本發(fā)明涉及用于憑證的光學裝置，例如用于安全憑證諸如紙幣的安全裝置，并且具體涉及包括衍射光學元件的安全裝置。

背景技術：

紙幣(和其他安全憑證)包括使用常規(guī)裝置(例如復印機)難以再現(xiàn)(并因此偽造)的視覺安全特征。這樣的視覺安全特征通常顯示光學效果，使得當從不同位置觀看時，視覺安全特征呈現(xiàn)不同的外觀(光學可變效應)。當制作安全憑證的偽造副本時，偽造品難以再現(xiàn)該效果，并因此難以制作可通過的安全憑證的副本。

然而，隨著偽造者的經(jīng)驗增加，再現(xiàn)或模仿復雜的安全特征的能力增加。因此，可以制作包括可并入安全憑證中的可通過的(即使不是完全相同的)視覺安全特征的副本的偽造安全憑證。

在紙幣的示例中，公眾往往缺乏必要的經(jīng)驗和/或時間來充分檢查紙幣的安全特征，以確保紙幣是合法的并且不是偽造品。這使得偽造者更容易制作視覺效果足夠接近真正紙幣的視覺安全特征的可通過的偽造版本的紙幣，以欺騙或至少使公眾困惑。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種光學裝置，優(yōu)選地用于安全憑證的安全裝置，包括衍射光學元件(doe)，所述衍射光學元件包括多個子區(qū)域，其中，每個子區(qū)域被配置成產(chǎn)生對應于動畫(animation)的幀的投影圖像，其中，該動畫包括靜態(tài)分量和可變分量兩者，并且其中，該子區(qū)域被布置成使得當doe被點光源照亮并且在至少一個方向上移動時，該動畫作為投影圖像是能夠看見的。

有利地，向動畫提供靜態(tài)分量和可變分量兩者在于可以將表觀深度(apparentdepth)的效果并入到doe中。這可以通過提供更具視覺上的引人注目的效果來改善已知的doe效果，這可能會鼓勵使用者(諸如普通公民)利用由doe提供的安全利益。例如，諸如由本發(fā)明提供的更有趣的doe可以鼓勵無經(jīng)驗的使用者熟悉doe效果。

本發(fā)明的doe的另一有益效果在于，當投影圖像的靜態(tài)分量本身被構造成提供深度外觀時，對投影圖像可以實現(xiàn)改進的深度效果。

可通過視差效果(偽視差)的外觀來提供深度效果或改進的深度效果。例如，在背景相對于靜態(tài)前景移動的情況下，前景可能看起來在移動背景之上。

又一有利的效果在于，由于提供更復雜的投影圖像的要求，本發(fā)明的doe可能更難以偽造。

優(yōu)選地，多個子區(qū)域被布置成使得當doe在至少一個方向上移動時，動畫是可見的。

子區(qū)域的布置可以是使得當doe在兩個正交方向中的任一方向上移動時動畫可以看見的。當doe在正交方向中的任一方向上移動時，動畫可能看起來相同?？蛇x地，當doe在正交方向的每個方向上移動時，動畫可能看起來不同。

當doe沿第一方向移動時，動畫可以是可選可見的，并且當doe沿與第一方向正交的第二方向移動時是不可見的。

優(yōu)選地，正交方向中的至少一個平行于doe的邊緣。

在實施例中，多個子區(qū)域被設置為多個子區(qū)域組。子區(qū)域組中的至少一個可在至少一個方向上重復多次?？蛇x地，子區(qū)域組中的至少一個可在第一方向上重復多次并在第二方向上重復多次，其中，第一方向與第二方向正交。每個子區(qū)域組的每個邊緣可與另一子區(qū)域組的邊緣或doe的邊緣相鄰。

可選地，可變分量被配置成對應于動畫的背景，并且靜態(tài)分量被配置成對應于動畫的前景圖像。根據(jù)另一選項，可變分量被配置成對應于動畫的前景，并且靜態(tài)分量被配置成對應于動畫的背景圖像。

優(yōu)選地，每個子區(qū)域被配置成在基本上相同的方向上投影doe圖像。

在實施例中，光學裝置包括基板，其中，doe由施加(appliedto，涂覆)到基板的表面的可輻射固化油墨形成，并且其中，doe通過對可輻射固化油墨進行模壓并同時或隨后固化可輻射固化油墨而形成。

doe可被配置成以反射模式和透視模式中的一個進行觀看。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種光學裝置，優(yōu)選地用于安全憑證的安全裝置，其包括衍射光學元件(doe)，所述衍射光學元件包括多個子區(qū)域，其中，每個子區(qū)域被配置成產(chǎn)生對應于動畫的幀的投影圖像，并且其中，子區(qū)域被布置成使得當doe被點光源照亮并且在至少一個方向上移動時，該動畫作為投影圖像是能夠看見的，其中，該動畫包括靜態(tài)分量和可變分量兩者。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于確定根據(jù)前兩個方面中任一方面的光學裝置的衍射光學元件的配置的方法，包括以下步驟：確定動畫的靜態(tài)分量；確定動畫的可變分量；基于動畫的所需幀的靜態(tài)分量和可變分量來確定每個子區(qū)域的所需配置；以及基于動畫的所需外觀來確定該子區(qū)域的所需布置。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于制造根據(jù)前兩個方面中任一方面的光學裝置的方法，包括以下步驟：確定doe結構的多個子區(qū)域的所需配置，每個子區(qū)域被配置成產(chǎn)生對應于所需動畫的幀的投影圖像；確定產(chǎn)生動畫所需的多個子區(qū)域的布置；提供基板；并且在基板的表面上模壓具有所需的子區(qū)域配置和布置的doe結構。

優(yōu)選地，doe結構的每個子區(qū)域的配置包括用于動畫的靜態(tài)分量和可變分量。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種安全憑證，優(yōu)選地紙幣，包括根據(jù)第一方面中的任一者的光學裝置。

安全憑證或令牌

如本文所用，術語安全憑證和令牌包括所有類型的憑證和令牌值和身份憑證，包括但不限于以下內(nèi)容：諸如紙幣和硬幣的貨幣項、信用卡、支票、護照、身份證、證券和股權證書、駕照、所有權契據(jù)、諸如航空公司和火車票的旅行憑證、入境卡和門票以及出生、死亡和結婚證明以及成績單等。

本發(fā)明具體但非排他性地適用于安全憑證或令牌，諸如紙幣或諸如由應用了一或多個打印層的基板形成的身份證或護照的身份憑證。本文所述的衍射光柵和光學可變裝置也可應用于其他產(chǎn)品，例如包裝。

安全裝置或特征

如本文所使用，術語安全裝置或特征包括旨在保護安全憑證或令牌不被偽造、復制、改變或篡改的大量安全裝置、元件或特征中的任一者。安全裝置或特征可被設置在安全憑證的基板中或基板上或者設置在施加到基底基板的一個或多個層中或一個或多層上，并且可采用各種各樣的形式，諸如嵌入在安全憑證的層中的安全線；安全油墨，諸如熒光、發(fā)光和磷光油墨、金屬油墨、虹彩油墨、光致變色、熱變色、水銀色或壓致變色油墨；印刷和包括浮雕結構的浮雕特征；干涉層；液晶裝置；透鏡和透鏡結構；光學可變裝置(ovd)，諸如包括衍射光柵、全息和衍射光學元件(doe)的衍射裝置。

基板

如本文所使用，術語基板是指從其形成安全憑證或令牌的基底材料?；撞牧峡蔀榧埢蚱渌w維材料，諸如纖維素；包括但不限于聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、聚氯乙烯(pvc)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)的塑料或聚合物材料；或兩種或更多種材料的復合材料，諸如紙和至少一種塑料材料或兩種或更多種聚合物材料的層壓體。

透明視窗和半視窗

如本文所使用，術語視窗指的是安全憑證中與應用打印的基本不透明區(qū)域相比為透明或半透明的區(qū)域。視窗可為完全透明的，使得其允許光基本上不受影響地透射，或者其可部分地透明或半透明地允許光透射，但不允許通過視窗區(qū)域清楚地看到對象。

視窗區(qū)域可在具有被施加至透明聚合物基板的至少一面的至少一層透明聚合物材料和一或多個不透明層的聚合物安全憑證中通過在形成視窗區(qū)域的區(qū)域中省略至少一個不透明層而形成。如果將不透明層施加于透明基板的兩面，則可以通過省略視窗區(qū)域中的透明基板兩面的不透明層來形成完全透明的視窗。

以下稱為“半視窗”的部分透明或半透明區(qū)域可在在兩側上具有不透明層的聚合物安全憑證中通過省略視窗區(qū)域中的安全憑證僅一側上的不透明層而形成，使得“半視窗”不是完全透明的，而是允許一些光通過但是不允許通過半視窗清楚地看到對象。

可選地，可以由基本上不透明的材料(例如紙或纖維材料)形成基板，將透明塑料材料插入紙或纖維基板中的切口或凹槽中以形成透明視窗或半透明半視窗區(qū)域。

不透明層

可將一個或多個不透明層施加于透明基板以增加安全憑證的不透明度。不透明層是使得lt<l0，其中，l0為入射在憑證上的光量，以及l(fā)t為透過憑證的光量。不透明層可包含多個不透明涂層中的任何一個或多個。例如，不透明涂層可包含分散在熱激活的可交聯(lián)聚合材料的粘合劑或載體內(nèi)的顏料，諸如二氧化鈦。可選地，透明塑料材料的基板可以被夾在紙的不透明層或其他部分或基本上不透明的材料之間，隨后印刷或以其他方式施加標記。

衍射光學元件(doe)

如本文所使用，術語衍射光學元件指的是數(shù)值型衍射光學元件(doe)。數(shù)值型衍射光學元件(doe)依賴于在遠場(或重構平面)中重構二維強度圖案的復雜數(shù)據(jù)的映射。因此，當例如來自點光源或激光器的基本上準直的光入射到doe上時，生成干涉圖案，該干涉圖案在重構平面中產(chǎn)生投影圖像，當合適的觀看表面位于重構平面中時或當doe在重構平面上在透射時被看到時，該投影圖像是可見的。兩個平面之間的變換可以通過快速傅立葉變換(fft)近似。因此，包括幅度和相位信息的復雜數(shù)據(jù)必須在doe的微結構中物理地編碼。該doe數(shù)據(jù)可以通過執(zhí)行期望的重構的逆fft變換(即遠場中期望的強度模式)來計算。

doe有時被稱為計算機生成的全息圖，但它們與其他類型的全息圖(諸如彩虹全息圖、菲涅爾全息圖和體積反射全息圖)不同。

可模壓可固化油墨

本文所使用的術語可模壓輻射固化油墨是指可以在印刷過程中施加至基板并且可以在柔軟時模壓以形成浮雕結構并通過輻射固化而固定模壓的浮雕結構的任何油墨、漆或其他涂層。固化過程在輻射固化油墨被模壓之前不發(fā)生，但是可以在模壓之后或與模壓步驟基本上同時進行固化過程?？奢椛涔袒湍珒?yōu)選通過紫外(uv)輻射固化?？蛇x地，可輻射固化油墨可通過其他形式的輻射，諸如電子束或x射線固化。

可輻射固化油墨優(yōu)選為由透明樹脂材料形成的透明或半透明油墨。這樣的透明或半透明的油墨特別適用于印刷透光安全元件，諸如亞波長光柵、透射衍射光柵和透鏡結構。

透明或半透明油墨優(yōu)選包含丙烯酸類uv可固化透明的可模壓漆或涂層。

這樣的uv可固化漆可以從各種制造商獲得，包括kingfisher油墨有限公司的紫外線型uvf-203或類似產(chǎn)品?？蛇x地，可輻射固化模壓涂層可基于其他化合物，例如硝基纖維素。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本文使用的可輻射固化油墨和漆特別適用于模壓微結構，包括衍射結構，諸如衍射光柵和全息圖以及微透鏡和透鏡陣列。然而，它們也可以更大的浮雕結構，例如非衍射光學可變裝置模壓。

油墨優(yōu)選基本上同時通過紫外(uv)輻射被模壓和固化。在特別優(yōu)選的實施例中，可輻射固化油墨在凹版印刷過程中基本上同時被施加和模壓。

優(yōu)選地，為了適合于凹版印刷，可輻射固化油墨的粘度基本上在約20至約175厘泊的范圍內(nèi)，更優(yōu)選約30至約150厘泊。粘度可通過測量從zahncup#2排出漆的時間來確定。在20秒內(nèi)排出的樣品的粘度為30厘泊，以及在63秒內(nèi)排出的樣品的粘度為150厘泊。

對于一些聚合物基板，有必要在施加可輻射固化油墨之前將中間層施加到基板上，以改善由油墨形成的模壓結構對基板的粘附性。中間層優(yōu)選包含底漆層，更優(yōu)選地，底漆層包括聚乙烯亞胺。底漆層也可包括交聯(lián)劑，例如多官能異氰酸酯。適用于本發(fā)明的其他底層涂料的示例包括：羥基封端的聚合物；羥基封端的聚酯基共聚物；交聯(lián)或未交聯(lián)的羥基化丙烯酸酯；聚氨酯；和uv固化陰離子或陽離子丙烯酸酯。合適的交聯(lián)劑的示例包括：異氰酸酯；聚氮丙啶；鋯絡合物；乙酰丙酮鋁；三聚氰胺；和碳二亞胺。

附圖說明

現(xiàn)將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。應理解，實施例僅以例圖的方式給出，并且本發(fā)明不受此例圖的限制。在附圖中：

圖1a示出包括光學裝置的憑證；

圖1b示出具有兩個不透明層和位于視窗區(qū)域中的光學裝置的基板；

圖1c示出具有兩個不透明層和位于半視窗區(qū)域中的光學裝置的基板；

圖2示出包括模壓層的基板；

圖3示出子區(qū)域的網(wǎng)格；

圖4a示出子區(qū)域組，其包括六個獨特的子區(qū)域；

圖4b示出doe的一部分，其包括重復子區(qū)域組；

圖5示出替代的子區(qū)域組，其包括六個獨特的子區(qū)域；

圖6示出根據(jù)圖4a、圖4b和圖5的子區(qū)域中的一者產(chǎn)生的投影圖像；

圖7示出由根據(jù)圖4a、圖4b和圖5的子區(qū)域組的多個子區(qū)域產(chǎn)生的投影圖像的動畫；

圖8示出另一子區(qū)域組，其包括十六個獨特的子區(qū)域；以及

圖9示出由根據(jù)圖7的子區(qū)域組的多個子區(qū)域產(chǎn)生的投影圖像的動畫。

具體實施方式

參考圖1a，提供了包括光學裝置4的憑證2。根據(jù)本文所述的實施例，光學裝置4為安全裝置，而憑證2為安全憑證(諸如紙幣、信用卡、護照、政府憑證或需要安全級別的任何其他憑證)。憑證2可選地包括一或多個附加的安全特征6。附加的安全特征6例如可以選自：微鏡安全裝置、全息安全裝置和其他光學可變裝置。

憑證2包括基板8。光學裝置4通常將包括在其上形成有裝置4的特征的基板。在本文所述的實施例中，該基板與憑證2的基板8相同。在其他實施例中，光學裝置4與憑證2分開形成，并隨后施加于憑證2。在此情況下，光學裝置4的基板與憑證2的基板8不同。

參考圖1b和1c，示出了具有施加于相對表面的第一不透明層7a和第二不透明層7b的基板8。在圖1b的實施例中，光學裝置4位于憑證2的全視窗區(qū)域5a中，其中，在光學裝置4的區(qū)域中不存在第一不透明層7a和第二不透明層7b。圖1c中所示的實施例具有位于憑證2的半視窗區(qū)域5b中的光學裝置4，其中，在光學裝置4的區(qū)域中不存在第一不透明層7a，并且第二不透明層7b覆蓋光學裝置4。另一實施例(未示出)組合了視窗區(qū)域5a和半視窗區(qū)域5b，使得光學裝置4的一部分位于全視窗區(qū)域5a中，并且該部分位于半視窗區(qū)域5b中。盡管不透明層7a、7b被示為與光學裝置4連續(xù)，但這不是必需的。例如，在光學裝置4的邊緣和不透明區(qū)域7a、7b的邊緣之間可能存在間隙。在每個圖中，在視窗區(qū)域9中示出了可選的安全特征6。

參考圖2，光學裝置4包括衍射光學元件(doe)10。在本文所述的實施例中，doe10通過對施加到基板8上的可模壓層14進行模壓而形成。具體地，可模壓層14對應于施加到基板8的表面的可輻射固化油墨。doe10可以為反射doe10或透射doe10。在wo2008/031170a1中描述了使用可輻射固化油墨生產(chǎn)doe的方法，其內(nèi)容通過引用并入本文。

反射doe10要求可模壓層14為反射性的，其可為可模壓層14的固有屬性(諸如，當可模壓層14包括金屬油墨時)或者可由施加到可模壓層的反射層提供，優(yōu)選地，在可模壓層14被模壓之后。反射doe10形成可在安全憑證2的半視窗或全視窗區(qū)域內(nèi)。

透視doe10要求基板8和可模壓層14為透明的。透射doe10位于安全憑證2的視窗區(qū)域內(nèi)。

doe10包括多個子區(qū)域16，其中，每個子區(qū)域16有效地操作為獨立的doe。子區(qū)域16可以以如圖3中所示的二維網(wǎng)格(圖中所示的網(wǎng)格不一定對應于整個doe10)布置。應注意，子區(qū)域16的布置不限于相鄰子區(qū)域16的規(guī)則網(wǎng)格，例如，該布置可以對應于由非衍射區(qū)域隔開的規(guī)則定位的子區(qū)域16。如本文所使用，“y軸”和“x軸”以及相應地“y方向”和“x方向”是指正交方向，優(yōu)選在如圖所示的doe10的平面中(在圖3中分別為“y”和“x”)。使用特定的軸和方向描述是為了方便標識子區(qū)域16的相對定位，并且不應認為是限制性的。

參考圖4a，該圖示出了包括子區(qū)域16的布置的子區(qū)域組18。每個子區(qū)域16標有以下之一：“a”、“b”、“c”、“d”、“e”和“f”，其中，每個字母標識相似的子區(qū)域16。在圖4a中所示的子區(qū)域組18可在多個doe10的范圍內(nèi)在x方向和y方向中的任一個或兩個方向上重復多次，其示例如圖4b中所示，該圖示出十六個子區(qū)域組18，每個子區(qū)域組18包括相同的子區(qū)域16布置。應注意，不需要在每個方向上具有相等的重復，例如，在y方向上可能不重復子區(qū)域組18。根據(jù)實施例，除了位于doe10的邊緣附近的子區(qū)域16之外，每個子區(qū)域16鄰近四個其他子區(qū)域16。

在替代布置中，如圖5中所示，doe10被配置成僅當doe10沿一個軸線移動時才改變外觀。這可以通過使用子區(qū)域組18中的子區(qū)域16的交替布置來實現(xiàn)，其中，每個子區(qū)域16沿y軸與相似子區(qū)域16和沿x軸與非相似子區(qū)域16相鄰?？梢钥闯?，標記為“a”的每個子區(qū)域16在y方向上與標記為“a”的至少一個另一子區(qū)域16相鄰并在x方向上與標記為“f”或“b”的兩個子區(qū)域16相鄰。如前所述，不要求沿x軸和y軸的相等數(shù)量的子區(qū)域16。圖5所示的示例示出，為了便于說明與圖4a的布置的不同之處，子區(qū)域組18在x方向和y方向上包括具有相等數(shù)量的子區(qū)域16，盡管應當理解，這不是子區(qū)域組18用于本布置的要求。

圖6示出了當通過對應于特定子區(qū)域16的單個doe觀看時的doe10的外觀。點光源19位于doe10的一側，觀看者21位于另一側，優(yōu)選地與點光源19直接相反。優(yōu)選地，點光源19和doe10之間的距離大于觀看者21和doe10之間的距離。在每個子區(qū)域16在特定方向上投影時，對于觀看者、doe10和光源19的每個特定配置，只有一個子區(qū)域16可見或主要可見。因此，例如，當doe10在x方向或y方向上移動時，可以發(fā)生doe10的外觀變化。在x方向和y方向中的至少一者上的移動被配置成顯示由于被觀看的特定子區(qū)域16(并因此單個doe)的變化而導致外觀上的變化，即與動畫相對應的外觀變化。

參考圖7和圖9的示例，動畫被配置成包括靜態(tài)分量24和變量分量26。靜態(tài)分量24對應于如前所述在doe10移動時看上去不變的圖像?？勺兎至?6對應于在doe10移動時看上去移動或改變的圖像(例如，圖案)。在一個實施例中，靜態(tài)分量24被配置為前景圖像，以及可變分量26被配置為前景圖像的背景。該實施例的特定實施方案具有可變分量26，其被配置成在每次遇到新的子區(qū)域組18時無縫地重復。在所示的示例中，可變分量26對應于移動重復圖案。

參考圖7，該圖示出了由于根據(jù)圖4a的子區(qū)域組18導致的doe10外觀的變化的示例。當圖4a的doe10沿x軸向右移動或者沿y軸向上移動時，例如從“a”子區(qū)域16移到“b”子區(qū)域16時，doe10的外觀改變。如圖所示，在重復之前，doe10看上去在通過六個“動畫幀”(幀22)顯示每個新的子區(qū)域16時改變。在該示例中，背景條紋對應于可變分量26，并且前景“$100”對應于靜態(tài)分量24?？梢钥闯?，當從a前進至f時，條紋看起來從右向左移動。當doe10在相反的方向移動時，doe10的外觀以相反的方式改變(條紋看起來從左向右移動)。當根據(jù)圖5布置子區(qū)域16時，動畫僅在doe10沿x方向而不是y方向移動時才發(fā)生。

參考圖8，示出了子區(qū)域組18的子區(qū)域16的另一布置。在該配置中，與沿x軸的移動相比，沿doe10的y軸的移動致使可變分量24以不同的方式改變。在該圖中，所示的子區(qū)域組18包括十六個子區(qū)域16，其中為方便起見，每個子區(qū)域16由對應于每個子區(qū)域16相對于子區(qū)域組18內(nèi)的其他子區(qū)域16的相對位置的兩個數(shù)字來標識。子區(qū)域組18可以在x方向和y方向中的一個或每個中重復多次。優(yōu)選地，每個子區(qū)域組18為完整的(每個布置包括相同數(shù)量的子區(qū)域16)；然而，子區(qū)域組18在doe10的邊緣可能是不完整的。

圖9示出了與每個子區(qū)域16相關聯(lián)的對應doe10外觀?？梢钥闯?，對應于正方形圖案的可變分量26看上去隨著doe10移動而移動，而對應于“$100”的圖像的前景分量看上去保持在相同的位置，并且外觀不變?？梢钥闯?，沿x軸的移動與沿y軸的移動產(chǎn)生不同的效果，在此情況下，隨著doe10沿x軸向右移動，對應于可變分量26的圖案看上去從右向左移動，以及隨著doe10沿y軸向上移動，對應于可變分量26的圖案看上去從上到下移動。

可以通過首先識別所需的靜態(tài)分量24和所需的可變分量26來確定子區(qū)域組18內(nèi)的每個子區(qū)域16(并因此每個相關聯(lián)的doe)所需的結構。然后幀22的數(shù)量被確定，并且可以被選擇以在衍射光學效果的清晰度(當與較小的doe相比時，較大的doe將產(chǎn)生更清晰的衍射光學效果)和動畫的流動性之間提供折中。這樣的折中可以通過實驗和/或通過模擬或計算來確定。然后通過組合用于幀22的可變分量26的所需外觀并將其與靜態(tài)分量24組合來確定每個幀22的外觀。然后可以使用已知方法來確定子區(qū)域組18的每個子區(qū)域16的單個doe結構。一旦確定了子區(qū)域組18的每個子區(qū)域16的結構，就可以基于子區(qū)域組18的適當重復來確定doe10的所需結構。然后可以使用已知的方法基于所確定的結構形成doe10。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進行進一步的修改和改進。例如，可變分量可為與圖案的線性平移不同的重復結構，例如，可變分量可為看起來展開和收縮的圖像。