PL210068B1

PL210068B1 - Folia

Info

Publication number: PL210068B1
Application number: PL367289A
Authority: PL
Inventors: Jeffrey M. Florczak; Robert T. Krasa; Stephen P. Maki; Richard M.Iii Osgood
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2011-11-30
Also published as: ZA200400846B; CN1312496C; TW575740B; WO2003005075A1; CN1650193A; BR0210766A; HUP0401435A2; US7068434B2; CA2452718C; US20020054434A1; PL367289A1; KR20040020960A; ATE530933T1; RU2003136147A; RU2319185C2; JP2004534270A; EP1405109A1; EP1602946B1; MXPA03011729A; AU2002320272B2

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy folii, która zapewnia jeden lub więcej rzeczywistych obrazów cząstkowych, które są dostrzegane przez obserwatora jako unoszące się w przestrzeni, w stosunku do folii, przy czym perspektywa, zawartego w niej rzeczywistego obrazu cząstkowego, zmienia się wraz ze zmianą kąta patrzenia.

Materiały foliowe posiadające graficzny obraz lub inny znak są szeroko stosowane, szczególnie jako etykietki do sprawdzania autentyczności wyrobu lub dokumentu. Na przykład folie takie jak te, które opisano w następnie wymienionych amerykańskich patentach, o numerach: 3,154,872; 3,801,183; 4,082,426; i 4,099,838 są zastosowane jako naklejki potwierdzające ważność samochodowych tablic rejestracyjnych i jako folie zabezpieczające do praw jazdy, dokumentów urzędowych, kaset z taśmami, kart do gry, pojemników na napoje i podobnych. Inne zastosowania zawierają graficzne aplikacje, dla celów identyfikacyjnych takich jak na samochodach policyjnych, strażackich czy pogotowia ratunkowego, ponadto w ekspozycjach reklamowych i promocyjnych oraz jako etykiety wyróżniające, w celu uwydatnienia znaku firmowego.

Inna postać folii wyposażonej w obraz jest ujawniona w amerykańskim patencie o numerze 4,200,875 (Galanos). Galanos ujawnia zastosowanie szczególnie w dużym stopniu powiększającej retro-odblaskowej folii typu soczewkowego z soczewkami odsłoniętymi, w której obrazy są utworzone przez laserowe napromieniowanie folii poprzez szablon lub wzorzec. Taka folia zawiera wiele przezroczystych, szklanych mikrosfer częściowo osadzonych w warstwie wiążącej i częściowo odsłoniętych powyżej warstwy wiążącej, z metaliczną warstwą odblaskową nałożoną na osadzonej powierzchni każdej z wielu mikrosfer. Warstwa wiążąca zawiera sadzę, która jest zastosowana dla zminimalizowania jakiegokolwiek przypadkowego odbicia światła, które odbijane jest przez folię podczas tworzenia obrazu. Energia wiązki laserowej jest następnie skupiana za pomocą efektu ogniskowania mikrosoczewek osadzonych w warstwie wiążącej.

Obrazy utworzone w retro-odblaskowej folii Galanos'a mogą być oglądane wtedy i tylko wtedy, gdy folia jest widziana pod takim samym kątem, pod którym napromieniowanie laserowe było skierowane na folię. Oznacza to, że w innych warunkach obraz jest widzialny tylko pod bardzo ograniczonym kątem obserwacji. Z tych i innych powodów, pożądane jest udoskonalenie pewnych właściwości takiej folii.

Już w 1908, Gabriel Lippman wynalazł sposób wytwarzania wiernego trójwymiarowego obrazu scenki w soczewkowatych środkach przekazu posiadających jedną lub wiele foto-czułych warstw. Tamten proces, znany jako integralna fotografia, jest także opisany w De Montebello, Processing and Display of Three-Dimensional Data II in Proceedings of SPIE, San Diego, 1984. W sposobie Lipmann'a, klisza fotograficzna jest naświetlana poprzez układ soczewek (lub soczewkowatych środków przekazu) tak, że każdy soczewkowaty środek przekazu układu przepuszcza miniaturowy obraz odtwarzanej scenki, widzianej z perspektywy punktu folii zajmowanego przez tamten soczewkowaty środek przekazu, w kierunku światłoczułych warstw na kliszy fotograficznej. Po wywołaniu kliszy fotograficznej, obserwator patrzący na rzeczywisty obraz cząstkowy na kliszy przez układ soczewkowatych środków przekazu widzi trójwymiarowe przedstawienie sfotografowanej scenki. Obraz może być czarno-biały lub kolorowy, zależnie od zastosowanych światłoczułych materiałów.

Ponieważ obraz utworzony przez soczewkowate środki przekazu podczas naświetlania kliszy uległ jedynie pojedynczemu odwróceniu każdego z miniaturowych obrazów, to wytworzone trójwymiarowe odwzorowanie jest pseudo-skopowe. To znaczy, dostrzegana głębia obrazu jest odwrócona tak, że obiekt wygląda jakby jego wnętrze było na zewnątrz. Jest to główna wada, ponieważ aby skorygować obraz konieczne jest przeprowadzenie dwóch optycznych odwróceń. Sposoby te są skomplikowane, wymagają wielokrotnego naświetlania pojedynczym aparatem, albo wieloma aparatami, albo aparatami z wieloma obiektywami, dla zarejestrowania wielu widoków tego samego obiektu i wymaga niezwykłej dokładności rejestrowania wielu widoków dla stworzenia jednego trójwymiarowego obrazu. Ponadto, każdy sposób, który oparty jest o konwencjonalny aparat fotograficzny, wymaga obecności rzeczywistego obiektu przed aparatem. To z kolei powoduje, że sposób ten jest słabo dostosowany do tworzenia obrazów trójwymiarowych obiektu wirtualnego (co oznacza, że obiekt istnieje jako wrażenie, a nie w rzeczywistości). Kolejną wadą fotografii zintegrowanej jest to, że rzeczywisty obraz cząstkowy musi być oświetlany od oglądanej strony dla stworzenia rzeczywistego obrazu, który może być oglądany.

W JP 2001116917 (A) dostarczana jest folia dla poprawy jakoś ci obrazu, która poprawia wł aściwości kąta widzenia w urządzeniu do wyświetlania obrazu, oraz która tłumi pogorszenia obrazu

PL 210 068 B1 powodowane przez światło zewnętrzne, a także dostarczany jest materiał oraz odpowiednio wydajny sposób produkcji foli. Ujawniona w tym rozwiązaniu folia posiada mikrosoczewki, warstwę skupiającą światło oraz warstwę rozpraszającą światło. Przepuszczalność światła przechodzącego przez warstwę skupiającą światło jest modulowana przez zmianę stężenia srebra lub związku zawierającego atomy srebra rozproszone w żelatynie. Poprzez umieszczenie folii powyżej komórki ciekłego kryształu, realizowane jest urządzenie do wyświetlania obrazu o wysokich właściwościach kąta widzenia oraz o wysokich właściwościach kontrastu.

W JP 10026802 (A) ujawnione jest sterowanie rozproszeniem natężenia światł a odpowiadają cym indywidualnym miejscom, gdzie tworzy się wzór części, przez którą może przechodzić wiązka światła oraz części, w której wiązka światła jest skupiana na warstwie skupiającej. Rozwiązanie dostarczone w japońskim dokumencie zawiera: ekran 1 składający się z warstwy mikrosoczewkowej 2, warstwy skupiającej 3 oraz warstwy odbijającej 4, oraz części bazowej 5, znajdującej się od strony widowni. Ogniska poszczególnych mikrosoczewek warstwy soczewek 2 są wyrównane na warstwie skupiającej 3. Substancja, która zmienia kolor na czarny, w odpowiedzi na światło, na przykład, jako warstwa 3 jest stosowany materiał o właściwościach podobnych do kliszy. Po ustawieniu ekranu 1 w miejscu uż ytkowania, niepotrzebne ś wiatł o na obrzeż ach jest tak samo modulowane, jak w przypadku, gdy ekran 1 jest używany, a warstwa 3 jest naświetlana. Tworzony jest ukryty obraz, który jest utrwalany tak, aby utworzyć czarne obrazy 7, jeden do jednego odpowiadające źródłu światła 6 emitującemu niepotrzebne światło na warstwę 3. Światło ze źródła światła 6 skupiane przez obraz 7 i nie dostaje się do warstwy 4. Zatem, żadne zbędne światło nie odbija się na ekranie 1 i zbędne światło nie przenika do oczu widzów.

Istotę wynalazku stanowi folia zawierająca przynajmniej jedną warstwę mikrosoczewek posiadającą strony pierwszą i drugą oraz warstwę materiału przylegającą do pierwszej strony warstwy mikrosoczewek, charakteryzująca się tym, że w materiale przylegającym do pierwszej strony warstwy mikrosoczewek jest wytworzony jeden lub więcej cząstkowych obrazów optycznych, rzeczywistych przedmiotu, przy czym każdy rzeczywisty obraz cząstkowy jest powiązany z jedną z wielu mikrosoczewek oraz każda mikrosoczewka posiada powierzchnię załamującą, służącą do wytworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego lub do wytworzenia obrazu wtórnego poprzez oświetlenie rzeczywistego obrazu cząstkowego.

Korzystnie, z co najmniej jedną z wielu mikrosoczewek powiązane są dwa lub więcej rzeczywiste obrazy cząstkowe.

Korzystnie, materiał jest materiałem wrażliwym na promieniowanie.

Korzystnie, folia stosowana jest do zabezpieczenia przed podrabianiem paszportów i innych dokumentów tożsamości, banknotów, formatek identyfikujących produkt.

Korzystnie, folia stosowana jest do przedstawienia znaku towarowego.

Korzystnie, folia stosowana jest do emblematów identyfikujących pojazdy policyjne, straży pożarnej, innych służb ratowniczych.

Korzystnie, folia stosowana jest na znakach drogowych, na tablicach rejestracyjnych pojazdów, w wyświetlaczach wskaźników samochodowych, motoryzacyjnych tablicach rozdzielczych.

Korzystnie, folia stosowana jest jako odzieżowe akcesoria dekoracyjne.

Korzystnie, folia stosowana jest do wykonania elementów odblaskowych na odzieży ochronnej.

Korzystnie, folia stosowana jest na wizytówkach, przywieszanych etykietkach, wyrobach artystycznych i produktach butelkowanych.

Wynalazek dostarcza mikrosoczewkową folię posiadającą rzeczywisty obraz cząstkowy, który wydaje się być zawieszony powyżej lub poniżej folii. Te zawieszone obrazy, dla wygody nazywane są unoszącymi się obrazami i mogą one być umieszczone powyżej lub poniżej folii (zarówno jako dwulub trójwymiarowe obrazy), lub może być trójwymiarowym obrazem, który pojawia się powyżej, w płaszczyźnie i/lub poniżej folii. Obrazy mogą być czarno-białe lub kolorowe i mogą stwarzać wrażenie, że poruszają się wraz z obserwatorem. W odróżnieniu do folii holograficznych, folia wyposażona w obraz, wedł ug wynalazku, nie moż e być wykorzystana do utworzenia jego repliki. Dodatkowo, unoszący(e) się obraz(y) może(gą) być obserwowany(e) przez oglądającego „gołym okiem.

Wynalazek dostarcza ponadto nowatorskie środki tworzenia folii wyposażonej w obraz zawierającej opisane rzeczywiste obrazy cząstkowe. W jednym przykładzie wykonania utworzony jest pojedynczy rzeczywisty obraz cząstkowy. Ujawniono także przykłady wykonania, w których dwa lub więcej rzeczywistych obrazów cząstkowych zostało utworzonych, przy czym rzeczywiste obrazy cząstkowe pojawiają się zarówno powyżej jak i poniżej folii. Inne przykłady wykonania mogą składać się z kombi4

PL 210 068 B1 nacji konwencjonalnie drukowanych obrazów i rzeczywistych obrazów cząstkowych, utworzonych według przedmiotowego wynalazku.

Poniżej zostaje opisany przedmiotowy wynalazek z odniesieniami do załączonego rysunku, na którym: fig. 1 jest powiększonym przekrojem mikrosoczewkowej folii z odsłoniętymi soczewkami; fig. 2 jest powiększonym przekrojem mikrosoczewkowej folii z „wbudowanymi soczewkami; fig. 3 jest powiększonym przekrojem mikrosoczewkowej folii zawierającej płasko-wypukłą folię podłoża;

fig. 4 jest graficznym przedstawieniem energii rozbieżnej padającej na mikrosoczewkową folię zbudowaną z mikrosfer;

fig. 5 jest rzutem poziomym sekcji mikrosoczewkowej folii przedstawiającym próbne obrazy zapisane w warstwie materiału przylegającego do indywidualnych mikrosfer, a ponadto pokazującym, że zapisane obrazy osiągają zakres od całkowitego skopiowania do częściowego skopiowania rzeczywistego obrazu cząstkowego;

fig. 6 jest optyczną mikrografią mikrosoczewkowej folii z warstwą wrażliwego na promieniowanie materiału, wykonaną z błony aluminiowej, która wyposażona została w obraz, w celu dostarczenia rzeczywistego obrazu cząstkowego, który sprawia wrażenie unoszącego się powyżej folii zgodnie z wynalazkiem;

fig. 7 jest optyczną mikrografią mikrosoczewkowej folii z warstwą wrażliwego na promieniowanie materiału, wykonaną z błony aluminiowej, która wyposażona została w obraz, w celu dostarczenia rzeczywistego obrazu cząstkowego, który sprawia wrażenie unoszącego się poniżej folii zgodnie z wynalazkiem;

fig. 8 jest geometrycznym przedstawieniem powstawania rzeczywistego obrazu cząstkowego, który sprawia wrażenie unoszenia się powyżej mikrosoczewkowej folii;

fig. 9 jest schematycznym przedstawieniem folii posiadającej rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawia wrażenie unoszenia się powyżej folii według wynalazku podczas gdy folia oglądana jest w ś wietle odbitym;

fig. 10 jest schematycznym przedstawieniem folii posiadającej rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawia wrażenie unoszenia się powyżej folii według wynalazku podczas gdy folia oglądana jest w ś wietle przepuszczanym;

fig. 11 jest geometrycznym przedstawieniem powstawania rzeczywistego obrazu cząstkowego, który kiedy jest oglądany, sprawia wrażenie unoszenia się poniżej mikrosoczewkowej folii;

fig. 12 jest schematycznym przedstawieniem folii posiadającej rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawia wrażenie unoszenia się poniżej folii według wynalazku, podczas gdy folia oglądana jest w ś wietle odbitym;

fig. 13 jest schematycznym przedstawieniem folii posiadającej rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawia wrażenie unoszenia się poniżej folii według wynalazku, podczas gdy folia oglądana jest w ś wietle przepuszczanym;

fig. 14 jest przedstawieniem ciągu optycznego do wytworzenia rozbieżnej energii wykorzystanej do tworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego według przedmiotowego wynalazku;

fig. 15 jest przedstawieniem drugiego ciągu optycznego do wytworzenia rozbieżnej energii wykorzystanej do tworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego według przedmiotowego wynalazku; i fig. 16 jest przedstawieniem trzeciego ciągu optycznego do wytworzenia rozbieżnej energii wykorzystanej do tworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego według przedmiotowego wynalazku.

Mikrosoczewkowa folia według wynalazku dostarcza rzeczywisty obraz cząstkowy, dostarczony przez poszczególne obrazy związane z wieloma mikrosoczewkami, który wydaje się być zawieszony, albo unoszący się, powyżej, w płaszczyźnie i/lub poniżej folii.

Aby zapewnić pełny opis wynalazku, mikrosoczewkowe folie zostaną opisane w Części I poniżej, po której następowały będą opisy warstw materiału (korzystnie warstw materiału wrażliwego na promieniowanie) takich folii w Części II, źródeł promieniowania w Części III i procesu powstawania obrazu w Części IV. Dostarczono też kilka przykładów do dalszego objaśnienia różnych przykładów wykonania wynalazku.

I. Mikrosoczewkowa folia

Mikrosoczewkowa folia, w której obrazy według przedmiotowego wynalazku mogą być utworzone, zawiera jedną lub więcej oddzielnych warstw mikrosoczewek z warstwą materiału (korzystnie materiału lub powłoki wrażliwej na promieniowanie, jak opisano poniżej) umieszczonego przylegle do jednej strony warstwy lub warstw mikrosoczewkowych. Na przykład, fig. 1 przedstawia mikrosoczewPL 210 068 B1 kową folię 10 typu z odsłoniętą soczewką, która zawiera monolityczną warstwę z przezroczystych mikrosfer 12, które są częściowo osadzone w warstwie wiążącej 14, która typowo jest wykonana z materiału polimerowego. Mikrosfery są przezroczyste zarówno dla długości fal promieniowania, które może być wykorzystane do odwzorowania warstwy materiału, jak również dla długości fal światła, w którym rzeczywisty obraz cząstkowy będzie oglądany. Warstwa materiału 16 jest umieszczona przy tylnej powierzchni każdej mikrosfery i w przedstawionym przykładzie wykonania typowo styka się tylko z częścią powierzchni każdej mikrosfery 12. Ten typ folii opisano bardziej szczegółowo w amerykańskim patencie o numerze 2,326,634 i jest obecnie dostępny z firmy 3M pod oznaczeniem materiału odblaskowego Scotchlite serii 8910.

Fig. 2 przedstawia inny odpowiedni typ mikrosoczewkowej folii. Ta mikrosoczewkowa folia 20 jest folią typu z „wbudowaną soczewką, w której mikrosferyczne soczewki 22 są wbudowane w przezroczysty płaszcz ochronny 24, który typowo jest wykonany z materiału polimerowego. Warstwa materiału 26 jest umieszczona za mikrosferami na tyle przezroczystej warstwy dystansowej 28, która również typowo wykonana jest z materiału polimerowego. Ten typ folii opisano bardziej szczegółowo w amerykańskim patencie o numerze 3,801,183 i jest obecnie dostępny z firmy 3M pod oznaczeniem Scotchlite seria 3290 Engineer grade retroreflective sheeting. Inny odpowiedni typ mikrosoczewkowej folii odnosi się do folii z obudowaną soczewką, przykład której jest opisany w amerykańskim patencie o numerze 5,064,272 i obecnie dostępny jest z firmy 3M pod oznaczeniem Scotchlite seria 3870 High Intensity grade retroreflective sheeting.

Fig. 3 przedstawia jeszcze inny odpowiedni typ mikrosoczewkowej foli. Folia ta zawiera przezroczystą płasko-wypukłą lub asferyczną folię podłoża 20 posiadającą pierwszą i drugą szeroką powierzchnię czołową, druga powierzchnia czołowa 32 jest zasadniczo płaska a pierwsza powierzchnia czołowa posiada układ zasadniczo hemi-sferoidalnych lub hemi-asferoidalnych mikrosoczewek 34. Kształt mikrosoczewek i grubość folii podłoża są dobrane tak, że światło o wiązce promieni równoległych padające na układ jest skupione w pobliżu drugiej powierzchni czołowej. Warstwa materiału 36 jest dostarczona na drugą powierzchnię czołową. Folia tego rodzaju jest opisana w, na przykład, Amerykańskim patencie o numerze 5,254,390 i jest obecnie dostępna z firmy 3M pod oznaczeniem 3M Secure Card receptor seria 2600.

Mikrosoczewki folii korzystnie posiadają tworzącą obraz powierzchnię załamującą w celu pojawienia się powstawania obrazu; generalnie jest to zapewniane przez zakrzywioną powierzchnię mikrosoczewki. Dla zakrzywionych powierzchni, mikrosoczewka korzystnie posiada jednolity współczynnik załamania. Inne przydatne materiały, które zapewniają nachylenie współczynnika załamania (GRIN) nie potrzebują koniecznie zakrzywionej powierzchni do załamania światła. Mikrosoczewkowe powierzchnie są korzystnie z natury sferyczne, ale powierzchnie asferyczne również są do zaakceptowania. Mikrosoczewki mogą posiadać dowolną symetrię, taką jak cylindryczną lub sferyczną, zapewniającą tworzenie rzeczywistych obrazów przez powierzchnie załamujące. Same mikrosoczewki mogą być indywidualnego kształtu, takiego jak okrągłe płasko-wypukłe soczewkowate środki przekazu, okrągłe podwójnie wypukłe soczewkowate środki przekazu, pręty, mikrosfery, bańki, czy cylindryczne soczewkowate środki przekazu. Materiały z których mikrosoczewki mogą być utworzone, obejmują szkło, polimery, minerały, kryształy, półprzewodniki i ich kombinacje i inne materiały. Połączone elementy mikrosoczewkowe również mogą być zastosowane. A zatem, mikrosoczewki utworzone w procesie powielania lub wytłaczania (przy czym kształt powierzchni folii jest modyfikowany dla wytworzenia powtarzalnego profilu o obrazowej charakterystyce) również mogą być zastosowane.

Mikrosoczewki z jednolitym współczynnikiem załamania zawartym między 1,5 a 3,0 powyżej długości fal promieniowania widzialnego i podczerwonego są najbardziej przydatne. Odpowiednie materiały mikrosoczewkowe będą posiadały minimalną absorpcję światła widzialnego i w przykładach wykonania, w których źródło energii jest wykorzystane do odwzorowania warstwy wrażliwej na promieniowanie również materiały powinny wykazywać minimalną absorpcję źródła energii. Siła załamywania mikrosoczewki, niezależnie od tego czy mikrosoczewka jest dyskretna czy powielona i niezależnie od materiału z którego mikrosoczewki są wykonane, korzystnie jest tak, że światło padające na powierzchnię załamującą będzie załamywało się i ogniskowało na przeciwnej stronie mikrosoczewki. W szczególności, światło będzie ogniskowało się zarówno z tyłu powierzchni mikrosoczewki lub na materiale przyległym do niej. W przykładach wykonania, w których warstwa materiałowa jest wrażliwa na promieniowanie, mikrosoczewki korzystnie tworzą zmniejszony rzeczywisty obraz w odpowiednim położeniu na warstwie. Zmniejszenie obrazu o około 100 do 800 razy jest szczególnie użyteczne do tworzenia obrazów, które posiadają dobrą rozdzielczość. Budowa mikrosoczewkowej folii po to, aby

PL 210 068 B1 zapewnić konieczne warunki ogniskowania tak, że energia padająca na warstwę materiału, który jest korzystnie wrażliwy na promieniowanie opisany w amerykańskich patentach przywołanych wcześniej w tym opisie.

Mikrosfery o średnicach w zakresie od 15 mikrometrów do 275 mikrometrów są korzystne, chociaż inne wielkości mikrosfer mogą być zastosowane. Dobra rozdzielczość rzeczywistego obrazu cząstkowego może być uzyskana przez zastosowanie mikrosfer posiadających rozmiary średnic z tego koń ca wcześ niej wymienionego zakresu, w którym znajdują się mniejsze wymiary dla rzeczywistych obrazów cząstkowych, które sprawiają wrażenie pojawiania się w pewnym, stosunkowo małym oddaleniu od warstwy mikrosferycznej i przez zastosowanie większych mikrosfer dla rzeczywistych obrazów cząstkowych, które sprawiają wrażenie pojawiania się w pewnym, stosunkowo większym oddaleniu od warstwy mikrosferycznej. Inne mikrosoczewki, takie jak mikrosoczewki płasko-wypukłe, cylindryczne, sferyczne lub asferyczne posiadają wymiary soczewkowatych środków przekazu porównywalne z tymi, które wskazano dla mikrosfer, można oczekiwać, że wytworzą podobne rezultaty optyczne.

II. Warstwa materiału

Jak zauważono powyżej, warstwa materiału przylega do mikrosoczewek. Warstwa materiału może być wysoce odblaskowa jak w niektórych mikrosoczewkowych foliach opisanych powyżej, lub może mieć niską retro-odblaskowość. Kiedy materiał jest wysoce odblaskowy, wtedy folia może posiadać własność retroodblaskowości jak opisano w amerykańskim patencie o numerze 2,326,634. Poszczególne obrazy utworzone w materiale związanym z wieloma mikrosoczewkami, podczas oglądania ich przez obserwatora w świetle odbitym lub przepuszczonym, dostarczają rzeczywisty obraz cząstkowy, który wydaje się być zawieszony, albo unoszący się powyżej, w płaszczyźnie i/lub poniżej folii. Chociaż inne, sposoby również mogą być zastosowane, to korzystnym sposobem zapewnienia powstania takich obrazów jest zapewnienie materiału wrażliwego na promieniowanie, jako warstwy materiałowej i zastosowanie napromieniowania do modyfikacji tego materiału w pożądany sposób dla zapewnienia powstania obrazu. A zatem, chociaż wynalazek nie jest przez to ograniczony, to dalsze omówienie warstwy materiałowej przylegającej do mikrosoczewek będzie obszerniej podane w kontekście warstwy materiałowej wrażliwej na promieniowanie.

Materiały wrażliwe na promieniowanie użyteczne dla tego wynalazku obejmują powłoki i błony z materiał ów metalicznych, polimerowych i pół przewodnikowych, jak również z ich mieszanin. Jak zastosowano w odniesieniu do wynalazku, materiał jest „wrażliwy na promieniowanie, jeżeli pod wpływem napromieniowania promieniami z zakresu widzialnego lub innego do podanego poziomu, wygląd napromieniowanego materiału zmienia się, w celu zapewnienia kontrastu względem materiału, który nie został napromieniowany tym promieniowaniem. Zatem utworzony przez to obraz, może być wynikiem zmiany kompozycyjnej, usunięcia lub oderwania materiału, zmiany fazowej albo polimeryzacji powłoki wrażliwej na promieniowanie. Przykłady niektórych materiałów błon metalicznych wrażliwych na promieniowanie zawierają aluminium, srebro, miedź, złoto, tytan, cynk, cynę, chrom, wanad, tantal i stopy tych metali. Metale te typowo zapewniają kontrast z powodu różnicy pomiędzy naturalnym kolorem materiału a zmodyfikowanym kolorem metalu po napromieniowaniu. Obraz, jak zauważono powyżej, może także być utworzony przez oderwanie albo przez promieniowanie nagrzewające materiał dotąd, aż obraz zostanie utworzony przez optyczną modyfikację materiału. Na przykład, amerykański patent o numerze 4,743,526, opisuje nagrzewanie stopu metalu w celu zapewnienia zmiany koloru.

Oprócz stopów metali, jako środek wrażliwy na promieniowanie mogą być zastosowane tlenki metali i podtlenki metali. Materiały w tej klasie zawierają związki tlenkowe utworzone z aluminium, żelazem, miedzią, cyną i chromem. Materiały niemetaliczne, takie jak siarczek cynku, selenek cynku, dwutlenek krzemu, cynotlenek indu, tlenek cynku, fluorek magnezu i krzem również mogą zapewniać kolor lub kontrast, który jest użyteczny dla tego wynalazku.

Również można stosować wiele warstw z materiałów cienkowarstwowych dla uzyskania unikalnych materiałów wrażliwych na promieniowanie. Te materiały wielowarstwowe mogą być skonfigurowane, tak aby zapewnić zmianę kontrastu za pomocą pojawienia się lub usunięcia czynnika nadającego kolor albo kontrast. Przykładowe struktury zawierają stosy optyczne lub dostrojone wgłębienia, które są przeznaczone do tego, żeby być wyposażone w obraz (na przykład, za pomocą zmiany w kolorze) za pomocą specyficznej długości fal promieniowania. Jeden specyficzny przykład opisano w amerykań skim patencie o numerze 3,801,183, który ujawnia zastosowanie kryolitu/siarczku cynku (Na3AlF6/ZnS) jako dielektrycznego zwierciadła. Innym przykładem jest stos optyczny składający się z chromu/polimeru (takiego jak butadienowa spolaryzowana plazma) /dwutlenku krzemu /Aluminium, gdzie grubości warstw są w zakresach 4 nm dla chromu, pomiędzy 20 nm a 60 nm dla polimeru, poPL 210 068 B1 między 20 nm and 60 nm dla dwutlenku krzemu i pomiędzy 80 nm a 100 nm dla aluminium, przy czym grubości indywidualnych warstw są dobrane tak, żeby zapewnić specyficzny odblask koloru w widmie widzialnym. Wgłębienia dostrojone cienką błoną mogłyby być użyte z jakąkolwiek pojedynczą warstwą cienkich błon wcześniej omówionych. Na przykład, wgłębienie dostrojone około 4 nm grubą warstwą chromu i warstwą dwutlenku krzemu zawartą między około 100 nm a 300 nm, przy grubości warstwy dwutlenku krzemu nastawionej by zapewniała powstawanie kolorowego obrazu w odpowiedzi na specyficzną długość fal promieniowania.

Materiały wrażliwe na promieniowanie użyteczne dla tego wynalazku również zawierają materiały termochromowe. Termochromowy oznacza materiał, który zmienia kolor, kiedy poddany jest zmianie temperatury. Przykłady materiałów termochromowych użytecznych w przedmiotowym wynalazku są omówione w amerykańskim patencie o numerze 4,424,990 i zawiera węglan miedzi, azotan miedzi z tiomocznikiem i węglan miedzi ze związkami zawierającymi siarkę takimi jak tiole, tioletery, sulfotlenki i sulfony. Przykłady innych odpowiednich związków termochromowych, które są omówione w amerykań skim patencie o numerze 4,121,011, zawierają uwodnione siarczany i azotki boru, aluminium i bizmutu, a ponadto tlenki i uwodnione tlenki boru, żelaza i fosforu.

Naturalnie, jeżeli warstwa materiałowa nie będzie wyposażona w obraz przy zastosowaniu źródła promieniowania, wówczas warstwa materiałowa może, ale nie musi być wrażliwa na promieniowanie. Materiały wrażliwe na promieniowanie są preferowane dla łatwiejszego wytworzenia, a zatem wówczas także korzystnie jest zastosować odpowiednie źródło promieniowania.

III. Źródła promieniowania

Jak zauważono powyżej, korzystnym sposobem zapewniania wzorców obrazowych na warstwie materiałowej, przylegającej do mikrosoczewek jest zastosowanie źródła promieniowania do wyposażenia w obraz materiału wrażliwego na promieniowanie. Dowolne źródło energii dostarczające promieniowanie o żądanej mocy i długości fali może być zastosowane według wynalazku. Urządzenia zdolne dostarczać promieniowanie posiadające długość fali zawartą między 200 nm a 11 mikrometrów uważane są za szczególnie korzystne. Przykłady źródeł promieniowania o wysokiej mocy szczytowej użytecznych dla tego wynalazku obejmują ekscymerowe lampy błyskowe, lasery mikroczipowe biernie ładunkowe przełączane i lasery granatowo-glinowo-itrowe z domieszką neodymu ładunkowo przełączane (w skrócie Nd:YAG), fluorkowe-litowo-itrowe z domieszką neodymu (w skrócie NdrYLF) i szafirowe z domieszką tytanu (w skrócie Ti:szafir). Te źródła wysokiej mocy szczytowej są najbardziej użyteczne z materiałami wrażliwymi na promieniowanie, które tworzą obrazy poprzez oderwanie - usunięcie materiału albo w procesie pochłaniania wielofotonowego. Inne przykłady użytecznych źródeł promieniowania obejmują urządzenia, które dają małą moc szczytową, takie jak diody laserowe, lasery jonowe, lasery stałe nieprzełączane ładunkowo, lasery na oparach metali, lasery gazowe, lampy łukowe i żarnikowe źródła światła o wysokiej mocy. Te źródła są szczególnie użyteczne, kiedy środek wrażliwy na promieniowanie jest wyposażany w obraz za pomocą nieodrywającego sposobu.

Dla wszystkich użytecznych źródeł promieniowania, energia ze źródła promieniowania jest skierowana w kierunku materiału mikrosoczewkowej folii i sterowana tak, aby dać silnie rozbieżną wiązkę energii. Dla źródeł energii w ultrafioletowej, widzialnej i podczerwonej części widma promieniowania elektromagnetycznego, światło sterowane jest przez odpowiednie elementy optyczne, przykłady których pokazane są w fig. 14, fig. 15 i fig. 16 i bardziej szczegółowo omówione poniżej. W jednym przykładzie wykonania, wymaganiem tego układu elementów optycznych, pospolicie zwanym ciągiem optycznym, jest to, żeby ciąg optyczny kierował światło w kierunku materiału folii z odpowiednią rozbieżnością lub rozrzutem tak, ażeby napromieniować mikrosoczewkę i w ten sposób warstwę materiałową pod żądanymi kątami. Rzeczywiste obrazy cząstkowe według wynalazku są korzystnie uzyskiwane przez zastosowanie urządzeń rozpraszających światło z liczbową rozwartością optyczną (zdefiniowaną jako sinus półkąta maksymalnego odchylania promieni) większą lub równą 0,3. Urządzenia rozpraszające światło z większą liczebnością otworów wytwarzają rzeczywiste obrazy cząstkowe posiadające większy kąt oglądania i większy zakres dostrzegalnego ruchu obrazu.

IV. Proces powstawania obrazu

Przykładowy proces powstawania obrazu zgodnie z tym wynalazkiem, składa się z kierowania światła o wiązce promieni równoległych z lasera przez soczewkę w kierunku mikrosoczewkowej folii. Żeby utworzyć folię posiadającą unoszący się obraz, jak opisano dodatkowo poniżej, światło jest przepuszczane przez soczewkę rozpraszającą o wysokiej liczbowej rozwartości optycznej (NA) do wytworzenia stożka o wysoce rozproszonym świetle. Soczewka o wysokim NA jest soczewką z NA równym lub większym niż 0,3. Strona mikrosfer pokryta wrażliwym na promieniowanie pokryciem

PL 210 068 B1 umieszczona jest w pewnym oddaleniu od soczewek tak, że oś stożka światła (oś optyczna) jest prostopadła do płaszczyzny mikrosoczewkowej folii.

Ponieważ każda poszczególna mikrosoczewka zajmuje unikalne położenie w stosunku do osi optycznej, to światło padające na każdą mikrosoczewkę będzie miało unikalny kąt padania w stosunku do padania światła na każdą inną mikrosoczewkę. A zatem, światło będzie przepuszczane przez każdą mikrosoczewkę do unikalnego położenia na warstwie materiałowej i będzie wytwarzało unikalny obraz. Światło będzie zatem przepuszczane przez każdą mikrosoczewkę do unikalnego miejsca na warstwie materiału i wytwarzać będzie unikalny obraz. Dokładniej mówiąc, pojedynczy impuls świetlny wytwarza tylko pojedynczy punkt obrazu na warstwie materiału, a więc w celu utworzenia obrazu przy każdej mikrosoczewce trzeba zastosować wiele impulsów świetlnych do wytwarzania rzeczywistego obrazu cząstkowego złożonego z wielu punktów. Dla każdego impulsu oś optyczna jest usytuowana w nowym poł o ż eniu względem poł o ż enia osi optycznej podczas poprzedniego impulsu. Takie kolejne zmiany położenia osi optycznej względem mikrosoczewek powodują odpowiednią zmianę kąta padania na każdą mikrosoczewkę i odpowiednio położenia punktu obrazu utworzonego, w warstwie materiału, przez ten impuls. W rezultacie padające światło skupiające się na tylnej powierzchni mikrosfery tworzy obraz wybranego wzoru w warstwie wrażliwej na promieniowanie. Ponieważ położenie każdej mikrosfery jest unikalne względem każdej osi optycznej, to obraz wytworzony w materiale wrażliwym na promieniowanie dla każdej mikrosfery będzie różny od obrazu związanego z każdą inną mikrosferą.

Inny sposób tworzenia unoszących się rzeczywistych obrazów cząstkowych wykorzystuje pole soczewek do wytwarzania silnie rozbieżnego światła w celu tworzenia obrazu w materiale mikrosoczewkowym. Pole soczewek złożone jest z wielu małych soczewek, z których każda ma dużą liczbową rozwartość optyczną, rozmieszczonych na płaszczyźnie.

Kiedy pole to jest oświetlane przez źródło światła, wówczas pole to wytwarza wiele stożków silnie rozbieżnego światła, przy czym każdy oddzielny stożek jest koncentrowany na swej odpowiedniej soczewce w tym polu. Wymiary fizyczne pola wybiera się tak, by dostosować je do największego bocznego wymiaru rzeczywistego obrazu cząstkowego. Ze względu na wielkość tego pola poszczególne stożki energii tworzone przez soczewkowate środki przekazu będą naświetlać mikrosoczewkowy materiał, jak gdyby pojedyncza soczewka była umieszczana kolejno we wszystkich punktach pola przy odbieraniu impulsów światła. Wybranie, które soczewki odbierają padające światło, odbywa się przez zastosowanie odbijającego szablonu. Szablon ten będzie miał przezroczyste obszary odpowiadające sekcjom rzeczywistego obrazu cząstkowego, które mają być naświetlone i obszary odbijające, w których obraz nie powinien być naś wietlany. Ze wzglę du na boczny wymiar pola soczewek nie jest konieczne stosowanie wielu impulsów świetlnych w celu utworzenia obrazu.

Gdy szablon jest całkowicie oświetlony padającą energią, wtedy części szablonu, które umożliwiają przechodzenie energii, będą tworzyć wiele oddzielnych stożków silnie rozbieżnego światła, wyznaczających unoszący się obraz, jak gdyby obraz ten był utworzony przez pojedynczą soczewkę. W rezultacie tylko jeden impuls ś wietlny jest potrzebny do utworzenia całego rzeczywistego obrazu cząstkowego w folii mikrosoczewkowej. Alternatywnie zamiast szablonu odbijającego można zastosować system ustalania położenia wiązki, taki jak układ odchylania poziomego i pionowego przy użyciu pola elektrycznego, aby lokalnie oświetlać pole soczewek i tworzyć rzeczywisty obraz cząstkowy na tym polu. Ponieważ energia jest w tej technice lokalizowana przestrzennie, to tylko niewiele soczewkowatych środków przekazu w tym polu jest oświetlane w danym czasie. Te soczewkowate środki przekazu, które są oświetlone, utworzą stożki silnie rozbieżnego światła potrzebne do naświetlenia mikrosoczewkowego materiału, by utworzyć rzeczywisty obraz cząstkowy w foliach.

Samo pole soczewek można wytwarzać z oddzielnych soczewkowatych środków przekazu lub przez proces wytrawiania, by wytworzyć monolityczne pole soczewek. Materiałami nadającymi się na soczewki są te materiały, które nie pochłaniają danej długości fali padającego promieniowania. Poszczególne soczewki w polu korzystnie mają liczbowe rozwartości optyczne większe niż 0,3 i średnice większe niż 30 μm, ale mniejsze niż 10 mm. Pola te mogą mieć przeciw-odbiciowe powłoki, by zmniejszyć wpływ zwrotnych odbić, które mogą powodować wewnętrzne uszkodzenie materiału soczewki.

Ponadto pojedyncze soczewki o skutecznej ujemnej ogniskowej i o wymiarach równoważnych polu soczewek można również stosować w celu zwiększenia rozbieżności światła wychodzącego z tego pola. Kształty poszczególnych soczewkowatych środków przekazu w polu monolitycznym wybiera się tak, aby miały dużą liczbową rozwartość optyczną i zapewniały duży współczynnik wypełnienia, w przybliżeniu większy niż 60%.

PL 210 068 B1

Fig. 4 przedstawia schematycznie rozbieżną energię padającą na folię mokrosoczewkową. Część warstwy materiału, na lub w której obraz I jest tworzony, jest inna dla każdej mikrosoczewki, ponieważ każda mikrosoczewka widzi padającą energię z innej perspektywy. Na skutek tego w warstwie materiału wytwarzany jest unikalny obraz związany z każdą mikrosoczewką.

Po utworzeniu obrazu, zależnie od wielkości obiektu, pełny lub częściowy obraz obiektu będzie istnieć w materiale wrażliwym na promieniowanie za każdą mikrosferą. Stopień odtworzenia rzeczywistego obiektu w postaci obrazu za mikrosferą zależy od gęstości energii padającej na mikrosferę. Części odległego obiektu mogą być wystarczająco oddalone od obszaru mikrosoczewek tak, że energia padająca na te mikrosoczewki ma gęstość mniejszą niż poziom promieniowania potrzebny do modyfikowania materiału. Ponadto w przypadku obrazu przestrzennego, gdy obraz wytwarza się za pomocą soczewek o stałej liczbowej rozwartości optycznej, nie wszystkie części folii będą naświetlone przez promieniowanie padające dla wszystkich części dużego obiektu. W rezultacie te części obiektu nie zostaną zmodyfikowane w materiale wrażliwym na promieniowanie i tylko częściowy obraz obiektu pojawi się za mikrosferami.

Fig. 5 jest widokiem perspektywicznym pewnej części folii mikrosoczewkowej z pokazaniem próbek obrazów utworzonych w warstwie wrażliwej na promieniowanie przy poszczególnych mikrosferach. Ponadto pokazano tu, że zapisane obrazy mieszczą się w zakresie od pełnego powielenia do częściowego powielenia rzeczywistego obrazu cząstkowego.

Fig. 6 i 7 przedstawiają optyczny mikrozapis mikrosoczewkowej folii wyposażonej w obraz wytworzony według wynalazku, w którym warstwą wrażliwą na promieniowanie jest warstwa aluminium. Jak pokazano tu, niektóre obrazy są pełne, a inne są cząstkowe.

Te rzeczywiste obrazy cząstkowe można również traktować jako wynik sumowania się wielu obrazów, zarówno cząstkowych jak i całkowitych, każdy z innej perspektywy rzeczywistego obiektu. Poprzez pole miniaturowych soczewek tworzone jest wiele unikalnych obrazów, przy czym każda soczewka widzi obiekt lub obraz z innego punktu widokowego. Za poszczególnymi miniaturowymi soczewkami w warstwie materiału powstaje perspektywa obrazu, która zależy od kształtu obrazu i od kierunku, z którego odbierane jest odwzorowane źródło energii.

Jednakże nie wszystko, co widzi soczewka, jest zapisywane w materiale wrażliwym na promieniowanie. Jedynie ta część obrazu lub obiektu widzianego przez soczewkę, która ma energię wystarczającą do zmodyfikowania materiału wrażliwego na promieniowanie, zostanie zapisana. Obiekt do zobrazowania tworzony jest przez użycie silnego źródła światła albo przez wyznaczenie obrysu obiektu, albo przy użyciu szablonu. Aby tak zapisany obraz był rzeczywistym obrazem cząstkowym, światło pochodzące od obiektu musi biec w szerokim zakresie kątów. Kiedy światło od obiektu pochodzi z jednego punktu obiektu i biegnie w szerokim zakresie ką tów, wszystkie promienie ś wiatł a niosą informacje o obiekcie, ale tylko z tego jednego punktu, chociaż informacje te są z perspektywy kąta promienia świetlnego. Rozważmy teraz, że w celu uzyskania stosunkowo pełnej informacji o obiekcie, przenoszonej przez promienie świetlne, światło musi rozchodzić się w szerokim zakresie kątów od zbioru punktów tworzących obiekt. Według przedmiotowego wynalazku zakres kątów promieni świetlnych odchodzących od obiektu jest sterowany przez elementy optyczne umieszczone pomiędzy obiektem a materiałem mikrosoczewkowym. Te elementy optyczne są dobierane tak, aby dawały optymalny zakres kątów niezbędnych do wytworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego. Najlepszy wybór elementów optycznych umożliwia otrzymanie stożka światła, którego wierzchołek jest usytuowany na obiekcie. Optymalne kąty stożka są większe niż około 40 stopni.

Obiekt jest zmniejszany przez miniaturowe soczewki, a światło pochodzące od obiektu jest ogniskowane na powłoce wrażliwej na energię przy tylnej stronie miniaturowej soczewki. Rzeczywiste położenie ogniska lub obrazu po tylnej stronie soczewki zależy od kierunku promieni padającego światła pochodzących od obiektu. Każdy stożek światła wychodzący z jednego punktu na obiekcie oświetla część miniaturowych soczewek i tylko te oświetlone miniaturowe soczewki, które otrzymają wystarczającą energię, zapiszą trwały obraz tego punktu obiektu.

Do opisania tworzenia różnych rzeczywistych obrazów cząstkowych według przedmiotowego wynalazku zostaną wykorzystane geometryczne właściwości optyczne. Jak już poprzednio zauważono, procesy wyposażania w obraz opisane poniżej są korzystne, ale nie są to wyłączne przykłady realizacji wynalazku.

A. Tworzenie rzeczywistego obrazu cząstkowego, który unosi się powyżej folii

Jak pokazano na fig. 8, padająca energia 100 (w tym przykładzie, światło) jest kierowana na element 101 rozpraszający światło, by usunąć wszelkie niejednorodności w źródle światła. Rozpro10

PL 210 068 B1 szone światło 100a jest chwytane i kolimowane przez kolimator 102, który kieruje równomiernie rozproszone światło 100b do rozpraszającej soczewki 105a. Z rozpraszającej soczewki promienie świetlne 100c rozchodzą się w kierunku do mikrosoczewkowej folii 106.

Energia promieni świetlnych padających na mikrosoczewkową folię 106 jest ogniskowana przez poszczególne mikrosoczewki 111 na warstwie materiału (w przedstawionym przykładzie wykonania powłoka 112 wrażliwa na promieniowanie). Ta zogniskowana energia modyfikuje powłokę 112 wrażliwą na promieniowanie, aby utworzyć obraz, którego wielkość, kształt i wygląd zależą od wzajemnego oddziaływania pomiędzy promieniami światła a powłoką wrażliwą na promieniowanie.

Układ przedstawiony na fig. 8 dałaby folia z rzeczywistym obrazem cząstkowym, który obserwator widzi jako unoszący się nad folią, jak opisano poniżej, ponieważ rozbieżne promienie 100c, jeżeli zostaną przedłużone wstecz przez soczewkę, będą przecinać się w ognisku 108a tej soczewki rozpraszającej. Inaczej mówiąc, jeżeli hipotetyczny promień obrazu przebiega od warstwy materiału przez każdą z mikrosfer i z powrotem przez soczewkę rozpraszającą, wówczas promienie takie spotkają się w ognisku 108a, to znaczy tam, gdzie pojawia się rzeczywisty obraz cząstkowy.

B. Oglądanie rzeczywistego obrazu cząstkowego, który unosi się powyżej folii

Folia posiadająca rzeczywisty obraz cząstkowy może być obserwowana w świetle padającym na tą folię z tej samej strony, gdzie znajduje się obserwator (światło odbite) i/lub z przeciwnej strony folii niż obserwator (światło przechodzące). Fig. 9 przedstawia schematycznie rzeczywisty obraz cząstkowy, który pojawia się dla „gołego oka obserwatora A, jako unoszący się nad folią, gdy jest widziany w świetle odbitym. „Gołe oko może być skorygowane do normalnego widzenia, ale nie jest wspomagane inaczej, np. przez powiększanie lub za pomocą specjalnego urządzenia do obserwacji. Kiedy folia wyposażona w obraz jest oświetlona światłem odbitym, które może być skolimowane lub rozproszone, wówczas promienie świetlne są odbijane od folii wyposażonej w obraz w sposób określony przez padanie promieni światła na warstwę materiału. Z definicji, obrazy utworzone w warstwie materiału wyglądają inaczej niż części tej warstwy materiału niewyposażone w obraz, a zatem obraz może być dostrzeżony.

Przykładowo światło L1 może być odbite przez warstwę materiału z powrotem do obserwatora. Jednakże warstwa materiału może nie odbijać światła L2 z powrotem do obserwatora, albo w ogóle od swych części wyposażonych w obraz. Obserwator może więc wykrywać brak promieni światła w ognisku 108a, których suma tworzy rzeczywisty obraz cząstkowy unoszący się nad folią w ognisku 108a. W skrócie, światło może być odbijane od całej folii, za wyjątkiem części wyposażonych w obraz, co oznacza, że w ognisku 108a będzie widoczny stosunkowo ciemny rzeczywisty obraz cząstkowy.

Możliwe jest również to, że materiał pozbawiony obrazu pochłania lub przepuszcza padające światło, a materiał wyposażony w obraz odbija lub częściowo pochłania padające światło, aby zapewnić kontrast potrzebny do powstania rzeczywistego obrazu cząstkowego. W takich warunkach, rzeczywisty obraz cząstkowy pojawia się jako stosunkowo jasny rzeczywisty obraz cząstkowy w porównaniu z resztą folii, która ma wygląd stosunkowo ciemny. Ten rzeczywisty obraz cząstkowy można nazwać obrazem rzeczywistym, ponieważ to właśnie światło, a nie brak światła tworzy obraz w ognisku 108a. Można wybierać według potrzeb różne kombinacje tych możliwości.

Pewne folie wyposażone w obraz można również obserwować w świetle przechodzącym, jak pokazano na fig. 10. Przykładowo, kiedy części warstwy materiału wyposażone w obraz są półprzezroczyste, a części niewyposażone w obraz nie są półprzezroczyste, wówczas większość światła L3 będzie pochłaniana lub odbijana przez warstwę materiału. Natomiast przepuszczone światło L4 będzie przechodziło przez części warstwy materiału wyposażone w obraz i będzie kierowane przez mikrosoczewki do ogniska 108a. W ognisku pojawi się rzeczywisty obraz cząstkowy, który w tym przykładzie, ma wygląd jaśniejszy niż reszta folii. Ten rzeczywisty obraz cząstkowy można nazwać obrazem rzeczywistym, ponieważ to właśnie światło, a nie brak światła tworzy obraz w ognisku 108a.

Alternatywnie, jeśli części warstwy materiału wyposażone w obraz nie są półprzezroczyste, ale reszta tej warstwy materiału jest półprzezroczysta, wówczas brak przechodzącego światła w obszarach obrazu będzie tworzyć rzeczywisty obraz cząstkowy, który ma wygląd ciemniejszy niż reszta folii.

C. Tworzenie rzeczywistego obrazu cząstkowego, który unosi się poniżej folii

Można również tworzyć rzeczywisty obraz cząstkowy, który pojawia się zawieszony po przeciwnej stronie folii niż znajduje się obserwator. Ten obraz unoszący się pod folią może być tworzony przez zastosowanie soczewki skupiającej zamiast soczewki rozpraszającej 105 pokazanej na fig. 8. Jak pokazano na fig. 11, padająca energia 100 (w tym przykładzie, światło) jest kierowana na element rozpraszający 101, aby zlikwidować wszelkie niejednorodności źródła światła. Rozproszone światło

PL 210 068 B1

100a jest następnie zbierane i kolimowane w kolimatorze 102, który kieruje światło 100b do skupiającej soczewki 105b. Z tej soczewki skupiającej promienie świetlne 100d są rzucane na mikrosoczewkową folię 106, która jest umieszczona pomiędzy soczewką skupiającą a ogniskiem 108b tej soczewki skupiającej.

Energia promieni świetlnych padających na mikrosoczewkową folię 106 jest ogniskowana przez poszczególne mikrosoczewki 111 na warstwie materiału (w przedstawionym przykładzie wykonania na powłoce 112 wrażliwej na promieniowanie). Ta skupiona energia modyfikuje powłokę 112 wrażliwą na promieniowanie, aby wytworzyć obraz, którego wielkość, kształt i wygląd zależne są od wzajemnego oddziaływania pomiędzy promieniami świetlnymi a powłoką wrażliwą na promieniowanie. Układ pokazany na fig. 11 zapewnia wytworzenie w folii rzeczywistego obrazu cząstkowego, który obserwator widzi jako obraz unoszący się pod folią, jak opisano poniżej, ponieważ zbieżne promienie 100d, poprowadzone przez folię, przecięłyby się w ognisku 108b soczewki skupiającej. Inaczej mówiąc, gdyby hipotetyczny „promień obrazu był poprowadzony od skupiającej soczewki 105b poprzez każdą z mikrosfer i poprzez obrazy w warstwie materiału, związane z każdą z mikrosfer, wówczas promienie takie spotkałyby się w ognisku 108b, to znaczy tam, gdzie pojawia się rzeczywisty obraz cząstkowy.

D. Oglądanie rzeczywistego obrazu cząstkowego, który unosi się poniżej folii.

Folia wyposażona w rzeczywisty obraz cząstkowy, który pojawia się jako unoszący się pod tą folią, może być również obserwowany w świetle odbitym i/lub w świetle przechodzącym. Fig. 12 przedstawia schematycznie rzeczywisty obraz cząstkowy, który wydaje się unosić się pod folią, kiedy obserwuje się go w świetle odbitym. Przykładowo światło L5 może być odbijane przez warstwę materiału z powrotem do obserwatora. Jednakże warstwa materiału może nie odbijać światła L6 z powrotem do obserwatora dobrze lub w ogóle od swych części wyposażonych w obraz. Obserwator może zatem odczuwać obecność promieni światła w miejscu 108b, których sumowanie tworzy rzeczywisty obraz cząstkowy, który wydaje się unosić się pod folią w ognisku 108b. Krótko mówiąc, światło może być odbijane od całej folii za wyjątkiem części wyposażonych w obraz, co oznacza, że w ognisku 108b pojawia się stosunkowo ciemny rzeczywisty obraz cząstkowy.

Możliwe jest to, że materiał pozbawiony obrazu pochłania lub przepuszcza padające światło, a materiał wyposażony w obraz odbija lub częściowo pochłania padające światło, aby zapewnić kontrast potrzebny do uzyskania rzeczywistego obrazu cząstkowego. W takich okolicznościach rzeczywisty obraz cząstkowy ma wygląd stosunkowo jasnego rzeczywistego obrazu cząstkowego w porównaniu do reszty folii, która ma wygląd stosunkowo ciemny. W zależności od potrzeb można wybierać różne kombinacje tych możliwości.

Pewne folie wyposażone w obraz można również obserwować w świetle przechodzącym, jak pokazano na fig. 13. Przykładowo, kiedy części warstwy materiału wyposażone w obraz są półprzezroczyste, a części niewyposażone w obraz nie są półprzezroczyste, wówczas większość światła L7 jest pochłaniana lub odbijana przez warstwę materiału, natomiast przechodzące światło L8, będzie przepuszczane przez części warstwy materiału wyposażone w obraz. Przedłużenie tych promieni, zwane tu promieniami obrazu, do tyłu w kierunku światła padającego powoduje powstanie rzeczywistego obrazu cząstkowego w ognisku 108b. Ten rzeczywisty obraz cząstkowy będzie widoczny w ognisku, gdzie w tym przykładzie wykonania będzie miał wygląd jaśniejszy niż pozostała część folii.

Alternatywnie, jeśli części warstwy materiału wyposażone w obraz nie są półprzezroczyste, ale reszta tej warstwy materiału jest półprzezroczysta, wówczas brak przechodzącego światła w obszarach występowania obrazu będzie wytwarzać rzeczywisty obraz cząstkowy, który ma wygląd ciemniejszy niż reszta folii.

E. Rzeczywiste obrazy cząstkowe

Rzeczywiste obrazy cząstkowe, wykonane według zasad przedmiotowego wynalazku, mogą pojawiać się jako obrazy dwuwymiarowe, co oznacza, że mają one długość i szerokość, i mogą pojawiać się poniżej albo w płaszczyźnie folii, albo powyżej niej, lub jako obrazy trójwymiarowe, co oznacza, że mają one długość, szerokość i wysokość. Takie trójwymiarowe rzeczywiste obrazy cząstkowe mogą pojawiać się tylko poniżej albo powyżej folii, albo w zależności od potrzeb w dowolnej kombinacji poniżej, w płaszczyźnie folii i powyżej niej. Określenie w płaszczyźnie folii oznacza tylko ogólnie płaszczyznę folii, kiedy folia jest położona na płasko. To znaczy folia, która nie jest płaska, może również mieć rzeczywiste obrazy cząstkowe, które pojawiają się przynajmniej częściowo w płaszczyźnie folii w znaczeniu tutaj stosowanym.

Trójwymiarowe rzeczywiste obrazy cząstkowe nie pojawiają się w jednym ognisku, ale raczej jako zespół obrazów posiadający ciągłość ognisk w zakresie od jednej strony folii, do lub poprzez tą

PL 210 068 B1 folię, do punktu po drugiej stronie folii. Korzystnie osiąga się to przez kolejne przemieszczanie albo folii, albo źródła energii w stosunku do drugiego, wymienionego tutaj elementu (zamiast stosowania wielu różnych soczewek) tak, aby wyposażyć w obraz warstwę materiału w wielu ogniskach. Wynikowy przestrzennie rzeczywisty obraz cząstkowy jest zasadniczo złożony z wielu poszczególnych punktów. Obraz ten może mieć wymiar przestrzenny wzdłuż dowolnej z trzech współrzędnych prostokątnych względem płaszczyzny folii.

W innym przykładzie wykonania rzeczywisty obraz cząstkowy może być również wykonany tak, żeby przemieszczał się w obszar mikrosoczewkowej folii, gdzie znika. Tego rodzaju obraz wytwarza się podobnie do przykładów unoszenia z dodaniem nieprzezroczystego szablonu umieszczonego w kontakcie z materiałami mikrosoczewkowymi, aby częściowo blokował tworzące obraz światło dla części materiału mikrosoczewkowego. Przy obserwowaniu takiego obrazu obraz ten może przemieszczać się w obszar, gdzie światło tworzące obraz było albo zmniejszone, albo wyeliminowane przez szablon kontaktowy. Wydaje się, że obraz znika w tym obszarze.

Rzeczywiste obrazy cząstkowe wytworzone według przedmiotowego wynalazku mogą mieć bardzo szerokie kąty obserwacji, co oznacza, że obserwator może widzieć rzeczywisty obraz cząstkowy w szerokim zakresie kątów pomiędzy płaszczyzną folii a osią widzenia. Rzeczywiste obrazy cząstkowe utworzone w folii mikrosoczewkowej zawierającej pojedynczą warstwę szklanych mikrosfer o przeciętnej średnicy w przybliżeniu 70-80 μm i przy zastosowaniu asferycznej soczewki o liczbowej rozwartości optycznej 0,64, są widoczne w stożkowym polu widzenia, którego oś środkowa jest określona przez oś optyczną padającej energii. W oświetleniu otoczenia tak utworzony rzeczywisty obraz cząstkowy jest widzialny w stożku o maksymalnym kącie 80°-90°. Stosując tworzącą obraz soczewkę o mniejszej rozbieżności lub mniejszej liczbowej rozwartości optycznej można tworzyć stożki o mniejszym kącie połówkowym.

Obrazy utworzone według wynalazku mogą również mieć ograniczony kąt widzenia. Inaczej mówiąc, obraz jest widoczny tylko wtedy, gdy jest obserwowany z określonego kierunku lub przy niewielkich kątowych zmianach kierunku widzenia. Obrazy takie tworzone są podobnie do sposobu opisanego w przykładzie 1 poniżej, z tym wyjątkiem, że światło padające na końcową soczewkę asferyczną jest ustawiane tak, że tylko część soczewki jest oświetlona przez promieniowanie laserowe. Częściowe wypełnienie soczewki padającą energią powoduje, że ograniczony stożek rozbieżnego światła pada na mikrosoczewkową folię. W przypadku mikrosoczewkowej folii powleczonej aluminium rzeczywisty obraz cząstkowy pojawia się tylko w ograniczonym stożku widzenia jako ciemnoszary obraz na jasnoszarym tle. Obraz sprawia wrażenie unoszenia się względem mikrosoczewkowej folii.

P r z y k ł a d y

Wynalazek zostanie ponadto objaśniony przez następujące przykłady, które dla wygody mogą odnosić się do pewnych rysunków.

P r z y k ł a d 1.

Przykład ten opisuje folię z osadzonymi soczewkami, posiadającą warstwę aluminium oraz rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawia wrażenie unoszenia się nad taką folią. Do utworzenia tego unoszącego się obrazu użyto ciągu optycznego w rodzaju pokazanego na fig. 14. Ten ciąg optyczny złożony był z l asera Spectra Physics Quanta-Ray™ DCR-2(10) Nd:YAG lasera 300, działającego w trybie przełączania ładunkowego ze swą podstawową długością fali 1,06 μm. Szerokość impulsu tego lasera wynosi zwykle 10-30 ns. Po wyjściu z lasera energia była kierowana poprzez obrotowe zwierciadło 302 powodujące odbicie 99%, rozpraszający element 304 ze szlifowanego szkła, powiększający 5-krotnie wiązkę teleskop 306 oraz asferyczną soczewkę 308 o liczbowej rozwartości optycznej 0,64 i ogniskowej 39,0 mm. Światło z asferycznej soczewki 308 kierowane było na trójwspółrzędnościowy podest 310. Podest ten był złożony z trzech podestów liniowych i dostępny jest z firmy Aerotech Inc., Pittsburgh, Pensylwania pod oznaczeniem ATS50060. Jednego podestu liniowego użyto do przemieszczania soczewki asferycznej wzdłuż osi pomiędzy asferycznym ogniskiem a mikrosoczewkową folią (oś Z), a pozostałe dwa podesty umożliwiały przemieszczanie folii wzdłuż dwóch wzajemnie prostopadłych osi poziomych względem osi optycznej.

Światło lasera skierowano na rozpraszający element 304 ze szlifowanego szkła, aby wyeliminować wszelkie niejednorodności wiązki powodowane przez soczewkowanie termiczne. Bezpośrednio przy elemencie rozpraszającym powiększający 5-krotnie wiązkę teleskop 306 kolimował rozbieżne światło z elementu rozpraszającego i powiększał wiązkę światła tak, żeby wypełnić asferyczną soczewkę 308.

PL 210 068 B1

W tym przykładzie, asferyczna soczewka była umieszczona powyżej płaszczyzny XY trójwspółrzędnościowego podestu tak, że ognisko tej soczewki było usytuowane 1 cm powyżej mikrosoczewkowej folii 312. Do sprawdzania gęstości energii w płaszczyźnie folii użyto rozwartościowego optycznego miernika energii z firmy Gentec, Inc., Saint-Fey, Quebec, Kanada o oznaczeniu ED500 z szablonem mechanicznym. Wychodzącą wiązkę laserową regulowano tak, żeby uzyskać w przybliżeniu 8 mJ/cm² na oświetlonym obszarze miernika energii 1 cm od ogniska soczewki asferycznej. Próbkę folii 312 z osadzonymi soczewkami i z aluminiową warstwą wrażliwą na promieniowanie o grubości 80 nm przymocowano do trójwspółrzędnościowego podestu 310 tak, żeby strona powleczona aluminium była oddalona od asferycznej soczewki 308.

Sterownik dostępny z firmy Aerotech, Inc., Pittsburgh, Pensylwania o oznaczeniu U21 podawał sygnały potrzebne do sterowania ruchem trójwspółrzędnościowego (XYZ) podestu 312 i napięcia sterowania impulsowej pracy lasera 300. Podesty przemieszczano dzięki importowaniu do sterownika pliku CAD z informacjami o współrzędnych X-Y-Z, poleceniami ruchu i poleceniami wyzwolenia lasera, niezbędnymi do wytworzenia obrazu. Dowolny kompleksowy rzeczywisty obraz cząstkowy tworzono przez koordynowanie ruchu podestów X, Y i Z z impulsowym działaniem lasera, by śledzić obraz w przestrzeni nad materiałem mikrosoczewkowym. Prędkość podestu była ustawiona na 50,8 cm/min przy częstotliwości impulsów lasera 10 Hz. Umożliwiło to wytworzenie ciągłych złożonych linii w warstwie aluminium przy mikrosoczewkach.

Gdy mikrosoczewkowa folia była oglądana w świetle otoczenia, obrazy były ciemnoszare na jasnoszarym tle. Przy stałej odległości 1 cm pomiędzy ogniskiem a powierzchnią folii sferycznej uzyskiwany obraz był płaskim rzeczywistym obrazem cząstkowym, który wydawał się unosić się w przybliżeniu 1 cm nad folią. Ponadto ten rzeczywisty obraz cząstkowy przedstawiał rozsądnie duże przemieszczenie w stosunku do perspektywy widzenia obserwatora tak, żeby obserwator mógł łatwo widzieć różne aspekty rzeczywistego obrazu cząstkowego w zależności od kąta widzenia.

P r z y k ł a d 2.

W tym przykładzie, konstrukcji folii z odsłoniętymi soczewkami, posiadającej warstwę wrażliwą na promieniowanie, tworzącą przezroczyste zwierciadło, użyto do utworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego, który sprawia wrażenie unoszenia się pod mikrosoczewkową folią. W tym przykładzie, użyto również ciągu optycznego, który był zastosowany w przykładzie 1. Mikrosoczewkową folię umieszczono względem asferycznej soczewki 308 tak, żeby soczewka ta prawie stykała się z mikrosoczewkową folią. Gęstość energii wyjściowej lasera wyregulowano tak, żeby osiągnąć wartość w przybliżeniu 14 mJ/cm² tuż poniżej soczewki asferycznej. Folia z odsłoniętymi soczewkami złożona była z częściowo osadzonych mikrosfer, jak opisano w patencie USA nr 3.801.183, z dielektrycznym zwierciadłem z siarczku cynku (ZnS) naparowanym na jedną stronę mikrosfer. Grubość warstwy ZnS wynosiła nominalnie 60 nm. Podobnie jak w przykładzie 1 laser pracował z częstotliwością 10 Hz, podczas gdy folia była przemieszczana z prędkością 50,8 cm/min, na skutek czego powstały ciągłe linie złożone w mikrosoczewkowej folii. Za pomocą systemu podestowego utworzono wzór kuli (okręgu z czterema wpisanymi łukami).

W świetle otoczenia kula ta wyglądała jak ciemny obraz na biało/żółtym tle. Ciemny rzeczywisty obraz cząstkowy wydawał się unosić się w przybliżeniu 39 mm pod folią. To usytuowanie rzeczywistego obrazu cząstkowego było zgodne z usytuowaniem ogniska soczewki asferycznej, które w tym przykładzie, było usytuowane w przybliżeniu 39 mm za soczewką.

P r z y k ł a d 3.

Przykład ten opisuje tworzenie rzeczywistego obrazu cząstkowego w folii z odsłoniętymi soczewkami, posiadającej wrażliwą na promieniowanie warstwę aluminium, przy użyciu pola soczewek zamiast pojedynczej soczewki asferycznej. Do tworzenia sprawiającego wrażenie unoszenia się rzeczywistego obrazu cząstkowego użyto ciągu optycznego rodzaju pokazanego na fig. 15. Ten ciąg optyczny złożony był z przełączanego ładunkowo lasera 300, zwierciadła 302 o odbiciu 99%, optycznego elementu rozpraszającego 304 i powiększającego wiązkę teleskopu 306. Te części składowe ciągu optycznego, użyte w tym przykładzie, były takie same jak opisano w przykładzie 1. W ciągu optycznym w tym przykładzie, użyto również dwuwymiarowego soczewkowego pola 407, odbijającego szablonu 409 i obustronnie wklęsłej soczewki 411. Pewne obszary odbijającego szablonu 409 były przezroczyste i usytuowane zgodnie z obszarami mikrosoczewkowego materiału 412, które miały być naświetlone promieniowaniem laserowym, podczas gdy reszta powierzchni szablonu była nieprzezroczysta lub odbijająca.

PL 210 068 B1

Soczewkowe pole 407 złożone było ze stopionego pola krzemionkowych mikrosoczewek załamujących, dostępnego z MEMS Optical, LLC of Huntesville, Alabama o oznaczeniu 3038. To ściśle upakowane pole soczewek sferycznych umieszczono prawie w styku z dwuwklęsłą soczewką 411 o średnicy 75 mm i ujemnej ogniskowej 150 mm. Naświetlaną folię soczewkową 412 z wrażliwą na promieniowanie warstwą aluminium o grubości 80 nm umieszczono w odległości 25 mm od obustronnie wklęsłej soczewki 411. Materiał mikrosoczewkowy umieszczono w przybliżeniu 1 cm od ogniskowej połączonej drogi optycznej pola mikrosoczewkowego i obustronnie wklęsłej soczewki. Gęstość energii na wyjściu z lasera ustawiono tak, żeby otrzymać w przybliżeniu 4 mJ/cm² na powierzchni naświetlanych soczewek folii mikrosoczewkowej. Wyzwolono pojedynczy impuls lasera, by naświetlić cały obraz.

Uzyskana folia mokrosoczewkowa, oglądana w świetle otoczenia, dawała obrazy, które sprawia wrażenie unoszenia się w przybliżeniu 1 cm nad folią. Obraz miał wygląd ciemnoszary na jasnoszarym tle.

P r z y k ł a d 4.

W tym przykładzie, źródło rozchodzącego się rozbieżnie światła otrzymano przez odbicie ze źródła rozpraszającego. Reflektor rozpraszający złożony był z ceramicznej sfery o średnicy w przybliżeniu 5 mm. W tym przykładzie, użyto ciągu optycznego rodzaju pokazanego na fig. 16. Był on złożony z przełączanego ładunkowo lasera Nd:YAG 500, podobnego do opisanego w przykładzie 1, za którym umieszczony był teleskop 502, który zmniejszał padającą wiązkę laserową do średnicy w przybliżeniu 1 mm. Światło padało na ceramiczną sferę 504 pod kątem wystarczająco odchylonym od linii prostopadłej, by oświetlać w przybliżeniu jedną czwartą półkuli ceramicznej sfery 504 zwróconej do mikrosoczewkowej folii 512. Zostało to potwierdzone przez obserwację promieniowania rozproszonego za pomocą kamery pracującej w podczerwieni.

Ceramiczną sferę 504 umieszczono powyżej podestu XY 510 w odległości w przybliżeniu 25 mm. Światło padające z lasera ustawiono tak, żeby było równoległe do podestu próbki. Folia 512 z osadzonymi soczewkami z warstwą wrażliwą na promieniowanie z aluminium o grubości 80 nm zamocowano na podeście XY 510, a sterownik wysyłał sygnały sterujące do podestu i do lasera. Gęstość energii na wyjściu lasera wyregulowano tak, żeby otrzymać wartość w przybliżeniu 8 mJ/cm² na powierzchni folii mikrosoczewkowej. Oświetlenie ceramicznej sfery 504 wyregulowano tak, żeby otrzymać najbardziej równomierne naświetlenie powierzchni mikrosoczewkowej folii 512. Podest XY 510 przemieszczano z prędkością 50,8 cm/min, a laser pracował impulsowo z częstotliwością 10 Hz. Kompleksowy obraz wytrasowano za pomocą podestu w trakcie naświetlania mikrosoczewkowej folii promieniowaniem rozproszonym z ceramicznego reflektora.

W świetle otoczenia rzeczywisty obraz cząstkowy unosił się w przybliżeniu 25 mm nad folią i miał ciemnoszary wygląd na jasnoszarym tle. Obraz miał duże przemieszczenie względem miejsca, z którego patrzył obserwator. W świetle przechodzącym jasny rzeczywisty obraz cząstkowy unosił się w przybliżeniu 25 mm nad folią.

P r z y k ł a d 5.

W tym przykładzie, warstwa materiału folii z osadzonymi soczewkami złożona była z wielowarstwowych stosów optycznych dostrojonych do określonych barw w widmie widzialnym. Po jednej stronie mikrosoczewkowej folii podstawowej osadzone były cienkie warstwy przez naparowanie próżniowe i polimeryzację plazmową, żeby otrzymać ciąg warstw złożony z chromu/butadienu spolimeryzowanego plazmowo/dwutlenku krzemu/aluminium, przy czym warstwa chromu sąsiadowała z osadzonymi soczewkami. Grubość poszczególnych materiałów była regulowana tak, żeby uzyskać barwy w czerwonej, zielonej i niebieskiej części widma widzialnego. W tablicy 1 podano specyficzne grubości poszczególnych materiałów.

T a b e l a 1: Konstrukcja wielowarstwowa

Próbka	Cr (nm)	PP (nm)	SiO2 (nm)	Al (nm)	Kolor
1	4	97	0	80	niebieski
2	4	65	65	80	jasnoniebieski
3	4	89	65	80	zielony
4	4	165	20	80	czerwono-niebieski

PL 210 068 B1

Powleczone folie podłoża mikrosoczewek laminowano następnie ze strukturą wielowarstwową w kontakcie z materiałem laminującym. Osłonę mikrosoczewkowej folii usunię to następnie, by oświetlić przednią powierzchnię osadzonych soczewek barwami podanymi w powyższej tabeli.

Do tworzenia obrazu próbek, według tego przykładu, użyto ciągu optycznego opisanego w przykł adzie 1. W niniejszym przykł adzie ognisko soczewki asferycznej był o usytuowane 1 cm powyżej folii mikrosoczewkowej. Gęstość energii na wyjściu lasera ustawiono tak, żeby otrzymać wartość 5 mJ/cm² przy powierzchni folii mikrosoczewkowej. Właściwości optyczne wielowarstwowych stosów modyfikowano w naświetlonych obszarach. Skopiowano obraz sfery w wielowarstwowych stosach podobnie do opisanego w przykładzie 1.

W oświetleniu otoczenia napromieniowane obszary miały wygląd jasnożółty do pomarańczowego na tle barwy mikrosoczewkowej folii. Wszystkie rzeczywiste obrazy cząstkowe sprawiały wrażenie unoszenia się nad folią i poruszać względem obserwatora.

P r z y k ł a d 6.

Przykład ten opisuje drugi rodzaj wielowarstwowego dostrojonego stosu, stanowiącego warstwę wrażliwą na promieniowanie, do wytwarzania barwnego rzeczywistego obrazu cząstkowego. Takie stosy optyczne wytworzono na mikrosoczewkowym arkuszu podłoża złożonym z folii z osadzonymi soczewkami. Po jednej stronie takich mikrosoczewkowych arkuszy podłoża osadzano cienkie warstwy przez naparowanie próżniowe, żeby otrzymać ciąg warstw złożony z chromu/kriolitu/aluminium (Cr/Na3AlF6/Al), chromu/dwutlenku krzemu/aluminium (Cr/SiO2/Al) lub chromu/fluorku magnezu/aluminium (Cr/MgF2/Al), jak podano w tabeli 2 poniżej. Grubość materiałów dielektrycznych, SiO2, Na3AlF6 i MgF2, wyregulowano tak, żeby otrzymać różne barwy w widmie widzialnym. W tabeli 2 podano specyficzne grubości poszczególnych materiałów przygotowanych w różnych próbkach.

T a b e l a 2: Konstrukcja wielowarstwowa

Próbka	Cr grubość (nm)	Na3AlF6 grubość (nm)	SiO2 grubość (nm)	MgF2 grubość (nm)	Al grubość (nm)	Kolor	Gęstość energii tworzenia obrazu (mJ/cm²)
A	4,8	200	0	0	83	niebieski	12,7
B	4,2	0	135	0	83	ciemnoniebieski	8,6
C	4,2	0	0	259	83	niebieskawo- zielony	8,6
D	4,2	0	275	0	83	fioletowy	7,5
E	4,2	0	160	0	83	zielony	7,5
F	4,2	0	225	0	83	pomarańczowo- brązowy	7,5

Powleczone mikrosferyczne arkusze podłoża były następnie laminowane na podłożu, tak że struktura wielowarstwowa stykała się z materiałem laminującym. Następnie osłonę folii mikrosoczewkowej usunięto, żeby naświetlić przednią powierzchnię osadzonych soczewek barwami podanymi w powyższej tabeli.

Do wyposażenia w obraz tych próbek użyto ciągu optycznego opisanego w przykładzie 1. W niniejszym przykładzie końcową soczewkę asferyczną umieszczono prawie w styku z próbką, żeby uzyskać rzeczywisty obraz cząstkowy, który sprawiał wrażenie unoszenia się pod folią. Moc lasera wyregulowano tak, żeby uzyskać gęstość energii zdolną do trwałego zmienienia właściwości optycznych odpowiednich wielowarstwowych stosów, jak podano w tabeli 2. W takim materiale, podobnie do opisanego w przykładzie 1, utworzono obraz alfanumerycznych znaków SAMPLE. W świetle otoczenia rzeczywisty obraz cząstkowy miał ciemny wygląd z biało-żółtym obrysem na tle barwy mikrosoczewkowej folii. Wszystkie rzeczywiste obrazy cząstkowe sprawiał wrażenie unoszenia się w przybliżeniu 39 mm pod folią i poruszać względem obserwatora patrzącego na folię.

P r z y k ł a d 7.

W tym przykładzie, barwny rzeczywisty obraz cząstkowy wytworzono w folii z osadzonymi soczewkami, stosując jako warstwę wrażliwą na promieniowanie charakteryzujący się zmianą faz stop z 50% atomów srebra i 50% atomów cynku (Ag50Zn50) oraz dostrojony dwuwarstwowy stos złożony z chromu i dwutlenku krzemu. Podlegaj ą cy zmianie fazy stop nie ulegał oderwaniu pod wpł ywem działającego promieniowania, natomiast dostrojona warstwa podwójna zwiększa reflektancję widmową

PL 210 068 B1 w niebieskiej części widma widzialnego promieniowania elektromagnetycznego. Warstwa wrażliwa na promieniowanie była osadzona na warstwie dystansowej zamkniętej folii soczewkowej podobnie do procedury używanej do osadzania cienkich warstw wielowarstwowego stosu na podstawowym arkuszu mikrosoczewkowym w przykładzie 5. Najpierw warstwy chromu i dwutlenku krzemu osadzano próżniowo na polimerowej warstwie dystansowej do grubości odpowiednio 40 nm i 260 nm. Następnie na warstwę dwutlenku krzemu napylano mającą grubość 80 nm warstwę stopu Ag50Zn50. Próbki następnie laminowano i ściągano osłonę, żeby odsłonić przezroczystą część folii mikrosoczewkowej.

Folia taka, widziana w świetle otoczenia (odbitym), miała wygląd fioletowo-niebieski. Do utworzenia obrazu we wrażliwej na promieniowanie warstwie Ag50Zn50 użyto ciągu optycznego podobnego jak w przykładzie 1. Zamiast lasera przełączanego ładunkowo, jako źródła energii, użyto lasera Nd:YAG o fali ciągłej, pracującego na długości fali 1,06 μm. Szerokość impulsu była kontrolowana przez zastosowanie modulatora akustyczno-optycznego w ciągu optycznym. Wiązka dyfrakcyjna pierwszego rzędu była wysyłana poprzez ciąg optyczny typu pokazanego na fig. 14. Próbki folii soczewkowej przymocowano do podestu XYZ. Moc lasera na modulatorze akustyczno-optycznym wyregulowano tak, ażeby uzyskać 810 mW na materiale mikrosoczewkowym. Modulator akustycznooptyczny ustawiono tak, żeby osiągnąć częstotliwość impulsów 20 Hz przy czasie trwania impulsów 100 mikrosekund. Skupiającą soczewkę asferyczną, taką jak opisana w przykładzie 1, umieszczono 12 mm nad powierzchnią mikrosoczewkowego materiału. Obraz kopiowano za pomocą podestu XYZ w trakcie naświetlania promieniowaniem laserowym warstwy wrażliwej na promieniowanie.

Przy obserwowaniu folii w świetle otoczenia obszary obrazu miały barwę jasnoniebieską i unosiły się około 12 mm nad folią mikrosoczewkową.

P r z y k ł a d 8.

W tym przykładzie, jako folię mokrosoczewkową wykorzystano kopiowaną strukturę soczewkową z miedzianą warstwą wrażliwą na promieniowanie. Jako folię mokrosoczewkową zastosowano powielaną folię typu opisanego w patencie USA nr 5.254.390. Wrażliwa na promieniowanie warstwa miedzi była naparowana próżniowo na płaską powierzchnię folii do grubości 80 nm. Mikropowielany materiał mikrosoczewkowy naświetlano promieniowaniem laserowym z ciągu optycznego opisanego w przykładzie 1. Końcowa soczewka asferyczna była umieszczona z ogniskiem oddalonym 6,5 mm od powierzchni materiału mikrosoczewkowego. Moc wyjściową lasera ustawiono tak, żeby uzyskać w przybliżeniu gęstość energii optycznej 7 mJ/cm² na powierzchni folii. Laser ustawiono na pracę impulsową z częstotliwością 10 Hz, podczas gdy podest XYZ poruszał się z prędkością 50,8 cm/min. Powyżej próbki skopiowano obraz sfery (okrąg z czterema wpisanymi łukami).

Przy obserwowaniu folii w świetle otoczenia można było zobaczyć białawy obraz unoszącej się sfery na tle miedzianej barwy warstwy wrażliwej na promieniowanie. Ten rzeczywisty obraz cząstkowy wydawał się unosić się około 6 mm nad folią.

P r z y k ł a d 9.

Przykład ten opisuje połączenie płaskiego rzeczywistego obrazu cząstkowego z rzeczywistym obrazem cząstkowym, który sprawia wrażenie unoszenia się pod folią. W naświetlonej folii mikrosoczewkowej z mającą grubość 80 nm, wrażliwą na promieniowanie warstwą aluminium wytworzono obraz wykorzystując konfigurację optyczną opisaną w przykładzie 1. Soczewkę asferyczną umieszczono prawie w styku z folią mikrosoczewkową, a moc wyjściową lasera ustawiono tak, żeby uzyskać gęstość energii optycznej 4 mJ/cm² przy powierzchni próbki. Sterownik zaprogramowano na kopiowanie alfanumerycznych znaków SAMPLE. Na wierzchu otwartej folii umieszczono pochłaniający szablon. Szablon ten wykonano przez drukowanie rzędów alfanumerycznych znaków 3M na przezroczystych arkuszach za pomocą konwencjonalnej fotokopiarki. Alfanumeryczne znaki pochłaniały promieniowanie, podczas gdy otaczające obszary przepuszczały promieniowanie laserowe. Naświetlana folia soczewkowa z takim szablonem absorpcyjnym umieszczono tak, żeby znaki SAMPLE zostały utworzone nad miejscem usytuowania szablonu.

Przy obserwacji w świetle otoczenia znaki SAMPLE sprawiały wrażenie unoszenia się około 39 mm pod folią, podczas gdy nienaświetlone znaki 3M wydawały się istnieć w płaszczyźnie folii. Te znaki 3M były widoczne tylko na ciemnym tle znaków SAMPLE.

P r z y k ł a d 10.

Przykład ten opisuje folię z kompleksowym obrazem trójwymiarowym. W tym przykładzie, użyto folii z osadzonymi mikrosoczewkami z mającą grubość 80 nm warstwą wrażliwą na promieniowanie z aluminium. Zastosowano ciąg optyczny użyty w przykładzie 1. Folię mokrosoczewkową przymocowano do płaszczyzny XY przesuwnego podestu XYZ, natomiast soczewkę asferyczną przymocowano

PL 210 068 B1 do osi Z. Soczewka asferyczna miała liczbową rozwartość optyczną 0,64 i długość ogniskowej 39 mm. Sterownik zaprogramowano na kopiowanie zarysu izometrycznego sześcianu o długości przekątnych sześcianu 5 cm (odległość pomiędzy dwoma przeciwległymi narożnikami sześcianu). Względne położenie i orientacja sześcianu, zaprogramowane przez sterownik, umieściły jeden koniec rzeczywistego obrazu cząstkowego sześcianu w przybliżeniu 5 mm nad powierzchnią folii, a drugi koniec rzeczywistego obrazu cząstkowego sześcianu 5,5 cm nad tą powierzchnią. Obraz sześcianu ustawiono tak, ażeby jeden narożnik sześcianu znalazł się najbliżej obserwatora.

Podczas kopiowania izometrycznego sześcianu wartość energii w jednym impulsie lasera sterowano tak, żeby uzyskać stałą gęstość energii 8 mJ/cm² przy powierzchni próbki niezależnie od odległości pomiędzy soczewką rozpraszającą a folią. Laser pracował z częstotliwością 10 Hz, a podesty X, Y i Z przemieszczały się z prędkością 50,8 cm/min. Obraz izometrycznego sześcianu kopiowany był w sposób ciągły w przestrzeni nad folią mikrosoczewkową przez sterownik.

Przy obserwowaniu w świetle otoczenia rzeczywistego obraz cząstkowy izometrycznego sześcianu miał ciemnoszary wygląd na tle jasnoszarym i unosił się w odległości, pomiędzy 5 mm a 5,5 cm nad powierzchnią. Ponadto, gdy obserwator zmieniał swą perspektywę widzenia, sześcian izometryczny wydawał się obracać w przestrzeni nad folią mikrosoczewkową, pokazując boki sześcianu, które były poprzednio zasłonięte przy innych kątach widzenia.

P r z y k ł a d 11.

Przykład ten opisuje unoszący się obraz, który może znikać. To znaczy, przez zmianę kąta widzenia można spowodować, że rzeczywisty obraz cząstkowy zniknie z pola widzenia lub ponownie ukaże się. Użyto folii z osadzonymi soczewkami z aluminiową warstwą wrażliwą na promieniowanie o grubości 80 nm. W celu tworzenia obrazów użyto optycznego ciągu podobnego do użytego w przykładzie 1, a odległość asferycznej soczewki od folii wyregulowano tak, ażeby ognisko było usytuowane 1 cm nad folią mikrosoczewkową. Sterownik zaprogramowano na tworzenie wzoru kuli (okrąg z czterema wpisanymi łukami), a moc wyjściową lasera wyregulowano tak, żeby uzyskać gęstość energii optycznej 8 mJ/cm² na powierzchni próbki. Na samej próbce kwadrat z półprzezroczystej taśmy przymocowano do powierzchni folii z osadzonymi soczewkami. Ten kwadrat taśmy umieszczono tak, że podczas tworzenia obrazu kuli część obszaru obrazu tworzonego przez laser pokrywałaby sekcję przykrytą przeświecającą taśmą.

Gdy folię z wytworzonym obrazem obserwowano w świetle otoczenia, unoszący się wzór kuli był widoczny jako ciemnoszary obraz na jasnoszarym tle unoszący się 1 cm nad folią. Przy zmianie kąta widzenia kula poruszała się do lub z obszaru zasłoniętego przeświecającą taśmą. Kiedy kula przemieszczała się do wyposażonego w szablon obszaru, wówczas część kuli w tym obszarze znikała. Kiedy kula przemieszczała się z wyposażonego w szablon obszaru, wówczas ta część kuli w tym obszarze z powrotem pojawia się. Rzeczywisty obraz cząstkowy nie zanikał stopniowo przy wchodzeniu w wyposażony w szablon obszar, ale raczej całkowicie znikał dokładnie wtedy, gdy wchodził w ten obszar.

Folia wyposażona w rzeczywiste obrazy cząstkowe według wynalazku jest charakterystyczna i niemożliwe jest skopiowanie jej za pomocą zwykłych urządzeń. Rzeczywiste obrazy cząstkowe mogą być tworzone w folii, która jest specjalnie przewidziana do zastosowań takich, jak paszporty, oznaki identyfikacyjne, grafiki identyfikacyjne i karty uczestnictwa. Dokumenty wymagające sprawdzenia mogą mieć te obrazy wykonane na laminowanej folii w celu identyfikacji, sprawdzenia autentyczności i uwydatnienia. Można stosować konwencjonalne środki spajania, takie jak laminowanie z zastosowaniem kleju lub bez. Dostarczyciele wartościowych przedmiotów, takich jak zapakowane wyroby elektroniczne, płyty kompaktowe, prawa jazdy, dokumenty upoważniające, paszporty lub produkty markowe, mogą po prostu nakładać wielowarstwową folię według wynalazku na swoje wyroby i zalecać swoim klientom akceptowanie jako autentycznych tylko przedmiotów wartościowych tak oznakowanych. W przypadku wyrobów wymagających takiej ochrony ich wygląd można uwydatnić przez zastosowanie folii zawierającej rzeczywiste obrazy cząstkowe w ich konstrukcji lub przez przyklejenie takiej folii do tych wyrobów. Rzeczywiste obrazy cząstkowe można wykorzystywać jako materiały ekspozycyjne do reklamowania, na tablice rejestracyjne i do wielu innych zastosowań, w których pożądane jest wizualne pokazanie unikalnego obrazu. Reklama lub informacje na dużych obiektach, takich jak znaki, tablice ogłoszeniowo-reklamowe czy naczepy, mogłyby przyciągać zwiększoną uwagę, gdy rzeczywiste obrazy cząstkowe byłyby częścią projektu.

Folia z rzeczywistymi obrazami cząstkowymi posiada bardzo imponujący efekt wizualny, czy to w świetle otoczenia, czy w przepuszczonym świetle, czy też w świetle odbitym w przypadku folii retroodblaskowej. Ten wizualny efekt może być zastosowany jako dekoracja do uwydatnienia wyglądu

PL 210 068 B1 wyrobów, do których folia wyposażona w obraz jest przymocowana. Taki dodatek mógłby przekazywać wzmożone poczucie mody lub stylu i mógłby przedstawiać logo projektanta lub znak firmowy w bardzo radykalny sposób. Przewidziane zastosowania folii do dekoracji zawierają aplikacje do odzieży, takie jak odzież na co dzień, odzież sportowa, odzież projektancka, odzież zewnętrzna, obuwie, nakrycia, kapelusze, rękawiczki i podobne. Podobnie, akcesoria mody mogłyby wykorzystywać folię wyposażoną w obraz do dekoracji, wyglądu lub identyfikacji znaku firmowego. Takie akcesoria mogłyby zawierać torebki, portfele, aktówki, plecaki, pakiety paradne, futerały na komputery, na bagaż, na komputery podręczne i podobne. Dodatkowo dekoracyjne zastosowania folii wyposażonej w obraz mogłyby być rozszerzone do rozmaitych obiektów, które są zwykle ozdobione dekoracyjnym obrazem, znakiem firmowym czy logo. Przykłady obejmują książki, urządzenia, elektronikę, sprzęt, pojazdy, wyposażenie sportowe, obiekty zbierane hobbistycznie, dzieła sztuki i podobne.

Gdy dekoracyjna folia wyposażona w obraz jest retro-odblaskowa, to świadomość mody lub znaku firmowego może być połączona z bezpieczeństwem i ochroną osobistą. Retro-odblaskowe dodatki do odzieży i akcesoriów są dobrze znane i wzmacniają widoczność i wyróżnianie się tego kto je nosi w warunkach słabego oświetlenia. Gdy takie retro-odblaskowe dodatki obejmują folię wyposażoną w obraz, a imponujący efekt wizualny może być osiągnięty w świetle otaczającym, przepuszczanym, czy też w świetle odbitym. Przewidziane aplikacje w obszarze odzieży i akcesoriów ochronnych i zachowujących bezpieczeństwo obejmuje zawodową odzież ochronną taką, jak kamizelki, mundury, odzież strażacka, obuwie, pasy i hełmy ochronne; sportowe wyposażenie i ubranie takie, jak sprzęt biegowy, obuwie, kurtki ratownicze, kaski ochronne i stroje; odzież ochronna dla dzieci; i podobne.

Przymocowanie folii wyposażonej w obraz do wyżej wymienionych artykułów może być wykonane za pomocą dobrze znanych technik, jak podano w amerykańskich patentach o numerach 5,691,846 (Benson, Jr. i inni), 5,738,746 (Billingsley i inni), 5,770,124 (Marecki i inni) i 5,837,347 (Marecki) wybór której zależy od natury materiału podłoża. W przypadku podłoża z tkaniny, folia mogłaby być wykrojona lub wycięta i przymocowana za pomocą szycia, topliwego kleju, mechanicznych mocowań, zgrzewania z częstotliwością radiową albo zgrzewania ultradźwiękowego. W przypadku twardych towarów, korzystną techniką może być klejenie klejem przylepcowym.

W niektórych przypadkach, obraz może najlepiej być utworzony po przymocowaniu folii do podłoża lub towaru. Mogłoby to być szczególnie korzystne, gdy wymagany jest obraz na zamówienie lub niepowtarzalny. Na przykład, materiały ilustracyjne, rysunki, abstrakcyjne projekty, fotografie lub podobne mogłyby być wygenerowane przez komputer lub cyfrowo przeniesione do komputera i odtworzone na folii, przy czym folia niewyposażona w obraz wcześniej jest przymocowana do podłoża lub towaru. Następnie komputer mógłby kierować wyposażeniem generującym obraz, jak opisano powyżej. Na tej samej folii można wykonać wiele rzeczywistych obrazów cząstkowych, przy czym te rzeczywiste obrazy cząstkowe mogą być takie same lub różne. Rzeczywiste obrazy cząstkowe można również wykorzystywać wraz z innymi konwencjonalnymi obrazami, takimi jak obrazy drukowane, hologramy, izogramy, siatki dyfrakcyjne, kinegramy, fotografie itp. Obraz może być utworzony w folii przed lub po przymocowaniu folii do jakiegoś wyrobu czy obiektu.

Dla fachowców oczywiste będą różne modyfikacje i kombinacje opisanych tu przykładów wykonania, które są objęte zakresem wynalazku zdefiniowanym w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Claims

1. Folia zawierająca przynajmniej jedną warstwę mikrosoczewek posiadającą strony pierwszą i drugą, oraz warstwę materiału przylegającą do pierwszej strony warstwy mikrosoczewek, znamienna tym, że w materiale (26) przylegającym do pierwszej strony warstwy mikrosoczewek (22) jest wytworzony jeden lub więcej rzeczywistych cząstkowych obrazów optycznych przedmiotu, przy czym każdy rzeczywisty obraz cząstkowy jest powiązany z jedną z wielu mikrosoczewek (22), oraz każda mikrosoczewka (22) posiada powierzchnię załamującą, służącą do wytworzenia rzeczywistego obrazu cząstkowego lub do wytworzenia obrazu wtórnego poprzez oświetlenie rzeczywistego obrazu cząstkowego.

2. Folia według zastrz. 1, znamienna tym, że z co najmniej jedną z wielu mikrosoczewek (22) powiązane są dwa lub więcej rzeczywiste obrazy cząstkowe.

3. Folia według zastrz. 1, znamienna tym, że materiał (26) jest materiałem wrażliwym na promieniowanie.

PL 210 068 B1

4. Zastosowanie folii według zastrz. 1 do zabezpieczenia przed podrabianiem paszportów i innych dokumentów tożsamości, banknotów, formatek identyfikujących produkt.

5. Zastosowanie folii według zastrz. 1 do przedstawienia znaku towarowego.

6. Zastosowanie folii według zastrz. 1 do emblematów identyfikujących pojazdy policyjne, straży pożarnej, innych służb ratowniczych.

7. Zastosowanie folii według zastrz. 1 na znakach drogowych, na tablicach rejestracyjnych pojazdów, w wyświetlaczach wskaźników samochodowych, motoryzacyjnych tablicach rozdzielczych.

8. Zastosowanie folii według zastrz. 1 jako odzieżowe akcesoria dekoracyjne.

9. Zastosowanie folii według zastrz. 1 do wykonania elementów odblaskowych na odzieży ochronnej.

10. Zastosowanie folii według zastrz. 1 na wizytówkach, przywieszanych etykietkach, wyrobach artystycznych i produktach butelkowanych.