CN1910523B - 安全装置 - Google Patents

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Abstract

一种安全装置，包括响应入射辐射重放在视区可见的全息图的表面凹凸的微结构，该全息图在与微结构表面隔开的图像面中至少包括第一全息图像元素(50，52)。该装置在与第一全息元素(50，52)的所述图像面隔开的面中表现出至少一个另外的图像(54)。第一全息元素图像面与另外的图像面之间的间隔使得在倾斜装置时，第一全息图像元素(50，52)相对于另外的图像(54)表现出明显的移动，移动速率为倾斜每弧度至少6毫米，其中当以弧度表达时，每弧度的所述视差移动速率等于所述平面之间的间隔，并且移动速率和视区包括的角度的乘积定义了沿第一全息图像元素移动方向该装置尺寸的至少20％的距离。

Description

安全装置
技术领域
本发明涉及用于例如钞票等的值钱物品的安全装置。
背景技术
熟知的安全装置包括响应入射辐射重放全息图、Kinegrams、Pixelgrams和其它衍射效应的表面凹凸(surface relief)的微结构。
为了比伪造者领先一步，已经开发了越来越复杂的设计。这些更复杂的设计增加了伪造者制造使人信服的赝品的难度水平。
但是，复杂的设计需要更多的努力和更仔细的检查来检验并且普通大众不能充分认识能够判断其真实性的特征。在普通大众期望检验装置的情况中，重要的是保持装置尽可能简单并且理想地是不必提供任何训练。本发明设法提供一种既鉴定简单又给伪造者保留了巨大挑战的装置。
发明内容
根据本发明，安全装置包括响应入射辐射重放在视区内可见的全息图的表面凹凸(relief)的微结构，该全息图在与微结构表面隔开的图像面中至少包括第一全息图像元素(element)，该装置在与第一全息元素的所述图像面隔开的面中表现出至少一个另外的图像(furtherimage)，其中第一全息元素图像面与该另外的图像面之间的间隔使得在倾斜装置时，第一全息图像元素相对于该另外的图像表现出明显的移动，移动速率为倾斜每弧度至少6毫米，并且移动速率和视区包括的角度的乘积定义了沿第一全息图像元素移动方向该装置尺寸的至少20％的距离。
正如我们在下面更详细地解释的那样，本发明人已经对当装置倾斜时全息元素表现出视差，以及这是与图像模糊相互关联的情况进行了详细的研究。已经发现上面定义的参数的特定组合产生了通过使用移动和深度解决上述问题、并且容易检验但对伪造者是困难的安全装置。
过去，由于大量的限制，也是生产工艺的直接结果，还没有开发使用深度。主要的限制因素是特征的深度越大，相对于理想的观看条件，看得越不清晰。即，在低于理想的光照射下，后面或前面平面中存在的特征将会模糊。先前，这已经因为不能辨认特征的细节而被看作是不可接受的。在本发明的方法中，前面或后面平面中的特征的绝对清晰没有特征的存在和/或其与安全装置内其它元素的相互作用那样重要。
US-A-5694229中描述了一个实例：经典的全息摄影技术平衡(leverages)了视差效应，以产生光学可变效应的安全特征的新的形式，其中使用熟知的两步(H1-H2)转移工艺，将莫尔(Moiré)图全息记录入Benton彩虹全息图中。通过产生由一个位于另一个后面并且分隔几毫米的两个图片(artwork)部分(例如透射掩模(transmission mask))之间的视差相互作用产生的物体图像而将莫尔图记录到H1全息图中。在该发明教导中阐述的图片部分在每种情况中都是圆的同心周期重复图案，并且所得的生动的莫尔图是亮和暗纹的交替排列，其任何点处的空间频率由两个周期图案之间的有效“拍”频来确定。另一个图片部分沿着水平轴轻微位移，但是在垂直轴上没有位移，以保证莫尔干涉图案沿着水平轴是对称的，但是对于垂直轴不是对称的。
该技术有几个重要的使其与本发明不同的特征：首先并且是非常重要的，它本身不设法传达深度的感觉，这是本发明的目的。相反，当观察者沿着视差水平轴移动其观察位置时，两个图片部分的相对视差移动用来传达动态动画。本专利发明是单个图像/图片部分单独是不可辨认的；只有它们的相干图案是可辨认的；因此观察者将不能辨别一个图像部分按某一距离或深度位于另一个后面。
除此之外，US-A-5694229优选的教导是将两个图像部分描述为面间隔总共只有2-4毫米，其低于本发明的全息图像部分之间存在的最小面间隔6毫米以下。
设法开发视差效应的全息记录装置的另一个实例在US-A-2003/0151786A1中描述；其中发明人描述了使用隐藏的孔(concealed aperture)或“视差过滤器”修改传统的Benton H1/H2记录和转移技术，以在随后的光抗蚀剂(H2)母板内产生衍射的彩色图案，该图案沿着由表面平面图片元素或图的边界所定义的线或路径以连续渐进的方式出现移动。该教导设法描述了可以使用经典全息摄影技术来以更严格的方式模仿在US-A-4568141(其中鉴定特征是当文件绕其基底法线旋转时，以恒定的速度沿着预定的轨迹移动的衍射彩色图案)中所述的“动态”表面衍射图案，同时不必需要过去由De Bitteto描述的劳动密集且耗时的全息多重曝光技术的方法。
为了阐述该技术是怎样工作的，考虑图27，该图表示了我们使用传统的H1记录工艺怎么记录水平箭头的全息图像。此处，我们用通过允许激光通过而产生的并且由散射屏散射的物体明场来阐述箭头的传递。然后，安排所得的物体光线与第二个激光空间参比光束(来自同一激光源)在H1记录到狭缝的位置干涉。因为散射体的散射性质，H1狭缝上任何点都能“看见”整个所示箭头。但是，如果我们将孔定位在散射体屏和箭头图片掩模之间，如图28所示，那么H1狭缝上每点仅收到来自箭头相应点处的物体光线，其中H1狭缝位置、箭头位置和视差孔落在同一视线上。因此，我们在H1狭缝上每点和箭头上所示位置之间得到直接的映射。当随后转移该H1且图片图像焦平面与H2平面重合时，所得H2全息图将提供光学上可变的图像，其中在全息图从左向右倾斜时，箭头将出现穿过由箭头图形的边界定义的空间连续从左向右前进的亮的或者彩色的带。如果正确使用该技术，那么效果将是表面彩色移动图案。因为是穿过观察并且受箭头图片掩模限制，所以视差孔将不能被辨别为自身的表现出视觉上的3D深度感觉的图形实体。如果用于安全应用的箭头水平尺寸典型地为大于或等于10毫米，那么为了保证亮的移动带完全越过箭头的宽度，需要保证视差选择孔至少在箭头掩模后面6毫米。该距离与所需的移动尺寸成正比。
在某些情况中，所述至少一个另外的图像相对于装置是空间上基本上不变的。该另外的图像可以由全息图定义或者是非全息的，例如作为印刷图像、部分脱金属(demetallization)作用等结合到装置中。
如果第一全息图像元素的移动引起第一全息图像元素与另外的图像或其一重叠则是特别有利的。这会有助于检验该装置。
移动的最佳程度介于5-6毫米之间。这相应于8-10毫米的全息深度和大约40度或0.7弧度的视角。这意味着在设计模板内我们可以表现：
·通过向左移动符号2.5-3毫米的左视图/切换(view/switch)
·通过向右移动符号2.5-3毫米的右视图/切换
在某些情况中，其中全息图定义了第一和第二全息图像元素，它们都可以在表面凹凸结构平面的前面形成，或者都在表面凹凸结构平面的后面形成。但是，在优选的实施方案中，这些元素分别在表面凹凸微结构平面的前面和后面形成。
当观察这些安全装置时可能引起的问题是当在特定光源的存在下倾斜装置时仍有不可接受的模糊。为了克服这个问题，优选的装置具有将第一和/或第二全息元素重放成一组离散的、角度上分开的子视区中的表面凹凸微结构。下面给出为什么这样做确实有作用的解释。
在某些情况中，全息图像元素或者至少之一从视角或(区)内所有方向上表现出相同的颜色。但是，在其它情况中，全息图像元素或者每个可能在其移动时表现出颜色变化。
图像可以定义许多形状，包括字母数字标记、图形设计、符号等。形状可以通过其特性或形式(具有视觉意义，与观察者关联或共鸣)定义符号。优选地，符号形式应该容易识别并且可以与上面提供装置的文件(或者物品)直接(即与文件上图片相同)或者间接(即与文件的主题、领域、价值有关)连接或相关。符号典型地具有至少2毫米的最小尺寸或尺度。符号的宽度和高度优选应该至少为3毫米，但是小于5毫米-即符号应该位于3×3毫米方框的边界外面，但是在5×5毫米方框以内。符号可以优选超过3毫米的程度由其具体的形式确定。
这种尺寸标准首先将保证符号大至能用肉眼认出，并且其次因为符号的宽度超过预期的典型模糊，那么其左边和右边轮廓将保持强健(robust)。
符号的实例是几何形状、商标、国微。符号应该与衍射结构的像素，例如完全不同数量级的Kinegrams形成对比。因为它们是不容易辨认的，所以这些像素自身不构成符号。
通常符号应该具有简单的分立有边界的形状，其落在下面的实施方案或分类之一中：
·在一个实施方案中，深度符号应该优选包括单个垂直结构元素或与一个或以上(最多3个)水平部分结合的片段：
·例如，单个水平元素可以给出T型结构
·而具有三个水平段的符号的实例将是字母E
·在另一个实施方案中，符号可以包含与水平段结合的对象结构元素(在水平段上方成45度或以上的角度)。
·在另一个实施方案中，符号可以是两个对角段，一段在水平段上方成45度或以上的角度并且另一段在水平段下方45度。
可以在例如值钱物品，包括例如钞票等的文件上或内提供根据本发明的装置。物品可以提供纸或塑料基底。另外，可以按照传统的方式以可转移标签的形式在载体上提供这种装置。
全息图在白光照射下是可见的。
表面凹凸微结构典型地具备诸如金属化(连续或墨脱金属图案)的反射背衬或者高折射率层如ZnS。
微结构可以通过任何传统工艺，例如热压印或模铸来形成。热压印使用在热和压力下印入聚合物载体中的金属垫片，载体可以任选地用压印清漆涂敷。模铸使用辐射固化树脂。将树脂模铸到表面上，然后在压印工艺期间或者在辐射可固化的树脂刚固化后，用全息浮雕压印。这样就提供更持久的全息图。
附图说明
下面将参考附图，结合一些实施例描述本发明基础的详细解释，附图中：
图1说明使用两个全息图像元素的视差原理；
图2A-2C分别以透视图、平面图和侧视图表示了彩虹全息图的重放特征；
图3是全息点图像全息/衍射重放几何的平面图；
图4是与图3相似的视图，但是表示了接近中央区域通过在水平面内成一定范围角度入射的光线观察的点图像；
图5说明笛卡尔坐标系；
图6说明通过延长的光源照射装置；
图7和8分别说明来自不平和平滑的箔表面的角度散射效应；
图9和10说明在点光源和延长光源照射下不同倾斜取向的四种不同装置；
图11和12与图9和10相似，但是用于不同组的装置；
图13和14分别是用于产生H1记录板的光学配置的等轴(isometric)图和平面图；
图15是用于产生H2板的光学配置的平面图；
图16说明根据本发明的装置的一个实例的重放特性；
图17和18分别是根据本发明另一个装置的重放特性的平面图和透视图；
图19是与图9相似的视图，但是用于与图18所示相似的装置；
图20说明用于产生图18的装置的修改的H1掩模；
图21说明根据本发明的再一个装置的重放特性；
图22说明用于产生图21的装置的H1掩模；
图23说明表现出颜色变化的根据本发明的装置的重放特性；
图24说明用于产生图23的装置的H1掩模；
图25说明两个符号及其之间的间隙；
图26A至26V说明本发明的不同实例；及
图27和28说明产生基于US-A-2003/0151786A公开内容的全息图的技术。
具体实施方式
在发展本发明中，本发明人已经调查了视差现象。视差是由于观察方向的变化，提供了新的视线引起的一个物体相对于另一个物体(或多个物体)的明显位移。
如下可以容易地观察到该效应：直接将两根棍保持在你的前面，使一根棍位于另一根的后面并且从你的视线隐藏(即它们沿着观察方向排成一行)并且两根棍的间隔明显大于它们的宽度。如果你接着向右或左移动你的头，从而改变你的观察方向(即视线)，那么你看到棍看起来改变了它们的相对位置。通过观察以下现象得以证实：后面的棍首先移动偏离与前面的棍的对齐，从而变得可见，然后看起来从前面的棍移开(即它们相互位移)，相互位移与观察位置的角度变化成正比。
应当指出随着观察位置或角度改变棍相互/相对的位移速率与棍之间的间隔成正比，即当观察位置从中央“线上”观察位置移开时，棍之间的间隔越大，它们越快地表现出“移开”(或者相互位移)。
另外，棍的相对移动与其距离观察者的相对距离有关。具体地说，我们观察到向右移动观察位置引起后面的棍向右移动或者位移(相对意义上)并且相反引起前面的棍表现出向左移动。明显地，观察位置向左移动引起上面的相反情况。
因此，总的来说，我们看到这些与视差相关的位移效应允许观察者判断两个物体之间隔他的相对距离，以及两个物体哪个更近。如果我们进一步认识到视差信息可以同样很好地用来对3维物体上两点距观察者的相对距离做出视觉判断，我们就可以容易理解视差在我们日常生活中对于深度、距离和3-维立体感觉的重要性-这就是为什么人的大脑已经进化成连续且下意识地评价视差信息(通过同时提供来自两条视线的视觉信息的双眼视觉辅助)的原因。
在全息摄影术领域，视差效应对于由全息图像提供的深度感觉是重要的。具体地说，它是全息图像元素之间的相对移动或位移，其产生特定的图像元素在装置表面后面或前面一定距离的感觉。
接着，我们定义一些术语：
1.当我们使用术语“全息图”时，我们关注视觉效应而不是用于产生全息图的方法。因此通过“全息图”我们意指任何光学上可变的图像，包括产生表面凹凸微结构并且在至少两个平面层上的图像元素之间表现出视差相关的移动/位移效应的衍射图像，其中至少一个图像元素是全息图的一部分。
可以由目前经典的全息摄影术产生这种装置，但是未来可以由出现的直写技术产生。
2.可以表现出视觉相关相互作用的全息图像元素是：
·其图像平面位于表面凹凸微结构或箔的表面平面后面，即它们表现出向后的深度视差的全息图像元素。
·其图像平面位于表面凹凸微结构或箔的表面平面前面，即它们表现出向前的深度视差的全息图像元素。
·其图像平面与表面凹凸微结构的表面或箔表面重合并且不表现出视差位移(即它们在位置或空间不变)的全息图像元素。
·非全息图像定义元素：这些包括脱金属的标记、镀金属的全息图边界和凹刻套印或其它的非衍射特征(再次，它们的位置不变使其起着“基准”的作用)
本发明涉及表面凹凸微结构并且应该与体积全息图成对比将是明显的。
在全息图中定量视差移动
从使用两个对齐的棍引入视差概念后，图1表示了位于前和后层或平面上相距LD的两个全息图像元素(以箭头表示)1，2。通过长度为SL(与Benton彩虹狭缝类似)距离F的矩形观察孔3观察这些元素。
如前面所讨论，当观察者从中央观察位置(CV)移开时，棍1，2由于视差位移而不对齐。现在为了简单，我们假定前层与产生全息图的微结构表面层重合并且保持位置不变，因此我们获得在图1中观察孔下面表示的三幅视图。
现在，后面箭头1在最右手视图(RV)和最左手视图(LV)之间总的视差位移给出如下：
PD＝XR+XL＝2＊LD＊tangent(PhiMAX)
式中，PhiMax＝表面法线任一侧上连续的视角
并且参照图1我们看到
现在，尽管我们已经考虑了非常简单的几何结构，但是该结果仍对所有情况都是正确的。特别是我们已经做出方便的假设：前层与微结构表面平面重合。但是，当第一个箭头在表面前面形成图像时，上面的结果也能对视差的位移定量。
记录到已有的钞票全息图后平面中的视差位移量
与在卡片中使用的典型2D/3D全息图中的情形，以及与在根据本发明的装置中的情形的比较表明如下内容：
在柔性微粗糙的钞票纸上以几微米厚的压印膜提供的已有钞票全息图：层间深度/距离2毫米；视角22度；视差位移0.8毫米(即最小)。
通常或者在平滑且刚性的基底(卡)上作为几微米厚的薄膜，或者在平滑或微粗糙表面(箔尺寸小于30毫米×30毫米)上作为自支撑的25-50微米厚的膜(即标签)提供的典型的非钞票全息图，即卡片等：层间深度/距离2-6毫米；视角22-40度；视差位移0.8毫米至4.5毫米。
根据本发明的典型装置：深度6、8、10毫米；对6毫米样品视角45度，视差位移5毫米；对于8和10毫米样品视角38-40度，视差位移分别为5.8和7.2毫米。
视差位移速率
在10毫米和6毫米下记录的深度样品之间最明显的差异之一不是视差移动总程度多么大，而是对于扭曲基底或者沿着视差轴改变角度观察位置时移动的速率或速度。
如果定义视差位移速率PV为PV＝总视差位移/(总视角)，视角以弧度表示。那么得到：
PV＝PD/(2×PhiMAX)＝2＊LD＊tangent(PhiMAX)/(2.PhiMAX)
如果我们接着认识到PhiMAX以弧度而不是度表示，那么我们可以做出近似：
tan gent ( PhiMAX ) ≅ PhiMAX
并且因此，视差位移速率 PV ≅ LD 毫米/弧度
因此，当以弧度表示时，每弧度视差移动速率等于相互作用的平面或层之间的距离。
与深度相关的图像模糊
表面凹凸或者压印全息术作为视觉介质最大的内在缺点是在非点源多色(即白光)照射下发生的图像的色差度和模糊。
图像平面彩虹全息术(Benton发明)设法通过牺牲垂直视差，即不允许与垂直深度有关的垂直视差效应来限制色差-优点是色差的很大降低。这在图2A-2C中阐述，这些图分别以透视图、平面图和侧视图表示了彩虹全息图的重放特性。
特别是我们看到特定颜色的光被重放入水平视区或“狭缝”，并且观察者应该沿着水平轴改变其观察位置，然后他将看到水平视差和透视效果。相反，在垂直轴上改变他的观察位置将使其看到观察狭缝的彩虹前进，因此在彩虹颜色的前进中看到特定的图像元素，相同的视差效应。但是，那些位于表面大于几毫米的图像元素保持显著的模糊。现在，为了定性深度和模糊的关系，发明人认识到需要认识所有图像元素由表面/箔平面处光的重定向或衍射产生这一事实的光学结果。
考虑图3，该图表示了位于表面凹凸平面或者全息装置衍射界面6后面距离D处的全息点图像5。在该图内，我们表示了全息/衍射重放几何的平面图，使所有衍射角与水平面，即包含水平视差移动/效应的平面有关。将最左边和右边的观察位置分别标记为LV和RV并且中央观察标记为CV。
现在假设记录该全息点图像5，以使在等于(2＊PhiMAX)的预定观察角度重放，那么将需要在衍射界面产生长度X的表面凹凸微结构“印迹”7，其中
X＝2＊D＊tangent(PhiMAX)
该微结构印迹区结合照射光源角度范围(沿着视差方向)定义了图像模糊的尺寸。为了至少在定性水平上理解为什么是这样的，参阅图4，该图表示了在中央区CV附近观察的，但是通过在水平面内成一定角度范围入射的光线照射的相同微结构点图像。现在，实际上在该几何结构中，印迹7沿着视差轴的尺寸将最多是几个毫米的量级，而观察狭缝的尺寸典型地是150-300毫米(假设观察者眼睛位于距装置平面200-300毫米处-对于任何光学装置的现实观察距离)，因此在平面图内我们可以假设在中央观察点处观察到的所有衍射光线基本上是平行的，并且相对于表面法线具有可忽略的衍射角。
如果我们接着使如图2-4所示的我们的观察几何与图5的笛卡尔坐标系相一致，其中标准衍射角度Alpha和Beta通过基本衍射公式sin Beta-sin Alpha＝mλ相关，那么可以表明相对于平面图装置法线落在±PhiMAX入射角外面的所有入射光线不会传播或者衍射到在中央观察点处的观察者眼睛；图4中表示了一束这种光线(由深虚线表示)。
如图6所示，现在让我们看位于距点源图像距离Z处，并且沿着视差轴尺寸为L的延长光源10。将直线光源的对角(angular subtends)Gamma定义为：
tangent(Gamma)＝(L/2Z)
那么，角度Gamma应该等于或超过受光角PhiMAX，点图像微结构印迹的全宽度将重放到中央视区中，使点源图像拖尾/模糊(smearing/blurring)成印迹宽度X。如果直线光源沿视差轴的对角Gamma小于PhiMAX，那么只有与比例tangent(Gamma)/tangent(PhiMAX)成正比的一部分微结构印迹将重放到中央视区中。
为了更清晰地表达，让我们考虑特例，其中假设将全息图记录成具有45度的总视角，因此PhiMAX等于22.5度(0.39弧度)，因此tangent(PhiMAX)＝0.4。
假设最初在我们的观察几何结构中最长尺寸1米沿着视差轴对齐并且位于距装置1.5米处的直线光源下观察该全息图。因此，如下定义：
tangent(Gamma)＝(L/2Z)＝0.333，从而给出比例tangent(Gamma)/tangent(PhiMAX)＝0.333/0.4的值为0.8X
因此，接着观察到的点源图像拖尾将为0.8X。
假设我们现在改变观察几何，使视差的水平轴与灯的较短尺寸W(在此情况下我们假设为0.1米)对齐，给出W/2L的tangent(Gamma)值，并因此tangent(Gamma)＝(L/2Z)＝(0.03/0.4)＞＞0.08，
因此，观察到的点图像拖尾～0.08X。
因此，我们看到当在直线光源下观察时，相同的全息图像根据其视差轴是沿着还是垂直直线光源的长轴而可以具有非常不同的与深度有关的图像拖尾式模糊。
现在我们考虑由简单直线光源提供的多个入射光线怎样通过简单的角度比(Gamma/PhiMAX)增加感觉的深度相关的模糊。我们发现引入光源/全息图照射因子LF是方便的，其通常定义了光源配置的有效对角/输入几何。该值对于更复杂的配置代表每个有贡献的光源在对角、极性光强分布、空间坐标等方面的加权平均。值LF具有介于大于0但小于或等于1之间的值，决定于与器件预定重放角度PhiMAX或者更具体地说tangent(PhiMAX)有关的值。
我们还应该认识到当沿着视差中央观察时，法线任一侧上达到+/-PhiMAX入射角的入射光将导致拖尾或模糊达到最大值X，当在向中央视线左边或右边成一定角度Phi观察全息点图像时情况是不一样的。具体地说，如果我们从最右或左边观察，以至于Phi＝+/-PhiMAX，那么中央任一侧上微结构印迹只有相关的一半可以将来自分布源的入射光线重定向观察者眼睛。因此，当最大点源图像模糊在视差中央点处观察时可以具有值X时，在最左手和右手视图观察值将降低至X/2。
这种模糊随着视角Phi的变化可以大概由如下表达式总结：
VP ( Phi ) = 1 / 2 ( 2 sin | PhiMax | - sin | Phi | sin | Phi | )
Figure GA20169170200580002351501D00133
其中，我们取上述角度的模或者正值。
最后，一起考虑上面所有的论据和结论，我们对于全息点图像模糊/拖尾S获得一般的表达：
S＝LF(Gamma，PhiMAX)＊VP(Phi)＊2＊D＊tangent(PhiMAX)
对于直接位于观察者上方的直线光源的简单情况，其中
对于Gamma＜PhiMAX，LF＝tangent(Gamma)/tangent(PhiMAX)
对于Gamma＞PhiMAX，LF＝1
再降低至
对于Gamma＜PhiMAX，S＝2＊VP(Phi)＊tangent(Gamma)＊D
对于Gamma＞PhiMAX，S＝2＊VP(Phi)＊tangent(PhiMAX)＊D
从这一结果，本发明人观察到以下情况：
情况I：在沿着视差轴直线光源/分布光源的对角超过预定的全息观察/重放角的情况中，由观察(一半)角和深度的乘积确定与深度有关的模糊。
情况II：在沿着视差轴直线光源/分布光源的对角小于预定的全息观察/重放角的情况中，由光源沿着视差轴的对角(半角)与深度的乘积确定与深度有关的模糊。
考虑源于模糊/拖尾S和视差位移的表达式表现出它们紧密相关的现象，因为它们都是角度项和深度/距离项的乘积。
至于角度关系，在照射配置Gamma＞PhiMAX下，这只是相同的(即tan(PhiMAX))。而更具体地说，模糊将由照射对角Gamma决定，即光源偏离点源理想位置越多，对于给定深度模糊是明显的。至于深度/距离项，模糊将由特定层距衍射界面(有时称作图像平面)的距离决定，即以其最简单形式是向前或向后的深度；而视差位移或移动将具体地由两个相互作用的图像之间的面间间隔或距离来决定。相反，如果全息图设计中需要的视差位移需要层间隔D，那么如果我们选择将我们的图像平面对称地布置在微结构平面表面的前面和后面，那么与我们在表面层具有一个元素并且另一个元素在后面或前面D毫米处的方案相比，我们将我们的图像模糊变成一半。
简言之，为了使与视差移动有关的图像模糊最小，基于具有前和后平面深度的元素之间的相互作用设计视差效应是有利的。
为了得到一些典型的模糊值，考虑位于表面后面2毫米或6毫米处的图像点，我们将假定已经在大约40度的视角下记录全息图像并且用在图像平面上方1.5米处、L＝0.75米且宽度W＝0.1米的相当典型的延长或直线光源照射。对于在视差轴与直线光源的长度平行/排列成直线和垂直情况下，分别给出0.25和0.03的Gamma值。
为了简单，我们还将假定对于观察位置因子VP(Phi)的平均值为0.75。
然后，对于横向观察(tangent(Gamma)＝0.03，因此S＝0.05＊D)。
模糊S2毫米≈0.1毫米；S6毫米≈0.3毫米
即，深度相关的模糊是最小的，并且在接近点源照射时可以清晰地观察到尺寸为几毫米的图像元素。
当用于在视差轴与光源长度成直线下观察时(tangent(Gamma)＝0.25，因此S＝0.375＊D)
模糊S2毫米≈0.75毫米；S6毫米≈2.25毫米
即，尺寸接近几毫米的图像元素在2毫米深度情况中将出现轻微模糊/毛刺，但是有轮廓且可以辨认，但是在6毫米深度情况中将出现显著模糊并且复杂的图像细节不可辨认。
总之，设计过程的重要部分是能够预视条形光模糊(strip lightblur)效应。
这可以如下实现：
假定深度移动5-6毫米，我们可以计算出典型的条形光模糊介于2-3毫米之间。这假定条形光的典型长度为0.75毫米。
假定该模糊值，我们通过复制符号并且将其叠到原始符号上，并向右位移1.5毫米。然后，我们重复该过程，但是这次向左位移。
然后，我们再复制并且将其再次叠到中央图像的左边和右边，但是这次是0.5毫米和1.0毫米。
再次重复该过程，复制并且叠到中央图像的左边和右边0.25毫米、0.75毫米和1.25毫米。
通过这一阶段，我们具有合理的移动连续叠加--总的所得形状在散射光下给出符号的精确印迹。
热印图像由于基底粗糙引起的拖尾或模糊
钞票全息图的设计不仅必须考虑延长光源，而且必须考虑由于微观上薄的热箔清漆当在热和压力下使用时“摄取”下面的钞票纸波纹的趋势所引起的其重放特性的角分散(镜面光泽损失-参阅图7和8)。举例来说，典型的散射角从6至12度。类似的，从这种不平表面内的微结构重新构建的全息图像将是分散的，结果发生图像的模糊和颜色拖尾。纸基底中表面变化的幅度不重要，但是关键地决定散射角的关于水平面的倾角变化重要。箔采取的这些倾角变化的程度与例如粘合剂类型、重量、应用温度(与压印清漆临界软化温度有关)等的因素有关。
现在，可以容易地表明由于散射角的图像模糊大约由深度D乘以散射角的正切的乘积来定义。假定工作的散射角为8度，对于2毫米、4毫米和8毫米的深度，我们得到基底模糊值分别为0.3毫米、0.6和1.2毫米。因此，我们从这些值明白由于表面粗糙引起的图像模糊与由于典型的延长光源引起的模糊或拖尾的下限是可比的，因此对于位于装置平面前面或后面的任何图像元素而言，几乎使“坏情况”的模糊/拖尾加倍。
使用视差和模糊分析来最优化“深度”规定
下面的部分设法解决下面的问题：
首先，通过对看全息图具有很少或没有经验的个人可以清楚辨认的视差移动或位移的最小水平和速率是什么？
其次，假定深度模糊的伴随效应，在对于所需水平的视差深度和位移，在所有合理的光照条件下保证基本符号形式的辨认的尺寸和另一个图像形式方面，该图片标准是什么？
应该做出的第一点是视差现象是相对的概念，因为明显位移的感觉水平在心理水平上与相互作用的元素尺寸有关，在安全全息图或者衍射OVD的背景中，该尺寸将是沿着视差轴，或者更简单地说“移动方向”可见图像面积的有效尺寸(在大多数情况中是OVD的尺寸)。
和/或特别是在移动方向上全息图像元素的尺寸
和/或沿着任何光学上不变的特征，如印刷体、脱金属图案的移动方向的尺寸-后者也常定义了可见图像的尺寸。
为了发展这一方面，再看由一个位于“碎片”型图像/装置中央的全息图像元素组成的最基本OVD设计方案。我们假定碎片的尺寸为22毫米×22毫米，这是钞票应用的典型全息图/OVD尺寸。移动方向中(东-西)图像或符号的尺寸大约为3毫米。
如果我们接着假定该全息图的视角2＊PhiMAX为40度，这在Benton彩虹全息图中是非常典型的，那么对深度D＝LD＝2、4、6、8毫米的范围，应用对于视差位移和模糊得出的公式，我们得到总结在图9和10中的结果，表明了实际尺寸的情况。
首先参考图9，该图表示了当在上述深度范围的点源光照下观察时，深度图像在左边、中央和右边三个相关视图中的视觉位置。注意的关键点是对于在本次模拟中使用的典型的全息重放角，仅在6毫米的深度和意义的感觉之上才发生清晰且可辨的视差或深度移动：
在三个视图每个内，图像的重心相对于装置的左手和右手边界明显移动-用作位置数据。
我们还注意到在6毫米情况中视差位移PD等于4.4毫米，占图像的宽度的份数为20％(对于8毫米深图像为26％)。
最后，我们注意到在6毫米深图像中视差移动有时是所选3毫米符号/图像宽度的150％。接下来，我们将评论符号宽度和类型。
接下来，考虑表示了相同图像配置和深度矩阵的图10，这次由0.75米的直线光源照射。我们已经通过位移并且覆盖中央图像复制件+/-0.5S来努力模拟拖尾效应。同预期的一样，在4毫米和以上，模糊在视觉上变得明显，但是因为图像的形状和图形形式，其本质在6毫米的优选最小深度下仍是可辨认的。具体地说，在我们前面计算的深度处穿过视区的平均模糊S等于2.25毫米。我们认识到这部分是由于S小于沿着移动轴的符号宽度/最大尺寸3毫米。
另外且更加巧妙地，我们认识到因为特殊符号最大尺寸和沿着移动方向最小尺寸之间的差异，即2毫米与平均模糊S是可比的，所以该形状是“容许6毫米的深度”。
因此，总之图9和10中我们的分析和结果的视觉表达表明对于典型尺寸的高安全全息图或OVD，6毫米的面间间隔或深度提供(对于典型的视差视角)了在最简单的图像设计背景内可以清晰辨认的视差位移的临界阈值，它实际上是沿着移动/视差轴图像宽度或尺寸的至少20％。恰当地注意到试验或者检验包含6毫米的面间距(LD)的全息图是非常困难的，更有用的措施将是回想到LD在数值上等于每弧度PV的移动速率。因此，通过说我们需要深度图像表现出每弧度最小6毫米的移动作为第一条件，我们可以重新表示上述内容。
注意如果我们将沿着视差轴的视角的实际最大值认为是一个弧度，那么我们需要沿着移动方向的对于LD等于8毫米的情况，全息图沿移动方向的宽度或尺寸必须小于40毫米。宽度小于面间间隔或深度的5倍。对于LD等于最小值6毫米的情况，那么全息图沿着移动方向的宽度或尺寸必须小于30毫米。对于LD等于8毫米的情况，全息图沿移动方向的宽度或尺寸必须小于40毫米。
我们还认识到在图像/符号尺寸沿着视差/移动轴至少为3毫米的优选实施例中，我们保证它超过在该深度下典型显现的模糊，因此其形式在大多数照射条件下保持是可以辨认的。
最后，我们进一步认识到如果本质上由于与最左手和右手的视图相应在符号图像的重心间很少或没有重叠的事实，符号移动其自身宽度或最大尺寸，将更清晰地辨认深度移动。
已经在原始水平下指定对于移动速率的优选标准、作为沿着视差轴的装置尺寸百分数的移动规模、表现出符号和对于符号自身最终适当的尺寸和形式的与视差尺寸有关的移动规模，接下来我们考虑我们怎样可以改变全息图或OVD的组成或设计以进一步加强视差或深度效应。在点和延长照射下，参照表示了同前面一样的图像矩阵的图11和12最好地实现这一点。但是，这次在大约中央图像54的东-西和在卫星图像的重复排列之间的北-南布置深度图像或符号50，52，中央图像和卫星图像位于表面平面或衍射界面上并且位置上不变。可以通过全息图形成不变的图像，或者可选地是非全息图。
我们注意的第一件事是因为深度元素现在位于任一侧上更接近位置数据处，那么即使绝对移动同前面一样，移动的感觉也强得多。当部分或者所有的深度图像穿过中央屏蔽或图像边缘的后面或前面时，当发生重叠事件时，更加加强的这一点。
应当理解如果我们在同一全息深度面(表面前面或后面)上具有两个或更多的符号，那么需要保证在光源模糊的最坏情况下两个相邻的深度符号没有视觉重叠。我们可以通过使在设计阶段设置的两个符号间的间隔超过视差移动PD的水平来保证这一点。我们通过考虑两个沿着视差的水平轴位移的设计的图片符号来更准确地定义术语“间隔”的意义。如果我们构建两条垂直线，一条只触及左边符号的右手边并且一条只触及右手符号的右手边(参见图25)，那么“间隔”就是这两条线沿着移动方向的间隔。为了说明，我们已经将移动方向认为是视差的水平轴，但是可以设想移动方向可以沿着垂直轴或者其间的一些倾斜轴。
为了在设计阶段进一步简化，我们可以通过使两个符号之间的侧面距离数值上等于最大视角不可能超过1弧度的面间距(深度)而有利地进一步加强这种约束。
制造方法
在光学安全工业内，目前有大量的独立技术、方法或记录***用来生产衍射OVD(光学可变装置)并且在本文中许多设计规则将应用于除了H1/H2经典“Benton彩虹”全息摄影术方法以外的技术，该方法迄今为止是发明人优选的方法。仅为了此原因，我们使用经典的全息摄影术实例来阐述本发明的实际使用，并且我们认为许多原理应用于所有技术并且在某些情况中，例如需要垂直视差的地方，我们相信直写技术可以提供优于经典全息摄影术的优点。对于非本领域技术人员提供的视觉光学变化是为了在照射条件范围下的大众识别和检验，这是本发明的主要目的。
这种光学可变性通过预定的视差位移水平、速率和类型显现，我们可以想象在水平轴、垂直轴、或者与任一轴成一定角度来提供这种变化。经典的全息摄影术具有其在光学平台上的激光有效地重构从物体的照射记录的原像波前(original image wavefront)的性质。
为了更详细地说明支持全息摄影术并且特别是经典的“Benton彩虹”全息摄影术的概念，应该参考G.Saxby著的“PracticalHolography”。
为了构造根据本发明的装置，在分别以等轴图和平面图表示了H1记录几何结构的图13和14中提供了记录工艺的第一阶段。如图所示的提供图像的物体典型地是许多玻璃摄影或正射(orthographic)板(透过掩模)20，21，包括大量平面图片(通常1-3层，很少更多层)。允许通过图片透过掩模组件或叠层20，21传播的物体波前与称作参比光束的第二束光重叠。后者的波前性质上典型地是简单准直的或者球形的。允许所得物体和参比光束之间的干涉图案(本质上定义了全息摄影术过程)通过掩模23曝光本领域称作H1母板的记录板22区域。H1母板22典型地是涂有高分辨率卤化银乳剂的光学上平坦的且均匀的玻璃板。
H2记录板22的曝光区域通常在性质上是延长的和矩形的，因此通常被称作“狭缝”。顺序曝光H1内的各种狭缝，每条单独与最终图像的颜色/动态元素或深度元素(即层)相应，使得在板中记录每个独立的图片元素的相记录。完全曝光的H1记录板的表面包含记录的图像信息区。简单的多色彩虹全息图将典型地在其掩模中包含大量狭缝形状的孔，其相应于包括前景和后平面特征的独立的颜色元素。
随后用共轭激光参比光束照射H1，导致在距H1板大约200-300毫米的位置包含其所有元素的真实图像的重构。
通过专有的装置仔细聚焦这种重构的投影图像，然后用来形成通常在能够容纳(hosting)适于金属化和生产压印的表面凹凸微结构的光抗蚀剂材料24(图15)中记录的第二(H2)全息图的主题物。
通常将全息图压印入载体的清漆中、金属化，然后转移到基底上。因为本发明的结构甚至当支载在粗糙的纸上时也能很好重放，所以基底可以是文件或者其它值钱的物品，特别是用于钞票等的纸基底。
全息图像基本上从卤化银内的体积记录到光抗蚀剂中的表面凹凸记录的转移在本领域被称作H1＞H2转移过程。重要的是意识到它是光抗蚀剂表面(形成衍射界面)相对于前层和后层的位置确定这些层各自深度。如图15所示，前层基本上与抗蚀剂表面共平面，因此其深度D基本上为0，而后层在抗蚀剂表面后面形成虚像深度D＝LD。因此，在所示焦点结构中，前层在位置上是不变的，而后层将通过其相对于表面特征的明显位移提供心理上的光学深度感觉。
我们想要编码成全息OVD的第一个视差参数是每弧度的视差移动速率PV。如果提供相对视差效应或者位移的两个图像元素是如图13，14所示的两个图片透过掩模20，21，那么我们从先前的理论知道掩模LD之间的面间隔应该在数值上等于所需的位移速率PV。
举例来说，所需的移动速率应该是每弧度6毫米，那么透过掩模之间的间距LD应该设置为6毫米。
已经将全息装置配置成具有所需的面间距LD，接下来我们需要调节记录几何，根据其它优选的设计规则将PhiMAX设置为适当的值。即：
·视差位移PD不应小于“移动”方向上OVD有效宽度的20％
·视差位移PD应该大于或者等于至少一个移动符号的宽度(优选是具有较小尺寸的符号的宽度)
·照射平均模糊或拖尾S应该不超过移动符号的宽度。
现在已经在实验上设置了移动速率PV，我们发现方便地回想：
PD/LD＝PD/PV＝2＊tangent(PhiMAX)。
并且相似地
S/PD＝<LF>＊VP(Phi＝0)＊D/LD
其中LF周围的尖括号表示我们取对照射条件的光谱平均的值。
假设平均值LF为实际点光源LF(＝0.1)和最坏情况延长的直线光源LF(＝1)的数学平均值，即＝0.55。
因此，因为在(Phi＝0)下VP的值为1.0，所以上式简化为
S/PD＝0.55＊D/LD
假定在方案A中，我们选择3毫米尺寸(我们进一步选择其位于表面平面后面6毫米)的符号作为我们的设计选择；与之相互作用的其它元素位于表面平面上。因此D＝LD＝6毫米。现在，当我们需要S小于3毫米时，因此在方案A中视差位移必须小于3/0.55或者5.45毫米。
为了更精确地指定移动PD所需的水平，我们接下来实行第二种需求，即PD必须不小于装置有效宽度的20％，作为方案A的一部分我们假定为22毫米。然后，这就需要视差移动PD位于5.45毫米和4.4毫米内。在这一范围内对于PD选择什么值取决于对于全息或OVD设计者在直线光源下移动还是“符号轮廓”更重要。
假设是后者，并且我们选择PD具有4.4毫米的值，那么接着tangent(PhiMAX)＝4.4/(2＊6)＝0.366。因此，为了在图13的记录几何内提供所需的视角PhiMAX(一半)，我们将掩模放在H1记录狭缝的任一端，使得其长度
SL &cong; tan gent ( PhiMAX ) * 2 * F
假设F为250毫米，那么设置SL的值为183毫米。
但是，对于方案B，假设OVD的有效宽度定义为35毫米，从而得到移动的最小水平PD为7毫米。现在，我们从上面知道，如果只有一个相互作用的元素或符号已经在衍射或表面平面的后面或前面成像，以至于D＝LD，那么相关的光源平均图像模糊将具有0.55＊7毫米的值，接近4毫米。结果，为了保持在本发明教导的一个优选的实施方案内，即沿着移动轴的符号尺寸应该大于典型的模糊，我们必须将符号尺寸增加到至少4毫米。
或者，设计应该需要符号尺寸小于4毫米，那么我们可以改变记录配置，使得“后面的”符号或图像元素(表现出后深度)主要不与表面上位置不变的元素相互作用，但是代替地，与位于表面平面前面从而表现出“前深度”的一个或更多个其它符号或图像元素相互作用。
具体地说，在如图13，14所示的H1记录期间，我们仍需要定义“后面”和“前面”符号或图像平面的两个图片平面之间的平面距离LD为6毫米。但是，这次在转移阶段，我们将光抗蚀剂层的表面放在投影图像体积内，使得前深度层或平面在表面前面2毫米聚焦，并且后层在图像面后面4毫米虚聚焦(virtual focus)。通过这样做，我们保证相互作用元素之间的相对视差移动速度为6毫米。
现在，通过0.55＊4/6＊PD给出由“后面”符号表示的平均模糊或拖尾等于2.6毫米，而“前”深度元素将表现出平均模糊0.55＊2/6＊PD等于1.3毫米。因此，通过分享与视差位移的增加水平相关的模糊或拖尾，我们回到优选的方案，其中平均模糊或拖尾小于沿着视差位移方向的符号尺寸，在这个特殊实例中是3毫米。
最后，根据前面的教导，需要提供7毫米移动的新的视角或视差半角PhiMAX由tangent(PhiMAX)给出，现在等于7/(2＊6)或者0.58-因此作为250＊2＊tangent(PhiMAX)＝290毫米计算结果的狭缝长度SL。
通过中断或调制视差移动降低深度模糊
在图3和4中，我们已经明白怎样通过在衍射界面(即H2记录工艺期间光抗蚀剂表面和最终箔装置中压印的清漆/反射涂层界面)上产生的有效微结构“印迹”来确定压印的全息图或OVD中的模糊。
具体地说，由全息图像上任何点产生的“印迹”与不间断的总视角和表面平面后面或前面的全息图像距离的乘积成正比。在图16中表示了在水平轴上提供不间断的或未改变的视差移动的这种OVD的重放特性。在这方面，我们意指当它们不通过其它图像元素的后面或者由其遮挡时，“移动图像”在其整个视差视区表现出基本上未改变的亮度或颜色并且还以恒定的速率PV(此处以每弧度毫米数表达)移动的视差移动。
但是，本发明人认识到如果总的视角区被记录或产生表面凹凸结构分段，当穿过其视差移动观察时，其显著地改变或者调制了移动图像的亮度或颜色，那么可以完全改变全息图像深度和由于非点光源照射引起的伴随的模糊或拖尾之间的关系。
考虑表示了中断或改变视差移动这一概念的第一实施方案的平面图和透视图的图17和18，其中将全息“深度”图像表示为重放成在水平轴上N(＝5)个离散的角区域-即，在这些区域中的每一个中图像是可见的，但是在角度上空隙中间是不可见的。
如果我们为了简化假设视区和中间空隙区域在角度范围中相等，那么每个视区的角度宽度＝(视角)/(2N-1)。
假设总的视角为40度(0.7弧度)，那么如果有5段视区，那么每个这种视区将覆盖4.5度(0.08弧度)。
现在我们参考图17看到的通过在衍射界面上每个视区留下的微结构印迹也将按因子(2N-1)比例缩小。因此，从基本几何来看深度相关的模糊或模糊Sn将由下式定义：
Sn＝2＊LF＊D＊tangent(PhiMAX)/(2N-1)
假设深度为8毫米，并且我们通过H1记录或者H2转移过程选择而限制PhiMAX至20度或者0.35弧度，也代入N＝5和LF＝0.55，则我们得到当在相当延长的条形光下在每个视区观察时，图像的深度相关的拖尾/模糊S的值为0.35毫米。这与当表面微结构需要产生穿过全视角连续可变的图像时3.2毫米的拖尾值Sn是可比的。
因此，我们拥有在表面平面后面显著距离处提供全息图像并且在条形光照射下仍保持合理分辨的方法。
但是，当使用这个方法时再次需要进行小心的思考。举例来说，条形或直线照射组件的对角(即20度)允许来自相邻视区的图像及其相关的微结构部分。总之在任何特定的视区下，我们应该看到(对于5度视区的情况)2-3个***图像；包括该视区的中央图像和邻近的假图像。
图19中表示了五个通道中每个的移动、模糊和图像内容的完全直观表示。
现在初步考虑时似乎如果我们关注降低模糊和多重成像，那么我们应该使我们的角度视区尽可能地窄并且增加视区之间的角度间隙。但是，由离散分段的视区组成的样品全息图告诉我们当降低视区与观察间隙的比例时，深度图像事实上变得更加清晰明确，尽管代价是深度的印迹在一定程度上消失。更具体地说，因为使用点阵式和光刻掩模技术可能更容易伪造当表面元素的多重移动时，表现视差移动。
明显地，视区的最佳数量和最佳的视区与间隙比例将根据在延长光源下传统的连续深度移动和图像清晰度之间的所需平衡通过尝试和评价来确定。
提供中断或调制移动的第一实施方案的方法
可以最直接地通过遮挡如图20所示的相关H1狭缝，在经典的H1/H2全息摄影术背景内提供产生图17所示的离散的开/关移动效应。可以在H1记录阶段或者后面的H2转移阶段任一情况下施用这种遮挡。
但是，除了具有离散的开/关视区后，还可以通过显著减弱相对于空隙或间隙区的角度区中的亮度来保持连续的移动-以至于在深度图像移过全部角度视区时深度图像周期性地出现亮，然后暗，但是总是可见的。图21中显示了这些重放特性。这种视区的中断将给出介于连续均匀的重放和图17的离散分段的重放之间的重放特性。模糊降低的程度也将介于其值或者范围中间。
可以通过如图22所示改变相关H1狭缝的遮挡来表示这种“移动图像”的调制。具体地说，我们看到在提供全重放亮度的段之间的间隙或区域中，H1狭缝这次不完全阻挡或者遮挡，而是显著降低其有效宽度。
本发明的其它实施方案具有当其移过全部角度上视区时以对比颜色(橙-绿)交替重放的深度图像-这种OVD的重放特性如图23所示。
这种途径将微结构印迹分成具有不同间隔的两个交替微结构序列，这将具有重复分割模糊并且降低其可见效应至前述实施方案程度的作用。通过同时或者更优选地顺序将移动图像记录成如图24所示被交替遮挡的两个单独的彩虹狭缝，可以最直接地提供这种“移动图像”中的颜色交替。
图26说明下面将简述的本发明的大量实例。在每幅图中，散列区(hashed areas)表示深度/视差移动效应并且实心阴影区位置上不变。
图26A说明提供至少两个全息图像平面100，101。至少一个平面相对于另一个表现出向前或向后的深度。
图26B说明两个全息图像平面102，103之间相互作用的实例，其中这是作为其相关移动视差效应的结果的控制位置几何(记录)的形式。因此，图像103可在图像102内居中。
图26C除了全息图像102’现在是位置上不变的外，与图26B相似。这具有图像102’在所有照射条件下是清晰可见的并且因此对于提供光学上可识别的图像信息最佳的优点。
图26D表示与图26B相似的装置，但是进一步添加了位置上不变的全息图像104。该位置上不变的图像可以定义其它特征，如多重冗余(multi-redundant)的全息图、提供图像标记的信息或者通到其它深度平面的孔。
图26E说明根据本发明的装置的简单版本，其中全息图像106表现出水平移动(为了清晰仅表示了一个平面)。
图26F再次表示了只具有表现出随着颜色逐渐变化而表现出垂直移动的全息图像107的一个平面。应当指出这种非水平移动将需要数字创作技术。
图26G说明可以表现出水平和垂直移动的装置并且再次为了清晰仅表示了一个平面。
图26H说明移动怎么是水平的、垂直的甚至是斜的，并且再次为了清晰仅表示了一个平面。
图26I和26J说明装置的旋转如何可以用来切换移动通道或者将移动通道打开或关闭。此处，该装置在顺时针方向上旋转90度。
图26K说明两个(或更多个)全息元素110，111怎样可以是共方向的。在此情况下，两个图像元素必须都处于深度前面或后面。
图26L说明怎样分别在平面前面或后面形成两个(或更多个)全息元素111，112，从而表现出提出的移动。
图26M说明对于一个全息图像元素改变视角怎样影响全息图像元素115的明显移动。(只显示了一个平面)。在此情况下，相对于该结构的表面，图像元素处于平面的前面。
图26N说明与图26M中所示相反的配置，其中在平面的后面或背面形成全息图像元素116，从而表现出相反的移动。
图26O说明一个全息图像元素怎样能相对于共同参考点在几个方向上出现移动。
图26P说明为了最优化全息图像元素的设计，优选在移动方向上扭曲。图26P中的星形被扭曲，所以当与未移动方向(北-南)上的点相比时移动方向上的点(东-西)被拉长。在这方面，“扭曲”指图像图片并且与作为照射条件和基底表面质量结果的模糊不同。
图26Q、26R和26S说明怎样可以产生可以在后面(26Q)、前面26(R)或两者26(S)的遮挡效果。
对于移动元素，还可以通过如图26T所示的“窗口”来观察。图26T显示了采用不移动元素(也可以是全息的)遮挡移动全息图像元素的概念。此处，提供了静态的(如黑色元素所示)边缘且中央设计。另外，提供了圆形移动全息图像元素，以显示了中央视图和最左边和右边视图的三部分表示。可以看出通过几乎像窗口一样由非移动元素间歇遮挡和显示移动元素。可以通过从不透明背景后面移动来隐藏和显示这种信息，在透明窗口中显示出该信息。
图26U和26V说明在提供移动元素和位置上不变元素的组合的情况中，可以设计并配置这些元素，使得它们之间的相对运动可能产生可以识别的符号或图像格式。
附录比较了本发明与体积全息图。
附录
体积反射或Bragg全息图
应当领会因为控制周期性表面凹凸相和振幅光栅的衍射等式不会对输入光或入射光强加严格的角度或波长选择性，所以我们对面间间隔(‘深度’)、视差移动和图像模糊之间关系的分析仅与其中“模糊”显示自身的表面凹凸全息图有关。
但是，这种分析与称作体积反射全息图的一类全息图无关，该全息图在历史上源于在激光器刚发明后二十世纪六十年代早期由YuriDenisyuk发展的全息记录技术(参见Denisyuk，Yuri N.，OpticalSpectroscopy，第15卷，1963年，第279-284页)。
这种全息图被记录成透明记录材料，典型地是卤化银(摄影)胶片/层重铬酸盐明胶或者光敏聚合物的休积内周期性的折射率变化。具体地说，将记录材料放在由逆传播参比(counter-propagating reference)和物体产生的相干光干涉图案内-干涉条纹典型地或多或少与材料记录层平面平行地取向。因此，将平面光干涉图案记录入层的体积中，并且通过适当的处理转化成折射率变化的周期性平面。典型地，在层厚度内可以有数十个这种平面，相互的光学间隔可以表示成(参见文献R.van Renesse，Optical Document Security，第二版，Artech House出版商)：
t = &lambda; 2 n sin ( 90 - &gamma; )
其中，λ是记录波长，n是平均折射率，并且(90-γ)是两个干涉作出其平分线的角度。当光波通过全息图层时，其放大的一部分在每个折射率调制的平面开始连续反射。
如果连续折射率调制的平面外的部分反射与穿过介质的光程相差波长的整数倍，那么它们将结构干涉提供亮的全息重放。在功能上，全息图体积内折射率调制的(干涉)平面与光学多层叠层内真空沉积的金属氧化物层类似。
结构干涉(constructive interference)的条件是λ＝2nt cos(γ)
其中，γ是相对于产生干涉的折射率平面而不是基底平面的入射和反射角。这就是熟知的Bragg干涉条件(即以William LawrenceBragg命名)，并且为此体积全息图有时被称作Bragg全息图并且产生干涉的折射率平面被称作Bragg面。
如果我们认识到两个相干光束作出其平分线的角度是它们与所得干涉平面所成的角度的互补(compliment)，即sine(90-γ)＝cos(γ)，那么我们看到Bragg条件与定义面间隔的等式是等同的。
结果，如果用白光照射体积全息图并且倾斜以至于Bragg面与光源和原始记录参比光束形成相同的角度，那么它将重放原始记录波长λ的单色图像，即体积全息图关于照射光是波长选择性的。选择性的程度随着体积全息图内存在的Bragg面的数量而增加。
相似地，对于特定的波长，如果我们考虑延长的直线光源(等价于多点光源)，体积全息图将只Bragg反射从与原始参比相同角度入射的光线，即体积全息图关于照射光是角度选择性的。角度选择性随着Bragg面的数量而再次增加。现在，在多色光中，明显地反射角γ和因此入射角(如延长光源提供的)的范围可以满足Bragg条件-但是，朝向波长和角度关于入射照射的选择性的总体趋势保证对于给定的全息深度和视差位移，当在非点光源照射下观察时，在体积全息图内比表面凹凸全息图将有明显更低的模糊迹象。特别是我们已经对于全息点图像模糊S得到的表达式对于表面凹凸全息图是特有的并且将不属于其它情况。
考虑上面的情况，可以明白如果在延长的光源下清晰地看到深度图像元素或符号是唯一的考虑，那么体积或Bragg全息图以及非表面凹凸全息图应该是工业中大量生产和商业应用的主流技术。
但是，因为许多原因，情况并不是这样的：首先，复制Bragg全息图的方法，即光学或全息接触复印本身是比用来复制表面凹凸全息图的压印工艺昂贵得多的大规模生产工艺。
其次，单层体积全息图在其重放特性中基本上是单色的，即任何体积全息图内的特定图像元素只能重放一种颜色并且不能表现表面凹凸装置内的相应图像元素可以在垂直倾斜时表现出的生动的彩虹颜色改变。或者可以通过提供附加的第二和第三记录层(每层采用单独颜色或者波长与该组成层所需重放颜色接近的激光记录)来制造重放2或3种颜色的体积全息图。或者是在干涉图案的全息记录后，通过空间上选择性应用散射单色器(这改变有效Bragg层间隔但是不改变Bragg层倾角)的某种光敏聚合物的情况。但是在任一种情况中，与压印全息图不同，提供附加颜色显著增加了复制单元并且增加了成本。
再次，现今可以用来产生衍射/全息表面凹凸技术的全息记录技术的多样性远多于基本上是经典Denisyuk全息摄影术变体的体积全息摄影术。另外，用于商业和安全应用的记录体积全息图的主要材料是高度有限的和专有的，因此这种装置的供应商仅限于几个公司。
最后，体积全息摄影术所需的层厚(即大于或等于10微米)远大于支持表面凹凸结构所需的厚度(在热箔结构中最多一或两个微米)。体积层的厚度使其抵抗热模压或热箔化所需的线裂(line-fracture)(尤其是是如果该层由UV固化和交联的光敏聚合物组成时)。但是在一到两微米厚的热塑性层中，在热和压力作用下容易发生这种由热模压冲模的周边所定义的线裂或者边断。
结果，体积全息图只能作为预模切的标签(不通过热箔转移)用于文件，使其不适于超高容量应用。另外，对于薄的柔性(并且容易起皱)的纸文件应用，体积全息图的厚度(尤其是当由交联的光敏聚合物组成时)导致不足的柔性。
因此，尽管体积或Bragg全息图在非点光源照射下能提供更清晰的深度效果方面的内在的技术优点，但是衍射/全息表面装置对于高容量成本敏感的应用，例如钞票、旅行支票、金融卡等仍是主流技术。因此，本发明的教导关注使深度的视觉优点/视差效应在衍射表面凹凸光学可变装置内最大化，特别是对于由纸张安全文件提供的挑战性基底的应用是特别适合的。

Claims (19)

1.一种安全装置，其包括响应入射辐射重放在视区内可见的全息图的表面凹凸的微结构，该全息图在与微结构表面隔开的图像面中至少包括第一全息图像元素，该装置在与第一全息元素的所述图像面隔开的面中表现出至少一个另外的图像，其中第一全息元素图像面与该另外的图像面之间的间隔使得在倾斜装置时，第一全息图像元素相对于该另外的图像表现出明显的移动，总视差位移对总视角的比为倾斜每弧度至少6毫米，并且所述总视差位移对总视角的比和视区所包括的角度的乘积为沿视差方向该装置尺寸的至少20％的距离。
2.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个另外的图像相对于所述装置基本上是空间上不变的。
3.根据权利要求2的装置，其中所述第一全息图像元素的移动引起该第一全息图像元素与所述另外的图像重叠或者与所述另外的图像中的一个重叠。
4.根据权利要求2或权利要求3的装置，其中所述至少一个另外的图像是非全息的。
5.根据权利要求1或权利要求2的装置，其中所述全息图将所述至少一个另外的图像定义为一个或更多个第二全息图像元素。
6.根据权利要求1的装置，其中另外的图像的平面基本上与表面凹凸微结构的平面重合。
7.根据权利要求5的装置，其中所述第一和第二全息图像元素分别在所述表面凹凸微结构的平面前面和后面形成。
8.根据权利要求5的装置，其中所述表面凹凸微结构将第一和/或第二全息图像元素重放成一组离散的角度上分开的子视区。
9.根据权利要求8的装置，其中所述第一和第二全息图像元素，或所述第一和第二全息图像元素中的每一个，在子视区之间的空间是不可见的。
10.根据权利要求8或权利要求9的装置，其中所述子视区基本上等间隔分开。
11.根据权利要求9的装置，其中所述子视区具有与子视区之间的间隔基本上相同的角度范围。
12.根据权利要求5的装置，其中所述第一和/或第二全息图像元素沿视差方向具有至少为3毫米的尺寸。
13.根据权利要求5的装置，其中所述第一和第二全息图像元素，或者所述第一和第二全息图像元素至少之一，在其移动时表现出颜色变化。
14.根据权利要求1的装置，其中所述第一全息图像元素定义了符号。
15.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个另外的图像定义了符号。
16.根据权利要求14或15的装置，其中所述符号或者每个符号包括具有视觉意义、与观察者相关或回应的形状。
17.根据权利要求1的装置，其中所述第一全息图像元素和所述至少一个另外的图像相对移动以形成可辨认的符号。
18.根据权利要求1的装置，其中视区所包括的角度不大于1弧度，并且所述装置沿视差方向的尺寸小于所述第一全息图像平面与所述另外的图像的平面之间间隔的5倍。
19.一种设有根据前述权利要求任何一项的安全装置的物品，该物品是钞票、支票、凭单、认可证书、图章、商标保护用品或者印花税票之一。
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