Защитное устройство и способ изготовления такого устройства

Предложено защитное устройство, содержащее: растр фокусирующих элементов, каждый из которых способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой. Устройство содержит также массив продолговатых элементов изображения, расположенный напротив растра фокусирующих элементов и сконфигурированный таким образом, что каждый фокусирующий элемент способен направлять к наблюдателю, в зависимости от угла наблюдения, свет от любого одного элемента соответствующего набора, состоящего по меньшей мере из двух продолговатых элементов изображения. При этом в первой области защитного устройства продолговатые элементы изображения ориентированы длинной стороной вдоль первого направления, а во второй области - вдоль второго направления, отличного от первого направления. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 29 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к защитному устройству, например для использования в изделиях, обладающих ценностью, таких, в частности, как денежные знаки (банкноты), чеки, паспорта, идентификационные карты, сертификаты аутентичности, гербовые марки и другие документы для подтверждения ценности или идентификации личности. Предлагаются также способы изготовления подобных защитных устройств.

Уровень техники

Ценные объекты, особенно ценные документы, такие как банкноты, чеки, паспорта, идентификационные документы, сертификаты и лицензии, часто являются мишенью фальсификаторов и лиц, желающих изготовить поддельные копии таких документов и/или изменить какие-либо из содержащихся в них данных. Как правило, подобные объекты снабжаются рядом визуальных защитных устройств для проверки аутентичности объекта. Некоторые из этих устройств (такие как микротекст, рисунки из тонких линий, латентные изображения, устройства типа "венецианских жалюзи", лентикулярные устройства, устройства на эффекте муара, устройства увеличения муара), создающие защитный визуальный эффект, основаны на использовании одного или более паттернов. Другие известные защитные устройства содержат голограммы, водяные знаки, тиснения, перфорации или используют изменения цвета или люминесцентные/флуоресцентные краски. Общим для всех таких устройств является то, что визуальный эффект, создаваемый устройством, крайне трудно или невозможно скопировать, используя доступные технологии репродуцирования, например фотокопирование. Могут применяться и защитные устройства, реализующие невидимые эффекты, например, с использованием магнитных материалов.

Один класс защитных устройств образуют устройства, создающие изменяющийся оптический эффект, в соответствии с которым вид устройства является различным при различных углах наблюдения. Такие устройства особенно эффективны, поскольку прямые копии (например фотокопии) не будут создавать изменяющийся оптический эффект, и, как следствие, их легко отличить от подлинных устройств. Подобные эффекты могут генерироваться с использованием различных средств, включая голограммы и другие дифракционные устройства, а также устройств, использующих фокусирующие элементы, такие как линзы, устройства с увеличением за счет муарового эффекта (moiré magnifiers) и так называемых лентикулярных устройств.

Устройства с увеличением за счет муарового эффекта (примеры которых описаны в ЕР 1695121 A, WO 94/27254 A, WO 2011/107782 А и WO 2011/107783 А) используют растр (массив) микрофокусирующих элементов (таких как линзы или зеркала) и соответствующий массив микроэлементов изображения. При этом шаги (периодичность) массива микрофокусирующих элементов и массива микроэлементов изображения, а также их относительные положения (позиции) выбраны такими, что массив микрофокусирующих элементов взаимодействует с массивом микроэлементов изображения, чтобы сгенерировать увеличенную версию микроэлементов изображения в результате эффекта муара. Каждый микроэлемент изображения представляет собой полную миниатюрную копию изображения, которое будет наблюдаться, а растр фокусирующих элементов обеспечивает выбор и увеличение небольшой части каждого расположенного под ним микроэлемента изображения. Все эти части объединяются в человеческом глазу с визуализацией полного увеличенного изображения. Этот принцип иногда именуется "синтетическим увеличением".

Лентикулярные устройства, напротив, не используют синтетическое увеличение. Растр фокусирующих элементов, как правило в виде цилиндрических линз, накладывается на соответствующий массив элементов ("секций") изображения, каждый (каждая) из которых представляет собой только часть изображения, которое должно быть воспроизведено. Секции двух или более различных изображений чередуются, и, при рассматривании через фокусирующие элементы, при каждом угле наблюдения (рассматривания) к наблюдателю будет направляться свет (видимое излучение) только от выбранного набора секций изображения. В результате при рассматривании под различными углами можно будет видеть различные составные изображения. Следует, однако, отметить, что в типичном варианте какое-либо увеличение отсутствует, и наблюдаемое результирующее изображение будет иметь, по существу, тот же размер, что и изображение, составленное непосредственно из секций изображения. Некоторые примеры лентикулярных устройств описаны в US 4892336 A, WO 2011/051669 A, WO 2011051670 A, WO 2012/027779 А и US 6856462 В.

Лентикулярные устройства имеют то преимущество, что позволяют отображать различные изображения при различных углах наблюдения, обеспечивая, тем самым, возможность анимации и других впечатляющих визуальных эффектов, которые недостижимы при применении технологии увеличения за счет муарового эффекта. Тем не менее, продолжается постоянный поиск новых устройств, обеспечивающих получение различных видов и эффектов, чтобы опережать потенциальных изготовителей подделок.

Раскрытие изобретения

Изобретение предлагает защитное устройство, содержащее:

растр фокусирующих элементов, каждый из которых способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой; и

массив продолговатых элементов изображения, расположенный напротив растра фокусирующих элементов и сконфигурированный таким образом, что каждый фокусирующий элемент способен направлять к наблюдателю, в зависимости от угла наблюдения, свет от любого одного элемента соответствующего набора, состоящего по меньшей мере из двух продолговатых элементов изображения.

При этом в первой области защитного устройства продолговатые элементы изображения ориентированы длинной стороной вдоль первого направления, а во второй области - вдоль второго направления, отличного от первого направления.

Изобретение предлагает также способ изготовления защитного устройства, включающий получение описанного растра фокусирующих элементов и наложение этого растра на массив продолговатых элементов изображения.

Ориентируя продолговатые элементы изображения (именуемые также "секциями" или "изобразительными полосками") в составе массива элементов изображения вдоль двух различных направлений в двух соответствующих областях устройства, можно обеспечить получение очень сильного визуального впечатления, поскольку каждая из областей при наклоне устройства в любом направлении будет демонстрировать эффект, отличный от эффекта, демонстрируемого другой областью. Так, если устройство наклоняют вокруг оси, параллельной первому или второму направлению, лентикулярный эффект смены изображения будет наблюдаться для области устройства, в которой продолговатые элементы изображения параллельны этому направлению, тогда как в другой области можно будет наблюдать иной эффект или отсутствие какого-либо эффекта.

Следует отметить, что защитное устройство согласно изобретению - это пример лентикулярного устройства, как оно определено выше, т.е. каждый продолговатый элемент изображения является частью (например индивидуальным пикселем или группой или линией пикселей) соответствующего изображения, а не его миниатюрной версией (как это было бы в случае устройства с увеличением за счет муарового эффекта). Фокусирующие элементы предпочтительно не обеспечивают никакого увеличения. Каждый из по меньшей мере двух элементов изображения, образующих каждый набор, является частью соответствующего изображения, причем при любом угле наблюдения все фокусирующие элементы в первой области будут направлять в сторону наблюдателя свет от элементов одного изображения, так что выбранные элементы изображения первой области совместно воспроизведут именно это изображение. Аналогично, во второй области все фокусирующие элементы будут направлять в сторону наблюдателя свет от элементов другого изображения, так что выбранные элементы изображения второй области совместно воспроизведут именно это (другое) изображение. Каждое изображение может быть графикой, такой как буква, цифра, портрет и т.д. (другие примеры будут представлены далее), или цветным блоком.

Визуальные эффекты, создаваемые изобретением, ранее обеспечивались посредством двух смежных лентикулярных защитных устройств, использующих цилиндрические линзы, причем в одном из устройств линзы и изобразительные полоски ориентировались вдоль первого направления, а в другом устройстве - вдоль второго направления, отличного от первого, как это описано в WO 2011/051669 А. Однако такое решение требует формирования двух различных линзовых растров с различными ориентациями и пространственного согласования между линзовыми растрами и секциями изображений, по меньшей мере с той же точностью, с которой обеспечено пространственное согласование внутри каждого из этих устройств. Хотя эта высокая сложность изготовления сама по себе создает трудность для подделывания, она в то же время увеличивает затраты на изготовление. Поэтому существует потребность в устройстве, имеющем более простую конструкцию, но в тоже время производящем сильное визуальное впечатление, и изобретение решает эту задачу использованием растра фокусирующих элементов, который способен фокусировать свет в двух ортогональных направлениях (например растра сферических линз), в сочетании с описанными массивами продолговатых элементов изображения, ориентированных по-разному в разных областях.

Поскольку в обеих областях устройства может использоваться один и тот же растр фокусирующих элементов, может быть сформирован (при желании) единственный непрерывный растр, наложенный на массив элементов изображения, причем именно этот массив задает две области (или большее их количество). При таком выполнении требования в отношении точного пространственного совмещения растра фокусирующих элементов и массива элементов изображения также ослабляются или вообще снимаются. Единственное требование состоит в том, чтобы при одном выбранном угле наблюдения фокусирующие элементы в первой области устройства направляли к наблюдателю свет от всех элементов, соответствующих одному изображению, а все фокусирующие элементы во второй области направляли к наблюдателю свет от всех элементов, соответствующих другому изображению (которое может быть таким же, что и в первой области, или отличаться от него). Это требование предпочтительно обеспечивается использованием (одномерной) периодичности и, по существу, совпадающими ориентациями массива элементов изображения и растра фокусирующих элементов, как это имеет место в обычных лентикулярных устройствах. Альтернативно, если желательно расположить растр фокусирующих элементов под острым углом к массиву элементов изображения, то, чтобы получить тот же результат, продолговатые элементы изображения целесообразно чередовать, например, как это описано в WO 2014/085290 А.

Под "продолговатыми" понимаются такие индивидуальные элементы изображения, размер которых в одном направлении больше, чем в другом (ортогональном) направлении. Элементы изображения могут также именоваться "секциями изображения" или "изобразительными полосками". Массив элементов изображения в каждой области является периодическим в направлении, ортогональном длинной стороне продолговатых элементов. В типичном варианте каждый элемент изображения может проходить от одной стороны к противоположной стороне основания соответствующего фокусирующего элемента, причем два или более элементов изображения образуют набор взаимно параллельных элементов.

Первое и второе направления, вдоль которых ориентированы продолговатые элементы в первой и во второй областях соответственно, предпочтительно ортогональны. Такое расположение эффективно, поскольку при наклоне устройства вокруг первого или второго направления соответствующая область будет создавать лентикулярный эффект, тогда как в другой области никакого лентикулярного эффекта наблюдаться не будет. Однако можно использовать и другие соотношения двух направлений. Может также оказаться желательным задать более двух областей, в каждой из которых продолговатые элементы изображения ориентированы в направлении, отличном от направлений в других областях. В этом случае при наклоне одна область может (например) оставаться неизменной, тогда как две другие области демонстрируют два различных изменения. Таким методом, за счет соответствующего конфигурирования массива элементов изображения, могут создаваться сложные защитные эффекты без необходимости изменений растра фокусирующих элементов.

Как было упомянуто выше, растр фокусирующих элементов предпочтительно является непрерывным в пределах первой и второй областей и между ними. Это дополнительно снижает требования по пространственному согласованию между растром фокусирующих элементов и массивом элементов изображения, поскольку нет необходимости согласовывать по положению конкретную часть растра фокусирующих элементов с продолговатыми элементами изображения какой-либо области. Кроме того, если это желательно, для формирования всего защитного устройства может быть использован единственный предварительно изготовленный растр фокусирующих элементов (например в виде листа линз, изготовленного штамповкой или литьем) с элементами изображения, прикрепленными (например) к противоположной поверхности листа. Желательно также, чтобы и массив продолговатых элементов изображения являлся непрерывным в пределах первой и второй областей и между ними (с учетом необходимых изменений направления).

Чтобы сформировать защитное устройство, две области могут в принципе находиться в любых положениях одна относительно другой, например в разных местах защищаемого изделия, такого как документ, обладающий ценностью. Однако в предпочтительных вариантах первая и вторая области находятся рядом и предпочтительно примыкают одна к другой. Это упрощает локализацию областей и сравнение эффектов, которые они создают при наклонах устройства. Кроме того, две области могут быть сконструированы взаимодействующими одна с другой, чтобы получить конкретные визуальные эффекты.

Характер изображений, отображаемых устройством при различных углах наклона, может быть выбран в соответствии с желательным визуальным эффектом. В одном эффективном варианте массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области отображает (отображают) серию по меньшей мере из двух различных изображений. Изображения могут быть взаимосвязанными или невзаимосвязанными. Например, изображения могут быть различными видами одного объекта, чтобы создавать впечатление рассматривания, в процессе наклона устройства, трехмерного объекта. Альтернативно, изображения могут быть изображениями одного объекта в различных масштабах, чтобы создать впечатление "зуммирования" в сторону приближения или удаления изображения. В другом случае изображения могут быть расположены так, чтобы обеспечить морфинг (трансформирование одного изображения небольшими шагами в другое изображение).

Различные изображения могут также иметь различные цвета. В частности, в одном варианте массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области способна (способны) отобразить серию из по меньшей мере двух различных цветов. Например, изображения, демонстрируемые каждой областью, могут изменять цвет при наклоне устройства в релевантном направлении. В зависимости от выполнения областей и от направления наклона первая область может представляться приобретающей один цвет, тогда как вторая область представляется приобретающей иной цвет.

Желательно, чтобы по меньшей мере для одной позиции наблюдения первая и вторая области отображали один и тот же цвет, т.е. выглядели одинаково и, предпочтительно, были неотличимы невооруженным глазом одна от другой. Этого можно добиться, например, выполнив обе области отображающими одно и то же изображение в одном и том же цвете при одном угле наблюдения и, например, то же изображение в ином цвете при ином угле наблюдения. В результате при наклоне устройства только одна часть цельного изображения (соответствующая одной из областей) будет представляться изменяющей цвет, что выявит различие между областями.

В особенно предпочтительном примере изображение может задаваться за счет относительного расположения первой и второй областей и распознаваться по меньшей мере для одного угла наблюдения в результате контраста, имеющего место между цветом первой области и цветом второй области при этом угле наблюдения. Например, изображения, задаваемые элементами изображения, могут быть равномерно окрашенными цветными блоками, а воспринимаемая информация, которую несет устройство, может быть заключена в граничной линии между одной областью и следующей за ней. Эта информация может быть спрятана (за счет совпадения цветов двух областей) при рассматривании под одним или более углами. Альтернативно, информация может быть видна при всех углах рассматривания, но при наклоне устройств претерпевает изменения в контрасте со своим окружением. Например, при одном угле рассматривания информация (задаваемая первой областью) может заключаться в белом цвете, а ее фон (задаваемый второй областью) - в черном цвете, тогда как при другом угле рассматривания информация (задаваемая первой областью) будет заключаться в черном цвете, а ее фон (задаваемый второй областью) - в белом цвете.

В другом эффективном варианте массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области создает (создают) впечатление движущегося изображения. В предпочтительных примерах изображения в каждой области могут быть сконфигурированы для передачи движения в различных (наиболее предпочтительно в противоположных) направлениях одно по отношению к другому.

Особенно предпочтительный вариант сконфигурирован таким образом, что первая и вторая области при их рассматривании по меньшей мере при одном угле наблюдения формируют изображение, распознаваемое невооруженным глазом наблюдателя и образованное частями изображения, имеющимися в каждой области (т.е. обеими областями). При этом продолговатые элементы изображения задают различные виды соответствующей части изображения, так что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной первому или второму направлению, соответствующая часть изображения, образованная одной областью, представляется движущейся в поперечном направлении, тогда как другая часть изображения остается неподвижной. Такое выполнение обеспечивает особенно высокую визуальную эффективность, поскольку различие между двумя областями скрыто при определенных углах рассматривания (предпочтительно при рассматривании устройства вдоль оси, т.е. по нормали к нему), но становится заметным при наклоне устройства.

Во всех вариантах продолговатые элементы изображения могут быть сконфигурированы так, чтобы нести любое количество изображений (но по меньшей мере два в каждой области). Каждому изображению будет соответствовать один элемент изображения, составляющий часть каждого "набора" элементов изображения, причем один такой набор предусматривается для каждого фокусирующего элемента в растре. Таким образом, если область сконфигурирована, например, для отображения (при различных углах наблюдения) двух изображений, под каждым фокусирующим элементом будут находиться два элемента изображения (по одному для каждого из двух изображений). При этом нет необходимости конфигурировать две области для отображения одинаковых изображений или даже одинакового количества различных изображений, хотя это часто является предпочтительным. Каждое изображение может иметь любую желательную форму, но в предпочтительных примерах каждое изображение содержит букву, цифру, символ, знак, логотип, портрет или графику. Изображения предпочтительно отличаются одно от другого, но одно или более из них (т.е. изображения, образующие подгруппу отображаемых каждой областью изображений) могут быть одинаковыми при условии, что имеются также по меньшей мере два различающихся изображения. Каждый элемент изображения будет частью, например пикселем или линией пикселей, соответствующего изображения. В некоторых предпочтительных примерах все изображения содержат общий изобразительный компонент ("контурную линию"), отображаемый (отображаемую) областью защитного устройства при всех углах наблюдения. Присутствие такого компонента, который является постоянно видимым в процессе наклона устройства, облегчает наблюдателю сравнение видов устройства при различных углах рассматривания и, как следствие, восприятие изменений визуального эффекта. В одном особенно эффективном варианте общий изобразительный компонент является контуром, окружающим область с контентом, варьирующимся (например в терминах цвета) между различными изображениями. Данный компонент может быть сформирован также в виде границы, окружающей внутреннюю часть изображения, или в виде секции изображения.

В некоторых предпочтительных вариантах элементы изображения образованы посредством красок. В этом случае элементы изображения могут быть просто распечатаны на подложке, хотя их можно задавать также с использованием рельефной структуры. Это позволяет сконструировать намного более тонкие устройства, что особенно полезно при их использовании с защищаемыми документами. Подходящие рельефные структуры могут быть сформированы в подложке или на ее поверхности тиснением или литьем с отверждением. Из этих двух процессов более высокую точность при реплицировании обеспечивает литье с отверждением.

Как будет подробно описано далее, могут свободно использоваться различные рельефные структуры. При этом элементы изображения могут быть сформированы посредством тиснения/литья с отверждением в форме структур типа дифракционных решеток. Различные части изображения могут быть сделаны отличными от других посредством использования различных шагов или различных ориентаций решеток, что обеспечит получение областей с различными цветами за счет дифракции. Альтернативные (и/или обеспечивающие дополнительные отличия) изобразительные структуры могут быть антиотражающими структурами, такими как "глаз мотылька" (см., например, WO 2005/106601 А), структуры с дифракцией нулевого порядка, оптические структуры в виде ступенчатых поверхностей, известные как Aztec-структуры (см., например, WO 2005/115119 А) или простые рассеивающие структуры. Применительно к большинству приложений эти структуры могут быть частично или полностью металлизированы с целью усиления яркости и контраста. В типичном варианте ширина каждого элемента изображения может быть меньше 50 мкм, предпочтительно меньше 40 мкм, более предпочтительно меньше 20 мкм, наиболее предпочтительно составлять 5-10 мкм.

Можно использовать любое количество (но не менее двух) изобразительных полосок в расчете на одну ячейку, и это количество будет зависеть от ряда факторов, включая количество различных изображений, которые желательно использовать. В теории верхний предел количества элементов изображения отсутствует. Однако на практике по мере увеличения количества изображений разрешение будет уменьшаться, поскольку для отображения каждого изображения будет использоваться все меньшая часть площади ячейки (и, следовательно, устройства в целом). Кроме того, при практической реализации количество элементов изображения, которые могут быть образованы в одной ячейке, будет ограничиваться разрешением, с которым формируются эти элементы.

Например, если для формирования элементов изображения используется метод печати с минимальным размером печатного элемента 15 мкм, в ячейке шириной 30 мкм по ширине ячейки можно разместить максимум две изобразительные полоски. Предположим, однако, что этот минимальный размер может быть уменьшен примерно до уровня 1 мкм (например, путем использования при формировании элементов изображения, вместо печатных элементов, рельефных структур). Тогда количество элементов изображения будет, скорее всего, ограничиваться желательным визуальным эффектом и объемом файла данных по изображениям, с которым можно работать на стадии конструирования печатающего инструмента. Типы эффектов, которые требуют большого количества положений в составе матрицы положений, включают анимационные эффекты и особенно эффекты непрерывного и горизонтального параллакса. Но даже в этом случае не достигается существенного выигрыша от формирования более одного элемента изображения на градус наклона, поскольку меньшие угловые приращения практически не могут быть разрешены наблюдателем. Поскольку на практике устройства, как правило, будут рассматриваться в пределах углов наблюдения примерно 30°-35° по каждой ортогональной оси, практический верхний предел количества элементов, которое может использоваться для достижения плавного эффекта параллакса или анимации изображения с использованием полосок, составляет около 30 в каждой ячейке. Однако для фокусирующего элемента и для ячейки с размерами 30 мкм это потребует способности формировать элемент данных с размерами 1 мкм.

На практике, однако, даже угловые шаги 2°-3° могут быть достаточно малыми, чтобы не создавать зернистость в изображении; следовательно, 9 или 11 элементов изображения на ячейку могут обеспечить хорошее качество при условии, что эти элементы могут быть сформированы с размерами около 3 мкм. Еще одним фактором является то, что фокальное пятно (т.е. часть массива элементов изображения, которая направляется в сторону наблюдателя каждым фокусирующим элементом) на практике будет в типичном случае иметь, для линзы с размером основания 30 мкм, эффективную ширину или диаметр не менее 1,5-2 мкм. Как следствие, элементы изображения с размером меньше 2 мкм не будут разрешаться. Таким образом, для фокусирующего элемента с размером 30 мкм предпочтительное максимальное количество изобразительных полосок на ячейку находится вблизи 15, 11 или 9.

Массив элементов изображения предпочтительно локализован примерно в фокальной плоскости фокусирующих элементов. Типичные толщины защитных устройств согласно изобретению составляют 5-200 мкм, более предпочтительно 10-70 мкм, при высоте линз 1-70 мкм, более предпочтительно 5-25 мкм. Устройства с толщиной в интервале 50-200 мкм могут, в частности, подходить для использования в структурах, формируемых на ламинатах в картах, например в водительских правах, и в других идентификационных документах, а также в других структурах, например в высоконадежных защитных ярлыках. Подходящие максимальные значения ширины элементов изображения (связанные с толщиной устройства) равны соответственно 25-50 мкм. Устройства с толщиной в интервале 65-75 мкм могут быть подходящими для размещения, например, в зоне окон и "полуокон" полимерных банкнот. Соответствующие максимальные значения ширины элементов изображения составляют около 30-37 мкм. Устройства с толщиной до 35 мкм могут предназначаться для нанесения на документы (такие как бумажные банкноты) в форме полосок, патчей (patch) или защитных нитей, а также на полимерные банкноты, где линзы и элементы изображения находятся на одной стороне основы документа.

Если элементы изображения выполнены, как рельефная структура, глубина рельефа будет зависеть от метода его формирования. Если рельеф определяется конструкцией дифракционной решетки, его типичная глубина будет находиться в интервале 0,05-1 мкм; если же используется более грубая (недифракционная) рельефная структура, глубина рельефа предпочтительно находится в интервале 0,5-10 мкм, более предпочтительно в интервале 1-5 мкм.

В предпочтительных примерах фокусирующими элементами являются линзы или зеркала, которые предпочтительно имеют сферические или асферические фокусирующие поверхности. Оптические силы линз могут быть различными в различных направлениях, например, чтобы создать эффект, согласно которому изображение представляется расфокусированным при наклоне устройства. Однако каждый фокусирующий элемент предпочтительно имеет, по существу, постоянную оптическую силу в каждом из по меньшей мере двух ортогональных направлений. В особо предпочтительных вариантах фокусирующие элементы способны фокусировать свет во всех направлениях и могут иметь во всех этих направлениях, по существу, равную оптическую силу (т.е. обладать бесконечной вращательной симметрией), как это имеет место применительно к сферическим и некоторым асферическим линзам.

Периодичность растра фокусирующих элементов и, следовательно, максимальный размер основания индивидуальных фокусирующих элементов связаны с толщиной устройства и предпочтительно находятся в интервале 5-200 мкм, более предпочтительно 10-70 мкм, наиболее предпочтительно 20-40 мкм. Эти значения относятся к обоим размерам. Диафрагменное число (f-number) для фокусирующих элементов предпочтительно находится в интервале 0,25-16, более предпочтительно 0,5-10. Типичное значение диафрагменного числа находится в интервале 0,7-8, предпочтительно 1-4. Для плоско-выпуклой или плоско-вогнутой линзы диафрагменное число не может быть меньше 1,0. Диафрагменное число равно f/D, где f - фокусное расстояние, a D - диаметр основания фокусирующего элемента. Поскольку значение f близко к r/(n-1), где n - показатель преломления (≈ 1,45-1,5), а r - это радиус, диафрагменное число приближенно равно 2 r. Для плоско-выпуклой или плосковогнутой линзы диафрагменное число не может быть меньше 1,0 (поскольку максимальное значение D равно 2 r). Фокусирующие элементы могут быть выполнены различным образом, но предпочтительно посредством термического тиснения или реплицируемого литья с отверждением (cast-cure replication). Альтернативно, могут быть использованы печатные фокусирующие элементы, описанные в US 6856462 В. Если фокусирующие элементы - это зеркала, на фокусирующую поверхность может быть нанесен отражающий слой.

Фокусирующие элементы могут быть размещены различным образом. В предпочтительном примере сетка (решетка), в соответствии с которой они расположены, является ортогональной (квадратной или прямоугольной). В других предпочтительных вариантах эта сетка является гексагональной (например плотноупакованной) сеткой. В обоих случаях продолговатые элементы изображения имеют в каждой области одномерную периодичность.

Как было упомянуто выше, варианты изобретения могут быть осуществлены без согласования взаимных положений фокусирующих элементов и элементов изображения. Однако такое согласование является предпочтительным в определенных вариантах, чтобы обеспечить улучшенную управляемость результирующим визуальным эффектом. В частности, такое согласование позволяет управлять тем, какое именно из различных изображений отображается при конкретных углах наблюдения.

Защитное устройство предпочтительно выполнено в виде защитной нити, полоски фольги или вставки, или защитного ярлыка, или патча. Подобные устройства могут прикрепляться или встраиваться в изделия (такие как документы, обладающие ценностью) с применением известных технологий, например использующих "ныряющую" нить или полоску, перекрывающую окно в документе. Изделие предпочтительно выбирается из банкнот, чеков, паспортов, идентификационных карт, сертификатов аутентичности, гербовых марок и других документов для подтверждения ценности или идентификации личности.

Альтернативно, защитные устройства типа описанных выше могут изготавливаться заодно с вышеупомянутыми изделиями. В частности, в предпочтительных вариантах изделие содержит основу (подложку) с прозрачной частью, при этом на противоположных сторонах прозрачной части расположены фокусирующие элементы и продолговатые элементы изображения.

Как было отмечено выше, изобретение предлагает также способ изготовления описанного защитного устройства.

Краткое описание чертежей

Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны примеры защитных устройств, которые будут сопоставлены с известными решениями.

На фиг. 1 представлен, в перспективном изображении, пример известного защитного устройства.

На фиг. 2 показана, в сечении, часть защитного устройства по фиг. 1.

На фиг. 3 представлено, в перспективном изображении, защитное устройство в соответствии с первым вариантом изобретения.

На фиг. 4 устройство по фиг. 3 показано в сечении вертикальной плоскостью, параллельной оси X.

На фиг. 5 схематично иллюстрируется расположение фокусирующих элементов и элементов изображения в соответствии с вариантом изобретения.

На фиг. 6 представлен пример защитного устройства с иллюстрацией позиций пяти наблюдателей, соответствующих различным углам наблюдения.

На фиг. 7 и 8 иллюстрируются два защитных устройства согласно вариантам изобретения, каждое из которых рассматривается из показанных на фиг. 6 позиций, соответствующих пяти наблюдателям.

На фиг. 9 представлен еще один пример защитного устройства в соответствии с вариантом изобретения, нанесенного на первый вариант защищаемого документа.

На фиг. 10 защитное устройство по фиг. 9 показано нанесенным на второй вариант защищаемого документа.

На фиг. 11 представлен другой пример защитного устройства в соответствии с вариантом изобретения, рассматриваемого из девяти различных позиций.

На фиг. 12(a) и 12(b) схематично показан пример фокусирующего элемента, пригодного для использования в различных вариантах изобретения.

На фиг. 13(a) и 13(b) показаны, соответственно, растр фокусирующих элементов согласно еще одному варианту изобретения и фокусирующий элемент.

На фиг. 14(a)-14(d) показаны четыре ячейки, на базе которых может быть построен массив элементов изображения согласно варианту изобретения.

На фиг. 15 иллюстрируются различные примеры рельефных структур, которые можно использовать, чтобы сформировать элементы изображения в соответствии с изобретением.

На фиг. 16-18 представлены, на виде в плане (а) и в сечении (b), три варианта изделия, несущего защитные устройства согласно вариантам изобретения.

На фиг. 19 иллюстрируется, на видах в плане (а), сзади (b) и в сечении (с), еще один вариант изделия, несущего защитное устройство согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 и 2 представлен пример лентикулярного устройства 1 в соответствии с принципами, описанными в WO 2011/051669 А, чтобы проиллюстрировать некоторые принципы функционирования подобных устройств. На фиг. 1 это устройство представлено в перспективном изображении, причем можно видеть, что на прозрачной подложке 2 находится массив цилиндрических линз 4. На противоположной стороне подложки 2, точно напротив цилиндрических линз, находится массив 6 элементов изображения. У устройства имеются две области и R₂. Цилиндрические линзы 4 и изобразительные полоски 7 в первой области R₁ ориентированы своим продольным размером в первом направлении (представленном осью Y), а во второй области R₂ - во втором направлении (представленном осью X). Как лучше всего видно в сечении вертикальной плоскостью, параллельной оси X (см. фиг. 2, на которой показана только область устройства), каждая изобразительная полоска соответствует части одного из нескольких изображений, обозначенных, как A-G. В сечении области R₂ плоскостью, параллельной оси Y, наблюдалась бы точно такая же конструкция.

Под каждой линзой 4 лентикулярного массива расположено по одной изобразительной полоске от каждого изображения A-G, так что каждой линзе соответствует набор изобразительных полосок. Полоски под первой линзой будут соответствовать первым сегментам изображений A-G, полоски под следующей линзой - вторым сегментам изображений A-G, и т.д. Фокус каждой линзы 4 находится, по существу, в плоскости изобразительных полосок 7/8, так что при рассматривании полосок из определенной позиции через каждую линзу 4 можно видеть только одну полоску. В результате для каждого угла наблюдения (рассматривания) через линзы в каждой области можно видеть только полоски, соответствующие одному из изображений (А, В, С и т.д.). Например, как показано на фиг. 2, при рассматривании области R₁ устройства строго сверху (т.е. вдоль оси Z) будет видна каждая изобразительная полоска D, так что вся область в целом будет воспроизводить (для наблюдателя O₁) составное изображение D. Если устройство наклонено вокруг оси Y в первом направлении, соответствующем наблюдателю О_а, будут видны только изобразительные полоски изображения Е, тогда как при наклоне устройства в противоположном направлении, соответствующем наблюдателю O_b, будут видны только изобразительные полоски изображения С.

Полоски выполнены, как секции изображения, т.е. все полоски А являются секциями одного изображения. Это же справедливо и для полосок В, С и т.д. В результате, когда область наклоняют, можно видеть серию различных изображений, которые могут быть связаны или не связаны между собой. Простейший вариант будет иметь в одной области два изображения, которые при наклоне устройства меняют одно другое. Альтернативно, изображения в одной области могут представлять собой серию изображений, взаимно смещенных, от полоски к полоске, в поперечном направлении, создавая лентикулярный анимационный эффект (впечатление движения изображения). Аналогично, изменения от изображения к изображению могут создавать и более сложные анимационные эффекты (например, части изображения могут изменяться квазинепрерывным образом), морфинг (одно изображение небольшими шагами преобразуется в другое изображение) или зуммирование (пошаговое увеличение или уменьшение изображения).

Таким образом, при наклоне устройства вокруг оси Y область R₁ будет воспроизводить описанный лентикулярный эффект. Однако ориентация линз 4 и изобразительных полосок 8 в области R₂ такова, что данный наклон не будет создавать никакого лентикулярного эффекта в этой области. Аналогично, если наклонять устройство в ортогональном направлении (т.е. вокруг оси X), область R₂ будет воспроизводить лентикулярный эффект по мере того, как линзы будут направлять к наблюдателю свет от различных изобразительных полосок 8, тогда как область R₁ теперь будет представляться статичной (неизменной). Этот различный отклик двух областей на одно и то же движение наклона может быть использован для разработки устройств, создающих специфичные визуальные эффекты.

Однако устройство, представленное на фиг. 1 и 2, является сложным и имеющим высокую себестоимость. Это обусловлено, по меньшей мере частично, необходимостью точного согласования по положению линз 4 с соответствующими изобразительными полосками 7/8. При неточном согласовании (например в случае, если линзы, ориентированные вдоль оси Y, окажутся наложенными на изобразительные полоски, ориентированные вдоль оси X) желательный оптический эффект будет ослаблен или, в худшем случае, полностью подавлен. Хотя такая необходимость в высокой точности пространственного согласования может быть полезна в том отношении, что она действует как дополнительное препятствие для подделывания, существует потребность в более экономичных устройствах, способных обеспечивать желательный визуальный эффект с большей надежностью.

На фиг. 3 представлен пример защитного устройства 10, выполненного в соответствии с первым вариантом изобретения. Здесь устройство также разделено на две области, R₁ и R₂, хотя, разумеется, может иметься любое количество таких областей. Как и раньше, на одной стороне прозрачной подложки 12 сформирован растр фокусирующих элементов 14, а на другой ее стороне - массив 16 элементов изображения. При этом в данном варианте фокусирующие элементы 14 имеют форму (полу)сферических линз, расположенных согласно регулярной ортогональной сетке. В других вариантах фокусирующие элементы 14 могут быть зеркалами. Однако, если это представляется желательным, фокусирующими элементами могут быть и асферические фокусирующие поверхности. Таким образом, каждый фокусирующий элемент 14 способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, например параллельном оси X и параллельном оси Y (на самом деле, сферические и асферические линзы способны фокусировать свет во всех направлениях, лежащих в плоскости X-Y). В областях R₁ и R₂ предпочтительно используются однотипные фокусирующие элементы 14, хотя это требование не является существенным при условии, что в каждой области фокусирующие элементы способны фокусировать свет (как это указано выше) в двух ортогональных направлениях. Однако применение однотипных фокусирующих элементов в обеих областях является желательным, причем в пределах обеих областей будет предпочтительно использоваться непрерывный регулярный растр из однотипных фокусирующих элементов.

Таким образом, различие между областями R₁ и R₂ может быть незаметным со стороны растра фокусирующих элементов, но оно будет задаваться массивом 16 элементов изображения. В первой области R₁ устройства продолговатые элементы 17 изображения ориентированы вдоль первого направления в данном случае параллельного оси Y, тогда как во второй области R₂ продолговатые элементы 18 изображения ориентированы вдоль второго направления D₂, в данном случае параллельного оси X. Следует отметить, что первое и второе направления D₁ и D₂ необязательно должны быть взаимно ортогональными, хотя (как будет показано далее) этот вариант предпочтителен. Следует также отметить, что ни одно из направлений D₁, D₂ не должно обязательно совпадать с ортогональными направлениями сетки, согласно которой расположены фокусирующие элементы 14, а может иметь любую ориентацию при условии, что фокусирующие элементы 14 способны фокусировать свет в направлении, перпендикулярном длинной стороне находящихся под ними элементов изображения (т.е. в направлениях, в которых расположение продолговатых элементов изображения является периодическим в каждой области). Если фокусирующие элементы 14 (например являющиеся сферическими или асферическими линзами) способны фокусировать свет в любом направлении в плоскости X-Y, на ориентацию продолговатых элементов изображения относительно линз не накладывается никаких ограничений. Это всегда справедливо для полусферических линз, но не всегда справедливо, например, для торических линз, которые имеют две ортогональные фокальные оси, задающие фокальные плоскости. В результате точная фокусировка будет достигаться только в двух ортогональных направлениях, тогда как в промежуточных направлениях фокус будет становиться астигматическим, что является крайне нежелательным.

Далее, со ссылками на фиг. 4 (на которой устройство 10 показано в сечении вертикальной плоскостью, параллельной оси X), будет рассмотрен вид этого устройства при различных углах наблюдения. Для наглядности, количество элементов изображения (полосок) 17/18 было уменьшено до двух полосок на одну линзу (17а, 17b в области R₁ и 18а, 18b в области R₂). Таким образом, каждой линзе 14 соответствует набор 16а из двух продолговатых элементов 17а, 17b изображения в области R₁ и 18а, 18b в области R₂. При этом принципы функционирования устройства остаются неизменными. Когда устройство рассматривается из позиции первого наблюдателя О_а (что соответствует лучам, изображенным сплошными линиями), в первой области R₁ наблюдается свет от изобразительных полосок 17b, которые совместно образуют первое изображение. Одновременно к наблюдателю О_а будет направлен свет от одного находящегося в области R₂ набора изобразительных полосок 18а, формирующее другое изображение, которое может быть связано или не связано с изображением в области R₁. Если же устройство наклонено вокруг оси Y в позицию, соответствующую второму наблюдателю O_b (что соответствует лучам, изображенным штриховыми линиями), к наблюдателю будет направляться свет от элементов 17а изображения в области R₁, так что при этом положении устройства будет видно другое изображение. В то же время в области R₂ наблюдатель O_b будет видеть то же самое изображение, образованное изобразительными полосками 18а, так что эта область будет казаться стабильной (неизменной).

Должно быть понятно, что, если бы устройство было наклонено вокруг ортогонального направления (т.е. вокруг оси X), вид области R₁ остался бы неизменным, тогда как в области R₂ имел бы место переход между изображениями, образуемыми полосками 18а и 18b соответственно.

Таким образом, две области R₁ и R₂ демонстрируют различные реакции на одно и то же движение, и это может быть использовано для создания хорошо различимых визуальных эффектов, примеры которых будут представлены далее. Эти эффекты обеспечиваются без необходимости в высокой точности взаимного позиционирования фокусирующего массива линз 14 и массива 16 продолговатых элементов изображения, поскольку в обеих областях устройства используются фокусирующие элементы одного типа (и одинаковой ориентации), а никакого другого согласования по положению не требуется. Например, в пределах всего устройства 10 можно использовать непрерывный регулярный массив линз или других фокусирующих элементов, а различные области будут задаваться исключительно используемыми в них продолговатыми элементами изображения и ориентациями этих элементов.

На фиг. 5 иллюстрируются выполнение элементов изображения и их позиции относительно линз растра в соответствии с вариантом изобретения. Как и на фиг. 3, растр из линз 14 образован ортогональной сеткой (решеткой) линз, основание 14а каждой из которых является, по существу, квадратным. Показан растр, имеющий по 5 линз в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три линзы в столбце (в направлении, параллельном оси Y). Массив 16 элементов изображения построен путем повторения одной и той же ячейки 16а (соответствующей "набору" элементов изображения для каждой линзы). В данном примере ячейка имеет, по существу, те же форму и размеры, что и основание 14а линзы, хотя это условие не является существенным. Массив ячеек также имеет по пять ячеек 16а в ряду (в направлении, параллельном оси X) и по три ячейки в столбце (в направлении, параллельном оси Y).

В ячейке 16а сформирована группа продолговатых элементов 17 изображения (в области R₁) и 18 (в области R₂). В данном примере каждая ячейка разделена пополам, чтобы сформировать два вида продолговатых элементов 17а, 17b изображения (в области R₁) и 18а, 18b (в области R₂). В первой области R₁ длинные стороны элементов 17а и 17b изображения ориентированы вдоль оси X устройства. При этом элемент 17а изображения, занимающий верхнюю половину каждой ячейки 16а, несет часть изображения N, тогда как в нижней половине каждой такой ячейки элемент 17b изображения несет часть второго изображения S. Во второй области R₂ устройства элемент 18а изображения в левой половине каждой ячейки несет часть третьего изображения W, тогда как элемент 18b изображения в правой половине каждой ячейки 16b несет часть четвертого изображения Е.

Таким образом, если наклонять устройство вокруг оси X из позиции, соответствующей наблюдателю О_а, в позицию, соответствующую наблюдателю O_b, область R₁ будет представляться совершающей лентикулярный переход изображения S в изображение N, тогда как область R₂ будет представляться неизменной. Если же, вместо этого, наклонять устройство вокруг оси Y из позиции, соответствующей наблюдателю О_с, в позицию, соответствующую наблюдателю O_d, первая область R₁ устройства будет теперь представляться неизменной, тогда как в области R₂ изображение Е сменится изображением W. Если наклонять устройство вокруг какой-то другой оси, лежащей в плоскости X-Y, обе области R₁ и R₂ будут демонстрировать переходы между их соответствующими изображениями (хотя такие переходы необязательно будут иметь место при том же самом угле наклона).

Далее будут описаны некоторые примеры защитных устройств в соответствии с вариантами изобретения, которые используют этот принцип для воспроизведения хорошо различимых визуальных эффектов. В качестве одного примера на фиг. 6 схематично проиллюстрировано защитное устройство 10, находящееся в изображенной плоскости X-Y, и позиции пяти наблюдателей О₁, О_а, O_b, О_с и O_d. Наблюдателю d соответствует позиция наблюдения вдоль оси (при котором устройство рассматривается вдоль оси Z). Наблюдателям О_а и O_b соответствуют две позиции наблюдения, при переходе между которыми устройство поворачивается вокруг оси X. Аналогично, наблюдателям О_с и O_d соответствуют две позиции наблюдения, при переходе между которыми устройство поворачивается вокруг оси Y.

На фиг. 7 иллюстрируется пример защитного устройства 10 и его виды при рассматривании из каждой из пяти позиций, показанных на фиг.6. Обозначение "10(O₁)" соответствует виду устройства 10 из позиции наблюдателя О₁, Аналогично, обозначение "10(О_а)" соответствует виду устройства 10 из позиции наблюдателя О_а, и т.д. В примере по фиг. 7 устройство 10 содержит две области R₁ и R₂, каждая из которых является, по существу, прямоугольной. Две эти области состыкованы одна с другой, как это показано на фиг. 7. Должно быть понятно, что эти области могут и не стыковаться таким образом, хотя и желательно обеспечить возможность прямого сравнения двух областей. В первой области R₁ продольные оси продолговатых элементов изображения ориентированы параллельно оси X устройства (как это проиллюстрировано для области R₁ на фиг. 5), тогда как в области R₂ продольные оси продолговатых элементов изображения ориентированы параллельно оси Y (как в области R₂ на фиг. 5). Для наглядности, на фиг. 7 различные изображения, воспроизводимые каждой областью при различных углах наблюдения, представлены в виде равномерно окрашенных блоков, вид (в частности цвет) которых изменяется от одного изображения к другому. Однако должно быть понятно, что такое выполнение не является обязательным, и на практике каждое изображение, за счет выбора определенных элементов изображения, может соответствовать, например, символу, букве, цифре, логотипу или иной графике.

При рассматривании вдоль оси Z (из позиции наблюдателя O₁) области R₁ и R₂ представляются как имеющие соответственно первый и отличный от него второй цвета, определяемые теми полосками, которые видны наблюдателю через фокусирующие элементы в каждой области. Если устройство наклонить вокруг оси X в позицию, соответствующую наблюдателю О_а, область R₁ приобретает второй цвет (т.е. воспроизведет второе изображение) в соответствии с другим набором изобразительных полосок, которые теперь видны наблюдателю, тогда как вид области R₂ остается неизменным. Аналогично, если устройство наклонить вокруг оси X в противоположном направлении (к наблюдателю O_b), область R, приобретает третий цвет (т.е. воспроизводит третье изображение), тогда как вид области R₂, как и раньше, останется, по существу, постоянным. Таким образом, при осуществлении наклона контраст между двумя областями представляется изменяющимся.

Если же устройство наклонить вокруг оси Y в позицию, соответствующую наблюдателю О_с, то теперь область R₁ не изменяется относительно ее вида при рассматривании вдоль оси, тогда как область R₂ изменяет свой вид, приобретая четвертый цвет (т.е. воспроизводит четвертое изображение). Если устройство наклонить вокруг оси Y в противоположном направлении (к наблюдателю O_d), вид области R₁ снова останется неизменным, тогда как область R₂ приобретет пятый цвет (т.е. воспроизведет пятое изображение). Так что и в этом случае контраст между двумя областями будет представляться изменяющимся.

В отношении этого примера следует отметить, что каждая из областей R₁ и R₂ изменяет свой вид между тремя различными цветами (или изображениями). Это изменение может обеспечиваться формированием (по меньшей мере) трех соответствующих изобразительных полосок в одной ячейке (соответствующей одной линзе) каждой области. Например, в области R₁ для каждой линзы одна изобразительная полоска, соответствующая светлой окраске (первому изображению), будет видна наблюдателю О_а, вторая изобразительная полоска, соответствующая средней светлости (второму изображению), будет видна наблюдателю O_1, а третья изобразительная полоска, соответствующая темному цвету (т.е. третьему изображению), будет видна наблюдателю O_b.. Альтернативно, цвет, воспринимаемый в одной или более позициях наблюдения, может быть результатом восприятия наблюдателем света от двух смежных элементов изображения, соответствующих каждому набору элементов (ячейке). Например, если массив элементов изображения выполнен так, как показано на фиг. 5, то при рассматривании вдоль оси, к наблюдателю будет направляться свет от области стыковки двух элементов 17а и 17b изображения, что приведет к формированию смешанного изображения, комбинирующего компоненты обоих изображений. Если изображения соответствуют равномерным цветам, в результате будет получен промежуточный цвет.

В примере по фиг. 7 виды областей R₁ и R₂ отличаются друг от друга во всех проиллюстрированных позициях рассматривания и предпочтительно во всех других таких позициях. Однако в других вариантах представляется желательным, чтобы две области имели одинаковый вид (т.е. демонстрировали одно и то же изображение) при одном или более углах наблюдения. Пример соответствующего устройства показан на фиг. 8, на которой виды устройства 10, наблюдаемые наблюдателями O₁, О_а и др., имеют аналогичные обозначения.

В этом примере первая область R₁ представляет собой, по существу, прямоугольник, который контактирует со второй областью R₂, имеющей форму звезды, и окружает ее. При этом изображения, формируемые каждой областью при различных углах наклона, опять соответствуют равномерной окрашенности (хотя это не является обязательным). Если рассматривать устройство вдоль оси (из позиции наблюдателя О₁, фоновая область R₁ представляется имеющей первый цвет, задаваемый первой изобразительной полоской в составе каждого набора, которая обращена к наблюдателю в этой конфигурации. При этом звезда, образованная областью R₂, представляется имеющей второй цвет, отличный от первого цвета, задаваемого релевантной изобразительной полоской в этой области. Если наклонить устройство вокруг оси X к позиции наблюдателя О_а, фоновая область R₁ изменит цвет от первого ко второму цвету, тогда как вид звездообразной области R₂ не изменится. Это объясняется тем, что, как и раньше, в области R₁ продолговатые элементы изображения параллельны оси X, тогда как во второй области R₂ они параллельны оси Y. Таким образом, в результате наклона присутствие звездообразной области R₂ будет скрыто, т.е. будет казаться, что символ звезды исчез. Следует отметить, что контур звезды проиллюстрирован на фиг. 8 для наглядности; на практике он может быть различим или неразличим.

Аналогично, согласно этому варианту при наклоне устройства вокруг оси X из позиции, соответствующей наблюдателю О₁, в позицию, соответствующую наблюдателю O_b, цвет области R₁ снова изменится на цвет звездообразной области R₂, так что присутствие звездообразного символа снова будет скрыто. Такая последовательность переходов может быть обеспечена, например, включением в набор, соответствующий каждому фокусирующему элементу в области R_1, по меньшей мере трех продолговатых элементов изображения, центральный из которых отображает свет, соответствующий фоновому цвету и видимое наблюдателем O₁, тогда как каждый из двух наружных элементов воспроизводит более темный цвет, видимый наблюдателями О_а и O_b.

Если, после возвращения к позиции наблюдения вдоль оси, наклонить устройство вокруг оси Y в позицию, соответствующую наблюдателю О_с, вид фоновой области R₁ не изменится, тогда как звездообразная область R₂ изменит свой цвет со второго цвета, наблюдаемого из позиции наблюдения вдоль оси, на первый цвет, т.е. на цвет фоновой области R₁. Таким образом, и в этом случае звездообразная область R₂ окажется скрытой. Аналогично, если наклонить устройство в противоположном направлении вокруг оси Y в позицию, соответствующую наблюдателю O_d, будет иметь место такое же изменение. Как и в предыдущем случае, такая последовательность переходов может быть обеспечена наличием по меньшей мере трех продолговатых элементов изображения соответствующих цветов в каждом наборе в составе области R₂.

Должно быть понятно, что в варианте по фиг. 8 формы областей R₁ и R₂ согласованы таким образом, чтобы сформировать информационный элемент, в данном случае звездообразный символ, который становится в большей или меньшей степени заметным при различных углах рассматривания. Желательно, чтобы цвета двух областей совпадали по меньшей мере для одного угла рассматривания с целью скрывать присутствие информационного элемента. Однако это условие несущественно, и две области могут стабильно демонстрировать контраст (который будет изменяться при различных углах рассматривания), как это проиллюстрировано для варианта по фиг. 7. Кроме того, в приведенном примере информационный элемент является различимым при рассматривании в осевом направлении и исчезает, когда устройство наклонено. Однако в других примерах может оказаться предпочтительным противоположный вариант, согласно которому информационный элемент скрыт при наблюдении вдоль оси (т.е. при этой ориентации цвета двух областей совпадают) и обнаруживается при наклонах.

На фиг. 9 представлен другой вариант защитного устройства 10, прикрепленный к защищаемому документу 100, только один угол которого показан на фиг. 9. Защитное устройство 10 в этом варианте выполнено, как ярлык или защитный патч, который прикреплен к поверхности защищаемого документа 100. Возможные технологии встраивания в документ будут описаны далее. Оси X и Y задают систему отсчета для защитного устройства 10, тогда как ортогональные направления, обозначенные, как N, Е, S, W, задают, как будет описано далее, основные направления наклона документа 100.

В этом примере защитное устройство 10 имеет четыре области R₁, R₂, R₃ и R₄, которые пространственно отделены одна от другой с образованием крестовидной формы вокруг центра устройства 10, причем эти четыре области соприкасаются одна с другой только своими внутренними углами. Каждая область устройства содержит растр фокусирующих элементов 14, который, как и в предыдущих вариантах, выполнен в соответствии с ортогональной сеткой, ориентированной по осям X и Y. И в этом варианте индивидуальные фокусирующие элементы 14 могут быть, например, сферическими или асферическими линзами. В областях R₁ и R₃ соответствующие продолговатые элементы изображения, расположенные под линзовым растром, параллельны оси X (следует отметить, что, хотя на фиг. 9 показано, что одному линзовому элементу 14 соответствуют только два изобразительных элемента 17, на практике, в типичном варианте, их будет более двух). В этом примере каждая серия элементов изображения, обращенная к наблюдателю при одном конкретном угле наблюдения, комбинируется с образованием изображения I, которое в данном случае имеет форму шеврона. Различные изображения, формируемые различными сериями изобразительных полосок, воспроизводят тот же символ (шеврон) в различных зонах вдоль оси Y в пределах областей и R₃. Таким образом, когда документ 100 наклонен в направлении N-S (т.е. устройство 10 повернуто вокруг оси X), в областях R₁ и R₃ становятся видимыми различные наборы продолговатых элементов 17 изображения, а шеврон кажется движущимся вдоль оси Y к центру устройства 10 или от него, как это обозначено стрелками М. Изобразительные полоски предпочтительно сконфигурированы таким образом, что изображения шеврона в каждой из областей R₁ и R₃ движутся в противоположных направлениях, т.е. они одновременно движутся к центру устройства 10 или от центра.

В областях R₂ и R₄ продолговатые элементы 18 изображения ориентированы параллельно оси Y, при этом они также комбинируются, чтобы сформировать в каждой области изображение I шеврона. Соответственно, когда устройство совершает описанный поворот вокруг оси X, области R₂ и R₄ не создают никакого лентикулярного эффекта движения.

Когда документ 100 наклоняют в направлении W-E (т.е. поворачивают устройство 10 вокруг оси Y), имеет место обратная ситуация. Теперь области R₁ и R₃ кажутся статичными, тогда как области R₂ и R₄ демонстрируют лентикулярный эффект движения. В этом случае также желательно построить анимацию таким образом, чтобы изображения I шеврона в областях R₂ и R₄ при наклонах устройства двигались в противоположных направлениях, т.е. чтобы оба шеврона казались одновременно движущимися к центру устройства 10 или от центра. Должно быть понятно, что анимационный эффект может наблюдаться в любом направлении, поскольку это полностью зависит от выполнения графики.

В примере по фиг. 9 устройство 10 дополнительно снабжено структурами 21, 22, 23, 24 и 25, генерирующими голограммы, которые могут быть выполнены, например, в виде голограмм или элементов изображения на базе дифракционной основы для варьирующихся изображений (Diffractive Optical Variable Image Device, DOVID). В представленной конструкции ярлыка голографические и лентикулярные устройства находятся в отдельных областях; однако, должно быть понятно, что данный пример является чисто иллюстративным и структуры 21-25, генерирующие голограммы, могут быть локализованы в центральной полосе, а лентикулярные области R₁, R₂, R₃ и R₄ могут находиться по обе стороны от этой полосы. Альтернативно, изображение, формируемое лентикулярным устройством, и изображение, генерируемое голографической структурой, могут быть интегрированы в единственное изображение путем формирования данными устройством и структурой соответствующих компонентов единственного изображения.

Варианты типа представленного на фиг. 9, в которых лентикулярный эффект будет наблюдаться только в выбранных областях, когда документ наклонен в направлении N-S, и только в других областях, когда документ наклонен в ортогональном направлении W-E, имеют преимущество, поскольку создаваемый эффект легко различим, так что человек, имеющий дело с документом, может уверенно определить, проявляется ли предусмотренный эффект. Однако в других предпочтительных вариантах может оказаться желательным ориентировать по меньшей мере в одной из областей устройства продольную ось элементов изображения в направлении, которое не совпадает с осью N-S или W-E защищаемого документа. В этом случае такая область будет обеспечивать лентикулярный эффект, когда устройство наклоняют в любом из этих двух направлений. Например, в особо предпочтительном примере продолговатые элементы изображения в одной или более областей могут быть расположены под углом 45° к направлениям N-S и W-E. Поскольку защищаемые документы преимущественно наклоняются только в направлениях N-S или W-E, данная область будет казаться подвижной при любых наклонах.

Пример такого устройства проиллюстрирован на фиг.10. Здесь устройство имеет ту же конструкцию, что и на фиг. 9, но развернуто относительно защищаемого документа 100'. При наклонах устройства 10 в направлении N-S или в направлении W-Е все четыре области R_1, R₂, R₃ и R₄ будут демонстрировать лентикулярный эффект движения шеврона в направлениях, обозначенных стрелками М1, М2. И в этом случае желательно сконфигурировать элементы изображения таким образом, чтобы все четыре шеврона казались движущимися к центру устройства одновременно.

В других вариантах может оказаться желательным предусмотреть две области, в которых соответствующие наборы продолговатых элементов изображения развернуты по отношению друг к другу не на 90°, а на какой-то другой (ненулевой) угол. Например, два устройства, показанные на фиг. 9 и 10, могут быть объединены в единственное устройство, имеющее восемь лентикулярных областей, расположенных вокруг центрального голографического элемента 24, причем соседние области образуют друг с другом угол 45°. Когда устройство наклоняют вокруг заданного на документе направления N-S или W-E, области устройства, показанные на фиг. 9, будут воспроизводить те же эффекты, что и описанные выше, т.е. одна пара областей будет имитировать движение, а другая будет оставаться статичной. В то же время четыре области, взятые из фиг. 10, будут имитировать движение (хотя это движение может иметь кажущуюся скорость, отличную от скорости в областях, ориентированных в соответствии с направлением наклона). Разумеется, для получения различных эффектов могут быть использованы и области, в которых продолговатые элементы изображения ориентированы в любых других направлениях (например с шагом 30°, 60° и т.д.). Желательно предусмотреть по меньшей мере пару областей с взаимно ортогональными продолговатыми элементами изображения, хотя это и необязательно.

Другой пример, в котором желательно иметь области с элементами изображения, ориентированными по неортогональным направлениям, соответствует случаям, когда одна область образует границу между двумя другими областями или расположена по периметру одной другой области. В таких случаях может оказаться желательным, чтобы элементы изображения в области, образующей границу или расположенной по периметру, располагались под непрямым углом к элементам изображения в соседней (соседних) с ней области (областях). При таком выполнении данная граничная область будет демонстрировать лентикулярный эффект независимо от того, в каком из двух ортогональных направлений, соответствующих наблюдению основного эффекта, наклонено устройство. Это справедливо и для рамочного компонента, который может не находиться в прямом контакте с другой областью (другими областями). Так, в варианте по фиг. 9 на краях устройства 10 может быть образована тонкая граничная область 29, по длине которой размещены фокусирующие элементы и соответствующие продолговатые элементы изображения, чтобы сформировать еще одну активную лентикулярную область (на фиг. 9 не изображена). При этом элементы изображения могут быть расположены под ненулевым углом (например равным 45°) к осям X и Y. В таком случае лентикулярный эффект будет иметь место при наклоне устройства вокруг направлений N-S и W-E. Элементы изображения могут быть сконфигурированы так, чтобы демонстрировать переключение (скачкообразное изменение) цвета граничной области, например, при наклоне устройства.

Фиг. 11 иллюстрирует другой пример защитного устройства 10 согласно варианту изобретения, причем проиллюстрированы виды устройства из девяти различных позиций наблюдения. Как и раньше, обозначение "10(O₁)" соответствует виду устройства 10 из позиции наблюдателя О₁, аналогичной соответствующей позиции на фиг. 6. Следует отметить, что на фиг. 11 представлены также виды из позиций наблюдателей O_e, O_f, O_g и O_h, которые отсутствовали на фиг. 6. Однако нетрудно понять, что эти позиции являются промежуточными позициями между позициями наблюдателей O_a и O_d, O_d и O_b и т.д.

В этом примере устройство 10 содержит две области R₁ и R₂, состыкованные одна с другой подобно тому, как это было показано на фиг. 7. Растр двумерных фокусирующих элементов 14 распространяется на обе области устройства, причем, как и в предыдущих вариантах, он может представлять собой, например, растр из сферических или асферических линз или зеркал. В первой области R₁ продолговатые элементы 17а и 17b изображения параллельны оси X, тогда как во второй области R₂ продолговатые элементы 18а и 18b изображения параллельны оси Y. Как и раньше, для наглядности на фиг. 11 представлены только два элемента 17а и 17b (в виде изобразительных полосок) для каждого линзового элемента, хотя на практике их может быть большее количество. Изобразительные полоски в области R₁ под линзами 14 задают верхнюю половину изображения I, которое в данном примере соответствует числу 10, тогда как изобразительные полоски 18а и 18b задают нижнюю половину того же изображения. В результате, когда устройство рассматривают вдоль оси, из позиции наблюдателя O₁, изображение, воспроизводимое областью R₁, и изображение, воспроизводимое областью R₂, совместно образуют число 10. Когда устройство наклонено вокруг оси X, к позиции наблюдателя O_a, область R₁ демонстрирует лентикулярный эффект, который в этом случае соответствует наблюдаемому смещению верхней половины изображения I (т.е. верхней половины символа "10") в сторону верхнего края устройства, создающему разрыв между ней и нижней половиной изображения в области R₂, которая остается неподвижной. Данный эффект достигается использованием продолговатых элементов 17а и 17b изображения, задающих изображения той же самой части символа "10", находящиеся в различных позициях вдоль оси Y устройства. Аналогично, если устройство наклонено вокруг оси X в противоположном направлении, к позиции наблюдателя O_b, первая область R₁ также демонстрирует лентикулярный эффект, в результате которого верхняя половина символа "10" кажется сместившейся вниз (что создает впечатление сжатия этого символа), тогда как область R₂ опять остается неизменившейся.

Если же из положения, обращенного к наблюдателю d, наклонить устройство вокруг оси Y к позиции наблюдателя О_с или O_d, первая область R₁ будет теперь оставаться неизменной, тогда как изображение, воспроизводимое областью R₂, кажется сместившимся влево или вправо, создавая впечатление скольжения двух половин числа 10 одна относительно другой.

На фиг. 11 иллюстрируется также эффект наклона (поворота) одновременно вокруг обеих осей, воспринимаемый наблюдателями O_e, O_f, O_g и O_h.

Из фиг. 11 можно легко понять, что будет нетрудно подтвердить присутствие защитного эффекта, просто наклоняя устройство и обнаруживая, что символ, воспринимаемый как "10" при его рассматривании по оси, будет разбиваться простым, заданным образом. В примере, представленном на фиг. 11, символ "10" воспринимается цельным при рассматривании перпендикулярно поверхности устройства. Однако взаимное положение изображений и линз можно выбрать таким, чтобы цельный символ "10" был виден при ином направлении рассматривания, т.е. при наклоне устройства.

В общем случае согласованность положений линз 14 и изобразительных полосок является желательной, поскольку она позволяет управлять процессом отображения изображений при определенных углах наблюдения, как это реализуется, например, в варианте по фиг. 11. Однако такое согласование не является обязательным, и в любом из вариантов оно может быть исключено.

Как уже было упомянуто, в предпочтительных примерах индивидуальные фокусирующие элементы могут иметь сферические или асферические фокусирующие поверхности. Однако (как это проиллюстрировано на фиг. 12) основание каждого фокусирующего элемента при этом необязательно должно быть круглым. На фиг. 12(a) показаны, в качестве иллюстрации, сферическая поверхность S и ее трехмерный сегмент, обозначенный, как 14. Этот сегмент показан также на фиг. 12(b). Видно, что его сферическая поверхность образует фокусирующую поверхность fs, т.е. данный сегмент является линзовым элементом 14, причем его нижняя поверхность (основание) fp может быть, в зависимости от соотношения размеров, квадратной или прямоугольной. Формирование фокусирующих элементов именно таким методом позволяет обеспечить плотную упаковку массива фокусирующих элементов при отсутствии зазоров между ними, имеющими место в случае ортогональной сетки.

Однако в других случаях могут быть использованы фокусирующие элементы с круглыми (или овальными) основаниями. Пример такого варианта показан на фиг. 13. Так, на фиг. 13(b) представлен индивидуальный полусферический фокусирующий элемент 14. Подобные элементы могут быть размещены на ортогональной сетке (как это показано на фиг. 3); однако, в таком случае между элементами будут иметься зазоры, так что может оказаться целесообразным разместить их в соответствии с гексагональной плотноупакованной сеткой, как это показано на фиг. 13(a). При этом продолговатые элементы изображения могут сохранить расположение, описанное в любом из предыдущих вариантов.

Как было упомянуто выше, хотя из соображений наглядности большинство чертежей иллюстрируют наличие двух продолговатых элементов изображения в расчете на одну линзу, на практике может использоваться намного большее количество изобразительных полосок, чтобы обеспечить демонстрацию большего количества различных изображений при различных углах наклона. На фиг. 14 показаны дополнительные примеры ячеек 16а массива 16 элементов изображения, которые могут использоваться в любой из областей устройства. На фиг. 14(a) ячейка 16а содержит три продолговатых элемента 17а, 17b и 17 с изображения, причем продольная ось каждого из них параллельна оси Y устройства. Элемент 17а несет части изображения Р, тогда как элемент 17b несет части изображения Q, а элемент 17с - части изображения R. Если соответствующий линзовый элемент центрирован относительно ячейки 16а, то при рассматривании устройства вдоль оси будет виден элемент 17b, т.е. будет наблюдаться изображение Q. Если же наклонять устройство вокруг оси Y в одном и другом направлениях, будет происходить переключение изображения на изображения Р и R соответственно. При наклоне устройства вокруг оси X области устройства, в которых находится такая ячейка, не испытают никаких изменений.

Как проиллюстрировано на фиг. 14(a), в целом желательно, чтобы элементы изображения были состыкованы одно с другим, но это необязательно. Действительно, на фиг. 14(b) представлен пример ячейки 16а, где данное условие не выполняется. Здесь три элемента 17а, 17b, 17с изображения расположены рядом, но не в контакте. Продольные оси этих элементов параллельны оси X. В этом варианте каждый элемент изображения полностью окрашен в один цвет, так что соответствующая область устройства будет представляться изменяющей свой цвет при ее наклоне вокруг оси Y (аналогично изменениям, отображаемым областью R₁ в варианте по фиг. 8).

В большинстве предыдущих вариантов продолговатые элементы изображения параллельны оси X или Y устройства и, в частности, сторонам сетки для фокусирующих элементов. Однако это не является обязательным, и изобразительные полоски могут быть ориентированы в любом направлении при условии, что фокусирующие элементы способны фокусировать свет в перпендикулярном направлении. Это условие автоматически выполняется, если фокусирующими элементами являются, например, сферические или асферические линзы. Так, на фиг. 14(c) представлен пример ячейки 16а массива 16 элементов изображения, оси D_m и D_n которой не параллельны осям X и Y устройства. В этом случае при наклоне устройства вокруг оси X или Y наблюдаемая область всегда будет демонстрировать лентикулярный эффект, тогда как при наклонах устройства вокруг различных направлений D_m, D_n этот эффект будет отсутствовать.

Следует также отметить в заключение, что массив элементов изображения необязательно должен иметь ортогональную конфигурацию, т.е. ячейки могут, например, иметь неортогональную форму, в частности форму ромба или параллелограмма, представленного на фиг. 14(d). В этом случае в одной области направления наклона, соответствующие двум наиболее выраженным свойствам (т.е. сильному лентикулярному эффекту и его отсутствию), могут различаться на угол, отличный от 90°. Так, в примере по фиг. 14(d) два продолговатых элемента изображения ориентированы в направлении D_d, и устройство будет проявлять лентикулярный эффект при его наклоне вокруг каждой из осей X и Y, но не при наклоне вдоль направления D_d.

Следует отметить, что, хотя многие из описанных вариантов рассмотрены только применительно к первой и второй областям устройства, на практике, в зависимости от желательной сложности устройства, может быть предусмотрено любое количество областей, каждая из которых имеет свои продолговатые элементы изображения, ориентированные вдоль различных направлений, непараллельных направлениям каждой другой области. Однако во многих случаях одна подгруппа областей может иметь продолговатые элементы изображения, расположенные в одном направлении (т.е. параллельно друг другу), так что они будут чувствительны к одному и тому же направлению наклона. Это может оказаться целесообразным, например, в случае когда требуется сформировать серию букв/цифр или сложный логотип или другую графику путем создания контраста между областями (как это сделано в варианте по фиг. 8), причем для формирования информационного элемента используется более одной области. Аналогично, в вариантах, в которых каждая область воспроизводит изображение, а не равномерно распределенный цвет (как в варианте по фиг. 11), также можно использовать более двух областей, например, таким образом, чтобы при наклоне изображение символа "10", показанного на фиг. 11, разбивалось более чем на две части.

Во всех рассмотренных примерах элементы изображения (полоски) могут формироваться различными способами. Так, элементы изображения могут быть сформированы краской, например путем печати на подложке 12 или на нижнем слое, который затем помещают рядом с подложкой 12. Однако в других примерах элементы изображения могут быть сформированы в виде рельефной структуры. Различные подходящие для этой цели структуры показаны на фиг. 15. Так, график А иллюстрирует создающие изображение области (IM) элементов изображения, например области элементов 17 и 18, которые образуют изображения I шеврона, показанного на фиг. 9. Эти области образованы тиснеными или заглубленными участками, тогда как незаглубленные участки соответствуют областям (NI), не образующим изображения. На графике В иллюстрируются участки, формирующие области изображения в форме незаглубленных линий или выступов.

Согласно другому подходу рельефные структуры могут иметь форму дифракционных решеток (график С) или микрорельефных решеток с малым шагом типа "глаз мотылька" ("moth eye") - см. график D. Если элементы изображения образованы дифракционными решетками, различные части изображения (в рамках одного элемента изображения или различных элементов) могут быть образованы решетками, имеющими различные характеристики. Различия могут состоять в различиях шагов решеток или во взаимных разворотах. Это может быть использовано для получения многоцветного дифракционного изображения, которое будет демонстрировать также лентикулярный оптический эффект, такой как анимация, за счет механизма, описанного выше. Так, если элементы изображения, создающие изображения I шеврона по фиг. 9, будут образованы путем формирования для каждого элемента различных совокупностей дифракционных штрихов, то при наклоне устройства, показанного на фиг. 9, будет иметь место (как это описано выше) лентикулярный переход от одного изображения к другому, причем в процессе этого перехода цвет изображений будет постепенно изменяться вследствие различий дифракционных решеток. Различные дифракционные решетки могут быть также использованы для формирования различных цветных областей, как это было описано применительно к фиг. 7 и 8. Предпочтительный способ получения таких решеток предусматривает применение технологий записи электронным пучком или технологий растрирования.

Как показано на графиках Е и F, подобные дифракционные решетки для реализации технологии "глаз мотылька" можно разместить также в углублениях или на выступах типа показанных на графиках А и В соответственно.

График G иллюстрирует применение простой рассеивающей структуры, создающей ахроматический эффект.

В некоторых случаях углубления на графике А или выступы на графике В могут быть покрыты краской. На графике Н слои 41 краски показаны нанесенными на выступы 40. Таким образом, создающие изображение участки каждого элемента изображения могут быть образованы формированием соответствующих выступающих участков (выступов) в слое смолы, нанесенном на прозрачную подложку, такую как подложка 12 на фиг. 3. Эту операцию можно осуществить, например, поливом с отверждением или тиснением. Затем на выступающие участки наносят краску, в типичном случае используя процесс литографии, флексографии или глубокой печати. В некоторых примерах часть элементов изображения может быть напечатана одним цветом, а другая часть - вторым цветом. В результате, когда устройство наклонят с целью создать описанный выше лентикулярный анимационный эффект, при переходе наблюдателя от одного вида к другому можно будет также видеть изменение цвета изображения. В другом примере всем элементам изображения в одной области устройства может быть придан один цвет, а всем элементам в другой области устройства - иной цвет.

В завершение, график I иллюстрирует применение так называемых Aztec-структур.

Кроме того, изобразительные и неизобразительные участки могут быть заданы комбинацией элементов различных типов, например изобразительные участки могут быть образованы структурами типа "глаз мотылька", а неизобразительные участки - решетками другого типа. Альтернативно, изобразительные и неизобразительные участки могут быть образованы решетками, различающимися шагом или ориентацией.

Если элементы изображения образованы только структурами типа решетки или "глаза мотылька", глубина структур, как правило, будет находиться в интервале 0,05-0,5 мкм. Для структур, аналогичных показанным на фиг. 15 (на графиках А, В, Е, F, Н и I), высота или глубина выступов/углублений предпочтительно находится в интервале 0,5-10 мкм, более предпочтительно в интервале 1-2 мкм. Типичная ширина выступов или углублений, задаваемая характером рисунка, будет меньше 100 мкм, более предпочтительно меньше 50 мкм, еще более предпочтительно меньше 25 мкм. Размеры элементов изображения и, как следствие, размеры выступов или углублений будут зависеть от ряда факторов, в том числе от требуемого типа оптического эффекта, размера фокусирующих элементов и желательной толщины устройства. Например, если диаметр фокусирующих элементов равен 30 мкм, ширина каждого элемента изображения может составлять около 15 мкм или менее. Альтернативно, для создания эффекта плавной анимации желательно обеспечить как можно больше различных видов, как правило, по меньшей мере 3, но в идеале вплоть до 30. В этом случае размеры элементов (и, соответственно, выступов или углублений) предпочтительно находятся в интервале 0,1-6 мкм. Теоретически не существует ограничения на количество используемых элементов изображения, но на практике по мере увеличения этого количества будет падать разрешение отображаемого изображения, поскольку часть общей площади устройства, приходящаяся на каждое изображение, будет все время уменьшаться.

Вместе с тем, независимо от метода формирования элементов изображения, на ширину элементов изображения будут непосредственно влиять два фактора: шаг растра фокусирующих элементов (например линз) и количество элементов изображения, соответствующее каждому такому шагу, т.е. ширине основания линзы. При этом первый из этих факторов также косвенно определяется толщиной лентикулярного устройства. Это обусловлено тем, что фокусное расстояние растра из плосковыпуклых линз (в предположении, что выпуклая часть линзы граничит с воздухом, а не с лаком) приближенно задается соотношением r/(n-1), где r - радиус кривизны, a n - показатель преломления смолы, из которой изготовлена линза. Поскольку типичное значение n лежит в интервале 1,45-1,5, можно принять, что фокусное расстояние линзы аппроксимируется, как 2 r. Из того что для плотноупакованного линзового растра диаметр основания линзы только незначительно меньше, чем шаг растра, а максимальное значение этого диаметра равно 2 r, следует, что максимальное значение для шага растра близко к значению 2 r, которое является хорошей аппроксимацией фокусного расстояния линзы и, следовательно, толщины устройства.

В качестве примера, для защитной нити, которая может вводиться в банкноту в качестве ее компонента, желательно иметь толщину лентикулярной структуры и, следовательно, фокусное расстояние линзы меньше 35 мкм. Предположим, целевое значение толщины и, как следствие, значение фокусного расстояния равны 30 мкм. Как следует из приведенного выше анализа, максимальный диаметр основания равен 2 r, что очень близко к фокусному расстоянию линзы, составляющему 30 мкм. В этом варианте диафрагменное число очень близко к 1. Значение шага растра может быть выбрано всего на несколько микрометров больше диаметра линз (далее этот шаг принимается равным 32 мкм). Отсюда следует, что в двухканальном лентикулярном устройстве (у которого в одной ячейке имеются два элемента изображения) требуется разместить на ширине 32 мкм две изобразительные полоски, т.е. каждая полоска будет иметь ширину 16 мкм. Такая ширина полоски или линии находится далеко за пределами разрешения традиционных печатных технологий, таких как флексографическая, глубокая и литографическая офсетная печать (мокрая, без увлажнения и УФ красками), которые даже при печати защищенных документов в лучшем случае оказались способными обеспечить разрешение на уровне 50-35 мкм. Аналогично, в случае четырехканального лентикулярного устройства проблема разрешения становится еще более сложной, поскольку требуемая ширина линии снижается (в этом примере) до 8 мкм, и т.д.

Как результат, для печатных элементов изображения, использующих краски, желательно минимизировать значение диафрагменного числа линзы, чтобы максимизировать диаметр основания линз при заданной толщине структур. Пусть, например, значение диафрагменного числа является довольно высоким, в частности равным 3. В этом случае диаметр основания линзы будет равен 30/3, т.е. 10 мкм. Такой размер линзы будет граничным для дифракционной и геометрической оптики; однако, если рассматривать линзу как преимущественно дифракционное устройство, можно принять шаг растра равным, например, 12 мкм. Если опять рассмотреть двухканальное устройство, потребуется распечатать изобразительную полоску с шириной только 6 мкм, тогда как для четырехканального устройства потребуется полоска шириной только 3 мкм. Традиционные печатные технологии, как правило, будут непригодны для достижения такого высокого разрешения. Однако приемлемые способы формирования элементов изображения включают способы, описанные в WO 2008/000350 A, WO 2011/102800 А и ЕР 2460667 А.

Именно в подобных случаях использование дифракционных структур для получения изобразительных полосок создает важное преимущество по разрешению. Действительно, хотя цветная печать обычно предпочтительна в плане получения контрастности при отражении и инвариантности к источнику излучения, такие технологии, как, например, современная электронная литография (использующая электронные пучки), могут быть использованы для создания дифракционных изобразительных полосок с шириной до 1 мкм или менее, причем такие структуры с ультравысоким разрешением могут эффективно реплицироваться с помощью технологий, предусматривающих отверждение УФ излучением.

Как было упомянуто выше, толщина устройства 10 непосредственно связана с размерами фокусирующих элементов; поэтому выбор толщины прозрачного слоя 12 следует производить с учетом геометрии оптических элементов. В предпочтительных примерах устройства его толщина находится в интервале 5-200 мкм. "Толстые" устройства, соответствующие верхнему концу этого интервала, подходят для встраивания в такие документы, как идентификационные карты и водительские права, а также в ярлыки, этикетки и т.д. Для документов типа банкнот желательны (как было упомянуто выше) более тонкие устройства. Нижний предел данного интервала определяется дифракционными эффектами, которые возникают при уменьшении диаметра фокусирующих элементов. В частности, эти эффекты существенны для линз с диаметром основания меньше 10 мкм (т.е. с фокусным расстоянием около 10 мкм) и особенно меньше 5 мкм (т.е. с фокусным расстоянием около 5 мкм). Поэтому принимается, что предельная толщина таких структур лежит в интервале 5-10 мкм.

Если элементы изображения должны быть образованы рельефными структурами, для этой цели желательно применить тиснение или литье с отверждением, используя слой подходящей смолы на стороне подложки 12, противоположной по отношению к растру из линз 14. Сам линзовый растр также может быть изготовлен с использованием методов литья с отверждением или тиснения. Альтернативно, он может быть напечатан с использованием подходящих прозрачных веществ, как это описано в US 6856462 В. Период и, следовательно, максимальный диаметр основания лентикулярных фокусирующих элементов предпочтительно лежат в интервале 5-200 мкм, более предпочтительно 10-60 мкм, еще более предпочтительно 20-40 мкм. Диафрагменное число для лентикулярных фокусирующих элементов предпочтительно составляет 0,1-16, более предпочтительно 0,5-4.

Тогда как в рассмотренных вариантах фокусирующие элементы имели форму линзы, во всех случаях они могут быть заменены массивом фокусирующих зеркальных элементов. Подходящие зеркала могут быть изготовлены, например, путем нанесения отражающего слоя (в частности из соответствующего металла) на линзы, изготовленные методом литья с отверждением или тиснением рельефной структуры. В вариантах, использующих зеркала, массив элементов изображения должен быть полупрозрачным, например, за счет достаточно низкого коэффициента заполнения, чтобы обеспечить свету возможность достичь зеркал и затем отразиться обратно через зазоры между элементами изображения. В качестве примера, коэффициент заполнения следует задать меньшим , чтобы по меньшей мере 50% падающего света после двух проходов через массив элементов изображения отражалось обратно к наблюдателю.

Защитные устройства типа описанных выше могут быть встроены или нанесены на любое изделие, для которого желательно обеспечить проверку аутентичности. В частности, такие устройства могут наноситься на (или встраиваться в) документы, обладающие ценностью, такие как банкноты, паспорта, водительские права, чеки, идентификационные карты и т.д.

Защитное устройство или изделие может находиться полностью на поверхности основы (подложки) защищенного документа, как это имеет место в случае полоски или патча, или может быть видным на поверхности основы документа только частично, например в виде "ныряющей" защитной нити. Защитные нити в настоящее время присутствуют в банкнотах многих стран, а также в ваучерах, паспортах, дорожных чеках и других документах. Во многих случаях нить частично заглублена в подложку (является "ныряющей"), т.е. она входит внутрь бумаги и выходит на ее поверхность или видна в окнах, выполненных в одной или обеих поверхностях основы. Один из методов производства бумаги с ныряющими нитями можно найти в ЕР 0059056. ЕР 0860298 и WO 03/095188 описывают различные подходы для встраивания более широких и частично открытых нитей в бумажную основу. Широкие нити (с типичной шириной 2-6 мм) представляются особенно полезными, поскольку их более крупные открытые области обеспечивают эффективное использование оптически изменяющихся устройств, подобных описанным выше.

Защитное устройство или изделие может быть встроено в бумажную или полимерную основу (подложку) так, что его можно видеть с обеих сторон готовой защищенной основы. Способы встраивания защитных элементов подобным образом описаны в ЕР 1141480 А и WO 03/054297 А. Согласно способу, описанному в ЕР 1141480 А, одна сторона защитного устройства является полностью открытой на одной поверхности основы, в которую оно частично заглублено, а другая сторона частично открыта в окнах, выполненных в другой поверхности основы.

Подложки, подходящие для изготовления основ для защищенных документов, могут быть сформированы из любого обычного материала, включая бумагу и полимеры. Из уровня техники известны технологии формирования прозрачных зон в подложках каждого такого типа. Например, в WO 83/00659 описана полимерная банкнота, изготовленная на основе прозрачной подложки, содержащей на обеих своих сторонах непрозрачное покрытие, которое отсутствует в локальных областях на обеих сторонах подложки, чтобы сформировать прозрачную зону. В этом случае прозрачная подложка может быть интегральной частью защитного устройства; альтернативно, на прозрачную основу документа может быть наложено отдельное защитное устройство. В WO 00/39391 описан способ получения прозрачной области в бумажной основе. Другие способы того же назначения описаны в ЕР 723501 А, ЕР 724519 A, WO 03/054297 А и ЕР 1398174 А.

Защитное устройство может быть также наложено на одну сторону бумажной основы так, что его части будут находиться в отверстии, выполненном в этой основе. Пример способа формирования такого отверстия может быть найден в WO 03/054297 А. Альтернативный способ встраивания защитного элемента, который будет виден в отверстиях, сформированных в одной стороне бумажной основы, и полностью открыт на другой ее стороне, может быть найден в WO 2000/39391 А.

Далее, со ссылками на фиг. 16-19, будут описаны примеры подобных документов, обладающих ценностью, и технологий для встраивания в них защитного устройства.

На фиг. 16 представлен пример документа 50, обладающего ценностью, конкретно банкноты. На фиг. 16(a) банкнота показана на виде в плане, а на фиг. 16(b) она показана в сечении плоскостью Х-Х'. В этом примере банкнота является полимерной (или гибридной, полимерно-бумажной) банкнотой, имеющей прозрачную основу 51. На каждую сторону прозрачной основы 51 нанесено по светонепроницаемому слою 52а, 52b, которые могут представлять собой светонепроницаемое покрытие, например из белой краски, или слои бумаги, ламинированные на основу 51.

Светонепроницаемые слои 52а и 52b отсутствуют в области 55, образующей окно, в котором находится защитное устройство. Как лучше всего видно в сечении (на фиг. 16(b)), на одной стороне прозрачной основы 51 сформирован растр 56 фокусирующих элементов, а соответствующий ему массив 57 продолговатых элементов изображения сформирован на противоположной поверхности подложки. Растр 56 фокусирующих элементов и массив 57 элементов изображения выполнены так, как описано выше применительно к любому из рассмотренных вариантов, так что в устройстве заданы по меньшей мере две области R₁ и R₂. Когда документ рассматривается со стороны линзового растра 56, при наклонах устройства может наблюдаться лентикулярный эффект. Следует отметить, что в модификациях этого варианта окно 55 может представлять собой "полуокно", для образования которого слой 52b продолжен на все окно или его часть, поверх массива 57 элементов изображения. В этом случае окно не будет прозрачным, но в одной из модификаций по сравнению с окружающими его областями оно будет казаться просвечивающим. При этом банкнота может иметь группу окон или "полуокон". В таком варианте различные области защитного устройства, задаваемые продолговатыми элементами изображения, могут чередоваться в последовательности "полуокон", так что при наклоне в одном направлении оптический эффект наблюдается в одной подгруппе окон, а при наклоне во втором направлении - во второй подгруппе окон.

Представленная на фиг. 17 банкнота 50 - это обычная банкнота на бумажной основе, снабженная защитным изделием 60 в форме защитной нити, которая добавляется к бумаге на стадии ее изготовления таким образом, что нить частично вводится в бумагу, так что части 53 и 54 бумаги располагаются по обе стороны нити. Эта операция может быть выполнена с использованием описанных в ЕР 0059056 технологий, согласно которым в ходе бумагоделательного процесса формирование бумаги в зонах окон не происходит, что открывает защитную нить в зонах окон 65 на банкноте. Альтернативно, зоны окон 65 могут быть сформированы путем удаления, например абразивным методом, бумаги в этих областях после введения нити. Защитное устройство сформировано на нити 60, у которой имеется прозрачная подложка 63 с линзовым растром 61 на одной ее стороне и с массивом 62 элементов изображения на другой ее стороне. Для наглядности линзовый растр 61 изображен с разрывами между открытыми зонами нити, хотя в типичном случае разрывы будут отсутствовать, т.е. защитное устройство будет сформировано непрерывным по длине нити. Альтернативно, на нити можно разместить несколько защитных устройств, пространственно отделенных одно от другого по длине нити, причем демонстрируемые ими изображения являются различными или идентичными. В одном примере в первом окне может находиться первая область R₁ устройства, а во втором окне - его вторая область R₂, так что при наклоне в любом направлении два окна воспроизводят различные эффекты. Например, область R₁ может быть сконфигурирована для демонстрации лентикулярного эффекта в случае наклона документа 50 вокруг оси X, при этом область R₂ остается неизменной. Область R₂ может быть сконфигурирована для демонстрации лентикулярного эффекта в случае наклона документа 50 вокруг оси Y, при этом область R₁ останется неизменной. Альтернативно, продолговатые элементы изображения могут быть ориентированы вдоль (различных) направлений, образующих ненулевые углы с осями X и Y, так что оба окна будут создавать лентикулярные эффекты при наклонах, например, аналогично варианту по фиг. 10.

На фиг. 18 банкнота 50 - это также обычная банкнота на бумажной основе, снабженная полоской (вставкой) 60. Полоска 60, имеющая прозрачную подложку 63, введена между двумя слоями 53 и 54 бумаги. Защитное устройство образовано линзовым растром 61, находящимся на одной стороне подложки 63, и массивом 62 элементов изображения, находящимся на другой ее стороне. И в этом варианте свойства по меньшей мере двух областей R₁ и R₂ задаются ориентациями продолговатых элементов изображения. Слои 53 и 54 бумаги снабжены отверстиями в зонах окон 65, чтобы открыть защитное устройство, которое в этом случае может располагаться по всей длине полоски 60 или может быть локализовано в открытых зонах окон 65.

Еще один вариант представлен на фиг. 19, где на фиг. 19(a) и 19(b) показаны передняя и задняя стороны документа соответственно, а фиг. 19(c) соответствует сечению документа плоскостью Z-Z'. Защитное изделие 60 - это полоска или лента, содержащая защитное устройство согласно любому из описанных вариантов. Защитное изделие 60 образовано в составе защищенного документа 50, имеющего волокнистую основу 53, посредством способа, описанного в ЕР 1141480 А. Полоска встроена в защищаемый документ так, что она полностью открыта на одной стороне документа (фиг. 19(a)) и частично - в одном или более окнах 65 на противоположной стороне документа (фиг. 19(b)). И в этом варианте защитное устройство выполнено на полоске 60, у которой имеется прозрачная подложка 63 с линзовым растром 61, сформированным на одной ее поверхности, и с массивом 62 элементов изображения, задающим по меньшей мере две области и R₂ и сформированным на другой ее стороне.

Альтернативно, сходная конструкция может быть получена выполнением в бумаге 53 отверстия 65 и прикрепления элемента 60 в виде полоски к одной стороне бумаги 53 в зоне отверстия 65. Это отверстие может быть сформировано в процессе изготовления бумаги или по его завершении, например посредством высечки или лазерной резки.

Как правило, прикреплять защитное изделие (такое как полоска или патч), несущее защитное устройство, к основе документа предпочтительно той стороной устройства, которая несет массив элементов изображения, а не стороной с линзами, поскольку контакт между линзами и адгезивом может сделать линзы неработоспособными. Однако адгезив может быть нанесен на линзовый растр в виде паттерна, который оставляет непокрытой зону линзового растра, рассчитанную на совмещение с окном. При этом положение полоски или патча следует согласовать с окном (в направлении подачи подложки) так, чтобы непокрытая область линз совместилась с отверстием (или окном) в подложке. Следует также отметить, что, поскольку устройство демонстрирует оптический эффект только при его рассматривании с одной его стороны, совмещение устройства с зоной окна не дает особых преимуществ. Действительно, устройство может быть закреплено на основе, не имеющей окон. Аналогично, в случае полимерной основы устройство пригодно для размещения в "полуоконных" зонах.

Защитное устройство согласно изобретению может быть выполнено машиночитаемым путем введения детектируемых материалов в любой из его слоев или введением отдельных машиночитаемых слоев. Детектируемые материалы, способные реагировать на внешние воздействия, содержат, например, флуоресцентные, фосфоресцентные, поглощающие в инфракрасном диапазоне, термохромные, фотохромные, магнитные, электрохромные, электропроводные и пьезохромные материалы.

В защитное устройство могут быть дополнительно включены оптически изменяющиеся материалы, такие как тонкопленочные интерференционные элементы, жидкокристаллические и фотонно-кристаллические материалы. Такие материалы могут использоваться в форме пленочных слоев или пигментов, пригодных для нанесения методом печати. Если эти материалы являются прозрачными, они могут быть помещены в ту же область устройства, что и его защитная часть, выполненная согласно изобретению; если же они непрозрачные, их можно разместить в отдельной части устройства, смещенной в поперечном направлении.

Защитное устройство может, кроме того, содержать металлический слой, смещенный в поперечном направлении от защитной части, выполненной согласно изобретению. Присутствие металлического слоя может быть использовано, чтобы скрыть присутствие темного машиночитаемого магнитного слоя. При использовании в устройстве магнитного материала он может иметь любую конфигурацию; однако, обычно применяются магнитные нити или блоки для формирования кодовых структур. Приемлемые магнитные материалы включают пигменты на основе оксида железа (Fe₂O₃ или Fe₃O₄), феррит бария или стронция, железо, никель, кобальт и их сплавы. В этом контексте термин "сплав" охватывает такие материалы, как никель-кобальт, железо-алюминий-никель-кобальт и т.д. Пригодны, в частности, материалы типа лепесткового никеля или железа. Поперечные размеры типичных лепестков никеля составляют 5-50 мкм при толщине менее 2 мкм. Типичные лепестки железа имеют поперечные размеры порядка 10-30 мкм при толщине менее 2 мкм.

В альтернативном машиночитаемом варианте прозрачный магнитный слой может быть встроен в устройство в любом положении. Подходящие прозрачные магнитные слои, содержащие распределенные по ним частицы магнитных материалов, размеры и концентрация которых выбраны такими, чтобы магнитный слой оставался прозрачным, описаны в WO 03/091953 и WO 03/091952.

В металлический слой или в любой подходящий непрозрачный слой можно включить негативные или позитивные знаки, сформированные известными методами деметаллизации. Один из путей получения частично металлизированных/ деметаллизированных пленок, не содержащих металла в контролируемых, четко определенных зонах, состоит в селективной деметаллизации областей с применением технологии фоторезиста и травления, как это описано в US 4652015 В. Для получения сходных эффектов известны и другие методы, включающие, например, осаждение алюминия в вакууме через маску. Альтернативно, алюминий может быть селективно удален с композитной полоски из пластикового носителя с алюминием, нанесенным с помощью эксимерного лазера. Металлические области могут быть также сформированы методом печати краской, создающей эффект присутствия металла, например печатной краской Metallstar®, продаваемой фирмой Eckart.

1. Защитное устройство, содержащее:

растр фокусирующих элементов, каждый из которых способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой, и

массив продолговатых элементов изображения, расположенный напротив растра фокусирующих элементов и сконфигурированный таким образом, что каждый фокусирующий элемент способен направлять к наблюдателю, в зависимости от угла наблюдения, свет от любого одного элемента соответствующего набора, состоящего по меньшей мере из двух продолговатых элементов изображения,

при этом в первой области защитного устройства продолговатые элементы изображения ориентированы длинной стороной вдоль первого направления, а во второй области - вдоль второго направления, отличного от первого направления.

2. Устройство по п. 1, в котором первое и второе направления являются ортогональными.

3. Устройство по п. 1, в котором растр фокусирующих элементов является непрерывным в первой и второй областях и между ними.

4. Устройство по п. 1, в котором массив продолговатых элементов изображения является непрерывным в первой и второй областях и между ними.

5. Устройство по п. 1, в котором первая и вторая области расположены одна рядом с другой, предпочтительно примыкая одна к другой.

6. Устройство по п. 1, в котором массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области способна (способны) отобразить серию по меньшей мере из двух различных изображений.

7. Устройство по п. 1, в котором массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области способна (способны) отобразить серию из по меньшей мере двух различных цветов.

8. Устройство по п. 7, в котором по меньшей мере для одного положения наблюдения первая и вторая области отображают один и тот же цвет, так что они выглядят одинаково и предпочтительно неотличимы невооруженным глазом одна от другой.

9. Устройство по п. 7, в котором первая и вторая области имеют взаимно согласованный вид и совместно формируют изображение, которое является распознаваемым по меньшей мере для одного угла наблюдения в результате контраста, имеющего место при указанном угле наблюдения между цветом первой области и цветом второй области.

10. Устройство по п. 1, в котором массив продолговатых элементов изображения сконфигурирован таким образом, что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной направлению, вдоль которого в соответствующей области ориентированы продолговатые элементы изображения, первая или вторая область или обе области создает (создают) впечатление движущегося изображения.

11. Устройство по п. 2, в котором первая и вторая области при их рассматривании по меньшей мере при одном угле наблюдения формируют изображение, распознаваемое невооруженным глазом наблюдателя и образованное частями изображения, имеющимися в каждой области, при этом продолговатые элементы изображения задают различные виды соответствующей части изображения, так что при наклоне защитного устройства вокруг оси, параллельной первому или второму направлению, соответствующая часть изображения, образованная одной областью, представляется движущейся в поперечном направлении, тогда как другая часть изображения остается неподвижной.

12. Устройство по п. 6, в котором единственное или каждое изображение содержит букву, цифру, символ, знак, логотип, портрет или графику.

13. Устройство по п. 1, в котором растр фокусирующих элементов и массив продолговатых элементов изображения расположены один над другим.

14. Устройство по любому из предыдущих пунктов, выполненное в виде защитной нити, полоски фольги или вставки, или защитного ярлыка, или патча.

15. Изделие, снабженное устройством, выполненным согласно любому из предыдущих пунктов.

16. Изделие по п. 15, выбранное из группы, состоящей из банкнот, чеков, паспортов, идентификационных карт, сертификатов аутентичности, гербовых марок и других документов для подтверждения ценности или идентификации личности.

17. Изделие по п. 15 или 16, содержащее основу с прозрачной частью, при этом на противоположных сторонах прозрачной части расположены фокусирующие элементы и продолговатые элементы изображения.

18. Способ изготовления защитного устройства, включающий:

получение растра фокусирующих элементов, каждый фокусирующий элемент которого способен фокусировать свет по меньшей мере в двух ортогональных направлениях, причем фокусирующие элементы размещены в соответствии с регулярной двумерной сеткой, и

наложение растра фокусирующих элементов на массив продолговатых элементов изображения, сконфигурированный таким образом, что каждый фокусирующий элемент способен направлять к наблюдателю, в зависимости от угла наблюдения; свет от одного любого элемента соответствующего набора, состоящего по меньшей мере из двух продолговатых элементов изображения,

при этом в первой области защитного устройства продолговатые элементы изображения ориентируют длинной стороной вдоль первого направления, а во второй области защитного устройства - вдоль второго направления, отличного от первого направления.

19. Способ по п. 18, в котором первое и второе направления являются ортогональными.

20. Способ по п. 18 или 19, адаптированный для изготовления защитного устройства, выполненного согласно любому из пп. 1-14.