特許7375266光学セキュリティ要素、マークが付けられた対象物、対象物を認証する方法、及び認証するため又は偽造に対して保護するための光学セキュリティ要素の使用
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】光学セキュリティ要素、マークが付けられた対象物、対象物を認証する方法、及び認証するため又は偽造に対して保護するための光学セキュリティ要素の使用
(51)【国際特許分類】
B42D 25/324 20140101AFI20231031BHJP
G07D 7/206 20160101ALI20231031BHJP
G02B 5/18 20060101ALN20231031BHJP
【ＦＩ】
B42D25/324
G07D7/206
G02B5/18
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021518555
(86)(22)【出願日】2019-10-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-07
(86)【国際出願番号】 EP2019076943
(87)【国際公開番号】W WO2020070299
(87)【国際公開日】2020-04-09
【審査請求日】2022-09-02
(31)【優先権主張番号】18198945.0
(32)【優先日】2018-10-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】311007051
【氏名又は名称】シクパ ホルディング ソシエテ アノニム
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＣＰＡ ＨＯＬＤＩＮＧ ＳＡ
【住所又は居所原語表記】Ａｖｅｎｕｅ ｄｅ Ｆｌｏｒｉｓｓａｎｔ ４１，ＣＨ－１００８ Ｐｒｉｌｌｙ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100107456
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 成人
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100162352
【弁理士】
【氏名又は名称】酒巻 順一郎
(72)【発明者】
【氏名】カルガーリ， アンドレア
(72)【発明者】
【氏名】デゴット， ピエール
(72)【発明者】
【氏名】ディノーブ， トドール
(72)【発明者】
【氏名】エッガー， フィリップ
【審査官】飯野 修司
(56)【参考文献】
【文献】豪国特許出願公開第２０１１１０１２５１（ＡＵ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５２９８５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１５７５３９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４２Ｄ ２５／３２４
Ｇ０７Ｄ ７／２０６
Ｇ０２Ｂ ５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学セキュリティ要素であって、屈折性の透明若しくは部分的に透明な光学材料から作られ、点状光源からそれを通して受け取られた入射光を方向変換し、前記光学セキュリティ要素を通して前記点状光源を見る観察者の網膜に直接、コースティックパターンを含んだ投影された画像を形成するように構成された、所与の深さのレリーフパターン及び焦点距離ｆＣを有する光方向変換面を有するコースティック層と、焦点距離ｆＬの隣り合うレンズ要素との光学アセンブリを備える、光学セキュリティ要素。
【請求項2】
ａ）前記コースティック層が、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、前記レンズ要素が、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有すること、又はｂ）前記コースティック層が、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、前記レンズ要素が、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有すること
のうちの１つを備える、請求項１に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項3】
前記レンズ要素の前記焦点距離と、前記コースティック層の前記焦点距離との間の関係が、以下の式、【数1】
ただし、
Ｒは、前記コースティック層と前記観察者の眼との間の距離、
ｄｓは、前記点状光源と前記光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、前記眼からの快適な読み取り距離
である、請求項２に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項4】
前記正の焦点距離が、前記負の焦点距離の絶対値以上となるように選ばれる、請求項２又は３に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項5】
前記負の焦点距離が、－１５ｍｍ～－１２５ｍｍ、特に－３０ｍｍ～－５０ｍｍの範囲である、請求項２～４のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項6】
前記コースティック層が、－３０ｍｍ～－５０ｍｍの範囲の前記負の焦点距離ｆＣを有し、３０ｍｍ～５０ｍｍの範囲の正の焦点距離ｆＬを有するレンズ要素と組み合わされ、前記レンズ要素は、平凸レンズである、請求項２～５のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項7】
消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択される対象物にマークを付ける、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項8】
所与の深さのレリーフパターン及び焦点距離ｆＣを有するコースティック層と、焦点距離ｆＬの隣り合う光学材料層とによって形成された光学アセンブリの反射性光方向変換面を備え、前記光学アセンブリは、点状光源から受け取られた入射光を方向変換し、コースティックパターンを含んだ投影された画像を観察者の網膜に直接形成するように構成される、光学セキュリティ要素。
【請求項9】
ａ）正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有する前記コースティック層、及び負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有する前記光学材料層、又はｂ）負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有する前記コースティック層、及び正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有するレンズ要素
のうちの１つを備える、請求項８に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項10】
前記光学材料層の前記焦点距離と前記コースティック層の前記焦点距離との間の関係が、以下の式、【数2】
ただし、
Ｒは、前記コースティック層と眼との間の距離、
ｄｓは、前記点状光源と前記光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、前記眼からの快適な読み取り距離
である、請求項９に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項11】
消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択される対象物にマークを付ける、請求項８に記載の光学セキュリティ要素。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素を備える、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された、マークが付けられた対象物。
【請求項13】
請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素によってマークが付けられた対象物を、観察者によって視覚的に認証する方法であって、前記光学セキュリティ要素の光方向変換面を、前記光方向変換面からの距離ｄｓにおける点状光源を用いて、照明するステップと、
【数3】
前記コースティックパターンは基準パターンに視覚的に類似すると前記観察者により評価された場合、前記対象物は本物であると決定するステップと
を含む、方法。
【請求項14】
消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された対象物を認証する、又は偽造に対して保護するための、請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学セキュリティ要素を使用する方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、適切に照明された場合にコースティックパターンを投影するように動作可能な屈折性又は反射性光学セキュリティ要素、及び認証するため又は偽造に対して保護するためのこのような光学セキュリティ要素の方法及び使用の技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に利用可能な手段を用いて、いわゆる「通りの人」によって認証され得る、対象物のセキュリティ機能の必要性がある。これらの手段は、五感、大部分は視覚及び触覚を用いること、並びに広く普及したツール、例えば携帯電話などを用いることを含む。
【0003】
セキュリティ機能のいくつかの一般的な例は、法医学繊維、糸又はフォイル（例えば紙のような基板に組み込まれる）、透かし、凹版印刷、又は紙幣、クレジットカード、身分証明書、チケット、証明書、文書、パスポートなどに見られるマイクロプリント（場合によっては、光学可変インクを用いて基板に印刷される）である。これらのセキュリティ機能は、光学可変インク、不可視インク、又は発光インク（特定の励起光を用いた適切な照明のもとでの蛍光若しくはリン光）、ホログラム、及び／又は触覚機能を含むことができる。セキュリティ機能の主な特徴は、このようなセキュリティ機能によってマークが付けられた対象物は、特性が観察され又は明らかに（視覚的に若しくは特定の装置を用いて）され得る場合、確実に本物であると考えられ得るように、偽造するのが非常に困難であるいくつかの物理的特性（光学効果、磁気効果、材料構造、若しくは化学組成）を有することである。
【0004】
しかし、対象物が透明又は部分的に透明であるとき、あからさまな、一般的な公開の機能は適切とはなり得ない。実際、透明な対象物はしばしば、必要なセキュリティ機能を有するセキュリティ要素が、美的な又は機能的な理由により、それらの透明度又はそれらの外観を変えないことを必要とする。顕著な例は、医薬品用のブリスタ及び小瓶を含み得る。最近では、例えばポリマー及びハイブリッド紙幣は、それらの設計に透明窓を組み込んでおり、従ってそれに適合するセキュリティ機能の要求を生じている。
【0005】
文書、紙幣、安全性が保証されたチケット、パスポートなどに対するセキュリティ要素のほとんどの既存のセキュリティ機能は、透明な対象物／エリアに対して特に開発されておらず、従って、このような応用例に対してよく適していない。他の機能、例えば不可視及び蛍光インクを用いて得られるものは、特定の励起ツール及び／又は検出ツールを必要とし、それらは「通りの人」のためにすぐに利用可能とはなり得ない。
【0006】
半透明の光学的に可変な機能（例えば液晶コーティング、又は表面構造からの潜像）が知られており、この種の機能をもたらすことができる。残念ながら、このようなセキュリティ機能を組み込むマーキングは一般に、効果が良好に見えるためには、暗い／一様な背景に対して観察されなければならない。
【0007】
透明な紙幣窓に対する解決策は、例えばガーディアン（Ｇｕａｒｄｉａｎ）（商標）「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｆｅａｔｕｒｅｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｕｉｄｅ」２版、２０１３年５月で述べられている。開示されたセキュリティ機能のほとんどは、窓の透明度を妨げる。それらのうちの１つ（エクリプス（Ｅｃｌｉｐｓｅ）（登録商標））はそうではない。それは、透明窓を通して輝点光源を見たときに、隠された画像を明らかにする回折性デバイスである。
【0008】
エクリプス（登録商標）などの回折性セキュリティ機能は、強い色収差、明るい光源の必要性、及び投影された画像におけるゼロ次回折（すなわち源からの残留光）の存在を含む、いくつかの欠点の影響を受ける。
【0009】
他の知られている機能は、反射モードで、又は非金属化面ホログラムなど、スクリーンにパターンを投影するように透過モードで用いられる、回折性光学要素である。これらの機能の欠点は、直接見られたときに、それらが非常に低いコントラストの視覚効果を示すことである。さらに、パターンを投影するために単色光源と組み合わされて用いられたとき、それらは通常、満足な結果を生じるためにレーザを必要とすることである。さらに、明瞭に見える光学効果をもたらすために、光源、回折性光学要素、及び観察者の眼の、かなり正確な相対的空間配置が必要である。
【0010】
レーザ刻印されたマイクロテキスト及び／又はマイクロコードは、例えばガラスの小瓶に対して用いられている。しかし、それらはそれらの実装のために費用のかかるツール、及びそれらの検出のために特定の拡大ツールを必要とする。
【0011】
従って本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、屈折性の透明若しくは部分的に透明な光学材料から作られた、又はコースティック層の光方向変換面を備えた、光学セキュリティ要素をもたらすことで、光学セキュリティ要素は、他の手段なしに（すなわち肉眼で）又は一般に及び容易に利用可能な手段、例えば太陽、街灯、スマートフォンのフラッシュランプなどのような単なる点状光源（光源は、それの角度サイズが１°以下である場合は「点状」と考えられる）を用いて、容易に人によって視覚的に認証され得る。
【0012】
本発明の他の目的は、大量に製造するのが容易であり、又は量産製造プロセスに適合する光学セキュリティ要素をもたらすことである。さらに、光学セキュリティ要素の照明はまたできるだけ容易に利用可能な手段（例えば携帯電話のＬＥＤ、又は太陽などの光源）によるべきで、ユーザ（観察者）による良好な視覚的観察に対する条件は、光源、光学セキュリティ要素、及び観察者の眼の、過度に厳密な相対的空間配置を必要とするべきではない。
【0013】
言い換えれば、セキュリティ機能の存在をチェックするときのユーザ（観察者）による取り扱いは、できるだけ簡単であるべきで、解決策は利用条件の最も広い範囲に適合するべきである。
【0014】
本発明の他の目的は、他の手段なしに（すなわち肉眼で）、又は一般に及び容易に利用可能な手段（例えば単なる拡大レンズ又は点状源、例えば携帯電話のＬＥＤ）を用いて、容易に人によって視覚的に認証され得るセキュリティ機能を有する、光学セキュリティ要素を備える、マークが付けられた対象物をもたらすことである。
【0015】
本発明の他の目的は、屈折性の透明若しくは部分的に透明な光学材料から作られた、又はコースティック層の反射性光方向変換面を備えた、光学セキュリティ要素によってマークが付けられた、対象物を視覚的に認証する効率的な方法をもたらすことである。
【0016】
本発明の他の目的は、認証する、又は偽造に対して保護することにおける使用のための光学セキュリティ要素をもたらすことである。
【発明の概要】
【0017】
一態様によれば、本発明は、光学セキュリティ要素であって、屈折性の透明若しくは部分的に透明な光学材料から作られ、点状光源からそれを通して受け取られた入射光を方向変換し、光学セキュリティ要素を通して点状源を見る観察者の網膜に直接、コースティックパターンを含んだ投影された画像を形成するように構成された、所与の深さのレリーフパターン及び焦点距離ｆＣを有する光方向変換面を有するコースティック層と、焦点距離ｆＬの隣り合うレンズ要素との光学アセンブリを備える、光学セキュリティ要素に関する。
【0018】
光伝搬に関して別法として、源→コースティック層→レンズの順序は、源→レンズ→コースティック層（古典的光学における知られている等価）として逆にされ得ることがさらに留意されるべきである。
【0019】
光学セキュリティ要素は、透明若しくは部分的に透明な対象物、又は対象物に組み込まれた透明窓の透明度を変化させない。それはさらに、簡単な取り扱い、及びセキュリティ機能の存在をチェックするときのユーザ（観察者）による良好な視覚的観察を可能にし、量産製造プロセスに適合するので有利である。
【0020】
屈折性光学セキュリティ要素の透明な態様は、少なくとも部分的に透明な基板（例えばガラス又はプラスチック瓶、瓶のキャップ、時計のガラス、宝飾品類、宝石など）にマークを付けるために特に適したものとなる。屈折性光学セキュリティ要素は、可視光に対して（すなわち約３８０ｎｍ～約７４０ｎｍまでの光波長に対する）、透明（又は部分的に透明）であることが好ましい。
【0021】
本発明による光学セキュリティ要素は、
ａ）コースティック層が、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、レンズ要素が、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有すること、又は
ｂ）コースティック層が、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素が、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有すること
のうちの１つを備える。
ａ）コースティック層が、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、レンズ要素が、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有すること、又は
ｂ）コースティック層が、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素が、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有すること
のうちの１つを備える。
【0022】
レンズ要素の焦点距離と、コースティック層の焦点距離との間の関係は、以下の式、
を満足することが好ましく、
ただし、
Ｒは、コースティック層と観察者の眼との間の距離、
ｄｓは、点状光源と光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離
である。
【数1】
を満足することが好ましく、
ただし、
Ｒは、コースティック層と観察者の眼との間の距離、
ｄｓは、点状光源と光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離
である。
【0023】
正の焦点距離は、負の焦点距離の絶対値以上となるように選ばれる。
【0024】
負の焦点距離は、－１５ｍｍ～－１２５ｍｍの範囲とすることができ、－３０ｍｍ～－５０ｍｍであることが好ましい。
【0025】
例えば、コースティック層は、－３０ｍｍ～－５０ｍｍの範囲の負の焦点距離ｆＣを有し、３０ｍｍ～５０ｍｍの範囲の対応する正の焦点距離ｆＬを有するレンズ要素と組み合わされ、レンズ要素は平凸レンズである。
【0026】
本発明による光学セキュリティ要素は、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択される対象物にマークを付けるために用いられる。
【0027】
他の態様によれば、本発明は、所与の深さのレリーフパターン及び焦点距離ｆＣを有するコースティック層と、焦点距離ｆＬの隣り合う光学材料層とによって形成された光学アセンブリの反射性光方向変換面を備え、前記光学アセンブリは、点状光源から受け取られた入射光を方向変換し、コースティックパターンを含んだ投影された画像を観察者の網膜に直接形成するように構成される、光学セキュリティ要素に関する。
【0028】
本発明によれば、光学セキュリティ要素は、
ａ）コースティック層が、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、光学材料層が、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有すること、又は
ｂ）コースティック層が、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素が、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有すること
のうちの１つを備える。
ａ）コースティック層が、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、光学材料層が、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有すること、又は
ｂ）コースティック層が、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素が、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有すること
のうちの１つを備える。
【0029】
光学材料層の焦点距離とコースティック層の焦点距離との間の関係は、以下の式、
を満足することが好ましく、
ただし、
Ｒは、コースティック層と眼との間の距離、
ｄｓは、点状光源と光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離
である。
【数2】
を満足することが好ましく、
ただし、
Ｒは、コースティック層と眼との間の距離、
ｄｓは、点状光源と光学セキュリティ要素との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離
である。
【0030】
本発明による光学セキュリティ要素は、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択される対象物にマークを付けるために用いられる。
【0031】
さらに他の態様によれば、本発明は、他の手段なしに（すなわち肉眼で）、又は一般に及び容易に利用可能な手段（例えば単なる一般に利用可能な点状光源）を用いて、容易に人によって視覚的に認証され得るセキュリティ機能を有する、光学セキュリティ要素を備える、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された、マークが付けられた対象物に関する。
【0032】
さらに他の態様によれば、本発明は、本明細書で述べられる光学セキュリティ要素によってマークが付けられた対象物を、観察者によって視覚的に認証する方法に関し、方法は、
光学セキュリティ要素の光方向変換面を、光方向変換面からの距離ｄｓにおける点状光源を用いて、照明するステップと、
光学セキュリティ要素からの距離ｄｉにおけるコースティックパターンの虚像を、視覚的に観察するステップと、
コースティックパターンは基準パターンに視覚的に類似すると観察者により評価された場合、対象物は本物であると決定するステップと
を含む。
光学セキュリティ要素の光方向変換面を、光方向変換面からの距離ｄｓにおける点状光源を用いて、照明するステップと、
光学セキュリティ要素からの距離ｄｉにおけるコースティックパターンの虚像を、視覚的に観察するステップと、
コースティックパターンは基準パターンに視覚的に類似すると観察者により評価された場合、対象物は本物であると決定するステップと
を含む。
【0033】
さらに他の態様によれば、本発明は、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された対象物を認証する、又は偽造に対して保護するための、本明細書で述べられるような光学セキュリティ要素の使用に関する。
【0034】
本発明は、異なる図の全体にわたって同じ数字は同じ要素を表し、本発明の顕著な態様及び特徴が示される、添付の図面を参照して、本明細書で以下に、より十分に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】コースティック層は正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、レンズ要素は負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有する、本発明の一態様による光学セキュリティ要素の光学構成の概略図である。
【図2】コースティック層は負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素は正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有する、本発明の一態様による光学セキュリティ要素の光学構成の概略図である。
【図4】正レンズに結合された、負の焦点距離を有するコースティック層を用いて物理的画像を記録するために用いられる概略セットアップを示す図である。
【図5】ｆＬ＝－３０ｍｍを有する負レンズ要素に結合された、光学セキュリティ要素（ｆＣ＝４０ｍｍ）の後方４０ｍｍにおける表面にコースティック画像を投影するように設計された、正のコースティック層を用いた上述のセットアップにより捕捉された画像の例を示す図である。
【図6】ｆＬ＝－５０ｍｍを有する負レンズ要素に結合された、光学セキュリティ要素（ｆＣ＝４０ｍｍ）の後方４０ｍｍにおける表面にコースティック画像を投影するように設計された、正のコースティック層を用いた上述のセットアップにより捕捉された画像の例を示す図である。
【図7】図５で用いられたコースティック光学要素の負の焦点距離（ｆＣ＝－４０ｍｍ）のコピーを用い、及び焦点距離ｆＬ＝４０ｍｍを有する正レンズ要素に結合された、図４で述べられたセットアップにより捕捉された画像の例を示す図である。
【図8】図６で用いられたコースティック光学要素の負の焦点距離（ｆＣ＝－４０ｍｍ）のコピーを用い、及び焦点距離ｆＬ＝５０ｍｍを有する正レンズ要素に結合された、図４で述べられたセットアップにより捕捉された画像の例を示す図である。
【図9】ａ）別個の負レンズ要素３を有する個々の正レンズレット８を有する正のコースティック層２を有する要素、ｂ）コースティック層２を有し、負レンズ要素３である背面を有する要素、ｃ）負レンズ要素３の表面の上のコースティック層２（両面の総和）を備える、可能な光学セキュリティ要素の例を示す図である。
【図10】ａ）負のコースティック層２及び別個の正レンズ要素３を有する要素、ｂ）負のコースティック層２を有し、正レンズ要素３である背面を有する要素、ｃ）正レンズ要素３の表面の上の負のコースティック層２（両面の総和）を含む、可能な光学セキュリティ要素の例を示す図である。
【図11】正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有するコースティック層と、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有するレンズ要素とが組み合わされた、光学セキュリティ要素のコースティック層のレンズレットの集合体によって、網膜上に画像を作り出す光学方式を示す図である。
【図12】正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有するコースティック層と、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有するレンズ要素とが組み合わされた、光学セキュリティ要素のコースティック層のレンズレットの集合体によって、網膜上に画像を作り出す光学方式を示す図である。
【図13】負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有するコースティック層と、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有するレンズ要素とが組み合わされたときの、光学セキュリティ要素のコースティック層のレンズレットの集合体によって、網膜上に画像を作り出す光学方式を示す図である。
【図14】負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有するコースティック層と、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有するレンズ要素とが組み合わされたときの、光学セキュリティ要素のコースティック層のレンズレットの集合体によって、網膜上に画像を作り出す光学方式を示す図である。
【図15】光学セットアップ、及びｆＬ＝－４０ｍｍの負レンズに隣り合うｆＣ＝４０ｍｍの正のコースティック層を有し、３ｍｍの虹彩直径を有する眼のモデルから２５ｍｍに配置された、光学セキュリティ要素によって作り出されるシミュレートされた（光線追跡された）画像を示す図である。
【図16】光学セットアップ、及びｆＬ＝－４０ｍｍの負レンズに隣り合うｆＣ＝４０ｍｍの正のコースティック層を有し、５ｍｍの虹彩直径を有する眼のモデルから２５ｍｍに配置された、光学セキュリティ要素によって作り出されるシミュレートされた（光線追跡された）画像を示す図である。
【図17】ｆＬ＝４０ｍｍの正レンズに隣り合うｆＣ＝－４０ｍｍの負のコースティック層を有し、３ｍｍの固定の虹彩直径を有する眼のモデルから２５ｍｍの距離に配置された、光学セキュリティ要素によって作り出されるシミュレートされた（光線追跡された）画像を示す図である。
【図18】ｆＬ＝４０ｍｍの正レンズに隣り合うｆＣ＝－４０ｍｍの負のコースティック層を有し、３ｍｍの固定の虹彩直径を有する眼のモデルから４０ｍｍの距離に配置された、光学セキュリティ要素によって作り出されるシミュレートされた（光線追跡された）画像を示す図である。
【図19】負の焦点距離を有するコースティック層が、正の焦点距離を有するレンズ要素の上に置かれた、ｆＣ＝－４０ｍｍのコースティック層とｆＬ＝４５ｍｍのレンズ要素とを有する光学要素によって作り出される画像を示す図である。
【図20】負の焦点距離を有するコースティック層が、正の焦点距離を有するレンズ要素の上に置かれた、ｆＣ＝－４０ｍｍのコースティック層とｆＬ＝４５ｍｍのレンズ要素とを有する光学要素によって作り出される画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本説明においては、いくつかの用語が用いられ、それらは以下でさらに定義される。
【0037】
光学において、「コースティック」という用語は、少なくともそのうちの１つが曲線状である１つ又は複数の表面によって反射又は屈折された光線の包絡面、並びに別の表面へのこのような光線の投影を指す。より具体的には、コースティックは、各光線に接する曲線又は表面であり、集中された光の曲線として、光線の包絡面の境界を定義する。例えば、プールの底に太陽光線によって形成される光パターンは、単一の屈折性光方向変換面（波状の空気－水界面）によって形成されるコースティック「画像」又はパターンであり、一方、水飲みコップの曲線状の表面を通過する光は、その経路を方向変換する２つ以上の面（例えば空気ガラス、水飲みコップ、空気－水、・・・）を横切るのに従って、水飲みコップが置かれたテーブルにカスプ状のパターンを作り出す。
【0038】
光学（セキュリティ）要素を作るために用いられる光学材料基板は、例えば、レリーフパターンを有するように、及び従って光方向変換面を形成するように、例えば機械加工によって表面が特に形成される原材料基板である。光学材料基板はさらに、型押し、成形、ＵＶ鋳造などのような複製プロセスによって形作られ得る。
【0039】
屈折性光方向変換光学要素のための適切な光学材料基板は、光学的に澄んだ、透明な、又は少なくとも部分的に透明であり、機械的に安定であるべきである。本発明の目的、すなわち視覚的に認識できるコースティックパターンを生成する能力を有する光学セキュリティ要素をもたらすためには、透明若しくは部分的に透明な材料は、実際、光拡散が、視覚的に認識できるコースティックパターンの形成を損なわないように、低ヘイズ（Ｈ）及び高透過率（Ｔ）材料に対応する。通常、透過率Ｔ＞５０％であることが好ましく、及びＴ＞９０％であることが最も好ましい。また、低ヘイズＨ＜１０％が用いられることができるが、Ｈ＜３％であることが好ましく、及びＨ＜１％であることが最も好ましい。適切な光学材料基板はさらに、円滑な及び欠陥のない表面を与えるように、形成（例えば機械加工）プロセスの間において、正しく挙動するべきである。適切な基板の例は、ＰＭＭＡ（プレクシガラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）、ルーサイト（Ｌｕｃｉｔｅ）、パースペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ）などの商品名でも知られる）の光学的に透明なスラブである。
【0040】
反射性光方向変換面の場合は、光学材料基板は必ずしも一様又は透明ではない。例えば、材料は可視光に対して不透明とすることができる（その場合反射性は、機械加工された表面の古典的な金属被覆によって得られる）。適切な基板の例は、刻線式回折格子のマスタ用に用いられるものなどの金属、及びレーザミラー、又はさらに金属被覆され得る非反射性基板である。
【0041】
本実施形態において、「レンズ要素」という用語は、基板の表面に適用された反射性コースティック層（「ミラー層」のような）とすることができ、又は基板（転送要素）の反射面に適用された屈折性コースティック層とすることができる。
【0042】
「光方向変換面（複数可）」は、源からの到来光を投影面上に方向変換させることを受け持つ光学セキュリティ要素の表面（又は複数の表面）であり、そこにコースティックパターンが形成される。本明細書で以下に述べられるように、本発明によれば、投影面は観察者の網膜である。
【0043】
「コースティックパターン」（又はコースティック画像）という用語は、適切な形状の（すなわち適切なレリーフパターンを有する）光学面が、適切な（必ずしもそうでないが、点状が好ましい）源からの光を、投影面のいくつかの領域からそれをそらせ、所定の光パターンで投影面の他の領域に集中させるように（すなわち、このようにして前記「コースティックパターン」を形成する）方向変換させるとき、投影面上に形成される光パターンと呼ばれる。方向変換は、光学要素がない場合の源から投影面までの経路に対する、光学要素がある場合の源からの光線の経路の変化を指す。本発明によれば、考察される投影面は人の眼の網膜である。
【0044】
そして、曲線状の光学面は「レリーフパターン」と呼ばれ、この面によって境界付けられた光学要素は光学セキュリティ要素と呼ばれる。コースティックパターンは、場合によっては増加した複雑さが代償となるが、２つ以上の曲線状の表面、及び２つ以上の対象物による光の方向変換の結果とすることができることが留意されるべきである。さらに、コースティックパターンを生成するためのレリーフパターンは、回折性パターン（例えば、セキュリティホログラムのような）と混同されてはならない。本発明の好ましい実施形態によれば、光学セキュリティ要素のレリーフパターンの最大深さは、超高精度機械加工（ＵＰＭ）及び複製プロセスによって課される限界、すなわち約０．２μｍより大きいままで、＜２５０μｍであり、又は＜３０μｍであることがより好ましい。本説明によれば、光方向変換面のレリーフパターンにおける最高及び最低点の間の高低差は、レリーフ深さと呼ばれる。
【0045】
コースティック要素は、一般に要素の後方のスクリーンに光パターンを投影するように設計される。本発明の概念を示すために、コースティック面は、共同で表面を定義する小さなレンズ要素、すなわち「レンズレット」の集合としてモデル化され得る。従って、このトイモデルを用いて、コースティック面は、例えば、ほぼ４０ｍｍの焦点距離を有する正レンズレットの集合として想像され得る。これは並行ビームによって照明されたとき、投影においてコースティック画像が形成される距離である。実際、セキュリティ要素は、コースティック層（レリーフパターンをもつコースティック面を有する）と、入射光を方向変換するための転送要素との光学アセンブリである。転送要素は、レンズ要素（若しくは複数の同軸のレンズ要素）、又はそれにコースティック層が適用される、場合によっては反射性の、単なる支持要素とすることができる。
【0046】
現実的な例として、本発明においてコースティック層は、観察者の網膜に直接形成される画像を取得するために、適切なレンズ（すなわち転送要素）との組み合わせにおいて用いられる。これらのコースティック層は、以下の２つのタイプとすることができる。
それらが、点光源から照明されるとすぐに、表面に投影された現実のコースティック画像を形成する（単独で）能力を有するとき「正」、
それらが虚像を（光源と同じ側に）形成する能力を有するとき「負」。
それらが、点光源から照明されるとすぐに、表面に投影された現実のコースティック画像を形成する（単独で）能力を有するとき「正」、
それらが虚像を（光源と同じ側に）形成する能力を有するとき「負」。
【0047】
上記の両方の場合（正及び負のコースティック層）において、画像は通常、光学要素から数ｃｍの距離（ｄｉ）において形成され、例えば、源が無限遠にあるときに４０ｍｍ（すなわちｄｓ≫ｄｉ）である。この値は本明細書では、古典的レンズの場合と同様に、コースティック層の「焦点距離」（ｆＣ）と呼ばれる。コースティック層の所与の面が現実のコースティック画像を投影する場合、相補面は同一であるが虚像を投影するようになり、その逆も同様である。２つの面の焦点距離も、同じ絶対値（及び反対の符号）を有するようになる。さらに以下で示される例では、正及び負のコースティック面の両方が用いられる。
【0048】
画像に戻ると、レンズ（転送要素として）は、コースティック要素によって投影された実像を、適切な読み取り距離において、サンプルを通して見たときに画像が網膜に直接作り出されるように、虚像に変換する。画像は、例えば、ロゴ、絵、数字、又は特定の状況において関連があり得る任意の他の情報とすることができる。
【0049】
ここで「実像」及び「虚像」という用語は、古典的な光学と同様に用いられる。実像に対しては、画像点に対応する光線の束は収束する。虚像に対しては、（発散する）光線の束は、後方向に延ばされたとき、対応する画像点から生じるように見えるが、虚像の位置にスクリーンが配置された場合、その上に実際の画像は形成されない。
【0050】
それに対応して、光源の虚像は、仮想源と呼ばれる。
【0051】
多数の光学面、構成、及びパラメータを調査するために、すべての関連のあるコースティック層を製造することは法外に費用がかかり、代わりに光学的モデル化が用いられた。光学的モデル化は、商用プログラム（ゼマックス（Ｚｅｍａｘ））を用いて光線追跡によりなされた。モデル化の精度は、イメージング光学系（例えばカメラレンズ設計）におけるほとんどのアプリケーションに対して用いられものと同等であることが強調されるべきである。従って、結果は高い信頼度で現実に対応すると想定され得る。
【0052】
人の眼をモデル化するために用いられるパラメータは、以下の表１に要約される。
【0053】
【表1】
図１は、本発明の一態様による光学セキュリティ要素の光学方式を示し、コースティック層は正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有し、レンズ要素は負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有する。光源１によって照明されるとすぐに眼によって画像を見るために、山から谷の高さΔｈ＝３０μｍ、及び４０ｍｍの焦点距離を有するコースティック層２は、その隣に挿入された負レンズ要素３と組み合わされている（図１の示される実施形態において、眼の側において）。図１に示されるように、光源１はコースティック層２から少なくとも４００ｍｍの距離に配置される。セットアップは、眼４の正面で、約２０～３０ｍｍの距離に保持され、これは眼－レリーフ距離Ｒと考えられる。網膜の画像５も図１に示される。光学セキュリティ要素から出るビームは発散性であり、従って眼の虹彩は、視野及び見られるコースティック画像の部分を制限する。光学要素が眼に近いほど、視野は大きくなり、及び見られるコースティック画像の部分は大きくなる。
【0054】
図２は、光学セキュリティ要素の光学方式を示し、コースティック層は負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有し、レンズ要素は正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有する。コースティック要素２’は、図１で用いられたもとの要素のネガコピーである表面を有し、結果として－４０ｍｍの負の焦点距離を有する。それは正レンズ要素３’と組み合わされ、眼４から距離Ｒにおいて、図１でのセットアップと同様に保持される。図２に示されるように、光源１は、コースティック要素２’から少なくとも４００ｍｍの距離に配置される。画像５は、眼の網膜に作り出される。図に示されるように、セキュリティ要素の出口での光線は収束性であり、網膜に到達する前に眼の虹彩が切り取る光線はより少ないので、図１のものと比べてコースティック画像のより大きな部分が見られる。
【0055】
物理的画像を記録するために用いられる概略セットアップは、図３に示される。眼は、２５０ｍｍに焦点が合わされた１６ｍｍ焦点距離対物レンズ８（フジノン（Ｆｕｊｉｎｏｎ）ＨＦ１６Ａ－１Ｂ）、及びＶＧＡカラーセンサ７が取り付けられた、商用カメラモジュール６（ｕＥｙｅ ＵＩ－１２２５ＬＥ－Ｃ－ＨＱ）によってシミュレートされる。セットアップは、眼によって見られるものに似た画像を捕捉するように選ばれる。この場合において、山から谷の高さΔｈ＝３０μｍ（２ｍｍ厚の１０×１０ｍｍＰＭＭＡスラブの上に機械加工される）、及び４０ｍｍの焦点距離を有するコースティック層２は、その隣に挿入された負レンズ要素３と組み合わされる。用いられる負レンズ要素３は、それぞれ－１５、－３０、－５０、及び－１２５ｍｍの焦点距離を有する。図３に示される実施形態において、負レンズ要素３と対物レンズ８との間の距離は５０ｍｍである。光源１は、携帯電話のフラッシュランプであり、本非限定的な実施形態では、サムソン（Ｓａｍｓｕｎｇ）Ｓ３フォンのＬＥＤである。図３に示されるように、光源１は、コースティック層２から少なくとも４００ｍｍの距離に配置される。
【0056】
コースティック画像が形成された網膜を、カメラセンサがシミュレートされる。いくつかの場合には、視野を最大化するために、より大きな口径も用いられている。本開示において、「視野」という用語は、可視の窓の角度サイズではなく、可視の窓の横方向サイズを意味する。また約５０ｍｍのコースティック要素までの所与の距離では、カメラによって記録される画像は、虹彩が約３～４ｍｍ開かれて、懐中電灯において、コースティック要素を通して見たときに、通常のオフィス環境において眼で見られるものと同様であることが留意されたい。
【0057】
図４は、物理的画像を記録するために用いられる概略セットアップを示す。図３と同様に、眼は、２５０ｍｍに焦点が合わされた（絞りは全開）１６ｍｍ焦点距離対物レンズ８（フジノンＨＦ１６Ａ－１Ｂ）、及びＶＧＡカラーセンサ７が取り付けられた、商用カメラモジュール６（ｕＥｙｅ ＵＩ－１２２５ＬＥ－Ｃ－ＨＱ）によってシミュレートされ、光源１は、携帯電話のフラッシュランプである（本非限定的な実施形態では、サムソンＳ３フォンのＬＥＤである）。山から谷の高さΔｈ＝３０μｍ（図３で用いられたコースティック層の表面コピーとして得られる）、及び－４０ｍｍの負の焦点距離を有するコースティック層２’は、その隣に挿入された正レンズ要素３’と組み合わされる。正レンズ要素３’は、それぞれ４０ｍｍ及び５０ｍｍの焦点距離を有する。図４に示される実施形態において、負レンズ要素３と対物レンズ８との間の距離は、５ｍｍである。光源１は、コースティック層２’から少なくとも４００ｍｍの距離に配置される。
【0058】
【0059】
特に、図５は、記号１００の２／３のみをカバーすることができる視野（ＦＯＶ）を有する鮮明な画像を示す。これは眼で、携帯電話のフラッシュランプの方向に要素を通して見たときに見られるものである。
【0060】
そして、図６は、ｆＬ＝－５０ｍｍを有する負レンズ要素を用いると、負レンズ要素は、コースティック層の正の焦点距離に対して補償するためには十分に強力ではないので、画像はぼやけ始めるということを示している。ＦＯＶは、ｆＬ＝－３０ｍｍを有するレンズ要素の場合より大きく、画像のより大きな部分が見られる。しかし、画像はセンサ（「網膜」）のより小さなエリアを占有する。従って、焦点距離を増加させることによって、視野は増加されるが、倍率は減少される。
【0061】
図７及び図８は、図４で述べられたセットアップにより捕捉された画像の例を示す。ここでは負のコースティック層として、焦点距離ｆＣ＝－４０ｍｍを有する、図５及び図６の画像を生成するために用いられたコースティック層の複製が、図５及び図６の画像を生成するために用いられる。観察のために適した虚像を作り出すために、正レンズｆＬ＝４０ｍｍ及びｆＬ＝５０ｍｍが用いられる。両方の場合において、見られるコースティックパターンの一部は、図５及び図６に示された例と比べてずっと大きい。これは、このような光学セキュリティ要素の後の収束する光ビームのためである。図８に示される場合において、倍率はより小さく、円形切り取りの一部は、１２．７ｍｍのレンズ口径による。いずれの場合にも、このような構成は、寸法１０×１０ｍｍのコースティック層の口径の全体を見ることを可能にする。
【0062】
関連のあるパラメータ、及び光学要素の適用可能性の実用範囲を決定するために、光学要素を形成する光学アセンブリの各構成要素によって行われる機能が述べられ、個別に分析される。
【0063】
実際の光学要素において、図９及び図１０に示されるようにこれらの機能は、コースティック層として及び転送要素としての両方で動作する単一の要素によって一緒に、又は１つのコースティック層及び１つの（又は複数の）転送要素の光学アセンブリによって別個に、行われ得る。
【0064】
図９は、以下を含む可能な光学要素の例を示す：ａ）レンズレット９を有するコースティック層２と、別個の負の（平凹の）レンズ要素３（転送要素）とを有する要素、ｂ）レンズレット９を有するコースティック層と、曲線状の背面が負レンズ要素３である転送要素とを有する要素、ｃ）（平凹の）負レンズ要素３の曲線状の表面の上のレンズレット９を有するコースティック層（両面の総和）。
【0065】
図１０は、以下を含む可能な光学要素の例を示す：ａ）レンズレット９を有する負のコースティック層２と、別個の（平凸の）正レンズ要素３とを有する要素、ｂ）レンズレット９を有する負のコースティック層を有し、背面が正レンズ要素３である要素、ｃ）正レンズ要素３の表面の上のレンズレット９を有する負のコースティック層（両面の総和）。外部制約によって許容される最大を超えるサグ（湾曲高さ）を有する（予め規定された最大に延びる山から谷まで）、すべての表面は、「フレネル化」技法によって低減され得ることが留意されるべきである。
【0066】
さらに、便利なトイモデルシステムとして、ドットの規則的なアレイからなる「コースティック画像」（又は「コースティックパターン」）を投影するために、マイクロレンズのアレイが用いられる。本発明の動作原理を説明するために、この手法はより精緻なコースティック層表面の使用よりいくつかの利点を有する：
選ばれるシステムは理解する、説明する、及びモデル化するのが非常に簡単である；
コースティック層の最も関連のある特徴を含む；
関連のあるパラメータは分析的に定義されることができ、それらは十分に定義された意味を有する（例えばコースティック層の焦点距離）。
選ばれるシステムは理解する、説明する、及びモデル化するのが非常に簡単である；
コースティック層の最も関連のある特徴を含む；
関連のあるパラメータは分析的に定義されることができ、それらは十分に定義された意味を有する（例えばコースティック層の焦点距離）。
【0067】
このように調査された概念は、次いで直接的な方法で、一般のコースティック層表面のより精緻な場合に移され得る。この方式において、光学要素は以下の機能を組み合わせる：
空間内のある位置（必ずしも眼の適応力内ではない）に、コースティック画像（実像又は虚像）を作り出すこと；
眼によってそれが網膜上に焦点が合わせられ得るように、コースティック画像を適切な位置に転送すること。眼の適応力を所与として、中継される画像は、眼から少なくとも２５ｃｍに配置するものとする。実際には、光学要素は眼の丁度正面に、又は最大でも数ｃｍそれから離れて配置され、従って中継される画像は、光学要素の後方に形成される（虚像）；
画像形成光線を、それらが切り取られずに瞳孔を通過できるように方向付けること。
空間内のある位置（必ずしも眼の適応力内ではない）に、コースティック画像（実像又は虚像）を作り出すこと；
眼によってそれが網膜上に焦点が合わせられ得るように、コースティック画像を適切な位置に転送すること。眼の適応力を所与として、中継される画像は、眼から少なくとも２５ｃｍに配置するものとする。実際には、光学要素は眼の丁度正面に、又は最大でも数ｃｍそれから離れて配置され、従って中継される画像は、光学要素の後方に形成される（虚像）；
画像形成光線を、それらが切り取られずに瞳孔を通過できるように方向付けること。
【0068】
最初の２つの機能を達成する２つの主な方法がある（第３の機能は、別途以下でさらに論じられる）。
【0069】
１つの実施形態は、正の焦点距離（ｆＣ＞０）を有するコースティック層と、負の焦点距離（ｆＬ＜０）を有するレンズ要素とを組み合わせることにあり、光学要素１０のレンズ３と、コースティック層２のレンズレットとの集合体によって網膜上に画像を作り出す光学方式を示す図９、及びさらに図１１～１２を参照されたい。本実施形態を説明するために上記トイモデルを用いて、遠距離又は無限遠に配置された源からの並行光ビーム１１により、負レンズ要素３は、源の虚像１２を作り出す。虚像１２は、光学要素１０と、レンズ３の焦点との間に配置される。虚像１２から生じる光は、レンズレットアレイによって光照射野に分割され、接眼レンズ１４は複数の輝点を網膜上に作り出し、これらは仮想源１２の複数の画像１３であり、各輝点はレンズレットアレイからのレンズに対応する。接眼レンズ１４は、フーリエレンズとして働き、すべての並行なビームの焦点を網膜の１つの点に合わせる。網膜画像平面１５の輝点の集合体は、ラスタ状のコースティック画像を形成する。
【0070】
或いは、正のコースティック面は、実像を投影するように見られることができ（レンズレットごとに１つの点）、これは負レンズによって、図１２で１７として示される、眼からの適切な距離において虚像に変換される。正のコースティック層を有する光学要素は、虹彩直径１６によって制限される視野（ＦＯＶ）直径を有することが留意されるべきである。この制限は以下の式において見られ得る：
ｄ１＝ｄｉｒｉｓ｜ｆＬ｜／（｜ｆＬ｜＋Ｒ）、
ｄ２＝２｜ｆＬ｜ｔａｎ（θ／２）、及び
ｄＦＯＶ＝ｍｉｎ（ｄ１，ｄ２）。
ｄ１＝ｄｉｒｉｓ｜ｆＬ｜／（｜ｆＬ｜＋Ｒ）、
ｄ２＝２｜ｆＬ｜ｔａｎ（θ／２）、及び
ｄＦＯＶ＝ｍｉｎ（ｄ１，ｄ２）。
【0071】
ただしｄｉｒｉｓは虹彩直径、Ｒはコースティック層と眼との間の距離、ｆＬはレンズ要素の焦点距離、及びθは考慮対象の眼のイメージング角度である。例えば、より低い分解能を有する網膜の部分、θ＝２０°も考慮しながら、眼の最高分解能部分（中心窩）θ＝５°のみを考慮する（表１を参照）。
【0072】
Ｒがゼロに向かう傾向の限定的な場合において、ｄＦＯＶは最も大きくなるが、眼の虹彩より大きくなることはない。さらに、眼からコースティック層まで常に、ある距離が存在するべきであるので、Ｒ＝０ｍｍという場合は不可能である。
【0073】
他の実施形態は、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有するコースティック層と、正の焦点距離（ｆＬ＞０）を有するレンズ要素とを組み合わせることにあり、光学要素１０の正レンズ要素３’と組み合わされたコースティック層２’のレンズレットの集合体によって、網膜上に画像を作り出す（網膜画像平面１５）光学方式を示す図１０、並びにさらに図１３及び図１４を参照されたい。
【0074】
すでに述べられたように、負の焦点距離（ｆＣ＜０）を有するコースティック層は、光源と同じ側に虚のコースティック画像１２を形成する能力を有する。コースティック層２の小さなレンズのそれぞれは、レンズ要素３の前に仮想源（源の虚像）を作り出す。これらの仮想源のセットは仮想対象物であり、これは次いで、続く正レンズ要素３によってイメージングされて、眼自体がそれの網膜１５上に画像１３の形でイメージングする、虚のコースティック画像１７を形成する。正レンズの焦点距離は、コースティックレンズレットの焦点の絶対値以上の長さになるように選ばれるべきであることが留意されるべきである。これは眼に対する最小読み取り距離ｄＲより遠くに虚のコースティック画像１７を作り出すことを可能にし、光の収束する円錐からの光線をイメージングするために眼に負担をかけることを防ぐ。従って、虚像を適切な距離ｄＲに形成することは、眼の対応をより容易にする。
【0075】
ここで、眼によって見られるコースティック層の部分、すなわち視野の直径（ｄＦＯＶ）は、眼のイメージング角度θ、及び眼の虹彩の直径ｄｉｒｉｓによって定義され、図１３及び図１４を参照されたい。この場合において、
ｄＦＯＶ＝ｍｉｎ（ｄ１，ｄ２）
ただし、
ｄ１＝２ｆＬｔａｎ（θ／２）
ｄ２＝ｄｉｒｉｓ／│１－Ｒ／ｆＬ│
一般に、距離Ｒをレンズの焦点距離ｆＬまで増加させることは、光学要素のより大きな部分を見ることを可能にする（正のコースティック層の場合とは逆に）。前の例のように、考慮対象の眼のイメージング角度θは、どれだけ正確にコースティック画像が見られるようになるかを決定する。中心窩角度限界を超える（５°を超える）と、コースティック画像は眼によって知覚されるが、分解能は減少する。
ｄＦＯＶ＝ｍｉｎ（ｄ１，ｄ２）
ただし、
ｄ１＝２ｆＬｔａｎ（θ／２）
ｄ２＝ｄｉｒｉｓ／│１－Ｒ／ｆＬ│
一般に、距離Ｒをレンズの焦点距離ｆＬまで増加させることは、光学要素のより大きな部分を見ることを可能にする（正のコースティック層の場合とは逆に）。前の例のように、考慮対象の眼のイメージング角度θは、どれだけ正確にコースティック画像が見られるようになるかを決定する。中心窩角度限界を超える（５°を超える）と、コースティック画像は眼によって知覚されるが、分解能は減少する。
【0076】
虚像が眼からの快適な読み取り距離ｄＲ（通常、少なくとも２５ｃｍ）に形成されるという要件は、以下の式に置き換わる。
ただし、
ｆＬ及びｆＣは、それぞれレンズ要素及びコースティック層の焦点距離、
Ｒはコースティック層と眼との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離である。
【数3】
ただし、
ｆＬ及びｆＣは、それぞれレンズ要素及びコースティック層の焦点距離、
Ｒはコースティック層と眼との間の距離、及び
ｄＲは、少なくとも２５ｃｍである、眼からの快適な読み取り距離である。
【0077】
上述の式は、無限遠における光源に対して漸近的に正確であることが留意されるべきである。源の有限の距離ｄｓに対しては、正しい式は実際下記となる。
実際には、ｄｓは無限遠と考えられるほど十分に大きく（及び従って１／ｄｓ≒０）、従って以下の議論では漸近式が用いられる。
【数4】
実際には、ｄｓは無限遠と考えられるほど十分に大きく（及び従って１／ｄｓ≒０）、従って以下の議論では漸近式が用いられる。
【0078】
すでに指摘されたように、仮想源から生じるように見える光線のすべてが瞳孔に入り、網膜に到達することできず、なぜならそれらのいくらかは虹彩によって遮られるからである。それに対応して、目標画像の一部分のみが網膜に形成され、残りは切り取られる。最終的に画像のどの部分が見えるかは、図１１～図１４に示されるように、幾何形状及びレンズパラメータに依存する。
【0079】
特に、負のコースティック層が正レンズ要素と組み合わされたときは、光線束の包絡面は瞳孔に向かって収束する。逆に、正のコースティック層が負レンズ要素と組み合わされたときは、光線束の包絡面は発散する。従って、画像のより大きな部分が見えるようにするために、正レンズ要素と組み合わされた負のコースティック層を扱うことが好ましい。
【0080】
より具体的には、視野の直径（ｄＦＯＶ）が、網膜に形成される画像に実際に寄与する、コースティック層の部分の直径として定義される場合、下記であることが直ちに分かる。
【0081】
正のコースティック層が負レンズ要素と組み合わされたとき、ｄＦＯＶは瞳孔径ｄｉｒｉｓより小さくなることになり、なぜなら、ｄＦＯＶ＝ｄｉｒｉｓ｜ｆＬ｜／（｜ｆＬ｜＋Ｒ）であるからであり、
負のコースティック層が正レンズ要素と組み合わされたとき、ｄＦＯＶは、正確な幾何形状及び最大の眼のイメージング角度θから定義される制約が緩和されるかどうかに応じて、ｄｉｒｉｓよりかなり大きくなり得る。
負のコースティック層が正レンズ要素と組み合わされたとき、ｄＦＯＶは、正確な幾何形状及び最大の眼のイメージング角度θから定義される制約が緩和されるかどうかに応じて、ｄｉｒｉｓよりかなり大きくなり得る。
【0082】
負レンズ要素と組み合わされた正のコースティック層の場合は、画像は虹彩によって切り取られる。コースティック層の所与の焦点距離に対して、レンズ要素の焦点距離（絶対値｜ｆＬ｜における）が長いほど、網膜に投影されるコースティック画像の部分は大きくなる。しかし、｜ｆＬ｜は任意に大きくすることはできず、なぜなら、｜ｆＬ｜＞ｆＣに対して、それが式（Ｅ）を満たさなくなるので、眼の適応力はもはや、画像を網膜の焦点にもたらすのには十分でなくなる。また、｜ｆＬ｜が増加しても、画像の知覚されるサイズは増加しない。言い換えれば、画像のより多くが見えるようになるのは、単に細部がより小さくなるからであり、画像フレームがより大きくなるからではない。
【0083】
図１５及び図１６は、観察者の眼から２５ｍｍに配置され、焦点距離ｆＬ＝－４０ｍｍの負レンズ要素に関連付けられた、焦点距離ｆＣ＝４０ｍｍの正のコースティック層を用いて組み立てられた光学セキュリティ要素の使用を示す。光学要素からの発散光は、図１５に示されるように、直径ｄｉｒｉｓ＝３ｍｍの眼の虹彩によって切り取られる。全体のコースティック画像の小さな部分が見られる。制限された視野に関わらず、意図されるコースティック画像のずっと大きな部分を見るように、眼は画像を走査して、対象物の真正性を確実にすることができる。
【0084】
見られることになるコースティックパターンの部分を増加させる１つの方法は、透過される光を減少させ、眼にそれの虹彩を開かせることである。図１６は、虹彩がｄｉｒｉｓ＝５ｍｍまで開いたときに、眼によって見られるコースティックパターンのより大きな部分を示す。右側に示される眼の網膜上の画像は、焦点距離ｆＣ＝４０ｍｍのコースティック層と焦点距離ｆＬ＝－３０ｍｍの負レンズ要素とを有する図５に示されるカメラによって捕捉される画像と同様である。
【0085】
生理学的に正常な状況のもとで、眼は瞳孔を閉じることによって光に対して応答し、結果として相反する状況を生じることが注目されるべきであり、一方で、人は明るい画像が網膜に形成されることを望み、同時に、瞳孔はできるだけ広く開かれたままとなるべきである。
【0086】
これらの考察から、正のコースティック層と負レンズ要素との組み合わせは、コースティック画像を網膜上に投影するために用いられ得るが、ユーザエクスペリエンスに関して最適ではないことが明らかである。
【0087】
正レンズ要素と組み合わされた負のコースティック層の場合は、切り取りの問題は、幾何形状及びパラメータの適切な選択によって解決され得る。この方式によって、光線束は瞳孔に向かって収束するので、所与の瞳孔径に対して、画像のより大きな割合が正常に見える。
【0088】
通常の条件において眼の虹彩が３～５ｍｍ開いていると考えられる場合、従って例えば、眼から２５ｍｍの距離に保持された、負の焦点距離－４０ｍｍを有するコースティック層、及び正レンズ４０ｍｍは、７．５ｍｍより大きなコースティック要素の部分を見ることを可能にする。
【0089】
コースティック層のさらに大きな部分を見るために、図１７及び図１８に示されるように、眼からの距離を２５ｍｍ～例えば４０ｍｍに増加させることが可能であり、好ましい。正レンズ要素と組み合わされた負のコースティック要素の一般の場合は、眼からの最適距離は、正レンズ要素の焦点距離にほぼ等しい。
【0090】
図１７及び図１８は、ｆＬ＝４０ｍｍの正レンズに隣り合う、ｆＣ＝－４０ｍｍの負のコースティック層を有し、３ｍｍの固定の虹彩直径を有する眼４のモデルからそれぞれ２５ｍｍ及び４０ｍｍの距離に配置された、光学セキュリティ要素によって作り出されるシミュレートされた（すなわち光線追跡された）画像を示す。図１７において、図の左部分は、２５ｍｍの距離に観察者の眼４を有して、コースティック層スラブ及び負レンズ要素からなるセットアップを示し、図の右部分は、観察者の網膜に投影されたコースティック画像を示す。観察されるコースティック画像は完全ではなく、なぜなら３ｍｍの直径の眼の虹彩は、負レンズレットにより構築され、正レンズに結合され、眼から２５ｍｍに保持されたレリーフパターンから方向変換されたいくらかの光線を切り取る。図１８に示されるように、コースティック要素と眼との間のより長い距離は、コースティック画像の切り取りを低減する助けとなる。コースティック画像の切り取りを低減する別の方法は、コースティック要素の透過を低減することによって、画像の輝度を低減し、この結果として眼に、例えば５ｍｍ又はそれより大きな直径まで、それの虹彩を開かせることである。
【0091】
特定の場合において、コースティック層からの眼の距離が正レンズ要素の焦点距離に等しいとき、すべての光線束は一緒に収束し、乱されずに瞳孔を通過する。
【0092】
レンズ要素及びコースティック層の焦点距離の間の関係は、眼が光線束の焦点を網膜に合わせることができるように、依然として式（Ｅ）を満足しなければならない。
【0093】
ここまで、コースティック光学要素及びレンズによって行われる機能は、別々に述べられ、２つの異なる構成要素を用いてモデル化された。これは、（ｉ）どのようにコースティック画像が形成されるか、及び（ｉｉ）どれが関連のあるパラメータであるかを理解し、及び説明するためには便利である。しかし、実際には、この意味での厳密な要件はなく、２つの機能は、単一の「実効的」構成要素に組み合わされ得る。
【0094】
コースティック層表面及びレンズ要素表面が単一の光学面に組み合わされる場合、組み合わされた表面は、コースティック面単独の計算のために用いられる数値的方法を適応させることによって直接計算され得る。しかし、ほとんどの場合、近軸の、薄い要素の近似が有効である。次いでこの新たな表面は、単に２つの個々の表面の代数和に対応するので便利である。言い換えれば、光学アセンブリの光軸線に沿ったｚ軸線を用いて、レンズ要素表面がｚ＝ｇＬ（ｘ，ｙ）によって、及びコースティック層表面がｚ＝ｇＣ（ｘ，ｙ）によって与えられる場合、結果としての等価な組み合わされた表面は、ｚ＝ｇＬ（ｘ，ｙ）＋ｇＣ（ｘ，ｙ）によって与えられる。
【0095】
本発明によれば、コースティック層は、－３０ｍｍ～－５０ｍｍまでの範囲の負の焦点距離ｆＣ、例えばｆＣ＝－４０ｍｍを有することができ、３０ｍｍ～５０ｍｍまでの範囲の正の焦点距離ｆＬ、例えばｆＬ＝４５ｍｍを有するレンズ要素と組み合わされ、レンズ要素は平凸レンズとなる。
【0096】
図１９～図２０は、ｆＣ＝－４０ｍｍのコースティック層とｆＬ＝４５ｍｍのレンズ要素とを有する光学要素によって作り出される画像を示し、負の焦点距離を有するコースティック層が、正の焦点距離を有するレンズ要素の上に置かれる。
【0097】
この関連において、図１９に示されるように、眼の虹彩直径ｄｉｒｉｓ＝３ｍｍに対して、２５ｍｍの眼－レリーフ距離で眼によって見られる視野は、全体の画像に対応せず、さらには円形でない。コースティックを２５ｍｍより大きな距離、例えば４０ｍｍに、離して移動させることで、視野（ＦＯＶ）を開き、これは作り出される画像の品質を改善する。これは図２０によって十分に示される。
【0098】
本発明によれば、光学セキュリティ要素は、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された対象物に適用され、又はそれに組み込まれることができ、以て本発明によるマークが付けられた対象物を生み出す。
【0099】
前記対象物は、マークが付けられた対象物を視覚的に認証する方法を用いて、観察者によって容易に視覚的に認証されることができ、方法は、
光方向変換面からの距離ｄｓにおける点状光源を用いて、光学セキュリティ要素の光方向変換面を照明するステップと、
快適な読み取り距離ｄＲ（すなわち、眼の適応力に適合した）より大きい眼からの距離に形成されるコースティックパターンの虚像を、視覚的に観察するステップと、
投影されたコースティックパターンは基準パターンに視覚的に類似すると観察者により評価された場合、対象物は本物であると決定するステップと
を含む。
光方向変換面からの距離ｄｓにおける点状光源を用いて、光学セキュリティ要素の光方向変換面を照明するステップと、
快適な読み取り距離ｄＲ（すなわち、眼の適応力に適合した）より大きい眼からの距離に形成されるコースティックパターンの虚像を、視覚的に観察するステップと、
投影されたコースティックパターンは基準パターンに視覚的に類似すると観察者により評価された場合、対象物は本物であると決定するステップと
を含む。
【0100】
言い換えれば、光学セキュリティ要素の（及び従って、このセキュリティ要素を用いてマークが付けられた対象物の）真正性は、投影されたコースティックパターンと基準パターンとの間の類似性の程度を視覚的にチェックすることによって直接評価され得る。
【0101】
本発明による光学セキュリティ要素は、消費者製品、有価文書、及び紙幣を含む群から選択された対象物を認証する、又は偽造に対して保護するために用いられ得る。このような使用は、上述されたように一般に、光学セキュリティ要素を用いて対象物にマークを付けること、及びマークが付けられた対象物を視覚的に認証することを含むが、それらに限定されない。
【0102】
従って、マークが付けられた対象物は、一般に利用可能な手段を用いて、「通りの人」によって認証され得る。適切な光源によって照明されるとすぐに、画像は観察者の網膜に直接投影され、それが適用された対象物の透明度を改変しない。さらには弱い光源（例えば表面上の反射、インジケータＬＥＤなど）を用いても動作され得る。さらに、機能によって投影される画像は、著しい色収差をもたず、画像を形成するために用いられない残留迷光からの著しいアーチファクトに影響されない。
【0103】
上記で開示された主題は、例示的なものであって、限定するものではないと考えられるべきであり、独立請求項によって定義される本発明のより良い理解をもたらすために役立つものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a)】
【図9b)】
【図9c)】
【図10a)】
【図10b)】
【図10c)】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】