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Verweis auf entsprechende
Annmeldungen
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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.
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Gebiet der Erfindung
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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.
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Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden jemand,
der die üblichen Fachkenntnisse hat, anhand der folgenden
ausführlichen Beschreibung und der beigefügten
Zeichnungen offensichtlich.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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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.
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1a ist
ein Querschnitt eines mikrooptischen Systems, der eine Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung, die eine orthoparallaktische Bewegung
der Bilder des Systems bereitstellt, beispielhaft darstellt.
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1b ist
eine isometrische Schnittansicht der Ausführungsform der 1a.
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2a veranschaulicht
einen orthoparallaktischen Bewegungseffekt des synthetischen Bilds
in der Ausführungsform der 1a–b.
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2b–c
veranschaulichen die optischen Effekte der Deep- und Float-Ausführungsformen
des vorliegenden Systems.
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2d–f
veranschaulichen die optischen Effekte, die man durch eine Rotation
einer Levitate-Ausführungsform des vorliegenden Systems
erhält.
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3a–i
sind Draufsichten, die verschiedene Ausführungsformen und
Füllfaktoren unterschiedlicher Muster von symmetrischen
zweidimensionalen Anordnungen von Linsen des vorliegenden Systems zeigen.
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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.
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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.
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6a–c
sind Draufsichten, die eine Ausführungsform veranschaulichen,
mit der ein Verwandlungseffekt synthetisch vergrößerter
Bilder des vorliegenden Systems erreicht wird.
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7a–c
sind Querschnitte, die verschiedene Ausführungsformen der
Symbolschicht des vorliegenden Systems zeigen.
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8a–b
sind Draufsichten, die sowohl Ausführungsformen mit „positiven” als
auch mit „negativen” Symbolelementen veranschaulichen.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines
Materials mit mehreren Ebenen zur Erzeugung von Bereichen eines
synthetisch vergrößerten Bilds mit unterschiedlichen
Eigenschaften veranschaulicht.
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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.
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11a–b sind Querschnittsansichten, die Ausführungsformen
des vorliegenden Systems mit reflektierender Optik und Lochoptik
zeigen.
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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;
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13 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines „Ablösen
zum Aufdecken” manipulationsanzeigenden Materials zeigt.
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14 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines „Ablösen
zum Verändern” manipulationsanzeigenden Materials
veranschaulicht.
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15a–d sind Querschnittsansichten, die verschiedene
Ausführungsformen doppelseitiger Systeme zeigen.
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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.
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17a–d sind Querschnittsansichten, die die
Verwendung des vorliegenden Systems in Verbindung mit gedruckter
Information zeigen.
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18a–f sind Querschnittsansichten, die das
Anbringen des vorliegenden Systems auf, oder seine Einbettung in,
verschiedene Substrate und in Kombination mit gedruckter Information
veranschaulichen.
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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,
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20a–c sind Querschnittsansichten, die zwei
Vorteile veranschaulichen, die von der Verwendung einer dicken Symbolschicht
im vorliegenden System herrühren.
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21 ist eine Draufsicht, die die Anwendung
des vorliegenden Systems als „gefensterter” Sicherheitsfaden
in Zahlungsmitteln zeigt.
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22 veranschaulicht
die Ausführungsform mit orthoparallaktischer Bewegung des
vorliegenden Bildsystems in Verbindung mit einem „gefensterten” Sicherheitsfaden.
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23 veranschaulicht
eine Rasterung eines synthetischen Bilds des vorliegenden Systems.
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24a veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden
Systems zur Erzeugung kombinierter synthetischer Bilder, die kleinere
Abmessungen als das kleinste Strukturelement der einzelnen synthetischen
Bilder aufweisen.
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24b veranschaulicht die Verwendung des vorliegenden
Systems zur Erzeugung von schmalen Lückenmustern zwischen
Symbolbildelementen.
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25 veranschaulicht
das Einbringen von verborgenen, versteckten Informationen in Symbolbilder
des vorliegenden Systems.
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26 veranschaulicht
die Erzeugung vollständig dreidimensionaler Bilder mit
dem vorliegenden System.
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27 veranschaulicht
das Verfahren zum Entwerfen von Symbolbildern für die dreidimensionale
Ausführungsform der 26.
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28 veranschaulicht
das Symbolbild, das durch das Verfahren gemäß 27 erhalten
wird.
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29 veranschaulicht,
wie das Verfahren der 27 auf ein komplexes dreidimensionales synthetisches
Bild angewendet werden kann.
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30 veranschaulicht
die Brennpunkteigenschaften der mittleren Zone einer beispielhaften mehrzonigen
Linse mit hexagonaler Grundfläche, die einen effektiven
Durchmesser von 28 Mikrometer hat.
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31 veranschaulicht
die Brennpunkteigenschaften der mittleren Zone einer sphärischen Linse
mit einem Durchmesser von 28 Mikrometer.
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32 veranschaulicht
die Leistungsfähigkeit der seitlichen Zonen der hexagonalen
Linsen gemäß 30.
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33 veranschaulicht
die Leistungsfähigkeit der äußeren Zonen
der sphärischen Linse gemäß 31.
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Ausführliche Beschreibung
der Ausführungsformen
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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.
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1a veranschaulicht
eine Ausführungsform des vorliegenden mikrooptischen Systems 12, die
eine orthoparallaktische Bewegung der Bilder des Systems bereitstellt.
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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 μ und 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.
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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.
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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.
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1b stellt
eine isometrische Ansicht des vorliegenden Systems, wie in 1a 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 „$”-Bilder dargestellt, was in dem ausgeschnittenen
Abschnitt vorne klar erkennbar ist. Während im Allgemeinen
eine 1:1-Entsprechung zwischen den Linsen 1 und den Symbolelementen 4 besteht,
werden die Symmetrieachsen der Linsenanordnung im Allgemeinen nicht
exakt an den Symmetrieachsen der Bildanordnung ausgerichtet sein.
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Im
Fall der Ausführungsform des Unison-Materials (mit orthoparallaktischer
Bewegung) der 1a–b mit einem Maßstabsverhältnis
von 1,0000, „blasen” sich die erhaltenen synthetischen
Bilder der Bildsymbole (in diesem Fall ein riesiges „$”) „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.
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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.
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Das
synthetische Bild, das von einem Symbolmuster von Unison Deep oder
SuperDeep erzeugt wird, ist relativ zur Orientierung des Symbolmusters von
Unison Deep oder SuperDeep 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Schattenbilder
von Unison Morph zeigen Verwandlungseffekte, wenn sich die Lichtquelle
bewegt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anstelle
oder zusätzlich zu Pigmenten für sichtbares Licht
können in einer Linsenzwischenraumbeschichtung fluoreszierende
Materialien verwendet werden, um ein zusätzliches Mittel
für die Authentifizierung bereitzustellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 schart 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4892336 [0004]
- - US 5712731 [0005]
- - US 4534398 [0145]