RU2666463C2

RU2666463C2 - Защитное устройство и способ изготовления такого устройства

Info

Publication number: RU2666463C2
Application number: RU2016104886A
Authority: RU
Inventors: Брайан ХОЛМС
Original assignee: Де Ла Рю Интернешнл Лимитед
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2018-09-07
Also published as: GB2517079B; GB201313362D0; JP2016537675A; CA2918443A1; US10093124B2; AU2014294779B2; WO2015011493A1; JP6474807B2; GB201413233D0; CN105636796A; US20160167421A1; GB2517079A; RU2016104886A; EP3024665B1; EP3024665A1; AU2014294779A1; CN105636796B

Abstract

Предложено защитное устройство, содержащее: растр фокусирующих элементов, каждый из которых способен фокусировать свет по меньшей мере в первом направлении. Фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной, по меньшей мере одномерной, сеткой. Имеется также массив элементов изображения, расположенный точно напротив растра фокусирующих элементов и построенный на основе повторяющихся ячеек, задающих позиции для элементов изображения. Периодичность ячеек, по существу, равна периодичности сетки, в соответствии с которой размещен растр фокусирующих элементов. Каждая ячейка задает группу позиций для находящихся внутри нее элементов изображения, а каждая из указанных позиций в ячейке ассоциирована с элементом соответствующего изображения. Растр фокусирующих элементов способен направлять к наблюдателю свет от позиций для элементов изображения, выбранных в зависимости от угла наблюдения, с обеспечением возможности последовательного демонстрирования при наклоне устройства различных указанных изображений посредством комбинации элементов изображения, находящихся в выбранных позициях для элементов изображения. Центральный участок каждой ячейки, который содержит одну или более позиций для элементов изображения, предназначенную (предназначенных) для несения элемента (элементов) соответствующего центрального изображения, выполнен более крупным, чем каждый внешний участок ячейки, расположенный снаружи центрального участка и предназначенный для несения элемента (элементов) другого из указанных изображений, так что интервал углов наблюдения, в пределах которого наблюдателю демонстрируется центральное изображение, превышает интервал углов наблюдения, в котором демонстрируется каждое другое изображение. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 42 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к защитному устройству, например для использования в изделиях, обладающих ценностью, таких, в частности, как денежные знаки (банкноты), чеки, паспорта, идентификационные карты, сертификаты аутентичности, гербовые марки и другие документы для подтверждения ценности или идентификации личности. Предлагается также способ изготовления подобных защитных устройств.

Уровень техники

Ценные объекты, особенно ценные документы, такие как банкноты, чеки, паспорта, идентификационные документы, сертификаты и лицензии, часто являются мишенью фальсификаторов и лиц, желающих изготовить поддельные копии таких документов и/или изменить какие-либо из содержащихся в них данных. Как правило, подобные объекты снабжаются рядом визуальных защитных устройств для проверки аутентичности объекта. Некоторые из этих устройств (такие как микротекст, рисунки из тонких линий, латентные изображения, устройства типа "венецианских жалюзи", лентикулярные устройства, устройства на эффекте муара, устройства увеличения муара), создающие защитный визуальный эффект, основаны на использовании одного или более паттернов. Другие известные защитные устройства содержат голограммы, водяные знаки, тиснения, перфорации или используют изменения цвета или люминесцентные/флуоресцентные краски. Общим для всех таких устройств является то, что визуальный эффект, создаваемый устройством, крайне трудно или невозможно скопировать, используя доступные технологии репродуцирования, например фотокопирование. Могут применяться и защитные устройства, реализующие невидимые эффекты, например, с использованием магнитных материалов.

Один класс защитных устройств образуют устройства, создающие изменяющийся оптический эффект, в соответствии с которым вид устройства является различным при различных углах наблюдения. Такие устройства особенно эффективны, поскольку прямые копии (например фотокопии) не будут создавать изменяющийся оптический эффект и, как следствие, их легко отличить от подлинных устройств. Подобные эффекты могут генерироваться с использованием различных средств, включая голограммы и другие дифракционные устройства, а также устройств, использующих фокусирующие элементы, такие как линзы, устройства с увеличением за счет муарового эффекта (moire magnifiers), интегральных устройств формирования изображений и так называемых лентикулярных устройств.

Устройства с увеличением за счет муарового эффекта (примеры которых описаны в ЕР 1695121 A, WO 94/27254 A, WO 2011/107782 А и WO 2011/107783 А) используют растр (массив) микрофокусирующих элементов (таких как линзы или зеркала) и соответствующий массив микроэлементов изображения. При этом шаги (периодичность) массива микрофокусирующих элементов и массива микроэлементов изображения, а также их относительные положения выбраны такими, что массив микрофокусирующих элементов взаимодействует с массивом микроэлементов изображения, чтобы сгенерировать увеличенную версию микроэлементов изображения в результате эффекта муара. Каждый микроэлемент изображения представляет собой полную миниатюрную копию изображения, которое будет наблюдаться, а растр фокусирующих элементов обеспечивает выбор и увеличение небольшой части каждого расположенного под ним микроэлемента изображения. Все эти части объединяются в человеческом глазу с визуализацией полного увеличенного изображения. Этот принцип иногда именуется "синтетическим увеличением".

Интегральные устройства формирования изображений сходны с устройствами с увеличением за счет муарового эффекта в том, что под соответствующим линзовым растром находится массив микроэлементов изображения, каждый из которых является миниатюрной версией демонстрируемого изображения. Однако в этом случае между линзами и микроизображениями нет рассогласования. Вместо этого визуальный эффект создается за счет того, что все микроизображения являются видами одного и того же объекта, но из различных точек. При наклоне устройства линзы увеличивают различные изображения, так что создается впечатление трехмерного изображения.

Лентикулярные устройства, напротив, не используют синтетическое или иное увеличение. Растр фокусирующих элементов, как правило в виде цилиндрических линз, накладывается на соответствующий массив элементов ("секций") изображения, каждый (каждая) из которых представляет собой только часть изображения, которое должно быть воспроизведено. Секции двух или более различных изображений чередуются, и, при рассматривании через фокусирующие элементы, при каждом угле наблюдения (рассматривания) к наблюдателю будет направляться свет (видимое излучение) только от выбранного набора секций изображения. В результате при рассматривании под различными углами можно будет видеть различные составные изображения. Следует, однако, отметить, что в типичном варианте какое-либо увеличение отсутствует, и наблюдаемое результирующее изображение будет иметь, по существу, тот же размер, что и изображение, составленное непосредственно из секций изображения. Некоторые примеры лентикулярных устройств описаны в US 4892336 A, WO 2011/051669 A, WO 2011051670 A, WO 2012/027779 А и US 6856462 В. Лентикулярные устройства имеют то преимущество, что позволяют отображать различные изображения при различных углах наблюдения, обеспечивая, тем самым, возможность анимации и других впечатляющих визуальных эффектов, которые недостижимы при применении технологии увеличения за счет муарового эффекта.

Большинство известных лентикулярных устройств являются одномерными устройствами (т.е. устройствами, которые демонстрируют изменяющийся оптический эффект при наклоне вокруг только одной оси). Однако известны также двумерные лентикулярные устройства. В US 6483644 А описаны примеры таких устройств, направленных на достижение результатов, визуально сопоставимых с результатами, достигаемыми интегральными устройствами, за счет создания двумерного массива элементов изображения, содержащего чередующиеся друг с другом выбранные пиксели по меньшей мере двух изображений. Такой массив рассматривается через просмотровый линзорастровый экран типа "мушиный глаз" (образованный полусферическими линзами), так что при наклоне устройства видны различные изображения. Такое выполнение создает двумерное лентикулярное устройство.

С известными лентикулярными устройствами (одномерными и двумерными), включая описанные выше, связана следующая проблема: при определенных углах наблюдения область массива элементов изображения, видимая наблюдателем, не соответствует единственному элементу изображения, а может включать зону стыковки между двумя или, возможно, более элементами изображения, относящимися к различным изображениям. Эта ситуация может ухудшиться, если устройство сформировано на гибкой подложке (что типично для области защиты документов), поскольку устройство в момент его рассматривания может не быть вполне плоским, что вызовет дополнительное искажение геометрии воспроизведения изображения. Демонстрирование смеси двух или более изображений, в типичном случае наложенных одно на другое, приводит к визуальной путанице (неупорядоченности), что ослабляет визуальный эффект, создаваемый защитным устройством.

Раскрытие изобретения

Изобретение предлагает защитное устройство, содержащее:

растр фокусирующих элементов, каждый из которых способен фокусировать свет по меньшей мере в первом направлении, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной, по меньшей мере одномерной, сеткой, и

массив элементов изображения, расположенный точно напротив растра фокусирующих элементов и построенный на основе повторяющихся ячеек, задающих позиции для элементов изображения. При этом периодичность ячеек, по существу, равна периодичности сетки, в соответствии с которой размещен растр фокусирующих элементов. Каждая ячейка задает набор (группу) позиций для находящихся внутри нее элементов изображения, а каждая из указанных позиций в ячейке ассоциирована с элементом соответствующего изображения.

Растр фокусирующих элементов способен направлять к наблюдателю свет от позиций для элементов изображения, выбранных в зависимости от угла наблюдения, с обеспечением возможности последовательного демонстрирования при наклоне устройства различных указанных изображений посредством комбинации элементов изображения, находящихся в выбранных позициях для элементов изображения.

Центральный участок каждой ячейки, который содержит одну или более позиций для элементов изображения, предназначенную (предназначенных) для несения элемента (элементов) соответствующего центрального изображения, выполнен более крупным, чем каждый внешний участок ячейки, расположенный снаружи центрального участка и предназначенный для несения элемента (элементов) другого из указанных изображений. В результате интервал углов наблюдения, в пределах которого наблюдателю демонстрируется центральное изображение, превышает интервал углов наблюдения, в котором демонстрируется каждое другое изображение.

Изобретение предлагает также способ изготовления защитного устройства, включающий получение описанного растра фокусирующих элементов и формирование описанного массива элементов изображения.

Выполнение элементов изображения на основе ячеек, в которых увеличенный (центральный) участок выделен для демонстрирования центрального изображения, уменьшает или устраняет визуальную неупорядоченность и усиливает, тем самым, визуальное впечатление, создаваемое устройством. Это достигается за счет того, что для демонстрирования центрального изображения выделена доля ячейки, увеличенная по сравнению с долей, выделенной для демонстрирования любого другого изображения. В результате фокусирующие элементы будут направлять свет от центрального участка к наблюдателю для большего количества позиций наблюдения, чем в случае любого внешнего участка. Никакой контакт между позициями для элементов изображения, соответствующих различным изображениям, не будет иметь места, пока устройство не будет наклонено настолько, что часть поверхности ячейки, свет от которой направляется к наблюдателю фокусирующим элементом, не достигнет периметра центрального участка. В результате будет получено устройство, создающее четкое и яркое статическое изображение в пределах малых углов наклона и генерирующее изменяющийся оптический эффект, когда рассматривается при больших наклонах.

Должно быть понятно, что здесь важен интервал углов наблюдения, в пределах которого непрерывно демонстрируется каждое изображение, причем интервал углов, в пределах которого наблюдателю непрерывно демонстрируется центральное изображение, больше, чем интервал углов наблюдения, соответствующий непрерывному демонстрированию любого другого изображения. В одном примере центральное изображение может демонстрироваться при рассматривании вдоль нормали и вдоль направлений, образующих с ней с каждой стороны углы в пределах ±5° при наклоне (повороте) вокруг одной оси (т.е. в пределах 10°), тогда как два идентичных внешних изображения могут быть видимыми в интервалах от -15° до -10° и от +10° до +15°. Таким образом, одно внешнее изображение, которое будет видимым при -15° и +15°, не будет наблюдаться непрерывно в пределах промежуточных углов наклона. Таким образом, интервал углов наблюдения (10°), в пределах которого наблюдателю непрерывно демонстрируется центральное изображение, больше, чем аналогичный интервал углов (5°) для внешнего изображения.

Следует отметить, что защитное устройство - это пример лентикулярного устройства, т.е. каждый элемент изображения является частью (например индивидуальным пикселем или группой пикселей) соответствующего изображения, а не его миниатюрной версией (как это было бы в случае устройства с увеличением за счет муарового эффекта). Каждая группа элементов изображения (заполняющая одну ячейку) формирует одну часть каждого изображения и соответствует одному фокусирующему элементу, который обеспечивает выбор элемента изображения данной группы для демонстрирования наблюдателю в зависимости от угла наблюдения. Все элементы изображения находятся, по существу, в одной плоскости, и фокусирующие элементы способны направлять свет от любого из них в зависимости только от угла наблюдения. Выбранные в пределах растра фокусирующих элементов элементы изображения и соответствующие ячейки комбинируются, чтобы демонстрировать полностью одно из доступных изображений, выбор которого зависит от угла наблюдения. Фокусирующие элементы предпочтительно не обеспечивают никакого увеличения. Должно быть также понятно, что, в зависимости от конкретного изображения, которое должно демонстрироваться устройством, не все позиции для элементов изображения в каждой ячейке массива элементов изображения могут нести элемент изображения. Если этого требует характер изображения, некоторые позиции для элементов изображения могут быть пустыми.

Центральный участок может быть задан в ячейке различными способами. В первом предпочтительном варианте центральный участок содержит единственную центральную позицию для элемента изображения, более крупную, чем любая другая позиция для элементов изображения, заданная ячейкой. Таким образом, центральное изображение будет разделено на большее количество частей (элементов изображения) в составе массива элементов изображения, чем любое другое изображение, демонстрируемое устройством. Такое выполнение эффективно, поскольку, хотя размеры некоторых или всех позиций для элементов изображения снаружи центрального участка могут быть уменьшены (по сравнению с известными схемами), не требуется уменьшать количество этих позиций. Соответственно, количество различных изображений, которые могут демонстрироваться устройством, сохраняется. В этом случае каждый внешний участок ячейки (т.е. участок, соответствующий любому изображению, кроме центрального) предпочтительно содержит единственную позицию для элемента изображения, которая меньше центральной позиции.

Любое увеличение размеров центральной позиции для элемента изображения относительно размеров позиций снаружи центрального участка улучшит визуальное впечатление от устройства, как это описано выше. Однако желательно, чтобы размер центральной позиции для элемента изображения по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 25% превышал средний размер других позиций для элементов изображения, заданных ячейкой. Под "размером" здесь понимается расстояние от одной стороны позиции для элемента изображения до другой ее стороны по меньшей мере вдоль первого направления и, предпочтительно, также вдоль второго, ортогонального направления. Желательно также, чтобы центральный элемент изображения был больше, чем другие элементы изображения в терминах площади. Если позиции для элементов изображения снаружи центрального участка варьируют по размерам, центральная позиция должна иметь размеры, большие, чем размеры самой крупной из остальных позиций. Было установлено, что описанное соотношение обеспечивает хороший баланс между улучшенной визуальной стабильностью (обеспечиваемой увеличением размеров центральной позиции для элемента изображения) и сохранением в ячейке достаточного пространства для несения других изображений, требуемых для создания желательного изменяющегося оптического лентикулярного эффекта.

В более общем виде, в одномерных устройствах, в которых элементы изображения являются продолговатыми полосками, различные размеры позиций для элементов изображения реализуются, как различные значения ширины этих полосок, которая в этом случае соответствует размеру вдоль первого направления. Лентикулярный эффект и описанная визуальная стабилизация будут наблюдаться при наклоне устройства в первом направлении. В двумерных устройствах элементы изображения предпочтительно будут не продолговатыми, а, например, квадратными или прямоугольными. В этом случае увеличенный центральный элемент изображения будет реализован путем увеличения (по сравнению с другими позициями для элементов изображения) размера между сторонами по меньшей мере в одном (первом) направлении, но предпочтительно также во втором, ортогональном направлении, что обеспечит визуальную стабилизацию в обоих направлениях наклона.

В некоторых вариантах увеличенный размер центральной позиции для элемента изображения может соответствовать уменьшению размеров только для непосредственно примыкающих к нему позиций для элементов изображения. Как следствие, в некоторых вариантах позиции для элементов изображения, непосредственно примыкающих снаружи к центральной позиции предпочтительно меньше окружающих их позиций для элементов изображения, расположенных ближе к периферии ячейки. Это дает преимущество, состоящее в том, что остальные позиции для элементов изображения могут сохранить свои исходные размеры. Однако в этом случае изображения, соответствующие самым малым позициям для элементов изображения, будут демонстрироваться в пределах относительно малого интервала углов наклона. С учетом этого для создания увеличенной центральной позиции для элемента изображения может оказаться желательным изменить размеры всех позиций снаружи центрального участка. В этом случае все элементы изображения в ячейке, за исключением центрального, могут иметь, по существу, одинаковые размеры.

Вместо создания, с целью формирования центрального участка, увеличенной позиции для элемента изображения, в других предпочтительных вариантах центральный участок содержит подгруппу из по меньшей мере двух позиций для элементов изображения, заданных ячейкой. При этом каждая позиция для элемента изображения в подгруппе несет один и тот же элемент центрального изображения. Благодаря созданию в центре каждой ячейки нескольких позиций для элементов изображения (образующих "центральную подгруппу"), предназначенных для несения копий одного и того же элемента общего ("центрального") изображения, центральный участок не содержит никаких контактов между различными элементами изображения. Как следствие, от какой бы части подгруппы (в зависимости от угла наблюдения) свет не направлялся наблюдателю посредством фокусирующего массива, он будет видеть, без помех, одно (центральное) изображение. Только при таком наклоне устройства, при котором фокусирующими элементами будут выбраны позиции для элементов изображения снаружи подгруппы, будет наблюдаться изменяющийся оптический эффект. Данное выполнение может быть предпочтительным, если в каждой ячейке задано относительно большое количество позиций для элементов изображения, так что довольно много позиций может быть отнесено к центральной подгруппе при сохранении достаточного количества позиций для элементов изображения вне этой подгруппы для несения частей изображений, отличающихся от центрального изображения (должно быть понятно, что "центральная подгруппа" не включает все позиции для элементов изображения в ячейке).

Описанное решение может быть применено к одномерным или двумерным устройствам. При этом в случае двумерного устройства, даже если различные эффекты реализуются при наклонах устройства в двух различных направлениях, центральная подгруппа, тем не менее, может быть выполнена протяженной только вдоль одного направления. Однако ячейка предпочтительно задает двумерную группу позиций для элементов изображения, содержащую позиции для элементов изображения, расположенные вдоль первого и второго ортогональных направлений, а центральная подгруппа содержит двумерную подгруппу (двумерный набор) позиций для элементов изображения. Например, эта подгруппа может являться группой позиций для элементов изображения размерностью m×n, где m и n - целые числа, большие или равные 2. Таким образом, подгруппа может содержать по меньшей мере две смежные позиции для элементов изображения, расположенные вдоль первого направления, и по меньшей мере две смежные позиции, расположенные вдоль второго направления. В результате визуальная неупорядоченность уменьшается для углов наклона в обоих ортогональных направлениях. В особенно предпочтительном варианте подгруппа содержит, по существу, одинаковые количества позиций для элементов изображения, расположенных вдоль первого направления и вдоль второго направления, т.е. представляет собой группу из m×m позиций для элементов изображения. Такое соотношение является желательным, поскольку визуальная путаница может быть уменьшена по обеим осям, по существу, в равной степени. В этом варианте все заданные в ячейке позиции для элементов изображения имеют предпочтительно, по существу, одинаковые размеры.

Снаружи центрального участка позиции для элементов изображения можно выполнить во многих различных вариантах. Например, каждому изображению может соответствовать одна позиция для элемента изображения или подгруппа, содержащая более одной такой позиции. Таким образом, каждый внешний участок ячейки предпочтительно содержит либо единственную позицию для элемента изображения, либо подгруппу с меньшим количеством позиций, чем в центральной подгруппе. В последнем случае каждая позиция для элемента изображения в одной подгруппе будет, как правило, нести копию одного и того же элемента соответствующего изображения.

Независимо от его выполнения, центральный участок включает в себя центр ячейки (например пересечение диагоналей в квадратной/прямоугольной ячейке или пересечение двух линий, соединяющих противоположные углы гексагональной ячейки). Это нужно для того, чтобы элемент(ы) центрального изображения находился (находились) у центра каждого фокусирующего элемента, т.е. чтобы центральное изображение демонстрировалось при рассматривании устройства вдоль оси и/или вдоль близкого к ней направления. Центральная подгруппа предпочтительно центрирована относительно центра ячейки, т.е. ее центр совпадает с центром ячейки.

Независимо от того, содержит ли центральный участок единственную увеличенную позицию для элемента изображения или подгруппу таких позиций, по рассмотренным выше причинам желательно выполнить его по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 25% больше, чем средний размер внешних участков ячейки. Как уже было упомянуто, термин "размер" относится к расстоянию от одной стороны центрального участка до другой его стороны вдоль по меньшей мере первого направления. Если внешние участки варьируют по размерам, центральный участок должен иметь размер, больший, чем размер самого крупного из внешних участков. В двумерных устройствах центральный участок предпочтительно имеет большие размеры (расстояния между сторонами), чем любой из внешних участков как в первом, так и во втором ортогональных направлениях.

Изображение, соответствующее центральному участку ячейки, и изображения, соответствующие каждому ее внешнему участку, предпочтительно будут отличаться одно от другого. Альтернативно, некоторые изображения могут быть одинаковыми; однако, желательно, чтобы никакие два или более смежных участков массива элементов изображения (центрального и/или внешних) не были выделены для создания одного и того же изображения, поскольку это непредумышленно увеличило бы эффективные размеры соответствующих участков и, тем самым, привело к созданию большего непрерывного внешнего участка, чем участок, выделенный для центрального изображения. Данное требование справедливо независимо от того, находятся ли эти участки в одной ячейке или в смежных ячейках.

В зависимости от желательного визуального эффекта может оказаться необязательной установка растра фокусирующих элементов точно напротив массива элементов изображения: вследствие одинаковой периодичности данных растра и массива изменяющийся оптический эффект может быть получен без указанного согласования по положению. Однако управляемость этим эффектом будет ослаблена. Поэтому в предпочтительных вариантах растр фокусирующих элементов и массив элементов изображения расположены точно напротив друг друга, предпочтительно таким образом, что центральный участок каждой ячейки расположен точно напротив центра соответствующего фокусирующего элемента с обеспечением возможности демонстрирования центрального изображения при рассматривании защитного устройства по нормали к плоскости защитного устройства. Благодаря согласованию двух массивов изменяющимся оптическим эффектом можно управлять, например задавая, какое именно изображение будет видимым при каких углах наклона. В сочетании с описанной конфигурацией ячейки это обеспечит особенно сильный эффект. Действительно, в случае описанного согласования по положению "центральное" изображение будет наблюдаться при рассматривании устройства вдоль нормали к нему и вдоль направлений, близких к нормали. Поскольку документы обычно рассматриваются именно таким образом (по меньшей мере сначала), такое выполнение гарантирует, что устройство создает хорошо различимое изображение именно в своем исходном и легко идентифицируемом положении. В дополнение, требование согласования по положению повысит уровень защиты устройства, увеличивая трудность изготовления приемлемой поддельной версии.

Растр фокусирующих элементов и массив элементов изображения целесообразно сконфигурировать с обеспечением возможности демонстрирования центрального изображения при рассматривании защитного устройства по меньшей мере вдоль первого направления в пределах порогового угла между направлением рассматривания и нормалью, составляющего 2°-10°, предпочтительно 2,5°-5°. За пределами данного порогового угла центральное изображение больше не является видимым, оно сменяется изображением, соответствующим участку, находящемуся снаружи центрального участка. Полный набор изображений, демонстрируемых устройством, предпочтительно может наблюдаться в пределах угла наклона относительно нормали в интервале примерно от +15° до -15°. Интервал углов наблюдения, в пределах которого демонстрируется каждое изображение, может быть измерен, например, путем помещения устройства на стол и позиционированием камеры так, чтобы наблюдать изображение, демонстрируемое устройством. Затем измеряют угол между столом и камерой, который можно изменять либо наклоном стола, либо поворотом камеры на соответствующем штативе. Чтобы измерить интервал наблюдения любого изображения, камеру позиционируют так, чтобы она регистрировала желательное изображение, после чего стол или камеру наклоняют до тех пор, пока изображение не перестанет регистрироваться камерой. При этом измеряют и регистрируют угол, на который камера развернется относительно стола.

Должно быть понятно, что центральный участок не включает все позиции для элементов изображения в ячейке, т.е. ячейка содержит также участки, внешние по отношению к центральному участку и выделенные для несения частей изображений, отличающихся от центрального изображения. Как было пояснено выше, каждый из этих "внешних участков" может содержать единственную позицию для элемента изображения или подгруппу таких позиций. Ячейка предпочтительно содержит внешние участки, имеющие протяженность по меньшей мере в первом направлении, поскольку фокусирующие элементы способны фокусировать излучение по меньшей мере в этом направлении. В простейшем случае снаружи центрального участка, на каждой его стороне, может находиться единственный внешний участок. Однако на каждой стороне центрального участка предпочтительно находятся по меньшей мере два внешних участка, расположенных вдоль первого направления. В результате при наклоне устройства может демонстрироваться несколько различных изображений. В особенно предпочтительных вариантах на каждой стороне центрального участка вдоль первого направления находятся одинаковые количества внешних участков. Это обеспечивает демонстрирование одинакового количества различных изображений при наклонах устройства вдоль одного направления в любую сторону. Такое выполнение может быть особенно эффективно, когда визуальный эффект является анимацией или эффектом трехмерности, поскольку зависимость кажущейся скорости (визуальных) изменений от угла наклона может быть сделана одной и той же для обеих сторон.

Уже упоминалось, что предлагаемая конфигурация элементов изображения применима и к одномерным, и к двумерным устройствам. Поэтому в некоторых предпочтительных вариантах фокусирующие элементы фокусируют свет только в первом направлении и предпочтительно являются полуцилиндрическими линзами или зеркалами. Такое выполнение дает одномерное лентикулярное устройство.

В других предпочтительных примерах каждый фокусирующий элемент способен фокусировать излучение по меньшей мере в первом направлении и во втором, ортогональном направлении (примером являются сферические линзы - другие примеры будут рассмотрены далее), а фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой. Такие двумерные фокусирующие элементы могут быть использованы с массивом элементов изображения того же типа, что и используемые с одномерными фокусирующими элементами, когда позиции для элементов изображения расположены в ячейке только вдоль первого направления. В таком случае будет снова получено одномерное лентикулярное устройство. Однако желательно, чтобы в этом случае ячейка задавала двумерную группу позиций для элементов изображения, в которой эти позиции расположены вдоль первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений. В результате может быть достигнут двумерный изменяющийся оптический эффект.

В двумерном устройстве центральный участок может доходить до края ячейки в одном или более (но не во всех) направлениях. Однако в предпочтительных вариантах ячейка содержит внешние участки, расположенные снаружи центрального участка вдоль по меньшей мере первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений. Такое выполнение желательно, чтобы генерировать изменяющийся оптический эффект при наклоне устройства в первом и втором, предпочтительно во всех направлениях. Целесообразно разместить на каждой стороне центрального участка вдоль первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений, по меньшей мере два внешних участка. При этом ячейка предпочтительно содержит одинаковые количества внешних участков, расположенных снаружи центрального участка вдоль первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений. Как и в случае одномерного устройства, такие варианты позволяют демонстрировать по нескольку различных изображений при наклоне в каждом направлении, причем в каждом случае предпочтительно демонстрируется одно и то же количество различных изображений.

Конкретная конфигурация массива элементов изображения будет зависеть, по меньшей мере частично, от конфигурации растра фокусирующих элементов, но желательно, чтобы каждая ячейка, по существу, соответствовала (в терминах размера и/или формы) основанию одного фокусирующего элемента. Следует отметить, что основание фокусирующего элемента может не определяться формой фокусирующей поверхности элемента. Например, сферическая или асферическая линза может иметь не круглое, а прямоугольное или квадратное основание (примеры этого будут приведены далее).

Количество и расположение позиций для элементов изображения (предпочтительно по меньшей мере трех и пяти позиций соответственно для одномерного и двумерного устройств) в каждой ячейке будут зависеть от ряда факторов, в том числе от желательного количества различных воспроизводимых изображений и от того, должно ли устройство использоваться как одномерное или двумерное. Однако в каждой ячейке предпочтительно задается целое нечетное количество позиций для элементов изображения. В этом случае центральная точка ячейки будет, как правило, находиться внутри одной позиции для элемента изображения, а не на стыке позиций. Таким образом, каждая ячейка может задавать, например, 5, 7, 9, 11, 13.… различных позиций для элементов изображения. В теории верхний предел количества элементов изображения в ячейке отсутствует. Однако на практике по мере увеличения количества изображений разрешение будет уменьшаться, для отображения каждого изображения будет использоваться все меньшая часть площади ячейки (и, следовательно, устройства в целом). Кроме того, при практической реализации количество элементов изображения, которые могут быть образованы в одной ячейке, будет ограничиваться разрешением, с которым формируются эти элементы.

Например, если для формирования элементов изображения используется метод печати с минимальным размером печатного элемента 15 мкм, в ячейке шириной 45 мкм по ширине ячейки можно разместить максимум 3 изобразительных полоски. В сходном двумерном устройстве в ячейку 60×60 мкм можно включить до 16 (=4×4) позиций для элементов изображения. Предположим, однако, что указанный минимальный размер может быть уменьшен примерно до уровня 1 мкм (например, путем использования при формировании элементов изображения, вместо печатных элементов, рельефных структур). Тогда количество элементов изображения будет, скорее всего, ограничиваться желательным визуальным эффектом и объемом файла данных по изображениям, с которым можно работать на стадии конструирования печатающего инструмента. Типы эффектов, которые требуют большого количества положений в составе матрицы положений, включают анимационные эффекты и особенно эффекты непрерывного и горизонтального параллакса. Но даже в этом случае не достигается существенного выигрыша от формирования более одного элемента изображения на градус наклона, поскольку меньшие угловые приращения практически не могут быть разрешены наблюдателем. Поскольку на практике устройства, как правило, будут рассматриваться в пределах углов наблюдения примерно 30°-35° по каждой ортогональной оси, практический верхний предел количества элементов, которое может использоваться для достижения плавного эффекта параллакса или анимации изображения, составляет примерно 30×30 (т.е. 900). Однако для фокусирующего элемента и для ячейки с размерами 30 мкм это потребует способности формировать элемент данных с размерами 1 мкм.

На практике, однако, даже угловые шаги 2°-3° могут быть достаточно малыми, чтобы не создавать зернистость в изображении; следовательно группа 9×9 или 11×11 элементов изображения на ячейку может обеспечить хорошее качество при условии, что эти элементы могут быть сформированы с размерами около 3 мкм. Еще одним фактором является то, что фокальное пятно (т.е. часть массива элементов изображения, которая направляется в сторону наблюдателя каждым фокусирующим элементом) для линзы с размером основания 30 мкм на практике будет в типичном случае иметь эффективную ширину или диаметр не менее 1,5-2 мкм. Как следствие, элементы изображения с размером меньше 2 мкм не будут разрешаться. Таким образом, для фокусирующего элемента с размером 30 мкм предпочтительное максимальное количество изобразительных полосок на ячейку находится вблизи 15, 11 или 9 (для одномерного устройства) и 225 (=15×15), 121 (11×11) или 81 (9×9) (для двумерного устройства).

Центральный участок может иметь или не иметь ту же форму, что и ячейка. В двумерном устройстве центральный участок предпочтительно не является продолговатым, а может быть, например, по существу, квадратным, прямоугольным, круглым или гексагональным. В результате эффект, создаваемый центральной подгруппой в двумерном устройстве, будет, по существу, симметричным.

Как было отмечено выше, если этого требует характер изображения, некоторые позиции для элементов изображения в пределах устройства могут оставаться пустыми. Кроме того, в пределах устройства одно или более изображений также могут быть пустыми. В особенно предпочтительном варианте по меньшей мере в той области устройства, в которой изображения, соответствующие внешним участкам, содержат знаки, центральное изображение является пустым и, соответственно, элементы изображения в пределах центрального участка во всех ячейках указанной области устройства являются пустыми. В этом случае при малых углах наклона (когда демонстрируется центральное изображение, создаваемое центральным участком) наблюдатель будет видеть пустую область устройства, которая при увеличении наклона замещается изображениями знаков. При наклоне устройства из одного крайнего положения в другое через нормальное положение, вместо непосредственного перехода между знаком, соответствующим первому изображению, к другому знаку, соответствующему второму изображению, устройство между демонстрируемыми знаками (когда демонстрируется центральное изображение) будет казаться пустым. Это визуально разделяет первое и второе изображения, которые, хотя и расположены в одной области, будут восприниматься не как накладывающиеся, а как четко заменяющие одно другое.

Сходный эффект может быть достигнут, если центральное изображение является равномерно окрашенным цветным блоком (термин "цвет", в дополнение к таким цветам и оттенкам, как красный, зеленый и т.д., охватывает и ахроматические тона, такие как белый, серый и черный). Таким образом в другом предпочтительном примере, по меньшей мере в той области устройства, в которой изображения, соответствующие внешним участкам, содержат знаки, центральное изображение является равномерно окрашенным цветным блоком; соответственно, элементы изображения в пределах центрального участка во всех ячейках указанной области устройства равномерно окрашены в тот же цвет. Цвет может быть выбран из условия соответствия фоновому материалу, например основе обладающего ценностью документа, на котором находится устройство. В этом случае присутствие устройства может быть скрыто, когда демонстрируется центральное изображение.

Центральное изображение может иметь и любую иную форму, например соответствовать виду трехмерного объекта, шагу в анимационной последовательности или букве, цифре, символу или иному знаку.

Позиции для элементов изображения, заданные в каждой ячейке, могут быть пространственно разделены, но в предпочтительных вариантах эти позиции примыкают одна к другой и, по существу, заполняют ячейку. Это также способствует сильному визуальному впечатлению, т.к. поддерживает высокие разрешение и интенсивность изображений.

Во всех вариантах каждое изображение может иметь любую желательную форму (включая вышеупомянутые равномерно окрашенные блоки и пустые изображения). Однако в предпочтительных примерах по меньшей мере некоторые изображения (например центральное изображение или любое изображение, соответствующее внешним участкам) содержат один из следующих компонентов: букву, цифру, символ, знак, логотип, портрет или графику. Изображения предпочтительно отличаются одно от другого, но некоторые из них (не все) могут быть одинаковыми (при условии учета соображений, приведенных выше). Каждый элемент изображения будет частью, например пикселем, соответствующего изображения, например содержащего последовательность букв или цифр, в частности "А", "В", "С", "D" и "Е", или последовательность кадров анимации, или различные виды трехмерного объекта или сцены. В некоторых предпочтительных примерах все изображения содержат общий изобразительный компонент ("контурную линию"), отображаемый (отображаемую) областью защитного устройства при всех углах наблюдения. Присутствие такого компонента, который является постоянно видимым в процессе наклона устройства, облегчает наблюдателю сравнение видов устройства при различных углах рассматривания и, как следствие, восприятие изменений визуального эффекта. В одном особенно эффективном варианте общий изобразительный компонент является контуром, окружающим область с контентом, варьирующимся (например в терминах цвета) между различными изображениями. Таким образом, контурный компонент может служить в качестве рамки. Данный компонент может быть сформирован также в виде границы, окружающей внутреннюю часть изображения, или в виде секции изображения.

В двумерных устройствах фокусирующие элементы и элементы изображения могут быть размещены различным образом. В предпочтительном примере сетка (решетка), в соответствии с которой размещены фокусирующие элементы, является ортогональной сеткой, а ячейка является квадратной или прямоугольной. В других предпочтительных примерах данная сетка является гексагональной (например плотноупакованной) сеткой, и ячейка также является гексагональной, предпочтительно в виде правильного шестиугольника. Ячейки с равными сторонами предпочтительны, так как обеспечивают, по существу, одинаковые визуальные изменения при наклонах устройства в ортогональных направлениях.

В предпочтительных примерах фокусирующие элементы - это линзы или зеркала, которые в двумерных устройствах предпочтительно имеют сферические или асферические фокусирующие поверхности. Фокусирующие элементы должны быть способны направлять свет, в зависимости от угла наблюдения, от любых элементов изображения в составе массива (которые в типичном варианте находятся в одной плоскости) к наблюдателю. Оптические силы линз могут быть различными в различных направлениях, например, чтобы создать эффект, согласно которому изображение представляется расфокусированным при наклоне устройства в одном направлении. Однако каждый фокусирующий элемент предпочтительно имеет, по существу, постоянную оптическую силу в каждом из по меньшей мере двух ортогональных направлений. В особо предпочтительных вариантах фокусирующие элементы способны фокусировать свет во всех направлениях и могут иметь во всех этих направлениях, по существу, равную оптическую силу (т.е. обладать бесконечной вращательной симметрией), как это имеет место применительно к сферическим и некоторым асферическим линзам. Фокусное расстояние предпочтительно будет по существу одинаковым (например различаться в пределах ±10 мкм, более предпочтительно ±5 мкм) для всех углов наблюдения вдоль каждого направления, наиболее предпочтительно во всех направлениях.

Периодичность растра фокусирующих элементов и, следовательно, максимальный размер основания индивидуальных фокусирующих элементов связаны с толщиной устройства и предпочтительно находятся в интервале 5-200 мкм, более предпочтительно 10-70 мкм, наиболее предпочтительно 20-40 мкм. Эти значения относятся к обоим размерам. Диафрагменное число (f-number) для фокусирующих элементов предпочтительно находится в интервале 0,25-16, более предпочтительно 0,5-10. Типичное значение диафрагменного числа находится в интервале 0,7-8, предпочтительно 1-4. Диафрагменное число равно f/D, где f - фокусное расстояние, а D - диаметр основания фокусирующего элемента. Поскольку значение f близко к r/(n-1), где n - показатель преломления (≈ 1,45-1,5), а r - это радиус, диафрагменное число приближенно равно 2 г. Для плоско-выпуклой или плоско-вогнутой линзы диафрагменное число не может быть меньше 1,0 (поскольку максимальное значение D равно 2r). Фокусирующие элементы могут быть выполнены различным образом, но предпочтительно посредством термического тиснения или реплицируемого литья с отверждением (cast-cure replication). Альтернативно, могут быть использованы печатные фокусирующие элементы, описанные в US 6856462 В. Если фокусирующие элементы - это зеркала, на фокусирующую поверхность может быть нанесен отражающий слой.

В некоторых предпочтительных вариантах элементы изображения образованы посредством красок. Предпочтительные печатные технологии формирования элементов изображения включают описанные в WO 2008/000350 A, WO 2011/102800 А и ЕР 2460667 А. Таким образом, элементы изображения могут быть просто распечатаны на подложке, хотя их можно задавать также с использованием рельефной структуры. Это позволяет сконструировать намного более тонкие устройства, что особенно полезно при их использовании с защищаемыми документами. Подходящие рельефные структуры могут быть сформированы в подложке или на ее поверхности тиснением или литьем с отверждением. Из этих двух процессов более высокую точность при реплицировании обеспечивает литье с отверждением.

Как будет подробно описано далее, могут свободно использоваться различные рельефные структуры. При этом элементы изображения могут быть сформированы посредством тиснения/литья с отверждением в форме структур типа дифракционных решеток. Различные части изображения могут быть сделаны отличными от других посредством использования различных шагов или различных ориентаций решеток, что обеспечит получение областей с различными цветами за счет дифракции. Альтернативные (и/или обеспечивающие дополнительные отличия) изобразительные структуры могут быть антиотражающими структурами, такими как "глаз мотылька" (см., например, WO 2005/106601 А), структуры с дифракцией нулевого порядка, оптические структуры в виде ступенчатых поверхностей, известные как Aztec-структуры (см., например, WO 2005/115119 А) или простые рассеивающие структуры. Применительно к большинству приложений эти структуры могут быть частично или полностью металлизированы с целью усиления яркости и контраста. В типичном варианте ширина каждого элемента изображения может быть меньше 50 мкм, предпочтительно меньше 40 мкм, более предпочтительно меньше 20 мкм, наиболее предпочтительно составлять 5-10 мкм.

Массив элементов изображения предпочтительно локализован примерно в фокальной плоскости фокусирующих элементов. Типичные толщины защитных устройств согласно изобретению составляют 5-200 мкм, более предпочтительно 10-70 мкм, при высоте линз 1-70 мкм, более предпочтительно 5-25 мкм. Устройства с толщиной в интервале 50-200 мкм могут, в частности, подходить для использования в структурах, формируемых на ламинатах в картах, например в водительских правах, и в других идентификационных документах, а также в других структурах, например в высоконадежных защитных ярлыках. Подходящие максимальные значения ширины элементов изображения (связанные с толщиной устройства) равны соответственно 25-50 мкм. Устройства с толщиной в интервале 65-75 мкм могут быть подходящими для размещения, например, в зоне окон и "полуокон" полимерных банкнот. Соответствующие максимальные значения ширины элементов изображения составляют около 30-37 мкм. Устройства с толщиной до 35 мкм могут предназначаться для нанесения на документы (такие как бумажные банкноты) в форме полосок, патчей (patch) или защитных нитей, а также на полимерные банкноты, где линзы и элементы изображения находятся на одной стороне основы документа.

Если элементы изображения выполнены, как рельефная структура, глубина рельефа будет зависеть от метода его формирования. Если рельеф определяется конструкцией дифракционной решетки, его типичная глубина будет находиться в интервале 0,05-1 мкм; если же используется более грубая (недифракционная) рельефная структура, глубина рельефа предпочтительно находится в интервале 0,5-10 мкм, более предпочтительно в интервале 1-5 мкм.

Защитное устройство предпочтительно выполнено в виде защитной нити, полоски фольги или вставки, или защитного ярлыка, или патча. Подобные устройства могут прикрепляться или встраиваться в изделия (такие как документы, обладающие ценностью) с применением известных технологий, например использующих "ныряющую" нить или полоску, перекрывающую окно в документе. Изделие предпочтительно выбирается из банкнот, чеков, паспортов, идентификационных карт, сертификатов аутентичности, гербовых марок и других документов для подтверждения ценности или идентификации личности.

Альтернативно, защитные устройства типа описанных выше могут изготавливаться заодно с вышеупомянутыми изделиями. В частности, в предпочтительных вариантах изделие содержит основу (подложку) с прозрачной частью, при этом на противоположных сторонах прозрачной части расположены фокусирующие элементы и продолговатые элементы изображения.

Как было отмечено выше, изобретение предлагает также способ изготовления описанного защитного устройства. Способ предпочтительно включает размещение растра фокусирующих элементов и массива элементов изображения точно напротив друг друга, предпочтительно так, чтобы центральный участок каждой ячейки находился точно напротив центра соответствующего фокусирующего элемента. В результате при рассматривании защитного устройства по нормали к плоскости защитного устройства будет демонстрироваться центральное изображение, что позволит реализовать описанные дополнительные преимущества.

Краткое описание чертежей

Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны примеры защитных устройств, которые будут сопоставлены с известными решениями.

На фиг. 1 представлен, в перспективном изображении, пример известного защитного устройства.

На фиг. 2 показана, в сечении, часть защитного устройства по фиг. 1.

На фиг. 3 показан, на виде в плане, первый вариант защитного устройства 10 согласно изобретению.

На фиг. 4 и 5 представлены примеры изображений, которые могут демонстрироваться устройством по фиг. 3 при различных углах наблюдения.

На фиг. 6 представлено, в перспективном изображении, защитное устройство в соответствии со вторым вариантом изобретения.

На фиг. 7а и 7b показана часть устройства по фиг. 6 в сечении вертикальными плоскостями, параллельными соответственно осям X и Y.

На фиг. 8 схематично иллюстрируется расположение фокусирующих элементов и элементов изображения в защитном устройстве в соответствии со вторым вариантом изобретения.

На фиг. 9 представлен пример изображений, которые могут демонстрироваться устройством типа показанного на фиг. 8 при различных углах наблюдения.

На фиг. 10 и 11 представлены примеры ячеек, на основе которых может быть построен массив элементов изображения в соответствии с вариантами изобретения.

На фиг. 12 представлен, на виде в плане, третий вариант защитного устройства 100 согласно изобретению.

На фиг. 13 и 14 представлены примеры изображений, которые могут демонстрироваться устройством по фиг. 12 при различных углах наблюдения.

На фиг. 15 схематично иллюстрируется расположение фокусирующих элементов и элементов изображения в защитном устройств в соответствии с четвертым вариантом изобретения.

На фиг. 16 представлены примеры изображений, которые могут демонстрироваться устройством по фиг. 15 при различных углах наблюдения.

На фиг. 17а, 17b и 17 с иллюстрируются: (а) пример изображения, демонстрируемого защитным устройством согласно четвертому варианту изобретения, (b) часть изображения (в увеличенном масштабе), разбитая на ячейки, и (с) часть изображения (в еще более увеличенном масштабе), распределенная по массиву элементов изображения в соответствии с четвертым вариантом изобретения.

На фиг. 18, 19 и 20 представлены еще три примера ячеек, на основе которых может быть построен массив элементов изображения в соответствии с вариантами изобретения.

На фиг. 21 представлен пример защитного устройства и иллюстрируются позиции пяти наблюдателей, соответствующие различным углам наблюдения.

На фиг. 22-24 представлены три примера наборов из пяти изображений, которые могут рассматриваться пятью наблюдателями из позиций по фиг. 21 и которые соответствуют трем различным вариантам изобретения.

На фиг. 25а и 25b схематично изображен пример фокусирующего элемента, пригодного для использования в вариантах изобретения.

На фиг. 26 проиллюстрированы растр фокусирующих элементов в соответствии еще с одним вариантом изобретения и соответствующая группа ячеек, образующая часть массива элементов изображения.

На фиг. 27 схематично показан массив элементов изображения в соответствии со следующим вариантом изобретения.

На фиг. 28 иллюстрируются виды защитного устройства согласно другому варианту изобретения из позиций пяти наблюдателей, показанных на фиг. 21.

На фиг. 29 иллюстрируются различные примеры рельефных структур, которые можно использовать, чтобы сформировать элементы изображения в соответствии с изобретением.

На фиг. 30-32 представлены, на виде в плане (а) и в сечении (b), три варианта изделия, несущего защитные устройства согласно вариантам изобретения.

На фиг. 33 иллюстрируется, на видах в плане (а), сзади (b) и в сечении (с), еще один вариант изделия, несущего защитное устройство согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Чтобы проиллюстрировать некоторые принципы изобретения, на фиг. 1 и 2 представлен пример известного лентикулярного устройства 1. На фиг. 1 это устройство представлено в перспективном изображении, причем можно видеть, что на прозрачной подложке 2 находится массив цилиндрических линз 4. На противоположной стороне подложки 2, точно напротив цилиндрических линз, находится массив 6 элементов изображения ("изобразительных полосок"). Как это видно из фиг. 2 (соответствующей сечению устройства), каждая изобразительная полоска соответствует части одного из нескольких изображений, обозначенных, как A-G. Все эти полоски находятся, по существу, в одной плоскости. Под каждой линзой 4 лентикулярного массива расположено по одной изобразительной полоске от каждого изображения A-G, так что образуется группа (набор) из 7 элементов изображения. Полоски под первой линзой будут соответствовать первым сегментам изображений A-G, полоски под следующей линзой - вторым сегментам изображений A-G, и т.д. Фокус каждой линзы 4 находится, по существу, в плоскости изобразительных полосок, так что, в идеале, при рассматривании полосок из определенной позиции через каждую линзу 4 можно видеть только одну полоску. В результате для каждого угла наблюдения (рассматривания) через линзы можно видеть только полоски, соответствующие одному из изображений (А, В, С и т.д.). Например, как показано на фиг. 2, при рассматривании устройства строго сверху (т.е. вдоль оси Z), будет видна каждая изобразительная полоска D, так что вся область в целом будет воспроизводить (для наблюдателя O₁) составное изображение D. Если устройство наклонено вокруг оси Y в первом направлении, соответствующем наблюдателю О_а, будут видны только изобразительные полоски изображения Е, тогда как при наклоне устройства в противоположном направлении, соответствующем наблюдателю O_b, будут видны только изобразительные полоски изображения С. При соответствующих углах рассматривания линзы способны направлять свет к наблюдателю от каждой изобразительной полоски.

Полоски выполнены, как секции изображения, т.е. все полоски А являются секциями одного изображения. Это же справедливо и для полосок В, С и т.д. В результате можно видеть серию различных изображений, которые могут быть связаны или не связаны между собой. Простейший вариант будет иметь два изображения, которые при наклоне устройства меняют одно другое. Альтернативно, изображения могут представлять собой серию изображений, взаимно смещенных, от полоски к полоске, в поперечном направлении, создавая лентикулярный анимационный эффект (впечатление движения изображения). Аналогично, изменения от изображения к изображению могут создавать и более сложные анимационные эффекты (например, части изображения могут изменяться квазинепрерывным образом), морфинг (одно изображение небольшими шагами преобразуется в другое изображение) или зуммирование (пошаговое увеличение или уменьшение изображения).

На практике устройства, подобные показанному на фиг. 1 и 2, обычно не демонстрируют столь резкого перехода от одного изображения к другому, как можно было ожидать. Это объясняется тем, что при определенных углах наблюдения часть массива элементов изображения, находящаяся в фокальном пятне каждой линзы, не соответствует единственной изобразительной полоске, но может включать линию стыковки двух таких полосок, и в этом случае наблюдатель будет видеть смесь двух соответствующих изображений. Это приводит к визуальной неупорядоченности и к снижению эффективности устройства. Проблема обостряется, если устройство образовано на гибкой подложке (что, как правило, будет иметь место в области защиты документов), поскольку при рассматривании устройства оно может не быть полностью плоским, что вызовет дополнительное искажение геометрии оптической схемы.

На фиг. 3 показан, на виде в плане, первый вариант защитного устройства 10 согласно изобретению. Физическая конструкция устройства такая же, что и у представленного на фиг. 1 и 2, т.е. у него имеется массив (растр) цилиндрических линз 14, сформированный на прозрачном слое, и противолежащий ему массив 16 элементов изображения. Все элементы изображения, образующие массив 16, находятся, по существу, в одной плоскости. Основание каждой линзы 14 обведено на фиг. 3 жирной линией, и можно видеть, что каждой линзе 14 соответствует набор (группа) элементов 18 изображения. Набор элементов изображения сконфигурирован, как ячейка 17, повторяющаяся по всей поверхности устройства. Таким образом, в этом примере каждая ячейка 17 задает позиции семи элементов 18 изображения (хотя она может содержать любое количество таких элементов). Как и в примере известного устройства, каждый элемент 18 изображения представляет собой продолговатую изобразительную полоску, образующую часть соответствующего изображения. Например, крайний левый элемент изображения в каждой ячейке 17 несет в этом варианте полоску (секцию) изображения "А", а крайний правый элемент изображения в каждой ячейке 17 несет секцию другого изображения "F".

В отличие от известного устройства, в ячейке 17 не все элементы 18 изображения имеют одинаковые размеры. Участок, который соответствует позиции центрального элемента 19 изображения и который рассчитан на помещение в него элемента изображения "X", является более крупным, чем любой из участков, соответствующих изображениям А, В, С, D, Е и F, которые в данном примере соответствуют другим индивидуальным элементам 18 изображения. В этом примере наибольший размер центрального элемента 19 изображения скомпенсирован соответствующим уменьшением (по сравнению с известным устройством) размеров примыкающих к нему с обеих сторон элементов изображений "С" и "D". Например, в центральный элемент 19 изображения могут быть дополнительно включены половины площадей, которые были бы выделены каждому из смежных элементов при равномерном распределении площадей. В результате центральный элемент 19 изображения будет вдвое шире, чем каждый из элементов "А", "В", "Е" и "F", и примерно в четыре раза шире, чем каждый из элементов "С" и "D".

В результате выделения в ячейке 17 центральному изображению X доли, большей, чем доли, соответствующие любому другому изображению, центральное изображение будет демонстрироваться в пределах большего угла наблюдения, чем любое другое изображение, что уменьшит визуальную нестабильность, проявляемую устройством. От какой бы части массива 16 элементов изображения в центральном элементе 19 изображения свет не направлялся к наблюдателю линзами 14, будет демонстрироваться одно и то же изображение "X". Это означает, что при малых углах наклона и, до некоторой степени, в случае искажений геометрии оптической системы, вызванных изгибанием устройства, оно продолжит четко воспроизводить единственное изображение (изображение X) без помех со стороны любых других изображений А, В, C, D, Е или F. Только после того, как устройство будет намеренно наклонено на большие углы, произойдет переход к демонстрированию других изображений А, В, С, D, Е и F. В результате будет получено устройство, производящее сильное визуальное впечатление, но при этом сохраняющее способность создавать желательные изменяющиеся оптические эффекты при наклоне.

Поскольку в варианте, представленном на фиг. 3, элементы изображения "С" и "D" меньше, чем другие наружные элементы изображения, эти изображения будут демонстрироваться в пределах соответственно уменьшенных интервалов углов наблюдения. Альтернативно, если представляется желательным избежать такого уменьшения, все элементы 18 изображения, расположенные снаружи центрального элемента 19, могут иметь одинаковые размеры.

Центральный элемент 19 изображения содержит в себе центр ячейки 17 и, как показано на фиг. 3, предпочтительно центрирован относительно этого центра. Такое выполнение является желательным, поскольку изображение, воспроизводимое центральным участком 19, является наблюдаемым с направления по нормали к устройству (т.е. вдоль оси Z) или близкого к этой нормали, а это направление наблюдения (рассматривания) является базовым (исходным). Наиболее предпочтительно, чтобы растр фокусирующих элементов (линз) 14 был согласован по положению с массивом 16 элементов изображения так, чтобы центр каждого фокусирующего элемента, по существу, совпадал с центром каждой ячейки. Это гарантирует, что изображение, воспроизводимое центральным участком 19, является видимым, когда устройство рассматривается вдоль указанной оси; однако, это условие не является обязательным. Далее для упрощения описания изображение, соответствующее центральному участку 19, будет именоваться "центральным" изображением.

Все изображения А, В, С, D, Е, F и X, воспроизводимые различными участками ячейки 17, предпочтительно отличаются одно от другого, так что каждый элемент изображения явным образом отграничен от смежного с ним. Это требование не является существенным; однако, если два или более смежных элементов 18 изображения соответствуют идентичным изображениям, они фактически будут объединены в единственный, более крупный элемент, который будет восприниматься в целом и который должен быть меньше, чем центральный участок 19. Это требование относится к двум или более смежным элементам изображения, находящимся в одной ячейке 17 или в смежных ячейках. Например, если бы изображения А и F были одинаковыми, нужно было бы учитывать суммарную ширину элементов 18, изображений А и F, поскольку они находятся рядом одно с другим на границе между каждой ячейкой и ячейкой, смежной с ней. Далее, если идентичны, например, изображения С и D, поскольку соответствующие им элементы 18 изображения не являются смежными, они не будут комбинироваться с образованием более крупного элемента, а каждый из них будет восприниматься независимо. Изображение C/D не будет непрерывно наблюдаться в пределах полного интервала углов наблюдения, в пределах которого к наблюдателю направляется излучение от элемента С, а затем от элемента D, поскольку между ними находится элемент X.

На фиг. 4 и 5 представлены примеры наборов изображений, которые могут демонстрироваться устройством по фиг. 3 при различных углах наблюдения. Линия -х/+х соответствует углам рассматривания при наклоне устройства в направлении х (т.е. вокруг оси Y). Штриховые линии отмечают углы рассматривания, при которых наблюдается переход от одного изображения к следующему. В обоих представленных примерах каждое из 7 изображений, воспроизводимых устройством, отличается от всех других.

В примере по фиг. 4 центральное изображение 20, демонстрируемое центральным участком 19, - это равномерно окрашенный цветной блок (например черный, белый, серый, красный, синий, серебристый и т.д.) или просто чистый (пустой) блок. В любом случае центральные элементы 19 изображения в каждой ячейке 17 будут идентичны друг другу в пределах всего устройства 10, либо соответствуя сплошному цветному блоку, либо являясь пустыми. Следовательно, при рассматривании устройства 10 вдоль оси оно будет казаться цветной областью или будет невидимым. При наклоне устройства в направлении оси X (вокруг оси Y) в пределах малых углов наклона (от +х₁ до -х₁) изображение, демонстрируемое устройством, не будет изменяться, поскольку часть массива 16 элементов изображения в каждой ячейке 17, видимая наблюдателю, продолжает соответствовать центральному элементу 19 изображения. Таким образом, для малых отклонений от положения наблюдения вдоль оси, которые могут быть вызваны непроизвольным движением или изгибанием устройства, устройство сохраняет статичный вид и демонстрирует хорошо различимое, четкое центральное изображение без каких-либо помех. При дальнейшем наклоне в направлении X часть массива 16 элементов изображения, обращенная к наблюдателю, постепенно достигнет периметра центрального элемента 19 изображения, и в этот момент устройство совершит переход к изображению 24 (которое на фиг. 4 соответствует букве "D"), а затем к изображению 25 (соответствующему букве "Е") и, в завершение, к изображению 26 (букве "F"). При наклоне из этого положения в противоположном направлении устройство возвратится к изображению 25, затем к изображению 24 перед тем, как вернуться к центральному изображению 20. После этого, при продолжении наклона, устройство отобразит следующее изображение 23 (букву "С"), затем изображение 22 (букву "В") и, в завершение, изображение 21 (букву "А"). Как показано на фиг. 4, интервал углов, в пределах которого демонстрируется центральное изображение 20, больше, чем аналогичный интервал для любого другого из изображений 21-26.

В предпочтительных примерах полный набор изображений может быть просмотрен в пределах суммарного интервала углов наблюдения, составляющего примерно 30° (т.е. +15° и -15° от нормали к устройству). Интервал углов, в пределах которого демонстрируется центральное изображение 20, будет зависеть от количества различных воспроизводимых изображений, но при этом он должен быть больше интервала, в пределах которого можно видеть любое другое изображение. Так, в предпочтительных вариантах центральное изображение 20 может демонстрироваться до порогового угла (при котором происходит переход к изображению 23 или 24), соответствующего углу 2°-10° от нормали, более предпочтительно 2,5°-5° от нормали. В результате интервал углов наблюдения, в пределах которого видно центральное изображение, может составлять, например, 4°-20°, предпочтительно 5°-10°.

В данном и во всех других вариантах интервал углов наблюдения, в пределах которого демонстрируется каждое изображение, включенное в устройство, может быть измерен путем помещения устройства на стол, регистрации демонстрируемого изображения посредством камеры и измерения угла между столом и камерой. Например, устройство может быть помещено на вертикальную опорную плоскость, предпочтительно установленную на круглое основание. На этом основании имеется маркер положения, находящийся на нормали к опорной плоскости. Основание устанавливают в или на поворотную опору, помещенную на нижележащую поверхность (базу), так что оно может поворачиваться относительно этой базы вокруг вертикальной оси поворота, лежащей в плоскости опорной поверхности. На внешней окружности базы предпочтительно выполнена шкала, проградуированная в градусах. Камеру устанавливают так, что ее оптическая ось расположена по нормали к опорной поверхности, после чего основание поворачивают до момента, когда произойдет переход изображения. Соответствующий угол поворота считывается с выполненной на базе шкалы и т.д.

В результате формирования центрального изображения 20 в виде цветного блока или пустого участка обеспечивается определенный визуальный разрыв между изображениями 23 и 24, поскольку не будет непосредственного перехода от одного из них к другому. Более конкретно, при наклоне устройства, например от изображения 23 к изображению 24, отображаемая буква "С" исчезнет и, до того как станет видимым изображение буквы "D", будет демонстрироваться пустой/окрашенный фон. Это позволит избежать любого визуального наложения двух изображений и, следовательно, дополнительно ослабить впечатление визуальной нестабильности.

На фиг. 5 представлен еще один пример изображений, которые может демонстрировать устройство по фиг. 3. Здесь изображения являются различными видами трехмерного объекта. Центральное изображение 20, наблюдаемое при рассматривании устройства вдоль оси, - это вид спереди на объект (кубоид), который будет оставаться статичным при перемещении устройства в пределах малых углов наклона вследствие использования в каждой ячейке описанного увеличенного центрального элемента 19 изображения. Если наклонять устройство в направлении X к большим углам наклона, будет наблюдаться переход к изображению 24, так что объект теперь будет виден в перспективном изображении. Затем последовательно появятся изображения 25 и 26, на каждом из которых объект будет представлен во все более развернутом положении. Аналогично, если наклонять устройство в противоположном направлении, будут появляться различные виды того же объекта с противоположной стороны (т.е. изображения 23, 22 и 21). И в этом случае наличие относительно крупного (по сравнению с внешними элементами) центрального элемента 19 изображения, соответствующего центральному изображению 20, обеспечивает четкий и стабильный вид при рассматривании устройства вдоль оси или вдоль близкого к ней направления, тогда как изменяющийся оптический эффект сохраняется для более значительных углов наклона.

В описанных устройствах рассмотренный изменяющийся оптический эффект будет наблюдаться только при наклоне устройства вокруг оси Y (т.е. эти устройства являются "одномерными" лентикулярными устройствами). Наклон устройства вокруг оси X не приведет к наблюдаемому изменению, поскольку цилиндрические линзы фокусируют излучение только в одном направлении (параллельном оси X). По контрасту с такими устройствами, защитное устройство согласно другому варианту изобретения, показанное на фиг. 6, способно создавать двумерный изменяющийся оптический эффект, проявляющийся при наклонах устройства вокруг по меньшей мере двух ортогональных осей, предпочтительно осей X и Y. На практике, при соответствующем расположении элементов изображения данный вариант может быть способным к созданию таких эффектов при наклоне устройства вокруг любого направления, лежащего в плоскости X-Y, но эта способность не является обязательной. Защитное устройство 10 по фиг. 6 содержит растр фокусирующих элементов 14 в форме (полу)сферических линз, размещенных в соответствии с регулярной ортогональной сеткой, хотя в других вариантах фокусирующие элементы 14 могут быть зеркалами. Если это желательно, фокусирующие элементы могут также иметь асферические фокусирующие поверхности. Таким образом, каждый фокусирующий элемент 14 способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, например в направлении, параллельном оси X, и в направлении, параллельном оси Y (в действительности сферические и асферические линзы способны фокусировать свет во всех направлениях). Находящийся на противоположной стороне прозрачной подложки 12 массив 16 элементов изображения будет более детально описан далее (на фиг. 6 и 7 он изображен только схематично). Элементы изображения, образующие массив, расположены с периодичностью в направлениях X и Y, например с использованием принципов чередования элементов нескольких изображений, как это описано в US 6483644 А. Периодичность и ориентация массива элементов изображения, по существу, такие же, как и у растра фокусирующих элементов 14, и этот массив также основан на ортогональной сетке.

На фиг. 7а показана часть устройства 10 по фиг. 6 в сечении вертикальной плоскостью, параллельной оси X. Можно заметить, что на этом виде устройство сравнимо с описанным устройством по фиг. 2. Свет от элементов изображения направляется линзами 14 к наблюдателю d (рассматривающему устройство из первой внеосевой позиции). На фиг. 7b показана часть устройства 10 в сечении вертикальной плоскостью, параллельной оси Y. В отличие от устройства по фиг. 1, в этом случае сечение плоскостью, параллельной оси Y, по существу, такое же, как сечение плоскостью, параллельной оси X. Поскольку линзы 14 способны фокусировать свет и в этом направлении, в данном варианте изменяющийся оптический эффект будет дополнительно наблюдаться при наклоне устройства вокруг оси X, так что наблюдатель O₂, рассматривающий устройство из другой (второй) внеосевой позиции, будет видеть элементы изображения В, т.е. он будет наблюдать иное изображение В. Таким образом, устройство по фиг. 6, 7 способно демонстрировать переходы между изображениями при наклоне устройства как вокруг оси X, так и вокруг оси Y.

На фиг. 8 иллюстрируются выполнение элементов изображения и их позиции относительно линзового растра в соответствии со вторым вариантом изобретения, который может быть реализован в устройстве типа показанного на фиг. 6. В этом случае растр из линз 14 образован ортогональной сеткой (решеткой) линз, основание 14а каждой из которых является, по существу, квадратным. Показан растр, имеющий по 5 линз в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три линзы в столбце (в направлении, параллельном оси Y). Массив 16 элементов изображения построен путем повторения одной и той же ячейки 17, имеющей, по существу, те же форму и размеры, что и основание 14а линзы, т.е. в этом примере, являющейся, по существу, квадратной. Массив ячеек также имеет по пять ячеек в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три ячейки в столбце (в направлении, параллельном оси Y).

В ячейке 17 заданы позиции ("сектора") для подгруппы элементов 18 изображения. В этом примере в каждой ячейке 17 имеется группа из 25 элементов 18 изображения размерностью 5×5. Центральный элемент 19 изображения в ячейке увеличен по отношению к внешним элементам. Как и раньше, желательно, чтобы элемент 19 был центрирован относительно центра ячейки 17, как это имеет место на фиг. 8, хотя это требование несущественно при условии, что этот центр находится в пределах данного элемента. В этом случае каждая позиция для элементов изображения будет соответствовать элементам изображения 18, 19, относящимся к соответствующему изображению. Таким образом, центральный элемент 19 изображения занимает центральный участок, соответствующий центральному изображению, а каждый индивидуальный элемент 18 вне центрального участка занимает участок, соответствующий внешнему изображению. В более общем случае такие внешние участки, несущие элементы изображений, отличающихся от центрального изображения, должны находиться снаружи элемента 19 по меньшей мере в одном направлении. Однако в предпочтительных примерах, например в показанном на фиг. 8, такие внешние участки находятся с каждой стороны центрального элемента 19 изображения по обоим ортогональным направлениям (например вдоль осей X и Y).

В рассматриваемом примере каждый элемент 18 изображения, внешний по отношению к элементу 19, несет изображение, отличающееся от изображений, соответствующих всем другим элементам (следовательно, в этом случае позиция каждого элемента изображения соответствует особому "внешнему участку"). Например, внешние элементы 18 изображения, расположенные вдоль оси X, вне элемента 19, - это элементы изображений А, В, С и D, тогда как внешние элементы изображения, расположенные вдоль оси Y, соответствуют изображениям Е, F, G и Н. Следует отметить, что, хотя на фиг. 8 многие позиции элементов изображения не обозначены, в типичном случае в них также будут размещены элементы дополнительных изображений. Аналогично, должно быть понятно, что, хотя для ясности на фиг. 8 обозначено содержимое только одной ячейки 17, оно, разумеется, будет повторяться в пределах всего устройства.

Как и в варианте по фиг. 3, в данном примере увеличенные размеры элемента 19 изображения компенсированы уменьшением размеров примыкающих к нему элементов 18 изображения, хотя в других случаях все внешние элементы могут иметь одинаковые размеры. В этом примере центральный элемент изображения также имеет примерно в 4 раза большие размеры в терминах площади и вдвое большие размеры (в направлениях X и Y) по сравнению с крайними элементами изображения (находящимися на периферии ячейки 17).

На фиг. 8 схематично обозначены также позиции четырех наблюдателей O_a, O_b, О_с и O_d в различных внеосевых точках. На фиг. 9 представлен пример изображений, которые могут демонстрироваться устройством типа показанного на фиг. 8 при его рассматривании из этих и других позиций наблюдения. Как будет пояснено далее, в этом случае некоторые изображения, ассоциированные с выбранными элементами изображения, являются одинаковыми. При рассматривании устройства вдоль оси наблюдается центральное изображение 20, в этом примере представляющее собой символ, имеющий "солнечную" конфигурацию. При наклоне устройства в любом направлении только на малый угол или при его деформировании демонстрируемое изображение будет оставаться статичным, поскольку часть массива 16 элементов изображения, которая обращена к наблюдателю, будет оставаться в пределах элемента 19 изображения. Как было описано выше, это обеспечит визуальную стабильность устройства.

При наклоне устройства в направлении оси X (вокруг оси Y) к позиции наблюдателя О_а в каждой ячейке к наблюдателю будут последовательно обращены элементы С и D изображения. Таким образом, устройство в целом будет демонстрировать изображения 23, а затем 24, которые соответствуют тому же "солнечному" символу, но имеют уменьшающиеся размеры. При наклоне устройства в противоположном направлении, к позиции наблюдателя O_b, будут наблюдаться элементы изображения, обозначенные, как В и А, т.е. последовательно наблюдаться изображения 22 и 21. Они также соответствуют тому же "солнечному" символу и имеют уменьшающиеся размеры. Таким образом, при наклонах устройства вдоль оси X между позициями наблюдателей О_а и O_b устройство демонстрирует "солнечный" символ, размеры которого сначала увеличиваются, а потом уменьшаются (создавая эффект "зуммирования"). Следует отметить, что изображения 21 и 22 идентичны соответственно изображениям 24 и 23. Поскольку элементы В и С изображений, демонстрирующие изображения 22 и 23, отделены друг от друга, даже с учетом возможности изгибания ячейки, они не комбинируются с формированием непрерывно рассматриваемой области, т.е. воспринимаются индивидуально. Однако, поскольку элементы А и D, демонстрирующие изображения 21 и 24, расположены на краях ячейки, они являются смежными с элементами тех же изображений в следующей ячейке (в качестве примера показан элемент D'). Как следствие, эти два элемента (А и D) эффективно комбинируются с образованием непрерывно наблюдаемой области (хотя в своих ячейках они не следуют друг за другом). Поэтому их общая площадь должна быть меньше площади центрального участка 19, чтобы центральное изображение 20, соответствующее самому крупному изображению "солнечного" символа, демонстрировалось в пределах наибольшего непрерывного интервала углов наблюдения.

При наклоне устройства в ортогональном направлении, вдоль оси Y (т.е. вокруг оси X) к позиции наблюдателя О_с, будут последовательно демонстрироваться элементы F и Е изображений 26 и 25, соответствующих шагам последовательности "морфинга", в результате которого "солнечный" символ заменяется "лунным" символом (изображением 26). При наклоне в противоположном направлении элементы G, а затем Н будут демонстрировать, соответственно, изображения 27 и 28, т.е. в результате морфинга "солнечный" символ преобразуется в символ звезды. И при таком наклоне "солнечный" символ 20 демонстрируется в пределах большего интервала углов, чем изображения 25, 26, 27 или 28. В этом случае, поскольку все изображения 25-28 являются различными, ни один из элементов Е, F, G и Н изображения не комбинируется с другим, т.е. эти элементы могут восприниматься индивидуально. Предпочтительные интервалы углов наблюдения (применительно к направлениям по осям X и Y), в пределах которых демонстрируется центральное изображение 20, являются такими же, как и в варианте по фиг. 4.

Не показанные на фиг. 9 изображения (например изображение 29), которые воспроизводятся другими элементами изображения, могут представлять собой, например, уменьшенные релевантные символы в последовательности морфинга. Например, изображение 29 может быть символом круга, соответствующим изображению 26, но имеющим уменьшенный размер. В результате будет создаваться эффект зуммирования, возникающий при наклоне вдоль оси X в комбинации с эффектом морфинга, активируемым при наклоне вдоль оси Y.

На фиг. 10 представлен пример альтернативной ячейки 17, также выполненной на основе группы 5×5 элементов 18 изображения с увеличенным центральным элементом 19, соответствующим центральному изображению. Снаружи центрального участка 19 ячейка разделена на восемь внешних участков 30-37, каждый из которых содержит подгруппу элементов 18 изображения. В пределах каждого участка все позиции соответствуют элементам одного и того же изображения. Таким образом, элементы изображения, находящиеся в пределах участка 30, могут соответствовать частям изображения "А", а элементы в пределах участка 31 - частям изображения "В" и т.д. При этом, с целью добиться улучшенной визуальной стабильности, центральный участок 19 (подобно тому, как это было описано) должен быть крупнее, чем любой из внешних участков 30, 31 и др.

На фиг. 11 показана еще одна ячейка 17, которая может быть использована в других вариантах. В этом примере ячейка является скорее гексагональной, чем квадратной или прямоугольной, причем она опять содержит увеличенный центральный элемент 19 изображения. При этом каждый элемент 18 изображения, находящийся снаружи центрального элемента 19, соответствует изображению, отличающемуся от других изображений. Следует отметить, что в этом примере все внешние элементы 18 изображения имеют равные размеры.

В рассмотренных выше примерах центральный элемент 19 изображения увеличен по сравнению с другими элементами 18 изображения таким образом, что его площадь больше площади любого другого элемента изображения в той же ячейке. Такое выполнение предпочтительно, но необязательно (по меньшей мере в двумерном устройстве) при условии, что размер центрального элемента 19 изображения в первом или втором направлении (например вдоль оси X или Y) больше, чем соответствующий размер любого внешнего элемента изображения, поскольку это обеспечит визуальную стабилизацию при наклоне устройства в данном направлении. Этот критерий предпочтительно относится как к первому, так и ко второму направлениям, так что стабилизация обеспечивается при наклоне устройства в любом направлении. Любое подобное относительное увеличение размеров обеспечит соответствующее повышение стабильности изображения. Однако в предпочтительных вариантах центральный элемент изображения будет по меньшей мере на 10%, более предпочтительно по меньшей мере на 25% больше, чем любой из участков для внешнего элемента 18 изображения. Это условие относится к релевантным линейным размерам таких участков (например к длине стороны квадратного/прямоугольного участка или к диаметру круглого участка) по меньшей мере в первом, но предпочтительно и во втором направлениях. Если участки для внешних элементов изображения имеют различные размеры, данное условие может относится к усредненному размеру этих участков.

В рассмотренных до этого вариантах центральный участок ячейки, выделенный для центрального изображения, содержит единственный элемент 19 изображения. Однако сходное улучшение визуальной стабильности может быть достигнуто также формированием центрального участка альтернативным образом, как это будет описано далее применительно к третьему и четвертому вариантам изобретения.

На фиг. 12 представлен, на виде в плане, третий вариант защитного устройства 100 согласно изобретению. Физическая конструкция устройства такая же, что и у представленного на фиг. 1 и 2, т.е. у него имеется массив (растр) 140 цилиндрических линз, сформированный на прозрачном слое, и противолежащий ему массив 160 элементов изображения. Основание каждой линзы 140 обведено жирной линией, и можно видеть, что каждой линзе 140 соответствует набор (группа) элементов 180 изображения. Набор элементов изображения сконфигурирован, как ячейка 170, повторяющаяся по всей поверхности устройства. Таким образом, в этом примере каждая ячейка 170 задает позиции семи элементов 180 изображения (хотя она может содержать любое количество таких элементов). Как и в первом варианте, каждый элемент 180 изображения представляет собой продолговатую изобразительную полоску, образующую часть соответствующего изображения. Например, крайний левый элемент изображения в каждой ячейке 170 несет в этом варианте полоску (секцию) изображения "А", а крайний правый элемент изображения в каждой ячейке 170 несет секцию другого изображения "D".

Внутри ячейки 170 задана подгруппа 190 элементов 180 изображения (на фиг. 12 она обведена линией из кружков), которая образует центральный участок ячейки и предназначена для размещения центрального изображения. Подгруппа 190 содержит элементы 180 изображения (в данном примере 3 элемента), каждый из которых представляет копию одного элемента, соответствующего центральному изображению "X". Остальные элементы 180 изображения, расположенные снаружи подгруппы 190, - это элементы, соответствующие различным изображениям А, В, С и D, по существу, подобно тому, как это описано выше.

Путем выделения подгруппы 190 смежных элементов 180 изображения для воспроизведения одного и того же элемента соответствующего изображения обеспечивается формирование центрального участка с размерами, увеличенными относительно размеров ячеек, ассоциированных с другими изображениями, что уменьшит визуальную нестабильность, проявляемую устройством. От какой бы части массива 160 элементов изображения в границах подгруппы 190 излучение не направлялось к наблюдателю линзами 140, будет демонстрироваться одно и то же изображение "X" Это означает, что при малых углах наклона и, до некоторой степени, в случае искажений геометрии оптической системы, вызванных изгибанием устройства, оно продолжит четко воспроизводить единственное изображение (изображение X) без помех со стороны любых других изображений А, В, С или D. Только после того, как устройство будет намеренно наклонено на большие углы, произойдет переход к демонстрированию других изображений А, В, С и D. В результате будет получено устройство, производящее сильное визуальное впечатление, но при этом сохраняющее способность создавать желательные изменяющиеся оптические эффекты при наклоне.

Как и раньше, подгруппа 190 содержит в себе центр ячейки 170 и, как показано на фиг. 12, предпочтительно центрирована относительно этого центра. Такое выполнение является желательным, поскольку изображение, воспроизводимое центральным участком 190, является наблюдаемым с направления по нормали к устройству (т.е. вдоль оси Z) или близкого к этой нормали, а это направление наблюдения (рассматривания) является базовым (исходным). Наиболее предпочтительно, чтобы растр фокусирующих элементов (линз 140) был согласован по положению с массивом 160 элементов изображения так, чтобы центр каждого фокусирующего элемента, по существу, совпадал с центром каждой ячейки. Это гарантирует, что изображение, воспроизводимое подгруппой 190, является видимым, когда устройство рассматривается вдоль указанной оси; однако, это условие не является обязательным. Далее, для упрощения описания, изображение, соответствующее подгруппе 190, будет именоваться "центральным" изображением.

На фиг. 13 и 14 представлены примеры наборов изображений, которые могут демонстрироваться устройством по фиг. 12 при различных углах наблюдения. В примере по фиг. 13 центральное изображение 200, демонстрируемое подгруппой 190, - это равномерно окрашенный цветной блок (например черный, белый, серый, красный, синий, серебристый и т.д.) или просто чистый (пустой) блок. В любом случае элементы 180 изображения подгруппы 190 в каждой ячейке 170 будут идентичны друг другу в пределах всего устройства 100, либо соответствуя сплошному цветному блоку, либо являясь пустыми. Следовательно, при рассматривании устройства 100 вдоль оси оно будет казаться цветной областью или будет невидимым. При наклоне устройства в направлении оси X (вокруг оси Y) в пределах малых углов наклона изображение, демонстрируемое устройством, не будет изменяться, поскольку часть массива 160 элементов изображения в каждой ячейке 170, видимая наблюдателю, продолжает соответствовать подгруппе 190, все элементы изображения которой демонстрируют одно и то же изображение 200. Таким образом, для малых отклонений от положения наблюдения вдоль оси, которые могут быть вызваны непроизвольным движением или изгибанием устройства, устройство сохраняет статичный вид и демонстрирует хорошо различимое, четкое центральное изображение без каких-либо помех. При дальнейшем наклоне в направлении X часть массива 160 элементов изображения, обращенная к наблюдателю, постепенно достигнет периметра подгруппы 190, и в этот момент устройство совершит переход к изображению 230 (которое на фиг. 13 соответствует букве "С"), а затем к изображению 240 (соответствующему букве "D"). При наклоне из этого положения в противоположном направлении устройство возвратится к изображению 230 перед тем, как вернуться к центральному изображению 200. После этого, при продолжении наклона, устройство отобразит следующее изображение 220 (букву "В"), а затем изображение 210 (букву "А"). Интервал углов наблюдения, в пределах которого демонстрируется центральное изображение 200, предпочтительно соответствует описанному применительно к фиг. 4.

В результате формирования центрального изображения 200 в виде цветного блока или пустого участка обеспечивается определенный визуальный разрыв между изображениями 220 и 230, поскольку не будет непосредственного перехода от одного из них к другому. Более конкретно, при наклоне устройства, например от изображения 220 к изображению 230, отображаемая буква "В" исчезнет и, до того как станет видимым изображение буквы "С", будет демонстрироваться пустой/окрашенный фон. Это позволит избежать любого визуального наложения двух изображений и, следовательно, дополнительно ослабить впечатление визуальной нестабильности.

На фиг. 14 представлен еще один пример изображений, которые может демонстрировать устройство по фиг. 12. Здесь изображения являются различными видами трехмерного объекта. Центральное изображение 200, наблюдаемое при рассматривании устройства вдоль оси, - это вид спереди на объект (кубоид), который будет оставаться статичным при перемещении устройства в пределах малых углов наклона вследствие использования в каждой ячейке описанной подгруппы 190 идентичных элементов изображения. Если наклонять устройство в направлении X к большим углам наклона, будет наблюдаться переход к изображению 230, так что объект теперь будет виден в перспективном изображении. Затем появится изображение 240, на котором объект будет представлен в более развернутом положении. Аналогично, если наклонять устройство в противоположном направлении, будут появляться различные виды того же объекта с противоположной стороны (изображения 220 и 210). И в этом случае наличие нескольких копий одного и того же элемента изображения в каждой ячейке с формированием подгруппы 190 обеспечивает четкий и стабильный вид при рассматривании устройства вдоль оси или вдоль близкого к ней направления, тогда как изменяющийся оптический эффект сохраняется для более значительных углов наклона.

Показанный на фиг. 12 вариант соответствует одномерному устройству, схожему с показанным на фиг. 3.

На фиг. 15 представлен четвертый вариант изобретения, в котором те же принципы реализованы в двумерном устройстве.

На фиг. 15 иллюстрируются выполнение элементов изображения и их позиции относительно линзового растра согласно варианту изобретения, который может быть реализован в устройстве типа показанного на фиг. 6. В этом случае линзовый растр 140 образован ортогональной сеткой (решеткой) линз, основание 140а каждой из которых является, по существу, квадратным. Показан растр, имеющий по 5 линз в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три линзы в столбце (в направлении, параллельном оси Y). Массив 160 элементов изображения построен путем повторения одной и той же ячейки 170, имеющей, по существу те же форму и размеры, что и основание 140а линзы, т.е. в этом примере, являющейся, по существу, квадратной. Набор ячеек также имеет по 5 ячеек в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три ячейки в столбце (в направлении, параллельном оси Y).

В ячейке 170 заданы позиции ("сектора") для группы элементов 180 изображения. В этом примере в каждой ячейке 170 имеется группа из 25 элементов 180 изображения в конфигурации 5×5. В каждом секторе находится элемент 180, соответствующий определенному изображению. Как и в предыдущем варианте, центральная подгруппа 190 элементов 180 изображения сформирована таким образом, что все позиции для элементов 180 подгруппы 190 занимают элементы 180 изображения, соответствующие общему "центральному" изображению X. В результате формируется центральный участок, площадь которого больше, чем площадь, выделенная любому другому изображению, демонстрируемому устройством. Как и раньше, желательно, чтобы подгруппа 190 была центрирована относительно центра ячейки 170, как это имеет место на фиг. 15, хотя это требование несущественно. По меньшей мере в одном направлении снаружи подгруппы 190 находятся дополнительные элементы 180 изображения, соответствующие изображениям, отличающимся от центрального изображения. Однако в предпочтительных примерах, например в показанном на фиг. 15, такие внешние участки находятся с каждой стороны подгруппы 190 по обоим ортогональным направлениям (например вдоль осей X и Y). Любые позиции для элементов 180 изображения, внешних по отношению к подгруппе 190, могут быть выделены для элементов изображения, соответствующих различным изображениям (т.е. каждая такая позиция образует "внешний участок" ячейки). Альтернативно, как это описано далее, могут быть сформированы некоторые дополнительные подгруппы элементов изображения, несущие одно и то же изображение (тоже отличающееся от центрального изображения), и в этом случае каждая такая подгруппа образует "внешний участок". При этом количество элементов изображения, входящих в центральную подгруппу 190, будет больше, чем их количество в любой другой подгруппе. Следует отметить, что этот принцип в равной степени применим и к одномерным устройствам.

В рассматриваемом примере каждый элемент 180 изображения, внешний по отношению к подгруппе 190, несет изображение, отличающееся от изображений, соответствующих всем другим элементам. Например, два элемента 180 изображения, расположенные вдоль оси X, вне подгруппы 190, - это элементы изображений А и В, тогда как выше и ниже этих элементов находятся элементы различных изображений А', Аʺ, В' и Вʺ, которые могут, например, соответствовать дополнительным видам трехмерного объекта при соответственно измененных углах наблюдения. Аналогично, вдоль оси Y, снаружи подгруппы 190, расположены элементы двух изображений С и D, а за этими элементами, с каждой стороны от позиций этих элементов, расположены элементы дополнительных изображений С', Сʺ, D' и Dʺ. Следует отметить, что, хотя на фиг. 15 угловые элементы изображения не обозначены, в типичном случае в них также будут размещены элементы дополнительных изображения. Аналогично, должно быть понятно, что, хотя для ясности на фиг. 15 обозначено содержимое только одной ячейки 170, оно, разумеется, будет повторяться в пределах всего устройства.

На фиг. 15 схематично обозначены также позиции четырех наблюдателей О_а, O_b, О_с, и O_d в различных внеосевых точках. На фиг. 16 представлен пример изображений, которые могут демонстрироваться устройством типа показанного на фиг. 15 при его рассматривании из этих и других позиций наблюдения. При рассматривании устройства вдоль оси наблюдается центральное изображение 200, в этом примере представляющее собой (как и в варианте по фиг. 4) равномерно окрашенный цветной блок или пустую область без каких-либо знаков. При наклоне устройства в любом направлении только на малый угол или при его деформировании демонстрируемое изображение будет оставаться статичным, поскольку часть массива 160 элементов изображения, которая обращена к наблюдателю, будет оставаться в пределах подгруппы 190, где в каждой позиции для элемента 180 изобретения в составе каждой ячейки 170 находятся одинаковые элементы.

При наклоне устройства в направлении оси X (вокруг оси Y) к позиции наблюдателя О_а в каждой ячейке наблюдателю станет виден элемент, обозначенный, как А, так что эти элементы совместно образуют изображение 210, которое в данном примере соответствует букве "А". При наклоне устройства в противоположном направлении, к позиции наблюдателя O_b, будет демонстрироваться элемент изображения, обозначенный, как В, и в результате будет наблюдаться изображение 220, которое в данном примере соответствует букве "В". Таким образом, при наклонах устройства вдоль оси X между двумя этими изображениями, т.е. между демонстрированием букв А и В, будет демонстрироваться центральное изображение 200, так что взаимное наложение изображений А и В будет отсутствовать. При наклонах устройства в ортогональном направлении, вдоль оси Y (т.е. вокруг оси X), на достаточно большие углы будут демонстрироваться изображения 230 и 240, соответствующие буквам С и D. Предпочтительные интервалы углов наблюдения (применительно к направлениям по осям X и Y), в пределах которых демонстрируется центральное изображение 200, являются такими же, как и в варианте по фиг. 4.

Как было упомянуто выше, в этом примере каждый элемент изображения, находящийся снаружи подгруппы 190, соответствует части изображения, отличающегося от других изображений, хотя это и необязательно. В частности, элементы изображения, обозначенные, как А, А' и Аʺ, могут составить подгруппу (или "внешний участок"), где все элементы соответствуют одному изображению А; аналогично, элементы В, В' и Вʺ могут составить вторую подгруппу, где все элементы соответствуют одному изображению В, и т.д.

В вариантах, в которых (как это показано на фиг. 3 и 8) центральный участок содержит единственный увеличенный элемент 19 изображения, массив элементов изображения может быть сформирован путем разбиения центрального изображения 20 на более крупные элементы изображения, чем элементы других изображений, и ассоциированием выбранных элементов с позицией центрального элемента изображения, используя технологии, описанные, например, в US 6483644.

Чтобы сформировать центральный участок в виде подгруппы 190 позиций для элементов изображения (как это показано на фиг. 12 и 15), необходима модифицированная технология, проиллюстрированная на фиг. 17. Здесь более детально представлено соотношение между центральным изображением 200, демонстрируемым устройством в целом при его рассматривании из соответствующей позиции наблюдения, и другими элементами изображения, образующими массив 160. В данном примере каждая ячейка 170 также содержит группу (набор) из 25 элементов 180 изображения. Как было описано выше, в каждой ячейке 170 массива 160 элементов изображения подгруппа 190 элементов 180 изображения будет нести одну и ту же часть ("элемент изображения") соответствующего центрального изображения, тогда как заданные позиции снаружи данной подгруппы будут предназначены для того, чтобы нести части других изображений. Например, в варианте по фиг. 17 устройство сконфигурировано для демонстрирования при своих наклонах до 17 различных изображений: центральное изображение (которое несут элементы изображения в составе подгруппы 190) и до 16 других изображений, которые образуют элементы изображений, расположенные снаружи данной подгруппы (при условии, что каждый элемент изображения соответствует изображению, отличающемуся от других).

В примерах типа показанных на фиг. 4 и 16 центральное изображение 200 является цветным блоком или пустой зоной, т.е. в каждой ячейке 170 в пределах устройства все позиции для элементов изображения в центральной подгруппе 190 являются идентичными (содержат элементы одинакового цвета или оставлены пустыми). Если же центральное изображение не является цветным блоком, а содержит знаки или паттерн, распределение элементов изображения является более сложным, но используются те же принципы. На фиг. 17а представлен пример центрального изображения 200 в форме монохромного "солнечного" символа (конкретная форма несущественна). В этом примере прямоугольник, окружающий "солнце", определяет протяженность защитного устройства (т.е. размеры растра фокусирующих элементов и/или массива элементов изображения), а размеры изображения соответствуют возможности его рассматривания пользователем без увеличения. На фиг. 17b представлена, в увеличенном масштабе, деталь изображения 200 и показано ее разбиение на ячейки 170 (расположенные согласно регулярной ортогональной сетке, хотя это условие не является обязательным). Периодичность такого разбиения на ячейки задана в соответствии с периодичностью растра 140 фокусирующих элементов, который будет наложен на массив элементов изображения. Другими словами, точно напротив каждой из ячеек 170 будет находиться один фокусирующий элемент. В каждой ячейке 170 изображение 200 дополнительно разбивается на элементы изображения (не показанные на фиг. 17(b)). Элементы изображения могут быть индивидуальными пикселями изображения или более крупными, например соответствующими группам пикселей. В этом примере элементы изображения представлены для наглядности более крупными, чем индивидуальные пиксели, так что каждый элемент изображения может содержать участки, отличающиеся от других (например, цветом или значением по серой шкале). Однако такой вариант приемлем только при относительно больших размерах устройства; более типично, чтобы каждый элемент изображения соответствовал единственному пикселю и, следовательно, имел постоянные свойства на всей своей площади (например, являлся полностью черным или белым).

Являясь центральным изображением устройства, изображение 200 должно демонстрироваться элементами 180 изображения центральной подгруппы 190, заданной в каждой ячейке в пределах массива 160 элементов изображения. Эта задача решается выбором элемента изображения в каждой ячейке в составе изображения 200 и размещением копий выбранного элемента изображения в каждой позиции для элемента изображения в границах подгрупп 190, т.е. в соответствующей ячейке массива 160 элементов изображения. Таким образом, в этом примере в крайнем слева столбце 300 представленного на фиг. 17 с участка массива каждая позиция для элемента изображения внутри подгруппы 190 полностью заполнена, соответствуя зоне внутри круга, образующего центр "солнечного" символа. Это же справедливо и для второго столбца 310. В столбце 320 позиции для элементов изображения внутри подгруппы 190 соответствуют краю круглой области "солнечного" символа, так что каждая такая позиция частично заполнена, а частично является пустой, причем доля пустой части увеличивается к нижней стороне представленного участка. Следует отметить, что, тогда как в каждой индивидуальной ячейке 170 все элементы изображения в подгруппе 190 будут идентичны, если центральное изображение представляет собой знаки или паттерн, эти элементы будут различными для различных ячеек, как это проиллюстрировано в столбце 320.

Позиции для элементов изображения подгруппы 190 в столбце 330 оставлены пустыми, поскольку они соответствуют промежутку между центральной круглой частью "солнечного" символа и самым крайним справа компонентом в форме "солнечного луча"; тогда как подгруппы 190 в составе расположенных справа столбцов 340 и 350 отображают начало этого треугольного "солнечного луча". Такое распределение повторяется по всему устройству, так что какой бы элемент 180 изображения из подгруппы 190 не был выбран для отображения фокусирующим растром (в зависимости от угла наблюдения), результирующий массив выбранных позиций для элементов изображения в пределах устройства продемонстрирует полное изображение 200. Таким образом, если устройство рассматривается вдоль оси или по направлению, близкому к ней, массив 140 линз будет направлять к наблюдателю свет только от элементов изображения, расположенных внутри подгрупп 190, тогда как все окружающие элементы изображения останутся неотображенными, т.е. будет демонстрироваться только желательное центральное изображение 200.

Другие изображения, которые должны быть видимы при различных углах наблюдения, вводятся в массив 160 элементов изображения, используя ту же технологию, за исключением того, что в типичном варианте только единственная позиция для элемента 180 изображения в каждой ячейке будет выделена для воспроизведения каждого из других изображений. Например, элементы изображения, формирующие изображение А, которое должно демонстрироваться наблюдателю О_а (см. фиг. 15), будут введены в позицию для элемента изображения в крайнем правом столбце, в третьем ряду каждой ячейки, и т.д. Следует отметить также, что, тогда как в представленном на фиг. 17с массиве элементов изображения показаны только элементы изображения, присутствующие в центральной подгруппе 190 каждой ячейки 170, на практике в окружающих позициях для элементов изображения будут присутствовать элементы изображения, соответствующие другим, периферийным изображениям (если только релевантные позиции в представленной области не оставлены пустыми).

Должно быть понятно, что формирование центрального участка в виде подгруппы 190 позиций для элементов изображения (как, например, в вариантах по фиг. 12 и 15) уменьшает количество других позиций, доступных для формирования других изображений. Например, как показано в примере по фиг. 15, если ячейка содержит группу элементов 180 изображения размерностью 5×5, выделение для подгруппы 190 области 3×3 центральных позиций оставляет для остальных элементов 180 изображения с каждой стороны этой подгруппы только по одной позиции. В том случае, если общее количество позиций, доступных для элементов изображения, ограничено, например, как следствие необходимости использовать для формирования этих элементов технологий с относительно низким разрешением, желательно сформировать центральный участок как единственный увеличенный элемент 19 изображения (как это было сделано в предыдущих вариантах). Если же доступны технологии формирования изображений с высоким разрешением, с подгруппой 190 может быть ассоциировано множество элементов изображения при сохранении достаточного количества позиций для элементов других изображений.

На фиг. 18, 19 и 20 представлены три примера альтернативных ячеек для двумерного устройства, основанного на принципах варианта по фиг. 15. На фиг. 18 ячейка 170 снова имеет квадратную форму. Она содержит группу размерностью 10×10 элементов 180 изображения. На практике количество позиций для элементов изображения в ячейке может быть задано любым, т.е. массив может иметь М×N позиций для элементов изображения, где М и N - целые числа, для двумерного устройства большие или равные двум. В ячейке задана центральная подгруппа 190 элементов изображения (обведенная штриховой линией), в которой все позиции для элементов изображения несут один и тот же элемент изображения общего центрального изображения "X", подобного описанному выше. В двумерных устройствах подгруппа 190 предпочтительно является двумерным набором позиций для элементов изображения, включающим (как показано на фиг. 18) множество позиций для элементов изображения в каждом ортогональном направлении. Однако такое выполнение необязательно, поскольку в некоторых случаях может оказаться желательным сформировать такую подгруппу, имеющую протяженность только в одном направлении, что обеспечит описанное улучшение стабильности изображения при наклоне устройства вокруг одной, но не другой оси. Все же, как правило, предпочтительны симметричные устройства типа показанного на фиг. 18.

Элементы изображения могут соответствовать различным изображениям, для демонстрирования которых сконфигурировано данное устройство, благодаря чередованию элементов каждого изображения, например, с помощью технологии, описанной в US 6483644 А. Такое выполнение касается всех элементов 180 изображения, за исключением тех, которые образуют части подгруппы 190 и каждый из которых несет копию одного и того же элемента изображения (как это было пояснено на примере фиг. 17).

Как уже было упомянуто, снаружи подгруппы 190 все элементы 180 изображения могут быть ассоциированы с различными изображениями; альтернативно, с учетом желательных эффектов, часть позиций может быть выделена для одного и того же изображения (с образованием подгруппы). Так, в варианте по фиг. 18 центральная подгруппа 190 имеет, по существу, ромбовидную форму, а элементы 180 изображения, расположенные вдоль каждой из четырех ее сторон, соответствуют одному изображению. В частности, все элементы изображения в позициях, обозначенных, как А₁, относятся к одному изображению, а обозначенные, как В₁ и В₂, - соответственно ко второму и третьему изображениям. Конфигурация согласно этому примеру может быть использована, например, для отображения трехмерного объекта, причем центральное изображение, создаваемое подгруппой 190, соответствует виду спереди, а четыре участка А, В и т.д. снаружи подгруппы 190 демонстрируют четыре различные стороны того же объекта под увеличивающимися, по мере приближения к четырем углам ячейки 170, углами зрения А₁, А₂ и т.д.

Желательно также, чтобы количества элементов 180 изображений вне подгруппы 190 с каждой ее стороны были, по существу, равными, как это показано на фиг. 18. Это позволяет отобразить на каждой стороне одно и то же количество различных изображений, что улучшит симметрию устройства.

Квадратные или прямоугольные ячейки, такие как рассмотренные выше, особенно удобны для растров фокусирующих элементов, расположенных по ортогональной сетке. Однако допустимы и альтернативные конфигурации ячеек, например гексагональные ячейки, пример которых показан на фиг. 19. Здесь также элементы 180 изображений соответствуют различным изображениям, как это описано, например, в US 6483644 А, за исключением того, что здесь имеется центральная подгруппа 190 (обведенная пунктирной линией), в пределах которой все позиции для элементов изображения несут копии одного и того же элемента изображения, соответствующего общему центральному изображению. Как и в других предпочтительных примерах, подгруппа 190 центрирована относительно центра С ячейки. Часть ячейки 170, занятая подгруппой 190, выбрана с учетом желательного оптического эффекта. Чем большая часть ячейки занята подгруппой 190, тем более стабильным будет представляться центральное изображение, демонстрируемое устройством, поскольку оно будет оставаться видимым при относительно больших углах наклона. Однако при этом уменьшается пространство для демонстрирования других изображений, что ослабляет изменяющиеся оптические свойства устройства. Поэтому требуется находить баланс между двумя указанными целями. В данном примере подгруппа 190 занимает почти 25% площади ячейки (40 из 164 позиций для элементов изображения), но в других примерах эта доля, как правило, будет меньшей. В типичных вариантах размеры области, выделенной для центрального изображения (т.е. в данном примере для подгруппы 190), предпочтительно по меньшей мере на 10% больше, более предпочтительно по меньшей мере на 25% больше, чем области для любого другого изображения (т.е. каждого "внешнего участка", который, в зависимости от конфигурации, может содержать единственную позицию для элемента изображения или подгруппу таких позиций). В данном случае под "размерами" понимаются расстояния между сторонами соответствующих участков. Как уже было упомянуто, хотя желательно, чтобы центральный участок имел большие размеры, чем каждый из внешних участков как в первом, так и во втором направлениях, это не является обязательным. Желательно также, чтобы центральный участок имел большую площадь, чем внешние участки; однако, это условие тоже не является обязательным (по меньшей мере в двумерных устройствах).

В варианте по фиг. 20 ячейка 170 является квадратной и содержащей группу размерностью 11×11 элементов 180 изображений, а подгруппа 190 содержит 9 (3×3) элементов 180 изображения, находящихся в центральной части ячейки 170. Разумеется, подгруппа 190 может содержать любой массив размерностью m×n позиций для элементов изображения при условии, что m и n меньше, чем числа М и N, задающие размерность ячейки. Позиции для элементов изображения, непосредственно прилегающие снаружи к подгруппе 190 (т.е расположенные на фиг. 20 между штриховой линией, отмечающей подгруппу 190, и штрихпунктирной линией), выделены для промежуточных изображений, которые воспроизводят промежуточные стадии между контентом центрального изображения и контентом, содержащимся в позициях для элементов изображения, расположенных ближе к периметру ячейки. Например, позиция А₁₈ для элемента изображения в этом примере соответствует изображению, которое является промежуточным между изображением, представленным центральной подгруппой 190, и изображениями, соответствующими внешним позициям А₁₃ и т.д. Промежуточное изображение может быть, например, рамкой для последовательности, воспроизводящей анимацию, движение, морфинг или зуммирование.

Таким образом, описанные различные технологии обеспечивают получение устройства, демонстрирующего центральное изображение (которое несет центральный участок каждой ячейки в форме либо увеличенного элемента 19 изображения, либо подгруппы 190) в пределах большего непрерывного интервала углов наблюдения, чем любое другое изображение. Это улучшает визуальную стабильность устройства. Двумерное защитное устройство, построенное на описанных принципах, схематично иллюстрируется в перспективном изображении на фиг. 21. Массив элементов изображения может быть сконфигурирован, например, на основе ячеек, подобных показанным на фиг. 8 или 15. Показаны позиции пяти наблюдателей O₁, О_а, O_b, О_с и O_d. Наблюдатель O₁ рассматривает устройство вдоль оси (по нормали к устройству), а наблюдатели О_а, O_b, О_с и O_d - из различных внеосевых позиций. Чтобы изменить позицию наблюдения от позиции наблюдателя О_а к позиции наблюдателя О_с, устройство наклоняют вокруг линии Р-Р', которая является биссектрисой угла между положительными полуосями X и Y. Для перехода от позиции наблюдателя O_b к позиции наблюдателя O_d устройство наклоняют вокруг линии Q-Q', которая является биссектрисой угла между отрицательной полуосью X и положительной полуосью Y.

Изображения, видимые каждому наблюдателю, могут быть выбраны, с учетом желательного визуального эффекта, методом формирования массива элементов изображения, основанным на технологиях, описанных выше. Далее, со ссылками на фиг. 22, 23 и 24, будут описаны другие примеры изобретения.

В варианте по фиг. 22 центральное изображение 20 представляет собой солнечный символ, который воспроизводится центральным участком и, следовательно, виден при рассмотрении устройства вдоль оси (т.е наблюдателю O₁, см. фиг. 21), а также при малых отклонениях от этой оси. Второе изображение 21 - это звездообразный символ, который является видимым из позиции наблюдателя О_а. Возможность видеть звездообразный символ 21 обеспечивается использованием одной или более позиций для элементов изображения, расположенных в левой верхней части ячейки. Из позиции наблюдателя О_с можно видеть третье изображение 23 (соответствующее символу молнии). Для этой цели используются одна или более позиций для элементов изображения в нижней правой части ячейки 170 (например позиций B₁, В₂, … для элементов изображения - см. фиг. 18). Таким образом, при наклоне устройства вокруг линии Р-Р' из положения, соответствующего наблюдателю О_а, к позиции наблюдателя О₁, соответствующей наблюдению вдоль оси, и далее к позиции наблюдателя О_с устройство демонстрирует изображение звездообразного символа 21, за которым следуют изображение солнечного символа 20 и, в завершение, изображение символа молнии 23. Аналогично, если устройство наклонять в противоположном направлении, эти же изображения будут демонстрироваться в обратном порядке. Изображение солнечного символа 20 будет демонстрироваться в пределах большего интервала углов наблюдения, чем любое другое изображение.

Из позиции наблюдателя O_b будет видно четвертое изображение в форме лунного символа 22, тогда как из позиции наблюдателя O_d будет видно пятое изображение в форме символа 24 облака. Таким образом, при наклоне устройства вокруг линии Q-Q' из положения, соответствующего наблюдателю O_b, к позиции наблюдателя О₁, соответствующей наблюдению вдоль оси, и далее к позиции наблюдателя O_d устройство демонстрирует изображение лунного символа 22, за которым следуют изображение 20 солнечного символа и, в завершение, изображение символа 24 облака. Аналогично, если устройство наклонять в противоположном направлении, эти же изображения будут демонстрироваться в обратном порядке.

Должно быть понятно, что на фиг. 22 показаны только изображения, демонстрируемые при наклонах устройства вдоль осей X и Y, тогда как, в зависимости от изображений, которые несут различные элементы изображения, при наклонах устройства в различных направлениях могут быть видны различные другие изображения. Например, позиции для элементов изображения, расположенные между позициями, соответствующими символам 21, 22 звезды и луны, можно использовать для размещения элементов изображений, соответствующих шагам анимационной последовательности при морфинге одной формы в другую.

В примере по фиг. 22 изображения связаны одно с другим только концептуальной близостью (все они соответствуют небесным объектам). Однако в предпочтительных примерах изображения, демонстрируемые устройством при различных углах наблюдения, могут быть взаимосвязаны, чтобы создавать определенные визуальные эффекты.

Например, как показано на фиг. 23, различные изображения могут быть видами одного и того же объекта из различных точек, как это было проиллюстрировано для одномерного устройства на фиг. 5. В качестве простого примера на фиг. 23 показаны пять изображений, которые соответствуют видам кубоида под различными углами. Центральное изображение 20 - это вид кубоида спереди, на котором видна только его передняя сторона (ближайшая к наблюдателю). Четыре изображения 21, 22, 23 и 24 - это виды кубоида под различными углами. В результате при наклоне устройства пользователь наблюдает различные виды объекта, что в целом создает впечатление рассматривания трехмерного объекта. Поскольку и здесь центральное изображение 20 создается центральным участком и, следовательно, занимает в каждой ячейке большую часть площади, чем любые другие изображения, оно видно наблюдателю при рассматривании вдоль оси и при малых углах наклона, что обеспечивает четкий и стабильный вид устройства, пока оно не будет преднамеренно наклонено на больший угол.

В других примерах изображения могут быть сконфигурированы так, чтобы создавать эффекты движения, анимации, морфинга или зуммирования, как это уже было упомянуто при рассмотрении фиг. 1 и 2.

На фиг. 24 представлен следующий пример изображений, которые могут демонстрироваться устройством для определенных позиций наблюдения. Здесь все изображения, демонстрируемые устройством, - это символы в виде четырехнаправленной стрелки, которая имеет контур 39, общий для всех изображений. В каждом из пяти изображений стрелка имеет особенную внутреннюю область. В центральном изображении 20, видимом при рассматривании устройства вдоль оси, все четыре четверти стрелки затенены, например окрашены в цвета, различные в каждой четверти. Во втором изображении 21, которое видит наблюдатель О_а, только нижняя правая часть стрелки затенена, а другие три части являются пустыми. В третьем изображении 22 затенена только нижняя левая часть стрелки, тогда как в четвертом изображении 23 затенена только верхняя левая часть, а в пятом изображении 24 - только верхняя правая часть. Таким образом, когда устройство рассматривается из внеосевой позиции, затененная часть стрелки при наклонах устройства будет казаться изменяющей ориентацию и цвет.

Контур 39 является общим компонентом для всех изображений, т.е. он, следовательно, действует в качестве "оконтуриваюицего" компонента, который остается неизменным при наклонах устройства. Это помогает пользователю идентифицировать место, в котором создается изменяющийся оптический эффект, а также усиливает изменение, наблюдаемое при переходе от одного наклонного положения к другому, поскольку различные изображения легче сравнивать одно с другим. В других примерах подобная контурная линия может быть образована рамкой, окружающей каждое изображение, например в виде прямоугольников, окружающих "солнечный", "звездообразный", "лунный" символы и символы облака и молнии на фиг. 22. Альтернативно, контурной линией может служить внутренняя часть или секция изображения, например центральный квадрат, образованный пересечением четырех частей стрелки в каждом изображении на фиг. 24.

Как уже было упомянуто, в предпочтительных примерах индивидуальные фокусирующие элементы могут иметь сферические или асферические фокусирующие поверхности. Однако основание каждого фокусирующего элемента при этом необязательно должно быть круглым, как это иллюстрируется фиг. 25. На фиг. 25а показаны, в качестве иллюстрации, сферическая поверхность S и ее трехмерный сегмент, обозначенный, как 14а. Этот сегмент показан также на фиг. 25b. Видно, что его сферическая поверхность образует фокусирующую поверхность fs линзового элемента 14а, а его нижняя поверхность (основание) fp может быть, в зависимости от соотношения размеров, квадратной или прямоугольной. Формирование фокусирующих элементов именно таким методом позволяет обеспечить плотную упаковку массива фокусирующих элементов при отсутствии зазоров между ними, имеющими место в случае ортогональной сетки.

Однако в других случаях могут быть использованы фокусирующие элементы с круглыми (или овальными) основаниями. Пример такого варианта показан на фиг. 26. Здесь индивидуальные фокусирующие элементы 14 являются полусферическими. Подобные элементы могут быть размещены на ортогональной сетке (как это показано на фиг. 6); однако, в таком случае между элементами будут иметься зазоры, так что может оказаться целесообразным разместить их в соответствии с гексагональной плотноупакованной сеткой, как это показано на фиг. 26. В этом случае соответствующие ячейки 17, 170 будут регулярными гексагональными ячейками. При этом ячейка не повторяет точно форму основания линзы. Примеры построения ячеек для элементов изображения в гексагональной конфигурации ячеек показаны на фиг. 11 и 19.

Во всех вариантах фокусное расстояние каждого фокусирующего элемента предпочтительно должно быть, по существу, одинаковым для всех углов наблюдения, лежащих в пределах угловой апертуры фокусирующего элемента вдоль одного или более направлений, в которых он способен фокусировать свет (например с погрешностью не более ±10 мкм, более предпочтительно ±5 мкм). Другими словами, каждый фокусирующий элемент должен быть способен направлять свет от любого элемента изображения в составе массива элементов изображения (которые лежат в одной плоскости) при выборе элемента, зависящем только от угла наблюдения. Это условие автоматически выполняется для сферических линз и для предпочтительных вариантов асферических линз.

Во всех рассмотренных примерах желательно, чтобы растр (массив) фокусирующих элементов 14, 140 был согласован по положению с массивом 16, 160 элементов изображения, предпочтительно так, как показано на фиг. 26 (каждый фокусирующий элемент 14, 140 центрирован относительно центра ячейки 17, 170 в массиве элементов изображения). Однако это условие не является существенным, поскольку, благодаря одинаковой периодичности и ориентации, изменяющийся оптический эффект будет достигнут и в отсутствие такого согласования между массивами. Тем не менее, согласование взаимных положений массивов обеспечивает улучшенную управляемость результирующим визуальным эффектом, особенно в части способности гарантировать, что из позиции наблюдения вдоль оси демонстрируется изображение, которое несет центральный участок. Такая возможность является весьма желательной, поскольку стабилизированное "центральное" изображение должно демонстрироваться, когда устройство удерживается в исходной позиции, рассчитанной на наблюдение вдоль оси, что гарантирует создание сильного визуального впечатления. Кроме того, требование согласования положений двух массивов повышает уровень защиты устройства, создавая дополнительные трудности при изготовлении поддельной версии.

На фиг. 27 представлен массив из 16 элементов изображения согласно другому варианту изобретения, который может быть использован, чтобы ослабить требование по согласованности положений растра фокусирующих элементов и массива элементов изображения с целью обеспечить управляемость результатами. Альтернативно, его можно использовать для создания дополнительных визуальных эффектов, описываемых далее. Следует отметить, что фиг. 27 иллюстрирует не индивидуальные элементы 18 изображения, а, скорее, контур центрального участка 19 и четырех внешних участков А, В, С, D, соответствующих различным изображениям. В зависимости от того как выполнен массив элементов изображения, центральный участок 19 может являться единственной позицией для элемента изображения (как в варианте по фиг. 8) или подгруппой таких позиций (как в варианте по фиг. 15, причем в таком случае индивидуальные позиции для элементов изображения не показаны). Аналогично, каждый из внешних участков А, В, С, D может содержать единственную позицию для элемента изображения или соответствовать подгруппе идентичных элементов изображения.

В отличие от предыдущих вариантов, одна угловая ячейка 17 снабжена дополнительным центральным участком 19' (следует подчеркнуть, что этот дополнительный участок 19' не проиллюстрирован для всех ячеек 17, представленных на фиг. 20). Как и первый центральный участок 19, новый центральный участок 19' может содержать единственную увеличенную позицию для элемента изображения, соответствующую центральному изображению 20, или подгруппу позиций для элементов изображения, причем каждая из этих позиций несет один и тот же элемент центрального изображения 20.

В данном варианте растр фокусирующих элементов 14 (только одна линза которого отмечена в первой позиции сплошной линией 14', а во второй -штрихпунктирной линией 14ʺ) может находиться в двух положениях относительно массива 16 элементов изображения и все же демонстрировать пользователю центральное изображение при рассматривании устройства вдоль оси и при малых углах наклона. Тем самым снижаются требования к согласованности по положению.

Вместе с тем, массив элементов изображения по фиг. 27 можно использовать также для создания дополнительного визуального эффекта, как это будет описано со ссылкой на фиг. 28. Здесь устройство 40 разделено на две области 41 и 42. В первой области 41 линзовый растр 14 согласован с массивом 16 элементов изображения таким образом, что центральные участки 19 расположены точно напротив центра каждой линзы (что соответствует на фиг. 27 линзе, отмеченной сплошной линией 14'). Во второй области 42 устройства линзовый растр 14 смещен относительно линзового растра в первой области 41 устройства так, что теперь центр каждой линзы (отмеченной штрихпунктирной линией 14ʺ) расположен точно напротив дополнительного центрального участка 19'.

Поскольку все позиции для элементов изображения в центральных участках 19 и 19' несут одно и то же изображение, при рассматривании устройства вдоль оси обе области 41 и 42 будут демонстрировать пользователю именно это изображение. В примере по фиг. 28 для наглядности каждое изображение представлено, как однородная одноцветная область. Таким образом, обе области 41 и 42 демонстрируют один и тот же цвет, так что (в предположении, что линия между областями не видна) нельзя отличить одну область от другой. Однако при наклоне устройства виды двух областей изменяются по-разному. Это определяется тем, что порядок следования позиций для элементов изображения, окружающих центральный участок 19, является обратным по сравнению с позициями, окружающими центральный участок 19'. Поэтому при рассматривании устройства из внеосевой позиции наблюдателя О_а первая область 41 устройства приобретет цвет, соответствующий сектору А ячейки, тогда как вторая область 42 приобретет другой цвет, соответствующий сектору С. При наклоне устройства в противоположном направлении (к наблюдателю О_с) в областях 41 и 42 будут происходить противоположные изменения, так что контраст между двумя областями будет казаться обратным по сравнению с контрастом, воспринимаемым наблюдателем О_а. Аналогично, наблюдатель O_b будет видеть первую область 41, имеющей цвет, заданный цветом сектора В, тогда как область 42 будет казаться имеющей цвет сектора D. При наклоне устройства в противоположном направлении (к наблюдателю O_d) порядок следования цветов будет обратным.

Разумеется, данный пример является упрощенным, и в других случаях изображения, который несет каждый элемент изображения, не обязательно должны быть цветными блоками, а, как и раньше, могут быть символами, буквами, трехмерными объектами и т.д. Следует также отметить, что граница между двумя областями 41, 42 устройства может и не быть прямой линией (использованной здесь для наглядности); скорее, две (или более) области устройства могут совместно задавать какой-то информационный элемент. Так, первая область устройства может иметь форму буквы или цифры, а вторая - представлять собой фон. Следует также отметить, что вариант этого устройства без обеспечения согласования положений будет создавать сходный оптический эффект смены изображений, хотя положение, в котором две области демонстрируют одно и то же изображение, не будет контролируемым, т.е. оно может не совпасть с позицией наблюдения вдоль оси.

Во всех рассмотренных примерах элементы изображения могут формироваться различными способами. Так, элементы изображения могут быть сформированы краской, например путем печати на подложке 12 или на нижнем слое, который затем помещают рядом с подложкой 12. Однако в других примерах элементы изображения могут быть сформированы в виде рельефной структуры. Различные подходящие для этой цели структуры показаны на фиг. 29. Так, график А иллюстрирует создающие изображение области (IM) элементов изображения, например затененные области элементов 180 изображения, показанные на фиг. 17с. Эти области образованы тиснеными или заглубленными участками, тогда как незаглубленные участки соответствуют областям (NI), не образующим изображения. На графике В иллюстрируются участки, формирующие области изображения в форме незаглубленных линий или выступов.

Согласно другому подходу рельефные структуры могут иметь форму дифракционных решеток (график С) или микрорельефных решеток с малым шагом типа "глаз мотылька" ("moth eye") - см. график D. Если элементы изображения образованы дифракционными решетками, различные части изображения (в рамках одного элемента изображения или различных элементов) могут быть образованы решетками, имеющими различные характеристики. Различия могут состоять в различиях шагов решеток или во взаимных разворотах. Это может быть использовано для получения многоцветного дифракционного изображения, которое будет демонстрировать также лентикулярный оптический эффект, такой как анимация, за счет механизма, описанного выше. Так, если элементы изображения будут образованы путем формирования для каждого элемента различных совокупностей дифракционных штрихов, то при наклоне устройства будет иметь место (как это описано выше) описанный выше лентикулярный переход от одного изображения к другому, причем в процессе этого перехода цвет изображений будет постепенно изменяться вследствие различий дифракционных решеток. Предпочтительный способ получения таких решеток предусматривает применение технологий записи электронным пучком или технологий растрирования.

Как показано на графиках Е и F, подобные дифракционные решетки для реализации технологии "глаз мотылька" можно разместить также в углублениях или на выступах типа показанных на графиках А и В соответственно.

График G иллюстрирует применение простой рассеивающей структуры, создающей ахроматический эффект.

В некоторых случаях углубления на графике А или выступы на графике В могут быть покрыты краской. На графике Н слои 400 краски показаны нанесенными на выступы 410. Создающие изображение участки каждого элемента изображения могут быть образованы формированием соответствующих выступающих участков (выступов) в слое смолы, нанесенном на прозрачную подложку, такую как подложка 12 на фиг. 6. Эту операцию можно осуществить, например, поливом с отверждением или тиснением. Затем на выступающие участки наносят краску, в типичном случае используя процесс литографии, флексографии или глубокой печати. В некоторых примерах часть элементов изображения может быть напечатана одним цветом, а другая часть -вторым цветом. В результате, когда устройство наклонят с целью создать описанный выше лентикулярный анимационный эффект, при переходе наблюдателя от одного вида к другому можно будет также видеть изменение цвета изображения. В другом примере всем элементам изображения в одной области устройства может быть придан один цвет, а всем элементам в другой области устройства - иной цвет.

В завершение, график I иллюстрирует применение так называемых Aztec-структур.

Кроме того, изобразительные и неизобразительные участки могут быть заданы комбинацией элементов различных типов, например изобразительные участки могут быть образованы структурами типа "глаз мотылька", а неизобразительные участки -решетками другого типа. Альтернативно, изобразительные и неизобразительные участки могут быть образованы решетками, различающимися шагом или ориентацией.

Если элементы изображения образованы только структурами типа решетки или "глаза мотылька", глубина структур, как правило, будет находиться в интервале 0,05-0,5 мкм. Для структур, аналогичных показанным на фиг. 29 (на графиках А, В, Е, F, Н и I), высота или глубина выступов/углублений предпочтительно находится в интервале 0,5-10 мкм, более предпочтительно в интервале 1-2 мкм. Типичная ширина выступов или углублений, задаваемая характером рисунка, будет меньше 100 мкм, более предпочтительно меньше 50 мкм, еще более предпочтительно меньше 25 мкм. Размеры элементов изображения и, как следствие, размеры выступов или углублений будут зависеть от ряда факторов, в том числе от требуемого типа оптического эффекта, размера фокусирующих элементов и желательной толщины устройства. Например, если диаметр фокусирующих элементов равен 30 мкм, ширина каждого элемента изображения может составлять около 15 мкм или менее. Альтернативно, для создания эффекта плавной анимации желательно обеспечить как можно больше различных видов, как правило, по меньшей мере 3, но в идеале вплоть до 30. В этом случае размеры элементов (и, соответственно, выступов или углублений) предпочтительно находятся в интервале 0,1-6 мкм. Теоретически не существует ограничения на количество используемых элементов изображения, но на практике по мере увеличения этого количества будет падать разрешение отображаемого изображения, поскольку часть общей площади устройства, приходящаяся на каждое изображение, будет все время уменьшаться.

Вместе с тем, независимо от метода формирования элементов изображения, на ширину элементов изображения будут непосредственно влиять два фактора: шаг растра фокусирующих элементов (например линз) и количество элементов изображения, соответствующее каждому такому шагу, т.е. ширине основания линзы. При этом первый из этих факторов также косвенно определяется толщиной лентикулярного устройства. Это обусловлено тем, что фокусное расстояние растра из плосковыпуклых линз (в предположении, что выпуклая часть линзы граничит с воздухом, а не с лаком) приближенно задается соотношением r/(n-1), где r - радиус кривизны, a n - показатель преломления смолы, из которой изготовлена линза. Поскольку типичное значение n лежит в интервале 1,45-1,5, можно принять, что фокусное расстояние линзы аппроксимируется, как 2r. Из того что для плотноупакованного линзового растра диаметр основания линзы только незначительно меньше, чем шаг растра, а максимальное значение этого диаметра равно 2r, следует, что максимальное значение для шага растра близко к значению 2r, которое является хорошей аппроксимацией фокусного расстояния линзы и, следовательно, толщины устройства.

В качестве примера, для защитной нити, которая может вводиться в банкноту в качестве ее компонента, желательно иметь толщину лентикулярной структуры и, следовательно, фокусное расстояние линзы меньше 35 мкм. Предположим, целевое значение толщины и, как следствие, значение фокусного расстояния равны 30 мкм. Как следует из приведенного выше анализа, максимальный диаметр основания равен 2r, что очень близко к фокусному расстоянию линзы, составляющему 30 мкм. В этом варианте диафрагменное число очень близко к 1. Значение шага растра может быть выбрано всего на несколько микрометров больше диаметра линз (далее этот шаг принимается равным 32 мкм). Отсюда следует, что в двухканальном лентикулярном устройстве (у которого в одной ячейке имеются два элемента изображения) требуется разместить на ширине 32 мкм две изобразительные полоски, т.е. каждая полоска будет иметь ширину 16 мкм. Такая ширина полоски или линии находится далеко за пределами разрешения традиционных печатных технологий, таких как флексографическая, глубокая и литографическая офсетная печать (мокрая, без увлажнения и УФ красками), которые даже при печати защищенных документов в лучшем случае оказались способными обеспечить разрешение на уровне 50-35 мкм. Аналогично, в случае четырехканального лентикулярного устройства проблема разрешения становится еще более сложной, поскольку требуемая ширина линии снижается (в этом примере) до 8 мкм, и т.д.

Как результат, для печатных элементов изображения, использующих краски, желательно минимизировать значение диафрагменного числа линзы, чтобы максимизировать диаметр основания линз при заданной толщине структур. Пусть, например, значение диафрагменного числа является довольно высоким, в частности равным 3. В этом случае диаметр основания линзы будет равен 30/3, т.е. 10 мкм. Такой размер линзы будет граничным для дифракционной и геометрической оптики; однако, если рассматривать линзу как преимущественно дифракционное устройство, можно принять шаг растра равным, например, 12 мкм. Если опять рассмотреть двухканальное устройство, потребуется распечатать изобразительную полоску с шириной только 6 мкм, тогда как для четырехканального устройства потребуется полоска шириной только 3 мкм. Традиционные печатные технологии, как правило, будут непригодны для достижения такого высокого разрешения. Однако приемлемые способы формирования элементов изображения включают способы, описанные в WO 2008/000350 A, WO 2011/102800 А и ЕР 2460667 А.

Именно в подобных случаях использование дифракционных структур для получения изобразительных полосок создает важное преимущество по разрешению. Действительно, хотя цветная печать обычно предпочтительна в плане получения контрастности при отражении и инвариантности к источнику излучения, такие технологии, как, например, современная электронная литография (использующая электронные пучки), могут быть использованы для создания дифракционных изобразительных полосок с шириной до 1 мкм или менее, причем такие структуры с ультравысоким разрешением могут эффективно реплицироваться с помощью технологий, предусматривающих отверждение УФ излучением.

Как было упомянуто выше, толщина устройства 10 непосредственно связана с размерами фокусирующих элементов; поэтому выбор толщины прозрачного слоя 12 следует производить с учетом геометрии оптических элементов. В предпочтительных примерах устройства его толщина находится в интервале 5-200 мкм. "Толстые" устройства, соответствующие верхнему концу этого интервала, подходят для встраивания в такие документы, как идентификационные карты и водительские права, а также в ярлыки, этикетки и т.д. Для документов типа банкнот желательны (как было упомянуто выше) более тонкие устройства. Нижний предел данного интервала определяется дифракционными эффектами, которые возникают при уменьшении диаметра фокусирующих элементов. В частности, эти эффекты существенны для линз с диаметром основания меньше 10 мкм (т.е. с фокусным расстоянием около 10 мкм) и особенно меньше 5 мкм (т.е. с фокусным расстоянием около 5 мкм). Поэтому принимается, что предельная толщина таких структур лежит в интервале 5-10 мкм.

Если элементы изображения должны быть образованы рельефными структурами, для этой цели желательно применить тиснение или литье с отверждением, используя слой подходящей смолы на стороне подложки 12, противоположной по отношению к линзовому растру 14. Сам линзовый растр 14 также может быть изготовлен с использованием методов литья с отверждением или тиснения. Альтернативно, он может быть напечатан с использованием подходящих прозрачных веществ, как это описано в US 6856462 В. Период и, следовательно, максимальный диаметр основания лентикулярных фокусирующих элементов предпочтительно лежат в интервале 5-200 мкм, более предпочтительно 10-60 мкм, еще более предпочтительно 20-40 мкм. Диафрагменное число для лентикулярных фокусирующих элементов предпочтительно составляет 0,1-16, более предпочтительно 0,5-4.

Тогда как в рассмотренных вариантах фокусирующие элементы имели форму линзы, во всех случаях они могут быть заменены массивом фокусирующих зеркальных элементов. Подходящие зеркала могут быть изготовлены, например, путем нанесения отражающего слоя (в частности из соответствующего металла) на линзы, изготовленные методом литья с отверждением или тиснением рельефной структуры. В вариантах, использующих зеркала, массив элементов изображения должен быть полупрозрачным, например, за счет достаточно низкого коэффициента заполнения, чтобы обеспечить свету возможность достичь зеркал и затем отразиться обратно через зазоры между элементами изображения. В качестве примера, коэффициент заполнения следует задать меньшим 1/√2, чтобы по меньшей мере 50% падающего света после двух проходов через массив элементов изображения отражалось обратно к наблюдателю.

Защитные устройства типа описанных выше могут быть встроены или нанесены на любое изделие, для которого желательно обеспечить проверку аутентичности. В частности, такие устройства могут наноситься на (или встраиваться в) документы, обладающие ценностью, такие как банкноты, паспорта, водительские права, чеки, идентификационные карты и т.д.

Защитное устройство или изделие может находиться полностью на поверхности основы (подложки) защищенного документа, как это имеет место в случае полоски или патча, или может быть видным на поверхности основы документа только частично, например в виде "ныряющей" защитной нити. Защитные нити в настоящее время присутствуют в банкнотах многих стран, а также в ваучерах, паспортах, дорожных чеках и других документах. Во многих случаях нить частично заглублена в подложку (является "ныряющей"), т.е. она входит внутрь бумаги и выходит на ее поверхность или видна в окнах, выполненных в одной или обеих поверхностях основы. Один из методов производства бумаги с ныряющими нитями можно найти в ЕР 0059056. ЕР 0860298 и WO 03/095188 описывают различные подходы для встраивания более широких и частично открытых нитей в бумажную основу. Широкие нити (с типичной шириной 2-6 мм) представляются особенно полезными, поскольку их более крупные открытые области обеспечивают эффективное использование оптически изменяющихся устройств, подобных описанным выше.

Защитное устройство или изделие может быть встроено в бумажную или полимерную основу (подложку) так, что его можно видеть с обеих сторон готовой защищенной основы. Способы встраивания защитных элементов подобным образом описаны в ЕР 1141480 А и WO 03/054297 А. Согласно способу, описанному в ЕР 1141480 А, одна сторона защитного устройства является полностью открытой на одной поверхности основы, в которую оно частично заглублено, а другая сторона частично открыта в окнах, выполненных в другой поверхности основы.

Подложки, подходящие для изготовления основ для защищенных документов, могут быть сформированы из любого обычного материала, включая бумагу и полимеры. Из уровня техники известны технологии формирования прозрачных зон в подложках каждого такого типа. Например, в WO 83/00659 описана полимерная банкнота, изготовленная на основе прозрачной подложки, содержащей на обеих своих сторонах непрозрачное покрытие, которое отсутствует в локальных областях на обеих сторонах подложки, чтобы сформировать прозрачную зону. В этом случае прозрачная подложка может быть интегральной частью защитного устройства; альтернативно, на прозрачную основу документа может быть наложено отдельное защитное устройство. В WO 00/39391 описан способ получения прозрачной области в бумажной основе. Другие способы того же назначения описаны в ЕР 723501 А, ЕР 724519 A, WO 03/054297 А и ЕР 1398174 А.

Защитное устройство может быть также наложено на одну сторону бумажной основы так, что его части будут находиться в отверстии, выполненном в этой основе. Пример способа формирования такого отверстия может быть найден в WO 03/054297 А. Альтернативный способ встраивания защитного элемента, который будет виден в отверстиях, сформированных в одной стороне бумажной основы, и полностью открыт на другой ее стороне, может быть найден в WO 2000/39391 А.

Далее, со ссылками на фиг. 30-33, будут описаны примеры подобных документов, обладающих ценностью, и технологий для встраивания в них защитного устройства.

На фиг. 30 представлен пример документа 50, обладающего ценностью, конкретно банкноты. На фиг. 30(a) банкнота показана на виде в плане, а на фиг. 30(b) она показана в сечении плоскостью Х-Х'. В этом примере банкнота является полимерной (или гибридной, полимерно-бумажной) банкнотой, имеющей прозрачную основу 51. На каждую сторону прозрачной основы 51 нанесено по светонепроницаемому слою 52а, 52b, которые могут представлять собой светонепроницаемое покрытие, например из белой краски, или слои бумаги, ламинированные на основу 51.

Светонепроницаемые слои 52а и 52b отсутствуют в области 55, образующей окно, в котором находится защитное устройство. Как лучше всего видно в сечении (на фиг. 30b)), на одной стороне прозрачной основы 51 сформирован растр 56 фокусирующих элементов, а соответствующий ему массив 57 элементов изображения сформирован на противоположной поверхности подложки. Растр 56 фокусирующих элементов и массив 57 элементов изображения выполнены так, как описано выше применительно к любому из рассмотренных вариантов. Когда документ рассматривается со стороны линзового растра 56, при наклонах устройства может наблюдаться лентикулярный эффект. Следует отметить, что в модификациях этого варианта окно 55 может представлять собой "полуокно", для образования которого слой 52b продолжен на все окно или его часть, поверх массива 57 элементов изображения. В этом случае окно не будет прозрачным, но в одной из модификаций по сравнению с окружающими его областями оно будет казаться просвечивающим. При этом банкнота может иметь подгруппу окон или "полуокон", в которых видны области защитного устройства.

Представленная на фиг. 31 банкнота 50 - это обычная банкнота на бумажной основе, снабженная защитным изделием 60 в форме защитной нити, которая добавляется к бумаге на стадии ее изготовления таким образом, что нить частично вводится в бумагу, так что части 53 и 54 бумаги располагаются по обе стороны нити. Эта операция может быть выполнена с использованием описанных в ЕР 0059056 технологий, согласно которым в ходе бумагоделательного процесса формирование бумаги в зонах окон не происходит, что открывает защитную нить в зонах окон 65 на банкноте. Альтернативно, зоны окон 65 могут быть сформированы путем удаления, например абразивным методом, бумаги в этих областях после введения нити. Защитное устройство сформировано на нити 60, у которой имеется прозрачная подложка 63 с линзовым растром 61 на одной ее стороне и с массивом 62 элементов изображения на другой ее стороне. Для наглядности линзовый растр 61 изображен с разрывами между открытыми зонами нити, хотя в типичном случае разрывы будут отсутствовать, т.е. защитное устройство будет сформировано непрерывным по длине нити. Альтернативно, на нити можно разместить несколько защитных устройств, пространственно отделенных одно от другого по длине нити, причем демонстрируемые ими изображения являются различными или идентичными. В одном примере в первом окне может находиться первая область устройства согласно варианту по фиг. 27, а во втором окне - его вторая область, так что при наклоне два окна демонстрируют противоположные эффекты.

На фиг. 32 банкнота 50 - это также обычная банкнота на бумажной основе, снабженная полоской (вставкой) 60. Полоска 60, имеющая прозрачную подложку 63, введена между двумя слоями 53 и 54 бумаги. Защитное устройство образовано линзовым растром 61, находящимся на одной стороне подложки 63, и массивом 62 элементов изображения, находящимся на другой ее стороне. Слои 53 и 54 бумаги снабжены отверстиями в зонах окон 65, чтобы открыть защитное устройство, которое в этом случае может располагаться по всей длине полоски 60 или может быть локализовано в открытых зонах окон 65.

Еще один вариант представлен на фиг. 33, где на фиг. 33(a) и 33(b) показаны передняя и задняя стороны документа соответственно, а фиг. 33(c) соответствует сечению документа плоскостью Z-Z'. Защитное изделие 60 - это полоска или лента, содержащая защитное устройство согласно любому из описанных вариантов. Защитное изделие 60 образовано в составе защищенного документа 50, имеющего волокнистую основу 53, посредством способа, описанного в ЕР 1141480 А. Полоска встроена в защищаемый документ так, что она полностью открыта на одной стороне документа (фиг. 33(a)) и частично - в одном или более окнах 65 на противоположной стороне документа (фиг. 33(b)). И в этом варианте защитное устройство выполнено на полоске 60, у которой имеется прозрачная подложка 63 с линзовым растром 61, сформированным на одной ее поверхности, и с массивом 62 элементов изображения, сформированным на другой ее стороне.

Альтернативно, сходная конструкция может быть получена выполнением в бумаге 53 отверстия 65 и прикрепления элемента 60 в виде полоски к одной стороне бумаги 53 в зоне отверстия 65. Это отверстие может быть сформировано в процессе изготовления бумаги или по его завершении, например посредством высечки или лазерной резки.

Как правило, прикреплять защитное изделие (такое как полоска или патч), несущее защитное устройство, к основе документа предпочтительно той стороной устройства, которая несет массив элементов изображения, а не стороной с линзами, поскольку контакт между линзами и адгезивом может сделать линзы неработоспособными. Однако адгезив может быть нанесен на линзовый растр в виде паттерна, который оставляет непокрытой зону линзового растра, рассчитанную на совмещение с окном. При этом положение полоски или патча следует согласовать с окном (в направлении подачи подложки) так, чтобы непокрытая область линз совместилась с отверстием (или окном) в подложке. Следует также отметить, что, поскольку устройство демонстрирует оптический эффект только при его рассматривании с одной его стороны, совмещение устройства с зоной окна не дает особых преимуществ. Действительно, устройство может быть закреплено на основе, не имеющей окон. Аналогично, в случае полимерной основы устройство пригодно для размещения в "полуоконных" зонах.

Защитное устройство согласно изобретению может быть выполнено машиночитаемым путем введения детектируемых материалов в любой из его слоев или введением отдельных машиночитаемых слоев. Детектируемые материалы, способные реагировать на внешние воздействия, содержат, например, флуоресцентные, фосфоресцентные, поглощающие в инфракрасном диапазоне, термохромные, фотохромные, магнитные, электрохромные, электропроводные и пьезохромные материалы.

В защитное устройство могут быть дополнительно включены оптически изменяющиеся материалы, такие как тонкопленочные интерференционные элементы, жидкокристаллические и фотонно-кристаллические материалы. Такие материалы могут использоваться в форме пленочных слоев или пигментов, пригодных для нанесения методом печати. Если эти материалы являются прозрачными, они могут быть помещены в ту же область устройства, что и его защитная часть, выполненная согласно изобретению; если же они непрозрачные, их можно разместить в отдельной части устройства, смещенной в поперечном направлении.

Защитное устройство может, кроме того, содержать металлический слой, смещенный в поперечном направлении от защитной части, выполненной согласно изобретению. Присутствие металлического слоя может быть использовано, чтобы скрыть присутствие темного машиночитаемого магнитного слоя. При использовании в устройстве магнитного материала он может иметь любую конфигурацию; однако, обычно применяются магнитные нити или блоки для формирования кодовых структур. Приемлемые магнитные материалы включают пигменты на основе оксида железа (Fe₂O₃ или Fe₃O₄), феррит бария или стронция, железо, никель, кобальт и их сплавы. В этом контексте термин "сплав" охватывает такие материалы, как никель-кобальт, железо-алюминий-никель-кобальт и т.д. Пригодны, в частности, материалы типа лепесткового никеля или железа. Поперечные размеры типичных лепестков никеля составляют 5-50 мкм при толщине менее 2 мкм. Типичные лепестки железа имеют поперечные размеры порядка 10-30 мкм при толщине менее 2 мкм.

В альтернативном машиночитаемом варианте прозрачный магнитный слой может быть встроен в устройство в любом положении. Подходящие прозрачные магнитные слои, содержащие распределенные по ним частицы магнитных материалов, размеры и концентрация которых выбраны такими, чтобы магнитный слой оставался прозрачным, описаны в WO 03/091953 и WO 03/091952.

В металлическом слое или в любом подходящем непрозрачном слое можно создать негативные или позитивные знаки. Один из путей получения частично металлизированных/деметаллизированных пленок, не содержащих металла в контролируемых, четко определенных зонах, состоит в селективной деметаллизации областей с применением технологии фоторезиста и травления, как это описано в US 4652015 В. Для получения сходных эффектов известны и другие методы, включающие, например, осаждение алюминия в вакууме через маску. Альтернативно, алюминий может быть селективно удален с композитной полоски из пластикового носителя с алюминием, нанесенным с помощью эксимерного лазера. Металлические области могут быть также сформированы методом печати краской, создающей эффект присутствия металла, например печатной краской Metallstar®, продаваемой фирмой Eckart.

Claims

1. Защитное устройство, содержащее:

массив элементов изображения, расположенный точно напротив растра фокусирующих элементов и построенный на основе повторяющихся ячеек, задающих позиции для элементов изображения, причем периодичность ячеек, по существу, равна периодичности сетки, в соответствии с которой размещен растр фокусирующих элементов, каждая ячейка задает группу позиций для находящихся внутри нее элементов изображения, а каждая из указанных позиций в ячейке ассоциирована с элементом соответствующего изображения, при этом:

растр фокусирующих элементов способен направлять к наблюдателю свет от позиций для элементов изображения, выбранных в зависимости от угла наблюдения, с обеспечением возможности последовательного демонстрирования, при наклоне устройства, различных указанных изображений посредством комбинации элементов изображения, находящихся в выбранных позициях для элементов изображения, а

центральный участок каждой ячейки, который содержит одну или более позиций для элементов изображения, предназначенную (предназначенных) для несения элемента (элементов) соответствующего центрального изображения, выполнен более крупным, чем каждый внешний участок ячейки, расположенный снаружи центрального участка и предназначенный для несения элемента (элементов) другого из указанных изображений, так что интервал углов наблюдения, в пределах которого наблюдателю демонстрируется центральное изображение, превышает интервал углов наблюдения, в котором демонстрируется каждое другое изображение.

2. Устройство по п. 1, в котором центральный участок содержит единственную центральную позицию для элемента изображения, которая является более крупной, чем любая другая позиция для элемента изображения, заданная ячейкой.

3. Устройство по п. 2, в котором размер центральной позиции для элемента изображения по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 25% превышает средний размер других позиций для элементов изображения, заданных ячейкой.

4. Устройство по п. 2, в котором позиции для элементов изображения, непосредственно примыкающих снаружи к центральной позиции для элемента изображения, меньше окружающих их позиций для элементов изображения, расположенных ближе к периферии ячейки.

5. Устройство по п. 2, в котором все элементы изображения в ячейке, за исключением центрального элемента изображения, имеют, по существу, одинаковые размеры.

6. Устройство по п. 2, в котором каждый внешний участок ячейки содержит единственную позицию для элемента изображения, которая меньше позиции для центрального элемента изображения.

7. Устройство по п. 1, в котором ячейка задает двумерную группу позиций для элементов изображения, содержащую позиции для элементов изображения, расположенные вдоль первого и второго ортогональных направлений.

8. Устройство по п. 1, в котором центральный участок содержит центральную подгруппу из по меньшей мере двух позиций для элементов изображения, заданных ячейкой, причем каждая позиция для элемента изображения в подгруппе несет один и тот же элемент центрального изображения.

9. Устройство по п. 8, в котором ячейка задает двумерную группу позиций для элементов изображения, содержащую позиции для элементов изображения, расположенные вдоль первого и второго ортогональных направлений, а центральная подгруппа содержит двумерный набор позиций для элементов изображения.

10. Устройство по п. 9, в котором центральная подгруппа содержит по меньшей мере две смежные позиции для элементов изображения, расположенные вдоль первого направления, и по меньшей мере две смежные позиции для элементов изображения, расположенные вдоль второго направления.

11. Устройство по п. 1, в котором центр центрального участка совпадает с центром ячейки.

12. Устройство по п. 1, в котором центральный участок по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 25% больше, чем средний размер внешних участков ячейки.

13. Устройство п. 1, в котором растр фокусирующих элементов и массив элементов изображения расположены точно напротив друг друга, предпочтительно таким образом, что центральный участок каждой ячейки расположен точно напротив центра соответствующего фокусирующего элемента с обеспечением возможности демонстрирования центрального изображения при рассматривании защитного устройства по нормали к плоскости защитного устройства.

14. Устройство по п. 13, в котором растр фокусирующих элементов и массив элементов изображения сконфигурированы с обеспечением возможности демонстрирования центрального изображения при рассматривании защитного устройства по меньшей мере вдоль первого направления в пределах порогового угла между направлением рассматривания и нормалью, составляющего 2-10°, предпочтительно 2,5-5°.

15. Устройство по п. 1, в котором ячейка содержит по меньшей мере по два внешних участка на каждой стороне центрального участка, расположенных вдоль первого направления, и предпочтительно столько же внешних участков на каждой стороне центрального участка вдоль второго направления.

16. Устройство по п. 1, в котором все фокусирующие элементы имеют, по существу, равные фокусные расстояния с погрешностью, не превышающей предпочтительно ±10 мкм, более предпочтительно ±5 мкм для всех углов наблюдения вдоль первого и/или второго направлений, в котором они способны фокусировать свет.

17. Устройство по п. 1, в котором фокусирующие элементы способны фокусировать свет только в первом направлении и предпочтительно представляют собой полуцилиндрические линзы или зеркала.

18. Устройство по п. 1, в котором каждый фокусирующий элемент выполнен с возможностью фокусировать свет по меньшей мере в первом и втором ортогональных направлениях, а фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой.

19. Устройство по п. 18, в котором сетка, в соответствии с которой размещены фокусирующие элементы, является ортогональной сеткой, а ячейка является квадратной или прямоугольной, или указанная сетка и ячейка являются гексагональными.

20. Устройство по п. 18, в котором фокусирующие элементы являются сферическими или асферическими.

21. Устройство по п. 18, в котором каждый фокусирующий элемент имеет, по существу, равные оптические силы в каждом из по меньшей мере двух ортогональных направлений.

22. Устройство по п. 18, в котором ячейка содержит внешние участки, соответствующие изображениям, отличающимся от центрального изображения, и расположенные снаружи центрального участка вдоль по меньшей мере первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений.

23. Устройство по п. 22, в котором на каждой стороне центрального участка вдоль первого и второго направлений, предпочтительно вдоль всех направлений, расположены по меньшей мере два внешних участка.

24. Устройство по п. 1, в котором массив элементов изображения локализован примерно в фокальной плоскости фокусирующих элементов.

25. Устройство по любому из предыдущих пунктов, выполненное в виде защитной нити, полоски фольги или вставки, или защитного ярлыка, или патча.

26. Изделие, снабженное устройством, выполненным согласно любому из предыдущих пунктов.

27. Изделие по п. 26, выбранное из группы, состоящей из банкнот, чеков, паспортов, идентификационных карт, сертификатов аутентичности, гербовых марок и других документов для подтверждения ценности или идентификации личности.

28. Способ изготовления защитного устройства, включающий:

получение растра фокусирующих элементов, каждый фокусирующий элемент которого способен фокусировать свет по меньшей мере в первом направлении, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной, по меньшей мере одномерной, сеткой, и

формирование массива элементов изображения, расположенного напротив растра фокусирующих элементов и построенного на основе повторяющихся ячеек, задающих позиции для элементов изображения, причем периодичность ячеек, по существу, равна периодичности сетки, в соответствии с которой размещен растр фокусирующих элементов, каждая ячейка задает группу позиций для находящихся внутри нее элементов изображения, а каждая из указанных позиций в ячейке ассоциирована с элементом соответствующего изображения, при этом:

растр фокусирующих элементов способен направлять к наблюдателю свет от позиций для элементов изображения, выбранных в зависимости от угла наблюдения, с обеспечением возможности последовательного демонстрирования при наклоне устройства различных указанных изображений посредством комбинации элементов изображения, находящихся в выбранных позициях для элементов изображения, а

центральный участок каждой ячейки, который содержит одну или более позиций для элементов изображения, предназначенную (предназначенных) для несения элемента (элементов) соответствующего центрального изображения, выполняют более крупным, чем каждый внешний участок ячейки, расположенный снаружи центрального участка и предназначенный для несения элемента (элементов) другого из указанных изображений, так что интервал углов наблюдения, в пределах которого наблюдателю демонстрируется центральное изображение, превышает интервал углов наблюдения, в котором демонстрируется каждое другое изображение.

29. Способ по п. 28, в котором растр фокусирующих элементов и массив элементов изображения размещают точно напротив друг друга, предпочтительно помещая центральный участок каждой ячейки точно напротив центра соответствующего фокусирующего элемента с обеспечением возможности демонстрирования центрального изображения при рассматривании защитного устройства по нормали к плоскости защитного устройства.

30. Способ по п. 28 или 29, обеспечивающий изготовление устройства по любому из пп. 1-25.