安全装置和制造该安全装置的方法
专利名称：安全装置和制造该安全装置的方法
安全装置和制造该安全装置的方法本发明涉及安全装置，例如用于有价物品诸如钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件。已知许多不同的光学安全装置，其中最常见的是全息和其他衍射装置，这些装置通常见于信用卡等。还已知的是，提供波纹放大器(moiWmagnifier)形式的安全装置，例如在EP-A-1695121和W0-A-94/27254中描述的。波纹放大器的缺点在于原图(artwork)较为受限，例如动画效果对于波纹放大器会是不可行的。还已知的是，所谓的透镜状装置(lenti cular device)可用作安全装置，例如在US-A-4892336中描述的。这个说明书描述了两种类型的透镜效果，即倾斜图像效果，其中当装置倾斜时观察到颜色或图像的变化；以及移动图像效果，其中当观察角度变化时看到图像沿装置移动。这两种效果可被结合在一起，例如在一条安全线上，使得当观察角度改变时能观察到两个不同的效果。然而，这些装置一直难以由未经训练的观察者进行鉴别。根据本发明的第一方面，一种安全装置包括至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带(image strips)上方的长条(elongate)透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。根据本发明的第二方面，一种制造安全装置的方法包括提供至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。本发明提供了一种简单但安全的装置，其可被使用者轻易鉴别但难以制造。由于所述两个阵列的透镜状聚焦元件的长条方向在不同方向延伸，所以当所述安全装置关于平行于所述方向之一的轴线倾斜(tilt)时，从一个对应的透镜状装置将观察到透镜效果，而从另一个透镜状装置将观察不到效果或观察到不同的效果。如果两个长条方向是正交的，则尤其方便。在该情况下，当所述装置关于一个装置的长条方向倾斜时，从另一个装置将观察不到透镜效果。所述两个透镜状装置理论上可以位于所述安全装置上的任何位置，但是优选地它们被布置为彼此邻近，更优选地彼此邻接。这使得更易于布置所述透镜状装置，以及当以不同取向倾斜所述装置时比较它们产生的效果。在该情况下，以及在一个尤其优选的实施例中，所述安全装置具有两个透镜状装置，当垂直观察时，向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现为横向(laterally)移动,而另一个图像部分保持静止。如下文将更详细说明的，本装置呈现了独特的效果，其可被轻易观察到以鉴别该装置，但是难以制造。所述透镜状聚焦元件的周期性(periodicity)从而最大基部直径优选地在
5-200 μ m范围内，更优选地在10-60 μ m范围内，甚至更优选地在20-40 μ m范围内。所述透镜状聚焦元件的f数(number)优选地在O. 25-16范围内，更优选地在O. 5_2范围内。
通常，所述透镜状聚焦元件包括圆柱形透镜。然而，也可使用微镜(micromirrors)。所述图像带可被简单地印刷至衬底，但是所述图像带也可使用起伏结构(reliefstructure)来限定。这使得能够构造薄得多的装置,这在与安全文件一起使用时尤其有益。所述起伏结构可通过凸印(embossing)或铸造固化(cast-curing)来形成。对于上述两种方法，铸造固化提供了更高的复制保真度。如下文将更详细说明的，可以使用各种起伏结构。然而，可简单通过将图像凸印/铸造固化为衍射光栅区域(diffraction grating areas)来形成所述图像带。所述图像的不同部分可以通过使用不同栅距(pitches)或提供了具有不同衍射颜色的区域的不同光栅取向来区分。替代的(和/或附加区别的)图像结构是抗反射(anti-reflection)结构，诸如虫眼(moth-eye)(见例如W0-A-2005/106601);零阶衍射结构；阶梯状(stepped)表面起伏光学结构，已知为阿兹特克(Aztec)结构(见例如W0-A-2005/115119);或简单散 射结构。对于大多数应用，这些结构可以是部分或全部金属化的，以增强亮度和对比度。 通常，每个图像带的宽度小于50微米，优选地小于20微米，更优选地在5-10微米范围内。根据本发明的安全装置的典型厚度为2-100微米，更优选地为20-50微米；其中透镜高度为1-50微米，更优选地为5-25微米。所述透镜状聚焦元件的周期性从而最大基部直径优选地在5-200 μ m的范围内，更优选地在10-60 μ m范围内，甚至更优选地在20-40 μ m范围内。所述透镜状聚焦元件的f数优选地在0. 25-16范围内，更优选地在0. 5-2范围内。所述起伏深度依赖于所述起伏的形成方法；在所述起伏由衍射光栅提供的情况下，所述深度通常在0. 05-1 μ m范围内，在使用更粗糙的非衍射起伏结构的情况下，所述起伏深度优选地在0. 5-10 μ m范围内，甚至更优选地在1-5 μ m范围内。所述安全装置可包括一个金属化层，要么作为所述图像结构的一部分，要么作为一个附加的层。优选地，这样的层在多个位置被选择性去金属化(demetallised)。另外，所述装置可在所述金属化层上进一步包括一个抗蚀层。所述金属化层和/或所述抗蚀层优选地被布置为标记(indicia)。还优选的是，所述装置被布置为机器可读的。这可通过多种方式实现。例如，所述装置的至少一个层(可选地作为一个分立的层)可进一步包括机器可读材料。优选地，所述机器可读材料是磁性材料，诸如磁铁(magnetite)。所述机器可读材料可以响应外部刺激。此外，当所述机器可读材料被形成到一个层中时，这个层可以是透明的。所述安全装置可用在许多不同应用中，例如，通过附接至有价物体。优选地，所述安全装置附着至安全文件或者基本包含在安全文件内。由此，所述安全文件可以附接至这样的文件的表面，或者可以部分嵌入到所述文件内。所述安全装置可采用各种不同形式用于安全文件，这些形式包括(作为非限制性实施例)安全线、安全纤维、安全片(patch)、安全带(strip)、安全纹(stripe)或安全箔(foil)。现在将参照附图描述本发明的安全装置和方法的一些实施例，并与已知的装置对比，在附图中:图I是穿过一个已知的透镜状装置的示意性截面；图2是从上方观察图I的已知的透镜状装置的一个变体的立体图3示出了图2的装置在不同倾斜角度的外观；图4和图5示出了与全息装置结合的透镜状装置的实施例；图6是穿过本发明的另一实施例的截面；图7和7A-7H示出了本发明装置的另一实施例在不同观察角度的外观；以及图8A-8I示出了限定本发明的图像带的起伏结构的不同实施例。
图1-3中示出了一个已知的透镜状装置。图I示出了穿过正在用于观察图像A-G的所述已知的透镜状装置的一个截面。圆柱形透镜2的一个阵列被布置在透明衬底4上。每个图像被分割成多个带，例如10个，并且在该透镜阵列的每个透镜2下存在对应于图像A-G的一个特定片段区域的一组图像带。在第一透镜下，每个带对应于图像A-G的第一片段，并且在下一透镜下，每个带对应于图像A-G的第二片段，依此类推。每个透镜2被布置为聚焦在所述带的平面内，使得从一个观察位置穿过每个透镜2可观察到仅一个带。在任 何观察角度，穿过对应的透镜将仅观察到对应于所述图像(A、B、C等)之一的带。如所示，图像D的每个带都将从正上方被观察到，而在偏轴(off-axis)倾斜少许角度时将观察到图像C或E的带。所述带被布置为图像的切片(slices)，即，所有带A都是来自一个图像的切片，对于B、C等类似。结果，当所述装置倾斜时将观察到一系列图像。所述图像可以是相关的或不相关的。最简单的装置会具有两个图像，当所述装置倾斜时会在这两个图像之间跳转(flip)。替代地，所述图像可以是一系列图像，它们逐带横向移位以产生透镜动画效果，使得该图像看起来移动了。类似地，从图像到图像的变化可以产生更复杂的动画(图像的一些部分以准连续方式变化)、变形(morphing)(—个图像以小幅步骤转化为另一图像)、或缩放(zooming)(图像逐步变大或变小)。 图2示出了所述透镜状装置的立体图，但是为了简洁，针对每个透镜仅示出了两个图像带，分别标为A、B。图2中所示的装置对观察者呈现的外观在图3中示出。因此，当所述装置被布置为顶部向前倾斜(视图TTF)时，将看到图像带A，而当所述装置被布置为底部向前倾斜(视图BTF)时，将看到图像带B。图4示出了本发明的第一实施例，其中存在两组圆柱形微透镜阵列，它们彼此呈90°取向，并且位于相应的图像带上方(以类似于图I和图2的方式)。在这个实施方案中，透镜状装置A具有以南北方向延伸的微透镜200，使得在关于轴线B-B东西倾斜时，透镜状装置A与其图像带结合，以产生一个沿着线A-A移动的人字形(chevron)图像，每个装置形成一个沿着相反方向(由箭头221A、221B示出)移动的人字形。透镜状装置B具有以东西方向延伸的微透镜210，使得在关于轴线A-A南北倾斜时，透镜状装置B与其图像带结合，以产生一个沿着线B-B移动的人字形图像，每个装置形成一个沿相反方向移动的人字形。在该实施例中，存在沿着轴线A-A间隔开的两个透镜状装置A以及沿轴线B-B间隔开的两个透镜状装置B。成对的透镜状装置A、B在相应的角部邻接。另外，在透镜状装置A、B之间限定的空间中，布置有五个全息生成的结构220、222、224、226、228。在图4中的实施例中，应理解，仅当所述安全装置绕垂直于如下方向的轴线倾斜时才出现相应的透镜动画在该方向，圆柱形透镜组220、210的曲率(curvature)呈现周期性变化。在该情况下，当所述装置绕线B-B倾斜时，将沿着线A-A出现水平跨越所述装置的人字形的透镜动画。相反，当所述装置绕线A-A倾斜时，将沿着线B-B出现竖直跨越所述装置的人字形的透镜动画。该动画本身能以任何方向出现，并且纯粹取决于原图。图4中的全息生成的结构220-228的形式可以是全息图或DOVID图像元件(imageelements)。在所示的标签构造中，全息装置和透镜状装置位于分立的区域中，然而应理解，该实施例纯粹是示例性的，并且例如全息生成的结构220-228可以位于一个中心条或带中，而透镜状装置A、B可以位于任一侧的一个或多个区域中。替代地，由所述透镜状装置提供的图像和由所述全息生成的结构提供的图像可以通过各自提供单个图像的一些部件来集成为单个图像。在一个优选实施方案中，圆柱形微透镜阵列和微图像带被布置为使得对于所述透镜状装置中的至少一个，所述圆柱形透镜组的曲率的周期性变化的呈现方向位于与X轴(图4中的线A-A)或y轴(图4中的线B-B)呈45度或可被认为有利的任何角度。在一些装置中，45度角是尤其有利的，这是因为所述文件往往仅南北或东西倾斜，所述装置可表现为随着所有倾斜而移动。这样的装置在图5中示出，其中尽管这两组圆柱形微透镜阵列200、210彼此呈90°取向，但它们也都相对于所述安全装置的X轴和y轴呈45°取向。在 绕X轴或I轴倾斜所述装置时，这两个透镜状装置将都呈现动画，在该情况下，来自每个装置的人字形都将表现为朝向该装置的中心移动。图6示出了适合用在本发明中的一个示例性透镜状装置，其包括四个图像带A-D，这四个图像带是相同图像的不同视图，以形成透镜动画效果。在该实施例中，所述带的图像区域是通过在位于透明PET间隔层24上的树脂层26中形成一系列突出区域(raisedregions)或凸起(bumps)来形成的。圆柱形透镜阵列20被铸造固化或凸印到层24上的树月旨层21中。然后，通常使用平版印刷(lithographic)、柔版印刷(fIexographic)或凹版印刷(gravure)处理,将彩色油墨转印到突出区域上。在图6中示出的实施例中，图像带A和B是用一个颜色27印刷的，图像带C和D是用第二颜色28印刷的。以此方式，当所述装置被倾斜以形成透镜动画效果时，随着观察者从视角B移动到视角C，也将看到图像改变颜色。在一个不同的实施例中，所述装置的一个区域中的所有带A-D将是一个颜色的，而所述装置的第二区域中的所有带将是另一个颜色的。在再一个实施方案中，当所述带的图像元件由衍射光栅形成时，一个带内或不同带中的不同图像元件可由不同的光栅形成。差别可以在于所述光栅的栅距或转动。这可用于实现多色衍射图像，该多色衍射图像也将呈现透镜光学效果(诸如动画)。例如，如果形成用于图4中所示的实施例中的透镜状装置A的人字形图像带是通过针对每个带写不同的衍射轨迹来形成的，那么随着图4中的装置绕线B-B倾斜，将出现所述人字形的透镜动画，在此期间所述人字形的颜色将由于不同的衍射光栅而逐渐变化。用于写这样的光栅的一种优选方法是使用电子束写技术或点矩阵技术。图7和7A-7H示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，两个透镜状装置30、40被设置为彼此邻接，每个透镜状装置的形式类似于图1-3中所示。在图7中，透镜状装置30具有水平延伸的圆柱形透镜32，而透镜状装置40具有竖直延伸(从而与透镜32正交)的圆柱形透镜。透镜32下的图像带限定了数字“10”的上半部34，使得在透镜状装置30关于平行于透镜32的轴线倾斜时，符号“10”的半部34将表现为远离这两个透镜状装置之间的邻接点(或向上)移动或者朝向这两个透镜状装置之间的邻接点(或向下)移动。这些移动分别在图7A和7B中示出。在透镜状透镜42下，图像带被限定为表现符号“ 10”的下半部(如44所示)，使得当所述装置关于透镜42的轴线倾斜时，下部44将分别向左或向右移动(图7C和7D)。大体上，所述图像带与所述透镜配准(registered),但这不是必然的。图7也示出了在图7E-7H中分别既向上又向左或右倾斜或者既向下又向左或右倾斜的效果。从图7和7A-7H中将轻易看到，通过简单倾斜所述装置并观察到符号“ 10”看上去以简单、预定的方式分解，容易确定安全效果的存在。在图7中示出的实施例中，在垂直观察所述装置时，符号“10”是完整的。然而，所述图像与所述透镜之间的配准可被调整，使得当所述装置倾斜时在另一观察条件下符号 “10”是完整的。通常，所述图像带是按照已知的方法印刷的，而所述圆柱形透镜被凸印或铸造固化到合适的树脂层。然而，所述图像带也可被形成为起伏结构，并且图8中示出了适合用于此的多种不同的起伏结构。因此，图8A示出了所述带的图像区域(頂)的形式为凸印线或凹陷线，而非凸印线(non-embosses lines)对应于所述带的非成像区域(NI)。图8B示出了形式为凹印线(debossed lines)或凸起的带的图像区域。在另一方法中，所述起伏结构的形式可以是衍射光栅(图SC)或虫眼/微栅距光栅(图8D)。图8A和图8B的凹陷或凸起可被进一步分别设置有如图8E和图8F中所示的光栅。图8G示出了提供非彩色(achromatic)效果的简单散射结构的使用。此外，如上文解释的，在一些情况下，图8A的凹陷可设置有墨，或者所述凹印区域或凸起可设置有墨。后者在图8H中示出，其中在凸起110上设置了墨层100。图81示出了阿兹特克结构的使用。另外，图像和非图像区域可通过不同元素类型的组合来限定，例如，图像区域可由虫眼结构形成，而非图像区域可由光栅形成。或者甚至，图像区域和非图像区域可由具有不同栅距或取向的光栅形成。所述凸起/凹陷的高度或深度优选地在O. 5-10 μ m范围内，更优选地在1_5 μ m范围内。所述凸起/凹陷的典型宽度将由原图的性质来限定，但是通常小于ΙΟΟμπι，更优选地小于50 μ m，甚至更优选地小于25 μ m。所述图像带的宽度(从而所述凸起或凹陷的宽度)将取决于所要求的光学效果的类型，例如，如果所述聚焦元件的直径是30 μ m，那么使用15μπι宽的图像带将可获得两个视图A和B之间的简单切换效果。替代地，针对平滑动画效果，优选具有尽可能多的视图，通常至少3个，但是理想地多达30个，在该情况下，所述图像带(以及关联的凸起或凹陷)的宽度应在0. 1-6 μ m范围内。在起伏结构的情况下，这些将被凸印或铸造固化到位于所述衬底的与所述圆柱形透镜对立的一侧上的合适的树脂层中。尽管所述透镜状聚焦元件是参照圆柱形透镜描述的，但其他合适的元件包括微镜。通过在任何层中引入可检测的材料，或者通过引入分立的机器可读层，本发明的安全装置可成为机器可读的。对外部刺激起反应的可检测材料包括但不限于荧光材料、磷光材料、红外吸收材料、热致变色材料、光致变色材料、磁性材料、电致变色材料、导电材料以及压致变色材料。本发明的安全装置也可包括附加的安全特征，诸如任何想要的印刷图像、金属层，其可以是不透明的、半透明的、或过筛的(screened)。这样的金属层可包含通过已知的去金属化方法形成的阴标记(negative indicia)或阳标记(positive indicia)。所述安全装置中可包括附加的光学可变材料，诸如薄膜干涉元件、液晶材料以及光子晶体材料。这样的材料可以是影像层(filmic layers)形式，或者作为适合通过印刷应用的有色(pigmented)材料。金属层的存在可被用于隐藏机器可读的深色磁性层的存在。当在所述装置中纳入磁性材料时，所述磁性材料可按照任何设计来应用，但是一般的实施例包括使用磁性轨道(tramline)或使用磁性块来形成编码结构。合适的磁性材料包括铁氧化物颜料(Fe2O3或Fe3O4)、钡铁氧体或锶铁氧体、铁、镍、钴，及其合金。在本文中，术语“合金”包括诸如下列材 料镍钴，铁铝镍钴，及类似物。可使用镍屑(flake)材料；另外，铁屑材料也是合适的。典型的镍屑的横向尺寸在5-50微米范围内，厚度小于2微米。典型的铁屑的横向尺寸在10-30微米范围内，厚度小于2微米。在一个替代的机器可读的实施方案中，可在所述装置结构内的任何位置纳入透明磁性层。在W003091953和W003091952中描述了如下合适的透明磁性层该磁性层包含的分布的磁性材料颗粒的尺寸和分布浓度使得该磁性层保持透明。 在再一个实施例中，本发明的安全装置可被纳入安全文件，使得所述装置被纳入所述文件的透明区域。所述安全文件可具有由任何常规材料(包括纸和聚合物)形成的衬底。本领域中已知用于在这些类型的衬底中形成透明区域的技术。例如，W08300659中描述了由透明衬底形成的聚合物钞票，所述透明衬底的两侧都包括不透明涂层。在所述衬底的两侧的局部区域，所述不透明涂层被略去以形成透明区域。EPl 141480中描述了一种在纸衬底中形成透明区域的方法。EP0723501、EP0724519、EP1398174和W003054297中描述了用于在纸衬底中形成透明区域的其他方法。
权利要求
1.一种安全装置，包括至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。
2.根据权利要求I所述的安全装置，其中所述长条方向是正交的。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的安全装置，其中所述两个透镜状装置被布置为彼此邻近，并且优选地彼此邻接。
4.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的一个或多个的长条方向的轴线倾斜时，这个透镜状装置呈现一系列不同图像。
5.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的一个或多个的长条方向的轴线倾斜时，这个透镜状装置呈现正在移动的图像的外观。
6.根据至少权利要求2所述的安全装置，其中所述安全装置具有两个透镜状装置，当在至少一个观察条件下观察时，例如垂直观察时，所述透镜状装置向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现横向移动，而另一个图像部分保持静止。
7.根据权利要求6所述的安全装置，其中所述可识别的图像包括下列之一符号、图形或字符。
8.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述图像带与所述透镜状聚焦元件配准。
9.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述图像带由墨限定。
10.根据权利要求I到8中任一项所述的安全装置，其中所述图像带由起伏结构限定。
11.根据权利要求10所述的安全装置，其中所述起伏结构被凸印或铸造固化到衬底中。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的安全装置，其中所述起伏结构包括衍射光栅结构。
13.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中每个图像带的宽度小于50微米，优选地小于20微米，更优选地在5-10微米范围内。
14.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件包括圆柱形透镜或微镜。
15.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件阵列的周期性在5-200微米范围内，优选地在10-60微米范围内，更优选地在20-40微米范围内。
16.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件是通过热凸印或铸造固化复制的方法形成的。
17.一种设置有根据上述权利要求任一项所述的安全装置的物品。
18.根据权利要求17所述的物品，其中所述物品选自钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件。
19.根据权利要求18所述的物品，其中所述物品包括具有透明部分的衬底，所述衬底的对立侧上分别设置有所述透镜状聚焦元件和所述图像带。
20.一种制造安全装置的方法，所述方法包括提供至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述长条方向是正交的。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述安全装置具有两个透镜状装置，当在至少一个观察条件下观察时，例如垂直观察时，所述透镜状装置向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现横向移动，而另一个图像部分保持静止。
23.根据权利要求20到22中任一项所述的方法，其中所述两个透镜状装置被布置为彼此邻近，并且优选地彼此邻接。
24.根据权利要求20到23中任一项所述的方法用于制造根据权利要求I到16中任一项所述的安全装置。
全文摘要
一种安全装置，包括至少两个透镜状装置(A，B)，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件(200，210)的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件(200，210)延伸的长条方向是不同的。
文档编号B42D15/00GK102712204SQ201080049176
公开日2012年10月3日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月30日
发明者B·W·霍姆斯, L·G·康曼德 申请人:德拉鲁国际有限公司
安全装置和制造该安全装置的方法本发明涉及安全装置，例如用于有价物品诸如钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件。已知许多不同的光学安全装置，其中最常见的是全息和其他衍射装置，这些装置通常见于信用卡等。还已知的是，提供波纹放大器(moiWmagnifier)形式的安全装置，例如在EP-A-1695121和W0-A-94/27254中描述的。波纹放大器的缺点在于原图(artwork)较为受限，例如动画效果对于波纹放大器会是不可行的。还已知的是，所谓的透镜状装置(lenti cular device)可用作安全装置，例如在US-A-4892336中描述的。这个说明书描述了两种类型的透镜效果，即倾斜图像效果，其中当装置倾斜时观察到颜色或图像的变化；以及移动图像效果，其中当观察角度变化时看到图像沿装置移动。这两种效果可被结合在一起，例如在一条安全线上，使得当观察角度改变时能观察到两个不同的效果。然而，这些装置一直难以由未经训练的观察者进行鉴别。根据本发明的第一方面，一种安全装置包括至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带(image strips)上方的长条(elongate)透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。根据本发明的第二方面，一种制造安全装置的方法包括提供至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。本发明提供了一种简单但安全的装置，其可被使用者轻易鉴别但难以制造。由于所述两个阵列的透镜状聚焦元件的长条方向在不同方向延伸，所以当所述安全装置关于平行于所述方向之一的轴线倾斜(tilt)时，从一个对应的透镜状装置将观察到透镜效果，而从另一个透镜状装置将观察不到效果或观察到不同的效果。如果两个长条方向是正交的，则尤其方便。在该情况下，当所述装置关于一个装置的长条方向倾斜时，从另一个装置将观察不到透镜效果。所述两个透镜状装置理论上可以位于所述安全装置上的任何位置，但是优选地它们被布置为彼此邻近，更优选地彼此邻接。这使得更易于布置所述透镜状装置，以及当以不同取向倾斜所述装置时比较它们产生的效果。在该情况下，以及在一个尤其优选的实施例中，所述安全装置具有两个透镜状装置，当垂直观察时，向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现为横向(laterally)移动,而另一个图像部分保持静止。如下文将更详细说明的，本装置呈现了独特的效果，其可被轻易观察到以鉴别该装置，但是难以制造。所述透镜状聚焦元件的周期性(periodicity)从而最大基部直径优选地在
5-200 μ m范围内，更优选地在10-60 μ m范围内，甚至更优选地在20-40 μ m范围内。所述透镜状聚焦元件的f数(number)优选地在O. 25-16范围内，更优选地在O. 5_2范围内。
通常，所述透镜状聚焦元件包括圆柱形透镜。然而，也可使用微镜(micromirrors)。所述图像带可被简单地印刷至衬底，但是所述图像带也可使用起伏结构(reliefstructure)来限定。这使得能够构造薄得多的装置,这在与安全文件一起使用时尤其有益。所述起伏结构可通过凸印(embossing)或铸造固化(cast-curing)来形成。对于上述两种方法，铸造固化提供了更高的复制保真度。如下文将更详细说明的，可以使用各种起伏结构。然而，可简单通过将图像凸印/铸造固化为衍射光栅区域(diffraction grating areas)来形成所述图像带。所述图像的不同部分可以通过使用不同栅距(pitches)或提供了具有不同衍射颜色的区域的不同光栅取向来区分。替代的(和/或附加区别的)图像结构是抗反射(anti-reflection)结构，诸如虫眼(moth-eye)(见例如W0-A-2005/106601);零阶衍射结构；阶梯状(stepped)表面起伏光学结构，已知为阿兹特克(Aztec)结构(见例如W0-A-2005/115119);或简单散 射结构。对于大多数应用，这些结构可以是部分或全部金属化的，以增强亮度和对比度。 通常，每个图像带的宽度小于50微米，优选地小于20微米，更优选地在5-10微米范围内。根据本发明的安全装置的典型厚度为2-100微米，更优选地为20-50微米；其中透镜高度为1-50微米，更优选地为5-25微米。所述透镜状聚焦元件的周期性从而最大基部直径优选地在5-200 μ m的范围内，更优选地在10-60 μ m范围内，甚至更优选地在20-40 μ m范围内。所述透镜状聚焦元件的f数优选地在0. 25-16范围内，更优选地在0. 5-2范围内。所述起伏深度依赖于所述起伏的形成方法；在所述起伏由衍射光栅提供的情况下，所述深度通常在0. 05-1 μ m范围内，在使用更粗糙的非衍射起伏结构的情况下，所述起伏深度优选地在0. 5-10 μ m范围内，甚至更优选地在1-5 μ m范围内。所述安全装置可包括一个金属化层，要么作为所述图像结构的一部分，要么作为一个附加的层。优选地，这样的层在多个位置被选择性去金属化(demetallised)。另外，所述装置可在所述金属化层上进一步包括一个抗蚀层。所述金属化层和/或所述抗蚀层优选地被布置为标记(indicia)。还优选的是，所述装置被布置为机器可读的。这可通过多种方式实现。例如，所述装置的至少一个层(可选地作为一个分立的层)可进一步包括机器可读材料。优选地，所述机器可读材料是磁性材料，诸如磁铁(magnetite)。所述机器可读材料可以响应外部刺激。此外，当所述机器可读材料被形成到一个层中时，这个层可以是透明的。所述安全装置可用在许多不同应用中，例如，通过附接至有价物体。优选地，所述安全装置附着至安全文件或者基本包含在安全文件内。由此，所述安全文件可以附接至这样的文件的表面，或者可以部分嵌入到所述文件内。所述安全装置可采用各种不同形式用于安全文件，这些形式包括(作为非限制性实施例)安全线、安全纤维、安全片(patch)、安全带(strip)、安全纹(stripe)或安全箔(foil)。现在将参照附图描述本发明的安全装置和方法的一些实施例，并与已知的装置对比，在附图中:图I是穿过一个已知的透镜状装置的示意性截面；图2是从上方观察图I的已知的透镜状装置的一个变体的立体图3示出了图2的装置在不同倾斜角度的外观；图4和图5示出了与全息装置结合的透镜状装置的实施例；图6是穿过本发明的另一实施例的截面；图7和7A-7H示出了本发明装置的另一实施例在不同观察角度的外观；以及图8A-8I示出了限定本发明的图像带的起伏结构的不同实施例。
图1-3中示出了一个已知的透镜状装置。图I示出了穿过正在用于观察图像A-G的所述已知的透镜状装置的一个截面。圆柱形透镜2的一个阵列被布置在透明衬底4上。每个图像被分割成多个带，例如10个，并且在该透镜阵列的每个透镜2下存在对应于图像A-G的一个特定片段区域的一组图像带。在第一透镜下，每个带对应于图像A-G的第一片段，并且在下一透镜下，每个带对应于图像A-G的第二片段，依此类推。每个透镜2被布置为聚焦在所述带的平面内，使得从一个观察位置穿过每个透镜2可观察到仅一个带。在任 何观察角度，穿过对应的透镜将仅观察到对应于所述图像(A、B、C等)之一的带。如所示，图像D的每个带都将从正上方被观察到，而在偏轴(off-axis)倾斜少许角度时将观察到图像C或E的带。所述带被布置为图像的切片(slices)，即，所有带A都是来自一个图像的切片，对于B、C等类似。结果，当所述装置倾斜时将观察到一系列图像。所述图像可以是相关的或不相关的。最简单的装置会具有两个图像，当所述装置倾斜时会在这两个图像之间跳转(flip)。替代地，所述图像可以是一系列图像，它们逐带横向移位以产生透镜动画效果，使得该图像看起来移动了。类似地，从图像到图像的变化可以产生更复杂的动画(图像的一些部分以准连续方式变化)、变形(morphing)(—个图像以小幅步骤转化为另一图像)、或缩放(zooming)(图像逐步变大或变小)。 图2示出了所述透镜状装置的立体图，但是为了简洁，针对每个透镜仅示出了两个图像带，分别标为A、B。图2中所示的装置对观察者呈现的外观在图3中示出。因此，当所述装置被布置为顶部向前倾斜(视图TTF)时，将看到图像带A，而当所述装置被布置为底部向前倾斜(视图BTF)时，将看到图像带B。图4示出了本发明的第一实施例，其中存在两组圆柱形微透镜阵列，它们彼此呈90°取向，并且位于相应的图像带上方(以类似于图I和图2的方式)。在这个实施方案中，透镜状装置A具有以南北方向延伸的微透镜200，使得在关于轴线B-B东西倾斜时，透镜状装置A与其图像带结合，以产生一个沿着线A-A移动的人字形(chevron)图像，每个装置形成一个沿着相反方向(由箭头221A、221B示出)移动的人字形。透镜状装置B具有以东西方向延伸的微透镜210，使得在关于轴线A-A南北倾斜时，透镜状装置B与其图像带结合，以产生一个沿着线B-B移动的人字形图像，每个装置形成一个沿相反方向移动的人字形。在该实施例中，存在沿着轴线A-A间隔开的两个透镜状装置A以及沿轴线B-B间隔开的两个透镜状装置B。成对的透镜状装置A、B在相应的角部邻接。另外，在透镜状装置A、B之间限定的空间中，布置有五个全息生成的结构220、222、224、226、228。在图4中的实施例中，应理解，仅当所述安全装置绕垂直于如下方向的轴线倾斜时才出现相应的透镜动画在该方向，圆柱形透镜组220、210的曲率(curvature)呈现周期性变化。在该情况下，当所述装置绕线B-B倾斜时，将沿着线A-A出现水平跨越所述装置的人字形的透镜动画。相反，当所述装置绕线A-A倾斜时，将沿着线B-B出现竖直跨越所述装置的人字形的透镜动画。该动画本身能以任何方向出现，并且纯粹取决于原图。图4中的全息生成的结构220-228的形式可以是全息图或DOVID图像元件(imageelements)。在所示的标签构造中，全息装置和透镜状装置位于分立的区域中，然而应理解，该实施例纯粹是示例性的，并且例如全息生成的结构220-228可以位于一个中心条或带中，而透镜状装置A、B可以位于任一侧的一个或多个区域中。替代地，由所述透镜状装置提供的图像和由所述全息生成的结构提供的图像可以通过各自提供单个图像的一些部件来集成为单个图像。在一个优选实施方案中，圆柱形微透镜阵列和微图像带被布置为使得对于所述透镜状装置中的至少一个，所述圆柱形透镜组的曲率的周期性变化的呈现方向位于与X轴(图4中的线A-A)或y轴(图4中的线B-B)呈45度或可被认为有利的任何角度。在一些装置中，45度角是尤其有利的，这是因为所述文件往往仅南北或东西倾斜，所述装置可表现为随着所有倾斜而移动。这样的装置在图5中示出，其中尽管这两组圆柱形微透镜阵列200、210彼此呈90°取向，但它们也都相对于所述安全装置的X轴和y轴呈45°取向。在 绕X轴或I轴倾斜所述装置时，这两个透镜状装置将都呈现动画，在该情况下，来自每个装置的人字形都将表现为朝向该装置的中心移动。图6示出了适合用在本发明中的一个示例性透镜状装置，其包括四个图像带A-D，这四个图像带是相同图像的不同视图，以形成透镜动画效果。在该实施例中，所述带的图像区域是通过在位于透明PET间隔层24上的树脂层26中形成一系列突出区域(raisedregions)或凸起(bumps)来形成的。圆柱形透镜阵列20被铸造固化或凸印到层24上的树月旨层21中。然后，通常使用平版印刷(lithographic)、柔版印刷(fIexographic)或凹版印刷(gravure)处理,将彩色油墨转印到突出区域上。在图6中示出的实施例中，图像带A和B是用一个颜色27印刷的，图像带C和D是用第二颜色28印刷的。以此方式，当所述装置被倾斜以形成透镜动画效果时，随着观察者从视角B移动到视角C，也将看到图像改变颜色。在一个不同的实施例中，所述装置的一个区域中的所有带A-D将是一个颜色的，而所述装置的第二区域中的所有带将是另一个颜色的。在再一个实施方案中，当所述带的图像元件由衍射光栅形成时，一个带内或不同带中的不同图像元件可由不同的光栅形成。差别可以在于所述光栅的栅距或转动。这可用于实现多色衍射图像，该多色衍射图像也将呈现透镜光学效果(诸如动画)。例如，如果形成用于图4中所示的实施例中的透镜状装置A的人字形图像带是通过针对每个带写不同的衍射轨迹来形成的，那么随着图4中的装置绕线B-B倾斜，将出现所述人字形的透镜动画，在此期间所述人字形的颜色将由于不同的衍射光栅而逐渐变化。用于写这样的光栅的一种优选方法是使用电子束写技术或点矩阵技术。图7和7A-7H示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，两个透镜状装置30、40被设置为彼此邻接，每个透镜状装置的形式类似于图1-3中所示。在图7中，透镜状装置30具有水平延伸的圆柱形透镜32，而透镜状装置40具有竖直延伸(从而与透镜32正交)的圆柱形透镜。透镜32下的图像带限定了数字“10”的上半部34，使得在透镜状装置30关于平行于透镜32的轴线倾斜时，符号“10”的半部34将表现为远离这两个透镜状装置之间的邻接点(或向上)移动或者朝向这两个透镜状装置之间的邻接点(或向下)移动。这些移动分别在图7A和7B中示出。在透镜状透镜42下，图像带被限定为表现符号“ 10”的下半部(如44所示)，使得当所述装置关于透镜42的轴线倾斜时，下部44将分别向左或向右移动(图7C和7D)。大体上，所述图像带与所述透镜配准(registered),但这不是必然的。图7也示出了在图7E-7H中分别既向上又向左或右倾斜或者既向下又向左或右倾斜的效果。从图7和7A-7H中将轻易看到，通过简单倾斜所述装置并观察到符号“ 10”看上去以简单、预定的方式分解，容易确定安全效果的存在。在图7中示出的实施例中，在垂直观察所述装置时，符号“10”是完整的。然而，所述图像与所述透镜之间的配准可被调整，使得当所述装置倾斜时在另一观察条件下符号 “10”是完整的。通常，所述图像带是按照已知的方法印刷的，而所述圆柱形透镜被凸印或铸造固化到合适的树脂层。然而，所述图像带也可被形成为起伏结构，并且图8中示出了适合用于此的多种不同的起伏结构。因此，图8A示出了所述带的图像区域(頂)的形式为凸印线或凹陷线，而非凸印线(non-embosses lines)对应于所述带的非成像区域(NI)。图8B示出了形式为凹印线(debossed lines)或凸起的带的图像区域。在另一方法中，所述起伏结构的形式可以是衍射光栅(图SC)或虫眼/微栅距光栅(图8D)。图8A和图8B的凹陷或凸起可被进一步分别设置有如图8E和图8F中所示的光栅。图8G示出了提供非彩色(achromatic)效果的简单散射结构的使用。此外，如上文解释的，在一些情况下，图8A的凹陷可设置有墨，或者所述凹印区域或凸起可设置有墨。后者在图8H中示出，其中在凸起110上设置了墨层100。图81示出了阿兹特克结构的使用。另外，图像和非图像区域可通过不同元素类型的组合来限定，例如，图像区域可由虫眼结构形成，而非图像区域可由光栅形成。或者甚至，图像区域和非图像区域可由具有不同栅距或取向的光栅形成。所述凸起/凹陷的高度或深度优选地在O. 5-10 μ m范围内，更优选地在1_5 μ m范围内。所述凸起/凹陷的典型宽度将由原图的性质来限定，但是通常小于ΙΟΟμπι，更优选地小于50 μ m，甚至更优选地小于25 μ m。所述图像带的宽度(从而所述凸起或凹陷的宽度)将取决于所要求的光学效果的类型，例如，如果所述聚焦元件的直径是30 μ m，那么使用15μπι宽的图像带将可获得两个视图A和B之间的简单切换效果。替代地，针对平滑动画效果，优选具有尽可能多的视图，通常至少3个，但是理想地多达30个，在该情况下，所述图像带(以及关联的凸起或凹陷)的宽度应在0. 1-6 μ m范围内。在起伏结构的情况下，这些将被凸印或铸造固化到位于所述衬底的与所述圆柱形透镜对立的一侧上的合适的树脂层中。尽管所述透镜状聚焦元件是参照圆柱形透镜描述的，但其他合适的元件包括微镜。通过在任何层中引入可检测的材料，或者通过引入分立的机器可读层，本发明的安全装置可成为机器可读的。对外部刺激起反应的可检测材料包括但不限于荧光材料、磷光材料、红外吸收材料、热致变色材料、光致变色材料、磁性材料、电致变色材料、导电材料以及压致变色材料。本发明的安全装置也可包括附加的安全特征，诸如任何想要的印刷图像、金属层，其可以是不透明的、半透明的、或过筛的(screened)。这样的金属层可包含通过已知的去金属化方法形成的阴标记(negative indicia)或阳标记(positive indicia)。所述安全装置中可包括附加的光学可变材料，诸如薄膜干涉元件、液晶材料以及光子晶体材料。这样的材料可以是影像层(filmic layers)形式，或者作为适合通过印刷应用的有色(pigmented)材料。金属层的存在可被用于隐藏机器可读的深色磁性层的存在。当在所述装置中纳入磁性材料时，所述磁性材料可按照任何设计来应用，但是一般的实施例包括使用磁性轨道(tramline)或使用磁性块来形成编码结构。合适的磁性材料包括铁氧化物颜料(Fe2O3或Fe3O4)、钡铁氧体或锶铁氧体、铁、镍、钴，及其合金。在本文中，术语“合金”包括诸如下列材 料镍钴，铁铝镍钴，及类似物。可使用镍屑(flake)材料；另外，铁屑材料也是合适的。典型的镍屑的横向尺寸在5-50微米范围内，厚度小于2微米。典型的铁屑的横向尺寸在10-30微米范围内，厚度小于2微米。在一个替代的机器可读的实施方案中，可在所述装置结构内的任何位置纳入透明磁性层。在W003091953和W003091952中描述了如下合适的透明磁性层该磁性层包含的分布的磁性材料颗粒的尺寸和分布浓度使得该磁性层保持透明。 在再一个实施例中，本发明的安全装置可被纳入安全文件，使得所述装置被纳入所述文件的透明区域。所述安全文件可具有由任何常规材料(包括纸和聚合物)形成的衬底。本领域中已知用于在这些类型的衬底中形成透明区域的技术。例如，W08300659中描述了由透明衬底形成的聚合物钞票，所述透明衬底的两侧都包括不透明涂层。在所述衬底的两侧的局部区域，所述不透明涂层被略去以形成透明区域。EPl 141480中描述了一种在纸衬底中形成透明区域的方法。EP0723501、EP0724519、EP1398174和W003054297中描述了用于在纸衬底中形成透明区域的其他方法。
权利要求
1.一种安全装置，包括至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。
2.根据权利要求I所述的安全装置，其中所述长条方向是正交的。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的安全装置，其中所述两个透镜状装置被布置为彼此邻近，并且优选地彼此邻接。
4.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的一个或多个的长条方向的轴线倾斜时，这个透镜状装置呈现一系列不同图像。
5.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的一个或多个的长条方向的轴线倾斜时，这个透镜状装置呈现正在移动的图像的外观。
6.根据至少权利要求2所述的安全装置，其中所述安全装置具有两个透镜状装置，当在至少一个观察条件下观察时，例如垂直观察时，所述透镜状装置向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现横向移动，而另一个图像部分保持静止。
7.根据权利要求6所述的安全装置，其中所述可识别的图像包括下列之一符号、图形或字符。
8.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述图像带与所述透镜状聚焦元件配准。
9.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述图像带由墨限定。
10.根据权利要求I到8中任一项所述的安全装置，其中所述图像带由起伏结构限定。
11.根据权利要求10所述的安全装置，其中所述起伏结构被凸印或铸造固化到衬底中。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的安全装置，其中所述起伏结构包括衍射光栅结构。
13.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中每个图像带的宽度小于50微米，优选地小于20微米，更优选地在5-10微米范围内。
14.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件包括圆柱形透镜或微镜。
15.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件阵列的周期性在5-200微米范围内，优选地在10-60微米范围内，更优选地在20-40微米范围内。
16.根据上述权利要求任一项所述的安全装置，其中所述透镜状聚焦元件是通过热凸印或铸造固化复制的方法形成的。
17.一种设置有根据上述权利要求任一项所述的安全装置的物品。
18.根据权利要求17所述的物品，其中所述物品选自钞票、支票、护照、身份证、真品证书、印花税票以及其他用于保价或证明个人身份的文件。
19.根据权利要求18所述的物品，其中所述物品包括具有透明部分的衬底，所述衬底的对立侧上分别设置有所述透镜状聚焦元件和所述图像带。
20.一种制造安全装置的方法，所述方法包括提供至少两个透镜状装置，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件延伸的长条方向是不同的。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述长条方向是正交的。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述安全装置具有两个透镜状装置，当在至少一个观察条件下观察时，例如垂直观察时，所述透镜状装置向观察者的裸眼呈现一个由来自每个透镜状装置的图像部分组成的可识别的图像，其中所述图像带限定了相应的图像部分的不同视图，由此当所述安全装置关于平行于所述透镜状装置中的任一个的长条方向的轴线倾斜时，相应的图像部分呈现横向移动，而另一个图像部分保持静止。
23.根据权利要求20到22中任一项所述的方法，其中所述两个透镜状装置被布置为彼此邻近，并且优选地彼此邻接。
24.根据权利要求20到23中任一项所述的方法用于制造根据权利要求I到16中任一项所述的安全装置。
全文摘要
一种安全装置，包括至少两个透镜状装置(A，B)，每个透镜状装置具有位于相应组的图像带上方的长条透镜状聚焦元件(200，210)的一个阵列，其中所述两个透镜状装置的透镜状聚焦元件(200，210)延伸的长条方向是不同的。
文档编号B42D15/00GK102712204SQ201080049176
公开日2012年10月3日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月30日
发明者B·W·霍姆斯, L·G·康曼德 申请人:德拉鲁国际有限公司
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