DE202004021712U1

DE202004021712U1 - Mikrooptisches Sicherheits- und Bildpräsentationssystem

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Publication number: DE202004021712U1
Application number: DE202004021712U
Authority: DE
Original assignee: Visual Physics LLC
Current assignee: Visual Physics LLC
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2014-11-23
Also published as: US8310760B2; DK2335943T3; EP2388637A3; EP2385413A3; KR101384015B1; EP2258560A2; EP2284018B1; ZA200605078B; EP2284018A3; US20110209328A1; DE202004021713U1; IL175807A; EP2311647B1; JP2007514188A; JP5496123B2; EP2384902A3; KR20060121216A; CA2990275A1; AU2010226869C1; EP2384902A2

Abstract

Filmmaterial, in dem eine regelmäßige zweidimensionale Anordnung nicht zylindrischer Linsen verwendet wird, um Mikrobilder zu vergrößern, und durch die vereinigte Leistung einer Vielzahl einzelner Bildsysteme mit Linsen und Mikrobildern ein synthetisch vergrößertes Bild zu bilden;
wobei die Gesamtdicke des Filmmaterials kleiner als 50 μm ist;
wobei die Linsen einen Durchmesser von weniger als 50 μm haben;
wobei die Linsen eine Grundflächengeometrie haben, die im Wesentlichen kreisförmig ist;
wobei die Linsen eine F-Zahl kleiner als 4, etwa kleiner als 2, haben;
mit einem Zwischenraum zwischen den Linsen, der zur synthetischen Vergrößerung der Bilder nicht direkt beiträgt;
wobei die Mikrobilder durch die Leerräume in einer Mikrostruktur oder die massiven Bereiche gebildet sind;
wobei sich zwischen den Linsen und den Mikrobildern ein optischer Abstandhalter befindet, wobei der optische Abstandhalter ein separates Substrat ist;
wobei das synthetisch vergrößerte Bild auf einer Ebene im Raum zu ruhen...

Description

Verweis auf entsprechende Annmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Rechte aus und die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/524,281, eingereicht am 21. November 2003, der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/538,392, eingereicht am 22. Januar 2004 und der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/___, eingereicht am 12. November 2004, von denen jede, falls dies zulässig ist, vollständig durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mikrooptisches System mit synthetischer Vergrößerung, das in einer beispielhaften Ausführungsform als Polymerfilm ausgebildet ist. Die ungewöhnlichen optischen Effekte, die von den verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung bereitgestellt werden, können als Sicherheitseinrichtung zur offenen und verdeckten Authentifizierung von Zahlungsmitteln, Dokumenten und Produkten, sowie zur optischen Verbesserung von Produkten, Verpackungen, bedrucktem Material und Konsumgütern verwendet werden.
Hintergrund
Verschiedene optische Materialien wurden verwendet, um eine Authentifizierung von Zahlungsmitteln und Dokumenten bereitzustellen, um echte Produkte zu identifizieren und von gefälschten Produkten zu unterscheiden und um eine optische Verbesserung hergestellter Artikel und Verpackungen bereitzustellen. Beispiele hierfür umfassen holografische Darstellungen und andere Bildsysteme, die linsenförmige Strukturen und Anordnungen sphärischer Mikrolinsen enthalten. Holografische Darstellungen zur Verwendung in Kreditkarten, Führerscheinen und Kleidungsetiketten sind weit verbreitet geworden.
Ein Beispiel einer linsenförmigen Struktur für die Dokumentensicherheit ist im US-Patent 4,892,336 an Kaule, et al. offenbart, das sich auf einen Sicherheitsfaden bezieht, der zum Einbetten in ein Dokument zur Bereitstellung von Antifälschungsmaßnahmen geeignet ist. Der Sicherheitsfaden ist durchsichtig, weist auf einer Seite ein gedrucktes Muster und auf der gegenüberliegenden Seite eine linsenförmige Linsenstruktur auf, die auf das gedruckte Muster abgestimmt ist. Die linsenförmige Linsenstruktur wird als aus mehreren parallelen Zylinderlinsen oder alternativ als aus sphärischen oder wabenförmigen Linsen bestehend beschrieben.
Das US-Patent 5,712,731 an Drinkwater, et al., offenbart eine Sicherheitseinrichtung, die eine Anordnung aus Mikrobildern, die mit einer Anordnung von im Wesentlichen sphärischen Mikrolinsen gekoppelt ist, umfasst. Die Linsen können auch astigmatische Linsen sein. Jede der Linsen ist typischerweise 50–250 μm groß und hat eine Brennweite von typischerweise 200 μm.
Diese Ansätze leiden alle an ähnlichen Nachteilen. Sie führen zu einer relativ dicken Struktur, die zur Verwendung zur Dokumentenauthentifizierung nicht besonders gut geeignet ist. Die Verwendung zylindrischer oder sphärischer Linsen stellt ein enges Gesichtsfeld bereit, das zu verschwommenen Bildern führt und eine genaue und schwierige Ausrichtung des Brennpunkts der Linsen an den zugeordneten Bildern erfordert. Außerdem haben sie sich als Sicherheits- oder Antifälschungsmaßnahmen als nicht besonders wirksam erwiesen.
Angesichts dieser und anderer Nachteile besteht in der Industrie ein Bedarf nach sicheren und sichtbar einzigartigen optischen Materialien, die eine offene Authentifizierung von Zahlungsmitteln, Dokumenten, hergestellten Artikeln und Produkten ermöglichen können und nach optischen Materialien, die eine optische Verbesserung hergestellter Artikel, Produkte und Verpackungen bereitstellen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Filmmaterial, in dem eine regelmäßige zweidimensionale Anordnung nichtzylindrischer Linsen verwendet wird, um Mikrobilder, die hierin als Symbole bezeichnet werden, zu vergrößern und durch die vereinigte Leistung einer Vielzahl einzelner Bildsysteme mit Linsen und Symbolen ein synthetisch vergrößertes Bild zu bilden. Die synthetisch vergrößerten Bilder und der sie umgebende Hintergrund können entweder farblos oder farbig sein und die Bilder und/oder der sie umgebende Hintergrund können durchsichtig, durchscheinend, pigmentiert, fluoreszierend, phosphoreszierend, eine optisch veränderliche Farbe zeigend, metallisiert oder im Wesentlichen rückreflektierend sein. Das Material, das farbige Bilder auf einem durchsichtigen oder getönten Hintergrund darstellt, ist zur Verwendung in Kombination mit darunterliegender gedruckter Information besonders gut geeignet. Wenn ein Stück eines solchen Materials über einer gedruckten Information angebracht wird, sind sowohl die gedruckte Information als auch die Bilder gleichzeitig in räumlicher oder dynamisch bewegter Beziehung zueinander sichtbar. Ein Material dieser Art kann auch überdruckt sein, d. h. einen auf der obersten (Linsen-)Fläche des Materials angebrachten Druck aufweisen. Alternativ ist das Material, das farbige Bilder (beliebiger Farbe, einschließlich Weiß und Schwarz) auf einem durchscheinenden oder im Wesentlichen undurchsichtigen Hintergrund mit anderer Farbe darstellt, zur eigenständigen Verwendung oder zur Verwendung mit darüber gedruckter Information, nicht in Kombination mit darunter liegender gedruckter Information, besonders gut geeignet.
Die Stärke der erreichten synthetischen Vergrößerung kann durch die Wahl einer Anzahl von Faktoren gesteuert werden, die den Grad der „Verdrehung” zwischen den Symmetrieachsen der Linsenanordnung und den Symmetrieachsen der Symbolanordnung umfassen. Regelmäßige periodische Anordnungen besitzen Symmetrieachsen, die Linien definieren, um die das Muster gespiegelt werden könnte, ohne dass sich die Grundgeometrie des Musters ändert, die in einer idealen Anordnung unendlich ausgedehnt sind. Beispielsweise kann eine Quadrat-Anordnung um jede Diagonale jedes Quadrats gespiegelt werden, ohne dass sich die relative Orientierung der Anordnung ändert: Wenn die Seiten der Quadrate an den x- und y-Achsen der Ebene ausgerichtet sind, dann sind, unter der Annahme dass alle Seiten identisch und ununterscheidbar sind, die Seiten der Quadrate nach der Spiegelung immer noch an diesen Achsen ausgerichtet.
Anstelle einer Spiegelung der Quadrat-Anordnung kann die Anordnung um einen Winkel gedreht werden, der gleich dem Winkel zwischen den Symmetrieachsen des gleichen Typs ist. Im Fall einer Quadrat-Anordnung kann die Anordnung um einen Winkel von 90 Grad, dem Winkel zwischen den Diagonalen, gedreht werden, um eine Orientierung der Anordnung zu erhalten, die von der ursprünglichen Anordnung ununterscheidbar ist. Entsprechend kann eine Anordnung regelmäßiger Sechsecke um eine Anzahl von Symmetrieachsen gespiegelt oder gedreht werden, welche die „Diagonalen” des Sechsecks (die Linien, die gegenüberliegende Ecken verbinden) oder die „Halbierungspunkt-Teilungslinien” (Linien, die die Mittelpunkte der Seiten auf gegenüberliegenden Seiten des Sechsecks verbinden) umfasst. Der Winkel zwischen den Symmetrieachsen jeden Typs beträgt sechzig Grad (60°) führt zu einer Orientierung der Anordnung, die von der ursprünglichen Orientierung ununterscheidbar ist.
Wenn eine Linsenanordnung und eine Symbolanordnung anfangs so angeordnet sind, dass ihre Ausdehnung in der Fläche ihre jeweilige x-y-Ebene definiert, wobei eine der Symmetrieachsen dafür ausgewählt wird, die x-Achse der ersten Anordnung darzustellen, und eine Symmetrieachse entsprechenden Typs (beispielsweise eine diagonale Symmetrieachse) dafür ausgewählt wird, die x-Achse der zweiten Anordnung darzustellen, wobei die beiden Anordnungen durch einen im Wesentlichen gleichförmigen Abstand in Richtung der z-Achse getrennt sind, dann werden die Anordnungen als eine Verdrehung von Null aufweisend bezeichnet, wenn die x-Achsen der Anordnungen parallel zueinander erscheinen, wenn die Anordnungen entlang der Richtung der z-Achse betrachtet werden. Im Fall von Sechseck-Anordnungen führt eine Drehung einer Anordnung um einen Winkel von 60 Grad oder einem Vielfachen davon dazu, dass die Anordnungen wieder miteinander ausgerichtet sind, so dass keine Verdrehung vorliegt, genauso wie im Fall einer Quadrat-Anordnung bei einer Drehung um 90 Grad oder einem Vielfachen davon keine Verdrehung vorliegt. Jeder Winkelversatz zwischen den x-Achsen, der sich von diesen „Drehungen mit Verdrehung Null” unterscheidet, wird als Verdrehung bezeichnet. Eine kleine Verdrehung, beispielsweise um 0,06 Grad, kann eine starke Vergrößerung größer als 1000-fach erzeugen und eine große Verdrehung, etwa um 20 Grad, erzeugt eine schwache Vergrößerung, die möglicherweise nur 1-fach ist. Andere Faktoren, wie etwa der relative Maßstab der beiden Anordnungen und die F-Zahl der Linsen, können sowohl die Vergrößerung des synthetischen Bilds als auch seine Rotation, orthoparallaktische Verschiebung und scheinbare räumliche Tiefe beeinflussen.
Es gibt eine Anzahl verschiedener optischer Effekte, die durch das vorliegende Material (im Folgenden als „Unison” für das Material im Allgemeinen oder mit den Namen „Unison Motion”, „Unison Deep”, „Unison SuperDeep”, „Unison Float”, „Unison SuperFloat”, „Unison Levitate”, „Unison Morph” und „Unison 3-D” von Unison-Material, das die jeweiligen Effekte zeigt, bezeichnet) und seine verschiedenen Ausführungsformen, die jeden dieser Effekte erzeugen, bereitgestellt werden können, und die im Allgemeinen folgendermaßen beschrieben werden:
Unison Motion stellt Bilder dar, die eine orthoparallaktische Bewegung (OPM) zeigen – wenn das Material gekippt wird, bewegen sich die Bilder in einer Kipprichtung, die senkrecht zu der Richtung erscheint, die bei einer normalen Parallaxe erwartet wird. Unison Deep und SuperDeep stellen Bilder dar, die auf einer Ebene im Raum zu ruhen scheinen, die optisch tiefer als die Dicke des Materials ist. Unison Float und SuperFloat stellen Bilder dar, die auf einer Ebene im Raum zu ruhen scheinen, die sich in einem Abstand über der Oberfläche des Materials befindet; und Unison Levitate stellt Bilder dar, die von Unison Deep (oder SuperDeep) zu Unison Float (oder SuperFloat) oszillieren, wenn das Material um einen bestimmten Winkel (beispielsweise 90 Grad) gedreht wird und wieder zu Unison Deep (oder SuperDeep) zurückkehren, wenn das Material um den gleichen Betrag weitergedreht wird. Unison Morph stellt synthetische Bilder dar, deren Form, Gestalt oder Größe sich ändert, wenn das Material gedreht oder von unterschiedlichen Gesichtspunkten aus betrachtet wird. Unison 3-D stellt Bilder dar, die eine großräumige dreidimensionale Struktur, beispielsweise ein Bild eines Gesichts, zeigen.
Mehrere Unison-Effekte können in einem Film kombiniert werden, beispielsweise einem Film, der mehrere Unison-Motion-Bildebenen enthält, deren Form, Farbe, Bewegungsrichtung und Vergrößerung sich voneinander unterscheiden. Ein weiterer Film kann eine Unison-Deep-Bildebene und eine Unison-Float-Bildebene miteinander kombinieren, während noch ein weiterer Film dafür ausgelegt sein kann, Unison-Deep-, Unison-Motion- und Unison-Float-Schichten gleicher Farbe oder unterschiedlicher Farbe miteinander zu kombinieren, wobei die Bilder die gleichen oder verschiedene grafische Elemente aufweisen. Die Farbe, die grafische Gestaltung, der optische Effekt, die Vergrößerung und andere optische Elemente der mehreren Bildebenen sind zu einem großen Teil unabhängig; von wenigen Ausnahmen abgesehen, können Ebenen dieser optischen Elemente beliebig miteinander kombiniert werden.
Für viele Anwendungen im Bereich der Sicherheit von Zahlungsmitteln, Dokumenten und Produkten ist es wünschenswert, dass die Gesamtdicke des Films kleiner als 50 Mikrometer (hierin auch als „μ” oder „um” bezeichnet), beispielsweise kleiner als ungefähr 45 Mikrometer ist, und, als ein weiteres Beispiel, sich im Bereich von ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass fokussierende Elemente mit einem effektiven Grundflächendurchmesser von weniger als 50 Mikrometer, in einem weiteren Beispiel von weniger als 30 Mikrometer, und in noch einem weiteren Beispiel von ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 30 Mikrometer verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann ein fokussierendes Element mit einer Brennweite von weniger als ungefähr 40 Mikrometer und, als weiteres Beispiel, mit einer Brennweite von ungefähr 10 bis weniger als 30 Mikrometer, verwendet werden. In einem speziellen Beispiel können fokussierende Elemente mit einem Grundflächendurchmesser von 35 Mikrometer und einer Brennweite von 30 Mikrometer verwendet werden. Eine weitere, gemischt brechende und beugende Ausführungsform kann so dünn wie 8 Mikrometer gemacht werden.
Die Filme hierin sind wegen ihrer komplizierten mehrlagigen Struktur und ihren Elementen mit großem Seitenverhältnis, die für eine Nachbildung mit allgemein verfügbaren Herstellungssystemen nicht geeignet sind, hochgradig fälschungssicher.
Somit stellt das vorliegende System ein mikrooptisches System, vorzugsweise in Form eines Polymerfilms, mit einer Dicke bereit, das, wenn es mit bloßem(bloßen) Auge(n) im reflektierten oder transmittierten Licht betrachtet wird, ein oder mehrere Bilder projiziert, die:

i. eine orthoparallaktische Bewegung zeigen (Unison Motion);
ii. auf einer Ebene im Raum zu liegen scheinen, die tiefer als die Dicke des Polymerfilms liegt (Unison Deep und Unison SuperDeep);
iii. auf einer Ebene im Raum über einer Oberfläche des Polymerfilms zu liegen scheinen (Unison Float und Unison SuperFloat);
iv. zwischen einer Ebene im Raum, die tiefer als die Dicke des Polymerfilms liegt und einer Ebene im Raum über einer Oberfläche des Films oszillieren, wenn der Film azimutal gedreht wird (Unison Levitate);
v. sich von einer Form, Gestalt, Größe oder Farbe (oder einer Kombination dieser Eigenschaften) in eine andere Form, Gestalt, Größe oder Farbe (oder eine Kombination dieser Eigenschaften) verwandeln (Unison Morph); und/oder
vi. eine realistische Dreidimensionalität aufzuweisen scheinen (Unison 3-D).

Die vorliegende Offenbarung stellt insbesondere ein mikrooptisches System mit synthetischer Vergrößerung und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung, das umfasst:

(a) einen oder mehrere optische Abstandhalter;
(b) ein Mikrobild, das eine periodische ebene Anordnung mehrerer Bildsymbole umfasst, die eine Symmetrieachse um mindestens eine ihrer Flächenachsen aufweist und auf oder bei dem optischen Abstandhalter angeordnet ist; und
(c) eine periodische ebene Anordnung von bildsymbolfokussierenden Elementen, die eine Symmetrieachse um mindestens eine ihrer Flächenachsen aufweist, wobei die Symmetrieachse die gleiche Flächenachse ist wie die der ebenen Mikrobildanordnung, wobei jedes fokussierende Element entweder ein mehrzoniges fokussierendes Element mit polygonaler Grundfläche, eine Linse, die ein vergrößertes Gesichtsfeld über die Breite des zugeordneten Bildsymbols bereitstellt, so dass die Außenränder des zugeordneten Bildsymbols nicht aus dem Gesichtsfeld herausfallen, oder ein asphärisches fokussierendes Element mit einem effektiven Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern ist.

Das System kann einen oder mehrere der oben erwähnten Effekte aufweisen. Es wird ein Verfahren bereitgestellt, durch das die Effekte selektiv in das System aufgenommen werden können.
Die vorliegende Offenbarung stellt außerdem eine Sicherheitseinrichtung zur Verfügung, die zur zumindest teilweisen Einfügung in oder auf und zur Verwendung auf oder in Verbindung mit einem Sicherheitsdokument, einer Kennzeichnung, einem Aufreißband, einer Manipulationsanzeigevorrichtung, einer Versiegelungsvorrichtung oder einer anderen Authentifizierungs- oder Sicherheitseinrichtung geeignet ist, und die mindestens ein mikrooptisches System, wie oben definiert, umfasst. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung eine Dokumentensicherheitseinrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereit, die umfasst:

(a) einen oder mehrere optische Abstandhalter;
(b) ein Mikrobild, das eine periodische ebene Anordnung mehrerer Bildsymbole umfasst, die eine Symmetrieachse um mindestens eine ihre Flächenachsen aufweist und auf oder bei dem Abstandhalter angeordnet ist; und
(c) eine periodische ebene Anordnung von bildsymbolfokussierenden Elementen, die eine Symmetrieachse um mindestens eine ihrer Flächenachsen aufweist, wobei die Symmetrieachse die gleiche Flächenachse ist wie die der ebenen Mikrobildanordnung, wobei jedes fokussierende Element entweder ein mehrzoniges fokussierendes Element mit polygonaler Grundfläche, eine Linse, die ein vergrößertes Gesichtsfeld über die Breite des zugeordneten Bildsymbols bereitstellt, so dass die Außenränder des zugeordneten Bildsymbols nicht aus dem Gesichtsfeld herausfallen oder ein asphärisches fokussierendes Element mit einem effektiven Durchmesser von weniger als 50 Mikrometer ist.

Die vorliegende Offenbarung stellt außerdem eine Einrichtung zur optischen Verbesserung bereit, die mindestens ein mikrooptisches System, wie oben definiert, umfasst und die oben beschriebenen Effekte aufweist, zur optischen Verbesserung von Kleidung, Hautpflegeprodukten, Dokumenten, Drucksachen, hergestellten Gütern, Verpackung, Werbeflächen am Verkaufsort, Veröffentlichungen, Werbeeinrichtungen, Sportwaren, Finanzdokumenten und Transaktionskarten sowie aller anderen Waren.
Es wird auch ein Sicherheitsdokument oder eine Kennzeichnung mit mindestens einer Sicherheitseinrichtung, wie oben definiert, die mindestens teilweise darin eingebettet und/oder darauf befestigt ist, bereitgestellt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden jemand, der die üblichen Fachkenntnisse hat, anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Andere Systeme, Vorrichtungen, Verfahren, Merkmale und Vorteile werden jemand mit Fachkenntnissen bei der Untersuchung der folgenden Zeichnungen und ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle solchen weiteren Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in diese Beschreibung eingeschlossen, im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten und durch die beigefügten Patentansprüche geschützt sind.
Wenn nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie die, die allgemein von jemand mit üblichen Fachkenntnissen verstanden wird. Alle Veröffentlichungen, Patentanmeldungen, Patente und andere Quellenangaben, die hierin erwähnt werden, werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen. Im Fall eines Widerspruchs ist die vorliegende Beschreibung einschließlich ihrer Definitionen entscheidend. Außerdem sind die Materialien, Verfahren und Beispiele lediglich veranschaulichend und nicht als einschränkend gemeint.
Kurze Beschreibung der Figuren
Viele Aspekte der Offenbarung können mit Bezug auf die Zeichnungen besser verstanden werden. Die Teile in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei die Gewichtung stattdessen darauf liegt, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung klar zu veranschaulichen. Außerdem bezeichnen in den Zeichnungen durchgehend durch die verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile.
1a ist ein Querschnitt eines mikrooptischen Systems, der eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine orthoparallaktische Bewegung der Bilder des Systems bereitstellt, beispielhaft darstellt.
1a ist eine isometrische Schnittansicht der Ausführungsform der 1a.
2a veranschaulicht einen orthoparallaktischen Bewegungseffekt des synthetischen Bilds in der Ausführungsform der 1a–b.
2b–c veranschaulichen die optischen Effekte der Deep- und Float-Ausführungsformen des vorliegenden Systems.
2d–f veranschaulichen die optischen Effekte, die man durch eine Rotation einer Levitate-Ausführungsform des vorliegenden Systems erhält.
3a–i sind Draufsichten, die verschiedene Ausführungsformen und Füllfaktoren unterschiedlicher Muster von symmetrischen zweidimensionalen Anordnungen von Linsen des vorliegenden Systems zeigen.
4 ist eine graphische Darstellung, die verschiedene Kombinationen von Effekten der Deep-, Unison-, Float- und Levitate-Ausführungsformen veranschaulicht, die durch eine Variation des Verhältnisses zwischen den Perioden der Bildelemente und der Linsen erzeugt werden.
5a–c sind Draufsichten, die veranschaulichen, wie die synthetische Vergrößerung der Symbolbilder durch den relativen Winkel zwischen den Achsen der Linsenanordnung und der Symbolanordnung des vorliegenden Systems gesteuert werden kann.
6a–c sind Draufsichten, die eine Ausführungsform veranschaulichen, mit der ein Verwandlungseffekt synthetisch vergrößerter Bilder des vorliegenden Systems erreicht wird.
7a–c sind Querschnitte, die verschiedene Ausführungsformen der Symbolschicht des vorliegenden Systems zeigen.
8a–b sind Draufsichten, die sowohl Ausführungsformen mit „positiven” als auch mit „negativen” Symbolelementen veranschaulichen.
9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Materials mit mehreren Ebenen zur Erzeugung von Bereichen eines synthetisch vergrößerten Bilds mit unterschiedlichen Eigenschaften veranschaulicht.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform eines Materials mit mehreren Ebenen zum Erzeugen von Bereichen eines synthetisch vergrößerten Bilds mit unterschiedlichen Eigenschaften veranschaulicht.
11a–b sind Querschnittsansichten, die Ausführungsformen des vorliegenden Systems mit reflektierender Optik und Lochoptik zeigen.
12a–b sind Querschnittsansichten, in denen die Strukturen einer Ausführungsform eines rein brechenden Materials und einer Ausführungsform eines gemischt brechenden und reflektierenden Materials verglichen werden;
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines „Ablösen zum Aufdecken” manipulationsanzeigenden Materials zeigt.
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines „Ablösen zum Verändern” manipulationsanzeigenden Materials veranschaulicht.
15a–d sind Querschnittsansichten, die verschiedene Ausführungsformen doppelseitiger Systeme zeigen.
16a–f sind Querschnittsansichten und entsprechende Draufsichten, die drei verschiedene Verfahren zum Erzeugen von graustufigen oder tonwertigen Symbolelementmustern und daraus durch das vorliegende System entstehende synthetisch vergrößerte Bilder veranschaulichen.
17a–d sind Querschnittsansichten, die die Verwendung des vorliegenden Systems in Verbindung mit gedruckter Information zeigen.
18a–f sind Querschnittsansichten, die das Anbringen des vorliegenden Systems auf, oder seine Einbettung in, verschiedene Substrate und in Kombination mit gedruckter Information veranschaulichen.
19a–b sind Querschnittsansichten, in denen das scharfe Gesichtsfeld einer sphärischen Linse mit dem einer asphärischen Linse mit flachem Bildfeld, wenn sie jeweils in das vorliegende System aufgenommen sind, verglichen wird,.
20a–c sind Querschnittsansichten, die zwei Vorteile veranschaulichen, die von der Verwendung einer dicken Symbolschicht im vorliegenden System herrühren.
21 ist eine Draufsicht, die die Anwendung des vorliegenden Systems als „gefensterter” Sicherheitsfaden in Zahlungsmitteln zeigt.
22 veranschaulicht die Ausführungsform mit orthoparallaktischer Bewegung des vorliegenden Bildsystems in Verbindung mit einem „gefensterten” Sicherheitsfaden.
23 veranschaulicht eine Rasterung eines synthetischen Bilds des vorliegenden Systems.
24a veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden Systems zur Erzeugung kombinierter synthetischer Bilder, die kleinere Abmessungen als das kleinste Strukturelement der einzelnen synthetischen Bilder aufweisen.
24b veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden Systems zur Erzeugung von schmalen Lückenmustern zwischen Symbolbildelementen.
25 veranschaulicht das Einbringen von verborgenen, versteckten Informationen in Symbolbilder des vorliegenden Systems.
26 veranschaulicht die Erzeugung vollständig dreidimensionaler Bilder mit dem vorliegenden System.
27 veranschaulicht das Verfahren zum Entwerfen von Symbolbildern für die dreidimensionale Ausführungsform der 26.
28 veranschaulicht das Symbolbild, das durch das Verfahren gemäß 27 erhalten wird.
29 veranschaulicht, wie das Verfahren der 27 auf ein komplexes dreidimensionales synthetisches Bild angewendet werden kann.
30 veranschaulicht die Brennpunkteigenschaften der mittleren Zone einer beispielhaften mehrzonigen Linse mit hexagonaler Grundfläche, die einen effektiven Durchmesser von 28 Mikrometer hat.
31 veranschaulicht die Brennpunkteigenschaften der mittleren Zone einer sphärischen Linse mit einem Durchmesser von 28 Mikrometer.
32 veranschaulicht die Leistungsfähigkeit der seitlichen Zonen der hexagonalen Linsen gemäß 30.
33 veranschaulicht die Leistungsfähigkeit der äußeren Zonen der sphärischen Linse gemäß 31.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Es wird nun im Detail auf die Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen. Während mehrere Ausführungsformen in Verbindung mit diesen Figuren beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die hierin offenbarte Ausführungsform oder Ausführungsformen einzuschränken. Es ist dagegen beabsichtigt, alle Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente abzudecken.
1a veranschaulicht eine Ausführungsform des vorliegenden mikrooptischen Systems 12, die eine orthoparallaktische Bewegung der Bilder des Systems bereitstellt.
Das System 12 Mikrolinsen 1, die mindestens zwei im Wesentlichen gleiche Symmetrieachsen aufweisen und in einem zweidimensionalen periodischen Muster angeordnet sind. Der Linsendurchmesser 2 ist vorzugsweise kleiner als 50 μund der Zwischenraum 3 zwischen den Linsen ist vorzugsweise 5 μ oder weniger. (Wir verwenden die Begriffe „μ” und „μm” austauschbar und meinen das gleiche Maß). Die Mikrolinse 1 fokussiert ein Bild eines Symbolelements 4 und projiziert dieses Bild 10 zu einem Betrachter hin. Das System wird im Allgemeinen in Situationen mit einem normalen Grad an Umgebungsbeleuchtung verwendet, so dass die Beleuchtung der Symbolbilder durch reflektiertes oder durchgelassenes Umgebungslicht erfolgt. Das Symbolelement 4 ist ein Element einer periodischen Anordnung von Symbolelementen, die Perioden und Abmessungen aufweist, die im Wesentlichen ähnlich zu denen der Linsenanordnung, die die Linse 1 umfasst, sind. Zwischen der Linse 1 und dem Symbolelement 4 befindet sich ein optischer Abstandhalter 5, der mit dem Material der Linse 1 zusammenhängend oder wahlweise ein separates Substrat 8 sein kann – in dieser Ausführungsform sind die Linsen 9 vom Substrat getrennt. Die Symbolelemente 4 können wahlweise durch eine Versiegelungsschicht 6, die vorzugsweise aus einem Polymermaterial besteht, geschützt sein. Die Versiegelungsschicht 6 kann durchsichtig, durchscheinend, getönt, pigmentiert, undurchsichtig, metallisch, magnetisch, optisch veränderlich oder eine beliebige Kombination davon sein, was gewünschte optische Effekte und/oder zusätzliche Funktionen zu Zwecken der Sicherheit und Authentifizierung bereitstellt, einschließlich einer Unterstützung von Systemen zur automatischen Authentifizierung, Verifikation, Nachverfolgung, Zählung und Detektion von Zahlungsmitteln, die auf optischen Effekten, elektrischer Leitfähigkeit oder elektrischer Kapazität, der Detektion von Magnetfeldern beruhen.
Die Gesamtdicke 7 des Systems ist typischerweise kleiner als 50 μ; die tatsächliche Dicke hängt von der F-Zahl der Linsen 1 und dem Durchmesser der Linsen 2 und der Dicke zusätzlicher Schichten für Sicherheitsmerkmale oder optische Effekte ab. Die Wiederholungsperiode 11 der Symbolelemente 4 ist im Wesentlichen identisch zur Wiederholungsperiode der Linsen 1; das „Maßstabsverhältnis”, das das Verhältnis zwischen der Wiederholungsperiode der Symbole und der Wiederholungsperiode der Linsen ist, wird zur Erzeugung vieler verschiedener optischer Effekte verwendet. Axialsymmetrische Werte des Maßstabsverhältnisses, die im Wesentlichen gleich 1,0000 sind, führen zu den orthoparallaktischen Effekten von Unison Motion, wenn die Symmetrieachsen der Linsen und der Symbole versetzt ausgerichtet sind, axialsymmetrische Werte des Maßstabsverhältnisses kleiner als 1,0000 führen zu den Effekten von Unison Deep und Unison SuperDeep, wenn die Symmetrieachsen der Linsen und der Symbole im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, und axialsymmetrische Werte des Maßstabsverhältnisses größer als 1,0000 führen zu den Effekten von Unison Float und Unison SuperFloat, wenn die Symmetrieachsen der Linsen und der Symbole im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind. Nicht axialsymmetrische Werte des Maßstabsverhältnisses, wie etwa 0,995 in der X-Richtung und 1,005 in der Y-Richtung führen zu den Effekten von Unison Levitate.
Die Effekte von Unison Morph können durch Verzerrung des Maßstabs der Wiederholungsperiode der Linsen und/oder der Wiederholungsperiode der Symbole, oder durch Aufnehmen räumlich veränderlicher Informationen in das Symbolmuster erreicht werden. Die Effekte von Unison 3-D werden ebenfalls durch Aufnehmen von räumlich veränderlicher Information in das Symbolmuster erzielt, aber in dieser Ausführungsform stellt die Information unterschiedliche Gesichtspunkte eines dreidimensionalen Objekts dar, so wie es von bestimmten Orten aus, die im Wesentlichen den Orten der Symbole entsprechen, aussieht.
1b stellt eine isometrische Ansicht des vorliegenden Systems, wie in 1b im Querschnitt abgebildet, dar, das Quadrat-Anordnungsmuster von Linsen 1 und Symbolen 4 mit einer Wiederholungsperiode 11 und eine Dicke 5 des optischen Abstandhalters aufweist. (1a bezieht sich nicht speziell auf ein Quadrat-Anordnungsmuster, sondern ist ein charakteristischer Querschnitt aller regelmäßig periodischen Anordnungsmuster). Die Symbolelemente 4 sind als „$”-Bilder dargestellt, was in dem ausgeschnittenen Abschnitt vorne klar erkennbar ist. Während im Allgemeinen eine 1:1-Entsprechung zwischen den Linsen 1 und den Symbolelementen 4 besteht, werden die Symmetrieachsen der Linsenanordnung im Allgemeinen nicht exakt an den Symmetrieachsen der Bildanordnung ausgerichtet sein.
Im Fall der Ausführungsform des Unison-Materials (mit orthoparallaktischer Bewegung) der 1a–b mit einem Maßstabsverhältnis von 1,0000, „blasen” sich die erhaltenen synthetischen Bilder der Bildsymbole (in diesem Fall ein riesiges „$”) „auf” und werden um einen Faktor vergrößert, der sich theoretisch dem Unendlichen nähert, wenn die Achsen der Linsen 1 und die Achsen der Bildsymbole 4 im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind. Ein leichter Winkelversatz der Achsen der Linsen 1 und der Achsen der Symbolelemente 4 verringert den Vergrößerungsfaktor der synthetischen Bilder der Symbolelemente und führt dazu, dass das vergrößerte synthetische Bild gedreht ist.
Der synthetische Vergrößerungsfaktor der Ausführungsformen Unison Deep, Unison Float und Unison Levitate hängt von der Winkelausrichtung der Achsen der Linsen 1 und der Achsen der Symbolelemente 4 sowie vom Maßstabsverhältnis des Systems ab. Wenn das Maßstabsverhältnis nicht gleich 1,0000 ist, ist die maximale Vergrößerung, die erhalten wird, wenn diese Achsen im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, gleich dem Betragswert von 1/(1,0000 – (Maßstabsverhältnis)). Somit würde ein Unison Deep-Material mit einem Maßstabsverhältnis von 0,995 eine maximale Vergrößerung von |1/(1,000–0,995)| = 200x zeigen. Entsprechend würde ein Unison Float-Material mit einem Maßstabsverhältnis von 1,005 ebenfalls eine maximale Vergrößerung von |1/(1,000–1,005)| = 200x zeigen. Ähnlich wie in der Ausführungsform des Unison Motion-Materials verringert ein kleiner Winkelversatz der Achsen der Linsen 1 und der Achsen der Symbolelemente 4 in den Ausführungsformen Unison Deep, Unison Float und Unison Levitate den Vergrößerungsfaktor der synthetischen Bilder der Symbolelemente und führt dazu, dass sich die vergrößerten synthetischen Bilder drehen.
Das synthetische Bild, das von einem Symbolmuster von Unison Deep oder SuperDeep erzeugt wird, ist relativ zur Orientierung des Symbolmusters von Unison Deep oder Super-Deep aufrecht, während das synthetische Bild, das von dem Symbolmuster von Unison Float oder SuperFloat erzeugt wird, auf dem Kopf steht, relativ zur Orientierung des Symbolmusters von Unison Float oder SuperFloat um einhundertachtzig Grad (180°) gedreht ist.
2a stellt schematisch die nicht unmittelbar einleuchtenden orthoparallaktischen Bildbewegungseffekte, die in der Ausführungsform Unison Motion sichtbar sind, dar. Die linke Seite der 2a zeigt ein Stück Unison Motion-Material 12, das um die horizontale Achse 16 hin- und hergedreht wird, in Draufsicht. Wenn sich das synthetisch vergrößerte Bild 14 entsprechend der Parallaxe bewegen würde, würde es nach oben und unten verschoben erscheinen (wie in 2a gezeigt), wenn das Material 12 um die horizontale Achse 16 hin- und hergedreht würde. Eine derartige scheinbare parallaktische Bewegung wäre typisch für reale Objekte, konventionellen Druck und holografische Bilder. Anstatt eine parallaktische Bewegung zu zeigen, zeigt das synthetisch vergrößerte Bild 14 eine orthoparallaktische Bewegung 20- eine Bewegung, die senkrecht zu der normalerweise zu erwartenden Richtung der parallaktischen Bewegung ist. Die rechte Seite der 2a stellt eine Perspektivansicht eines Materialstücks 12 dar, das die orthoparallaktische Bewegung eines einzelnen synthetisch vergrößerten Bilds 14 zeigt, wenn es um die horizontale Achse 16 hin- und hergedreht 18 wird. Der gestrichelte Umriss 22 zeigt die Position des synthetisch vergrößerten Bilds 14, nachdem es sich durch die Orthoparallaxe nach rechts bewegt hat und der gestrichelte Umriss 24 zeigt die Position des synthetisch vergrößerten Bilds 14, nachdem es sich durch die Orthoparallaxe nach links bewegt hat.
Die optischen Effekte der Ausführungsformen Unison Deep und Unison Float sind in den 2b, c isometrisch dargestellt. In 2b stellt ein Stück Unison Deep-Material 26 synthetisch vergrößerte Bilder 28 dar, die stereoskopisch unter der Ebene der Unison Deep-Materials 26 zu liegen scheinen, wenn dieses mit den Augen des Betrachters 30 gesehen wird. In 2c stellt ein Stück Unison Float-Material 32 synthetisch vergrößerte Bilder 34 dar, die stereoskopisch über der Ebene des Unison Float-Materials 34 zu liegen scheinen, wenn dieses mit den Augen des Betrachters 30 gesehen wird. Die Effekte von Unison Deep und Unison Float sind aus allen azimutalen Betrachtungspositionen und über einen weiten Bereich von Höhenpositionen, von der vertikalen Höhe (so dass die Sichtlinie von den Augen des Betrachters 30 zum Unison Deep-Material 26 oder Unison Float-Material 32 senkrecht zur Oberfläche des Materials ist) bis hinunter zu einem flachen Höhenwinkel, der üblicherweise kleiner als 45 Grad ist, sichtbar. Die Sichtbarkeit der Effekte von Unison Deep und Unison Float über einen weiten Bereich von Betrachtungswinkeln und Orientierungen stellt ein einfaches und bequemes Verfahren zur Unterscheidung von Unison Deep- und Unison Float-Materialien von Nachahmungen, in denen eine Zylinderlinsenoptik oder Holografie verwendet wird, dar.
Der Effekt der Ausführungsform Unison Levitate ist in den 2d–f durch isometrische Ansichten veranschaulicht, die die stereoskopisch wahrgenommene Tiefenposition eines synthetisch vergrößerten Bilds 38 bei drei verschiedenen azimutalen Drehungen des Unison Levitate-Materials 36 und die entsprechende Draufsicht des Unison Levitate-Materials 36 und das synthetisch vergrößerten Bilds 38, so wie es mit den Augen des Betrachters 30 gesehen wird, zeigen. 2d stellt das synthetisch vergrößerte Bild 38 (im Folgenden als „das Bild” bezeichnet) dar, so wie es stereoskopisch in einer Ebene unterhalb des Unison Levitate-Materials 36 zu liegen scheint, wenn das Material so wie in der Draufsicht gezeigt orientiert ist. Die dicke dunkle Linie in der Draufsicht dient als Referenz 37 für die azimutale Orientierung zum Zweck der Erläuterung. Beachte, dass in 2d die Orientierungsreferenz 37 in einer vertikalen Richtung ausgerichtet ist und das Bild 38 in einer horizontalen Richtung ausgerichtet ist. Das Bild 38 erscheint in der Unison Deep-Position, da das Maßstabsverhältnis entlang einer ersten Achse des Unison Levitate-Materials 36, die im Wesentlichen parallel zu einer Linie, die die Pupillen der beiden Augen des Betrachters verbindet (dies wird im Folgenden als „stereoskopisches Maßstabsverhältnis bezeichnet), kleiner als 1,000 ist. Das stereoskopische Maßstabsverhältnis des Unison Levitate-Materials 36 ist entlang einer zweiten Achse, die zu dieser ersten Achse senkrecht ist, größer als 1,000, wodurch ein Unison Float-Effekt des Bilds 38 erzeugt wird, wenn die zweite Achse, wie in 2f gezeigt, im Wesentlichen parallel zu einer Linie, die die Pupillen der Augen des Betrachters verbindet, ausgerichtet ist. Beachte, dass sich die Orientierungsreferenz 37 in dieser Figur in einer horizontalen Position befindet. 2e stellt eine dazwischen liegende azimutale Orientierung des Unison Levitate-Materials 36 dar, die einen orthoparallaktischen Bildeffekt wie Unison Motion erzeugt, da das stereoskopische Maßstabsverhältnis in dieser azimutalen Orientierung im Wesentlichen 1,000 ist.
Der optische Effekt eines Unison Levitate-Bilds 38, das sich von unterhalb des Unison Levitate-Materials 36 (2d) hinauf zur Ebene des Unison Levitate-Materials 36 (2e) und über die Ebene des Unison Levitate-Materials 36 hinaus nach oben bewegt (2f) wenn das Material azimutal gedreht wird, kann durch Kombinieren des Unison Levitate-Materials 36 mit konventionell gedruckter Information verstärkt werden. Die unveränderliche stereoskopische Tiefe des konventionellen Drucks dient als Referenzebene, damit die stereoskopische Tiefenbewegung der Bilder 38 besser wahrgenommen wird.
Wenn ein Unison-Material von einer stark gerichteten Lichtquelle, wie etwa einer „Punkt”-Lichtquelle (z. B. einem Strahler oder einer LED-Taschenlampe) oder einer kollimierten Quelle (z. B. Sonnenlicht) beleuchtet wird, sind „Schattenbilder” der Symbole sichtbar. Diese Schattenbilder sind in vieler Hinsicht ungewöhnlich. Während sich das synthetische Bild, das von Unison gezeigt wird, nicht bewegt, wenn sich die Beleuchtungsrichtung bewegt, bewegen sich die erzeugten Schattenbilder. Außerdem liegen die Schattenbilder immer in der Ebene des Materials, während die synthetischen Bilder von Unison in anderen Sehebenen als der Ebene des Materials liegen. Die Farbe des Schattenbilds ist die Farbe des Symbols. Somit erzeugen schwarze Symbole schwarze Schattenbilder, grüne Symbole erzeugen grüne Schattenbilder und weiße Symbole erzeugen weiße Schattenbilder.
Die Bewegung des Schattenbilds bei der Bewegung des Beleuchtungswinkels ist mit dem speziellen Tiefen- oder Bewegungseffekt von Unison derart verknüpft, dass sie dem optischen Effekt im synthetischen Bild entspricht. Somit entspricht die Bewegung des Schattenbilds bei der Veränderung des Winkels des Lichts der Bewegung, die das synthetische Bild zeigt, wenn sich der Betrachtungswinkel ändert. Insbesondere:
Schattenbilder von Motion bewegen sich orthoparallaktisch, wenn die Lichtquelle bewegt wird.
Schattenbilder von Deep bewegen sich in der gleichen Richtung wie die Lichtquelle.
Schattenbilder von Float bewegen sich entgegengesetzt zur Richtung der Lichtquelle.
Schattenbilder von Levitate bewegen sich in Richtungen, die eine Kombination der obigen sind:
Schattenbilder von Levitate Deep bewegen sich in der Links-Rechts-Richtung in der gleichen Richtung wie das Licht, aber in der Oben-Unten-Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Lichts; Schattenbilder von Levitate Float be wegen sich entgegengesetzt zum Licht in der Links-Rechts-Richtung, aber in der gleichen Richtung wie das Licht in der Oben-Unten-Richtung; Schattenbilder von Levitate Motion zeigen eine orthoparallaktische Bewegung relativ zur Bewegung des Lichts.
Schattenbilder von Unison Morph zeigen Verwandlungseffekte, wenn sich die Lichtquelle bewegt.
Weitere ungewöhnliche Schattenbildeffekte sind sichtbar, wenn eine divergierende Punktlichtquelle, wie etwa ein LED-Licht auf einen Unison-Film zu und von ihm weg bewegt wird. Wenn sich die Lichtquelle weiter weg befindet, nähern ihre divergierenden Strahlen kollimiertes Licht besser an, und die Schattenbilder, die von den synthetischen Bildern von Unison Deep, SuperDeep, Float oder SuperFloat erzeugt werden, erscheinen ungefähr in der gleichen Größe wie die synthetischen Bilder. Wenn das Licht näher an Oberfläche gebracht wird, schrumpfen die Schattenbilder von Deep- und SuperDeep-Materialien, da die Beleuchtung stark divergent ist, während sich die Schattenbilder von Float- und SuperFloat-Materialien ausdehnen. Eine Beleuchtung dieser Materialien mit einer konvergenten Beleuchtung führt dazu, dass sich die Schattenbilder von Deep und SuperDeep auf eine Größe, die größer als die synthetischen Bilder ist, vergrößern, während die Schattenbilder von Float und SuperFloat schrumpfen.
Die Schattenbilder des Unison Motion-Materials ändern ihren Maßstab nicht wesentlich, wenn die Konvergenz oder Divergenz der Beleuchtung verändert wird, vielmehr rotieren die Schattenbilder um das Beleuchtungszentrum. Die Schattenbilder von Unison Levitate schrumpfen in einer Richtung und werden in der dazu senkrechten Richtung größer, wenn sich die Konvergenz oder Divergenz der Beleuchtung ändert. Die Schattenbilder von Unison Morph ändern sich auf eine Art, die charakteristisch für das spezielle Morph-Muster ist, wenn sich die Konvergenz oder Divergenz der Beleuchtung ändert.
All diese Schattenbilder können als zusätzliche Authentifizierungsverfahren für Unison-Materialien, die bei den Sicherheits-, Antifälschungs- oder Markenschutzanwendungen und anderen ähnlichen Anwendungen verwendet werden, verwendet werden.
3a–i sind Draufsichten, die verschiedene Ausführungsformen und Füllfaktoren unterschiedlicher Muster von symmetrischen zweidimensionalen Anordnungen von Mikrolinsen zeigen. 3a, d und g stellen Mikrolinsen 46, 52 bzw. 60 dar, die in einem regelmäßigen Sechseck-Anordnungsmuster 40 angeordnet sind. (Die gestrichelten Linien 40, 42 und 44 in dem Anordnungsmuster stellen die Symmetrie des Linsenmusters dar, aber entsprechen nicht notwendigerweise irgendeinem materiellen Element der Linsenanordnung.) Die Linsen der 3a haben eine im Wesentlichen kreisförmige Grundflächengeometrie 46, die Linsen der 3g haben im Wesentlichen sechseckige Grundflächengeometrien 60 und die Linsen der 3d haben dazwischen liegende Grundflächengeometrien, die abgerundete Sechsecke 52 sind. Eine ähnliche Abfolge von Linsengeometrien liegt in der Quadrat-Anordnung 42 von Linsen 48, 54 und 62 vor, wobei diese Linsen Grundflächengeometrien haben, die in einem Bereich von im Wesentlichen kreisförmig 48, über abgerundet quadratisch 54 bis zu im Wesentlichen quadratisch 62 liegen, wie in 3b, 3 und h gezeigt. Entsprechend umfasst die gleichseitig dreieckige Anordnung 44 Linsen mit Grundflächengeometrien, die in einem Bereich von im Wesentlichen kreisförmig 50 über abgerundet dreieckig 58 bis hin zu im Wesentlichen dreieckig 64 liegen, wie in den 3c, f und i gezeigt.
Die Linsenmuster der 3a–i sind repräsentativ für Linsen, die für das vorliegende System verwendet werden können. Der Zwischenraum zwischen den Linsen trägt nicht direkt zur synthetischen Vergrößerung der Bilder bei. Ein Material, das unter Verwendung eines dieser Linsenmuster erzeugt wird, umfasst auch eine Anordnung von Symbolelementen, die in der gleichen Geometrie und in ungefähr dem gleichen Maßstab angeordnet ist, wobei Unterschiede im Maßstab möglicht sind, die verwendet werden, um die Effekte von Unison Motion, Unison Deep, Unison Float und Unison Levitate zu erzeugen. Wenn der Zwischenraum groß ist, so wie in 3c gezeigt, werden die Linsen als einen kleinen Füllfaktor aufweisend bezeichnet und der Kontrast zwischen dem Bild und dem Hintergrund wird durch Licht, das von den Symbolelementen gestreut wird, verringert. Wenn die Zwischenräume klein sind, werden die Linsen als einen großen Füllfaktor aufweisend bezeichnet und der Kontrast zwischen dem Bild und dem Hintergrund wird groß, vorausgesetzt, dass die Linsen selbst gute Brennpunkteigenschaften haben und sich die Symbolelemente in den Brennebenen der Linsen befinden. Es ist im Allgemeinen leichter, Mikrolinsen hoher optischer Qualität mit einer kreisförmigen oder näherungsweise kreisförmigen Grundfläche auszubilden als mit einer quadratischen oder dreieckigen Grundfläche. Ein guter Ausgleich zwischen der Leistung der Linsen und der Minimierung des Zwischenraums ist in 3d gezeigt; eine Sechseck-Linsenanordnung mit Grundflächengeometrien, die abgerundete Sechsecke sind.
Linsen mit einer kleinen F-Zahl sind zur Verwendung in dem vorliegenden System besonders gut geeignet. Mit einer kleinen F-Zahl meinen wir eine kleiner als 4, und insbesondere für Unison Motion ungefähr 2 oder kleiner. Linsen mit kleiner F-Zahl weisen eine starke Krümmung und, im Verhältnis zu ihrem Durchmesser, eine entsprechend große Wölbung oder Dicke am Mittelpunkt auf. Eine typische Unison-Linse mit einer F-Zahl von 0,8 hat eine sechseckige Grundfläche, die 28 Mikrometer breit ist, und in der Mitte eine Dicke von 10,9 Mikrometer. Eine typische Linse nach Drinkwater mit einem Durchmesser von 50 Mikrometer und einer Brennweite von 200 Mikrometer hat eine F-Zahl von 4 und am Mittelpunkt eine Dicke von 3,1 Mikrometer. Wenn sie auf die gleiche Grundflächengröße skaliert wird, hat die Unison-Linse eine Wölbung, die ungefähr sechsmal größer als die der Linse nach Drinkwater ist.
Wir haben entdeckt, dass mehrzonige Linsen mit polygonaler Grundfläche, beispielsweise mehrzonige Linsen mit sechseckiger Grundfläche im Vergleich zu sphärischen Linsen mit kreisförmiger Grundfläche wichtige und unerwartete Vorteile haben. Wie oben erläutert, verbessern mehrzonige Linsen mit sechseckiger Grundfläche dank ihrer spannungsabbauenden Geometrie die Herstellbarkeit, aber es gibt noch zusätzlich unerwartete optische Vorteile, die man durch die Verwendung mehrzoniger Linsen mit sechseckiger Grundfläche erhält.
Wir bezeichnen diese Linsen als mehrzonig, da sie drei optische Zonen besitzen, von denen jede für die vorliegende Erfindung einen anderen und eindeutigen Vorteil hat. Die drei Zonen sind die mittlere Zone (die ungefähr die Hälfte der Fläche der Linse bildet), die seitlichen Zonen und die Eckzonen. Diese polygonalen Linsen haben einen effektiven Durchmesser, welcher der Durchmesser eines Kreises ist, der innerhalb der Eckzonen um die mittlere Zone gezeichnet ist und die seitlichen Zonen einschließt.
Die mittlere Zone der mehrzonigen Linse mit sechseckiger Grundfläche gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine asphärische Form (beispielsweise im Fall einer Linse mit 28 Mikrometer Durchmesser und einer nominalen Brennweite von 28 Mikrometer, die durch [y = (5,1316E)X4 – (0,01679)X3 + (0,124931)X + 11,24824] definierte Form), die Licht mindestens genauso gut zu einem Brennpunkt bringt wie eine sphärische Fläche mit dem gleichen Durchmesser und gleicher Brennweite. 30 stellt die Brennpunkteigenschaften 782 der mittleren Zone 780 einer mehrzonigen Linse 784 mit einem nominalen Durchmesser von 28 Mikrometer, einer sechseckigen Grundfläche und einer nominalen Brennweite von 28 Mikrometer in einem Polymersubstrat 786 (Linse und Substrat n = 1,51) dar und 31 stellt die Brennpunkteigenschaften 790 der mittleren Zone 788 einer sphärischen Linse 792 mit einem Durchmesser von 28 Mikrometer und einer nominalen Brennweite von 30 Mikrometer in einem Polymersubstrat 794 dar (Linse und Substrat n = 1,51). Ein Vergleich dieser zwei Figuren zeigt klar, dass die mehrzonige Linse 784 mit sechseckiger Grundfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung mindestens genauso viel leistet wie die sphärische Linse 792. Die mittlere Zone 789 der mehrzonigen Linse 784 mit sechseckiger Grundfläche stellt bei einer großen Vielfalt von Betrachtungswinkeln eine hohe Bildauflösung und eine geringe Schärfentiefe bereit.
Jede der sechs seitlichen Zonen 796 der mehrzonigen Linse 784 mit sechseckiger Grundfläche gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Brennweite auf, die von der Position in der Zone in einer komplexen Art und Weise abhängt, aber die Wirkung besteht darin, dass sich der Brennpunkt der seitlichen Zonen 796 über einen Wertebereich 798 ausbreitet, der sich über ungefähr +/–10 Prozent des Brennpunkts der mittleren Zone erstreckt, wie in 32 veranschaulicht. Diese vertikale Verwischung 798 des Brennpunkts erhöht effektiv die Schärfentiefe der Linse in diesen Zonen 796, und bietet einen Vorteil, der äquivalent zum Vorhandensein einer Flachfeldlinse ist. Die Leistung der äußeren Zone 800 der sphärischen Linse 792 ist in 33 ersichtlich. Die vertikale Verwischung des Brennpunkts 802 ist im Fall der sphärischen Linse 792 deutlich kleiner als im Fall der mehrzonigen Linse 784 mit sechseckiger Grundfläche.
Dies ist insbesondere bei der nicht senkrechten Betrachtung wichtig: die erhöhte Schärfentiefe und das effektiv flachere Bildfeld verringern die plötzliche Bildunschärfe, die bei einer sphärischen Linse auftreten kann, wenn sich ihre gekrümmte Brennebene von der Symbolebene trennt. Folglich zeigt ein Unison-Material, in dem mehrzonige Linsen mit sechseckiger Grundfläche verwendet werden, synthetische Bilder, die bei größeren Betrachtungswinkeln weicher aus dem Fokus verschwinden als das äquivalente Unison-Material, in dem sphärische Linsen verwendet werden. Dies ist wünschenswert, da dadurch der effektive Betrachtungswinkel des Materials vergrößert und somit seine Nützlichkeit als Sicherheitseinrichtung oder Bilddarstellungseinrichtung verbessert wird.
Die Eckzonen 806 der mehrzonigen Linse 784 mit sechseckiger Grundfläche gemäß 32 weisen divergierende Brennpunkteigenschaften auf, die den unerwarteten Vorteil haben, Umgebungslicht auf die Symbolebene zu streuen 808 und dabei die Empfindlichkeit des Unison-Materials für die Beleuchtungsbedingungen zu verringern. Die sphärische Linse 792 der 33 streut das Umgebungslicht nicht über einen derart breiten Bereich (was durch die Abwesenheit von Strahlen, die in die Symbolebenenbereiche 804 gestreut werden, ersichtlich ist), weshalb Unison-Materialien, die unter Verwendung sphärischer Linsen hergestellt wurden, größere Helligkeitsschwankungen des synthetischen Bilds aufweisen, wenn sie aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden, als Unison-Materialien, die unter Verwendung mehrzoniger Linsen mit sechseckiger Grundfläche hergestellt wurden.
Der Vorteil, den man durch die beispielhaften mehrzonigen Linsen mit sechseckiger Grundfläche erhält, wird noch weiter erhöht, da mehrzonige Linsen mit sechseckiger Grundfläche einen größeren Füllfaktor (Fähigkeit, die Ebene zu bedecken) haben als sphärische Linsen. Der Zwischenraum zwischen spärischen Linsen stellt praktisch keine Streuung von Umgebungslicht bereit, während diese nichtstreuende Fläche im Fall mehrzoniger Linsen mit sechseckiger Grundfläche deutlich kleiner ist.
Somit ist ersichtlich, dass im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung mehrzonige Linsen mit sechseckiger Grundfläche unerwartete Vorteile und Vorzüge gegenüber sphärischen Linsen aufweisen, obwohl die Brennpunkteigenschaften einer mehrzonigen Linse mit sechseckiger Grundfläche bei einer Beurteilung mit konventionellen optischen Standards denen einer sphärischen Linse unterlegen sind.
Jede Art Linse kann von der Hinzufügung streuender Mikrostrukturen oder streuender Materialien, die in die Linsenzwischenräume eingeführt oder eingebaut werden, um die Streuung von Umgebungslicht auf die Symbolebene zu verbessern, profitieren. Außerdem können die Linsenzwischenräume mit einem Material gefüllt werden, das einen Meniskus mit kleinem Radius bildet, der entweder konvergente oder divergente Brennpunkteigenschaften aufweist, um Licht aus der Umgebung auf die Symbolebene zu richten. Diese Verfahren können beispielsweise durch den Einbau lichtstreuender Teilchen in ein Meniskus-Füllmaterial für die Linsenzwischenräume kombiniert werden. Alternativ können die Linsenzwischenraumzonen von Anfang an mit geeignet streuenden Linsenzwischenraumzonen hergestellt werden.
Eine sphärische Linse, die diese Proportionen aufweist, ist sehr schwierig herzustellen, da der große Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Films und dem Rand der Linse als Spannungskonzentrator für die Kräfte wirkt, die angewendet werden, um die Linse während der Herstellung von dem Werkzeug zu lösen. Diese hohen Spannungen neigen dazu, ein Versagen der Haftung der Linse an dem Film und Misserfolge beim Entfernen der Linse von dem Werkzeug zu verursachen. Außerdem ist die optische Leistung einer sphärischen Lin se mit kleiner F-Zahl in radialen Zonen, die vom Zentrum der Linse entfernt sind, zunehmend beeinträchtigt: sphärische Linsen mit kleiner F-Zahl fokussieren nicht gut, außer in der Nähe ihrer mittleren Zone.
Linsen mit sechseckiger Grundfläche haben einen unerwarteten und deutlichen Vorteil im Vergleich mit Linsen, die eine in einem höheren Maß im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche aufweisen: sechseckige Linsen lösen sich bei geringerer Schälkraft von ihren Werkzeugen ab als die optisch äquivalenten Linsen mit im Wesentlichen kreisförmiger Grundfläche. Sechseckige Linsen haben eine Form, die von einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Form in der Nähe ihres Mittelpunkts zu einer Form mit hexagonaler Symmetrie übergeht, und weisen an ihren Grundflächen Ecken auf, die als Spannungskonzentratoren wirken. Die Spannungskonzentrationen, die durch die scharfen Grundflächenecken verursacht werden, verringern die gesamte Schälkraft, die während der Herstellung zum Ablösen der Linsen von ihren Formen erforderlich ist. Die Stärke dieses Effekts ist erheblich – die Schälkräfte, die während der Herstellung auftreten, können bei Linsen mit sechseckiger Grundfläche im Vergleich zu Linsen mit im Wesentlichen kreisförmiger Grundfläche um einen Faktor von zwei oder mehr verringert werden.
Der Bildkontrast des Materials kann verstärkt werden, indem die Linsenzwischenräume mit einem lichtabsorbierenden (dunkel gefärbten) lichtundurchlässig pigmentierten Material gefüllt werden, wodurch effektiv eine Maske für die Linsen gebildet wird. Dadurch wird die Kontrastverringerung, die durch Licht entsteht, das von der Symbolschicht durch die Linsenzwischenräume gestreut wird, beseitigt. Eine weitere Wirkung dieser Zwischenraumfüllung ist, dass das gesamte Bild dunkler wird, da einfallendes Umgebungslicht davon abgehalten wird, durch die Zwischenräume zur Symbolebene durchzutreten. Die Klarheit des Bilds, das von Linsen erzeugt wird, die an ihrem Umfang eine aberrierende Fokussierung aufweisen, kann ebenfalls durch eine lichtundurchlässig pigmentierte Zwischenraumfüllung verbessert werden, vorausgesetzt, dass diese Füllung die aberrierenden Randzonen der Linsen bedeckt.
Eine andere Wirkung kann erzielt werden, indem die Linsenzwischenräume mit einem weißen oder hell gefärbten Material, oder mit einem Material, dessen Farbe an ein Substrat, das in Verbindung mit dem Unison-Material verwendet werden soll, angepasst ist, gefüllt werden. Wenn die hell gefärbte Linsenzwischenraumfüllung dicht genug ist und die Symbolebene einen starken Kontrast zwischen den Symbolelementen und dem Hintergrund aufweist, ist das synthetische Bild von Unison im Wesentlichen unsichtbar, wenn es im re flektierten Licht betrachtet wird, es wird jedoch deutlich sichtbar, wenn es im durchgelassenen Licht von der Linsenseite aus betrachtet wird, ist aber nicht sichtbar, wenn es von der Symbolseite aus betrachtet wird. Dadurch wird der neue Sicherheitseffekt eines Bilds mit einer Durchlässigkeit in einer Richtung erzeugt, das nur in durchgelassenem Licht und nur von einer Seite aus sichtbar ist.
Anstelle oder zusätzlich zu Pigmenten für sichtbares Licht können in einer Linsenzwischenraumbeschichtung fluoreszierende Materialien verwendet werden, um ein zusätzliches Mittel für die Authentifizierung bereitzustellen.
4 stellt die Wirkungen einer Veränderung des stereoskopischen Maßstabsverhältnisses, SSR (die Wiederholungsperiode der Symbolelemente/die Wiederholungsperiode der Linsenanordnung) entlang einer Achse des vorliegenden Materials graphisch dar. Zonen des Systems mit einem SSR größer als 1,0000 erzeugen die Effekte von Unison Float und SuperFloat, Zonen mit einem SSR von im Wesentlichen 1,0000 erzeugen die Effekte einer orthoparallaktischen Bewegung (OPM) von Unison Motion und Zonen mit einem SSR kleiner als 1,0000 erzeugen die Effekte von Unison Deep und Unison SuperDeep. Alle diese Effekte können entlang einer Achse des Systemfilms auf verschiedene Arten erzeugt werden und ineinander übergehen. Diese Figur stellt eine von einer unendlichen Vielzahl solcher Kombinationen dar. Die gestrichelte Linie 66 kennzeichnet den SSR-Wert, der im Wesentlichen 1,0000 entspricht, also die Trennungslinie zwischen Unison Deep und Unison SuperDeep und Unison Float und Unison SuperFloat sowie derjenige SSR-Wert, der OPM zeigt. In der Zone 68 ist der SSR des Unison-Materials 0,995, wodurch ein Unison Deep-Effekt erzeugt wird.
Dieser benachbart befindet sich eine Zone 70, in der das SSR von 0,995 bis hin zu 1,005 ansteigt, wodurch ein räumlicher Übergang von einem Unison Deep-Effekt zu einem Unison Float-Effekt erzeugt wird. Das SSR in der nächsten Zone 72 ist 1,005, wodurch ein Unison Float-Effekt erzeugt wird. Die nächste Zone 74 erzeugt einen glatten Übergang von einem Unison Float-Effekt zurück zu einem Unison Deep-Effekt. Die Zone 76 geht stufenweise von einem Unison Deep-Effekt über eine OPM zu einem Unison Float-Effekt über und die Zone 78 geht stufenweise zurück zur OPM. Die Veränderungen der Wiederholungsperiode, die erforderlich sind, um diese Effekte zu erzeugen, werden im Allgemeinen am einfachsten in der Symbolelementschicht ausgeführt. Zusätzlich zur Variation des SSR in jeder Zone kann es wünschenswert sein, den Drehwinkel jeder Zone der Anordnungen zu variieren, vorzugsweise in der Symbolelementanordnung, um eine im Wesentlichen ähnliche Größe der synthetisch vergrößerten Bilder beizubehalten.
Die einfachste Art, diese graphische Darstellung zu interpretieren, ist, sie als einen Querschnitt der stereoskopischen Tiefe zu interpretieren, die entlang dieser Achse eines Stücks des Systemmaterials wahrgenommen wird. Es ist folglich möglich, ein stereoskopisch geformtes Feld von Bildern, eine umrissene sichtbare Fläche durch lokale Steuerung des SSR und optional durch entsprechende lokale Steuerung des Drehwinkels der Anordnung zu erzeugen. Diese stereoskopisch geformte Fläche kann verwendet werden, um einen unbegrenzten Bereich von Formen, einschließlich menschlicher Gesichter, darzustellen. Ein Muster von Symbolelementen, das die Wirkung eines stereoskopisch geformten Gitters oder periodische Punkte erzeugt, kann eine besonders wirksame Art sein, eine komplexe Oberfläche sichtbar darzustellen.
5a–c sind Draufsichten, die die Wirkung einer Rotation eines Anordnungsmusters relativ zu dem anderen bei der Herstellung des Materials gemäß dem vorliegenden System darstellen. 5a zeigt eine Linsenanordnung 80, die einen regelmäßigen periodischen Anordnungsabstand 82 ohne eine wesentliche Änderung des Winkels der Anordnungsachsen aufweist. 5b zeigt eine Symbolelementanordnung 84 mit einem sich zunehmend verändernden Orientierungswinkel 86 der Anordnungsachsen. Wenn die Linsenanordnung 80 mit der Symbolelementanordnung 84 kombiniert wird, indem die Linsenanordnung, wie gezeichnet, über die Symbolanordnung verschoben wird, erhält man näherungsweise den in 5c gezeigten optischen Effekt. In 5c erzeugt das Material 88, das durch eine Kombination der Linsenanordnung 80 und der Symbolanordnung 84 erzeugt wird, ein Muster aus synthetisch vergrößerten Bildern 89, 90, 91, die sich über das Material hinweg im Maßstab und der Rotation verändern. Zur linken unteren Kante des Materials 88 hin ist das Bild 89 groß und weist keine Rotation auf. Zum oberen mittleren Abschnitt des Materials 88 hin ist das Bild 90 kleiner und im Vergleich zum Bild 89 um einen erheblichen Winkel rotiert. Die unterschiedlichen Maßstäbe und Rotationen der Bilder 89 und 90 sind eine Folge der Unterschiede im Winkelversatz des Linsenmusters 82 und des Symbolelementmusters 86.
6a–c stellen ein Verfahren dar, mit dem verursacht werden kann, dass sich ein synthetisch vergrößertes OPM-Bild 98 in ein anderes synthetisch vergrößertes Bild 102 verwandelt, wenn sich das erste Bild über eine Grenze 104 der Symbolelementmuster 92 und 94 bewegt. Das Symbolelementmuster 92 weist kreisförmige Symbolelemente 98 auf, die in der vergrößerten Einfügung 96 gezeigt sind. Das Symbolelementmuster 94 weist sternför mige Symbolelemente 102 auf, die in der vergrößerten Einfügung 100 gezeigt sind. Die Symbolelementmuster 92 und 94 sind nicht getrennte Objekte, sondern an ihrer Grenze 104 miteinander verbunden. Wenn das Material unter Verwendung dieses kombinierten Symbolelementmusters zusammengefügt wird, zeigen die erhaltenen OPM-Bilder die in den 6b und c dargestellten Verwandlungseffekte. 6b zeigt kreisförmige OPM-Bilder 98, die sich über die Grenze 104 hinweg nach rechts 107 bewegen und aus der Grenze als sternförmige Bilder 102 auftauchen, die sich ebenfalls nach rechts bewegen. Das Bild 106 befindet sich im Übergang und ist teilweise Kreis und teilweise Stern, während es die Grenze überquert. 6c der Figur zeigt die Bilder, nachdem sie sich weiter nach rechts bewegt haben: Bild 98 befindet sich nun näher an der Grenze 104 und das Bild 106 hat die Grenze beinahe vollständig überquert, um seine Verwandlung von einem Kreis in einen Stern zu vollenden. Der Verwandlungseffekt kann auf eine weniger plötzliche Art und Weise erreicht werden, indem anstelle einer harten Grenze 104 eine Übergangszone von einem Symbolelementmuster zum anderen erzeugt wird. In der Übergangszone würden die Symbole über eine Reihe von Stufen nach und nach von Kreisen zu Sternen übergehen. Die Glätte der optischen Verwandlung der erhaltenen OPM-Bilder hängt von der Anzahl der Stufen, die für den Übergang verwendet werden, ab. Der Bereich grafischer Möglichkeiten ist endlos. Beispielsweise könnte die Übergangszone so gestaltet sein, dass der Kreis zu schrumpfen schiene während scharfe Sternspitzen aus ihm hervorsprängen oder alternativ könnten die Seiten des Kreises sich nach innen einzubeulen scheinen, um einen stummeligen Stern zu erzeugen, der zunehmend schärfer würde, bis er seine endgültige Gestalt erreichte.
7a–c sind Querschnitte von Materialien gemäß dem vorliegenden System, die alternative Ausführungsformen der Symbolelemente darstellen. 7a stellt ein Material mit Linsen 1 dar, die von den Symbolelementen 108 durch einen optischen Abstandhalter 5 getrennt sind. Die Symbolelemente 8 sind durch Muster aus farblosem, farbigem, getöntem oder gefärbtem Material gebildet, die auf die untere Fläche des optischen Abstandhalters 5 aufgebracht sind. Jedes aus einer Vielzahl üblicher Druckverfahren, wie etwa der Tintenstrahldruck, der Laserdruck, der Hochdruck, der Flexodruck, der Tiefdruck und der Intagliodruck, kann verwendet werden, um Symbolelemente 108 dieser Art abzuscheiden, solange die Druckauflösung fein genug ist.
7b zeigt ein ähnliches Materialsystem mit einer anderen Ausführungsform von Symbolelementen 112. In dieser Ausführungsform sind die Symbolelemente durch Pigmente, Farbstoffe oder Teilchen, die in ein Trägermaterial 110 eingebettet sind, gebildet. Beispiele die ser Ausführungsform von Symbolelementen 112 in einem Trägermaterial 110 umfassen: Silberteilchen in Gelatine in Form einer fotografischen Emulsion, pigmentierte oder gefärbte Tinte, die in einer Tintenaufnahmebeschichtung absorbiert ist, eine Farbstoffsublimationsübertragung in eine Farbstoffaufnahmebeschichtung und photochrome oder thermochrome Bilder in einem abbildenden Film.
7c zeigt eine Mikrostrukturmethode zum Bilden von Symbolelementen 114. Dieses Verfahren hat den Vorteil einer beinahe unbegrenzten räumlichen Auflösung. Die Symbolelemente 114 können durch die Leerräume in der Mikrostruktur 113 oder die massiven Bereichen 115 einzeln oder in Kombination gebildet werden. Die Leerräume 113 können optional mit einem anderen Material gefüllt oder beschichtet werden, etwa mit einem aufgedampften Metallmaterial mit einem anderen Brechungsindex oder einem gefärbten oder pigmentierten Material.
Die 8a, b stellen positive und negative Ausführungsformen von Symbolelementen dar. 8a zeigt positive Symbolelemente 116, die gegen einen durchsichtigen Hintergrund 118 farbig, gefärbt oder pigmentiert 120 sind. 8b zeigt negative Symbolelemente 122, die gegen einen farbigen, gefärbten oder pigmentierten Hintergrund 120 durchsichtig sind. Ein Material des vorliegenden Systems kann optional sowohl positive als auch negative Symbolelemente aufweisen. Dieses Verfahren, positive und negative Symbolelemente zu erzeugen, ist besonders gut an die Mikrostruktur-Symbolelemente 114 gemäß 7c angepasst.
9 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Pixelzonenmaterials gemäß dem vorliegenden System. Diese Ausführungsform umfasst Zonen mit Linsen 124 mit einer kurzen Brennweite und andere Zonen mit Linsen mit einer langen Brennweite 136. Die Linsen 124 mit kurzer Brennweite projizieren Bilder 123 von Symbolelementen 129 in einer Symbolebene 128, die an der Brennebene der Linsen 124 angeordnet ist. Die Linsen 136 mit langer Brennweite projizieren Bilder 134 von Symbolelementen 137 in einer Symbolebene 132, die an der Brennebene der Linsen 136 angeordnet ist. Ein optischer Trenner 126 trennt die Linsen 124 mit kurzer Brennweite von der ihnen zugeordneten Symbolebene 128. Die Linsen 136 mit langer Brennweite sind durch die Summe der Dicken des optischen Trenners 126, der Symbolebene 128 und eines zweiten optischen Trenners 130 von der ihnen zugeordneten Symbolebene 132 getrennt. Symbolelemente 137 in der zweiten Symbolebene 132 befinden sich außerhalb der Schärfentiefe der Linsen 124 mit kurzer Brennweite und bilden somit keine deutlichen synthetisch vergrößerten Bilder in den Zonen mit Linsen kurzer Brennweite. Entsprechend befinden sich die Symbolelemente 129 zu nahe an den Linsen 136 mit langer Brennweite, um deutliche synthetisch vergrößerte Bilder zu bilden. Entsprechend zeigen Zonen des Materials, die Linsen 124 mit kurzer Brennweite aufweisen, Bilder 123 der Symbolelemente 129, während Zonen des Materials mit Linsen 136 mit langer Brennweite Bilder 134 der Symbolelemente 137 zeigen. Die Bilder 123 und 134, die projiziert werden, können sich in der Gestaltung, der Farbe, der OPM-Richtung, dem synthetischen Vergrößerungsfaktor und dem Effekt, einschließlich der Effekte von Deep, Unison, Float und Levitate, die oben beschrieben wurden, unterscheiden.
10 ist ein Querschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Pixelzonenmaterials gemäß dem vorliegenden System. Diese Ausführungsform umfasst Zonen mit Linsen 140, die durch eine Linsenträgermesa 144 über die Grundflächen der nicht erhöhten Linsen 148 erhöht sind. Die Brennweite der erhöhten Linsen 140 ist gleich dem Abstand 158, so dass sich der Brennpunkt dieser Linsen in der ersten Symbolebene 152 befindet. Die Brennweite der nicht erhöhten Linsen 148 ist gleich dem Abstand 160, so dass sich der Brennpunkt dieser Linsen in der zweiten Symbolebene 146 befindet. Diese beiden Brennweiten 158 und 160 können ähnlich oder unähnlich gewählt sein. Die erhöhten Linsen 140 projizieren Bilder 138 der Symbole 162 in der Symbolebene 152, die an der Brennebene der Linsen 140 angeordnet ist. Die nicht erhöhten Linsen 148 projizieren Bilder 146 von Symbolelementen 164 in der Symbolebene 156, die an der Brennebene der Linsen 148 angeordnet ist. Die erhöhten Linsen 140 sind von den ihnen zugeordneten Symbolelementen 162 durch die Summe der Dicken der Linsenträgermesa 144 und der optischen Trennung 150 getrennt. Die nicht erhöhten Linsen 148 sind von den ihnen zugeordneten Symbolelementen 164 durch die Summe der Dicken der optischen Trennung 150, der Symbolschicht 152 und des Symboltrenners 154 getrennt. Die Symbolelemente 164 in der zweiten Symbolebene 156 befinden sich außerhalb der Schärfentiefe der erhöhten Linsen 140 und bilden deshalb keine deutlichen synthetisch vergrößerten Bilder in den Zonen mit erhöhten Linsen. Entsprechend befinden sich die Symbolelemente 152 zu nahe an den nicht erhöhten Linsen 148, um deutliche synthetisch vergrößerte Bilder zu bilden. Dementsprechend zeigen Zonen des Materials, die erhöhte Linsen 140 aufweisen, Bilder 138 der Symbolelemente 162, während Zonen des Materials, die nicht erhöhte Linsen 136 aufweisen, Bilder 146 der Symbolelemente 156 zeigen. Die Bilder 138 und 146, die projiziert werden, können sich in der Gestaltung, der Farbe, der OPM-Richtung, dem synthetischen Vergrößerungsfaktor und dem Effekt, einschließlich der Effekte von Deep, Unison, Float und Levitate unterscheiden.
11a, b sind Querschnitte, die nichtbrechende Ausführungsformen des vorliegenden Systems veranschaulichen. 11a veranschaulicht eine Ausführungsform, in der anstelle einer brechenden Linse ein fokussierender Reflektor 166 verwendet wird, um Bilder 174 der Symbolelemente 172 zu projizieren. Die Symbolschicht 170 liegt zwischen den Augen des Betrachters und der fokussierenden Optik. Die fokussierenden Reflektoren 166 können metallisiert 167 sein, damit man eine große Wirksamkeit der Fokussierung erhält. Die Symbolschicht 170 wird durch einen optischen Trenner 168 in einem Abstand gehalten, der gleich der Brennweite der Reflektoren ist. 11b zeigt eine Ausführungsform dieses Materials mit einer Lochoptik. Eine lichtundurchlässige obere Schicht 176, die vorzugsweise zur Kontrastverstärkung eine schwarze Farbe hat, ist mit Öffnungen 178 durchlöchert. Ein optisches Trennerelement 180 steuert das Gesichtsfeld des Systems. Symbolelemente 148 in der Symbolschicht 182 werden durch die Öffnungen 178 auf ähnliche Art wie in der Lochoptik einer Lochkamera abgebildet. Wegen der kleinen Lichtmenge, die durch die Öffnungen durchgelassen wird, ist diese Ausführungsform am wirksamsten, wenn sie von hinten her beleuchtet wird, wobei das Licht zuerst durch die Symbolebene 182 hindurchtritt und dann durch die Öffnungen 178. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können unter Verwendung sowohl der reflektierenden Ausgestaltung des Systems als auch der Lochoptikausgestaltung des Systems erzeugt werden.
12a, b sind Querschnitte, in denen die Strukturen eines nur brechenden Materials 188 mit der eines gemischt brechenden und reflektierenden Materials 199 verglichen werden. 12a stellt eine beispielhafte Struktur mit Mikrolinsen 192, die durch einen optischen Trenner 198 von der Symbolebene 194 getrennt sind, dar. Eine optionale Versiegelungsschicht 195 trägt zur Gesamtdicke 196 des brechenden Systems bei. Die Linsen 192 projizieren Symbolbilder 190 auf den Betrachter (nicht gezeigt) zu. Das gemischt brechende und reflektierende Material 199 umfasst Mikrolinsen 210 mit einer direkt darunter angeordneten Symbolebene 208. Ein optischer Abstandhalter 200 trennt die Linsen 210 und die Symbolebene 208 von der reflektierenden Schicht 202. Die reflektierende Schicht 202 kann metallisiert sein, etwa durch aufgedampftes oder gesputtertes Aluminium, Gold, Rhodium, Chrom, Osmium, abgereichertes Uran oder Silber, durch chemisch abgeschiedenes Silber oder durch mehrschichtige Interferenzfilme. Licht, das von der Symbolschicht 208 gestreut wird, wird an der Reflektionsschicht 202 reflektiert, tritt durch die Symbolschicht 208 hindurch und in die Linsen 210 ein, die Bilder 206 auf den Betrachter (nicht gezeigt) zu projizieren. Diese beiden Figuren sind ungefähr im gleichen Maßstab gezeichnet: durch einen Sehvergleich ist erkennbar, dass die gesamte Systemdicke 212 des gemischt brechenden und reflektierenden Systems 199 ungefähr die Hälfte der gesamten Systemdicke 196 des nur brechenden Systems 188 beträgt. Beispielhafte Abmessungen für einander entsprechende Systeme sind 29 μ für die Gesamtdicke 196 des brechenden Systems 188 und 17 μ für die Gesamtdicke des gemischt brechenden und reflektierenden Systems 199. Die Dicke eines brechenden/reflektierenden Systems kann durch eine Skalierung weiter verringert werden. Somit kann ein gemischtes System, das Linsen mit 15 μ Durchmesser aufweist, mit einer Gesamtdicke von ungefähr 8 μ hergestellt werden. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float, Levitate, Morph und 3D können unter Verwendung der gemischt brechenden und beugenden Ausgestaltung erzeugt werden.
13 ist ein Querschnitt, der eine Ausführungsform eines „Ablösen zum Aufdecken” manipulationsanzeigenden Materials gemäß dem vorliegenden System zeigt. Diese Ausführungsform stellt solange kein Bild dar, bis sie manipuliert wird. Die nicht manipulierte Struktur ist im Bereich 224 gezeigt, wo ein brechendes System 214 optisch unter einer Deckschicht 216 verdeckt ist, die aus einem optionalen Substrat 218 und einer ablösbaren Schicht 220 besteht, die zu Linsen 215 konturgetreu ist. Die ablösbare Schicht 220 bildet effektiv negative Linsenstrukturen 220, die auf die positiven Linsen 215 passen und ihre optische Stärke zunichte machen. Die Linsen 215 können in dem nicht manipulierten Bereich keine Bilder der Symbolschicht bilden und das Licht, das von der Symbolebene gestreut 222 wird, ist unfokussiert. Die Deckschicht 216 kann ein optionales Filmsubstrat 218 umfassen. Eine Manipulation, die im Bereich 226 gezeigt ist, führt zum Ablösen der Deckschicht 216 von dem brechenden System 214, wodurch die Linsen 215 freigelegt werden, so dass sie Bilder 228 bilden können. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können in einem manipulationsanzeigenden „Ablösen zum Aufdecken”-System vom Typ der 13 enthalten sein.
14 ist ein Querschnitt, der eine Ausführungsform eines „Ablösen zum Verändern” manipulationsanzeigenden Materials gemäß dem vorliegenden System zeigt. Diese Ausführungsform stellt vor der Manipulation 252 ein erstes Bild 248 einer ersten Symbolebene 242 und dann, nachdem sie manipuliert wurde, in einem Bereich 254 ein zweites Bild 258 dar. Die nicht manipulierte Struktur ist im Bereich 252 gezeigt, wo zwei brechende Systeme 232 und 230 gestapelt sind. Die erste Symbolebene 242 befindet sich unter den Linsen 240 des zweiten Systems. Vor der Manipulation, im Bereich 252, stellt das erste oder obere System 232 Bilder der ersten Symbolebene 242 dar. Die zweite Symbolebene 246 befindet sich zu weit außerhalb der Schärfentiefe der Linsen 234, um deutliche Bilder zu bilden. Die ersten Linsen 234 sind von den zweiten Linsen 240 durch ein optionales Substrat 236 und eine ablösbare Schicht 238 getrennt, die konturgetreu zu den zweiten Linsen 240 ist. Die ablösbare Schicht 232 bildet effektiv negative Linsenstrukturen 238, die über die positiven Linsen 240 passen und ihre optische Stärke zunichte machen. Die Deckschicht 232 kann ein optionales Filmsubstrat 236 aufweisen. Eine Manipulation führt zum Ablösen 256 der Deckschicht 232, das im Bereich 254 gezeigt ist, von dem zweiten brechenden System 230, wodurch die zweiten Linsen 240 freigelegt werden, so dass sie Bilder 258 der zweiten Symbolschicht 246 bilden können. Die zweiten Linsen 240 bilden keine Bilder der ersten Symbolschicht 242, da sich die Symbolschicht zu nahe an den Linsen 240 befindet.
Diese Ausführungsform eines manipulationsanzeigenden Materials ist gut für die Anwendung als ein Band oder eine Kennzeichnung, die an einem Artikel angebracht ist, geeignet. Eine Manipulation löst die Deckschicht 232 ab, während das zweite System 230 an dem Artikel befestigt bleibt. Vor der Manipulation zeigt diese Ausführungsform ein erstes Bild 248. Nach der Manipulation zeigt das immer noch am Artikel befestigte zweite System 230 ein zweites Bild 258, während die abgelöste Schicht 256 überhaupt kein Bild zeigt. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können sowohl im ersten System 232 als auch im zweiten System 230 enthalten sein.
Beachte, dass eine alternative Ausführungsform, die einen ähnlichen Effekt wie die der 14 erzielt, darin besteht, zwei separate Systeme miteinander zu laminieren. Wenn in dieser Ausführungsform die obere Schicht abgelöst wird, nimmt sie die erste Symbolebene und ihr(e) Bild(er) mit, wodurch das zweite System und sein(e) Bild(er) aufgedeckt werden.
15a–d sind Querschnitte, die diverse doppelseitige Ausführungsformen des vorliegenden Systems zeigen. 15a stellt ein doppelseitiges Material 260 dar, das eine einzige Symbolebene 264 umfasst, die durch Linsen 262 auf einer Seite abgebildet 268 und durch eine zweite Menge von Linsen 266 auf der gegenüberliegenden Seite abgebildet 270 wird. Das Bild 268, das von der linken Seite (wie gezeichnet) aus sichtbar ist, ist das Spiegelbild des Bilds 270, das von der rechten Seite aus sichtbar ist. Die Symbolebene 264 kann Symbolelemente enthalten, die Symbole oder Bilder sind, die im Spiegelbild ähnlich aussehen, oder Symbolelemente, die im Spiegelbild unterschiedlich aussehen, oder Kombinationen aus Symbolelementen, in denen ein Teil der Symbolelemente richtig gelesen werden kann, wenn sie von einer Seite aus betrachtet werden und die anderen Symbolelemente richtig gelesen werden können, wenn sie von der anderen Seite aus betrachtet werden. Die Effek te von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können von jeder Seite eines doppelseitigen Materials gemäß dieser Ausführungsform dargestellt werden.
15b veranschaulicht eine andere doppelseitige Ausführungsform 272 mit zwei Symbolebenen 276 und 278, die von zwei Mengen von Linsen 274 bzw. 280 abgebildet 282 bzw. 286 werden. Diese Ausführungsform besteht im Wesentlichen aus zwei getrennten Systemen, 287 und 289, wie in 1a dargestellt, die mit einem sich dazwischen befindenden Symbolschichtabstandhalter 277 miteinander verbunden wurden. Die Dicke dieses Symbolschichtabstandhalters 277 bestimmt den Grad, bis zu dem die „falsche” Symbolschicht durch eine Menge von Linsen abgebildet 284 und 288 wird. Wenn beispielsweise die Dicke des Symbolschichtabstandhalters 277 Null ist, so dass sich die Symbolschichten 276 und 278 in Kontakt miteinander befinden, werden beide Symbolschichten durch beide Mengen von Linsen 274 und 280 abgebildet. In einem anderen Beispiel werden die „falschen” Symbolschichten von den Linsen 274 und 280 nicht abgebildet, wenn die Dicke des Symbolschichtabstandhalters 277 wesentlich größer als die Schärfentiefe der Linsen 274 und 280 ist. In noch einem anderen Beispiel werden beide Symbolebenen 276 und 280 durch die Linsen 274 abgebildet 282, aber nur eine Symbolebene 278 wird durch die Linsen 280 abgebildet, wenn die Schärfentiefe von einer Menge von Linsen 274 groß ist, aber die Schärfentiefe der anderen Menge von Linsen klein ist (da die Linsen 274 und 280 unterschiedliche F-Zahlen haben), so dass ein Material dieses Typs von einer Seite zwei Bilder zeigt, aber von der anderen Seite nur eines dieser Bilder, und zwar gespiegelt. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können von jeder Seite eines zweiseitigen Materials gemäß dieser Ausführungsform gezeigt werden, und die projizierten Bilder 282 und 286 können die gleiche Farbe oder verschiedene Farben haben.
15c zeigt noch ein weiteres doppelseitiges Material 290 mit einem pigmentierten Symbolschichtabstandhalter 298, der die Linsen auf einer Seite des Materials davon abhält, die „falsche” Symbolmenge zu sehen. Die Linsen 292 bilden die Symbolschicht 296 ab 294, können aber wegen der Anwesenheit der pigmentierten Symbolschicht 298 die Symbolschicht 300 nicht abbilden. Entsprechend bilden die Linsen 302 die Symbolschicht 300 ab 304, können aber wegen der Anwesenheit der pigmentierten Symbolschicht 298 die Symbolschicht 296 nicht abbilden. Die Effekte von jeder oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können von jeder Seite eines zweiseitigen Materials gemäß dieser Ausführungsform gezeigt werden, und die projizierten Bilder 294 und 304 können die gleiche oder verschiedene Farben haben.
15d offenbart eine weitere Ausführungsform eines doppelseitigen Materials 306, die Linsen 308, die eine Symbolschicht 314 abbilden 318, aufweist und auf der gegenüberliegenden Seite Linsen 316, die eine Symbolschicht 310 abbilden 322, aufweist. Die Symbolschicht 310 befindet sich in der Nähe oder im Wesentlichen in Kontakt mit den Grundflächen der Linsen 308 und die Symbolschicht 314 befindet sich in der Nähe oder im Wesentlichen in Kontakt mit den Grundflächen der Linsen 316. Die Symbole 310 befinden sich zu nahe an den Linsen 308, um ein Bild zu bilden, so dass ihr Licht nicht fokussiert, sondern gestreut 320 wird. Die Symbole 314 befinden sich zu nahe an den Linsen 316, um ein Bild zu bilden, so dass ihr Licht nicht fokussiert, sondern gestreut 324 wird. Die Effekte von jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen OPM, Deep, Float und Levitate können von jeder Seite eines doppelseitigen Materials gemäß dieser Ausführungsform gezeigt werden, und die projizierten Bilder 318 und 322 können die gleiche Farbe oder verschiedene Farben haben.
16a–f sind Querschnitte und entsprechende Draufsichten, die drei verschiedene Verfahren zum Erzeugen von graustufigen oder farbgetönten Symbolelementmustern und daraus mit dem vorliegenden System entstehende synthetisch vergrößerte Bilder veranschaulichen. 16a–c sind Querschnittdetailansichten der Symbolseite eines Materials 307, das einen Teil eines optischen Trenners 309 und eine durchsichtige mikrostrukturierte Symbolschicht 311 enthält. Die Symbolelemente werden als Basreliefoberflächen 313, 315, 317 gebildet, die dann mit einem pigmentierten oder gefärbten Material 323, 325 bzw. 327 gefüllt werden. Die Unterseite der Symbolschicht kann optional mit einer Versiegelungsschicht 321 versiegelt sein, die durchsichtig, getönt, farbig, gefärbt oder pigmentiert oder lichtundurchlässig sein kann. Die Basreliefmikrostrukturen der Symbolelemente 313, 315 und 317 stellen Dickenänderungen des gefärbten oder pigmentierten Füllmaterials 323, 325 bzw. 327 bereit, die Veränderungen in der optischen Dichte des in Draufsicht betrachteten Symbolelements erzeugen. Die Draufsichten, die den Symbolelementen 323, 325 und 327 entsprechen, sind die Draufsichten 337, 339 und 341. Die Verwendung dieses Verfahrens zum Erzeugen von graustufigen oder tonwertigen synthetisch vergrößerten Bildern ist nicht auf die Besonderheiten der hier offenbarten Beispiele beschränkt, sondern kann allgemein zur Erzeugung einer unbegrenzten Vielfalt von Graustufenbildern angewendet werden.
16a enthält ein Symbolelement 313, eine gefärbte oder pigmentierte Symbolelementfüllung 323 und eine entsprechende Draufsicht 337. Die Querschnittsansicht der Symbolebene im oberen Teil dieser Figur kann nur eine Schnittebene durch die Symbolelemente zeigen. Die Position der Schnittebene wird durch die gestrichelte Linie 319 durch die Draufsichten 337, 339 und 341 gezeigt. Entsprechend ist der Querschnitt des Symbolelements 313 eine Ebene durch ein im Wesentlichen halbkugelförmiges Symbolelement. Durch eine geeignete Begrenzung der gesamten Farbstoff- oder Pigmentdichte der Füllung 323 erzeugen Dickenänderungen der gefärbten oder pigmentierten Füllung 323 tonwertige oder graustufige Änderungen der optischen Dichte, die in der Draufsicht 337 dargestellt sind. Eine Anordnung von Symbolelementen dieses Typs kann in dem vorliegenden Materialsystem synthetisch vergrößert werden, um Bilder zu erzeugen, die äquivalente Grauwertänderungen zeigen.
16b enthält ein Symbolelement 314, eine gefärbte oder pigmentierte Symbolelementfüllung 325 und eine entsprechende Draufsicht 339. Die Draufsicht 339 zeigt, dass das Symbolelement 315 eine Basreliefdarstellung eines Gesichts ist. Die Tonwertänderungen in einem Bild eines Gesichts sind komplex, was durch die komplexen Dickenänderungen 325 in der Querschnittsansicht gezeigt wird. Wie mit Bezug auf das Symbolelement 313 offenbart, kann eine Anordnung von Symbolelementen dieses Typs, wie durch 315, 325 und 339 gezeigt, in dem vorliegenden Materialsystem synthetisch vergrößert werden, um Bilder zu erzeugen, die äquivalente Grauwertvariationen zu erzeugen, die, in diesem Beispiel, das Bild eines Gesichts darstellen.
16c enthält ein Symbolelement 317, eine gefärbte oder pigmentierte Füllung 327 und eine entsprechende Draufsicht 341. Auch eine ähnliche Art wie in der obigen Diskussion der 16a, b erzeugt die Basreliefform dieser Symbolelementstruktur eine Tonwertänderung im Aussehen der gefärbten und pigmentierten Füllung 327 und in dem synthetisch vergrößerten Bild, das von dem vorliegenden Materialsystem erzeugt wird. Das Symbolelement 317 veranschaulicht ein Verfahren zum Erzeugen eines hellen Zentrums in einer abgerundeten Oberfläche, im Vergleich zur Wirkung des Symbolelements 313, das ein dunkles Zentrum in einer abgerundeten Oberfläche erzeugt.
16d, e offenbaren eine andere Ausführungsform 326 einer mit einem durchsichtigen Basrelief mikrostrukturierten Symbolschicht 311, die Symbolelemente 329 und 331 enthält, die mit einem Material 328 mit hohem Brechungsindex beschichtet sind. Die Symbolschicht 311 kann mit einer optionalen Versiegelungsschicht 321 versiegelt sein, die die Symbol elemente 329 und 331, 330 bzw. 332 füllt. Die Schicht 328 mit hohem Brechungsindex verbessert die Sichtbarkeit geneigter Oberflächen, indem sie durch Totalreflexion Reflexe von diesen erzeugt. Die Draufsichten 342 und 344 zeigen repräsentative Bilder des Aussehens der Symbolelemente 329 und 331 und ihrer synthetisch vergrößerten Bilder. Diese Ausführungsform mit einer Beschichtung mit hohem Brechungsindex stellt, ohne dass Pigment oder Farbstoff hinzugefügt werden muss, eine Art Kantenverstärkungseffekt bereit, um die Symbole und ihre Bilder sichtbar zu machen.
16f offenbart noch eine weitere Ausführungsform 333 eines mit einem durchsichtigen Basrelief mikrostrukturierten Symbols 335, in der ein mit Luft, einem Gas oder einer Flüssigkeit gefülltes Volumen 336 verwendet wird, um eine sichtbare Definition für diese Phasengrenzflächen-Mikrostruktur 334 bereitzustellen. Eine optionale Versiegelungsschicht 340 kann mit oder ohne einen optionalen Klebstoff 338 hinzugefügt werden, um das Luft-, Gas- oder das Flüssigkeitsvolumen 336 einzuschließen. Die optische Wirkung eines Phasengrenzflächensymbolelements ist ähnlich wie die eines hochbrechend beschichteten Symbolelements 329 und 331.
Die 17a–d sind Querschnitte, die die Verwendung des vorliegenden Systems als Laminierfilm in Verbindung mit gedruckter Information zeigen, so wie es in der Herstellung von Personalausweisen und Führerscheinen angewendet werden kann, bei denen das Material 348 (das aus den aufeinander abgestimmten Mikroanordnungen von Linsen und Bildern, die oben beschrieben wurden, besteht) einen wesentlichen Teil der Oberfläche bedeckt. 17a zeigt eine Ausführungsform von Unison, die als Laminat über einem Druck 347 verwendet wird. Ein Material 348, das in seiner Symbolschicht zumindest etwas optische Durchsichtigkeit aufweist, ist mit einem faserigen Substrat 354, wie etwa Papier oder einem Papierersatz, durch einen Laminierungskleber 350 laminiert, und bedeckt ein Druckelement 352, das zuvor auf dem faserigen Substrat 354 aufgebracht wurde, ganz oder teilweise. Da das Material 348 zumindest teilweise durchsichtig ist, ist das Druckelement 352 durch das Material 348 hindurch sichtbar und die Wirkung dieser Kombination besteht darin, den dynamischen Bildeffekt des vorliegenden Systems in Kombination mit dem statischen Druck bereitzustellen.
17b zeigt eine Ausführungsform des Systemmaterials, die als Laminat über einem Druckelement 352, das auf einem nichtfasrigen Substrat 358, wie etwa einem Polymerfilm, aufgebracht ist. Wie in 17a ist ein Material 348, das zumindest etwas optische Durchlässigkeit in der Symbolschicht aufweist, mit einem nichtfasrigen Substrat 348, etwa einem Polymer, einem Metall, einem Glas oder einem Keramikersatz, durch einen Laminierungsklebstoff 350 laminiert und bedeckt ein Druckelement 352, das zuvor auf dem nichtfasrigen Substrat 354 aufgebracht wurde, ganz oder teilweise. Da das Material 348 zumindest teilweise durchsichtig ist, ist das Druckelement 352 durch das Material 348 hindurch sichtbar und die Wirkung dieser Kombination besteht darin, den dynamischen Bildeffekt in Kombination mit dem statischen Druck bereitzustellen.
17c stellt die Anwendung eines Druckelements direkt auf der Linsenseite eines Materials 360 dar. In dieser Ausführungsform weist das Material 348 ein Druckelement 352 auf, das direkt auf der oberen Linsenoberfläche aufgebracht ist. Diese Ausführungsform erfordert nicht, dass das Material zumindest teilweise durchsichtig ist: das Druckelement 352 liegt auf der Oberseite des Materials und die dynamischen Bildeffekte sind um das Druckelement herum sichtbar. In dieser Ausführungsform wird das Material 348 als Substrat für das Endprodukt, wie etwa Zahlungsmittel, Personalausweise und andere Artikel verwendet, die eine Authentifizierung erfordern oder eine Authentifizierung eines anderen Artikels bereitstellen.
17d stellt die Verwendung eines Druckelements direkt auf der Symbolseite eines zumindest teilweise durchsichtigen Materials 362 dar. Das Druckelement 352. wird direkt auf die Symbolschicht oder Versiegelungsschicht eines zumindest teilweise durchsichtigen Systemmaterials 348 aufgebracht. Da das Systemmaterial 348 zumindest teilweise durchsichtig ist, ist das Druckelement 352 durch das Systemmaterial 348 hindurch sichtbar, und die Wirkung dieser Kombination besteht darin, den dynamischen Bildeffekt in Kombination mit dem statischen Druck bereitstellen. In dieser Ausführungsform wird das Systemmaterial 348 als Substrat für das Endprodukt, wie etwa Zahlungsmittel, Personalausweise oder andere Artikel verwendet, die eine Authentifizierung erfordern oder eine Authentifizierung eines anderen Artikels bereitstellen.
Jede der Ausführungsformen der 17a–d kann einzeln oder in Kombination verwendet werden. So kann z. B. ein Systemmaterial 348 sowohl überdruckt werden (17c) als auch auf seiner Rückseite bedruckt werden (17d), und dann optional über einen Druck auf einem Substrat laminiert werden (17a, b). Kombinationen wie diese können die Widerstandsfähigkeit des Materials gemäß dem vorliegenden System gegen Fälschungen, Nachahmungen und Manipulationen weiter erhöhen.
18a–f sind Querschnitte, die das Anbringen des vorliegenden Systems an oder seine Einfügung in verschiedene Substrate und in Kombination mit gedruckter Information darstellen. Die Ausführungsformen der 18a–f unterscheiden sich von denen der 17a–d darin, dass die vorigen Figuren ein Systemmaterial 348 offenbaren, das den größten Teil eines Artikels oder den gesamten Artikel bedeckt, während die vorliegenden Figuren Ausführungsformen offenbaren, in denen das Systemmaterial oder sein optischer Effekt nicht eine ganze Oberfläche im Wesentlichen bedecken, sondern nur einen Teil einer Oberfläche bedecken. 18a stellt ein Stück eines zumindest teilweise durchsichtigen Systemmaterials 364 dar, das durch ein Klebstoffelement 366 an einem faserigen oder nichtfaserigen Substrat 368 befestigt ist. Ein optionales Druckelement 370 wurde direkt auf der oberen, der Linsenfläche des Materials 364 angebracht. Das Druckelement 370 kann Teil eines größeren Musters sein, das sich über das Materialstück 364 hinaus erstreckt. Das Materialstück 364 ist optional über ein Druckelement 372 laminiert, das vor dem Anbringen des Materials 364 an dem faserigen oder nichtfaserigen Substrat angebracht wurde.
18b veranschaulicht eine Ausführungsform eines einseitigen Systemmaterials 364, das als ein Fenster in ein nicht optisches Substrat 378 eingefügt wurde, wobei zumindest einige der Kanten des Systemmaterials 364 von dem nichtoptischen Substrat 378 erfasst, bedeckt oder umschlossen werden. Druckelemente 380 können optional auf der Linsenoberfläche des Systemmaterials angebracht werden und diese Druckelemente können an Druckelementen 382, die auf dem nichtoptischen Substrat 378 in dem Bereich neben dem Druckelement 380 angebracht wurden, ausgerichtet sein oder diesen entsprechen. Entsprechend können auf der gegenüberliegenden Seite des nichtoptischen Substrats Druckelemente 384 angebracht werden, die an Druckelementen 386, die an der Symbol- oder Versiegelungsschicht 388 des Systemmaterials 364 angebracht wurden, ausgerichtet sind oder diesen entsprechen. Die Wirkung eines Fensters dieser Art besteht darin, deutliche Bilder darzustellen, wenn das Material von der Linsenseite aus betrachtet wird und keine Bilder darzustellen, wenn es von der Symbolseite aus betrachtet wird, wodurch ein Einbahn-Bildeffekt bereitgestellt wird.
18c zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie die der 18b, abgesehen davon, dass das Systemmaterial 306 ein doppelseitiges Material 306 (oder eine andere der oben beschriebenen doppelseitigen Ausführungsformen) ist. Druckelemente 390, 392, 394 und 396 entsprechen in der Funktion im Wesentlichen den vorher beschriebenen Druckelementen 380, 382, 384 und 386. Die Wirkung eines Materialfensters dieser Art besteht darin, unter schiedliche, deutliche Bilder zu zeigen, wenn das Material von einander gegenüberliegenden Seiten aus betrachtet wird. Beispielsweise könnte ein Fenster, das in ein Währungspapier eingefügt ist, den numerischen Nennwert der Banknote, etwa „10” darstellen, wenn es von der Vorderseite der Banknote aus betrachtet wird, aber wenn es von der Rückseite der Banknote aus betrachtet wird, könnte das Unison-Fenster eine andere Information, etwa „USA” zeigen, die die gleiche Farbe wie das erste Bild oder eine andere Farbe haben kann.
18d veranschaulicht ein durchsichtiges Substrat 373, das als optischer Abstandhalter für ein Material wirkt, das durch eine Linsenzone 374 begrenzter Ausdehnung und eine Symbolschicht 376, die sich erheblich über den Rand der Linsenzone 374 hinaus erstreckt, gebildet wird. In dieser Ausführungsform sind die vorliegenden Effekte nur in der Zone sichtbar, die sowohl Linsen als auch Symbole (entsprechend der Linsenzone 374 in dieser Figur) enthält. Sowohl die Linsen 374 als auch das benachbarte Substrat können optional bedruckt 375 sein und Druckelemente können auch an der Symbolschicht 376 oder einer optionalen Versiegelungsschicht, die die Symbole bedeckt (in dieser Figur nicht dargestellt – siehe 1) angebracht sein. Mehrere Linsenzonen können in der Art dieser Ausführungsform auf einem Artikel verwendet werden; dort, wo sich eine Linsenzone befindet, sind die Unison-Effekte sichtbar; die Größe, Rotation, stereoskopische Tiefenposition und OPM-Eigenschaften der Bilder können in jeder Linsenzone verschieden sein. Diese Ausführungsform ist für die Anwendung in Personalausweisen, Kreditkarten, Führerscheinen und ähnliche Anwendungen gut geeignet.
18e zeigt eine Ausführungsform, die ähnlich der der 18d ist, abgesehen davon, dass sich die Symbolebene 402 nicht wesentlich über die Ausdehnung der Linsenzone 400 hinaus erstreckt. Ein optischer Abstandhalter 398 trennt die Linsen 400 von den Symbolen 402. Druckelemente 404 und 406 entsprechen den Druckelementen 375 und 377 in 18d. Mehrere Zonen 400 können nach Art dieser Ausführungsform auf einem Artikel verwendet werden; jede Zone kann getrennte Effekte haben. Diese Ausführungsform ist für die Anwendung in Personalausweisen, Kreditkarten, Führerscheinen und ähnliche Anwendungen gut geeignet.
18f stellt eine Ausführungsform dar, die ähnlich der 18d ist, abgesehen davon, dass die vorliegende Ausführungsform einen optischen Abstandhalter 408 enthält, der die Linsen 413 von der Symbolebene 410 trennt. Die Linsen 413 erstrecken sich deutlich über den Rand der Symbolzone 412 hinaus. Druckelemente 414 und 416 entsprechen den Druckelementen 375 und 377 in 18d. Mehrere Linsenzonen können nach Art dieser Ausführungsform auf einem Artikel verwendet werden; dort, wo sich eine Linsenzone befindet, sind die vorliegenden Effekte sichtbar; die Größe, Rotation, stereoskopische Tiefenposition und OPM-Eigenschaften der Bilder können in jeder Linsenzone anders sein. Diese Ausführungsform ist für die Anwendung in Personalausweisen, Kreditkarten, Führerscheinen und ähnliche Anwendungen gut geeignet.
19a, b veranschaulichen Querschnittsansichten, in denen das scharfe Gesichtsfeld einer sphärischen Linse mit dem einer asphärischen Flachfeldlinse verglichen wird, wenn sie jeweils in eine Struktur des oben beschriebenen Typs eingefügt sind. 19a veranschaulicht eine im Wesentlichen sphärische Linse, so wie sie in einem System wie oben beschrieben verwendet wird. Die im Wesentlichen sphärische Linse 418 wird durch einen optischen Abstandhalter 420 von der Symbolebene 422 getrennt. Das Bild 424, das senkrecht zu der Oberfläche des Materials nach außen projiziert wird, stammt von dem Brennpunkt 426 in der Symbolschicht 422. Das Bild 424 ist scharf fokussiert, da sich der Brennpunkt 426 in der Symbolschicht 422 befindet. Wenn die Linse unter einem schrägen Winkel betrachtet wird, ist das Bild 428 verschwommen und unscharf, da sich der entsprechende Brennpunkt 430 nicht mehr in der Symbolebene befindet, sondern in einem erheblichen Abstand oberhalb von dieser. Ein Pfeil 432 zeigt die Feldkrümmung dieser Linse, die äquivalent zur Auslenkung des Brennpunkts von 426 nach 430 ist. Der Brennpunkt liegt über die Zone 434 hinweg in der Symbolebene und bewegt sich dann in der Zone 436 aus der Symbolebene heraus. Linsen, die für die Anwendung in Kombination mit einer Ebene ausgedruckten Bildern oder Symbolen gut geeignet sind, weisen typischerweise eine kleine F-Zahl, typischerweise kleiner als 1, auf, was zu einer sehr geringen Schärfentiefe führt – Linsen mit größerer F-Zahl können bei den Deep- und Float-Effekten effektiv verwendet werden, verursachen jedoch eine entsprechende vertikale binokulare Disparität mit den hierin beschriebenen Effekten, wenn sie bei Unison Motion-Effekten verwendet werden. Sobald sich die untere Grenze der Schärfentiefe aus der Symbolebene heraus bewegt, nimmt die Klarheit des Bilds schnell ab. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Bildfeldwölbung einer im Wesentlichen sphärischen Linse das Gesichtsfeld des Bilds verkleinert: das Bild ist nur in der fokussierten Zone 434 deutlich und wird bei schrägeren Betrachtungswinkeln schnell unscharf. Im Wesentlichen sphärische Linsen sind keine Flachfeldlinsen und die Bildfeldwölbung dieser Linsen wird bei Linsen mit kleiner F-Zahl verstärkt.
19b veranschaulicht eine asphärische Linse, wie sie im vorliegenden System angewendet wird. Da sie eine asphärische Linse ist, wird ihre Krümmung nicht durch eine Kugel angenähert. Die asphärische Linse 438 ist von der Symbolschicht 442 durch einen optischen Abstandhalter 440 getrennt. Die asphärische Linse 438 projiziert ein Bild 444 der Symbolebene 442 senkrecht zur Ebene des Materials. Das Bild geht vom Brennpunkt 446 aus. Die Brennweite der asphärischen Linse 438 liegt in einem weiten Bereich von Betrachtungswinkeln innerhalb der Symbolebene 442, von der Normalen 444 bis zur Schrägen 448, da sie ein flaches Bildfeld 452 hat. Die Brennweite der Linse ändert sich mit dem Winkel, unter dem durch sie hindurch geschaut wird. Die Brennweite ist bei senkrechter Betrachtung 444 am kürzesten und nimmt zu, wenn der Betrachtungswinkel schräger wird. Bei dem schrägen Betrachtungswinkel 448 befindet sich der Brennpunkt 450 immer noch innerhalb der Dicke der Symbolebene und das schräge Bild ist somit bei diesem schrägen Betrachtungswinkel 448 immer noch scharf. Die scharfe Zone 454 der asphärischen Linse 438 ist wesentlich größer als die scharfe Zone 434 der im Wesentlichen sphärischen Linse 418. Die asphärische Linse 438 stellt somit ein vergrößertes Gesichtsfeld über die Breite des zugeordneten Bildsymbols hinweg bereit, so dass die Außenränder des zugeordneten Bildsymbols im Vergleich zur sphärischen Linse 418 nicht aus dem Gesichtsfeld herausfallen. Wegen des größeren Gesichtsfelds, das sie bereitstellen und der dadurch verursachten Verbesserung der Sichtbarkeit der zugeordneten Bilder sind asphärische Linsen für das vorliegende System bevorzugt.
20a–c sind Querschnitte, die die Nützlichkeit betreffende Vorteile darstellen, die sich aus der Verwendung einer dicken Symbolschicht ergeben. Diese Vorteile treten auf, wenn die Linse 456, die zu ihrer Betrachtung verwendet wird, im Wesentlichen sphärisch 418 oder asphärisch 438 ist, aber die Vorteile sind in Kombination mit asphärischen Linsen 438 am größten. 20a veranschaulicht ein Systemmaterial mit dünner Symbolschicht 460, das Linsen 456 umfasst, die von der Symbolschicht 460 durch einen optischen Abstandhalter 458 getrennt sind. Die Symbolelemente 462 sind dünn 461 im Vergleich zur Bildfeldwölbung der Linse 463, wodurch die scharfe Zone auf einen kleinen Winkel beschränkt wird, nämlich den Winkel zwischen dem Bild, das in der senkrechten Richtung 464 projiziert wird und dem Bild 468 mit dem größten schrägen Winkel, das einen Brennpunkt 470 in der Symbolschicht 460 hat. Das größte Gesichtsfeld erhält man, indem man den Brennpunkt 466 des senkrechten Bilds so ausgestaltet, dass er am Boden der Symbolebene liegt, wodurch der Winkel des schrägen Gesichtsfelds maximiert wird, der durch den Punkt begrenzt wird, an dem der Brennpunkt 470 auf der Oberseite der Symbolebene liegt. Das Gesichtsfeld des Systems in 20a ist auf 30 Grad begrenzt.
20b veranschaulicht die Vorteile, die man durch den Einsatz einer Symbolebene 471 enthält, die dick 472 im Vergleich zur Bildfeldwölbung der Linse 456 ist, erhält. Die Linsen 456 sind von den dicken Symbolelementen 474 durch optische Abstandhalter 458 getrennt. Die dicken Symbolelemente 474 bleiben über ein größeres Gesichtsfeld, nämlich 55 Grad, hinweg im Fokus 475, als die dünnen Symbolelemente 462 der 20a. Das senkrechte Bild 476, das vom Brennpunkt 478 durch die Linsen 456 projiziert wird, ist scharf fokussiert und der Fokus bleibt scharf, wenn der Betrachtungswinkel bis hinauf zu 55 Grad zunimmt, wo der Brennpunkt 482 des schrägen Bilds 480 an der Oberseite der dicken Symbolebene 471 liegt. Das vergrößerte Gesichtsfeld ist im Falle einer Flachfeldlinse, wie der asphärischen Linse 438 der 19b, am größten.
20c veranschaulicht noch einen weiteren Vorteil der dicken Symbolebene 492; die Verringerung der Empfindlichkeit des Materials gemäß dem vorliegenden System gegen Änderungen der Dicke S, die sich durch Schwankungen bei der Herstellung ergeben können. Die Linse 484 befindet sich in einem Abstand S von der Bodenfläche einer Symbolschicht der Dicke i. Die Linse 484 projiziert ein Bild 496 von einem Brennpunkt 498, der am Boden der Symbolschicht 492 angeordnet ist. Diese Figur ist gezeichnet, um zu zeigen, dass Schwankungen in dem optischen Abstand S zwischen den Linsen und der Symbolebene über einen Bereich hinweg, der gleich der Dicke der Symbolschicht i ist, auftreten können, ohne dass der Fokus des Bilds 496, 500 504 verloren geht. An der Linse 486 beträgt die Dicke des optischen Abstandhalters ungefähr (S + i/2) und der Brennpunkt 502 des Bilds 500 befindet sich immer noch innerhalb der Dicke i der Symbolschicht 492. An der Linse 488 hat die dicke des optischen Abstandhalters auf (S + i) 490 zugenommen und der Brennpunkt 506 des Bilds 504 liegt auf der Oberseite des dicken Symbolelements 494. Die Dicke des optischen Abstandhalters kann folglich über einen Bereich hinweg schwanken, der der Dicke der Symbolschicht i entspricht: eine dünne Symbolschicht stellt somit eine geringe Toleranz gegenüber Schwankungen der Dicke des optischen Abstandhalters bereit und eine dicke Symbolschicht stellt eine große Toleranz gegenüber Schwankungen der Abstandhalterdicke bereit.
Von einer dicken Symbolschicht 492 wird noch ein weiterer Vorteil bereitgestellt. Linsen, die nicht perfekt sind, wie etwa im Wesentlichen sphärische Linsen, können zu ihren Rändern hin eine kürzere Brennweite 493 aufweisen als in ihrem Zentrum 496. Dies ist nur ein Aspekt des üblichen sphärischen Aberrationsfehlers von im Wesentlichen sphärischen Linsen. Eine dicke Symbolschicht stellt ein Symbolelement bereit, das über einen Bereich von Brennweiten 498 bis 495 scharf fokussiert werden kann, wodurch die gesamte Schärfe und der Kontrast eines Bilds, das von einer Linse 484 mit Brennweitenschwankungen erzeugt wird, verbessert werden.
21 ist eine Draufsicht, die die Anwendung des vorliegenden Systems in Zahlungsmitteln und anderen Sicherheitsdokumenten als „gefensterter” Sicherheitsfaden zeigt. 21 zeigt eine gefensterte Fadenstruktur, die ein Systemmaterial 508 umfasst, das zu einem Band, das als „Faden” bezeichnet wird, und typischerweise eine Breite im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm hat, geschnitten ist. Der Faden 508 wird in das faserige Dokumentensubstrat 510 eingefügt und stellt gefensterte Zonen 514 bereit. Der Faden 508 kann optional eine pigmentierte, gefärbte, gefüllte oder beschichtete Versiegelungsschicht 516, um den Bildkontrast zu verbessern und/oder um zusätzliche Sicherheits- und Authentifizierungsmerkmale bereitzustellen, wie etwa eine elektrische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften, eine Möglichkeit zur Detektion und Authentifizierung durch Kernspinresonanz, oder um das Material vor einer Betrachtung im reflektierten Licht zu verstecken, wenn es von der Rückseite des Substrats (der Seite, die der Seite, die die synthetischen Bilder von Unison zeigt, gegenüberliegt) aus betrachtet wird, sowie eine Klebstoffschicht 517, um die Verbindung zwischen dem Faden 508 und dem faserigen Substrat 510 zu verstärken, enthalten. Der Faden 508 wird in einer solchen Orientierung gehalten, dass sich die Linsen obenauf befinden, so dass die Bildeffekte in den gefensterten Zonen 514 sichtbar sind. Sowohl das faserige Substrat 510 als auch der Faden können mit Druckelementen 518 überdruckt sein und das faserige Substrat kann auf seiner gegenüberliegenden Seite bedruckt sein.
21 veranschaulicht, dass der Faden 508 und seine Bildeffekte 522 nur von der oberen Fläche 521 des Substrats 510 in den gefensterten Zonen 514 sichtbar sind. Der Faden 508 ist in den inneren Zonen 512 von dem faserigen Substratmaterial bedeckt und die Bildeffekte 522 sind in diesen Zonen nicht sichtbar. OPM-Effekte sind besonders dramatisch, wenn sie in dem Faden 508 verwendet werden (siehe 22). Wenn das faserige Substrat 510 in verschiedenen Richtungen gekippt wird, kann dafür gesorgt werden, dass das OPM-Bild über die Breite 524 des Fadens hinweg abgetastet wird, wodurch ein verblüffender und dramatischer optischer Effekt erzeugt wird. Dieses Abtastmerkmal eines OPM-Bilds macht es möglich, ein Bild 522 darzustellen, das größer als die Breite des Fadens 508 ist. Der Benutzer, der ein Dokument, das einen gefensterten Faden 508 enthält, untersucht, kann dann das Dokument kippen, um das gesamte Bild über den Faden hinweg abzutasten, wobei es wie ein Marquee-Sign abrollt. Die Effekte der Ausführungsformen Deep, Float und Levitate können auch vorteilhaft in einem gefensterten Fadenformat verwendet werden.
Der Faden 508 kann während der Herstellung mit Hilfe von Techniken, die in der Papierherstellungsindustrie allgemein verwendet werden, zumindest teilweise in Sicherheitspapiere eingefügt werden. Beispielsweise kann der Faden 508 in nasses Papier gepresst werden, solange die Fasern unverbunden und biegsam sind, wie im US-Patent 4,534,398 gelehrt, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Der gefensterte Faden des vorliegenden Systems ist besonders gut für eine Anwendung in Zahlungsmitteln geeignet. Eine typische Gesamtdicke des Fadenmaterials befindet sich im Bereich von 22 μ bis 34 μ, während sich die Gesamtdicke von Währungspapier in einem Bereich bis hinauf zu 88 μ befinden kann. Es ist möglich, einen gefensterten Sicherheitsfaden gemäß dem vorliegenden System in Währungspapier einzufügen, ohne die Gesamtdicke des Papiers wesentlich zu verändern, indem die Dicke des Papiers lokal um einen Betrag verringert wird, der der Dicke des Fadens entspricht.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Faden 508:

(a) einen oder mehrere optische Abstandhalter;
(b) ein oder mehrere optional periodische ebene Anordnungen von Mikrobildern oder Symbolen, die in, auf oder bei einem optischen Abstandhalter angeordnet sind; und
(c) eine oder mehrere optional periodische ebene Anordnungen von nichtzylindrischen Mikrolinsen, die auf oder bei einem optischen Abstandhalter oder einer ebenen Symbolanordnung positioniert sind, wobei jede Mikrolinse einen Grundflächendurchmesser von weniger als 50 Mikrometer aufweist.

In einer andere Ausführungsform bilden die Mikrobilder oder Symbole gefüllte Leerräume oder Vertiefungen, die auf einer Oberfläche von einem oder mehreren optischen Abstandhaltern gebildet sind, wobei die nicht zylindrischen Mikrolinsen asphärische Mikrolinsen sind, und jede asphärische Mikrolinse einen Grundflächendurchmesser im Bereich von ungefähr 15 bis ungefähr 35 Mikrometer aufweist. Mindestens eine pigmentierte Versiegelungs- oder Verdunklungsschicht 516 kann auf der (den) flachen Anordnung(en) von Mikrobildern oder Symbolen angeordnet sein, um den Kontrast und somit die sichtbare Schärfe der Symbole zu erhöhen, und auch, um die Anwesenheit des Fadens 508 zu verschleiern, wenn der Faden zumindest teilweise in ein Sicherheitsdokument eingebettet ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Faden 508:

(a) einen optischen Abstandhalter, der einander gegenüberliegende obere und untere ebene Oberflächen umfasst;
(b) eine periodische Anordnung von Mikrobildern oder Symbolen, die gefüllte Vertiefungen umfasst, die auf der unteren ebenen Oberfläche des optischen Abstandhalters gebildet sind;
(c) eine periodische Anordnung nicht zylindrischer, ein flaches Bildfeld aufweisender, asphärischer oder eine polygonale Grundfläche aufweisender mehrzoniger Mikrolinsen, die auf der oberen ebenen Oberfläche des optischen Abstandhalters angeordnet sind, wobei jede Mikrolinse einen Grundflächendurchmesser im Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 30 Mikrometer aufweist; und
(d) eine pigmentierte Versiegelungs- oder Verdunklungsschicht 516, die auf der Symbolanordnung angeordnet ist.

Der (die) optische(n) Abstandhalter kann (können) unter Verwendung von einem oder mehreren im Wesentlichen farblosen Polymeren, die Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyethylen-Terephthalat, Polyvinylidenchlorid und dergleichen umfassen können, aber nicht darauf beschränkt sind, gebildet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird (werden) der (die) optische(n) Abstandhalter unter Verwendung von Polyester oder Polyethylen-Terephthalat gebildet und weist (weisen) eine Dicke im Bereich von ungefähr 8 bis ungefähr 25 Mikrometer auf.
Die Symbol- und Mikrolinsenanordnungen können unter Verwendung eines im Wesentlichen durchsichtigen oder klaren durch Strahlung aushärtbaren Materials, das Acryle, Polyester, Epoxide, Urethane und dergleichen enthalten kann, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, gebildet werden. Vorzugsweise werden die Anordnungen unter Verwendung von acryliertem Urethan gebildet, das von Lord Chemicals unter der Produktbezeichnung U107 erhältlich ist.
Die Symbolvertiefungen, die auf der unteren ebenen Oberfläche des optischen Abstandhalters gebildet sind, haben jeweils Abmessungen von ungefähr 0,5 bis 8 Mikrometer in der Tiefe und typischerweise 30 Mikrometer in der Breite der Mikrobilder oder Symbole. Die Vertiefungen können mit jedem geeigneten Material, wie etwa pigmentierten Kunstharzen, Tinten, Farbstoffen, Metallen oder magnetischen Materialien gefüllt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Vertiefungen mit einem pigmentierten Kunstharz, das ein Submikrometerpigment enthält, das von der Sun Chemical Corporation unter der Produktbezeichnung Spectra Pac erhältlich ist, gefüllt.
Die pigmentierte Versiegelungs- oder Verdunklungsschicht 516 kann unter Verwendung von einer oder mehreren aus einer Vielzahl lichtundurchlässig machender Beschichtungen oder Tinten gebildet werden, die pigmentierte Beschichtungen umfassen, die ein Pigment enthalten, wie etwa Titandioxid, das in einem Bindemittel oder Träger aus einem aushärtbaren Polymermaterial dispergiert ist, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Vorzugsweise ist die Versiegelungs- oder Abdeckschicht 516 unter Verwendung von durch Strahlung aushärtbaren Polymeren gebildet und weist eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 3 Mikrometer auf.
Der Faden 508, der oben beschrieben ist, kann gemäß dem folgenden Verfahren angefertigt werden:

(a) Auftragen eines im Wesentlichen durchsichtigen oder klaren, durch Strahlung aushärtbaren Kunstharzes auf die obere und die untere Oberfläche des optischen Abstandhalters;
(b) Bilden einer Mikrolinsenanordnung auf der oberen Oberfläche und einer Symbolanordnung in Form von Vertiefungen auf der unteren Oberfläche des optischen Abstandhalters;
(c) Aushärten des im Wesentlichen durchsichtigen oder klaren Kunstharzes unter Verwendung einer Strahlungsquelle;
(d) Füllen der Vertiefungen der Symbolanordnung mit einem pigmentierten Kunstharz oder einer Tinte;
(e) Entfernen von überschüssigem Kunstharz oder überschüssiger Tinte von der unteren Oberfläche des optischen Abstandhalters; und
(f) Auftragen einer pigmentierten Versiegelungs- oder Verdunklungs-Beschichtung oder- Schicht auf der unteren Oberfläche des optischen Abstandhalters.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, dass Sicherheitsfäden, die in Zahlungsmitteln oder in anderen Finanz- und Identifikationsdokumenten von hohem Wert verwendet werden, mit Hilfe von berührungslosen Hochgeschwindigkeitssensoren detektiert und authentifiziert werden können, etwa durch Kapazitätssensoren, Magnetfeldsensoren, optischen Sensoren für Durchlässigkeit und Undurchlässigkeit, sowie durch Fluoreszenz und/oder Kernspinresonanz.
Das Einbringen fluoreszierender Materialien in die Linse, das Substrat, die Symbolmatrix oder die Symbolfüllelemente eines Unison-Films kann eine verdeckte oder kriminalistische Authentifizierung des Unison-Materials durch eine Beobachtung der Anwesenheit und spektralen Charakteristiken der Fluoreszenz ermöglichen. Ein fluoreszierender Unison-Film kann so ausgestaltet sein, dass seine Fluoreszenzeigenschaften von beiden Seiten des Materials oder nur von einer Seite des Materials aus sichtbar sind. Ohne eine optische Isolierschicht in dem Material unterhalb der Symbolschicht ist die Fluoreszenz jedes Teils eines Unison-Materials von jeder seiner Seiten aus sichtbar. Das Einfügen einer optischen Isolierschicht ermöglicht es, die Sichtbarkeit der Fluoreszenz von seinen beiden Seiten zu trennen. Somit kann ein Unison-Material, das unterhalb der Symbolebene eine optische Isolierschicht enthält, dafür ausgestaltet sein, eine Anzahl verschiedener Arten von Fluoreszenz zu zeigen: eine fluoreszierte Farbe A, die von der Linsenseite aus sichtbar ist, keine Fluoreszenz, die von der Seite der optischen Isolierschicht aus sichtbar ist, eine fluoreszierende Farbe A oder B, die von der Seite der optischen Isolierschicht aus, aber nicht von der Linsenseite aus sichtbar ist, und eine fluoreszierende Farbe A, die von der Linsenseite aus sichtbar ist und eine fluoreszierende Farbe A oder B, die von der Seite der optischen Isolierschicht aus sichtbar ist. Die Einzigartigkeit, die durch die Vielzahl möglicher fluoreszierender Signaturen bereitgestellt wird, kann verwendet werden, um die Sicherheit des Unison-Materials weiter zu vergrößern. Die optische Isolierschicht kann eine Schicht aus einem pigmentierten oder gefärbten Material, eine Metallschicht oder eine Kombination aus pigmentierten Schichten und Metallschichten sein, die die Fluoreszenzemission von einer Seite des Materials absorbiert oder reflektiert und verhindert, dass sie von der anderen Seite aus sichtbar ist.
Symbole, die aus geformten Leerräumen gebildet sind und deren Umkehrung, nämlich Symbole, die aus geformten Vorsprüngen gebildet sind, ermöglichen besonders gut, zu einem Sicherheitsfaden aus einem Unison-Material für Zahlungsmittel und andere Dokumente von hohem Wert maschinenlesbare Authentifizierungsmerkmale hinzuzufügen. Die Symbolmatrix, die Symbolfüllung, und eine beliebige Anzahl von Rückseitenbeschichtungen (Versiegelungsbeschichtungen) können alle, getrennt und/oder in allen Kombinationen, nicht fluoreszierende Pigmente, nicht fluoreszierende Farbstoffe, fluoreszierende Pigmente, fluoreszierende Farbstoffe, Metallpartikel, Magnetpartikel, Materialien mit einer Kernspinresonanzsignatur, Laserteilchen, organische LED-Materialien, optisch veränderliche Materialien, aufgedampftes Metall, Dünnschichtinterferenzmaterialien, Flüssigkristallpolymere, Materialien mit optischer Frequenzvergrößerung oder Frequenzverkleinerung, dichroische Materialien, optisch aktive Materialien (welche die Fähigkeit zur optischen Drehung besitzen), optisch polarisierende Materialien und andere artverwandte Materialien enthalten.
Unter manchen Umständen, etwa, wenn eine dunkle oder farbige Beschichtung (etwa ein magnetisches Material oder eine leitfähige Schicht) zu einem Unison-Material hinzugefügt wurde, oder wenn die Farbe der Symbolebene störend ist, wenn sie durch die Rückseite eines Substrats hindurch gesehen wird, kann es wünschenswert sein, die Sichtbarkeit eines eingebetteten, teilweise eingebetteten oder gefensterten Sicherheitsfadens aus einem Unison-Material von einer Seite eines Papiersubstrats bei Betrachtung im reflektierten Licht zu maskieren oder zu verstecken, während der Faden von der gegenüberliegenden Seite des Substrats aus sichtbar ist. Andere Arten von Sicherheitsfäden für Zahlungsmittel umfassen gewöhnlich eine Metallschicht, typischerweise Aluminium, um Licht zu reflektieren, das durch das Oberflächensubstrat gefiltert wird, wodurch eine Helligkeit ähnlich der des umgebenden Substrats bereitgestellt wird. Aluminium oder ein anderes farbneutrales reflektierendes Material kann auf eine ähnliche Art und Weise verwendet werden, um das Aussehen eines Unison-Fadens von der Rückseite eines Papiersubstrats aus zu maskieren, indem die Metallschicht auf der Rückseite des Unison-Materials angebracht wird und anschließend optional an Ort und Stelle versiegelt wird. Für den gleichen Zweck, nämlich zum Verstecken oder Verschleiern der Sichtbarkeit des Sicherheitsfadens von der „Rückseite” des Dokuments kann anstelle einer metallisierten Schicht oder in Verbindung mit dieser eine pigmentierte Schicht verwendet werden. Die pigmentierte Schicht kann eine beliebige Farbe, einschließlich Weiß, haben, aber die wirksamste Farbe ist eine, die zu der Farbe und Intensität des Lichts, das innerhalb und außerhalb des faserigen Substrats intern gestreut wird, passt.
Die Hinzufügung einer metallisierten Schicht zu einem Unison-Material kann auf eine Anzahl von Arten erreicht werden, einschließlich einer direkten Metallisierung der Symbol- oder Versiegelungsschicht des Unison-Materials durch Aufdampfen, Sputtern, chemische Abscheidung oder andere geeignete Mittel, oder durch eine Laminierung der Symbol- oder Versiegelungsschicht des Unison-Materials auf die metallisierte Oberfläche eines zweiten Polymerfilms. Es ist allgemein üblich, Sicherheitsfäden für Zahlungsmittel durch Metallisieren eines Films zu erzeugen, diesen Film in einem Muster zu entmetallisieren, um schmale „Bänder” aus metallisierten Flächen übrig zu lassen, die metallisierte Oberfläche mit einem zweiten Polymerfilm zu laminieren und dann das laminierte Material in Streifen zu schneiden, so dass die Metallbänder durch den Laminierklebstoff von den Rändern der in Streifen geschnittenen Fäden getrennt sind, wodurch das Metall an den Rändern des Fadens vor chemischen Angriffen geschützt wird. Dieses Verfahren kann auch im Fall der vorliegenden Erfindung angewendet werden: das Unison-Material kann einfach den zweite Laminatfilm ersetzen. Somit kann ein Unison-Material durch die Hinzufügung gemusterter oder ungemusterter metallisierter Schichten erweitert werden.
Synthetische Bilder können als binäre Muster ausgestaltet sein, in denen eine Farbe (oder die Abwesenheit von Farbe) die Symbole definiert und eine andere Farbe (oder die Abwesenheit von Farbe) den Hintergrund definiert; in diesem Fall umfasst jede Symbolzone ein vollständiges Bild mit einem einzigen Tonwert, in dem Bild-„Pixel” verwendet werden, die entweder vollständig ein oder vollständig aus sind. Anspruchsvollere synthetische Bilder können erzeugt werden, indem Tonwertvariationen der gewählten Symbolfarbe bereitgestellt werden. Die Tonwertvariationen des synthetischen Bilds können erzeugt werden, indem die Dichte der Farbe in jedem Symbolbild gesteuert wird, oder indem das synthetische Bild durch Aufnehmen oder Ausschließen von Gestaltungselementen in ausgewählten Gruppen von Symbolen effektiv gerastert wird.
Das erste Verfahren, also die Steuerung der Dichte der Farbe in jedem Symbolbild, kann durchgeführt werden, indem die optische Dichte des Materials, das das mikrogedruckte Symbolbild erzeugt, gesteuert wird. Ein bequemes Verfahren für diesen Zweck verwendet die Ausführungsform mit Symbolen aus gefüllten Leerräumen, die bereits oben beschrieben wurde.
Das zweite Verfahren, die „Rasterung” des synthetischen Bilds durch Aufnehmen oder Ausschließen von Gestaltungselementen in ausgewählten Symbolgruppen, das in 23 veranschaulicht ist, wird erreicht, indem Bildgestaltungselemente in einen Anteil der Sym bolzonen, der gleich der gewünschten Farbdichte ist, aufgenommen werden. 23 veranschaulicht dies in einem Beispiel, in dem für die Symbolzonen 570 ein sechseckiges Wiederholungsmuster verwendet wird, das mit einem ähnlichen sechseckigen Wiederholungsmuster von Linsen abgestimmt würde. Nicht alle Symbolzonen 570 enthalten identische Information. Alle Symbolbildelemente 572, 574, 576 und 578 sind mit im Wesentlichen der gleichen Farbdichte vorhanden. In manchen der Symbolzonen sind die Symbolbildelemente 572 und 574 vorhanden und in anderen Symbolzonen sind andere Symbolbildelemente vorhanden. Manche Symbolzonen enthalten nur das Symbolbildelement 570. Insbesondere ist das Symbolbildelement 572 in der Hälfte der Symbolzonen vorhanden, das Symbolbildelement 574 ist in drei Viertel der Symbolzonen vorhanden und das Symbolbildelement 576 ist in einem Drittel der Symbolzonen vorhanden. Die Information, die in jeder der Symbolzonen vorhanden ist, bestimmt, ob die ihr zugeordnete Linse aus einer bestimmten Betrachtungsrichtung die Farbe des Symbolbildmusters oder die Farbe des Symbolbildhintergrunds zeigt. In allen Linsen, die diesem Symbolmuster zugeordnet sind, ist entweder das Bildelement 572 oder das Bildelement 578 sichtbar, aber der Raum des Symbolbildelements 572 im synthetischen Bild 580 überlappt sich mit dem Raum des Symbolbildelements 578 im synthetischen Bild. Das bedeutet, dass der Überlappungsbereich 582 der synthetischen Bilder der Symbole 572 und 578 mit 100% Farbdichte erscheint, da in diesem Bereich jede Linse die Symbolbildfarbe projiziert. Der nicht überlappende Teil dieser beiden synthetischen Bilder, 588, ist nur in 50% der Linsen sichtbar, so dass er mit 50% Farbdichte erscheint. Das synthetische Bild 586 des Symbolelements 576 ist nur in einem Drittel der Linsen sichtbar, so dass es mit 33,3 ... % Dichte erscheint. Das synthetische Bild 584 des Symbolbildelements 576 erscheint entsprechend mit 75% Farbdichte. Es ist im Rahmen dieser Lehre klar, dass man durch selektives Weglassen von Symbolbildelementen in ausgewählten Prozentsätzen der Symbolzonen einen enormen Bereich von Tonwertvariationen im synthetischen Bild erreichen kann. Für größte Wirksamkeit sollte die Verteilung der Symbolbildelemente über die Symbolbildzonen relativ gleichmäßig sein.
Ein verwandtes Symbolbildgestaltungsverfahren, das in 24a dargestellt ist, kann verwendet werden, um kombinierte synthetische Bildelemente zu erzeugen, deren Abmessungen kleiner als das kleinste Strukturelement der einzelnen synthetischen Bildelemente sind. Dies ist in der häufigen Situation, dass die kleinste Strukturgröße eines Symbolbilds größer als die Platzierungsgenauigkeit des Strukturelements ist, möglich. Somit kann ein Symbolbild kleinste Strukturelemente mit einer Abmessung in der Größenordnung von zwei Mikrometer aufweisen, aber diese Strukturelemente können genau auf jeden Punkt eines Gitters mit einem Abstand von 0,25 Mikrometern platziert werden. In diesem Fall ist das kleinste Strukturelement des Symbolbilds achtmal größer als die Platzierungsgenauigkeit des Strukturelements. Wie in der vorhergehenden Zeichnung wird dieses Verfahren unter der Verwendung eines Sechseck-Symbolmusters 594 dargestellt, aber es kann genauso gut bei jeder anderen verwendbaren Symmetrie des Musters angewendet werden. Ähnlich wie das Verfahren gemäß 23 verlässt sich dieses Verfahren auf die Verwendung einer anderen Information in mindestens einer Symbolzone. Im Beispiel von 24a sind zwei unterschiedliche Symbolmuster, 596 und 598 jeweils in der Hälfte der Symbolzonen vorhanden (der Übersichtlichkeit halber ist in dieser Figur nur eines von jedem dieser Muster gezeigt). Diese Symbolbilder erzeugen ein zusammengesetztes synthetisches Bild 600, das ein synthetisches Bild 602 enthält, das von den Symbolbildelementen 596 erzeugt wird, und ein synthetisches Bild 604, das von den Symbolbildelementen 598 erzeugt wird. Die beiden synthetischen Bilder 602 und 604 sind so ausgestaltet, dass sie überlappende Flächen 606 und 608 aufweisen, die 100% Farbdichte zu haben scheinen, während die nicht überlappenden Flächen 605 50% Farbdichte zu haben scheinen. Die minimale Abmessung der sich überlappenden Flächen in dem zusammengesetzten synthetischen Bild kann so klein sein wie die mit der synthetischen Vergrößerung skalierte Platzierungsgenauigkeit der Symbolbildelemente und kann somit kleiner als die minimale Strukturgröße der beiden einen Bestandteil bildenden synthetischen Bilder, die dafür ausgestaltet sind, sich in einem kleinen Bereich zu überlappen. Im Beispiel der 23 werden sich die überlappenden Bereiche dazu verwendet, die Ziffern für die Zahl „10” mit schmäleren Linien zu erzeugen, als es sonst möglich wäre.
Dieses Verfahren kann auch dazu verwendet werden, schmale Lückenmuster zwischen Symbolbildelementen zu erzeugen, wie in 24b gezeigt. Die sechseckigen Symbolzonen 609 könnten auch quadratisch sein oder eine andere geeignete Form zur Erzeugung einer raumfüllenden Anordnung haben, aber eine sechseckige Form ist bevorzugt. In diesem Beispiel die Hälfte der Symbolmuster das Symbolbild 610 und die Hälfte von ihnen sind das Symbolbild 611. Idealerweise wären diese beiden Muster unter den Symbolzonen relativ gleichmäßig verteilt. Alle Elemente dieser Muster sind mit im Wesentlichen gleicher und einer gleichmäßigen Farbdichte dargestellt. Für sich legen diese beiden Muster die Form des endgültigen Bilds nicht klar nahe, und dies kann als Sicherheitselement verwendet werden – das Bild ist nicht offensichtlich, bis es durch die darüber liegende Linsenanordnung gebildet wird. Ein Beispiel des synthetischen Bilds 612, das durch die Kombination des synthetischen Bilds der Symbolelemente 610 mit dem synthetischen Bild der Symbol elemente 611 gebildet wird, ist gezeigt, wobei die Lücken, die zwischen den separaten synthetischen Bildern verbleiben, die Zahl „10” bilden. In diesem Fall werden zwei synthetische Bilder kombiniert, um das endgültige synthetische Bild zu bilden, so dass die gefärbten Teile dieses Bilds 613 50% Farbdichte zeigen. Dieses Verfahren ist nicht auf die Details des Beispiels beschränkt. Anstelle von zwei hätten drei Symbole verwendet werden können, die Lücken, die in dem zusammengesetzten synthetischen Bild das gewünschte Element definieren, können variable Breiten und eine unbegrenzte Formenvielfalt haben, und dieses Verfahren kann mit jedem der Verfahren der 23, 24a, b oder 25 oder mit einem anderen Symbolbildgestaltungsverfahren, das wir gelehrt haben, kombiniert werden.
In die Symbolbilder kann verdeckte, versteckte Information aufgenommen werden, die in den erhaltenen synthetischen Bildern nicht sichtbar ist. Das Vorhandensein solcher verdeckter Information, die in den Symbolbildern versteckt ist, kann beispielsweise zur verdeckten Authentifizierung eines Objekts verwendet werden. Zwei Verfahren, um dies zu erreichen, sind in 25 veranschaulicht. Das erste Verfahren wird durch die Verwendung von zueinander passenden Symbolbildern 616 und 618 dargestellt. Das Symbolbild 616 zeigt ein Muster mit gefüllter Umrandung und die Zahl „42”, die innerhalb der Umrandung vorhanden ist. Das Symbolbild 618 zeigt eine gefüllte Form mit der Zahl „42” als grafischem Loch in dieser Form. In diesem Beispiel sind die Formen des Rands der Symbolbilder 616 und 618 im Wesentlichen identisch und ihre Relativposition in den jeweiligen Symbolzonen 634 und 636 sind ebenfalls im Wesentlichen identisch. Wenn aus diesen Symbolbildern ein zusammengesetztes synthetisches Bild 620 erzeugt wird, zeigt die Umrandung des zusammengesetzten synthetischen Bilds 622 100% Farbdichte, da alle Symbolbilder in der entsprechenden Fläche ein Muster aufweisen, so dass eine vollständige Überlappung der synthetischen Bilder, die aus den Symbolbildern 616 und 618 erzeugt werden, vorliegt. Die Farbdichte des Inneren 624 des zusammengesetzten synthetischen Bilds 620 ist 50%, da das Bild des Raums, der die „42” umgibt, von den Symbolbildern 618 kommt, die nur die Hälfte der Symbolzonen füllen und das Bild der gefärbten „42” von den Symbolbildern 616 kommt, die ebenfalls die Hälfte der Symbolzonen füllen. Folglich gibt es keinen Tonwertunterschied zwischen der „42” und ihrem Hintergrund, so dass das beobachtete zusammengesetzte synthetische Bild 626 ein Bild mit einer Umrandung 628 mit 100% Farbdichte und einem Inneren 630 mit 50% Farbdichte zeigt. Die „42”, die in allen Symbolbildern 616 und 618 verdeckt vorhanden ist, wird dadurch „neutralisiert” und ist in dem beobachteten zusammengesetzten synthetischen Bild 626 nicht sichtbar.
Ein weiteres Verfahren zum Einfügen verdeckter Information in Symbolbilder wird durch die Dreiecke 632 in 25 dargestellt. Die Dreiecke 632 können innerhalb der Symbolzonen zufällig angeordnet sein (in dieser Figur nicht gezeigt) oder sie können in einer Anordnung oder einem anderen Muster, das der Periode der Symbolzonen 634, 632 im Wesentlichen nicht entspricht, angeordnet sein. Aus der Vielzahl regelmäßig angeordneter Symbolbilder, die durch die entsprechende regelmäßige Anordnung von Mikrolinsen abgebildet werden, werden synthetische Bilder erzeugt. Muster in der Symbolebene, die nicht im Wesentlichen der Periode der Mikrolinsenanordnung entsprechen, bilden keine vollständigen synthetischen Bilder. Das Muster der Dreiecke 632 erzeugt somit kein zusammenhängendes synthetisches Bild und ist im beobachteten synthetischen Bild 626 nicht sichtbar. Dieses Verfahren ist nicht auf einfache geometrische Gestaltungen, wie etwa Dreiecke 632 beschränkt: andere verdeckte Informationen, wie etwa alphanumerische Informationen, Barcodes, Datenbits und großräumige Muster, können mit diesem Verfahren in die Symbolebene eingefügt werden.
26 veranschaulicht einen allgemeinen Ansatz zum Erzeugen vollständig dreidimensionaler zusammenhängender Bilder in einem Unison-Material (Unison-3D). Eine einzelne Symbolzone 640 enthält ein Symbolbild 642, das eine im Maßstab verzerrte Ansicht eines Objekts repräsentiert, das in 3D dargestellt werden soll, so wie es von dem Blickpunkt dieser Symbolzone 640 sichtbar ist. In diesem Fall ist das Symbolbild 642 so gestaltet, dass es ein synthetisches Bild 670 eines hohlen Würfels 674 bildet. Das Symbolbild 642 weist einen Vordergrundrahmen 644 auf, der die nächstliegende Seite 674 des hohlen Würfels 642 darstellt, abgeschrägte Lückenmuster 646, die die Ecken 675 des hohlen Würfels 642 darstellen und einen Hintergrundrahmen 648, der die am weitesten entfernte Seite 678 des hohlen Würfels 642 darstellt. Es ist erkennbar, dass die relativen Proportionen des Vordergrundrahmens 644 und des Hintergrundrahmens 648 im Symbolbild 642 nicht den Proportionen der nächstliegenden Seite 674 und der am weitesten entfernten Seite 678 des Hohlwürfels 672 im synthetischen Bild entsprechen. Der Grund für diesen Maßstabsunterschied ist, dass Bilder, die weiter von der Ebene des Unison-Materials entfernt erscheinen sollen, eine stärkere Vergrößerung erfahren, so dass ihre Größe in der Symbolebene verringert werden muss, um bei einer Vergrößerung zum Bilden des synthetischen Bilds 672 die richtige Größe bereitzustellen.
An einer anderen Position auf dem Unison 3D-Material finden wir eine Symbolzone 650, die ein anderes Symbolbild 652 enthält. Wie das Symbolbild 642 stellt das Symbolbild 652 eine im Maßstab verzerrte Ansicht des synthetischen Bilds 672 dar, so wie es von dem anderen Blickpunkt dieser Symbolzone 650 aus gesehen werden kann. Die relative Skalierung des Vordergrundrahmens 654 und des Hintergrundrahmens 658 sind ähnlich denen der entsprechenden Elemente im Symbolbild 642 (obwohl dies nicht im Allgemeinen gilt), aber die Position des Hintergrundrahmens 658 hat sich verschoben, zusammen mit der Größe und Orientierung der Eckenmuster 656. Die Symbolzone 660 ist in einem größeren Abstand davon entfernt auf dem Unison-3D-Material angeordnet und zeigt noch ein weiteres im Maßstab verzerrtes Symbolbild 662, das ein Symbolbild 662 mit einem Vordergrundrahmen 664, abgeschrägten Lückenmustern 667 und einem Hintergrundrahmen 668 enthält.
Im Allgemeinen unterscheidet sich das Symbolbild in jeder Symbolzone in einem Unison-3D-Material leicht von seinen naheliegenden Nachbarn und kann sich erheblich von seinen weiter entfernten Nachbarn unterscheiden. Es ist ersichtlich, dass das Symbolbild 652 ein Übergangsstadium zwischen den Symbolbildern 642 und 662 darstellt. Im Allgemeinen kann jedes Symbolbild in einem Unison-3D-Material einzigartig sein, aber jedes stellt ein Übergangsstadium zwischen den Symbolbildern auf seinen beiden Seiten dar.
Das synthetische Bild 670 wird aus einer Vielzahl von Symbolbildern, wie den Symbolbildern 640, 650 und 660, so wie sie durch eine zugeordnete Linsenanordnung synthetisch abgebildet werden, gebildet. Das synthetische Bild des hohlen Würfels 674 zeigt die Effekte der unterschiedlichen synthetischen Vergrößerungsfaktoren, die sich aus den effektiven Wiederholungsperioden der diversen Elemente in den jeweiligen Symbolbildern ergeben. Nehmen wir an, dass beabsichtigt ist, dass das Hohlwürfelbild 674 als SuperDeep-Bild betrachtet werden soll. Es ist ersichtlich dass, wenn in diesem Fall die Symbolzone 640 in einem gewissen Abstand zur unteren Linken der Symbolzone 650 angeordnet wäre und die Symbolzone 660 in einem gewissen Abstand zur oberen Rechten der Symbolzone 650 angeordnet wäre, die effektive Periode der Vordergrundrahmen 644, 654 und 664 kleiner als die der Hintergrundrahmen 648, 658 und 668 wäre, was dazu führte, dass die nächstliegende Fläche 676 des Würfels (die den Vordergrundrahmen 644, 654 und 664 entspricht) näher an der Ebene des Unison-Materials läge und die am weitesten entfernte Fläche 678 des Würfels tiefer und weiter von der Ebene des Unison-Materials entfernt läge, und um einen größeren Faktor vergrößert würde. Die Eckelemente 646, 656 und 667 sind sowohl mit den Vordergrundelementen als auch mit den Hintergrundelementen abgestimmt, um den Effekt einer sich zwischen diesen kontinuierlich verändernden Tiefe zu erzeugen.
Das Verfahren zum Entwerfen von Symbolbildern für Unison-3D ist in 27 vollständiger beschrieben. Diese Figur stellt das Verfahren für einen einzelnen Bildprojektor 680 gesondert dar. Wie zuvor beschrieben, umfasst ein einzelner Bildprojektor eine Linse, einen optischen Abstandhalter und ein Symbolbild; wobei das Symbolbild Abmessungen hat, die im Wesentlichen gleich der Wiederholungsperiode der Linsen sind (wobei kleine Maßstabsunterschiede, die die optischen Effekte von Unison erzeugen, zulässig sind). Das Gesichtsfeld der Linse und das ihr zugeordnete Symbol ist als Kegel 682 dargestellt: dies entspricht auch einer Umkehrung des Fokuskegels der Linse, so dass die Proportionen des Gesichtsfeldkegels 682 durch die F-Zahl der Linse bestimmt sind. Obwohl die Figuren diesen Kegel mit einer kreisförmigen Grundfläche darstellen, hat die Grundfläche in Wirklichkeit die gleiche Form wie eine Symbolzone, etwa die eines Sechsecks.
In diesem Beispiel möchten wir ein synthetisches Unison-3D-Bild erzeugen, das drei Kopien des Worts „UNISON”, 686, 690 und 694, enthält, und zwar mit der gleichen sichtbaren Größe in drei verschiedenen SuperDeep-Bildebenen 684, 690 und 692. Der Durchmesser der Bildebenen 684, 688 und 692 dehnt sich mit dem Gesichtsfeldkegel aus: in anderen Worten nimmt die Fläche, die von dem Gesichtsfeldkegel bedeckt wird, zu, wenn die Tiefe des Bildes zunimmt. Somit enthält das Gesichtsfeld an der am wenigstens tiefen Tiefenebene nur Teile des „NIS” im Wort „UNISON”, während die mittlere Tiefenebene 688 das gesamte „NIS” und Teile des „U” und des „O” enthält und die tiefste Tiefenebene 692 beinahe das gesamte „UNISON” enthält und nur ein Teil des „N” am Ende fehlt.
Die Information, die durch jede dieser synthetischen Bildebenen 684, 688 und 692 gezeigt wird (die UNISONSs 686, 690 und 694) muss letzten Endes in ein einziges Symbolbild im Bildprojektor 680 eingefügt werden. Dies wird erreicht, indem die Information im Gesichtsfeldkegel 686 in jeder Tiefenebene 684, 688 und 692 festgehalten und anschließend die sich dabei ergebenden Symbolbildmuster auf die gleichen Dimensionen skaliert werden. Das Symbolbild 696 zeigt das Gesichtsfeld des UNISON-Bilds 686 so, wie es in der Tiefenebene 684 gesehen wird, das Symbolbild 704 zeigt das Gesichtsfeld des UNISON-Bilds 690 so, wie es in der Tiefenebene 688 gesehen wird und das Symbolbild 716 zeigt das Gesichtsfeld des UNISON-Bilds 694 so, wie es in der Tiefenebene 692 gesehen wird.
Im Symbolbild 696 stammen Symbolbildelemente 698 von einem Teil des ersten „N” im UNISON-Bild 686, das Symbolelement 700 stammt von einem Teil des „I” im UNISON-Bild 686 und die Symbolbildelemente 702 stammen von Teilen des „S” im UNISON-Bild 686. Im Symbolbild 704 stammt das Symbolbildelement 706 von einem Teil des „U” im UNISON- Bild 690, stammt das Symbolbildelement 708 vom ersten „N” im UNISON-Bild 690, stammt das Symbolbildelement 710 vom „S” im UNISON-Bild 690 und stammt das Symbolbildelement 714 von einem Teil des „O” im UNISON-Bild 690. Beachte, dass im Symbolbild 704 für die mittlere Tiefenebene 688 die Buchstaben von „UNISON” in kleinerem Maßstab darstellt sind als im Symbolbild 696, obwohl die synthetischen Bilder 686, 690 und 694 in ähnlichem Maßstab dargestellt werden. Dadurch wird die stärkere synthetische Vergrößerung, die das Symbolbild 704 erfährt (wenn es synthetisch mit einer Vielzahl umgebender Symbolbilder für die gleiche Tiefenebene kombiniert wird) berücksichtigt. Entsprechend enthält das Symbolbild 716 Symbolbildelemente 718, die aus dem UNISON-Bild 694 stammen, und die Buchstaben von UNISON, die in diesem Symbolbild enthalten sind, weisen einen noch weiter verringerten Maßstab auf.
Das endgültige Symbolbild für diesen Bildprojektor wird durch Kombinieren dieser drei Symbolbilder 696, 704 und 716 in ein einziges Symbolbild 730 erzeugt, das in 28 gezeigt ist. Die kombinierten Symbolelemente 732 enthalten die gesamte grafische Information und Tiefeninformation, die notwendig ist, damit der Bildprojektor 680 seinen Beitrag zu dem synthetischen Bild leisten kann, das von einer Vielzahl von Bildprojektoren erzeugt wird, von denen jeder die spezielle Symbolbildinformation enthält, die sich aus dem Schnitt seines eigenen Gesichtsfeldkegels, der auf dem Bildprojektor zentriert ist, mit den Ebenen und Elementen des zu erzeugenden synthetischen Bilds ergibt. Da jeder Bildprojektor um mindestens eine Linsenwiederholungsperiode gegenüber jedem anderen Bildprojektor verschoben ist, trägt jeder Bildprojektor unterschiedliche Informationen, die sich aus dem Schnitt seines Gesichtsfeldkegels mit dem Raum des synthetischen Bilds ergeben.
Jedes der Symbolbilder, das erforderlich ist, um ein ausgewähltes 3D-Bild darzustellen, kann anhand der Kenntnis des dreidimensionalen digitalen Modells des synthetischen Bilds, der gewünschten Tiefenposition und des Tiefenbereichs, der in dem synthetischen Bild dargestellt werden soll, der Linsenwiederholungsperiode, des Linsengesichtsfelds und der endgültigen grafischen Auflösung der Symbolbilder berechnet werden. Der letztere Faktor legt eine obere Grenze für den Detailgrad fest, der in jeder Tiefenebene dargestellt werden kann. Da Tiefenebenen, die weiter von der Ebene des Unison-Materials entfernt sind, eine größere Informationsmenge tragen (wegen des vergrößerten Gesichtsfelds), hat die grafische Auflösungsgrenze der Symbole auf die Auflösung dieser Tiefenebenen des synthetischen Bilds die größten Auswirkungen.
29 veranschaulicht, wie das Verfahren gemäß 27 auf ein komplexes dreidimensionales synthetisches Bild, etwa ein Bild des unbezahlbaren eiszeitlichen Artefakts aus geschnitztem Mammutelfenbein, der Venus von Brassempouy 742, angewandt werden kann. Der einzelne Bildprojektor 738, der zumindest eine Linse, ein optisches Abstandhalterelement und ein Symbolbild (in dieser Figur nicht gezeigt) enthält, liegt in der Ebene 740 eines Unison-Materials, die den schwebenden synthetischen Bildraum von dem tiefen synthetischen Bildraum trennt. In diesem Beispiel erstreckt sich der synthetische Bildraum so über das Unison-Material, dass ein Teil des Bilds im schwebenden synthetischen Bildraum liegt und ein Teil im tiefen synthetischen Bildraum liegt. Der Bildprojektor 738 hat ein im Wesentlichen kegelförmiges Gesichtsfeld, das sich sowohl in den tiefen synthetischen Bildraum 744 hinein als auch in den schwebenden synthetischen Bildraum 746 hinein erstreckt. Es wird eine gewünschte Anzahl tiefer Bildebenen 748 und 752–762 in demjenigen Abstand ausgewählt, der erforderlich ist, um die gewünschte Auflösung des tiefen synthetischen Bildraums zu erhalten. Entsprechend wird eine gewünschte Anzahl schwebender Bildebenen 750 und 764 bis 774 in demjenigen Abstand ausgewählt, der erforderlich ist, um die gewünschte räumliche Auflösung des schwebenden synthetischen Bildraums zu erhalten. Manche dieser Ebenen, wie etwa die tiefen Ebenen 748 und die schwebenden Ebenen 750 erstrecken sich über das synthetische Bild hinaus und tragen zu der endgültigen Information in dem Symbolbild nicht bei. Der Klarheit halber ist die Anzahl der in 29 gezeigten Bildebenen auf eine kleine Zahl begrenzt, aber die Anzahl von Bildebenen, die tatsächlich gewählt wird, kann groß sein, beispielsweise 50 oder 100 oder mehr Ebenen, damit die gewünschte Tiefenauflösung des synthetischen Bilds erreicht wird.
Das Verfahren der 27 und 28 wird dann angewendet, um durch Bestimmen der Form des Schnitts zwischen der Oberfläche des Objekts 742 und der ausgewählten Tiefenebene 756–774 das Symbolbild in jeder Tiefenebene zu erhalten. Die erhaltenen einzelnen Symbolbilder werden auf die endgültige Größe des kombinierten Symbolbilds skaliert. Alle schwebenden Symbolbilder werden zuerst um 180 Grad gedreht (da sie wiederum diese Drehung erfahren, wenn sie projiziert werden, und dadurch im synthetischen Bild in ihre richtigen Orientierung zurückgebracht werden) und dann mit den tiefen Symbolbildern kombiniert, um das endgültige Symbolbild für diesen Bildprojektor 738 zu bilden. Dieser Prozess wird für jede der Positionen der Bildprojektoren wiederholt, damit man das vollständige Muster von Symbolbildern erhält, das erforderlich ist, um das vollständige synthetische Bild 742 zu bilden.
Die Auflösung des synthetischen Bilds hängt von der Auflösung der optischen Projektoren und der grafischen Auflösung der Symbolbilder ab. Wir haben grafische Auflösungen von Symbolbildern kleiner als 0,1 Mikrometer erhalten, die die theoretische optische Auflösungsgrenze der Vergrößerungsoptik (0,2 Mikrometer) unterschreiten. Ein typisches Symbolbild wird mit einer Auflösung von 0,25 Mikrometer erzeugt.
Unison-Materialien können durch eine Verarbeitung eines Bogens oder einer Bahn unter Verwendung von Werkzeugen, die die Linsen- und Symbolmikrostrukturen separat enthalten, hergestellt werden. Sowohl die Linsenwerkzeuge als auch die Symbolwerkzeuge werden unter Verwendung von Fotomasken- und Fotolackverfahren erzeugt.
Die Linsenwerkzeuge werden zunächst als Masken vom für Halbleiter verwendeten Typ, üblicherweise schwarzes Chrom auf Glas, ausgebildet. Masken mit ausreichender Auflösung können durch fotografische Verkleinerung, Elektronenstrahlschreiben oder Laserstrahlschreiben erzeugt werden. Eine typische Maske für ein Linsenwerkzeug umfasst ein sich wiederholendes Muster lichtundurchlässiger Sechsecke mit einer gewählten Periode von beispielsweise 30 Mikrometer mit durchsichtigen Linien, die die Sechsecke voneinander trennen und weniger als 2 Mikrometer breit sind. Diese Maske wird dann verwendet, um einen Fotolack auf einer Glasplatte unter Verwendung eines üblichen UV-Belichtungssystems für Halbleiter zu belichten. Die Dicke des Fotolacks wird so gewählt, dass man die gewünschte Wölbung der Linse erhält. Beispielsweise wird positiver AZ 4620-Fotolack mit einer Dicke von 5 Mikrometer mit geeigneten Mitteln auf eine Glasplatte beschichtet, beispielsweise durch eine Rotationsbeschichtung, eine Tauchbeschichtung, eine Meniskusbeschichtung oder durch Aufsprühen, um Linsen mit einer nominalen Wiederholung von 30 Mikrometer und einer nominalen Brennweite von 35 Mikrometer zu erzeugen. Der Fotolack wird mit dem Maskenmuster belichtet und auf übliche Art und Weise bis hinunter zum Glas entwickelt, und anschließend 30 Minuten lang bei 100°C getrocknet und entgast. Die Linsen werden durch thermisches Aufschmelzen in Übereinstimmung mit Standardverfahren, die in der Technik bekannt sind, hergestellt. Die erhaltenen Mikrolinsen aus Fotoresist werden mit einem leitfähigen Material, etwa Gold oder Silber, beschichtet und es wird durch Galvanoplastik ein negatives Nickelwerkzeug erzeugt.
Symbolwerkzeuge werden auf ähnliche Art und Weise erzeugt. Ein Symbolmuster wird typischerweise mit Hilfe von CAD-Software entworfen, und dieser Entwurf wird an einen Hersteller von Halbleitermasken übermittelt. Diese Maske wird auf ähnliche Art und Weise wie die Linsenmaske verwendet, abgesehen davon, dass sich die Dicke des zu belichtenden Fotolacks typischerweise im Bereich von 0,5 Mikrometer bis 8 Mikrometer befindet, abhängig von der optischen Dichte des gewünschten synthetischen Bilds. Der Fotolack wird mit dem Maskenmuster belichtet, auf übliche Art und Weise bis hinunter zum Glas entwickelt, mit einem leitfähigen Metall beschichtet und es wird durch Galvanoplastik ein negatives Nickelwerkzeug erzeugt. Entsprechend der Wahl des ursprünglichen Maskenentwurfs und der Wahl des verwendeten Typs Fotolacks (positiv oder negativ) können die Symbole in Form von Leerräumen im Fotolackmuster oder in Form von „Mesas” oder Vorsprüngen im Fotolackmuster oder beidem erzeugt werden.
Unison-Materialien können aus einer Vielzahl von Materialien und mit einer Vielzahl von Verfahren, die in der Technik der Replikation von Mikrooptiken und Mikrostrukturen bekannt sind, einschließlich Extrusionsprägen, Gießen mit Strahlungsaushärtung, Soft Embossing, Spritzgießen, Reaktionsspritzgießen und Reaktionsgießen. Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren besteht darin, die Symbole als Leerräume in einem durch Strahlung ausgehärteten flüssigen Polymer, das gegen einen Basisfilm, etwa einen adhäsionsverbesserten PET-Film mit Stärke 75 gegossen wird, zu bilden, dann die Linsen aus einem durch Strahlung ausgehärteten Polymer auf der gegenüberliegenden Seite des Basisfilms in richtiger Ausrichtung oder Verdrehung relativ zu den Symbolen zu bilden, dann die Symbolleerräume durch tiefdruckähnliches Rakeln gegen die Filmoberfläche mit einem mit Submikronteilchen pigmentierten Färbungsmaterial zu füllen, die Füllung mit geeigneten Mitteln (beispielsweise durch Entfernen eines Lösungsmittels, Ausheilen durch Strahlung oder eine chemische Reaktion) zu verfestigen und schließlich eine optionale Versiegelungsschicht anzubringen, die entweder klar, gefärbt oder pigmentiert sein oder verdeckte Sicherheitsmaterialien enthalten kann.
Die Herstellung des Unison Motion-Materials erfordert, dass das Symbolwerkzeug und das Linsenwerkzeug einen gewählten Grad an versetzter Ausrichtung der Symmetrieachsen der beiden Anordnungen aufweisen. Die versetzte Ausrichtung der Symmetrieachsen des Symbol- und des Linsenmusters steuert die Größe des synthetischen Bilds und die Rotation des synthetischen Bilds in dem hergestellten Material. Es ist oft wünschenswert, dass die synthetischen Bilder im Wesentlichen entweder in Richtung der Bahn oder quer zur Richtung der Bahn ausgerichtet bereitgestellt werden und dass in diesen Fällen der gesamte Winkelversatz der Symbole und der Linsen gleichmäßig zwischen dem Linsenmuster und dem Symbolmuster aufgeteilt wird. Der erforderliche Grad an Winkelversatz ist üblicherweise ziemlich klein. Beispielsweise ist ein Gesamtwinkelversatz in der Größenordnung von 0,3 Grad geeignet, Symbolbilder mit einer Abmessung von 30 Mikrometer in einem Unison Motion-Material auf eine Größe von 5,7 mm zu vergrößern. In diesem Beispiel wird der gesamte Winkelversatz gleichmäßig zwischen den beiden Werkzeugen aufgeteilt, so dass jedes Werkzeug um einen Winkel von 0,15 Grad in einer Richtung, die für beide Werkzeuge gleich ist, verdreht ist. Die Verdrehung ist in der gleichen Richtung, da die Werkzeuge auf gegenüberliegenden Seiten eines Basisfilms Mikrostrukturen bilden, so dass sich die Verdrehungen der Werkzeuge addieren, anstatt sich gegenseitig aufzuheben.
Die Verdrehung kann zum Zeitpunkt der ursprünglichen Gestaltung der Masken in die Werkzeuge eingebracht werden, indem das gesamte Muster um den gewünschten Winkel gedreht wird, bevor es geschrieben wird. Die Verdrehung kann auch mechanisch in ein flaches Nickelwerkzeug eingebracht werden, indem es mit einer numerisch gesteuerten Fräse in dem passenden Winkel geschnitten wird. Das verdrehte Werkzeug wird dann in ein zylindrisches Werkzeug geformt, wobei die schräg geschnittene Kante verwendet wird, um das Werkzeug an der Drehachse eines Druckzylinders auszurichten.
Das mikrooptische System mit synthetischer Vergrößerung hierin kann mit zusätzlichen Merkmalen kombiniert werden, die die folgenden Ausführungsformen als einzelne Elemente oder in verschiedenen Kombinationen umfassen können, aber nicht darauf beschränkt sind, wie etwa Symbolfüllmaterialien, Rückseitenbeschichtungen, Oberflächenbeschichtungen, und zwar sowohl gemusterte als auch nicht gemusterte, Füllungen oder Einschlüsse in den Linsen-, optischen Abstandhalter- oder Symbolmaterialien, als ein Laminat oder eine Beschichtung. Tinten und/oder Klebstoffe, einschließlich solcher auf Wasser- oder Lösungsmittelbasis oder solcher, die durch Strahlung aushärtbar sind, optisch durchsichtige, durchscheinende oder lichtundurchlässige, pigmentierte oder gefärbte Merkmale in Form eines positiven oder negativen Materials, Beschichtungen oder Aufdrucke, die Tinten, Metalle, fluoreszierende oder magnetische Materialien, Röntgenstrahlen-, Infrarot- oder Ultraviolett absorbierende oder emittierende Materialien, magnetische oder unmagnetische Metalle, einschließlich Aluminium, Nickel, Chrom, Silber und Gold, magnetische Beschichtungen und Teilchen zur Detektion oder Informationsspeicherung; fluoreszierende Farbstoffe und Pigmente als Beschichtungen und Teilchen; IR-fluoreszierende Beschichtungen, Füllungen, Farbstoffe oder Teilchen; UV-fluoreszierende Beschichtungen, Füllungen, Farbstoffe oder Teilchen; phosphorisierende Farbstoffe und Pigmente als Beschichtungen und Teilchen, Planchetten, DNA, RNA oder andere makromolekulare Markierungen, dichroische Fasern, Radioisotope, druckaufnehmende Beschichtungen, Imprägnierungen oder Grundierungen, chemisch reaktive Materialien, mikroverkapselte Inhaltsstoffe, feldbeeinflusste Materialien, leitfähige Teilchen und Beschichtungen, und zwar sowohl metallische als auch nichtmetallische, mikroperforierte Löcher, gefärbte Fäden oder Fasern, Stücke von Unison, die in die Oberfläche eines Dokuments, einer Kennzeichnung oder eine Materialoberfläche eingebettet, an ein Papier oder ein Polymer als Träger gebunden sind, um während der Herstellung an Papier zu haften, fluoreszierende zweifarbige Fäden oder Teilchen, Ramanstreuende Beschichtungen oder Teilchen, farbverschiebende Beschichtungen oder Teilchen, Unison, das auf Papier, Karton, Pappe, Plastik, Keramik, Stoff oder ein Metallsubstrat laminiert ist, Unison als Faden, Flicken, Kennzeichnung, Umschlag, Heißprägefolie oder Aufreißband, holografische, beugende, beugend kinegramme, Isogramme, fotografische oder brechende optische Elemente, Flüssigkristallmaterialien, frequenzerhöhende oder frequenzverringernde Materialien.
Das mikrooptische System mit synthetischer Vergrößerung hierin hat viele Anwendungsgebiete und Anwendungen. Beispiele hierfür umfassen:
Anwendung im Regierungs – und Verteidigungsbereich – seien es bundesstaatliche, staatliche oder ausländische (wie etwa Reisepässe, Personalausweise, Führerscheine, Visa, Geburtsurkunden, Personenstandsurkunden, Wählerregistrierungskarten, Stimmzettel, Sozialversicherungsausweise, Wertpapiere, Lebensmittelmarken, Briefmarken und Steuermarken);
Zahlungsmittel – seien es bundesstaatliche, staatliche oder ausländische (etwa Sicherheitsfäden in Papiergeld, Merkmale in Plastikgeld und Merkmale auf Papiergeld);
Dokumente (etwa Rechtstitel, Urkunden, Lizenzen, Prüfungsurkunden und Zertifikate);
Finanzinstrumente und begebbare Wertpapiere (wie beglaubigte Bankschecks, Firmenchecks, Privatschecks, Empfangsbelege, Aktienzertifikate, Reiseschecks, Zahlungsanweisungen, Kreditkarten, Debitkarten, Geldautomatenkarten, Kreditkarten für bestimmte Zielgruppen, Prepaid-Telefonkarten und Geschenkgutscheine);
vertrauliche Informationen (etwa Filmdrehbücher, juristische Dokumente, geistiges Eigentum, Behandlungsunterlagen/Krankenhausunterlagen, Rezeptformulare und -blöcke und „Geheimrezepte”);
Produkt- und Markenschutz, einschließlich Textil- und Haushaltspflegemittel (etwa Waschmittel, Weichspüler, Spülmittel, Haushaltsreiniger, Oberflächenbeschichtungen, Textilauffrischer, Bleichmittel und Pflegemittel für Spezialtextilien);
Körperpflegemittel (etwa Haarpflegemittel, Haarfarbe, Hautpflege und -reinigung, Kosmetik, Düfte, Antitranspirantien und Deodorants, Damenbinden, Tampons und Slipeinlagen);
Pflegemittel für Babys und Familien (etwa Babywindeln, Wischtücher für Babys und Kleinkinder, Babylätzchen, Wechsel- und Bettunterlagen für Babys, Papierhandtücher, Toilettenpapier und Kosmetiktücher);
Gesundheitsfürsorge (etwa Zahnpflege, Tiergesundheit und -ernährung, verschreibungspflichtige Arzneimittel, nicht verschreibungspflichtige Arzneimittel, Medikamentenverabreichung und persönliche Gesundheitsfürsorge, verschreibungspflichtige Vitamine sowie Sportpräparate und Nahrungsergänzungsmittel; verschreibungspflichtige und nichtverschreibungspflichtige Sehhilfen; medizinische Geräte und Ausrüstungsgegenstände, die an Krankenhäuser, medizinische Fachleute und medizinischen Großhandel verkauft werden (d. h. Verbandsmaterial, Ausrüstungsgegenstände, implantierbare Vorrichtungen, chirurgische Artikel);
Nahrungs- und Getränkeverpackungen;
Verpackungen für Kurzwaren;
elektronische Geräte, Teile und Bauteile;
Kleidung und Fußbekleidung, einschließlich Sportkleidung, Fußbekleidung, lizenzierte und nicht lizenzierte Oberklasse, Sport- und Luxuskleidungsartikel, Stoff;
biotechnologische Pharmazeutika;
Bauteile und Teile im Luft- und Raumfahrtbereich;
Bauteile und Teile im Automobilbereich;
Sportprodukte;
Tabakwaren;
Software;
CDs und DVDs;
Sprengstoffe;
Modeartikel (etwa Geschenkpapier und -schleifen)
Bücher und Zeitschriften;
Schulprodukte und Büroartikel;
Visitenkarten;
Versanddokumentation und -verpackung;
Notizbuchumschläge;
Buchumschläge;
Lesezeichen;
Veranstaltungskarten und Fahrkarten;
Glückspiel- und Spielanwendungen (etwa Lottoscheine, Spielkarten, Casino-Chips und Produkte zur Verwendung in oder in Zusammenhang mit Spielbanken, Verlosungen und Wettspielen);
Haushaltsausstattung (etwa Handtücher, Bettwäsche und Möbel);
Fußboden- und Wandbeläge;
Schmuck und Uhren;
Handtaschen;
Kunst, Sammlerstücke und Erinnerungsstücke;
Spielzeug;
Auslagen (etwa Auslagen am Verkaufsort und Merchandising-Auslagen);
Produktvermarktung und Kennzeichnung (etwa Kennzeichnungen, Anhänger, Anhängeschilder, Fäden, Abreißstreifen, Umschläge, Beschaffen eines manipulationssicheren Bilds, das an einem Markenprodukt oder einem Dokument angebracht wird, um es zu Authentifizieren oder zur Geltung zu bringen, als Tarnung oder zur Teileverfolgung).
Geeignete Materialien für die oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen einen weiten Bereich von Polymeren. Acryle, acrylierte Polyester, acrylierte Urethane, Polypropylene, Epoxide, Urethane und Polyester haben geeignete optische und mechanische Eigenschaften sowohl für die Mikrolinsen als auch für die mikrostrukturierten Symbolelemente. Geeignete Materialien für den optionale Substratfilm umfassen den größten Teil der kommerziell verfügbaren Polymerfilme, einschließlich Acryl, Zellophan, Saran, Nylon, Polykarbonat, Polyester, Polypropylen, Polyethylen und Polyvinyl. Mikrostrukturierte Füllmaterialien für Symbole können sämtliche der oben genannten Materialien, soweit sie zur Herstellung mikrostrukturierter Symbolelemente geeignet sind, sowie lösungsmittelbasierte Tinten und andere allgemein verfügbare Pigment- und Farbstoffbindemittel umfassen. Farbstoffe oder Pigmente, die in diese Materialien aufgenommen werden, sollten mit der chemischen Zusammensetzung des Bindemittels zusammenpassen. Pigmente müssen eine Teilchengröße haben, die wesentlich kleiner ist als die kleinsten Abmessungen jedes Teils eines Symbolelements. Optionale Versiegelungsschichtmaterialien können sämtliche der oben gelisteten Materialien enthalten, soweit sie zur Herstellung mikrostrukturierter Symbolelemente geeignet sind, sowie viele verschiedene kommerziell verfügbare Farben, Tinten, Beschichtungen, Firnisse, Lacke, und durchsichtige Beschichtungen, die in der druck- sowie Papier- und Filmverarbeitenden Industrie verwendet werden. Es gibt keine bevorzugte Materialkombination – die Wahl des Materials hängt von den Details der Materialgeometrie, den optischen Eigenschaften des Systems und dem gewünschten optischen Effekt ab.
Obwohl beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, wird den Fachleuten klar sein, dass eine Anzahl von Änderungen, Abwandlungen oder Umbildungen der beschriebenen Erfindung vorgenommen werden kann. Alle solche Änderungen, Abwandlungen und Umbildungen sollten folglich als von der Beschreibung erfasst betrachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4892336 [0004]
- US 5712731 [0005]
- US 4534398 [0145]

Claims

Filmmaterial, in dem eine regelmäßige zweidimensionale Anordnung nicht zylindrischer Linsen verwendet wird, um Mikrobilder zu vergrößern, und durch die vereinigte Leistung einer Vielzahl einzelner Bildsysteme mit Linsen und Mikrobildern ein synthetisch vergrößertes Bild zu bilden; wobei die Gesamtdicke des Filmmaterials kleiner als 50 μm ist; wobei die Linsen einen Durchmesser von weniger als 50 μm haben; wobei die Linsen eine Grundflächengeometrie haben, die im Wesentlichen kreisförmig ist; wobei die Linsen eine F-Zahl kleiner als 4, etwa kleiner als 2, haben; mit einem Zwischenraum zwischen den Linsen, der zur synthetischen Vergrößerung der Bilder nicht direkt beiträgt; wobei die Mikrobilder durch die Leerräume in einer Mikrostruktur oder die massiven Bereiche gebildet sind; wobei sich zwischen den Linsen und den Mikrobildern ein optischer Abstandhalter befindet, wobei der optische Abstandhalter ein separates Substrat ist; wobei das synthetisch vergrößerte Bild auf einer Ebene im Raum zu ruhen scheint, die optisch tiefer als die Dicke des Filmmaterials ist, und der Effekt, dass das synthetisch vergrößerte Bild auf einer Ebene im Raum zu ruhen scheint, die optisch tiefer als die Dicke des Filmmaterials ist, aus allen azimuthalen Betrachtungspositionen und über einen weiten Bereich von Höhenpositionen sichtbar ist, etwa von der vertikalen Höhe bis hinunter zu einem flachen Höhenwinkel, der typischerweise kleiner als 45° ist; wobei das synthetisch vergrößerte Bild seine Form oder Gestalt oder Kombinationen dieser Eigenschaften ändert, wenn das Material von unterschiedlichen Gesichtspunkten aus betrachtet wird; wobei das synthetisch vergrößerte Bild farblos ist; wobei der Hintergrund um das synthetisch vergrößerte Bild durchsichtig oder durchscheinend ist; wobei das Material zumindest teilweise überdruckt ist, indem es einen Druck aufweist, der auf der obersten Fläche des Materials, etwa der obersten Linsenoberfläche, angebracht ist; und wobei das Filmmaterial mit Papier laminiert ist oder als ein Faden oder Flicken bereitgestellt ist.
Filmmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die Leerräume der Mikrostruktur mit einem anderen Material gefüllt oder beschichtet sind.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein oder mehrere der folgenden Effekte vorhanden sind: – das synthetisch vergrößerte Bild bewegt sich in eine Kipprichtung, die senkrecht zu einer Richtung erscheint, die bei einer normalen Parallaxe erwartet wird; – das synthetisch vergrößerte Bild scheint auf einer Ebene im Raum zu ruhen, die sich in einem Abstand über der Oberfläche des Filmmaterials befindet; – das synthetisch vergrößerte Bild oszilliert von einer Ebene im Raum, die optisch tiefer als die Dicke des Filmmaterials ist, zu einer Ebene im Raum, die sich in einem Abstand über der Oberfläche des Filmmaterials befindet, wenn das Filmmaterial gedreht wird; – das synthetisch vergrößerte Bild ändert seine Größe oder Farbe oder Kombinationen dieser Eigenschaften, wenn das Material von unterschiedlichen Gesichtspunkten aus betrachtet wird; – das synthetisch vergrößerte Bild zeigt großräumige dreidimensionale Strukturen.
Filmmaterial gemäß Anspruch 3, wobei der Effekt, dass das synthetisch vergrößerte Bild auf einer Ebene im Raum zu ruhen scheint, die sich in einem Abstand über der Oberfläche des Filmmaterials befindet, aus allen azimuthalen Betrachtungspositionen und über einen weiten Bereich von Höhenpositionen sichtbar ist, etwa von der vertikalen Höhe bis hinunter zu einem flachen Höhenwinkel, der typischerweise kleiner als 45° ist.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hintergrund um das synthetisch vergrößerte Bild fluoreszierend oder phosphoreszierend ist.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mikrobilder durch eine Versiegelungsschicht geschützt sind, die vorzugsweise aus einem Polymermaterial besteht.
Filmmaterial gemäß Anspruch 6, wobei die Versiegelungsschicht durchsichtig, durchscheinend, getönt, pigmentiert, undurchsichtig, metallisch, magnetisch, optisch veränderlich oder eine Kombination davon ist, was optische Effekte und/oder zusätzliche Funktionen zu Zwecken der Sicherheit und Authentifizierung bereitstellt, einschließlich einer Unterstützung von Systemen zur automatisierten Authentifizierung, Verifikation, Nachverfolgung, Zählung und Detektion von Zahlungsmitteln, die auf optischen Effekten, elektrischer Leitfähigkeit oder elektrischer Kapazität oder der Detektion von Magnetfeldern beruhen.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zwischenraum zwischen den Linsen kleiner als 5 μm ist.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Filmmaterial über einer gedruckten Information angebracht ist, so dass sowohl die gedruckte Information als auch die Bilder gleichzeitig in räumlicher oder dynamisch bewegter Beziehung zueinander sichtbar sind.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Linsen eine Brennweite von weniger als ungefähr 40 μm, etwa zwischen 10 μm und 30 μm, haben.
Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Linsen und die Mikrobilder aus Acryl, acryliertem Polyester, acryliertem Urethan, Polypropylen, Epoxid, Urethan oder Polyester gebildet sind.
Substrat, das ein daran angebrachtes Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in Kombination mit gedruckter Information umfasst; wobei das Filmmaterial nur einen Teil einer Oberfläche des Substrats bedeckt; wobei das Filmmaterial zumindest teilweise durchsichtig ist und mit einem Klebstoffelement an dem Substrat befestigt ist, das ein faseriges Substrat ist; wobei ein Druckelement zumindest teilweise direkt auf der oberen Linsenoberfläche des Filmmaterials angebracht ist, wobei das Druckelement Teil eines größeren Musters ist, das sich über das Filmmaterial hinaus erstreckt.
Substrat gemäß Anspruch 12, wobei das Filmmaterial über ein Druckelement laminiert ist, das vor dem Anbringen des Filmmaterials an dem faserigen Substrat angebracht wurde.
Substrat gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Filmmaterial als ein Fenster in das Substrat eingefügt ist, wobei das Substrat ein nicht optisches Substrat ist, wobei zumindest einige der Kanten des Filmmaterials von dem nicht optischen Substrat erfaßt, bedeckt oder umschlossen werden, wobei deutliche Bilder dargestellt werden, wenn das Filmmaterial von der Linsenseite aus betracht wird, und keine Bilder dargestellt werden, wenn es von der Mikrobildseite aus betrachtet wird.
Substrat gemäß Anspruch 14, wobei auf der Linsenoberfläche des Filmmaterials ein Druckelement angebracht ist und dieses Druckelement an einem Druckelement, das auf dem nicht optischen Substrat in einem Bereich angebracht ist, der zu dem auf der Linsenoberfläche des Filmmaterials angebrachten Druckelement benachbart ist, ausgerichtet ist oder diesem entspricht.
Substrat gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei auf der gegenüberliegenden Seite des nicht optischen Substrats Druckelemente angebracht sind, die an Druckele menten, die auf einer Mikrobild- oder Versiegelungsschicht des Filmmaterials angebracht sind, ausgerichtet sind oder diesen entsprechen.
Zahlungsmittel, das ein Filmmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist, wobei das Filmmaterial Merkmale auf Papiergeld bereitstellt.
Zahlungsmittel gemäß Anspruch 17, wobei die Gesamtdicke des Filmmaterials kleiner als 45 μm ist oder zwischen 10 μm und 40 μm beträgt.
Zahlungsmittel gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Linsen einen effektiven Grundflächendurchmesser von weniger als 30 μm oder zwischen 10 μm und 30 μm haben.