CN113950413A - 具有绝对配准的微光学安全装置 - Google Patents

Abstract

一种微光学安全装置(100)包括微光学聚焦元件平面阵列(105)和第一图像图标布置(120)，其中所述第一图像图标布置的每一图像图标(121)包括光固化材料区。此外，所述第一图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第一预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列可见(320)，且所述第一图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第二预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列不可见(360)。

Description

具有绝对配准的微光学安全装置

技术领域

本公开大体上涉及诸如钞票、护照和票据的安全和/或高价值文件的防伪。更具体地，本公开涉及在聚焦元件与由聚焦元件放大的各个微光学层之间具有绝对配准的微光学安全装置。

背景技术

包括但不限于钞票和一些政府发行的文件的某些文件利用包括多个小型聚焦元件(例如，微透镜)的微光学安全装置，每个小型聚焦元件具有覆盖区(footprint)，在该覆盖区中提供视觉信息以形成文件的观察者可见的合成图像。虽然任何给定透镜的覆盖区中的视觉信息通常太小而不能被人眼看到，但多个聚焦元件中的每一聚焦元件的集体操作会产生在每一聚焦元件的覆盖区的覆盖区中提供的视觉信息的一部分的人类可见显示(有时称为“合成放大”图像，或“合成图像”)。这种人类可见显示提供文件真实性的难以伪造的标志。

通过控制放置在多个聚焦元件的覆盖区下的视觉信息的总体尺寸性质(例如，间距和角度)，可调谐由微光学系统提供的人类可见显示的外观。举例来说，通过相对于间距或聚焦元件的重复周期调整视觉信息项(例如，图标)之间的重复周期，可调整人类可见显示(其在一些实施方案中为合成图像)相对于文件的平面的感知距离，使得显示看起来“浮动”在文件上方，或位于文件下方的一深度处。类似地，通过相对于多个聚焦元件的重复轴稍微旋转视觉信息的重复轴，可实现正视差视觉效果，其中沿一个轴的观看角度的倾斜会在人类可见显示中产生沿正交轴的位置移位。

虽然可通过控制视觉信息与聚焦元件之间的总体空间关系来产生由微光学安全系统提供的人类可见显示的各种视觉效果和性质，但绝对配准或将视觉信息定位在聚焦元件的覆盖区内的特定位置的能力，以及暗示地，能够以预定视角提供可见显示，仍然是技术挑战和改进机会的来源。

发明内容

本公开提供一种具有绝对配准的微光学安全装置。

在第一实施方案中，微光学安全装置包括微光学聚焦元件平面阵列和第一图像图标布置，其中第一图像图标布置的每一图像图标包括光固化材料区。此外，第一图像图标布置在相对于微光学安全装置的第一预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列可见，且第一图像图标布置在相对于微光学安全装置的第二预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列不可见。

在第二实施方案中，制造微光学系统的方法包括将一层光可固化材料施加到微光学系统的与聚焦元件平面阵列具有固定关系的第一表面，其中第一表面接近聚焦元件平面阵列的聚焦元件的一个或多个焦点安置。所述方法还包括将第一图案的结构光引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处直到光可固化材料层的第一部分固化以形成第一图像图标布置，以及从微光学系统的第一表面移除未固化的光可固化材料或使其失效。另外，第一图案的结构光是从相对于聚焦元件平面阵列的第一预定视角范围被引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处。

根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员来说可能是显而易见的。

在进行下面的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦合”和其派生词是指两个或更多个元件之间的任何直接或间接通信，无论这些元件是否彼此物理接触。术语“包括(include)”和“包括(comprise)”以及其派生词意指包括但不限于。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与……相关联”和其派生词意指包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、可与……通信、与……协作、交织、并置、接近于、结合到或与……结合、具有、具有……的性质、同或与……具有关系等与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“…中的至少一者”在与项列表一起使用时，意指可使用所列项中的一者或多者的不同组合，且可能只需要列表中的一个项。例如，“A、B和C中的至少一者”包括以下组合中的任一者：A、B、C、A和B、A和C、B和C，以及A和B和C。

在整个本专利文件中提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应当理解，在许多(如果不是大多数)情况下，此类定义适用于此类定义的单词和短语的先前和将来使用。

附图说明

为了更完全地理解本公开和其优点，现结合附图来参考以下描述，在附图中：

图1示出根据本公开的某些实施方案的微光学安全装置的示例；

图2示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置和微光学安全装置的聚焦元件的覆盖区的示例；

图3A和图3B示出根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置和对由微光学安全装置提供的可见显示的角度控制的示例；

图4A和图4B示出与在某些微光学安全装置中实现对可见显示的角度控制相关联的某些技术挑战；

图5A、图5B和图5C示出根据本公开的各种实施方案的使结构光穿过聚焦元件到聚焦元件的覆盖区内的预定位置处的示例；

图6A到图6C示出根据本公开的某些实施方案的用于产生具有绝对配准的图像图标布置的图像图标的方法的操作；并且

图7A和图7B示出根据本公开的各种实施方案的用于在聚焦元件的覆盖区内产生第二图像图标的方法的操作。

具体实施方式

下文讨论的图1至图7B以及用于描述本专利文件中本公开的原理的各种实施方案仅作为说明，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。

图1示出根据本公开的根据本公开的某些实施方案的微光学系统100的示例。

参考图1的非限制性示例，在基本层面，微光学系统100包括多个聚焦元件105(包括例如聚焦元件107)，以及图像图标布置120(包括例如图像图标121)。根据各种实施方案，多个聚焦元件105中的每一聚焦元件具有覆盖区，图像图标布置120的一个或多个图像图标定位于所述覆盖区中。在某些实施方案中，在多个聚焦元件105中的聚焦元件的相应覆盖区内的图像图标布置120内的图像图标的位置与相对于使用多个聚焦元件105的平面的坐标系的预定视角范围相关联。通过控制图像图标布置120在预定视角范围内(相对于多个聚焦元件105的平面)的可见性，微光学系统100的性能至少在以下方面得到增强：与由微光学系统100产生的人类可见显示相关联的视角的变化减少，从而更容易检测伪造品，且可实现人类可见显示内的更复杂的视觉效果(例如，3D效果)。根据某些实施方案，微光学系统100可投射但不限于合成放大的图像、具有移动效果(例如，其中图像看起来在视觉平面内改变位置)和动画效果(例如，其中由系统投射的视觉内容包括在一定视角范围内顺序地改变的至少一个共同视觉元素的视图，从而提供例如“手翻书”效果)的图像或其组合。

根据某些实施方案，多个聚焦元件105构成微光学聚焦元件平面阵列。在一些实施方案中，多个聚焦元件105中的聚焦元件包括微光学折射聚焦元件(例如，平凸透镜或GRIN透镜)。多个聚焦元件105的折射聚焦元件在一些实施方案中由具有从1.35到1.7的范围内的折射率的光固化树脂产生，且具有从5μm到200μm的范围内的直径。在各种实施方案中，多个聚焦元件105中的聚焦元件包括具有从5μm到50μm的范围内的直径的反射聚焦元件(例如，非常小的凹面镜)。虽然在这一说明性示例中，多个聚焦元件105中的聚焦元件被示出为包括圆形平凸透镜，但其他折射透镜几何形状(例如柱状透镜)也是可能的且在本公开的预期范围内.

如图1的说明性示例中所示出，图像图标布置120包括定位于多个聚焦元件105中的聚焦元件的覆盖区内的预定位置处的一组图像图标(包括图像图标121)。根据各种实施方案，图像图标布置120的各个图像图标包括与从与一个或多个预定视角范围相关联的投射点穿过多个聚焦元件105的结构光(例如，准直UV光)光的焦路径相关联的光固化材料区。在一些实施方案中，图像图标布置120的各个图像图标不设置在结构化图像图标层内。如在本公开中所使用，术语“结构化图像层”涵盖已经被压印或以其他方式形成以包括用于定位和保持图像图标材料的结构(例如，凹部、柱、凹槽或台面)的一层材料(例如，光可固化树脂)。根据各种实施方案，图像图标布置120的各个图像图标设置在结构化图像层内，同时与聚焦元件的覆盖区中的预定位置绝对配准。在根据本公开的某些实施方案中，图像图标布置120的一个或多个图像图标元件具有“橡皮糖”形状，其中图像图标的侧壁朝向多个聚焦元件105中的聚焦元件的焦点向内逐渐变窄。

如图1的说明性示例所示出，在某些实施方案中，微光学系统100包括光学间隔件110。根据各种实施方案，光学间隔件110包括基本上透明材料膜，其操作以将图像图标布置120的图像图标定位在多个聚焦元件105中的聚焦元件的焦平面内或周围。在根据本公开的某些实施方案中，光学间隔件110包括制造基材，一层或多层光可固化材料可施加在所述制造基材上，且接着用穿过多个聚焦元件105的结构光选择性地固化。

根据各种实施方案，微光学系统100包括一个或多个光固化保护材料区130，其占据图像图标布置120的图像图标之间的空间。在一些实施方案中，首先形成图像图标布置120(例如，通过选择性地固化和移除光学间隔件110上的液体光可固化材料)，且接着施加一层清透的光可固化材料以填充图像图标布置120的图像图标之间的空间且接着进行泛光固化以产生保护层，所述保护层保护图像图标不会从其在多个聚焦元件105中的聚焦元件的覆盖区内的位置移动。在某些实施方案中，用于形成图像图标布置120的光可固化材料是着色的紫外线(UV)可固化聚合物。在一些实施方案中，作为光可固化材料的替代方案，保护层130可由适合于将微光学系统100粘附到基材150的粘合剂材料形成。根据各种实施方案，通过由粘合剂构造保护层130，可增强微光学系统100的采收阻力，因为尝试采收微光学系统100将导致图像图标布置120的一些或全部图像图标与微光学系统100分离并保持粘合到基材150，从而使微光学系统100明显受损。

在根据本公开的某些实施方案中，微光学系统100包括密封层140。根据某些实施方案，密封层140包括在下表面上与多个聚焦元件105中的聚焦元件介接的薄(例如，2μm到50μm厚的层)的基本上清透材料，且包括具有比多个聚焦元件105更小的曲率变化的上表面(例如，通过为光滑的，或通过具有其局部起伏具有比聚焦元件更大的曲率半径的表面)。

如图1的非限制性示例所示出，在某些实施方案中，微光学系统100可附接到基材150，以形成安全文件160。根据各种实施方案，基材150可以是一张货币纸，或聚合物基材。根据一些实施方案，基材150是聚合物膜双向拉伸聚丙烯(BOPP)的薄的柔性片。在各种实施方案中，基材150是合成纸材料(诸如

)的一部分。根据一些实施方案，基材150是聚合物卡片材料的一部分，诸如适合制作信用卡和驾驶执照的类型的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)坯料。

图2示出根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置和微光学安全装置的聚焦元件的覆盖区的示例。

参考图2的非限制性示例，示出安全文件200。根据各种实施方案，安全文件200是纸币。在一些实施方案中，安全文件200是身份证明文件，诸如一页护照或驾驶执照。

如图2的说明性示例中所示出，安全文件200包括微光学安全装置205(例如，图1中的微光学系统100)。根据某些实施方案，微光学安全装置205与安全文件200基本上共面，且微光学安全装置205的一些或全部维持在充分平坦状况以限定坐标系207，所述坐标系适用于限定指示微光学安全装置205的观察者视图的入射方向或从微光学安全装置205引导光的方向的视角或观察向量。在这一说明性示例中，微光学安全装置被描绘为三维笛卡尔坐标系207中的平面。其他坐标系和用于计及微光学安全装置205中的曲率的改进是可能的且在本公开的预期范围内。

如微光学安全装置205的一部分的放大图210所示出，微光学安全装置205包括图像图标布置215(例如，图1中的图像图标布置120)，其中图像图标布置的每一图像图标包括具有聚焦地成锥形的侧壁轮廓的光固化材料区。根据各种实施方案，且如放大图210所示出，微光学安全装置205还包括聚焦元件平面阵列220。在根据本公开的一些实施方案中，微光学安全装置205是相对柔性的，且可弯曲以适应预期的弯曲(例如，纸币在钱包中的弯曲或在自动售货机或自动柜员机中绕滚轮移动时的弯曲)。因此，如在本公开中所使用，如本公开中使用的术语“平面”涵盖在微观层面下(例如，考虑微光学安全装置205的毫米长度部分)微光学安全装置的构成元件可被认为是平面的性质。

根据各种实施方案，密封层140、多个聚焦元件105、光学间隔件110和保护层130中的一者或多者由光可固化材料形成，所述光可固化材料是聚合物基质，且可以液体或“粘性物”形式施加到平坦表面且接着使用光进行固化以形成更硬、尺寸更稳定的结构。用于此类聚合物基质且具有1.5或更小的折射率的材料的示例包括但不限于丙烯酸异癸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚酯四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和己二醇二丙烯酸酯。根据这的实施方案的光可固化材料的其他示例包括基本上透明或清透的有色或无色的聚合物，诸如丙烯酸树脂、丙烯酸酯化聚酯、丙烯酸酯化聚氨酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯和聚氨酯。可用于根据本公开的一些实施方案的聚合物基质中的材料的又其他示例包括但不限于丙烯酸酯单体、丙烯酸酯寡聚物、丙烯酸邻苯基苯氧基乙酯、丙烯酸苯硫基乙酯、丙烯酸双苯硫基乙酯、丙烯酸枯基苯氧基乙酯、丙烯酸联苯甲酯、双酚A环氧丙烯酸酯、芴型丙烯酸酯、溴化丙烯酸酯、卤化丙烯酸酯、三聚氰胺丙烯酸酯和其组合。根据某些实施方案，光可固化材料的成分被特别配制为不包括具有诸如碘、溴、氯或硫的极化元素的材料。

在根据本公开的各种实施方案中，用于构造密封层140、多个聚焦元件105、光学间隔件110或保护层130中的一者或多者的材料的折射率可通过添加或调整用于形成微光学系统100的组件层的材料混合物(例如，聚合物基质)中的纳米颗粒的浓度来调谐或调整。根据一些实施方案，微光学系统100的某些组件层的折射率可通过将例如100nm或更小的粒径的无机纳米颗粒添加到混合物来调整。可添加到材料混合物的无机纳米颗粒的示例包括但不限于氧化铝、二氧化锆、二氧化钛、硫化锌或碲化锌根据某些实施方案，向材料混合物添加纳米颗粒可将材料混合物的折射率从低于1.5提高到高于1.7。在一些实施方案中，通过将纳米颗粒添加到有机树脂，超过1.7的折射率是可能的。

虽然在图2的非限制性示例中，聚焦元件平面阵列220的聚焦元件被示出为折射聚焦元件(在这一示例中，平凸透镜)，但使用其他类型的聚焦元件(例如，反射聚焦元件)的其他实施方案是可能的且在本公开的预期范围内。

如另一放大图230所示出，聚焦元件平面阵列220的每一聚焦元件240与覆盖区250相关联。根据各种实施方案，覆盖区250包括其中可放置图像图标且光可通过聚焦元件240聚焦在其上的区域。取决于实施方案，覆盖区250的面积和形状可与(例如，具有相同直径和中心的圆)聚焦元件240共同扩展。替代地，在某些实施方案中，聚焦元件的覆盖区可大于聚焦元件，且可与其他聚焦元件的覆盖区重叠。在一些实施方案中，覆盖区250包括在聚焦元件240下方的区域的子集。

在某些实施方案中，在覆盖区250内，一个或多个图像图标260和265位于覆盖区250内的与微光学安全装置205的预定视角相关联的位置处。根据各种实施方案，一个或多个图像图标260和265由光固化材料区形成。在某些实施方案中，各个光固化材料区具有“橡皮糖状”形状，其中侧壁随着图像图标与聚焦元件之间的距离增加而向内逐渐变窄。在一些实施方案中，固化材料区的侧壁可不呈现上文所描述的聚焦锥形，而是将基本上垂直于其上形成光固化材料区的表面的平面。

如覆盖区250内的网格线所暗示，图像图标260和265中的每一者占据覆盖区250的区域内的预定义位置。通过占据覆盖区250内的预定义位置，可以认为图像图标260和265中的每一者都呈现绝对配准。如在本公开中所使用，术语“绝对配准”涵盖除总体配准之外的在聚焦元件与图像图标之间的另一配准度。在呈现总体配准的微光学系统中，一层聚焦元件和一层图像图标的总体尺寸与以未知视角出现的人类可见显示和(在一些实施方案中)在相对于未知视角的预定角度下的改变(例如，通过打开和关闭)配准。然而，在呈现总体配准的系统中，对于给定聚焦元件的给定覆盖区，所述覆盖区内的图像图标的位置不是预定的或以其他方式提前知道的。相比之下，在呈现绝对配准的系统中，特定覆盖区内的图像图标的位置是预定的，且与以坐标系(例如，坐标系207)中的预定义视角提供特定人类可见显示相关联。因此，根据某些实施方案，具有绝对配准的微光学系统(例如微光学安全装置205)呈现对由微光学系统提供的一个或多个人类可见显示的出乎意料的高度角度控制。

虽然图2的说明性示例描述其中覆盖区250中的图像图标260和265包含其相应人类可见显示的所有特征的实施方案，但根据本公开的实施方案不限于此。根据某些实施方案，覆盖区250可包括控制图案，且对应于人类可见显示的仅一部分的光固化材料区可设置在覆盖区250内。

图3A和图3B示出根据本公开的一些实施方案的微光学安全装置和对由微光学安全装置提供的可见显示的角度控制的示例。为便于交叉参考，图3A和图3B两者共同的结构以类似方式编号。

参考图3A和图3B的非限制性示例，示出安全文件305(例如，图2中的安全文件200)的第一视图301(图3A中所示出)和第二视图351(图3B中所示出)。根据各种实施方案，安全文件200包括微光学安全装置310(例如，图2中的微光学安全装置205)，其呈现绝对配准。如图3A和图3B的说明性示例所示出，安全文件305由观察者的右手握持且维持在基本上平面状况下，使得视角可表示为矢量或相对于坐标系315的一组角度坐标中的一者或多者。虽然在这一非限制性示例中，坐标系315是三维笛卡尔坐标系，但用于表达安全文件305和微光学安全装置310的视角的其他坐标系是可能的且在本公开的预期范围内。举例来说，在某些实施方案中，为了计及曲率，微光学安全装置310的局部区(在一个示例中，1平方毫米部分)可被分配近似局部平坦度的坐标系。因此，安全装置的每一点都可在三维空间中被分配唯一观察向量。

如图3A和图3B的说明性示例所示出，在第一视图301中，安全文件305和微光学安全装置310被保持以使得观察者正以图中示出为Θ₁的第一预定视角观看微光学安全装置310。当以Θ₁观察时，微光学安全装置310的聚焦元件提供聚焦元件的覆盖区的部分的合成放大图像(例如，图2中的图像图标260)，包括与第一人类可见显示320相关联的视觉信息。

根据某些实施方案，在第二视图351中，安全文件305和微光学安全装置310被保持以使得观察者正以图中示出为Θ₂的第二预定视角观看微光学安全装置310。当以Θ₂观察时，微光学安全装置310的聚焦元件提供聚焦元件的覆盖区的部分的合成放大图像(例如，图2中的图像图标265)，包括与第二人类可见显示360相关联的视觉信息。与仅呈现总体配准的某些微光学系统相比，微光学安全装置310的聚焦元件与图像图标之间的绝对配准意指与第一人类可见显示320和第二人类可见显示360相关联的视角Θ₁和Θ₂在坐标系(例如，坐标系315)中是预定的。相比之下，在仅具有总体配准的系统中，Θ₁与Θ₂之间的差异(例如，从第一人类可见显示320和第二人类可见显示360产生切换所需的视角变化的量化)可以是预定的，关于聚焦元件的覆盖区内的图像图标的位置的不确定性意指Θ₁和Θ₂的值不是预定的。相比之下，根据本公开的实施方案的某些微光学系统呈现图像图标与聚焦元件之间的绝对配准，这尤其促进通过微光学系统对人类可见显示的呈现的提高程度的角度控制。

图4A和图4B示出与在一些微光学安全装置中实现对可见显示的角度控制相关联的某些技术挑战。为便于交叉参考，图4A和图4B两者共同的结构以类似方式编号。

参考图4A和图4B的非限制性示例，定位于光学间隔件403的第一侧上的折射聚焦元件401的第一视图400(图4A所示出)。结构化图像图标层405定位于光学间隔件403的第二侧上。虚线407a和407b示出聚焦元件401的覆盖区的边界。虽然在这一说明性示例中，聚焦元件401的覆盖区与聚焦元件401的周界共同延伸，但其中覆盖区大于或小于聚焦元件401的其他实施方案是可能的且在本公开的预期范围内。

根据某些实施方案，结构化图像图标层405包括一层材料，利用所述层材料限定材料中的凹部、柱、台面和其他结构的图案。在各种实施方案中，结构化图像图标层405的结构定位且保持随后施加(例如，通过将树脂刮涂到结构化图像图标层405中的空隙中)的着色材料，其填充结构化图像图标层中的负空间。参考图4A和图4B的非限制性示例，着色材料区409示出为保持在结构化图像图标层405的结构内，且占据与聚焦元件401的覆盖区的右手边界407b的第一偏移411处的位置。

参考图4A和图4B的非限制性示例，在某些实施方案中，以第一视角Θ_a穿过聚焦元件的透镜表面413的光由聚焦元件401聚焦在着色材料区409上。如在本公开中所使用，术语“透镜表面”涵盖具有不同折射率的区之间的弯曲边界(例如，在使用折射聚焦元件的系统中)和具有反射材料的弯曲区之间的弯曲边界(例如，在使用反射聚焦元件的系统中)。根据某些实施方案，聚焦元件401是类似聚焦元件的更大平面阵列的一部分，且结构化图像图标层405同样是更大的图像图标阵列的一部分。在一些实施方案中，聚焦元件平面阵列(其包括聚焦元件401)和更大的图像图标阵列(其包括结构化图像图标层405)合成地放大图像图标层的部分以产生人类可见显示。

第二视图450(图4B中所示出)示出与实现对由微光学系统提供的人类可见显示的角度控制相关联的一些技术挑战，其中着色图像图标与聚焦元件的配准完全依赖于将着色材料保持在结构化图像图标层的结构内。如本公开中的其他地方所指出，根据本公开的某些实施方案的聚焦元件具有5μm到50μm之间的直径，以及相当地设定大小的覆盖区。在给定聚焦元件的覆盖区的规模的情况下，控制图像图标通过特定聚焦元件可见的角度范围需要以微米或亚微米精度定位图像图标。虽然可实现对结构化图标层内的结构之间的相对距离的微米和亚微米控制(例如，实现总体配准)，但相对于微光学聚焦元件阵列的覆盖区以微米或亚微米精度可靠地定位结构化图像图标层仍然是一项重大的技术挑战。

参考第二视图450示出与相对于聚焦元件的覆盖区内的具体位置配准结构化图标层相关联的技术挑战。如第二视图450中所示出，由于例如有限制造公差或影响结构化图标层相对于聚焦元件阵列的精度的其他混杂因素，结构化图像图标层405移位小距离Δ，结果是区409相对于聚焦元件401的覆盖区的右手边界407b以新的第二偏移421定位。由于定位在聚焦元件401的覆盖区内的新坐标处，所以为聚焦在区409上，穿过聚焦元件401的透镜表面413的光必须以不同角度Θ_b倾斜才能聚焦在区409上。实际上，聚焦元件401的覆盖区内的区409的位置之间的配准的不确定性的净效应包括区409贡献的人类可见显示所处的角度不是预定的。

图5A、图5B和图5C从三个不同的视点来示出根据本公开的各种实施方案的使结构光穿过聚焦元件到聚焦元件的覆盖区内的预定位置处的示例。为了便于交叉参考，图5A到图5C的超过一个图共同的元件以类似方式编号。

根据本公开的某些实施方案，可克服与实现绝对配准和获得对人类可见的合成放大显示的呈现的角度控制相关联的技术挑战。在根据本公开的某些实施方案中，结构光从对应于预定视角范围的投射角投射到聚焦元件平面阵列的聚焦元件的透镜表面处，其中结构光由聚焦元件平面阵列的聚焦元件聚焦在聚焦元件平面阵列的聚焦元件的覆盖区内的未固化的光可固化材料区上。随后，移除(例如，通过喷洗)未固化的光可固化材料或以化学方式使其失效，使得仅光可固化材料的固化区在预定视角范围内通过聚焦元件可见。以这种方式，绕过与将结构化图标层配准到相对于聚焦元件平面阵列的聚焦元件的覆盖区的指定位置相关联的技术挑战，且可产生呈现绝对配准的微光学系统。

参考图5A到图5C的非限制性示例，由图提供定位在光学间隔件503的一部分上的折射聚焦元件501的侧视图(图5C)、下侧视图(图5A)和倾斜视图(图5B)。根据某些实施方案，聚焦元件501粘附到光学间隔件503且与光学间隔件503的表面具有固定关系。在某些实施方案中，聚焦元件501与光学间隔件503的表面之间的固定关系是通过将一层光可固化材料施加到光学间隔件503、压印所述层光可固化材料以形成透镜表面并原位固化材料来实现。在一些实施方案中，聚焦元件501与光学间隔件503的表面之间的固定关系是通过由一层共同光可固化材料形成聚焦元件501和光学间隔件并固化形成的层以产生集成聚焦元件-光学间隔件组合来实现。

聚焦元件501与覆盖区505相关联，根据一些实施方案，所述覆盖区505与聚焦元件501的周界共同延伸。根据一些实施方案，覆盖区505小于聚焦元件501的周界。在某些实施方案中，覆盖区505描述大于聚焦元件501的周界的区域。

如图5A到图5C的说明性示例所示出，结构光(例如，准直光、来自投影仪的光或已穿过另一聚焦元件阵列的光)以与预定视角(在图中示出为Θ_c)相关联的角度(或角度范围)投射到聚焦元件501的透镜表面处。聚焦元件501的透镜作用将入射光聚焦在覆盖区505内的区520中。通过使用穿过聚焦元件501的结构光来产生包括接近区520的固化的光可固化材料区的图像图标，可产生根据本公开的各种实施方案的具有绝对配准的微光学系统。

虽然图5A到图5C示出在使用折射焦聚元件的微光学系统中实现人类可见的合成放大图像的角度控制的某些方面，但根据本公开的实施方案不限于此，且聚焦元件的其他配置，诸如，例如反射聚焦元件。另外，在根据本公开的一些实施方案中，可省略光学间隔件503，且可实现用于图像图标的安装表面与聚焦元件的透镜表面之间的固定关系。举例来说，取决于平凸透镜的几何形状和折射率，平凸透镜的平面侧可限定与聚焦元件的透镜表面具有固定关系的表面，在所述表面上可形成具有绝对配准的图像图标。

图6A到图6C示出根据本公开的某些实施方案的用于产生具有绝对配准的图像图标布置的图像图标的方法的操作。为了便于交叉参考，图6A到图6C中的超过一个图共同的结构以类似方式编号。

参考图6A到图6C的非限制性示例，微光学安全装置中的聚焦元件平面阵列的聚焦元件601(例如，图1中的多个聚焦元件105和微光学系统100)示出为定位在光学间隔件603上，使得聚焦元件601与光学间隔件603的底部表面605具有固定关系。在用于产生具有绝对配准的图像图标的方法的第一操作620(图6A中所示出)处，将光可固化材料615的未固化层施加到光学间隔件603的底部表面605。在一些实施方案中，在执行操作620时，将光可固化材料615施加在聚焦元件阵列的聚焦元件的所有覆盖区中，聚焦元件601是所述聚焦元件阵列的成员。在各种实施方案中，光可固化材料615仅施加到聚焦元件阵列的聚焦元件的覆盖区的子集(例如，部分层)，聚焦元件601是所述聚焦元件阵列的成员。作为操作620的一部分，在聚焦元件601的透镜表面607处从第一预定视角范围(Θ_d到Θ_e)投射与一图案(例如，对应于由微光学安全系统提供的人类可见显示的特征的图案)相关联的结构光。在一些实施方案中，聚焦元件601将光聚焦在焦点609处，且聚焦的光与光可固化材料615的未固化层之间的相互作用产生形成图像图标布置的全部或部分图像图标的固化的光可固化材料区613。根据某些实施方案，固化的光可固化材料区613具有聚焦地成锥形的侧壁轮廓。如在本公开中所使用，术语“聚焦地成锥形的”涵盖固化的光可固化材料区的横截面朝向聚焦元件的焦点的减小。在显微镜下观察时，聚焦地成锥形的图像图标可能看起来具有“橡皮糖”状形状。

如图6A到图6C的说明性示例所示出，在操作630(图6B中所示出)处，从光学间隔件603的底部表面605移除未固化的光可固化材料，留下图像图标631。在一些实施方案中，使未固化的光可固化材料失效以与图像图标631形成明显对比。由于图像图标631占据聚焦元件601的覆盖区内的预定位置，所以它通过聚焦元件601通过第一预定视角范围(即，Θ_d到Θ_e)可见。此外，因为图像图标631占据聚焦元件601的覆盖区内的预定位置，所以它通过聚焦元件601通过第二预定视角范围不可见。更简单地说，通过使固化光穿过聚焦元件来产生图像图标631，在根据本公开的某些实施方案中实现对可见性的角度控制(例如，绝对配准)。

再次参考图6A到图6C的非限制性示例，在操作640(如图6C所示出)处，将光可固化材料的保护层645施加在图像图标631外部的区中并进行泛光固化。根据各种实施方案，保护层645通过填充图像图标之间的空间来帮助维持图像图标相对于聚焦元件601的覆盖区内的预定位置的配准，从而减少图像图标的移动自由，且使图像图标更难从它们所附接的表面脱落。此外，在一些实施方案中，保护层645还通过产生在处理(例如，在卷对卷过程中)和附接到基材(例如，图1中的基材150)期间帮助阻止图像图标631从光学间隔件603的底部表面605分离的保持基质来增强微光学系统的坚固性。

图7A和图7B示出根据本公开的各种实施方案的用于在聚焦元件的覆盖区内产生第二图像图标的方法的操作。为便于交叉参考，图6A和图6B两者共同的元件以类似方式编号。根据某些实施方案，聚焦元件的覆盖区内的第二图像图标可以多种方式对微光学安全装置的操作做出贡献。

作为第一示例，在第一图像图标具有第一颜色的情况下，将具有第二颜色的第二图像图标放置在聚焦元件的覆盖区内的靠近第一图像图标的位置处可在多个聚焦元件和图像图标内聚集时产生具有第三颜色的合成放大的人类可见显示中的区，其中第三颜色是前两种颜色的混合。作为一个示例，可仅使用红色和蓝色图像图标来产生具有红色、蓝色和紫色区的人类可见显示。

作为第二示例，当在多个聚焦元件和第二图像图标内聚集时，可将第二图像图标放置在聚焦元件的覆盖区内以支持微光学安全装置提供在预定视角范围下可见和不可见的第二(或多个)人类可见显示。根据某些实施方案，聚焦元件的覆盖区内的图像图标的绝对配准允许产生多个人类可见显示，所述多个人类可见显示中的每一者在窄的预定视角范围下可见，这可产生看起来在不断移动(例如，通过旋转)或改变形状的人类可见显示的外观。

参考图7A和图7B的非限制性示例，示出用于在聚焦元件705的覆盖区703内产生具有第二颜色的第二图像图标的方法的两个操作。根据某些实施方案，在操作701(如图7A中所示出)处，将相对于第一图像图标713具有第二颜色的未固化的光可固化材料的新鲜层707施加到表面709(在这种情况下，光学间隔件711的下侧)，所述表面与聚焦元件705具有固定关系且所述表面上已形成第一图像图标713。根据某些实施方案，未固化的光可固化材料的新鲜层707的光可固化材料具有与第一图像图标713相同的特性颜色。在一些实施方案中，未固化的光可固化材料的新鲜层707的光可固化材料具有与第一图像图标713不同的特性颜色。

在一些实施方案中，作为操作701的一部分，在聚焦元件的透镜表面715处从第二预定视角范围(图中示出为从Θ_f到Θ_g的范围)投射一结构光图案(例如，对应于第二人类可见显示的可见特征的图案)的结构光。由于使结构光从第二预定视角范围穿过聚焦元件705，所以形成第二图像图标的固化的光可固化材料区717形成于覆盖区703内。

根据各种实施方案，在操作720(图7B中所示出)处，移除(例如，通过喷洗)光可固化材料层707中的未固化的光可固化材料或以其他方式使其失效，而留下第二图像图标作为对比区，所述对比区在第二预定视角范围内的视角下通过聚焦元件705可见，且在第二预定视角范围之外的一个或多个预定视角范围下通过聚焦元件705不可见。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括包括微光学聚焦元件平面阵列和第一图像图标布置的微光学安全装置，第一图像图标布置的每一图像图标包括光固化材料区，其中第一图像图标布置在相对于微光学安全装置的第一预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列可见，且其中第一图像图标布置在相对于微光学安全装置的第二预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列不可见。虽然在图7A和图7B的非限制性示例中，具有第一颜色的未固化的光材料(例如，用于产生图像图标713的材料)示出为在第一图像图标形成之后被洗掉，但根据本公开的实施方案不限于此。在某些实施方案中，可使用具有第一颜色的光可固化材料形成与多个视角相关联的多个图像图标，而无需在以不同角度投射光之间将未固化材料洗掉。在某些实施方案中，具有第一颜色的未固化材料被洗掉以产生用于具有第二颜色的未固化的光可固化材料的空间。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置与第一特性颜色相关联，且所述微光学安全装置还包括第二图像图标布置，第二图像图标布置的每一图像图标包括第二光固化材料区，其中第二图像图标布置在相对于微光学安全装置的第三预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列可见，且其中第二图像图标布置在相对于微光学安全装置的第四预定视角范围内通过微光学聚焦元件平面阵列不可见。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第二图像图标布置与第二特性颜色相关联。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的每一图像图标与微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中第二图像图标布置的每一图像图标与微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中微光学聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且其中微光学聚焦元件平面阵列的至少一个聚焦元件的覆盖区包括第一图像图标布置的图像图标和第二图像图标布置的图像图标。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置相对于微光学聚焦元件平面阵列安置成使得微光学聚焦元件平面阵列的一部分形成第一图像图标布置的一部分的合成图像。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的每一图像图标与微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中微光学聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且其中第一图像图标布置的多个图像图标安置在其相应聚焦元件的覆盖区内的不同位置处以投射合成图像、三维图像、具有移动效果的图像或具有动画效果的图像中的至少一者。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的图像图标相对于微光学聚焦元件平面阵列安置成产生具有预定“开启”周期的闪烁效果。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，所述微光学安全装置包括第一图像图标布置的图像图标之间的一个或多个光固化保护材料区。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的图像图标不设置在结构化图像图标层内。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的图像图标设置在结构化图像图标层内。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括折射聚焦元件。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括反射聚焦元件。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学安全装置，其中第一图像图标布置的图像图标包括具有聚焦地成锥形的侧壁轮廓的光固化材料区。

根据本公开的各种实施方案的微光学安全装置的示例包括如下微光学系统，其中保护层包括一层粘合剂材料。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，所述方法包括：将一层光可固化材料施加到微光学系统的与聚焦元件平面阵列具有固定关系的第一表面，其中第一表面接近聚焦元件平面阵列的聚焦元件的一个或多个焦点安置；将第一图案的结构光引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处直到所述层光可固化材料的第一部分固化以形成第一图像图标布置为止；以及从微光学系统的第一表面移除未固化的光可固化材料或使其失效，其中第一图案的结构光是从相对于聚焦元件平面阵列的第一预定视角范围被引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，所述方法包括：将第二图案的结构光引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处直到所述层光可固化材料的第二部分固化以形成第二图像图标布置为止，其中第二图案的结构光是从相对于聚焦元件平面阵列的第二预定视角范围被引导到聚焦元件平面阵列的透镜表面处。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的图像图标与第一特性颜色相关联，且其中第二图像图标布置的图像图标与第二特性颜色相关联。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的每一图像图标与聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中第二图像图标布置的每一图像图标与聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且其中聚焦元件平面阵列的至少一个聚焦元件的覆盖区包括第一图像图标布置的图像图标和第二图像图标布置的图像图标。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置相对于聚焦元件平面阵列安置成使得聚焦元件平面阵列的一部分形成第一图像图标布置的一部分的合成图像。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的图像图标相对于聚焦元件平面阵列形成于微光学系统的第一表面上的预定义位置处以产生具有预定“开启”周期的闪烁效果。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，所述方法包括将一层光可固化保护材料施加到第一表面的在第一图像图标布置的图像图标之间的部分和对所述层光可固化保护材料进行泛光固化。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，所述方法包括将粘合剂材料保护层施加到第一表面的在第一图像图标布置的图像图标之间的部分。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的图像图标形成于结构化图像图标层中。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的图像图标不形成于结构化图像图标层中。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括折射聚焦元件。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括反射聚焦元件。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的每一图像图标与聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，其中聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且其中第一图像图标布置的多个图像图标安置在其相应聚焦元件的覆盖区内的不同位置处以产生具有三维效果的合成图像。

根据本公开的各种实施方案的制造微光学系统的方法的示例包括如下方法，其中第一图像图标布置的图像图标形成有聚焦地成锥形的侧壁轮廓。

本申请中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的基本元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。此外，除非确切的词语“用于……的手段(means for)”后跟分词，否则没有权利要求旨在援引35 U.S.C.§112(f)。

Claims (20)

1.一种微光学安全装置(100)，其包括：

微光学聚焦元件平面阵列(105)；和

第一图像图标布置(120)，所述第一图像图标布置的每一图像图标(121)包括光固化材料区，

其中所述第一图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第一预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列可见(320)，且

其中所述第一图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第二预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列不可见(360)。

2.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述第一图像图标布置与第一特性颜色相关联，且所述微光学安全装置还包括：

第二图像图标布置，所述第二图像图标布置的每一图像图标(725)包括第二光固化材料区，

其中所述第二图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第三预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列可见(360)，且

其中所述第二图像图标布置在相对于所述微光学安全装置的第四预定视角范围内通过所述微光学聚焦元件平面阵列不可见。

3.根据权利要求2所述的微光学安全装置，其中所述第二图像图标布置与第二特性颜色相关联。

4.根据权利要求2所述的微光学安全装置，

其中所述第一图像图标布置的每一图像图标与所述微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述第二图像图标布置的每一图像图标与所述微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述微光学聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区(250)，且

其中所述微光学聚焦元件平面阵列的至少一个聚焦元件的所述覆盖区包括所述第一图像图标布置的图像图标(260)和所述第二图像图标布置的图像图标(265)。

5.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述第一图像图标布置相对于所述微光学聚焦元件平面阵列安置成使得所述微光学聚焦元件平面阵列的一部分形成所述第一图像图标布置的一部分的合成图像。

6.根据权利要求1所述的微光学安全装置，

其中所述第一图像图标布置的每一图像图标与所述微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述微光学聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且

其中所述第一图像图标布置的多个图像图标安置于其相应聚焦元件的所述覆盖区内的不同位置处以投射合成图像、三维图像、具有移动效果的图像或具有动画效果的图像中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述第一图像图标布置的图像图标相对于所述微光学聚焦元件平面阵列安置成产生具有预定“开启”周期的闪烁效果，或

其中所述第一图像图标布置的图像图标不设置在结构化图像层(720)内，或

其中所述第一图像图标布置的图像图标设置在结构化图像层(405)内。

8.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其还包括保护层(130)，其中所述保护层包括施加到第一表面的部分的粘合剂层或所述第一图像图标布置的图像图标之间的光固化保护材料区中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括折射聚焦元件，或

其中所述微光学聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括反射聚焦元件。

10.根据权利要求1所述的微光学安全装置，其中所述第一图像图标布置的图像图标包括具有聚焦地成锥形的侧壁轮廓的光固化材料区(713、725)。

11.一种制造微光学系统的方法，所述方法包括：

将一层光可固化材料(645)施加到所述微光学系统的与聚焦元件平面阵列(105)具有固定关系的第一表面(709)，其中所述第一表面接近所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件的一个或多个焦点安置；

将第一图案的结构光引导到所述聚焦元件平面阵列的透镜表面(715)处，直到所述层光可固化材料的第一部分固化以形成第一图像图标布置；和

从所述微光学系统的所述第一表面移除未固化的光可固化材料或使其失效，

其中所述第一图案的结构光是从相对于所述聚焦元件平面阵列的第一预定视角范围被引导到所述聚焦元件平面阵列的所述透镜表面处。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

将第二图案的结构光引导到所述聚焦元件平面阵列的所述透镜表面处，直到所述层光可固化材料的第二部分固化以形成第二图像图标布置，

其中所述第二图案的结构光是从相对于所述聚焦元件平面阵列的第二预定视角范围被引导到所述聚焦元件平面阵列的所述透镜表面处。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中所述第一图像图标布置的图像图标与第一特性颜色相关联，且

其中所述第二图像图标布置的图像图标与第二特性颜色相关联。

14.根据权利要求12所述的方法，

其中所述第一图像图标布置的每一图像图标与所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述第二图像图标布置的每一图像图标与所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区(250)，且

其中所述聚焦元件平面阵列的至少一个聚焦元件的所述覆盖区包括所述第一图像图标布置的图像图标(260)和所述第二图像图标布置的图像图标(265)。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一图像图标布置相对于所述聚焦元件平面阵列安置成使得所述聚焦元件平面阵列的一部分形成所述第一图像图标布置的一部分的合成图像。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一图像图标布置的图像图标相对于所述聚焦元件平面阵列形成于所述微光学系统的所述第一表面上的预定义位置处以产生具有预定“开启”周期的闪烁效果，或

其中所述第一图像图标布置的图像图标形成于结构化图像图标层(405)中，或

其中所述第一图像图标布置的图像图标不形成于结构化图像图标层中。

17.根据权利要求11所述的方法，其还包括：

将保护层(130)施加到所述第一表面的部分，其中所述保护层包括施加到所述第一表面的部分的粘合剂层或所述第一图像图标布置的图像图标之间的泛光固化的光可固化保护材料区中的至少一者。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括折射聚焦元件，或

其中所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件包括反射聚焦元件。

19.根据权利要求11所述的方法，

其中所述第一图像图标布置的每一图像图标与所述聚焦元件平面阵列的聚焦元件相关联，

其中所述聚焦元件平面阵列的每一聚焦元件具有覆盖区，且

其中所述第一图像图标布置的多个图像图标安置于其相应聚焦元件的所述覆盖区内的不同位置处以投射合成图像、三维图像、具有移动效果的图像或具有动画效果的图像中的至少一者。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一图像图标布置的图像图标(713、725)形成有聚焦地成锥形的侧壁轮廓。

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