DE112018001975T5

DE112018001975T5 - Optische Sicherheitsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE112018001975T5
Application number: DE112018001975.6T
Authority: DE
Inventors: Randall P. James; Michael D. Long; Diana Newcomb; Gary Fairless Power
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2020-02-20
Also published as: GB201914991D0; FR3066142A1; AU2018265761A1; CH715142B1; US11338606B2; GB2574995A; SE1951442A1; US20200070564A1; GB2574995B; AU2018265761B2; US20210347193A1; WO2018204982A1; SE545393C2; FR3066142B1

Abstract

Es ist eine Sicherheitsvorrichtung offenbart, beinhaltend ein Substrat und ein oder mehrere Fokussierelemente oder Linsenstrukturen, die sich auf einer Seite des Substrats befinden. Die Sicherheitsvorrichtung beinhaltet eine Vielzahl von Bildelementen, die mit jedem Fokussierelement verbunden ist, wobei die Bildelemente zumindest eine erste und zweite Gruppe von Bildelementen beinhalten. Jedes Bildelement kann aus Pixeln bestehen, die sich in einer Objektebene befinden, die durch das verbundene Fokussierelement betrachtbar ist. Jedes Bildelement umfasst ein diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement, das, wenn es durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ein Diffraktionsbild erzeugt, das in einem Bereich von Blickwinkeln um die Vorrichtung herum betrachtbar ist. Bildelemente der ersten Gruppe sind in einem ersten Bereich von Blickwinkeln sichtbar und Bildelemente der zweiten Gruppe sind in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln sichtbar. Die Sicherheitsvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung an Sicherheitsdokumenten wie zum Beispiel Banknoten geeignet. Es wird ebenso ein Verfahren zum Bilden einer Sicherheitsvorrichtung offenbart.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft optisch variable Vorrichtungen und Verfahren zu ihrer Herstellung und/oder Prüfung. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung optische Vorrichtungen, die diffraktive Elemente oder Strukturen in ihrem Aufbau beinhalten. Konkreter betrifft die vorliegende Offenbarung optische Vorrichtungen, die einen optisch variablen Effekt erzeugen, beinhaltend ein oder mehrere Farbbilder und/oder monochromatische oder Graustufenbilder.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Optische Sicherheitsvorrichtungen werden häufig in Verbindung mit wertvollen Dokumenten als Mittel zur Vermeidung von unberechtigter Vervielfältigung oder Fälschung verwendet. Diese Sicherheitsvorrichtungen erzeugen typischerweise optische Effekte und/oder Merkmale, die für einen potentiellen Fälscher schwierig zu reproduzieren sein können. Die optischen Effekte und/oder Merkmale können auch zur Prüfung der wertvollen Dokumente verwendet werden.
Das Fälschen von Banknoten und anderen wichtigen Dokumenten ist in letzter Zeit aufgrund der einfachen Verfügbarkeit von Farbfotokopierern und Computerscanausrüstung zu einem immer größeren Problem geworden. Diese Technologie stellt Fälschern einen einfacheren Weg zum Kopieren von wertvollen Dokumenten bereit, die unter Verwendung herkömmlicher Sicherheitsdrucktechnologien ausgegeben werden. Als Reaktion haben sich Zentralbanken und Banknotendruckereien Technologien und Vorrichtungen zugewandt, die Bilder erzeugen, die mit sich änderndem Blickwinkel variieren und die daher nicht einfach fotografiert werden können.
Derartige Vorrichtungen, die zusammengefasst als optisch variable Vorrichtungen (OVDs) bekannt sind, haben das Vorkommen von Fälschung unter Verwendung von Computerscanausrüstung erfolgreich reduziert. OVD-Technologien können eine Reihe von optischen Effekten erzeugen, darunter sich bewegende Guilloche- und grafische Effekte. OVD-Technologien beinhalten die Punktmatrixhologrammtechnologie ( EP 0 467 601 A2 ), die KINEGRAM™-Technologie (EP 105099, EP 330 738, EP 375 833), die erstmals 1987 bei saudi-arabischen Pässen und später 1990 bei österreichischen 5000-Schilling-Banknoten angewandt wurde, die CATPIX™-Gittertechnologie (PCT/AU89/00542), die bei 1988 ausgegebenen australischen Zehndollarbanknoten aus Kunststoff und 1990 bei singapurischen 50-Dollar-Banknoten aus Kunststoff angewandt wurde, die PIXELGRAM™-Technologie ( US-Patent 5,428,479 ) und die EXELGRAM™-Technologie (PCT AU/94/00441), die erstmals bei australischen Opalbriefmarken und 1995 ausgegebenen vietnamesischen Bankschecks angewandt wurde.
Die Technologien PIXELGRAM™ und EXELGRAM™ zeigen Porträteffekte mit relativ hoher Auflösung, die sich von Bildern mit positivem Ton zu negativem Ton ändern, wenn der Blickwinkel geändert wird. Gedruckte Porträts mit hoher Auflösung werden aufgrund der Fähigkeit des menschlichen Auges, Fehler oder Mängel in einem Bild eines menschlichen Gesichts wahrzunehmen, seit langem als Sicherheitsmerkmal auf Banknoten verwendet. Entsprechend wurden die Technologien PIXELGRAM™ und EXELGRAM™ entwickelt, sodass sie Porträt-OVD-Effekte beinhalten. Jedoch waren diese Porträteffekte auf nahe monochromatische Bilder beschränkt, die aus einer festen Anzahl an Helligkeitsstufen oder „Graustufenwerten“ bestehen. Die PCT-Anmeldung PCT/AU97/00800, veröffentlicht unter WO98/23979 mit dem Titel „Color Image Diffractive Device“, deren Offenbarung hier durch Querverweis einbezogen ist, erweiterte die diffraktive OVD-Bildgebung, um Vollfarbbilder zu erzeugen.
Jedoch gibt es Einschränkungen und Schwierigkeiten beim Anzeigen diffraktiver OVD-Bildgebung an physischen Substraten. Insbesondere leiden Oberflächenreliefhologramme und holographische Stereogramme, die unter Weißlicht betrachtbar sind, an Verzerrung und einem Deutlichkeitsverlust, wenn sie mit erweiterten Lichtquellen (nicht Punktlichtquelle) betrachtet werden. Regionen des Bildes, die am weitesten von der Ebene des Hologramms entfernt sind, leiden am meisten. Dies tritt auf, da, obwohl vertikale Parallaxe beseitigt worden ist, um spektrales Verschmieren zu vermeiden, horizontale Perspektiven, die die Dimensionalität bestimmen, durch eine Lichtquelle, die in der horizontalen Richtung sogar teilweise diffus ist, in falsche Richtungen geschickt werden. Dieses Problem verstärkt sich unter erweiterten oder diffusen Lichtquellen und mit einem Abstand über oder unter der Bildebene.
Es sind verschiedene Technologien angewandt worden, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen, von denen einige auf Drucken kombiniert mit Lentikularoptik basieren. Bisher sind Druckversionen auf eine relativ geringe Auflösung beschränkt. Holographische Stereogramme basierend auf diffraktiver OVD-Bildgebung sind zu einer viel höheren Auflösung in der Lage, obwohl sie ohne die Verwendung spezieller Beleuchtung im Allgemeinen Einschränkungen wie vorstehend beschrieben aufweisen.
In der Vergangenheit sind holographische Stereogramme von Pacific Holographics Inc. und anderen hergestellt worden und eine Abhilfe war ein Kompromiss durch Reduzieren der Größe und Tiefe des Bildes. Trotz dieser Einschränkungen waren die Ergebnisse in typischen Beleuchtungsumgebungen schwierig zu betrachten.
Daher besteht ein Bedarf, die Sicherheit von wertvollen Dokumenten wie zum Beispiel Polymerbanknoten unter Verwendung von OVD-Technologie, die 3D-Bildgebung beinhaltet, zu erhöhen. Diese OVDs können Fokussierelemente wie zum Beispiel Mikrolinsenanordnungen verwenden und können diffraktive Vorrichtungen beinhalten. Es besteht auch ein Bedarf, die Einschränkungen der Anzeige von 3D-Bildern auf physischen Substraten basierend auf derartigen diffraktiven Vorrichtungen anzugehen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Im Großen und Ganzen ist in einem ersten Aspekt eine Sicherheitsvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

eine Vielzahl von Fokussierelementen;
eine Vielzahl von Bildelementen, die mit jedem Fokussierelement verbunden ist, wobei die Bildelemente zumindest eine erste und zweite Gruppe von Bildelementen beinhalten,
- wobei sich jedes Bildelement in einer Objektebene befindet, die durch das verbundene Fokussierelement betrachtbar ist,
- wobei jedes Bildelement ein diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement umfasst, das, wenn es durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ein Diffraktionsbild erzeugt, das in einem Bereich von Blickwinkeln um die Vorrichtung herum betrachtbar ist, und Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind.

In einer Form beinhalten die Bildelemente drei oder mehr Gruppen von Bildelementen, um ein Bild darzustellen, das aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtbar ist.
In einer Form ist das Diffraktionsbild ein Graustufen- oder monochromatisches Bild, das eine Vielzahl von Helligkeitsstufen über das gesamte Bild beinhaltet, und/oder ein Farbbild, das eine Vielzahl von Farben beinhaltet.
In einer Form umfasst jedes Bildelement ein rotes, grünes und blaues Subelement.
In einer Form beinhaltet das rote, grüne und blaue Subelement jeweils sein eigenes diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement, wobei die Frequenz und/oder die Teilung der diffraktiven Gitterelemente oder Subwellenlängengitterelemente in dem roten, grünen und blauen Subelement unterschiedlich sind, sodass jedes Subelement bei Beleuchtung eine vorbestimmte Primärfarbe erzeugt.
In einer Form sind das rote, grüne und blaue Subelement vertikal als ein Streifen angeordnet.
In einer Form befindet sich das rote Subelement an der Oberseite eines vertikalen Streifens von Gitterelementen, befindet sich das grüne Subelement in der Mitte des Streifens und befindet sich das blaue Subelement an der Unterseite des Streifens.
In einer Form weisen das rote, grüne und blaue Subelement eine gleiche physische Größe auf.
In einer Form weisen die Gitterelemente des roten, grünen und blauen Subelements eine Größenverteilung und/oder eine räumliche Verteilung entsprechend Graustufen oder Helligkeitsstufen in Verbindung mit dem Subelement auf.
In einer Form beinhaltet jedes der Subelemente einen effektiven Gitterbereich, der das Diffraktionsgitterelement oder das Subwellenlängengitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich, der keine Gitterelemente beinhaltet, und wird ein Helligkeitswert jedes Subelements variiert, indem der effektive Gitterbereich innerhalb jedes Subelements und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Subelements geändert wird.
In einer Form weist der nichtdiffraktive Bereich innerhalb jedem von dem roten, grünen und blauen Subelement für ein gegebenes Bildelement eine gleiche Größe auf, um dadurch ein Graustufenbild zu erzeugen, oder wobei der nichtdiffraktive Bereich innerhalb jedem von dem roten, grünen und blauen Subelement für ein gegebenes Bildelement eine andere Größe aufweist, um dadurch ein Farbbild zu erzeugen.
In einer Form beinhaltet jedes Bildelement ein randomisiertes Diffraktionsgitter mit einer randomisierten Gitterteilung und/oder Breite, um einfallendes Licht in unterschiedlichen Winkeln abzulenken, sodass einfallendes Licht, das von dem Diffraktionsgitter abgelenkt wird, zerstreut wird und das betrachtbare Diffraktionsbild ein Graustufenbild ist.
In einer Form beinhaltet jedes Bildelement einen effektiven Gitterbereich, der das Diffraktionsgitterelement oder das Subwellenlängengitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich, der kein Gitterelement beinhaltet, und wird ein Helligkeitswert jedes Bildelements variiert, indem der effektive Gitterbereich und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Bildelements geändert wird.
In einer Form beinhaltet der nichtdiffraktive Bereich eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Lichtfallen, um interne Reflexionen des Großteils des einfallenden Lichtes zu erzeugen, das dann nicht heraus und weg von den Lichtfallen reflektiert werden kann.
In einer Form weist der nichtdiffraktive Bereich eine reflektive Beschichtung zur Spiegelreflexion von einfallendem Licht auf.
In einer Form weist der nichtdiffraktive Bereich eine lichtabsorbierende Beschichtung auf.
In einer Form sind die Bildelemente anamorph und sind die Bildelemente bevorzugter konfiguriert, sodass sie eine rechteckige Form aufweisen, was bedeutet, dass die Längen der Bildelemente größer als die Breiten sind.
In einer Form ist die Auflösung der Bildelemente vertikal 12-mal oder 10-mal oder 8-mal oder 4-mal höher als horizontal.
In einer Form ist das diffraktive Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement aus einer Oberflächenreliefstruktur gebildet.
In einer Form sind die Bildelemente aus einer strahlungshärtbaren Tinte gebildet.
In einer Form sind die Fokussierelemente durch Drucken und/oder Prägen aus einer strahlungshärtbaren Tinte gebildet.
In einer Form beinhalten die Fokussierelemente refraktive oder diffraktive teilzylindrische Linsen oder Zonenplatten.
In einer Form ist das betrachtbare Diffraktionsbild ein dreidimensionales Bild einer Szene, eines Objekts und/oder einer Person.
Im Großen und Ganzen ist in einem zweiten Aspekt eine Sicherheitsvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

eine Vielzahl von Fokussierelementen;
eine Vielzahl von Bildelementen, die sich in einer Objektebene befindet, die durch die Fokussierelemente zu betrachten ist, wobei die Bildelemente zumindest eine erste und zweite Gruppe von Bildelementen beinhalten,
- wobei jedes Bildelement eine Oberfläche beinhaltet, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, wobei die Vielzahl von Bildelementen angeordnet ist, um ein Bild zu erzeugen, das betrachtbar ist, wenn es durch das einfallende Licht beleuchtet wird, und Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln betrachtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln betrachtbar sind.

In einer Form beinhaltet die Oberfläche, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, ein randomisiertes Diffraktionsgitter mit einer willkürlichen Gitterteilung, um Licht einer gegebenen Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln abzulenken, sodass einfallendes Weißlicht, das von dem willkürlichen diffraktiven Gitter abgelenkt wird, zerstreut wird und das betrachtbare Bild ein Graustufenbild ist.
In einer Form kann die Oberfläche, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, eine Anordnung an willkürlich angeordneten Mikrospiegeln beinhalten, die bewirken, dass einfallendes Licht diffus in unterschiedliche Richtungen zerstreut wird.
In einer Form beinhaltet jedes Bildelement einen effektiven Gitterbereich, der das randomisierte Diffraktionsgitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich, der kein Gitterelement beinhaltet, und wird ein Helligkeitswert jedes Bildelements variiert, indem der effektive Gitterbereich und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Bildelements geändert wird.
In einer Form beinhaltet der nichtdiffraktive Bereich ein beliebiges oder mehrere des Folgenden:

eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Lichtfallen, um interne Reflexionen des Großteils des einfallenden Lichtes zu erzeugen, das dann nicht heraus und weg von den Lichtfallen reflektiert werden kann,
eine reflektive Beschichtung zur Spiegelreflexion von einfallendem Licht, und
eine lichtabsorbierende Beschichtung.

In einer Form sind die Bildelemente anamorph und sind die Bildelemente bevorzugter konfiguriert, sodass sie eine rechteckige Form aufweisen, was bedeutet, dass die Längen der Bildelemente größer als die Breiten sind.
In einer Form ist die Auflösung der Bildelemente vertikal 12-mal oder 10-mal oder 8-mal oder 4-mal höher als horizontal.
Bevorzugt ist das betrachtbare Bild ein dreidimensionales Bild einer Szene, eines Objekts und/oder einer Person.
In einem dritten Aspekt ist ein Verfahren zum Bilden einer Sicherheitsvorrichtung bereitgestellt, die folgenden Schritte beinhaltend:

Bereitstellen eines Substrats;
Auftragen einer Vielzahl von Fokussierelementen auf eine erste Oberfläche des Substrats; und
Auftragen einer Vielzahl von Bildelementen auf eine Bildfläche des Substrats, die zumindest eine erste Gruppe von Bildelementen und eine zweite Gruppe von Bildelementen beinhaltet, wobei sich jedes Bildelement in einer Objektebene befindet, die durch ein verbundenes Fokussierelement betrachtbar ist,
wobei jedes Bildelement ein diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement umfasst, das, wenn es durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ein Diffraktionsbild erzeugt, das in einem Bereich von Blickwinkeln um die Vorrichtung herum betrachtbar ist, und wobei Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind.

In einer Form beinhaltet das Verfahren ferner den Schritt des Auftragens einer Schicht aus prägbarer strahlungshärtbarer Tinte auf das Substrat, bevor es geprägt wird, während es weich ist, und des Härtens der Tinte durch Strahlung, um das eine oder die mehreren Fokussierelemente auf einer Seite des Substrats zu bilden.
In einer Form beinhaltet das Diffraktionsbild ein Graustufenbild und/oder ein mehrfarbiges Bild.
In einem vierten Aspekt ist ein Sicherheitsdokument bereitgestellt, beinhaltend eine Sicherheitsvorrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt, oder eine Sicherheitsvorrichtung, die gemäß dem dritten Aspekt hergestellt ist.
In einer Form ist das Sicherheitselement oder die Sicherheitsvorrichtung innerhalb einer Fenster- oder Halbfensterregion des Sicherheitsdokuments bereitgestellt.
In einer Form beinhaltet das Sicherheitsdokument eine Banknote, einen Pass, eine Kreditkarte oder einen Scheck.
In einem Beispiel kann das Bild ein Porträt eines Objekts beinhalten, wie zum Beispiel ein menschliches Gesicht, und können Gruppen von Bildelementen oder Kanälen das Objekt aus vielen unterschiedlichen Blickpunkten darstellen. Projektionsansichten des Objekts können erfasst werden, sodass das finale Stereogramm ein genaues dreidimensionales Bild dieses Objekts erzeugt. Eine Technik zum Erfassen von Stereogrammen ist in einer MIT-Arbeit mit dem Titel „The Generalized Holographie Stereogram“ von Michael W. Halle beschrieben: http://www.media.mit.edu/spi/SPIPagers/halazar/halle91.pdf, deren Inhalte durch Verweis hier einbezogen sind.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden diffraktive Vorrichtungen (klassisch oder direkt beschreibbar) und mehrere Kanäle anstelle von Tinte verwendet, um Bilder mit einer viel höheren Auflösung zu erzeugen. Dadurch wird die Verwendung von mikroskopischen Lentikularstrukturen, die für die Währungsbildgebung mit hoher Auflösung erforderlich ist, und von „echten“ Farbbildern ermöglicht. Außerdem kann Hybrid-2D/3D-Computergrafik in fotografische Stereogramme integriert werden.
Der eine oder die mehreren Aspekte der vorliegenden Offenbarung waren zuvor nicht verfügbar, da die Herstellung eines günstigen sauberen Substrats mit Mikrolinsen relativ unbekannt war. In jedem Fall war die vorherige Verwendung von multigeplexten Bildern mit Lentikularlinsen, um dreidimensionale sowie animierte „Flip“-Bilder zu erzeugen, historisch auf gedruckte Bildelemente beschränkt, die im Allgemeinen nur gedruckte Linien oder Punkte beinhalten.
Jedoch leiden Druckformen dieser Technologie aufgrund der Art der Tinte und der schmalen Kanäle, die für das Multiplexen der Bilder unter Lentikularlinsen erforderlich sind, an Auflösungsbeschränkungen. Dies erfordert entweder dickere Lentikularlinsen mit niedrigerer Auflösung oder eine sehr grobe Schwarz-Weiß-Bildgebung. 3D-Lentikularbilder, die in Tinte erzeugt werden, sind aufgrund von Auflösungsbeschränkungen des kommerziellen Druckens grob, da dies die Anzahl an Kanälen oder Winkelansichten beschränken kann.
Dem Anmelder ist kein vorheriger Versuch bekannt, Fokussierelemente, zum Beispiel zylindrische Mikrolinsen, mit diffraktiven Stereogrammen zu kombinieren. Diffraktive Stereogramme ohne den Vorteil zusätzlicher optischer Elemente leiden an Einschränkungen wie vorstehend beschrieben.
Jeglicher Verweis hier auf ein Patentdokument oder einen anderen Gegenstand, der als Stand der Technik gegeben ist, ist nicht als Zugeständnis anzusehen, dass dieses Dokument oder dieser Gegenstand Informationen enthält, die zum Prioritätsdatum eines beliebigen der Ansprüche Teil des allgemeinen Fachwissens waren.
Figurenliste
Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes gilt:

1 ist ein schematisches Diagramm eines Pixels einer optisch variablen diffraktiven Vorrichtung, die drei Primärfarbsubpixel beinhaltet.
2 ist ein schematisches Diagramm der Art und Weise, auf die eine diffraktive Oberflächenreliefstruktur einfallendes Licht ablenkt.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Mechanismus einer diffraktiven Vollfarbvorrichtung.
4 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Helligkeit von Primärfarbsubpixeln.
5A und 5B zeigen ein weiteres Verfahren zum Steuern der Helligkeit von Primärfarbsubpixeln.
6 zeigt ein Beispiel für eine OVD-Pixelstruktur mit acht Kanälen.
7A und 7B sind schematische Diagramme von zwei unterschiedlichen Formen von Pixeln zum Erzeugen eines Graustufenbildes.
8A und 8B sind schematische Diagramme des Betriebs des in 7B gezeigten Graustufenpixels.
9 zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Sicherheitsvorrichtung, die eine OVD-Struktur mit acht Kanälen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Sicherheitsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses für eine optische Sicherheitsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines diffraktiven Strukturherstellungsprozesses in Verbindung mit einer optischen Sicherheitsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt drei unterschiedliche Verfahren, die geeignet sind, um Bilder gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
14 zeigt, wie eine Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung durch ein linkes und rechtes Auge eines Betrachters betrachtet wird.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN DEFINITIONEN
Sicherheitsdokument
Im hier verwendeten Sinne schließt der Begriff Sicherheitsdokument alle Arten von Dokumenten und Token von Wert und Identifikationsdokumente ein, einschließend unter anderem Folgende: Währungselemente, wie etwa Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Ausweise, Wertpapiere und Aktienzertifikate, Führerscheine, Eigentumsurkunden, Reisedokumente, wie etwa Flug- und Zugtickets, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden und akademische Transkripte.
Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Sicherheitsdokumente oder -token, wie etwa Banknoten, oder Identifikationsdokumente, wie etwa Ausweise oder Pässe, anwendbar, die aus einem Substrat gebildet werden, auf das eine oder mehrere Druckschichten aufgetragen werden.
Die hier beschriebenen Diffraktionsgitter und optisch variablen Vorrichtungen können auch in anderen Produkten, wie etwa Verpackungen, Anwendung finden.
Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal
Wie hier verwendet, schließt der Begriff Sicherheitsvorrichtung oder -merkmal beliebige einer großen Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen, -elementen oder - merkmalen ein, die das Sicherheitsdokument oder den Sicherheitstoken vor Fälschen, Kopieren, Verändern oder Verfälschen schützen sollen. Sicherheitsvorrichtungen oder -merkmale können in oder auf dem Substrat des Sicherheitsdokuments oder in oder auf einer oder mehreren Schichten bereitgestellt werden, die auf das Basissubstrat aufgetragen werden, und sie können eine große Vielfalt an Formen annehmen, wie etwa Sicherheitsfäden, die in Schichten des Sicherheitsdokuments eingebettet sind; Sicherheitstinten, wie etwa fluoreszierende, lumineszierende und phosphoreszierende Tinten, metallische Tinten, schillernde Tinten, photochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Tinten; gedruckte und geprägte Merkmale, einschließend Reliefstrukturen; Interferenzschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und Lentikularstrukturen; optisch variable Vorrichtungen (OVD), die reflektive optische Strukturen umfassen, einschließend reflektierende Oberflächenreliefstrukturen und diffraktive Vorrichtungen, einschließend Diffraktionsgitter, Hologramme und diffraktive optische Elemente (DOE).
Transparente Fenster und Halbfenster
Im hier verwendeten Sinne bezieht sich der Begriff Fenster auf einen transparenten oder transluzenten Bereich in dem Sicherheitsdokument im Vergleich zu der im Wesentlichen trüben Region, auf die ein Druck aufgebracht wird. Das Fenster kann vollständig transparent sein, sodass es die Transmission von Licht im Wesentlichen unbeeinträchtigt ermöglicht, oder es kann teilweise transparent oder transluzent sein, wobei es die Transmission von Licht teilweise ermöglicht, ohne jedoch dabei zu ermöglichen, dass Objekte durch den Fensterbereich deutlich zu sehen sind.
Ein Fensterbereich kann in einem polymeren Sicherheitsdokument geformt werden, das mindestens eine Schicht aus transparentem Polymermaterial und eine oder mehrere trübende Schichten aufweist, die auf mindestens eine Seite aus einem transparenten polymeren Substrat aufgebracht werden, indem mindestens eine trübende Schicht in der Region weggelassen wird, die den Fensterbereich formt. Wenn trübende Schichten auf beide Seiten eines transparenten Substrats aufgebracht werden, dann kann ein vollständig transparentes Fenster geformt werden, indem die trübenden Schichten auf beiden Seiten des transparenten Substrats in dem Fensterbereich weggelassen werden.
Ein teilweise transparenter oder transluzenter Bereich, nachfolgend als ein „Halbfenster“ bezeichnet, kann in einem polymeren Sicherheitsdokument geformt werden, das trübende Schichten auf beiden Seiten aufweist, indem die trübenden Schichten lediglich auf einer Seite des Sicherheitsdokuments in dem Fensterbereich weggelassen werden, sodass das „Halbfenster“ nicht vollständig transparent ist, es jedoch ermöglicht, dass ein Teil des Lichts hindurchgeht, ohne es dabei zu ermöglichen, dass Objekte durch das Halbfenster deutlich zu sehen sind.
Alternativ ist es möglich, dass die Substrate aus einem im Wesentlichen trüben Material, wie etwa Papier oder Fasermaterial, geformt werden, wobei eine Einlage aus transparentem Kunststoffmaterial in einen Ausschnitt oder eine Aussparung in dem Papier oder Fasersubstrat eingesetzt wird, um einen transparenten Fenster- oder einen transluzenten Halbfensterbereich zu formen.
Trübende Schichten
Eine oder mehrere trübende Schichten können auf ein transparentes Substrat aufgebracht werden, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Eine trübende Schicht ist dergestalt, dass L_T < L_O, wobei L_O die Lichtmenge ist, die auf das Dokument einfällt, und L_T die Lichtmenge ist, die durch das Dokument übertragen wird. Eine trübende Schicht kann eine beliebige oder mehrere aus einer Vielfalt an trübenden Beschichtungen umfassen. Zum Beispiel können die trübenden Beschichtungen ein Pigment, wie etwa Titandioxid umfassen, das in einem Bindemittel oder einer Trägersubstanz eines wärmeaktivierten vernetzbaren Polymermaterials dispergiert ist. Alternativ könnte ein Substrat aus transparentem Kunststoffmaterial zwischen trübenden Schichten aus Papier oder einem anderen teilweise oder im Wesentlichen trüben Material eingebettet sein, auf welches im Nachhinein Angaben aufgedruckt oder anderweitig aufgebracht werden können.
Prägefähige strahlungshärtbare Tinte
Der hier verwendete Begriff prägefähige strahlungshärtbare Tinte bezieht sich auf eine(n) beliebige(n) Tinte, Lack oder andere Beschichtung, die bzw. der in einem Druckverfahren auf das Substrat aufgebracht werden kann und die bzw. der geprägt werden kann, während sie bzw. er weich ist, um eine Reliefstruktur zu formen, und gehärtet werden kann, um die geprägte Reliefstruktur zu fixieren. Das Härteverfahren erfolgt nicht, bevor die strahlungshärtbare Tinte geprägt wird, es ist jedoch möglich, dass das Härteverfahren entweder nach dem Prägen oder im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie der Prägeschritt erfolgt. Die strahlungshärtbare Tinte ist vorzugsweise durch ultraviolette (UV-)Strahlung härtbar. Alternativ kann die strahlungshärtbare Tinte durch andere Formen von Strahlung, wie etwa Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen, gehärtet werden.
Die durch strahlungshärtbare Tinte ist vorzugsweise eine transparente oder transluzente Tinte, die aus einem klaren Harzmaterial ausgebildet wird. Eine derartige transparente oder transluzente Druckfarbe ist insbesondere für das Drucken von lichtdurchlässigen Sicherheitselementen geeignet, wie etwa Sub-Wellenlängengitter, lichtdurchlässige diffraktive Gitter und Linsenstrukturen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die transparente oder transluzente Tinte bevorzugt einen UV-härtbaren klaren prägefähigen Lack auf Acrylbasis oder eine derartige Beschichtung.
Solche UV-härtbare Lacke können von verschiedenen Herstellern erhalten werden, einschließend Kingfisher Ink Limited, Produkt Ultraviolett-Typ UVF-203 oder Ähnliches. Alternativ können die strahlungshärtbare prägefähigen Beschichtungen auf anderen Verbindungen, z. B. Nitrocellulose, beruhen.
Es wurde herausgefunden, dass die hier verwendeten strahlungshärtbaren Tinten und Lacke besonders zum Prägen von Mikrostrukturen, einschließend diffraktive Strukturen wie etwa Diffraktionsgitter und Hologramme und Mikrolinsen und Linsenarrays geeignet sind. Jedoch können sie auch mit größeren Reliefstrukturen, wie etwa nichtdiffraktiven optisch variablen Vorrichtungen, geprägt werden.
Die Tinte wird vorzugsweise durch ultraviolette (UV) Strahlung im Wesentlichen zur gleichen Zeit geprägt und gehärtet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die strahlungshärtbare Tinte im Wesentlichen zur gleichen Zeit in einem Tiefdruckverfahren aufgebracht und geprägt.
Brennpunktgröße H
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Brennpunktgröße auf die Abmessungen, in der Regel ein(e) effektive(r) Durchmesser oder Breite, der geometrischen Verteilung von Punkten, an denen durch eine Linse gebrochene Strahlen eine Objektebene in einem bestimmten Blickwinkel schneiden. Die Brennpunktgröße kann aus theoretischen Berechnungen, Strahlenverfolgungssimulationen oder aus tatsächlichen Messungen gefolgert werden.
Brennweite f
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet Brennweite, wenn in Bezug auf eine Mikrolinse in einer Linsenanordnung verwendet, die Strecke von dem Vertex der Mikrolinse zu der Position des Fokus gegeben durch Lokalisieren des Maximums der Leistungsdichteverteilung, wenn kollimierte Strahlung von der Linsenseite der Anordnung einfällt (siehe Miyashita, „Standardization for micro lenses and micro lens arrays“ (2007) Japanese Journal of Applied Physics 46, S. 5391).
Messdicke t
Die Messdicke ist die Strecke von der Spitze einer Linse auf einer Seite des transparenten oder transluzenten Materials zu der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des transluzenten Materials, auf der die Bildelemente bereitgestellt sind, die im Wesentlichen mit der Objektebene zusammenfallen.
Linsenfrequenz und -teilung
Die Linsenfrequenz einer Linsenanordnung ist die Anzahl an Linsen in einer gegebenen Strecke durch die Oberfläche der Linsenanordnung. Die Teilung ist die Strecke von der Spitze einer Linse zu der Spitze der benachbarten Linse. In einer einheitlichen Linsenanordnung weist die Teilung eine inverse Beziehung zu der Linsenfrequenz auf.
Linsenbreite W
Die Breite einer Linse in einer Mikrolinsenanordnung ist die Strecke von einer Kante der Linse zu der gegenüberliegenden Kante der Linse. In einer Linsenanordnung mit halbkugelförmigen oder halbzylindrischen Linsen ist die Breite gleich dem Durchmesser der Linsen.
Krümmungsradius R
Der Krümmungsradius einer Linse ist die Strecke von einem Punkt auf der Oberfläche der Linse zu einem Punkt, an dem die Senkrechte zu der Linsenoberfläche eine Linie schneidet, die sich senkrecht durch die Spitze der Linse (die Linsenachse) erstreckt.
Durchbiegungshöhe s
Die Durchbiegungshöhe oder Oberflächendurchbiegung s einer Linse ist die Strecke von der Spitze zu einem Punkt an der Achse geschnitten durch die kürzeste Linie von der Kante einer Linse, die sich senkrecht durch die Achse erstreckt.
Brechungsindex n
Der Brechungsindex eines Mediums n ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium. Der Brechungsindex n einer Linse bestimmt die Menge, in der Lichtstrahlen, die die Linsenoberfläche erreichen, gebrochen werden, gemäß Snelliusschem Brechungsgesetz:

η * Sin (a) = n * Sin (θ), wobei a der Winkel zwischen einem einfallenden Strahl und dem normalen Strahl am Punkt des Einfalls an der Linsenoberfläche ist, θ der Winkel zwischen dem gebrochenen Strahl und dem normalen Strahl am Punkt des Einfalls ist, und η der Brechungsindex der Luft ist (als ein Näherungswert kann für η ein Wert von 1 genommen werden).

Lappenwinkel
Der Lappenwinkel einer Linse ist der gesamte Blickwinkel gebildet durch die Linse.
Abbe-Zahl
Die Abbe-Zahl eines transparenten oder transluzenten Materials ist ein Maß der Dispergierung (Variation des Brechungsindex mit Wellenlänge) des Materials. Eine angemessene Wahl einer Abbe-Zahl für eine Linse kann dabei helfen, chromatische Aberration zu minimieren.
Subwellenlängengitterelement
Ein Subwellenlängengitterelement ist ein Gitterelement, das eine Periode oder Beabstandung zwischen Gitterlinien aufweist, die weniger als die Wellenlänge ist, sodass der dominante abgelenkte Modus die nullte Ordnung ist. Effektive Eigenschaften können unabhängig von der Periode sein, solange die Subwellenlänge ausreichend ist. Eigenschaften können auch tolerant gegenüber strukturellen Verformungen sein.
Bildpixel und Subbildpixel
In der gesamten Beschreibung werden Begriffe wie Bildelement(e) und Bildpixel austauschbar verwendet und sie sollen dieselbe Bedeutung haben. Begriffe wie Subpixel, Subbildpixel und Subelemente sollen untereinander dieselbe Bedeutung haben und austauschbar verwendet werden.
Farbraum RGB (rot, grün, blau)
Eine breite Palette an Farben kann mit den drei Primärfarben rot, grün und blau erzeugt werden. Jedes Farbbild kann in drei Bilder zerlegt werden, die diese Primärfarben umfassen. Jedes Farbbild kann viele Intensitätshelligkeitsstufen aufweisen. Wenn zum Beispiel für jede Primärfarbe 16 Helligkeitstufen ausgewählt werden, können 4.096 verschiedene Farben erzeugt werden.
Eine OVD-Vorrichtung kann auf dieselbe Weise ein Porträt erzeugen wie ein Videomonitor ein Porträt oder Bild auf einem Bildschirm anzeigen kann, der das Bild in viele Elemente oder Pixel zerlegt. Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist ein einzelnes Bildelement oder Bildpixel 10 gezeigt, das ein rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Subelement oder Subpixel 11, 12, 13 beinhaltet, um die drei Primärfarben mit unterschiedlichen Helligkeitswerten bereitzustellen. Dieser Mechanismus kann die Reproduktion einer breiten Palette an Farben mit verschiedenen Farbton- oder Farbwerten und einer unterschiedlichen Intensität oder Helligkeit ermöglichen. Wenn Bildelemente mit Primärfarben unterschiedlicher Helligkeit erzeugt werden, können einfach Vollfarbbilder erzeugt werden. RGB ist ein spezifisches Beispiel für einen bestimmten Farbraum, der in nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, aber andere Farbräume, darunter Graustufen- und/oder Einzelfarbsysteme, sind ebenfalls auf alle Ausführungsformen der Erfindung anwendbar.
Unter Bezugnahme auf 2 wird, wenn ein diffraktives Bildelement 20 mit Gitterperiode (oder räumlicher Frequenz) d durch einen kollimierten Weißlichtstrahl in normalem Einfall beleuchtet wird, Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen, λ (oder Farbe) in unterschiedliche Winkel α abgelenkt, die der Gleichung unterliegen: $sin α = \frac{λ}{d}$
Hier wird nur die erste Ordnung der Diffraktion betrachtet, da die meiste Lichtenergie in die erste Ordnung abgelenkt wird. Wenn Gitter mit einer einzigen räumlichen Frequenz innerhalb eines Pixels einer OVD erzeugt werden, erzeugt die OVD monochromatische Bilder. Wenn eine Person ein Bild an einer OVD beobachtet, gibt es in der Regel einen festen Einfallswinkel (Richtung der Lichtquelle) und einen festen Beobachtungswinkel, unter der Annahme, dass sich der Betrachter nicht viel bewegt. Daher ist der Blickwinkel α relativ fest.
Aus der Gleichung (1) kann ausgehendes abgelenktes Licht in verschiedenen Wellenlängen oder Farben erreicht werden, indem d variiert wird, die Periode der Gitter. Wir sind hauptsächlich an den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau interessiert, die entsprechende Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 aufweisen. Sie können durch Gitter in dreifarbigen Subelementen oder Subpixeln mit einer jeweiligen Periode d₁, d₂ und d₃ wie in 3 gezeigt abgelenkt werden. Wenn die Gitter durch Weißlicht beleuchtet werden, wie zum Beispiel eine Neonröhre, wird in demselben Blickwinkel α farbiges Licht von diesen Subpixeln gemäß der folgenden Gleichung abgelenkt: $sin α = \frac{λ_{1}}{d_{1}} = \frac{λ_{2}}{d_{2}} = \frac{λ_{3}}{d_{3}}$
Zum Beispiel entsprechen drei Primärfarben mit Wellenlängen λ₁=600 nm, λ₂=500 nm und λ₃=450 nm und einem Blickwinkel α=30 Grad Gitterperioden d₁=1200 nm, d₂=1000 nm und d₃=900 nm für jedes Subpixel 11-13, das jedes Pixel 10 bildet.
Es versteht sich, dass andere Kombinationen aus Einfallswinkel, Blickwinkel und Gitterperioden als vorstehend offenbart ausgewählt werden können, solange sie die Diffraktionsgleichung d(sin θ_m + sin θ_i) = mλ. erfüllen, wobei θ_i der Winkel ist, in dem das Licht einfällt, θ_m der Blickwinkel ist, d die Trennung von Gitterelementen ist und m die Diffraktionsordnung ist.
Die drei Primärfarben (RGB) werden durch Gitter in drei räumlichen Frequenzen erzeugt. Um Farbtöne zu manipulieren, um eine volle Farbe zu erreichen, muss der Helligkeitswert jeder Primärfarbe von den Subpixeln ebenfalls gesteuert werden. Es gibt viele Verfahren zum Steuern der Helligkeit von abgelenktem Licht aus Regionen an der Oberfläche einer OVD, wie zum Beispiel das Variieren der Gittertiefe, des Gitterprofils und/oder der Gitterkrümmungen. 4 und 5 veranschaulichen zwei Verfahren zum Steuern der Helligkeit der RGB-Subpixel 11-13.
In 4 wird der Helligkeitswert jedes Subpixels 11-13 durch Verändern des effektiven Bereichs von Gittern innerhalb jedes Subpixels variiert. 4 zeigt ein einzelnes Bildpixel, das die RGB-Subpixel 11, 12, 13 umfasst, wobei der effektive Bereich von Gittern jedes Subpixels 11-13 in der Höhe oder im Bereich angepasst ist, um einen bestimmten Helligkeitswert darzustellen.
In jedem Subpixel 11, 12, 13 ist die Helligkeit von abgelenktem Licht proportional zu dem Bereich jeder diffraktierenden Struktur 41-43 in Verbindung mit dem jeweiligen Subpixel 11-13. Anders gesagt ist die Helligkeit proportional zu den Höhen oder Bereichen der diffraktierenden Strukturen 41-43, wie von den flachen Bereichen 44-49 in Verbindung mit den Subpixeln 11-13 unterschieden, die eine Abwesenheit von diffraktierenden Strukturen aufweisen. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Helligkeit der Subpixel 11-13 im Wesentlichen linear in Bezug auf die Höhen oder Bereiche der diffraktierenden Strukturen 41-43 sein kann.
5(a) und 5(b) veranschaulichen ein anderes Verfahren zum Steuern der Helligkeit jedes Primärfarbsubpixels. Dies erfolgt durch Verwendung eines Satzes an Paletten, wobei die diffraktierenden Strukturen in variablen Richtungen ausgerichtet sind, um verschiedene Helligkeitsstufen zu bestimmen. 5(a) zeigt 8 Subpixel 51-58, die bei 90 Grad entsprechend dem höchsten Helligkeitswert innerhalb der festgelegten Palette ausgerichtet sind. 5(b) zeigt 8 Subpixel 51-58, die in verschiedenen Winkeln mit einer entsprechenden Variation im Helligkeitswert innerhalb der Palette ausgerichtet ist, die zwischen einem höchsten (90 Grad) und einem niedrigsten (45 Grad) Helligkeitswert festgelegt ist. Es ist auch möglich, Techniken zum Steuern der Helligkeit zu kombinieren. Zum Beispiel wird eine Änderung der Ausrichtung des Diffraktionsgitters verwendet, um einen Abfall der Helligkeit von äußeren Kanälen aufgrund von Linsenaberrationen zu kompensieren.
Die vorstehend beschriebenen Strukturen können ein Vollfarbbild mit einem einzelnen Kanal erzeugen, wobei ein Bild mit einem „einzelnen Kanal“ das einzige diffraktive Bild ist, das durch die Oberflächenreliefstruktur erzeugt wird. OVDs mit mehreren Kanälen (also diffraktive Vorrichtungen, die mehr als ein Diffraktionsbild erzeugen) sind für stereoskopische Anwendungen gewünscht, wobei unterschiedliche Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtbar sind. Zum Beispiel kann eine Anzahl von „X“ Kanälen erforderlich sein, um ein stereoskopisches Porträt zu beobachten, wobei jeder Kanal einen anderen Blickwinkel in Verbindung mit dem Porträt darstellt.
Räumlich geteilter Raum kann eine Möglichkeit sein, um OVD-Vorrichtungen mit mehreren Kanälen zu erreichen. Ein(e) fiktive(s) Element oder Pixelregion an der Vorrichtung kann in eine Vielzahl von Kanälen geteilt werden, wobei jeder Kanal drei Farbsubelemente oder Subpixel für rot, grün und blau enthält.
6 zeigt ein Beispiel für ein RGB-Element oder eine Pixelstruktur 60 für eine Vollfarb-OVD mit acht Kanälen. Die RGB-Pixelstruktur 60 beinhaltet die anamorphen Bildpixel 61-68, wobei jedes gesamte Bildpixel 61-68 durch ein Trio aus RGB-Subpixeln 61R-68R, 61G-68G, 61B-68B, das vertikal in Streifen angeordnet ist, dargestellt ist. In dem gegebenen Beispiel weist jedes Bildpixel 61-68 eine vertikale Abmessung von 96 µm und eine horizontale Abmessung von ungefähr 8 µm auf, sodass die Auflösung jedes Bildpixels 61-68 horizontal 12-mal höher als vertikal ist.
Es versteht sich, dass die physischen Abmessungen der Bildpixel im Allgemeinen durch die Anzahl an Bildkanälen unter jeder Linse und die Teilung der Fokussierelemente wie zum Beispiel Lentikularlinsen bestimmt werden. Die horizontale Abmessung der Bildpixel kann eine beliebige zwischen 4 und 10 Mikrometern sein und die vertikale Abmessung der Bildpixel kann im Bereich von 45 bis 100 Mikrometern liegen. Die Anzahl an Bildkanälen kann eine beliebige zwischen 2 Bildkanälen und 16 Bildkanälen sein.
Es versteht sich auch, dass die projizierte diffraktive Bildgebung, die durch einen Betrachter betrachtbar ist, durch den Bildinhalt bestimmt wird, der in jedem Bildkanal gespeichert ist. Wenn zum Beispiel der Bildinhalt, der in jedem Bildkanal gespeichert ist, eng mit dem Bildinhalt verbunden ist, der in anderen Bildkanälen gespeichert ist, wobei jeder Bildkanal eine Ansicht eines Objekts aus einem bestimmten Blickwinkel darstellt, kann die Vorrichtung konfiguriert sein, um eine dreidimensionale Ansicht dieses Objekts für den Betrachter zu projizieren. Es ist auch möglich, andere Arten von diffraktiven optischen Effekten zu erreichen, wie zum Beispiel Animation, Morphing, Vergrößern/Verkleinern, Bildwechsel und so weiter, wenn sich der Blickwinkel ändert.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform sind die mehreren Bildkanäle angeordnet, um eine echte Farbe eines Bildes in einem vorbestimmten Blickwinkel zu erzeugen. Die vorliegende Offenbarung bietet eine OVD, die viele Vorteile gegenüber herkömmlichen diffraktiven oder Linsenstrukturen aufweist, zu denen Folgende gehören:

• Das OVD-Merkmal arbeitet in einer breiten Spanne von Lichtbedingungen, darunter diffuser Beleuchtung und Umgebung mit geringer Beleuchtung.
• Das Merkmal erzeugt ein scharfes, gut definiertes Bild verglichen mit Stereogrammbildern, die durch andere Verfahren erzeugt werden.
• Die OVD erzeugt strahlende diffraktive Effekte und kann konfiguriert sein, um echte Farbmischeffekte zu erzeugen.
• Die OVD überwindet die Einschränkungen in Verbindung mit herkömmlichen Drucktechnologien und Lentikularmerkmalen.

Es ist eine äußerst hohe Auflösung von weit mehr als der Fähigkeit der meisten Drucker erforderlich, um die mehreren Kanäle wie zum Beispiel 4 Kanäle, 8 Kanäle, 10 Kanäle oder 12 Kanäle unter Lentikularlinsen zu bilden, die an Dokumenten wie zum Beispiel Banknoten verwendet werden. Wie vorstehend erwähnt, kann die horizontale Auflösung der Bildpixel so klein wie 4 Mikrometer sein, wohingegen mit herkömmlichen Druckverfahren wie zum Beispiel Gravur und Versatzdrucken aufgrund begrenzter Druckauflösung, die für ein jedes Druckverfahren inhärent existiert, es entweder unmöglich oder äußerst schwierig ist, Bildelemente zu drucken, die eine Auflösung von weniger als 30 bis 40 Mikrometer aufweisen.
Ein Mittel zum Darstellen von RGB-Bildern kann im Wesentlichen quadratische Subpixel ergeben, die in vertikale RGB-Spalten unterteilt sind, wobei das gesamte Subpixel in beide Richtungen dieselbe Auflösung hätte, obwohl RGB-Subpixel-Teilungen eine höhere Auflösung erfordern.
In dem in 6 gezeigten Beispiel beträgt die Breite jedes Kanals 8 Mikrometer, wodurch dies zu Subpixeln führen würde, die 8 Mikrometer hoch sind, wenn quadratische Subpixel verwendet würden. Da die Subpixel aus diffraktiven Gittern mit einer Wiederholung in der Ordnung von 1 Mikrometer bestehen, können in einem solchen Subpixel nur 8 Gitterlinien aufgenommen werden. Wenn die Höhe jedes diffraktiven Bereichs wie vorstehend beschrieben angepasst wird, um den Helligkeitswert jedes Bildsubpixels darzustellen, würde dies die Spanne an Helligkeitswerten, die dargestellt werden könnte, einschränken. Wenn eine breite Spanne an Helligkeitswerten darzustellen ist, müssen stärker diffraktive Gitterlinien verwendet werden. Daher werden die Bildsubpixel so ausgewählt, dass sie anamorph sind, sodass jedes bis zu 4-mal größer als breit ist.
Graustufenfarbraum
Unter einigen Umständen kann es wünschenswert sein, 3D-Bildgebung zu erzeugen, die ein Graustufenbild darstellt. Eine Möglichkeit zum Erzeugen eines Graustufenbildes ist das Ausgleichen der Helligkeitsstufen zwischen den roten, grünen und blauen Subpixeln, sodass die Nettoimpression für den Betrachter von dem Abschnitt der Subpixel, der diffraktive Strukturen aufweist, eine Mischung aus den eingehenden Farben (was für Tageslicht nominal weiß wäre) und aus dem gesamten RGB-Bild eine gewünschte Grauskalastufe ist, wodurch zusammen mit den übrigen Pixeln ein Graustufenbild erzeugt wird. Diese Situation ist in 7A gezeigt, die die diffraktive Bildgebungsschicht unter einem Abschnitt einer einzelnen Lentikularlinse darstellt. Die Bildgebungsschicht weist eine Struktur mit vier Kanälen mit zwei benachbarten Bildpixeln auf, die für jeden der vier Kanäle gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf Kanal 1 weisen die benachbarten Pixel 100 und 102 jeweils rote, grüne und blaue Subpixel auf (jeweils 111, 112, 113 und 114, 115, 116). Jedes dieser Subpixel weist einen nichtdiffraktiven Bereich auf, der verwendet wird, um die Helligkeitsstufe zu variieren (jeweils 108, 110, 118 und 119, 120, 121). In diesem Beispiel weisen die nichtdiffraktiven Bereiche 108, 110 und 118 dieselbe Größe auf, um die Helligkeitsstufe zwischen jedem der RGB-Subpixel auszugleichen. Ebenso ist der nichtdiffraktive Bereich 119, 120 und 121 in Pixel 102 ebenso gleichmäßig größenbemessen. Da die nichtdiffraktiven Bereiche in Pixel 100 kleiner als diejenigen in Pixel 102 sind, weist das Pixel 100 eine größere Helligkeitsstufe als dasjenige von 102 auf. Diese Variation in der Helligkeitsstufe wird verwendet, um das gewünschte Graustufenbild zu erzeugen. Es ist zum Beispiel aus 7A klar, dass das obere Pixel in Kanal 2 und das untere Pixel in Kanal 4 alle die kleinsten nichtdiffraktiven Bereiche und damit die höchsten Helligkeitsstufen aufweisen. Das Graustufenbild ist in diesem Fall in einem spezifizierten Blickwinkel sichtbar, der mit der 1. Diffraktionsordnung der RGB-Subpixel übereinstimmt, die natürlich gestaltet sind, sodass sie im Wesentlichen gleich sind, wie vorstehend erörtert.
Diffuses Weiß
Alternativ kann die 3D-Graustufenbildgebung durch Pixel mit einem Abschnitt erzeugt werden, der eine Oberflächenstruktur für diffuse Zerstreuung von einfallendem Licht aufweist, und wobei der übrige Abschnitt größenbemessen ist, sodass er einer vorbestimmten Helligkeitsstufe entspricht. Die diffuse Zerstreuung kann durch eine Oberflächenstruktur mit geeigneter Rauheit bereitgestellt werden oder wird bevorzugt durch eine willkürliche diffraktive Gitterstruktur bereitgestellt, die in 7B schematisch veranschaulicht ist. Wie bei 7A zeigt 7B die Bildgebungsschicht unter einem Teil einer einzelnen Lentikularlinse. Für jeden der 4 Kanäle sind zwei benachbarte Bildpixel gezeigt. Unter Bezugnahme auf Kanal 4 weisen die benachbarten Pixel 104 und 106 jeweils ein randomisiertes diffraktives Gitter 123 und 125 und jeweils die nichtdiffraktiven Bereiche 122 und 124 auf. Die randomisierten (oder pseudorandomisierten) diffraktiven Gitter 123, 125 weisen jeweils eine Gitterteilung und/oder -breite auf, die auf willkürliche Weise variiert. Während das einfallende Licht von jedem der benachbarten Ränder innerhalb des Gitters abgelenkt wird, wird der Winkel der jeweiligen diffraktiven Ränder nullter Ordnung, erster Ordnung usw. (Linien mit positiver Interferenz) für jede unterschiedliche Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln zu dem Gitter erzeugt. Da die Gitterteilung randomisiert ist, ist dies auch der Diffraktionswinkel (wichtigerweise die Diffraktion erster Ordnung) für jede Wellenlänge an sichtbarem Licht, wodurch effektiv eine diffuse Reflexion des einfallenden Lichtes erzeugt wird. Daher sieht der Betrachter eine willkürliche oder pseudowillkürliche Kombination aus zahlreichen unterschiedlichen Wellenlängen, die das Auge als Weißlicht kombiniert. Wie vorstehend erörtert, ermöglicht die Varianz in nichtdiffraktiven Bereichen der diffusen Lichtpixel 104, 106 eine Varianz der Helligkeit, sodass ein Graustufenbild erzeugt werden kann.
8A und 8B stellen eine schematische Darstellung eines Beispiels für diesen Effekt bereit. 8A ist eine schematische Schnittansicht der Sicherheitsvorrichtung 70. Das Weißlicht 130, 131 fällt auf die Fokussierelemente in der Form der Lentikularlinsen 72, 73, 74. Die Lentikularlinsen 72, 73, 74 werden auf einer Oberfläche 75 des transparenten Substrats 71 getragen, während die Bildelemente 77 und 78 auf der gegenüberliegenden Oberfläche 76 gebildet werden, um eine OVD mit 4 Kanälen bereitzustellen.
Die Linsengeometrie ist derart, dass parallele einfallende Strahlen 130 zu einem Brennstreifen 132 gebrochen werden, der den Streifen der Pixel 132 innerhalb des Kanals 2 einschließt. Ähnlich werden die parallelen Strahlen von einfallendem Licht 131 durch die Linse 173 auf den Streifen der Pixel 133 in Kanal 2 der benachbarten Bildelemente 78 fokussiert. Idealerweise sollte die Breite der Brennstreifen 132 und 133 der Breite der Pixel entsprechen, was durch Auswahl der geeigneten Linsengeometrien und/oder Substratdicke erreicht wird.
Das auf die Brennstreifen 132 und 133 fokussierte Licht, die die Pixel des Kanals 2 bedecken, wird aus den jeweiligen Linsen 72 und 73 heraus abgelenkt. Im Blickwinkel α ist das abgelenkte Licht 134, 135 dasjenige der Graustufenpixel für Kanal 2, jeweils mit einer Helligkeitsstufe bestimmt durch die Größe ihrer jeweiligen nichtdiffraktiven Oberflächen. Auf diese Weise wird die Kombination aus Licht der Pixel 134, 135 usw. des Kanals 2 kombiniert, um ein von dem Betrachter gesehenes Graustufenbild zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 8B ist schematisch ein einzelnes Bildelement oder - pixel 136 gezeigt. Jedes Pixel 136 weist einen Oberflächenbereich 140 mit einer Oberfläche 142 auf, die für diffuse Diffraktion des einfallenden Lichtes strukturiert ist. In der Ausführungsform aus 8B ist die strukturierte Oberfläche ein randomisiertes (oder pseudorandomisiertes) diffraktives Gitter, in dem die Gitterteilung und/oder -breite willkürlich ist. In einer bestimmten Form wird das UV-härtbare Polymer, das die Bildschicht bildet, unter Anwendung bekannter Techniken wie zum Beispiel UV-Prägen oder -Gießen strukturiert, um ein Gitter aus parallelen Linien mit einer willkürlichen Breite und einer willkürlichen Beabstandung innerhalb eines festen Bereichs von Breiten und Beabstandungen zu erzeugen.
Das einfallende Weißlicht 138 wird von dem willkürlichen Gitter 142 abgelenkt und bildet Diffraktionsmuster von jeder Gitterlinie. Da die Gitterteilung willkürlich ist, ist dies auch der Diffraktionswinkel der nullten Ordnung, ersten Ordnung, zweiten Ordnung und so weiter für jede Wellenlänge in dem Weißlicht 138. Diese willkürliche Dispergierung der Diffraktionswinkel 141 nullter Ordnung, erster Ordnung, zweiter Ordnung und so weiter bedeutet, dass durch das Betrachten des Pixels 136 von dem Betrachtungswinkel eine willkürliche Sammlung an Wellenlängen 143 (λ₁ bis λ_n) gesehen wird. Während diese Wellenlängen von dem vollen Spektrum an sichtbarem Licht entnommen sind, unter der Annahme, dass das einfallende Licht das vollständige Spektrum an sichtbarem Licht beinhaltet, kombiniert das Auge des Betrachters die unterschiedlichen Wellenlängen, um Weißlicht oder eine nahe Annäherung an Weißlicht zu sehen.
Die Helligkeitsstufe des Weißlichtes 143, die von dem Betrachter gesehen wird, wird durch das Ausmaß des nichtdiffraktiven Bereichs 137 bestimmt. Die Oberfläche des nichtdiffraktiven Bereichs 137 kann flach und unstrukturiert sein, sodass das einfallende Licht 138 vorwiegend durchläuft. Der nichtdiffraktive Oberflächenbereich kann jedoch auch eine Beschichtung wie zum Beispiel eine reflektierende metallische Beschichtung aufweisen. In diesem Fall würde das einfallende Licht 138 in einem Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel spiegelreflektiert. Wenn die Vorrichtung aus diesem Winkel betrachtet wird, überwältigt die Spiegelreflexion von einfallendem Licht das Licht, das von dem randomisierten Diffraktionsgitter 142 abgelenkt wird und die Vorrichtung würde strahlend weiß ohne ein erkennbares Graustufenbild erscheinen. In anderen Blickwinkeln wäre jedoch der erforderliche Kontrast zwischen dem diffus abgelenkten Licht von dem randomisierten Gitter 142 und dem nichtdiffraktiven Oberflächenbereich 137, um das Graustufenbild zu erzeugen.
Der nichtdiffraktive Oberflächenbereich 137 kann auch zum Beispiel unter Verwendung von UV-Guss- oder -Prägetechniken strukturiert und/oder beschichtet werden, um die Lichtabsorption zu erhöhen. Lichtfallen oder sogenannte „Mottenaugenstrukturen“, die in WO2005106601 detailliert beschrieben sind, sind geeignete Oberflächenmikrostrukturen für diesen Zweck. In diesem Fall reflektiert der nichtdiffraktive Oberflächenbereich 137 sehr wenig des einfallenden Lichtes 138 unabhängig von dem Einfallswinkel und stellt einen starken Kontrast mit dem diffus abgelenkten Licht 141 von dem randomisierten Gitter 142 bereit. Ferner können mikroskopische Lichtfallenstrukturen unter Verwendung desselben Guss- oder Prägwerkzeugs, das das randomisierte Diffraktionsgitter 142 prägt, in die nichtdiffraktive Oberfläche 137 geprägt werden, sodass beide Sätze an Oberflächenstrukturen exakt ausgerichtet sind.
Wie vorstehend erörtert, wird in Bezug auf die Ausführungsform des RGB-Farbraums der Helligkeitswert jedes Pixels 136 variiert, indem die Größe des nichtdiffraktiven Oberflächenbereichs 137 verändert wird. Durch Erhöhen der Größe des nichtdiffraktiven Oberflächenbereichs 137 reduziert sich die Größe des randomisierten diffraktiven Gitters 142 (unter der Annahme, dass die Pixelgröße 15 konstant ist). Daher reduziert sich auch die Helligkeitsstufe des Lichtes 143 von Pixel 136.
Pixel mit einem Oberflächenbereich, der für diffuse Zerstreuung des einfallenden Lichtes strukturiert ist, um 3D-Graustufenbilder zu erzeugen, bieten einen breiteren Bereich an Blickwinkeln, in denen das Graustufenbild in der gewünschten diffusen Farbe gesehen wird (d. h. weiß bei normalem diffusen einfallenden Weißlicht). Wie vorstehend erörtert, zeigen die durch die Ausführungsformen mit den roten, grünen und blauen Subpixeln erzeugten Bilder eine echte Farbversion des Bildes nur in einem schmalen Bereich an Blickwinkeln. In anderen Blickwinkeln ist das Bild immer noch sichtbar, aber nicht in echter Farbe, sondern stattdessen variiert das Bild gemäß dem diffraktiven Spektrum der RGB-Pixel.
Ein weiterer Vorteil der Ausführungsformen der diffusen Graustufenpixel ist die verbesserte Bildauflösung relative zu Ausführungsformen mit RGB-Subpixeln. Der kombinierte Bereich, der für die R-, G- und B-Subpixel erforderlich ist, ist größer als derjenige, der für Ausführungsformen erforderlich ist, die ein randomisiertes Diffraktionsgitter und einen einzelnen nichtdiffraktiven Bereich verwenden. Daher kann die Gesamtpixelgröße der diffusen Pixel weniger als ein Drittel der Größe der RGB-Farbpixel betragen. Das Reduzieren der Pixelgröße ermöglicht, dass das Bild mehr Pixel aufweist, wodurch sich die Bildauflösung verbessert. Das heißt, während die diffusen Lichtpixel 104, 106 in einer Größe vergleichbar mit dem gesamten RGB-Pixel gezeigt sind, können sie dieselbe Größe wie ein einzelnes R-, G- oder B-Subpixel aufweisen oder sogar kleiner sein.
Ein Unterschied in der Bildauflösung ist kein Hindernis für eine OVD, in der eine Gruppe der Bildelemente diffuse Pixel sind, um ein Graustufenbild zu erzeugen, und eine andere Gruppe der Bildelemente RGB-Pixel für ein Farbbild sind, gegebenenfalls dasselbe Bild wie die Graustufe.
Hertellungstechniken
9 zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Sicherheitsvorrichtung 70, die eine OVD-Struktur mit acht Kanälen beinhaltet. Die optische Sicherheitsvorrichtung 70 beinhaltet eine Schicht aus prägbarer strahlungshärtbarer Tinte, die auf einen transparenten oder Fensterbereich des Substrats 71 aufgetragen wird, bevor sie geprägt wird, während sie noch weich ist, um die refraktiven Lentikularfokussierstrukturen 72-74 auf einer Seite 75 des Substrats 71 zu bilden. Jede Fokussierstruktur 72-74 kann eine refraktive zylindrische Linse beinhalten.
Die Tinte kann durch Strahlung gehärtet werden, um die geprägten Lentikularfokussierstrukturen 72-74 zu fixieren. Jede Fokussierstruktur 72-74 ist derart gebildet, dass ihre Brennweite ungefähr gleich dem Abstand zu der gegenüberliegenden Seite 76 des Substrats 71 ist. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, Linsen zu haben, die nicht genau auf die Bildebene fokussieren (siehe WO2010099571, das hiermit durch Verweis einbezogen ist). Jede Fokussierstruktur 72-74 vereinfacht das Erfassen der Bildelemente 77-79, die sich auf der gegenüberliegenden Seite 76 des Substrats 71 befinden.
Die Bildelemente 77-79 können durch strahlungshärtbare Tinte, durch Prägen in eine Schicht einer derartigen Tinte oder durch Drucken der strahlungshärtbaren Tinte in dem gewünschten Muster gebildet werden.
Es wird angemerkt, dass das vorstehende Verfahren das bevorzugte Verfahren zum Erzeugen von geeigneten Linsen und Bildelementen ist, aber andere Verfahren ebenfalls geeignet sein können.
Die vorstehende Anordnung kann einen optischen Effekt erzeugen, der lentikularbasierten optischen variablen Vorrichtungen ähnlich ist und für das Auge durch Lentikularstrukturen 72-74 sichtbar sein kann, die sich so befinden, dass sie diffraktive Bildelemente 77-79 auf der gegenüberliegenden Seite 76 des Substrats 71 erfassen. Jedes Bildelement 77-79 beinhaltet eine OVD-Struktur 60 mit acht Kanälen, die Bildpixel 61-68 (Streifen) wie vorstehend unter Bezugnahme auf 6 umfasst. Jeder Satz an Bildpixeln 61-68 gehört zu einem eigenen Bild oder Kanal, sodass als ein Betrachter, der sieht, dass die Vorrichtung den Blickwinkel ändert, ein anderes Bild oder ein anderer Kanal sichtbar wird. Jedes Bild oder jeder Kanal kann ein Vollfarbporträt aus einem von acht unterschiedlichen Sichtpunkten darstellen. Die Nettoimpression auf einen Betrachter, der aus dem Betrachten von acht unterschiedlichen Sichtpunkten hervortritt, ist das Erzeugen eines Stereogramms des Bildes mit einem zusätzlichen Trennungsvorteil über die Lentikularfokussierstrukturen 72-74.
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Sicherheitsvorrichtung 80, die eine OVD-Struktur mit acht Kanälen beinhaltet. Die optische Sicherheitsvorrichtung 80 beinhaltet eine Schicht aus prägbarer strahlungshärtbarer Tinte, die auf einen transparenten oder Fensterbereich des Substrats 81 aufgetragen wird, bevor sie geprägt wird, während sie weich ist, um die diffraktiven Lentikularfokussierstrukturen 82-84 auf einer Seite 85 des Substrats 81 zu bilden. Jede Fokussierstruktur 82-84 kann eine diffraktive zylindrische Linse oder Zonenplatte beinhalten.
Die Tinte kann durch Strahlung gehärtet werden, um die geprägten Lentikularfokussierstrukturen 82-84 zu fixieren. Jede Fokussierstruktur 82-84 kann derart gebildet sein, dass ihre Brennweite gleich dem Abstand zu der gegenüberliegenden Seite 86 des Substrats 81 ist. Jede Fokussierstruktur 82-84 kann das Erfassen der Bildelemente 87-89 erleichtern, die sich auf der gegenüberliegenden Seite 86 des Substrats 81 befinden. Die Bildelemente 87-99 können auf dieselbe Weise wie in Bezug auf 9 beschrieben gebildet werden. Jedes Bildelement 87-89 kann eine OVD-Struktur 60 mit acht Kanälen beinhalten, wie vorstehend beschrieben. Die letztere Anordnung kann einen Stereogrammeffekt erzeugen, der demjenigen ähnlich ist, der unter Bezugnahme auf 9 beschrieben ist.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen der Strukturen gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung. Insbesondere werden die Strukturen, die sowohl für die Linsen als auch die Bildelemente erforderlich sind, durch Elektroformen oder durch Nanodruckmikrolithographie in Schritt 92 gebildet. Die durch den Prozess in Schritt 92 erzeugten Strukturen werden dann nach der Erzeugung zu geeigneten Platten oder Scheiben verwendet, um die Strukturen in Schritt 94 bevorzugt zu einem geeigneten Medium zu prägen, wie zum Beispiel einer strahlungshärtbaren Tinte. Dies kann in demselben In-Line-System in einem Verfahren, das als „Double Soft Emboss Technology“ oder DSET bekannt ist, oder anderen ähnlichen Technologien erfolgen, wie zum Beispiel derjenigen, die in WO2014070079 von Rolling Optics AB offenbart ist, die hiermit durch Verweis einbezogen ist. Alternativ können die Strukturen für die Linsen und Bildelemente separat erzeugt und zusammenlaminiert werden, um die finale OVD zu bilden.
Wie vorstehend im Abschnitt der Kurzdarstellung der Erfindung erörtert, kann das Bild ein Porträt eines Objekts beinhalten, wie zum Beispiel ein menschliches Gesicht, und können Gruppen von Bildelementen oder Kanälen das Objekt aus vielen unterschiedlichen Blickpunkten darstellen. Projektionsansichten des Objekts können erfasst werden, sodass das finale Stereogramm ein genaues dreidimensionales Bild dieses Objekts erzeugt. Eine Technik zum Erfassen von Stereogrammen ist in der vorstehend genannten MIT-Arbeit mit dem Titel „The Generalized Holographie Stereogram“ von Michael W. Halle beschrieben:
http://www.media.mit.edu/spi/SPIPapers/halazar/halle91.pdf.
Ein einfaches Stereogrammmodell kann aus einer einzelnen holographischen Platte bestehen, die eine Reihe an dünnen vertikalen Schlitzhologrammen beinhaltet, die nebeneinander quer über die Platte exponiert ist. Jeder Schlitz kann einzeln gegenüber einem Bild exponiert werden, das auf einen Rückprojektionsbildschirm in einigem Abstand zu der Platte projiziert wird. Sobald das Hologramm entwickelt ist, kann jeder Schlitz eine Öffnung bilden, durch die das Bild des Projektionsbildschirms zum Zeitpunkt der Exposition dieses Schlitzes gesehen werden kann. Die auf den Bildschirm projizierten Bilder können Ansichten einer Szene oder eines Objekts beinhalten, die aus vielen unterschiedlichen Blickpunkten erfasst werden.
Alternativ wird eine Art von Stereogramm, die im Stand der Technik beschrieben ist, ähnlich aus mehreren zweidimensionalen Bildern eines Objekts oder einer Szene erzeugt, aber entlang einer horizontalen Strecke aufgenommen, um mehrere horizontale Blickpunkte des Objekts oder der Szene zu erfassen. In dieser Art von Stereogramm werden die so erfassten Bilder aus der Richtung, in der sie ursprünglich aufgenommen wurden, auf eine holographische Platte projiziert. In einem Verfahren wird eine Platte mehrmals mit einer konstanten Referenz zu den vorstehend aufgenommenen Bildern sequentiell exponiert. Eine andere Möglichkeit, um ein identisches Ergebnis zu erreichen, ist das Erzeugen eines Zwischenhologramms, das die einzelnen perspektivischen Bilder von links nach rechts enthält. Dieses Zwischenhologramm wird dann als Master verwendet, um alle Bilder zurück zu einer Platte zu projizieren, an der das finale Hologramm erzeugt wird.
Von den vorstehenden Arten von Hologrammen ist das geeignetste für diese Erfindung eine Variation des Verfahrens des individuellen Erfassens von Bildern. Um die Bildelemente in Gruppen zu erzeugen, die durch die Fokussierelemente betrachtet werden, können aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommene Bilder durch eine Reihe von Schlitzen auf eine holographische Platte fokussiert und projiziert werden. Diese Schlitze müssen in den gleichen Mitten wie die Fokussierelemente und mit einer Breite gleich der einzelnen Fokussierelementbreite geteilt durch die Anzahl an erfassten oder bei einer beliebigen Rate projizierten Bildern beabstandet sein.
Ein einfacheres Verfahren zum Erzeugen der Rahmen, die für die hier beschriebenen Gruppen von Bildelementen geeignet sind, ist das digitale Verflechten der vorstehend aufgenommenen Bilder, was zu einer Bildelementanordnung führt, die mit der direkt vorstehend beschriebenen identisch ist. Die vorstehende Anordnung kann die Unzulänglichkeiten von OVDs des Standes der Technik ansprechen, indem sie auf Fokussierelementen zum Trennen von horizontalen Bildkanälen basiert. Insbesondere hängen die Bildgebungseigenschaften der Fokussierelemente gegebenenfalls nicht von dem Einfallwinkel von beleuchtendem Licht ab; stattdessen kann die Klarheit des Bildes durch die räumliche Beziehung der Bildelemente zu den Fokussierelementen bestimmt werden, wobei die Beziehung nach dem Prägen fest sein kann und unabhängig von der Beleuchtung sein kann.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen der Bildelemente gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung. Erstens werden in Schritt 102 geeignete Bilder, wie nachfolgend detaillierter erörtert, als eine Reihe an Rahmen aufgenommen. Zweitens werden die Bilder in Schritt 104 verarbeitet, sodass sie für die Bildelemente der Erfindung geeignet sind. Dies beinhaltet in Software:

1. Platzieren der Rahmen zu einer festgelegten Tiefe
2. Schneiden in Kanäle gemäß Linsenbreiten und Anzahl an Rahmen
3. Neues Zusammensetzen des Bildes zu einem einzelnen verflochtenen Bild
4. Komprimieren in der y-Achse
5. Teilen der Kanäle in RGB
6. Teilen der Kanäle in horizontale Reihen, um Graustufenwerte zu erzeugen, die als Farbe in der OVD neu zusammengesetzt werden

Dann wird in Schritt 106 die digitale Ausgabe aus Schritt 104, bei der es sich um eine Matrix aus Bildelementen handelt, erzeugt, um eine Struktur zu bilden, wie zum Beispiel eine Platte oder eine Scheibe, die verwendet werden kann, um die Bildelemente für die OVD zu replizieren.
13 zeigt drei Verfahren zum Erfassen der Sammlung von zweidimensionalen Bildern oder Rahmen, aufgenommen aus unterschiedlichen Perspektiven, die für holographische Stereogramme erforderlich sind. Ein Verfahren 112 beinhaltet das Platzieren eines Objekts oder einer Person 112B auf einem Drehtisch 112A und das Filmen mit einer Video- oder Filmkamera 112C, während er sich dreht. Bilder des Objekts oder der Person 112B werden aus mehreren Perspektiven 112D erfasst. Ein anderes Verfahren 114 beinhaltet das Platzieren einer Schiene 114A vor der Szene/dem Objekt/der Person 111B und das Fahren einer Kamera 114C entlang der Schiene 114A, während sie ein Video, einen Film oder eine Reihe von Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven 114D aufnimmt. Ein anderes Verfahren 116 beinhaltet das Befestigen einer Anzahl an Kameras 116C an der Schiene 116A in der Konfiguration des Verfahrens 114 und das gleichzeitige Auslösen aller Kameras 116C, um Bilder des Objekts 116B aus unterschiedlichen Perspektiven 116D zu erfassen.
Wie in 14 gezeigt, kann jede dieser Techniken eine Reihe an Bildern aufgenommen aus unterschiedlichen Perspektiven (1, 2 ... n) aufnehmen und wenn sie holographisch oder gemultiplext 118 für ein Lentikularstereogramm rekombiniert sind, die perspektivischen Bilder aus ihren ursprünglichen Winkeln wiedergeben, wodurch dem Betrachter 120 ermöglicht wird, die Szene/das Objekt/die Person als dreidimensional wahrzunehmen. Die Augen 122, 124 des Betrachters können zwei Bilder aus zwei unterschiedlichen Perspektiven 126, 128 sehen, da die Bilder in Richtung der ursprünglichen Winkel, aus denen sie aufgenommen wurden, wiedergegeben werden.
In holographischen Stereogrammen werden die verschiedenen perspektivischen Bilder getrennt, indem sie zu dem ursprünglichen Winkel abgelenkt werden, aus dem sie mit der Kamera aufgenommen wurden. Verfahren mit einem und mit zwei Schritten, die verwendet worden sind, um dieses Ziel zu erreichen, sind in der Literatur hinreichend beschrieben.
Eine der Schwächen dieser Art von holographischem Stereogramm ist, dass, wenn eine erweiterte Lichtquelle, z. B. Neonbeleuchtung, Bürobeleuchtung, bedeckter Himmel verwendet wird, um das Hologramm zu beleuchten, die verschiedenen Perspektiven miteinander vermischt werden und das Bild verschwommen und undeutlich wird, zumindest die Teile des (3D)-Bildes, die nicht in der Ebene des Hologramms liegen.
In einer 3D-Lentikularanzeige werden die verschiedenen vorstehend erfassten perspektivischen Ansichten zusammen zu einer Bildmatrix aus verflochtenen vertikalen Kanälen gemultiplext, die dann mit typischen Drucktinten gedruckt werden. Dann wird eine Anordnung aus vertikalen zylindrischen Linsen grob bei der Brennweite der Linsen von dieser Bildmatrix platziert und alle Bildkanäle in Verbindung mit einem bestimmten Winkel werden in derselben Richtung von der Vorrichtung gebrochen, einer Richtung, die für jedes perspektivische Bild einmalig ist. Die gemultiplexte Anordnung kann derart angeordnet werden, dass die Bilder in der korrekten Reihenfolge sind. Wenn zum Beispiel nur 4 perspektivische Bilder verwendet würden, kann die Anordnung vertikale Scheiben jedes Bildes in der Reihenfolge 1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4... usw. sein und kann jeder Satz an vier Kanälen unter einer Linse liegen.
Es gibt eine Anzahl an Verfahren zum Erzeugen der OVD der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung. In allen Ausführungsformen wird eine Reihe an perspektivischen Bildern wie vorstehend beschrieben erhalten. In der bevorzugten Ausführungsform werden diese perspektivischen Bilder derart von links nach rechts ausgerichtet, dass während der Rekonstruktion das 3D-Bild in einer vorbestimmten Tiefe relativ zu der Vorrichtung erzeugt wird. Als Beispiel wird ein Punkt an einem Objekt als sich an der Oberfläche befindend ausgewählt. Alle perspektivischen Bilder werden verschoben und/oder abgeschnitten, sodass sich dieser Punkt in jedem Bildrahmen in derselben horizontalen Position befindet. Dann werden die Bilder in Spalten geteilt und zu einer finalen Bilddatei verflochten, die aus allen angeordneten Bildern besteht, zum Beispiel vorstehend 1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4... nummeriert mit jeweiliger Zahl. Es ist jedoch klarzustellen, dass jede Spalte in der ursprünglichen Position des ursprünglichen perspektivischen Bildes bleibt (nach der horizontalen Verschiebung, um die Bildebene festzulegen). Wenn zum Beispiel die Spalten in der horizontalen Position in einer beliebigen Datei, von der sie ursprünglich ein Teil waren, durchnummeriert wären, wäre die Nummerierung wie folgt: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,19,10,11,12,13,14,15...
Eine andere weniger wünschenswerte Verflechtungstechnik mit niedrigerer Auflösung, die ein dimensional äquivalenten Ergebnis zu dem vorstehenden Beispiel (mit 4 Bildperspektiven) ergibt, wäre die Verwendung der Spalten 1,1,1,1,4,4,4,4,8,8,8,8,12,12,12,12...
Eine der Schwächen von 3D-Lentikularanzeigen ist, dass die Mindestbreite der gemultiplexten Schlitze mit der durch den Drucker erreichbaren Auflösung zusammenhängt, wodurch gezwungenermaßen weniger Bilder und/oder größere Linsen als ideal verwendet werden müssen. Jedoch werden diese Anzeigen nicht durch erweiterte Quellenbeleuchtung beeinträchtigt und sind bei diffuser und Punktlichtbeleuchtung genauso scharf.
Die OVD-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung spricht die Nachteile dieser beiden 3D-Anzeigetechnologien an. Holographie kann Bildelemente aufnehmen, die in der Ordnung einiger Wellenlängen von Licht sind, wodurch äußerst schmale Kanäle in der Vorrichtung verwendet werden können. Dies kann die Verwendung von viel mehr perspektivischen Bildern oder Rahmen als in einer ähnlichen gedruckten Anzeige ermöglich: Es kann auch die Verwendung kleinerer Linsen ermöglichen, wodurch die Gesamtauflösung des Bildes erhöht wird und das Bild dünner, einfacher herzustellen und kostengünstiger wird. Da die perspektivischen 2D-Bilder auf dieselbe Weise gemultiplext werden wie in einem gedruckten 3D-Lentikularbild, und weil die Linsen diese Bilder in die korrekten Winkel umleiten, ist die horizontale Trennung der verschiedenen Perspektiven nicht von der Beleuchtung betroffen und das Bild bleibt unter weniger als idealer Beleuchtung scharf.
Die Ausführungsformen aus 9 und 10 können einen optischen Primäreffekt durch die Fokussierstrukturen 72-74, 82-84 erzeugen, die auf der Rückseite 76, 86 der Substrate 71, 81 fokussieren, wie vorstehend beschrieben, aber können auch einen optischen Sekundäreffekt erzeugen, wenn die Bildelemente 77-79, 87-89 von der Rückseite der Substrate 71, 81 aus betrachtet werden. Der Anmelder ist der Ansicht, dass der Sekundäreffekt durch die Fokussierstrukturen 72- 74, 82-84 verursacht wird, die Oberflächen bereitstellen, die eine schwache Probenahme erzeugen, indem Licht in leicht größerer Präferenz zurück durch die Bildgebung gelenkt wird. Das Bewegen der OVD-Vorrichtung kann diesen Referenzpunkt in der Bildgebung verändern und bewirken, dass das Auge den OVD-Effekt sieht. Ein Teil des Lichtes kann an interner Gesamtreflexion liegen und ein Teil kann an schwacher Reflexion liegen, die von äußeren Oberflächen der Fokussierstrukturen 72-74, 82-84 auftritt. Eine Schutzbeschichtung wie zum Beispiel ein transparenter Lack kann über die Lentikularfokussierstrukturen 72-74, 82-84 aufgetragen werden. Die Schutzbeschichtung kann über die Lentikularfokussierstrukturen 72-74, 82-84 sowie über andere Bereiche des Substrats 71, 81 aufgetragen werden, in denen die Fokussierstrukturen 72-74, 82-84 nicht vorhanden sind. Die letzteren Bereiche (nicht gezeigt) können ein 2D-Bild enthalten, das zumindest sichtbar sein kann, wenn die Vorrichtung um eine Achse senkrecht zu der Ebene der Vorrichtung gedreht wird oder um eine Achse innerhalb der Ebene der Vorrichtung hin- und hergeschaukelt wird. Das 2D-Bild kann eine diffraktive oder nichtdiffraktive Struktur wie zum Beispiel eine die Farbe ändernde Tinte umfassen.
Bevorzugt beinhaltet die Schutzbeschichtung eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex (HRI), da dies dabei helfen kann, sicherzustellen, dass der optische Effekt, der durch die Lentikularfokussierstrukturen 72-74, 82-84 erzeugt wird, sichtbar bleibt, auch wenn die Beschichtung in einer dicken Schicht aufgetragen wird, die nicht den Konturen der Linsen folgt. In anderen Ausführungsformen kann jedoch zu möglichen Beschichtungen ein transparenter, nicht stark brechender Lack gehören.
Auf eine ähnliche Weise wie die Fokussierstrukturen können auch Beschichtungen über die Bildelemente 77-79, 87-89 aufgetragen werden.
Es kann angemerkt werden, dass eine geeignete Beschichtung eine oder alle der folgenden Attribute aufweisen sollte, beinhaltend: gute Haftung an dem Substrat, stark transparent, im Allgemeinen farblos und Robustheit. Zu möglichen Beschichtungen können ein transparenter, nicht stark brechender Lack gehören. Lack kann ein Material bezeichnen, dass zu einem relativ strapazierfähigen und schützenden Abschluss führt. Zu beispielhaften transparenten Lacken können unter anderem Nitrocellulose und Celluloseacetylbutyrat gehören. Alternativ kann die Beschichtung eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex beinhalten, bei der es sich um eine Beschichtung handelt, die eine Metalloxidkomponente mit kleiner Partikelgröße und hohem Brechungsindex dispergiert in einem Träger, Bindemittel oder Harz aufweist. Eine derartige Beschichtung mit hohem Brechungsindex kann Lösungsmittel enthalten, da sie eine Dispergierung ist. Wenn eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex dieser Art verwendet wird, kann sie luftgehärtet oder UV-gehärtet werden.
Alternativ kann auch eine Beschichtung mit hohem Brechungsindex unter Verwendung eines nichtmetallischen Polymers, wie zum Beispiel schwefelhaltigen oder bromierten organischen Polymeren, verwendet werden.
Vorteile der optischen Sicherheitsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können Folgendes beinhalten:

1. Echte 3D-Bildgebung kann mit erhöhter Tiefe und Klarheit in einer relativ günstigen Form in Masse hergestellt werden, die direkt in bestehende Banknotentechnologie integriert werden kann.
2. Details, die durch diffraktive Bildgebung mit hoher Auflösung bereitgestellt werden, können viel größer sein als es derzeit mit Drucktechnologien mit hohem Durchsatz möglich ist.
3. 3D-Bildgebung kann von einem Laien einfach von 2D-Bildgebung unterschieden werden. Dies und Schwierigkeiten beim Fälschen oder Simulieren derartiger 3D-Bildgebung sollte zu einer verbesserten Sicherheit führen.
4. Aus OVDs erzeugte 3D-Graustufenbildgebung, die unter Anwendung kosteneffektiver hochvolumiger Herstellungstechniken hergestellt wurde, kann aus einer breiten Spanne an Blickwinkeln und mit höherer Bildauflösung als Farbbilder in dem RGB-Farbraum betrachtet werden.
5. Weitere Sicherheitshürden für einen Fälscher können Folgendes beinhalten:
1. a) Erhalten von fotografischen Bildern erster Stufe einer Person oder eines Ortes;
2. b) Entwickeln von OVD-Mikrotechnologie, um stereografische diffraktive Kanäle zu vervielfältigen oder zu simulieren;
3. c) Entwickeln von spezifischen zylindrischen Mikrolinsen, die für das Vorstehende erforderlich sind;
4. d) genaues Registrieren von Mikrolinsen für stereografische Bildgebung an einem Polymersubstrat;
5. e) Da Porträts oft bei der Gestaltung von Banknoten verwendet werden, kann das verwendete Bild eine spezifische Person zu einem spezifischen Zeitpunkt erfassen. Dadurch kann die Schwierigkeit der Nachahmung eines Porträts erheblich erhöht werden.
6. Die Vereinigung von zwei zuvor separaten 3D-Technologien, nämlich von mikroskopischen Linsen und diffraktiven Bildelementen, kann die Erzeugung eines Produktes vereinfachen, die bisher nicht möglich ist, nämlich eines klaren 3D-Porträts (oder anderen Bildes) auf einer Banknote.

Schließlich versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und/oder Hinzufügungen in die zuvor beschriebenen Konstruktionen und Anordnungen von Teilen eingefügt werden können, ohne vom Geist oder Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0467601 A2 [0004]
US 5428479 [0004]
WO 9823979 [0005]

Claims

Sicherheitsvorrichtung, beinhaltend: eine Vielzahl von Fokussierelementen; eine Vielzahl von Bildelementen, die mit jedem Fokussierelement verbunden ist, wobei die Bildelemente zumindest eine erste und zweite Gruppe von Bildelementen beinhalten, wobei sich jedes Bildelement in einer Objektebene befindet, die durch das verbundene Fokussierelement betrachtbar ist, wobei jedes Bildelement ein diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement umfasst, das, wenn es durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ein Diffraktionsbild erzeugt, das in einem Bereich von Blickwinkeln um die Vorrichtung herum betrachtbar ist, und Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildelemente drei oder mehr Gruppen von Bildelementen beinhalten, um ein Bild darzustellen, das aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtbar ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Diffraktionsbild ein Graustufen- oder monochromatisches Bild ist, das eine Vielzahl von Helligkeitsstufen über das gesamte Bild beinhaltet, und/oder ein Farbbild, das eine Vielzahl von Farben beinhaltet.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Bildelement ein rotes, grünes und blaues Subelement umfasst.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das rote, grüne und blaue Subelement jeweils sein eigenes diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement beinhaltet, wobei die Frequenz und/oder die Teilung der diffraktiven Gitterelemente oder Subwellenlängengitterelemente in dem roten, grünen und blauen Subelement unterschiedlich sind, sodass jedes Subelement bei Beleuchtung eine vorbestimmte Primärfarbe erzeugt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das rote, grüne und blaue Subelement vertikal als ein Streifen angeordnet sind.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich das rote Subelement an der Oberseite des vertikalen Streifens befindet, sich das grüne Subelement in der Mitte befindet und sich das blaue Subelement an der Unterseite des Streifens befindet.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das rote, grüne und blaue Subelement eine gleiche physische Größe aufweisen.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterelemente des roten, grünen und blauen Subelements eine Größenverteilung und/oder eine räumliche Verteilung entsprechend Graustufen oder Helligkeitsstufen in Verbindung mit dem Subelement aufweisen.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei jedes der Subelemente einen effektiven Gitterbereich, der das Diffraktionsgitterelement oder das Subwellenlängengitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich beinhaltet, der keine Gitterelemente beinhaltet, und ein Helligkeitswert jedes Subelements variiert wird, indem der effektive Gitterbereich innerhalb jedes Subelements und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Subelements geändert wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der nichtdiffraktive Bereich innerhalb jedem von dem roten, grünen und blauen Subelement für ein gegebenes Bildelement eine gleiche Größe aufweist, um dadurch ein Graustufenbild zu erzeugen, oder wobei der nichtdiffraktive Bereich innerhalb jedem von dem roten, grünen und blauen Subelement für ein gegebenes Bildelement eine andere Größe aufweist, um dadurch ein Farbbild zu erzeugen.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Bildelement ein randomisiertes Diffraktionsgitter mit einer randomisierten Gitterteilung und/oder Breite beinhaltet, um einfallendes Licht in unterschiedlichen Winkeln abzulenken, sodass einfallendes Licht, das von dem Diffraktionsgitter abgelenkt wird, zerstreut wird und das betrachtbare Diffraktionsbild ein Graustufenbild ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei jedes Bildelement einen effektiven Gitterbereich, der das Diffraktionsgitterelement oder das Subwellenlängengitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich beinhaltet, der kein Gitterelement beinhaltet, und ein Helligkeitswert jedes Bildelements variiert wird, indem der effektive Gitterbereich und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Bildelements geändert wird.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 13, wobei der nichtdiffraktive Bereich eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Lichtfallen beinhaltet, um interne Reflexionen des Großteils des einfallenden Lichtes zu erzeugen, das dann nicht heraus und weg von den Lichtfallen reflektiert werden kann.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 13, wobei der nichtdiffraktive Bereich eine reflektive Beschichtung zur Spiegelreflexion von einfallendem Licht aufweist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 13, wobei der nichtdiffraktive Bereich eine lichtabsorbierende Beschichtung aufweist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildelemente anamorph sind und die Bildelemente bevorzugter konfiguriert sind, sodass sie eine rechteckige Form aufweisen, was bedeutet, dass die Längen der Bildelemente größer als die Breiten sind.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auflösung der Bildelemente vertikal 12-mal oder 10-mal oder 8-mal oder 4-mal höher als horizontal ist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das diffraktive Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement aus einer Oberflächenreliefstruktur gebildet ist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildelemente aus einer strahlungshärtbaren Tinte gebildet sind.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussierelemente durch Drucken und/oder Prägen aus einer strahlungshärtbaren Tinte gebildet sind.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussierelemente refraktive oder diffraktive teilzylindrische Linsen oder Zonenplatten beinhalten.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erzeugte Diffraktionsbild ein dreidimensionales Bild einer Szene, eines Objekts und/oder einer Person ist.
Sicherheitsvorrichtung, beinhaltend: eine Vielzahl von Fokussierelementen; eine Vielzahl von Bildelementen, die sich in einer Objektebene befindet, die durch die Fokussierelemente zu betrachten ist, wobei die Bildelemente zumindest eine erste und zweite Gruppe von Bildelementen beinhalten, wobei jedes Bildelement eine Oberfläche beinhaltet, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, wobei die Vielzahl von Bildelementen angeordnet ist, um ein Bild zu erzeugen, das betrachtbar ist, wenn es durch das einfallende Licht beleuchtet wird, und Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln betrachtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln betrachtbar sind.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Oberfläche, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, ein randomisiertes Diffraktionsgitter mit einer willkürlichen Gitterteilung beinhaltet, um Licht einer gegebenen Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln abzulenken, sodass einfallendes Weißlicht, das von dem willkürlichen diffraktiven Gitter abgelenkt wird, zerstreut wird und das betrachtbare Bild ein Graustufenbild ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Oberfläche, die strukturiert ist, um diffuse Streuung von einfallendem Licht zu bewirken, eine Anordnung an willkürlich angeordneten Mikrospiegeln beinhalten kann, die bewirken, dass einfallendes Licht diffus in unterschiedliche Richtungen zerstreut wird.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei jedes Bildelement einen effektiven Gitterbereich, der das randomisierte Diffraktionsgitterelement beinhaltet, und einen nichtdiffraktiven Bereich beinhaltet, der kein Gitterelement beinhaltet, und ein Helligkeitswert jedes Bildelements variiert wird, indem der effektive Gitterbereich und/oder der nichtdiffraktive Bereich des Bildelements geändert wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 27, wobei der nichtdiffraktive Bereich eines oder mehrere des Folgenden beinhaltet: eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Lichtfallen, um interne Reflexionen des Großteils des einfallenden Lichtes zu erzeugen, das dann nicht heraus und weg von den Lichtfallen reflektiert werden kann, eine reflektive Beschichtung zur Spiegelreflexion von einfallendem Licht, und eine lichtabsorbierende Beschichtung.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Bildelemente anamorph sind und die Bildelemente bevorzugter konfiguriert sind, sodass sie eine rechteckige Form aufweisen, was bedeutet, dass die Längen der Bildelemente größer als die Breiten sind.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die Auflösung der Bildelemente vertikal 12-mal oder 10-mal oder 8-mal oder 4-mal höher als horizontal ist.
Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei das betrachtbare Bild ein dreidimensionales Bild einer Szene, eines Objekts und/oder einer Person ist.
Verfahren zum Bilden einer Sicherheitsvorrichtung, die folgenden Schritte beinhaltend: Bereitstellen eines Substrats; Auftragen einer Vielzahl von Fokussierelementen auf eine erste Oberfläche des Substrats; und Auftragen einer Vielzahl von Bildelementen auf eine Bildfläche des Substrats, die zumindest eine erste Gruppe von Bildelementen und eine zweite Gruppe von Bildelementen beinhaltet, wobei sich jedes Bildelement in einer Objektebene befindet, die durch ein verbundenes Fokussierelement betrachtbar ist, wobei jedes Bildelement ein diffraktives Gitterelement oder Subwellenlängengitterelement umfasst, das, wenn es durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ein Diffraktionsbild erzeugt, das in einem Bereich von Blickwinkeln um die Vorrichtung herum betrachtbar ist, und wobei Bildelemente der ersten Gruppe in einem ersten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind und Bildelemente der zweiten Gruppe in einem zweiten Bereich von Blickwinkeln sichtbar sind.
Verfahren zum Bilden einer Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 32, ferner beinhaltend den Schritt des Auftragens einer Schicht aus prägbarer strahlungshärtbarer Tinte auf das Substrat, bevor es geprägt wird, während es weich ist, und des Härtens der Tinte durch Strahlung, um das eine oder die mehreren Fokussierelemente auf einer Seite des Substrats zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wobei das Diffraktionsbild ein Graustufenbild und/oder ein mehrfarbiges Bild beinhaltet.
Sicherheitsdokument, beinhaltend eine Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-31, oder Sicherheitsvorrichtung, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 32-34 hergestellt ist.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 35, wobei das Sicherheitselement oder die Sicherheitsvorrichtung innerhalb einer Fenster- oder Halbfensterregion des Sicherheitsdokuments bereitgestellt ist.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 36, wobei das Sicherheitsdokument eine Banknote, einen Pass, eine Kreditkarte oder einen Scheck beinhaltet.