CN106414102B - 产生类似闪烁的光学效果的光学设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种产生类似闪烁的光学效果的光学设备。创新的设备采用被定向性地固化的图像图标。具体地，所述光学设备由如下构成：至少一个图像图标布置，其由一个或多个固化的着色材料形成；以及至少一个可选地嵌入的聚焦元件布置，其被定位以形成（多个）图像图标布置的至少一部分的一个或多个合成图像。以相对于所述光学设备的表面的一个或多个角度使用被引导通过所述聚焦元件而朝向（多个）图像图标布置的准直光来固化（多个）着色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的图像图标。被定向性地固化的图像图标的（多个）合成图像在（多个）固化角度下是可见的，并且因此随着所述设备的观看角度移动通过（多个）固化角度而在视觉上显现以及消失或者开启以及关闭。创新的光学设备可以被与激光雕刻结合地使用，允许在至少一个实施例中进行通过光学设备的高级激光雕刻。

Description

产生类似闪烁的光学效果的光学设备
相关申请
本申请要求2014年3月27日提交的美国临时专利申请序列号61/971,240的优先权，该美国临时专利申请被通过引用而在其整体上合并于此。
技术领域
本发明一般地涉及产生类似闪烁的光学效果的光学设备，并且更特别地涉及采用被定向性地固化的图像图标的光学设备。
背景技术
投影合成图像的微光学膜材料一般包括：微尺寸图像图标布置；聚焦元件（例如微透镜、微反射器）布置；以及可选地，光透射聚合物衬底。图像图标布置和聚焦元件布置被配置为如下这样：当使用聚焦元件布置观看图像图标布置时，一个或多个合成图像被投影。所投影的图像可以示出许多种不同的光学效果。
这些微光学膜材料可以被用作为用于鉴定纸币、安全文档和产品的安全性设备。对于纸币和安全文档而言，这些材料被典型地以条带、片块或线的形式使用，并且可以被部分地嵌入在纸币或文档内，或被应用于其表面。对于护照或其它标识（ID）文档而言，这些材料可以被用作为完整的迭层或被镶嵌在其表面中。对于产品包装而言，这些材料被典型地以标签、***或带的形式使用并且被应用于产品包装的表面。
微光学膜材料的示例被描述并且示出于美国专利No. 7,333,268和No. 7,468,842中。这些引文皆描述用以形成图像图标的微结构方法，其中单独地或组合地由微结构中的空位或由实心区域来形成图像图标。空位可选地被利用如下来填充或涂敷：与周围的或下方的材料相比具有不同的折射率的材料、染制的材料、金属或着色材料。这样的方法具有几乎不受限制的空间分辨率的益处。
制造这些微光学膜材料的示例性方法是：在被抵靠基膜（诸如75 规厚（gage）的粘接提升的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜）浇筑的辐射固化的液体聚合物中形成图标作为空位，然后关于图标以正确的对准或偏斜在基膜的相对面上由辐射固化的聚合物来形成透镜，然后通过抵靠膜表面进行类似凹版印刷的刮刀涂布来利用亚微米颗粒着色的上色材料填充图标空位，通过合适的手段（例如溶剂移除、辐射固化或化学反应）固化填充，并且最终应用可以是清澈的或染制的或着色的可选密封层，或者合并隐秘安全性材料。在此，用于固化填充的手段是非定向性的，并且被直接应用于图像图标层并且不通过透镜。这样的被非定向性地固化的图标的合成图像在宽范围的角度上是可见的。
图标空位可以包括多个图标填充材料。例如，在US 7,468,842的49栏36-63行中，图标空位被利用第一图标填充材料进行底部填充，并且可选地被稳定化（例如，通过辐射固化）。然后可选地利用第二图标填充材料填充图标空位。在该示例中，通过非定向性的技术（诸如被直接应用于图标填充材料并且不通过透镜的非定向性的固化）来对图标填充材料进行稳定化。
从美国专利No. 7,738,175得知微光学膜材料的另一示例。该引文公开了产生类似闪烁的光学效果的合成微光学***。该***产生由图像图标的阵列或图案和聚焦元件的阵列形成的平面内图像。在此，平面内图像被定义为如下的图像：其具有在视觉上实质上位于衬底（平面内图像被承载在该衬底上或被承载在该衬底中）的平面中的某种视觉边界、图案或结构。该***还产生至少一个平面外合成图像，（多个）平面外合成图像进行操作以调制或控制平面内合成图像的外观的范围。在一个实施例中，平面外合成图像用来控制平面内图像的视场，并且因此用来调制或控制平面内图像的外观的范围。在此，取决于***的观看角度，平面内图像的外观在视觉上显现以及消失或者开启以及关闭。
通过本发明的方式，已经发现的是，使用准直光通过透镜层定向性地固化这些膜材料的图像图标层极大地增加由这些材料展示的光学效果的范围。
发明内容
本发明因此提供一种产生类似闪烁的光学效果的光学设备，其中，所述光学设备包括：至少一个图像图标布置，其由一个或多个固化的着色材料形成；以及至少一个可选地嵌入的聚焦元件布置，其被定位为形成（多个）图像图标布置的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，以相对于光学设备的表面的一个或多个角度（在下文中，“（多个）固化角度”）使用被引导通过聚焦元件的准直光来固化（多个）着色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的图像图标，其中，随着所述设备的观看角度移动通过（多个）固化角度，被定向性地固化的图像图标的（多个）合成图像在（多个）固化角度下是可见的并且因此在视觉上显现并且消失或者开启并且关闭。
如在此所使用的术语“着色材料”意图表示能够对图像图标以及通过准直光可固化的创新的设备的（多个）合成图像赋予色彩的任何材料。在一个想见的实施例中，着色材料是可固化的色料分散物（即可固化的介质或载体中的色料颗粒）。
如以下将更详细地解释的那样，当设备被关于实质上与设备的平面平行的轴倾斜时，由创新的光学设备投影的（多个）合成图像可以展现许多独特的视觉效果。例如，（多个）合成图像可以示出正交视差移动（OPM）（即，当设备被倾斜时，图像在显现为与由正常视差所预期的方向垂直的倾斜方向上移动）。与产生类似闪烁的光学效果的上面描述的现有技术微光学***不同，由本发明投影的（多个）图像不一定是在视觉上实质上位于设备的平面中的图像，而是还可以显现为停留在视觉上比设备的厚度更深的空间平面上或者可以显现为停留在设备的表面之上一定距离处的空间平面上。（多个）图像也可以随着设备被旋转通过给定的角度（例如90度）而显现为从设备之上的位置振荡到设备之下的位置（或者反之亦然），然后随着设备被按相同的量进一步旋转而返回其初始位置。
可以在创新的光学设备的表面上或表面内以柱状物的形式或者以空位或凹陷的形式制成使用一个或多个固化的着色材料准备的创新的设备的图像图标。可以由（多个）着色材料形成柱状物，或者可以利用（多个）着色材料涂敷或是部分地或完全地填充柱状物周围的区域或者空位或凹陷。图标的尺寸、形式和形状不受限制。实际上，想见如下的实施例：其中两种或更多种类型的图像图标（例如微米尺寸和纳米尺寸的图像图标）在创新的设备内的图像图标的一个布置或层内彼此配准。
在一个示例性实施例中，由一个固化的着色材料形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标，以给定的角度使用准直光固化所述着色材料。在该实施例中，（多个）合成图像在固化角度下是可见的。换言之，随着设备的观看角度移动通过固化角度，所投影的（多个）合成图像闪烁或开启并且关闭。
可以通过利用准直光固化每个材料或通过利用准直光固化一个材料并且利用另一用于固化的手段（例如非定向性的辐射固化、化学反应）固化另一材料来准备由两个或更多个着色材料形成的图像图标。由被定向性地固化的着色材料形成的合成图像将在（多个）固化角度下是可见的，而由被非定向性地固化的着色材料形成的合成图像将在宽范围的角度上是可见的。注意的是，在本发明的实践中使用的（多个）图像图标布置可以还包括现有技术图像图标，现有技术图像图标是在它们的整体上由被非定向性地固化的着色材料形成的。
在一个这样的示例性实施例中，由每一个具有不同的色彩的两个固化的着色材料形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标。每个着色材料是以与用于固化其它着色材料的角度不同的通过聚焦元件的角度使用准直光来固化的。在该示例性实施例中光学设备将投影在第一固化角度下可见的第一色彩的（多个）合成图像以及在第二固化角度下可见的第二色彩的（多个）合成图像。
可以通过如下来产生该示例性实施例：使用准直光从一个角度固化上色的着色材料，把未被固化的着色材料从设备清洗掉，并且然后添加第二上色的着色材料并且固化它。如将容易地领会的那样，可以以该方式添加大量的上色的着色材料。
在另一个这样的示例性实施例中，由一个固化的荧光着色材料以及由一个固化的非荧光着色材料来形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标。如将容易地领会的那样，仅在给定的角度可检测而在另外的给定的角度不可检测的荧光特征可以充当有效的机器可读鉴定特征。
在优选的实施例中，创新的光学设备被与具有一个或多个安全性打印特征（例如文本、照片）的ID卡一起使用。（多个）安全性打印特征在选择观看角度下将是看得见的，而由创新的设备投影的（多个）合成图像在其它选择观看角度下将是看得见的。以此方式，（多个）合成图像将不会模糊或削弱（多个）安全性打印特征。
在进一步的示例性实施例中，创新的光学设备是激光标记的光学设备，其基本上包括如上面描述的光学设备（例如光学膜材料）以及可选地位于所述光学设备之上和/或之下的一个或多个层，其中，所述光学设备的至少一个布置或层或者在所述光学设备之上或之下的至少一个层是激光可标记的布置或层，并且其中，所述激光可标记的（多个）布置或（多个）层在其上具有一个或多个激光标记的静态二维（2D）图像。
本发明进一步提供片材材料和基底平台以及由这些材料制成的文档，片材材料和基底平台由创新的光学设备制成或者采用创新的光学设备。如在此使用的术语“文档”指明具有金融价值的任何种类的文档（诸如纸币或货币、债券、支票、旅行支票、乐透彩票、邮票、股票证书和契约等）或身份文档（诸如护照、ID卡和驾驶证等）或非安全文档（诸如标签）。创新的光学设备还被想见用于与消费者货物以及与消费者货物一起使用的包裹或包装一起使用。
在一个这样的实施例中，光学设备采用嵌入在聚合物ID卡中的片块的形式。
根据以下的详细描述和附图，本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员来说是明显的。除非另外限定，在此使用的所有技术和科学术语具有与由本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的意义。在此提到的所有公开物、专利申请、专利和其它引文被通过引用而在它们的整体上合并于此。在冲突的情况下，包括定义的本说明书将进行支配。此外，材料、方法和示例仅为说明性的并且不意图进行限制。
附图说明
通过参照随附附图图解所公开的发明的特定特征，在附图中：
图1-图6描绘用于形成本发明的光学设备的一个示例性实施例的图像图标布置或层的方法。
图1是在任何着色材料已经被合并到其中之前的光学设备的横截面侧视图；
图2是图1中示出的光学设备，其中，图像图标层中的空位被示出为填充有第一着色材料，并且采用平行光线的形式的入射光被示出为正交于聚焦元件布置的表面地照射在聚焦元件布置上。
图3是图2中示出的光学设备，其中，已经从图像图标层移除未被固化的第一着色材料，仅留下固化的第一着色材料以及初始的图标结构；
图4是图3中示出的光学设备，其中，重新创建的空位被示出为填充有第二着色材料，并且准直光被示出为以不同的固化角度照射在聚焦元件布置上；
图5是图4中示出的光学设备，其中，已经从图像图标层移除未被固化的第二着色材料，留下固化的第一着色材料和第二着色材料以及初始的图标结构；以及
图6是图5中示出的光学设备，其中重新创建的空位被示出为填充有第三着色材料，并且非准直（散射）光被示出为照射在聚焦元件布置上。
图7是根据图1-图6中描绘的方法准备的本发明的光学设备的示例性实施例的横截面侧视图。设备具有三个不同的填充材料，其中的两个是被定向性地固化的；
图8是图7中示出的光学设备，示出观察者从第一固化角度观看设备；
图9是图7中示出的光学设备，示出观察者从第二固化角度观看设备；以及
图10是图7中示出的光学设备，示出观察者从第三固化角度观看设备。
具体实施方式
通过本发明的方式，产生当从不同的观看角度观看时可选地改变色彩的类似闪烁的光学效果，其不一定位于光学设备的平面中。创新的光学设备可以与激光雕刻结合使用，在至少一个实施例中允许通过光学设备的高级激光雕刻。
如上面表明的那样，本发明的光学设备包括：至少一个图像图标布置，其由一个或多个固化的着色材料形成；以及至少一个可选地嵌入的聚焦元件布置，其被定位以形成（多个）图像图标布置的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，以相对于光学设备的表面的一个或多个角度（（多个）固化角度）使用被引导通过聚焦元件的准直光来固化（多个）着色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的图像图标，其中，随着所述设备的观看角度移动通过（多个）固化角度，被定向性地固化的图像图标的（多个）合成图像在（多个）固化角度下是可见的并且因此在视觉上显现并且消失或者开启并且关闭。
（多个）合成图像当在（多个）固化角度下观看时无论是在反射光还是在透射光中都可以展现以下的光学效果中的一个或多个：
i.示出正交视差移动；
ii.显现为停留在比光学设备的厚度更深的空间平面上；
iii.显现为停留在光学设备的表面之上的空间平面上；
iv.随着设备被角向地旋转，在比光学设备的厚度更深的空间平面与光学设备的表面之上的空间平面之间振荡；
v.展示复杂的三维结构、图案、移动或动画；和/或
vi.具有显现或消失的平面内图像，保持静态但是具有贯穿地移动的动态色彩带，或者被利用贯穿地移动的动态色彩带动画化。
如在Steenblik等人的PCT/US2004/039315中描述的那样，图像的放大率或合成放大率的量值以及上面表明的视觉效果取决于聚焦元件（例如透镜）的布置（例如阵列）与图像图标之间的“偏斜”的程度、两个阵列的相对尺度（scale）以及聚焦元件或透镜的f数，其中f数定义为通过将透镜的焦距（f）除以透镜的有效最大直径（D）而获得的商。
还如在Steenblik等人的PCT/US2004/039315中描述的那样，正交视差效果得自于当聚焦元件的对称轴和图像图标的对称轴失准时实质上等于1.0000的“尺度比率”（即图像图标的重复周期对于聚焦元件或透镜的重复周期的比率）。停留在比创新的光学设备的厚度更深的空间平面上的外观得自于当聚焦元件的对称轴和图像图标的对称轴实质上对准时小于1.0000的“尺度比率”，而停留在创新的设备的表面之上的空间平面的外观得自于当聚焦元件的对称轴和图像图标的对称轴实质上对准时大于1.0000的“尺度比率”。随着设备被角向地旋转在比光学设备的厚度更深的空间平面与光学设备的表面之上的空间平面之间的振荡的外观得自于尺度比率的轴向不对称值（例如X方向上的0.995以及Y方向上的1.005）。
可以在创新的光学设备的表面上或表面内以柱状物的形式或者以空位或凹陷的形式制成使用一个或多个固化的着色材料准备的在本发明的实践中使用的图像图标。可以由（多个）固化的着色材料准备柱状物，或者可以利用（多个）着色材料涂敷或是部分地或完全地填充柱状物周围的区域或者空位或凹陷。当图标的尺寸、形式和形状不受限制时，这些凸起的或凹陷的图标可以假设例如可以在视觉上被检测并且可能地被机器检测或机器读取的正的或负的符号、字母和/或数字的形式或形状。它们也可以构成给出三维效果的浅浮雕结构或者由可以采取线、点、漩涡或它们的组合的形式的多个间隔开的凸起的或凹陷的图标形成的复合的或类似马赛克的图像。在一个想见的实施例中，在本发明的实践中使用的图像图标是具有范围从大约0.5微米到大约8微米的高度或凹陷深度的凸起的或凹陷的图标。
如上面表明的那样，想见如下的实施例：其中两种或更多种类型的图像图标（例如微米尺寸和纳米尺寸的图像图标）在创新的设备内的图像图标的一个布置或层内彼此配准。对于这些实施例而言，要求优选的固化的形式。通过本发明的方式所想见的优选的固化的一种形式是填充物的差别化的溶解，这可以使用不同尺寸的结构以及不同溶解性的填充物来完成。这可以与准直固化组合以在单个层上产生具有不同组分的不同结构。准直固化也可以被单独用作为用于产生这样的单个层的多功能的微米尺寸和/或纳米尺寸的图像图标的手段。
被想见用于在本发明中使用的着色材料包括但不限制于着色树脂和墨水。在示例性实施例中，使用采用色料分散物的形式的亚微米色料，其可在产品名目‘Spectra Pac’下从太阳化学公司（Sun Chemical Corporation）获得。向该色料分散物添加其它可固化（例如紫外（UV）可固化）材料和光敏引发剂，以便实现适合于在本发明中使用的可固化着色材料。所得到的可固化着色材料然后被用于准备柱状物或填充空位（或凹陷）和/或柱状物周围的区域。
在本发明的实践中使用的可选地嵌入的聚焦元件包括但不限制于折射聚焦元件、反射聚焦元件、混合折射/反射聚焦元件和它们的组合。在一个想见的实施例中，聚焦元件是折射微透镜。合适的聚焦元件的示例被公开于Steenblik等人的美国专利No. 7,333,268、Steenblik等人的美国专利No. 7,468,842以及Steenblik等人的美国专利No. 7,738,175中，所有这些专利被通过引用而完整地合并，就好像被在此完整地阐述那样。
聚焦元件的实施例用来改进创新的光学设备对使在光学上劣化的外部影响的抵抗性。在一个这样的实施例中，从创新的设备的外表面到折射界面的折射率在第一折射率和第二折射率之间变化，第一折射率实质上或在测量上与第二折射率不同。如在此所使用的短语“实质上或在测量上不同”表示引起聚焦元件的（多个）焦距改变至少大约0.1微米的在折射率上的差异。
嵌入材料可以是透明的、半透明的、带色的或着色的，并且可以提供用于安全性和鉴定目的的附加的功能，包括对自动化的货币鉴定、验证、跟踪、计数以及检测***的支持，其依赖于光学效果、导电性或电容、磁场检测。合适的材料可以包括粘合剂、凝胶、胶水、涂料（lacquer）、液体、模制聚合物以及含有有机或金属分散物的聚合物或其它材料。
本发明的光学设备在其中聚焦元件是微透镜并且由一个固化的着色材料形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标的示例性实施例中可以通过如下来准备：（a）将实质上透明的或清澈的辐射可固化树脂应用到光学间隔物或间隔物层的上表面和下表面；（b）在光学间隔物的上表面上形成微透镜阵列，并且在光学间隔物的下表面上形成采用空位（或凹陷）和/或柱状物的形式的图标阵列；（c）使用辐射源固化实质上透明或清澈的树脂；（d）利用一个或多个着色材料填充图标阵列凹陷和/或柱状物周围的区域；（e）从光学间隔物的下表面移除额外的（多个）着色材料；以及（f）以相对于光学设备的表面的一个或多个角度使用被朝向图标层引导通过聚焦元件的准直（使得平行的）光来固化（多个）着色材料中的一些或全部。
（多个）着色材料的固化涉及：引导准直光从准直光源通过微透镜阵列而朝向图标阵列，以使得照射在阵列上的所得到的光引起（多个）着色材料的固化。合适的准直光源包括激光光、被从更加定向性的源（诸如LED阵列）引导通过一个或多个准直透镜、通过窄缝而朝向抛物面反射器的光（例如太阳光、UV光、红外（IR）光）或它们的组合。在一个想见的实施例中，准直光源是UV平版印刷曝光单元。
现在详细参照附图，图1-图6描绘用于形成本发明的光学设备的一个示例性实施例的图像图标布置或层的方法。在图1中，在10处一般地示出在任何着色材料已经被合并在其中之前的光学设备的横截面侧视图。设备10基本上包括：
（a）聚焦元件布置12；
（b）基膜或光学间隔物14；以及
（c）部分地形成的图像图标层（即初始的图标结构）16，由实质上透明的或清澈的辐射可固化树脂18来准备该图像图标层16，在其中具有图标凹陷或空位20。
在图2中示出的用于形成图像图标布置或层的方法的第一步骤中，利用第一着色材料22填充空位20。采用平行光线的形式的入射光24正交于聚焦元件布置12的表面照射。换言之，平行光线以等于零的角度到来。每个聚焦元件将其相应的入射光聚焦到图像图标布置或层上，其中在聚焦元件的近似焦距处发生聚焦。非常靠近焦点的被填充的空位的区域被固化。不在焦点附近的被填充的空位的区域将不被固化。
然后移除（例如，洗除）未被固化的第一着色材料22，如图3中最佳地示出那样，仅留下固化的第一着色材料26和初始的图标结构16。该步骤在图像图标布置或层中重新创建空位20。
在下一步骤中，利用第二着色材料28填充所重新创建的空位20。选取不同的固化角度，并且产生来自该角度的准直光30。如图4中示出那样，固化角度为来自设备10的表面的右上。准直光30由所有的平行光线构成。如前面那样，空位20中的一些非常靠近聚焦元件的焦点，并且在那些区带中的第二着色材料28被固化。着色材料28中的一些未被曝光，因为其并不靠近焦点并且因而其保持未被固化。
然后移除未被固化的第二着色材料28，如图5中最佳地示出那样，留下固化的第一着色材料26和固化的第二着色材料32以及初始的图标结构16。再次地，该步骤在图像图标布置或层中重新创建空位20。
在下一步骤中，利用第三着色材料34填充所重新创建的空位20。如图6中示出那样，使用非准直（散射的）光36固化材料。作为结果，不存在由聚焦元件进行的有效聚焦，并且整个图标层被曝光。这有效地确保所有第三着色材料34被固化。
方法步骤中的一个或多个涉及：可以使用被设计为不吸收激光光的非着色材料来执行利用着色填充材料的空位填充。这提供“空出的”图标空间，下面将进一步讨论其益处。
根据该方法准备的光学设备被示出在图7中，并且被标记有参考标号100。在此情况下存在三个不同的固化的着色材料26、32、38（固化的第三着色材料），其中的两个（26、32）是被定向性地固化的。
现在参照图8，正从第一固化角度观看设备100的观察者看见与固化的第一着色材料26关联的（多个）合成图像。在图8-图10中，观察者距设备“非常遥远”，以使得观察者对于图8中的聚焦元件中的每个的有效角度例如等同于第一固化角度。与固化的第一着色材料26关联的（多个）合成图像仅从第一固化角度看得见。
正从第二固化角度（见图9）观看设备的观察者看见与固化的第二着色材料32关联的（多个）合成图像。该（多个）合成图像仅从第二固化角度看得见。
从并非为固化角度中的一个的角度（见图10）观看设备的观察者看见与固化的第三着色材料38关联的（多个）合成图像。该（多个）合成图像是从并非等于第一固化角度或第二固化角度的任何角度看得见的。在一些情况下，尤其是其中光学设备或***具有大的f数的那些情况下，观察者可以从高的角度（即远离“正常”角度的角度）观看设备。由于观看角度变得足够高，所以通过聚焦元件的视线将开始看见在邻近的聚焦元件之下的图像图标。在这种类型的情况下，观察者可以在除了特定的固化角度之外的角度下看见与特定的固化角度关联的一个或多个合成图像。
可以使用包括但不限制于聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚偏二氯乙烯等的一个或多个实质上透明的或半透明的聚合物形成光学间隔物或间隔物层。在示例性实施例中，使用聚酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成光学间隔物或间隔物层。
注意的是，虽然在上面的示例性实施例中提到使用光学间隔物或间隔物层，但是也可以在没有光学间隔物或间隔物层的情况下准备本发明的光学设备。
合适的辐射可固化树脂包括但不限制于丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯、丙烯酸聚酯、聚丙烯、聚氨酯和丙烯酸聚氨酯等。优选地，使用从Lord Chemicals可获得的丙烯酸聚氨酯形成阵列。
如先前提到那样，可以通过利用准直光固化每个材料或通过利用准直光固化一个材料并且利用另一用于固化的手段（例如辐射固化、化学反应）固化另一材料来准备由两个或更多个着色材料形成的图像图标。由这样的（多个）被定向性地固化的着色材料形成的图像图标的合成图像将在（多个）固化角度下是可见的，而由被非定向性地固化的着色材料形成的图像图标的合成图像将在宽范围的角度上是可见的。注意的是，在本发明的实践中使用的（多个）图像图标布置可以还包括现有技术图像图标，现有技术图像图标是在它们的整体上由被非定向性地固化的着色材料形成的。
在一个这样的示例性实施例中，由每一个具有不同的色彩的两个固化的着色材料形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标。在此，每个着色材料是以与用于固化其它着色材料的角度不同的通过聚焦元件的角度使用准直光来固化的。特别是，可以通过如下来产生该示例性实施例：使用准直光从一个角度固化上色的着色材料，把未被固化的着色材料从设备清洗掉，并且然后添加第二上色的着色材料并且以不同的角度固化它。如将容易地领会的那样，可以以该方式添加大量的上色的着色材料。所得到的光学设备将投影在第一固化角度下可见的第一色彩的（多个）合成图像以及在第二固化角度下可见的第二色彩的（多个）合成图像。如将容易地领会的那样，可以以该方式添加大量不同色彩的着色材料。附加地，添加在不使用准直光的情况下固化的另一不同色彩的着色材料，以提供可以从尚未被用于角度固化的任何角度看到的“背景色彩”。
在另一个这样的示例性实施例中，由一个固化的荧光着色材料以及由一个固化的非荧光着色材料来形成（多个）图像图标布置中的每个图像图标。在此，仅在给定的角度可检测而在另外的给定的角度不可检测的荧光特征可以充当有效的机器可读鉴定特征。
在本发明的进一步的示例性实施例中，光学设备是激光可标记的光学设备，其基本上包括上面描述的光学设备，以及可选地位于所述光学设备之上和/或之下的一个或多个层，其中，所述光学设备的至少一个布置或层或者在所述光学设备之上或之下的至少一个层是激光可标记的布置或层。
如在此使用的术语“激光可标记”或其任何变形意图表示能够由激光诱导或形成的物理或化学修改，包括但不限制于碳化、雕刻、具有或没有色彩改变的雕刻、具有表面碳化的雕刻、色彩改变或内部黑化、和通过涂层移除、烧蚀、漂白、熔化、膨胀以及蒸发进行的激光标记等。
在优选的实施例中，创新的激光可标记光学设备具有：
（a）可选地嵌入的聚焦元件（例如嵌入的折射聚焦元件）的布置以及由还起光学间隔物的作用的激光可标记的层分离的图像图标布置；和/或
（b）位于光学设备之下的一个或多个激光可标记的层。
在可以被用在嵌入的透镜和其它ID产品（例如嵌入在聚合物ID卡中的片块）中的上面的优选实施例中，采用静态二维（2D）图像的形式的个性化数据将被以与应用准直固化能量的（多个）角度不同的角度激光雕刻到光学设备之中或之下。
在其中一个或多个激光可标记的层位于光学设备之下的后一实施例中，图像图标布置包含“空出的”图标空间。如先前提到那样，使用被设计为不吸收激光光的（多个）非着色材料（例如UV可固化的混合物）准备“空出的”图标空间。该实施例中的（多个）非着色材料被以与激光雕刻机将使用以写入静态2D图像的角度相同的角度定向性地固化。利用以与除了被用于固化（多个）非着色材料的角度之外的角度固化的着色材料来填充图像图标布置中的其余的图标凹陷或空位。
通过该实施例的方式，允许激光能量在很少的激光能量被由此吸收的情况下通过光学设备，这提供通过光学设备的优异的激光雕刻。
本发明人已经发现，当作出对于通过光学设备的激光雕刻的尝试时，特定的着色材料将吸收激光能量。结果是具有白色或丢失区域的有瑕疵的激光标记的暗图像。可以通过谨慎地选取哪些色料将要使用或者通过采用上面提到的“空出的”图标空间来避免该问题。如本领域技术人员将容易地领会的那样，使用“空出的”图标空间允许使用任何色料而没有形成有瑕疵的激光标记的暗图像的伴随的风险。
在上面参照的实施例的净效果是，上色的（多个）着色合成图像在与静态的2D激光雕刻的（多个）图像是看得见的角度相同的角度下将是看不见的。这意味着无论聚焦元件倾向于聚焦来自激光雕刻机的激光与否在区域中都将不存在色料，并且避免（多个）着色材料将吸收激光能量的风险。
如上面提及的那样，为了标记本发明的激光可标记的光学设备，来自雕刻激光的光能量将由聚焦元件聚焦，并且将以如下这样的方式雕刻激光可标记的层：将在激光可标记的层中形成仅从雕刻角度可见的图像。该技术允许利用可以被使得显现并且消失的动态的个性化图像来更大地定制创新的设备。多个激光标记角度可以被用在同一设备中，由此提供多个图像，多个图像中的每个是从不同的观看角度可观察的。以此方式，可以以个性化方式作出短动画或改变的图像。通过示例的方式，当这样的设备被用在ID文档上或与ID文档结合使用时，可以使针对该ID文档使用的小版本的描画开启并且关闭。由创新的设备显示的该动态描画对于该ID文档来说将是独特的，并且将增加文档的安全性。
所得到的激光标记的光学设备将在（多个）激光可标记的层上具有一个或多个激光标记的静态2D图像。在此，术语“激光标记的”或其任何变形意图表示携带或显示由激光或类似激光的设备形成的任何标记。
可以使用热塑性聚合物来准备合适的激光可标记的层。在第一类别中，可以使用具有良好的吸收和碳化的热塑性聚合物。这些聚合物在缺少所谓的激光添加剂的情况下是激光可标记的，激光添加剂是在所使用的激光的波长处吸收光并且将其转换为热的化合物。在被暴露于激光的区域中产生广泛黑化的这些聚合物的示例包括聚醚砜（PES）、聚砜（PSU）、聚碳酸酯（PC）以及聚苯硫醚（PPS）。在第二类别中，可以使用具有激光添加剂（例如色料或特殊添加剂）的热塑性聚合物。可以被均匀地并且具有良好质量地标记的这些聚合物的示例包括聚苯乙烯（PS）、苯乙烯丙烯腈（SAN）、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、PET、PETG、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）以及聚乙烯。这些激光添加剂的示例包括碳黑、锑金属、氧化锑、锡锑混合氧化物、铁、铜、锡和/或锑的含磷混合氧化物、涂敷有金属氧化物的云母（页硅酸盐）。激光可标记的层具有范围从大约5微米至大约500微米，更优选地从大约25微米至大约200微米的优选的厚度。
在优选的激光标记技术中，V-Lase 10瓦Q开关1064纳米（nm）激光标记***被用于标记创新的激光可标记的设备，激光标记***在30,000赫兹（Hz）的设置下产生激光光发射。激光标记***被设置为最大功率的80%以及每秒200毫米（mm/sec）的扫描速度。这些设置在创新的激光可标记的设备内的想要的位置中产生高对比度标记而没有燃烧或过度曝光。
如上面提及那样，本发明还提供片材材料和基底平台以及由这些材料制成的文档，片材材料和基底平台由创新的光学设备制成或者采用创新的光学设备。创新的光学设备还被想见用于与消费者货物以及与消费者货物一起使用的包裹或包装一起使用。
通过示例的方式，创新的光学设备可以以各种不同的形式（例如条带、片块、安全线、绘板（planchette））与任何纸币、安全文档或用于鉴定目的的产品一起被利用。对于纸币和安全文档而言，这些材料被典型地以条带、片块或线的形式使用，并且可以被部分地嵌入在纸币或文档内，或者被应用于其表面。对于护照或其它ID文档而言，这些材料可以被用作为完整的迭层或被镶嵌在其表面中。对于产品包装而言，这些材料被典型地以标签、***或带的形式使用并且被应用于产品包装的表面。如上面表明的那样，在一个示例性实施例中，光学设备采用嵌入在聚合物ID卡中的片块的形式。
虽然上面已经描述了本发明的各个实施例，但是应当理解的是，它们只是已经以示例的方式被呈现并且不进行限制。因此，本发明的广度和范围不应当被任何示例性实施例限制。
要求保护的是。

Claims (17)

1.一种产生类似闪烁的光学效果的光学设备，其中，所述光学设备包括：由透明的或清澈的辐射可固化树脂构成的图标层，其具有在其上形成的空位和/或柱状物形式的至少一个图像图标布置，其中所述图像图标用一个或多个固化的着色材料填充或由其形成；以及至少一个可选地嵌入的聚焦元件布置，其被定位以形成所述至少一个图像图标布置的至少一部分的一个或多个合成图像，其中，以相对于所述光学设备的表面的一个或多个角度使用被引导通过所述聚焦元件的准直光而已经固化所述一个或多个着色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的图像图标，其中，随着所述设备的观看角度移动通过这些角度，所述被定向性地固化的图像图标的所述一个或多个合成图像在所述一个或多个准直光固化角度下是可见的并且因此在视觉上显现以及消失或者开启以及关闭。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述图像图标被选择自在所述光学设备的表面上或表面内的柱状物、在所述光学设备的表面上或表面内的空位或凹陷或它们的组合的群组。
3.如权利要求1所述的光学设备，其中，微米尺寸和纳米尺寸的图像图标在所述设备内的图像图标的一个布置或层内彼此配准。
4.如权利要求1所述的光学设备，其中，由一个固化的着色材料形成所述至少一个图像图标布置中的每个图像图标，以给定的角度使用准直光固化所述着色材料。
5.如权利要求1所述的光学设备，其中，由两个固化的着色材料形成所述至少一个图像图标布置中的每个图像图标，所述两个固化的着色材料的每个具有不同的色彩并且所述两个固化的着色材料的每个被以不同的角度使用准直光进行固化。
6.一种用于生产如权利要求5所述的光学设备的方法，其包括：从一个角度使用准直光固化上色的着色材料，从所述设备清洗掉未被固化的着色材料，并且然后添加第二上色的着色材料并且以不同的角度对其进行固化。
7.如权利要求1所述的光学设备，其中，由一个固化的荧光着色材料并且由一个固化的非荧光着色材料来形成所述至少一个图像图标布置中的每个图像图标。
8.一种激光可标记的光学设备，其包括如权利要求1所述的光学设备以及可选地位于所述光学设备之上和/或之下的一个或多个层，其中，所述光学设备的至少一个布置或层或所述光学设备之上或之下的至少一个层是激光可标记的布置或层。
9.如权利要求8所述的激光可标记的光学设备，其中，所述激光可标记的光学设备具有作为激光可标记的层的在所述光学设备之下的至少一个层，并且其中，由一个或多个固化的着色材料以及一个或多个固化的非着色材料来形成所述光学设备的所述至少一个图像图标布置。
10.一种激光标记的光学设备，其包括如权利要求1所述的光学设备以及可选地位于所述光学设备之上和/或之下的一个或多个层，其中，所述光学设备的至少一个布置或层或者在所述光学设备之上或之下的至少一个层是激光可标记的布置或层，并且其中，所述的至少一个激光可标记的布置或层在其上具有一个或多个激光标记的静态二维图像。
11.如权利要求10所述的激光标记的光学设备，其中，所述激光标记的光学设备具有作为激光可标记的层的在所述光学设备之下的至少一个层，并且其中，由一个或多个固化的着色材料以及一个或多个固化的非着色材料来形成所述光学设备的所述至少一个图像图标布置。
12.一种用于对如权利要求8所述的激光可标记的光学设备进行激光标记的方法，其包括：以与应用准直的固化能量的一个或多个角度不同的角度将激光能量引导到所述光学设备中或所述光学设备之下。
13.一种片材材料，由如权利要求1所述的光学设备制成或采用如权利要求1所述的光学设备。
14.一种文档，由如权利要求13所述的片材材料制成。
15.一种基底平台，由如权利要求1所述的光学设备制成或采用如权利要求1所述的光学设备。
16.一种文档，由如权利要求15所述的基底平台制成。
17.一种聚合物ID卡，其包括采用嵌入于其中的片块的形式的如权利要求1所述的光学设备。
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