(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー箔スタック（１１１）を備える合成統合画像を提供する光学デバイス（１０）であって、
前記ポリマー箔スタック（１１１）は少なくとも１つのポリマー箔（１１）を備え、
前記ポリマー箔スタック（１１１）の第１の界面（１７）は、第１のアレイ（１５）において光学的に識別可能な画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）を備え、
前記ポリマー箔スタック（１１１）の第２の界面（１２）は、第２のアレイ（１３）において集光素子（１）を有し、
前記第２の界面（１２）は前記第１の界面（１７）から距離を空けて設けられ、
前記第１のアレイ（１５）の前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）は、第１のオブジェクト方向（９１’）において第１のオブジェクト距離（Ｐｏ１）で繰り返され、
前記第２のアレイ（１３）における前記集光素子（１）は、第１の集光素子方向（９１）において第１の集光素子距離（Ｐｌ１）で繰り返され、
前記第１の集光素子方向は前記第１のオブジェクト方向と平行であり、
前記第１のオブジェクト距離及び前記第１の集光素子距離（Ｐｌ１）の対応する対の間の第１の比は１に等しく、
前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）に対応する前記合成統合画像（２５）は、３ｃｍより小さい距離から見られるとき、前記ポリマー箔スタック（１１１）の観察側から合成統合画像として知覚可能であり、
前記第１のアレイ（１５）の前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）は、前記第１のオブジェクト方向（９１’）に対して第１の角度（γｏ）で提供される第２のオブジェクト方向（９２’）において第２のオブジェクト距離（Ｐｏ２）で繰り返され、
前記第２のアレイ（１３）における前記集光素子（１）は、前記第１の集光素子方向（９１）に対して第２の角度（γｌ）で提供される第２の集光素子方向（９２）において第２の集光素子距離（Ｐｌ２）で繰り返され、
前記第２の集光素子方向は前記第２のオブジェクト方向と平行であり、
前記第２のオブジェクト距離及び前記第２の集光素子距離（Ｐｌ２）の対応する対の間の第２の比は１に等しいことを特徴とする、光学デバイス。
【請求項２】
前記第１のアレイ（１５）は前記第１のオブジェクト方向（９１’）において周期的であり、それにより前記第１のオブジェクト距離（Ｐｏ１）は第１のオブジェクト単位ベクトル（ｖｏ１）の長さに等しく、前記第２のアレイ（１３）は前記第１の集光素子方向（９１）において周期的であり、それにより前記第１の集光素子距離（Ｐｌ１）は第１の集光素子単位ベクトル（ｖｌ１）の長さに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記第１のアレイ（１５）は前記第２のオブジェクト方向（９２’）において周期的であり、それにより前記第２のオブジェクト距離（Ｐｏ２）は第２のオブジェクト単位ベクトル（ｖｏ２）の長さに等しく、前記第２のアレイ（１３）は前記第２の集光素子方向（９２）において周期的であり、それにより前記第２の集光素子距離（Ｐｌ２）は第２の集光素子単位ベクトル（ｖｌ２）の長さに等しいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第１の界面（１７）は、第３のアレイ（８５）に、前記第１のアレイ（１５）の前記識別可能な画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）の上に重ねられる光学的に識別可能な画像データ担持構造（８６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第３のアレイ（８５）における前記画像データ担持構造は、前記第１の集光素子方向（９１）における第３のオブジェクト距離（Ｐｏ３）によりかつ前記第２の集光素子方向（９２）における第４のオブジェクト距離（Ｐｏ４）により繰り返され、前記第３のオブジェクト距離（Ｐｏ３）及び前記第１の集光素子距離（Ｐｌ１）の対応する対の間の第３の比は、前記第４のオブジェクト距離（Ｐｏ４）及び前記第２の集光素子距離（Ｐｌ２）の対応する対の間の第４の比に等しく、前記第３の比及び前記第４の比は１とは異なり、それにより、前記第３のアレイ（８５）における前記画像データ担持構造（８６）に対応する合成統合画像は、１５ｃｍより大きい距離から見られるとき、前記ポリマー箔スタック（１１１）の前記観察側から合成統合画像として知覚可能であることを特徴とする、請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
表面にポリマー箔スタック（１１１）が設けられた物体（５０）の認証方法であって、前記ポリマー箔スタック（１１１）は少なくとも１つのポリマー箔（１１）を備え、前記ポリマー箔スタック（１１１）の第１の界面（１７）は、第１のアレイ（１５）において光学的に識別可能な画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）を備え、前記ポリマー箔スタック（１１１）の第２の界面（１２）は、第２のアレイ（１３）において集光素子（１）を有し、前記第２の界面（１２）は前記第１の界面（１７）から距離を空けて設けられ、前記第１のアレイ（１５）の前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）は、第１のオブジェクト方向（９１’）において第１のオブジェクト距離（Ｐｏ１）で、かつ前記第１のオブジェクト方向（９１’）に対して第１の角度（γｏ）で提供される第２のオブジェクト方向（９２’）において第２のオブジェクト距離（Ｐｏ２）で繰り返され、前記第２のアレイ（１３）における前記集光素子（１）は、第１の集光素子方向（９１）において第１の集光素子距離（Ｐｌ１）で、かつ前記第１の集光素子方向（９１）に対して第２の角度（γｌ）で提供される第２の集光素子方向（９２）において第２の集光素子距離（Ｐｌ２）で繰り返され、前記第１の集光素子方向は前記第１のオブジェクト方向と平行であり、前記第２の集光素子方向は前記第２のオブジェクト方向と平行であり、前記第１のオブジェクト距離及び前記第１の集光素子距離（Ｐｌ１）の対応する対の間の第１の比は１に等しく、前記第２のオブジェクト距離及び前記第２の集光素子距離（Ｐｌ２）の対応する対の間の第２の比は１に等しく、前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）に対応する前記合成統合画像（２５）は、３ｃｍより小さい距離から見られるとき、前記ポリマー箔スタック（１１１）の観察側から合成統合画像として知覚可能であり、該方法は、
前記ポリマー箔スタック（１１１）を、観察者に対する第１の距離と観察者に対する第２の距離との間で移動させるステップ（２７０）であって、前記第２の距離は前記第１の距離より小さい、ステップ（２７０）と、
前記移動中に前記画像データ担持構造（１６、１６Ａ〜１６Ｃ）に対応する第１の合成統合画像（２５）の何らかの出現を、認証のしるしとして観察するステップ（２７２）と、
を含む、物体の認証方法。
【請求項７】
前記第２の距離は前記観察者の両目の距離の２倍より小さいことを特徴とする、請求項６に記載の物体の認証方法。
【請求項８】
前記第１の距離は１５ｃｍより大きいことを特徴とする、請求項６又は７に記載の物体の認証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には光学デバイスに関し、特に合成画像を提供する光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成画像、すなわち角度が異なると外観を変化させる画像をもたらす平面光学装置が、多くの応用で使用されてきた。完全に審美的な用途以外でも、こうした装置は、たとえば紙幣又は他の価値のある文書、識別文書等のセキュリティラベルとして使用されてきた。合成画像は、通常、幾分か目立つ３次元文字と共に、たとえば２次元情報文書において複雑な形状が幾何学的により理解されるためにも使用されてきた。
【０００３】
特許文献１では、セキュリティデバイスが開示されている。セキュリティデバイスはマイクロ画像のアレイを備え、それは、実質的に球形のマイクロレンズの対応するアレイを通して見られるとき、拡大画像を生成する。この結果は、長く知られているモアレ効果に従って達成され、ここでは、セキュリティラベルに３次元の外観を有する画像を提供するために適用された。アレイを、マイクロ画像のアレイに接合してもよい。
【０００４】
特許文献２では、同様の基本概念に基づいている、マイクロ光学セキュリティ及び画像表示システムが開示されている。フィルム材料が、非円柱形レンズの規則正しい２次元アレイを利用して、マイクロ画像又は画像平面の画像データ担持（bearer）構造を拡大する。レンズの焦点特性を適合させることにより、レンズと画像平面との間の距離、レンズの直径、種々の倍率、視野等を変更することができる。画像平面とレンズ面との位置合せにずれがあることにより、光視差（optoparallactic）移動が達成される。
【０００５】
この種の画像は、たとえばパッケージ用のシート材としても使用される。パッケージは、このように人目を引く外観を達成し、それは通常、装飾的な又は高価な製品を販売する場合に望まれる。合成画像が３次元で作成される場合、画像を、たとえば、パッケージの内側（又はさらには外側）に浮遊しているように見えるように構成することができる。しかしながら、この装置は、画像データ担持構造及びレンズの平面構造によって達成される光学効果を利用するため、こうした画像は、今まで、平面を有するパッケージに限られていた。合成画像は、通常、たとえば湾曲した瓶の表面に付与されると劣化する。
【０００６】
光学装置がセキュリティデバイスとして使用される場合、知覚される画像は、簡単な手段で複製することが困難であるように挙動するが、ユーザが容易に観察することができることが重要である。従来技術では、こうした要件を満たすセキュリティデバイスは、たとえあったとしてもわずかである。検出及び検証が容易であるが改ざん又は複製が困難である一意の構造及び特性を有するセキュリティデバイスが必要とされている。
【０００７】
特許文献３では、不正開封防止機能付き（tamper-evident）パッケージ用の画像シートが開示されている。シートは、フィルムの上部にガラスミクロスフェア（microsphere：微小球）のパターンが設けられており、ミクロスフェアはマイクロレンズとして機能する。シートを高エネルギー放射線に対して露出させることにより、シートにおいてミクロスフェアの背部に接触して軸方向のマーキングが形成されることになる。フィルムが湾曲形状に保持されるときにこうした軸方向マーキングを作成することにより、ミクロスフェアを通して見られる軸方向マーキングによって構成される統合（integral）画像が、湾曲が変化した場合に破壊される。こうしたフィルムが、たとえば容器の開口部の上に設けられる場合、画像の存在により、容器の中身が不正開封されていないことが保証される。こうした構成の不都合は、画像形成を、フィルムがその最終的な基材に付与されるときに行わなければならないということである。これにより、効率的な大量生産が非常に困難になる。ミクロスフェアを通して放射線照射により軸方向マーキングを作成する手法はまた、形成することができる画像の種類に関して厳密な制限を加える。さらに、軸方向マーキングの作成を、最終製品において強力な放射線照射によって行わなければならないため、この種のセキュリティデバイスを放射線の影響を受けやすい製品には使用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第９４／２７２５４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１８００２０号
【特許文献３】欧州特許出願第０２１６６２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、曲げられているか又は湾曲面を有しているときに高品質な合成画像を提供する光学デバイスを提供することである。別の目的は、検出及び検証が容易であるが改ざん又は複製が困難である一意の構造及び特性を有する、改善されたセキュリティデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、同封した特許請求の範囲によるデバイス及び方法によって達成される。概して、第１の態様によれば、合成統合画像（synthetic integral image）を提供する光学デバイスがポリマー箔（polymer foil）スタックを備える。前記ポリマー箔スタックは少なくとも１つのポリマー箔を備える。前記ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備える。前記ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有する。前記第２の界面は前記第１の界面から距離を空けて設けられる。前記第１のアレイの前記画像データ担持構造は、第１のオブジェクト方向において第１のオブジェクト距離で、かつ前記第１のオブジェクト方向に対して第１の角度で提供される第２のオブジェクト方向において第２のオブジェクト距離で繰り返される。前記第２のアレイにおける前記集光素子は、第１の集光素子方向において第１の集光素子距離で、かつ前記第１の集光素子方向に対して第２の角度で提供される第２の集光素子方向において第２の集光素子距離で繰り返される。第１の投影されたオブジェクト距離は、前記第１の集光素子方向上に投影された前記第１のオブジェクト距離であり、第２の投影されたオブジェクト距離は、前記第２の集光素子方向上に投影された前記第２のオブジェクト距離である。前記第１の投影されたオブジェクト距離及び前記第１の集光素子距離の対応する対の間の第１の比と、前記第２の投影されたオブジェクト距離及び前記第２の集光素子距離の対応する対の間の第２の比とのうちの少なくとも１つは、１に近いか又は１に等しく、それにより、前記画像データ担持構造に対応する前記合成統合画像は、小さい距離から見られるとき、前記ポリマー箔スタックの観察側から要求された割合で知覚可能である。
【００１１】
第２の態様によれば、目的の認証のための方法が開示される。本方法は、物体の表面に設けられたポリマー箔スタックに対して実行される。前記ポリマー箔スタックは少なくとも１つのポリマー箔を備える。前記ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備える。前記ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有する。前記第２の界面は前記第１の界面から距離を空けて設けられる。本方法は、前記ポリマー箔スタックを、観察者に対する第１の距離と観察者に対する第２の距離との間でいずれかの方向に移動させることを含む。前記第２の距離は前記第１の距離より大幅に小さい。本方法は、前記移動中に前記画像データ担持構造に対応する第１の合成統合画像の何らかの外観を、認証のしるしとして要求された割合で観察することをさらに含む。
【００１２】
第３の態様によれば、合成統合画像を提供する光学デバイスがポリマー箔スタックを備える。前記ポリマー箔スタックは少なくとも１つのポリマー箔を備える。前記ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備える。前記ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有する。前記第２の界面は前記第１の界面から距離を空けて設けられる。前記第１のアレイの前記画像データ担持構造は、第１のオブジェクト方向において第１のオブジェクト距離で、かつ前記第１のオブジェクト距離に対して第１の角度で提供される第２のオブジェクト方向において第２のオブジェクト距離で繰り返される。前記第１のアレイにおける前記集光素子は、第１の集光素子方向において第１の集光素子距離で、かつ前記第１の集光素子方向に対して第２の角度で提供される第２の集光素子方向において第２の集光素子距離で繰り返される。第１の投影されたオブジェクト距離は、前記第１の集光素子方向上に投影された前記第１のオブジェクト距離として定義され、第２の投影されたオブジェクト距離は、前記第２の集光素子方向上に投影された前記第２のオブジェクト距離として定義される。前記第１の投影されたオブジェクト距離及び前記第１の集光素子距離の対応する対の間の第１の比は、前記第２の投影されたオブジェクト距離及び前記第２の集光素子距離の対応する対の間の第２の比とは異なる。それにより、前記画像データ担持構造に対応する前記合成統合画像は、前記ポリマー箔スタックに一定の湾曲が与えられるとき、前記ポリマー箔スタックの観察側から要求された割合で知覚可能である。
【００１３】
第４の態様によれば、表面にポリマー箔スタックが設けられた物体の認証方法が開示される。該方法は、少なくとも１つのポリマー箔を備えるポリマー箔スタックに対して実行される。前記ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備える。前記ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有する。前記第２の界面は前記第１の界面から距離を空けて設けられる。本方法は、前記ポリマー箔スタックを、所定の第１の方向において所定の第１の湾曲に従って曲げること、及び前記画像データ担持構造に対応する第１の合成統合画像の何らかの外観を要求された割合で認証のしるしとして観察することを含む。
【００１４】
第５の態様によれば、表面にポリマー箔スタックが設けられた物体の認証方法が開示される。本方法は、少なくとも１つのポリマー箔を備える前記ポリマー箔スタックに対して実行される。前記ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備える。前記ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有する。前記第２の界面は前記第１の界面から距離を空けて設けられる。本方法は、前記ポリマー箔スタックを視野方向に対して平行な成分を有する軸を中心に回転させること、及び前記画像データ担持構造に対応する合成統合画像の見かけの画像深さの何らかの変化を認証のしるしとして観察することを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による一つの利点は、種々の非平面に優れた品質の合成画像を提供することができるということである。本発明の別の利点は、容易に識別可能な特性を有するセキュリティ画像が提供され、そのセキュリティ画像は複製が困難であるということである。他の利点については、詳細な説明において種々の実施形態に関連してさらに説明する。
【００１６】
本発明は、そのさらなる目的及び利点と共に、添付図面と共に以下の説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】種々の集光素子のうちの１つを示す図である。
【図１Ｂ】種々の集光素子のうちの１つを示す図である。
【図１Ｃ】種々の集光素子のうちの１つを示す図である。
【図２Ａ】従来技術により合成統合画像を提供する光学デバイスの概略断面図である。
【図２Ｂ】画像深さを示す光学デバイスの一実施形態の断面図である。
【図３Ａ】従来技術による合成統合画像を提供する光学デバイスの一実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図３Ｂ】従来技術による合成統合画像を提供する光学デバイスの一実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明による光学デバイスの一実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明による光学デバイスの一実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図３Ｅ】本発明による光学デバイスの別の実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図３Ｆ】本発明による光学デバイスの別の実施形態が、曲げられているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図４Ａ】本発明による光学デバイスの実施形態の概略上面図である。
【図４Ｂ】本発明による光学デバイスの実施形態の概略上面図である。
【図５Ａ】円形の円筒面に沿って曲げられているときの本発明による光学デバイスの一実施形態の特性の図である。
【図５Ｂ】最大視角がいかに画定されるかの図である。
【図６Ａ】本発明による方法の一実施形態のステップのフローチャートである。
【図６Ｂ】本発明による方法の一実施形態のステップのフローチャートである。
【図７Ａ】２つ以上の画像を与える本発明による光学デバイスの実施形態の概略上面図である。
【図７Ｂ】２つ以上の画像を与える本発明による光学デバイスの実施形態の概略上面図である。
【図７Ｃ】２つ以上の画像を与える本発明による光学デバイスの実施形態の概略上面図である。
【図８Ａ】本発明による高価値物品の一実施形態の概略図である。
【図８Ｂ】本発明による高価値文書の一実施形態の概略図である。
【図８Ｃ】本発明によるパッケージの一実施形態の概略図である。
【図９Ａ】種々の角度のうちの一つでのポリマー箔スタックの焦点面の概略図である。
【図９Ｂ】種々の角度のうちの一つでのポリマー箔スタックの焦点面の概略図である。
【図９Ｃ】湾曲界面にデータ担持構造が設けられた光学デバイスの一実施形態の概略図である。
【図１０Ａ】従来技術による合成統合画像を提供する光学デバイスの一実施形態が、近距離から見られているときにいかに挙動するかの概略断面図である。
【図１０Ｂ】本発明による光学デバイスの他の実施形態の概略上面図である。
【図１０Ｃ】本発明による光学デバイスの他の実施形態の概略上面図である。
【図１１】本発明による方法の別の実施形態のステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面を通して、同じ参照符号を、類似するか又は対応する要素に使用する。
本発明による光学デバイスは、モアレ効果として知られる原理に従って動作する。本出願では、モアレ効果は、パターンの拡大を提供し、同時に、合成統合、通常３次元の画像を与える。こうした統合画像は、セキュリティラベルとして又は単に人目を引くために使用される最適な候補である。モアレ拡大原理自体は文献から既知であり、概要はたとえばＭ．Ｃ．ハトレイ（Hutley）他による「モアレ拡大器（The Moire magnifier）」（Pure Appl. Opt., 3, 1994, pp.133-142）又はＨ．カマル（Kamal）他による「モアレ拡大器の特性（Properties of moire magnifier）」（Optical Engineering 37(11), Nov.1998, pp.3007-3014）において見られる。３Ｄ画像を得るためにモアレ効果に従って動作する装置は、概して、レンズアレイ及び拡大されるオブジェクトのアレイの位置合せ（alignment：アライメント）に関して高い精度を必要とする。
【００１９】
本開示では、「集光素子（focusing element）」という用語を使用する。モアレ効果に基づく大部分の装置は、種々のタイプのレンズ又は曲面鏡を利用する。しかしながら、この用語は、本開示では、小さい領域から光学情報を選択することになる種々のタイプの機器を包含するように意図されている。図１Ａ〜図１Ｃは、こうした集光素子の３つの例を示す。図１Ａでは、集光素子１は、ここではマイクロレンズ１４の形態であり、オブジェクト面（object plane）３から距離を空けて設けられている。この距離は、マイクロレンズ１４の焦点距離に等しいか又は近い。オブジェクト面３における小さい領域４からの光線５は、マイクロレンズ１４で屈折して、マイクロレンズ１４を離れる一束の平行光線６をもたらす。マイクロレンズを見ている観察者は、小さい領域４のみを見ることになり、それは、マイクロレンズ１４の領域全体を覆うように拡大されている。
【００２０】
図１Ｂでは、集光素子１は、ここでは曲面鏡２の形態であり、本質的に透明なオブジェクト面３から距離を空けて設けられている。この距離は、曲面鏡２の焦点距離に等しいか又は近い。オブジェクト面３における小さい領域４からの光線５は、曲面鏡２で反射し、オブジェクト面３を通過する一束の平行光線６をもたらす。オブジェクト面３を見ている観察者は、主に小さい領域４を見ることになり、それは曲面鏡２の領域全体を覆うように拡大されている。小さい領域の画像は、オブジェクト面３の通過中にたとえば小さい領域４によって幾分か影響を受ける。この実施形態では、観察者は小さい領域４の鏡像を見ることになり、それは、それが曲面鏡２を介して見られるためである。
【００２１】
図１Ｃでは、集光素子１は、ここでは開口７の形態であり、オブジェクト面３の上方に設けられている。オブジェクト面３における小さい領域４からの光線６は、開口７の平面を所定方向に通過することができる唯一の光線である。開口の面を見ている観察者は、小さい領域４のみを見ることができるが、本実施形態ではそれは拡大されない。
【００２２】
本開示の残りの部分では、集光素子を例示するためにマイクロレンズを用いる。しかしながら、対応する概念は、形状及び構造に必要な変更を行うことにより他のタイプの集光素子にも適用可能である。
【００２３】
本発明の利点を理解するために、まず、小さい画像データ担持構造の拡大画像の統合に基づく従来の光学デバイスについて説明する。図２Ａは、小さい画像データ担持構造の拡大画像の統合に基づく光学デバイス１０の一実施形態の断面図を概略的に示す。光学デバイス１０は、ポリマー箔スタック１１１を備えており、本実施形態では、それは厚さｔの単一ポリマー箔１１によって構成されている。界面１２、この場合はポリマー箔１１の外面において、集光素子１、この場合はマイクロレンズ１４のアレイ１３が設けられている。アレイ１３は、通常は周期的な２次元アレイであり、したがって、図１の断面図では、図示する断面において周期性Ｐｌである１次元アレイとして示されている。アレイ１３は、好ましくは、本質的に界面１２全体を覆う。
【００２４】
ポリマー箔１１には、幾何学的構造１６の別のアレイ１５も設けられている。幾何学的構造１６により、マイクロレンズ側から見て光学特性に差異がもたらされる。本実施形態では、幾何学的構造１６は、ポリマー箔１１の界面１７、本実施形態では、マイクロレンズ１４が設けられている面とは反対側の別の面に設けられている。それにより、界面１７をオブジェクト面３として見ることができる。したがって、幾何学的構造１６は、本実施形態では、ポリマー箔１１の内部とポリマー箔１１の後方の空間１８との間の界面１７となる。ポリマー箔１１及び空間１８の光学特性の差異により、幾何学的構造１６の形状を識別することが可能になる。それにより、幾何学的構造１６は、光学的に識別可能な画像データ担持構造１１６を構成し、それらは、マイクロレンズ１４を通して見られると、合わせて画像を構成する。画像データ担持構造１１６に対する他の代替形態は、同様に光学特性の差異をもたらす、たとえば色が異なり、反射率又は吸収が異なる構造であり得る。
【００２５】
アレイ１５もまた、本実施形態では周期的な２次元アレイであり、マイクロレンズ１４のアレイ１３と同じ対称性をさらに有する。幾何学的構造１６のアレイ１５の対称軸は、マイクロレンズ１４のアレイ１３の対称軸に対して平行である。言い換えれば、アレイ１３、１５は、本質的にそれらの対称軸によって位置合せされる。たとえば両アレイが六角形パターンを呈する場合、最密方向が位置合せされる。幾何学的構造１６のアレイ１５は、図示する断面の平面では周期性Ｐｏを有する。ポリマー箔１１は、少なくともパターン面の間において本質的に透明であるか又は着色透明である。
【００２６】
従来のモアレ効果が存在するために、幾何学的構造１６のアレイ１５の周期性Ｐｏは、マイクロレンズ１４のアレイ１３の周期性Ｐｌと非整数倍異なっている。この関係により、後により詳細に説明するように拡大率が確定される。さらに、幾何学的構造１６のアレイ１５を、ポリマー箔１１の第１の側１２から、マイクロレンズ１４の焦点距離ｆに十分に近い距離Ｄに設けなければならない。本実施形態では、ポリマー箔１１の第２の側１７に幾何学的構造１６があることにより、ポリマー箔１１の平均厚さは焦点距離ｆに本質的に等しくあるべきであるということが要求される。しかしながら、アレイ１３、１５間の距離は、焦点距離ｆに厳密に等しい必要はない。
【００２７】
画像の倍率は、周期性Ｐｌ及びＰｏの相対的なサイズによって決まる。図２Ａでは、画像データ担持構造１１６のアレイの周期性Ｐｏは、マイクロレンズ１４のアレイの周期性Ｐｌよりわずかに小さく、すなわちＰｏ＜Ｐｌである。幾何学的構造１６のうちの１つにおける特定のスポット２０は、図示する実施形態では、マイクロレンズ１４のうちの１つのマイクロレンズ２２の真下に、さらにその焦点に正確に配置されている。これは、スポット２０から発生している光が、理想的にはポリマー箔１１内を移動し、上方のマイクロレンズで屈折して光線２１の平行ビームになることができることを意味する。ポリマー箔１１の第１の側１２を見ている観察者は、マイクロレンズ２２全体にわたって広がるスポット２０の周囲の領域の光学的特徴を見ることになり、すなわち拡大した部分画像２９が見られることになる。マイクロレンズ２３は、同様に、幾何学的構造１６のうちの別のもののスポット２４の周囲の領域の別の拡大した部分画像２９を提供する。周期性にわずかな不一致があるため、スポット２４の周囲の領域は、スポット２０の周囲の領域に正確には対応せず、代りにわずかに外れた領域に対応する。多数のマイクロレンズ１４及び幾何学的構造１６があることにより、画像形成される領域は、理想的には、幾何学的構造１６のすべての領域から発生する。したがって、観察者は、それぞれのマイクロレンズ１４に対応する小さい部分画像２９によって構成された合成統合画像２５を見ることになる。部分画像２９は合わせて、目によって、幾何学的構造１６の拡大した合成統合画像２５として見られる。
【００２８】
単純な幾何学的推論から、倍率は以下のようになることが分かる。
【００２９】
【数１】
0005788801.tif 000002
【００３０】
この関係は、平行光線に対して、すなわち箔が無限遠によって近似され得る距離から見られる場合に有効である。係数Ｆが１に近づくとき、倍率は非常に大きくなることに気付くことができる。係数が１に等しい場合、倍率は無限大になり、それは従来のモアレ画像では非常に有用というわけではなく、それは、そのために幾何学的構造における１つの単一スポットしか見えなくなるためである。したがって、有用な画像を得るために、従来、係数Ｆは１とは異なり、かつ係数Ｆはいかなる整数値とも異なることが必要であり、すなわち、Ｆは非整数係数でなければならない。
【００３１】
しかしながら、大きい倍率を達成するために、係数は好ましくは１に近くあるべきである。図２Ａの実施形態では、Ｐｏ＜Ｐｌであるため係数は１未満である。したがって、倍率は正の値を有する。Ｐｏ＞Ｐｌである場合、係数は１未満であり、倍率は負になり、すなわち画像は反転画像として再現される。
【００３２】
ポリマー箔１１の設計パラメーターは、光学特性にさらに影響を与える。幾何学的構造を拡大する特性とは別に、ポリマー箔１１は、合成３次元体験も提供する。
マイクロレンズの焦点距離は以下の式によって与えられる。
【００３３】
【数２】
0005788801.tif 000003
【００３４】
ここで、Ｒｌはマイクロレンズ半径であり、ｎ２はマイクロレンズに対する耐火係数であり、ｎ２はマイクロレンズ１４を覆う媒体、すなわち通常は空気に対する耐火係数である。
【００３５】
ポリマー箔１１の設計パラメーターは、さらに、光学特性に影響を与える。幾何学的構造を拡大する特性に加えて、ポリマー箔１１は、合成３次元体験も提供する。図２Ｂは、画像の体験される深さを示す。この実施形態では、係数Ｆは１未満であり、球形マイクロレンズが想定されている。観察者の目２６Ｌ、２６Ｒは、仮想画像２５上の１つのスポット２８に焦点が合わせられている。簡単のために、スポット２８は、目２６Ｌと目２６Ｒとの中間に位置している。目への近軸光線２７は、異なるマイクロレンズ１４を直角で通過するが、幾何学的構造１６において対応するスポットから来る。しかしながら、仮想画像はｄｉの深さで生成される。光線２７の角度βは、種々の設計パラメーターにより、図の種々の部分において種々の方法で容易に画定される。図の下部分において、以下のことが分かる。
【００３６】
【数３】
0005788801.tif 000004
【００３７】
ここでδは、球形マイクロレンズ１４の中心と、同じ平面における光線２７がレンズ表面を交差する点との間の距離であり、ｎは整数である。同様に、図２Ｂの左上部分に示すように、角度βを以下のように画定することも可能である。
【００３８】
【数４】
0005788801.tif 000005
【００３９】
ここで、Ｒｌは球形マイクロレンズ１４の曲率半径である。最後に、図２Ｂの右上部分に示すように、角度βを以下のように画定することも可能である。
【００４０】
【数５】
0005788801.tif 000006
【００４１】
式（６）〜（８）を結合することにより、画像深さｄｉが
【００４２】
【数６】
0005788801.tif 000007
【００４３】
となり、又は係数Ｆに関して
【００４４】
【数７】
0005788801.tif 000008
【００４５】
となることが分かる。ここで、第２項は概してわずかであり、係数Ｆが１に近いことにより大きい深さが得られることも容易に分かる。焦点距離とレンズ半径との関係は、材料の選択によって決まるが、通常、Ｆが１に近い場合、大きさに関して係数Ｆより重要ではない。整数ｎ及び距離δは消滅し、それにより、観察者までの距離とは無関係に、深さｄｉが一定であることが分かる。（しかしながら、図示する統合画像２５は、距離によって影響され、ここでは、有限の視距離に対して示されている。）
１より大きい係数Ｆが用いられる場合、深さｄｉは負になり、すなわち、合成画像は、観察者が見ると、レンズ表面の正面に位置しているように現れる。
【００４６】
上記関係は、平面ポリマー箔１１の場合に有効である。しかしながら、ポリマー箔が曲げられると、状態は変化する。図３Ａは、平面状態での３つのレンズ系の概略図を示す。オブジェクト面３における幾何学的構造１６が、マイクロレンズ１４のアレイ１３を通して見られる。上述したように、合成統合画像２５は、それぞれのマイクロレンズ１４に対応する小さい部分画像２９から構成されている。部分画像２９Ａ〜２９Ｃは合わせて、目により、幾何学構造１６Ａ〜１６Ｃの拡大された合成統合画像２５として見られる。
【００４７】
図３Ｂでは、ポリマー箔１１が曲げられている。観察者は、依然として図３Ａと同じ位置からポリマー箔１１を観察している。湾曲は、観察者から見ると凸状である。中央のマイクロレンズ１４Ｂと対応する幾何学的構造１６Ｂとの関係は本質的に変化せず、中央のマイクロレンズ１４Ｂは、幾何学的構造１６Ｂの一部の拡大画像２９Ｂを与える。しかしながら、他のマイクロレンズ１４Ａ、１４Ｃの場合、状況は同じではない。マイクロレンズ１４Ａを考慮すると、マイクロレンズ１４Ａは、マイクロレンズ１４Ｂの中心光線に対して平行な光線に関して角度が変えられる。正面方向から見た場合、マイクロレンズ１４Ａの焦点は、画像平面にはもはや発生せず、対応する幾何学的構造１６Ａに比較して横方向にさらに変位する。このわずかに誇張された図では、幾何学的構造１６Ａはもはやマイクロレンズ１４Ａの焦点内にはない。マイクロレンズ１４Ｃ及び幾何学的構造１６Ｃに対して類似の状態が当てはまる。この最終的な合成統合画像は、この場合、中央の幾何学的構造１６Ｂの部分画像２９Ｂのみを含むことになる。言い換えれば、合成統合画像が破壊される。実際の場合、多数のマイクロレンズにより、合成統合画像は、最初に、画像比を曲げの方向に変化させ１つの次元において圧縮又は拡張された画像がもたらされることによって、また最後に、画像に筋を呈することによって劣化し、同時に、あらゆる３次元外観の鮮鋭度が低減する。
【００４８】
図３Ｃに、平面状態における別の３つのレンズ系の概略図を示す。ここでは、個々の幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃは、前述と同じであるが、図面の面の方向において異なるピッチが提供されている。言い換えれば、２つの隣接する幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃの距離が変化している。しかしながら、図面に対して垂直な方向におけるピッチは、依然として図３Ａと同じであることに留意されたい。図示するように、合成統合画像は、通常のように幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃの形状を再現しない。代りに、図示する方向における合成統合画像は、完全に異なる倍率及び仮想画像深さを達成し、これにより、実際には、画像に図３Ｂの場合に得られたものと同様の筋がもたらされる。結果は、実用性のない合成画像である。
【００４９】
図３Ｄでは、このとき、図３Ｃの３つのレンズ系は曲げられている。適当な曲げ曲率により、マイクロレンズ１４は、幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃのそれぞれの適当な部分の上に配置され、合成統合画像２５が構成される。したがって、図３Ｃ及び図３Ｄと比較して図３Ａ及び図３Ｂでは、一方の方向における２つの最も近くに隣接している幾何学的構造の距離は異なるが、曲げ軸に対して平行な他方の方向における最も近くに隣接している幾何学的構造の距離は同じである。
【００５０】
図３Ｅに、平面状態での別の３つのレンズ系の概略図を示す。ここでは、個々の幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃは前述と同じであるが、ここではマイクロレンズと同じピッチが提供されている。言い換えれば、２つの隣接する幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃの距離は、２つの隣接するマイクロレンズ１４Ａ〜１４Ｃの距離と一致するように変更される。しかしながら、図面に対して垂直な方向のピッチは、依然として図３Ａと同じであることを留意されたい。部分画像２９Ａ〜２９Ｃは、このとき、幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃの同じ部分の同一の複製であり、合成統合画像は、いかなる知覚できる構造もまったく与えない。図３Ｅに示す方向における合成統合画像は、無限大の倍率及び仮想画像深さを有し、それによって実際には無意味な画像がもたらされる。したがって、結果は、同様に実用性のない合成画像である。
【００５１】
図３Ｆにおいて、図３Ｅの３つのレンズ系はこのとき曲げられている。図３Ｅにおいて必要なものより小さい、適当な曲げ曲率により、マイクロレンズ１４は、幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃのそれぞれの適切な部分の上方に配置され、合成統合画像２５が構成される。
【００５２】
ポリマー箔１１が反対方向に、すなわち観察者から見ると凹状に曲げられるとき、類似する状況が発生する。マイクロレンズの位置と幾何学的構造との間の関係は、同様に、ただしこの場合は反対方向に影響を受ける。
【００５３】
さらに、上述した図示的な例では、簡単のために同一の幾何学的構造を用いた。しかしながら、より複雑か又は不規則な幾何学的構造アレイを用いて同様の結果を得ることができる。
【００５４】
図４Ａは、箔又は箔スタックの法線に対する法線に対して平行な方向で見た、本発明による光学デバイスの一実施形態の一部を示す。この実施形態では「Ｔ」で示す幾何学的構造１６のアレイ１５は、集光素子１、この実施形態では円で示すマイクロレンズ１４のアレイ１３の下に配置され、それを通して見られる。本実施形態では、アレイ１３、１５は矩形アレイであるが、たとえば六角形、平行六面体等、他のタイプのアレイも使用が可能である。また、本実施形態では、アレイ１３、１５は、２つの次元において周期的アレイである。言い換えれば、アレイ１３を、第１の集光素子方向９１及び第２の集光素子方向９２それぞれにおける２つのマイクロレンズ１４間の最も近い集光素子距離Ｐｌ１、Ｐｌ２を表わす２つの集光素子単位ベクトルｖｌ１及びｖｌ２によって特徴付けることができる。アレイ１５を、第１のオブジェクト方向及び第２のオブジェクト方向それぞれにおける２つの幾何学的構造１６間の最も近いオブジェクト距離Ｐｏ１、Ｐｏ２を表わす２つのオブジェクト単位ベクトルｖｏ１及びｖｏ２によって同様に特徴付けることができる。本実施形態では、第１のオブジェクト方向は第１の集光素子方向９１に一致し、第２のオブジェクト方向は第２の集光素子方向９２に一致する。第１の集光素子方向９１において、オブジェクト距離Ｐｏ１は、集光素子距離Ｐｌ１よりわずかに小さく、それは、上記式（１）に従って、一定の正の倍率を示す。しかしながら、第２の集光素子方向９２において、オブジェクト距離Ｐｏ２は集光素子距離Ｐｌ２よりわずかに大きく、それは、上記（１）に従って、代りに一定の負の倍率を示す。また、異なる方向における単位ベクトルを比較した場合、正又は負の見かけの画像深さも異なる。したがって、箔のスタック１１１が平面であるとき、観察者により、幾分か伸張した画像が知覚されることになる。しかしながら、図３Ａ〜図３Ｄに関連して説明したように、箔のスタック１１１が、適切な曲げ形状で、たとえば第１の集光素子方向９１に対して平行な軸を中心に曲げられる場合、画像は現れる。
【００５５】
したがって、オブジェクト距離Ｐｏ２と集光素子距離Ｐｌ２との比は、オブジェクト距離Ｐｏ１と集光素子距離Ｐｌ１との比とは異なる値を有し、すなわち本実施形態のアレイが周期的アレイであるため、オブジェクト単位ベクトルｖｏ２の長さと集光素子単位ベクトルｖｌ２の長さとの比は、オブジェクト単位ベクトルｖｏ１の長さと集光素子単位ベクトルｖｌ１の長さとの比とは異なるということに、注目すべきである。従来技術による同様の種類の光学デバイスでは、これらの比は常に同じである。
【００５６】
この論証から、ポリマー箔スタック１１１を、第２の集光素子方向９２に対して平行な軸を中心に適切な曲げ形状で曲げ、ただしこのときは反対方向に曲げることによってもまた、画像を形成することができることも明らかである。こうした画像の倍率は、通常、第１の集光素子方向９１に対して平行な軸に沿って曲げることによって得られる画像とは異なる。
【００５７】
比の差異は、本発明の結果を達成するために重要であるため、こうした差異を、隣接するマイクロレンズの距離を同様に変化させることによってももたらすことができる。図４Ｂはこうした状況を示す。ここで、オブジェクト単位ベクトルｖｏ１及びｖｏ２は長さが等しく、すなわち、Ｐｏ１及びＰｏ２は同じ値を有している。代りに、集光素子単位ベクトルｖｌ１およびｖｌ２は長さが異なり、すなわちＰｌ１及びＰｌ２は異なる値を有している。またこの場合、箔のスタック１１１が平面であるとき、伸張するか又は他の方法で劣化した画像が存在するが、特定の曲げ状態では、観察者により適切に挙動した（well-behaved）画像が知覚される。
【００５８】
当然ながら、図４Ａ及び図４Ｂの状況を、両単位ベクトルを第２の方向において、ただし異なる程度で変化させることにより結合することも可能である。
これらの状態を、より数学的な手法で説明することができる。まず、図５Ａに関連して、軸９４を中心として一定半径Ｒｆで曲げられる箔のスタック１１１を想定する。したがって、箔のスタック１１１は、軸９４を中心とする円形円筒の表面をたどる。簡単のために無限距離に存在するものと想定される観察者９３は、角度αによって画定される、箔のスタック１１１における点９５を見る。角度は、視野方向に対して垂直な方向ｘに対して画定される。箔のスタック１１１の頂点１１２は、ｘ＝０であるスポットを確定して画定される。それにより、この頂点は、意図された好ましい視野方向も画定する。負の視野方向を、この図ではｙで示す。円の式は以下の通りである。
【００５９】
【数８】
0005788801.tif 000009
【００６０】
図５Ａから、以下も留意される。
【００６１】
【数９】
0005788801.tif 000010
【００６２】
そして、図５Ａの右側部分に示すように、箔スタック１１１を、見るスポットを中心により詳細に調べることにより、マイクロレンズ１４を直角に通過する光線をたどることが最も容易である。マイクロレンズの半径はＲｌによって示され、箔スタック１１１の厚さはｔである。マイクロレンズ１４を直角に通過する光線は、光軸とオブジェクト面３との間の交差部分において位置９６から距離ｄにあるオブジェクト面３から、ポリマー箔スタック１１１に対して垂直な方向で出る。言い換えれば、ｄは、オブジェクト面３における公称再現点９６とαの視角によって再現される点９７との間の距離である。これから、以下のことが分かる。
【００６３】
【数１０】
0005788801.tif 000011
【００６４】
これを（９）と結合することにより、
【００６５】
【数１１】
0005788801.tif 000012
【００６６】
が得られ、（８）と結合することにより、
【００６７】
【数１２】
0005788801.tif 000013
【００６８】
が得られる。
したがって、この公式は、画像が円形に曲げられた箔スタック１１１から見られる場合に、距離ｄが変数ｘによりいかに変化するかを記述している。距離ｄは、ｘにより線形には増大しない。これは、したがって、曲げ軸に対して垂直な周期的なアレイにより、観察面全体にわたって見ると一定でない倍率が与えられることを意味する。言い換えれば、より大きい円形曲げ部分にわたる一定の倍率を、２つの隣接する幾何学的構造の距離を変化させることによってしか達成することができない。しかしながら、箔スタック１１１の中心部分に対し、ｄはｘに対しておよそ線形であり、したがって、倍率を、一定の周期を用いることによっておよそ同じにすることができる。円形に曲げられた箔スタックでは、ｘがＲｆに近づくとｄがより迅速に増大するため、合成画像が縁に向かって変化することが示されている。しかしながら、円形曲げ面による近似は、多くの場合十分であり、それは、倍率の最大の差が大きい角度で発生し、その差は通常、箔スタックの最大視野の外側であるか、又は画像構造がレンズの焦点距離からはるかに外側であるためにぼけた画像を与えるためである。
【００６９】
視野は、主に、マイクロレンズの幾何学的寸法によって制限される。図５Ｂは、基準平面半径αを有するマイクレンズ１４を示す。この場合、最大視角αｍａｘは、最大角度によって与えられ、そこには、マイクロレンズ表面に垂直角度で到達することができ、すなわち、以下の通りである。
【００７０】
【数１３】
0005788801.tif 000014
【００７１】
最大角度を超過すると、画像は迅速に劣化する。
円形曲げが要求される場合、たとえば箔スタックが、円形対称を有する瓶の上に置かれるように意図されている場合、円形体のより広い領域にわたって要求された倍率を達成するために、幾何学的構造のアレイ及び／又は集光素子のアレイを適合させる可能性がある。言い換えれば、オブジェクト周期及び／又は集光素子周期を、動的にすることができる。円形曲げを補償し均一に拡大された画像を生成するようにオブジェクトを配置するために、オブジェクト周期のみを動的とするものと想定する。ここでもまた式（１２）を考慮する。動的周期Ｐｄｏ２又は２つの隣接する幾何学的構造の距離は、以下のように公称周期Ｐｏ２及び距離ｄの和となる。
【００７２】
【数１４】
0005788801.tif 000015
【００７３】
そして、頂点ｘからの距離は、以下の式に従って、ｎ番目の対応する円弧Ｓｎの長さに対して調整される。
【００７４】
【数１５】
0005788801.tif 000016
【００７５】
Ｓｎは、非曲げ状態、すなわち、箔スタックが平面であるときの箔スタックの距離でもある。したがって、動的周期を、（１２）、（１４）及び（１５）を結合して以下のように表わすことによって得ることができる。
【００７６】
【数１６】
0005788801.tif 000017
【００７７】
当然ながら、規則的な周期で箔スタックを用い、代りに、所与の規則的な周期に対して適当な曲げプロファイルを提供することも可能である。
曲げ形状の別の例は放物線である。放物線は以下の関係で記述される。
【００７８】
【数１７】
0005788801.tif 000018
【００７９】
ここで、ｐは放物線の焦点までの距離である。式の微分の後、関係は以下を示す。
【００８０】
【数１８】
0005788801.tif 000019
【００８１】
逆数、すなわち導関数ｄｘ／ｄｙは、以下のように、視線が放物線と交差する箔の勾配に対応する。
【００８２】
【数１９】
0005788801.tif 000020
【００８３】
そして、式（１９）及び（１１）から以下が得られる。
【００８４】
【数２０】
0005788801.tif 000021
【００８５】
ここで、距離ｄはｘにより線形に増大し、ｐの異なる値が、倍率の異なる湾曲形状を与える。
これらの概念を、箔スタックの動的周期が、画像が見られるように意図される任意の曲げプロファイルに適合するように、さらに描くことができる。概して、ポリマー箔スタックを備える、合成統合画像を提供する光学デバイス。ポリマー箔スタックは、少なくとも１つのポリマー箔を含む。ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を有している。ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有している。第２の界面は、好ましくは集光素子の焦点距離の近くで、第１の界面から距離を空けて設けられる。
【００８６】
最も全般的な場合、アレイは周期的である必要はなく、矩形又は六角形である必要はなく、完全に位置合せされる必要はない。図５Ｃは、こうした全般的な場合の一実施形態を示す。光学的に識別可能な画像データ担持構造１６の第１のアレイ１５は、第１のオブジェクト方向９１’において第１のオブジェクト距離Ｐｏ１で、かつ第１のオブジェクト方向９１’に対して第１の角度γｏで提供される第２のオブジェクト方向９２’において第２のオブジェクト距離Ｐｏ２で繰り返される、画像データ担持構造１６を備えている。１次元周期アレイでは、第１のオブジェクト距離Ｐｏ１又は第２のオブジェクト距離Ｐｏ２は、ポリマー箔スタック領域にわたって一定である。２次元周期アレイでは、第１のオブジェクト距離Ｐｏ１及び第２のオブジェクト距離Ｐｏ２は共に、ポリマー箔スタック領域にわたって一定である。周期的である場合、第１のアレイ１５は、第１のオブジェクト単位ベクトルｖｏ１及び第２のオブジェクト単位ベクトルｖｏ２それぞれによって画定され、第１のオブジェクト距離Ｐｏ１は、一定であると共に第１のオブジェクト単位ベクトルｖｏ１の長さに等しく、第２のオブジェクト距離Ｐｏ２は、一定であると共に第２のオブジェクト単位ベクトルｖｏ２の長さに等しい。
【００８７】
集光素子１の第２のアレイ１３は、この実施形態では、第１の集光素子方向９１において第１の集光素子距離Ｐｌ１で、かつ第１の集光素子方向９１に対して第２の角度γｌで提供される第２の集光素子方向９２において第２の集光素子距離Ｐｌ２で繰り返される、マイクロレンズ１４を備えている。集光素子が、本質的に第２の界面全体を、通常は六角形構造を用いることによって覆うことが一般的であり、そこでは、第２の角度γｌは６０度に等しくなる。１次元周期アレイでは、第１の集光素子距離Ｐｌ１又は第２の集光素子距離Ｐｌ２は、ポリマー箔スタック領域にわたって一定である。２次元周期アレイでは、第１の集光素子距離Ｐｌ１及び第２の集光素子距離Ｐｌ２は共に、ポリマー箔スタック領域にわたって一定である。周期的である場合、第２のアレイ１３は、第１の集光素子単位ベクトルｖｌ１及び第２の集光素子単位ベクトルｖｌ２それぞれによって画定され、第１の集光素子距離Ｐｌ１は一定であると共に第１の集光素子単位ベクトルｖｌ１の長さに等しく、第２の集光素子距離Ｐｌ２は一定であると共に第２の集光素子単位ベクトルｖｌ２の長さに等しい。
【００８８】
最も全体的な手法では、特に、第２のアレイが矩形とは異なる場合、第１の集光素子方向９１は第１のオブジェクト方向９１’とは異なる可能性があり、第２の集光素子方向９２は第２のオブジェクト方向９２’とは異なる可能性がある。第１の投影されたオブジェクト距離
【００８９】
【数２１】
0005788801.tif 000022
【００９０】
を、第１の集光素子方向９１上に投影されている第１のオブジェクト距離Ｐｏ１として定義することができ、第２の投影されたオブジェクト距離
【００９１】
【数２２】
0005788801.tif 000023
【００９２】
を、第２の集光素子方向９２上に投影されている第２のオブジェクト距離Ｐｏ２として定義することができる。第１の集光素子方向９１が第１のオブジェクト距離９１’に一致する場合、したがって、第１の投影されたオブジェクト距離
【００９３】
【数２３】
0005788801.tif 000024
【００９４】
は第１のオブジェクト距離Ｐｏ１に等しくなる。同様に、第２の集光素子方向９２が第２のオブジェクト方向９２’に一致する場合、第２の投影されたオブジェクト距離
【００９５】
【数２４】
0005788801.tif 000025
【００９６】
は第２のオブジェクト距離Ｐｏ２に等しくなる。
さらに上述した説明に従って、第１の投影されたオブジェクト距離
【００９７】
【数２５】
0005788801.tif 000026
【００９８】
及び第１の集光素子距離Ｐｌ１の対応する対の間の比は、第２の投影されたオブジェクト距離
【００９９】
【数２６】
0005788801.tif 000027
【０１００】
及び第２の集光素子距離Ｐｌ２の対応する対の間の比と異なる。ポリマー箔スタックに一定の湾曲が与えられたときに、ポリマー箔スタックの観察側から知覚可能な画像データ担持構造に対応する要求された割合を有する合成統合画像をもたらすために、２つのアレイにおける単位ベクトル及び／又は距離の間の関係が重要である。
【０１０１】
さらに、比は、必要な意図された湾曲に関する何らかの指示も与える。第１の投影されたオブジェクト距離
【０１０２】
【数２７】
0005788801.tif 000028
【０１０３】
及び第１の集光素子距離Ｐｌ１の対応する対の間の比が、第２の投影されたオブジェクト距離
【０１０４】
【数２８】
0005788801.tif 000029
【０１０５】
及び第２の集光素子距離Ｐｌ２の対応する対の間の比より高い場合、意図された湾曲は、ポリマー箔スタックが第１の集光素子方向を中心に曲げられる場合は観察側から見て凹面であり、又はポリマー箔スタックが第２の集光素子方向を中心に曲げられる場合は観察側から見て凸面である。同様に、第１の投影されたオブジェクト距離
【０１０６】
【数２９】
0005788801.tif 000030
【０１０７】
及び第１の集光素子距離Ｐｌ１の対応する対の間の比が、第２の投影されたオブジェクト距離
【０１０８】
【数３０】
0005788801.tif 000031
【０１０９】
及び第２の集光素子距離Ｐｌ２の対応する対の間の比より低い場合、意図された湾曲は、ポリマー箔スタックが第１の集光素子方向を中心に曲げられる場合は観察側から見て凸面であり、又はポリマー箔スタックが第２の集光素子方向を中心に曲げられる場合は観察側から見て凹面である。上記の例示する実施形態の中で、第１の距離及び第２の距離の対応する対の間の比が、ポリマー箔スタックの少なくとも一部にわたって同じである例がある。一実施形態では、およその湾曲は、円形円筒表面の一部に対応する。別の実施形態では、意図された湾曲は、非円形円筒面の一部に対応する。
【０１１０】
他の実施形態では、第１の距離及び第２距離の対応する対の間の比は、ポリマー箔スタックの少なくとも一部にわたって変化し、その部分の意図された湾曲は、特別な場合には円形円筒表面の一部であり得る。しかしながら、湾曲は、曲げ半径の異なる部分を呈するようなものとすることができる。このように、たとえば波形等の湾曲形状を、たとえば円錐の一部と同様に用いてもよく、この場合、曲げ半径は円錐軸に沿って変化する。
【０１１１】
比の差異を、関連する距離のいずれか又は両方によって達成することができる。特定の実施形態では、第２のアレイは両方向において周期的であり、すなわち第１の集光素子距離及び第２の集光素子距離は共に等しい。別の特定の実施形態では、第１のアレイは両方向において周期的であり、すなわち第１のオブジェクト距離及び第２のオブジェクト距離は共に等しい。
【０１１２】
再び図５Ｃを参照することにより、元のオブジェクトアレイがマイクロレンズアレイに完全に位置合せされる必要のないことが留意され得る。言い換えれば、第１のオブジェクト方向９１’は、第１の集光素子方向９１に一致する必要はなく、第２のオブジェクト方向９２’は、第２の集光素子方向９２に一致する必要はない。ポリマー箔スタックをたとえば第１の集光素子方向９１に沿って向けられる軸を中心として曲げると、対応する集光素子に比較して、この方向に対して垂直な距離が明らかに変化する結果となる。第１の集光素子方向９１に対して垂直な方向に向けられたベクトルは、長さのみが変化し、方向は変化しない。しかしながら、たとえば第２のオブジェクト距離Ｐｏ２に沿ったベクトルもまた、長さが変化するが、それは垂直ベクトルの場合より小さく、ただし第２のオブジェクト距離Ｐｏ２に沿ったベクトルは角度も変化する。適切な方向に曲げることにより、オブジェクトアレイと集光素子アレイとの角度差を補償することができ、適切に挙動した画像を提供することができる。
【０１１３】
ポリマー箔スタックの湾曲によって決まる画像外観の差異を、セキュリティラべリング又は真正証明の目的でもさらに用いることができる。モアレ効果による平面光学デバイスでも複製は困難である。しかしながら、未経験の観察者の場合、他の種類の疑似３次元画像からモアレ箔の適切に再現された３次元性を識別することが困難である可能性がある。しかしながら、本発明によれば、曲げられている合成画像の特性は、本発明者らの知る限りでは一意であり、曲げのプロセスは、いかなる人にも理解が容易な概念である。したがって、検証する画像を生成するために曲げなければならないセキュリティラベルは、直接の複製以外の手段によって提供することがはるかに困難であり、未経験の観察者にも容易に分かる。いかなる曲げが必要であるかを正確に知るために、一般的な（cliche）器具を提供することができ、それに対して、ポリマー箔スタックは強制的に支持される。
【０１１４】
本発明による光学デバイスにおける画像データ担持構造の生成は、光学デバイスがその最終的な用途に取り付けられる前に行われることが好ましい。こうした手法により、光学デバイスが接続することになる物品を破壊するいかなる危険もなくなる。さらに、光学デバイスの製造を、それが接続することになる物品の製造と組み合わせる必要なしに最適化することができるため、合理的な製造が容易になる。光学デバイスを、大量生産のためにより好都合であることが多い、平坦な形態で製造することも可能になる。画像データ担持構造を、その最終的な物品に接続される前に作成することができるためには、画像データ担持構造のアレイと集光素子のアレイとの適切に定義された関係がなければならない。こうした適切に定義された関係は、同一の同じポリマー箔スタックにおいてそれらの両方を具現化することによって達成される。本発明のこの好ましい実施形態によれば、１つの界面は単独で集光素子を構成するように形成され、まったく同じポリマー箔スタックの別の界面は画像データ担持構造を有する。したがって、マイクロレンズは、ポリマー箔自体の一体部分としての幾何学的構造として設けられる。このように、光学デバイスを、アレイの構造又は相対位置を危うくすることなく容易に取り扱うことができる。この場合、光学デバイスに取り付けられる別個のレンズ素子又は別個の画像構造等、任意の外部の物体の正確な位置決めに対する必要が要求されない。
【０１１５】
光学デバイスが、適用されることになる物品とは別個に製造されるとき、マイクロレンズの「後方」から、すなわちマイクロレンズを通さずに画像データ担持構造を形成することも可能になる。それにより、画像データ担持構造を、多種多様の方法で提供することができる。エンボス加工又は印刷が、画像データ担持構造を提供するために最も可能性の高い技法である。しかしながら、画像データ担持構造の必要なサイズ及び精度に応じて、異なる写真又はリソグラフィ法も使用することができる。
【０１１６】
図６Ａに、本発明による方法の一実施形態のステップのフローチャートを示す。表面にポリマー箔スタックが設けられた物体の認証方法は、ステップ２００で開始する。ポリマー箔スタックは、さらに上述した原理に従って作製されている。ステップ２１０において、ポリマー箔スタックは、所定の第１の方向において所定の第１の湾曲に従って曲げられる。この曲げを、一実施形態では、所定の第１の湾曲を呈している表面を有する一般的な器具に対してポリマー箔スタックを支持することによって行うことができる。別の実施形態では、曲げを、いかなる支援もなしに手で行うことができる。ポリマー箔スタックの適切な剛性を選択し、ポリマー箔スタックの端部同士を押し付けることにより、ポリマー箔スタックは、さらに上記において極めて有用な形状であることが分かっている放物線状に近い形状で曲がる。これを、適当な剛性の基材に取り付けられたより薄いポリマー箔スタックによって達成することも可能である。ステップ２１２において、第１の合成統合画像の何らかの外観が、認証のしるしとして観察される。この場合、特定の実施形態では、ステップ２１０及び２１２を、たとえば画像の何らかのさらなる外観を明らかにするためにポリマー箔スタックを別の湾曲にかつ／又は別の方向に屈曲させることにより、繰り返すことができる。
【０１１７】
認証の目的でポリマー箔スタックを使用するためには、平面ポリマー箔スタックにより提供された画像が、平面状態において可能な限り知覚できないことが有用であり得る。このように配置する１つの方法は、箔が平面であるとき（図３Ｅを参照のこと）、第２の方向における倍率を無限大にすることである。式（１）に従って、これは、第１の距離又は第２の距離の対応する対の間の比が１に等しい場合に発生する。したがって、平面の箔の状態での任意の画像を破壊するために、第１の距離又は第２の距離の対応する対の間の比は、少なくとも１に非常に近くあるべきである。
【０１１８】
比を１に近づけるか又は等しくすることにより、他の有用な特性も利用可能になる。箔を、軸を中心に観察者に対して凸状に曲げることにより、オブジェクト面における構造間の見かけの距離が、軸に対して垂直な方向に短くなり、最終的に、軸方向と同じ倍率もまた、軸に対して垂直な最初に１である比に関して達する可能性がある。そして、実像を見ることができる。しかしながら、代りに箔が凹状に曲げられる場合、オブジェクト面における構造間の見かけの距離はより長くなり、最終的に、式（１）に従って再び同じ倍率に達するが、この場合は反転している位置に達する。しかしながら、異なる方向から見た場合に見かけの深さが異なる、鏡像を見ることができる。平面状態を１の比に近づけることにより、実像及び鏡像の両方を、妥当な曲げ半径内で達成することができる。知覚される見かけの深さは、観察者の２つの目の連結線に対して平行な方向における見かけの深さによって決まる。これは、ポリマー箔スタックを回転させることにより、見かけの深さが向きに応じて変化する可能性があることを意味する。この効果を、認証目的に用いることもできる。
【０１１９】
平面又は曲げ状態において、オブジェクト距離と集光素子距離との間の見かけの比が異なる方向では異なるポリマー箔スタックは、式（６）に従って、異なる方向に見た場合に異なる見かけの画像深さをもたらす。一定方向に向けられた箔を見るとき、知覚される画像深さは、観察者の左目及び右目の軸設定に対して平行な方向における比によって決まる。ポリマー箔スタックを、視野方向に対して平行な軸を中心に回転させることにより、見かけの画像深さは変化する。オブジェクト距離と集光素子距離との見かけの比を一方の方向では１より小さく、他方の方向では１より大きくすることにより、画像は、回転時にポリマー箔スタックの正面の位置からポリマー箔スタックの後方の位置まで変化しているように見える。特定の実施形態では、比を、同じ差で１であるが反対方向であるように選択することができ、それにより、倍率は同じであるがしるしの異なる画像深さがもたらされる。
【０１２０】
図６Ｂに、本発明による方法の一実施形態のステップのフローチャートを示す。表面にポリマー箔スタックが設けられたオブジェクトの認証方法は、ステップ２００で開始する。ポリマー箔スタックは、異なる方向におけるオブジェクト距離と集光素子距離との間の見かけの比が異なる。ステップ２５０において、ポリマー箔スタックは、それが見られている方向に成分を有する軸を中心に回転する。ステップ２５２において、第１の合成統合画像の見かけの画像深さの何らかの変化が、認証のしるしとして観察される。方法はステップ２９９で終了する。
【０１２１】
異なる曲げ状態での異なる画像の使用を、同じ箔スタックによって画像の２つの組を提供することによって、より明確に用いることも可能である。これは、光学デバイスの第１の界面が、上記アレイの光学的に識別可能なデータ担持構造の上に重ねられる、第３のアレイの光学的に識別可能な画像データ担持構造をさらに備えるようにすることによって、達成される。こうした配置の一実施形態を図７Ａに概略的に示す。集光素子、この実施形態ではマイクロレンズ１４の第２のアレイ１３が設けられている。簡単のために、この第２のアレイ１３は、この実施形態では、２つの垂直方向において周期的であり、同じ周期である。本実施形態では、光学的に識別可能な画像データ担持構造１６（この場合は「Ａ」）の第１のアレイ１５は、集光素子のアレイ１３の下方に設けられている。第１のアレイ１５は、第１の集光素子方向９１において第１のオブジェクト単位ベクトルｖｏ１により、第２の集光素子方向９２において第２のオブジェクト単位ベクトルｖｏ２により画定される。第２の集光素子方向９２における周期Ｐｏ２は、第１の集光素子方向９１における周期Ｐｏ１より大きい。この第１のアレイ１５の上に重なって、光学的に識別可能な画像データ担持構造８６（この場合は「Ｂ」）の第３のアレイ８５が設けられている。第３のアレイ８５は、本実施形態では、第３のオブジェクト単位ベクトルｖｏ３及び第４のオブジェクト単位ベクトルｖｏ４によって画定される周期的アレイである。第３のアレイ８５における画像データ担持構造８６は、本質的に第２の集光素子方向９２において第４のオブジェクト距離Ｐｏ４で繰り返される。第１の集光素子方向９１における第３のオブジェクト距離Ｐｏ３は、上述したように一定であるが、第１のアレイ１５とは異なり、それは、倍率が異なり見かけの深さが異なることを意味している。第２の集光素子方向９２における第３のアレイ８５のオブジェクト距離Ｐｏ４は、第１の集光素子方向９１における周期Ｐｏ３より大きいが、第１のアレイ１５に関する場合と比が異なる。これは、この第３のアレイ８５から知覚可能な画像を得るために別の曲げ状態が必要であることを意味する。言い換えれば、平面状態では、「不良な」画像しか存在しない。第１の曲げ状態では、画像「Ａ」が見え、第２の曲げ状態では画像「Ｂ」が見える。アレイ内の距離を変更することにより、異なる画像を達成するための湾曲の異なる半径及び形状を得ることができる。言い換えれば、第３の距離及び第２の距離の対応する対の間の比は、第３の単位ベクトルの長さ及び第２の単位ベクトルの長さのの比とは異なると共に、第１の距離及び第２の距離の対応する対の間の比と異なる。これにより、第３のアレイにおける画像データ担持構造に対応する合成統合画像は、ポリマー箔スタックに、第１のアレイにおける画像データ担持構造に対応する合成統合画像が知覚可能になるようにするものとは異なる、第１の方向に対して平行な軸を中心とする一定の湾曲が与えられた場合に、ポリマー箔スタックの観察側から知覚可能である。
【０１２２】
図７Ｂに、画像が重ねられた別の実施形態を示す。この実施形態では、箔が、第１の集光素子方向９１に向けられている軸を中心に曲げられたときに、第１のアレイ１５が画像を与え、箔が第２の集光素子方向９２に向けられた軸を中心に曲げられたときに、第３のアレイ８５が画像を与える。第２のアレイ１３もまた、ここでは、第２の集光素子方向９２において周期的であり、それにより、第２の距離Ｐｌ２はすべて等しい。第３のアレイ８５は、少なくとも本質的に第２の集光素子方向９２において周期的なアレイである。周期性は、第４のオブジェクト単位ベクトルｖｏ４によって画定される。第３のアレイ８５における画像データ担持構造８６は、代りに、本質的に第１の集光素子方向９１において第３の距離Ｐｏ３で繰り返される。さらに、第３の距離Ｐｏ３のうちの対応するものと第１のオブジェクト単位ベクトルｖｌ１の長さとの比は、第４のオブジェクト単位ベクトルｖｏ４の長さと上述した第３のオブジェクト距離Ｐｏ３との間の比とは異なる。これにより、第３のアレイ８５における画像データ担持構造８６に対応する合成統合画像は、ポリマー箔スタックに、第２の集光素子方向９２に対して平行な軸を中心とする一定の湾曲が与えられるとき、ポリマー箔スタックの観察側から知覚可能である。
【０１２３】
より全体的な説明では、追加のアレイにおける画像データ担持構造は、第３のオブジェクト方向における第３のオブジェクト距離でかつ第４のオブジェクト方向における第４のオブジェクト距離で繰り返される。第３の投影されたオブジェクト距離は、第１の集光素子方向の上に投影される第３のオブジェクト距離として定義され、第４の投影されたオブジェクト距離は、第２の集光素子方向の上に投影される第４のオブジェクト距離として定義される。第３の投影されたオブジェクト距離及び第１の集光素子距離との対応する対の間の第３の比は、第４の投影されたオブジェクト距離及び第２の集光素子距離の対応する対の間の第４の比とは異なる。第３のアレイにおける画像データ担持構造に対応する合成統合画像は、ポリマー箔スタックに、第１のアレイの画像データ担持構造に対応する合成統合画像が要求された割合で知覚可能になるようにするものとは異なる一定の湾曲が与えられた場合に、ポリマー箔スタックの観察側から要求された割合で知覚可能である。
【０１２４】
当然ながら、平面状態で見えるように、追加の画像を提供することも可能である。これを、図７Ｃの実施形態によって示す。ここでは、第４のオブジェクト距離Ｐｏ４及び第２の集光素子距離Ｐｌ２の対応する対の間の比は、第３のオブジェクト距離Ｐｏ３及び第２の第１の集光素子距離Ｐｌ１の対応する対の間の比に等しい。本実施形態では、画像データ担持構造のアレイと集光素子のアレイとは、両方向において周期的なアレイであり、それにより、第４のオブジェクト単位ベクトルｖｏ４の長さと第２の集光素子単位ベクトルｖｌ１の長さとの比が、第３のオブジェクト単位ベクトルｖｏ３の長さと第１の集光素子単位ベクトルｖｌ１の長さとの比に等しくなる。そして、第３のアレイ８５における画像データ担持構造８６に対応する合成統合画像が、ポリマー箔スタックが平面であるときにポリマー箔スタックの観察側から知覚可能である。
【０１２５】
より全体的な説明では、追加のアレイの画像データ担持構造は、第１の集光素子方向において第３のオブジェクト距離で、かつ第２の集光素子方向において第２のオブジェクト距離で繰り返される。第３のオブジェクト距離及び第１の集光素子距離の対応する対の間の第３の比は、第４のオブジェクト距離及び第２の集光素子距離の対応する対の間の第４の比に等しい。そして、第３のアレイにおける画像データ担持構造に対応する合成統合画像は、ポリマー箔スタックが平面であるときにポリマー箔スタックの観察側から要求された割合で知覚可能である。
【０１２６】
２つの異なる画像が異なる曲げ状態で現れるようにするという概念を、一方の画像が、他方の画像が知覚されるときと同じ状態では意図的に不良にし、かつその逆も可能にすることによってさらに改善することができる。言い換えれば、第１のアレイに対する最適な画像形成状態において、第３のアレイから発生する画像が、一方向において無限大の倍率を提示し、かつ／又は第３のアレイに対する最適な画像形成状態において、第１のアレイから発生する画像が、一方向において無限大の倍率を提示する。
【０１２７】
そして、認証の方法を、ポリマー箔の曲げが、所定の第２の湾曲に従ってポリマー箔スタックを曲げることも含むという点で、さらに精巧にすることができる。この第２の湾曲は、第１の湾曲と異なるが同じ方向の曲げであってもよく、又は第２の方向における第２の曲げであってもよい。この場合、第２の合成統合画像が現れ、真正品に対するしるしとすることができる。
【０１２８】
認証手段としての本発明による光学デバイスの使用は、ポリマー箔スタック又はこうしたポリマー箔スタックが取り付けられるシートの厚さが、厚すぎずかつ薄すぎないように選択される場合に容易になる。薄い箔は、制御された方法で取り扱い曲げることが困難であり、たるんだようになり、何らかの担持材料によって支持されることが好ましい。代りに、厚すぎる箔は曲げるのが困難である。排他的でない例として、２５０μｍ厚さのポリカーボネートに基づく光学デバイスに対する試験が成功している。しかしながら、他の材料及び厚さも用いることができる。
【０１２９】
したがって、本発明による光学デバイスには多くの用途がある。一体構造の箔を形成するように、ポリマー箔の内側に幾何学的構造を提供することにより、たとえばインプリントされた箔の裏側を追加の取外し不可能な層で覆うことにより、光学デバイスを複製する可能性が実際的に完全に除去される。これにより、同様にさらに上述したように、光学デバイスがセキュリティラベルとして非常に興味深いものとなる。図８Ａにおいて、高価値物品５０、この場合はクレジットカード５１が、上記説明による少なくとも１つの光学デバイス１０を備えたセキュリティラベル５２を有している。通常の場合、光学デバイス１０は、たとえば紙幣におけるセキュリティスレッドのように、高価値物品５０に何らかの方法で付着している。高価値物品５０が真正のものであることを証明するために、光学デバイス１０を曲げることによって、特徴的な画像を容易に提供することができる。高価値物品は、必ずしも、経済的取引に直接関連する物品でなくてもよい。高価値物品はまた、偽造が一般的である、たとえば衣類、時計、電子製品等とすることができる。
【０１３０】
本発明による光学デバイスは、妥当なコストのものであると考えられるため、上記説明による少なくとも１つの光学デバイス１０を備えるセキュリティラベル５２は、図８Ｂに示すように、文書５３の真正を証明するためにも興味深いものであり得る。文書５３は、たとえば紙幣又は保証誓約書（guarantee commitment）のように、それ自体価値があるものとすることができる。しかしながら、文書５３は、必ずしもそれ自体の何らかの価値がなくてもよく、その文書の情報が真正であることを保証するためにセキュリティラベル５２を設けることができる。
【０１３１】
光学デバイスの大量生産コストは小さいことが期待されるため、セキュリティラベルのサイズは必ずしも小さくなくてもよい。セキュリティが、真正性を立証するために物品の表面の広い部分を占め得ることもさらに実施可能である。図８Ｃは、かなりの程度まで本発明による広い面積の光学デバイス１０から構成されるパッケージ５４を示す。本発明による光学デバイスの特定の特性により、パッケージは好ましくは湾曲表面を有するか又は曲げることが可能である。非透明な外観が好ましい場合、光学デバイス１０は好ましくは、通常は何らかの紙製品に基づいて、何らかの裏当て材料に付着している。光学デバイス１０の光学的外観を、観察者が見るのに魅力的であるように設計することができるため、光学デバイス１０は、真正性を保証すると共に、人目を引くパッケージ材料を提供するという組み合わせた機能を有することができる。たとえば香水を、曲げられるポリマー箔に非常に適している光学デバイス１０によってパッケージ又はさらには香水の瓶自体を提供することにより、認証することが可能である。したがって、本発明は、種々のタイプの瓶及び缶に適用するのに非常に適している。
【０１３２】
本発明による光学デバイスの用途は膨大である。大部分の用途は、シート材料に基づいており、その場合、光学デバイスをシート材料の一部又は全体として提供することができる。応用の分野は、たとえば通貨、文書、金融商品、製品及び商標保護、製品のマーキング及びラべリング、包装、チケット、ブックカバー、電子機器、衣類、履物、バッグ、壁紙から玩具まで非常にさまざまである。光学デバイスを、仮想３次元画像の外観が有益であり得るいかなる状況にも適用することができる。
【０１３３】
上記概念に従って光学デバイスを使用するとき、光学デバイスの少なくとも一部を非垂直方向から見ることが意図されている。言い変えれば、見られるデータ担持構造の多くは、光学デバイスの全体的な表面に対して垂直ではない角度で見られる。図９Ａは、垂直視野が用いられる場合の状況を示す。ポリマー箔スタック１１１の法線Ｎは、一束の光線として示される視野方向２１と一致する。マイクロレンズ１４の焦点距離は、箔の厚さとおよそ等しく、焦点３０はオブジェクト面３のスポットに一致する。代りに、図９Ｂは、非垂直視野が用いられる状況を示す。この状況は、ポリマー箔スタック１１１が曲げられる場合に一般的である。ポリマー箔スタック１１１の法線Ｎはもはや視野方向２１と一致しない。その結果、焦点３０は、オブジェクト面３の前の距離δで発生する。これはまた、光線によって覆われるオブジェクト面３の領域が鏡のように想定されることを意味する。したがって、画像を明確にするために、故意に反転画像を与える画像構造のこうしたアレイを使用することが有利である。
【０１３４】
別の可能性を図９Ｃに示す。平坦な関係で提供される画像データ担持構造を有する代わりに、画像データ担持構造１１６は、代りに湾曲界面部分１１７のアレイ１１５によって画定される概略形状を有する界面上に重ねられる。湾曲界面部分１１７のアレイ１１５は、マイクロレンズ１４のアレイ１３と位置合せされている。さらに、マイクロレンズ１４の界面１２と湾曲界面部分１１７の界面１７との間の距離は、マイクロレンズ１４の焦点距離に近い。両界面が湾曲しているため、こうした距離は、本開示では、主表面法線Ｎの方向において界面の任意の部分の間の最大距離として定義される。好ましくは、湾曲界面部分１１７の各々が、それぞれのマイクロレンズ１４の全画像の最適な外観面３１に対応する。全画像の最適な外観面３１は、画像データ担持構造１１６が、所定基準に従って定義された最適な方法でマイクロレンズ１４を通るように描かれる面である。こうした配置では、画像形成は、常に正確な焦点距離で行われる。しかしながら、感知可能な画像が知覚されることが可能な最大角度が代りに制限される可能性がある。
【０１３５】
図９Ｃの湾曲界面実施形態の代替形態は、より広い角度で見られるように意図されるマイクロレンズの焦点距離を変更するというものである。ポリマー箔スタックの中間部分を画定することにより、マイクロレンズの両側に、箔スタックを通るより長い光路に対応するように、連続的なより長い焦点距離を設けることができる。
【０１３６】
ここで図３Ｅに戻ると、図示する状況は、合成統合画像デバイスが、合成統合画像デバイスの表面から或る距離を空けて見られる場合に、観察者が知覚するものに対応することに気が付く。図示する光線は、一束の平行光線として合成統合画像デバイスから出る。これは、視距離が無限遠であるときの実際の状況である。しかしながら、合成統合画像デバイスが通常の距離から見られる大部分の場合に対しても良好な近似である。通常の視距離は、概して、１５ｃｍより長く、通常は約３０ｃｍ〜４０ｃｍである。こうした距離では、異なる集光素子を通過する光線の角度発散はわずかであり、平行光線を良好な近似として用いることができる。さらに上述したように、図３Ｅに示す方向における合成統合画像は、無限大の倍率及び仮想画像深さを有し、それにより実際には意味のない画像となる。したがって、この結果は、即時に使用できない合成画像でもある。しかしながら、観察者が合成統合画像デバイスを目の非常に近くまで移動させた場合、角度のずれが著しくなり始め、状況が変化する。
【０１３７】
図１０Ａに、図３Ｅのデバイスを再び示す。しかしながら、この図では、近い視距離に対応する光線が示されている。中間の集光素子からの光線が、合成統合画像デバイスの主面から垂直に出るように示されている。左の集光素子及び右の集光素子からの光線は、合成統合画像デバイスの主面から垂直方向に対して小さい角度γで出るように示されている。それにより、異なる光線が距離Ａで交わり、そこに観察者の目が存在する。左の集光素子及び右の集光素子からの光は、中間の集光素子から出る光線と比較して幾何学的構造１６Ａ〜１６Ｃの異なる部分から発する。それにより、観察者によって統合画像を構成することができる。画像を知覚することができる通常の距離は、およそ数センチメートル、たとえば１ｃｍ〜３ｃｍであり、好ましくは観察者の両目の距離の少なくとも２倍未満である。一実施形態では、合成統合画像デバイスは、顔面に対して保持され、それにより、およそ１ｃｍの視距離が与えられる。
【０１３８】
小さい視距離におけるこうした画像外観の特性は、本発明者らの知る限りではこの種の配置に関して一意であり、他の技法が容易に似ることはできない。この種の配置を複製することも非常に困難であり、それは、特性を真正の配置に関連付けることができ、それによりセキュリティラベルとして使用することができることを意味する。適当な配置は、「通常の」距離で見られるときに、意味のない画像をもたらすことが好ましいものとする。これは、集光素子アレイ及びオブジェクトアレイの単位ベクトルを、図３Ｅに示すように少なくとも一方向において等しくすることにより最も容易に達成される。箔又は箔スタックの法線に対する法線に対し平行な方向に見る、本発明の本態様による光学デバイスの一実施形態の一例を図１０Ｂに示す。この実施形態では「Ｔ」で示す幾何学的構造１６のアレイ１５は、図４Ａと同様に、集光素子１、この実施形態では、円によって示すマイクロレンズ１４のアレイ１３の下に配置されると共に、それを通して見られる。この実施形態では、最も近い集光素子距離Ｐｌ１は、最も近いオブジェクト距離Ｐｏ１に等しい。この実施形態は周期的アレイを含むため、集光素子単位ベクトルｖｌ１はオブジェクト単位ベクトルｖｏ１に等しい。この実施形態では、他の方向における単位ベクトルは一致しない。
【０１３９】
図１０Ｃに示す別の実施形態では、同様に最も近い集光素子距離Ｐｌ２は最も近いオブジェクト距離Ｐｏ２に等しく、それは周期的配置であるため、集光素子単位ベクトルｖｌ２はオブジェクト単位ベクトルｖｏ２に等しい。言い換えれば、最も一般的な場合、第１の投影されたオブジェクト距離
【０１４０】
【数３１】
0005788801.tif 000032
【０１４１】
（先の定義と類似する）及び第１の集光素子距離Ｐｌ１の対応する対の間の第１の比と、第２の投影されたオブジェクト距離
【０１４２】
【数３２】
0005788801.tif 000033
【０１４３】
（先の定義と類似する）及び第２の集光素子距離Ｐｌ２の対応する対の間の第２の比とのうちの少なくとも１つは、１に非常に近いか又は等しい。それにより、画像データ担持構造に対応する合成統合画像は、非常に小さい距離から見られる場合にのみポリマー箔スタックの観察側から知覚可能である。
【０１４４】
この手法を、図７Ａ〜図７Ｃに関連して提示した概念と類似して大きい視距離から可視である重ねられた画像と有利に組み合わせることも可能である。
図１０Ａの説明から分かるように、非常に近い距離から合成統合画像デバイスを見ることにより、合成統合画像デバイスの仮想の周期距離が影響を受ける。これは、合成統合画像デバイスの表面から発して合成統合画像デバイスの非常に近くに配置された目に突き当たる光線の角度が著しく異なるという事実の結果である。それにより、オブジェクトの仮想周期は、実際のレンズ周期とは比較されず、異なる角度の方向に投影されるマイクロレンズの周期と比較される。したがって、実際のマイクロレンズ周期に等しい実際のオブジェクト周期を有するオブジェクトアレイは、異なる仮想周期を取得し、画像を形成することができる。仮想オブジェクト周期を変更するというこの効果は、２つの次元において発生し、それは、図１０Ｃによる合成統合画像デバイスが最も好ましい理由であり、それは、同じ周期が常に水平方向及び垂直方向の両方で現れるためである。図１０Ｂの場合、垂直方向（図による）における周期は、常に水平方向より小さい。しかしながら、この周期性の差は、小さい距離で、知覚可能な画像を、それが完全に鮮鋭にならず又は正確に意図された比を有していない場合であっても、いかなる方法でも生じさせるために十分に小さくなる。言い換えれば、マイクロレンズパターンと同じ周期性を有するオブジェクトパターンの無限の倍率は、有限の倍率を有するオブジェクトパターンと比較して視距離の変化によってはるかに多く変化する。
【０１４５】
さらに、この種の用途に対して大きい見かけの深さを有する画像を用いることが好ましい。その理由は、目が一定の最も近い焦点距離を有するためであり、目と合成統合画像デバイスとの間の距離がこの最小焦点距離より小さい場合、画像深さは焦点画像を知覚する能力に寄与する。
【０１４６】
視距離を変化させるときに画像の出現及び消失を可能にする光学デバイスの特性を、物体の認証方法において利用することも可能である。図１１において、本発明による方法の一実施形態のステップのフローチャートを示す。物体の認証方法はステップ２００で開始する。物体の表面にはポリマー箔スタックが設けられている。ポリマー箔スタックは、少なくとも１つのポリマー箔を含む。ポリマー箔スタックの第１の界面は、第１のアレイにおいて光学的に識別可能な画像データ担持構造を備えている。ポリマー箔スタックの第２の界面は、第２のアレイにおいて集光素子を有している。第２の界面は、上記第１の界面から距離を空けて設けられている。ステップ２７０において、ポリマー箔スタックは、観察者に対する第１の距離と観察者に対する第２の距離との間においていずれかの方向に移動する。第２の距離は、第１の距離より大幅に小さい。ステップ２７２において、移動中に、第１の合成統合画像の何らかの外観が認証のしるしとして観察される。第１の合成統合画像は、画像データ担持構造に対応する。手順はステップ２９９で終了する。
【０１４７】
小さい距離から合成統合画像デバイスを見る態様により、仮想オブジェクト周期が２つの次元ににおいて変化する結果となる。合成統合画像デバイスを曲げる態様により、仮想オブジェクト周期が一次元において変化する結果となる。したがって、これらの両態様において、観察者の目と合成統合画像デバイスとの間の観察状態の変化により、１つ又は２つの次元において仮想オブジェクト周期が変化する結果となる。観察状態のこうした変化のみが意図された画像をもたらすようにオブジェクトアレイを意図的に配置することにより、上述したようにたとえばセキュリティデバイスとして使用することが可能になる。
【０１４８】
当然ながら、両態様からの観察状態の変化を同時に使用することも可能である。言い換えれば、オブジェクトアレイを、合成統合画像デバイスが曲げられると共に近距離から見られるときにのみ、意図された画像が生じるように適合させることができる。あり得るこうした変形及び組合せの数は、実際には際限なく、設計者の想像力のみによって制限される。
【０１４９】
上述した実施形態は、本発明のいくつかの例示的な例として理解されるべきである。当業者により、本発明の範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に対してさまざまな変更、組合せ及び変形を行ってもよいことが理解されよう。特に、異なる実施形態における異なる部分的な解決法を、技術的に可能な場合は他の構成で組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１Ａ】
0005788801.tif 000034
【図１Ｂ】
0005788801.tif 000035
【図１Ｃ】
0005788801.tif 000036
【図２Ａ】
0005788801.tif 000037
【図２Ｂ】
0005788801.tif 000038
【図３Ａ】
0005788801.tif 000039
【図３Ｂ】
0005788801.tif 000040
【図３Ｃ】
0005788801.tif 000041
【図３Ｄ】
0005788801.tif 000042
【図３Ｅ】
0005788801.tif 000043
【図３Ｆ】
0005788801.tif 000044
【図４Ａ】
0005788801.tif 000045
【図４Ｂ】
0005788801.tif 000046
【図５Ａ】
0005788801.tif 000047
【図５Ｂ】
0005788801.tif 000048
【図５Ｃ】
0005788801.tif 000049
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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