Fotoresist mit UV-Licht zu belichten;
(iii) chemisches Entwickeln der mit UV-Licht belichteten Fotoresistschicht, sodass die darunterliegende Metallschicht des Linsenmasters in den Bereichen des 2-D-Bildmusters freigelegt wird; (iv) chemisches Ätzen der freiliegenden Metallbereiche, um diese Bereiche zu vertiefen und/oder zu texturieren, oder alternativ Galvanisieren der freiliegenden Bereiche, um diese Bereiche über die benachbarte Linsenoberfläche hinausragen zu lassen.

Direktes Laserschreiben
Es ist denkbar, dass direkte Laserschreibverfahren (maskenlose Laserlithographie, Grautonlithographie) auch zur Herstellung integrierter Mikrolinsen- und Mikrobildstrukturen, einschließlich Linsenstrukturen, die refraktiv oder diffraktiv sind, und Bildstrukturen, die diffraktiv sind, eingesetzt werden können. Dieses Verfahren umfasst ein X-Y-Raster-Scannen mit einem Laserstrahl, der auf die Fotoresistoberfläche fokussiert ist. Die Dosierung des Laserstrahls wird entsprechend der gewünschten Strukturtiefe an jedem Punkt in X- und Y-Richtung räumlich variiert. Zur Herstellung der 3-D-Oberfläche wird anschließend der Fotoresist entwickelt. Eine für diese Technologie beispielhafte Anlage ist die DWL 425 (Heidelberg Instruments, Deutschland).
Wenn in dieser Patentschrift (einschließlich der Ansprüche) die Ausdrücke „umfassen“, „umfasst“, „umfassend“ usw. verwendet werden, sind sie so auszulegen, dass sie das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten oder einer Gruppe davon ausschließen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen besonderen Ausführungsformen beschränkt ist, die lediglich als Beispiele angeführt sind. Der Schutzbereich der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Jolic, K. I., Ghantasala, M. K. und Harvey, E. C., „Excimer laser machining of corner cube structures“, Journal of Micromechanics and Microengineering, Bd. 14, No. 3 (2004), S. 388-397 [0132]

Claims

Mikrooptische Vorrichtung, umfassend: ein transparentes Substrat; mehrere erste Linsenelemente auf einer ersten Seite des Substrats, die erste Bildelemente auf einer zweiten Seite des Substrats vergrößern; und mehrere zweite Linsenelemente auf der zweiten Seite des Substrats, die zweite Bildelemente auf der ersten Seite des Substrats vergrößern, wobei die mehreren ersten und zweiten Linsenelemente und ersten und zweiten Bildelemente aus Streifen von Linsenbereichen bestehen, die mit Streifen von Bildbereichen verschachtelt sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linsenelemente und Bildelemente auf jeder Seite voneinander getrennt und so verteilt sind, dass die Linsenelemente auf jeder Seite einen im Wesentlichen festen Anteil der Bildelemente auf der anderen Seite vergrößern und zwar unabhängig von ihrer relativen Phase oder ihrem relativen Versatz in zwei zueinander orthogonalen Richtungen in der Ebene des Substrats.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Streifen auf der einen Seite nicht parallel zu den Streifen auf der anderen Seite sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Linsenelemente auf beiden Seiten tetragonal gepackt sind und die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Linsenelemente auf beiden Seiten hexagonal gepackt sind und die verschachtelten Streifen auf der einen Seite in der Ebene des Substrats um 60 Grad bezüglich der verschachtelten Streifen auf der anderen Seite gedreht sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenelemente auf beiden Seiten Zylinderlinsen sind und die verschachtelten Streifen auf der einen Seite orthogonal zu den verschachtelten Streifen auf der anderen Seite sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mehrere der Linsenelemente solche Linsenelemente sind, die mehrere der Bildelemente abtasten und vergrößern.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Anspruch 7, wobei die Linsenelemente refraktiv sind und eine Fokussierung des Lichts in einem Brennpunkt bewirken.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Anspruch 7, wobei die Linsenelemente diffraktiv sind und eine konstruktive Interferenz des Lichts in einem Brennpunkt bewirken.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Linsenelemente mit einer transparenten Materialschicht beschichtet sind, die einen von den Linsenelementen verschiedenen Brechungsindex aufweist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Linsenelemente durch Prägen geformt sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Linsenelemente als Folie aufgebracht sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Kombination von Linsenelementen und Bildelementen ein Betrachten eines stereoskopischen, multiskopischen, verschachtelten, moire-vergrößerten oder integralen Bildes ermöglicht.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere der ersten und zweiten Bildelemente durch Drucken gebildet sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mehreren Bildelemente durch Prägen geformt sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildelemente mit einer transparenten Materialschicht beschichtet sind, die einen von den Bildelementen verschiedenen Brechungsindex aufweist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildelemente als Folie aufgebracht sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche Fehler! Verweisquelle nicht gefunden. bis 17, wobei die mehreren Bildelemente innerhalb der Schärfentiefe der Linsenelemente liegen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die mehreren Bildelemente auf jeder Seite des Substrats in einer einzigen Bildebene liegen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der Linsenelemente und Bildelemente mit farbiger Druckfarbe überdruckt sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche Fehler! Verweisquelle nicht gefunden. bis 20, wobei das Rastermaß der Linsenelemente auf jeder Seite und die Orientierung der Linsenelemente auf der einen Seite relativ zu den Linsenelementen auf der anderen Seite so ausgewählt sind, dass entweder a. auf jeder Seite ein moire-vergrößertes Bild des Linsenelements größer ist als das durch optische Effekte erzeugte Bild oder b. ein moire-vergrößertes Bild des Linsenelements kleiner ist als das, was mit bloßem Auge zu erkennen ist.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das moire-vergrößerte Bild der Linsenelemente kleiner als 0,1 mm ist.
Sicherheitsvorrichtung mit eingearbeiteter mikrooptischer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Sicherheitsdokument mit eingearbeiteter mikrooptischer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30.