JP2013542456A - 光学可変装置 - Google Patents

Abstract

セキュリティ要素、セキュリティ要素を含むセキュリティ装置およびセキュリティ装置の製造方法が開示され、セキュリティ要素は複数の合焦要素と、第一の画像要素群と、第二の画像要素群と、を含み、各画像要素は１つの合焦要素を通して見えるように対象物平面内に配置され、その焦点要素から、その合焦要素の対象物平面内の焦点幅がその画像要素の大きさと実質的に等しいか、その画像要素の大きさとは所定の量だけ異なるような距離に配置され、第一の群の画像要素は第一の視野角範囲で見え、第二の群の画像要素は第二の視野角範囲で見え、第二の視野角範囲で形成される第二の画像は、第一の視野角範囲で形成される第一の画像のコントラスト反転版である。セキュリティ要素は、紙幣等のセキュリティ文書への使用に特に適している。
【選択図】図２

Description

本発明は、セキュリティおよび装飾を目的とした光学可変装置およびその製造方法に関する。

レンチキュラレンズ（半円柱形のレンズ）のアレイの焦点を、複数の画像要素群が交互配置されている対象物平面に合わせる光学可変装置を提供することが知られている。画像要素（短冊片）の群がそれぞれ別の画像に属し、それによって、その装置を見ている人が視野角を変えると異なる画像が見える。

セキュリティ応用においては、特に紙幣等の柔軟なセキュリティ文書を取り扱う場合、セキュリティ文書に適用するレンズアレイの厚さをなるべく薄くすることが望ましい。たとえば、現在使用されているポリマ製の紙幣基板の好ましい厚さは、レンズアレイの厚さを含め、約９０マイクロメートルである。この設計上の制約を満たすためには、直径約５０マイクロメートルまたはそれ以下のレンズが使用される。

上述のような、交互配置された複数の画像画素群を含む光学可変装置により生成される効果は、「フリップ画像」効果と呼ばれることがある。フリップ画像効果の個別画像の数は、レンズアレイの中の１つのレンズの視野に入れることのできる画像要素群の数によって限定される。たとえば、２パターンフリップ画像を生成しようとする場合、２つの画像要素群が必要となる。これは、各画像要素の幅が１つのレンズの幅の半分と同じくらいの大きさとなりうることを意味する。

幅５０マイクロメートルのレンズを使用する場合、フリップ画像の画像パターン間のクロストークをなるべく小さくするために、画像要素の幅は２５マイクロメートルを超えるべきではない。幅２５マイクロメートルまたはそれ以下の画像要素は、セキュリティ印刷用のいくつかの技術によれば実現可能である。しかしながら、他の一般的に使用されている技術、たとえばグラビア（輪転グラビアとも呼ばれる）印刷では、この幅の画像要素を確実に適用することができない。グラビア印刷によって現在実現可能な線要素の現実的な最小幅は約３５〜４５マイクロメートルである。この幅の画像要素では、直径５０マイクロメートルのレンズと使用した場合、容認できない程度に大きなクロストークが発生する。

これまでに、対象物平面の中のレンズの焦点幅が画像要素の幅と略同じになるようにレンズのパラメータを調整すれば、ある基板の厚さを保持しながらレンチキュラアレイの中のレンズの直径を大きくできることがわかっており、これはＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００２４３号明細書に記載されており、同出願の全文を参照によって本願に援用する。たとえば、厚さ９０マイクロメートルの基板に、直径６３．５マイクロメートルのレンズを使用できる。しかしながら、このように大きな直径のレンズを用いても、２つの画像パターンを持つフリップ画像装置のクロストークはやはり容認しがたく、これは、グラビア印刷による線要素の現実的に実現可能な最小幅が３５〜４５マイクロメートルと、依然としてレンズの直径の半分を超えているからである。

そこで、フリップ画像効果を生成でき、多様なセキュリティ印刷技術を用いて製造でき、それと同時にクロストークがより発生しにくい光学可変装置が求められている。

定義
焦点サイズＨ
本明細書で使用される場合、焦点サイズという用語は、ある特定の視野角でレンズを通じて回折した光線が対象物平面と交差する点の幾何学的分布の寸法、通常は有効径または幅を指す。焦点サイズは、理論的計算、光線追跡シミュレーションまたは実際の測定から推測してもよい。

焦点距離ｆ
本明細書において、焦点距離は、レンズアレイのマイクロレンズに関して使用される場合、平行光線がアレイのレンズ側から入射した時の、マイクロレンズの頂点から、強度密度分布の最大値の位置を特定することによって得られる焦点の位置までの距離を意味する（Ｔ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ，“Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ ａｒｒａｙｓ”（２００７）Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ４６，ｐ５３９１参照）。

ゲージ厚さｔ
ゲージ厚さは、透明または半透明材料の片面の１つの小型レンズの頂点から、その半透明材料の反対面の、実質的に対象物平面と一致する、画像要素が設置されている面までの距離である。

レンズ周期とピッチ
レンズアレイのレンジ周期は、レンズアレイの表面上の所与の距離における小型レンズの数である。ピッチは、１つの小型レンズの頂点から隣接する小型レンズの頂点までの距離である。均一なレンズアレイでは、ピッチはレンズ周期と反比例する。

レンズ幅Ｗ
マイクロレンズアレイの小型レンズの幅は、小型レンズの一方の縁辺からその小型レンズの反対の縁辺までの距離である。半球形または半円柱形小型レンズのレンズアレイでは、幅はレンズの直径と等しくなる。

曲率半径Ｒ
小型レンズの曲率半径は、レンズの表面上のある点から、そのレンズ表面の法線が、その小型レンズの頂点を通って垂直に延びる線（レンズ軸）と交差する点までの距離である。

球欠高さｓ
小型レンズの球欠高さ、すなわち表面下がりは、頂点から、軸上の、小型レンズの縁辺から軸を通って垂直に延びる最短の線が交差する点までの距離である。

屈折率ｎ
媒体ｎの屈折率は、真空内の光の速度とその媒体内の光の速度の比である。レンズの屈折率ｎは、以下のスネルの法則に従って、そのレンズの表面に到達する光線が屈折する量を決定する。
ｎ₁ ^*Ｓｉｎ（α）＝ｎ^*Ｓｉｎ（θ）
式中、αは入射光とレンズ表面の入射点における法線との間の角度であり、θは屈折した光線と入射点における法線との間の角度であり、ｎ₁は空気の屈折率（ｎ₁の近似値は１とすることができる）である。

円錐定数Ｐ
円錐定数Ｐは、円錐曲線を説明する数量であり、幾何光学では、球（Ｐ＝１）、楕円（０＜Ｐ＜１またはＰ＞１）、放物線（Ｐ＝０）、双曲線（Ｐ＜０）のレンズを特定するために使用される。参考文献の中には、円錐定数を文字Ｋで表すものもある。ＫとＰにはＫ＝Ｐ−１の関係がある。

ローブ角
あるレンズのローブ角は、そのレンズにより形成される全視野角である。

アッベ数
透明または半透明材料のアッベ数は、その材料の分散（波長による屈折率のばらつき）の測定値である。あるレンズについて適当なアッベ数を選択することは、色収差の抑制に役立つ。

セキュリティ文書
本明細書で使用される場合、セキュリティ文書という用語は、価値のあるあらゆる種類の文書や代用貨幣および身分証明書を含み、たとえば、これらに限定されないが、紙幣や貨幣等の通貨、クレジットカード、小切手、パスポート、身分証明カード、証券や株券、運転免許証、権利書、航空機や列車のチケット等の旅行用公文書、入場券や切符、出生、死亡および婚姻証明書、学術的記録等がある。

透明ウィンドウとハーフウィンドウ
本明細書で使用される場合、ウィンドウという用語はセキュリティ文書の中の、印刷が適用される実質的に不透明な領域と比較して、透明または半透明の領域を指す。ウィンドウは、完全に透明で、光の透過が実質的にまったく影響を受けない状態であっても、または一部透明、または部分的に半透明で、光を透過するが、そのウィンドウ領域から物体がはっきりと見えない状態であってもよい。

ウィンドウエリアは、少なくとも１層の透明ポリマ材料と透明ポリマ基板の少なくとも片面に形成された１つまたは複数の不透明化層を有するポリマセキュリティ文書において、少なくとも１つの不透明化層の、ウィンドウエリアを形成する領域を除去することによって形成してもよい。不透明化層が透明基板の両面に形成されている場合、完全に透明なウィンドウは、透明基板の両面の不透明化層のウィンドウエリア内を除去することによって形成してもよい。

ある程度透明または半透明エリアは、以下、「ハーフウィンドウ」と呼ばれ、両面に不透明化層を有するポリマセキュリティ文書においては、そのセキュリティ文書の片面のみの不透明化層を除去することによって形成してもよく、それによって「ハーフウィンドウ」は完全に透明ではなく、一部の光を透過させながら、物体はハーフウィンドウからはっきりと見えない。

あるいは、基板を実質的に不透明な材料、たとえば紙または繊維材料等で形成し、透明なプラスチック材料の挿入材を紙または繊維基板の切欠き部または窪みに挿入して、透明なウィンドウまたは半透明のハーフウィンドウエリアを形成することも可能である。

不透明化層
１つまたは複数の不透明化層を透明基板に形成して、セキュリティ文書の不透明性を増大させてもよい。不透明化層は、Ｌ_T＜Ｌ₀となるもので、式中、Ｌ₀は文書への入射光の量、Ｌ_Tは文書を透過する光の量である。透明化層は、さまざまな不透明化コーティングのいずれの１つまたはそれ以上を含んでいてもよい。たとえば、不透明化コーティングは、二酸化チタン等の顔料を熱活性化架橋性ポリマ材料のバインダまたはキャリアの中に分散させたものを含んでいてもよい。あるいは、透明プラスチック材料の基板を、紙またはその他部分的または実質的に不透明な材料の不透明化層の間に挟み、そこに後から識別を印刷またはその他の方法で形成してもよい。

０次回折格子
０次回折格子は、任意の波長の光により照明された時に、０次回折光のみを生成する、表面***または埋伏された微細構造である。

一般に、このような０次構造は、所望の入射光波長より短い周期を有する。このために、０次回折格子はサブ波長格子として知られている場合もある。

エンボス加工可能光放射硬化性インク
本明細書で使用されるエンボス加工可能光放射硬化性インクという用語は、印刷工程において基板に塗布することができ、柔らかいうちにエンボス加工によって起伏構造を形成し、光照射によって硬化させて、エンボス加工による起伏構造を定着させることが可能なあらゆるインク、ラッカまたはその他のコーティングを指す。硬化工程は、光放射硬化性インクのエンボス加工を行う前には行われないが、硬化工程をエンボス加工の後、または実質的にエンボス加工ステップと同時に行うことはできる。光放射硬化性インクは好ましくは、紫外線（ＵＶ）照射によって硬化可能である。あるいは、光放射硬化性インクは、電子ビームまたはＸ線等、他の形態の照射によって硬化させてもよい。

光放射硬化性インクは好ましくは、透明樹脂材料から形成される透明または半透明インクである。このような透明または半透明インクは、数値型ＤＯＥやレンズ構造等、光透過型セキュリティ要素の印刷に特に適している。

１つの特に好ましい実施形態において、透明または半透明インクは好ましくは、透明なアクリル系ＵＶ硬化性エンボス加工可能ラッカまたはコーティングを含む。

このようなＵＶ硬化性ラッカは、Ｋｉｎｇｆｉｓｈｅｒ Ｉｎｋ Ｌｉｍｉｔｅｄを含む各種の製造業者から入手可能か、紫外線型製品のＵＶＦ−２０３等である。あるいは、光放射硬化性エンボス加工可能コーティングは、他の化合物、たとえばニトロセルロース系であってもよい。

本発明で使用される光放射硬化性インクとラッカは、ＤＯＥ等、回折格子およびホログラム等の回折構造やマイクロレンズおよびレンズアレイを含む微細構造のエンボス加工に特に適していることがわかった。しかしながら、これらをエンボス加工することにより、非回折光学可変装置等、より大きな起伏構造を形成してもよい。

インクは好ましくは、紫外線（ＵＶ）照射によって、実質的に同時にエンボス加工および硬化される。特に好ましい実施形態において、光放射硬化性インクは、グラビア印刷工程中に実質的に同時に塗布およびエンボス加工される。

好ましくは、グラビア印刷に適したものとするために、光放射硬化性インクの粘度は実質的に約２０〜約１７５センチポアズ、より好ましくは約３０〜約１５０センチポアズの範囲に収まる。粘度は、ラッカがザーンカップ＃２から流出する時間を測定することによって判定してもよい。２０秒で流出するサンプルの粘度が３０センチポアズ、６３秒で流出するサンプルの粘度が１５０センチポアズとなる。

いくつかのポリマ基板の場合、光放射硬化性インクを塗布する前に基板に中間層を適用して、インクにより形成されたエンボス加工構造を基板に接着させやすくすることが必要かもしれない。中間層は好ましくは、プライマ層を含み、より好ましくは、プライマ層はポリエチレンイミンを含む。プライマ層はまた、架橋剤、たとえば多官能イソシアネートを含んでいてもよい。本発明での使用に適したその他のプライマの例としては、末端水酸基ポリマ、末端水酸基ポリエステル系コポリマ、架橋型または未架橋型ヒドロキシル化アクリレート、ポリウレタン、ＵＶ硬化性アニオン系またはカチオン系アクリレートが含まれる。適当な架橋剤の例としては、イソシアネート、ポリアジリジン、ジコニウム（ｚｉｃｏｎｉｕｍ）複合物、アルミニウムアセチルアセトン、メラミン、カルボジイミドが含まれる。

プライマの種類は、基板やエンボス加工されたインク構造物の違いによって変えてもよい。好ましくは、エンボス加工されたインク構造物の光学特性に大きな影響を与えないプライマが選択される。

本発明は、セキュリティ要素を提供し、これは、
複数の合焦要素と、
第一の画像要素群と、
第二の画像要素群と、
を含み、
各画像要素は、１つの合焦要素を通して見えるように対象物平面内に配置され、その合焦要素から、その合焦要素の対象物平面内の焦点幅がその画像要素の大きさと実質的に同じか、その画像要素の大きさとは所定の量だけ異なるような距離に配置され、
第一の群の画像要素は第一の視野角範囲内で見え、第二の群の画像要素は第二の視野角範囲内で見え、
第二の視野角範囲で形成される第二の画像は、第一の視野角範囲で形成される第一の画像のコントラスト反転版である。

好ましくは、焦点幅と画像要素の大きさとの差の所定の量は、画像要素の大きさの２０％を超えない。

本発明者らは、相互にコントラスト反転版である第一と第二の画像を、若干焦点をずらしたレンズ設計とともに使用することによって、ある程度のクロストークの存在にかかわらず、フリップ画像の形態の認識可能な光学可変効果が得られることを発見した。第一の画像要素群が見えている時、それは第一の画像の前景領域を形成する。第二の画像要素群からのある程度のクロストークは見えるものの、クロストークは、焦点を合わせたレンズを使用する設計と比較すると格段に低減され、これは、焦点スポットの一部しか第二の群の画像要素と重複しないからである。このように低減されたクロストークが、第一の画像の均一な背景を形成する。

好ましくは、画像要素は黒以外の色である。いくつかのケースにおいて、黒い画像要素により生成されるフリップ画像効果は、金属インクを使用することによって模造できることが分かっている。黒以外の色を使用すると、偽造のための金属インクの使用が不可能となる。

１つの実施形態において、第一の画像要素群は第二の画像要素群と異なる色である。異なる色を使用することで、偽造はさらに困難となる。

画像要素の大きさ分布または空間分布は、単色の入力画像のグレイレベルまたは輝度レベルに応じたものであってよい。入力画像は、多くの情報を含む人物像やその他の画像であってもよい。

好ましくは、画像要素は印刷された画像要素、たとえばグラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷またはフレキソグラティ印刷された要素である。あるいは、画像要素はエンボス加工された画像要素であってもよい。

１つの好ましい実施形態において、合焦要素は透明または半透明基板の片面にある。画像要素は、透明または半透明基板の反対側の面にあってもよい。

画像要素は好ましくは線要素であるが、他のどのような適当な形状、たとえば点またはその他の幾何学形状であってもよい。

１つの実施形態において、合焦要素は屈折または回折半円柱レンズ、またはゾーンプレートである。あるいは、合焦要素は屈折または回折半球または多角形ベースのマイクロレンズであってもよい。

本発明の他の態様において、セキュリティ装置を形成する方法が提供され、これは、
透明または半透明基板を提供するステップと、
基板の第一の面に複数の合焦要素を適用するステップと、
第一の画像要素群と第二の画像要素群を基板の画像面に適用するステップであって、各画像要素は、１つの合焦要素を通して見えるように対象物平面内に配置され、その合焦要素から、その合焦要素の対象物平面内の焦点幅がその画像要素の大きさと実質的に同じか、その画像要素の大きさとは所定の量だけ異なるような距離に配置されるようにするステップと、
を含み、
第一の群の画像要素は第一の視野角範囲内で見え、第二の群の画像要素は第二の視野角範囲内で見え、
第二の視野角範囲で形成される第二の画像は、第一の視野角範囲で形成される第一の画像のコントラスト反転版である。

合焦要素は、エンボス加工、好ましくは基板の第一の面に形成されたエンボス加工可能な光放射硬化性インクの層のエンボス加工によって適用されてもよい。

好ましくは、画像要素は印刷方法で適用される。好ましい方法は、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷またはフレキソグラフィ印刷である。画像要素はまた、エンボス加工により適用されてもよい。

他の態様において、本発明はセキュリティ文書を提供し、これは上記の実施形態のいずれか１つによるセキュリティ要素と、本発明の第二の態様によるセキュリティ装置または、前述の方法のいずれかによって製造されたセキュリティ装置を含む。１つの好ましい実施形態において、セキュリティ要素またはセキュリティ装置は、セキュリティ文書のウィンドウまたはハーフウィンドウ領域内に配置される。

以下に、あくまでも非限定的な例として、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜１（ｄ）は、公知のタイプのレンチキュラ装置を示す。 図２（ａ）〜２（ｄ）は、図１（ａ）〜１（ｄ）のレンチキュラ装置の変形版を示す。 本発明の１つの実施形態により生成されるフリップ画像効果を示す。 図３の効果を生成するセキュリティ要素の一部の斜視図である。 図４のセキュリティ要素の断面図である。 本発明の他の実施形態のための図柄を生成する方法を概略的に示す。 本発明の他の実施形態のための図柄を生成する方法を概略的に示す。 図６と７の実施形態により生成される効果を示す。

まず、図１を参照すると、公知の設計のレンチキュラ装置１０の一部が示されており、これは半円柱レンズ１４の形態の複数の合焦要素を有する。装置１０は、上面１２と下面１３を有する基板１１を含む。合焦要素１４が上面１２に適用され、下面１３は、第一の群の画像要素１６と第二の群の画像要素１７を担持する対象物平面である。画像要素１７は、明瞭さを期し、図１（ａ）の断面図では若干ずらして示されている。

並んでいる第一の群の画像要素１６の左側縁辺は、画像要素１６がそれを通して見られることになる、関連する合焦要素１４の左側縁辺と一致する。第二の群の画像要素１７の左側縁辺は、関連する合焦要素１４の光軸と一致する。画像要素１６と１７は、対象物平面１３内で交互配置された関係にあり（図１（ｄ））フリップ画像の第一と第二の画像パターンを形成する。

対象物平面１３は、実質的に合焦要素１４の焦点距離に設置される。その結果、対象物平面内には、入射光が焦点を結ぶ、非常に狭い領域１５ができ、これは画像要素１６、１７の幅よりはるかに狭い。

図１（ａ）において、セキュリティ要素基板１１は、厚さが約７５マイクロメートルである。セキュリティ要素全体の厚さを９０マイクロメートル未満に保持するために、レンズ１４の球欠高さは１５マイクロメートル未満であり、レンズ径は４５〜５０マイクロメートルのオーダーである。画像要素１６、１７がグラビア印刷により適用される場合、その幅はレンズ径の半分より大きくなる。その結果、両画像要素１６と画像要素１７の両方が見えるクロストーク視野角領域ができる。クロストーク領域では、たとえば装置の位置２０（図１（ｃ））を見る視野角では、焦点領域１５の幅全体が画像要素１６と１７の両方にわたり、その結果、観察者にとって同じ外見上の輝度２６と２７となる（図１（ｂ））。画像３６（文字「５」）と３７（文字「Ａ」）を区別する能力は、それゆえ、２つの群の画像要素１６と１７の間のクロストークによって完全に失われる。

図１のクロストークは、図２に示されるような、焦点をずらしたレンズの設計を使用することによって低減させることができる。図２（ａ）において、レンチキュラ装置１００は、第一の面１１２に適用された合焦要素１１４を含む。合焦要素１１４は対象物平面１１３内に、第一の群の画像要素１１６と第二の群の画像要素１１７とほとんど同じ幅の焦点領域１１５を有する。焦点領域の幅は、画像要素１１６または１１７の幅より最大で２０％小さいか、２０％大きくてよい。

焦点をずらす設計の使用はクロストークを低減させるが、これは、クロストーク領域内では、焦点領域が、観察者によって見られることが意図されない画像要素と重複する部分が小さくなるからである。たとえば、図２（ｃ）に示される領域１２０では、第一の群の画像要素１１６が、フリップ画像の第一の画像パターンを表示するために見えるべきであり、その一方で、第二の群の画像要素１１７は見えない状態であるべきである。図２（ｃ）に示される視野角では、焦点領域１１５の幅全体が画像要素１１６と重複し、外見上の強度１２６が生じる（図２（ｂ））。これに対して、画像要素１１７は一部のみが焦点領域１１５と重複するため、観察者には低い強度１２７が見える。

図２（ｄ）に示される視野角から現れる観察者にとっての正味の印象は、第一の画像要素群１１６によって生成される文字「５」の形態の前景領域１２６ａを含む第一の画像１３６である。第二の画像要素群１１７からのクロストーク１２８が存在するため、文字「Ａ」の影１２７ａが背景に見える。装置を傾けると、画像要素１１７が見える焦点領域１１５の幅の割合が増えることから、文字「Ａ」がより鮮明となり、文字「５」は徐々に見えにくくなって、最終的に２つの文字「５」と「Ａ」は区別がつかなくなる。さらに傾けると、文字「Ａ」が優位に立ち、画像１３７の前景１２６ｂを形成し、文字「５」の画像要素１１６からのクロストーク１２８が背景１２７ｂを形成する。

図２の装置１００では、図１の装置１０と比較して改善された結果が得られるが、フリップ画像の２つの画像パターン１２６ａ、１２６ｂ間のクロストークの量は、セキュリティ文書応用にとっては、容認不能な程度に大きいかもしれない。したがって、図３〜５の実施形態に示されるように、フリップ画像の２つの画像が相互にコントラスト反転版となるような設計を選択することは、非常に有利であることがわかった。

図３、４、５を参照すると、上面２１２と下面（対象物平面）２１３を持つ基板２１１を有するセキュリティ要素２００の一部の斜視図が示される。グラビア印刷された線の形態である第一の画像要素群２１６と第二の画像要素群２１７が下面２１３に用いられている。画像要素２１６、２１７は、基板２１１の上面２１２に形成された、関連する合焦要素（半円柱レンズ）２１４を通して見える。

図５の断面図において、画像要素２１７は、明瞭さを期し、下面２１３から若干ずらされている。第一の群の画像要素２１７は、方向２３０から方向２３１の第一の視野角範囲で見え、その一方で、第二の群の画像要素２１６は、方向２３１から方向２３２の第二の視野角範囲で見える。また、観察者にクロストーク領域２２０の全体が見える、方向２３１ａから２３１ｂの視野角範囲もある。

装置２００を角度２３２から見た時、第一の画像２３６が見え、その中では第一の群の画像要素２１６が最も明るく、文字「５」の印象が生成される。同様に、装置２００を角度２３０から見た時、第二の画像２３７が見え、その中では第一の群の画像要素２１７が最も明るく、コントラストが反転した文字「５」の印象が生成される。

第一の画像２３６において、第一の画像要素２１６はそれゆえ、前景領域２２６ａを形成し、その一方で、第二の画像要素２１７は均一な背景領域２２７ａを形成する。反対に、第二の画像２３７において、第二の画像要素２１７は前景領域２２６ｂを形成し、第一の画像要素は均一な背景要素２２７ｂを形成する。各々の場合に、クロストーク２２８は画像２３６、２３７にとって均一な背景となり、これは投影されることが望ましい。

次に図６〜８を参照すると、より複雑なセキュリティ要素の生成方法が概略的に示されている。

図６において、人物像３００の形態の単色の入力画像が示されている。人物像３００は、２５６のグレイレベルを有するグレイスケールビットマップである。これが次に、たとえば周波数変調ディザリング、誤差拡散法、ランダムまたはストカスティックスクリーニング等を適用することによって、バイナリビットマップ３０２に変換される。その結果、２レベルの（バイナリ）ビットマップが得られ、これは、黒のピクセルの空間的分散によって、色調のある人物像として見える。黒のピクセルの空間密度が高い領域はより暗く見え、密度の低い分布はより明るく見える。

図７は、ビットマップ３０２の１つの領域３０４のクローズアップを示しており、その中の小領域３０６がさらにクローズアップされている。領域３０６は、黒のピクセルによる領域３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄと、白のピクセルのよる領域３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃを含む。

コントラストが反転するフリップ画像を生成するために、黒い領域はまず、それぞれ第一の群の画像要素３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄにマッピングされ、これらはグラビア印刷された線の集合としてセキュリティ要素４００に形成されており、その左側縁辺はレンズ３１４の左側縁辺と実質的に一致している。グラビア印刷された線３２１ａ〜３２１ｄの各々の長さは、対応する黒のピクセルによる領域３１６ａ〜３１６ｄの長さに対応する。

白のピクセルの領域は、それぞれ第二の群の画像要素３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃにマッピングされ、これらはグラビア印刷された線の第二の集合としてセキュリティ要素４００に適用されており、その右側縁辺は関連するレンズ３１４の右側縁辺と実質的に一致している。グラビア印刷された線３２２ａ〜３２２ｃの各々の長さは、対応する白のピクセルによる領域３１７ａ〜３１７ｃの長さに対応する。

第一の視野角範囲では、装置４００を見ている人には、実質的に人物像３００を再現する第一の画像３３６が見える（図８）。これは、画像要素３２１ａ〜３２１ｄからの前景領域３２６ａと、画像要素３２２ａ〜３２２ｃからのクロストークによる均一な背景領域３２７ａを含む。装置４００が第一の視野角範囲内で傾けられると、背景領域３２７ａから反射される光の量が減少し、最終的に観察者が第二の視野角領域に到達すると、そこでは背景３２７ａが優位となり始める。第二の視野角範囲では、第二の、コントラスト反転画像３３７が見え、その中では画像要素３２２ａ〜３２２ｃが前景３２７ｂを形成し、その一方で、画像要素３２１ａ〜３２１ｄからのクロストークが均一な背景３２６ｂを形成する。

実質的に前述のようなセキュリティ要素を製造するための方法の代表的な例では、エンボス加工可能な光放射硬化性インク、たとえばＵＶ硬化性インクの層を、厚さ７５マイクロメートルの二軸指向ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）フィルムの片面に形成する。次に、ＵＶ硬化性インクをレンズ構造２１４または３１４を用いてエンボス加工して、これを硬化して、全体の厚さが約８５〜９０マイクロメートルのレンチキュラ基板を生成する。

レンズ構造とは反対の表面に、１色の画像要素２１６、２１７（図４〜６）または３２１ａ〜３２１ｄ、３２２ａ〜３２２ｃ（図７）をグラビア印刷する。画像要素に好ましい色は、十分なコントラストが得られるが、模倣が困難な色である。青、マゼンタ、すみれ色または緋色が好ましい色である。

代表的なグラビア印刷工程では、１０，１６０ｄｐｉの分解能（画像要素位置の最小の漸進的変化は２．５マイクロメートルの）で彫刻されたグラビアシリンダが使用される。これに対応するグラビア彫刻ファイルは、画像要素のバイナリデジタル画像であり、これらが印刷された後に予想されるデジタル画像要素の大きさの増大分が補償される。

使用されている特定の基板の厚さにとって適当な特徴のレンズを設計するために、レンズは、画像要素の大きさに実質的に等しいか、画像要素の大きさとは所定の量だけ、好ましくは２０％を超えない量だけ異なる焦点幅を有するべきである。適当な方法はＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００２４３号明細書に記載されており、これには画像要素の幅の測定が含まれる。

グラビア印刷された線の特徴の測定は、各種の公知の方法を使って行うことができる。たとえば、平均線幅は、任意の大きさで、さまざまな密度を有する線のスウォッチからなるプレスキャリブレーションテンプレートを印刷することによって測定でき、各スウォッチの密度の数値は通常、１パーセント〜９９パーセントである。テンプレートはその後、フィルムまたはプレートに画像化し、光学効果基板の平滑な面に印刷する。次に、印刷結果を濃度計、または同様のツールを使用して走査し、印刷された線の幅を測定する。

あるいは、平均線幅は、たとえば測定値の増分を表示するレチクルを備える顕微鏡を用いて直接測定することができる。この直接方式では、線のサンプルを、各色調値範囲で測定し、記録し、その大きさを平均化できる。

任意の幅の画像要素と任意の厚さの基板に適したレンズパラメータを得るために、ゲージ厚さｔと、レンズパラメータｓ（球欠高さ）、ｗ（幅）、Ｒ（曲率半径）、Ｐ（レンズの円錐定数）、ｎ（屈折率）との間の以下の関係を最適化する。

式中、ｈは印刷された線の半分の幅の測定値であり、Ａは下式で求められる。

ただし、

である。厚さｔは、レンズパラメータＲ、ｎ、Ｐ、ｗ、ｓの１つまたは複数に関して、通常の方法で、すなわちこれらのパラメータの１つまたは複数に関して式（２）の表現の偏導関数を取り、偏導関数をゼロに設定することによって、最適化できる。その結果として得られた連立方程式を分析的または数値的に解き、レンズの厚さが最適となるような一連のレンズパラメータを求めることができる。

最適化は、条件付き最適化であってもよい。たとえば、紙幣用基板の場合、ｔを約８５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間の数値範囲に限定することが望ましい。条件付き最適化方式は当業界で知られている。

本発明者らは、焦点の大きさが印刷された網点の平均幅を２０％以上超過しないかぎり、画像の品質は損なわれないことを発見した。本発明者らはまた、単に任意の合焦しない設計としただけでは、画像品質が大きく劣化し、その結果、不快な程度にぼやけた画像となることも発見した。焦点の大きさはまた、平均幅より若干小さく、好ましくは２０％を超えない量だけ小さくてもよい。

上記の実施形態には、本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を加えることができる。たとえば、上記のセキュリティ要素は、別々に製造し、後にセキュリティ文書に、または現場でセキュリティ文書に、たとえばウィンドウまたはハーフウィンドウ領域の中で取り付けてもよい。

１０ レンチキュラ装置
１１ 基板
１４ 合焦要素
１５ 焦点領域
１６ 第一の群の画像要素
１７ 第二の群の画像要素
３６、３７ 画像
１１２ 第一の面
１１３ 対象物平面
１１４ 合焦要素
１１５ 焦点領域
１１６ 第一の群の画像要素
１１７ 第二の群の画像要素
１２０ 領域
１２６ａ 前景領域
１２７ａ 影
１２８ クロストーク
１３６ 第一の画像
２１１ 基板
２１４ 合焦要素（半円柱レンズ）
２１６ 第一の画像要素群
２１７ 第二の画像要素群
２２０ クロストーク領域
２３６ 第一の画像
２３７ 第二の画像
３００ 人物像
３０２ ビットマップ
３０６ 領域
３１４ レンズ
３３７ コントラスト反転画像
４００ セキュリティ要素

国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／０００２４３号明細書

Claims (25)

1. 複数の合焦要素と、
   第一の画像要素群と、
   第二の画像要素群と、
   を含み、
   各画像要素が、１つの合焦要素を通して見えるように対象物平面内に配置され、前記合焦要素から、前記合焦要素の前記対象物平面内の焦点幅が前記画像要素の大きさと実質的に同じか、前記画像要素の大きさとは所定の量だけ異なるような距離に配置される、
   セキュリティ要素において、
   前記第一の群の画像要素は第一の視野角範囲内で見え、前記第二の群の画像要素は第二の視野角範囲内で見え、
   前記第二の視野角範囲で形成される第二の画像が、前記第一の視野角範囲で形成される第一の画像のコントラスト反転版であるセキュリティ要素。
2. 前記画像要素が黒以外の色である、請求項１に記載のセキュリティ要素。
3. 前記画像要素が、単色の入力画像のグレイレベルまたは輝度レベルに応じた大きさ分布または空間分布を有する、請求項１〜２のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
4. 前記画像要素が、印刷された画像要素である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
5. 前記画像要素が、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷またはフレキソグラフィ印刷された要素である、請求項５に記載のセキュリティ要素。
6. 前記画像要素が、エンボス加工された画像要素である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
7. 前記第一の画像要素群が前記第二の画像要素群とは異なる色である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
8. 前記画像要素が回折要素またはサブ波長格子要素である、請求項６に記載のセキュリティ要素。
9. 前記合焦要素が透明または半透明基板の片面にある、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
10. 前記画像要素が透明または半透明基板の反対面にある、請求項９に記載のセキュリティ要素。
11. 前記画像要素が線要素である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
12. 前記合焦要素が屈折または回折半円柱レンズまたはゾーンプレートである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
13. 前記合焦要素が屈折または回折半球または多角形ベースのマイクロレンズである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
14. 前記焦点幅と前記画像要素の大きさとの差の前記所定の量が、前記画像要素の大きさの２０％を超えない、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセキュリティ要素。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセキュリティ要素を含むセキュリティ装置。
16. セキュリティ装置を形成する方法において、
    透明または半透明基板を提供するステップと、
    前記基板の第一の面に複数の合焦要素を形成するステップと、
    第一の画像要素群と第二の画像要素群を前記基板の画像面に形成するステップであって、各画像要素が、１つの合焦要素を通して見えるように対象物平面内に配置され、前記合焦要素から、前記合焦要素の前記対象物平面内の焦点幅が前記画像要素の大きさと実質的に同じか、前記画像要素の大きさとは所定の量だけ異なるような距離に配置されるようにするステップと、
    を含み、
    前記第一の群の画像要素は第一の視野角範囲内で見え、前記第二の群の画像要素は第二の視野角範囲内で見え、
    前記第二の視野角範囲で形成される第二の画像は、前記第一の視野角範囲で形成される第一の画像のコントラスト反転版である方法。
17. 前記画像要素が黒以外の色である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記画像要素が、単色の入力画像のグレイレベルまたは輝度レベルに応じた大きさ分布または空間分布を有する、請求項１５または１６に記載の方法。
19. 前記合焦要素がエンボス加工により形成される、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記合焦要素が、前記基板の前記第一の面に形成された光放射硬化性インクの層にエンボス加工される、請求項１８に記載の方法。
21. 前記画像要素が印刷方法によって用いられる、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記画像要素がグラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷またはフレキソグラフィ印刷により形成される、請求項２０に記載の方法。
23. 前記画像要素がエンボス加工により形成される、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
24. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセキュリティ要素と、請求項１４に記載のセキュリティ装置または、請求項１５〜２２のいずれか１項の方法により製造されたセキュリティ装置を含むセキュリティ文書。
25. 前記セキュリティ要素またはセキュリティ装置が、前記セキュリティ文書のウィンドウまたはハーフウィンドウ領域内に配置される、請求項２３に記載のセキュリティ文書。

Images