CN102282025B - 用于提供合成完整图像的光学装置和用于鉴别对象的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供合成的完整图像（25）的光学装置包括聚合物箔堆叠。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构（16A-C）。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件（1）。第一方向上的第一阵列中的相邻对象之间的距离与第二阵列中的聚焦元件的距离之间的比率不同于第二方向上的第一阵列中的相邻对象之间的距离与第二阵列中的聚焦元件的距离之间的比率。这导致对应于图像数据承载结构的合成完整图像在聚合物箔堆叠被给予一定弯曲时能够被感知为具有所要求的比例。另外，描述了仅当从非常短的距离处被观看时才产生合成完整图像的聚合物箔堆叠。使用聚合物箔堆叠的弯曲或移动期间的合成完整图像的外观用于鉴别。可选地，使用旋转期间外观图像深度的变化用于鉴别。

Description

用于提供合成完整图像的光学装置和用于鉴别对象的方法
技术领域
本发明整体上涉及光学装置，并且尤其涉及提供合成图像的光学装置。
背景技术
在许多应用中已经使用了使得产生在不同的角度改变其外观的图像或合成图像的平面光学布置。除了纯粹的美术使用，这样的布置还已经被用作例如银行票据或其他贵重文档、标识文档等上的安全标记。通常具有或多或少的显著的三维特征的合成图像也已经被用于对例如二维信息文档中的复杂形状提供更好的几何学上的理解。
在已公开的国际专利申请WO94/27254中，公开了一种安全装置。该安全装置包括微图像阵列，所述微图像阵列在通过对应的基本为球形的微透镜的阵列被观看时产生放大的图像。该结果是根据久为人知的莫尔（Moiré）效应而实现的并且现在已被应用于向安全标记提供具有三维外观的图像。该阵列也可以被结合到微图像的阵列。
在已公开的美国专利申请US2005/0180020中，公开了一种微光安全和图像提供***，其基于相似的基本思想。膜材料利用非柱面透镜的规则二维阵列来放大像平面的图像数据承载结构或微图像。通过改变透镜的焦点性质，透镜和像平面之间的距离、透镜的直径、不同的放大倍数、视场等可以被改变。通过在像平面和透镜平面之间具有对准差异来实现光视差动。
这种类型的图像还被用作用于例如包装的片材。该包装以引人注目的外观的方式实现，在营销奇特或昂贵的物品时这通常是期望的。如果合成图像被制成三维的，则该图像可以例如被配置为看起来好像是悬浮在包装中（或者甚至是之外）。然而，由于该布置利用通过图像数据承载结构和透镜的平面配置实现的光学效应，因此这样的图像迄今为止受限于具有平的表面的包装。该合成图像在被用于在例如弯曲的瓶子表面时通常将劣化。
当使用该光学布置作为安全装置时，重要的是，被感知的图像以难以用简单的手段被复制的方式起作用但用户易于观察。在现有技术中根本少有（如果有一些的话）安全装置满足这样的需求。存在对以下这样的安全装置的需要，该安全装置具有易于检测和验证但难以篡改或复制的独特结构和特性。
在已公开的欧洲专利申请EP0216626中，公开了一种用于防篡改包装的图像片材。该片材包括设置在膜之上的玻璃微球的图案，该微球用作微透镜。通过使片材暴露于高能量辐射，而使得轴向标记被生成在与微球的背部相接触的片材处。通过在膜被保持在弯曲的形状中时进行这样的轴向标记生成，如果弯曲改变则由通过微球观察到的轴向标记组成的完整图像将被破坏。如果这样的膜例如被提供在容器的开口之上，则图像的存在确保容器容纳物不被篡改。这样的布置的缺点在于，必须在膜在其最终的衬底处被应用时进行这样的图像生成。这使得非常难以进行有效率的大规模生产。通过经由微球的照射生成轴向标记的方法也对可以生成什么类型的图像施加了严格的限制。而且，由于轴向标记的生成必须通过在最终产品处进行强烈的照射来执行，因此这种类型的安全装置不能用于照射敏感物品。
发明内容
本发明的一个目的是提供以下这样的光学装置，该光学装置在被弯曲或具有弯曲的表面时提供高质量的合成图像。另一目的是提供以下这样的改进的安全装置，该安全装置具有易于检测和验证但难以篡改或复制的独特结构和特性。
以上目的通过根据所附的专利权利要求的装置和方法来实现。总之，根据第一方面，一种用于提供合成完整图像的光学装置包括聚合物箔堆叠。该聚合物箔堆叠包括至少一个聚合物箔。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面被设置在距离第一界面的一定距离处。第一阵列中的图像数据承载结构在第一对象方向上以第一对象距离被重复，并且在第二对象方向上以第二对象距离被重复，所述第二对象方向被设置为相对于第一对象方向成第一角度。第二阵列中的聚焦元件在第一聚焦元件方向上以第一聚焦元件距离被重复，并且在第二聚焦元件方向上以第二聚焦元件距离被重复，所述第二聚焦元件方向被设置为相对于第一聚焦元件方向成第二角度。第一投影对象距离是被投影在第一聚焦元件方向上的第一对象距离，并且第二投影对象距离是被投影在第二聚焦元件方向上的第二对象距离。第一投影对象距离和第一聚焦元件距离的相应对之间的第一比率以及第二投影对象距离和第二聚焦元件距离的相应对之间的第二比率的至少其中之一接近或等于一，由此与图像数据承载结构相对应的合成完整图像在从非常小的距离处被观看时能够从聚合物箔堆叠的观看侧被感知为具有所要求的比例。
根据第二方面，公开了一种用于对对象进行鉴别的方法。该方法在设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠上执行。聚合物箔堆叠包括至少一个聚合物箔。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面被设置在距离第一界面的一定距离处。该方法包括在相对于观看者的第一距离和相对于观看者的第二距离之间在两个方向中的任意方向上移动聚合物箔堆叠。第二距离显著小于第一距离。该方法还包括在移动期间观察具有所要求的比例的与图像数据承载结构相对应的第一合成完整图像的任何外观作为真实性的标志。
根据第三方面，一种用于提供合成完整图像的光学装置包括聚合物箔堆叠。聚合物箔堆叠包括至少一个聚合物箔。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面被设置在距离第一界面的一定距离处。第一阵列中的图像数据承载结构在第一对象方向上以第一对象距离被重复，并且在第二对象方向上以第二对象距离被重复，第二对象方向被设置为相对于第一对象方向成第一角度。第二阵列中的聚焦元件在第一聚焦元件方向上以第一聚焦元件距离被重复，并且在第二聚焦元件方向上以第二聚焦元件距离被重复，第二聚焦元件方向被设置为相对于第一聚焦元件方向成第二角度。第一投影对象距离被定义为被投影在第一聚焦元件方向上的第一对象距离，并且第二投影对象距离被定义为被投影在第二聚焦元件方向上的第二对象距离。第一投影对象距离和第一聚焦元件距离的相应对之间的第一比率不同于第二投影对象距离和第二聚焦元件距离的相应对之间的第二比率。这导致与图像数据承载结构相对应的合成完整图像在聚合物箔堆叠被给予一定的弯曲时能够从聚合物箔堆叠的观看侧被感知为具有所要求的比例。
根据第四方面，公开了一种用于对具有设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠的对象进行鉴别的方法。该方法在包括至少一个聚合物箔的聚合物箔堆叠上被执行。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面被设置在距离第一界面的一定距离处。该方法包括根据预定的第一弯曲在预定的第一方向上对聚合物箔堆叠进行弯曲，以及观察具有所要求的比例的与所述图像数据承载结构相对应的第一合成完整图像的任何外观作为真实性的标志。
根据第五方面，公开了一种用于对具有设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠的对象进行鉴别的方法。该方法在包括至少一个聚合物箔的聚合物箔堆叠上执行。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面设置在距离第一界面的一定距离处。该方法包括围绕具有平行于观看方向的分量的轴旋转聚合物箔堆叠，以及观察与图像数据承载结构相对应的合成完整图像的外观图像深度的任何变化作为真实性的标志。
本发明的一个优点在于，现在可以在各种各样的非平面的表面处提供具有良好的质量的合成图像。本发明的另一个优点在于，提供了具有容易区分的特性的安全图像，所述安全图像难以复制。在详细的说明中结合不同的实施例对其它优点进行进一步的讨论。
附图说明
通过参考与附图一起进行的下列说明，可以最好地理解本发明以及本发明的其它目标和优点，在附图中：
图1A-C是不同聚焦元件的图示；
图2A是根据现有技术的用于提供合成完整图像的光学装置的示意性截面图示；
图2B是示出图像深度的光学装置的实施例的截面图；
图3A-B是根据现有技术的用于提供合成完整图像的光学装置的实施例在被弯曲时是如何表现的示意性截面图示；
图3C-D是根据本发明的光学装置的实施例在被弯曲时是如何表现的示意性截面图示；
图3E-F是根据本发明的光学装置的另一实施例在被弯曲时如何表现的示意性截面图示；
图4A-B是根据本发明的光学装置的实施例的示意性顶视图；
图5A是根据本发明的光学装置的实施例在被弯曲成圆柱形表面时的特性的图示；
图5B是如何定义最大的观看角度的图示；
图6是根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图；
图7A-C是给出多于一个图像的根据本发明的光学装置的实施例的示意性顶视图；
图8A是根据本发明的贵重对象的实施例的示意性图示；
图8B是根据本发明的贵重文档的实施例的示意性图示；
图8C是根据本发明的包装的实施例的示意性图示；
图9A-B是不同角度处的聚合物箔堆叠的焦平面的示意性图示；
图9C是具有设置在弯曲界面处的数据承载结构的光学装置的实施例的示意性图示；
图10A是根据现有技术的用于提供合成完整图像的光学装置的实施例在从短距离处被观看时如何表现的示意性截面图示；
图10B-C是根据本发明的光学装置的其它实施例的示意性顶视图；以及
图11是根据本发明的方法的另一实施例的步骤的流程图。
具体实施方式
贯穿附图，相同的附图标记被用于相似或相应的元素。
根据本发明的光学装置依照被已知为莫尔效应的原理而工作。在本申请中，莫尔效应提供对图案的放大并且同时给出典型地为三维的合成完整图像。这样的完整图像是被用作安全标记或仅仅用于引人注目的完美候选。莫尔放大原理同样从文献中被公知，并且可以在例如Pure Appl. Opt. 3，1994，第133-142页的M. C. Hutley 等人的“The Moiré magnifier”中或者在1998年11月的Optical Engineering 37 (11)的第3007-3014页的H. Kamal等人的“Properties of moiré magnifiers”中找到概述。根据莫尔效应工作以获得3D图像的装置一般需要关于透镜阵列与待放大的对象的阵列的对准的高精度。
在本公开中，使用了术语“聚焦元件”。基于莫尔效应的大部分装置利用不同类型的透镜或弯曲的反射镜。然而，在本公开中该术语意图覆盖导致从小区域对光学信息进行选取的不同类型的设备。图1A-C示出这样的聚焦元件的三个示例。在图1A中，聚焦元件1（在这里是微透镜14的形式）被设置在距离物平面3的一定距离处。该距离等于或接近于该微透镜14的焦距。来自物平面3处的小区域4的光线5在微透镜14中被折射，从而产生离开微透镜14的一束平行光线6。注视微透镜的观看者将仅仅看到被放大为覆盖微透镜14的整个区域的小区域4。
在图1B中，聚焦元件1（在这里为弯曲的反射镜2的形式）被设置在距离基本上透明的物平面3的一定距离处。该距离等于或接近于弯曲的反射器2的焦距。来自物平面3处的小区域4的光线5在弯曲的反射镜2中被反射，从而产生穿过物平面3的一束平行光线6。注视物平面3的观看者将主要看到被放大为覆盖弯曲的反射镜2的整个区域的小区域4。小区域的像在通过物平面3的行程期间在某种程度上受到例如小区域4的影响。在本实施例中，观看者将看到小区域4的镜像，因为它是通过弯曲的反射镜2而被观看到的。
在图1C中，聚焦元件1（在这里是孔径7的形式）被设置在物平面3的上方。来自物平面3处的小区域4的光线6是唯一可以在预定的方向上穿过孔径7的平面的光线。注视孔径的平面的观看者可以仅仅看到小区域4，然而在本实施例中小区域4未被放大。
在本公开的其余部分中，将使用微透镜来举例说明聚焦元件。然而，通过进行几何结构和配置上的必要改变，相应的思想也适用于其它类型的聚焦元件。
为了理解本发明的优点，首先描述基于小图像数据承载结构的放大图像的综合的传统光学装置。图2A示意性地示出基于小图像数据承载结构的放大图像的综合的光学装置10的实施例的截面图。该光学装置10包括聚合物箔堆叠111，在本实施例中聚合物箔堆叠111由厚度为t的单个聚合物箔11组成。在界面12（在本实例中其为聚合物箔11的外表面）处，提供聚焦元件1（在本实例中其为微透镜14）的阵列13。阵列13典型地是周期性的二维阵列，因此其在图1的截面图中被示出为一维阵列，在所示的截面中具有周期P l 。阵列13优选地覆盖基本上整个的界面12。
聚合物箔11也被提供有几何结构16的另一阵列15。如从微透镜侧可以看出的，几何结构16导致光学特性的不同。在本实施例中，几何结构16被提供在聚合物箔11的界面17处，在本实施例中为与微透镜14被提供在其处的表面相对的另一表面。界面17由此可以被看作是物平面3。几何结构16在本实施例中因此变成聚合物箔11的内部与聚合物箔11后面的空间18之间的界面17。聚合物箔11和空间18的光学特性的不同使得区分几何结构16的形状成为可能。几何结构16由此构成光学可区分的图像数据承载结构116，光学可区分的图像数据承载结构116在通过微透镜14被观看到时一起组成图像。图像数据承载结构116的其它替代可以是例如具有也导致光学特性的不同的不同颜色、不同反射性或吸收性的结构。
阵列15在本实施例中也是周期性的二维阵列，并且与微透镜14的阵列13一样具有相同的对称特性。几何结构16的阵列15的对称轴平行于微透镜14的阵列13的对称轴。换而言之，阵列13、15通过它们的对称轴基本上对齐。如果例如两个阵列都表现出六角形图案，则密堆积方向对齐。在示出的横截平面中，几何结构16的阵列15具有周期P o 。聚合物箔11至少在图案平面之间是基本透明的或彩色透明的。
为了使典型的莫尔效应存在，几何结构16的阵列15的周期P o 与微透镜14的阵列13的周期P l 相差非整数倍。该关系确定放大因子，如下面将更详细地描述的。而且，几何结构16的阵列15必须被提供在距离聚合物箔11的第一侧12为距离D处，该距离D足够接近于微透镜14的焦距。在本实施例中，在聚合物箔11的第二侧17处具有几何结构16使得具有以下需求：聚合物箔11的平均厚度应当基本上等于焦距f。然而，阵列13、15之间的距离并不必须正好等于焦距f。
图像的放大倍数取决于周期P l 和P o 的相对大小。在图2A中，图像数据承载结构116的阵列的周期P o 稍微小于微透镜14的阵列的周期P l ，即，P o <P l 。几何结构16其中之一处的特定点20在所实处的实施例中位于微透镜14的一个微透镜22的正下方，并且处于其焦点处。这意味着，源自点20的光理想地可以行进穿过聚合物箔11并且在上方的微透镜中被折射成光线21的平行束。观看聚合物箔11的第一侧12的观众将体验到点20周围的区域在整个微透镜22上展开的光学特性，即，放大的部分图像29将被体验到。微透镜23将以相同的方式提供几何结构16中的另一几何结构的点24周围的区域的另一放大的部分图像29。由于存在周期的轻微不匹配，因此点24周围的区域并不正好对应于点20周围的区域，相反而是对应于稍微在旁边的区域。通过具有大量的微透镜14和几何结构16，被成像的区域理想地将源自几何结构16的每个区域。观众因此将体验到由对应于各个微透镜14的小的部分图像29组成的合成完整图像。部分图像29将一起被眼睛体验为几何结构16的放大的合成完整图像25。
根据简单的几何推理，发现放大倍数变成：
，其中 。                 （1）
该关系对于平行光线来说是正确的，即，当箔被从可被近似为无穷远的距离处被观察时。人们可以注意到，当因子F接近1时，放大倍数变得非常大。对于等于一的因子，放大倍数变成无穷大，这在传统的莫尔图像中并不是很有用，因为那时只有几何结构处的单个点将是可见的。为了得到有用的图像，因此传统上需要因子F不同于1并且因子F不同于任何整数值，即F必须是非整数因子。
然而，为了实现大的放大倍数，该因子优选地应当接近1。在图2A的实施例中，该因子小于1，因为P o <P l 。放大倍数因此具有正值。如果P o >P l ，则该因子小于1并且放大倍数变成负的，即，图像被重建为倒像。
聚合物箔11的设计参数对光学特性具有进一步的影响。除了放大几何结构的特性，聚合物箔11还提供合成的三维体验。
微透镜的焦距通过以下被给定：
，                                         （2）
其中，R l 是微透镜半径，n 2是微透镜的折射率并且n 2是覆盖微透镜14的介质（即，典型地为空气）的折射率。
聚合物箔11的设计参数对光学特性具有进一步的影响。除了放大几何结构的特性，聚合物箔11还提供合成的三维体验。图2B示出体验到的图像深度。在该实施例中，因子F小于1并且假定是球形微透镜。观众的眼睛26L、26R聚焦在虚像25上的一个点28上。为了简单起见，点28位于眼睛26L和26R之间的正中间。到眼睛的近轴光线27以直角穿过不同的微透镜14，但来自几何结构16处的相应的点。然而，在深度d i 处产生虚像。通过不同的设计参数在图形的不同部分中以不同的方式容易地定义光线27的角度β。在图形的底部部分中，看到：
                                  （3）
其中δ是球形微透镜14的中心与相同平面内的、光线27与透镜表面相交的点之间的距离，并且n是整数。相似地，如在图2B的左上部分中看到的，角度β也可以被定义为：
                                 （4）
其中R l 是球形微透镜14的曲率半径。最后，如在图2B的右上部分中所见的，角度β也可以被定义为：
。                                       （5）
通过组合（6）-（8）可以发现，图像深度d i 变成：
                                   （6）
或者以因子F的形式为：
                                  （7）
这里还可以容易地看出的是，第二项通常是可忽略的，并且接近1的因子F给出大的深度。焦距和透镜半径之间的关系取决于对材料的选择，但是当因子F接近1时对于该大小来说通常不如F重要。整数n和距离δ消失了，这证明深度d i 是恒定的，与到观众的距离无关。（然而，所示出的完整图像25将受到该距离的影响并且在这里针对非无穷远的观看距离被示出。）
如果利用大于1的因子F，则深度d i 变成负的，即合成图像看起来位于透镜表面的前面，如观众所见到的那样。
上面的关系对于平面聚合物箔11来说是正确的。然而，在聚合物箔被弯曲时这些条件改变。图3A示出处于平面条件下的三透镜***的示意图。物平面3处的几何结构16通过微透镜14的阵列13被看到。如上所述，合成完整图像25由对应于各个微透镜14的小的部分图像29组成。部分图像29A-C将一起被眼睛体验为几何结构16A-C的放大的合成完整图像25。
在图3B中，聚合物箔11被弯曲。观看者依然从与图3A相同的位置观看聚合物箔11。如从观看者看到的，弯曲是凸起的。中央的微透镜14B与对应的几何结构16B之间的关系基本上不改变，并且中央的微透镜14B将给出几何结构16B的一部分的放大图像29B。然而，对于其它的微透镜14A、14C来说情况就不一样了。如果考虑微透镜14A，微透镜14A相对于平行于微透镜14B的中央光线的光线被转动一定角度。微透镜14A的焦点在从前面的方向被观看时不再出现在像平面处，并且与对应的几何结构16A相比在横向方向上被移位。在该被轻微夸大的图示中，几何结构16A不再位于微透镜14A的焦点内。相似的情况对于微透镜14C和几何结构16C来说是正确的。在这种情况下，该最后的合成完整图像将仅包括中央的几何结构16B的部分图像29B。换而言之，合成完整图像被破坏。在实际情况中，在具有大量的微透镜的情况下，合成完整图像将首先通过改变在弯曲方向上的图像比例从而导致在一个维度上的压缩或扩展图像、以及最后通过在图像中表现出条纹而变得劣化，并且同时任何三维外观的锐度将降低。
在图3C中，示出了处于平面条件下的另一三透镜***的示意图。这里，各个几何结构16A-C与前面是相同的，然而，在图的平面的方向上以不同的节距被设置。换而言之，两个相邻几何结构16A-C之间的距离改变了。然而应注意的是，在垂直于图的方向上的节距依然与图3A相同。如可以看出的，合成完整图像不以正常的方式重建几何结构16A-C的形状。相反，在所示出的方向上合成完整图像实现完全不同的放大和虚像深度，这实际上导致与在图3B的情况下所得到的相似的图像中的条纹。结果是没有实际用途的合成图像。
在图3D中，图3C的三透镜***现在被弯曲。在合适的弯曲曲率的情况下，微透镜14将被布置在几何结构16A-C的相应的合适部分之上，并且将形成合成完整图像25。在图3A和3B中，与图3C和3D相比，在一个方向上两个最近的相邻几何结构之间的距离因此是不同的，而在平行于弯曲轴的另一方向上最近的相邻几何结构之间的距离是相同的。
在图3E中，示出了处于平面条件下的另一三透镜***的示意图。这里，各个几何结构16A-C与之前相同，然而在这里以与微透镜相同的节距被设置。换而言之，两个相邻的几何结构16A-C之间的距离被改变为使得它们与两个相邻的微透镜14A-C之间的距离一致。然而应当注意的是，在垂直于图的方向上的节距依然与图3A中的相同。部分图像29A-C现在是几何结构16A-C的相同部分的同样的副本，并且合成完整图像根本没有给出任何可感觉的结构。合成完整图像在图3E中所示的方向上具有无穷大的放大倍数和虚像深度，这实际上导致无意义的图像。结果因此也是无实际用途的合成图像。
在图3F中，图3E的三透镜***现在被弯曲。在合适的弯曲曲率（比图3E中所需的更小）的情况下，微透镜14将被布置在几何结构16A-C的相应的合适部分之上，并且将形成合成完整图像25。
当聚合物箔11在相反的方向上被弯曲、即被弯曲成如观看者看到的凹形形状时发生相似的情况。微透镜和几何结构的位置之间的关系相似地、但是现在是在相反的方向上将被影响。
而且，在上面的例证性示例中，为了简单起见已经使用了同样的几何结构。然而，也可以使用更复杂的或不规则的几何结构阵列，而具有相似的结果。
图4A示出在平行于箔或箔堆叠的法线的正交垂直线的方向上观看到的根据本发明的光学装置的实施例的一部分。在本实施例中用“T”示出的几何结构16的阵列15被布置在通过圆圈示出的聚焦元件1（在本实施例中为微透镜14）的阵列13的下面，并且通过聚焦元件1的阵列13被观看。在本实施例中，阵列13、15是矩形阵列，然而，其它类型的阵列也可以使用，例如六边形的、平行六面体的（parallelipipedical）等。在本实施例中，阵列13、15也是二维周期性阵列。换而言之，阵列13可以用分别表示第一聚焦元件方向91上和第二聚焦元件方向92上的两个微透镜14之间的最近聚焦元件距离P l1 、P l2 的两个聚焦元件单位矢量v l1 和v l2 来表征。阵列15相似地可以用分别表示第一对象方向上和第二对象方向上两个几何结构16之间的最近对象距离P o1 、P o2 的两个对象单位矢量v o1 和v o2 来表征。在本实施例中，第一对象方向与第一聚焦元件方向91一致，并且第二对象方向与第二聚焦元件方向92一致。在第一聚焦元件方向91上，对象距离P o1 轻微地小于聚焦元件距离P l1 ，根据上面的等式（1）这表示某正的放大倍数。然而，在第二聚焦元件方向92上，对象距离P o2 轻微地大于聚焦元件距离P l2 ，根据上面的等式（1）这相反地表示某负的放大倍数。同样，外观图像深度（正的或负的）在比较不同方向上的单位矢量时将是不同的。因此，当箔的堆叠111为平面时，观看者将感知到或多或少被拉伸的图像。然而，如结合图3A-D所解释的，当箔的堆叠111例如围绕平行于第一聚焦元件方向91的轴被弯曲为具有适当的弯曲形状时，图像将出现。
因此，值得注意的是，对象距离P o2 和聚焦元件距离P l2 之间的比率具有不同于对象距离P o1 和聚焦元件距离P l1 之间的比率的值，或者，由于在本实施例中阵列是周期性的阵列，因此对象单位矢量v o2 的长度和聚焦元件单位矢量v l2 的长度之间的比率不同于对象单位矢量v o1 的长度与聚焦元件单位矢量v l1 的长度之间的比率。在现有技术的相似类型的光学装置中，这些比率总是相同的。
根据该论点，也清楚的是，也可以通过将聚合物箔堆叠111围绕平行于第二聚焦元件方向92的轴弯曲（然而现在是在相反的方向上被弯曲）为具有适当的弯曲形状来形成图像。这样的图像的放大倍数通常不同于通过沿着平行于第一聚焦元件方向91的轴进行弯曲而获得的图像。
由于比率的不同对于获得本发明的结果来说是重要的，因此也可以通过改变相邻微透镜之间的距离来同样导致这样的不同。图4B示出这样的情况。这里，对象单位矢量v o1 和v o2 具有相等的长度，即，P o1 和P o2 具有相同的值。相反，聚焦元件单位矢量v l1 和v l2 在长度上不同，即，P l1 和P l2 具有不同的值。在这种情况下，当箔的堆叠111是平面时同样将存在被拉伸的或以其它方式被劣化的图像，但是在特定的弯曲的条件下，观看者将感知到性状良好的图像。
当然，也可以通过使第二方向上的两个单位矢量都变化（但以不同的程度变化）来组合图4A和4B中的情况。
可以以更加精确的方法来示出这些情况。首先，结合图5A，假定箔的堆叠111围绕轴94被弯曲为具有恒定的半径R f 。箔的堆叠111因此遵循围绕轴94的圆柱形的表面。观看者93（为了简单起见，假设其存在于无限远的距离处）观看箔的堆叠111处的以角度α定义的点95。该角度相对于垂直于观看方向的方向x而被定义。定义箔的堆叠111的顶点112，从而确定x=0处的点。该顶点由此也定义期望的优选观看方向。负的观看方向在本图中用y来表示。圆的等式为如下：
。                                     （8）
从图5A人们还注意到：
。                                        （9）
然后通过围绕观察点更详细地研究箔堆叠111，如通过图5A的右半部分示出的，最容易的是沿着以直角穿过微透镜14的光线。微透镜的半径用R l 来表示，并且，箔堆叠111的厚度为t。以直角穿过微透镜14的光线在垂直于聚合物箔堆叠111的方向上从物平面处与光轴和物平面3之间的交点处的位置96相距距离d的地方发出。换而言之，d是在物平面3处标称再现点96与通过观看角度α再现的点97之间的距离。从其可以看出：
。                                （10）
与（9）相组合，其给出：
，   （11）
以及与（8）一起：
。                       （12）
该公式因此描述距离d是如何随着变量x而改变的（如果是从圆形地弯曲的箔堆叠111看图像的话）。距离d并不随着x线性地增大。这继而意味着垂直于弯曲轴为周期性的阵列因此给出非恒定的放大倍数，如在整个观看表面上所看到的那样。换而言之，在改变两个相邻的几何结构之间的距离的情况下仅可以实现在较大的圆形弯曲部分上的恒定的放大倍数。然而，对于箔堆叠111的中央部分来说，d相对于x是近似线性的，并且因此可以使得放大倍数与使用恒定的周期的情况近似地相同。已表明，在圆形地弯曲的箔堆叠的情况下，由于d在x接近R f 时更迅速地增大，合成图像将朝向边缘改变。然而，与圆形弯曲表面的近似在许多情况下是足够的，因为放大倍数的最大差异发生在大的角度处，其通常在箔堆叠的最大视场之外，或者由于图像结构远在透镜的焦距之外而无论如何给出模糊的图像。
主要通过微透镜的几何尺寸来限制视场。图5B示出具有基础平面半径a的微透镜14。那么通过最大的角度给出最大观看角度α max ，在该角度处可以以垂直角度到达微透镜表面，即：
。                                  （13）
当最大角度被超过时，图像将迅速劣化。
如果要求圆形弯曲，例如如果意图将箔堆叠置于具有圆对称性的瓶子上，则存在适配几何结构的阵列和/或聚焦元件的阵列以便在圆形主体的较大区域上实现所要求的放大倍数的机会。换而言之，可以使得对象周期和/或聚焦元件周期为动态的。让我们假定，只使得对象周期为动态的以便将对象布置为补偿圆形弯曲且产生被均匀放大的图像。再次考虑等式（12）。动态周期P do2 或者两个相邻的几何结构之间的距离变成标称周期P o2 和距离d之和：
。                             （14）
距离顶点的距离x继而根据下式相对于第n个相应圆弧S n 的长度而缩放：
                                （15）
S n 也是箔堆叠在未弯曲的条件下、即箔堆叠为平面时的距离。因此，动态周期可通过组合（12）、（14）和（15）而获得，被表示为：
。          （16）
当然也可以使用具有规则周期的箔堆叠并且相反地提供适于给定规则周期的弯曲轮廓。
弯曲形状的另一示例是抛物线。利用以下关系描述抛物线：
，                                          （17）
其中p是到抛物线的焦点的距离。在对该等式求导之后，该关系读作：
，                                         （18）
其倒数、即导数dx/dy对应于视线与抛物线相交之处的箔的斜率：
。                                 （19）
那么等式（19）和（11）给出：
。                               （20）
这里距离d随着x线性地增大，并且p的不同值给出具有不同放大倍数的弯曲形状。
这些思想甚至可以被进一步提取以使得箔堆叠的动态周期被适配到在其处意图看到图像的任意的弯曲轮廓。一般地，用于提供合成完整图像的光学装置包括聚合物箔堆叠。聚合物箔堆叠包括至少一个聚合物箔。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面被提供在距离第一界面的一定距离处，优选地接近聚焦元件的焦距。
在最一般的情况下，阵列并不必须是周期性的，并且并不必须是矩形的或六边形的且并不必须完美地对齐。图5C示出这样的一般情况的实施例。光学可区分的图像数据承载结构16的第一阵列15包括在第一对象方向91'上以第一对象距离P o1 被重复且第二对象方向92'上以第二对象距离P o2 被重复的图像数据承载结构16，第二对象方向92'被设置为相对于第一对象方向91'成第一角度γ o 。在一维周期性阵列中，第一对象距离P o1 或者第二对象距离Po2在聚合物箔堆叠区域上是恒定的。在二维周期性阵列中，第一对象距离P o1 和第二对象距离P o2 二者在聚合物箔堆叠区域上是恒定的。当是周期性的时，第一阵列15分别由第一对象单位矢量v o1 和第二对象单位矢量v o2 定义，并且第一对象距离P o1 是恒定的且等于第一对象单位矢量v o1 的长度且第二对象距离P o2 是恒定的且等于第二对象单位矢量v o2 的长度。
聚焦元件1的第二阵列13在本实施例中包括在第一聚焦元件方向91上以第一聚焦元件距离P l1 被重复且在第二聚焦元件方向92上以第二聚焦元件距离P l2 被重复的微透镜14，第二聚焦元件方向92被设置为相对于第一聚焦元件方向91成第二角度γ l 。常见的是，聚焦元件基本上覆盖整个第二界面，并且通常通过使用六边形结构，其中第二角度γ l 变得等于60度。在一维周期性阵列中，第一聚焦元件距离P l1 或第二聚焦元件距离P l2 在聚合物箔堆叠区域上是恒定的。在二维周期性阵列中，第一聚焦元件距离P l1 和第二聚焦元件距离P l2 两者在聚合物箔堆叠区域上都是恒定的。当是周期性的时，第二阵列13分别由第一聚焦元件单位矢量v l1 和第二聚焦元件单位矢量v l2 定义，并且第一聚焦元件距离P l1 是恒定的且等于第一聚焦元件单位矢量v l1 的长度，且第二聚焦元件距离P l2 是恒定的且等于第二聚焦元件单位矢量v l2 的长度。
在最一般的方法中，尤其当第二阵列不同于为矩形时，第一聚焦元件方向91可以不同于第一对象方向91'，并且第二聚焦元件方向92可以不同于第二对象方向92'。第一投影对象距离可以被定义为被投影到第一聚焦元件方向91上的第一对象距离P o1 ，并且第二投影对象距离可以被定义为被投影到第二聚焦元件方向92上的第二对象距离P o2 。在第一聚焦元件方向91与第一对象方向91'一致的情况下，第一投影对象距离因此变得等于第一对象距离P o1 。相似地，在第二聚焦元件方向92与第二对象方向92'一致的情况下，第二投影对象距离变得等于第二对象距离P o2 。
根据上面进一步的讨论，第一投影对象距离和第一聚焦元件距离P l1 的相应对之间的比率不同于第二投影对象距离与第二聚焦元件距离P l2 的相应对之间的比率。为了在聚合物箔堆叠被给予一定弯曲时产生从聚合物箔堆叠的观看侧可被感知的与图像数据承载结构相对应的具有所要求的比例的合成完整图像，两个阵列中的单位矢量和/或距离之间的关系是重要的。
而且，这些比率还给出有关所需的期望弯曲的一些指示。如果第一投影对象距离和第一聚焦元件距离P l1 的相应对之间的比率高于第二投影对象距离与第二聚焦元件距离P l2 的相应对之间的比率，那么期望弯曲是如从观看侧所看到的凹形表面（如果聚合物箔堆叠围绕第一聚焦元件方向被弯曲的话），或者期望弯曲是如从观看侧看到的凸形表面（如果聚合物箔堆叠围绕第二聚焦元件方向被弯曲的话）。相似地，如果第一投影对象距离和第一聚焦元件距离P l1 的相应对之间的比率低于第二投影对象距离与第二聚焦元件距离P l2 的相应对之间的比率，那么期望弯曲是如从观看侧所看到的凸形表面（如果聚合物箔堆叠围绕第一聚焦元件方向被弯曲的话），或者期望弯曲是如从观看侧看到的凹形表面（如果聚合物箔堆叠围绕第二聚焦元件方向被弯曲的话）。在上面例示的实施例中，存在其中第一距离和第二距离的相应对之间的比率在聚合物箔堆叠的至少一部分上相同的示例。在一个实施例中，近似的弯曲对应于圆柱形表面的一部分。在另一实施例中，期望弯曲对应于非圆柱形表面的一部分。
在其它实施例中，第一距离和第二距离的相应对之间的比率在聚合物箔堆叠的至少一部分上变化，并且该部分的期望弯曲在特定情况下可以是圆柱形表面的一部分。然而，该弯曲也可以是使得：其表现为具有不同弯曲半径的部分。通过这样的方式，可以使用诸如例如波形等的弯曲形状以及例如锥面的一部分，其中弯曲半径沿着锥轴变化。
可以通过所涉及的距离任意之一或它们两者来实现比率的不同。在具体实施例中，第二阵列在两个方向上都是周期性的，即，第一和第二聚焦元件距离都是相等的。在另一具体实施例中，第一阵列在两个方向上都是周期性的，即，第一和第二对象距离都是相等的。
通过再次参考图5C，可以注意到，原来的对象阵列并不必须与微透镜阵列完美地对齐。换而言之，第一对象方向91'并不必须与第一聚焦元件方向91一致，并且第二对象方向92'并不必须与第二聚焦元件方向92一致。当围绕例如沿着第一聚焦元件方向91定向的轴弯曲聚合物箔堆叠时，与相对应的聚焦元件相比，导致垂直于该方向的距离的明显变化。在垂直于第一聚焦元件方向91的方向上被定向的矢量将仅经历长度变化，而无方向变化。然而，例如沿着第二对象距离P o2 的矢量也将经历长度变化，但变化比垂直矢量的要小，但是，沿着第二对象距离P o2 的该矢量还将经历角度的变化。通过在适当的方向上进行弯曲，对象阵列和聚焦元件阵列之间的角度不同可以被补偿，并且可以提供性状良好的图像。
依赖聚合物箔堆叠的弯曲的图像外观的不同也可以被进一步用于安全标记或真实性证明的用途。即使是根据莫尔效应的平面光学装置也是难以复制的。然而，对于缺乏经验的观看者来说，可能难以分辨莫尔箔的良好的再现三维性与其它类型的半三维图像。然而，根据本发明的弯曲时的合成图像的特性据我们所知是独特的，并且弯曲处理是对任何人来说都易于理解的概念。因此，必须被弯曲以便产生供检验的图像的安全标记通过其它手段比直接复制更加难以提供，并且对于缺乏经验的观看者来说也是易于注意到的。为了准确地知道什么样的弯曲是必需的，可以提供工具，其中聚合物箔堆叠被强制支撑抵靠在该工具上。
根据本发明的光学装置中的图像数据承载结构的产生优选地在光学装置被附着到其最终的应用之前被执行。这样的方法除去了破坏光学装置所连接到的物品的任何风险。而且，其有利于合理的制造，因为可以在无需与其将要连接到的物品的制造相结合的情况下优化光学装置的制造。这还使得可以制造通常更便于大量生产的平面形式的光学装置。为了能够在被连接到其最终物品之前产生图像数据承载结构，在图像数据承载结构的阵列和聚焦元件的阵列之间必须存在定义良好的联系。这样的定义良好的联系是通过在一个且相同的聚合物箔堆叠中实现它们两者来实现的。根据本发明的该优选实施例，一个界面被形成为其本身组成聚焦元件，并且正是这个聚合物箔堆叠的另一界面包括图像数据承载结构。微透镜因此被提供为作为聚合物箔本身的组成部分的几何结构。通过这样的方式，在不危害阵列的结构或相对位置的情况下可以容易地处理光学装置。则不需要将诸如单独的透镜元件或单独的图像结构的任何额外的对象精确布置为附着到光学装置。
当光学装置与其将应用的物品被分别生产时，也允许从“后面”、即不通过微透镜产生图像数据承载结构。由此可以通过各种各样的方法来提供图像数据承载结构。压花或印刷是用于提供图像数据承载结构的最可能的技术。然而，取决于图像数据承载结构的所需的大小和准确度，也可以使用另外不同的照相或平版印刷方法。
在图6A中，示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。用于对具有设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠的对象进行鉴别的方法在步骤200中开始。根据上面进一步提到的原理制造聚合物箔堆叠。在步骤210中，根据预定的第一弯曲在预定的第一方向上对聚合物箔堆叠进行弯曲。在一个实施例中可以通过将聚合物箔堆叠抵靠支撑在具有表现出预定的第一弯曲的表面的工具上来执行该弯曲。在另一实施例中，可以无需任何辅助物用手来执行该弯曲。通过选择聚合物箔堆叠的合适的刚性，并且将聚合物箔堆叠的两端按压在一起，聚合物箔堆叠弯曲成接近抛物线形状的形状，该形状在上面被进一步发现是很有用的形状。这还可以通过附着到具有合适的刚性的衬底的更薄的聚合物箔堆叠来实现。在步骤212中，观察第一合成完整图像的任何外观作为真实性的标志。在具体实施例中然后可以通过例如将聚合物箔堆叠弯曲成另一弯曲和/或在另一方向上进行弯曲以便展现图像的任何附加的外观来重复步骤210和212。该方法在步骤299中结束。
为了将聚合物箔堆叠用于鉴别的用途，如果被提供给平面聚合物箔堆叠的图像在平面条件下是尽可能不可感知的，则可能是有益的。针对此进行布置的一种方法是使得在箔为平面时第二方向上的放大倍数为无穷大，参见（c.f.）图3E。根据等式（1），这发生在第一距离或第二距离的相应对之间的比率等于一时。因此，为了破坏平面箔条件下的任何图像，第一距离或第二距离的相应对之间的比率应当至少非常接近一。
通过使比率接近或等于一还打开了其它有用的特性。通过围绕轴将箔弯曲成相对于观看者的凸形形式，物平面处的结构之间的外观距离在垂直于该轴的方向上变得更短，并且最后对于垂直于该轴的初始为一的比率来说也可以达到与在该轴方向上相同的放大倍数。然后可以看到实像。然而，如果箔相反地被弯曲成凹形形式，则物平面处的结构之间的外观距离变得更长，并且将最终达到根据等式（1）达到同样相同的放大倍数的位置，然而现在是反向的。然而，可以看到镜像，其中当在不同方向上观看时外观的深度是不同。通过使平面条件接近为一的比率，实像和镜像两者在合理的弯曲半径内都可以被达到。所感知的外观深度由与观看者的两只眼睛的连线相平行的方向上的外观深度来确定。这意味着，通过旋转聚合物箔堆叠，外观深度可以根据取向而改变。该效果还可以被用于鉴别用途。
其中在平面或弯曲条件下对象和聚焦元件距离之间的外观比率在不同方向上是不同的聚合物箔堆叠当在不同方向上被观看时根据等式（6）将产生不同的外观图像深度。当观看被定向在某方向上的箔时，所感知到的图像深度将由在与观看者的左眼和右眼的所建立的轴平行的方向上的比率来确定。通过围绕平行于观看方向的轴旋转聚合物箔堆叠，外观图像深度将改变。通过使对象和聚焦元件距离之间的外观比率在一个方向上小于1并且在另一个方向上大于一，在旋转时图像将看起来是从聚合物箔堆叠前面的位置改变到聚合物箔堆叠后面的位置。在一具体实施例中，可以将比率选择为具有相对于一的相等差异，但是是在相反的方向上，由此提供相同的放大倍数，但是图像深度具有不同符号。
在图6B中，示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。用于对具有设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠的对象进行鉴别的方法在步骤200中开始。聚合物箔堆叠在不同的方向上具有对象和聚焦元件距离之间的不同的外观比率。在步骤250中，围绕在聚合物箔堆叠被观看的方向上具有分量的轴旋转聚合物箔堆叠。在步骤252中，观察第一合成完整图像的外观图像深度的任何变化作为真实性的标志。该方法在步骤299中结束。
还可以利用对不同弯曲条件下的不同图像的使用，更明确地说是通过提供同一箔堆叠的两组图像。这通过使光学装置的第一界面还包括叠加在所述阵列的光学可区分的图像数据承载结构上的第三阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构来实现。这样的布置的一个实施例在图7A中被示意性地示出。提供聚焦元件（在该实施例中为微透镜14）的第二阵列13。为了简单起见，该第二阵列13在该实施例中在两个垂直方向上是周期性的，它们相同的周期。在本实施例中，光学可区分的图像数据承载结构16（在本实例中为“A”）的第一阵列15被提供在聚焦元件的阵列13的下面。第一阵列15由第一聚焦元件方向91上的第一对象单位矢量v o1 和第二聚焦元件方向92上的第二对象单位矢量v o2 来定义。第二聚焦元件方向92上的周期P o2 大于第一聚焦元件方向91上的周期P o1 。提供光学可区分的图像数据承载结构86（在本实例中为“B”）的第三阵列85，叠加在该第一阵列15之上。第三阵列85在本实施例中是周期性的阵列，其由第三对象单位矢量v o3 和第四对象单位矢量v o4 来定义。第三阵列85中的图像数据承载结构86基本上在第二聚焦元件方向92上以第四对象距离P o4 被重复。在第一聚焦元件方向91上的第三对象距离P o3 如上所述是恒定的，但是不同于第一阵列15，这暗示不同的放大倍数和不同的外观深度。在第二聚焦元件方向92上的第三阵列85的对象距离P o4 大于第一聚焦元件方向91上的周期P o3 ，但是具有与第一阵列15相比不同的比率。这意味着需要另一弯曲条件来从该第三阵列85实现可感知的图像。换而言之，在平面条件下，只存在“坏的”图像。在第一弯曲条件下，看到图像“A”，并且在第二弯曲条件下，看到图像“B”。通过修改阵列内的距离，可以获得用于实现不同图像的弯曲的不同半径和形状。换而言之，第三距离和第二距离的相应对之间的比率不同于第三单位矢量的长度和第二单位矢量的长度之间的比率，并且还不同于第一距离和第二距离的相应对之间的比率。通过此，对应于第三阵列中的图像数据承载结构的合成完整图像在聚合物箔堆叠围绕平行于第一方向的轴被给予一定弯曲时能够从聚合物箔堆叠的观看侧被感知，所述一定弯曲不同于使得对应于第一阵列中的图像数据承载结构的合成完整图像可被感知的弯曲。
在图7B中，示出了具有叠加的图像的另一实施例。在本实施例中，第一阵列15在箔围绕在第一聚焦元件方向91上被定向的轴而被弯曲时给出图像，并且第三阵列85在箔围绕在第二聚焦元件方向92上被定向的轴而被弯曲时给出图像。第二阵列13在这里也是在第二聚焦元件方向92上也是周期性的，由此第二距离P l2 都是相等的。第三阵列85是至少基本上在第二聚焦元件方向92上为周期性的阵列。该周期性是由第四对象单位矢量v o4 来定义的。第三阵列85中的图像数据承载结构86相反基本上在第一聚焦元件方向91上以第三距离P o3 被重复。而且，第三距离P o3 与第一对象单位矢量v l1 的长度的相对应的项之间的比率不同于第四对象单位矢量v o4 的长度和所提到的第三对象距离P o3 之间的比率。通过此，对应于第三阵列85中的图像数据承载结构86的合成完整图像在聚合物箔堆叠围绕平行于第二聚焦元件方向92的轴被给予一定弯曲时能够从聚合物箔堆叠的观看侧被感知。
在更一般的说明中，其它阵列中的图像数据承载结构在第三对象方向上以第三对象距离被重复以及在第四对象方向上以第四对象距离被重复。第三投影对象距离被定义为被投影在第一聚焦元件方向上的第三对象距离，并且第四投影对象距离被定义为被投影在第二聚焦元件方向上的第四对象距离。第三投影对象距离和第一聚焦元件距离的相应对之间的第三比率不同于第四投影对象距离和第二聚焦元件距离的相应对之间的第四比率。对应于第三阵列中的图像数据承载结构的合成完整图像在聚合物箔堆叠被给予一定弯曲时可从聚合物箔堆叠的观看侧被感知为具有所要求的比例，所述一定弯曲不同于使得对应于第一阵列中的图像数据承载结构的合成完整图像可被感知为具有所要求的比例的弯曲。
当然，还可以提供额外的图像以便在平面条件下被看到。这通过图7C的实施例被示出。这里，第四对象距离P o4 和第二聚焦元件距离P l2 的相应对之间的比率等于第三对象距离P o3 和第二第一聚焦元件距离P l1 的相应对之间的比率。在本实施例中，图像数据承载结构的阵列和聚焦元件的阵列在两个方向上都是周期性的阵列，则这导致第四对象单位矢量v o4 的长度和第二聚焦元件单位矢量v l1 的长度之间的比率等于第三对象单位矢量v o3 的长度和第一聚焦元件单位矢量v l1 的长度之间的比率。那么，对应于第三阵列85中的图像数据承载结构86的合成完整图像在聚合物箔堆叠为平面时可从聚合物箔堆叠的观看侧被感知到。
在更一般的说明中，其它阵列中的图像数据承载结构在第一聚焦元件方向上以第三对象距离被重复以及在第二聚焦元件方向上以第二对象距离被重复。第三对象距离和第一聚焦元件距离的相应对之间的第三比率等于第四对象距离和第二聚焦元件距离的相应对之间的第四比率。那么，对应于第三阵列中的图像数据承载结构的合成完整图像在聚合物箔堆叠为平面时可从聚合物箔堆叠的观看侧被感知为具有所要求的比例。
使两个不同的图像在不同的弯曲条件下显现的概念可以通过使一个图像在与另一图像可被感知时的条件相同的条件下故意为坏的或者相反来得以进一步改进。换而言之，在用于第一阵列的最佳成像条件下，源自第三阵列的图像在一个方向上呈现出无穷大的放大倍数以及/或者在用于第三阵列的最佳成像条件下，源自第一阵列的图像在一个方向上呈现出无穷大的放大倍数。
那么可以使得用于鉴别的方法甚至更加精准，因为对聚合物箔的弯曲也包括根据预定的第二弯曲来对聚合物箔堆叠进行弯曲。该第二弯曲可以是不同于第一弯曲的弯曲，但是是在相同的方向上，或者其可以是在第二方向上的第二弯曲。第二合成完整图像那么可以显现并且作为真实产品的标志。
如果聚合物箔堆叠或者这样的聚合物箔堆叠被附着到其上的片材的厚度被选择为不是太厚或太薄，则使用根据本发明的光学装置用作鉴别工具是便利的。薄的箔难以以受控方式来处理和弯曲并且遭受松弛，并且优选地由一定的承载材料来支撑。太厚的箔相反地难以弯曲。作为非排他性的示例，基于250 μm厚的聚碳酸酯的光学装置已被成功地测试。然而，也可以使用其它材料和厚度。
根据本发明的光学装置因此具有许多应用。通过在聚合物箔内部提供几何结构，例如通过利用额外的不可移除层覆盖压印箔的背面，以便形成单片式箔，实际上完全去除了复制光学装置的可能性。这使得光学装置作为安全标记非常引起关注，如在上面也进一步讨论的那样。在图8A中，贵重对象50（在本实例中为***51）包括安全标记52，安全标记52包括根据上面的描述的至少一个光学装置10。在典型的情况下，光学装置10以某种方式被粘附到贵重对象50，例如作为银行票据中的安全线。通过弯曲光学装置10可以容易地提供特征图像，以便证实贵重对象50是真实的。贵重对象可能不一定是与经济交易直接相连的对象。贵重对象也可以是例如衣物、手表、电子产品等，其中伪造是常见的。
由于根据本发明的光学装置被认为具有合理的成本，因此包括根据上面的描述的至少一个光学装置10的安全标记52甚至可能有兴趣证实文档53的真实性，如图8B中所示。文档53可能是贵重的，诸如例如银行票据或担保契约。然而，文档53可能不一定具有任何自身价值，但是可以提供安全标记52以便保证文档中的信息是真实的。
由于光学装置的大规模生产成本预期是小的，因此，安全标记的尺寸并不一定必须是小的。该安全可以占用对象表面的大部分以便验证真实性的情况甚至是可行的。图8C示出在很大程度上由大面积的根据本发明的光学装置10组成的包装54。由于根据本发明的光学装置的特定特性，该包装优选地具有弯曲的表面或者可以被弯曲。如果不透明的外观是优选的，则优选地将光学装置10粘附到某种背衬材料，典型地基于某种纸产品。由于可以将光学装置10的光学外观设计成可吸引观看者观看，因此光学装置10可以具有确保真实性以及提供引人注目的包装材料的组合功能。例如，通过用光学装置10来提供包装或者甚至香水瓶本身（其非常适于弯曲的聚合物箔）来对例如香水进行鉴别。本发明因此非常适于被应用到不同类型的瓶子和罐子。
根据本发明的光学装置的应用是很多的。大多数应用是基于片材，其中光学装置可以被提供作为整个片材的一部分。应用领域是非常不同的，范围从例如货币、文档、金融用具、产品和品牌保护、产品标识和标记、包装、票券、书籍封面、电子设备、衣物、工作鞋、包、墙纸到玩具。该光学装置可被应用在其中有效三维图像的外观可能是有益的任何情形中。
在使用根据上面的思想的光学装置时，意图从不垂直的方向观看光学装置的至少一部分。换而言之，被观看的数据承载结构中的许多是以不垂直于光学装置的总体表面的角度被观看的。图9A示出使用垂直观看时的情况。聚合物箔堆叠111的法线N与被示出为一束光线的观看方向21一致。微透镜14的焦距基本上等于箔的厚度，并且焦点30与物平面3处的点相吻合。图9B示出使用非垂直观看时的相反情况。该情况在聚合物箔堆叠111被弯曲时是常见的。聚合物箔堆叠111的法线N不再与观看方向21一致。结果是，焦点30出现在物平面3前面的距离δ处。这也意味着物平面3处被光线覆盖的区域以镜像的方式被设想。因此，有益的是使用故意给出倒像的这样的图像结构阵列，以便使图像更清晰。
另一可能性在图9C中被示出。与以平面关系提供图像数据承载结构相反，图像数据承载结构116相反被叠加到具有由弯曲的界面部分117的阵列115定义的总体形状的界面上。弯曲的界面部分117的阵列115与微透镜14的阵列13配准。而且，微透镜14的界面12与弯曲的界面部分117的界面17之间的距离接近微透镜14的焦距。由于两个界面都是弯曲的，因此这样的距离在本公开中被定义为界面的任何部分之间的在主表面法线N的方向上的最大距离。优选地，每个弯曲的界面部分117对应于相应微透镜14的总图像最佳外观平面31。总图像最佳外观平面31是如下这样的平面：在该平面处，图像数据承载结构116通过微透镜14以根据预定标准定义的最佳方式被示出。在这样的布置中，总是利用正确的焦距来执行成像。然而，相反可以限制可觉察的图像能够被感知的最大角度。
图9C的弯曲界面实施例的替代方案将是改变意图以更大的角度被观看的微透镜的焦距。通过定义聚合物箔堆叠的中央位置，每侧的微透镜可以被提供有逐渐更长的焦距，以对应于通过箔堆叠的更长的光路。
现在返回图3E，可以注意到，所示的情况对应于如果从距离合成完整图像装置的表面一定距离处观看该合成完整图像装置则观看者将感知到的内容。所示出的光线作为一束平行光线离开合成完整图像装置。当观看距离为无穷远时这是实际情况。然而，其也是针对其中从正常距离处观看合成完整图像装置的大多数实例的良好近似。正常观看距离典型地大于15 cm并且通常在30-40 cm左右。在这样的距离下，穿过不同聚焦元件的光线的角度发散是可忽略的，并且可以使用平行光线作为良好的近似。如上面进一步提到的，在图3E中所示出的方向上的合成完整图像具有无穷大的放大倍数和虚像深度，这实际上导致无意义的图像。因此结果也是没有直接用途的合成图像。然而，如果观看者将合成完整图像装置移动得接近眼睛，则角度偏离开始变得显著并且情况发生变化。
在图10A中，图3E的装置再次被示出。然而，在该图中，示出了对应于近观看距离的光线。来自中央聚焦元件的光线被示出为以垂直方式离开合成完整图像装置的主表面。来自左边和右边聚焦元件的光线被示出为以相对于垂直方向的小角度γ离开合成完整图像装置的主表面。不同的光线由此将在距离A处会合，其中观看者的眼睛存在于距离A处。来自左边和右边聚焦元件的光线与离开中央聚焦元件的光线相比源自几何结构16A-C的不同部分。完整图像由此可以由观看者构建。图像可被感知的典型距离在几厘米、例如1-3厘米左右，并且优选地至少比观看者眼睛之间的距离的两倍要小。在一个实施例中，将合成完整图像装置被保持为抵靠着脸，由此给出大约为1 cm的观看距离。
小观看距离处的这样的图像外观的属性据我们所知对于这种类型的布置来说是独特的，并且不能容易地通过其它技术来仿造。也非常难以复制这种类型的布置，这意味着该属性可被连接到真实性布置，由此可被用作安全标记。合适的布置当在“正常”距离处被观看时优选地应当产生无意义的图像。这通过使聚焦元件阵列和对象阵列的单位矢量至少在一个方向上相等（诸如在图3E中所示的）来最容易地实现。如在平行于箔或箔堆叠的法线的正交垂直线的方向上所观看到的、根据本发明的当前方面的光学装置的实施例的一个示例在图10B中被示出。几何结构16（在本实施例中以“T”被示出）的阵列15布置在聚焦元件1（在本实施例中为微透镜14，用与图4A类似的圆圈来示出）的阵列13的下方并通过聚焦元件1的阵列13被观看。在本实施例中，最近聚焦元件距离P l1 等于最近对象距离P o1 。由于该实施例包括周期性的阵列，因此聚焦元件单位矢量v l1 等于对象单位矢量v o1 。在本实施例中，另一方向上的单位矢量并不一致。
在图10C中示出的另一实施例中，最近聚焦元件距离P l2 也等于最近对象距离P o2 ，并且由于其是周期性的布置，因此聚焦元件单位矢量v l2 等于对象单位矢量v o2 。换而言之，在最一般的情况下，第一投影对象距离（与较早的定义类似）与第一聚焦元件距离P l1 的相应对之间的第一比率和第二投影对象距离（与较早的定义类似）与第二聚焦元件距离P l2 的相应对之间的第二比率中的至少一个非常接近或等于一。由此，对应于图像数据承载结构的合成完整图像仅当从非常小的距离处被观看时才能够从聚合物箔堆叠的观看侧被感知。
有利地，类似于结合图7A-C所提供的思想，该方法也可与从大观看距离处可见的叠加图像相结合。
如从图10A的描述可见的，从非常近的距离处观看合成完整图像装置影响合成完整图像装置的虚构周期距离。这是因为以下事实：源自合成完整图像装置的表面并射到放置得与合成完整图像装置非常近的眼睛上的光线在角度上显著不同。对象的虚构周期由此不与实际的透镜周期相比较，而是与投影在不同角度的方向上的微透镜的周期相比较。具有等于真实微透镜周期的真实对象周期的对象阵列因此获得不同的虚构周期，并且可以形成图像。改变虚构对象周期的这种效应发生在二维中，这是为什么根据图10C的合成完整图像装置是最优选的原因，因为在水平方向和竖直方向两者上总是经历相同的周期。在图10B的情况下，（根据该图的）竖直方向上的周期总是小于水平方向上的周期。然而，在小距离处，周期性的这种差异变得足够小从而无论如何产生可感知的图像（即使其没有变得完美地清晰或恰好具有期望的比例）。换而言之，通过观看距离的改变，与具有有限放大倍数的对象图案相比，具有与微透镜图案相同的周期性的对象图案的无穷大放大倍数的改变大得多。
而且，优选使用具有大的外观深度的图像用于这种类型的应用。理由是，眼睛具有一定的最近聚焦距离，并且如果眼睛与合成完整图像装置之间的距离小于该最小聚焦距离则图像深度有助于感知聚焦图像的能力。
用以在改变观看距离时提供图像的显现和消失的光学装置的属性也可以用于对对象进行鉴别的方法中。在图11中，示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。用于对对象进行鉴别的方法在步骤200中开始。该对象具有设置在对象的表面处的聚合物箔堆叠。聚合物箔堆叠包括至少一个聚合物箔。聚合物箔堆叠的第一界面包括第一阵列形式的光学可区分的图像数据承载结构。聚合物箔堆叠的第二界面具有第二阵列形式的聚焦元件。第二界面设置在距离所述第一界面的一定距离处。在步骤270中，在相对于观看者的第一距离和相对于观看者的第二距离之间在两个方向中的任一方向上移动聚合物箔堆叠。第二距离显著小于第一距离。在步骤272中，在移动期间观察第一合成完整图像的任何外观作为真实性的标志。第一合成完整图像对应于图像数据承载结构。该程序在步骤299中结束。
从小距离处观看合成完整图像装置的情况导致虚构对象周期在二维中改变。弯曲合成完整图像装置的情况导致虚构对象周期在一维中改变。因此，在这两种情况下，观看者眼睛与合成完整图像装置之间的观看条件的改变导致虚构对象周期在一维或二维中改变。通过特意布置对象阵列以使得只有这样的观看条件改变才会产生期望的图像，这打开了用作例如安全装置的可能性，如上所述。
当然也可以同时使用来自两种情况的观看条件改变。换而言之，可以将对象阵列适配为仅当合成完整图像装置被弯曲且从短距离处被观看时才产生期望的图像。这样的改变和组合的可能数量实际上是无穷的，并且仅受限于设计者的想象力。
上述实施例应当被理解为是本发明的若干例示性示例。本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以对这些实施例进行各种修改、组合和改变。特别地，可以将不同实施例中的不同部分解决方案组合在其中在技术上可能的其它配置中。然而，本发明的范围是由所附的权利要求来定义的。

Claims (11)

1.一种用于提供合成完整图像的光学装置(10)，包括聚合物箔堆叠(111)；
所述聚合物箔堆叠(111)包括至少一个聚合物箔(11)；
所述聚合物箔堆叠(111)的第一界面(17)包括第一阵列(15)形式的光学可区分的图像数据承载结构(16；16A-C)；
所述聚合物箔堆叠(111)的第二界面(12)具有第二阵列(13)形式的聚焦元件(1)；
所述第二界面(12)被设置在距离所述第一界面(17)的一定距离处；
所述第一阵列(15)中的所述图像数据承载结构(16；16A-C)在第一对象方向(91')上以第一对象距离(Po1)被重复以及在第二对象方向(92')上以第二对象距离(Po2)被重复，所述第二对象方向(92')被设置为相对于所述第一对象方向(91')成第一角度(γo)；
所述第二阵列(13)中的所述聚焦元件(1)在第一聚焦元件方向(91)上以第一聚焦元件距离(Pl1)被重复以及在第二聚焦元件方向(92)上以第二聚焦元件距离(Pl2)被重复，所述第二聚焦元件方向(92)被设置为相对于所述第一聚焦元件方向(91)成第二角度(γl)；
第一投影对象距离是所述第一对象距离(Po1)被投影到所述第一聚焦元件方向(91)上的距离，以及第二投影对象距离是所述第二对象距离(Po2)被投影到所述第二聚焦元件方向(92)上的距离，
其特征在于
所述第一投影对象距离与所述第一聚焦元件距离(Pl1)的相应对之间的第一比率以及所述第二投影对象距离与所述第二聚焦元件距离(Pl2)的相应对之间的第二比率都等于一；
由此对应于所述图像数据承载结构(16；16A-C)的所述合成完整图像(25)在从小距离处被观看时能够从所述聚合物箔堆叠(111)的观看侧被感知为具有所要求的比例。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一阵列(15)在所述第一对象方向(91')上是周期性的，由此所述第一对象距离(Po1)等于第一对象单位矢量(vo1)的长度。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二阵列(13)在所述第一聚焦元件方向(91)上是周期性的，由此所述第一聚焦元件距离(Pl1)等于第一聚焦元件单位矢量(vl1)的长度。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一聚焦元件方向(91)平行于所述第一对象方向(91')，由此所述第一投影对象距离等于所述第一对象距离(Po1)。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二聚焦元件方向(92)平行于所述第二对象方向(92')，由此所述第二投影对象距离等于所述第二对象距离(Po2)。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一阵列(15)在所述第二对象方向(92')上是周期性的，由此所述第二对象距离(Po2)等于第二对象单位矢量(vo2)的长度。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二阵列(13)在所述第二聚焦元件方向(92)上是周期性的，由此所述第二聚焦元件距离(Pl2)等于第二聚焦元件单位矢量(vl2)的长度。
8.根据权利要求1－7中任一项所述的光学装置，其特征在于
所述第一界面(17)还包括叠加在所述第一阵列(15)的所述可区分的图像数据承载结构(16；16A-C)上的第三阵列(85)形式的光学可区分的图像数据承载结构(86)。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，所述第三阵列(85)中的所述图像数据承载结构在所述第一聚焦元件方向(91)上以第三对象距离(Po3)被重复以及在所述第二聚焦元件方向(92)上以第四对象距离(Po4)被重复；所述第三对象距离(Po3)和所述第一聚焦元件距离(Pl1)的相应对之间的第三比率等于所述第四对象距离(Po4)和所述第二聚焦元件距离(Pl2)的相应对之间的第四比率，所述第三和第四比率不同于一；
由此对应于所述第三阵列(85)中的所述图像数据承载结构(86)的合成完整图像在从大于所述小距离的大距离处被观看时能够从所述聚合物箔堆叠(111)的所述观看侧被感知为具有所要求的比例。
10.用于对具有设置在对象(50)的表面处的聚合物箔堆叠(111)的所述对象(50)进行鉴别的方法，所述聚合物箔堆叠(111)包括至少一个聚合物箔(11)，所述聚合物箔堆叠(111)的第一界面(17)包括二维的第一阵列(15)形式的光学可区分的图像数据承载结构(16；16A-C)，所述聚合物箔堆叠(111)的第二界面(12)具有二维的第二阵列(13)形式的聚焦元件(1)，所述第二界面(12)被设置在距离所述第一界面(17)的一定距离处；
所述第一阵列(15)中的所述图像数据承载结构(16；16A-C)在第一对象方向(91')上以第一对象距离(Po1)被重复以及在第二对象方向(92')上以第二对象距离(Po2)被重复，所述第二对象方向(92')被设置为相对于所述第一对象方向(91')成第一角度(γo)；
所述第二阵列(13)中的所述聚焦元件(1)在第一聚焦元件方向(91)上以第一聚焦元件距离(Pl1)被重复以及在第二聚焦元件方向(92)上以第二聚焦元件距离(Pl2)被重复，所述第二聚焦元件方向(92)被设置为相对于所述第一聚焦元件方向(91)成第二角度(γl)；
所述方法包括步骤：
在相对于观看者的第一距离和相对于观看者的第二距离之间在第一方向或第二方向上移动(270)所述聚合物箔堆叠(111)，其中，所述第一方向从所述第一距离到所述第二距离，所述第二方向从所述第二距离到所述第一距离，并且所述第二距离显著小于所述第一距离；以及
在移动期间观察(272)对应于所述图像数据承载结构(16；16A-C)的第一合成完整图像(25)的任何外观作为真实性的标志。
11.根据权利要求10所述的鉴别方法，其特征在于，所述第一距离大于15cm。
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