光學可變實體鑒定裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于鑒定隨視角變化而呈現(xiàn)色移的光學可變實體的裝置，所述裝置包括：光折射材料板，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列并且被設置在所述裝置中，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射得到的角偏轉視圖。還公開了一種用于鑒定光學可變實體的方法，以及這樣的板用于鑒定光學可變實體的用途：所述板具有兩個平行表面以及在至少一個所述表面上的正或負光折射凸起或凹陷的陣列。
【專利說明】光學可變實體鑒定裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及安全文件鑒定(security document authentication)領域。具體地，本發(fā)明涉及用于鑒定這樣的光學可變實體的簡單裝置和方法:如果觀看角度變化，所述光學可變實體呈現(xiàn)色移(color shift)。
【背景技術】
[0002]在US5, 596, 402A (Markantes等)中已經公開了用于同時確定在兩個不同觀看角度下光學可變實體的不同顏色的簡單觀看裝置和方法。所述裝置實質上使用反射鏡來同時允許在第一觀看角度下直接觀看所述光學可變實體以及在第二觀看角度下通過所述反射鏡間接觀看同一實體。通過比較用兩個基準色感覺出來的兩種顏色，進行所述光學可變實體的鑒定。
[0003]該現(xiàn)有技術裝置具有如下缺點:需要比較在兩個不同觀點下的光學可變實體的顏色，即要比較的兩個圖像沒有沿著一個方向相同的尺寸。
[0004]該裝置的另一個缺點是:其需要相當大的體積來容納與上述直接觀看和間接觀看相關的光路。
[0005]該現(xiàn)有技術裝置的另一個缺點是:其受限于人的使用，其本身不適合于容易的機器鑒定。

【發(fā)明內容】

[0006]通過本發(fā)明克服了與現(xiàn)有技術相關的上述問題，本發(fā)明根據對應的所附獨立權利要求提供了裝置、對應的方法以及所述裝置的用途，其中的每一個均用于鑒定光學可變實體。
[0007]具體地，公開了用于鑒定隨視角變化而呈現(xiàn)色移的光學可變實體的裝置，所述裝置包括:光折射材料板，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列并且被設置在所述裝置中，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖(view)和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射得到的角偏轉視圖。
[0008]因此，為了鑒定光學可變實體，必須為至少兩個不同視角評估其顏色，優(yōu)選第一視角大約垂直于所述實體的表面，第二視角與所述表面成斜角。為了同時在兩個所述視角下看到所述光學可變實體，來自所述光學可變實體的光的一部分必須從所述斜角偏轉到所述垂直角。根據現(xiàn)有技術，可以通過反射鏡或通過棱鏡造成所述偏轉，需要對應長度的光路。在本發(fā)明中，使用光折射材料板中的凸起或凹陷的平坦(flat)陣列來產生從斜角到垂直角的所述偏轉。
[0009]由于實際原因，所述板優(yōu)選是具有兩個宏觀平行表面的平面板。所述板的表面上的光折射凸起或凹陷分別用于獲得垂直入射光從垂直方向的偏轉。這些凸起或凹陷的例子是I維或2維微棱鏡陣列，或者I維或2維透鏡陣列。微棱鏡在其面處將垂直入射光折射到除了垂直方向之外的確定的離散方向上，而透鏡將垂直入射光折射到除了垂直方向之外的連續(xù)方向上。對于獲得本發(fā)明上下文中的光學可變實體上的特定“角視圖”或者某種類型的平均“角視圖”，這兩種實施例都是有用的。
[0010]通過從屬權利要求提供了本發(fā)明的另外的實施例和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1例示了斯涅耳(Snellius)折射定律；
[0012]圖2示意性地描繪了本發(fā)明的工作原理；
[0013]圖3示意性地示出了根據本發(fā)明的用于視覺鑒定光學可變實體的鑒定裝置；
[0014]圖4示意性地示出了根據本發(fā)明的用于通過機器鑒定光學可變實體的鑒定裝置；
[0015]圖5a_5b示例出根據本發(fā)明實施例的I維壓印板(embossed plate),其中圖5a示出了對稱的“屋頂結構”，圖5b示出了不對稱的“屋頂結構”；
[0016]圖6a_6b示例出根據本發(fā)明實施例的2維壓印板，其中圖6a示出了方形棱鏡陣列，圖6b示出了三角形棱鏡陣列；
[0017]圖7a_7b示例出根據本發(fā)明實施例的透鏡陣列板，其中圖7a示出了 I維透鏡陣列，圖7b示出了 2維透鏡陣列；
[0018]圖8示意性描繪了使用兩個堆疊的陣列板來增大角偏轉；
[0019]圖9示意性地示出了根據本發(fā)明的用于視覺鑒定光學可變實體的備選鑒定裝置。`【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明基于光學折射原理。參考圖1，穿過具有第一折射率Ii1的第一介質與具有第二折射率n2的第二介質之間的界面的光束，根據斯涅耳折射定律改變其傳播方向:nfsir^ a α 2),光束在第一和第二介質中的角度CtpCt2分別是相對于所述界面的垂直方向測量的。
[0021]圖2示例出在本發(fā)明的示例性實施例中如何采用斯涅耳折射定律來從垂直觀看位置獲得設置在基板S上的光學可變實體O的有角度的視圖。棱鏡板P折射以相對于光學可變實體O的表面成90°的直角在P處入射的光線1，使其在小于90°的角度0落在所述光學可變實體O上。類似地，以小于90°的相對于光學可變實體O的表面的角度Θ從所述光學可變實體O反射的光線2，被所述棱鏡板P重新定向到與所述光學可變實體的表面垂直的方向。
[0022]圖3示例出根據本發(fā)明的用于使用另外的肉眼對光學可變實體O進行視覺鑒定的鑒定裝置的第一原理性實施例，該光學可變實體O具有兩個部分O1和02，并且被設置在基板S上。所述鑒定裝置包括其表面上具有微棱鏡陣列的板P，該板P被貼近地(closely)設置在所述光學可變實體的上方，使得允許其相對于所述光學可變實體O相對移動。以大約垂直觀看角度看著所述光學可變實體的觀察者，即鑒定人，現(xiàn)在能夠判斷在沒有所述板P的情況下、在垂直觀看角度下(即，在其部分O1處并且以相對于基板表面成90°的角度)所看到的光學可變實體的第一顏色以及在其部分O2處并且在小于90°的所述視角Θ下通過所述板P所看到的光學可變實體O的第二顏色，并且如果需要，將所述第一和第二顏色與基準色進行比較。[0023]在優(yōu)選實施例中，在其表面上具有光折射凸起或凹陷的陣列的板可以分別被實現(xiàn)為正壓印(對于凸起)或負壓印(對于凹陷)的聚碳酸酯(PC)塑料板。聚碳酸酯具有在1.58到1.60的范圍內的折射率η。也可以使用其它具有1.50-1.80范圍內的折射率的熱塑性聚合物，尤其是聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSU)、聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PUR)、聚丙烯(PP)，以及各種丙烯酸聚合物，只要它們在從400nm到700nm的可見光譜范圍內是透明的即可。所述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混合物以及折射率增加的無機納米顆粒材料的復合材料，所述無機納米顆粒材料例如是納米晶TiO2,其具有2.0或更高的折射率以及低于50nm的顆粒尺寸以防止在單個顆粒處的光散射效應。
[0024]所述熱塑性聚合物可以在其玻璃轉變溫度以上形成，即，被壓印。本領域技術人員公知玻璃轉變溫度(Tg)是這樣的溫度:在該溫度以上，熱塑性聚合物從準固體(剛性)變成準液體(可模制的)狀態(tài)。因此，例如借助于在其表面上帶有母紋理的熱輥，可以將諸如微棱鏡陣列的凸起或凹陷的所需表面紋理由此形成(即，壓印)到熱塑性板中。對于壓印有用的玻璃轉變溫度通常在60°C以上，優(yōu)選在80°C以上。聚碳酸酯(PC、“Lexan”、“Macrolon”)的玻璃轉變溫度Tg為150°C，而PET的Tg為約70°C，并且PVC的Tg為約80°C。
[0025]在圖9中示例出該實施例的備選變型例。根據該實施例的用于視覺鑒定基板S上的光學可變實體O的鑒定裝置包括在其表面上具有微棱鏡陣列的板P，該板以相對于所述光學可變實體O傾斜角Φ設置。以大約垂直觀看角度觀看光學可變實體的觀察者，即鑒定人，現(xiàn)在能夠判斷在沒有所述板P的情況下、在垂直觀看角度下(即，在光學可變實體O的部分O1處并且以相對于基板S表面成90°的角度)從視點2所看到的光學可變實體的第一顏色以及在光學可變實體O的部分O2處且在小于90°的所述視角Θ下通過所述板P從視點I所看到的光學可變實體的第二顏色，并且如果需要，將所述第一和第二顏色與基準色進行比較。板P與基板S表面之間的傾斜角Φ的最有用的值在0°到60°的范圍內。具有傾斜的板P的“開放的”實施例不僅允許透過板照射光學可變實體0，還允許在反射條件(specular condition)下，附加地從側面照射光學可變實體O,而不需要照射光在到達光學可變實體并且照射光學可變實體之前首先穿過所述板。這樣提供的優(yōu)點是，使最大強度的光直接在光學可變實體上，這增強了鑒定裝置的使用者對光學可變實體的鑒定所依賴的光學效應的感知，因此確保了更加可靠且更加快速的鑒定，而不需要使用者首先應用更佳的照明條件。因此，例如，在照明差的地方也可以進行鑒定。
[0026]參考圖4，公開了根據本發(fā)明的鑒定裝置的第二原理性實施例。該鑒定裝置可以用于基板S上的光學可變實體O的機器鑒定，即在自動貨幣接收器中使用。根據該實施例的鑒定裝置包括:第一光源L，其被設置成通過板P以大約垂直入射角照射所述光學可變實體0，所述板P在其表面上具有微棱鏡陣列，所述板P被貼近地設置在所述光學可變實體O上方；第一光探測器D，其被設置成通過所述板P以大約垂直入射角從所述光學可變實體O接收光；第二光源L’，其被設置成以大約垂直入射角直接照射所述光學可變實體O ;第二光探測器D’，其被設置成以大約垂直入射角直接從所述光學可變實體O接收光。光源L、L’以及光探測器D、D’被連接到處理器μ P，利用存儲器以及一個或多個程序來使得所述處理器μP能夠執(zhí)行鑒定操作。
[0027]在該實施例的一個變型例中，單個光源L可以用作這兩種照明的照明源:通過所述板P進行的照明以及對光學可變實體O的直接照明。
[0028]類似地，在該實施例的另一個變型例中，單個光探測器D可以用于接收通過所述板P從所述光學可變實體O反射的光，并且用于接收從所述光學可變實體O直接反射的光。
[0029]根據該實施例的另一個變型例，可以通過例如前后移動所述板P，使用單個光源L和單個光探測器D，實現(xiàn)對通過所述板P反射的光和直接反射的光的順序評估。
[0030]優(yōu)選地，所述一個或多個光源L、L’中的至少一個是寬帶發(fā)射器，例如白熾光源或白光LED。
[0031]此外，優(yōu)選所述一個或多個光探測器D、D’中的至少一個是紅-綠-藍(RGB)色傳感器，例如，被用于評估在人類感知的CIE1976 (CIELAB)色彩空間中的顏色。
[0032]或者，所述一個或多個光探測器D、D’中的至少一個可以是光譜范圍更廣的傳感器，例如通過傳遞人類感知的波長范圍(400nm-700nm)內的多個波長/強度值的微型光譜儀實現(xiàn)。在該實施例的一個變型例中，所述一個或多個光傳感器傳遞在200nm到2500nm的擴展的光學波長范圍內的多個波長/強度值。
[0033]在該實施例的又一個變型例中，所述一個或多個光探測器D、D’中的至少一個是寬帶光強度探測器，并且所述一個或多個光源L、L’中的至少一個是光譜可變光源。在該變型例的第一子變型例中，所述一個或多個光源中的至少一個包括紅光、綠光和藍光LED，它們被順序打開和關閉，并且對應于該至少一個光源的所述一個或多個光探測器是寬帶硅光電池。這樣，通過測量紅光、綠光和藍光照明下的反射光強度，可以評估與人類感知的CIE1976 (CIELAB)色彩空間相當的顏色。在該變型例的第二子變型例中，所述一個或多個光源中的至少一個包括發(fā)射除了與RGB對應的波長之外的其它波長的LED，這些其他波長包括在200nm到2500nm的光學波長范圍內的在可見光譜之外、在UV和/或IR光譜范圍中的波長，并且對應的一個或多個光探測器被選擇成對由所述LED發(fā)射的光敏感以便測量它們中每一個的相對反射光強度。
[0034]所述位于其基板S上的光學可變實體O可以相對于包括板P、所述一個或多個光源匕1；、所述一個或多個光探測器0、0’以及所述處理器μ P的鑒定裝置可移動地設置，以便使得所述鑒定裝置能夠掃描位于其基板S上的所述光學可變實體O。這種掃描可以通過拉拽所述光學可變實體通過所述鑒定裝置而手動地進行、或者借助于電氣傳送裝置進行；在自動貨幣接收器的情況下，該后一種選擇是優(yōu)選的。
[0035]所述光折射材料板在其至少一個表面上帶有正或負光折射壓紋。所述壓紋可以采用諸如圖5a中所示的I維對稱“屋頂結構”的形式；或者采用諸如圖5b中所示的I維非對稱“屋頂結構”的形式。
[0036]或者，所述板具有2維紋理，例如，圖6a中所示的方形棱鏡陣列，或者圖6b中所示的三角形棱鏡陣列。所述板的I維光折射結構將光從該板的垂直入射角偏轉到一個方向或者將一個方向上的光偏轉到該板的垂直入射角，而2維紋理將光從該板的垂直入射角偏轉到不止一個方向或者將不止一個方向上的光偏轉到該板的垂直入射角。在特定的實施例中可以有利地采用這兩種特征。具體地，一維紋理優(yōu)選用于圖9的實施例，而二維紋理在圖2和8的實施例中提供改善的反射照明(specular illumination)。
[0037]然而，本發(fā)明不限于具有有著平面表面的幾何圖形的壓紋。具有非平面表面的其它適當的結構，諸如例如I維透鏡陣列(例如圖7a中所示)或者2維透鏡陣列(例如圖7b中所示)，也適用于實現(xiàn)用于實踐本發(fā)明所需的光折射材料板。
[0038]此外，本發(fā)明不限于使用單個光折射材料板。參考圖8，可以組合兩個或更多個這種板P1、P2，例如，將它們彼此層疊，以便獲得垂直入射光束的更強偏轉，并且因此以更低的視角探測在其基板S上的光學可變實體O的顏色。
[0039]在本發(fā)明的另一方面，公開了一種鑒定隨視角變化而呈現(xiàn)色移的光學可變實體的方法，所述方法包括如下步驟:在所述光學可變實體上設置光折射材料板，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射得到的角偏轉視圖。
[0040]優(yōu)選通過將在直接視圖中和在通過所述板的角偏轉視圖中的所述光學可變實體的顏色與對應的基準色相比較，來鑒定所述光學可變實體。
[0041]在該方法的另一個實施例中，借助于自動裝置評估直接視圖中和角偏轉視圖中的所述光學可變實體的顏色，所述自動裝置包括光源L、L’、光探測器D、D’以及處理器μ P，利用存儲器以及一個或多個程序來使得所述處理器μP能夠執(zhí)行鑒定操作。此外，如上文中與根據本發(fā)明的鑒定裝置的第二原理性實施例相關地描述的，也可以使用單個光源和/或單個光探測器。
[0042]最后，在本發(fā)明的另一方面，公開了將光折射材料板用于鑒定光學可變實體的用途，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射得到的角偏轉視圖。
[0043]實例
[0044]在下文中，使用鑒定裝置的兩個選定實例進一步演示本發(fā)明。然而，這些實例僅用于進一步示例本發(fā)明的目的，絕不意味著將本發(fā)明的范圍限于這些實例。
[0045]實例1:如下構造根據圖3的用于安全文件上的光學可變印刷特征的視覺鑒定的裝置:根據圖8將可從CA的Torrance的Luminit LLC獲得的具有圖5b所示結構的兩片“Luminit Direction Tuning Film20° ”塑料膜組裝在一起，以獲得產生與垂直入射角有40°的總偏轉的光折射板。將如此獲得的板安裝在支撐結構上以保持其剛性和筆直性，并且允許其在帶有所述光學可變特征的鈔票之上滑動。通過使所述板在鈔票之上滑動，可以在視覺上比較在垂直入射角下和在40°的入射角下所述光學可變特征的顏色。
[0046]在圖9中示意性地示出的實例I的備選實施例中，根據圖8將兩片“LuminitDirection Tuning Film20° ”組裝在一起，以獲得與垂直入射角成40°的總偏轉的光折射板。以45°的傾斜角安裝所述板，以允許用來自側面的環(huán)境光，即在到達并且由此照射所述光學可變實體之前不必首先經過所述板的光，來自由照射所述光學可變實體。
[0047]例如，可以通過印刷根據EP-A-0227423、US5，279，657、W095/29140 或W02007/131833 的墨水；根據 US4, 705，300、US4, 705，356、US4, 721，217 及其相關公開的包含薄片形薄膜光學干涉顏料，獲得所述光學可變印刷特征。
[0048]實例2:通過添加下列部件從實例I的裝置獲得根據圖4的用于鑒定安全文件上的光學可變特征的機器鑒定的裝置:作為光源(L)的白光LED (Roithner Laser Technik,Vienna B5-430-JD)、作為光探測器(D)的RGB色傳感器(Hamamatsu S9702)、以及作為處理單元(μ P)的微處理器(Analog Devices ADuC812)，利用存儲器以及程序來使得所述微處理器能夠執(zhí)行鑒定操作。
【權利要求】
1.一種用于機器鑒定在基板S上的光學可變實體O的裝置，所述裝置包括: -光折射材料板P，其具有在其表面上的微棱鏡陣列， -至少一個光源L，其能夠直接照射所述光學可變實體O和/或通過所述板P照射所述光學可變實體O ; -至少一個光探測器D，其能夠接收直接和/或通過所述板P從所述光學可變實體O反射的光。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述第一光源L被設置成通過所述板P以大約垂直入射角照射所述光學可變實體O，并且其中所述裝置還包括第二光源L’，該第二光源L’被設置成以大約垂直入射角直接照射所述光學可變實體O。
3.根據權利要求1-2中的一項所述的裝置，其中，所述第一光探測器D被設置成通過所述板P以大約垂直入射角從所述光學可變實體O接收光，并且其中所述裝置還包括第二光探測器D’，該第二光探測器D’被設置成以大約垂直入射角直接從所述光學可變實體O接收光。
4.根據權利要求1-3中的一項所述的裝置，其中，所述光源L、L’中的至少一個是寬帶發(fā)射器，例如白熾光源或白光LED。
5.根據權利要求1-4中的一項所述的裝置，其中，所述光探測器D、D’中的至少一個是紅-綠-藍色傳感器。
6.根據權利要求1-4中的一項所述的裝置，其中，所述光探測器D、D’中的至少一個是擴展光譜傳感器，其傳遞在200nm到2500nm的波長范圍內的多個波長/強度值。
7.根據權利要求1-3 中的一項所述的裝置，其中，所述光探測器D、D’中的至少一個是寬帶光強度探測器，并且所述光源L、L’中的至少一個是光譜可變光源。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述光譜可變光源包括能夠被順序打開和關閉的紅光、綠光和藍光LED，并且其中所述寬帶光強度探測器是寬帶硅光電池。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述光譜可變光源包括這樣的LED:所述LED在200nm到2500nm的波長范圍內的、除了與紅色、綠色和藍色相對應的波長之外的波長下發(fā)射。
10.根據權利要求1-9中的一項所述的裝置，其中，所述光折射材料板P帶有I維結構形式的或2維紋理形式的正或負光折射壓紋。
11.一種用于鑒定隨視角變化而呈現(xiàn)色移的光學可變實體的方法，所述方法包括如下步驟:在所述光學可變實體上設置光折射材料板，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射得到的角偏轉視圖。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述板相對于所述光學可變實體成傾斜角設置。
13.根據權利要求11或12所述的方法，其中，借助于自動裝置評估直接視圖中和角偏轉視圖中的所述光學可變實體的顏色，所述自動裝置包括光源L、光探測器D、以及處理器μ P，利用存儲器以及程序來使得所述處理器μ P能夠執(zhí)行鑒定操作。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，借助于電氣傳送裝置，通過所述自動裝置拉拽所述光學可變實體。
15.一種將光折射材料板用于鑒定光學可變實體的用途，所述板具有兩個表面以及在至少一個所述表面上的光折射凸起或凹陷的陣列，以便提供在彼此一側的、在所述光學可變實體的至少一些部分上的直接視圖和通過所述板的視圖，所述通過所述板的視圖是從在所述凸起或凹陷處的光折射`得到的角偏轉視圖。
【文檔編號】G07D7/20GK103827928SQ201280046779
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權日:2011年9月26日
【發(fā)明者】E·穆勒, C-A·德斯普蘭, P·德戈特 申請人:錫克拜控股有限公司