(57)【要約】      （修正有）【課題】光学的劣化をもたらす外部効果に対して改良された耐性を示す、１つまたは複数の合成光学画像を表示する光学システムを提供する。【解決手段】システムは集光要素１４の焦点距離を所定位置に固定する。言い換えれば、システムに他の透明な物質又は層を接触させても、焦点距離や、このシステムで形成される合成画像の光学的尖鋭度を材質的に変化させることはできない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な外部劣化効果に対する改良された耐性を有する、１つまたは複数の合成光学画像を表示するシステムであって、
（ａ）画像アイコンのアレイと、
（ｂ）第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなる画像アイコン集光要素のアレイと、
（ｃ）異なる第２の屈折率（ｎ２）を有して前記画像アイコン集光要素同士の隙間を充填し且つ前記画像アイコン集光要素を覆い、前記第１の材料との間に明確な界面を有する第２の材料と、を備え、
前記第１の屈折率は実質的または測定可能な程度に前記第２の屈折率とは異なり、
前記第２の材料が前記画像アイコン集光要素のアレイを埋め込み、
前記画像アイコン集光要素のアレイは、前記画像アイコン集光要素の少なくとも一部が少なくとも前記画像アイコンの一部の少なくとも１つの合成画像を形成するように、前記画像アイコンのアレイに対して配置されており、
前記システム内における前記画像アイコン集光要素の焦点距離は、集光に与かる界面が前記システム内に埋め込まれることによって定位置に固定され、
前記画像アイコンは、基板上又は基板内に形成された窪みであり、
前記画像アイコン集光要素は、発散レンズである、
システム。
【請求項２】
前記第２の材料が前記画像アイコンのアレイの外部境界または外部層を形成し、それにより、前記画像アイコンのアレイをも埋め込む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
光学的な外部劣化効果に対する改良された耐性を有する、１つまたは複数の合成光学画像を表示するシステムであって、
（ａ）画像アイコンのアレイと、
（ｂ）第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなる画像アイコン集光要素のアレイと、
（ｃ）異なる第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の材料と、を備え、
前記第２の材料が前記第１の材料の中に拡散して前記第１の材料と傾斜界面を形成し、
前記第２の材料が前記画像アイコン集光要素のアレイを埋め込み、
前記第１の屈折率は実質的または測定可能な程度に前記第２の屈折率とは異なり、
前記画像アイコン集光要素のアレイは、前記画像アイコン集光要素の少なくとも一部が少なくとも前記画像アイコンの一部の少なくとも１つの合成画像を形成するように、前記画像アイコンのアレイに対して配置されており、
前記システム内における前記画像アイコン集光要素の焦点距離は、集光に与かる界面が前記システム内に埋め込まれることによって定位置に固定され、
前記画像アイコンは、基板上又は基板内に形成された窪みであり、
前記画像アイコン集光要素は、発散レンズである、
システム。
【請求項４】
前記窪みは、全体の深さが約０．５μｍ〜８μｍの範囲である、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記屈折率（ｎ１）を有する第１の材料は、屈折率が１．７より大きい、高屈折率の、着色または無色の材料である、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記異なる屈折率（ｎ２）を有する第２の材料は、屈折率が１．７より大きい、高屈折率の、着色または無色の材料である、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の材料は、１．５〜１．８の範囲の屈折率を有する、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の材料は、１．３５〜１．４９の範囲の屈折率を有する、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の材料は透明または半透明の接着剤である、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の材料は、１．５〜１．８の範囲の屈折率を有し、
前記第１の材料は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、およびアクリルオリゴマーからなる群から選択される、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の材料は、１．５４９〜１．５６の範囲の屈折率を有する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の材料は変性エポキシアクリレートである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の材料は、１．３５〜１．４９の範囲の屈折率を有し、
前記第２の材料は、ウレタンアクリレート及びアクリレートモノマーからなる群から選択される、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の材料は、１．４４〜１．４５の範囲の屈折率を有する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の材料はイソデシルアクリレートである請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の全面的に埋め込まれた画像アイコン集光要素の配列は、円柱レンズ、非円柱レンズおよびそれらの組合せからなる群から選択される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の全面的に埋め込まれた画像アイコン集光要素は円柱レンズを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記１つまたは複数の全面的に埋め込まれた画像アイコン集光要素は非円柱レンズを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは球面または非球面を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が１ｍｍ以下である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が２００μｍ〜５００μｍの範囲にある、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が５０μｍ〜１９９μｍの範囲にある、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が５０μｍ未満である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記システムは、厚さが１ｍｍ以下である、請求項１及び請求項１６から請求項２３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記システムは、厚さが２００μｍ〜５００μｍの範囲にある、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記システムは、厚さが５０μｍ〜１９９μｍの範囲にある、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記システムは、厚さが５０μｍ未満である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
請求項１に記載の１つまたは複数の合成光学画像を表示するためのシステムからつくられるシート材料。
【請求項２９】
後で印刷または個人専用化処理をするための基板、セキュリティ文書用のシート材料、および身分証明書とセキュリティ文書用のベースプラットフォームとして用いられる、請求項２８に記載のシート材料。
【請求項３０】
後で印刷または個人専用化処理をするための基板として用いられる、請求項２８に記載のシート材料。
【請求項３１】
セキュリティ文書用のシート材料として用いられる、請求項２８に記載のシート材料。
【請求項３２】
身分証明書とセキュリティ文書用のベースプラットフォームとして用いられる、請求項２８に記載のシート材料。
【請求項３３】
前記シート材料は、厚さが１ｍｍ以下である、請求項２８から請求項３２の何れか１項に記載のシート材料。
【請求項３４】
前記シート材料は、２００μｍ〜５００μｍの範囲の厚さを有する、請求項３３に記載のシート材料。
【請求項３５】
前記シート材料は、５０μｍ〜１９９μｍの範囲の厚さを有する、請求項３３に記載のシート材料。
【請求項３６】
前記シート材料は、５０μｍ未満の厚さを有する、請求項３３に記載のシート材料。
【請求項３７】
請求項１に記載の１つまたは複数の合成光学画像を表示するためのシステムからつくられるベースプラットフォーム。
【請求項３８】
屈折率（ｎ１）を有する第１の材料は、１．３５〜１．４９の範囲の屈折率を有する、請求項３７に記載のベースプラットフォーム。
【請求項３９】
前記第１の材料は、ウレタンアクリル及びアクリルモノマーからなる群から選択される、請求項３８に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４０】
異なる屈折率（ｎ２）を有する第２の材料は、１．５〜１．８の範囲の屈折率を有する、請求項３７に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４１】
前記第２の材料は、エポキシアクリレート、ポリエステルオリゴマー、芳香族炭酸塩ポリマー、脂肪族炭酸塩ポリマーの群から選択される、請求項４０に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４２】
前記第２の材料は、１．５８４〜１．６８５の範囲の屈折率を有する、請求項４０に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４３】
前記第２の材料はポリカーボネートである、請求項４２に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４４】
異なる屈折率（ｎ２）を有する第２の材料は透明または半透明の接着剤である、請求項３７に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４５】
前記第１の材料は、１．４４９〜１．４６の範囲の屈折率を有する、請求項３８に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４６】
前記第１の材料は、トリプロピレングリコールジアクリレートである、請求項４５に記載のベースプラットフォーム。
【請求項４７】
請求項１に記載の１つまたは複数の合成光学画像を表示するためのシステムからつくられるセキュリティデバイス。
【請求項４８】
シート材料の表面上に組み込むか、またはシート材料の中に少なくとも部分的に埋め込むための、セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、およびオーバレイからなる群から選択される、請求項４７に記載のセキュリティデバイス。
【請求項４９】
前記セキュリティデバイスは５０μｍ未満の厚さを有する、請求項４７に記載のセキュリティデバイス。
【請求項５０】
前記セキュリティデバイスは４５μｍ未満の厚さを有する、請求項４９に記載のセキュリティデバイス。
【請求項５１】
前記セキュリティデバイスは１０μｍ〜４０μｍの厚さを有する、請求項５０に記載のセキュリティデバイス。
【請求項５２】
反対面を有し、かつ前記シート材料の表面に組込まれるか、または少なくとも部分的に埋め込まれた、請求項４８に記載の少なくとも１つのセキュリティデバイスを備える、シート材料。
【請求項５３】
請求項５２に記載のシート材料で作られた文書。
【請求項５４】
前記文書は、紙幣、パスポート、身分証明書、クレジットカード、及びラベルからなる群から選択される、請求項５３に記載の文書。
【請求項５５】
前記文書は、紙幣からなる、請求項５４に記載の文書。
【請求項５６】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が４５μｍ未満である、請求項１６から請求項２３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５７】
前記円柱レンズ及び前記非円柱レンズは、幅またはベース直径が１０μｍ〜４０μｍの範囲にある、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
画像アイコンと画像アイコン集光要素の配置間の光学的分離は、光学スペーサを利用して実現される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５９】
前記光学スペーサは、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリビニリデンクロライド、およびそれらの組合せからなる群から選択される材料を用いて形成される、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記窪みは、被覆及び／又は充填される、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００７年６月２９日出願の米国特許出願第１１／７７１，６２３号、及び２００７年１０月３１日出願の米国特許出願第１１／９３２，４６８号の部分継続出願であり、このいずれもが、２００３年１１月２１日出願の米国特許仮出願第６０／５２４，２８１号、２００４年１月２２日出願の米国特許仮出願第６０／５３８，３９２号、２００４年１１月１２日出願の米国特許仮出願第６０／６２７，２３４号に対する優先権を主張する２００４年１１月２２日出願の米国特許出願第１０／９９５，８５９号（現米国特許第７，３３３，２６８号）に対する優先権を主張するものであり、これらの全てを参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は１つまたは複数の合成光学画像を表示する光学システムに関し、光学的劣化をもたらす外部効果に対する改良された耐性を示すものである。
【背景技術】
【０００３】
合成画像を表示するマイクロ光学材料は一般に、（ａ）光透過性のポリマー基板、（ｂ）そのポリマー基板上または基板内に配置された微小寸法の画像アイコンの配列、及び（ｃ）集光要素（例えばマイクロレンズ）の配列、からなる。画像アイコン及び集光要素の配列は、画像アイコンの配置を集光要素の配列を通してみると１つまたは複数の合成画像が表示されるように構成される。この表示された画像は、いくつかの異なる光学効果を示しうる。そのような効果を示しうる材料構成は、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，３３３，２６８号、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，４６８，８４２号、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，７３８，１７５号、Ｃｏｍｍａｎｄｅｒらに対する国際特許公開第２００５／１０６６０１（Ａ２）号、Ｋａｕｌｅらに対する国際特許公開第２００７／０７６９５２（Ａ２）号、Ｋａｕｌｅらに対する国際特許公開第２００９／０００５２７号、Ｋａｕｌｅらに対する国際特許公開第２００９／０００５２８号、Ｋａｕｌｅらに対する国際特許公開第２００９／０００５２９号、及びＫａｕｌｅに対する国際特許公開第２００９／０００５３０号に記載されている。
【０００４】
このような光学的可変材料は、紙幣やそのほかのセキュア文書や製品を認証するためのセキュリティデバイスとして使用しうる。紙幣やそのほかのセキュア文書に関しては、これらの光学可変材料は典型的には、ストリップ、スレッド、パッチ、またはオーバーレイの形態で、紙幣やその他のセキュア文書内に部分的に埋め込まれるか、またはその表面に貼付されて使用される。これらの材料は、後から印刷または個人専用化処理をするための基板としての使用に供する、独立型製品としても利用しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，３３３，２６８号
【特許文献２】米国特許第７，４６８，８４２号
【特許文献３】米国特許第７，７３８，１７５号
【特許文献４】国際特許公開第２００５／１０６６０１号
【特許文献５】国際特許公開第２００７／０７６９５２号
【特許文献６】国際特許公開第２００９／０００５２７号
【特許文献７】国際特許公開第２００９／０００５２８号
【特許文献８】国際特許公開第２００９／０００５２９号
【特許文献９】国際特許公開第２００９／０００５３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、これらの光学的可変材料が、汚れや物理的な摩耗（引っ掻きなど）に対して、また攪乱を起こす材料が配列面に接触した場合に起きる集光特性の擾乱に対して、集光要素配列部での感受性に関する、ある程度の光学的感度を有すると判断した。集光特性にそのような擾乱を起こす攪乱材料としては、接着剤被覆基板（テープなど）や液体や、空気とは異なる屈折率を有するそのほかの材料がある。具体的には、このような攪乱性の材料が集光要素配列面に貼付された場合、その攪乱性材料が配列表面で屈折角を好ましくないように変化させて、これらの材料によって表示される単一または複数の合成画像を、消滅させたり、焦点をずらしたり、ぼかしたりする傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光学的劣化をもたらす外部効果に対して改良された耐性を示す、１つまたは複数の合成光学画像を表示する光学システムを提供してこの問題点に対処するものである。本発明のシステムは基本的に、
（ａ）１つまたは複数の画像アイコンの配列と、
（ｂ）１つまたは複数の部分的または全体的に埋め込まれた画像アイコン集光要素の配列と、を備え、
この１つまたは複数の画像アイコン集光要素の配列は、画像アイコン集光要素の少なくとも一部が少なくとも画像アイコンの一部の少なくとも１つの合成画像を形成するように、１つまたは複数の画像アイコン配列に対して配置されている。
【０００８】
例示的な一実施形態においては、１つまたは複数の画像アイコン集光要素の配列は、屈折性集光要素（例えば、マイクロレンズ）である。この例示的システムの外表面から屈折界面への屈折率は、第１の屈折率と第２の屈折率との間で変化し、この第１の屈折率は、第２の屈折率とは実質的すなわち測定可能な程度に異なっている。
【０００９】
この例示的実施形態において、集光要素配列は観察者の目と画像アイコン配列との間にあって、（ｉ）画像アイコン集光要素の少なくとも一部の間の隙間に充填されているか、及び／又はこれらの集光要素を覆っているかして、集光要素を形成している材料（以後、“第１の材料”と称する）との間に明確な界面を形成しているか、または（ｉｉ）この第１の材料の中に拡散して、第１の材料との間に傾斜界面を形成しているかのいずれかの材料（以後、“第２の材料”と称する）を利用して、屈折率の変化を実現している。第２の材料は、集光要素配列の中に部分的、または全面的に埋め込まれていてもよいし、または本発明のシステムを封じ込んでいてもよい。より好ましくは、第２の材料は、画像アイコン集光要素配列の外部境界（すなわち外部層）を形成する（集光要素配列の全体埋め込み）か、または、画像アイコン集光要素配列と画像アイコン配列の両方の外部境界（すなわち外部層）を形成する（システムの全体埋め込み）。
【００１０】
ここで使用している、“実質的に、すなわち測定可能な程度に異なる”という表現は、集光要素の焦点距離を少なくとも約０．１μｍ変化させる（例えば第１の材料と第２の材料との間の）屈折率の違いを意味する。
【００１１】
本発明のシステムにおける集光要素の焦点距離は、集光に与かる界面（例えば屈折界面）が確実にシステム内に埋め込まれるようにすることによって定位置に固定される。言い換えれば、本発明システムに他の透明な物質又は層を接触させても、焦点距離や、このシステムで形成される合成画像の光学的尖鋭度を材質的に変化せることはできない。
【００１２】
本発明によって、発明者らは外部的な光学劣化効果に対する耐性を向上させたシステムの提供に加えて、画像アイコン集光要素上へ実質的すなわち測定可能な程度に異なる屈折率を有する材料（例えば第２の材料）を用いることで、過剰な光学効果を起こすほどの集光要素のＦ値を増加させ得ることを発見した。例えば本発明のシステムを傾斜させると、合成画像は、所望の光学効果に依存して、システムのより後方またはより前面に見えたり、より速く動くように見えたりし得る。
【００１３】
好適な一実施形態において、システムは、（ａ）画像アイコンのアレイと、（ｂ）屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなる画像アイコン集光要素のアレイと、（ｃ）異なる屈折率（ｎ２）を有して集光要素同士の隙間を充填し、及び／又は集光要素を覆い、第１の材料との間に明確な界面を有する第２の材料と、を備える。この好適な実施形態において、アレイの外部境界（または外部層）を形成することにより集光要素のアレイを全面的に埋め込みうる第２の材料は、画像アイコンのアレイも覆うかもしくは埋め込むことにより、システムを封じ込めてもよい。
【００１４】
第１の材料の屈折率（ｎ１）が第２の材料の屈折率（ｎ２）よりも大きい場合（ｎ１＞ｎ２）、この好適な実施形態における集光要素は、集束性（例えば凸の）レンズである。逆に、第１の材料の屈折率（ｎ１）が第２の材料の屈折率（ｎ２）よりも小さい場合（ｎ１＜ｎ２）、この好適な実施形態における集光要素は、発散性（例えば凹の）レンズである。
【００１５】
第２の材料が集光要素アレイを全面的に埋め込む実施形態は、例えば、セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、またはオーバレイの形で利用されて、繊維質または非繊維質のシート材料（例えば紙幣、パスポート、身分証明書すなわちＩＤカード、クレジットカード、ラベルなど）、または商業製品（例えば、光ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、医薬品パッケージ）などに、認証目的で組み込まれうる。この実施形態はまた、独立型製品（例えば、後から印刷または個人専用化処理をするための基板）の形で、またはたとえば紙幣、パスポートなどを作製するための非繊維質シート材料の形で使用されうる。当業者には容易に理解されるように、本発明の光学システムにより与えられる視覚効果は、このような材料の偽造防止に大いに役に立つ。
【００１６】
第２の材料が、画像アイコン集光要素アレイ及び画像アイコンアレイの両方の外部境界（または外部層）を形成して本発明のシステムを全面的に包み込むような実施形態は、上記のように利用されうるし、またはより厚くより頑健な形状を取って、例えばＩＤカード、高価値の、またはその他のセキュリティ文書に使用され得る。
【００１７】
別の好適な実施形態においては、集光要素アレイと第２の材料の間には明確な界面が形成されない。その代わり、このシステムは、（ａ）画像アイコンのアレイと、（ｂ）屈折率（ｎ１）を有する第１の材料と、異なる屈折率（ｎ２）を有する第２の材料から形成された画像アイコン集光要素（例えばＧＲＩＮレンズ）のアレイとを備え、第２の材料が第１の材料中に拡散して第１の材料と傾斜界面を形成する。傾斜界面は集光要素として作用し、例えば第２の材料と第１の材料の外部境界の間で屈折率が空間的に変化する。この好適な実施形態において、第２の材料は集光要素アレイを全面的に埋め込む役目を成し、また画像アイコンアレイを覆う、すなわち埋め込むことに使用され得る。この例示的実施形態の意図される利用法としては、前述した利用方法が含まれる。
【００１８】
本発明はさらに、本発明の光学システムからつくられた、またはそれを用いたシート材料及びベースプラットフォーム、並びに、これらの材料からつくられた文書を提供する。本明細書で言う“文書”とは、紙幣すなわち通貨、債券、小切手、旅行者小切手、宝くじ、郵便切手、株券、権利証書などの経済価値を有する任意の文書、または、パスポート、ＩＤカード、運転免許証などの身分証明書、またはラベルなどの非セキュア文書、を指す。本発明の光学システムはまた、消費財並びに消費財と共に使用されるバッグや梱包とともに利用することも考えられる。
【００１９】
本発明のその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明と添付の図面とにより当業者には明らかとなるであろう。別途定義されない限り、ここで使用されるすべての技術的な用語及び科学的な用語は、本発明が属する技術の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。ここで言及されるすべての出版物、特許出願、特許及び他の参考資料はその全体を参照することにより本書に組み込まれている。一致しない場合には、定義を含む本明細書の記載が優先される。さらに、材料、方法及び実施例は例示に過ぎず、限定することを目的としていない。
【００２０】
本開示は、以下の図面を参照することにより、よりよく理解できる。一致する参照番号は図面全体を通じて対応する部品を示す。図中の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに本開示の原則を明確に図解することに重きを置いている。複数の実施形態をこれらの図面に関連して開示するが、本発明をここに開示している一つまたは複数の実施形態に限定する意図はない。むしろ、すべての代替策、変形及び同等物を対象とすることを意図している。
【００２１】
開示した発明の詳細な特徴は添付の図面を参照して図解される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の埋め込み型光学システムの一実施形態の側断面図であり、光学システムには収束（例えば凸型）レンズのアレイが用いられている。
【図２】本発明の埋め込み型光学システムの別の実施形態の側断面図であり、光学システムには発散（例えば凹型）レンズのアレイが用いられている。
【図３】本発明の埋め込み型光学システムの別の実施形態の側断面図であり、光学システムには収束（例えば凸型）傾斜屈折率レンズ（ＧＲＩＮ）のアレイが用いられている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
例えばＳｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，３３３，２６８号に詳細に記述されているように、マイクロ光学材料における集光要素の焦点距離によって画像アイコンアレイからの集光要素の光学分離が決められる。言い換えれば、これらの従来技術におけるマイクロ光学材料は、それぞれの集光要素の焦点が関連する画像アイコンに整列するように配置される。画像アイコンアレイ上またはその内部に焦点があれば、合成画像は合焦点状態となる。しかし、焦点が画像アイコンアレイの上方または下方にある場合には、合成画像はぼけて、焦点からずれる。
【００２４】
本発明の例示的実施形態によれば、集光要素（例えばマイクロレンズ）の幾何配置と、第１及び第２の両方の材料の反射率とを調整することにより、所望の焦点距離、および、その結果（もしあれば）アレイ同士間の光学分離が実現される。そのような調整がなければ、システムが１つまたは複数の合成画像を作るためには、集光要素の焦点距離が長すぎるか短すぎることになる（すなわち、それぞれの集光要素の焦点位置が画像アイコンアレイの上または下に来てしまう）。
【００２５】
これらの例示的実施形態の部品の物理的性質は、互いの組合せで用いられて初めて機能するように設計されている。当業者には容易に分かるように、集光要素を所望の焦点距離となるように調整する場合、普通、材料の曲率半径と集光要素を作るために用いる材料および周囲材料／埋め込み材料（通常は空気）の屈折率を考慮する。屈折率の違いが、曲率半径と組み合わされて屈折角を決める。傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）材料を用いる場合、曲率半径は、勾配濃度で決まり、それと屈折率の違いとによって、屈折角が決まる。
【００２６】
次に本発明の光学システムを１つの例示的形態で説明する。これは、（ａ）１つまたは複数の画像アイコンの配列と、（ｂ）１つまたは複数の部分的または全面的に埋め込まれた画像アイコン集光要素の配列とからなるシステムであり、ここでその屈折率は第１と第２の屈折率との間で変化し、第１の屈折率は第２の屈折率とは実質的に、すなわち計測可能な程度に異なっている。
【００２７】
画像アイコン集光要素の配列は１つの材料または複数の材料で形成されている。単一の材料から形成されている、変化する屈折率を有する画像アイコン集光要素の配列に関しては、例えばその材料を選択的に硬化させて、架橋の度合いが傾斜を持つようにすることによってその配列を形成してもよい。
【００２８】
本発明の実施に使用される画像アイコン集光要素の１つまたは複数の配列は、次の群の中から選択される。
ｉ．円柱レンズまたは非円柱レンズ（例えば、収束（例えば凸）レンズ、発散（例えば凹）レンズ、傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）レンズ、空気レンズを含むマイクロレンズ）、
ｉｉ．複数の絞り（例えばピンホール光学系）を含む不透明層、および
ｉｉｉ．反射層
【００２９】
好適な一実施形態において、集光要素は、球面または非球面を有する、非円柱凸型または凹型のマイクロレンズである。非球面には、円錐形、楕円形、放物線、およびその他の外形が含まれる。これらのレンズは底部形状が、円形、長円形、または多角形（例えば、六角形、略六角形、正方形、略正方形）を有し、規則的、不規則的、またはランダム、１次元または２次元のアレイ状に配列されてもよい。
【００３０】
より好適な実施形態では、マイクロレンズは、多角形（例えば六角形）の底部形状で、基板上または光伝達性高分子フィルム上に規則的な２次元アレイとなった、非球面凸または凹レンズである。
【００３１】
別のより好適な実施形態においては、集光要素は凸または凹のＧＲＩＮマイクロレンズである。
【００３２】
企図された一実施形態において、集光要素は、１ｍｍ以下の好適な幅（円柱レンズの場合）と底部直径（非円柱レンズの場合）であり、幅／底部直径が（これに限定するものではないが）約２００μｍ〜約５００μｍの範囲、及び約５０μｍ〜約１９９μｍの範囲であり、また（これに限定するものではないが）上記の部分範囲を含む、１ｍｍ以下の好適な焦点距離と、１０以下（より好ましくは６以下）の好適なｆ値とを有する。企図された別の実施形態では、集光要素は、約５０μｍ未満（より好ましくは４５μｍ未満、最も好ましくは約１０μｍ〜約４０μｍ）の好適な幅／底部直径と、約５０μｍ未満（より好ましくは４５μｍ未満、最も好ましくは約１０μｍ〜約３０μｍ）の好適な焦点距離と、１０以下（より好ましくは６以下）の好適なｆ値とを有する。
【００３３】
本発明の実施に使用される１つまたは複数の画像アイコンの配置は、好ましくは微小構造画像アイコン（すなわち物理的なレリーフを有する画像アイコン）から構成されている。
【００３４】
本発明の企図された一実施形態において、画像アイコンは、基板上または基板内の、任意選択で被覆及び／又は充填された空洞すなわち窪みである。この空洞すなわち窪みは、全体の深さがそれぞれ約０．５μｍ〜８μｍの範囲である。
【００３５】
企図された別の実施形態において、画像アイコンは基板表面に形成された成形ポストで形成され、それぞれが約０．５μｍ〜８μｍの範囲の全体の高さとなっている。
【００３６】
本発明では必要要件とはなっていないが、集光要素配置と画像アイコン配置との間の光学分離は、光学的スペーサを利用して達成される。一実施形態において、光学スペーサは集光要素配列に接着されている。別の実施形態においては、光学スペーサは集光要素の配置の一部として形成されていてもよいし、または集光要素の厚さを大きくして配置がそれ自体で存在し得るようになっていてもよい。さらに別の実施形態において、光学スペーサは別の光学スペーサに接着されている。
【００３７】
光学スペーサは、これに限るものではないが、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリビニリデンクロライドなどのような高分子を含む１つまたは複数の本質的に無色の材料を利用して形成され得る。
【００３８】
Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，３３３，２６８号、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，４６８，８４２号、及びＳｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，７３８，１７５号に記述されているように、集光要素アレイと画像アイコンアレイは、アクリル、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエステル、ウレタンなどのような透明すなわち透き通った、または色のついた、また色のない高分子などのような種々の材料から形成され得る。その製法も、当マイクロ光学及び微細構造複製の技術分野において周知の複数の方法が利用され、それらには、押出加工（例えば押出エンボス加工、ソフトエンボス加工）、放射線硬化鋳造、及び射出成型、反応性射出成形、及び反応性鋳造が含まれる。また、ホフミューラー（Ｈｏｆｆｍｕｌｌｅｒ）らの米国特許出願公開第２０１０／０１０９３１７号に記述されているような、（５８９ｎｍ、２０℃における）屈折率が、１．５、１．６、１．７またはそれより高い、高屈折率の有色または無色の材料もまた、本発明の実施に利用され得る。
【００３９】
本明細書で説明した実施形態の例示的な製造方法は、７５ゲージの接着促進ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのベースフィルム（すなわち光学スペーサ）に対してキャスティングした放射線硬化液晶ポリマー（例えば、ウレタンアクリレート）に空洞としてアイコンを形成し、次にベースフィルムの反対面にアイコンに対して正確に位置合わせまたはスキューさせて放射線硬化ポリマーからレンズを形成し、次にフィルム表面をグラビア印刷のドクターブレード法のように掻き取ってアイコン空洞にサブミクロン粒子の着色材を充填し、充填物を好適な手段（例えば溶媒除去、放射線硬化、または化学反応）によって凝固させる。
【００４０】
第２の材料は、集光要素の形成に用いた材料（すなわち第１の材料）の屈折率とは実質的すなわち計測可能な程度に異なる屈折率を有する。具体的には、これらの屈折率の違いが、集光要素の焦点距離を少なくとも約０．１μｍ変化させる。
【００４１】
第２の材料は、透明または半透明であるか、薄く着色または色素が含まれており、セキュリティと認証のための追加的な機能を提供し得る。これには、光学効果、電気伝導度や、静電容量、磁場の検出に依存する、自動的貨幣認証、検証、追跡、計数及び検出のシステムのサポートが含まれる。好適な材料としては、接着剤、ジェル、グル−、ラッカー、液体、成形ポリマーや、有機物または金属分散物を含有するポリマーそのほかの材料が含まれる。
【００４２】
第２の材料は、集光要素配列の第１の材料へ、または集光要素配列の第１の材料と画像アイコン配列の両方に塗布される。その方法として、透明印刷、成形、ゾルゲル法（化学溶液堆積法）、カーテン塗布すなわちブレーディング、フラッドコーティングと大気開放乾燥／硬化、平滑円筒への塗布と紫外線（ＵＶ）／エネルギー硬化、接着剤裏打ちフィルムへのラミネート、アニロックス（Ａｎｉｌｏｘ）すなわちメータリングローラ（ｍｅｔｅｒｉｎｇ  ｒｏｌｌｅｒ）、蒸着、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、または、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，３３３，２６８号、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，４６８，８４２号、及びＳｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，７３８，１７５号に記述されているものを含む、表面にその他の物質を塗布するそのほかの任意の手段が含まれる。参照により上記の特許はすべて、本明細書にすべてが記載されているものとして本明細書に援用される。
【００４３】
本発明の光学システムはさらに、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，３３３，２６８号、Ｓｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，４６８，８４２号、及びＳｔｅｅｎｂｌｉｋらに対する米国特許第７，７３８，１７５号に記述されているような、追加的な特徴も備えている。例えば、本発明のシステムは、さらなる層、接着促進剤などへの接着を高めるためにテキスチャのついた表面を備えていてもよい。
【００４４】
本発明の光学システムを次に説明し、開示し、図解し、（ａ）画像アイコンのアレイと、（ｂ）全体が埋め込まれた画像アイコン集光要素のアレイとを基本的に備えたシステムである最も単純な形態で以下に示す。本発明の範囲はこの実施形態に限定することは意図されておらず、またそのように見做されるべきではなく、本明細書の教示により、または、本明細書で言及した出版物、特許出願、特許、及びその他の参考文献により、表示もしくは示唆されたそのほかの実施形態も特に留保される。
【００４５】
ここで図１、２を参照すると、本発明のシステムの例示的実施形態が、全体を１０として示されている。システム１０は基本的に、
（ａ）画像アイコン１２のアレイと、
（ｂ）図１の収束（例えば凸）レンズ１８と図２の発散（例えば凹）レンズを構成している、屈折率（ｎ１）を有する第１の材料で形成された画像アイコンン集光要素１４のアレイと、
（ｃ）屈折率（ｎ２）を有する第２の材料２２と、
（ｄ）画像アイコン１２のアレイと画像アイコンン集光要素１４のアレイとの間に位置する光学スペーサ２４、とを備え、
第２の材料２２はまた画像アイコン１２のアレイの上に層を形成し、それによってシステムを全体的に埋め込む。
【００４６】
これらの例示的実施形態において、レンズの幾何配置と屈折率ｎ１とｎ２とを調整して所望の焦点距離を実現する。焦点距離は、これらの実施形態ではいずれも０よりも大きい。
【００４７】
図３において参照番号２６を付した、本発明のシステムの別の例示的実施形態では、画像アイコン集光要素は凸型のＧＲＩＮマイクロレンズ２８の形態をしている。ここで、屈折率は第２の材料２２と第１の材料１６の外側境界の間で空間的に変化する。この屈折率の勾配は、温度を利用した拡散プロセス、分子量の異なる別々の材料の利用、一方の材料の他方への溶解度または混和性の活用、架橋度が勾配に従う選択的硬化、または当業者に周知のその他の手法によって形成することができる。この実施形態においては、第２の材料２２は画像アイコン１２のアレイの上に層を形成し、それによってシステムを全体的に埋め込む。
【００４８】
前に述べたように、本発明のシステムは、例えば、セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、またはオーバレイの形で利用されて、繊維質または非繊維質のシート材料（例えば紙幣、パスポート、ＩＤカード、クレジットカード、ラベルなど）、または商業製品（例えば、光ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、医薬品パッケージ）などに、認証を目的としてその表面に取り付けられるか、または少なくとも部分的に埋め込まれてよい。本発明のシステムはまた独立型の製品（例えば、後から印刷または個人専用化処理をするための基板）の形で、たとえば紙幣、パスポートなどを作製するための非繊維質シート材料の形で使用され得る。またはより厚くより頑健な形状を取って、例えばＩＤカードや、高価なセキュリティ文書またはその他のセキュリティ文書に使用され得る。
【００４９】
セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、またはオーバレイの形で利用される場合には、本発明のシステムの全体の厚さは、好ましくは約５０μｍ未満である（より好ましくは約４５μｍ未満であり、最も好ましくは約１０μｍ〜４０μｍである）。好ましくは画像アイコン集光要素のアレイは、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、及びアクリルオリゴマーの群から選択され、約１．５〜約１．８の範囲の屈折率を有する第１の材料と、ウレタンアクリレートとアクリルモノマーの群から選択され、約１．３５〜約１．４９の範囲の屈折率を有する第２の材料とから形成される。より好ましくは、第１の材料はＳａｒｔｏｍｅｒ  ＵＳＡ，  ＬＬＣ社（５０２  Ｔｈｏｍａｓ  Ｊｏｎｅｓ  Ｗａｙ，  Ｅｘｔｏｎ，  ＰＡ  １９３４１）（”Ｓａｒｔｏｍｅｒ”）から製品記号ＣＮ１１５として入手可能な変性エポキシアクリレートであり、この第１の材料は約１．５４９〜約１．５６の範囲の屈折率を有する。一方、第２の材料は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から製品記号ＳＲ３９５として入手可能なイソデシルアクリレートであり、この第２の材料は約１．４４〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
【００５０】
セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、およびオーバレイは、文書の中に部分的に埋め込まれるか、その表面に取り付けられてよい。部分的に埋め込まれたストリップとスレッドについては、その一部分が、文書内の窓すなわち開口において、ストリップまたはスレッドの長さに沿って間隔のあいた区間で文書の表面に露出される。
【００５１】
本発明の光学セキュリティデバイスは、製紙業界で一般的に用いられる手法によって、製造段階で少なくとも部分的にセキュリティ用紙の中に組込まれてもよい。例えば、ストリップまたはスレッドの形態をした本発明のセキュリティデバイスは、円筒モールド製紙機械や円筒バット機械または周知の種類の類似の機械の中に供給されて、その結果ストリップまたはスレッドが完成した用紙の本体内部に全面的または部分的に埋め込まれてもよい。
【００５２】
セキュリティストリップ、スレッド、パッチ、およびオーバレイは、接着剤を使用してまたは使用しないで、文書の表面に付着または接着されてもよい。接着剤を利用しないで貼り付けることは、例えば超音波溶接、振動溶接、及びレーザ溶着などの熱溶接技術を利用して実現できる。本発明のデバイスを文書の表面に付着させるための接着剤は、熱溶融性接着剤、熱活性化接着剤、感圧接着剤、及びポリマー積層フィルムのうちの一つであってよい。これらの接着剤は好ましくは、ＵＶ硬化アクリルまたはエポキシなどのように本質的に架橋可能であって、接着剤が溶融状態にあるときに架橋が起きる。
【００５３】
企図された別の実施形態において、本発明のシステムが、集光要素すなわちレンズ層の配列の第１の材料に接触した、透明または半透明の接着剤（すなわち、第２の材料）を含有するラベル構造の一部を形成する。本発明のシステムは、梱包の内側に配置されて、合成画像が見えるようになったままになっていてもよい。
【００５４】
ＩＤカードや、高価なセキュリティ文書またはその他のセキュリティ文書のベースプラットフォームの形で利用される場合には、本発明のシステムの全体の厚さは、好ましくは約１ｍｍ以下であって、（これに限定されないが）約２００μｍ〜約５００μｍの範囲、約５０μｍ〜約１９９μｍの範囲、約５０μｍ未満の範囲、が含まれる。画像アイコン集光要素のアレイは好ましくは、ウレタンアクリレートとアクリルモノマーの群から選択され、約１．３５〜約１．４９の範囲の屈折率を有する第１の材料で形成される。第２の材料は好ましくは、エポキシアクリレート、ポリエステルオリゴマー、芳香族炭酸塩ポリマー、脂肪族炭酸塩ポリマーの群から選択され、約１．５〜約１．８の範囲の屈折率を有する第２の材料で形成される。より好ましくは、第１の材料はトリプロピレングリコールジアクリラートであって、これはＳａｒｔｏｍｅｒ社から製品記号ＳＲ３０６で入手可能である。この第１の材料は約１．４４９〜約１．４６の範囲の屈折率を有する。一方、第２の材料は、ポリカーボネートであり、これはＢａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ  ＡＧ社（Ｋａｉｓｅｒ−Ｗｉｌｈｅｌｍ−Ａｌｌｅｅ，  ５１３６８  Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ  Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能であり、この第２の材料は約１．５８４〜約１．６８５の範囲の屈折率を有する。
【００５５】
この実施形態において、凹レンズ形状は、低屈折率材料（すなわち第１の材料）を用いた光学スペーサの中に形成されてもよい。高屈折率を有するポリカーボネート層（すなわち第２の材料）が、凹レンズを覆って配置されてもよい。次に熱と圧力をかけて、内部に捕捉されていた空気を押し出し、ポリカーボネートをプレスしてレンズ空洞とする。冷却されるとこのシステムは、平滑な保護表面層を有した状態で、鮮明に焦点の合った合成画像を表示できる。
【００５６】
以上本発明の様々な実施形態を述べたが、これらは例示のためだけのものであり、限定するためのものではないことを理解されたい。従って、本発明の範囲は例示的実施形態のいずれによっても制限されるものではない。
【図１】
2018156110.tif 000003
【図２】
2018156110.tif 000004
【図３】
2018156110.tif 000005