TW201314196A

TW201314196A - 光學可變實體驗證裝置及方法

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Publication number: TW201314196A
Application number: TW101135276A
Authority: TW
Inventors: Edgar Mueller; Claude-Alain Despland; Pierre Degott
Original assignee: Sicpa Holding Sa
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-01
Also published as: CN103827928A; BR112014006580A2; WO2013045082A1; CA2848923C; KR20140081838A; HK1198376A1; AU2012314907B2; AR088054A1; US20140233033A1; AU2012314907A1; RU2014116904A; MA35436B1; US9228901B2; PH12014500677A1; AU2012314907A8; JP2014532169A; CA2848923A1; BR112014006580B1; MX2014003456A; CN103827928B

Abstract

本發明揭露一種用於以改變觀察角度而展示色移的光學可變實體的驗證裝置，該裝置包括一光折射性材料的板，所述板具有兩個表面和在所述表面中的至少一者上光折射性突起或凹陷的一陣列，並且該板被設置在所述裝置內，以便在彼此一側地，提供一直接觀察和通過所述板到達至少部分所述光學可變實體的一觀察，通過所述板的所述觀察係一有角度偏離的觀察，所述有角度偏離的觀察由在所述突起或凹陷處的光折射產生。另外揭露的是一種驗證一光學可變實體的方法，連同為驗證一光學可變實體而使用板，且該板具有兩個平行的表面，和在所述表面中的至少一者上陽性或陰性的光折射性突起或凹陷的一陣列。

Description

光學可變實體驗證裝置及方法

本發明涉及安全檔驗證的領域。具體地，它係針對用於驗證一光學可變實體的一簡單裝置及方法，該實體若觀察角度改變時會展示一個色移。

用於同時地確定在兩種不同觀察角下的一光學可變實體的不同顏色的一簡單的觀察裝置及一方法已經被揭露在第5,596,402A號美國專利中(Markantes等人)。該裝置實質上使用一鏡子以同時允許在一第一觀察角下對該光學可變實體的一直接觀察，和藉由該鏡子在一第二觀察角下對該相同實體的一間接觀察。該光學可變實體的驗證藉由比較察覺的兩種顏色與兩種參照顏色而進行。

習知技術中的這種裝置具有的缺點係需要在兩種不同的視角下，比較該光學可變實體的該等顏色，也就是說，待比較的兩種圖像沿著一個方向具有不同的尺寸。

這種裝置的一另外缺點係對於容納上述的直接和間接觀察相關的光學路徑之相當大的體積要求。

習知技術中的這種裝置的另外缺點係它僅限於人類使用，而不適合於將其本身用於簡單的機器驗證。

與習知技術相關的上述問題藉由本發明得以解決，根據對應的隨附的獨立申請專利範圍，本發明提供了一裝置，一對應的方法，及所述裝置的用途，它們各自用於驗證一光學可變實體。

具體地，用於以改變觀察角而展示色移的一光學可變實體的驗證的裝置，其包括一光折射性材料的板，所述板具有兩個表面和在至少一個所述表面上的光折射性突起或凹陷的一陣列，並且它們被置於所述裝置中，以便在彼此一側，提供一直接觀察和穿過所述板到達至少部分所述光學可變實體的一觀察，穿過所述板的所述觀察係一有角度偏離的觀察，所述有角度偏離的觀察由在所述突起或凹陷處的光折射而產生。

相應地，為了驗證一光學可變實體，必須在至少兩個不同的觀察角度評價其顏色，較佳的是，與實體的表面成大約直角的一第一觀察角度，和與所述表面成傾斜角的一第二觀察角度。為了同時在所述兩個觀察角度下觀察該光學可變實體，部分來自該光學可變實體的光，必須從所述傾斜角向所述直角偏離。根據習知技術，所述偏離可以藉由一鏡子或藉由一棱鏡產生，從而要求對應長度的光學路徑。在本發明中，於光折射性材料板的突起或凹陷的之平坦陣列，其被用於產生從傾斜到直角的所述偏離。

為了實用的原因，該板較佳係具有兩個可目視平行表面的一平面板。分別凹陷在所述板的表面上的該等光折射性突起，其用作以得到離開直角方向的直角入射光的一偏離。這樣的突起或凹陷的實例係一維或二維微棱鏡的陣列，或一維或二維的透鏡狀陣列。然而，微棱鏡將在其面直角入射的光折射進入有別於直角的預定不連續方向，透鏡將直角入射的光折射進入有別於直角的連續方向。該等實施方式兩者都有益於得到一特定的「有角度的觀察」，或者在本發明所揭示的上下文中該光學可變實體上的某種平均的「有角度的觀察」。

本發明另外的實施方式和優點由所附的從屬申請專利範圍提供。

發明詳述

本發明以光折射原理為基礎。參考圖1，穿過具有第一折射率n1的一第一介質和具有第二折射率n2的一第二介質間之的邊界表面的光束係根據司乃爾折射定律改變它的傳播方向：n1^＊sin(α1)=n2^＊sin(α2)；在該第一和在該第二介質中光束的角度α1,α2分別相對於對所述邊界表面的直角方向而測量。

圖2顯示在本發明的一示範性實施例中，司乃爾折射定律是如何應用，從直角的觀察位置至配置於一基底S之光學可變實體O上的一有角度的觀察。該棱鏡板P折射光線1，以相對於該光學可變實體O的表面成90°的直角在P入射，例如以小於90°的入射角θ投向所述光學可變實體O上。類似地，從所述光學可變實體O以相對該光學可變實體的表面成小於90°的角θ反射來的光線2，其藉所述棱鏡板P被重新定向為朝向該光學可變實體的表面成直角的方向。

圖3示出了根據本發明以用肉眼視覺驗證的光學可變實體O而可視覺驗證的驗證裝置之一第一首要實施方式，該光學可變實體O具有兩部分O1和O2，且被置於一基底S上。該驗證裝置包括在其表面上具有一微棱鏡陣列的一板P，且設置成緊密地覆於該光學可變實體O上，以此方式，可允許其相對於所述光學可變實體O的相對移動。該觀察者，也就是驗證的人，在大約直角的觀察處看該光學可變實體，即可判斷出(並且如果需要，與參考顏色比較)在沒有所述板P的情況下，從直角方向觀察也就是在其O1部分並且以相對於該基底的表面成90°地觀察到的該光學可變實體O的一第一顏色，以及在其O2部分並且以小於90°的所述觀察角θ地穿過所述板P觀察到的該光學可變實體O的一第二顏色。

在一較佳的實施方式中，在其表面具有光折射性突起或凹陷陣列的板可分別實施成為一陽性壓花(對於突起)或陰性壓花(對於凹陷)的聚碳酸酯(PC)塑膠板。聚碳酸酯具有在1.58至1.60範圍中的折射率n。具有在1.5至1.80範圍中的折射率之其他熱塑性聚合物，尤其是聚醚醚酮(PEEK)、聚碸(PSU)、聚萘二甲酸乙二醇酯聚酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚醯胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚胺基甲酸酯(PUR)、聚丙烯(PP)以及各種丙烯酸聚合物亦可被使用，只要它們在可見光譜範圍400 nm至700 nm中是透明的。該熱塑性聚合物也可以是包括所述有機聚合物中的一種或其等混合物的複合材料，以及折射率提高的無機奈米微粒材料，例如奈米晶體二氧化鈦TiO2，該無機奈米微粒材料具有2.0或更高的折射率，且粒子尺寸在50奈米以下，以避免在單獨粒子的光散射效應。

該熱塑性聚合物可被形成，即在其玻璃化轉換溫度以上的溫度，被壓花形成。該玻璃化轉換溫度(Tg)係技術人員已知的，因為在此溫度以上，該熱塑性聚合物從一準固體(剛性)轉變成一準液體(可塑造的)狀態。該所要求的突起或凹陷的表面結構，例如一微棱鏡陣列可因此被形成，即被壓花在一熱塑性板內，例如借助於在其表面帶有一紋理結構的一熱軋機。有益於壓花的玻璃化轉換溫度通常於60℃以上，較佳的是80℃以上。聚碳酸脂(PC，“萊克桑”，“模克隆”)具有150℃的玻璃化轉換溫度Tg，而PET具有大約70℃的Tg且PVC具有大約80℃的Tg。

這個實施方式的另外可替代的變體如圖9所示。根據本實施方式的用於視覺驗證被置於一基底S上的一光學可變實體O的該驗證裝置包括在其表面具有一微棱鏡陣列的一板P，該板配置成相對於該光學可變實體O有一傾斜角Φ。觀察者，也就是驗證的人，在大約直角的觀察處看該光學可變實體，即可判斷出(並且如果需要，與參考顏色比較)在沒有所述板P的情況下，從觀察點2在直角方向(即在該光學可變實體O的部分O1且在相對基底S的表面成90°的角度)觀察的該光學可變實體的一第一顏色，以及在該光學可變實體O的部分O2且在小於90°的所述觀察角θ下，通過所述板P從觀察點1觀察的該光學可變實體的一第二顏色。對於該板P和該基底S的表面之間的傾斜角Φ最有用的數值在0°到60°範圍之間。具有一傾斜板P的“開放式”實施方式，允許該光學可變實體O的照明不僅通過該板，而且還在鏡面條件下，允許從側面來而不需要照光，在到達該光學可變實體並且照亮它前先要穿透該板。這提供的優點係具有直接在該光學可變實體上該照明光的最大強度，它提高了該驗證裝置的一使用者對該光學可變實體所依賴的光學效應的感知能力，從而保證一更公平更可信賴並且更快的驗證，並且不需要該使用者首先要使用更適宜的照明條件。因此，例如該驗證也可以發生在具有一弱照明條件的地方。

參照圖4，揭露了根據本發明的驗證裝置的一第二主要的實施方式。這個驗證裝置可以用於在一基底S上的光學可變實體O的機器驗證，例如在一自動化貨幣識別機(acceptor)中的應用。根據本實施方式的該驗證裝置，其包括一第一光源L，該第一光源L被設置用於以大約直角入射並通過在其表面具有一微棱鏡陣列的一板P以照亮所述光學可變實體O，所述板P被緊密地置於該光學可變實體O上；一第一光探測器D被設置成接收從所述光學可變實體O以大約直角入射通過所述板P的光；一第二光源L’被設置成直接以大約直角入射地照亮所述光學可變實體O；一第二光探測器D’被設置用來直接接收從所述光學可變實體O以大約直角入射的光。光源L，L’以及光探測器D，D’與一處理器μP相連接，該處理器μP帶有記憶體和一或多個程式以進行該驗證操作。

在這個實施方式的一變體中，一個單一的光源L可以作為通過所述板P的照明和該光學可變實體O的直接照明兩者的照明光源。

類似地，在這個實施方式的另外一變體中，一個單一的光探測器D可以用來接收從所述光學可變實體O反射來的通過所述板P的光，並且接收從所述光學可變實體O直接反射來的光。

根據這個實施方式的另外一變體，可以使用一個單一的光源L和一個單一的光探測器D，例如藉由使所述板P來回運動，從而可以實現對被反射通過所述板P的光和直接被反射的光連續評估。

較佳的是，該一或多個光源L，L’中的至少一個光源係一寬頻發射體，例如一白熾燈光源或者一白光LED。

另外，較佳的是，該一或多個光探測器D，D’中的至少一個光探測器係一紅-綠-藍(RGB)顏色感測器，例如被用來評估在人類能感知的國際照明委員會1976年(CIELAB)所製定顏色空間中的一顏色。

可替代地，該一或多個光探測器D，D’中的至少一個光探測器可以是更擴展光譜感測器，例如實施成在人類感知的波長範圍(400 nm至700 nm)內傳送複數個波長/強度數值的一微分光計。在這個實施方式的一變體中，所述一或多個光感測器傳送在200 nm至2’500 nm的一擴展的波長範圍內的複數個波長/強度數值。

在這個實施方式的另外一變體中，該一或多個光探測器D，D’中的至少一個光探測器係一寬頻光強度探測器，並且所述一或多個光源L，L’中的至少一個光源係一光譜可變的光源。在這個變體的一第一次變體中，該一或多個光源中的至少一個光源包括一紅，一綠，以及一藍LED，它們順序地被打開和關閉，並且對應這至少一個光源的該一或多個光探測器係寬頻矽光電池。以這種方式，藉由測量在紅，綠和藍光照明下的反射的光強度，可與人類感知的國際照明委員會1976年(CIELAB)製定的顏色空間比較的一顏色得以被評價。在這個變體的一第二次變體中，該一或多個光源中的至少一個光源包括在不同於對應RGB的波長上發光的多個LED，包括在可見光譜範圍之外，在紫外和/或紅外光譜範圍內並且在200 nm至2’500 nm的光波長範圍內，並且對應的一或多個光探測器被選擇為對所述多個LED發出的光敏感，以對它們中每一個測量相對的反射光強。

在其基底S上所述光學可變實體O可為相對於該驗證裝置而可移動地設置，該驗證裝置包括板P，該一或多個光源L，L’，該一或多個光探測器D，D’，以及該處理器μP，使得所述驗證裝置能掃描在其基底S上所述光學可變實體O。這樣的掃描可以藉由拖動該光學可變實體通過該驗證裝置的手動，或者借助於一電動輸送機而進行；此後者方案在一自動化貨幣識別機的情況是較佳的。

所述光折射性材料板在其表面中的至少一個表面上帶陽性或陰性光折射性壓花。所述壓花可以是一種一維對稱的“屋頂式”結構，如圖5a所示；或者一種非對稱的“屋頂式”結構，如圖5b所示。

可替代地，該板具有一種二維結構，例如圖6a所示正方形棱鏡的陣列，或如圖6b所示三角形棱鏡的陣列。該板的一維光折射結構使來自或成直角地入射該板的一方向中的光偏離，而二維結構使光來自或成直角地入射至該板的多於一個方向中的光偏離。該等特徵都可以有利地應用在特定的實施方式中。特別地，該一維結構適合於圖9中的實施方式，而二維結構在圖2和圖8中的實施方式中提供改善的鏡面照明。

然而本發明並不局限於具有平面表面的幾何圖形的壓花，其他非平面表面的合適結構如圖7a中所示的一種一維透鏡狀陣列，或圖7b中所示的一種二維透鏡狀陣列也適合被要求用於實施本發明之光折射性材料的板。

另外，本發明不侷限於使用光折射性材料的單一板。參照圖8，兩個或多個這樣的板P1，P2可被結合，也就是相互堆疊，以得到直角入射光束之更強的偏離，並且因此在一較低的觀察角度，探測在其基底S上該光學可變實體O的顏色。

在本發明的另外一樣態中，揭露了用於在改變觀察角時展示色移的一光學可變實體的驗證方法。該方法包括步驟有：將一光折射性材料的板設置於該光學可變實體上，所述板具有兩個表面和在所述表面中的至少一者上光折射性突起或凹陷的陣列，以便在彼此一側地，提供一直接觀察和穿過所述板到達至少部分所述光學可變實體的一觀察，通過所述板的所述觀察係一有角度偏離的觀察，所述觀察由在所述該等突起或凹陷處的光折射而產生。

該光學可變實體較佳的是藉由將在直接觀察到，和通過所述板之有角度偏離而觀察到的光，與對應參考顏色相比較而被驗證。

在該方法的另外一實施方式中，該光學可變實體在直接觀察和在有角度偏離的觀察中的該等顏色藉由一自動化裝置評價，該自動化裝置包括光源L，L’，光探測器D，D’)，以及一處理器μP，該處理器μP帶有記憶體和一個或多個程式以進行該驗證操作。再一次，如上所述的與根據本發明的驗證裝置的該第二主要的實施方式相關的情形，還可以使用一單一光源和/或一單一光探測器。

最後，在本發明的另外一方面，揭露為驗證一光學可變實體，使用光折射性材料板，所述板具有兩個表面和在所述表面中的至少一者上光折射性突起或凹陷的一陣列，以便在彼此一側地，提供一直接觀察和穿過所述板到達至少部分所述光學可變實體的一觀察，通過所述板的所述觀察係一有角度偏離的觀察，所述有角度偏離的觀察由在所述突起或凹陷處的光折射而產生。

實例

下面，本發明進一步使用兩個經選擇的用於該驗證裝置的實例來說明。然而，該等實例只作為進一步說明本發明並且本發明的範圍絕不不局限於該等實例。

實例1根據圖3所示，一種用於在一安全檔上光學可變印刷特徵的視覺驗證的一裝置，其構成如下：兩片 “路明德導引調諧膜20°”，具有圖5b所示結構的一塑膠膜(它可由加利福利亞州托明斯市的路明德公司購得)根據圖8所示組裝在一起，例如獲得產生相對直角入射的總共40°偏離的一光折射板。將這樣得到的板安裝在一支撐結構上，以保持其剛性和直立，並且允許其在帶有所述光學可變實體的一紙幣上滑過。藉由在該紙幣上滑動該板，該光學可變特徵在垂直入射和40°角入射的顏色可以在視覺上進行比較。

在實例1的一可替代實施方式中，如圖9中所示，兩片“路明德導引調諧膜20°”根據圖8所示組裝在一起，以獲得產生相對直角入射，總共40°偏離的一光折射板。該板以45°的一傾斜角Φ安裝，以允許該光學可變實體使用來自側面的充足的光自由照明，也就是藉由不需要在到達並且照亮該光學可變實體之間首先穿過所述板的光。

所述光學可變印刷特徵可以例如是根據EP-A-0227423，US 5,279,657，WO 95/29140或WO 2007/131833揭露的藉由印刷油墨形成；該油墨包括根據美國專利US 4,705,300；US 4,705,356；US 4,721,217及其相關揭露的片狀薄膜光學干涉片斷。

實例2根據圖4所示，一種用於在安全上光學可變特徵的機器驗證的一裝置，其藉由從實例1的裝置中添加如下裝置來獲得：作為一光源(L)的一白光LED(Roithner Laser Technik公司，維也納B5-430-JD)，作為一光探測器(D)的一RGB顏色感測器(Hamamatsu公司的S9702)，以及一微處理器(Analog Devices公司的ADuC812)，該處理器帶有記憶體和程式並作為一處理單元(μP)以用來進行該驗證操作。

O‧‧‧光學可變實體

O1‧‧‧部分

O2‧‧‧部分

P‧‧‧板

P1‧‧‧板

P2‧‧‧板

S‧‧‧基底

L‧‧‧第一光源

L’‧‧‧第二光源

1‧‧‧光線

2‧‧‧光線

D‧‧‧第一光探測器

D’‧‧‧第二光探測器

μP‧‧‧處理器

Φ‧‧‧傾斜角

圖1示例說明司乃爾折射定律；圖2示意說明瞭本發明的工作原理；圖3示意出根據本發明的用於一光學可變實體的視覺驗證的一驗證裝置；圖4示意出根據本發明的用於藉由機器驗證一光學可變實體的一驗證裝置；圖5a-5b展示了根據本發明的實施方式的一維壓花板，其中圖5a示出一對稱的“屋頂式結構”，圖5b示出一非對稱“屋頂式結構”；圖6a-6b展示了根據本發明的實施方式的二維壓花板，其中圖6a示出了一正方形棱鏡的陣列，並且圖6b示出了一種三角形棱鏡的陣列；圖7a-7b展示了根據本發明的實施方式的透鏡狀陣列板，其中圖7a示出了一種一維透鏡狀陣列，並且圖7b示出了一種二維透鏡狀陣列；圖8示意說明瞭使用兩個疊式陣列板以提高該有角度的偏離；圖9示意出根據本發明的用於一光學可變實體的視覺驗證的一替代的驗證裝置。

S‧‧‧基底

O‧‧‧光學可變實體

O1‧‧‧部分

O2‧‧‧部分

P‧‧‧板

Claims

一種用於機械驗證在基板(S)上的光學可變實體(O)的裝置，該裝置包括：-光折射性材料板(P)，在其表面上具有微稜鏡陣列，-至少一個光源(L)，其能直接及/或經由該板(P)照射該光學可變實體(O)；-至少一個光偵測器(D)，其能直接及/或經由該板(P)接收從該光學可變實體(O)反射的光。
如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一光源(L)係配置成以便經由該板(P)以約正交入射照射該光學可變實體(O)，且其中該裝置更包括第二光源(L’)，其配置成以便以約正交入射直接照射該光學可變實體(O)。
如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之裝置，其中該第一光偵測器(D)係配置成以便經由該板(P)以約正交入射接收來自該光學可變實體(O)的光，且其中該裝置更包括第二光偵測器(D’)，其配置成以便以約正交入射直接接收來自該光學可變實體(O)的光。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之裝置，其中該等光源(L、L’)之至少一者係一諸如白熾光源或白光LED的寬頻發射體。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之裝置，其中該等光偵測器(D、D’)之至少一者係一紅-綠-藍的顏色感測器。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之裝置，其中該等光偵測器(D、D’)之至少一者係一具延伸光譜的感測器，其傳遞在200nm至2500nm波長範圍內的複數個波長/強度值。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之裝置，其中該等光偵測器(D、D’)之至少一者係一寬頻光強度偵測器，且該等光源(L、L’)之至少一者係一光譜可變的光源。
如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該光譜可變的光源包括紅、綠及藍光LED，其能夠被依序地開啟及關閉，且其中該寬頻光強度偵測器係一寬頻矽光單元(photocell)。
如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該光譜可變的光源包括多個LED，其發射200nm至2500nm波長範圍內之波長，不同於對應於紅、綠及藍光外的波長。
如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之裝置，其中該光折射性材料板P帶有以1維結構形式或2維紋理形式之正或負的光折射壓花。
一種用於驗證以改變的觀察角度而展示色移的光學可變實體的方法，該方法包括將一光折射性材料的板設置在該光學可變實體上的步驟，該板具有兩個表面和在該等表面之至少一者上的光折射性突起或凹陷的一陣列，以便在彼此一側地，提供一直接觀察和通過該板到達至少部分該光學可變實體的一觀察，通過該板的所述觀察係一有角度偏斜的觀察，該有角度偏斜的觀察由在該突起或凹陷處的光折射產生。
如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該板以相對於該光學可變實體一傾斜角而設置。
如申請專利範圍第11或12項所述之方法，其中在直接觀察和在有角度偏斜的觀察的情況，該光學可變實體的該等顏色係藉由一自動化裝置進行評價，該自動化裝置包括多個光源(L)，多個光偵測器(D)，以及一處理器(μP)，該處理器(μP)能以記憶體和程式完成該驗證操作。
如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該光學可變實體係經借助於電運輸器的自動裝置而拉出。
一種使用光折射性材料板作為驗證一光學可變實體之用途，該板具有兩個表面和在該等表面之至少一者上之光折射性突起或凹陷的一陣列，以便在彼此一側地，提供一直接觀察和一通過該板到達至少部分該光學可變實體的觀察，通過該板的該觀察係一有角度偏斜的觀察，該有角度偏斜的觀察由在該突起或凹陷處的光折射產生。