形成带浮动合成图像的片材的方法及带浮动合成图像的片材的制作方法

专利名称：形成带浮动合成图像的片材的方法及带浮动合成图像的片材的制作方法
形成带浮动合成图像的片材的方法及带浮动合成图像的片材 发明领域本发明涉及在片材上成像的方法，该方法可提供观察者感觉为相对于 片材悬浮在空间中的一个或多个合成图像，并且对合成图像的感觉随着视 角的变化而变化。本发明还涉及片材，该片材提供观察者感觉为相对于片 材悬浮在空间中的一个或多个合成图像，并且对合成图像的感觉随着视角 的变化而变化。
背景技术：
具有图形图像或其它标记的片材已被广泛使用，尤其是作为用于鉴别制品或文档的标签。例如，在美国专利No.3，154，872、 3，801，183、 4， 082， 426和4， 099， 838中所述的那些片材已被用作车牌的验证标贴以及 驾驶执照、政府文件、磁带盒、扑克牌、饮料罐等的安全膜。其它用途包 括在诸如警车、消防车或其它紧急用途车辆上用作识别目的的图形应用， 以及在广告和推广展示上作为特色标签以增强品牌效果。美国专利No, 4， 200， 875 (Galanos)公开了另一种形式的成像片材。 Galanos公开了一种特别的"外露透镜型高增益回射片材"的用途，其中 通过遮光罩或图案对片材进行激光照射而形成图像。该片材包含部分嵌入 粘结剂层内、部分暴露在粘结剂层上方的多个透明玻璃微球，并且所述多 个微球中的每个微球的嵌入表面上涂敷有金属反射层。粘结剂层含有炭 黑，据说炭黑可在片材成像时使入射在片材的杂散光线最少化。嵌入粘结 剂层的显微透镜的聚焦作用使激光束的能量进一步集中。如果且仅当从与激光射向片材的角度相同的角度观看片材时，可以看 到在Galanos的回射片材上形成的图像。也就是说，这意味着只有在非常 有限的观察角度里才能看见图像。由于该原因或其它原因，还需要改善这 类片材的某些特性。早在1908年，Gabriel Lippman就发明了在具有一个或多个感光层的透镜介质中生成场景的真实三维图像的方法。该方法被称为整体成像， 1984年在San Diego举行的SPIE会议上，De Montebello发表的 "Processing and Display of Three-Dimensional Data II，，(三维数据 的处理和显示II)也对该方法进行了描述。在Lippman的方法中，通过透 镜(或"小透镜")阵列使照片底片曝光，因此阵列中的每个小透镜将从 该小透镜所占据的片材观察点观看到的被复制场景的微縮图像传输到照片 底片的感光层上。照片底片显影之后，通过小透镜阵列观看底片上的合成 图像的观看者会看到所拍摄场景的三维展示。图像可以是黑白或彩色的， 这取决于所用感光材料。因为在底片曝光过程中由小透镜形成的图像只能让每个微縮图像翻转 一次，所以生成的三维图像是幻视像。也就是说，图像的感知深度是翻转 的，因此物体看起来像是"内侧朝外"。这是一个重大缺点，因为要纠正 图像，必须进行第二次光学翻转。这些方法是复杂的，涉及用一部相机、 或多部相机或多镜头相机多次曝光以记录同一个物体的多个视图，并且需 要极其准确地对准多个图像以提供单个三维图像。此外，任何依赖于传统 相机的方法均要求在相机前存在实物。这进一步使得该方法不适合生成虚 拟物体(指在效果上存在而事实上不存在的物体)的三维图像。整体成像 的另一个缺点是，为了形成可以看到的真实图像，必须从观看侧照明合成 图像。美国专利No.6，288，842 (Florczak等人)公开了另一种形式的成像片 材。Florczak等人公开了带合成图像的显微透镜片材，其中合成图像浮在 片材上方和/或下方。合成图像可以是二维的或三维的。同时还公开了提供 这类片材的方法，包括对邻近显微透镜的辐射敏感材料层应用辐射。该专 利公开了因为成分变化、材料移除或烧蚀、相位改变或者邻近一层或多层 显微透镜的一面布置的涂层的聚合反应而形成图像。美国专利No. 5， 712， 731 "Security Device for Security Documents Such as Bank Notes and Credit Cards"(用于银行票据和信用卡等安全 文档的安全装置)(Drinkwater等人)公开了一种安全装置，该装置包括 縮微图像阵列，当通过大致成球形的显微透镜的对应阵列观看时，縮微图像阵列会生成放大图像。在一些情况下，显微透镜阵列粘合在縮微图像阵 列上。PCT专利申请公开W0 03/061983 Al "Micro-Optics For Article Identification"(用于制品识别的微光学装置)公开了使用表面凹凸度 大于几微米的非全息微光学装置和显微结构进行识别和防伪的方法及组合 物。发明内容本发明的一方面提供了一种在显微透镜片材上形成合成图像的方法。 在具体实施例中，该方法包括如下步骤提供具有显微透镜阵列和邻近显 微透镜阵列的材料层的片材；提供与片材的材料层邻近的第一供体基底， 其中该第一供体基底是辐射敏感的；提供辐射源；以及使用辐射源将第一 供体基底的至少一部分转移到片材上，以在材料层上形成与多个显微透镜 中的每一个关联的单独的部分完整图像，由此片材呈现出由单独的图像形 成的合成图像，该合成图像用肉眼看起来浮在片材上方和/或下方。在上述方法的一个实施例中，第一供体基底包含着色剂。在该实施例 的一个方面，合成图像的至少一部分呈现出与第一供体基底中的着色剂类 似的颜色。在上述方法的另一个实施例中，该方法还包括步骤在转移步 骤之前，将片材和第一供体基底彼此紧邻地定位。在该实施例的一个方 面，该方法还包括步骤提供真空源；以及在转移步骤之前，在定位步骤 中使用真空源将片材和第一供体基底彼此紧邻地定位。在上述方法的另一个实施例中，该方法还包括步骤在转移步骤之 前，在片材与第一供体基底之间提供间隙。在该实施例的一个方面，由微 结构形成间隙。在上述方法的另一个实施例中，由辐射源的多次图案化曝 光形成单独的图像，在每次曝光过程中，片材和第一供体膜相对于辐射源 处于不同的位置上。在上述方法的另一个实施例中，重复该方法以在片材 上形成一个以上的合成图像。在上述方法的另一个实施例中，合成图像是 二维图像。在上述方法的另一个实施例中，合成图像是三维图像。在上述方法的另一个实施例中，材料层和显微透镜由相同材料制成。 在上述方法的另一个实施例中，材料层包含聚酯，显微透镜包含丙烯酸实施例中，辐射源提供波长在200mn至llum之间 的辐射。在上述方法的另一个实施例中，该方法还包括步骤移除第一供体 层；提供与片材的材料层邻近的第二供体层，其中第二供体基底是辐射敏 感的；使用第二供体层重复转移步骤。在该实施例的一个方面，第二供体 层包含与第一供体层中的着色剂不同的着色剂。在该实施例的另一方面， 合成图像的至少一部分呈现出与第一供体基底和第二供体基底中的着色剂 类似的颜色。在该实施例的另一方面，合成图像的至少一部分呈现出与第 一供体基底和第二供体基底中的着色剂的混合物类似的颜色。在该实施例 的另一方面，合成图像的至少一部分呈现出多色合成图像。在上述方法的另一个实施例中，本发明提供由该方法制成的片材。在 该实施例的一个方面，片材还包含可将片材施加于基底上的粘合剂层。在 该实施例的一个方面，片材被粘附在基底上。在该实施例的另一方面，基 底是文档、标记、身份证、容器、货币、显示器、信用卡，或者片材被用 作广告、装饰、鉴定或识别的目的。在上述方法的另一个实施例中，在肉 眼看来，合成图像还至少部分地位于片材平面内。本发明的另一方面提供了一种片材。在该具体实施例中，片材包括 显微透镜阵列；邻近显微透镜阵列的材料层；与材料层接触的第一供体材 料，其中供体材料在材料层上形成与多个显微透镜中的每一个关联的单独 的部分完整图像，由此片材呈现出由单独的图像形成的合成图像，且该合 成图像用肉眼看起来浮在片材上方和/或下方。在上述片材的一个实施例中，合成图像在反射光下呈现为浮在片材上 方。在上述片材的另一个实施例中，合成图像在透射光下呈现为浮在片材 上方。在上述片材的另一个实施例中，合成图像在反射光下呈现为浮在片 材下方。在上述片材的另一个实施例中，合成图像在透射光下呈现为浮在 片材下方。在上述片材的另一个实施例中，合成图像的至少一部分发出荧 光和/或磷光，且用肉眼看起来浮在片材上方和/或下方。在上述片材的另 一个实施例中，在肉眼看来，合成图像还至少部分地位于片材平面内。在上述片材的另一个实施例中，第一供体材料包含着色剂。在该实施 例的一个方面，合成图像的至少一部分呈现出与供体材料中的着色剂类似的颜色。在上述片材的另一个实施例中，供体材料包含辐射敏感材料。在 上述片材的另一个实施例中，供体材料包含辐射敏感金属材料。在上述片 材的另一个实施例中，供体材料包含辐射敏感非金属材料。在上述片材的 另一个实施例中，片材是外露透镜型片材。在上述片材的另一个实施例 中，片材是嵌入透镜型片材。在上述片材的另一个实施例中，可在小于一百五十(150)度的视角范 围内观察到合成图像。在上述片材的另一个实施例中，当观察位置相对于 片材发生变化时，合成图像看起来会相对于片材移动。在上述片材的另一 个实施例中，当观察片材的角度发生变化时，合成图像消失并再次出现。 在上述片材的另一个实施例中，对于小于一百五十(150)度的视角，合成 图像的颜色会相对于视角发生变化。在上述片材的另一个实施例中，片材 包括一个以上合成图像。在上述片材的另一个实施例中，合成图像是二维 图像。在上述片材的另一个实施例中，合成图像是三维图像。在上述片材的另一个实施例中，片材还包括邻近材料层的第二供体材 料，其中该第二供体材料在片材上形成与多个显微透镜中的每一个关联的单独的部分完整图像。在该实施例的一个方面，第二供体材料包含与第一 供体材料的着色剂不同的着色剂。在该实施例的另一方面，合成图像的至 少一部分呈现出与第一供体材料和第二供体材料中的着色剂类似的颜色。 在该实施例的另一方面，合成图像的至少一部分呈现出与第一供体材料和 第二供体材料中的着色剂的混合物类似的颜色。在上述片材的另一个实施例中，第一供体材料包含着色剂并形成第一 合成图像，第二供体材料则形成发荧光和/或磷光的第二合成图像。在上述 片材的另一个实施例中，片材还包括将片材施加于基底上的粘合剂层。在 该实施例的一个方面，片材被粘附在基底上。在该实施例的另一方面，基 底是文档、标记、身份证、容器、显示器、信用卡，或者片材被用作广 告、装饰、鉴定或识别的目的。在上述片材的另一个实施例中，在肉眼看来，合成图像还至少部分地 位于片材平面内。在上述片材的另一个实施例中，片材包括不存在显微透 镜的窗口。


本文中将参考附图描述本发明，其中 图1是包含平凸基片的显微透镜片材的放大剖视图； 图2是"外露透镜"型显微透镜片材的放大剖视图； 图3是"嵌入透镜"型显微透镜片材的放大剖视图； 图4a和4b示意性地示出了根据本发明方法的一个实施例，该方法使 用第一供体片材；图5a和5b示意性地示出了图4a、 4b所示方法的另一个实施例，不同之处是该实施例使用第二供体片材；图6示意性地示出了与图4a、 4b和图5a、 5b所示方法的另一个实施 例一起使用的设备；图7是一部分显微透镜片材的平面图，其显示出记录在材料层中的与 根据本发明方法制成的单独的显微透镜关联的样本图像，并且该图还显示 了从合成图像的完整复制到部分复制的范围内的记录图像；图8是显微透镜片材一部分的照片，示出看起来浮在根据本发明的片 材上方或下方的至少两个合成图像；图9是通过本发明方法的一个实施例成像的图8所示显微透镜片材背 面一部分的显微照片，图中示出单独的部分完整图像；通过显微透镜一起 观看时，其形成看起来浮在根据本发明的片材上方或下方的合成图像；图10是看起来浮在显微透镜片材上方的合成图像的形成过程的几何光 学示意图；图11是本发明片材的示意图，在反射光下观看时，其具有看起来浮在 片材上方的合成图像；图12是本发明片材的示意图，在透射光下观看时，其具有看起来浮在 片材上方的合成图像；图13是看起来浮在显微透镜片材下方的合成图像的形成过程的几何光 学示意图；图14是本发明片材的示意图，在反射光下观看时，其具有看起来浮在 片材下方的合成图像；图15是本发明片材的示意图，在透射光下观看时，其具有看起来浮在 片材下方的合成图像；以及图16示出了附接在基底上的本发明片材的一个实施例。
具体实施方式
本发明的显微透镜片材和使片材成像的方法通过与大量显微透镜相关 的单独的部分完整图像和/或单独的完整图像生成合成图像，该合成图像看 起来悬浮或浮在片材上方、片材平面内和/或片材下方。为了方便起见，这 些悬浮的图像被称为浮动图像，它们可以位于片材上方或下方(无论是二 维图像还是三维图像)，或者可以是呈现在片材上方、片材平面内和片材 下方的三维图像。图像可以是黑白或彩色的，而且可以看起来随着观察者 移动。与一些全息片材不同，本发明的成像片材不可用于自我复制。另 外，观察者用可用肉眼观察到浮动图像。通过本发明方法成像的片材具有所述的合成图像，而且可用在多种应 用中，例如，护照、身份徽章、活动通行证、认同卡、产品识别格式、货币和广告推广中用作验证和真实性目的的防篡改安全图像；可形成浮动或 下沉或既浮动又下沉的品牌图像的品牌增强图像；在诸如警车、消防车或 其它紧急用途车辆徽章之类的图形应用中的识别表示图像；在诸如广告 亭、夜间符号和汽车仪表盘显示屏之类的图形应用中的信息表示图像；以 及在诸如名片、吊牌、艺术品、鞋类和瓶装产品之类的产品上使用合成图 像以提高新颖性。本发明还提供了一种形成包含所述合成图像的成像片材的具有创新性 的方法。在一个实施例中，形成了单个合成图像。还公开了形成两个或更 多个合成图像以及看起来位于片材上方、片材下方或片材平面内的合成图 像的实施例。其它实施例可包含传统印刷图像和由本发明形成的合成图像 的组合。美国专利No.6，288，842 (Florczak等人)公开了因为成分变化、材料 移除或烧蚀、相位改变或者邻近一层或多层显微透镜的一面设置的涂层的 聚合反应而在显微透镜片材上形成浮动图像。相反，本发明的方法通过在 显微透镜片材上添加材料以在显微透镜片材上形成浮动图像。可形成本发明图像的显微透镜片材包含一个或多个分立的显微透镜层 以及邻近一个或多个显微透镜层一面的材料层。例如，图1示出了显微透 镜片材10a的一个适用类型的一个实施例。该片材包含具有第一和第二宽
面的透明基片8，其中第二面2大致呈平面的，第一面ll具有由大致呈球 形或非球形的显微透镜4组成的阵列。可选择地，在基片8的第二面2上 设置材料层14。材料层14包括用于接收供体材料的第一侧面6，供体材料 将在以下详细描述。图2示出了显微透镜片材10b的一个适用类型的另一 个实施例。选择显微透镜的形状、基片厚度及它们的可变性，以使得适合 观察片材的光线大致被聚焦在第一面6上。在该实施例中，显微透镜片材 是"外露透镜"型显微透镜片材10b，其包括部分嵌入材料层14的单层透 明微球体12，该单层通常也是微珠粘结剂层，例如聚合材料。材料层14 包括用于接收供体材料的第一侧面6，供体材料将在以下详细描述。对于 可能用于成像供体基底材料(将在以下详细说明)的辐射波长以及可在其 中观看合成图像的光的波长而言，微球体12都是透明的。美国专利 No. 3， 801， 183更详细地描述了这类片材，不同的是其中的微珠粘结剂层非 常薄，例如薄至微珠粘结剂层仅在微珠之间或仅占据微珠之间的空隙。作 为另外一种选择，当采用美国专利No. 3， 801， 183提出的微珠粘结剂厚度 时，为了将辐射大致聚焦在材料层14的第一侧面6上，可使用具有合适光 学指数的微球体制成这类片材。这类微球体包括可从位于Sarasota, FL的 Esprix Technologies商购获得的聚甲基丙烯酸甲酯微珠。
图3示出了显微透镜片材10c的一个适用类型的另一个实施例。在该 实施例中，显微透镜片材是"嵌入透镜"型片材10c，其中微球体透镜22 被嵌入透明保护外层24 (通常是聚合材料)与材料层14 (通常也是微珠粘 结剂层，诸如聚合材料)之间。材料层14包括用于接收供体材料的第一侧 面6，供体材料将在以下详细描述。美国专利No. 3， 801， 183更详细地描述 了这类片材，不同的是反射层和粘结剂将被移除，并且间隔层14重新形成 为与微球体的曲率不太一致。
片材10的显微透镜优选地具有有序的图像形成折射元件，以形成图像 (将在以下详细描述)；通常通过形成球形或非球形特征来实现这一点。 提供梯度折射率(GRIN)的其它可用材料不需要曲面来折射光线。显微透镜可以具有任何对称性，如柱对称性或球对称性，前提条件是由折射表面 来形成真实的图像。显微透镜本身可以是分立形式的，如圆形平凸小透 镜、圆形双凸小透镜、菲涅尔小透镜、衍射小透镜、棒、微球体、微珠、 或圆柱形小透镜。可形成显微透镜的材料包括玻璃、聚合物、矿石、晶 体、半导体和这些材料与其它材料的组合。也可以使用非分立的显微透镜 元件。因此，也可使用由复制或压花方法(其中片材表面的形状改变以形 成具有成像特性的重复轮廓)形成的显微透镜。
尽管并未要求，但在可见波长和红外波长下具有在1.4至3.0之间，
更优选地在1.4至2.5之间的均匀折射率的显微透镜是优选的。不论单独 的显微透镜是分立的或是复制的，也不论显微透镜由什么材料制成，显微 透镜的屈光力优选地能使入射到光学元件上的光线聚焦在材料层14的第一 侧面6上或附近。在某些实施例中，显微透镜优选地在该层的合适位置上 形成縮小的真实图像。显微透镜片材的构造提供了必要的聚焦条件，以使 得入射到显微透镜片材前表面上的能量可大致聚焦在分离的供体层上，该 供体层优选的是辐射敏感的，将在以下详细描述。
尽管可以使用其它尺寸的显微透镜，但直径在15微米至275微米范围 内的显微透镜是优选的。对于在空间上距离显微透镜层相对较近处呈现的 合成图像，使用直径靠近上述范围下限的显微透镜可获得良好的合成图像 分辨率，而对于在空间上距离显微透镜相对较远处呈现的合成图像，使用 较大的显微透镜可获得良好的合成图像分辨率。其它显微透镜(如小透镜 尺寸与那些为显微透镜指定的尺寸相当的平凸、球形或非球形显微透镜)
预期可产生类似的光学结果。小透镜尺寸与那些为显微透镜指定的尺寸相 当的圆柱形透镜预期可产生类似的光学结果，但可能需要不同或可选的成 像光学组件。
如上所述，可以与显微透镜片材10中的显微透镜邻近地设置图1、 2 和3中的材料层14。片材10中材料层14的适用材料包括硅树脂、聚酯、 聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯或者能够制成片材或能够被基片8支撑的任何 其它聚合物。在一个实施例中，片材10可以包括由不同材料制成的显微透 镜层和材料层。例如，显微透镜层可以包括丙烯酸酯，材料层可以包括聚 酯。在其它实施例中，片材10可以包括由相同材料制成的显微透镜层和材料层。例如，片材10的显微透镜层和材料层可以由硅树脂、聚酯、聚氨 酯、聚碳酸酯、聚丙烯或者能够制成片材的任何其它聚合物形成，并且可 以通过机械压花、复制或模制等方法形成。
如下面参考图4a、 4b和图5a、 5b的详细描述，使用供体基底材料在 材料层14上形成与多个显微透镜关联的单独的部分完整图像，当观察者在 所述显微透镜前方在反射或透射光下观察时，会形成看起来悬浮或浮在片 材上方、片材平面内和/或片材下方的合成图像。尽管可以使用其它方法， 但是形成这类图像的优选方法是提供辐射敏感供体材料，并以所需方式利 用辐射转移该供体材料，以在材料层的第一侧面上形成单独的部分完整图 像。该转移方法可包括热熔胶棒、升华、加成去除(通过去除供体将材料 转移到基底上)、扩散、和/或其它物理材料转移方法。
本发明可用的合适辐射敏感供体材料基底包括涂敷有在粘结剂中的着 色剂以及具有或不具有其它辐射敏感材料的基底。可以散装形式或巻筒形 式提供供体材料。当参考本发明使用时，供体基底材料是"辐射敏感 的"，如果暴露于给定程度的辐射下， 一部分暴露的供体材料会转移或优 先粘附到不同位置。因为从供体基底上至少部分或全部移除辐射敏感供体 基底材料或着色剂材料，并随后将供体基底材料或着色剂材料转移到显微 透镜片材10的材料层上，从而形成单独的部分完整图像(如图7和图9所 示)。
在一个实施例中，供体基底包括在可见光谱中提供颜色的着色剂，如 颜料、染料、墨水或者这些材料中的任何材料或所有材料的组合，以形成 彩色合成浮动图像，如图8中所示的图像。颜料或染料可以是磷光或荧光 的。作为另外一种选择，供体材料中的着色剂也可以呈现金属色。所得浮 动图像的颜色大致类似于供体基底中着色剂的颜色，如果被转移的供体基 底成分是热稳定的，那么转移时仅发生很小的化学或成分变化。此外，所 得合成浮动图像的颜色可以与供体基底中的着色剂的颜色相同。在本发明 的另一个实施例中，供体基底可以包括不同着色剂的宏观图案，如贯穿基 底或彩色基底的不同颜色的带或区域。在可选实施例中，不要求供体基底 包括在可见光谱下提供颜色的着色剂，相反，所得合成浮动图像将看起来 是无色的。这类供体基底可以包括无色的荧光染料或磷光材料，仅在暴露于特定波长时或之后才能形成可见的合成图像，或者在是磷光材料的情况 下，在暴露于一定波长之后的一段时间里可形成可见的合成图像。作为另 外一种选择，这类供体基底可以包括折射率与材料层14相同或不同的无色 材料。如图11所示，在环境光下观察时，这类供体材料形成的合成图像仅仅是轻微可见的；然而，当在大致垂直于表面6的光线下观察时，可能看 起来比表面6的非成像区域的反射光更亮。所有供体基底均可以可选地包括能够增加基底对成像辐射的敏感度的添加剂，并最终有助于材料的转 移，或者所述基底可以至少在着色剂之下包括反射和/或吸收层以增强辐射的吸收。图4a示意性地示出了根据本发明在显微透镜片材10上形成合成 图像的方法的一个实施例。该方法包括使用辐射源30。任何可提供所需强 度和波长的辐射的能量源均可用作本发明方法中的辐射源30。在一个实施 例中，能够提供波长在200纳米至11微米之间，更优选的是在270纳米至 1.5微米之间的辐射的辐射设备是优选的。本发明可用的高峰值功率辐射 源的实例包括被动Q开关微芯片激光器，Q开关掺钕激光器系列，这些激 光器中的任一个的双频、三频和四频形式，及掺钛蓝宝石(縮写是 Ti:sapphire)激光器。可用辐射源的其它实例包括提供低峰值功率的设 备，诸如激光二极管、离子激光器、非Q开关固态激光器、金属蒸汽激光 器、气体激光器、弧灯和高功率白炽光源。对于所有有用的辐射源，来自辐射源30的能量射向显微透镜片材 10，并且受到控制以发出高度发散的能量束。对于采用电磁光谱中的紫外 光、可见光和红外光部分的能量源，可通过本领域内的技术人员所知的合 适光学元件来控制光线。在一个实施例中，对光学元件(通常被称为成像 组件)的这种排列的要求是成像组件通过适当的发散或分散将光线射向片 材，以产生在所需角度下照射显微透镜的辐射"锥"，从而照射与所述显 微透镜对准的供体材料。本发明的合成图像优选地通过使用数值孔径(其 定义为最大发散光线的半角正弦)大于或等于0.3的辐射发散设备获得， 但也可以使用更小的数值孔径照明。具有更大数值孔径的辐射发散设备会 产生具有更大视角和更大图像外观移动范围的合成图像。在可选实施例 中，成像组件可以另外包含阻止辐射锥的一个或多个角度部分中的辐射的 元件。所得合成图像仅在与改变的锥的无遮挡角度部分对应的角度内才是可见的。如果需要，可以在改变的锥的分开角度部分中形成多个合成图 像。使用改变的锥及其反相，可产生当样本倾斜时从一种颜色变换到另一 种颜色的合成图像。作为另外一种选择，可在同一区域中产生多个合成图 像，当样本倾斜时会导致各单独的图像呈现和消失。如图4a和4b所示，根据本发明的一个示例性成像方法包括以下步 骤。图4a示出了辐射源的成像方法，图4b示出了执行成像方法之后所得 的片材IO。首先，提供显微透镜片材IO，诸如图1至图3中所示的显微透 镜片材10a、 10b、 10c。图4a所示是使用显微透镜片材10a，然而也可以 在该方法中使用显微透镜片材10b或10c。下一步，提供供体基底40a，诸 如上述供体基底。下一步，将显微透镜片材10邻近供体基底40a地布置或 取向成紧邻供体基底，以使得显微透镜片材10位于辐射源30与供体基底 40a之间。在一个实施例中，显微透镜片材10和供体基底40a彼此非常接 近。在另一个实施例中，显微透镜10和供体基底40a相互接触，或者例如 通过重力、机械手段或如图4a所示由真空源36产生的压力梯度而彼此压 在一起。在本发明的另一个实施例中，微结构44位于显微透镜片材10与 供体基底40a之间，以在显微透镜片材10与供体基底40a之间提供大致均 匀的间隙或空间。该微结构44可以是布置在显微透镜片材10与供体基底 40a之间的单独的微结构。这类单独的微结构44的实例包括聚甲基丙烯酸 甲酯球、聚苯乙烯球和二氧化硅球，所有这些物品均可从位于Sarasota, FL的Esprix Technologies商购获得。作为另外一种选择，微结构44可 以从供体基底40a向显微透镜片材10延伸，或从片材10中的材料层14的 第一侧面6延伸。包括这类微结构44的适用供体基底40的实例包括可从 位于Norwalk， CT的Kodak Polychrome Graphics商购获得的Kodak Approval介质禾口 Matchprint Digital Halftone介质。包括这类微结构 44的适用显微透镜片材易于制造，诸如通过复制及通过本领域所知的方 法。无论是哪种情况，优选的是在显微透镜片材10与供体基底40a之间存 在由微结构44的尺寸、间隔、排列方式和覆盖面积所确定和控制的大致均 匀的间距或间隙。该大致均匀的间隙在供体基底40a的顶面41与显微透镜 光学器件的焦点34之间提供了大致均匀的配准。下一步，该方法包括如下步骤将部分供体材料从第一供体材料基底40a转移到片材10的材料层14的第一侧面6，以在材料层14的第一侧面 6上形成单独的部分完整图像，如图4b所示。在图4a和4b所示的本发明 方法的一个实施例中，通过透镜32将来自辐射源30的准直光射向显微透 镜片材10来实现转移。辐射源30通过透镜32、再通过显微透镜片材10 在供体基底40a上聚焦。如图4a所示，显微透镜4的焦点34大致在供体 材料40a与显微透镜片材10的材料层14的第一侧面6之间的界面上。基 底40a的供体材料吸收片材10a的显微透镜4的焦点34附近的入射辐射。 辐射吸收导致供体基底40a的供体材料转移到片材10a的材料层14的第一 侧面6上，形成包括与片材10a的显微透镜4对应的部分完整图像的供体 材料42a的图像像素，如图4b所示。在该方法的可选实施例中，其中片材 10a的材料层14的第一侧面6非常接近供体材料40a或粘附在供体材料 40a上，那么也可以采用诸如辐射诱导漫射和优选的粘结(热熔胶棒方 法)等转移机理，该机理形成包括与片材10a的显微透镜4对应的部分完 整图像的供体材料42a的图像像素。所转移供体材料42a的化学性或组成 或组分浓度可能有变化。由供体材料42a形成的这些单独的部分完整图像 共同生成肉眼看起来浮在片材10的上方和/或下方的合成浮动图像，将在 以下详细描述。由于每个单独的显微透镜4占据着相对于光学轴线的唯一位置，因此 入射在显微透镜4上的辐射相对于入射在每个其它显微透镜上的辐射具有 唯一的入射角。因此，光线将被每个显微透镜4传输到相对于靠近焦点34 的供体基底40a上的特定显微透镜4的唯一位置上，并对应于每个显微透 镜4在材料层14的第一侧面6上形成供体材料42a的部分完整图像的唯一 图像像素。更准确的说， 一个光脉冲在每个适当暴露的显微透镜4后面仅 产生供体材料42a的一个成像点，因此可在片材10的材料层14的第一侧 面6上形成邻近每个显微透镜的部分完整图像。可以使用多个辐射脉冲或 快速通过并连续照射的辐射光束来形成图像。对于每个脉冲来说，相对于 前一个脉冲过程中的焦点34，透镜32的焦点相对于显微透镜片材位于新 的位置上。透镜32的焦点34相对于显微透镜4的位置的这些连续变化导 致每个显微透镜4上的入射角发生相应变化，进而导致由该脉冲利用供体材料42在片材10的材料层14上形成的供体材料42a的部分完整图像的成 像像素的位置也发生相应变化。因此，入射在靠近焦点34的供体基底40a 上的辐射可转移辐射敏感供体材料42a的选定图案。因为每个显微透镜4 的位置相对于每个光学轴线都是唯一的，所以对每个显微透镜利用被转移 的辐射敏感供体材料42a形成的部分完整图像将不同于与每个其它显微透 镜相关的图像，这是因为每个显微透镜都从不同位置"看"进入的辐射的 缘故。因此，利用来自供体基底的供体材料42a在材料层14上形成与每个 显微透镜相关的唯一图像。另一种形成浮动合成图像的方法使用了发散形成对象，如产生高度发 散光以在显微透射材料上成像的透镜阵列。例如，透镜阵列可由多个小透 镜构成，所有小透镜均具有高数值孔径且排列成平面几何形状。当该阵列 被光源照亮时，该阵列将形成多个高度发散光的锥体，每个单独的锥体居 于阵列中与其对应的透镜的中央。选择阵列的物理尺寸以适应合成图像的 最大侧向尺寸。借助阵列的尺寸，透镜形成的单独的能量锥将使显微透镜 材料曝光，就像单独的透镜依次设置在阵列的所有点上并接收光脉冲一 样。关于哪些透镜接收入射光的选择可以通过使用反射罩、衍射图案发生器或通过用低数值孔径的辐射光束单独照射目标的具体位置来完成。该反 射罩具有与合成图像的将要曝光的部分对应的透明区域和图像不应曝光的反射区域。由于透镜阵列侧向延伸，因此可以不必使用多个光脉冲来绘出 图像。通过让入射能量完全照射反射罩，反射罩上允许能量通过的部分形成 许多高度发散光的单独的锥体以绘出浮动图像，就像图像是由一个透镜绘 出的一样。因此，仅需要一个光脉冲就能在显微透镜片材上形成完整的合 成图像。作为另外一种选择，可以用光束定位系统(如检流xy扫描仪)替 代反射罩，用来局部照射透镜阵列并在阵列上绘出合成图像。由于该技术 使能量在空间上局限于某些区域，因此在任何给定时间内阵列中仅有少数 小透镜被照射。那些被照射的小透镜将形成使微透镜材料曝光而在片材上 形成合成图像所需的高度发散光的锥体。成像之后，根据合成图像的期望观察尺寸，在由供体材料42a形成的 每个充分曝光的显微透镜后面，在片材10的材料层14的第一侧面6上将出现全部或部分完整的图像。在材料层14上在每个显微透镜4后面形成图 像的程度取决于入射在该显微透镜上的能量。期望图像的一部分可以距离 显微透镜区域足够远，以至于入射到那些显微透镜上的辐射的能量密度低 于转移相应供体材料42所需的辐射等级。此外，对于在空间上伸展的图像，当使用固定NA的透镜成像时，并非片材的所有部分都要在对于期望图像的所有部分的入射辐射下曝光。因此，期望图像的一部分将不会导致转移辐射敏感材料，期望图像的仅仅一部分图像在材料层14上在那些显微透 镜后面出现。在图4b中，第一供体基底40a用于在片材10上形成供体材料42a的 单独的部分完整图像。在使用第一供体基底40a使片材IO成像之后，可以 移除第一供体基底40a，并用第二供体基底40b替代，如图5a所示。然 后，如图5a和5b所示，分别重复上述及图4a和4b所示的方法。第二供 体基底40b用于在片材10上形成供体材料42b的图像。在一个实施例中， 第二供体基底40b包括与第一供体基底40a中的着色剂不同的着色剂。这 样可让使用者形成由两种不同颜色组成的合成图像。也就是说，合成图像 是彩色的，或者一部分是一种颜色，另一部分是不同颜色。作为另外一种 选择，第一供体基底40a和第二供体基底40b可用来形成两个分离的颜色 不同的浮动图像，例如，如图8所示。作为另外一种选择，第一供体基底 40a和第二供体基底40b中的着色剂可以生成由两种着色剂混合物形成的 合成图像。在另一个实施例中，第一供体基底40a和第二供体基底40b中 的着色剂可以包括相同的着色剂。可以使用任意数目的供体基底40使显微 透镜片材10成像，以在一个片材10上形成多种不同颜色组合的任意数目 的浮动合成图像。图6示出了滚筒式装置的一个实施例，该装置可方便地利用第一供体 基底40a使显微透镜片材10成像，然后利用第二供体基底40b使显微透镜 片材10成像。该装置包括第一滚筒50、第二滚筒54和空转滚筒52。如上 所述，在每个滚筒50、 54上方固定地放置一个具有合适光学组件的辐射源 30。第一供体材料40a缠绕在第一滚筒50上，第二供体材料40b缠绕在第 二滚筒54上。当显微透镜片材10通过该装置时，它首先被压在第一供体 基底40a和滚筒50上，按照与上面参考图4a和4b所述的相同的方式利用辐射源30成像。下一步，片材10从第一滚筒50开始移动，随后离开第一供体材料40a。下一步，显微透镜片材10继续绕着空转滚筒52移动然后 压在第二供体基底40b和滚筒54上，按照与上面参考图5a和5b所述的相 同的方式利用辐射源30成像。从第二滚筒54上拉下显微透镜片材10，片 材随后离开第二供体材料40b。所得显微透镜片材10将具有在显微透镜片 材10的材料层14的第一侧面6上成像的来自第一供体基底40a和第二供 体基底40b的供体材料。为了将来自多个供体基底40的供体材料沉积在显 微透镜片材10上以在片材10上形成多个合成浮动图像，该装置可以包括 任意数目的滚筒和辐射源。图7是一部分显微透镜片材10的透视图，示出从显微透镜片材的显微 透镜侧观察时，由邻近单独的微球体4的材料层14上的辐射敏感供体材料 42形成的单独的部分完整图像样本46，还显示了从完整复制到部分复制的 范围内的记录图像。图8和9示出了根据本发明方法的一个实施例成像的显微透镜片材 10，使用两种辐射敏感供体基底40形成不同颜色的多个合成图像。图9是 图8所示片材10的材料层14的第一侧面6的放大光学特征图。片材10包 括浮在片材下方的第一合成图像60a (呈现为黑色的双环)和浮在片材上 方的第二合成图像60b (同样为位于双环内的黑色的"3M"的轮廓)。片 材10还包括浮在片材下方的第三合成图像60c (呈现为紫色的双环)和浮 在片材上方的第四合成图像60d (位于双环内的紫色的"3M"轮廓)。由 具有黑色着色剂的第一供体基底使片材10成像。然后由具有紫色着色剂的 第二供体基底使片材10成像。图8中所示区域A的一部分对应于图9中片材10的底视图(例如材料 层14的第一侧面6)。具体地说，图9示出了单独的部分完整图像46的 放大视图，该图像共同形成了合成图像60a和60c的黑色和紫色双环的交 叉，其中合成图像60a和60c呈现为浮在根据本发明的片材下方(如图8 的区域A所示)。图像46有两部分黑色供体材料42a形成的第一部分64和紫色供体 材料42b形成的第二部分66。每个图像46通常对应于单独的显微透镜。 图9中图像46的尺寸范围是24.5至27um，但也可以是其它尺寸范围。图9方便地示出了供体材料在材料层14表面上方的高度，以及对直接邻近所转移供体材料42的材料层14的高度水平的影响。由供体材料42a、 42b形 成的部分64、 66周围的深色部分表示这些部分周围的材料层14已熔融或 其温度已上升至超过其玻璃化转变温度，因此其在材料层14的第一侧面6 的平面下方的相关高度是0.1至0.2um。这些"片段"是作为制造方法的 结果在供体材料42a、 42b周围形成的，并且这些"片段"可能有助于增强 图像60。供体材料42a、 42b的全高是在片材10的材料层14的第一侧面6 的平面上方大约0. 1至0. 75um的范围内，但也可能是其它高度范围。这些合成浮动图像60也可认为是多个图像46 —起叠加的结果，所有 这些图像均具有真实物体的不同方面。通过微縮透镜阵列可形成多个唯一 的图像，所有透镜均从不同的有利位置上"看"物体或图像。在单独的微 缩透镜后面，取决于图像形状和接收成像能量源的方向，利用供体材料在 材料层上生成图像的透视图。在本发明方法的一些实施例中，只有图像或 物体中由具有足以导致一些辐射敏感供体材料转移的能量的透镜看到的部 分才能被记录。图像或物体中与暴露在相应更大的能量等级下的透镜相关 的部分通常可能导致更多数量的供体材料被转移，例如，可能导致在片材 10的材料层14的第一侧面6上方具有更大高度的图像46。要成像的"物体"是通过绘出"物体"的轮廓或通过使用遮光罩利用 强光源形成的。对于这样记录具有合成视觉的图像，来自物体的光线必须 在较宽的角度范围内辐射。当来自物体的辐射从物体的一个点进入且在一 个较宽的角度范围内辐射时，所有辐射光线都携带了关于该物体但仅来自 该点的信息，但信息是来自辐射光线的不同角度。现在考虑为了获得辐射 光线携带的关于该物体的相对完整信息，光线必须从组成物体的点集合在 一个较宽的角度范围内辐射。在本发明中，从物体发出的辐射光线的角度 范围是由在辐射源与显微透镜片材之间插入的光学元件控制的。选择这些 光学元件以提供形成合成图像所必需的最佳角度范围。光学元件的最佳选 择是形成一个锥顶终止于物体位置的辐射锥。将采用几何光学来描述根据本发明的不同合成图像的形成。如前所 述，以下所述的成像方法是本发明的优选实施例，但并非排他性的实施 例。如上所述，在邻近显微透镜的材料层上形成图像图案的优选方式是使 用辐射源转移邻近显微透镜片材的材料层布置的辐射敏感供体材料，以在 材料层上形成图像。A. 生成浮在片材上方的合成图像参见图10，入射辐射100 (在本实例中是光)由光学元件102导向并准直，光学元件使光线100b照向发散透镜105a。光线100c从发散透镜向 显微透镜片材10发散。射入显微透镜片材10的光线能量通过单独的显微透镜4大致聚焦在材 料层14与供体基底(未示出)之间的界面上。该聚焦的辐射致使供体基底 中的辐射敏感材料和/或着色剂的至少一部分转移，以在材料层14的表面 6上形成图像46，图像的尺寸、形状和外观取决于光线、显微透镜与辐射 敏感供体基底之间的交互作用。如图ll所示的构造将形成具有合成图像的片材，观察者将看到合成图 像浮在片材上方(将在以下描述)，因为如果发散光线100c穿过透镜向后 延伸，则会相交于发散透镜的焦点108a。换句话说，如果从材料层开始通 过每个显微透镜并通过发散透镜返回地绘出假想"图像光线"的轨迹，这 些光线将在108a处相交，在这里呈现一部分合成图像。B. 观察浮在片材上方的合成图像可以使用从观察者的同一侧(反射光)和/或从片材上与观察者相对的 一侧(透射光)射入片材的光线观看具有合成图像的片材。图11是在反射 光下观看时观察者A用肉眼看到浮在片材上方的合成图像的示意图。肉眼 可以矫正到正常视力，但不能以其它方式辅以例如放大镜或特殊观察器。 当成像片材被反射光(可以是准直或漫射的)照亮时，光线从成像片材上 反射回来，反射的方式由光线所射入的单独的图像46内的供体材料42决 定。根据定义，由供体材料42形成的图像看起来不同于材料层14上没有 供体材料42的非成像部分，因此可以感知到图像。例如，光线Ll的一部分(例如特定波长范围)可以被供体材料42向 观察者反射回来，其总和会形成看起来浮在片材上方的彩色合成图像，该 图像的一部分在108a处呈现。总之，可见电磁光谱的特定部分可以从成像 部分46反射或者从诸如护照(未示出)等层叠基底反射，并被成像部分46吸收或散射，也就是说彩色合成图像的一部分在108a处呈现。然而， 供体材料42可能不会很好地或根本不会将光线L2反射回观察者，或者可 能会大量吸收从层叠表面反射并随后通过供体材料42传输的光线。因此， 观察者可以发觉在108a处缺少光线，其总和会形成看起来浮在片材上方的 黑色合成图像，该图像的一部分在108a处呈现。总之，光线可以从整个片 材部分反射或从片材后面除了成像部分46之外的层叠材料高度反射，也就 是说在108a处呈现相对较暗的合成图像。成像材料42还可能反射或部分吸收入射光，并且邻近成像部分46布 置的暗色层叠材料(未示出)吸收光线，以提供形成合成图像所需的对比 效果。由此形成的合成图像会呈现为相对明亮的合成图像，而与之相比， 具有层叠材料(未示出)的片材的其余部分则呈现得相对较暗。可根据需 要选择这些可能的不同组合。如图12所示，也可在透射光下观看某些成像的片材。例如，如果材料 层14上的供体材料42的成像部分是半透明的且吸收可见光谱的一部分， 并且非成像部分是透明或半透明的但却高度透射，那么一些光线L3将被供 体材料42选择性地吸收或反射，并通过显微透镜射向焦点108a。在焦点 处容易看见合成图像，在本实例中，与片材其余部分相比，合成图像看起 来更暗且是彩色的。C.生成浮在片材下方的合成图像也可以形成看起来在片材上与观察者相对的一侧悬浮的合成图像。可 以使用会聚透镜代替图10中所示的发散透镜105来生成浮在片材下方的浮 动图像。参见图13，入射能量100 (在本实例中是光)被准直器102导向 并准直，准直器使光线100b照向会聚透镜105b。光线100d从会聚透镜入 射到位于会聚透镜与会聚透镜的焦点108b之间的显微透镜片材10上。射入显微透镜片材10的光线能量通过单独的显微透镜4大致聚焦在材 料层14和辐射敏感供体基底(未示出)之间的界面区域中。该聚焦的辐射 致使供体基底中的辐射敏感材料的一部分转移，以生成由供体材料42形成 的图像46，图像的尺寸、形状以及外观取决于光线、显微透镜片材和供体 基底之间的交互作用。如图13所示的构造会提供具有合成图像的片材 10，观察者会看到合成图像浮在片材下方(将在以下描述)，因为如果会聚光线lOOd穿过片材延伸，则会相交于会聚透镜的焦点108b。换句话说，如果从会聚透镜105b开始穿过每个显微透镜并穿过由供体材料42在 材料层上形成的与每个显微透镜关联的图像绘出假想"图像光线"的轨 迹，则这些光显将在108b处相交，在这里呈现一部分合成图像。 D. 观察浮在片材下方的合成图像也可以在反射光和/或透射光下观察具有看起来浮在片材下方的合成图 像的片材。图14是在反射光下观看时看起来在浮片材下方的合成图像的示 意图。例如，光线L5的可见光谱部分可以被材料层14上的供体材料42向 观察者反射回来。因而，观察者可以发觉存在看起来是由108b产生的彩色 光线，其总和会形成看起来浮在片材下方的彩色合成图像，该图像的一部 分在108b处呈现。总之，光线可主要从成像部分46反射，也就是说，在 108b处呈现较暗的彩色合成图像。作为另外一种选择，入射光可以被材料 层后面的层叠材料反射，光的一部分随后被供体材料42吸收或散射，并向 观察者传输回来。因而，观察者可发现存在看起来由108b产生的彩色光 线，这些彩色光线合起来将会生成彩色合成图像。总之，光线可被材料层 后面的层叠材料反射并被成像部分46吸收，也就是说，在108b处呈现较 暗的彩色合成图像。材料层后面的层叠材料也可能会吸收入射光，并且供体材料42反射或 者部分吸收入射光，以提供形成合成图像所需的对比效果。由此形成的合 成图像会呈现为相对明亮的合成图像，而与之相比，片材的其余部分则呈 现得相对较暗。可根据需要选择这些可能的不同组合。如图15所示，可在透射光下观看某些成像的片材。例如，如果材料层 14上的供体材料42的成像部分是半透明的且吸收颜色，并且不存在供体 材料42的非成像部分是透明的，那么光线L7的可见光谱的特定部分将被 供体材料42吸收或反射，而透射光L8将穿过材料层的其余部分。这些光 线(本文中称作"图像光线")沿着与入射光方向相反的方向延伸会形成 合成图像，该图像的一部分在108b处呈现。在焦点处容易看见合成图像， 在本实例中，该图像看起来较暗且为彩色，而片材看起来是透明的。作为另外一种选择，如果材料层14上的供体材料42的成像部分不是半透明的，而材料层14的其余部分是半透明的，那么图像区域缺失透射光将形成看起来比片材的其余部分颜色更暗的合成图像。图16示出了粘附到基底或层叠材料80上的图11所示片材10。如图 所示，片材10可以通过粘合剂层70附连在基底80上。作为另外一种选 择，片材10可以整体地形成在基底80上或嵌入基底80。基底80可以是 文档、标记、身份证、容器、货币、显示器、信用卡或任何其它形式的基 底。附连到基底80上的片材10可以用作广告、装饰、鉴定、识别目的或 者用于其它期望的目的。基底80可包括附加信息82，这些信息可打印在 基底80上，观察者除了可看到合成图像108a之外还能看到这些信息。例 如，光线L9的一部分(例如，具体的波长范围)可以被基底80向观察者 反射回来。光线L10可以从被转移的供体材料42上反射，使合成图像以及 嵌入的或者覆盖的图形82对观察者而言是可见的。基底80可以是半透明 的，或者不透明，或者它们的任何组合。在另一个实施例中，显微透镜片 材10可包括带有显微透镜4的部分和没有显微透镜的部分。没有显微透镜 的部分可以是一个窗口，通过该窗口可观看显微透镜片材10的其它部分或 者观看显微透镜片材所附连的基底的一部分。作为另外一个选择，窗口可 包括显微透镜，而显微透镜的周围部分可不包括显微透镜。根据本发明的原理制作的合成图像可以看起来是二维的(意味着它们 有长度和宽度)，可看起来位于片材下方、片材平面内或片材上方，或者 看起来是三维的(意味着它们有长度、宽度和高度)。根据需要，三维合 成图像可以只呈现于片材的下方或者上方，或者呈现在片材下方、片材平 面内以及片材上方的任何组合。术语"在片材平面内"通常只是指当片材 平放时片材的平面。也就是说，在本文中使用该短语处，对于非平坦的片 材来说，也可以有至少部分呈现在片材平面内的合成图像。三维合成图像不会呈现在单个焦点上，而是作为具有连续或不连续焦 点的复合图像呈现，其中焦点从片材的一侧(或穿过片材)延伸到另一侧 的一个点上。这优选通过下述方法实现按顺序相对彼此移动片材或辐射 源(而不是通过提供多个不同的透镜)来转移多个焦点处邻近材料层的供 体材料，以在材料层14的表面6上形成图像46。获得的空间复合图像基本包括许多单独的点。在与片材平面相关的三个迪卡尔坐标中的任何坐标 中，该图像都具有空间扩展性。在另一种效果中，可以使合成图像移动进入显微透镜片的某个区域， 图像在该区域中消失。这类图像以类似于如下浮动图像实例的方法制作， 在该实例中，在显微透镜材料前增设不透明掩模以部分阻挡显微透镜材料 一部分的成像光线。当察看这类图像时，可以将图像移动进入某一区域， 在该区域中接触掩模减少或去除成像光线。在那个区域内，图像似乎"消 失了"。在另一种效果中，合成图像可随观察角度的变化而改变色彩。这类图 像是由几种方法中的一种制作而成的，例如阻挡第一供体的成像辐射锥的 角度部分。然后使用带有不同着色剂的第二供体，仅阻挡先前没有被阻挡 的锥的部分，可以重新成像出同一虚拟图像。采用本发明的方法形成的图像也可构造为具有受限视角的图像。换句 话讲，只有从特定方向或是从偏离该方向较小的角度观察才能看到该图 像。通过下列实例进一步解释本发明。这些实例使用光学装置来产生本发明的合成图像，这些光学装置基本上类似于参照美国专利No. 6， 288， 842 (Florczak等人)的图14和图16中所描述的光学装置。美国专利 No. 6， 288， 842 (Florczak等人)的全部公开内容以引用方式并入本文。 实例实例中准备了两种不同颜色的供体基底青色和炭黑。首先，准备有 色溶剂，然后将有色溶剂涂敷到基底上，从而形成供体基底。按下列方法制备青色涂层溶液。将0.05克近红外(IR)染料(其吸收 峰在801纳米，可从H. W. Sands Company (Jupiter, Florida)以产品 号SDB1217商购获得)溶于1克2-丁酮(可从Sigma-Aldrich Company (St. Louis， Missouri)商购获得)和1克l-甲基-2-P比咯烷酮(可从 Sigma-Aldrich Company (St. Louis， Missouri)商购获得)，再将该溶 液加到2克分散液，该分散液为酞菁蓝颜料(颜料蓝15: 4)在丙二醇甲 醚中的分散液(可从PennColor， Inc. (Doylestown， Pennsylvania)以产品号16S1206D商购获得)。将制备好的溶液置于4打兰的玻璃瓶中，在滚筒机上混合约五分钟。按下列方法制备炭黑涂层溶液。将四(4)克黑色聚乙烯醇縮丁醛糊剂 (炭黑、甲基乙基酮和丙二醇甲醚的混合物，可从Perm Color, Inc. (Doylestown， Pennsylvania)以产品号16B919D商购获得)与1克1-甲 基-2-口比咯烷酮(可从Sigma-Aldrich Company (St. Louis， Missouri)商 购获得)混合。将制备好的溶液置于4打兰的玻璃瓶中，在滚筒机上混合 约五分钟。按下列方法制备供体基底。将50微米厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)-片材(透明的聚合材料，25.4厘米X15.24厘米)置于玻璃涂层 表面的顶部，并用2-丙醇(可从Sigma-Aldrich Co即any (St. Louis, Missouri)商购获得)和标准清洁室擦拭物进行清理。使用清洁室擦拭物 擦拭PET片材的表面直至PET片材的表面干燥。然后，使用Meier棒(长 为20. 3厘米、直径为12. 7毫米，棒中部15. 24厘米区段用8密尔线材缠 绕)将青色涂层溶液涂敷到PET片材上，然后在80摄氏度的烘箱里烘30 秒。分别使用青色涂层溶液和黑色涂层溶液重复本工艺，从而产生多个青 色和黑色供体基底片材。为完成需要的材料层，生产带有显微透镜阵列的片材。丙烯酸酯透镜 阵列被复制到50微米厚的PET片材上，PET片材的表面被处理成能够与丙 烯酸酯粘合。所得的片材约58微米厚。被复制的透镜有18.7微米的曲率 半径和负0.745的圆锥常数。在丙烯酸酯表面上形成的每个透镜的直径是 30微米，中心至中心的透镜距离为34微米。本实例描述了具有看起来浮在片材下方的二维合成图像和看起来浮在 片材上方的三维第二合成图像的显微透镜片材。使用图16所示类型的光学 组件形成浮动图像。除了在下文描述的光学组件变型和上文描述的质量方 法之外，成像是根据美国专利No. 6， 288， 842中提出的成像方法进行的。光学组件包括在Spectra Physics (Mountain View, California)出 品的HurricaneTM钛蓝宝石超快激光器，其在基频波长800纳米上运作，输 出功率为45毫瓦(在显微透镜片材上方6.35毫米位置处测量)。脉冲宽度大约为120飞秒，脉冲重复率是250赫兹。本实例中的光学组件没有采 用扩散片。将带有矩形轮廓真空孔(矩形轮廓为57.15毫米X69.85毫 米)的真空吸头置于XYZ座标台的XY平面内，真空孔垂直于XY平面。通过将各自的供体基底切成矩形片段(大约为50.8毫米X63.5毫 米)来制备青色和炭黑的供体基底片段。炭黑供体基底的片段(其中基底 涂敷有炭黑的一侧背离真空吸头)相对于真空吸头的真空孔的矩形图形设 置在中心。然后，将显微透镜片材片段切割成具有足够大的尺寸，以致于 它能够覆盖真空吸头的真空孔，即显微透镜片材被切割成具有大于57. 15 毫米X69.85毫米的尺寸。然后将显微透镜片材片段设置在位于真空吸头 上方的供体基底的上方，显微透镜片材的透镜一侧背离真空吸头。然后用 真空吸头抽真空。然后沿着显微透镜片材片段的一个边缘设置胶带。然后根据美国专利No. 6， 288， 842中所述的成像技术和上文中所述的材 料转移技术在显微透镜片材的材料层上生成合成图像，从显微透镜片材的 透镜一侧观看， 一个长轴大约为16.5毫米、短轴大约为11.4毫米的椭圆 形图像看起来浮在显微透镜片材表面下方6.25毫米处。然后断开真空吸头 的真空。使用胶带作为铰链点，远离真空吸头的表面提起显微透镜片材至 一定角度。移除炭黑供体基底片段，采用定位炭黑基底片段的方法将青色 供体基底片段定位在真空吸头上。降低显微透镜片材直至其覆盖真空吸头 的真空孔，重新抽真空。然后根据美国专利No.6，288，842中所述的成像技 术和上文中所述的材料转移技术在显微透镜片材的材料层上生成三维合成 图像，从显微透镜片材的透镜一侧观看， 一个长边大约为5.7毫米、短边 大约为5.2毫米的实心轮廓长方体图像看起来是三维的并浮在显微透镜片 材表面的上方。当在环境光下观看显微透镜片材时，椭圆形图像呈现为1)黑色，2) 是二维的，3)浮在显微透镜片材表面的下方，长方体呈现为1)青色， 2)是三维的，和3)浮在显微透镜片材表面的上方。此外，合成图像相 对于观察者的观察视角会表现出适当大小的移动，因此，观察者可以很容 易地观察合成图像的不同方面，所看到的方面取决于视角。另外，随着观 察者改变视角，可看到合成图像相对彼此移动。实例2本实例描述的显微透镜片材带有看起来浮在片材下方的单一色彩的二 维合成图像和看起来浮在片材上方的含有两种颜色的第二个二维合成图 像。使用图16所示类型的光学组件形成浮动图像。除了在实例1中描述的 光学组件变型和上文描述的质量传递方法之外，成像是根据美国专利No. 6， 288， 842中提出的成像方法进行的。按照实例1提出的方法制备青色和炭黑的供体基底片段以及显微透镜 片材片段。按照实例1的描述将供体基底片段和显微透镜片材设置在真空 吸头上。然后，如实例1所述将图像成像在显微透镜片材的材料层上，该图像 在观看时显示为椭圆形二维合成图像。然后将在观察时显示为两种颜色的 数字和字母"3M" 二维轮廓合成图像成像到显微透镜片材的材料层上。利 用成像椭圆形图像的炭黑供体片材将"3M"的不同线段成像为黑色。按照 实例1中描述的工序，断开真空吸头的真空，使用胶带作铰链点，远离真 空吸头的表面提起显微透镜片材至一定角度，移除炭黑供体基底片段，然 后将青色供体基底片段设置在真空吸头上，降低显微透镜片材直至其覆盖 真空吸头的真空孔，然后重新抽真空。然后，"3M"中未成像为黑色的线段 以青色成像。二维"3M"的尺寸设计为当以垂直于图像的角度观察合成图 像时，"3M"图像与椭圆形图像的长轴相贴合。二维"3M"成像为看起来 浮在显微透镜片材表面的上方6. 35毫米处。当在环境光下观看显微透镜片材时，椭圆形图像显示为1)黑色，2) 是二维的，和3)浮在显微透镜片材表面的下方，而"3M"图像显示为 1)具有黑色片段，而其余部分是青色，2)是二维的，3)浮在显微透镜 片材表面的上方，和4)当以垂直于图像的观察角度观看时，该图像与椭 圆形图像的长轴相贴合。如实例1所述，合成图像相对于观察者的观看视 角会表现出适当大小的移动，因此，观察者可以很容易地观察合成图像的 不同方面，所看到的方面取决于视角。另外，随着观察者改变视角，可看 到合成图像相对彼此移动。本发明所公开的实施例的各种修改形式和组合对本领域的技术人员来 说都是显而易见的，所附权利要求书所限定的本发明的范围旨在包括这些 修改形式。
权利要求
1.一种在显微透镜片材上形成合成图像的方法，包括步骤提供具有显微透镜阵列和邻近显微透镜阵列的材料层的片材；提供与所述片材的材料层邻近的第一供体基底，所述第一供体基底是辐射敏感的；提供辐射源；以及使用所述辐射源将所述第一供体基底的至少一部分转移到所述片材上，以在所述材料层上形成与多个显微透镜中的每一个关联的单独的部分完整的图像，由此所述片材呈现出由所述单独的图像形成的合成图像，所述合成图像用肉眼看起来浮在所述片材上方和/或下方。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一供体基底包含着色剂。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述第一供体基底中的着色剂类似的颜色。
4. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤 在所述转移步骤之前，将所述片材和所述第一供体基底彼此紧邻地 定位。
5. 根据权利要求4所述的方法，还包括步骤 提供真空源；以及在所述转移步骤之前，在所述定位步骤中使用所述真空源将所述片 材和所述第一供体基底彼此紧邻地定位。
6. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤 在所述转移步骤之前，在所述片材与所述第一供体基底之间提供间 隙。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述间隙是由微结构形成的。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述单独的图像是由所述辐射源 的多次图案化曝光形成的，每次曝光过程中所述片材和所述第一供 体膜相对于所述辐射源处于不同的位置。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述方法重复多次以在所述片 材上形成一个以上的合成图像。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述合成图像是二维图像。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中所述合成图像是三维图像。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述材料层和所述显微透镜由相同的材料制成。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述材料层包含聚酯，所述显微透镜包含丙烯酸酯。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源提供波长在200nm至 llum之间的辐射。
15. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤 移除所述第一供体层；提供与所述片材的材料层邻近的第二供体基底，所述第二供体基底是辐射敏感的；以及使用所述第二供体层重复所述转移步骤。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第二供体层包含与所述第一 供体层的着色剂不同的着色剂。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述第一供体基底和所述第二供体基底中的着色剂类似的颜 色。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述第一供体基底和所述第二供体基底中的着色剂的混合物类 似的颜色。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出多色合成图像。
20. 采用权利要求l所述的方法制成的片材。
21. 根据权利要求20所述的片材，其中所述片材还包含可将所述片材施加于基底上的粘合剂层。
22. 根据权利要求21所述的片材，其中所述片材被粘附在基底上。
23. 根据权利要求22所述的制品，其中所述基底是文档、标记、身份证、容器、货币、显示器、信用卡，或者所述片材被用作广告、装 饰、鉴定或识别的目。
24. 根据权利要求1所述的方法，其中在肉眼看来，所述合成图像还至 少部分地位于所述片材的平面内。
25. —种片材，包括 显微透镜阵列；邻近所述显微透镜列的材料层；与所述材料层相接触的第一供体材料，其中所述供体材料在所述材 料层上形成与多个显微透镜中的每一个关联的单独的部分完整的图 像，由此所述片材呈现出由所述单独的图像形成的合成图像，该合 成图像用肉眼看起来浮在所述片材上方和/或下方。
26. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像在反射光下呈现为 浮在所述片材上方。
27. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像在透射光下呈现为 浮在所述片材上方。
28. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像在反射光下呈现为 浮在所述片材下方。
29. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像在透射光下呈现为 浮在所述片材下方。
30. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像的至少一部分发出 荧光和/或磷光，该合成图像用肉眼看起来浮在所述片材上方和/或 下方。
31. 根据权利要求25所述的片材，其中在肉眼看来，所述合成图像还至 少部分地位于所述片材的平面内。
32. 根据权利要求25所述的片材，其中所述第一供体材料包含着色剂。
33. 根据权利要求32所述的片材，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述供体材料中的着色剂类似的颜色。
34. 根据权利要求25所述的片材，其中所述供体材料包含辐射敏感材 料。
35. 根据权利要求25所述的片材，其中所述供体材料包含辐射敏感金属 材料。
36. 根据权利要求25所述的片材，其中所述供体材料包含辐射敏感非金 属材料。
37. 根据权利要求25所述的片材，其中所述片材是外露透镜型片材。
38. 根据权利要求25所述的片材，其中所述片材是嵌入透镜型片材。
39. 根据权利要求25所述的片材，其中可在小于一百五十(150)度的 视角范围内观察到所述合成图像。
40. 根据权利要求25所述的片材，其中当观察位置相对于所述片材发生 变化时，所述合成图像看起来相对于所述片材移动。
41. 根据权利要求25所述的片材，其中当观察所述片材的角度发生变化 时，所述合成图像消失并再次出现。
42. 根据权利要求25所述的片材，其中对于小于一百五十(150)度的 视角，所述合成图像的颜色会发生变化。
43. 根据权利要求25所述的片材，其中所述片材包括一个以上的合成图 像。
44. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像是二维图像。
45. 根据权利要求25所述的片材，其中所述合成图像是三维图像。
46. 根据权利要求25所述的片材，还包括邻近所述材料层的第二供体材 料，所述第二供体材料在所述片材上形成与多个显微透镜中的每一 个关联的单独的部分完整的图像。
47. 根据权利要求46所述的片材，其中所述第二供体材料包含与所述第 一供体材料的着色剂不同的着色剂。
48. 根据权利要求46所述的片材，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述第一供体材料和所述第二供体材料中的着色剂类似的颜 色。
49. 根据权利要求46所述的片材，其中所述合成图像的至少一部分呈现 出与所述第一供体材料和所述第二供体材料中的着色剂的混合物类 似的颜色。
50. 根据权利要求25所述的片材，其中，所述第一供体材料包含着色剂 并形成第一合成图像，所述第二供体材料形成发荧光和/或磷光的第 二合成图像。
51. 根据权利要求25所述的片材，还包括用于将所述片材施加于基底上 的粘合剂层。
52. 根据权利要求51所述的片材，其中所述片材被粘附在基底上。
53. 根据权利要求52所述的制品，其中所述基底是文档、标记、身份 证、容器、显示器、信用卡，或者所述片材被用作广告、装饰、鉴 定或识别的目的。
54. 根据权利要求25所述的片材，其中在肉眼看来，所述合成图像还至 少部分地呈现在所述片材的平面内。
55. 根据权利要求25所述的片材，其中所述片材包括不存在显微透镜的 窗口。
全文摘要
本发明公开了一种具有合成图像的显微透镜片材，其中所述合成图像浮在所述片材的上方和/或下方。所述合成图像可以是二维的或三维的。还公开了形成这类成像片材的方法。
文档编号G02B5/00GK101283294SQ200680037433
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月10日 优先权日2005年10月11日
发明者威廉·V·道尔, 罗伯特·T·克拉莎, 詹姆斯·P·恩德勒, 迈克尔·W·多尔扎尔 申请人:3M创新有限公司