DE112018003109T5

DE112018003109T5 - Mikrooptische Vorrichtung zum Projizieren von mehrkanaligen projizierten Bilddarstellungen

Info

Publication number: DE112018003109T5
Application number: DE112018003109.8T
Authority: DE
Inventors: Karlo Ivan Jolic
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-03-26
Also published as: GB2577449A; AU2017100907B4; FR3068294B1; AU2017100907A4; AU2018295788B2; WO2019006497A1; AU2018295788A1; GB201918887D0; US11046105B2; US20200130398A1; FR3068294A1; GB2577449B

Abstract

Mikrooptische Vorrichtung enthaltend: ein Substrat; eine Vielzahl von Bildelementen in einer Bildebene; und eine Vielzahl von Fokussierelementen, wobei jedes Fokussierelement Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene fokussiert und jeden Abschnitt eines Bildelements, das in den Fokuspunkt fällt, vergrößert, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln projiziert wird, wobei der Fokuspunkt eine geringere Erstreckung als das Bildelement aufweist, wobei jedes Bildelement ein Bildunterelement beinhaltet, das einen anderen wahrnehmbaren Helligkeitspegel zu einem anderen Ort des Bildelements aufweist, wobei die Helligkeit von jedem projizierten Bildpixel von dem Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts abhängt, und wobei jedes Bildunterelement ein oder mehrere Attribute in der Bildebene aufweist, sodass aus einem gegebenen Blickwinkel die Helligkeit jedes projizierten Bildpixels von jedem Attribut jedes Bildunterelements abhängt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mikrooptische Vorrichtung zur Verwendung in einem mikrooptischen Bilddarstellungssystem. Ausführungsformen der Erfindung können als Sicherheitsvorrichtung für Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Personalausweise und dergleichen verwendet werden, und es wird zweckmäßig sein, die Erfindung in Bezug auf diese exemplarische, nicht beschränkende Anwendung zu beschreiben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass viele Banknoten der Welt sowie andere Sicherheitsdokumente Sicherheitsvorrichtungen tragen, die optische Effekte erzeugen, die eine visuelle Authentifizierung der Banknote ermöglichen. Einige dieser Sicherheitsvorrichtungen beinhalten Fokussierelemente, wie z. B. Mikrolinsen, die zum Abtasten und Vergrößern von Bildelementen dienen, und Bilddarstellungen projizieren, die für einen Benutzer zu Authentifizierungszwecken sichtbar sind.
Konventionelle mehrkanalige, optisch variable Bilddarstellungen, die durch auf Mikrolinsen basierten Sicherheitsmerkmale erzeugt werden, können durch Anwenden von Mikrobildelementen unter einer eindimensionalen (1D) Anordnung von mikrolinsenförmigen Linsen, normalerweise in ihrer Brennebene oder im Wesentlichen in deren Nähe, erreicht werden. Das herkömmliche Szenario besteht darin, dass die Linsenbreite grob ein ganzzahliges Vielfaches der minimalen Breite eines Bildelements ist, was bedeutet, dass die maximale Anzahl von möglichen Bildkanälen gleich der Breite von jedem Mikro-Lenslet geteilt durch die minimale Breite von jedem Mikrobildelement ist. Wenn beispielsweise die Mikro-Lensiets jeweils 50 Mikrometer breit sind und die minimale Größe des Bildelements 25 Mikrometer ist, bedeutet dies, dass mit diesem Verfahren nur 2 Bildkanäle erzeugt werden können (50/25 = 2).
Ein Nachteil des vorstehend genannten konventionellen Ansatzes ist, dass die maximale Anzahl an Bildkanälen durch das Verhältnis der Linsenbreite zur Breite der minimalen Bildelementgröße begrenzt ist. Das Problem ist, je geringer die Anzahl an Bildkanälen es gibt, desto einfacher ist es, das Sicherheitsmerkmal zu kopieren oder durch einen Fälscher simuliert zu werden.
Das Problem, dass nur eine begrenzte Anzahl von Bildkanälen verfügbar ist, wurde in der Vergangenheit dadurch gelöst, indem jedes Bildelement in Bezug auf den Scheitelpunkt der entsprechenden Linse versetzt wird, um die Anzahl von Bildkanälen zu erhöhen. Der Bildinhalt, der dem Benutzer projiziert wird, hängt von dem Blickwinkel des Benutzers und den für die Bildelemente verwendeten Versatzabständen ab. Die Anzahl der eindeutigen Bildkanäle entspricht der Anzahl der verfügbaren eindeutigen Versatzabstände; letzteres ist durch die Adressierbarkeit der Entstehungsmethode definiert, die für die Herstellung der Bilddarstellungsfertigungsmittel verwendet wird. Die maximale Anzahl der Versatzabstände / Bilddarstellungskanäle, die erzeugt werden können, entspricht der Breite von jedem Lenslet geteilt durch die Adressierbarkeit (d. h. minimale Schrittweite) der Entstehungsmethode, die zur Herstellung der Bilddarstellungsfertigungsmittel verwendet wird. Wenn beispielsweise die Linsenbreite 50 Mikrometer und die minimale Schrittweite der Entstehungsmethode 5 Mikrometer ist, bedeutet dies, dass 50/5 = 10 Bildkanäle (maximal) erstellt werden können. Dies erhöht die Kopiersicherheit des Sicherheitsmerkmals. Weitere Details dazu, wie dies funktioniert, sind in dem Patent „Multichannel optically variable images“ (W02012024718) enthalten.
Der obige „Offset“-Ansatz ist besonders nützlich, wenn die Bildelemente im Vergleich zu den Linsen nicht sehr klein sind; dies ist der Fall, wenn die Mikrolinsen für Banknoten sind und die Bilddarstellung mit Standarddruckverfahren, wie z. B. Tiefdruck, Flexodruck oder Offset gedruckt werden sollen. Wenn beispielsweise die minimale Größe der Bildelemente etwa 50 % der Breite von jedem Lenslet ist, würde der konventionelle Bilddarstellung-Designansatz nur 2 Bildkanäle ergeben, während das „Offset“-Verfahren 10 Bildkanäle ergeben würde (unter Annahme von Lenslets mit 50 Mikrometern und einer Entstehungsadressierbarkeit von 5 Mikrometern). Das Offsetverfahren ist daher besonders vorteilhaft, wenn die Bildelemente durch Drucken angewendet werden (z. B. durch Tiefdruck), und wenn die Mikrolinsen Teil eines Sicherheitsdokuments, wie z. B. einer Banknote sind (denn in diesem Szenario sind die Bildelemente im Vergleich zu den Mikrolinsen nicht sehr klein).
Eine Einschränkung des „Offset“-Mehrkanalverfahrens besteht jedoch darin, dass sie nur auf Bilddarstellungsdesigns angewendet werden kann, die für linsenförmige Linsenanordnungen entwickelt wurden, d. h. für 1-D-Anordnungen von zylindrischen oder elliptischen Linsen. Dies verursacht ein Problem, weil wenn die Sicherheitsvorrichtung um eine Achse geneigt ist, die senkrecht zu den Achsen der Mikrolinsen ist, ändert sich das dem Benutzer projizierte Bild nicht. Dies ist von Nachteil, weil es den Authentifizierungsprozess schwierig macht.
Wenn die linsenförmige Vorrichtung beispielsweise mehrere Bildkanäle aufweist und die Banknote so gehalten wird, dass die Linsen senkrecht zu dem Benutzer ausgerichtet sind (und senkrecht zur Sichtlinie des Benutzers), und der Benutzer die Banknote dann um eine horizontale Achse neigt (d. h. zu und von weg von sich - um sie zu authentifizieren), ändert sich das dem Benutzer projizierte Bild nicht, und er kann fälschlicherweise schlussfolgern, dass die Sicherheitsvorrichtung nicht echt ist.
Dieses Szenario tritt häufig auf, da der Benutzer die Banknote normalerweise in Querformat hält und er dann natürlich dazu neigt, sie zu sich hin oder weg zu neigen, um die Authentifizierung vorzunehmen. Wenn die horizontal ausgerichtete Banknote eine mehrkanalige linsenförmige Bildsicherheitsmerkmal mit vertikal ausgerichteten Linsen darauf aufweist, würde sich das Bild, das dem Benutzer beim Neigen projiziert wird, nicht ändern, was den Benutzer möglicherweise zu dem Schluss kommen lässt, dass die Banknote nicht echt ist.
Es wäre daher wünschenswert, eine mehrkanalige mikrooptische Vorrichtung bereitzustellen, die dem Benutzer beim Neigen der Banknote um die vertikale Achse oder die horizontale Achse oder um eine andere Zwischenachse ein optisch variables Bild projiziert und somit eine einfachere Authentifizierung ermöglicht.
Es wäre auch wünschenswert, eine mehrkanalige mikrooptische Vorrichtung bereitzustellen, die einfach und/oder kostengünstig hergestellt werden kann und in einigen Ausführungsformen mittels Standarddruckverfahren, wie z. B. Tiefdruck, Flexodruck oder Offsetdruck gedruckt werden kann.
Es wäre auch wünschenswert, eine mikrooptische Vorrichtung bereitzustellen, die Fokussierelemente und entsprechende Bildelemente beinhaltet, die einen oder mehrere Nachteile oder Unannehmlichkeiten bekannter mikrooptischer Vorrichtungen verbessert oder überwindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung stellt eine mikrooptische Vorrichtung zum Projizieren eines Bilds bereit, die Vorrichtung umfassend: ein Substrat; eine Vielzahl von Bildelementen in einer Bildebene; und eine Vielzahl von Fokussierelementen, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, wobei jedes Fokussierelement Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene fokussiert und jeden Abschnitt eines Bildelements, das in den Fokuspunkt fällt, vergrößert, um dadurch ein projiziertes Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einer Vielzahl von Betrachtungswinkeln projiziert wird, wobei der Fokuspunkt eine kleinere Erstreckung als das Bildelement aufweist, wobei jedes Bildelement ein Bildunterelement beinhaltet, das von anderswo in dem Bildelement erkennbar ist, wobei die Helligkeit von jedem projizierten Bildpixel von dem Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts abhängt, wobei jedes Bildunterelement ein oder mehrere Attribute in der Bildebene aufweist und das oder jedes Attribut einer vordefinierten Helligkeit in einem spezifischen Blickwinkel entspricht, sodass die projizierten Bildpixel zusammen das Bild projizieren, und die Helligkeit des projizierten Bildpixels in anderen Blickwinkeln in einem definierten Verhältnis gemäß dem oder jedem Attribut variiert, und wobei Bildpixel, die in einem spezifischen Blickwinkel eine gleiche Helligkeit aufweisen, durch Bildelemente erzeugt werden, die Unterelemente mit identischen Attributen aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ändert sich der Anteil des Bildunterelements, der in den Fokuspunkt fällt, bei Betrachtung aus verschiedenen Blickwinkeln.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das erste Attribut von jedem Bildunterelement eine Funktion eines Grauwerts einer Stelle, die diesem Bildunterelement in einem ersten Graustufenbild entspricht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das zweite Attribut von jedem Bildunterelement eine Funktion eines Grauwerts einer Stelle, die diesem Bildunterelement in einem zweiten Graustufenbild entspricht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhalten das eine oder die mehreren Attribute der Bildunterelemente eines oder mehrere von Winkelausrichtung, Form, Länge, Stärke und Fläche.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist jedes Bildunterelement eine Form auf, und wobei eines der Attribute die Winkelausrichtung der Form ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen hat jedes Bildunterelement die gleiche Form.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist jedes Bildunterelement eine Halbscheibe, die die Hälfte eines Bildelements einnimmt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen erzeugt die Vorrichtung bei Betrachtung aus den verschiedenen Blickwinkeln einen Kontraständerungseffekt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist jedes Bildunterelement eine Form auf, und wobei eines der Attribute die Fläche der Form ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen erzeugt die Vorrichtung bei Betrachtung aus den verschiedenen Blickwinkeln einen entschwindenden Bildeffekt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen befinden sich die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats.
In einer oder mehreren Ausführungsformen befinden sich die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen auf einer ersten Seite des Substrats, wobei die mikrooptische Vorrichtung ferner eine Schicht aus reflektierendem Material beinhaltet, um Licht von den Fokussierelementen auf die Bildelementen zu richten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind eine erste Gruppe der Fokussierelemente und eine erste Gruppe der Bildelemente in eine erste Einheitsstruktur auf einer ersten Seite des Substrats integriert.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind eine zweite Gruppe der Fokussierelemente und eine zweite Gruppe der Bildelemente in eine zweite Einheitsstruktur auf einer zweiten Seite des Substrats integriert, und wobei die erste Gruppe der Fokussierelemente bewirkt, dass die zweite Gruppe der Bildelemente vergrößert wird.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildunterelemente durch eine von Tiefdruck-, Flexodruck- und Offsetdrucktechnik gebildet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildunterelemente durch Prägen oder eine andere mikrostrukturbildende Technik gebildet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bildunterelemente vertieft oder stehen von den umgebenden Oberflächen hervor.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhalten die Bildunterelemente eines oder mehrere von Rasterungen, Mikrotexturen mit hoher Rauigkeit und strukturierte Mikrostrukturen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die Bildunterelemente eine Oberfläche auf, die schräg in Bezug auf die Ebene der umgebenden Oberflächen ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen bilden die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen jeweils eine zweidimensionale Anordnung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt eine Sicherheitsvorrichtung bereit, die eine mikrooptische Vorrichtung beinhaltet, wie sie hierin oben beschrieben ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Sicherheitsdokument bereit, das eine Sicherheitsvorrichtung beinhaltet, wie sie hierin oben beschrieben ist.
Definitionen
Sicherheitsdokument oder Sicherheits-Token
Wie sie hierin verwendet werden, umfassen die Begriffe Sicherheitsdokumente und Sicherheits-Token alle Arten von Dokumenten und Token von Wert- und Identifizierungsdokumenten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folgendes: Währungsgegenstände, wie z. B. Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Personalausweise, Wertpapiere und Aktienzertifikate, Führerscheine, Besitzurkunden, Reisedokumente, wie z. B. Flug- und Bahntickets, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden, sowie Studienbücher.
Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, anwendbar auf Sicherheitsvorrichtungen, um Gegenstände, Dokumente oder Token, wie z. B. Banknoten, oder Identifizierungsdokumente, wie z. B. Personalausweise oder Reisepässe, die aus einem Substrat gebildet sind, auf das eine oder mehrere Druckschichten angewendet werden.
Im weiteren Sinne ist die Erfindung anwendbar auf eine mikrooptische Vorrichtung, die in verschiedenen Ausführungsformen für eine optische Aufwertung von Kleidung, Hautprodukten, Dokumenten, Druckerzeugnissen, hergestellten Gütern, Vermarktungssystemen, Verpackungen, Werbeflächen am Verkaufspunkt, Veröffentlichungen, Werbevorrichtungen, Sportartikeln, Sicherheitsdokumenten und Token, Finanzdokumenten und Transaktionskarten und anderen Waren geeignet ist.
Sicherheitsvorrichtung oder Sicherheitsmerkmal
Wie er hierin verwendet wird, beinhaltet der Begriff Sicherheitsvorrichtung oder Sicherheitsmerkmal eines von einer großen Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen, Sicherheitselementen oder Sicherheitsmerkmalen, die darauf abzielen, Sicherheitsdokumente oder Sicherheits-Token vor Fälschung, Kopieren, Veränderung oder Manipulation zu schützen. Sicherheitsvorrichtungen oder Sicherheitsmerkmale können in oder auf dem Substrat des Sicherheitsdokuments oder in oder auf einer oder mehreren auf das Basissubstrat angewendeten Schichten bereitgestellt sein und können eine Vielzahl von Formen annehmen, wie z. B. Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingebettet sind; Sicherheitsdruckfarben, wie z. B. fluoreszierende, lumineszierende oder phosphoreszierende Farben, metallische Farben, irisierende Farben, photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Farben; gedruckte oder geprägte Merkmale einschließlich Freisetzungsstrukturen; Interferenzschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und linsenförmige Strukturen; optisch variable Vorrichtungen (optically variable devices, OVDs), wie z. B. diffraktive Vorrichtungen mit Beugungsgradienten, Hologrammen und diffraktiven optischen Elementen (diffractive optical elements, DOEs).
Substrat
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff Substrat auf das Grundmaterial, aus dem das Sicherheitsdokument oder Sicherheits-Token gebildet ist. Das Grundmaterial kann Papier oder andere faserige Materialien sein, wie z. B. Cellulose, ein Kunststoff- oder Polymermaterial, das unter anderem Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), biaxial ausgerichtetes Polypropylen (BOPP) oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie z. B. ein Laminat aus Papier und mindestens einem Kunststoff, oder aus zwei oder mehreren polymeren Materialien beinhaltet.
Transparente Fenster und Halbfenster
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff Fenster auf einen transparenten oder lichtdurchlässigen Bereich in dem Sicherheitsdokument im Vergleich zu dem opaken Bereich, der bedruckt wird. Das Fenster kann vollständig transparent sein, um die Übertragung von Licht im Wesentlichen unbeeinflusst zu ermöglichen, oder es kann teilweise transparent oder lichtdurchlässig sein, was die Übertragung von Licht teilweise ermöglicht, aber ohne dass Objekte durch die Fensterfläche deutlich sichtbar sind.
Ein Fensterbereich kann in einem polymeren Sicherheitsdokument gebildet sein, das mindestens eine Schicht aus transparentem Polymermaterial und eine oder mehrere Trübungsschichten aufweist, die auf mindestens eine Seite eines transparenten Polymersubstrats aufgebracht sind, indem mindestens eine Trübungsschicht in dem den Fensterbereich bildenden Bereich weggelassen wird. Wenn Trübungsschichten auf beide Seiten eines transparenten Substrats angewendet werden, kann durch Weglassen der trübenden Schichten auf beiden Seiten des transparenten Substrats in dem Fensterbereich ein vollständig transparentes Fenster gebildet werden.
Ein teilweise transparenter oder lichtdurchlässiger Bereich, der hierin nachstehend als „Halbfenster“ bezeichnet wird, kann in einem polymeren Sicherheitsdokument gebildet sein, das auf beiden Seiten Trübungsschichten aufweist, indem die Trübungsschichten auf nur einer Seite des Sicherheitsdokuments in dem Fensterbereich weggelassen werden, sodass ein „Halbfenster“ nicht vollständig transparent ist, sondern Sonnenlicht durchlässt, ohne dass Objekte durch das Halbfenster klar sichtbar sind.
Alternativ ist es möglich, dass die Substrate aus einem im Wesentlichen opaken Material, wie z. B. Papier oder Fasermaterial, mit einem Einsatz aus transparentem Kunststoffmaterial gebildet sind, der in einen Ausschnitt eingesetzt oder in dem Papier- oder Fasersubstrat ausgespart ist, um ein transparentes Fenster oder einen lichtdurchlässigen Halbfensterbereich zu bilden.
Trübungsschichten
Eine oder mehrere Trübungsschichten können auf ein transparentes Substrat angewendet werden, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Eine Trübungsschicht ist so aufgebaut, dass L_T<L₀ ist, wobei L₀ die Menge des auf das Dokument einfallenden Lichts ist, und L_T die Menge des durch das Dokument übertragenen Lichts ist. Eine Trübungsschicht kann eine oder mehrere von einer Vielzahl von trübenden Beschichtungen umfassen. Beispielsweise können die trübenden Beschichtungen ein Pigment, wie z. B. Titandioxid, umfassen, das in einem Bindemittel oder Träger aus hitzeaktiviertem, vernetzbaren Polymermaterial dispergiert ist. Alternativ könnte ein Substrat aus transparentem Kunststoffmaterial zwischen trübenden Papierschichten oder anderen teilweise oder im Wesentlichen undurchsichtigen Materialien eingelegt sein, auf das anschließend Zeichen gedruckt oder anderweitig angewendet werden können.
Fokussierelemente
Ein oder mehrere Fokussierelemente können auf das Substrat der Sicherheitsvorrichtung angewendet werden. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Fokussierelement“ auf Vorrichtungen, die Licht auf einen realen oder imaginären Brennpunkt fokussieren, von diesem ablenken oder konstruktiv interferieren. Fokussierelemente beinhalten refraktive Linsen, die einfallendes Licht auf einen realen Fokuspunkt in einer realen Fokusebene oder auf einen virtuellen Fokuspunkt in einer virtuellen Fokusebene fokussieren und auch Licht, das von jedem Punkt in der Fokusebene gestreut wird, in eine bestimmte Richtung kollimieren. Fokussierelemente beinhalten auch konvex reflektierende Elemente, die einen virtuellen Fokuspunkt aufweisen, bei dem das einfallende, im Wesentlichen kollimierte Licht von diesem einzelnen virtuellen Fokuspunkt zu divergieren scheint. Fokussierelemente beinhalten auch transmissive oder reflektierende diffraktive Linsen, Zonenplatten und dergleichen, die bewirken, dass das transmittierte oder reflektierte gebeugte Licht an einem gewünschten realen oder virtuellen Fokuspunkt konstruktiv interferiert wird.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:

1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Inline-Fertigung eines Teils eines Sicherheitsdokuments ist;
2 eine Ausschnitt-Seitenansicht des teilweise hergestellten Sicherheitsdokuments ist, das durch die Vorrichtung von 1 hergestellt wird;
3 ein exemplarisches Graustufen-Eingangsbild ist;
4 eine Anordnung von Bildunterelementen ist, die der vergrößerten Ansicht eines Teils des Eingangsbilds von 3 entspricht;
5 bis 7 eine Reihe von Winkelausrichtungen von Bildunterelementen des in 4 gezeigten Typs darstellen;
8 ein Bild eines Teils einer mikrooptischen Vorrichtung ist, einschließlich einer Anordnung von Fokussierelementen, die eine Anordnung von Bildelementen überlagern, um ein Bild entsprechend dem in 3 gezeigten Eingangsbild zu projizieren;
9 bis 12 vier verschiedene Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung zeigen;
13 ein weiteres Beispiel für Bildunterelemente zur Verwendung in einer mikrooptischen Vorrichtung ist;
14 ein weiteres exemplarisches Graustufen-Eingangsbild ist; und
15 eine Anordnung von Bildunterelementen ist, die beide von den in 3 und 14 dargestellten Ziel-Graustufen-Eingangsbildern kodieren.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine exemplarische Vorrichtung 10 zur Inline-Fertigung eines Teils eines exemplarischen Dokuments 12, das in 2 dargestellt ist. Eine kontinuierliche Bahn 14 aus lichtdurchlässigem oder transparentem Material, wie z. B. Polypropylen oder PET wird an einer ersten Verarbeitungsstation 16, die eine Walzenanordnung beinhaltet, einem haftvermittelnden Prozess unterzogen. Geeignete haftungsfördernde Verfahren sind Flammenbehandlung, Koronaentladungsbehandlung, Plasmabehandlung oder ähnliches.
Eine haftvermittelnde Schicht wird an einer zweiten Bearbeitungsstation 18 mit einer Walzenanordnung aufgebracht. Eine geeignete haftvermittelnde Schicht ist eine Schicht, die speziell zum Fördern der Haftung von UV-härtbaren Beschichtungen auf Polymeroberflächen angepasst ist. Die haftvermittelnde Schicht kann eine UV-Härtungsschicht, eine lösungsmittelbasierte Schicht, eine wasserbasierte Schicht oder eine beliebige Kombination davon aufweisen.
An einer dritten Bearbeitungsstation 20, die auch eine Walzenanordnung beinhaltet, wird die strahlungsempfindliche Beschichtung auf die Oberfläche der haftvermittelnden Schicht aufgebracht. Die strahlungsempfindliche Beschichtung kann mittels Flexodruck-, Tiefdruck- oder Siebdruckverfahren und Variationen davon, unter anderen Druckverfahren, aufgebracht werden.
Die strahlungsempfindliche Beschichtung wird nur auf einen Sicherheitselementbereich auf einer ersten Oberfläche der Bahn aufgebracht, wo eine Anordnung von Linsenelementen positioniert werden soll. Der Bereich der Sicherheitselemente kann die Form eines Streifens, eines separaten Patchs in Form einer einfachen geometrischen Form oder in Form eines komplexeren grafischen Designs annehmen.
Während die strahlungsempfindliche Beschichtung noch, zumindest teilweise, flüssig ist, wird sie an einer vierten Bearbeitungsstation 22 verarbeitet, um die Anordnung von Linsenelementen zu bilden. In einer Ausführungsform beinhaltet die Verarbeitungsstation 22 eine Prägewalze 24 zum Prägen einer Sicherheitselementstruktur in die strahlungsempfindliche Beschichtung. Die zylindrische Prägefläche 26 weist Oberflächenrelief-Formationen auf, die der Form der zu bildenden Struktur entsprechen. In einer Ausführungsform können die Oberflächenrelief-Formationen die Anordnung von Linsenelementen und die Anordnung der Bildelemente in Maschinenrichtung, quer zur Maschinenrichtung oder in mehreren Richtungen in einem Winkel zur Maschinenrichtung ausrichten. Die Vorrichtung 10 kann Mikrolinsen und Mikrobilddarstellungselemente in einer Vielzahl von Formen bilden.
Die zylindrische Prägefläche 26 der Prägewalze 24 kann ein sich wiederholendes Muster von Oberflächenrelief-Formationen aufweisen, oder die Reliefstruktur-Formationen können auf individuelle Formen lokalisiert sein, die der Form des Bereichs der Sicherheitselemente auf der Bahn entsprechen. Die Prägewalze 24 kann die Oberflächenrelief-Formationen aufweisen, die durch einen Diamantstift mit entsprechendem Querschnitt oder durch direkte Lasergravur oder chemisches Ätzen gebildet sind, oder die Oberflächenrelief-Formationen können durch mindestens eine Prägelage 28 auf der Prägewalze 24 bereitgestellt sein. Die Prägelage kann mit Klebeband, Magnetband, Klemmen oder anderen geeigneten Montagetechniken befestigt sein.
Die UV-härtende Farbe auf der Bahn wird durch eine UV-Walze 30 an der Verarbeitungsstation 22 in engen Kontakt mit der zylindrischen Prägefläche 26 der Prägewalze 24 gebracht, sodass die flüssige UV-härtende Farbe in die Oberflächenrelief-Formationen der zylindrischen Prägefläche 26 fließt. In diesem Stadium wird die UV-härtende Farbe UV-Strahlung ausgesetzt, z. B. durch Übertragung durch die Bahn.
Mit der auf die Bahn aufgebrachten Sicherheitselementstruktur werden an einer stromabwärtigen Verarbeitungsstation, die weitere Walzenbaugruppen 32 und 34 beinhaltet, eine oder mehrere zusätzliche Schichten aufgebracht. Die zusätzlichen Schichten können klare oder pigmentierte Beschichtungen sein und als teilweise Beschichtung, als zusammenhängende Beschichtung oder unter Aufnahme beider aufgebracht werden. In einem bevorzugten Verfahren sind die zusätzlichen Schichten Trübungsschichten, die auf eine oder beide Oberflächen der Bahn aufgebracht werden, mit Ausnahme des Bereichs der Sicherheitselementstruktur.
2 zeigt ein teilweise hergestelltes Dokument 12, einschließlich einer mikrooptischen Vorrichtung 40, die eine Anordnung von Fokussierelementen und eine Anordnung von Bildelementen aufweist, die in diesem Beispiel auf gegenüberliegenden Seiten des transparenten oder teilweise transparenten Substrats 42 gebildet sind. Das Substrat ist ein polymeres Material, vorzugsweise ein axial ausgerichtetes Polypropylen (BOPP) mit einer ersten Oberfläche 44 und einer zweiten Oberfläche 46.
Trübungsschichten 48 werden auf die erste Oberfläche 44 aufgebracht, außer in einem Fensterbereich 50, wo die Fokussierelemente der mikrooptischen Vorrichtung 40 auf die erste Oberfläche 44 aufgebracht werden. Trübungsschichten 52 werden auf die zweite Oberfläche 46 aufgebracht, außer in einem Fensterbereich 54. Der Fensterbereich 54 stimmt im Wesentlichen mit dem Fensterbereich 50 überein. Auf die zweite Oberfläche 46 wird in dem Fensterbereich 54 eine bedruckte Schicht aufgebracht, um die Bildelemente der mikrooptischen Vorrichtung 40 zu bilden.
3 zeigt ein exemplarisches 8-Bit-Grauwert-Graustufen-Eingangsbild 60 und eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts 62 dieses Eingangsbilds. Die mikrooptische Vorrichtung 40 dient dazu, einem Benutzer eine transformierte Version des Eingangsbilds in einem oder mehreren Blickwinkeln zu projizieren. Dieses spezielle Beispielbild hat 12 separate Grauwerte, die von 0 bis 229 Graueinheiten reichen. Die exemplarischen Bildzonen 64 bis 74 haben unterschiedliche Grauwerte.
4 zeigt eine Anordnung 80 von Halbscheibenformen, die der vergrößerten Ansicht eines Abschnitts 62 des Eingangsbilds entspricht. Die Halbscheibenformen sind in Gruppen mit jeweils einer gemeinsamen Winkelausrichtung angeordnet. Repräsentative Halbscheibengruppen 82 bis 92 entsprechen jeweils den in 3 dargestellten Bildbereichen 64 bis 74. Die Winkelausrichtung der Halbscheiben in jeder Gruppe ist eine Funktion des Grauwerts der entsprechenden Bildfläche. Aus 3 und 4 geht hervor, dass die Winkelausrichtung jeder Halbscheibe mit zunehmendem Eingangsgrauwert (d. h. mit zunehmender Helligkeit des Eingangsbilds) im Uhrzeigersinn zunimmt.
5 stellt fünf exemplarische Halbscheiben 100 bis 108 mit unterschiedlichen Winkelausrichtungen voneinander dar. Die gerade Kante der Halbscheibe 100 weist eine Winkelausrichtung von 0 Grad entsprechend einem Grauwert von 0 auf, die gerade Kante der Halbscheibe 102 weist eine Winkelausrichtung von 45 Grad entsprechend einem Grauwert von 32 auf, die gerade Kante der Halbscheibe 104 weist eine Winkelausrichtung von 135 Grad entsprechend einem Grauwert von 96 auf, die gerade Kante der Halbscheibe 106 weist eine Winkelausrichtung von 225 Grad entsprechend einem Grauwert von 159 auf und die gerade Kante der Halbscheibe 108 weist eine Winkelausrichtung von 315 Grad entsprechend einem Grauwert von 223 auf.
Jede Halbscheibe 100 bis 108 fungiert als Bildunterelement jeweils innerhalb eines größeren imaginären Bildelements 110 bis 118. In dieser Ausführungsform weisen die Bildelemente 110 bis 118 eine Vollscheibenform auf. Jede Halbscheibe 100 bis 108 ist als schwarz dargestellt - völlig lichtundurchlässig und nicht reflektierend - während der Rest von jedem größeren Bildelements 110 bis 118 als weiß dargestellt ist - maximal reflektierend.
In der Verwendung fokussiert jedes Fokussierelement Licht auf einen Fokuspunkt auf einer Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements, der in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln projiziert wird. 6 stellt drei Bildelemente 120 bis 124 dar, die jeweils die gleichen Abmessungen wie die Fokussierelemente 126 bis 130 aufweisen und mit diesen überlagert sind.
Alle realen Objektive fokussieren Lichtstrahlen nicht perfekt, und selbst bei bester Fokussierung hat ein „Fokuspunkt“ die Form eines Flecks und nicht die eines Punkts. Alle Fokuspunkte haben daher eine Breite oder Erstreckung in einer Bildebene. Die Fokussierelemente 126 bis 130 sind jedoch konfiguriert, um einen für diese Erfindung geeigneten Fokuspunkt aufzuweisen, der normalerweise größer ist, als wenn er „den besten Fokus“ bereitstellen sollte.
In diesem Beispiel sind die Rasterachsen der Fokussierelemente und Bildelemente parallel zueinander und haben null relativen Versatz in der Bildebene, und die Fokuspunktbreite des Fokussierelements ist etwa gleich der Hälfte der Bildelementbreite, und der Blickwinkel des Benutzers ist derart, dass sich die Fokuspunktbreite in der oberen Hälfte der Bildebene für jede Mikrolinse befindet. Dementsprechend ist die mikrooptische Vorrichtung konfiguriert, sodass die Fokuspunkte der Fokussierelemente 126 bis 130 eine kleinere Erstreckung aufweisen als die Bildelemente 120 bis 124.
In dem in 6 gezeigten nicht beschränkenden Beispiel ist die Fokuspunktbreite etwa die Hälfte der Breite des Bildelements.
Die Helligkeit von jedem projizierten Bildpixel ist abhängig vom Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts. Wie in 6 zu sehen ist, kann das projizierte Bildpixel unter identischen Betrachtungsbedingungen, bei denen der Fokuspunkt in die obere Hälfte des Bildelements fällt, abhängig von der Winkelausrichtung der Halbscheibe innerhalb des entsprechenden Bildelements von einem zu 100 % projizierten Grauwert bis zu einem Grauwert von 0 % variieren.
Außerdem ändert sich der Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts, wenn die mikrooptische Vorrichtung aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet wird, sodass ein Benutzer vielfache Bildkanäle beobachten kann. 7 zeigt zwei Fokussierelemente 140 und 142 in der jeweils gleichen Größe wie die Bildelemente 144 und 146. Die gerade Kante des Halbscheiben-Unterbildelements 148 des Bildelements 144 weist eine Winkelausrichtung von null Grad auf, während die gerade Kante des Halbscheiben-Unterbildelements 150 des Bildelements 146 eine Winkelausrichtung von 270 Grad aufweist.
Eine Drehung eines Dokuments, das die mikrooptische Vorrichtung trägt, ändert den Blickwinkel eines Benutzers. Eine Drehung eines Dokuments, das die mikrooptische Vorrichtung trägt, um eine horizontale Schwenkachse bewirkt, dass sich der Fokuspunkt des Fokussierelementes 140 zwischen gegenüberliegenden Begrenzungen des Bildelements 144 bewegt, was bewirkt, dass das projizierte Bildpixel von einem projizierten Grauwert von 100 % bis zu einem Grauwert von 0 % variiert. Auf ähnliche Weise bewirkt eine Drehung eines Dokuments, das die mikrooptische Vorrichtung trägt, um eine vertikale Schwenkachse, dass sich der Fokuspunkt des Fokussierelementes 142 zwischen gegenüberliegenden Grenzen des Bildelements 146 bewegt, was auch bewirkt, dass das projizierte Bildpixel von einem projizierten Grauwert von 100 % bis zu einem Grauwert von 0 % variiert.
7 zeigt auch, wie eine Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Winkelausrichtungen für die Halbscheiben, wobei die Differenz zwischen den zwei Winkeln in einem nicht ganzzahligen Vielfachen von 180 Grad, gewährleistet, dass dem Benutzer bei Neigen der Vorrichtung ein optisch variables Bild projiziert wird, unabhängig von der Ausrichtung der verwendeten Neigungsachse. Die Halbscheibe 148 kann ein optisch variables Bild erzeugen, indem sie um eine beliebige Achse außer der vertikalen Achse geneigt wird, während die Halbscheibe 150 ein optisch variables Bild erzeugen kann, indem sie um eine beliebige Achse außer der horizontalen Achse geneigt wird. Ein Design, das Halbscheiben mit beiden Winkeln beinhaltet, bedeutet, dass die Authentifizierung durch Neigen um eine beliebige Achse ausgeführt werden kann.
8 ist ein Bild 162 einer zweidimensionalen sechskantigen Anordnung von Fokussierelementen (mit einer sechskantigen Teilung von 64 Mikrometern) auf einem 90 Mikrometer starken Polymersubstrat, das auf einer zweidimensionalen sechskantigen Anordnung von Bildelementen, einschließlich Halbscheiben-Unterbildelemente, aufgebracht ist und einen Abschnitt 162 des Eingabebilds 60 bildet. Die Fokussierelemente und Bildelemente sind ausgerichtet, sodass die sechseckigen Achsen der Fokussierelemente und Bildelemente parallel zueinander sind. Jedes Fokussierelement erzeugt ein Bildpixel, das dem Benutzer projiziert wird, indem es sich auf die darunterliegende Bildschicht fokussiert, und durch Vergrößern von jedem Abschnitt eines Bildelements, der in die Fokuspunktbreite des Fokussierelementes fällt.
Die Helligkeit des Bildpixels, das dem Benutzer projiziert wird, hängt von (i) dem Blickwinkel des Benutzers und (ii) der Winkelausrichtung der Halbscheibe; und (iii) dem Versatz (in der Bildebene) der sechskantigen Gitterachsen des Fokussierelement-Arrays in Bezug auf die sechskantigen Gitterachsen des Halbscheiben-Arrays ab. In 8 befinden sich einige Bereiche der Fokussierelementanordnung derart, dass ihre Linsenfokuspunkte innerhalb der kreisförmigen Halbscheiben liegen (somit dunkle Bildpixel projizieren, d. h. projizierte Helligkeit = 0 %), während andere Bereiche der Mikrolinsenanordnung angeordnet sind, sodass ihre Linsenfokuspunkte außerhalb der kreisförmigen Halbscheiben liegen (somit helle Bildpixel projizieren, d. h. projizierte Helligkeit = 100 %).
Es ist zu verstehen, dass die vorherigen Ausführungsformen nur exemplarisch sind und dass Variationen an diesen Ausführungsformen das Folgende beinhalten:

a) jedes Bildelement kann ein Bildunterelement beinhalten, das einen anderen erkennbaren Helligkeitsgrad als an anderer Stelle in dem Bildelement aufweist, und dass Schwarz und Weiß nur zwei solcher verschiedener erkennbarer Helligkeitswerte sind
b) die Bildunterelemente können andere Formen als eine Halbscheibe aufweisen
c) während die Formen der Bildunterelemente am geeignetsten identisch sind, muss dies nicht immer der Fall sein
d) das Unterbildelement kann die Hälfte des Bildelements oder einen anderen Abschnitt einnehmen
e) die Fokuspunktbreite kann die Hälfte der Bildelementbreite sein, sie kann aber auch ein anderer Wert sein.

Außerdem können neben der Variation der Winkelausrichtung gemäß einem Eingangsgraustufenbild auch ein oder mehrere andere Attribute der Bildunterelemente zusätzlich oder alternativ gemäß einem Eingangsgrauwertbild variiert werden. Das Graustufenbild, das für das andere Attribut verwendet wird, kann dasselbe Bild sein, das zum Variieren der Winkelausrichtung verwendet wird, oder es kann ein anderes Eingangsbild sein.
Ein solches Beispiel ist in 13 gezeigt, die Halbscheiben 270, 272 und 274 darstellt, die unterschiedliche Formen aufweisen. Die Halbscheiben 272 und 274 weisen jeweils einen davon trunkierten Segmentabschnitt auf, d. h. ein Segment wird von der Halbscheibe trunkiert / entfernt und die gerade Kante der Halbscheibe bleibt nach der Trunkierung erhalten. Das trunkierte Segment kann gewählt sein, sodass das Stärkemaß der trunkierten Halbscheibe von einem Graustufen-Eingangsbild abhängt. Dies ermöglicht die Schaffung eines optionalen sekundären, nicht vergrößerten Bilds, das durch direktes Betrachten der Bilddarstellungsschicht zu sehen ist.
In 13 sind die geraden Kanten von jeder Halbscheibe mit der gleichen Winkelausrichtung dargestellt, wobei jedoch unterschiedliche Winkelausrichtungen verwendet werden können, z. B. können die Winkelausrichtungen gemäß einem eingegebenen Grauwertbild variiert werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann das trunkierte Segment gewählt sein, sodass die Fläche der Halbscheibe von einem Graustufen-Eingangsbild abhängt. Beispielsweise kann die Fläche jeder Halbscheibe nach Trunkierung proportional zu einem entsprechenden Grauwert in einem anderen Graustufen-Eingangsbild sein. Auf diese Weise kann das Graustufen-Eingangsbild als sekundäres, nicht vergrößertes Bild implementiert sein, das durch direktes Betrachten der Bildebene sichtbar ist.
Wie bereits zuvor erläutert, weist die in 4 gezeigte sechskantige Anordnung 80 von Halbscheiben eine Winkelausrichtung auf, die proportional zu den Graustufen in dem in 3 gezeigten Eingangsgraustufenbild 60 ist. Wenn die Bilddarstellungen in 4 mit einem Satz sechskantiger Mikrolinsen mit angemessener Neigung und Brennweite überlagert sind, entspricht das projizierte Bild, das durch die Mikrolinsen in einem Betrachtungswinkel gesehen wird, dem Bildabschnitt 62 und in einem anderen Betrachtungswinkel der Umkehrung des Bildabschnitts 62, d. h. dem Betrachter wird das kontrastinvertierte Bild des Bildabschnitts 62 projiziert.
Wenn die Bilddarstellung, die aus gedrehten Halbscheiben besteht (4), direkt betrachtet wird (nicht als vergrößertes Bild, das durch die Linsen betrachtet wird), kann bei sehr genauer Betrachtung mit bloßem Auge ein schwaches Bild des in 3 gezeigten Bilds erkannt werden, jedoch wird der Benutzer generell einen konstanten Grauwert im Bilddarstellungsbereich wahrnehmen, d. h. das in 3 gezeigte Bild wird in einem auf einer Banknote implementierten linsenbasierten Sicherheitsmerkmal nicht leicht erkennbar sein, da die betreffenden Bildelemente sehr klein sind.
Die Fläche von jeder Halbscheibe der Anordnung 80 kann jedoch auch gemäß einem Sekundärbild variiert werden, wie z. B. dem in 14 gezeigten Bild 276 (ein Bild des Buchstabens „A“), was in dem Bild 278 resultiert, d. h. einer Anordnung von Halbscheiben, bei der die Winkelausrichtung jeder Halbscheibe dem in 3 dargestellten Grauwertbild entspricht, und die Fläche von jeder Halbscheibe ist gemäß dem in 14 gezeigten Grauwertbild. Halbscheiben in 15, die weißen Flächen in 14 entsprechen, haben eine kleinere Fläche als Halbscheiben in 15, die schwarzen Flächen in 14 entsprechen. Da alle Halbscheiben die gleiche Neigung aufweisen, entsteht in der in 15 gezeigten Bilddarstellungsschicht ein kontrastreiches Bild des Buchstabens „A“.
Durch Aufbau der Bilddarstellungsschicht auf diese Weise wird dann zusätzlich zum Erzeugen eines kontrastinvertierenden Bilds von 3, das von der Linsenseite des Substrats zu sehen ist, ein nicht vergrößertes Sekundärbild implementiert, das durch direktes Betrachten der Bilddarstellungsschicht beobachtet werden kann, d. h. durch Betrachten von der Linsenrückseite des Substrats kann der Benutzer nun einfach ein Bild des Buchstaben „A“ wahrnehmen. Auf diese Weise werden zusätzliche Designelemente, die auf der Rückseite der Linsen zu sehen sind, in ein linsenbasiertes Sicherheitsmerkmal eingeführt, während gleichzeitig die von der anderen Seite zu sehende vergrößerte optische Effektbilddarstellung erhalten bleibt.
Das andere Attribut könnte beispielsweise der Bereich der Bildunterelemente sein, wie es in den Beispielen in 3, 4, 14 und 15 gezeigt ist. Alternativ kann das andere Attribut eine der Abmessungen der Bildunterelemente sein, z. B. die Breite der trunkierten Halbscheibe, wie es im Beispiel von 13 erläutert ist. Das andere Attribut könnte auch das Längenmaß des Bildelements sein.
Der oben genannte Ansatz ermöglicht es, ein statisches Bild als zusätzliches Gestaltungselement in die Bilddarstellungsschicht der Vorrichtung zu kodieren. Das statische Bild kann beobachtet werden, indem man die Bilddarstellungsschicht direkt und nicht durch die Linsen betrachtet.
In den oben beschriebenen Beispielen bilden die Vielzahl der Bildelemente und die Vielzahl entsprechender Fokussierelemente jeweils eine zweidimensionale Anordnung. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können jedoch die Bildelemente und/oder die Fokussierelemente in 1D-Anordnungen angeordnet sein.
9 bis 12 stellen vier exemplarische Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung dar, die zumindest einen Teil der oben beschriebenen Funktionen bereitstellt. 9 zeigt eine „einseitige“ Vorrichtung 170, die gemäß dem beschriebenen Verfahren beschrieben und in Bezug auf 1 und 2 dargestellt ist. Die mikrooptische Vorrichtung 170 beinhaltet eine Anordnung 172 von Fokussierelementen, die auf eine Seite eines transparenten oder teilweise transparenten Substrats 174 aufgebracht sind, und eine entsprechende Anordnung von Bildelementen 176, die auf der anderen Seite des Substrats 174 aufgebracht sind. Normalerweise werden die Fokussierelemente durch das in 1 und 2 beschriebene Verfahren geprägt. Normalerweise wird die Bilddarstellung 104 in einem separaten zusätzlichen Verfahren gedruckt und/oder geprägt.
Jedes Fokussierelement - ein solches Fokussierelement 178 - fokussiert Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements - wie z. B. das Bildelement 180 -, der in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln von der ersten Seite des Substrats projiziert wird. Jedes Bildelement beinhaltet ein Bildunterelement mit einem anderen erkennbaren Helligkeitswert als an anderer Stelle in dem Bildelement, und die Helligkeit von jedem projizierten Bildpixel ist abhängig vom Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts.
10 zeigt eine „doppelseitige“ Vorrichtung 190, die eine Anordnung 192 von Fokussierelementen beinhaltet, die auf eine erste Seite eines transparenten oder teilweise transparenten Substrats 194 aufgebracht sind, und eine entsprechende Anordnung von Bildelementen 196, die auf eine zweite Seite des Substrats 194 aufgebracht sind. Die mikrooptische Vorrichtung 190 beinhaltet jedoch ferner eine Anordnung 198 von Fokussierelementen, die auf die zweite Seite des Substrats 194 aufgebracht sind, und eine entsprechende Anordnung von Bildelementen 200, die auf die erste Seite des Substrats 194 aufgebracht sind.
Jedes Fokussierelement auf der ersten Seite des Substrats - ein solches Fokussierelement 202 - fokussiert Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements auf der zweiten Seite des Substrats - wie z. B. das Bildelement 204 -, das in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln von der ersten Seite des Substrats projiziert wird. Auf ähnliche Weise fokussiert jedes Fokussierelement auf der zweiten Seite des Substrats - wie z. B. das Fokussierelement 206 - Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements auf der ersten Seite des Substrats - wie z. B. das Bildelement 208 -, das in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln von der zweiten Seite des Substrats projiziert wird.
Die Topographie der Fokussierelemente kann eine Vielzahl von Profilen aufweisen, darunter kreisförmig, elliptisch, parabolisch und konisch. Die Fokussierelemente können auch auf jede geeignete Art „gepackt“ angeordnet sein, einschließlich in einer rechteckigen oder sechseckigen Anordnung. In Bezug auf zweidimensionale Anordnungen sind beliebige zweidimensionale Bravais-Gitteranordnungen geeignet. Es ist bevorzugt, dass Bildelemente in der gleichen Anordnung wie die der Fokussierelemente angeordnet sind.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Fokussierelemente refraktiv, reflektierend oder diffraktiv sein. In Ausführungsformen, in denen die Fokussierelemente reflektierend sind, können sie geeignet mit mindestens einer dünnen Schicht aus zumindest teilweise reflektierendem Material überbeschichtet sein, um als reflektierende Fokussierelemente zu fungieren.
Ausführungsformen der oben beschriebenen Erfindung sind generell beschrieben, dass sie teilweise durch das Prägen von Strukturen in ein UV-härtbares Material gebildet sind. Während dies das bevorzugte Verfahren zum Bilden der Einheitsstrukturen ist, sind die Ausführungsformen jedoch nicht allein auf dieses Herstellungsverfahren beschränkt, und sie können auch durch alternative Verfahrensschritte zum Erzeugung der gleichen Strukturen gebildet werden. Beispielsweise können die Strukturen auch durch Drucken, Ätzen oder ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren gebildet sein. Sie können auch in anderen durch Strahlung härtbaren Materialien oder durch direktes Prägen in geeignete biegsame Materialien geformt sein. Die Strukturen können separat gebildet sein, z. B. auf einer Folie, und auf ein Substrat laminiert oder heiß geprägt werden.
Die Fokussierelemente und Bildelemente können durch jedes geeignete Herstellungsverfahren gebildet sein, einschließlich der folgenden exemplarischen Sicherheitsdruckverfahren: Offset, Folienauftrag, Siebdruck, Tiefdruck, Buchdruck und Beschichten. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann eine Prägelage verwendet werden, um die Einheitsstruktur zu prägen, einschließlich einer Fokussierungsstruktur von Fokussierelementen und einer Bilddarstellungsstruktur von Bildelementen, auf einer oder beiden Seiten des Substrats.
Die Bildelemente und die Fokussierelemente müssen jedoch nicht in zwei getrennten Schritten gebildet sein oder Teil unterschiedlicher Strukturen sein. Die Bildelemente und/oder Bildunterelemente können nicht nur aus einer oder mehreren Schichten von Druckfarbe gebildet sein, sondern auch eine Topographie aufweisen, die eines oder mehrere der folgenden Attribute beinhaltet:

a) ausgespart in Bezug auf benachbarte Flächen;
b) erhaben/hervorstehend/sich erstreckend über angrenzende Flächen;
c) eine konstante Höhe;
d) ein Beugungsgitter;
e) eine Oberflächenstruktur mit hoher Rauigkeit (z. B. optisch diffus/Lichtstreuung);
f) eine Oberflächentextur mit geringer Rauigkeit (z.B. optisch glatt/flach);
g) eine lichtlöschende Textur (z. B. eine Struktur mit hoher Frequenz(hohem Aspektverhältnis, die die Lichtintensität „löscht“, indem sie bewirkt, dass das Licht einer hohen Anzahl von internen Gesamtreflexionen unterliegt, d. h. Dämpfung der Lichtamplitude mittels Mehrfachreflexionen);
h) eine Oberflächenstörung/mathematische Funktion der Fokussierelement-Topographie; und
i) kegelförmige Seitenwände, um ein einfaches Lösen von einem Prägewerkzeug zu ermöglichen.

In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Bildelemente in einem nachfolgenden Prozess auch mit der farbigen Tinte überdruckt werden, insbesondere wenn die Bildelemente erhaben sind, hervorstehen und/oder sich über die angrenzenden Fokussierelemente erstrecken.
Die Fokussierelemente und die Bildelemente, auf die sie Licht fokussieren, müssen nicht auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats sein. 11 stellt eine „einseitige“ mikrooptische Vorrichtung 220 dar, die eine Anordnung 222 von Fokussierelementen, die auf eine erste Seite eines transparenten oder teilweise transparenten Substrats 224 aufgebracht sind, und eine entsprechende Anordnung von Bildelementen 226, die auf dieselbe erste Seite des Substrats 224 aufgebracht sind, beinhaltet. In diesem Fall werden die Fokussierelemente 222 und die Bildelemente 226 durch das in 1 und 2 beschriebene Verfahren als Teil einer Einheitsstruktur geprägt. In diesem Fall wird auf der zweiten Seite des Substrats eine Schicht 228 aus reflektierendem Material gebildet, um Licht von den Fokussierelementen - wie z. B. Fokussierelement 230 - zu den Bildelementen - wie z. B. Bildelement 232 - zu richten.
In anderen Ausführungsformen können die Bildelemente 226 durch Bildelemente ersetzt werden, die einfach auf die gleiche Seite des Substrats gedruckt werden wie die Fokussierelemente.
12 stellt eine „doppelseitige“ mikrooptische Vorrichtung 240 dar, die eine Anordnung 242 von Fokussierelementen und eine Anordnung von Bildelementen 244 beinhaltet, die auf eine erste Seite eines transparenten oder teilweise transparenten Substrats 246 als Teil einer ersten Einheitsstruktur aufgebracht sind. Zusätzlich beinhaltet die mikrooptische Vorrichtung 240 eine Anordnung 248 von Fokussierelementen und eine Anordnung 250 von Bildelementen, die auf die zweite Seite des Substrats 246 als Teil einer zweiten Einheitsstruktur aufgebracht sind.
Jedes Fokussierelement auf der ersten Seite des Substrats - ein solches Fokussierelement 252 - fokussiert Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements auf der zweiten Seite des Substrats - wie z. B. das Bildelement 254 -, das in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln von der ersten Seite des Substrats projiziert wird. Auf ähnliche Weise fokussiert jedes Fokussierelement auf der zweiten Seite des Substrats - wie z. B. das Fokussierelement 256 - Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene und vergrößert jeden Abschnitt eines Bildelements auf der ersten Seite des Substrats - wie z. B. das Bildelement 258 -, das in den Fokuspunkt fällt, um dadurch ein Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einem oder mehreren Blickwinkeln von der zweiten Seite des Substrats projiziert wird.
Wo in dieser Spezifikation die Begriffe „umfassen“, „umfasst“ oder „umfassend“ verwendet werden (einschließlich der Ansprüche), sind sie so zu interpretieren, 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 ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, die nur als Beispiel bereitgestellt sind. Der Geltungsbereich der Erfindung ist wie er in den hier angehängten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Mikrooptische Vorrichtung zum Projizieren eines Bilds, die Vorrichtung beinhaltend: ein Substrat; eine Vielzahl von Bildelementen in einer Bildebene; und eine Vielzahl von Fokussierelementen, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, wobei jedes Fokussierelement Licht auf einen Fokuspunkt auf der Bildebene fokussiert und jeden Abschnitt eines Bildelements, das in den Fokuspunkt fällt, vergrößert, um dadurch ein projiziertes Bildpixel zu erzeugen, das einem Benutzer in einer Vielzahl von Blickwinkeln projiziert wird, wobei der Fokuspunkt eine geringere Erstreckung als das Bildelement aufweist, wobei jedes Bildelement ein Bildunterelement beinhaltet, das von einer anderen Stelle in dem Bildelement wahrnehmbar ist, wobei die Helligkeit von jedem projizierten Bildpixel von dem Anteil des mit dem Bildunterelement gefüllten Fokuspunkts abhängt, wobei jedes Bildunterelement ein oder mehrere Attribute in der Bildebene aufweist und das oder jedes Attribut einer vordefinierten Helligkeit bei einem bestimmten Blickwinkel entspricht, sodass die projizierten Bildpixel zusammen das Bild projizieren, und bei anderen Blickwinkeln die Helligkeit des projizierten Bildpixels in einem definierten Verhältnis gemäß dem oder jedem Attribut variiert, und wobei Bildpixel, die bei einem bestimmten Blickwinkel eine gleiche Helligkeit aufweisen, durch Bildelemente erzeugt werden, die Unterelemente mit identischen Attributen aufweisen.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der Anteil des Bildunterelements, der in den Fokuspunkt fällt, bei Betrachtung aus verschiedenen Blickwinkeln ändert.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Attribut von jedem Bildunterelement eine Funktion eines Grauwerts einer Stelle ist, die diesem Bildunterelement in einem ersten Graustufenbild entspricht.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein zweites Attribut jedes Bildunterelements eine Funktion eines Grauwerts einer Position ist, die diesem Bildunterelement in einem zweiten Graustufenbild entspricht.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das eine oder die mehreren Attribute der Bildunterelemente eines oder mehrere von Winkelausrichtung, Form, Stärke, Länge und Fläche beinhalten.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes Bildunterelement eine Form aufweist, und wobei eines der Attribute die Winkelausrichtung der Form ist.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jedes Bildunterelement die gleiche Form aufweist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes Bildunterelement eine Halbscheibe ist, die die Hälfte eines Bildelements einnimmt.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Vorrichtung bei Betrachtung aus den verschiedenen Blickwinkeln einen Kontraständerungseffekt erzeugt.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes Bildunterelement eine Form aufweist, und wobei eines der Attribute die Fläche der Form ist.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung bei Betrachtung aus den verschiedenen Blickwinkeln einen entschwindenden Bildeffekt erzeugt.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats befinden.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sich die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen auf einer ersten Seite des Substrats befinden, wobei die mikrooptische Vorrichtung ferner eine Schicht aus reflektierendem Material beinhaltet, um Licht von den Fokussierelementen auf die Bildelementen zu richten.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine erste Gruppe der Fokussierelemente und eine erste Gruppe der Bildelemente in eine erste Einheitsstruktur auf einer ersten Seite des Substrats integriert sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine zweite Gruppe der Fokussierelemente und eine zweite Gruppe der Bildelemente in eine zweite Einheitsstruktur auf einer zweiten Seite des Substrats integriert sind, und wobei die erste Gruppe der Fokussierelemente bewirkt, dass die zweite Gruppe der Bildelemente vergrößert wird.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bildunterelemente durch eine von Tiefdruck-, Flexodruck- und Offsetdrucktechnik gebildet sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Bildunterelemente durch Prägen oder eine andere Mikrostrukturbildungstechnik gebildet sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Bildunterelemente vertieft sind oder von umgebenden Oberflächen hervorstehen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Bildunterelemente eines oder mehrere von Rasterungen, Mikrotexturen mit hoher Rauigkeit und strukturierte Mikrostrukturen beinhalten.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bildunterelemente eine Oberfläche aufweisen, die schräg in Bezug auf die Ebene der umgebenden Oberflächen ist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vielzahl von Bildelementen und die Vielzahl von Fokussierelementen jeweils eine zweidimensionale Anordnung bilden.
Sicherheitsvorrichtung beinhaltend eine mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.
Sicherheitsdokument beinhaltend eine Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 22.