DE112020005412T5

DE112020005412T5 - Mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes

Info

Publication number: DE112020005412T5
Application number: DE112020005412.8T
Authority: DE
Inventors: Karlo Jolic
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-08-25
Also published as: FR3105086A1; SE546007C2; US20220305836A1; SE2250825A1; GB2605537A; GB2605537B; WO2021119744A1; AU2020409428A1; GB202208968D0

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes, beinhaltend: eine erste einheitliche Struktur auf einer Seite eines Substrats, wobei die erste einheitliche Struktur eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet, wobei eine der ersten Gruppe von Fokussierungselementen und der ersten Gruppe von Bildmaterialelementen in Bezug auf die Andere vertieft ist, wobei die Vorrichtung ferner mindestens eine erste Beschichtung aus Tinte beinhaltet, die auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt ist, um die vertiefte Gruppe von Elementen mindestens teilweise zu füllen, und wobei eine Eigenschaft der Tinte einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes. Ausführungsformen der Erfindung können als Sicherheitsvorrichtung für Banknoten, Kreditkarten, Schecks, Reisepässe, Personalausweise und dergleichen verwendet werden, und es wird zweckmäßig sein, die Erfindung in Bezug auf diese beispielhafte, nicht beschränkende Anwendung zu beschreiben.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass viele Banknoten und andere Sicherheitsdokumente Sicherheitsvorrichtungen beinhalten, die optische Effekte erzeugen, die eine visuelle Authentifizierung einer Banknote ermöglichen. Diese Sicherheitsvorrichtungen beinhalten Mikrolinsen, die dazu dienen, Mikro-Bildmaterialelemente abzutasten und zu vergrößern und ein vergrößertes Bild zu projizieren, das von einem Benutzer betrachtet werden kann.
Bei einigen mikrooptischen Sicherheitsvorrichtungen werden die Fokussierungselemente durch ein Prägeverfahren gebildet. Die Bildmaterialelemente werden anschließend durch ein zusätzliches Verfahren gebildet, in der Regel ein Druckverfahren oder ein zusätzliches Prägeverfahren, das speziell für die Erzeugung des Bildmaterials in einer Schicht vorgesehen ist, die von der Schicht mit den Fokussierungselementen getrennt ist.
In solchen Sicherheitsvorrichtungen ist es schwierig, die Phase der Fokussierungselemente im Verhältnis zu den Bildmaterialelementen zu kontrollieren, da sie in der Regel durch verschiedene Verfahren oder durch verschiedene Einheiten auf derselben Druckpresse gebildet werden. Dies kann dazu führen, dass die Bilder, die dem Benutzer projiziert werden, von Banknote zu Banknote unterschiedlich sind, so dass der Eindruck entsteht, dass das beabsichtigte Sicherheitsmerkmal von Banknote zu Banknote unterschiedlich oder inkonsistent erscheint. Dieses Problem tritt insbesondere bei optischen Effekten wie Wechselbildern, Animationen und 3D-Bildern auf. Abhängig von der Phasenbeziehung zwischen den Fokussierungselementen und den Bildmaterialelementen können eine Animation oder ein Wechselbild bei einem festen Betrachtungswinkel jedes beliebige ihrer Einzelbilder auf einen Benutzer projizieren.
Auch ein 3D-Zeilensprungbild oder ein Integralbild sieht je nach Phase der Fokussierungselemente im Verhältnis zu den Bildmaterialelementen bei einem bestimmten Betrachtungswinkel sehr unterschiedlich aus. Typischerweise gibt es einige Phasen, die ein sauberes 3D-Bild projizieren, wenn die Banknote unter einem normalen Betrachtungswinkel direkt betrachtet wird, und es gibt andere Phasen, die unter einem normalen Betrachtungswinkel ein unscharfes Bild projizieren, das unangenehm zu betrachten ist - der Benutzer sieht möglicherweise sowohl das „linke“ als auch das „rechte“ Bild des stereoskopischen Paares mit beiden Augen, was es für das Gehirn schwierig macht, Tiefe/Schwebezustand in Einklang zu bringen. Phasenschwankungen wirken sich auch auf die Gestaltung von Moire-Bildmaterial-Designs aus - die Position der moire-vergrößerten Bilder in der vergrößerten Anordnung variiert in Abhängigkeit von der Phase.
Bei solchen Sicherheitsvorkehrungen kommt es in der Regel auch zu einem Drehversatz zwischen den Fokussierungselementen und den Bildmaterialelementen, d. h. zu einer Drehung um eine Achse, die senkrecht zur Ebene des Substrats steht, auf dem die Fokussierungselemente ausgebildet sind. Je nach Größe kann dieser Versatz zu unerwünschten Bildartefakten führen. Bei Moire-Bildmaterial-Designs zum Beispiel können die vergrößerten Bilder schief erscheinen, und auch ihre Größe kann je nach dem Grad des relativen Versatzes variieren. Auch bei 3D-Zeilensprungbildern und Integralbildern können diese in einem ästhetisch unerwünschten Ausmaß schief erscheinen.
Die Schwankungen der relativen Phase in der Ebene des Substrats, auf dem die Fokussierungselemente gebildet werden (in der X- und Y-Achse), und der relative Versatz (Drehung um die Z-Achse senkrecht zur Ebene des Substrats) können in Kombination zu großen Schwankungen im Erscheinungsbild des Bildmaterials führen, das dem Benutzer projiziert wird.
Die Bildmaterial-Schicht und die Schicht, die die Fokussierungselemente enthält, können auch während des Fertigungsverfahrenes unterschiedlich stark in verschiedene Richtungen gedehnt werden, was zu Abweichungen in der Frequenz (Pitch) der Bildmaterialelemente und/oder der Fokussierungselemente führt. Solche Unterschiede können zu Verzerrungen in den projizierten Bildern führen, die durch das Design nicht kompensiert werden können, da die Abweichungen im Fertigungsverfahren nicht ausreichend kontrolliert werden können. Im Falle eines Rolle-zu-Rolle-Fertigungsverfahrenes kann es während der Verarbeitung zu SpannungsSchwankungen bzw. Durchhängen in der Bahn kommen, die zu unterschiedlichen Dehnungsgraden führen, die nicht ausreichend kontrolliert werden können, um Verzerrungen im projizierten Bild zu beseitigen. Im Falle eines Fertigungsverfahrenes mit Bogenzuführung kann es bei jedem Bogen während der Verarbeitung zu Spannungsschwankungen/Dehnungsspiel kommen, die unterschiedliche Dehnungsgrade verursachen, die nicht ausreichend kontrolliert werden können, um Verzerrungen im projizierten Bild konsequent zu beseitigen.
Das australische Innovationspatent Nr. 2016100402 im Namen des vorliegenden Anmelders befasst sich mit den vorgenannten Problemen, indem es eine mikrooptische Vorrichtung bereitstellt, bei der eine einheitliche Struktur, die sowohl Bündelungs- oder Fokussierungselemente als auch Bildmaterialelemente beinhaltet, auf einer oder beiden Seiten eines transparenten Substrats bereitgestellt wird. Eine beispielhafte einheitliche Struktur 10 der in diesem australischen Innovationspatent beschriebenen Art ist in 1 dargestellt. Die einheitliche Struktur 10 beinhaltet eine Reihe von Mikrolinsen, wie die Mikrolinse 12, und eine Reihe von Mikro-Bildmaterialelementen in der Form eines „A“, wie dem Mikro-Bildmaterialelement 14.
Aus 1 ist ersichtlich, dass die Mikro-Bildmaterial-Elemente 14 relativ zu den Mikrolinsen 12 vorstehen. In diesem Beispiel sind die Mikrofokussierungselemente 75 Mikrometer breit und haben einen Durchhang von 10 Mikrometer vom Scheitelpunkt bis zum Rand der Mikrofokussierungselemente. Die Mikrofokussierungselemente befinden sich auf einem rechteckigen Gitter mit einem Gitterabstand von 75 Mikrometern, und die Mikro-Bildmaterialelemente ragen mindestens 5 Mikrometer über die Linsenoberfläche hinaus. Der Abstand der Reihe von Mikro-Bildmaterialelementen unterscheidet sich geringfügig von dem der Mikrolinsen.
Die Anordnung eines Spiegels oder einer anderen reflektierenden Oberfläche auf der Rückseite eines Substrats, auf dem die einheitliche Struktur 10 gebildet ist, im richtigen Abstand, ermöglicht es jeder Mikrolinse, einen Teil des entsprechenden Mikro-Bildmaterialelements in der einheitlichen Struktur zu fokussieren, wodurch ein moire-vergrößertes „A“-Projektionsbild erzeugt wird. Die Bildung des Bildes hängt weitgehend davon ab, dass die Seitenwände der „A“-Struktur das Licht entweder auf den Betrachter hin oder von ihm weg lenken. Das in 2 gezeigte repräsentative Bild 20 stellt eine Simulation davon dar, wie das resultierende vergrößerte Bild im reflektierten Licht aussieht, und wie dargestellt, ist der Kontrast des vergrößerten Bildes gering.
Das oben erwähnte australische Innovationspatent schlägt vor, dass eine Möglichkeit, den Kontrast des vergrößerten Bildes, das durch die in 1 dargestellte Anordnung erzeugt wird, zu erhöhen, darin besteht, wahlweise Tinte auf die Oberseite der einheitlichen Struktur zu drucken, so dass nur die obersten Teile der Bildmaterialelemente mit Tinte bedeckt sind. Eine solche Anordnung wird durch die in 3 gezeigte einheitliche Struktur 30 dargestellt, bei der die Mikro-Bildmaterialelemente, wie das „A“-Mikro-Bildmaterialelement 32, aus den Mikrolinsen, wie der Mikrolinse 34, hervorstehen und bei der die Oberseite der Mikro-Bildmaterialelemente, einschließlich derjenigen des Mikro-Bildmaterialelements 32, mit Tinte beschichtet ist.
In 4 ist eine Simulation 40 dargestellt, die zeigt, wie das entsprechende vergrößerte Bild im reflektierten Licht aussieht. Der Kontrast des vergrößerten Bildes ist im Vergleich zum Kontrast der in 2 gezeigten Simulation 20 erheblich größer, da die Bildung des Bildes dadurch erreicht wird, dass die farbige Tinte des Mikro-Bildmaterialelements „A“ das Licht absorbiert und eine größere Veränderung der Helligkeit des durch die Linse zum Betrachter gerichteten Lichts bewirkt.
Obwohl diese Lösung effektiv ist, kann sie in der Praxis zu Problemen führen, da das wahlweise Auftragen der Tinte auf die Oberseiten der BildmaterialStrukturen, ohne auch auf die unmittelbar angrenzenden Linsenoberflächen Tinte aufzutragen, eine sehr präzise mechanische Toleranz in der Druckvorrichtung erfordert.
Beispielsweise ist eine verlässliche Kontrolle des Drucks zwischen dem Tintenauftragswerkzeug, in der Regel eine auf einer Walze befestigte Flexoplatte, und der einheitlichen Struktur erforderlich. Geringe Druckabweichungen, die noch innerhalb der Toleranzen typischer Druckgeräte liegen, können zu Abweichungen in dem Volumen der pro Flächeneinheit aufgetragenen Tinte führen, was dazu führt, dass die Tinte auf die unmittelbar angrenzenden Linsenoberflächen sowie auf die Bildmaterialstrukturen gedruckt wird, was zu Fehlern und Verzerrungen im vergrößerten Bild führt. Die Gewährleistung eines ausreichend gleichmäßigen Drucks erfordert eine hohe geometrische Präzision, eine hohe Genauigkeit und eine geringe Exzentrizität der Rasterwalze (Tintenauftragung) und der Plattenwalze, an der die Flexoplatte befestigt ist, sowie der Gegendruckwalze, die das einheitliche Struktursubstrat trägt.
Zudem müssen, um ferner einen ausreichend gleichmäßigen Druck zu gewährleisten, die Flexoplatten selbst sehr gleichmäßig in ihrer Dicke und Härte sein, um einen minimalen Punktzuwachs und eine gleichmäßige Tintenauftragsstärke zu gewährleisten.
Das Befestigungsband für Flexoplatten muss außerdem eine gleichmäßige Dicke und Härte/Dichte aufweisen und muss gleichmäßig aufgetragen werden, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen zwischen dem Plattenzylinder und dem Klebeband sowie zwischen dem Klebeband und der Flexoplatte Platte eingeschlossen sind.
Um akzeptable Ergebnisse zu erzielen, ist eine sehr feine Dosierung der Tinte von der Rasterwalze auf die Flexoplatte erforderlich. Die Bildmaterialstrukturen sind sehr klein, wenn man davon ausgeht, dass sie als Sicherheitsmerkmale auf Banknoten verwendet werden, weshalb nur eine sehr dünne Tintenschicht von den Bildmaterialstrukturen aufgenommen werden kann, wenn die Tinte nur auf die Spitzen der Bildmaterialstrukturen aufgetragen werden soll. Um dies zu erreichen, muss die Rasterwalze mit extrem feinen Näpfchen graviert werden. Das erforderliche Volumen pro Rasterwalzen-Näpfchen ist sehr klein, und es kann schwierig sein, solche Näpfchen mit konstantem Volumen herzustellen. Die Rasterwalzen-Näpfchen weisen in der Regel eine breite Volumenverteilung auf, und einige Näpfchen und Bereiche der Walze werden zwangsläufig ein zu hohes oder zu niedriges Volumen aufweisen, was zu unerwünschten Abweichungen in dem Volumen der pro Flächeneinheit aufgetragenen Tinte führt, was wiederum Farbfehler und/oder Verzerrungen in Teilen des vergrößerten Bildes zur Folge hat.
Insgesamt gibt es viele Parameter beim Auftragen der Tinte, und kleine Abweichungen bei einem von ihnen, die innerhalb der Toleranz des Druckverfahrens, in diesem Fall des Flexodrucks, liegen, können zu Problemen beim gleichmäßigen Auftragen der dünnen Tintenschicht führen, die erforderlich ist, um die Spitzen der hervorstehenden Bildmaterialstrukturen wahlweise zu beschichten. Dies kann zu einem unannehmbar hohen Ausschuss führen und die Herstellung solcher Sicherheitsmerkmale sehr teuer machen.
Dementsprechend ist ein robusterer Fertigungsverfahrenes für mikrooptische Geräte erforderlich, die ein vergrößertes Bild erzeugen, das eine einheitliche Struktur mit Fokussierungselementen und Bildmaterialelementen mit verbessertem Bildkontrast in dem vergrößerten Bild beinhaltet. Es wäre wünschenswert, einen verbesserten Verfahren zur Fertigung einer solchen mikrooptischen Vorrichtung bereitzustellen, der innerhalb der normalen Toleranzen des Fertigungsverfahrenes arbeiten kann, was einen geringeren Ausschuss ermöglicht und die Herstellung dieser Merkmale wirtschaftlicher macht. Es wäre auch wünschenswert, eine mikrooptische Vorrichtung bereitzustellen, die Fokussierungselemente und entsprechende Bildmaterialelemente beinhaltet, die in eine einheitliche Struktur integriert sind, die einen oder mehrere Nachteile oder Unannehmlichkeiten bekannter mikrooptischer Vorrichtungen verbessert oder überwindet.
Jede Bezugnahme auf oder Erörterung von einem Dokument, einer Handlung oder einem Wissensgegenstand in dieser Spezifikation ist ausschließlich zu dem Zweck enthalten, einen Kontext für die vorliegende Erfindung bereitzustellen. Es wird nicht vorgeschlagen oder erklärt, dass einer dieser Sachverhalte oder eine Kombination davon zum Zeitpunkt des Prioritätsdatums einen Teil des üblichen Allgemeinwissens bildete oder als relevant für einen Versuch zur Lösung irgendeines Problems, mit dem sich diese Beschreibung befasst, bekannt war.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes bereit, beinhaltend:

eine erste einheitliche Struktur auf einer Seite eines Substrats, wobei die erste einheitliche Struktur eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet,
wobei eine der ersten Gruppe von Fokussierungselementen und der ersten Gruppe von Bildmaterialelementen in Bezug auf die Andere vertieft ist,
wobei die Vorrichtung ferner eine erste Beschichtung aus Tinte beinhaltet, die auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt ist, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen, und
wobei eine Eigenschaft der Tinte einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereitstellt.

In einer Ausführungsform bildet die erste Beschichtung aus Tinte einen integralen Bestandteil des vergrößerten Bildes.
In einer Ausführungsform ist die erste Beschichtung aus Tinte auf die erste einheitliche Struktur in Bereichen aufgedruckt, die keine Strukturen enthalten, die die Bildmaterialelemente bilden, wie beispielsweise auf den Fokussierungselementen oder entlang von Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen.
In einer Ausführungsform ist die Eigenschaft der Tinte, die einen visuellen Kontrast bereitstellt, ein Brechungsindex der Tinte, der sich von dem Brechungsindex der einheitlichen Struktur unterscheidet, und/oder eine Farbe der Tinte.
In einer Ausführungsform ist die Tinte zumindest teilweise transparent oder lichtdurchlässig oder teilweise opak und/oder mit Farbe eingefärbt.
In einer Ausführungsform ist beinhaltet die mikrooptische Vorrichtung ferner eine zweite aufgedruckte Beschichtung aus Tinte, wobei die ersten und die zweiten aufgedruckten Beschichtungen aus Tinte unterschiedliche Farben aufweisen, die unterschiedliche visuelle Kontraste in dem vergrößerten Bild bereitstellen.
In einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten aufgedruckten Beschichtungen in den Bereichen, die sich überlappen.
In einer Ausführungsform sind die Bildmaterialelemente in eine Oberfläche der Fokussierungselemente vertieft, um Hohlräume oder Rillen in der Oberfläche der Fokussierungselemente zu bilden, und/oder die Fokussierungselemente sind in Bezug zu den Bildmaterialelementen vertieft.
In einer Ausführungsform ist die erste Beschichtung aus Tinte derart aufgebracht, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt und eine ebene äußere Oberfläche aufweist.
In einer Ausführungsform beinhaltet die mikrooptische Vorrichtung ferner eine zusätzliche Beschichtung, die einen zu der ersten unitären Struktur verschiedenen Brechungsindex aufweist, wobei die zusätzliche Beschichtung derart aufgebracht ist, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt und eine ebene äußere Oberfläche aufweist.
In einer Ausführungsform sind die Bildmaterialelemente derart angeordnet, dass die Fokussierungselemente die Bildmaterialelemente durch Licht, das innerhalb des Substrats intern reflektiert wird, fokussieren oder abtasten.
In einer Ausführungsform wird die erste Beschichtung der Tinte, die auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt ist, mit einem Druck und einer Füllmenge aufgebracht, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen.
In einer Ausführungsform sind die Bildmaterialelemente in einem ausgewählten Oberflächenbereich der Fokussierungselemente gebildet, beinhaltend: einen zentralen Bereich der Fokussierungselemente, einen ringförmigen Bereich der Fokussierungselemente, einen kreuzförmigen Bereich der Fokussierungselemente oder irgendeinen beliebigen Oberflächenbereich der Fokussierungselemente.
In einer Ausführungsform sind eines oder mehrere der Fokussierungselemente abgeflacht, so dass eine im Wesentlichen flache Oberfläche in diesen Fokussierungselementen gebildet wird, und mindestens einige der Bildmaterialelemente sind in den im Wesentlichen flachen Oberflächen des einen oder der mehreren Fokussierungselemente gebildet.
In einer Ausführungsform sind eines oder mehrere der Fokussierungselemente teilweise abgeflacht, so dass in jedem der ein oder mehreren Fokussierungselemente eine im Wesentlichen flache Oberfläche gebildet wird, und mindestens einige der Bildmaterialelemente sind in den im Wesentlichen flachen Oberflächen der Fokussierungselemente gebildet.
In einer Ausführungsform sind das eine oder die mehreren Fokussierungselemente in einem Randbereich der Fokussierungselemente teilweise abgeflacht, so dass ein zusammenhängender flacher Bereich in zwei benachbarten Fokussierungselementen gebildet wird.
In einer Ausführungsform verläuft die flache Oberfläche parallel zu einer Ebene des Substrats.
In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereit, umfassend die Schritte:

Bilden einer ersten einheitlichen Struktur auf einer Seite des Substrats, wobei die erste einheitliche Struktur eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet,
wobei eine der ersten Gruppe von Fokussierungselementen und der ersten Gruppe von Bildmaterialelementen in Bezug auf die andere vertieft ist; und Aufdrucken einer ersten Beschichtung von Tinte auf die erste einheitliche Struktur mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen,
wobei eine Eigenschaft der Tinte einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereitstellt.

In einer Ausführungsform wird die erste Beschichtung aus Tinte auf die erste einheitliche Struktur in Bereichen aufgedruckt, die keine Bildmaterialstrukturen enthalten, wie z.B. auf Fokussierungselementen oder entlang der Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen.
In einer Ausführungsform ist die Eigenschaft der Tinte, die den visuellen Kontrast bereitstellt, ein Brechungsindex der Tinte, der sich von der einheitlichen Struktur unterscheidet, und/oder eine Farbe der Tinte.
In einer Ausführungsform ist die Tinte zumindest teilweise transparent oder lichtdurchlässig oder teilweise opak und/oder mit Farbe eingefärbt.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner einen Schritt des Aufdruckens einer zweiten Beschichtung aus Tinte, wobei die erste und die zweite aufgedruckte Beschichtung unterschiedliche Farben aufweisen, die unterschiedliche visuelle Kontraste in dem vergrößerten Bild bereitstellen, wobei die erste und die zweite aufgedruckte Beschichtung sich zumindest teilweise überlappen.
In einer Ausführungsform ist die erste Beschichtung aus Tinte derart aufgebracht, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt, um eine ebene äußere Oberfläche zu bilden.
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 beispielsweise Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Personalausweise, Wertpapiere und Aktienzertifikate, Führerscheine, Besitzurkunden, Reisedokumente, wie beispielsweise Flug- und Bahntickets, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden, sowie Studienbücher.
Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, anwendbar auf Sicherheitsdokumente und Token, wie beispielsweise Banknoten, oder Identifizierungsdokumente, wie beispielsweise Personalausweise oder Reisepässe, die aus einem Substrat gebildet sind, auf das eine oder mehrere Druckschichten aufgebracht sind.
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, das Sicherheitsdokument 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 dem Basissubstrat aufgebrachten Schichten bereitgestellt sein und können eine Vielzahl von Formen annehmen, wie beispielsweise Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingebettet sind; Sicherheitstinten, wie beispielsweise fluoreszierende, lumineszierende oder phosphoreszierende Tinten, metallische Tinten, irisierende Tinten, photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Tinten; gedruckte oder geprägte Merkmale einschließlich Ablösestrukturen; Interferenzschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und linsenförmige Strukturen; optisch variable Vorrichtungen (optically variable devices, OVDs), wie beispielsweise diffraktive Vorrichtungen, die Diffraktionsgradienten, Hologramme und diffraktiven optische Elemente (diffractive optical elements, DOEs) beinhalten.
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 beispielsweise Cellulose, ein Kunststoff- oder Polymermaterial, beinhaltend, aber nicht beschränkt auf Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), biaxial ausgerichtetes Polypropylen (BOPP), oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie beispielsweise ein Laminat aus Papier und mindestens einem Kunststoff, oder aus zwei oder mehreren polymeren Materialien.
Die Verwendung von Kunststoff- oder Polymermaterialien bei der Fertigung von Sicherheitsdokumenten, bei der Australien Pionierarbeit geleistet hat, war sehr erfolgreich, da Banknoten aus Polymeren haltbarer sind als ihre Gegenstücke aus Papier und außerdem neue Sicherheitsmerkmale (wie mikrooptische Vorrichtungen) enthalten können.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat ein transparentes oder lichtdurchlässiges Material. Transparente Substrate sind besonders bevorzugt, da die auf einer Oberfläche des Substrats erzeugten mikroskopischen Bildmaterialelemente dann durch eine Anordnung von Fokussierungselementen, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats angeordnet sind, betrachtet werden können. Die Dicke des transparenten Substrats beträgt vorzugsweise mehr als 25 µm, damit die Mikro-Bildmaterialelemente in der Brennweite von Fokussierungselementen auf der gegenüberliegenden Oberfläche oder knapp darunter angeordnet werden können. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat zwischen 60 und 100 µm dick, vorzugsweise zwischen 65 und 90 µm dick.
Ein besonders geeignetes transparentes Substrat ist Polypropylen und insbesondere biaxial ausgerichtetes Polypropylen.
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 werden, das mindestens eine Schicht aus transparentem Polymermaterial und eine oder mehrere trübende Schichten aufweist, die auf mindestens eine Seite eines transparenten Polymersubstrats aufgebracht sind, indem mindestens eine trübende Schicht in dem Bereich, der den Fensterbereich bildet, weggelassen wird. Wenn trübende Schichten auf beide Seiten eines transparenten Substrats aufgebracht werden, so 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 trübende Schichten aufweist, indem die trübende Schichten 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 beispielsweise Papier oder Fasermaterial, ohne einem Einsatz aus transparentem Kunststoffmaterial gebildet sind, der in einen Ausschnitt eingesetzt oder in dem Papier- oder Fasersubstrat vertieft ist, um ein transparentes Fenster oder einen lichtdurchlässigen Halbfensterbereich zu bilden.
Trübende Schichten
Eine oder mehrere trübende Schichten können auf ein transparentes Substrat aufgebracht werden, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Eine trübende Schicht ist so beschaffen, dass LT<LO ist, wobei L0 die Menge des auf das Dokument einfallenden Lichts und LT die Menge des durch das Dokument hindurchgehenden Lichts ist. Eine trübende Schicht kann eine oder mehrere einer Vielzahl von trübenden Beschichtungen umfassen. Die trübenden Beschichtungen können beispielsweise ein Pigment, wie Titandioxid, umfassen, das in einem Bindemittel oder Träger aus wärmeaktiviertem, vernetzbarem Polymermaterial dispergiert ist. Alternativ kann ein Substrat aus transparentem Kunststoff zwischen trübenden Schichten aus Papier oder einem anderen teilweise oder im Wesentlichen opaken Material eingefügt werden, auf das anschließend Zeichen gedruckt oder auf andere Weise aufgebracht werden können.
Fokussierungselemente
Die Vielzahl von Fokussierungselementen kann beliebige Vorrichtungen beinhalten, von denen bereits berichtet wurde, dass sie für die Betrachtung von Mikro-Bildmaterialelementen auf einem Substrat, insbesondere einem Substrat eines Sicherheitsdokuments, geeignet sind. In einigen Ausführungsformen bestehen die Fokussierungselemente aus refraktiven Mikrolinsenstrukturen, die herkömmliche Mikrolinsen und Fresnellinsen beinhalten. In anderen Ausführungsformen können diffraktive Fokussierungselemente, wie Zonenplatten oder Photonensiebe, verwendet werden. Fresnel-Linsen und diffraktive Fokussierungselemente eignen sich besonders für die Integration in ein Sicherheitsmerkmal eines Sicherheitsdokuments, da solche Fokussierungselemente bei einer bestimmten Brennweite dünner sind als herkömmliche Mikrolinsenstrukturen.
Die mehrere Fokussierungselemente befinden sich im Allgemeinen in einer geordneten, sich wiederholenden Anordnung, z. B. in rechteckigen oder sechseckigen Konfigurationen. Die Fokussierungselemente können in exakter oder versetzter Ausrichtung mit der Anordnung von Mikro-Bildmaterialelementen auf dem Substrat registriert werden, abhängig von der Art des zu erzeugenden optischen Effekts. Die mehrere Fokussierungselemente befinden sich im Allgemeinen in einer geordneten, sich wiederholenden Anordnung, z. B. in rechteckiger oder sechseckiger Form. Die Fokussierungselemente können je nach Art des zu erzeugenden optischen Effekts in exakter oder versetzter Ausrichtung mit der Anordnung von Mikro-Bildmaterialelementen auf dem Substrat registriert werden.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine isometrische Ansicht einer einheitlichen Figursstruktur des Standes der Technik ist, die einen Teil einer mikrooptischen Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes bildet;
2 ist eine Draufsicht auf ein simuliertes vergrößertes Bild, das durch das Bildmaterial erzeugt wurde in 1 gezeigten Struktur;
3 eine isometrische Ansicht einer einheitlichen Struktur ist, die eine Schicht aus Tinte beinhaltet, die auf die Außenflächen der von den Fokussierungselementen in der einheitlichen Struktur hervorstehenden Bildmaterialelemente aufgeschichtet ist, wobei die einheitliche Struktur einen Teil einer bekannten mikrooptischen Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes bildet;
4 eine Draufsicht auf eine Simulation des vergrößerten Bildes ist, das durch die in 3 dargestellte einheitliche Struktur erzeugt wurde;
5 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Inline-Fertigung eines Teils eines Sicherheitsdokuments ist, die eine mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
6 und 7 Ausschnitt-Seitenansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines teilweise gefertigten Sicherheitsdokuments, das mit der Vorrichtung von 5 gefertigt wurde;
8 eine isometrische Ansicht einer einheitlichen Struktur von Fokussierungselementen und Bildmaterialelementen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung ist;
9 eine Draufsicht auf eine Simulation eines vergrößerten Bildes ist, das von einem mikrooptischen Gerät erzeugt wird, das die in 8 gezeigte Bildmaterialstruktur beinhaltet;
10 ein schematisches Diagramm ist, das Grundriss- und Seitenansichten einer Bildmaterialstruktur gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 ein schematisches Diagramm ist, das Grundriss- und Seitenansichten einer Variante der in 10 gezeigten einheitlichen Struktur zeigt;
12, 13 und 14 Seitenansichten von 3 Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung sind, die jeweils eine Alternative zu den in den 10 bis 12 gezeigten mikrooptischen Vorrichtungen darstellen;
15, 16 und 17 3 weitere Ausführungsformen von mikrooptischen Vorrichtungen, die integrierte Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung beinhalten, darstellen;
18 und 19 Seitenansichten von noch weiteren Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß den vorliegenden Erfindungen sind;
20 bis 24 Seitenansichten von noch weiteren Ausführungsformen einer mikrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind, bei denen einheitliche Strukturen, die Fokussierungselemente und Bildmaterialelemente beinhalten, auf beiden Seiten eines transparenten Substrats beinhaltet sind, und nicht nur auf einer Seite, wie in den in den 12 bis 19 gezeigten Ausführungsformen dargestellt;
25 eine weitere Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung zeigt, die Bildmaterial beinhaltet, das in einem ausgewählten Oberflächenabschnitt von Fokussierungselementen gebildet ist;
26a und b Querschnitte der mikrooptischen Vorrichtung aus 25 darstellen;
27 eine weitere Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung zeigt, die Bildmaterialelemente beinhaltet, die in ausgewählten Oberflächenabschnitten von Fokussierungselementen gebildet sind;
28a und 28b eine weitere Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung zeigen, wobei jede zweite Linse frei von Bildmaterialelementen ist und jede zweite andere Linse abgeflacht wurde und mit Bildmaterial bereitgestellt ist; und
29 eine weitere Ausführungsform einer mikrooptischen Vorrichtung zeigt, in der ein zusammenhängender Teil von zwei benachbarten Fokussierungselementen abgeflacht ist, um Bildmaterialelemente zu bilden.

Detaillierte Beschreibung
5 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 50 für die Inline-Fertigung eines Teils eines beispielhaften Sicherheitsdokuments 52, das in 6 dargestellt ist. Eine Endlosbahn 54 aus lichtdurchlässigem oder transparentem Material wie Polypropylen oder PET wird in einer ersten Verarbeitungsstation 56, die eine Walzenanordnung beinhaltet, eine, haftungsfördernden Verfahren unterzogen. Geeignete haftungsfördernde Verfahren beinhalten eine Beflammung, Koronaentladungsbehandlung, Plasmabehandlung oder Ähnliches.
In einer zweiten Verarbeitungsstation 60, die eine Walzenanordnung beinhaltet, wird eine haftungsfördernde Schicht 58 aufgebracht. Eine geeignete haftungsfördernde Schicht ist eine Schicht, die speziell für die Förderung der Haftung von UV-härtbaren Beschichtungen auf polymeren Oberflächen ausgelegt ist. Die haftungsfördernde Schicht kann eine UV-härtbare Schicht, eine Schicht auf Lösungsmittelbasis, eine Schicht auf Wasserbasis oder eine beliebige Kombination aus diesen sein.
In einer dritten Verarbeitungsstation 62, die ebenfalls eine Walzenanordnung beinhaltet, wird eine strahlungsempfindliche Beschichtung auf die Oberfläche der haftungsfördernden Schicht 58 aufgebracht. Die strahlungsempfindliche Beschichtung kann im Flexodruck-, Tiefdruck- oder Siebdruckverfahren und Variationen davon sowie in anderen Druckverfahren aufgebracht werden.
Die strahlungsempfindliche Beschichtung wird nur auf einen Sicherheitselementbereich 64 auf einer ersten Oberfläche 66 aufgebracht, auf der eine einheitliche Struktur 68 angeordnet ist, die eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet. Der Sicherheitselementbereich 64 kann die Gestalt eines Streifens, eines diskreten Feldes in Form einer einfachen geometrischen Form oder in Gestalt eines komplexeren grafischen Designs annehmen.
Während die strahlungsempfindliche Beschichtung noch zumindest teilweise flüssig ist, wird sie in einer vierten Verarbeitungsstation 70 zur Bildung der einheitlichen Struktur 68 verarbeitet. In einer Ausführungsform beinhaltet die Verarbeitungsstation 70 eine Prägewalze 72 zum Prägen der einheitlichen Struktur 68 in eine strahlungsempfindliche Beschichtung in Form einer UV-härtbaren Tinte. Die Prägewalze 72 hat eine zylindrische Prägefläche 74, die Oberflächenreliefformationen beinhaltet, die der Form der zu bildenden einheitlichen Struktur 68 entsprechen. Die Oberflächenreliefformationen können derart gestaltet werden, dass die Vorrichtung 50 ausgebildet ist, um Mikrolinsen und Mikro-Bildmaterialelemente in einer Vielzahl von Formen zu bilden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die strahlungsempfindliche Beschichtung aus einer strahlungsempfindlichen Beschichtung gebildet, die einen UV-härtbaren Klarlack auf Acrylbasis enthält, der prägbar ist. Solche UV-härtbaren Lacke können von verschiedenen Herstellern bezogen werden, beinhaltend Kingfisher Ink Limited, Produkt ultravioletter Typ UVF-203 oder Ähnliche. Diese Beschichtungen erwiesen sich als besonders geeignet für die Prägung von Mikrostrukturen, einschließlich diffraktiver Strukturen wie DOEs, Beugungsgitter und Hologramme, Mikrolinsen und Linsenanordnungen sowie nicht diffraktiver, optisch variabler Vorrichtungen. Alternativ kann die strahlungshärtbare, prägbare Beschichtung auch auf anderen Verbindungen basieren, z. B. auf Nitrocellulose.
In einigen Ausführungsformen hat die strahlungsempfindliche Beschichtung, wenn sie auf das Substrat aufgebracht wird, eine Viskosität im Bereich von etwa 20 bis etwa 175 Centipoise und vorzugsweise von etwa 30 bis etwa 150 Centipoise. Die Viskosität kann durch Messung der Zeit bestimmt werden, die der Lack benötigt, um aus einem Zahn Becher #2 abzulaufen. Eine Probe, die in 20 Sekunden abläuft, hat eine Viskosität von 30 Centipoise, und eine Probe, die in 63 Sekunden abläuft, hat eine Viskosität von 150 Centipoise. Bei Viskositäten in diesem Bereich kann die Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Tiefdruckverfahren aufgetragen werden.
Die zylindrische Prägefläche 74 der Prägewalze 72 kann ein sich wiederholendes Muster von Oberflächenreliefformationen aufweisen, oder die Reliefstrukturformationen können in einzelnen Formen angeordnet sein, die der Form des Sicherheitselementbereichs 64 und des Substrats 76 des Sicherheitsdokuments entsprechen, das mit der Vorrichtung gefertigt werden soll. Auf der Prägewalze 72 können die Oberflächenreliefformationen durch einen Diamantstift mit geeignetem Querschnitt oder durch direkte Lasergravur oder chemische Ätzung gebildet werden, oder die Oberflächenreliefformationen können durch mindestens eine auf der Prägewalze 72 bereitgestellte Prägeunterlage 77 bereitgestellt werden. Die Prägeunterlage kann mit einem Klebeband, Magnetband, Klammern oder anderen geeigneten Befestigungstechniken angebracht werden.
Die UV-härtbare Tinte und das Substrat 76 werden durch eine UV-Walze 78 an der Bearbeitungsstation 70 in engen Kontakt mit der zylindrischen Prägefläche 74 der Prägewalze 72 gebracht, so dass die flüssige UV-härtbare Tinte in die Oberflächenreliefformationen der zylindrischen Prägefläche 74 fließt. In diesem Stadium wird die UV-härtbare Tinte der UV-Strahlung ausgesetzt, z. B. durch Transmission durch die Substratschicht 76.
Nachdem die einheitliche Struktur 68 auf das Substrat 76 des Sicherheitsdokuments aufgebracht wurde, werden in einer nachgeschalteten Verarbeitungsstation, die weitere Walzenbaugruppen 80 und 82 beinhaltet, eine oder mehrere zusätzliche Schichten aufgebracht. Bei den zusätzlichen Schichten kann es sich um klare oder pigmentierte Beschichtungen handeln, die als Teilbeschichtung, als durchgehende Beschichtung oder in einer Kombination aus beidem aufgebracht werden. In einem bevorzugten Verfahren sind die zusätzlichen Schichten trübende Schichten, die auf eine oder beide Oberflächen des Substrats 76 aufgebracht werden, außer in dem Bereich des Sicherheitselements 64.
6 zeigt ein teilweise gefertigtes Sicherheitsdokument mit einer geprägten einheitlichen Struktur 68, die eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet, die in der einheitlichen Struktur gebildet sind. Dieses Sicherheitsdokument umfasst ein transparentes Substrat aus polymerem Material, vorzugsweise ein biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP), das eine erste Oberfläche 66 und eine zweite Oberfläche 84 aufweist. Auf der ersten Oberfläche 66 des Substrats sind trübende Schichten 86, 88 und 90 aufgebracht, außer im Bereich des Sicherheitselements 64. Die trübenden Schichten 92 und 94 werden auf die zweite Oberfläche 84 aufgebracht, außer in einem Fensterbereich 96, der auf einer der einheitlichen Struktur 68 gegenüberliegenden Seite des Substrats gebildet ist. In dem Fensterbereich 96 wird eine reflektierende Schicht 98 aufgebracht.
In dem in 6 dargestellten beispielhaften Sicherheitsdokument 52 sind die Bildmaterialelemente, die einen Teil der einheitlichen Struktur 68 bilden, derart angeordnet, dass die Fokussierungselemente die Bildmaterialelemente durch Licht, das innerhalb des Substrats 76 von der reflektierenden Schicht 98 intern reflektiert wird, fokussieren oder abtasten.
7 zeigt jedoch eine alternative Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments 110, das in jeder Hinsicht mit dem Sicherheitsdokument 52 identisch ist, mit der Ausnahme, dass anstelle einer reflektierenden Schicht 98, die in dem Fensterbereich 96 gebildet wird, eine zweite einheitliche Struktur 112 auf einer Seite des transparenten Substrats 76 gegenüber derjenigen gebildet wird, die die erste einheitliche Struktur 68' auf der anderen Seite des Substrats 76 bildet. In diesem Fall fokussieren die Fokussierungselemente auf einer Seite des Substrats 76 die Bildmaterialelemente auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 76 oder tasten sie ab.
In der in 8 dargestellten einheitlichen Struktur 120 sind die Bildmaterialelemente in Bezug auf ihre benachbarten Fokussierungselemente vertieft. Insbesondere sind die Bildmaterialelemente in die Oberfläche der Fokussierungselemente vertieft, um Hohlräume oder Rillen in der Oberfläche der Fokussierungselemente zu bilden. Dementsprechend ist ein Bezugs-Bildmaterialelement 122 gegenüber dem Fokussierungselement 124 vertieft, und mindestens eine erste Beschichtung aus Tinte wird auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt, und zwar mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Bildmaterialelementen zumindest teilweise zu füllen. In diesem Fall handelt es sich bei der ersten Beschichtung aus Tinte um mindestens eine Beschichtung aus farbiger Tinte, die vorzugsweise zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder teilweise opak ist.
Bei der mindestens einen Beschichtung aus farbiger Tinte (und anderen hierin beschriebenen Tinten) kann es sich beispielsweise um Tinte auf Lösungsmittelbasis mit einem Feststoffgehalt zwischen 10 % und 60 % handeln, je nach der gewünschten Druckviskosität. Die Viskosität der Tinte kann im Bereich von 16 bis 25 Sekunden (10 bis 50 Centipoise) liegen, gemessen mit einem Zahn Becher #2.
Die erste Beschichtung aus Tinte (und andere hierin beschriebene Beschichtungen) kann gebildet werden, indem die Tinte mit einer Massenfüllmenge von etwa 1 g/m2 bis etwa 10 g/m2 und mit einem Druck von etwa 0,5 bar bis etwa 8 bar unter Verwendung herkömmlicher Drucktechniken (wie z. B. Rolle-zu-Rolle-Tiefdruck) aufgetragen wird. Nach dem Auftragen der Tinte kann die Beschichtung mit Heizöfen getrocknet werden, die warme Luft auf das Substrat blasen.
In einer Ausführungsform werden benachbarte Teile des Fokussierungselements unbeschichtet gelassen.
Optional können eine oder mehrere weitere Schichten der farbigen Tinte aufgetragen werden, wiederum mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertieften Bildmaterialelemente zumindest wahlweise und zumindest teilweise zu füllen, wobei vorzugsweise benachbarte Linsenteile unbeschichtet bleiben. Durch das weitere Auftragen der Beschichtung mit der gleichen Tinte weisen die vertieften Bildmaterialelemente eine weiter verbesserte Farbstärke auf, die den Farbkontrast im vergrößerten Bild erhöht.
Vorzugsweise ist der vertiefte Abstand größer als 1 Mikrometer und vorzugsweise kleiner als als 12 Mikrometer.
In anderen Ausführungsformen können mehrere Beschichtungen auf die einheitliche Struktur aufgebracht werden, gegebenenfalls unter Anwendung der oben genannten Verfahren in Bereichen, die sich überlappen können oder nicht. Diese Mehrfachbeschichtungen können mehrfarbig oder nicht mehrfarbig sein. Optional können die einzelnen oder mehreren Schichten aus farbiger Tinte einen Teil eines Designs oder einer Grafik bilden. Ein Teil oder die Gesamtheit des Designs oder der Grafik kann unter anderem vergrößerte Bilder beinhalten, die durch die hier beschriebenen einheitlichen Strukturen erzeugt werden, wobei die vergrößerten Bilder optional mehrfarbig sind.
Der Kontrast zwischen der Tinte in dem vertieften Bildmaterial und den unbeschichteten angrenzenden Fokussierungselementen stellt einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereit, das durch die einheitliche Struktur erzeugt wird. In der in 8 dargestellten einheitlichen Struktur 120 sind die in Form von Mikrolinsen bereitgestellten Fokussierungselemente, beinhaltend die genannte Mikrolinse 124, rund und haben eine Breite von 75 Mikrometern, mit einem Durchhang von 10 Mikrometern. Die Mikrolinsen befinden sich auf einem rechteckigen Gitter mit einem Gitterabstand von 75 Mikrometern. Die einheitliche Struktur 120 beinhaltet auch vertiefte Bildmaterialelemente der Art des Bezugs 122, die bis zu einer Tiefe von mindestens 10 Mikrometern in Form eines rechteckigen Gitters mit einem etwas anderen Rasterabstand als dem der Mikrolinsen vertieft sind, um eine Moire-Vergrößerung des Gittermusters zu realisieren. In diesem Beispiel wurden die vertieften Bildmaterialelemente mit schwarzer Tinte gefüllt, die zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder zumindest teilweise opak ist, indem die einheitliche Struktur mit einer Schicht der schwarzen Tinte im Tiefdruckverfahren überdruckt wurde, und zwar mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertieften Bildmaterialelemente zumindest teilweise zu füllen. Die angrenzenden Linsenabschnitte werden vorzugsweise unbeschichtet gelassen.
In dieser Ausführungsform wird eine reflektierende Schicht auf einer Seite eines Substrats abgelagert oder auf andere Weise gebildet, die der Seite, auf der die einheitliche Struktur gebildet wird, gegenüberliegt. Die Gesamtdicke des Substrats mit einheitlicher Struktur und der reflektierenden Schicht beträgt etwa 110 Mikrometer, was etwa der halben Brennweite der Mikrolinsen entspricht.
In dem in 8 gezeigten Beispiel wird einfallendes Umgebungslicht durch die Fokussierungselemente, wie z. B. das Bezugselement 124, in Richtung der reflektierenden Beschichtung 126 gebrochen und von dort reflektiert, um auf die schwarze Tinte in den vertieften Bildmaterialelementen fokussiert zu werden, was dazu führt, dass ein vergrößertes Moire-Bild des Gitters zum Betrachter projiziert wird, wie in dem in 9 gezeigten vergrößerten Moire-Bild 130 zu sehen ist. Diese Figur zeigt eine Draufsicht auf das vergrößerte Moire-Bild bei einem Betrachtungswinkel senkrecht zum Substrat, wobei das Bild in der Draufsicht einer einheitlichen Struktur von 3,75 mm x 3,75 mm entspricht.
Die Tinte, die auf die in 8 gezeigte einheitliche Struktur 120 aufgetragen wird, teilt sich beim Auftragen in die Oberflächenbereiche mit der stärksten Krümmung und/oder der größten lokalen Veränderung des Oberflächengradienten auf. Dementsprechend wird sich die Tinte in Abhängigkeit von der räumlichen Verteilung der Oberflächenkrümmung aufteilen, so dass die Tintendicke/Farbflächendichte nach der Aufteilung an den Stellen größer ist, an denen die Krümmung oder die lokale Änderung des Oberflächengradienten größer ist.
Die vertieften Bildmaterialelemente weisen zusammen mit dem Umfang jedes Mikrolinsenelements die stärkste Krümmung und/oder die größte lokale Änderung des Oberflächengradienten auf. Dies gilt auch für Mikrofokussierungselemente, die ohne Zwischenräume angeordnet sind.
Um sicherzustellen, dass die Tinte hauptsächlich in den vertieften Bildmaterialelementen abgelagert wird, und um zu gewährleisten, dass nur minimale Tinte auf den Fokussierungselementen abgelagert wird, wird ein geringeres Verhältnis von Linsendurchhang zu Linsenbreite bevorzugt, da dies die lokale Änderung des Oberflächengradienten entlang des Linsenumfangs verringert.
Das Verhältnis von Durchhang zu Breite kann durch die Auswahl von Fokussierungselementen mit geringerem Durchhang oder mit größerer Breite verringert werden. Dies bedeutet, dass die Brennweite der Linse erhöht werden muss. Der Kompromiss besteht darin, dass ein dickeres Substrat erforderlich ist, um sicherzustellen, dass ein ausreichend scharfer Fokus auf den vertieften Bildmaterialelementen beibehalten wird. Je nach dem verwendeten Bildmaterial kann ein unscharfes Linsendesign akzeptabel sein und dazu beitragen, die Substratdicke zu verringern.
In der beispielhaften einheitlichen Struktur, die in 8 dargestellt ist, wird die Tinte in die vertieften Bildmaterialelemente der einheitlichen Struktur 120 aufgebracht. Eine schematische Darstellung 140 einer einheitlichen Struktur (von der Art aus 8) ist in 10 dargestellt, die eine Draufsicht 142 und eine Seitenansicht 144 der einheitlichen Struktur 140 zeigt. In dieser schematischen Darstellung beinhaltet die einheitliche Struktur die Fokussierungselemente 146 bis 150. Die Bildmaterialelemente 152 bis 156 sind so dargestellt, dass sie in die Fokussierungselemente 146 bis 150 vertieft sind, d. h. die Bildmaterialelemente 152 und 156 sind in die Oberfläche der Fokussierungselemente 146 bis 150 vertieft, was ausreicht, um eine Änderung der Oberflächenkrümmung des Linsenelements 146 bis 150 zu bewirken, es den Fokussierungselementen 146 bis 150 aber dennoch ermöglicht, ihre Abtastfunktionen auszuführen. Farbige Tinte wird in jedes der vertieften Bildmaterialelemente 152 bis 156 in im Wesentlichen gleicher Menge eingebracht. In dem in 10 gezeigten Beispiel hat die aufgedruckte Farbschicht eine Dicke, die geringer ist als die vertiefte Höhe der Bildstrukturen.
In anderen Ausführungsformen kann die aufgedruckte Farbschicht jedoch auch in Bereichen auf die einheitliche Struktur abgelagert werden, die keine Bildstrukturen enthalten. Bei der in 11 dargestellten einheitlichen Struktur 160 wird beispielsweise zusätzlich etwas Tinte entlang der Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen abgelagert. Die einheitliche Struktur 160 beinhaltet die Fokussierungselemente 162 bis 166 und die Bildmaterialelemente 168 bis 172, die in Bezug auf die Fokussierungselemente 162 bis 166 vertieft sind. Wie bei der in 10 dargestellten einheitlichen Struktur 140 wird zumindest eine erste Schicht farbiger Tinte auf die einheitliche Struktur 160 aufgedruckt, und zwar mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Bildmaterialelementen zumindest teilweise zu füllen. Die gleiche farbige Tinte wird zusätzlich entlang des Umfangs jeder Linsenelementstruktur aufgetragen. Die einheitliche Struktur 160 kann immer noch projizierte Bilder mit ausreichendem Kontrast für die Echtheitsprüfung von Dokumenten erzeugen, allerdings ist der Kontrast des projizierten Bildes im Vergleich zu dem von der einheitlichen Struktur 140 erzeugten Bild weiter reduziert. Die Reduzierung entspricht in etwa dem Prozentsatz des nicht vertieften (Linsen-) Bereichs, der mit der farbigen Tinte beschichtet ist, entsprechend der Dicke der Tinte an diesen Stellen im Verhältnis zur Dicke der Tinte im vertieften (Bild-) Bereich.
Die mit Tinte beschichteten Teile des Linsenumfangs werden von den Fokussierungselementen nur bei großen Betrachtungswinkeln auf einen Betrachter fokussiert/projiziert (definiert durch die Linsengeometrie und den Abstand von der Linse zur reflektierenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats, auf der sich die einheitliche Struktur befindet). Bei solchen Betrachtungswinkeln wird der Kontrast des projizierten Bildes weiter verringert, da der Hintergrund des projizierten Bildes dunkler wird, entsprechend der Dicke der Tinte, die entlang des Linsenumfangs aufgebracht und von der Linse fokussiert wird.
Die in Bezug auf die 8 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen beinhalten alle eine einheitliche Struktur mit einer Gruppe von Fokussierungselementen und einer Gruppe von Bildmaterialelementen, wobei die Bildmaterialelemente in Bezug auf die Fokussierungselemente vertieft sind und eine erste Beschichtung aus farbiger Tinte mit einer Füllmenge und einem Druck aufgedruckt wird, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Bildmaterialelementen zumindest teilweise zu füllen. Die Farbe der Tinte ist jedoch nur ein Beispiel für eine Eigenschaft der aufgedruckten Tinte, die einen visuellen Kontrast im vergrößerten Bild ermöglicht, das von der mikrooptischen Vorrichtung erzeugt wird. In den verschiedenen in den 12 bis 17 dargestellten Ausführungsformen wird anstelle einer farbigen Tinte, die zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder zumindest teilweise opak ist, eine Tinte verwendet, die zumindest teilweise transparent ist und einen anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur aufweist. In diesen Ausführungsformen ist der unterschiedliche Brechungsindex der Tinte im Vergleich zur einheitlichen Struktur die Eigenschaft der Tinte, die den visuellen Kontrast im vergrößerten Bild bereitstellt.
12 zeigt eine mikrooptische Vorrichtung 220, die eine einheitliche Struktur 222 beinhaltet, die über einem transparenten Substrat 224 gebildet wird. Auf der Seite des Substrats 224, die der Seite, auf der die einheitliche Struktur 222 gebildet ist, gegenüberliegt, ist eine reflektierende Schicht 238 aus einem Material wie z. B. Silberfarbe gebildet. Die einheitliche Struktur 222 beinhaltet drei beispielhafte Fokussierungselemente 226 bis 230. Vertiefte Bildmaterialelemente 232 bis 236 sind ebenfalls in der einheitlichen Struktur gebildet. In dieser Anordnung ist eine transparente Tinte auf die einheitliche Struktur 222 aufgedruckt, so dass die vertieften Bildmaterialelemente 232 bis 236 zumindest teilweise mit der transparenten Tinte gefüllt sind. Die transparente Tinte hat einen anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur 222. Der Unterschied im Brechungsindex zwischen den zumindest teilweise gefüllten vertieften Bildmaterialelementen und der einheitlichen Struktur 222 bewirkt Änderungen in der Helligkeit des Lichts, das von den Mikrofokussierungselementen 226 bis 230 zu einem Betrachter zurückreflektiert wird, und ermöglicht somit die Bildung des vergrößerten Bildes.
Die 13 und 14 zeigen mikrooptische Vorrichtungen 240 bzw. 250, die mit der in 12 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung 220 identisch sind, mit der Ausnahme, dass in 13 die transparente Tinte derart aufgedruckt wird, dass zusätzlich zum zumindest teilweisen Füllen der vertieften Bildmaterialelemente auch Tinte auf die einheitliche Struktur 220 in Bereichen aufgebracht wird, die keine Bildmaterialelemente enthalten, in diesem Fall entlang der Grenzen 242 und 244 zwischen benachbarten Fokussierungselementen. In ähnlicher Weise beinhaltet die mikrooptische Vorrichtung 250 Tinte, die nicht nur in den vertieften Bildmaterialstrukturen und entlang der Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen aufgedruckt ist, sondern auch auf den Fokussierungselementen selbst.
Ausführungsformen mit nicht nur teilweise gefüllten Bildmaterialelementen, sondern vollständig gefüllten Bildmaterialelementen sind unter bestimmten Umständen vorteilhaft, da die Bildmaterialelemente von einem Fälscher nicht mechanisch kopiert werden können (durch mechanisches Abformen). Nachteilig ist jedoch, dass der projizierte Bildkontrast im Vergleich zu anderen Ausführungsformen, bei denen die überdruckte Tinte zumindest teilweise opak und/oder zumindest teilweise lichtdurchlässig ist, geringer ist.
Bei den in den 12 bis 14 dargestellten beispielhaften Ausführungsformen ist das Substrat der mikrooptischen Vorrichtungen 220, 240 und 250 transparent und hat einen Brechungsindex von 1,5. Die einheitlichen Strukturen jeder dieser mikrooptischen Vorrichtungen sind transparent und haben einen Brechungsindex von 1,7, während die aufgedruckte transparente Schicht einen Brechungsindex von 1,4 hat. Die Fokussierungen sind 100 Mikrometer breit und haben eine Durchbiegung von 13 Mikrometern. Die Gesamtdicke der mikro-optischen Vorrichtung beträgt etwa 100 Mikrometer.
In einigen Ausführungsformen wird die zumindest teilweise transparente Tinte, die einen anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur aufweist, in einem solchen Ausmaß aufgedruckt, dass die einheitliche Struktur vollständig bedeckt ist und die Beschichtung der Tinte eine ebene äußere Oberfläche aufweist. Solche Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft, weil weder die Fokussierungselemente noch die Bildmaterialelemente der einheitlichen Struktur von einem Fälscher mechanisch kopiert werden können (durch mechanisches Abformen). Nachteilig ist jedoch, dass der projizierte Bildkontrast im Vergleich zu anderen Ausführungsformen, bei denen die aufgedruckte Tinte zumindest teilweise opak und/oder zumindest teilweise transparent ist, geringer ist.
Während die bisher beschriebenen Ausführungsformen alle eine einheitliche Struktur beinhalten, bei der die Bildmaterialelemente gegenüber den benachbarten Fokussierungselementen vertieft sind, können bei Ausführungsformen, bei denen die Tinte aufgedruckt wird, um die einheitliche Struktur vollständig auszufüllen, die Bildmaterialelemente entweder vertieft sein oder in Bezug auf die Oberfläche der Fokussierungselemente der einheitlichen Struktur hervorstehen.
Es ist auch möglich, konkave brechende Fokussierungselemente anstelle von konvexen Fokussierungselementen zu verwenden, wenn die aufgedruckte Schicht einen ausreichend höheren Brechungsindex als die einheitliche Struktur aufweist.
Eine beispielhafte Ausführungsform ist in dargestellt. Die dargestellte mikrooptische Vorrichtung 260 beinhaltet eine einheitliche Struktur 262 mit Fokussierungselementen 264 bis 268, die gegenüber den benachbarten Bildmaterialelementen 270 bis 274 vertieft sind. Die einheitliche Struktur 262 ist auf einer Seite eines transparenten Substrats 276 gebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 276 ist eine reflektierende Schicht 278 aus einem Material gebildet. Eine Beschichtung 280 aus Tinte, die einen anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur 262 hat und zumindest teilweise transparent ist, wird auf die einheitliche Struktur 262 aufgetragen, um die einheitliche Struktur vollständig zu bedecken. Die Tinte wird so aufgetragen, dass sie eine ebene äußere Oberfläche aufweist.
In dieser beispielhaften Anordnung beträgt der Brechungsindex des Substrats 276 1,5, der Brechungsindex der einheitlichen Struktur 262 1,7 und der Brechungsindex der aufgedruckten Farbschicht 280 1,4. Die Fokussierungselemente 264 bis 268 sind konvexe, reflektierende Fokussierungselemente 20. Die Fokussierungselemente sind 54 Mikrometer breit, haben eine Durchbiegung von 10 Mikrometern, und die Gesamtdicke der Vorrichtung beträgt etwa 100 Mikrometer.
Optional kann entweder das Substrat 276 oder die einheitliche Struktur 262 oder die aufgedruckte transparente Tinte 280 mit einer Farbe eingefärbt werden, um dem vergrößerten Bild eine Farbe zu verleihen.
Die in den und dargestellten mikrooptischen Vorrichtungen 290 bzw. 292 sind mit der in gezeigten mikrooptischen Vorrichtung 260 identisch, mit Ausnahme der relativen Vertiefung der Bildmaterialelemente und der Fokussierungselemente sowie der Form der Fokussierungselemente (konkav oder konvex). In 16 beinhaltet die mikrooptische Vorrichtung eine einheitliche Struktur 294, in der die Bildmaterialelemente 296 bis 300 in Bezug auf die benachbarten konvexen Fokussierungselemente 302 bis 306 vertieft sind. Bei der in 17 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung 292 stehen die Bildmaterialelemente gegenüber den konkaven Fokussierungselementen 312 bis 316 vor, oder anders ausgedrückt, die Fokussierungselemente 312 und 316 sind gegenüber den Bildmaterialelementen vertieft.
Die in den 15, 16 und 17 dargestellten Ausführungsformen können auch mit refraktiven Fresnellinsen oder diffraktiven Linsen realisiert werden.
Bei den in den 12 bis 17 dargestellten Ausführungsformen hat das von der mikrooptischen Vorrichtung erzeugte vergrößerte Bild einen geringeren Kontrast als das von den in den 8 bis 11 dargestellten Ausführungsformen erzeugte vergrößerte Bild. Die in den 12 bis 17 dargestellten Ausführungsformen und insbesondere die in den 15 bis 17 dargestellten Ausführungsformen sind jedoch vorteilhaft, weil die Struktur vollständig in einer aufgedruckten Schicht eingebettet werden kann, was sie aus Sicht der Fälschung sehr sicher macht, da sowohl die Linsen- als auch die Bildmaterialstruktur nicht durch mechanisches Abformen kopiert werden können.
Andere Ausführungsformen der Erfindung kombinieren die Verwendung einer Beschichtung aus farbiger Tinte, wie in Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben, mit der Verwendung einer zumindest teilweise transparenten Beschichtung aus Tinte mit einem anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur, wie in Bezug auf die 15 bis 17 beschrieben. Eine solche beispielhafte Ausführungsform ist in 18 dargestellt, in der eine mikrooptische Vorrichtung 320 gezeigt wird, die eine einheitliche Struktur 322 beinhaltet, die auf einem transparenten Substrat 324 gebildet ist. Auf der Seite des Substrats 324, die der Seite, auf der die einheitliche Struktur 322 ausgebildet ist, gegenüberliegt, ist eine reflektierende Schicht 326 ausgebildet. Die in Bezug auf die benachbarten Fokussierungselemente 334 bis 338 vertieften Bildelemente 328 bis 332 bilden eine einheitliche Struktur 322. Eine Schicht 340 aus farbiger Tinte, die zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder zumindest teilweise opak ist, wird auf die einheitliche Struktur 322 mit einer Füllmenge und einem Druck aufgedruckt, die ausreichen, um die vertieften Bildmaterialelemente 328 bis 332 zumindest teilweise auszufüllen, wobei zumindest einige Abschnitte der nicht vertieften konvexen (Linsen-)Oberflächen 334 bis 338 nicht mit der farbigen Tinte beschichtet sind.
Die in 19 dargestellte mikrooptische Vorrichtung 360 beinhaltet eine einheitliche Struktur 380, ein Substrat 376 und eine reflektierende Schicht 378, die auf einer der einheitlichen Struktur 380 gegenüberliegenden Seite des Substrats gebildet ist. In dieser Ausführungsform besteht die einheitliche Struktur 380 aus konkaven Fokussierungselementen 364 bis 368 mit Vertiefungen für das Bildmaterial 370 bis 374. Nach der Bildung der einheitlichen Struktur 380 durch Prägen wird farbige Tinte 382 bis 386, die zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder zumindest teilweise opak ist, mit einer Füllmenge und einem Druck aufgebracht, um die Bildmaterialvertiefungen 370 bis 374 in der einheitlichen Struktur 380 zumindest teilweise auszufüllen, wobei zumindest einige Teile der konkaven Linsenoberfläche unbeschichtet bleiben. Schließlich werden die einheitliche Struktur 380 und die farbige Tinte 382 bis 386, die die Bildmaterialelemente bilden, mit einer zumindest teilweise transparenten Beschichtung aus Tinte überdruckt, die einen höheren Brechungsindex als die einheitliche Struktur aufweist, wobei das überdruckte Tintenvolumen pro aufgetragener Fläche ausreicht, um eine planare Struktur zu ergeben.
In diesen Ausführungsformen wird zumindest teilweise durchscheinende und/oder zumindest teilweise opake Tinte auf eine einheitliche Struktur aufgetragen, und die Struktur wird mit einer transparenten Tinte überdruckt, die einen anderen Brechungsindex als die einheitliche Struktur aufweist, vorzugsweise so, dass die endgültige Struktur eine im Wesentlichen ebene äußere Oberfläche aufweist. In den dargestellten Ausführungsformen ist die Linse 54 Mikrometer breit und hat einen Durchhang von 10 Mikrometern, die Gesamtdicke der Vorrichtung beträgt etwa 100 Mikrometer.
Wenn die einheitliche Struktur konvexe Fokussierungselemente hat, muss der Brechungsindex der aufgedruckten Tinte niedriger sein als der Brechungsindex der einheitlichen Struktur, und wenn die Fokussierungselemente konkav sind, muss der Brechungsindex der aufgedruckten Tinte größer sein.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beinhalten eine mikrooptische Vorrichtung, die „einseitig“ ist, d.h. bei der die Bildmaterialelemente innerhalb einer einheitlichen Struktur so angeordnet sind, dass benachbarte Fokussierungselemente die Bildmaterialelemente durch Licht fokussieren oder abtasten, das innerhalb des Substrats, aus dem die einheitlichen Elemente gebildet sind, intern reflektiert wird. Um dies zu erreichen, befindet sich die reflektierende Schicht vorzugsweise auf einer der einheitlichen Struktur gegenüberliegenden Seite des Substrats oder innerhalb des Substrats selbst.
In anderen Ausführungsformen kann die mikrooptische Vorrichtung jedoch „doppelseitig“ sein, d. h. ein zumindest teilweise transparentes Substrat beinhalten, auf dem auf beiden Seiten einheitliche Strukturen gebildet sind. 20 zeigt eine mikrooptische Vorrichtung 400, die ein Substrat 402 mit einheitlichen Strukturen 404 und 406 beinhaltet, die auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 402 gebildet sind. Die einheitlichen Strukturen 404 und 406 und das Substrat 402 sind aus Materialien mit demselben Brechungsindex hergestellt (in alternativen Ausführungsformen können sie unterschiedliche Brechungsindizes haben). Zumindest eine erste Beschichtung aus farbiger Tinte (zumindest teilweise lichtdurchlässig und/oder zumindest teilweise opak) wird auf beide einheitlichen Strukturen aufgedruckt, und zwar mit einer Menge und einem Druck, die ausreichen, um die vertieften Bildmaterialelemente 408 bis 412 der ersten einheitlichen Struktur 404 zumindest teilweise auszufüllen, und um die vertieften Bildmaterialelemente 420 bis 424 der zweiten einheitlichen Struktur 406 zumindest teilweise auszufüllen. In dieser Ausführungsform fokussieren die Fokussierungselemente auf einer Seite des Substrats Bildmaterialelemente auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 402 oder tasten sie ab.
Während jedoch in der in 21 gezeigten mikrooptischen Vorrichtung 450 die einheitlichen Strukturen 452 und 454 auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 456 gebildet werden, wird innerhalb des Substrats eine reflektierende Schicht 458 gebildet, so dass die Fokussierungselemente die Bildmaterialelemente innerhalb derselben einheitlichen Struktur über das innerhalb des Substrats intern reflektierte Licht fokussieren oder abtasten. Beispielsweise fokussiert oder tastet das Linsenelement 460, das einen Teil der einheitlichen Struktur 452 bildet, Licht auf die Bildmaterialelemente 462, die ebenfalls einen Teil der einheitlichen Struktur 452 bilden, über Licht, das von der reflektierenden Schicht 458 intern reflektiert wird.
Eine weitere Ausführungsform ist in 22 dargestellt, die eine mikrooptische Vorrichtung 470 mit einheitlichen Strukturen 472 und 474 zeigt, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 476 gebildet sind. In diesem Fall sind zwei reflektierende Schichten 478 und 480 innerhalb des Substrats 476 bereitgestellt. Die erste reflektierende Schicht 478 befindet sich neben der Bildmaterialstruktur 472, so dass fokussierende Elemente, wie das Linsenelement 482, Bildmaterialelemente, wie das Bildelement 484, über Licht fokussieren oder abtasten, das innerhalb des Substrats von der reflektierenden Schicht 478 intern reflektiert wird. In ähnlicher Weise befindet sich die reflektierende Schicht 480 neben der einheitlichen Struktur 474, und Fokussierungselemente, wie das Linsenelement 486, fokussieren Bildmaterialelemente, wie das Linsenelement 488, über Licht, das im Inneren des Substrats 476 von der reflektierenden Schicht 480 reflektiert wird, oder tasten diese ab.
In den in den 20 bis 23 dargestellten Ausführungsformen ist die erste Beschichtung aus Tinte so dargestellt, dass sie in den vertieften Bildmaterialelementen abgelagert ist, jedoch kann die aufgedruckte Tinte in anderen Ausführungsformen zusätzlich entlang der Linsenumfänge vorhanden sein und/oder auf nicht vertieften Linsenoberflächen vorhanden sein (d. h. auf Oberflächen, die nicht die vertieften Bildmaterialelemente bilden).
Die 23 und 24 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen von doppelseitigen mikrooptischen Vorrichtungen, bei denen einheitliche Strukturen, die Fokussierungselemente und Bildmaterialelemente beinhalten, auf beiden Seiten des Substrats vorhanden sind. Die in den 23 bis 25 dargestellte Beschichtung aus Tinte ist jedoch nicht farbig, sondern die Eigenschaft der Tinte, die einen visuellen Kontrast im vergrößerten Bild bereitstellt, ist der Brechungsindex der Tinte, der sich von dem Brechungsindex der einheitlichen Struktur unterscheidet, über die die Tinte geschichtet ist.
In der beispielhaften mikrooptischen Vorrichtung 500, die in 23 dargestellt ist, sind einheitliche Strukturen 502 und 504 auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats 506 gebildet. Jede einheitliche Struktur beinhaltet Bildmaterialelemente, die in Bezug auf benachbarte Fokussierungselemente vertieft sind. Eine aufgedruckte Beschichtung aus Tinte mit einem anderen Brechungsindex als dem der jeweiligen einheitlichen Struktur wird mit einer Füllmenge und einem Druck aufgebracht, die ausreichen, um die vertieften Bildmaterialelemente zumindest teilweise zu füllen. In der mikrooptischen Vorrichtung 500 fokussieren die Fokussierungselemente auf einer Seite des Substrats die Bildmaterialelemente auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats oder tasten sie ab.
Im Vergleich dazu beinhaltet die in 24 dargestellte mikrooptische Vorrichtung 520 eine reflektierende Schicht 522 in der Mitte des Substrats 524, so dass Fokussierungselemente auf einer Seite des Substrats Bildmaterialelemente auf derselben Seite über Licht fokussieren und abtasten, das innerhalb des Substrats von der reflektierenden Schicht 522 reflektiert wird.
In den 8 bis 24 sind die Bildmaterialstrukturen mit vertikalen Seitenwänden dargestellt, es sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung mit nicht vertikalen Seitenwänden, wie z. B. sich verjüngenden Seitenwänden, denkbar.
Der Kontrast des von der mikrooptischen Vorrichtung erzeugten projizierten Bildes kann weiter erhöht werden, indem ein ausgewählter Bereich der Oberfläche jedes Fokussierungselements mit Bildmaterialelementen gebildet wird und der restliche Oberflächenbereich des Fokussierungselements frei von Bildmaterialelementen ist. Indem die Bildmaterialelemente auf einen ausgewählten Oberflächenbereich der Fokussierungselemente beschränkt werden, wird der Oberflächenbereich jedes Fokussierungselements, der keine Bildmaterialelemente beinhaltet, beibehalten oder vergrößert (im Vergleich zu Ausführungsformen, in denen Bildmaterialelemente einen wesentlichen Oberflächenbereich der Fokussierungselemente einnehmen), und daher wird der Kontrast im vergrößerten Bild aufgrund des vergrößerten Fokussierungsoberflächenbereichs jedes Fokussierungselements erhöht.
25 zeigt ein Beispiel für eine solche mikrooptische Vorrichtung 600, die eine hexagonal gepackte Anordnung von Mikrofokussierungselementen 601 beinhaltet, wobei ein zentraler Bereich jedes Fokussierungselementes mit Bildmaterialelementen 602 bereitgestellt wird, während der verbleibende äußere ringförmige Teil jedes Fokussierungselementes frei von Bildmaterialelementen ist. Diese Anordnung ermöglicht es dem äußeren ringförmigen Abschnitt, seine Linsenfokussierungsfunktion auszuführen, d.h. ein Bildmaterialelement zu fokussieren, das in dem kreisförmigen Mittelbereich jedes Fokussierungselements bereitgestellt wird.
Die Bildmaterialelemente 602 der 25 sind einem Moire-Vergrößerungs-Bildmaterial-Design zugeordnet, und die mikrooptische Vorrichtung 600 dient dazu, ein vergrößertes Bild der Zahl 50 zu einem Betrachter zu projizieren. Der Kontrast des projizierten Bildes wird im Vergleich zu einer Anordnung erhöht, bei der die gesamte Oberfläche der Fokussierungselemente mit Bildmaterialelementen bereitgestellt wird. Durch die Beschränkung der Bildmaterialelemente auf den mittleren Bereich der Fokussierungselemente wird der Bereich der verfügbaren Winkel zur Betrachtung des projizierten Bildes reduziert. Es ist vorgesehen, dass das projizierte Bild in einem kleineren Betrachtungsbereich nahe der Oberflächennormalen der mikrooptischen Vorrichtung betrachtet werden kann.
Die 26a und b zeigen Querschnitte der mikrooptischen Vorrichtung 600 von 25. Zur besseren Veranschaulichung ist in den Figuren nur ein einziges Fokussierungselement abgebildet. 26a zeigt eine einheitliche Struktur 620 der mikrooptischen Vorrichtung 600 ohne reflektierende Oberfläche und ohne eine mit Tinte gefüllte Beschichtung in den Mikrostrukturen; hier ist das vergrößerte Bild relativ schwach und wird durch einfallendes Licht erzeugt, das von der Linsenrückseite des Substrats vollständig intern reflektiert wird. 26b zeigt dieselbe mikrooptische Vorrichtung 600, die jedoch eine reflektierende Oberfläche 621 und eine Linsenrückseite sowie eine aufgedruckte durchscheinende Tinte 622 beinhaltet, die in den stark gekrümmten Bereichen (hauptsächlich in den Bildmaterialstrukturen) abgelagert ist. Die Bildstrukturen haben leicht verjüngte Seitenwände, damit sie sich leicht von einem Prägewerkzeug lösen lassen, wenn die einheitliche Struktur 620 durch direktes Prägen in ein härtbares Material gebildet wird.
Die und zeigen einen kreisförmigen Mittelteil jedes optischen Elements 601, der zur Bildung von Bildmaterialelementen 602 vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass ein oder mehrere Teile jedes Fokussierungselements zur Bildung von Bildmaterialelementen vorgesehen werden können. Die Geometrie der Abschnitte kann für jedes optische Element innerhalb der einheitlichen Struktur variieren. Die Geometrie der Abschnitte, die solche Bildmaterialelemente beinhalten, definiert den Bereich der Blickwinkel, die die mikrooptische Vorrichtung projizieren kann.
Eine komplementäre Anordnung zu der in 26a und b gezeigten könnte ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise könnten die Bildmaterialelemente den äußeren ringförmigen Abschnitten der Fokussierungselemente zugeordnet werden, und der innere kreisförmige Abschnitt könnte frei von Bildmaterialelementen bleiben. Diese Anordnung ermöglicht es, dass das projizierte Bild in größeren Betrachtungswinkeln relativ zur Oberflächennormalen der Vorrichtung betrachtet werden kann. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil sich die Bildmaterialelemente nun näher am Boden der einheitlichen Struktur befinden, in der Nähe von Bereichen mit starker Krümmung oder größter lokaler Änderung der Oberflächenneigung, so dass die Aufteilung der aufgedruckten Tinte (opak oder lichtdurchlässig) in den vertieften Bildmaterialelementen effizienter ist, was einen besseren Bildkontrast bereitstellt.
In einer anderen Ausführungsform sind die Bildmaterialelemente in einem Oberflächenabschnitt der optischen Elemente in Form eines Kreuzes gebildet, wie in dargestellt. Diese Anordnung ermöglicht einen vollständigen Bereich von Betrachtungswinkeln sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung, mit erhöhtem Bildkontrast. Bei Blickwinkeln, die im Wesentlichen außerhalb der vertikalen oder horizontalen Richtung liegen, wird kein Bild auf den Betrachter projiziert.
Die Abschnitte, die die Bildmaterialelemente beinhalten, können regelmäßig oder zufällig über die Oberfläche der Fokussierungselemente verteilt sein. Beispielsweise können Abschnitte, die Bildmaterialelemente beinhalten, bis zu 50 % der Oberfläche der Fokussierungselemente ausmachen, während die anderen 50 % frei von Bildmaterialelementen und damit von Oberflächenunterbrechungen bleiben. In den Ausführungsformen der 25-27 haben die Fokussierungselemente innerhalb derselben mikrooptischen Vorrichtung dieselben Oberflächenbereiche, die ihre entsprechenden Bildmaterialelemente beinhalten.
In einer anderen Ausführungsform können die Bereiche des Fokussierungselements, die zur Bildung von Bildmaterialelementen vorgesehen sind, flach gestaltet werden, anstatt ihr ursprüngliches Oberflächenprofil beizubehalten, um die Segregation der Tinte in die vertieften Bildmaterialelemente besser zu unterstützen. Die flachen Bereiche, die die Bildmaterialelemente, entweder vertiefte oder vorstehende Bildmaterialelemente, beinhalten, können von den Linsenstrukturen vertieft werden, um die Aufteilung der Tinte besser zu unterstützen. Die Gesamtdicke der Vorrichtung und die Linsenparameter werden dann so gewählt, dass die Brennweite der Fokussierungselemente im Wesentlichen gleich oder größer ist als die Summe der beiden folgenden Abstände: (1) Abstand vom Linsenscheitelpunkt zur reflektierenden Schicht/Linsenrückseite; und (2) Abstand von der reflektierenden Schicht/Linsenrückseite zu den Bildmaterialstrukturen.
Die mikrooptische Vorrichtung kann zum Beispiel eine regelmäßige Anordnung von konvexen oder konkaven Linsen umfassen, wobei jede zweite Linse keine Bildmaterialelemente enthält und jede andere zweite Linse flach gestaltet und mit Bildmaterialelementen gebildet ist. zeigt einen Querschnitt 700 einer solchen Anordnung, die mit konvexen Linsen 701 realisiert ist (eine ähnliche Anordnung ist auch mit konkav geformten Linsen denkbar). Die Bildmaterialelemente 702 befinden sich nun vollständig in den Bereichen mit der stärksten Krümmung bzw. der größten lokalen Veränderung der Oberflächenneigung, wodurch die Aufteilung der Tinte auf diese Bereiche effizienter wird. In diesem Beispiel haben die Bildmaterialelemente 702 unterschiedliche Tiefen, so dass das projizierte Bild mehrere Graustufen aufweist. Das projizierte Bild ist bei großen Betrachtungswinkeln von der Oberflächennormalen des Geräts aus sichtbar. Bei Betrachtungswinkeln, die näher an der Oberflächennormalen liegen, ist kein projiziertes Bild zu sehen. zeigt eine Draufsicht auf die mikrooptische Vorrichtung 700, wobei gestrichelte Linien die Bereiche darstellen, die abgeflacht wurden, und die Bildmaterialelemente befinden sich innerhalb der gestrichelten Bereiche und sind auch in Lücken zwischen benachbarten Fokussierungselementen vorhanden.
In einer Ausführungsform ist der flache Bereich derart gebildet, dass er in Bezug auf den Boden seiner benachbarten Fokussierungselemente vertieft ist, um die Effizienz der Aufteilung der Tinte weiter zu verbessern.
29 zeigt eine weitere beispielhafte mikrooptische Vorrichtung 800, bei der einige Fokussierungselemente 801 oder Teile von Fokussierungselementen 801 abgeflacht wurden. In diesem Beispiel werden konkave linsenförmige Linsen verwendet, und die Verbindungsabschnitte des benachbarten Paars konkaver Linsen sind abgeflacht und mit Bildmaterialelementen 802 gebildet. Die gestrichelten Linien zeigen Teile der konkaven linsenförmigen Linsen an, die abgeflacht wurden. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil sie vergrößerte Bilder über den gesamten Bereich der linsenförmigen Betrachtungswinkel erzeugt. Da sich die Bildmaterialelemente in diesem Fall an der Unterseite der einheitlichen Struktur befinden, kann sich die aufgedruckte Tinte besser in den Vertiefungen des Bildmaterials aufteilen, wenn sie mit ausreichend Druck und Volumen pro Flächeneinheit aufgetragen wird. Eine ähnliche Anordnung kann auch mit konvexen Lentikularlinsen realisiert werden. Der gleiche Ansatz kann auch mit 2D-Anordnungen von runden Linsen, entweder konvexen oder konkaven Linsen, verwendet werden.
Wo in dieser Beschreibung (einschließlich der Ansprüche) die Begriffe „umfassen“, „umfasst“, „ beinhaltet“ oder „ beinhaltend“ verwendet werden, sind sie so zu verstehen, dass sie das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte oder Komponenten ausschließen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, die hier nur beispielhaft bereitgestellt werden. Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Mikrooptische Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes, beinhaltend: eine erste einheitliche Struktur auf einer Seite eines Substrats, wobei die erste einheitliche Struktur eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet, wobei eine der ersten Gruppe von Fokussierungselementen und der ersten Gruppe von Bildmaterialelementen in Bezug auf die Andere vertieft ist, wobei die Vorrichtung ferner eine erste Beschichtung aus Tinte beinhaltet, die auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt ist, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen, und wobei eine Eigenschaft der Tinte einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereitstellt.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Beschichtung aus Tinte einen integralen Bestandteil des vergrößerten Bildes bildet.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Beschichtung aus Tinte auf die erste einheitliche Struktur in Bereichen aufgedruckt ist, die keine Strukturen enthalten, die die Bildmaterialelemente bilden, wie beispielsweise auf den Fokussierungselementen oder entlang von Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaft der Tinte, die einen visuellen Kontrast bereitstellt, ein Brechungsindex der Tinte ist, der sich vom Brechungsindex der einheitlichen Struktur unterscheidet, und/oder eine Farbe der Tinte.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Tinte zumindest teilweise transparent oder lichtdurchlässig oder teilweise opak und/oder mit Farbe eingefärbt ist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und ferner beinhaltend eine zweite aufgedruckte Beschichtung aus Tinte, wobei die ersten und die zweiten aufgedruckten Beschichtungen aus Tinte unterschiedliche Farben aufweisen, die unterschiedliche visuelle Kontraste in dem vergrößerten Bild bereitstellen.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten aufgedruckten Beschichtungen in den Bereichen sind, die sich überlappen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildmaterialelemente in eine Oberfläche der Fokussierungselemente vertieft sind, um Hohlräume oder Rillen in der Oberfläche der Fokussierungselemente zu bilden, und/oder die Fokussierungselemente in Bezug zu den Bildmaterialelementen vertieft sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Beschichtung aus Tinte derart aufgebracht ist, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt und eine ebene äußere Oberfläche aufweist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und ferner beinhaltend eine zusätzliche Beschichtung, die einen zu der ersten unitären Struktur verschiedenen Brechungsindex aufweist, wobei die zusätzliche Beschichtung derart aufgebracht ist, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt und eine ebene äußere Oberfläche aufweist.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildmaterialelemente derart angeordnet sind, dass die Fokussierungselemente die Bildmaterialelemente über Licht fokussieren oder abtasten, das innerhalb des Substrats intern reflektiert wird.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Beschichtung der Tinte, die auf die erste einheitliche Struktur aufgedruckt ist, mit einem Druck und einer Füllmenge aufgebracht wird, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Bildmaterialelemente in einem ausgewählten Oberflächenbereich der Fokussierungselemente gebildet sind, beinhaltend: einen zentralen Bereich der Fokussierungselemente, einen ringförmigen Bereich der Fokussierungselemente, einen kreuzförmigen Bereich der Fokussierungselemente oder irgendeinen beliebigen Oberflächenbereich der Fokussierungselemente.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eines oder mehrere der Fokussierungselemente abgeflacht sind, so dass eine im Wesentlichen flache Oberfläche in diesen Fokussierungselementen gebildet wird, und mindestens einige der Bildmaterialelemente in den im Wesentlichen flachen Oberflächen des einen oder der mehreren Fokussierungselemente gebildet sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eines oder mehrere der Fokussierungselemente teilweise abgeflacht sind, so dass in jedem der ein oder mehreren Fokussierungselemente eine im Wesentlichen flache Oberfläche gebildet wird, und mindestens einige der Bildmaterialelemente in den im Wesentlichen flachen Oberflächen der Fokussierungselemente gebildet sind.
Mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das eine oder die mehreren Fokussierungselemente in einem Randbereich der Fokussierungselemente teilweise abgeflacht sind, so dass ein zusammenhängender flacher Bereich in zwei benachbarten Fokussierungselementen gebildet wird.
Mikrooptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die flache Oberfläche parallel zu einer Ebene des Substrats verläuft.
Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung zum Erzeugen eines vergrößerten Bildes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: Bilden einer ersten einheitlichen Struktur auf einer Seite des Substrats, wobei die erste einheitliche Struktur eine erste Gruppe von Fokussierungselementen und eine erste Gruppe von Bildmaterialelementen beinhaltet, wobei eine der ersten Gruppe von Fokussierungselementen und der ersten Gruppe von Bildmaterialelementen in Bezug auf die andere vertieft ist; und Aufdrucken einer ersten Beschichtung von Tinte auf die erste einheitliche Struktur mit einer Füllmenge und einem Druck, die ausreichen, um die vertiefte Gruppe von Elementen zumindest teilweise zu füllen, wobei eine Eigenschaft der Tinte einen visuellen Kontrast in dem vergrößerten Bild bereitstellt.
Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung nach Anspruch 18, bei dem die erste Beschichtung aus Tinte auf die erste einheitliche Struktur in Bereichen aufgedruckt wird, die keine Bildmaterialstrukturen enthalten, wie z.B. auf Fokussierungselementen oder entlang der Grenzen zwischen benachbarten Fokussierungselementen.
Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Eigenschaft der Tinte, die den visuellen Kontrast bereitstellt, ein Brechungsindex der Tinte ist, der sich von der einheitlichen Struktur unterscheidet, und/oder eine Farbe der Tinte.
Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Tinte zumindest teilweise transparent oder lichtdurchlässig oder teilweise opak und/oder mit Farbe eingefärbt ist.
Verfahren zum Fertigen einer mikro-optischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, und ferner beinhaltend den Schritt: Aufdrucken einer zweiten Beschichtung aus Tinte, wobei die erste und die zweite aufgedruckte Beschichtung unterschiedliche Farben aufweisen, die unterschiedliche visuelle Kontraste in dem vergrößerten Bild bereitstellen, wobei die erste und die zweite aufgedruckte Beschichtung sich zumindest teilweise überlappen.
Verfahren zum Fertigen einer mikrooptischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die erste Beschichtung aus Tinte derart aufgebracht ist, dass sie die erste einheitliche Struktur vollständig bedeckt, um eine ebene äußere Oberfläche zu bilden.