在工业产品上压印二元全息图的方法及其上压印有二元全息图的光学镜片的制作方法

专利名称：在工业产品上压印二元全息图的方法及其上压印有二元全息图的光学镜片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在工业产品(例如光学镜片)上压印二元全息图
(hologram)的方法。本发明还涉及一种光学镜片，其上压印有二元全息 图。
背景技术：
全息图在二维光学物体上是已知的。全息图是基于源图像的，且可被 描述为由源图像反射的光的相位记录。当该全息图经由适当的光束被连续 地照亮时，它会产生相当于源图像的图像再现。
二元全息图是由像素组成的数字全息图，每一像素与选自两个可能的 数值中的振幅数值相关联。
在工业产品上压印全息图是公知的，特别是对于提供该产品的真实性 证据。例如，将全息图使用在信用卡和钱币上，因为它可以用来快速地检 测伪造。事实上，全息图用作真实性检验元件，是因为它们很难制造，这 归因于产生和压印全息图所必需的技术手段。
然而，总的来说压印全息图是很昂贵的，它导致了工业产品成本的增 加。因而，全息图不能用于市场价格严格受限的多种产品上。例如，对于 光学镜片，特别是对于称为眼科镜片的眼用光学镜片，情况就是这样的。 对于眼科镜片，可以将全息图压印到凸面或凹面上。

发明内容
因而，本发明的目的是提供以较少的成本在工业产品上压印全息图的 方法。
本发明提出一种在工业产品的接收表面上压印二元全息图的方法，所
述接收表面覆盖有金属层，该方法包括下列步骤 a-基于源图像生成该二元全息b-提供一种在压印表面上带有对应该全息图的图案的印章；
c-用遮蔽溶液(masking solution)涂覆该压印表面； d-将该压印表面压向该接收表面，从而按照该图案将遮蔽溶液转移到
接收表面上去；以及
e-将该接收表面与蚀刻剂接触，使得没有覆盖遮蔽溶液的所述金属层
部分被蚀刻。
这样，根据本发明的全息图压印方法使用了叫做"微接触压印"的压印 方法。这样的方法是公知的，且等同于上述方法的b-e步骤。该微接触压 印方法适于获得亚微米级精确度的图案。因此，这与用来获得呈现良好质 量的再现图像的全息图的要求是一致的。实际上，通过使用该微接触压印 方法压印的全息图的精确度可以比O.ljum (微米)更好。而且，通过微接 触压印生成的全息图成本低廉，且适合高的产品生产量。
然而，如果没有上述印章，根据本发明压印的全息图会很难复制。因 而，其可用作产品的真实性检验元件。由于压印到工业产品上的全息 案(hologram pattern)复杂的事实，引起了伪造全息图的困难。如果该全 息案不正确，即如果加入了与原始图案不同的像素或细节，则该再现 图像就会被扭曲或变得模糊。
根据本发明方法的步骤a)可以通过使用计算装置有效的实现，却不 会引起高成本。毫无疑问地，现在存在的软件能够快速地生产计算机生成 的二元全息图，即使是复杂的源图像。这种全息图生成方法不包括长时间 的、高成本的步骤。
有利地是，该全息图如此设计使得压印在工业产品上的全息图经由指 向接收表面的激光束照亮时能够观察(view)再现图像。在这种情况下， 该再现图像的观察能够容易地执行。这只需要低廉的设备，比如目前可获 得的激光笔。而且，该全息图的照亮能够以全息图和该激光之间的任何距 离被执行，只要观察再现图像的操作能够非常容易。在另一个实施例中， 镜片的具体设置可以引入到激光路径上来优化在给定距离下的图像的辨 析率(resolution)。
该全息图可以包括彼此靠近的全息图像素，每一全息图像素具有 0.2pm2。4.0 pn^的表面。优选地，该全息图包括大量的像素，例如多于
10000个全息图像素，从而该再现图像呈现良好的质量。
上述金属层可如此设计使得该再现图像能够以指向接收表面的发光 光束的反射模式被观察。作为选择，如果该工业产品是透明的，该全息图
可以设计成使得再现图像能够以发光光束的透射(transmission)方式被观 察。例如，这可以应用到光学镜片上。
本发明还提供一种光学镜片，在所述镜片的表面上压印有二元全息 图。该光学镜片可以，特别是适于眼用的镜片。为了降低在镜片的平常使 用中由该全息图引起的干扰，该全息图能够压印到镜片的外周边缘附近。
特别是，该全息图可以使用上述的方法被压印。毫无疑问地，由于这 种压印方法的低成本和高生产量，它适合于工业产品，比如光学镜片。另 外，所需要的生产设备能够容易地和现有的用于光学镜片的制造和销售体 系相结合。
光学镜片通常具有至少一个伪球面。在本发明的框架下，伪球面是指 连续的表面，即没有台阶也没有缝隙，该表面是凸的或凹的。因而，球面 是一种特殊情况，其中该表面的曲率半径沿两个垂直的方向是相等的。因 此，随后使用的伪球面的表达包括球面的这种情况。当使用如US5，817，242 所公开的微接触压印方法的改进时，二元全息图可被压印在伪球面镜片的
表面上o


本发明的这些和其它的方案将会由随后参考下列附图描述的非限制
性实施例而变得清楚，其中
图1是根据本发明的全息图压印方法的主要步骤图； 图2是根据本发明的适于压印全息图的印章的透视图； 图3a-图3b是根据本发明压印的二元全息图放大图； 图4a-图4b示出了带有根据本发明压印的全息图的眼科镜片坯件； 图5图示了根据本发明的用于压印的全息图的再现步骤； 图6示出了带有根据本发明改进的压印全息图的眼科镜片。 在这些附图中，同样的参考标记代表类似的元件，或代表具有类似功 能的元件。而且，为清楚起见，所表现的元件的尺寸与实际元件的尺寸不
相对应。
具体实施例方式
根据图l，全息图压印方法以生成源图像开始(步骤IO)。因此可以
使用各种方法，例如基于摄影的方法，通过扫描捕获压印纸，等等。根据 优选的实施方式，该源图像是计算机生成的。因而它被记录为二维表格， 该表格包括分别与源图像的像素相关联的发光值。以这种方式，该源图像 不需要实物支持，例如纸张或显示板。例如，该源图像可以包含诸如符号 或文字数字式字符组的品牌标志。
接着，基于该源图像计算二元全息图(步骤20)。现在可以获得各种 程序，它们执行计算致使将全息图定义成另一个二维表格。该另一个表格 分别将振幅数值与全息图像素相联系。每个振幅数值在由两个不确定数值 组成的数值组中选择。这些不确定的数值可以是O和1，或者-l和+l，取 决于使用的程序或程序配置参数。如果该再现的图像需要达到高的质量清 晰度，该计算能够将要压印的基材的特定形状和轮廓考虑进来。另外，如 果要压印的基材显露出光学功率，为了优化激光照明下的图像的再现，将 这一效果考虑在该计算步骤中也是有可能的。
制造一种印章，该印章带有对应上述二元全息图的图案(步骤30)。 图2图示了这样的印章。该印章包括两层上下叠置的弹性体，分别为101 和102，贴于刚性本体103上。该本体103可以是任何形状稳定的材料， 比如金属，玻璃或硬塑料。层102厚于层101，这两层都由弹性材料制成。 例如，层IOI和102分别为0.5mm和2mm厚。层102以其下表面贴于该 刚性本体103上，同时以其上表面贴于层101。层101在其上表面IOO雕 刻有对应上述二元全息图的图案P。这样，该表面100的部分分别对应于 该全息图像素，该部分的高度与每一全息图像素的二元振幅数值相关联。 该表面100的两个高度如此限定，例如它们有lpm的差值。该表面100 形成该印章的压印表面。可以使用各种方法来制造该印章，这些方法被认 为是己知的，在此不再描述。在这些方法中，基于照相平版印刷的方法优 先采用，因为它们提供的印章带有精确的全息案。
该印章用于在眼科镜片上压印上述图案。该镜片可以是包括有机材料
(例如聚乙烯或丙烯酸脂为基的材料)的任何材料。该镜片首先覆盖一种 金属层。该金属可以是金，银，钯，鉑，铝或铜。该金属层可以是例如约
30nm (毫微米)厚。像蒸发作用(evaporation)或阴极溅渡(sputtering) 的已知的方法可以用于在该镜片的接收表面上沉积金属层。该眼科镜片的 接收表面的直径长可以是80mm (毫米)，同时可以是凸起的，其曲率半 径例如大于55 mm。
通过任何已知的方法将油墨首先转移到该压印表面100上，这些方法 包括直接涂墨，浸入墨盒以及喷墨(图1中的步骤40)。通过向该压印表 面吹过滤空气或氮来消除该压印表面100上多余的油墨。
接着，将压印表面100压向镜片的接收表面，使油墨沉积在对应上述 图案P的位置处的金属层上(步骤50)。在该压印操作过程中，该压印表 面100适应该镜片的接收表面的曲率，这归功于该印章的层101和102的 变形能力。事实上，层102为层101起到了柔软的后撑作用。为此，层102 应当足够软，而层101应当足够硬从而使图案P在压印过程中经受最小的 变形。在一个更为简单的实施例中，如果图案稳定性要求不太严格，层101 和102能够简化为具有同种材料的一个单一层。例如，可以使用名称为 Sylgard⑧184并由Dow Corning提供的商品。
该油墨设计成用来保护金属层不受腐蚀。最好是，该油墨设计成用来 在金属层上形成自我组合的分子单层。由于该沉积的油墨层的高密度，这 种油墨对于保护不受腐蚀是非常有效的。它包括具有连接至该层的金属材 料的官能团的分子。每个分子的剩余部分，例如长链烃，与周围的分子互 相作用以形成蚀刻剂难以渗透的致密结构。例如，由Sigma Aldrich提供的 正十六醇(hexadecanethiol， C16H34S)为基的油墨，是非常适合沉积在镜
片接收表面上的金层的。
在该印章从该镜片上移开之后，镜片的接收表面接触有蚀刻剂，从而 使压印操作过程中接收表面上没有沉积油墨的金属层的位置被蚀刻(图1 中步骤60)。可以使用已知的方法，如湿蚀刻，这取决于金属层的材料。 具体地，包含每升40毫摩尔的硝酸铁(Fe(N03)3)和每升60毫摩尔的硫 脲(CH4N2S)的溶液在环境温度下适合蚀刻金层。使用PH值受控的氰化 物溶液作为蚀刻溶液也是可以的。蚀刻之后，仅在根据图案P通过印章来
沉积油墨的接收表面的位置处保留金属层部分。
图3a-图3b表示了压印在镜片上的一部分二元全息图3。该镜片标识 为l，图3b是镜片沿图3a中箭头所示的平面的剖面图。全息图3由像素 矩阵组成，例如400x400像素。每一像素可以是正方形的，例如边长为lnm。 于是，该全息图3呈现大小为0.4mmx0.4mm的小的漫反射正方形。每个 全息图像素对应于金属层4的剩余部分，或对应于镜片1的未被覆盖的部 分5。该剩余金属层部分4的厚度由e示出。该厚度等于金属层的初始厚 度。根裾该全息图的总体原则，在图3a的全息图中金属层4的垂直设置 显露出上述源图像具有这样一种结构，该结构更明显地平行于水平方向， 而不是垂直。
图4a和4b每一个表示一个镜片坯件1。在已知的方法中，根据该坯 件上划出的周线，通过除去坯件的外周部分来获得该镜片2。该周线由虚 线显示。该全息图3能够在周线内侧(图4a)或周线外侧(图4b)压印 到坯件1上。在全息图要保留在成品镜片上的情况下，全息图3在周线内 侧的压印是合适的。因而，可以鉴别该镜片，例如，通过检査全息图的内 容。
图5图示了用于检查该全息图内容的再现步骤。使用有限功率的激光 笔110照亮该镜片2，例如红色的。该激光束111对准该全息图3。该激 光笔IIO和全息图3之间的照明距离可以任意设置。激光束111被全息图 3衍射，从而被分成两路透射束112和113。透射束112和113中每一束 产生一个再现图像，分别为115和116， 二者都对应于该源图像。该再现 图像115和116远离该全息图3形成，例如以20cm^50cm (厘米)的距 离远离。每一再现图像可以通过在对应透射束112， 113的路径上设置的 屏幕114来显示。由于发光束是激光类型的，任何物体可以用来做屏幕。 该再现的源图像115， 116为几个厘米大小，因此该源图像的内容可以清 楚地呈现，且能够使几个人同时观察。该再现图像115， 116可对应相反 的漫射顺序，比如+1和-1，使得该再现图像115， 116为镜射关系。图5 为图示的目的，该源图像假定为包含字符"a"。该源图像可以包含鉴别镜片 的商标元素来代替a字符。
透明的硬涂层6 (图3b)可以设置在镜片1的表面上位于该全息图的
上方。该硬涂层保护全息图不受意外划伤或灰尘沉积，因为这些划伤或灰
尘会引起再现图像115， 116的失真或在清晰度方面的降低。这种硬涂层 能够是可聚合的涂层。
根据本发明的一个优选实施例，该全息图压印在该工业产品接收表面 上的多个位置。由于该激光束111横截面约lmm2，若干全息案 (hologram prints)能够被同时照亮。因此，每个全息案参与该再现 图像的生成，从而这些图像更加明亮，基本上按照被照亮的全息案的 数量的比例。有利的是，镜片l上该全息图3的多个图案中的一些彼此靠 得很近。从而，该再现图像115和116的反差增加。
在步骤b)中，与该全息图对应的图案P可以在印章的压印表面100的 多个位置处被复制。在执行步骤d)时，该镜片接收表面中的全息案 3的位置就由压印表面100的图案位置来决定，从而该整个压印表面被压 向该接收表面。这样，执行本发明所需要的时间完全不依赖所获得的全息 案的数量。
随意地，该镜片接收表面的位置如此选择使得该全息案形成接收 表面上直接可见的宏观图案的各个像素。图6及其放大示了这样的实 施例。在图示的例子中，该全息案3位于该镜片上，从而形成大小为 一到几个毫米的另一个字符"a"。这样，该接收表面上的该宏观图案本身与 源图像相似，尽管该源图像和镜片接收表面上的所述宏观图案没有关系。
根据本发明的二元全息图压印方法具有大量的优点，能够列出如下这
些
-该方法符合光学镜片的透明需求； -该方法符合眼科镜片的审美需求；
-通过执行图像再现操作，包含在该源图像中的商标元素能够容易地被 观察。这样的操作简单、快速且不需花钱；
-在该图像再现操作过程中，不需要与镜片的表面接触，从而划伤镜片 的可能性就降低。
最后，该全息图能够压印在镜片上，使得至少一个再现图像正向地或 负向地对应源图像。这取决于源图像中亮点的绘制(rendering)，作为再
现图像中的亮点还是暗点。
另外，很显然，被详细描述的本发明可以作调整或修改以满足具体的
应用。例如，该图案可以正向(positively)压印或负向(negatively)压印， 以能够直接从描述的实施例中得出的方式。
特别是，通过使用所谓"正向微接触压印"的技术来执行本发明是简单 的，美国化学学会(American Chemical Society)的期刊第124巻，第3834 (2002)页的文章"正向微接触压印"("Positive Microcontact Printing")中 描述了这样的例子。
本发明还能够通过使用特定催化剂分子作为印章上的油墨以所谓"化 学镀层，，的技术来执行，朗缪尔(Langmuir)第16巻，第6367 (2000)页的 期干ll论文"Patterned Electroless Deposition of Copper by Microcontact Printing Palladium (II) complexes on Titanium-covered surfaces"中描述了 这样的例子。
权利要求
1.一种在工业产品的接收表面压印二元全息图(3)的方法，所述接收表面覆盖有金属层，该方法包括下列步骤a-基于源图像生成该二元全息图的步骤(10，20)；b-提供一种在压印表面上带有对应该全息图的图案(P)的印章的步骤(30)；c-用遮蔽溶液涂覆该压印表面(100)的步骤(40)；d-将该压印表面压向该接收表面的步骤(50)，使得按照该图案(P)将遮蔽溶液转移到可能为平坦或弯曲的接收表面上去；以及e-将该接收表面与蚀刻剂接触的步骤(60)，使得没有被遮蔽溶液覆盖的所述金属层部分被蚀刻。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二元全息图是计 算机生成的。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二元全息图 如此设计当用对准所述接收表面的激光束(111)照亮压印在该工业产 品上的全息图时，使得相当于所述源图像的再现图像能够被观察。
4. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述全息图 (3)压印在该工业产品的所述接收表面的多个位置上。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该接收表面的所述位 置如此选择使得该全息案(3)形成接收表面上直接可见的宏观图案 的各个像素。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该接收表面上的所述宏观图案与该源图像的至少一个特征相似。
7. 根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b) 中，对应该全息图的所述图案(P)在该压印表面(100)的若干位置处 被复制，当执行步骤d)时，该接收表面中全息案(3)的位置由该 压印表面的图案位置所决定，从而该整个压印表面被压向该接收表面。
8. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述全息图 (3)包括彼此靠近的全息图像素，每一全息图像素具有0.2pii^与25.0|im2之间的表面。
9. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述全息图 (3)包括彼此靠近的全息图像素，每一全息图像素具有0.2pm2与4.0pm2之间的表面。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述全息图(3) 包括多于10000个像素。
11. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述金属层 如此设计使得再现图像能够以对准该接收表面的发光束的反射方式被观察。
12. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述遮蔽溶 液设置成用来在所述金属层的部分形成自组合的分子单层。
13. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述接收表 面是伪球面。
14. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述工业产 品是光学镜片(1， 2)。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光学镜片(1， 2)是眼科镜片。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述全息图(3) 被压印在该镜片(1， 2)上，且位于所述镜片的外周边缘附近。
17. 根据权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述全息 图(3)如此设计使得再现图像(115， 116)能够以对准该接收表面的发 光束(111)的透射方式被观察。
18. —种光学镜片(1， 2)，在所述镜片的表面上压印有二元全息图 (3)。
19. 根据权利要求18所述的光学镜片，其适于眼用。
20. 根据权利要求18或19所述的光学镜片，其特征在于，该镜片的所述表面是伪球面。
21. 根据权利要求18-20中任一项所述的光学镜片，其特征在于，使 用根据权利要求l-16任一项所述的方法来压印该全息图(3)。
22. 根据权利要求18-21中任一项所述的光学镜片，其特征在于，该 源图像包括用于鉴别该镜片的商标元素。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的光学镜片，还包括设置在所 述表面且在该全息图(3)上方的透明硬涂层(6)。
全文摘要
一种在工业产品上压印二元全息图的方法，其包括提供一种带有对应全息图的图案的印章的步骤(30)。该产品首先覆盖有金属层。所述印章被遮蔽溶液涂覆的步骤(40)，并被压印到该工业产品上的步骤(50)。接着，通过选择性蚀刻没有被遮蔽的金属层部分来获得全息案的步骤(60)。该方法适合于在光学镜片上压印全息图。
文档编号B24B13/005GK101099118SQ200580042150
公开日2008年1月2日 申请日期2005年12月6日 优先权日2004年12月10日
发明者塞德里克·贝贡, 海因茨·施密德, 让-保罗·卡诺 申请人:埃西勒国际通用光学公司;国际商业机器公司