專利名稱：在成形磁場(chǎng)中印刷的可動(dòng)態(tài)改變外觀的光學(xué)圖案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光學(xué)可變的顏料、薄膜、圖案和圖像，更具體地涉及如在著色或印刷處理期間排列和定向磁性薄片以得到一種虛幻的光學(xué)效果。
背景技術(shù)：
光學(xué)可變圖案廣泛地被用于裝飾和實(shí)用的多種應(yīng)用中，例如這些圖案用作商業(yè)產(chǎn)品的防偽圖案。光學(xué)可變圖案可以用許多方法制造以實(shí)現(xiàn)多種效果。光學(xué)可變圖案的例子包括在信用卡和正版的軟件文件上壓印的全息圖，在鈔票上印刷的變色圖像，以及增強(qiáng)物品如摩托車頭盔和輪罩的表面外觀。光學(xué)可變圖案可以制造成被印刷、壓印、粘結(jié)或以其它方式粘附著到物體上的薄膜或箔，也可以使用光學(xué)可變顏料制造。光學(xué)可變顏料的一種類型是通常所稱的變色顏料，因?yàn)橛眠@種顏料適當(dāng)印刷的圖像的外觀顏色隨著視角和/或照明角度的傾斜而改變。通常的例子是在美國(guó)的二十美元鈔票的右下角用變色顏料印刷的“20”，其用作防偽圖案。一些防偽圖案是隱蔽的，而另一些是試圖被引起注意的。但是，由于圖案的光學(xué)可變方面不能充分地引人注意，因此試圖引起注意的一些光學(xué)可變圖案并不被廣泛地認(rèn)知。例如，在均勻熒光頂燈下用變色顏料印刷的圖像的顏色變化是不引人注意的，但在直接的陽(yáng)光下或單點(diǎn)照明下可能更容易引人注意。因?yàn)榻邮苷呖赡軟](méi)有意識(shí)到光學(xué)可變特征，或因?yàn)閭吴n在某些條件下可能看上去基本上類似于真正的鈔票，這使得偽造者的沒(méi)有光學(xué)可變特征的偽鈔更容易通過(guò)檢查。光學(xué)可變圖案也可以用磁性顏料制造，在將顏料(通常在例如油墨載體或涂料運(yùn)載體中)施加到表面后用磁場(chǎng)排列該磁性顏料。然而，用磁性顏料著色大多為了裝飾目的。例如，已經(jīng)描述了使用磁性顏料來(lái)制造著色輪罩，使其具有顯示為三維形狀的裝飾特征。在涂料介質(zhì)仍處于液態(tài)時(shí)通過(guò)給產(chǎn)品施加磁場(chǎng)，在著色產(chǎn)品上形成圖案。涂料介質(zhì)具有分散的沿磁場(chǎng)線排列的磁性非球狀顆粒。所述場(chǎng)有兩個(gè)區(qū)域。所述第一區(qū)域包含方向平行于表面的磁力線并以所需圖案的形狀排列。所述第二區(qū)域包含不平行于著色產(chǎn)品表面的線并以環(huán)繞圖案排列。為了形成圖案，具有對(duì)應(yīng)于所需圖案形狀的永久磁鐵或電磁鐵位于著色產(chǎn)品的下面，以便在涂料仍然是濕的時(shí)候，在磁場(chǎng)中定向分散在涂料中的非球狀磁性顆粒。當(dāng)涂料干燥的時(shí)候，隨著入射到涂料層的光線受到定向的磁性顆粒的不同影響，在著色產(chǎn)品表面上可以看見(jiàn)圖案。同樣，已經(jīng)描述了在含氟聚合物基體中制造片狀磁性顆粒圖案的工藝。在用液態(tài)的組分涂覆產(chǎn)品后，在基底下面放置具有所需形狀的磁場(chǎng)的磁鐵。分散在液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中的磁片使它們自己的方向平行于磁場(chǎng)線，傾斜于最初的平面方向。該傾斜從垂直于基底的表面變化到最初的方向，它包括基本上平行于產(chǎn)品表面的片。該平面定向的片將入射光反射回觀察者，而再定向的片不反射，這在涂層中提供了三維圖案的外觀。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供光學(xué)可變圖像，其中在此前未描述的特定磁場(chǎng)下使用可磁性排列的片，例如半球、錐等的三維物體形成彷偽圖案、標(biāo)簽等的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種涉及具有虛幻光學(xué)效果的圖像的物品、方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種防偽圖案，所述防偽圖案包括具有以第一圖案靜止在基底上的第一組多個(gè)磁性可排列薄片以便確定環(huán)或曲線的圖像。優(yōu)選至少η個(gè)薄片，假設(shè)η>1000，并且其中從薄片表面延伸的平面彼此相交。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，所述第一組多個(gè)磁性可排列薄片限定多個(gè)薄片的同心環(huán)，并且薄片的環(huán)形成圓形區(qū)域；限定環(huán)的薄片從最外面的環(huán)到最里面的環(huán)相對(duì)于基底形成增加或減小的角。在本發(fā)明的一個(gè)方案中，所述圖案可以包括以與第一圖案對(duì)應(yīng)的圖案靜止在基底上的第二組多個(gè)磁性可排列薄片，其中薄片以相對(duì)于基底相同的第二角度傾斜，其中第二角度不同于第一角度，并且其中從沿第二組多個(gè)薄片的表面延伸的面彼此相交。多個(gè)磁性可排列薄片可以基本上分布在整個(gè)封閉的區(qū)域并在其中以預(yù)定的圖案定向，其中至少多于50%的薄片被這樣定向，使得垂直于它們的反射表面的線沿線匯聚或匯聚到一點(diǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述圖像包括至少10000個(gè)薄片或更多。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種光學(xué)虛幻圖像，包括具有涂覆在其表面的薄片區(qū)域的基底，其中薄片基本上分布在整個(gè)區(qū)域并在其中以預(yù)定的圖案定向，其中薄片被這樣定向，使得垂直于它們的反射表面的線沿線匯聚或匯聚到一點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種標(biāo)簽或防偽圖案，包括具有覆蓋并分布在整個(gè)區(qū)域、并以預(yù)定圖案定向的薄片的光學(xué)虛幻圖像，薄片具有反射表面，其中形成預(yù)定圖案的薄片的方向是這樣的，使得垂直于它們的反射表面的線沿線匯聚或匯聚到一點(diǎn)，其中預(yù)定的圖案具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種印刷陣列，包括多個(gè)磁性排列小片的同心環(huán)，該小片以菲涅耳結(jié)構(gòu)的形式設(shè)置在基底上，優(yōu)選是菲涅耳反射器。有利地，因?yàn)榇艌?chǎng)的強(qiáng)度和方向可以控制，所以可以容易地設(shè)計(jì)一個(gè)用于校正球面像差的場(chǎng)，而在一般的菲涅耳反射器中會(huì)不同程度地存在該球面像差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，圖像形成一部分接收或反射天線，并且其中薄片分別為有選擇的吸收或反射薄片。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，在此前描述的任何實(shí)施例中描述的光學(xué)圖像在其上具有光柵和/或具有表面積為100 μ m2到Imm2的薄片，并且其中薄片的厚度在IOOnm到100 μ m之間的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，至少一些薄片在其中或其上具有光柵，并且其中光柵的頻率和深度足夠低，以便不具有可以被人的肉眼看見(jiàn)的衍射效果，并且其中具有光柵的薄片沿各自光柵的線排列。在一些實(shí)施例中，至少一些薄片在其中或其上具有光柵，并且其中光柵的頻率小于200線/毫米，并且其中光柵的深度小于100微米。
薄片在形狀上是均勻的，優(yōu)選為允許更大填充密度的六角形。在本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例中，提供一種圖像，其形成光檢測(cè)器，圖像是動(dòng)態(tài)的，由此它顯示對(duì)應(yīng)于照射圖像的多個(gè)獨(dú)立光源的多個(gè)環(huán)。


現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:圖1A是被稱為在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出的“翻轉(zhuǎn)”(flip-flop)的印刷圖像的簡(jiǎn)化橫截面圖。圖1B是在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出的以第一選擇視角觀看的文件上的印刷圖像的簡(jiǎn)化平面圖。圖1C是在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出的以第二選擇視角觀看的印刷圖像的簡(jiǎn)化平面圖，此簡(jiǎn)化平面圖通過(guò)將所述圖像相對(duì)于觀察點(diǎn)傾斜獲得。圖2A是出于討論目的而被稱為“滾動(dòng)條”的印刷圖像的簡(jiǎn)化橫截面圖，其在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出。圖2B是在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出的以第一選擇視角觀看的滾動(dòng)條圖像的簡(jiǎn)化平面圖。圖2C是出于討論目的而被稱為“雙滾動(dòng)條”的印刷圖像的簡(jiǎn)化橫截面圖，其在申請(qǐng)人的美國(guó)專利申請(qǐng)US2005/0106367A1中描述和示出。圖2D是圖2C所示出的圖像的頂視圖。圖3是對(duì)應(yīng)于圖4示出的星爆式(star burst)圖像的印刷干油墨層中的磁性排列小片的橫截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的星爆式圖案的圖像的平面圖。圖5A和5B是由磁性排列小片構(gòu)成的錐的圖像的照片。圖6是錐形磁場(chǎng)的橫截面圖，示出在場(chǎng)中排列的小片。圖7A是當(dāng)以垂直于圖像表面的角度直接從上面觀察時(shí)錐圖像的照片。圖7B和7C是從不同的角度觀察的錐圖像的照片。圖8是本發(fā)明可選實(shí)施例的橫截面圖，其中具有不同半徑的兩個(gè)環(huán)形堆疊的磁鐵被用于產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，其在印刷圖像中具有令人驚奇的效果。圖9是用圖8中的通過(guò)磁性排列所產(chǎn)生的圖像的照片。圖10A、10B、10C、11、12和13A是包含用在各種不同圖案中的磁性顆粒的油墨的圖像，使用環(huán)形磁場(chǎng)排列其中的磁性小片。圖13B是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)虛幻圖像的照片。圖14是示出圖7B中所示的錐圖像中薄片排列的圖；為了說(shuō)明的目的，采用更大更少的對(duì)稱薄片，并且一些薄片被有目的地省略以表示特定薄片的側(cè)視圖。圖15是用透視圖示出的與圖14類似的圖。圖16是與圖15相類似的圖，顯示沿外加的錐形磁場(chǎng)的磁力線分散在油墨層中的非構(gòu)造磁性小片的軸心排列。圖17是分散在油墨薄層的運(yùn)載體或載體中的磁性顆粒的錐形排列的圖，其中示出與顆粒表面垂直的角度沿限定假想的環(huán)的曲線在圖像上面匯聚。圖18A和18B是示出反光環(huán)的具有錐形排列的圖的照片。圖19是示出當(dāng)錐形磁鐵位于基底上面時(shí)錐形磁場(chǎng)中的磁性顆粒的錐形排列的圖。圖20A是當(dāng)漏斗形磁鐵位于基底下面時(shí)錐形磁場(chǎng)中的磁性顆粒的錐形排列的圖。圖20B是根據(jù)本發(fā)明的漏斗形物體圖像的照片。圖20C是分散在運(yùn)載體中的磁性小片的漏斗形排列的部分橫截面圖，該運(yùn)載體包括具有表面垂直于所示顆粒的油墨薄層。圖20D是當(dāng)球狀磁鐵位于基底下面時(shí)在漏斗形磁場(chǎng)中磁性顆粒的漏斗形排列的橫截面圖。圖21A和21B是圖20A所示的顆粒排列所得到的圖像的照片。圖22是在軸對(duì)稱錐形磁場(chǎng)中衍射磁性顆粒排列的局部剖開(kāi)的透視圖。圖23和24是包含磁性衍射顆粒并朝觀察者傾斜的軸對(duì)稱印刷圖的照片。圖25是示出當(dāng)置于磁場(chǎng)時(shí)衍射薄片定向的圖，其中薄片的凹槽示出與磁場(chǎng)線平行。圖26是分散在油墨薄層中的磁性顆粒的軸對(duì)稱半球狀排列的圖，其形成印刷的凸面菲涅耳鏡。圖27是圖26所示的菲涅耳鏡的橫截面圖，其中顯示垂直于薄片的線沿線向點(diǎn)匯聚。圖28A和28B是半球凸面鏡的照片。圖29是沿施加的半球形磁場(chǎng)的磁力線分散在油墨層中的磁性顆粒的軸對(duì)稱排列的圖，其形成印刷的非補(bǔ)償凸面菲涅耳反射鏡。圖30是分散在油墨層中的衍射顆粒的排列圖。圖31是在黑色背景上用稀釋油墨制成的印刷凸面菲涅耳鏡的照片。圖32是示出分散在基底上印刷的油墨薄層中的磁性顆粒軸對(duì)稱半球形排列的圖。圖33是示出在其中具有凹槽形狀光柵的磁性衍射顆粒333的凹面形排列的圖，磁性衍射顆粒分散在油墨運(yùn)載體332的薄層中，線垂直于顆粒表面334。圖34A、34B和34C是半球形排列的圖的照片。圖35是分散在油墨層中的衍射磁性顆粒的軸對(duì)稱凹面形排列的平面圖，其在許多方面與圖29類似。圖36是示出分散在油墨層中的顆粒的單個(gè)徑向線中的衍射顆粒的位置和排列的圖。圖37A是磁鐵的透視圖，該磁鐵構(gòu)成圖37C所示的磁鐵結(jié)構(gòu)，用于提供如圖37C所示的拱頂形磁場(chǎng)。圖37B是當(dāng)繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)具有一些圖37A所示的磁鐵的透視圖。出于說(shuō)明目的，在其旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)不同的時(shí)刻示出了該磁鐵，以便理解半球磁場(chǎng)如何形成。圖37C是在磁鐵沿垂直軸完成一轉(zhuǎn)后相同磁鐵在旋轉(zhuǎn)的三個(gè)角度的透視圖。圖37D是圖37C的磁鐵排列的透視圖，其中將具有油墨薄片的板被設(shè)置在拱頂形場(chǎng)中，并且其中在連續(xù)的兩個(gè)圖中板和場(chǎng)按箭頭所示相對(duì)旋轉(zhuǎn)。圖37E是類似于圖37D的透視圖，其中將板設(shè)置成靠近拱頂形場(chǎng)的頂部，并且其中在油墨中形成的半球圖像的尺寸小于圖37D。圖37F和37G是使用圖37E的磁鐵制成的滾動(dòng)3D半球的圖像，示出了當(dāng)圖像從一個(gè)位置傾斜到另一個(gè)位置時(shí)的不同位置的圖像。圖37H是具有設(shè)置在盾的圖像中的拱頂形薄片的半球的印刷圖像。圖371是具有沿其軸形成的具有滾動(dòng)條的盾的印刷圖像。圖37J是圖37H和371中形成的圖像的復(fù)合圖像，其中在多個(gè)步驟中施加油墨和磁場(chǎng)，由此在圖37H上應(yīng)用圖371，并且其中當(dāng)形成滾動(dòng)半球時(shí)中心區(qū)域僅涂覆一次。圖38A是用于形成圖38C的圖像的碗形場(chǎng)的橫截面圖。圖38B是在圖38A所示的磁場(chǎng)中排列的載體中的顏料薄片的橫截面圖。圖38C是在倒過(guò)來(lái)的半球的圖38A中所示的場(chǎng)中用磁性薄片形成的圖像，該半球看起來(lái)是滾動(dòng)碗凹陷在頁(yè)面中。圖39是微觀結(jié)構(gòu)的磁性顏料的單個(gè)顆粒的平面圖。圖40是微觀結(jié)構(gòu)的磁性顏料的單個(gè)顆粒的橫截面圖。圖41是MgF2/Al/Ni/Al/MgF2多層磁性微觀結(jié)構(gòu)顏料的結(jié)構(gòu)圖。圖42a和42b是示出在沿凹槽的測(cè)量方向低調(diào)制(low-modulated)低頻矩形光柵
(I)和高頻正弦光柵(2)的多角度色彩軌跡圖。圖43示出在低調(diào)制(SOnm)低頻(140線/mm)矩形光柵的頂部上沉積的光學(xué)膜堆MgF2/Al/Ni/Al/MgF2 的光譜反射率。圖44示出在低頻(140線/mm)頂部上沉積的光學(xué)膜堆MgF2/AI/Ni/AI/MgF2的光譜反射率。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的各種實(shí)施例中提供了新穎和有創(chuàng)造性的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其用于防偽和包裝以及標(biāo)簽的應(yīng)用中。通常，當(dāng)在表面印刷或著色時(shí)，分散在液體涂料或油墨運(yùn)載體中的光學(xué)可變顏料的顆粒一般使其本身被定向平行于表面。平行于表面的定向具有對(duì)來(lái)自涂覆表面的入射光的高反射率。當(dāng)在液體介質(zhì)中施加磁場(chǎng)時(shí)，磁性薄片可以相對(duì)于基底傾斜。薄片通常以這種方式排列，使得反射薄片的最長(zhǎng)對(duì)角線和衍射薄片的凹槽的定向跟隨磁場(chǎng)線。根據(jù)磁鐵的位置和強(qiáng)度，磁場(chǎng)線可以以不同角度穿過(guò)基底，并將磁場(chǎng)薄片傾斜到這些角度。傾斜薄片對(duì)入射光的反射不同于平行于印刷基底表面的薄片。反射率和色彩都可以不同。在正常的視角觀察，傾斜的薄片通常比平行于表面的薄片看起來(lái)更暗并具有不同的顏色。印刷虛幻圖像的例子圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的印刷圖像20A的簡(jiǎn)化的橫截面圖，出于討論目的，它被稱為“切換”光學(xué)效果圖像或“翻轉(zhuǎn)”圖像。翻轉(zhuǎn)圖像包括第一印刷部分22和第二印刷部分24，并由過(guò)渡部分25分開(kāi)。由例如油墨運(yùn)載體或涂料運(yùn)載體的載體28包圍的顏料薄片26，在第一部分中平行于第一平面排列，在第二部分中的顏料薄片26’平行于第二平面排列。在橫截面圖中將薄片表示為短線。所述薄片是磁性薄片，即可以使用磁場(chǎng)排列顏料薄片。它們可以保留剩磁或可以不保留剩磁。在每部分中不是所有的薄片都彼此準(zhǔn)確的平行或平行于各自的排列面，但總體效果本質(zhì)上如圖所示。這些圖并未按比例畫(huà)出。一般的薄片可以是20微米寬，大約I微米厚，因此這些圖僅用于示出目的。在例如紙、塑料薄膜、薄板、卡片或其它表面的基底29上印刷或著色圖像。為了討論的方便，術(shù)語(yǔ)“印刷”通常用于描述將載體中的顏料施加到表面，它可以包括其它的技術(shù)，包括的其它技術(shù)可以稱為“著色”。通常，薄片沿垂直于薄片平面看是亮的，而沿薄片邊緣看是暗的。例如，來(lái)自照射源30的光在第一區(qū)域從薄片反射到觀察者32。如果圖像按箭頭34所示的方向傾斜，將會(huì)在端部(on-end)觀察第一區(qū)域22的薄片，而光從第二區(qū)域24的薄片反射。這樣，在第一觀察位置，第一區(qū)域是亮的，第二區(qū)域是暗的，而在第二觀察位置所述場(chǎng)將翻轉(zhuǎn)，第一區(qū)域變暗，第二區(qū)域變亮。這提供了明顯的視覺(jué)效果。同樣，如果顏料薄片是變色的，一部分可以呈現(xiàn)第一顏色，另一部分可以呈現(xiàn)另一種顏色。載體一般是透明的，可以是清澈或帶色彩的，薄片通常具有相當(dāng)?shù)姆瓷湫浴＠?，載體可以被染成綠色，薄片可以包括金屬層，例如鋁、金、鎳、鉬或金屬合金的薄膜，或者是金屬薄片，例如鎳或合金薄片。從金屬層反射的光通過(guò)染成綠色的載體可以呈現(xiàn)亮綠色，而具有薄片的另一部分在端部看將呈現(xiàn)暗綠或另一顏色。如果薄片在清澈的載體中僅是金屬薄片，那么一部分圖像可以呈現(xiàn)亮金屬色，而另一部分是暗的。作為選擇，可以用染色的層涂覆金屬薄片，或者薄片可以包括光干涉結(jié)構(gòu)，例如吸收器-間隔器-反射器法布里-珀羅(Fabry-Perot)型結(jié)構(gòu)。而且，在反射表面上形成衍射結(jié)構(gòu)，以便提供增強(qiáng)的和附加的防偽特征。衍射結(jié)構(gòu)可以具有在反射表面中形成的簡(jiǎn)單的線性光柵，或者具有更復(fù)雜的預(yù)定圖案，僅當(dāng)放大時(shí)該圖案才可以辨別，但當(dāng)觀看時(shí)具有總體效果。通過(guò)提供衍射反射層，通過(guò)簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)紙張、鈔票或具有衍射薄片的結(jié)構(gòu)，觀察者可以看見(jiàn)顏色變化或亮度變化。在美國(guó)專利N0.6，692，830中具體描述了制造衍射薄片的工藝。美國(guó)專利申請(qǐng)20030190473描述了彩色衍射薄片的制造。生產(chǎn)磁性衍射薄片類似于生產(chǎn)衍射薄片，然而要求有一層是磁性的。實(shí)際上，可以利用將其夾在鋁層之間來(lái)掩飾磁性層；以這種方式，磁層基本上沒(méi)有影響薄片的光學(xué)設(shè)計(jì)；或者同時(shí)作為吸收器、電介質(zhì)或反射器對(duì)薄膜干涉光學(xué)設(shè)計(jì)起到光學(xué)上的積極作用。圖1B是以第一選擇視角觀看的在基底29上的印刷圖像20的簡(jiǎn)化的平面圖，它可以是例如鈔票或股票證書(shū)的文件。印刷圖像可以作為防偽和/或鑒定特征，因?yàn)樘摶脠D像不能影印，也不能利用傳統(tǒng)印刷技術(shù)制造。第一部分22是亮的，第二部分24是暗的。剖面線40表示圖1A所示的橫截面。第一和第二部分之間的過(guò)渡部分25是相對(duì)明顯的(sharp)。所述文件可以是例如鈔票、股票證書(shū)或其它貴重的印刷制品。圖1C是以第二選擇視角觀看的在基底29上的印刷圖像20的簡(jiǎn)化的平面圖，該平面圖是通過(guò)將所述圖象相對(duì)于視點(diǎn)傾斜而獲得的。現(xiàn)在第一部分22’是暗的，而第二部分24’是亮的。圖像翻轉(zhuǎn)的傾斜角取決于在圖像的不同部分中的薄片的排列平面之間的角度。在一個(gè)例子中，當(dāng)傾斜大約15度時(shí)圖像從亮突然變暗。圖2A是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)的光學(xué)圖案的印刷圖像42的簡(jiǎn)化的橫截面圖，出于討論目的它被定義為微觀排列的柱狀菲涅耳反射器或稱為“滾動(dòng)條”。所述圖像包括由在基底29上印刷的透明載體28包圍的顏料薄片26。顏料薄片排列成曲線方式。隨著翻轉(zhuǎn)，將光從顏料薄片的面反射到觀察者的滾動(dòng)條區(qū)域比沒(méi)有直接將光反射到觀察者的區(qū)域更亮。該圖像具有菲涅耳聚焦線，它看起來(lái)非常象光帶或光條，當(dāng)圖像相對(duì)于視角(假設(shè)固定照射源)傾斜時(shí)它們看起來(lái)沿圖像移動(dòng)(“滾動(dòng)”)。圖2B是以第一選擇視角觀看滾動(dòng)條圖像42的簡(jiǎn)化平面圖。亮條44出現(xiàn)在兩個(gè)對(duì)比區(qū)域46、48之間的圖像中的第一位置。圖2D是以第二選擇視角觀看滾動(dòng)條圖像的簡(jiǎn)化平面圖。亮條44’顯示出已經(jīng)“移動(dòng)”到圖像中的第二位置，對(duì)比區(qū)域46’、48’的尺寸也已經(jīng)變化。隨著圖像傾斜(在固定視角和固定照明下)，顏料薄片的排列產(chǎn)生光條向圖像下面“滾動(dòng)”的虛幻效果。以另一方向傾斜圖像時(shí)，光條呈現(xiàn)出以相反的方向(向上)滾動(dòng)的效果。光條也可以看起來(lái)具有深度，即使它印刷在平面中。實(shí)際的深度可能看起來(lái)顯著大于印刷圖像的物理厚度。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是光條是柱狀凸面菲涅耳反射器虛幻的聚焦線，其位于反射器平面之下的焦距。傾斜選擇的圖案的薄片來(lái)反射光，以提供如通常所說(shuō)的深度或“3D”虛幻效果。通過(guò)在液體載體的基底上使用磁性顏料薄片，在紙或其它基底后面放置一定形狀的磁鐵，可以獲得三維效果。薄片沿磁場(chǎng)線排列并在處理(例如干燥或固化)載體后產(chǎn)生3D圖像。隨著傾斜，圖像經(jīng)?？雌饋?lái)會(huì)移動(dòng)；因此可以形成運(yùn)動(dòng)的3D圖像?？梢杂么判灶伭媳∑瑏?lái)印刷翻轉(zhuǎn)和滾動(dòng)條，即可以使用磁場(chǎng)排列顏料薄片。印刷的翻轉(zhuǎn)型圖像具有帶兩個(gè)不同區(qū)域的光學(xué)可變圖案，它可以使用單個(gè)印刷步驟并使用單個(gè)油墨配方獲得。滾動(dòng)條型圖像具有光學(xué)可變圖案，其具有隨著圖像傾斜看起來(lái)移動(dòng)的對(duì)比帶，類似于稱為虎眼的半寶石。這些印刷的圖像很引人注意，并且該虛幻外表不能被影印。這些圖像可以用于鈔票、股票證書(shū)、軟件文件、防偽封條和類似的作為鑒定和/或防偽圖案的物體。對(duì)于例如鈔票、包裝和標(biāo)簽的大量印刷文件，這些圖像特別需要，因?yàn)檫@些圖像可以在如下所述的高速印刷操作中印刷。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖2C和2D所不的“雙滾動(dòng)條”是這樣一種圖像,其中一部分44’具有以柱狀凸面方式定向的磁性薄片，而圖像的另一部分44”具有以柱狀凹面定向的磁性薄片。為了獲得凸面定向，將“滾動(dòng)條”磁鐵放置在紙基底下面。對(duì)于凹面定向，將磁鐵放置在紙基底上面。當(dāng)在圖像的兩個(gè)區(qū)域的磁性薄片具有不同且相對(duì)的方向時(shí)，例如+30度和-30度，“雙傾斜”圖像就形成了。在印刷圖像的一個(gè)傾斜位置，圖像的一部分是暗的，另一部分是亮的。當(dāng)印刷圖像向相反方向傾斜時(shí)，所述區(qū)域?qū)⑶袚Q它們的亮區(qū)域和暗區(qū)域，使得第一圖像變亮，第二圖像變暗。根據(jù)所需的設(shè)計(jì)，亮和暗的這種切換可以從上到下發(fā)生并可倒過(guò)來(lái)發(fā)生，也可以從左到右發(fā)生并可倒過(guò)來(lái)發(fā)生，這取決于薄片的方向。在圖2C和2D中，亮條44’看起來(lái)已經(jīng)“移動(dòng)”到圖像中的第二位置，并且對(duì)比區(qū)域46’、48’的尺寸已經(jīng)改變；進(jìn)而亮條44”看起來(lái)已經(jīng)“移動(dòng)”到圖像中的不同位置，并且對(duì)比區(qū)域46”、48”的尺寸已經(jīng)改變。本發(fā)明施加具有預(yù)定形狀的三維磁場(chǎng)，用于動(dòng)態(tài)改變外觀的光學(xué)圖案(DACOD)的連續(xù)或離散印刷。動(dòng)態(tài)光學(xué)圖案是圖像，其中的一些可以用高速印刷機(jī)印刷，在具有預(yù)定形狀的磁場(chǎng)中它使用包含磁性小片狀顏料的油墨。圖像能夠響應(yīng)由觀察者施加到基底的物理動(dòng)作而改變它們的外觀。觀察者需要傾斜、旋轉(zhuǎn)或彎曲基底以看見(jiàn)部分圖像或全部圖像的顯現(xiàn)或不顯現(xiàn)或移動(dòng)。動(dòng)態(tài)改變外觀的光學(xué)圖案的這種表現(xiàn)僅取決于來(lái)自干油墨層中不同定向的磁性小片的入射光的反射或散射。具有或沒(méi)有顏色是DACOD的補(bǔ)充特征。除了它們外觀改變以外，在動(dòng)態(tài)光學(xué)圖案的顏色改變中磁性變色的顏料具有多種變化。
本發(fā)明描述了特殊種類的動(dòng)態(tài)光學(xué)圖案，在通過(guò)絲網(wǎng)、膠印、橡皮、凹刻、凹版或其它的公知印刷方法在紙或其它平坦基底材料上并在不同結(jié)構(gòu)中的磁場(chǎng)中印刷的部分圖像中，以這種方式的印刷，在場(chǎng)中在基底上印刷的濕圖像的轉(zhuǎn)變期間，油墨層中的顏料小片沿場(chǎng)的磁力線排列，使得在油墨干燥以后在以不同角度觀察時(shí)圖像改變它們的外觀。具有可改變外觀成分的印刷圖像無(wú)需任何特殊的設(shè)備觀察，因此它可以通過(guò)肉眼觀看。印刷動(dòng)態(tài)光學(xué)圖案以不同角度相對(duì)于光源傾斜引起外觀引人注意的改變或用磁性油墨印刷的部分圖像的移動(dòng)。用于動(dòng)態(tài)光學(xué)圖案的油墨由油墨運(yùn)載體和任何反射光或散射光的小片型(platelet-based)的磁性顏料構(gòu)成。所述顏料可以是變色顏料、非變色顏料和/或具有例如有助于磁性排列薄片的定向的衍射光柵的微觀結(jié)構(gòu)。油墨運(yùn)載體可以是清澈的或帶顏色的，可UV固化的或溶劑型(solvent based)的。印刷的改變外觀的光學(xué)圖案可以用作鈔票和有價(jià)證券上或其中的防偽特征。圖像內(nèi)的視移動(dòng)或變化的效果是印刷業(yè)公知的。移動(dòng)的效果通常是基于特定的畫(huà)面或成套的圖案，或者隨翻轉(zhuǎn)而圖像變化的效果是基于透鏡狀(lenticular)基底。已知的效果是數(shù)量有限的，這大大限制了它們的可應(yīng)用性。在磁場(chǎng)中印刷的改變外觀的圖像之前已經(jīng)在本申請(qǐng)人早先公開(kāi)的美國(guó)專利US2004/0051297A1中描述。這里描述的是具有滾動(dòng)條效果和翻轉(zhuǎn)效果的印刷圖像，其隨著光源和視角的改變?cè)趫D像的不同部分中改變反射光的顏色或強(qiáng)度。對(duì)于全息或凸凹基底，在這些效果下圖像外觀的改變不是即刻發(fā)生的，而是逐漸發(fā)生的。雖然，在先前提到的‘297美國(guó)專利申請(qǐng)中描述的圖像是涉及簡(jiǎn)單的滾動(dòng)條和翻轉(zhuǎn)型應(yīng)用，其中沿單個(gè)直線的薄片是對(duì)稱的，并和基底成相同的角度；沿接下來(lái)相鄰直線的薄片與基底成不相同的角度，因此在薄片給定行中的每個(gè)薄片與基底成相同的角度，并且其中相鄰行中的薄片通常與基底形成不同的角度。我們最近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)沿曲線排列薄片，其中沿任何給定曲線的薄片形成與基底相同的角度，并且其中沿相鄰的曲線，相鄰的曲線特別是圓形，尤其是同心圓的薄片被定向以形成與相鄰曲線或圓相比較的不同的角度，可以形成例如漏斗、錐、碗和橢圓以及半球形物體的明顯的、逼真的光學(xué)虛幻圖像。應(yīng)該指出，在具體的實(shí)施例中，所述圓可以是比圓形略顯橢圓的，且此后圓的定義包括圓形環(huán)和形狀。接下來(lái)的描述引用明顯不同種類的印刷光學(xué)效果，其類似于通過(guò)反射錐、球、半球、漏斗以及各種其它三維物體的入射光的反射，特別是菲涅耳狀結(jié)構(gòu)。下面示出例子，其中，圖4是具有星爆式圖案形式的動(dòng)態(tài)效果的圖像；并且其中在圖5A中示出錐的圖像，圖20B中示出漏斗的圖像。具有“星爆式”圖像的印刷是使用漏斗形磁場(chǎng)制成的。在圖3中示出印刷的干油墨層中的小片定向的橫截面圖。具有分散的磁性顆粒193的油墨192通過(guò)前面描述的一種印刷方法印刷在基底191的頂部。在圖像的中心的磁力線194的方向垂直于基底。磁場(chǎng)線隨從中心的徑向距離的增加而下降；所以，在中心場(chǎng)最強(qiáng)，隨徑向向外離開(kāi)中心的距離而變?nèi)?。圖4所示的在漏斗形場(chǎng)中印刷的印刷光學(xué)圖案的中心以垂直角度觀察是暗的。印刷圖像的亮度從中心向邊緣逐漸提高。當(dāng)印刷圖像的上邊緣遠(yuǎn)離觀察者而水平傾斜時(shí)，暗區(qū)域看起來(lái)向底部移動(dòng)。向右垂直傾斜圖像看起來(lái)使圖像的陰影部分以傾斜的反方向移動(dòng)。
圖6所示的錐形磁場(chǎng)線使磁性小片以與錐形場(chǎng)相反的順序排列。作為該定向的結(jié)果，圖像中的移動(dòng)是以與漏斗形圖像中產(chǎn)生的圖像的定向的相反定向。分散在油墨212中并印刷在基底211上的薄片214沿磁力線213并且頂部朝向場(chǎng)中心的方向傾斜。在錐形場(chǎng)中制成的印刷圖，在如圖7A所示的垂直觀察角下產(chǎn)生具有明亮中心的圖像。當(dāng)印刷圖以其上邊緣離開(kāi)觀察者而傾斜時(shí)，如圖7B所示，底部變成亮區(qū)域而與圖5A中的圖像相反。圖7C中示出向右垂直傾斜，它使明亮區(qū)域改成左邊。在環(huán)紋形場(chǎng)中印刷的圖像或形狀類似于產(chǎn)生具有圖9所示的外觀的圖像。圖8中示出在環(huán)紋形場(chǎng)中排列的顆粒位置的橫截面圖。上面描述的用于排列磁性可排列薄片或顆粒的方法可以應(yīng)用于該圖像，其中磁性結(jié)構(gòu)既可以印刷在圖像的整個(gè)區(qū)域，又可以僅僅填充到圖像的某一部分。這取決于所需的圖像。上面描述的許多磁性結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于用連結(jié)環(huán)(guilloche)圖案印刷的圖像，以便提高鈔票和其它有價(jià)證券的防偽特征?，F(xiàn)在參考圖8和9，通過(guò)使用堆疊的磁鐵801和802產(chǎn)生新穎的、有創(chuàng)造性的和非常令人驚奇的效果，形成環(huán)形拋物面反射器的是兩個(gè)具有不同半徑的環(huán)形磁鐵，它們堆疊在彼此的頂部。由線803部分示出的所得磁場(chǎng)與使用單個(gè)磁鐵的情況比較有很大不同。上部磁鐵的角附近的磁力線在下部磁鐵的影響下向下彎曲。結(jié)果，在上部磁鐵的角附近的磁性顆粒804看起來(lái)在場(chǎng)的區(qū)域中，其中場(chǎng)強(qiáng)足夠大以便沿所施加的磁場(chǎng)線提供準(zhǔn)確的凹面顆粒排列。薄片805顯示為外邊緣和中心的過(guò)渡的定向的凹面。薄片分散在基底807上的油墨806中。如該圖所示，如果磁鐵是環(huán)形，在單個(gè)光源下所得的印刷圖像看起來(lái)象明亮的環(huán)。在天光下它是個(gè)寬的蘭色環(huán)。在幾個(gè)光源的照射下，如圖9的照片所示，該印刷圖看起來(lái)象一組環(huán)，在數(shù)量上等于周圍的光源的數(shù)量。該實(shí)施例用作光檢測(cè)器，其中圖像給觀察者示出對(duì)應(yīng)于物理分開(kāi)的從圖像反射的光源數(shù)量的大量環(huán)。也就是說(shuō)，例如如果三個(gè)光源照射圖像，可以看見(jiàn)三個(gè)分開(kāi)的環(huán)，如果η個(gè)光源照射圖像，可以看見(jiàn)η個(gè)分開(kāi)的環(huán)，η是正整數(shù)。應(yīng)該注意，磁鐵的厚度、尺寸和強(qiáng)度可以根據(jù)具體所需的圖像而變化。例如，堆疊的磁鐵可以具有相同的厚度和強(qiáng)度，具有不同的直徑，或作為選擇，可以改變一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。此前描述的許多磁性結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于用幾何圖像和虛幻光學(xué)圖像印刷的圖像中，以便提高它們的虛幻性能。圖10A、10B、10C、11、12和13Α示出這些圖像的例子。在具有環(huán)紋形場(chǎng)中印刷的圖1OA的螺旋線圖像具有圖1OB所示的外觀。圖1OA中相同的螺旋形圖像，當(dāng)用漏斗形場(chǎng)印刷時(shí)，其具有非常不同于圖1OB所示圖像的外觀(如圖10C)。在施加的環(huán)紋形場(chǎng)中印刷后，圖11中示出的虛幻圖像具有圖12中所示的不同的外觀。環(huán)紋形磁場(chǎng)在圖像中產(chǎn)生波紋的虛幻。圖13B中示出另一個(gè)線性虛幻圖像，其中在錐形場(chǎng)中進(jìn)行印刷以提高圖13B中的光學(xué)虛幻特征。圖3到13B中所示的圖像都是徑向?qū)ΨQ的。在每個(gè)圖像中，薄片在環(huán)中排列，其中薄片沿給定環(huán)與基底形成相同的角度，它們的邊緣靜止在基底上，相鄰的環(huán)具有與基底形成不同角度的薄片。而且，在給定環(huán)中的薄片具有平面表面，它與相鄰薄片的平面相交?？梢栽趫D14中清楚地看出。現(xiàn)在回到圖14 (不是按比例畫(huà)出的，其中，為了說(shuō)明的目的，采用大的薄片)，計(jì)算機(jī)圖示出例如在圖7B示出的錐形圖像的薄片排列。盡管所有的薄片都顯示靜止在共同的平面基底上，但是薄片R1、R2到Rn的每個(gè)環(huán)具有沿其方向的薄片，所述薄片與平面基底成獨(dú)特的相同角度。從圖14可以看出，外環(huán)Rl中的薄片相對(duì)于基底都傾斜成相同的角度，環(huán)R2內(nèi)的薄片與基底成略微更陡的相同角度，這樣，角度隨著從環(huán)Rl到R2到Rn移動(dòng)而增力口。因?yàn)檠厝魏谓o定環(huán)即Rl的薄片都位于特定直徑的圓上，并且因?yàn)楸∑哂衅矫?；通過(guò)限定，限定它們面的平面與位于相同圓上的與它們最近的臨近薄片相交。例如薄片280a和280b和280c具有平坦的平面，其中所述平面相交。盡管所有的薄片接觸基底，錐的圖像給觀察者留下錐凸出于它沉積其上的紙或基底的虛幻?，F(xiàn)在參考圖15，示出與圖14相同的錐的圖，其中在另一透視圖中示出通過(guò)結(jié)構(gòu)中部的橫截面圖，以便示出薄片排列。這里薄片的定向，或相對(duì)于基底的傾斜顯示出沿基底下面的磁鐵(未示出)產(chǎn)生的場(chǎng)線。出于清楚和更好理解的目的，所示的薄片基本上是方形的，但實(shí)際上薄片的形狀可能有很大的變化，除非使用方形或六角形或其它特定形狀的薄片?，F(xiàn)在參考圖16，其示出分散在油墨薄層中的磁性顆粒的軸對(duì)稱錐形排列。用場(chǎng)線162示出磁場(chǎng)160的橫截面，但實(shí)際上，這些線沿薄片定向的方向形成線板(sheet)。所示的磁性可定向的薄片163設(shè)置在油墨介質(zhì)164內(nèi)的同心環(huán)中，其中設(shè)置在每個(gè)環(huán)中沿場(chǎng)線的薄片與基底165形成不同角度，其中向著中心處角度增加。圖中的間隙166僅用于說(shuō)明目的，因此可以更容易看見(jiàn)薄片相對(duì)于基底的角度?，F(xiàn)在回到圖17，其示出在板171上支撐的、分散在油墨運(yùn)載體172的薄層中的磁性顆粒173的錐形排列。所畫(huà)的垂直于顆粒表面的線174僅用于說(shuō)明目的，其示出垂直于薄片表面的角度關(guān)系(此后稱為“法線”)，其中垂直于表面的線在限定法線匯聚的假想的橢圓區(qū)域175的點(diǎn)匯聚?，F(xiàn)在參考圖19，所示的圖示出在錐形磁場(chǎng)中的磁性顆粒196的錐形排列，該錐形磁場(chǎng)由在基底頂部之上設(shè)置錐形磁鐵193形成。油墨192中的顆?；虮∑?96用磁場(chǎng)線195定向。參考數(shù)字194表不來(lái)自錐形磁鐵193的磁場(chǎng)的橫截面。在同心圓中薄片被再一次定向，其中沿每個(gè)圓或環(huán)的薄片與基底形成相同的角度，并且其中在不同的環(huán)中的薄片與基底形成不同的角度。圖20A示出一個(gè)可選實(shí)施例，其中通過(guò)在基底201下面設(shè)置漏斗形磁鐵202提供在錐形磁場(chǎng)中的磁性顆粒的錐形排列。在紙基底201上印刷油墨運(yùn)載體(未示出)中的磁性顆粒205。參考數(shù)字203表示磁場(chǎng)的橫截面，磁性顆粒205跟隨磁場(chǎng)線204。由于場(chǎng)線204通過(guò)基底整個(gè)區(qū)域延伸，因此其中載有薄片的施加到圓形區(qū)域的油墨形成排列。這樣，設(shè)置在磁場(chǎng)中的薄片205的圓，一旦在場(chǎng)中排列，就具有觀看錐形物體的視覺(jué)效果。這被圖21A和21B的照片拍到，它示出向觀察者I傾斜并遠(yuǎn)離觀察者2的錐形印刷圖。圖20C示出分散在包括油墨207薄層的運(yùn)載體中的磁性顆粒209的漏斗形排列，并示出顆粒的表面法線208。圖20D示出一個(gè)可選實(shí)施例，其中由設(shè)置在紙基底231下面的球體或球形磁鐵233提供磁性小片236的漏斗形排列。跟隨場(chǎng)線235的小片236設(shè)置在油墨載體230中。當(dāng)油墨固化時(shí)，小片被固定在所示位置中。圖22是示出在軸對(duì)稱錐形磁場(chǎng)中衍射磁性顆粒220排列的局部剖開(kāi)圖。顆粒的凹槽的優(yōu)選定向是在錐中心的定向。當(dāng)置于磁場(chǎng)中時(shí)，衍射小片用作任何其它的磁性顆粒；它們沿所施加磁場(chǎng)的線定向。然而，分散在濕油墨載體中的平坦磁性小片在磁力線的定向通過(guò)最長(zhǎng)的對(duì)角線排列它們自己，其中衍射小片220用它們限定衍射結(jié)構(gòu)的凹槽或沿磁場(chǎng)線定向的光柵排列它們自己。衍射顆粒的軸對(duì)稱排列產(chǎn)生由彩虹顏色邊界包圍的銀狀區(qū)域或在印刷圖中產(chǎn)生不同顏色的環(huán)。圖23和24是包含磁性衍射顆粒并朝觀察者傾斜的軸對(duì)稱印刷圖的照片。如上所述，分散在基底表面上的濕油墨載體中的平坦的磁性顆粒沿所施加磁場(chǎng)的磁力線通過(guò)它們最長(zhǎng)的對(duì)角線排列它們自己。與平坦的小片相反，在相同條件下衍射磁性小片通過(guò)如圖25中所示的它們的凹槽的方向沿磁力線定向它們自己。每個(gè)顆粒只在一個(gè)特別窄的方向反射和散射入射光。在磁場(chǎng)中這種選擇的定向和光從衍射小片表面窄的反射和散射使得制造類似于公知的全息圖(holographic kinegrams)的獨(dú)特印刷圖像成為可倉(cāng)泛。此前，已經(jīng)公開(kāi)了與薄片的曲線或圓形排列有關(guān)的實(shí)施例，形成新的一類光學(xué)圖案。這些圖案的特征在于平坦或衍射薄片與支撐它們的基底的角度關(guān)系。許多這些圖案形成菲涅耳結(jié)構(gòu)，例如菲涅耳反射器。例如此前描述的錐形結(jié)構(gòu)和漏斗形結(jié)構(gòu)形成凸面和凹面菲涅耳反射器。通過(guò)使用由吸收材料制造的薄片，可以制成菲涅耳吸收結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用反射薄片，可以在基底上印刷菲涅耳反射器。這種菲涅耳結(jié)構(gòu)具有作為波束控制器件的應(yīng)用，在光學(xué)或其它領(lǐng)域中用于各種波長(zhǎng)的電磁輻射；例如作為天線的可印刷聚焦反射器?，F(xiàn)在參考圖26，該圖示出其中分散在油墨薄層264中的磁性顆粒263的軸對(duì)稱半球形排列。所不磁場(chǎng)的橫截面261和從磁鐵266發(fā)出的場(chǎng)線262的傳播通過(guò)基底265。通過(guò)按箭頭267的方向旋轉(zhuǎn)磁鐵266來(lái)獲得所需的磁場(chǎng)。圖27清楚地示出通過(guò)磁性排列的反射薄片273形成的菲涅耳狀反射結(jié)構(gòu)，其中在圖中示出的假想的線274垂直于由油墨載體272中的基底271支撐的薄片表面，線274與垂直于最中心的薄片的中心線相交。參考數(shù)字275表示通過(guò)薄片或鏡273的假想的伸出的射線。圖28A和28B示出半球凸面鏡的照片，其中在圖28A中，照片的上邊緣向觀察者的方向傾斜，在圖28B中，照片的上邊緣向遠(yuǎn)離觀察者的方向傾斜。在印刷凸面菲涅耳鏡中形成的圖像基本上和在常規(guī)凸面鏡中形成的圖像相同，對(duì)于它們的球面像差(aberration)沒(méi)有補(bǔ)償?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖29，立體圖示出了分散在油墨層中的衍射磁性顆粒292的軸對(duì)稱凸面排列。平坦顆粒可以代替衍射顆粒。顆粒292被施加到例如紙基底291的基底上。區(qū)域293出于說(shuō)明目的而沒(méi)有顆粒。區(qū)域294畫(huà)出了顆粒的凹槽的徑向方向。參考數(shù)字295表示顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)并與基底傾斜的區(qū)域，其中296表示圓形定向凹槽以及顆粒平面與基底最大傾斜度的區(qū)域。當(dāng)將衍射小片292置于磁場(chǎng)中時(shí)，小片292沿所施加磁場(chǎng)的線通過(guò)它們的凹槽定向。在印刷圖的中心軸297周圍區(qū)域中的顆粒以其平面與基底表面平行。在該區(qū)域中的許多顆粒，但不是所有的顆粒以其凹槽向著印刷圖的中心軸而定向。徑向排列區(qū)域的尺寸是相對(duì)小的，并取決于施加到印刷圖的磁場(chǎng)的尺寸。它可以是大約2/3的磁鐵寬度(在如果使用平坦永磁鐵的情況下)。凹槽的方向和顆粒292的布局隨距中心軸的距離的變化而發(fā)生顯著的改變。與凹槽的徑向排列的區(qū)域臨近并包圍它的印刷圖的第二區(qū)域包含繞它們的法線旋轉(zhuǎn)的顆粒，所述法線即垂直于如圖30所示的顆粒表面的線，并且所述顆粒的面相對(duì)于基底傾斜。第二區(qū)域中的顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)直到凹槽沿圓形定向區(qū)域形成圓形排列。隨著距中心距離的增加，在該區(qū)域中所有的顆粒都是圓形定向。它們以最大的角與基底傾斜?，F(xiàn)在參考圖30，其示出在分散在沉積于基底301上的油墨層中的顆粒的單徑向線中的衍射顆粒302的位置和排列。在第一區(qū)域中垂直于顆粒表面303的線幾乎垂直于基底。在衍射級(jí)306之間的方向與顆粒的線的方向成90度。在第二區(qū)域，其中從顆粒到中心軸302的距離增加，顆粒逐漸繞它們的法線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在基底上傾斜，它們的法線指向印刷圖的外側(cè)。衍射級(jí)之間的方向也隨著顆粒的旋轉(zhuǎn)而改變。當(dāng)顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)成90度時(shí)，凹槽變成沿著圓定向。在基底上顆粒隨著它們的法線定向印刷圖的外側(cè)而傾斜。衍射級(jí)也傾斜并徑向定向。參考數(shù)字307表示在印刷圖中心附近的顆粒的第k衍射級(jí)的方向；參考數(shù)字308表示在圓形排列區(qū)域中的顆粒的第k衍射級(jí)的方向；參考數(shù)字309表示在印刷圖中心附近的顆粒的第m衍射級(jí)的方向；參考數(shù)字310表示在印刷圖中心附近的顆粒的第m衍射級(jí)的方向。圖31是在黑色背景上用稀釋油墨制成的印刷凸面菲涅耳鏡的照片。其示出具有徑向定向的顆粒的凹槽的中心銀狀區(qū)域311。與其臨近的是彩虹狀區(qū)域312，凹槽的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很強(qiáng)的活躍的(vibrant)顏色；外區(qū)域313顯示出彩虹狀弱的顏色。當(dāng)觀察者觀看中心區(qū)域311并且觀看的方向與凹槽的方向重合時(shí)，不能看見(jiàn)光的衍射。當(dāng)觀察者觀看圖像時(shí)，彩虹狀環(huán)環(huán)繞具有徑向凹槽定向的銀色區(qū)域。在彩虹顏色區(qū)域中的顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)，這些顆粒相對(duì)平坦的位于基底上。顆粒的凹槽隨著旋轉(zhuǎn)而改變它們的方向，光的衍射開(kāi)始產(chǎn)生帶顏色的彩虹。在外區(qū)域313中顆粒相對(duì)于基底表面的傾斜引起來(lái)自鏡表面反射光方向的改變。觀察者不能看見(jiàn)該區(qū)域中的反射光線，因?yàn)楣饩€被定向于頁(yè)面的底部。僅可以看見(jiàn)一些產(chǎn)生很少的彩虹顏色的衍射級(jí)。通過(guò)用黑色背景涂覆基底來(lái)制造印刷圖，油墨的浸潤(rùn)(flood)層包含5%的平坦磁性顆粒，其具有20微米的平均尺寸，且衍射光柵頻率為1500線/_。印刷層的厚度接近于9微米。將具有濕油墨的基底放置在自旋(3”x
1.25”x〈0.375” >)永磁鐵頂部上。在顆粒完成排列后UV光下固化油墨?，F(xiàn)在參考圖32，其示出磁性顆粒323的軸對(duì)稱半球形排列，磁性顆粒323分散在油墨324的薄層中，油墨324以印刷的非補(bǔ)償凹面菲涅耳鏡的形式印刷在基底325上。參考數(shù)字321表示具有線322的橫截面，線322以箭頭327的方向從旋轉(zhuǎn)的磁鐵326發(fā)出。圖33是示出磁性衍射顆粒333的凹面形排列的圖，顆粒333具有凹槽形狀的光柵，并分散在油墨載體332的薄層中，線垂直于顆粒表面334。球面像差335的一個(gè)區(qū)域正好在薄片凹入的聚焦點(diǎn)336的下方。圖34A、34B和34C是半球形排列的圖的照片。具體而言，圖34A是其上邊緣向觀察者傾斜的照片；圖34B是其上邊緣遠(yuǎn)離觀察者傾斜的照片；圖34C示出從印刷鏡反射的照片的陰影。在印刷的凹面菲涅耳鏡中形成的圖像基本上和在常規(guī)凹面鏡中形成的圖像相同，沒(méi)有對(duì)它們的球面像差進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)校正選擇施加磁場(chǎng)的形狀和其強(qiáng)度、磁鐵和濕油墨之間的距離、油墨粘度和分散顆粒的磁性能，所述鏡可以被補(bǔ)償以減小像差。圖35是分散在油墨層中的衍射磁性顆粒的軸對(duì)稱凹面形排列的平面圖，其在許多方面與圖29類似。用在油墨溶劑(未示出)的衍射顆粒352涂覆基底351。僅出于說(shuō)明目的，印刷圖的區(qū)域353沒(méi)有顆粒。區(qū)域354示出顆粒凹槽的徑向方向。355是顆粒繞它們的法線(即垂直于顆粒面的線)旋轉(zhuǎn)的區(qū)域，它們與基底傾斜；356示出凹槽的圓形定向，顆粒面與基底呈最大程度的傾斜。顆粒的凹槽的優(yōu)選定向是錐的中心方向。當(dāng)暴露到磁場(chǎng)中時(shí)，衍射小片352沿施加磁場(chǎng)的線通過(guò)它們的凹槽定向。環(huán)繞印刷圖中心軸的區(qū)域中的顆粒平行于基底表面。在該區(qū)域中的許多顆粒，但不是所有的顆粒，通過(guò)它們向著印刷物的中心軸的凹槽定向。該區(qū)域的尺寸是小的，然而它取決于施加到印刷圖的磁場(chǎng)的尺寸。隨著距中心軸距離的變化，凹槽的方向和顆粒的布局將產(chǎn)生顯著的變化。印刷圖的第二區(qū)域，其與凹槽的徑向排列的區(qū)域相鄰并環(huán)繞該區(qū)域，包含如圖36所示的繞它們的法線旋轉(zhuǎn)的顆粒，它們的面相對(duì)于基底傾斜。第二區(qū)域中的顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)直到凹槽沿圓形排列。隨著距中心距離的增加，在該區(qū)域中所有的顆粒都是圓形定向。它們以最大的角與基底傾斜。圖36示出分散在油墨層中的顆粒的單個(gè)徑向線中的衍射顆粒362的位置和排列。在第一區(qū)域中垂直于顆粒表面的線364基本上垂直于基底361。在衍射級(jí)之間的方向與顆粒線的方向成90度。在第二區(qū)域，其中從顆粒到中心軸363的距離增加，顆粒逐漸繞它們的法線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在基底上傾斜，它們的法線指向印刷圖的外側(cè)。衍射級(jí)之間的方向365也隨著顆粒的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。當(dāng)顆粒繞它們的法線旋轉(zhuǎn)成90度時(shí)，凹槽變成沿著圓定向。在基底上顆粒隨著它們的法線定向于印刷圖的外側(cè)而傾斜。衍射級(jí)也傾斜并徑向定向。參考數(shù)字366表示在印刷圖中心附近的顆粒的第k衍射級(jí)的方向；參考數(shù)字367表示在圓形排列區(qū)域域中的顆粒的第k衍射級(jí)的定向；參考數(shù)字368表示在印刷圖中心附近的顆粒的第m衍射級(jí)的方向；參考數(shù)字369表示在印刷圖中心附近的顆粒的第m衍射級(jí)的方向?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其涉及根據(jù)本發(fā)明的半球形圖像的制造。圖37F、37G、37H和37J中的本發(fā)明可選實(shí)施例中示出有趣和顯著的效果。圖37F是印刷的半球圖像，其中用可排列的顏料薄片涂覆整個(gè)圖像。正如將要說(shuō)明的，在薄片排列之后，形成了半球。隨著基底傾斜或光源變化，在圖37F中示出的半球的印刷圖像看起來(lái)象圖37G所示的圖像。隨著圖像關(guān)于垂直軸通過(guò)中心從正常向左傾斜，看起來(lái)更象球的明亮半球隨傾斜角的改變而滾動(dòng)。與滾動(dòng)條相反，它能夠在平面中沿線滾動(dòng)，圖37F中的半球能夠或看起來(lái)在χ-y方向移動(dòng)，它取決于傾斜角。關(guān)于X或y軸傾斜圖像產(chǎn)生移動(dòng)的外觀。圖37J中的盾狀圖使用了滾動(dòng)條和半球效果的組合，以便提供非常有趣的效果的組合，其中盾狀圖和半球看起來(lái)凸出于頁(yè)面。它由兩階段工藝制造，其中先用磁性涂層涂覆基底并形成半球和固化，如圖37H所示。通過(guò)掩?；蚰０媸┘拥诙繉右孕纬蓤D371的涂層，并保證沒(méi)有額外的涂層材料覆蓋半球。將第二涂層置于磁場(chǎng)中以產(chǎn)生滾動(dòng)條。上述形成動(dòng)態(tài)或運(yùn)動(dòng)圖像的方法比形成滾動(dòng)條的方法更復(fù)雜?，F(xiàn)在參考圖37A到37E描述該方法。舉例來(lái)說(shuō)，圖37A所示的磁鐵370a示出了在磁鐵上面和下面的場(chǎng)線，形成了兩個(gè)環(huán)。該圖有意只示出了這兩條線，然而，實(shí)質(zhì)上會(huì)產(chǎn)生平行于這些線的許多線，它們穿過(guò)整個(gè)磁鐵。圖37A、37B和37C中示出在繞垂直軸旋轉(zhuǎn)期間不同時(shí)期的磁鐵。圖37B中的部分磁鐵被切掉以示出一些場(chǎng)線。在圖37C中，很明顯在磁鐵370a、370b和370c上面延伸的場(chǎng)是拱頂形，在磁鐵下面延伸的場(chǎng)也是拱頂形。通過(guò)如圖37D所示的正好在磁鐵上面的拱頂形磁場(chǎng)中用液體油墨涂覆基底377，在圖37E中形成半球運(yùn)動(dòng)圖像的印刷圖，當(dāng)磁鐵自旋時(shí)，它與磁鐵分開(kāi)得更大，并向著場(chǎng)中央支撐。在該典型實(shí)施例中，磁鐵或圖像相對(duì)旋轉(zhuǎn)的速度大約是120rpm。然后從場(chǎng)區(qū)域移出圖像并將其固化。磁鐵的旋轉(zhuǎn)速度可以慢于或快于120rpm，這取決于磁性顆粒的性質(zhì)和油墨載體的粘度。然而如果速度太慢，圖像的質(zhì)量會(huì)降低。圖38A是可選實(shí)施例的圖，示出來(lái)自半球磁鐵的模擬磁場(chǎng)。它是產(chǎn)生圖38C所示的圖像的場(chǎng)的形狀。磁鐵的北極位于頂部，顆粒以漏斗形方式同心排列。其示出了圖38B中的場(chǎng)194，設(shè)置在基底191上的載體192中的薄片193跟隨場(chǎng)線以錐形定向排列。與半球效果相反，在圖像191的中央該場(chǎng)產(chǎn)生明亮的運(yùn)動(dòng)斑點(diǎn)192 ;薄片的漏斗形排列在圖像的中央產(chǎn)生暗的運(yùn)動(dòng)斑點(diǎn)。盡管示出和描述的場(chǎng)有永磁鐵形成，但在許多實(shí)施例中可以使用電場(chǎng)或電磁場(chǎng)。當(dāng)然，場(chǎng)和顆粒必須兼容，使得顆粒能夠通過(guò)特定的場(chǎng)定向。顆粒可以是衍射的，和/或可以是變色的。而且，例如可以利用具有矩形低調(diào)制低頻光柵的小片狀磁性微型薄片來(lái)制造磁性油墨，用于具有光學(xué)效果的圖像的印刷。如上所述，分散在非固化涂料或油墨載體中的反射磁性顏料的平坦顆粒，沿所施加的磁場(chǎng)通過(guò)它們最長(zhǎng)的對(duì)角線排列它們自己；分散在非固化涂料或油墨載體中的衍射顆粒，在所施加的場(chǎng)的磁力線方向沿它們的凹槽排列它們自己，因?yàn)閱蝹€(gè)顆粒的退磁沿凹槽比橫跨它們更小。這種現(xiàn)象和磁性顆粒在不同方向的橫截面厚度有關(guān):它沿凹槽更小，而橫跨它們更大。通過(guò)衍射顏料的入射光的鏡面反射率不高是因?yàn)樗鼈儽砻嫘螒B(tài)的特殊。當(dāng)印刷時(shí)，在單個(gè)或多個(gè)光源下和在陽(yáng)光下顏料顯示出衍射顏色。然而，在暗光或在天光下在印刷圖上具有很少的顏色。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種顏料，它組合了反射和衍射顏料的兩種特殊的特征:高反射率而沒(méi)有明顯的衍射顏色，和能夠使凹槽沿所施加的磁場(chǎng)的磁力線排列。在小頻率下顏料具有低調(diào)制方形衍射光柵的微觀結(jié)構(gòu)。通常，頻率可以在2線/_到500線/_的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在50線/mm到150線/mm的范圍內(nèi)。光柵的調(diào)制在20nm到IOOOnm的范圍內(nèi)變化(更優(yōu)選在30nm到200nm的范圍內(nèi))。圖39中示出單個(gè)顏料顆粒的平面圖，圖40是其橫截面圖。由鍍有有機(jī)或無(wú)機(jī)保護(hù)涂層的微觀結(jié)構(gòu)的磁性材料或者由鍍有磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)的聚合物基底可以制造根據(jù)本發(fā)明的微觀結(jié)構(gòu)的顏料。更優(yōu)選由兩層反射材料之間包圍的微觀結(jié)構(gòu)磁性材料制造微觀結(jié)構(gòu)的顏料。圖41中示出這種結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例。例I將多層結(jié)構(gòu)MgF2/Al/Ni/Al/MgF2真空沉積在類似于圖39中示出的聚酯矩形光柵的頂部。光柵峰和谷的寬度是7微米。峰的高度是80nm。將材料從凸起的基底剝離并將其變成平均尺寸為24微米的微型薄片。在將MgF2/Al/Ni/Al/MgF2涂層從基底剝離之前，將結(jié)果與那些沉積在具有1500線/mm頻率的不同聚酯衍射光柵上的相同光學(xué)多層膜堆比較。在低頻和高頻基底的涂層的顏色性能用角光譜儀(Murakami色彩研究實(shí)驗(yàn)室)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖42所示。圖42a和42b中的結(jié)果示出，當(dāng)測(cè)量方向橫跨凹槽時(shí)，低調(diào)制低頻矩形光柵的樣品產(chǎn)生幾乎不可見(jiàn)的衍射顏色，當(dāng)沿凹槽觀察時(shí)根本沒(méi)有衍射顏色(在圖中沒(méi)有示出)。對(duì)于衍射效果的形成，橫跨凹槽的方向是最有利的。當(dāng)在該方向看時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的1500線/mm正弦衍射光柵(圖42a和b，2)表明具有很大的顏色軌跡。用Datacolor SF600光譜儀測(cè)量這兩個(gè)樣品的法線角附近的光譜反射率的擴(kuò)散。圖43和圖44表明％ R的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中(I)表示沿凹槽的％R，(2)表示橫跨凹槽的％ R0結(jié)果表明，具有低頻光柵的箔具有銀狀外觀。無(wú)論在沿凹槽還是橫跨方向，反射率曲線上都沒(méi)有顏色峰。相反，高頻箔的樣品顯示出具有由入射光的衍射產(chǎn)生的反射率峰?？傊?，如果頻率足夠低，例如小于200線/mm并優(yōu)選小于100線/mm，人眼看不見(jiàn)衍射效果，然而該光柵有利地允許沿光柵線的排列。光柵深度優(yōu)選小于lOOnm。在此前實(shí)施例中描述的圖像中使用的薄片的形狀為六角形，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在圖像內(nèi)允許使用更大的填充密度的薄片，并且提供均勻的薄片也是有利的。制造成形薄片的描述在美國(guó)專利公開(kāi)的申請(qǐng)20060035080中公開(kāi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括基底和靜止在所述基底上的印刷在封閉的區(qū)域內(nèi)的多個(gè)薄片， 其中所述薄片被排列，以限定在所述封閉的區(qū)域內(nèi)形成環(huán)形排列的多個(gè)環(huán)或曲線； 其中在每個(gè)所述環(huán)或曲線內(nèi)，所述薄片相對(duì)所述基底以相同角度傾斜，并且從所述薄片的表面延伸的平面彼此相交；以及 其中當(dāng)用單個(gè)光源照射時(shí)，所述裝置提供單個(gè)環(huán)或曲線的可見(jiàn)圖像，當(dāng)用三個(gè)光源照射所述裝置時(shí)，可以看見(jiàn)三個(gè)環(huán)或三個(gè)曲線。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是印刷的光檢測(cè)器。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)薄片包括至少一千個(gè)薄片。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)薄片包括至少一萬(wàn)個(gè)薄片。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中整個(gè)所述封閉的區(qū)域印刷有所述薄片。
6.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述封閉的區(qū)域的一部分印刷有所述薄片。
7.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述薄片的所述環(huán)形排列形成環(huán)形拋物面反射器。
8.按權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述薄片的所述環(huán)形排列是凹面形排列。
9.一種制造權(quán)利要求1中所述的裝置的方法，包括使用環(huán)紋形場(chǎng)，以使所述薄片排列成所述環(huán)形排列。
10.按權(quán)利要求9所述的方 法，其中所述環(huán)紋形場(chǎng)由具有不同直徑的兩個(gè)磁性同心環(huán)形成。
11.按權(quán)利要求9所述的方法，包括用油墨印刷所述基底，所述油墨中被分散有所述薄片。
12.一種光學(xué)元件，包括多個(gè)排列的小片的同心環(huán)，所述多個(gè)排列的小片的同心環(huán)以菲涅耳結(jié)構(gòu)形式設(shè)置在基底上。
13.按權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其中所述菲涅耳結(jié)構(gòu)是菲涅耳反射器。
14.一種光學(xué)元件，包括多個(gè)磁性可排列薄片，所述多個(gè)磁性可排列薄片以限定菲涅耳凹面或凸面形結(jié)構(gòu)的圖案定向。
15.按權(quán)利要求14所述的光學(xué)元件，其中所述菲涅耳結(jié)構(gòu)沒(méi)有球面像差。
16.一種裝置，包括以第一圖案靜止在基底上的第一多個(gè)薄片的圖像，其中所述第一多個(gè)薄片的個(gè)數(shù)至少為η個(gè)； 其中第一組所述薄片形成薄片的第一曲線；和第二組所述薄片形成薄片的第二曲線；其中所述第一組薄片相對(duì)所述基底以相同的第一角度傾斜，所述第二組薄片相對(duì)所述基底以相同的第二角度傾斜，并且，所述第一角度與所述第二角度是不同的角度； 其中所述η>1000 ;和 其中從位于所述第一曲線上的所述薄片的表面延伸的平面彼此相交，其中從位于所述第二曲線上的所述薄片的表面延伸的平面彼此相交。
17.按權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一多個(gè)薄片限定多個(gè)薄片的同心環(huán)，并且所述薄片的環(huán)形成圓形區(qū)域；限定所述環(huán)的薄片從最外面的環(huán)到最里面的環(huán)相對(duì)于所述基底形成增加或減小的角。
18.按權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述多個(gè)薄片基本上分布在整個(gè)封閉的區(qū)域，并在其中以預(yù)定的圖案定向，其中至少多于50%的薄片被這樣定向，使得垂直于所述薄片的反射表面的線沿線匯聚或匯聚到一點(diǎn)。
19.按權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述圖像形成一部分接收或反射天線，并且其中所述薄片分別為吸收薄片或反射薄片。
20.一種標(biāo)簽或防偽圖案，包括基底以及位于所述基底上的光學(xué)虛幻圖像，其中所述光學(xué)虛幻圖像具有覆蓋并分布在整個(gè)區(qū)域、并以預(yù)定圖案定向的薄片，所述薄片具有反射表面，其中形成所述預(yù)定圖案的所述薄片是這樣定向的，使得垂直于所述薄片的反射表面的線沿線匯聚或匯聚到一點(diǎn)，其中所述預(yù)定圖案具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
21.一種由具有光柵的薄片形成的印刷的同心圖像，包括:圖像的中心部分，其中薄片平行于基底的表面，它們的凹槽在徑向延伸； 圖像的外部區(qū)域，所述外部區(qū)域具有圓形定向凹槽且顆粒平面與基底的傾斜為最大；圖像的中間區(qū)域，在所述中間區(qū)域，隨著與所述圖像的中心的距離的增加，所述薄片的所述傾斜逐漸增加，并且所述凹槽的定向從徑向到切向逐漸變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種印刷圖像，其中所述圖像可以是磁性排列的小片或薄片的陣列的形式，小片或薄片在形狀和尺寸上是均勻的，并且其中以特定的方式設(shè)置所述薄片以形成用于防偽圖案或用于波束控制應(yīng)用的光學(xué)虛幻圖像。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所公開(kāi)的印刷陣列具有以菲涅耳結(jié)構(gòu)的形式在基底上設(shè)置的磁性排列小片的多個(gè)同心環(huán)，菲涅耳結(jié)構(gòu)優(yōu)選是菲涅耳反射器。有利地，因?yàn)榇艌?chǎng)的強(qiáng)度和方向可以控制，所以可很容易地設(shè)計(jì)一個(gè)用于校正球面像差的場(chǎng)，而在一般的菲涅耳反射器中會(huì)不同程度地存在該球面像差。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可印刷漏斗、拱頂和錐形的光學(xué)虛幻圖像。
文檔編號(hào)G02B5/12GK103085587SQ20121019687
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者凡拉帝米爾·P.·瑞克沙, 保羅·G.·庫(kù)馬斯, 查爾斯·T.·邁肯特斯, 阿爾博特·阿革帝亞, 羅杰·W.·菲力普 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司