本申請(qǐng)要求2014年3月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/971,240的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)被通過(guò)引用而在其整體上合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及產(chǎn)生類似閃爍的光學(xué)效果的光學(xué)設(shè)備，并且更特別地涉及采用被定向性地固化的圖像圖標(biāo)的光學(xué)設(shè)備。

背景技術(shù)：

投影合成圖像的微光學(xué)膜材料一般包括：微尺寸圖像圖標(biāo)布置；聚焦元件（例如微透鏡、微反射器）布置；以及可選地，光透射聚合物襯底。圖像圖標(biāo)布置和聚焦元件布置被配置為如下這樣：當(dāng)使用聚焦元件布置觀看圖像圖標(biāo)布置時(shí)，一個(gè)或多個(gè)合成圖像被投影。所投影的圖像可以示出許多種不同的光學(xué)效果。

這些微光學(xué)膜材料可以被用作為用于鑒定紙幣、安全文檔和產(chǎn)品的安全性設(shè)備。對(duì)于紙幣和安全文檔而言，這些材料被典型地以條帶、片塊或線的形式使用，并且可以被部分地嵌入在紙幣或文檔內(nèi)，或被應(yīng)用于其表面。對(duì)于護(hù)照或其它標(biāo)識(shí)（ID）文檔而言，這些材料可以被用作為完整的迭層或被鑲嵌在其表面中。對(duì)于產(chǎn)品包裝而言，這些材料被典型地以標(biāo)簽、印章或帶的形式使用并且被應(yīng)用于產(chǎn)品包裝的表面。

微光學(xué)膜材料的示例被描述并且示出于美國(guó)專利No. 7,733,268和No. 7,468,842中。這些引文皆描述用以形成圖像圖標(biāo)的微結(jié)構(gòu)方法，其中單獨(dú)地或組合地由微結(jié)構(gòu)中的空位或由實(shí)心區(qū)域來(lái)形成圖像圖標(biāo)?？瘴豢蛇x地被利用如下來(lái)填充或涂敷：與周圍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、金屬或著色材料。這樣的方法具有幾乎不受限制的空間分辨率的益處。

制造這些微光學(xué)膜材料的示例性方法是：在被抵靠基膜（諸如75 規(guī)厚（gage）的粘接提升的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜）澆筑的輻射固化的液體聚合物中形成圖標(biāo)作為空位，然后關(guān)于圖標(biāo)以正確的對(duì)準(zhǔn)或偏斜在基膜的相對(duì)面上由輻射固化的聚合物來(lái)形成透鏡，然后通過(guò)抵靠膜表面進(jìn)行類似凹版印刷的刮刀涂布來(lái)利用亞微米顆粒著色的上色材料填充圖標(biāo)空位，通過(guò)合適的手段（例如溶劑移除、輻射固化或化學(xué)反應(yīng)）固化填充，并且最終應(yīng)用可以是清澈的或染制的或著色的可選密封層，或者合并隱秘安全性材料。在此，用于固化填充的手段是非定向性的，并且被直接應(yīng)用于圖像圖標(biāo)層并且不通過(guò)透鏡。這樣的被非定向性地固化的圖標(biāo)的合成圖像在寬范圍的角度上是可見(jiàn)的。

圖標(biāo)空位可以包括多個(gè)圖標(biāo)填充材料。例如，在US 7,468,842的49欄36-63行中，圖標(biāo)空位被利用第一圖標(biāo)填充材料進(jìn)行底部填充，并且可選地被穩(wěn)定化（例如，通過(guò)輻射固化）。然后可選地利用第二圖標(biāo)填充材料填充圖標(biāo)空位。在該示例中，通過(guò)非定向性的技術(shù)（諸如被直接應(yīng)用于圖標(biāo)填充材料并且不通過(guò)透鏡的非定向性的固化）來(lái)對(duì)圖標(biāo)填充材料進(jìn)行穩(wěn)定化。

從美國(guó)專利No. 7,738,175得知微光學(xué)膜材料的另一示例。該引文公開(kāi)了產(chǎn)生類似閃爍的光學(xué)效果的合成微光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)產(chǎn)生由圖像圖標(biāo)的陣列或圖案和聚焦元件的陣列形成的平面內(nèi)圖像。在此，平面內(nèi)圖像被定義為如下的圖像：其具有在視覺(jué)上實(shí)質(zhì)上位于襯底（平面內(nèi)圖像被承載在該襯底上或被承載在該襯底中）的平面中的某種視覺(jué)邊界、圖案或結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)還產(chǎn)生至少一個(gè)平面外合成圖像，（多個(gè)）平面外合成圖像進(jìn)行操作以調(diào)制或控制平面內(nèi)合成圖像的外觀的范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，平面外合成圖像用來(lái)控制平面內(nèi)圖像的視場(chǎng)，并且因此用來(lái)調(diào)制或控制平面內(nèi)圖像的外觀的范圍。在此，取決于系統(tǒng)的觀看角度，平面內(nèi)圖像的外觀在視覺(jué)上顯現(xiàn)以及消失或者開(kāi)啟以及關(guān)閉。

通過(guò)本發(fā)明的方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，使用準(zhǔn)直光通過(guò)透鏡層定向性地固化這些膜材料的圖像圖標(biāo)層極大地增加由這些材料展示的光學(xué)效果的范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明因此提供一種產(chǎn)生類似閃爍的光學(xué)效果的光學(xué)設(shè)備，其中，所述光學(xué)設(shè)備包括：至少一個(gè)圖像圖標(biāo)布置，其由一個(gè)或多個(gè)固化的著色材料形成；以及至少一個(gè)可選地嵌入的聚焦元件布置，其被定位為形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置的至少一部分的一個(gè)或多個(gè)合成圖像，其中，以相對(duì)于光學(xué)設(shè)備的表面的一個(gè)或多個(gè)角度（在下文中，“（多個(gè)）固化角度”）使用被引導(dǎo)通過(guò)聚焦元件的準(zhǔn)直光來(lái)固化（多個(gè)）著色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的圖像圖標(biāo)，其中，隨著所述設(shè)備的觀看角度移動(dòng)通過(guò)（多個(gè)）固化角度，被定向性地固化的圖像圖標(biāo)的（多個(gè)）合成圖像在（多個(gè)）固化角度下是可見(jiàn)的并且因此在視覺(jué)上顯現(xiàn)并且消失或者開(kāi)啟并且關(guān)閉。

如在此所使用的術(shù)語(yǔ)“著色材料”意圖表示能夠?qū)D像圖標(biāo)以及通過(guò)準(zhǔn)直光可固化的創(chuàng)新的設(shè)備的（多個(gè)）合成圖像賦予色彩的任何材料。在一個(gè)想見(jiàn)的實(shí)施例中，著色材料是可固化的色料分散物（即可固化的介質(zhì)或載體中的色料顆粒）。

如以下將更詳細(xì)地解釋的那樣，當(dāng)設(shè)備被關(guān)于實(shí)質(zhì)上與設(shè)備的平面平行的軸傾斜時(shí)，由創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備投影的（多個(gè)）合成圖像可以展現(xiàn)許多獨(dú)特的視覺(jué)效果。例如，（多個(gè)）合成圖像可以示出正交視差移動(dòng)（OPM）（即，當(dāng)設(shè)備被傾斜時(shí)，圖像在顯現(xiàn)為與由正常視差所預(yù)期的方向垂直的傾斜方向上移動(dòng)）。與產(chǎn)生類似閃爍的光學(xué)效果的上面描述的現(xiàn)有技術(shù)微光學(xué)系統(tǒng)不同，由本發(fā)明投影的（多個(gè)）圖像不一定是在視覺(jué)上實(shí)質(zhì)上位于設(shè)備的平面中的圖像，而是還可以顯現(xiàn)為停留在視覺(jué)上比設(shè)備的厚度更深的空間平面上或者可以顯現(xiàn)為停留在設(shè)備的表面之上一定距離處的空間平面上。（多個(gè)）圖像也可以隨著設(shè)備被旋轉(zhuǎn)通過(guò)給定的角度（例如90度）而顯現(xiàn)為從設(shè)備之上的位置振蕩到設(shè)備之下的位置（或者反之亦然），然后隨著設(shè)備被按相同的量進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)而返回其初始位置。

可以在創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備的表面上或表面內(nèi)以柱狀物的形式或者以空位或凹陷的形式制成使用一個(gè)或多個(gè)固化的著色材料準(zhǔn)備的創(chuàng)新的設(shè)備的圖像圖標(biāo)。可以由（多個(gè)）著色材料形成柱狀物，或者可以利用（多個(gè)）著色材料涂敷或是部分地或完全地填充柱狀物周圍的區(qū)域或者空位或凹陷。圖標(biāo)的尺寸、形式和形狀不受限制。實(shí)際上，想見(jiàn)如下的實(shí)施例：其中兩種或更多種類型的圖像圖標(biāo)（例如微米尺寸和納米尺寸的圖像圖標(biāo)）在創(chuàng)新的設(shè)備內(nèi)的圖像圖標(biāo)的一個(gè)布置或?qū)觾?nèi)彼此配準(zhǔn)。

在一個(gè)示例性實(shí)施例中，由一個(gè)固化的著色材料形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)，以給定的角度使用準(zhǔn)直光固化所述著色材料。在該實(shí)施例中，（多個(gè)）合成圖像在固化角度下是可見(jiàn)的。換言之，隨著設(shè)備的觀看角度移動(dòng)通過(guò)固化角度，所投影的（多個(gè)）合成圖像閃爍或開(kāi)啟并且關(guān)閉。

可以通過(guò)利用準(zhǔn)直光固化每個(gè)材料或通過(guò)利用準(zhǔn)直光固化一個(gè)材料并且利用另一用于固化的手段（例如非定向性的輻射固化、化學(xué)反應(yīng)）固化另一材料來(lái)準(zhǔn)備由兩個(gè)或更多個(gè)著色材料形成的圖像圖標(biāo)。由被定向性地固化的著色材料形成的合成圖像將在（多個(gè)）固化角度下是可見(jiàn)的，而由被非定向性地固化的著色材料形成的合成圖像將在寬范圍的角度上是可見(jiàn)的。注意的是，在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置可以還包括現(xiàn)有技術(shù)圖像圖標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)圖像圖標(biāo)是在它們的整體上由被非定向性地固化的著色材料形成的。

在一個(gè)這樣的示例性實(shí)施例中，由每一個(gè)具有不同的色彩的兩個(gè)固化的著色材料形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)。每個(gè)著色材料是以與用于固化其它著色材料的角度不同的通過(guò)聚焦元件的角度使用準(zhǔn)直光來(lái)固化的。在該示例性實(shí)施例中光學(xué)設(shè)備將投影在第一固化角度下可見(jiàn)的第一色彩的（多個(gè)）合成圖像以及在第二固化角度下可見(jiàn)的第二色彩的（多個(gè)）合成圖像。

可以通過(guò)如下來(lái)產(chǎn)生該示例性實(shí)施例：使用準(zhǔn)直光從一個(gè)角度固化上色的著色材料，把未被固化的著色材料從設(shè)備清洗掉，并且然后添加第二上色的著色材料并且固化它。如將容易地領(lǐng)會(huì)的那樣，可以以該方式添加大量的上色的著色材料。

在另一個(gè)這樣的示例性實(shí)施例中，由一個(gè)固化的熒光著色材料以及由一個(gè)固化的非熒光著色材料來(lái)形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)。如將容易地領(lǐng)會(huì)的那樣，僅在給定的角度可檢測(cè)而在另外的給定的角度不可檢測(cè)的熒光特征可以充當(dāng)有效的機(jī)器可讀鑒定特征。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備被與具有一個(gè)或多個(gè)安全性打印特征（例如文本、照片）的ID卡一起使用。（多個(gè)）安全性打印特征在選擇觀看角度下將是看得見(jiàn)的，而由創(chuàng)新的設(shè)備投影的（多個(gè)）合成圖像在其它選擇觀看角度下將是看得見(jiàn)的。以此方式，（多個(gè)）合成圖像將不會(huì)模糊或削弱（多個(gè)）安全性打印特征。

在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備是激光標(biāo)記的光學(xué)設(shè)備，其基本上包括如上面描述的光學(xué)設(shè)備（例如光學(xué)膜材料）以及可選地位于所述光學(xué)設(shè)備之上和/或之下的一個(gè)或多個(gè)層，其中，所述光學(xué)設(shè)備的至少一個(gè)布置或?qū)踊蛘咴谒龉鈱W(xué)設(shè)備之上或之下的至少一個(gè)層是激光可標(biāo)記的布置或?qū)?，并且其中，所述激光可?biāo)記的（多個(gè)）布置或（多個(gè)）層在其上具有一個(gè)或多個(gè)激光標(biāo)記的靜態(tài)二維（2D）圖像。

本發(fā)明進(jìn)一步提供片材材料和基底平臺(tái)以及由這些材料制成的文檔，片材材料和基底平臺(tái)由創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備制成或者采用創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備。如在此使用的術(shù)語(yǔ)“文檔”指明具有金融價(jià)值的任何種類的文檔（諸如紙幣或貨幣、債券、支票、旅行支票、樂(lè)透彩票、郵票、股票證書(shū)和契約等）或身份文檔（諸如護(hù)照、ID卡和駕駛證等）或非安全文檔（諸如標(biāo)簽）。創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備還被想見(jiàn)用于與消費(fèi)者貨物以及與消費(fèi)者貨物一起使用的包裹或包裝一起使用。

在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，光學(xué)設(shè)備采用嵌入在聚合物ID卡中的片塊的形式。

根據(jù)以下的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。除非另外限定，在此使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與由本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同的意義。在此提到的所有公開(kāi)物、專利申請(qǐng)、專利和其它引文被通過(guò)引用而在它們的整體上合并于此。在沖突的情況下，包括定義的本說(shuō)明書(shū)將進(jìn)行支配。此外，材料、方法和示例僅為說(shuō)明性的并且不意圖進(jìn)行限制。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照隨附附圖圖解所公開(kāi)的發(fā)明的特定特征，在附圖中：

圖1-圖6描繪用于形成本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖像圖標(biāo)布置或?qū)拥姆椒ā?/p>

圖1是在任何著色材料已經(jīng)被合并到其中之前的光學(xué)設(shè)備的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖2是圖1中示出的光學(xué)設(shè)備，其中，圖像圖標(biāo)層中的空位被示出為填充有第一著色材料，并且采用平行光線的形式的入射光被示出為正交于聚焦元件布置的表面地照射在聚焦元件布置上。

圖3是圖2中示出的光學(xué)設(shè)備，其中，已經(jīng)從圖像圖標(biāo)層移除未被固化的第一著色材料，僅留下固化的第一著色材料以及初始的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)；

圖4是圖3中示出的光學(xué)設(shè)備，其中，重新創(chuàng)建的空位被示出為填充有第二著色材料，并且準(zhǔn)直光被示出為以不同的固化角度照射在聚焦元件布置上；

圖5是圖4中示出的光學(xué)設(shè)備，其中，已經(jīng)從圖像圖標(biāo)層移除未被固化的第二著色材料，留下固化的第一著色材料和第二著色材料以及初始的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)；以及

圖6是圖5中示出的光學(xué)設(shè)備，其中重新創(chuàng)建的空位被示出為填充有第三著色材料，并且非準(zhǔn)直（散射）光被示出為照射在聚焦元件布置上。

圖7是根據(jù)圖1-圖6中描繪的方法準(zhǔn)備的本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備的示例性實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。設(shè)備具有三個(gè)不同的填充材料，其中的兩個(gè)是被定向性地固化的；

圖8是圖7中示出的光學(xué)設(shè)備，示出觀察者從第一固化角度觀看設(shè)備；

圖9是圖7中示出的光學(xué)設(shè)備，示出觀察者從第二固化角度觀看設(shè)備；以及

圖10是圖7中示出的光學(xué)設(shè)備，示出觀察者從第三固化角度觀看設(shè)備。

具體實(shí)施方式

通過(guò)本發(fā)明的方式，產(chǎn)生當(dāng)從不同的觀看角度觀看時(shí)可選地改變色彩的類似閃爍的光學(xué)效果，其不一定位于光學(xué)設(shè)備的平面中。創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備可以與激光雕刻結(jié)合使用，在至少一個(gè)實(shí)施例中允許通過(guò)光學(xué)設(shè)備的高級(jí)激光雕刻。

如上面表明的那樣，本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備包括：至少一個(gè)圖像圖標(biāo)布置，其由一個(gè)或多個(gè)固化的著色材料形成；以及至少一個(gè)可選地嵌入的聚焦元件布置，其被定位以形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置的至少一部分的一個(gè)或多個(gè)合成圖像，其中，以相對(duì)于光學(xué)設(shè)備的表面的一個(gè)或多個(gè)角度（（多個(gè)）固化角度）使用被引導(dǎo)通過(guò)聚焦元件的準(zhǔn)直光來(lái)固化（多個(gè)）著色材料中的一些或全部以形成被定向性地固化的圖像圖標(biāo)，其中，隨著所述設(shè)備的觀看角度移動(dòng)通過(guò)（多個(gè)）固化角度，被定向性地固化的圖像圖標(biāo)的（多個(gè)）合成圖像在（多個(gè)）固化角度下是可見(jiàn)的并且因此在視覺(jué)上顯現(xiàn)并且消失或者開(kāi)啟并且關(guān)閉。

（多個(gè)）合成圖像當(dāng)在（多個(gè)）固化角度下觀看時(shí)無(wú)論是在反射光還是在透射光中都可以展現(xiàn)以下的光學(xué)效果中的一個(gè)或多個(gè)：

i.示出正交視差移動(dòng)；

ii.顯現(xiàn)為停留在比光學(xué)設(shè)備的厚度更深的空間平面上；

iii.顯現(xiàn)為停留在光學(xué)設(shè)備的表面之上的空間平面上；

iv.隨著設(shè)備被角向地旋轉(zhuǎn)，在比光學(xué)設(shè)備的厚度更深的空間平面與光學(xué)設(shè)備的表面之上的空間平面之間振蕩；

v.展示復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)、圖案、移動(dòng)或動(dòng)畫(huà)；和/或

vi.具有顯現(xiàn)或消失的平面內(nèi)圖像，保持靜態(tài)但是具有貫穿地移動(dòng)的動(dòng)態(tài)色彩帶，或者被利用貫穿地移動(dòng)的動(dòng)態(tài)色彩帶動(dòng)畫(huà)化。

如在Steenblik等人的PCT/US2004/039315中描述的那樣，圖像的放大率或合成放大率的量值以及上面表明的視覺(jué)效果取決于聚焦元件（例如透鏡）的布置（例如陣列）與圖像圖標(biāo)之間的“偏斜”的程度、兩個(gè)陣列的相對(duì)尺度（scale）以及聚焦元件或透鏡的f數(shù)，其中f數(shù)定義為通過(guò)將透鏡的焦距（f）除以透鏡的有效最大直徑（D）而獲得的商。

還如在Steenblik等人的PCT/US2004/039315中描述的那樣，正交視差效果得自于當(dāng)聚焦元件的對(duì)稱軸和圖像圖標(biāo)的對(duì)稱軸失準(zhǔn)時(shí)實(shí)質(zhì)上等于1.0000的“尺度比率”（即圖像圖標(biāo)的重復(fù)周期對(duì)于聚焦元件或透鏡的重復(fù)周期的比率）。停留在比創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備的厚度更深的空間平面上的外觀得自于當(dāng)聚焦元件的對(duì)稱軸和圖像圖標(biāo)的對(duì)稱軸實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)時(shí)小于1.0000的“尺度比率”，而停留在創(chuàng)新的設(shè)備的表面之上的空間平面的外觀得自于當(dāng)聚焦元件的對(duì)稱軸和圖像圖標(biāo)的對(duì)稱軸實(shí)質(zhì)上對(duì)準(zhǔn)時(shí)大于1.0000的“尺度比率”。隨著設(shè)備被角向地旋轉(zhuǎn)在比光學(xué)設(shè)備的厚度更深的空間平面與光學(xué)設(shè)備的表面之上的空間平面之間的振蕩的外觀得自于尺度比率的軸向不對(duì)稱值（例如X方向上的0.995以及Y方向上的1.005）。

可以在創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備的表面上或表面內(nèi)以柱狀物的形式或者以空位或凹陷的形式制成使用一個(gè)或多個(gè)固化的著色材料準(zhǔn)備的在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的圖像圖標(biāo)?？梢杂桑ǘ鄠€(gè)）固化的著色材料準(zhǔn)備柱狀物，或者可以利用（多個(gè)）著色材料涂敷或是部分地或完全地填充柱狀物周圍的區(qū)域或者空位或凹陷。當(dāng)圖標(biāo)的尺寸、形式和形狀不受限制時(shí)，這些凸起的或凹陷的圖標(biāo)可以假設(shè)例如可以在視覺(jué)上被檢測(cè)并且可能地被機(jī)器檢測(cè)或機(jī)器讀取的正的或負(fù)的符號(hào)、字母和/或數(shù)字的形式或形狀。它們也可以構(gòu)成給出三維效果的淺浮雕結(jié)構(gòu)或者由可以采取線、點(diǎn)、漩渦或它們的組合的形式的多個(gè)間隔開(kāi)的凸起的或凹陷的圖標(biāo)形成的復(fù)合的或類似馬賽克的圖像。在一個(gè)想見(jiàn)的實(shí)施例中，在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的圖像圖標(biāo)是具有范圍從大約0.5微米到大約8微米的高度或凹陷深度的凸起的或凹陷的圖標(biāo)。

如上面表明的那樣，想見(jiàn)如下的實(shí)施例：其中兩種或更多種類型的圖像圖標(biāo)（例如微米尺寸和納米尺寸的圖像圖標(biāo)）在創(chuàng)新的設(shè)備內(nèi)的圖像圖標(biāo)的一個(gè)布置或?qū)觾?nèi)彼此配準(zhǔn)。對(duì)于這些實(shí)施例而言，要求優(yōu)選的固化的形式。通過(guò)本發(fā)明的方式所想見(jiàn)的優(yōu)選的固化的一種形式是填充物的差別化的溶解，這可以使用不同尺寸的結(jié)構(gòu)以及不同溶解性的填充物來(lái)完成。這可以與準(zhǔn)直固化組合以在單個(gè)層上產(chǎn)生具有不同組分的不同結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)直固化也可以被單獨(dú)用作為用于產(chǎn)生這樣的單個(gè)層的多功能的微米尺寸和/或納米尺寸的圖像圖標(biāo)的手段。

被想見(jiàn)用于在本發(fā)明中使用的著色材料包括但不限制于著色樹(shù)脂和墨水。在示例性實(shí)施例中，使用采用色料分散物的形式的亞微米色料，其可在產(chǎn)品名目‘Spectra Pac’下從太陽(yáng)化學(xué)公司（Sun Chemical Corporation）獲得。向該色料分散物添加其它可固化（例如紫外（UV）可固化）材料和光敏引發(fā)劑，以便實(shí)現(xiàn)適合于在本發(fā)明中使用的可固化著色材料。所得到的可固化著色材料然后被用于準(zhǔn)備柱狀物或填充空位（或凹陷）和/或柱狀物周圍的區(qū)域。

在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的可選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/反射聚焦元件和它們的組合。在一個(gè)想見(jiàn)的實(shí)施例中，聚焦元件是折射微透鏡。合適的聚焦元件的示例被公開(kāi)于Steenblik等人的美國(guó)專利No. 7,333,268、Steenblik等人的美國(guó)專利No. 7,468,842以及Steenblik等人的美國(guó)專利No. 7,738,175中，所有這些專利被通過(guò)引用而完整地合并，就好像被在此完整地闡述那樣。

聚焦元件的實(shí)施例用來(lái)改進(jìn)創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備對(duì)使在光學(xué)上劣化的外部影響的抵抗性。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，從創(chuàng)新的設(shè)備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間變化，第一折射率實(shí)質(zhì)上或在測(cè)量上與第二折射率不同。如在此所使用的短語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上或在測(cè)量上不同”表示引起聚焦元件的（多個(gè)）焦距改變至少大約0.1微米的在折射率上的差異。

嵌入材料可以是透明的、半透明的、帶色的或著色的，并且可以提供用于安全性和鑒定目的的附加的功能，包括對(duì)自動(dòng)化的貨幣鑒定、驗(yàn)證、跟蹤、計(jì)數(shù)以及檢測(cè)系統(tǒng)的支持，其依賴于光學(xué)效果、導(dǎo)電性或電容、磁場(chǎng)檢測(cè)。合適的材料可以包括粘合劑、凝膠、膠水、涂料（lacquer）、液體、模制聚合物以及含有有機(jī)或金屬分散物的聚合物或其它材料。

本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備在其中聚焦元件是微透鏡并且由一個(gè)固化的著色材料形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)的示例性實(shí)施例中可以通過(guò)如下來(lái)準(zhǔn)備：（a）將實(shí)質(zhì)上透明的或清澈的輻射可固化樹(shù)脂應(yīng)用到光學(xué)間隔物或間隔物層的上表面和下表面；（b）在光學(xué)間隔物的上表面上形成微透鏡陣列，并且在光學(xué)間隔物的下表面上形成采用空位（或凹陷）和/或柱狀物的形式的圖標(biāo)陣列；（c）使用輻射源固化實(shí)質(zhì)上透明或清澈的樹(shù)脂；（d）利用一個(gè)或多個(gè)著色材料填充圖標(biāo)陣列凹陷和/或柱狀物周圍的區(qū)域；（e）從光學(xué)間隔物的下表面移除額外的（多個(gè)）著色材料；以及（f）以相對(duì)于光學(xué)設(shè)備的表面的一個(gè)或多個(gè)角度使用被朝向圖標(biāo)層引導(dǎo)通過(guò)聚焦元件的準(zhǔn)直（使得平行的）光來(lái)固化（多個(gè)）著色材料中的一些或全部。

（多個(gè)）著色材料的固化涉及：引導(dǎo)準(zhǔn)直光從準(zhǔn)直光源通過(guò)微透鏡陣列而朝向圖標(biāo)陣列，以使得照射在陣列上的所得到的光引起（多個(gè)）著色材料的固化。合適的準(zhǔn)直光源包括激光光、被從更加定向性的源（諸如LED陣列）引導(dǎo)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直透鏡、通過(guò)窄縫而朝向拋物面反射器的光（例如太陽(yáng)光、UV光、紅外（IR）光）或它們的組合。在一個(gè)想見(jiàn)的實(shí)施例中，準(zhǔn)直光源是UV平版印刷曝光單元。

現(xiàn)在詳細(xì)參照附圖，圖1-圖6描繪用于形成本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖像圖標(biāo)布置或?qū)拥姆椒?。在圖1中，在10處一般地示出在任何著色材料已經(jīng)被合并在其中之前的光學(xué)設(shè)備的橫截面?zhèn)纫晥D。設(shè)備10基本上包括：

（a）聚焦元件布置12；

（b）基膜或光學(xué)間隔物14；以及

（c）部分地形成的圖像圖標(biāo)層（即初始的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)）16，由實(shí)質(zhì)上透明的或清澈的輻射可固化樹(shù)脂18來(lái)準(zhǔn)備該圖像圖標(biāo)層16，在其中具有圖標(biāo)凹陷或空位20。

在圖2中示出的用于形成圖像圖標(biāo)布置或?qū)拥姆椒ǖ牡谝徊襟E中，利用第一著色材料22填充空位20。采用平行光線的形式的入射光24正交于聚焦元件布置12的表面照射。換言之，平行光線以等于零的角度到來(lái)。每個(gè)聚焦元件將其相應(yīng)的入射光聚焦到圖像圖標(biāo)布置或?qū)由?，其中在聚焦元件的近似焦距處發(fā)生聚焦。非常靠近焦點(diǎn)的被填充的空位的區(qū)域被固化。不在焦點(diǎn)附近的被填充的空位的區(qū)域?qū)⒉槐还袒?/p>

然后移除（例如，洗除）未被固化的第一著色材料22，如圖3中最佳地示出那樣，僅留下固化的第一著色材料26和初始的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)16。該步驟在圖像圖標(biāo)布置或?qū)又兄匦聞?chuàng)建空位20。

在下一步驟中，利用第二著色材料28填充所重新創(chuàng)建的空位20。選取不同的固化角度，并且產(chǎn)生來(lái)自該角度的準(zhǔn)直光30。如圖4中示出那樣，固化角度為來(lái)自設(shè)備10的表面的右上。準(zhǔn)直光30由所有的平行光線構(gòu)成。如前面那樣，空位20中的一些非常靠近聚焦元件的焦點(diǎn)，并且在那些區(qū)帶中的第二著色材料28被固化。著色材料28中的一些未被曝光，因?yàn)槠洳⒉豢拷裹c(diǎn)并且因而其保持未被固化。

然后移除未被固化的第二著色材料28，如圖5中最佳地示出那樣，留下固化的第一著色材料26和固化的第二著色材料32以及初始的圖標(biāo)結(jié)構(gòu)16。再次地，該步驟在圖像圖標(biāo)布置或?qū)又兄匦聞?chuàng)建空位20。

在下一步驟中，利用第三著色材料34填充所重新創(chuàng)建的空位20。如圖6中示出那樣，使用非準(zhǔn)直（散射的）光36固化材料。作為結(jié)果，不存在由聚焦元件進(jìn)行的有效聚焦，并且整個(gè)圖標(biāo)層被曝光。這有效地確保所有第三著色材料34被固化。

方法步驟中的一個(gè)或多個(gè)涉及：可以使用被設(shè)計(jì)為不吸收激光光的非著色材料來(lái)執(zhí)行利用著色填充材料的空位填充。這提供“空出的”圖標(biāo)空間，下面將進(jìn)一步討論其益處。

根據(jù)該方法準(zhǔn)備的光學(xué)設(shè)備被示出在圖7中，并且被標(biāo)記有參考標(biāo)號(hào)100。在此情況下存在三個(gè)不同的固化的著色材料26、32、38（固化的第三著色材料），其中的兩個(gè)（26、32）是被定向性地固化的。

現(xiàn)在參照?qǐng)D8，正從第一固化角度觀看設(shè)備100的觀察者看見(jiàn)與固化的第一著色材料26關(guān)聯(lián)的（多個(gè)）合成圖像。在圖8-圖10中，觀察者距設(shè)備“非常遙遠(yuǎn)”，以使得觀察者對(duì)于圖8中的聚焦元件中的每個(gè)的有效角度例如等同于第一固化角度。與固化的第一著色材料26關(guān)聯(lián)的（多個(gè)）合成圖像僅從第一固化角度看得見(jiàn)。

正從第二固化角度（見(jiàn)圖9）觀看設(shè)備的觀察者看見(jiàn)與固化的第二著色材料32關(guān)聯(lián)的（多個(gè)）合成圖像。該（多個(gè)）合成圖像僅從第二固化角度看得見(jiàn)。

從并非為固化角度中的一個(gè)的角度（見(jiàn)圖10）觀看設(shè)備的觀察者看見(jiàn)與固化的第三著色材料38關(guān)聯(lián)的（多個(gè)）合成圖像。該（多個(gè)）合成圖像是從并非等于第一固化角度或第二固化角度的任何角度看得見(jiàn)的。在一些情況下，尤其是其中光學(xué)設(shè)備或系統(tǒng)具有大的f數(shù)的那些情況下，觀察者可以從高的角度（即遠(yuǎn)離“正?！苯嵌鹊慕嵌龋┯^看設(shè)備。由于觀看角度變得足夠高，所以通過(guò)聚焦元件的視線將開(kāi)始看見(jiàn)在鄰近的聚焦元件之下的圖像圖標(biāo)。在這種類型的情況下，觀察者可以在除了特定的固化角度之外的角度下看見(jiàn)與特定的固化角度關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)合成圖像。

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、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚偏二氯乙烯等的一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上透明的或半透明的聚合物形成光學(xué)間隔物或間隔物層。在示例性實(shí)施例中，使用聚酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯形成光學(xué)間隔物或間隔物層。

注意的是，雖然在上面的示例性實(shí)施例中提到使用光學(xué)間隔物或間隔物層，但是也可以在沒(méi)有光學(xué)間隔物或間隔物層的情況下準(zhǔn)備本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備。

合適的輻射可固化樹(shù)脂包括但不限制于丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、丙烯酸聚酯、聚丙烯、聚氨酯和丙烯酸聚氨酯等。優(yōu)選地，使用從Lord Chemicals可獲得的丙烯酸聚氨酯形成陣列。

如先前提到那樣，可以通過(guò)利用準(zhǔn)直光固化每個(gè)材料或通過(guò)利用準(zhǔn)直光固化一個(gè)材料并且利用另一用于固化的手段（例如輻射固化、化學(xué)反應(yīng)）固化另一材料來(lái)準(zhǔn)備由兩個(gè)或更多個(gè)著色材料形成的圖像圖標(biāo)。由這樣的（多個(gè)）被定向性地固化的著色材料形成的圖像圖標(biāo)的合成圖像將在（多個(gè)）固化角度下是可見(jiàn)的，而由被非定向性地固化的著色材料形成的圖像圖標(biāo)的合成圖像將在寬范圍的角度上是可見(jiàn)的。注意的是，在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置可以還包括現(xiàn)有技術(shù)圖像圖標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)圖像圖標(biāo)是在它們的整體上由被非定向性地固化的著色材料形成的。

在一個(gè)這樣的示例性實(shí)施例中，由每一個(gè)具有不同的色彩的兩個(gè)固化的著色材料形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)。在此，每個(gè)著色材料是以與用于固化其它著色材料的角度不同的通過(guò)聚焦元件的角度使用準(zhǔn)直光來(lái)固化的。特別是，可以通過(guò)如下來(lái)產(chǎn)生該示例性實(shí)施例：使用準(zhǔn)直光從一個(gè)角度固化上色的著色材料，把未被固化的著色材料從設(shè)備清洗掉，并且然后添加第二上色的著色材料并且以不同的角度固化它。如將容易地領(lǐng)會(huì)的那樣，可以以該方式添加大量的上色的著色材料。所得到的光學(xué)設(shè)備將投影在第一固化角度下可見(jiàn)的第一色彩的（多個(gè)）合成圖像以及在第二固化角度下可見(jiàn)的第二色彩的（多個(gè)）合成圖像。如將容易地領(lǐng)會(huì)的那樣，可以以該方式添加大量不同色彩的著色材料。附加地，添加在不使用準(zhǔn)直光的情況下固化的另一不同色彩的著色材料，以提供可以從尚未被用于角度固化的任何角度看到的“背景色彩”。

在另一個(gè)這樣的示例性實(shí)施例中，由一個(gè)固化的熒光著色材料以及由一個(gè)固化的非熒光著色材料來(lái)形成（多個(gè)）圖像圖標(biāo)布置中的每個(gè)圖像圖標(biāo)。在此，僅在給定的角度可檢測(cè)而在另外的給定的角度不可檢測(cè)的熒光特征可以充當(dāng)有效的機(jī)器可讀鑒定特征。

在本發(fā)明的進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，光學(xué)設(shè)備是激光可標(biāo)記的光學(xué)設(shè)備，其基本上包括上面描述的光學(xué)設(shè)備，以及可選地位于所述光學(xué)設(shè)備之上和/或之下的一個(gè)或多個(gè)層，其中，所述光學(xué)設(shè)備的至少一個(gè)布置或?qū)踊蛘咴谒龉鈱W(xué)設(shè)備之上或之下的至少一個(gè)層是激光可標(biāo)記的布置或?qū)印?/p>

如在此使用的術(shù)語(yǔ)“激光可標(biāo)記”或其任何變形意圖表示能夠由激光誘導(dǎo)或形成的物理或化學(xué)修改，包括但不限制于碳化、雕刻、具有或沒(méi)有色彩改變的雕刻、具有表面碳化的雕刻、色彩改變或內(nèi)部黑化、和通過(guò)涂層移除、燒蝕、漂白、熔化、膨脹以及蒸發(fā)進(jìn)行的激光標(biāo)記等。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，創(chuàng)新的激光可標(biāo)記光學(xué)設(shè)備具有：

（a）可選地嵌入的聚焦元件（例如嵌入的折射聚焦元件）的布置以及由還起光學(xué)間隔物的作用的激光可標(biāo)記的層分離的圖像圖標(biāo)布置；和/或

（b）位于光學(xué)設(shè)備之下的一個(gè)或多個(gè)激光可標(biāo)記的層。

在可以被用在嵌入的透鏡和其它ID產(chǎn)品（例如嵌入在聚合物ID卡中的片塊）中的上面的優(yōu)選實(shí)施例中，采用靜態(tài)二維（2D）圖像的形式的個(gè)性化數(shù)據(jù)將被以與應(yīng)用準(zhǔn)直固化能量的（多個(gè)）角度不同的角度激光雕刻到光學(xué)設(shè)備之中或之下。

在其中一個(gè)或多個(gè)激光可標(biāo)記的層位于光學(xué)設(shè)備之下的后一實(shí)施例中，圖像圖標(biāo)布置包含“空出的”圖標(biāo)空間。如先前提到那樣，使用被設(shè)計(jì)為不吸收激光光的（多個(gè)）非著色材料（例如UV可固化的混合物）準(zhǔn)備“空出的”圖標(biāo)空間。該實(shí)施例中的（多個(gè)）非著色材料被以與激光雕刻機(jī)將使用以寫(xiě)入靜態(tài)2D圖像的角度相同的角度定向性地固化。利用以與除了被用于固化（多個(gè)）非著色材料的角度之外的角度固化的著色材料來(lái)填充圖像圖標(biāo)布置中的其余的圖標(biāo)凹陷或空位。

通過(guò)該實(shí)施例的方式，允許激光能量在很少的激光能量被由此吸收的情況下通過(guò)光學(xué)設(shè)備，這提供通過(guò)光學(xué)設(shè)備的優(yōu)異的激光雕刻。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)作出對(duì)于通過(guò)光學(xué)設(shè)備的激光雕刻的嘗試時(shí)，特定的著色材料將吸收激光能量。結(jié)果是具有白色或丟失區(qū)域的有瑕疵的激光標(biāo)記的暗圖像?？梢酝ㄟ^(guò)謹(jǐn)慎地選取哪些色料將要使用或者通過(guò)采用上面提到的“空出的”圖標(biāo)空間來(lái)避免該問(wèn)題。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地領(lǐng)會(huì)的那樣，使用“空出的”圖標(biāo)空間允許使用任何色料而沒(méi)有形成有瑕疵的激光標(biāo)記的暗圖像的伴隨的風(fēng)險(xiǎn)。

在上面參照的實(shí)施例的凈效果是，上色的（多個(gè)）著色合成圖像在與靜態(tài)的2D激光雕刻的（多個(gè)）圖像是看得見(jiàn)的角度相同的角度下將是看不見(jiàn)的。這意味著無(wú)論聚焦元件傾向于聚焦來(lái)自激光雕刻機(jī)的激光與否在區(qū)域中都將不存在色料，并且避免（多個(gè)）著色材料將吸收激光能量的風(fēng)險(xiǎn)。

如上面提及的那樣，為了標(biāo)記本發(fā)明的激光可標(biāo)記的光學(xué)設(shè)備，來(lái)自雕刻激光的光能量將由聚焦元件聚焦，并且將以如下這樣的方式雕刻激光可標(biāo)記的層：將在激光可標(biāo)記的層中形成僅從雕刻角度可見(jiàn)的圖像。該技術(shù)允許利用可以被使得顯現(xiàn)并且消失的動(dòng)態(tài)的個(gè)性化圖像來(lái)更大地定制創(chuàng)新的設(shè)備。多個(gè)激光標(biāo)記角度可以被用在同一設(shè)備中，由此提供多個(gè)圖像，多個(gè)圖像中的每個(gè)是從不同的觀看角度可觀察的。以此方式，可以以個(gè)性化方式作出短動(dòng)畫(huà)或改變的圖像。通過(guò)示例的方式，當(dāng)這樣的設(shè)備被用在ID文檔上或與ID文檔結(jié)合使用時(shí)，可以使針對(duì)該ID文檔使用的小版本的描畫(huà)開(kāi)啟并且關(guān)閉。由創(chuàng)新的設(shè)備顯示的該動(dòng)態(tài)描畫(huà)對(duì)于該ID文檔來(lái)說(shuō)將是獨(dú)特的，并且將增加文檔的安全性。

所得到的激光標(biāo)記的光學(xué)設(shè)備將在（多個(gè)）激光可標(biāo)記的層上具有一個(gè)或多個(gè)激光標(biāo)記的靜態(tài)2D圖像。在此，術(shù)語(yǔ)“激光標(biāo)記的”或其任何變形意圖表示攜帶或顯示由激光或類似激光的設(shè)備形成的任何標(biāo)記。

可以使用熱塑性聚合物來(lái)準(zhǔn)備合適的激光可標(biāo)記的層。在第一類別中，可以使用具有良好的吸收和碳化的熱塑性聚合物。這些聚合物在缺少所謂的激光添加劑的情況下是激光可標(biāo)記的，激光添加劑是在所使用的激光的波長(zhǎng)處吸收光并且將其轉(zhuǎn)換為熱的化合物。在被暴露于激光的區(qū)域中產(chǎn)生廣泛黑化的這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）。在第二類別中，可以使用具有激光添加劑（例如色料或特殊添加劑）的熱塑性聚合物。可以被均勻地并且具有良好質(zhì)量地標(biāo)記的這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、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）以及聚乙烯。這些激光添加劑的示例包括碳黑、銻金屬、氧化銻、錫銻混合氧化物、鐵、銅、錫和/或銻的含磷混合氧化物、涂敷有金屬氧化物的云母（頁(yè)硅酸鹽）。激光可標(biāo)記的層具有范圍從大約5微米至大約500微米，更優(yōu)選地從大約25微米至大約200微米的優(yōu)選的厚度。

在優(yōu)選的激光標(biāo)記技術(shù)中，V-Lase 10瓦Q開(kāi)關(guān)1064納米（nm）激光標(biāo)記系統(tǒng)被用于標(biāo)記創(chuàng)新的激光可標(biāo)記的設(shè)備，激光標(biāo)記系統(tǒng)在30,000赫茲（Hz）的設(shè)置下產(chǎn)生激光光發(fā)射。激光標(biāo)記系統(tǒng)被設(shè)置為最大功率的80%以及每秒200毫米（mm/sec）的掃描速度。這些設(shè)置在創(chuàng)新的激光可標(biāo)記的設(shè)備內(nèi)的想要的位置中產(chǎn)生高對(duì)比度標(biāo)記而沒(méi)有燃燒或過(guò)度曝光。

如上面提及那樣，本發(fā)明還提供片材材料和基底平臺(tái)以及由這些材料制成的文檔，片材材料和基底平臺(tái)由創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備制成或者采用創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備。創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備還被想見(jiàn)用于與消費(fèi)者貨物以及與消費(fèi)者貨物一起使用的包裹或包裝一起使用。

通過(guò)示例的方式，創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)備可以以各種不同的形式（例如條帶、片塊、安全線、繪板（planchette））與任何紙幣、安全文檔或用于鑒定目的的產(chǎn)品一起被利用。對(duì)于紙幣和安全文檔而言，這些材料被典型地以條帶、片塊或線的形式使用，并且可以被部分地嵌入在紙幣或文檔內(nèi)，或者被應(yīng)用于其表面。對(duì)于護(hù)照或其它ID文檔而言，這些材料可以被用作為完整的迭層或被鑲嵌在其表面中。對(duì)于產(chǎn)品包裝而言，這些材料被典型地以標(biāo)簽、印章或帶的形式使用并且被應(yīng)用于產(chǎn)品包裝的表面。如上面表明的那樣，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，光學(xué)設(shè)備采用嵌入在聚合物ID卡中的片塊的形式。

雖然上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，它們只是已經(jīng)以示例的方式被呈現(xiàn)并且不進(jìn)行限制。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)當(dāng)被任何示例性實(shí)施例限制。

要求保護(hù)的是。