通过取向可排列薄片形成的运动图像

申请号 CN200580044547.0 申请日 2005-12-21 公开(公告)号 CN101437673A 公开(公告)日 2009-05-20
申请人 JDS尤尼费斯公司; 发明人 V·P·拉克沙; P·G·库姆斯; C·T·马肯特斯; J·M·霍尔曼; N·泰特鲍姆;
摘要 本 发明 涉及一种图像,图像由处于可在 磁场 中排列的载体中的薄片构成,例如墨 水 溶液或油漆。薄片的排列产生一个或多个运动特征,例如当图像倾斜时看上去运动的滚动条。这些图像能在有价值的文件上形成安全特征,例如钞票。
权利要求

1.一种印刷在基体上的图像,包括:
涂覆有排列的颜料薄片的非矩形封闭区,其特征在于所述薄片的 排列使其中产生运动物体,并且当倾斜图像或改变照在图像上的光源 位置时,运动物体看上去运动经过封闭区,并且当运动物体看上去运 动经过该区时,运动物体的面积变化,或者当运动物体看上去运动时, 运动物体看上去同时平和垂直地运动。
2.根据权利要求1所述的图像,其特征在于当运动物体看上去运 动时,运动物体看上去比周围薄片亮,并且封闭区具有弯曲边缘。
3.根据权利要求1所述的图像,其特征在于当运动物体看上去运 动时,运动物体看上去比周围薄片暗。
4.根据权利要求1所述的图像,其特征在于运动物体是第一滚动 条。
5.根据权利要求4所述的图像,其包括第二滚动条。
6.根据权利要求5所述的图像,其特征在于当倾斜图像或从不同 方向观看时,第一和第二滚动条看上去沿不同方向运动。
7.根据权利要求1所述的图像,其特征在于运动物体是滚动条或 滚动半球,并且当在倾斜图像时物体看上去运动时,物体尺寸变化。
8.根据权利要求1所述的图像,其特征在于图像具有第二封闭区, 并且第二封闭区包括具有排列的颜料薄片的涂层。
9.根据权利要求1所述的图像,其特征在于非矩形封闭区代表能 投射阴影的物体,物体内的运动物体提供阴影和深度感觉,以及增大 识别物体的运动。
10.根据权利要求9所述的图像,其特征在于封闭区具有一条或 多条弯曲线,运动物体在其看上去运动时跟随一条或多条弯曲线。
11.根据权利要求1所述的印刷在基体上的图像,其特征在于用 于产生运动物体的、排列的颜料薄片,在非矩形封闭区内按拱形结构 取向,并且在图像内产生第二运动物体,第二运动物体内的薄片是相 对拱形。
12.一种印刷在基体上的图像,包括:
涂覆有排列的颜料薄片的非矩形封闭区,其特征在于所述薄片的 排列使其中产生运动物体,并且当倾斜图像或改变照在图像上的光源 位置时,运动物体看上去运动经过封闭区,并且当物体看上去运动经 过该区时,运动物体的面积变化,或者当运动物体看上去运动时,物 体看上去同时水平和垂直地运动。
13.一种印刷在基体上的图像,所述图像包括:载体中的多个磁 性颜料薄片,其特征在于一部分多个磁性薄片相对于基体表面排列成 拱形图案,从而形成横过图像的对比条,出现在第一相邻区与第二相 邻区之间,当倾斜图像时,对比条看上去相对于第一相邻区和第二相 邻区运动,多个磁性薄片排列成一种图案,从而当倾斜图像时形成横 过图像的双对比条。
14.一种印刷在基体上的图像,包括:涂覆有排列的颜料薄片的 第一区,其特征在于所述薄片的排列使其中产生第一运动物体,以及 涂覆有排列的颜料薄片的第二区,所述薄片的排列使其中产生第二运 动物体,并且当倾斜图像时,第一和第二运动物体看上去沿不同方向 同时运动。
15.根据权利要求14所述的图像,其特征在于第一和第二运动物 体是滚动条,并且滚动条在倾斜图像时沿相反方向运动。
16.一种能投射阴影的三维物体的运动图像,包括:填充一个区 域形成至少一部分图像的多个颜料薄片,其特征在于该区域内的颜料 薄片的排列形成滚动条,并且滚动条为三维物体的图像提供阴影和深 度,并且当照在图像上的光源变化时,阴影看上去运动。
17.一种物体的立体图像,其特征在于至少一个区域的立体图像 具有可排列的颜料薄片,颜料薄片处于载体内涂覆在基体上形成滚动 条或滚动半球,从而为物体提供阴影。
18.根据权利要求17所述的物体的立体图像,其特征在于一部分 图像具有滚动半球,并且另一部分图像具有滚动条。
19.一种形成具有运动半球或倒半球的图像的方法,包括以下步 骤:提供圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场;提供具有磁性可排列颜料薄片 涂层的基体;将涂层后的基体置于圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场内;相 对旋转涂层后的基体和圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场;以及使涂层固化
20.一种形成图像的方法,包括以下步骤:
用颜料薄片涂层涂覆基体,以及在涂层固化之前,将涂层暴露在 变化的磁场,在磁场内移动基体,或变化透过涂层的磁场。

说明书全文

技术领域

[0002]本发明一般地涉及光可变颜料、薄膜、墨、油漆、装置 和图像,更具体地,涉及具有排列或取向颜料薄片的图像,例如,在 油漆或印刷工艺过程中形成的,从而得到迷幻的光效果。本发明特别 应用于磁性地排列可排列的颜料薄片,并且还可以应用于在电场中排 列非磁性的绝缘或半导体薄片。
[0003]光可变装置有着广泛的用途,既有装饰性的,也有实用性 的。光可变装置可以用很多方式制成,以便达到不同的效果。光可变 装置的例子包括印在信用卡和授权软件文件上的全息图、印在钞票上 的彩色转移图像,以及用于增强诸如摩托车头盔和轮罩等物品的外观。
[0004]光可变装置可以制成薄膜或箔,可以通过加压、压印、粘 贴或其它方式结合到物体上,并且还可以使用光可变颜料制成。一种 光可变颜料是通常所谓的彩色转移颜料,因为用这种颜料适当印刷的 图像的外观色彩随着观看度和/或照明倾斜而变化。一个常见的例子 是在美国20美元钞票右下角用彩色转移颜料印刷的“20”,这作为防伪 标记。
[0005]这些防伪标记是隐蔽的,而有一些是引人注意的。本发明 涉及公开的特征,用于引人注意,但可以使用其中具有隐蔽特征的薄 片,例如邮戳。此外,可以使用具有光栅和全息特征的薄片。但不幸 的是,一些引人注意的光可变标记未得到广泛认可,因为这些标记的 光可变特征不是特别地引人注目。例如,利用彩色转移颜料印刷的图 像的色彩转移,在均匀的荧光顶灯下不能引人注意,但在直接阳光下 或在单点照明下更加引人注意。这使造假者更加容易混过没有光可变 特征的假钞,因为接收者不可能注意到光可变特征,或者因为假钞可 能在某些情况下看上去很类似于真钞。
[0006]光可变标记还可以用磁性颜料制成,颜料(通常处于载体 中,例如调墨水的溶液或调漆的溶液)在应用于表面之后在磁场中可 以排列。但是,具有磁性颜料的涂料大多用于装饰目的。例如,已描 述过使用磁性颜料生产具有装饰特征的油漆轮罩,其看上去像三维形 状。在油漆产品上形成图案是通过在油漆介质仍处于液态的同时对产 品应用磁场。油漆介质分散沿线排列的磁性非球形颗粒。磁场具 有两个区域。第一区具有平行于表面取向的并且沿所需图案形状排列 的磁力线。第二区具有不平行于油漆产品表面的并环绕图案排列的磁 力线。为了形成图案,具有与所需图案形状对应的形状的永磁体或电 磁体设置在油漆产品下面,使分散在油漆中的非球形磁性颗粒在油漆 仍处于湿润的同时沿磁场取向。当油漆干燥时,由于入射到油漆层的 光线受取向磁性颗粒的影响不同,因此可以在油漆产品的表面见到图 案。
[0007]同样地,已经描述了在荧光聚合物基体中形成薄片磁性颗 粒图案的工艺。在用液相形式的成分涂覆产品之后,将具有所需形状 的磁体置于基体下面。分散于液体有机介质中的磁性薄片自身平行于 磁力线取向,从起始平面取向倾斜。此倾斜从垂直于基体表面变化到 起始取向,这包括基本上平行于产品表面的薄片。平面取向的薄片将 入射光反射回观看者,而重新取向的薄片不会,是在涂层中提供三维 图案的外观。
[0008]因此需要在金融文件和其它产品上形成更加引人注意的 光可变安全特征,并且提供被造假者难以复制的特征。
[0009]还需要形成用其中含有可排列薄片的墨水和油漆制成的 增加印刷图像真实性的特征,特别是物体的印刷图像,更加特殊的是 可识别的三维物体。
[0010]在此之前,在本发明申请的发明者的专利申请 PCT/US2003/020665中披露了本发明的公知为“滚动条”和“后滚翻”的 实施例,这为由磁性可排列颜料薄片构成的图像提供运动特征,这是 提供运动错觉的特征,其中薄片以特殊方式排列。虽然这宣布了颜料 薄片排列领域的显著进展,并且更一般地涉及防伪涂层,但本发明者 已经发现滚动条和其它滚动物体的新的和令人激动的用途,例如滚动 半球,这产生由可排列颜料薄片形成的现实3-D类图像,而在此之前 没有实现。根据图像倾斜的角度或者照在图像上的光源变化的角度, 滚动半球看上去在所有方向在x-y平面上运动。
[0011]虽然上述PCT专利申请中所披露的滚动条在整个长形图 像上呈现运动条的错觉,但此发明具有局限性。它是一个可以观察到 的单一的运动特征,而且也有些难以复制,但实质上它为观看者提供 看到不变的均匀大小和强度的滚动条的经验,因为它看上去沿基体在 其远离的矩形图像上运动。
[0012]在本发明中,发明者已经发现,将滚动条作为填充用在弯 曲的可识别物体的轮廓内,特别是光滑弯曲的可识别物体,例如带、 罩、容器或足球,产生超出滚动条在矩形纸张上前后运动所能达到的、 惊人的效果。滚动条在为物体图像提供现实的动态阴影的同时,不但 看上去在整个图像上运动,而且看上去随着在包含其所在的封闭区域 内的这种运动增大和缩小或膨胀和收缩。在条的尺寸或面积不变的一 些情况下,例如,作为图像内的处于一起运动的两条一致的曲线之间 的部分填充,曲线之间的空间由滚动条填充,条看上去在整个图像上 运动,同时上下运动。因此,该发明通过在非矩形轮廓封闭形状的物 体内使用滚动条,提供高度所需的光效果,其中滚动条的面积随着条 在整个图像上运动而变化,或者其中当图像倾斜或者图像上的光源变 化时,条看上去同时水平和垂直地运动。另外,如果条设计成具有适 合的尺寸和半径的曲线,则它可以作为图像中动态的、运动的、收缩 的或膨胀的阴影部分,提供额外的真实性。还发现,当滚动条看上去 模拟真实物体图像上的运动阴影时(真实物体能在光线照在上面时产 生阴影),滚动条看上去具有最好的效果。在这些重要应用中,优选地, 形成滚动条的薄片的曲率半径处于一定数值范围内,此时其所应用的 真实物体的图像看上去是正确弯曲的,因此表现出真实性。本发明的 一个目的是根据图像倾斜或者照在图像上的光源位置的改变,提供具 有运动特征的光错觉图像。
[0013]本说明书中使用的术语矩形是指具有4个直角的四边形。 因此,非矩形物体或图像不具有4条侧边和4个直角。
[0014]本发明用于形成物体的图像,其中物体的图像包括特殊效 果,例如滚动条效果,从而当物体图像倾斜时或者当照在图像上的光 源变化时提供运动阴影的错觉。在本说明书中的物体的定义是可触觉 的和可见的实体,能投射阴影的实体。
[0015]术语滚动条并不限于直线条,因为根据其应用领域的形 状,可以是弯曲条。

发明内容

[0016]根据本发明的一个实施例,提供一种作为安全特征或装饰 特征特别有用的运动图像,包括:其中具有滚动条的物体的非矩形封 闭区,其特征在于当倾斜图像或改变照在图像上的光源位置时,滚动 条看上去运动穿过图像,并且滚动条的面积随着条运动穿过图像而变 化,或者当滚动条看上去运动时,滚动条看上去水平和垂直地同时运 动。
[0017]根据本发明的一个实施例,提供一种作为安全特征或装饰 特征特别有用的、能产生阴影的三维物体的运动图像,包括:多个颜 料薄片,所述颜料薄片填充在薄片排列后形成滚动条的区域,并且滚 动条对三维物体图像提供阴影和深度,当照在图像上的光源改变时, 阴影看上去运动。
[0018]根据本发明,提供一种立体图,其特征在于至少一个区的 立体图具有形成滚动条的薄片,用于在立体图上形成阴影。
[0019]根据本发明,提供一种运动图像,包括:印刷在基体上的 图像,所述图像是由颜料薄片构成的,其特征在于薄片处于第一拱形 图案,形成穿过至少一部分图像的第一对比条,并且薄片处于第二拱 形图案,形成穿过至少不同部分图像的第二对比条,并且当图像相对 观看角度倾斜时,第一和第二对比条看上去同时沿不同方向运动。
[0020]根据本发明,提供一种物体运动图像。图像包括多个场排 列颜料薄片,其特征在于物体具有三维空间中可识别的三维可变形状, 并且滚动条处于代表物体的轮廓中,从而当图像相对观看角度倾斜时, 提供变化的阴影效果,并且滚动条的面积随着图像相对观看角度的倾 斜而变化。
[0021]根据本发明,提供一种图像,其特征在于第一滚动条包括 排列的颜料薄片占据图像的第一区,第一区具有形成其轮廓外形的非 矩形弯曲区,并且第二滚动条置于图像的第二区中,且当图像在一个 方向倾斜时,两条滚动条为观看者提供第一区和第二区之间相对运动 的错觉。
[0022]根据本发明,提供一种印刷在基体上的图像,包括:涂覆 有排列的颜料薄片的非矩形封闭区,其特征在于所述薄片的排列使其 中产生诸如滚动条或半球的运动物体,当倾斜图像或改变照在图像上 的光源位置时,运动物体看上去运动经过封闭区,并且当物体看上去 运动经过该区时,运动物体的面积变化,或者当运动物体看上去运动 时,物体看上去同时水平和垂直地运动。
[0023]根据本发明,提供一种在图像内具有两条滚动条的图像, 并且当图像沿一个方向倾斜时,滚动条看上去沿不同方向运动。
[0024]根据本发明,提供一种图像,在图像内具有两条滚动条, 并且当图像沿一个方向倾斜时,滚动条看上去朝向彼此运动或远离彼 此运动。
[0025]在本发明特殊实施例中,滚动条的曲率半径是图像轮廓内 一条曲线的曲率半径的至少四分之一,且优选地大于一半。
[0026]在本发明其它实施例中,滚动条的曲率半径与图像轮廓内 一条曲线的曲率半径至少一样大。
[0027]在另一个实施例中,曲率半径足以跨过三维实际物体的整 个图像。
[0028]根据本发明的另一个实施例,提供一种印刷在基体上的图 像,包括:涂覆有排列的颜料薄片的第一区,其特征在于所述薄片的 排列使其中产生第一运动物体,以及涂覆有排列的颜料薄片的第二区, 其中所述薄片的排列使其中产生第二运动物体,并且当倾斜图像时, 第一和第二运动物体看上去沿不同方向同时运动。
[0029]在本发明的另一个实施例中,形成具有第一区的图像,第 一区涂覆有颜料薄片,其特征在于薄片的排列形成可观察到的运动半 球,当倾斜图像或改变光源时,提供滚动球的外观。
[0030]在本发明的一个实施例中,形成一种图像,包括以下步骤: 提供圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场;
[0031]提供具有磁性可排列颜料薄片涂层的基体;
[0032]将涂层置于圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场内;
[0033]相对旋转基体和圆拱顶形或倒圆拱顶形磁场;以及
[0034]使涂层固化
[0035]根据本发明的图像难以伪造,视觉上引人注意,易于识别 并且特别适用于完全特征或装饰特征。附图说明
[0036]下面将参考附图描述本发明的代表性实施例。由于本申请 中所示的附图代表根据本发明的图像,是由磁性薄片制成的,这些效 果在本说明书中无法给出,本说明书中将努力描述和图示出这些运动 和3-D特征。
[0037]图1A是在第一选择观察角的滚动条图像的简化平面图;
[0038]图1B是在第二选择观察角的滚动条图像的简化平面图;
[0039]图2A是根据本发明另一个实施例的印刷图像的简化剖视 图,为了讨论的目的将之称为“滚动条”;
[0040]图3A是本发明另一个实施例的简化剖视图,其中在油漆 或墨水中形成半圆取向的薄片用于滚动条类型的图像;
[0041]图3B是根据图3A的装置的简化立体图;
[0042]图4A是由在基体上固化的非排列磁性颜料薄片构成的图 像的平面图;
[0043]图4B是图4A所示薄片和基体的平面图,这是在通过固 化颜料将薄片排列并永久固定之后,从而使其取向成类似于图1A和 1B的滚动条;
[0044]图5A是具有由非排列磁性颜料薄片构成的弯曲上轮廓的 图像的平面图;
[0045]图5B是类似于图5A的图像的平面图,其中薄片排列成 大的滚动条,具有很大的曲率半径;
[0046]图6是球图像的部分立体图,其中圆的轮廓具有滚动条, 滚动条跨过其直径,形成球的错觉;
[0047]图7是类似图5B的形状,其中上表面和下表面都是弯曲 的;
[0048]图8A是容器立体图的图像,其中一条滚动条处于外前壁, 另一滚动条处于内后壁,其中两条滚动条在图像沿一个箭头方向倾斜 时同时沿相反方向运动;
[0049]图8B是图8C所示两条滚动条的剖视图,与图8A在不同 纸面上示出;
[0050]图8C是两条滚动条更简单排列的平面图,当图像倾斜时, 两条滚动条同时在相反方向运动;
[0051]图9是与图8A所示容器类似的容器的图像的立体图,其 中滚动条表示在相邻外内面上,并且滚动条相反运动,当感到其随着 倾斜而运动时,在内面上的滚动条变化面积和形状;
[0052]图10是具有两条滚动细长形状的球的图像,当图像倾斜 时,为图像提供3-D现实质感;
[0053]图11是在柱体外侧朝前表面上具有滚动条的柱体的图 像;
[0054]图12是护罩的图像,其中滚动条提供运动效果,并且滚 动条提供增加图像现实感的阴影和深度,这是照相或绘画无法达到的;
[0055]图13是具有双(凹和凸)滚动条的中空柱体或管的图像, 其中凹滚动条处于内壁上,并且两条滚动条随着实际物体的阴影和光 的运动而做相反运动;
[0056]图14A到14D表示在4个不同观察角度的,具有滚动条 的弯曲图像;
[0057]图15A表示印在矩形基体上的独立钟的4个部分,钟的 内部印有凹滚动条,钟的外部印有凸滚动条;
[0058]图15B表示正常角度的独立钟的图像;
[0059]图15C表示当基体倾斜到右侧时的钟;
[0060]图15D表示当基体倾斜到左侧时的钟;
[0061]图16A是构成图16C所示磁体结构的磁体的立体图,用 于提供图16C所示的圆拱形磁场;
[0062]图16B是提供圆拱顶形磁场的磁体的立体图,其中去除一 些磁体以便于观察;
[0063]图16C是提供圆拱顶形磁场的磁体排列的立体图;
[0064]图16D是图16C磁体排列的立体图,其中上面具有薄片 墨水的纸张设置在圆拱顶形磁场中,并且纸张和磁场在随后两幅图中 按箭头所示相对旋转;
[0065]图16E是类似于图16D的立体图,其中纸张设置成更靠 近圆拱顶形磁场顶部,并且墨水中形成的半球图像在尺寸上小于图 16D;
[0066]图16F和16G是当图像从一个位置倾斜到另一个位置时, 在不同位置表示的使用图16E的磁体形成的滚动3-D半球的图像;
[0067]图16H是设置在护罩图像中的具有圆拱顶形薄片的半球 的印刷图像;
[0068]图16I是具有沿其轴线形成的滚动条的护罩的印刷图像;
[0069]图16J是图16H和16I形成的图像的复合图像,其中,在 形成滚动半球时,墨水和磁场分阶段应用,从而图16I应用在图16H 之上,中心区域仅涂覆一次;
[0070]图17A是用于形成图17C的图像的碗形磁场的剖视图;
[0071]图17B是在图17A所示磁场中排列的、载体中颜料薄片 的剖视图;
[0072]图17C是磁性薄片在图17A所示磁场中形成倒半球的图 像,这看上去是沉入纸面的滚动碗。

具体实施方式

I.引言
[0073]本发明在其各个实施例中提供光可变墨水或油漆的磁性 薄片的取向方法,在一些实施例中适于高速印刷工艺,而另一些实施 例更适合手工排列和印刷工艺。另外,本发明的一些实施例需要多步 印刷工艺,其中基体的第一区用磁性薄片墨水印刷并暴露于磁场中, 并且在固化之后,对同一基体的相同或不同区域用墨水印刷并暴露在 第二磁场中。通常,分散在液体油漆或墨水溶液中的光可变颜料的颗 粒,当印刷或油漆在表面时,一般本身平行于表面取向。平行于表面 取向对涂层表面的入射光具有高的反射。磁性薄片在处于液体介质的 同时通过施加磁场可以倾斜。薄片的一般排列方式是,薄片的最长对 角线跟随磁力线。根据磁体的位置和强度,磁力线在不同角度穿过基 体,将磁性薄片倾斜到这些角度。倾斜的薄片反射入射光与平行于印 刷基体表面的薄片不同。反射本身以及和色彩二者都可以不同。倾斜 薄片通常看上去较暗,并在通常观察角度下,具有与平行表面的薄片 不同的颜色
[0074]印刷图像中的取向磁性薄片具有几个问题。很多现代印刷 工艺比分批型工艺速度高,这些分批工艺将磁体应用在静态(不运动) 涂层制品并在油漆或墨水干燥时将磁体保持在其位置上。在一些印刷 机中,纸基体的运动速度是100-160m/min。很多张纸在一次印刷操 作之后堆叠,并输送到另一操作。在这些操作中使用的墨水通常在毫 秒级时间内干燥。传统工艺不适合这些应用。
[0075]已经发现,在油漆/印刷图像中得到增强光效果的一种方 式是垂直于基体运动方向取向磁性薄片。换句话说,在基体上具有分 散薄片的油漆或印刷液体油漆或墨水介质,垂直于磁场的磁力线运动 导致薄片的重新取向。这种取向可以在印刷图像中提供明显的错觉光 效果。
[0076]一种光效果,为了讨论将其称为运动光效果。一种错觉运 动光效果一般是在图像相对假定为静止照明源的观察角度倾斜时,在 印刷图像中提供运动错觉。另一种错觉光效果为印刷的二维图像提供 虚拟深度。一些图像可以同时提供运动和虚拟深度。一些图像可以在 x-y平面中在任何方向提供运动错觉或感觉。另一种错觉光效果改变 印刷范围的外观,例如通过在图像前后倾斜时在亮色和暗色之间改变。 另一种光效果是通过形成图像得到的,其中当图像提供运动错觉时, 图像特征看上去改变大小。当滚动条看上去运动时,使诸如滚动条的 物体产生尺寸变化,将提供一种实际的动画。II.印刷错觉图像的例子
[0077]图1A是2004年3月18日公开的美国专利申请 20040051297中所示印刷图像29的一个简化剖视图,这里为了讨论将 之称为“滚动条”。由诸如墨水溶液或漆料等载体包围的颜料薄片形成 的图像已经沿特殊方式排列,提供滚动条效果。薄片在图2A中表示 为剖视图中的短线。薄片是磁性薄片,即使用磁场对齐的颜料薄片。 它们可能或不可能保留剩余磁化。附图不是按比例绘制的。典型的薄 片可以是20微米宽且约1微米厚,因此附图仅仅是解释性的。图像印 刷或油漆在基体29上,例如纸、塑料膜、叠层、制卡片的纸料或者其 它表面。为了便于讨论,术语“印刷”一般用于描述将载体中的颜料应 用到表面上,这可以包括其它技术,包括可以称为“油漆”的其它技术。
[0078]一般地,从垂直于薄片平面观看薄片是亮的,而沿平面边 缘观看薄片是暗的。
[0079]载体通常是透明的,或者是无色的或者是有色彩的,并且 薄片通常反射性较好。例如,载体可以带有绿色,薄片可以包括金属 层,例如、金、镍、铂或金属合金的薄膜,或者可以是金属薄片, 例如镍或合金薄片。从金属层反射经过带绿色的载体的光可以呈现亮 绿色,而在一端观看具有薄片的另一部分可能呈现暗绿色或其它颜色。 如果薄片仅仅是无色载体中的金属薄片,则一部分图像可能呈现亮金 属色,而其它的部分是暗的。另外,金属薄片可以涂覆带色彩的层, 或者薄片可以包括光干涉结构,例如吸收器-间隔器-反射器 Fabry-Perot型结构。并且,可以在反射表面上形成衍射结构,以便提 供额外的和增强的安全特征。衍射结构可以使简单的直线光栅形成在 反射表面,或者可以具有更加复杂的预定图案,其仅仅在放大时可以 看到,但在观察时具有综合效果。通过提供衍射反射层,观看者通过 简单转动具有衍射薄片的纸张、钞票或结构可以看到颜色变化或亮度 变化。
[0080]美国专利6692830详细描述了制造衍射薄片的工艺。美国 专利申请20030190473披露了制造彩色衍射薄片。制造磁性衍射薄片 类似于制造衍射薄片,但其中一层需要是磁性的。实际上,磁性层可 以通过夹在Al层之间进行掩饰;在这种方式下磁性层随后基本不再影 响薄片的光学设计;或者可以同时起到光学上的主动作用,像薄膜干 涉光学设计中的吸收器、电介质或反射器。
[0081]图2A是2004年3月18日公开的美国专利申请 20040051297中的运动光“滚动条”印刷图像42的简化剖视图。图像包 括由印刷在基体29上的透明载体28环绕的颜料薄片26。颜料薄片按 弯曲方式排列。至于后滚翻,滚动条将颜料薄片面的光反射到观看者 的区域,看上去比不直接将光反射到观看者的区域较亮。此图像提供 亮带或条,当图像相对观看角度(假定为固定照明源)倾斜时,看上 去其在整个图像上运动(“滚动”)。
[0082]图2B是在第一选择观察角度的滚动条图像42的简化平面 图。亮条44出现在两个对比区46、48之间的图像的第一位置。图2C 是滚动条图像在第二选择观察角度的简化平面图。亮条44’表现为已 经“运动”到图像的第二位置,对比区46’和48’的尺寸已经改变。颜料 薄片的排列,在图像倾斜时(在固定观看角度和固定照明),形成条向 图像下面“滚动”的错觉。在其它方向倾斜图像,使条看上去在相反方 向(向上)滚动。
[0083]条也可以表现为具有深度,甚至是印刷在平面上。虚拟深 度看上去比印刷图像的物理厚度更大。薄片在选择图案中的倾斜将反 射光,从而提供深度或“3D”的错觉,如同其通常所称谓的。通过将成 形的磁体置于纸或其它基体后面,使磁性颜料薄片在流体载体中印刷 在基体上,可以达到三维效果。薄片沿磁力线排列并在固定(例如, 干燥或固化)载体之后形成3D图像。图像常常看上去随其倾斜而运 动,因此可以形成运动3D图像。
[0084]虽然像美国专利申请20040051297中披露的单矩形滚动 条具有有趣的引人注意的效果,但在较大矩形背景上提供运动矩形显 得有些限制其应用。
[0085]图3A是在油漆或墨水中形成半圆取向薄片用于滚动条型 图像的简化剖视图。如图所示,薄的永磁体106在其整个薄截面上磁 化。磁体在其末端具有圆形磁力线108。具有印刷磁性薄片分散在流 体载体中的基体29与磁体一起从观看者运动到纸中。薄片26沿磁力 线108的方向倾斜,并在磁体上面形成半圆形图案。
[0086]图3B是根据图3A的装置的简化立体图。基体29沿箭头 方向经过磁体106。图像110形成滚动条特征114,看上去随着图像倾 斜或观看角度的变化而上下运动。薄片26表示为相对磁力线倾斜。图 像通常非常薄,并且薄片不可能形成小隆起,如图所示,但基本沿磁 力线排列,从而提供所需的拱形反射性能,产生滚动条效果。在一个 例子中,当图像倾斜经过25度的角度时,滚动条看上去上下滚动图像。
[0087]可以发现,通过斜切116磁体后缘118可以增强滚动条的 强度。可以相信,随着图像经过磁体,将逐渐减小磁场。否则,在磁 体尖角出现的磁性过渡可以重新排列薄片的取向,并降低滚动条的视 觉效果。在一个特殊实施例中,沿着离基体平面30度的角度斜切掉磁 体的角。另一种方法是在薄片经过磁体后缘之前固定薄片。这可以通 过如下方法实现,例如,对于UV固化载体,在磁体经过的下面部分 路线提供UV源,或者对于可蒸发载体提供干燥源。
[0088]下面参看图5A,表示具有4个带边的轮廓或封闭区的图 像,其中顶侧边向下弯曲。值得关注的是,在观看此图时,此图像没 有特殊关联,作为一个常见物体其无法识别,它仅是一个二维的多边 形。另一方面,在观察时,图5B与公知的常见可识别物体具有相同 轮廓和相同薄片,但取向不同,形成柱体。通过提供跨区的大滚动条, 滚动条增加了阴影,从而用户感觉到深度和三个维度。除了通过倾斜 由磁性取向颜料薄片构成的图5B所示图像产生的这些现象,滚动条 在其扫过柱体时经过图像并且其面积改变。图4B不具有相同的关联, 并且当滚动条看上去在图4B中运动时,其维度不变。此滚动条面积 的变化,是在观看图5B时出现的,明显使物体看上去更真实,因为 滚动条收缩然后看上去是在高度上膨胀。当其看上去从中心朝侧边运 动时,滚动条填充一个较小区域,随后填充一个较大区域。此外,如 果对比图5A和图5B,图5B弯曲上区内的滚动条看上去迫使观看者 至少部分地体会到柱体存在白盖或内部。在观看图4A、4B或5A时 不出现这种情况。因此,用滚动条填充弯曲多边形具有几个优点。图 6和图7表示两个其它形状的滚动条,其中滚动条提供深度、运动的 感觉,并且条的实际面积随着其扫过图像而变化。
[0089]下面参看图12,表示一个护罩,其中具有磁性取向颜料 薄片的轮廓,取向的方式是滚动条具有大的弯曲半径。重要的是选择 曲率半径提供预期的深度和弯曲感觉,最接近地反映形成的图像。在 上面所述的所有弯曲图像中,当图像倾斜时,滚动条的存在提供可感 觉到的滚动条面积变化,并且滚动条看上去经过图像。此现象相当引 人关注,并且通过图14A到14D的顺序表示。这些图是在不同角度倾 斜的同一图像,其中图14A处于正常入射,每个随后的附图的角度增 大。与图4B的较简单的滚动条相比,其中滚动条简单地表现为从一 个位置运动到下一位置,对于不同位置条本身的外观变化没有基准。 图4B的条随其看上去运动时在一个位置或另一个位置,呈现相同方 式。但是,图14A和14B的条具有完全不同的形状,并且当图像倾斜 时,滚动条的形状连续变化,通过定义和协调所呈现出的条运动,并 结合条的变化以及条的升降,大大增加了图像吸引力。具有这些特征 的图像可以作为制品的安全特征,作为装饰,或作为提供视觉艺术中 使用的复杂运动错觉的手段。
[0090]虽然图5B、6、7、10、12和13中所示的滚动条的形状变 化不是很明显,但它仍呈现并提供条横向以及上下运动的错觉,因为 条跟随光滑的曲线。
[0091]下面参看图6,表示具有跨过其直径的滚动条的圆。没有 滚动条的圆仅仅使观看者感到是一个圆,但是滚动条的存在为观看者 提供了物体是球的错觉。虽然附图未表示运动,但观看者看到沿圆滚 动的条在图像倾斜时明显变小,并且条朝左运动,使观看者感觉到三 个维度和真实性。与观看光和阴影以及增亮固定的绘画相反,此运动 图像为观看者提供光和阴影随图像倾斜而运动经过球的感觉。此图具 有围绕物体运动的感觉或者看到物体旋转的感觉。此外,由于条的面 积随其运动到左侧而减小,因此使观看者感觉到此物体不仅仅是一幅 图画或照片。但出于所有意图和目的,与观看“正常”图像相比,平的 图像使观看者感觉到深度和运动,并增强观看感觉。在观看和倾斜物 体时出现三个维度、运动和形状变化。
[0092]在图7中,在中心增亮显示的滚动条,朝侧边逐渐减弱到 暗区,看上去扫过整个图像,此区域具有很均匀的面积,但滚动条看 上去跟随上和下壁的弯曲轨迹,因为它填充轮廓并看上去伸出纸面, 随着其升高从下中心位置运动到右上最大位置或左上最大位置。这里, 观看者经历了条侧向和向上运动,以及3-D效果。
[0093]下面参看图8A,表示本发明的另一个实施例,其中当图 像绕一根滚动条的纵轴沿一个方向倾斜时,例如,朝向右指向的箭头, 两条滚动条设计成同时相反运动。
[0094]在本发明的一个实施例中,如图8B和8C所示,表示图 像具有“双滚动条”,其中一个部分44’具有按凸起方式取向的磁性薄 片,而图像的另一个部分44”具有按凹陷方式取向的磁性薄片。为了 达到此凸出取向,将“滚动条”磁体置于纸基体下面。对于凹陷取向, 将磁体置于纸基体上面。当图像两个区的磁性薄片具有不同的和相反 的取向,例如,+30度和-30度时,则形成“双倾斜”图像。在印刷图像 的一个倾斜位置,一部分图像是暗的,而另一部分是亮的。当印刷图 像在相反方向倾斜时,这些区域变换其亮区和暗区,从而第一图像变 亮,而第二图像变暗。根据预期设计,此亮和暗的转换根据薄片取向 可以从顶到底到后面发生,以及从左到右到后面发生。在图8C和图 8D中,亮条44’看上去“运动”到图像第二位置,对比区46’、48’的尺 寸变化;此外,亮条44”看上去“运动”到图像中的不同位置,对比区 46”、48”的尺寸变化。
[0095]下面将描述根据图15A到15D所示的本发明的一个实施 例。在图15B到15D中表示“独立钟”。在图15A中,表示图像处于 正常入射角度。在图15B到15D中,表示相同印刷绕轴线倾斜不同的 入射角度,如箭头所示。如同可以看到的,图15B所示的滚动条150 具有大的曲率半径,在看图15C时看上去移动到左侧,并且钟内表面 的较小凹陷颠倒滚动条152看上去相反运动到左侧。图15D表示相反 的感觉到的运动,其中较大的条150在相反倾斜时表示大条150看上 去移动到右侧,而较小的条152同时看上去滚动到左侧。此光入射到 图像上的行为,模拟了实际物体的发光状态,例如独立钟。发光在不 同区同时和相反移动,像从实际物体发出的一样。因此,错觉被设计 成跟随真实物体的自然光物理规律。错觉是该图像是真实的。下面再 看图15A,为了便于理解,分开表示出构成钟的4个部分154a、154b、 154c、154d,并且这些钟的每一个被印刷在基体的正确位置上,一次 一个,从而形成图15A所示的图像。虽然图像的形成是通过印刷每个 区并应用磁体形成沿相反拱形图案排列的薄片从而形成两条滚动条, 但也可以使用顺序的自动化印刷工艺实现这个过程和类似图像。
[0096]图16F、16G、16H和16J所示的本发明的另一个实施例 表示一种有趣的和惊人的效果。图16F是半球的印刷图像,其中整个 图像涂覆可排列颜料薄片。在薄片排列之后,如所解释的,形成半球。 图16F所示的半球的印刷图像看上去像基体倾斜时或光源变化时图 16G所示的图像。当图像绕着经过中心的垂直轴从垂直倾斜到左侧时, 看上去更像一个球的亮半球,随着倾斜角度变化而滚动。与滚动条相 反,滚动条能沿直线在平面内滚动,而图16F的半球能够或看上去随 着倾斜角度而在任何x-y方向运动。因此,绕x或y轴倾斜图像导致 运动的出现。
[0097]图16J的护罩使用滚动条和半球效果的组合提供非常有 趣的组合效果,其中护罩和半球看上去伸出纸面。这是在两个阶段过 程中产生的,其中基体首先涂覆磁性涂层,并形成和固化半球,如图 16H所示。第二涂层是通过掩模或模板形成的,从而形成图16I的涂 层,保证没有额外的涂层材料覆盖半球。将此第二涂层置于磁场中形 成滚动条。上述形成动态或运动半球图像的方法比形成滚动条的方法 更加复杂。参看图16A到图16E,下面将描述此方法。作为例子,图 16A所示的磁体160a表示磁体上方和下方的磁力线,形成两个环。此 图目的上仅是表示这两种线,但关键是平行于这些线产生线的前沿, 跨过整个磁体。用于产生半球的磁体160a、160b更加复杂,如同图 16B所示的,并且特别是图16C。图16B的部分磁体被切除,用于显 示一些磁力线。在图16C中可清楚看到,在一组磁体160a、160b、160c 上方延伸的磁场是圆拱顶形的,如同其下方延伸的磁场一样。通过将 具有流体墨水的涂层基体167置于圆拱顶形磁场中,像图16D所示在 磁体正上方,或者与磁体具有较大分离,并朝磁场中间支撑,同时旋 转磁体,可以形成图16D或16E所示的半球运动图像的印刷。在此例 证性例子中,磁体或图像相对旋转的速度约为120rpm。接着从此区 域的磁场中取出图像并固化。磁体的旋转速度可以低于或高于 120rpm,这取决于颗粒的磁性和墨水载体的粘度。但如果速度太低, 则图像质量下降。
[0098]图17A表示另一个实施例,它类似于图16F所示的图像, 但与其颠倒。图17A表示半球磁体的模拟磁场。这是形成图17C所示 图像的磁场形状。磁体的北极处于顶部,颗粒以漏斗状方式同心地排 列。图17B表示磁场194,置于基体191上的载体192中的薄片193 跟随磁力线排列成漏斗状取向。与半球效果相反,此磁场在图像191 中间产生亮的运动点192,并且薄片的漏斗状排列在图像中间产生暗 运动点。虽然图示和描述的磁场是由永磁体形成的,但在很多实施例 中可以使用电场或电磁场。当然,磁场和颗粒必须是相容的,从而颗 粒能够被特殊磁场取向。
[0099]虽然上面已经参考特殊实施例和实施本发明的最佳模式 描述了本发明,但在不偏离本发明范围和精神的情况下,很多修改和 替代对于本领域一般技术人员是明显的。因此,应该理解的是,上面 的描述仅仅是例证性的,并且本发明由随后的权利要求所限定。相关申请的交叉引用
[0001]本发明申请是2004年12月22日提交的美国专利申请 11/022106的继续部分并要求其优先权,现在是公开的申请2005- 0106367;该申请要求2003年3月11日提交的美国专利申请10/386894 的优先权,现在是公开的申请2004/0051297;该申请要求以下申请的 优先权:Vladimir P.Raksha 2002年9月13日提交的美国临时专利申 请60/410546、Vladimir P.Raksha,Paul G.Coombs,Charles T. Markantes,Dishuan Chu和Jay M.Holman 2002年9月13日提交的 美国临时专利申请60/410547、Vladimir P.Raksha,Paul G.Coombs, Charles T.Markantes,Dishuan Chu和Jay M.Holman 2002年7月15 日提交的美国临时专利申请60/396210,这些专利申请的内容在所有方 面其整体结合在此。
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