динамически изменяющие наружный вид оптические устройства, напечатанные в имеющем форму магнитном поле, включающие печатные структуры френеля

Формула изобретения

1. Защитное устройство, содержащее изображение, имеющее первое множество из n>1000 магнитно выравниваемых чешуек, опирающихся на подложку, в первом узоре с образованием кольца или кривой, при этом чешуйки наклонены под одинаковым первым углом к подложке, а плоскости, продолжающие поверхности чешуек, пересекаются друг с другом, так что изображение имеет вид трехмерного объекта, причем яркое или темное кинематическое пятно перемещается по изображению при наклоне защитного устройства.

2. Защитное устройство по п.1, характеризующееся тем, что указанное первое множество магнитно выравниваемых чешуек определяет первое кольцо в множестве концентрических колец из чешуек, при этом кольца из чешуек заполняют круговую область, а чешуйки, определяющие кольца, образуют по отношению к подложке угол, который увеличивается или уменьшается от наиболее внешнего кольца к наиболее внутреннему кольцу.

3. Защитное устройство по п.1, характеризующееся тем, что содержит второе множество магнитно выравниваемых чешуек, опирающихся на подложку, в узоре, соответствующем первому узору, при этом чешуйки наклонены под одинаковым вторым углом к подложке, причем второй угол отличается от первого угла, а плоскости, продолжающие поверхности второго множества чешуек, пересекаются друг с другом.

4. Защитное устройство по п.1 или 3, характеризующееся тем, что множество магнитно выравниваемых чешуек распределено, по существу, во всей замкнутой области и ориентировано в ней с заданным узором, при этом по меньшей мере более 50% чешуек ориентированы так, что линии, нормальные к их отражающим поверхностям, сходятся вдоль одной линии или в одной точке.

5. Защитное устройство по п.1, характеризующееся тем, что содержит n множеств магнитно выравниваемых чешуек, опирающихся на подложку, в n узорах, при этом чешуйки внутри каждого из n множеств наклонены под одинаковым углом к подложке, причем n множеств чешуек наклонены под разными углами к подложке, а плоскости каждого из n множеств чешуек пересекаются друг с другом.

6. Защитное устройство по п.1 или 5, характеризующееся тем, что n>10000.

7. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что изображение образует структуру Френеля.

8. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что изображение образует печатный фокусирующий отражатель для антенны.

9. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что чешуйки имеют площадь поверхности между 100 мкм² и 10 мм² и толщину в диапазоне между 100 нм и 100 мкм.

10. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что магнитно выравниваемые чешуйки выровнены с помощью магнитного поля, которое присутствует во всей круговой области.

11. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что чешуйки покрывают всю круговую область.

12. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что по меньшей мере некоторые из чешуек имеют в них или на них решетки, образованные канавками, при этом частота и глубина решетки достаточно малы, так чтобы не проявлялись дифракционные эффекты, видимые невооруженным глазом человека, а чешуйки, имеющие решетки, выровнены вдоль канавок соответствующей решетки на чешуйках.

13. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что по меньшей мере некоторые из чешуек имеют в них или на них решетки, причем частота решеток менее 200 линий/мм, а глубина решетки менее 100 мкм.

14. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что изображение является изображением конуса, сферы, полусферы или воронки.

15. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что изображение образует напечатанную матрицу отражающих элементов в форме структуры Френеля.

16. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что чешуйки являются однородными по форме.

17. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что некоторое множество чешуек имеет шестиугольную форму.

18. Защитное устройство по п.2, характеризующееся тем, что некоторое множество чешуек имеет в них или на них дифракционную структуру.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится в целом к оптически изменяемым пигментам, пленкам, устройствам и изображениям, а более конкретно, к выравниванию или ориентации магнитных чешуек, например, во время процесса нанесения краски или печати, для получения иллюзорного оптического эффекта.

Оптически изменяемые устройства используются в широком спектре применений, для декоративных и прикладных целей, например, такие устройства используются в качестве защитных устройств на коммерческих изделиях. Оптически изменяемые устройства можно изготавливать различными способами для обеспечения различных эффектов. Примерами оптически изменяемых устройств являются голограммы, напечатанные на кредитных картах и оригинальных документах программного обеспечения, изменяющие цвет изображения, напечатанные на банкнотах и улучшающие внешний вид поверхности предметов, таких как мотоциклетные шлемы и покрытия на колесах.

Оптически изменяемые устройства можно изготавливать в виде пленки или фольги, которую прессуют, штампуют, приклеивают или прикрепляют другим способом к объекту, и их можно также изготавливать с использованием оптически изменяемых пигментов. Один тип оптически изменяемого пигмента обычно называется пигментом, смещающим цвет, поскольку видимый цвет изображений, правильно напечатанных с помощью таких пигментов, изменяется при наклоне угла зрения и/или освещения. Обычным примером является цифра «20», напечатанная со смещающим цвет пигментом в нижнем правом углу двадцатидолларовой банкноты США, которая служит в качестве устройства, защищающего от подделки.

Некоторые защищающие от подделки устройства являются скрытыми, в то время как другие предназначены быть заметными. К сожалению, некоторые оптически изменяемые устройства, которые предназначены быть заметными, не являются широко известными, поскольку оптически изменяемые аспекты устройства являются недостаточно яркими. Например, смещение цвета изображения, напечатанного цветосмещающим пигментом, может быть незаметным под равномерным флуоресцентным потолочным освещением, но более заметно в прямом солнечном свете или при освещении из одной точки. Это может облегчать поддельщику распространение поддельных банкнот, не имеющих признака оптического изменения, поскольку получатель может не знать оптически изменяемого признака подлинной банкноты при определенных условиях.

Оптически изменяемые устройства можно также изготовить с помощью магнитных пигментов, которые выравниваются магнитным полем после нанесения пигмента (обычно в носителе, таком как связующее печатной краски или краски) на поверхность. Однако нанесение краски с магнитными пигментами использовалось в большинстве случаев для декоративных целей. Например, описано применение магнитных пигментов для создания покрытий из краски для колес, имеющих декоративный признак, который выглядит как некая трехмерная форма. Узор формировали на покрытом краской изделии посредством приложения магнитного поля к изделию, когда носитель краски находился в жидком состоянии. Носитель в виде краски имел распределенные не сферические магнитные частицы, которые выравнивались вдоль силовых линий магнитного поля. Поле имело две области. Первая область содержала силовые линии магнитного поля, которые были ориентированы параллельно поверхности и расположены в форме желаемого узора. Вторая область содержала линии, которые не были параллельны поверхности покрашенного изделия и расположены вокруг узора. Для формирования узора постоянные магниты или электромагниты с формой, соответствующей форме желаемого узора, располагали под покрашенным изделием для ориентации в магнитном поле не сферических магнитных частиц, диспергированных в краске, когда краска была еще влажной. Когда краска высыхала, то узор был видимым на поверхности покрашенного изделия, поскольку лучи света, падающие на слой краски, подвергались различному влиянию ориентированных магнитных частиц. Аналогичным образом, был описан процесс создания узора из чешуйчатых магнитных частиц во фторполимерной матрице. После покрытия изделия составом в жидком виде на нижнюю сторону подложки помещали магнит, имеющий магнитное поле требуемой формы. Магнитные чешуйки, диспергированные в жидкой органической среде, ориентируются параллельно линиям магнитного поля, отклоняясь от первоначальной плоской ориентации. Этот наклон изменялся от перпендикулярного к поверхности подложки до первоначальной ориентации, которая включала чешуйки, по существу параллельные поверхности изделия. Плоско ориентированные чешуйки отражали падающий свет к наблюдателю, а чешуйки с измененной ориентацией не отражали, создавая видимость трехмерного узора в покрытии.

Целью данного изобретения является создание оптически изменяемых изображений, в которых трехмерные объекты, такие как полусферы, конусы и т.п., образуют изображения защитных устройств, этикеток и т.п., с использованием магнитно-выравниваемых чешуек в присутствии особых магнитных полей, описание которых ранее не приводилось.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение предлагает изделия, способы и устройство, относящиеся к изображениям, имеющим иллюзорный оптический эффект.

Согласно изобретению, предлагается защитное устройство, содержащее изображение, имеющее первое множество магнитно-выравниваемых чешуек, опирающихся на подложку в первом узоре с образованием кольца или линии. Предпочтительно содержится по меньшей мере n чешуек, n>1000, при этом плоскости, продолжающие поверхности чешуек, пересекаются друг с другом.

Согласно одному аспекту данного изобретения, первое множество магнитно-выравниваемых чешуек определяет множество концентрических колец из чешуек, и кольца из чешуек заполняют круговую область; чешуйки, определяющие кольца, образуют по отношению к подложке угол, увеличивающийся или уменьшающийся от наиболее внешнего кольца к наиболее внутреннему кольцу.

Согласно одному аспекту данного изобретения, устройство может включать второе множество магнитно-выравниваемых чешуек, опирающихся на подложку, в узоре, соответствующем первому узору, при этом чешуйки наклонены под одинаковым вторым углом к подложке, при этом второй угол отличается от первого угла, а плоскости, продолжающие поверхности второго множества чешуек, пересекаются друг с другом.

Множество магнитно-выравниваемых чешуек может быть распределено по существу во всей замкнутой области и ориентировано в ней с заданным узором, при этом по меньшей мере более 50% чешуек ориентированы так, что линии, нормальные к их отражательным поверхностям, сходятся вдоль одной линии или в одну точку.

В предпочтительных вариантах выполнения изображение содержит по меньшей мере 10000 чешуек или больше.

Согласно одному аспекту данного изобретения, предлагается оптически иллюзорное изображение, имеющее область с чешуйками, покрывающими ее поверхность, при этом чешуйки распределены по существу по всей области и ориентированы в ней с заданным узором, при этом чешуйки ориентированы так, что линии, нормальные к их отражательным поверхностям, сходятся вдоль одной линии или в одну точку.

Согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается этикетка или защитное устройство, содержащее оптически иллюзорное изображение, имеющее чешуйки, покрывающие и распределенные во всей области и ориентированные с заданным узором, при этом чешуйки имеют отражательные поверхности, при этом ориентация чешуек, образующих заданный узор, такова, что линии, нормальные к отражательным поверхностям, сходятся вдоль одной линии или в одной точке, при этом заданный узор имеет ось вращения.

Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предлагается напечатанная матрица, содержащая множество концентрических колец из магнитно-выровненных пластинок, расположенных на подложке в форме структуры Френеля, предпочтительно отражателя Френеля. Поскольку магнитным полем можно управлять в отношении величины напряженности и направления, можно легко конструировать поле, которое корректирует сферическую аберрацию, которая в противном случае присутствует в обычном отражателе Френеля.

Согласно одному аспекту данного изобретения, изображение образует часть принимающей или отражающей антенны, и при этом чешуйки являются избирательно поглощающими или отражающими, соответственно.

Согласно другому аспекту данного изобретения, оптическое изображение в любом из указанных выше вариантов выполнения имеет решетку на себе, и/или чешуйки имеют площадь поверхности между 100 мкм² и 1 мм², и при этом чешуйки имеют толщину в диапазоне между 100 нм и 100 мкм.

Согласно еще одному аспекту данного изобретения, по меньшей мере некоторые из чешуек имеют решетки в них или на них, и при этом частота и глубина решетки является достаточно малой так, чтобы не проявлялись дифракционные эффекты, видимые невооруженным глазом человека, и при этом чешуйки, имеющие решетки, выровнены вдоль линий соответствующей решетки. В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере некоторые из чешуек имеют решетки в них или на них, и при этом частота решеток составляет менее 200 линий на миллиметр, а глубина решетки составляет менее 100 мкм.

Чешуйки могут быть однородными по форме и предпочтительно шестиугольными по форме, что обеспечивает большую плотность упаковки.

В альтернативном варианте выполнения изобретения создается изображение, которое образует световой детектор, при этом изображение является динамическим, так что оно отображает количество колец, соответствующих количеству отдельных источников света, которые освещают изображение.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1А - схематический разрез напечатанного изображения, которое называется «изменчивым» и описано и показано в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя;

фиг.1В - напечатанное на документе изображение под первым углом зрения, описанное и показанное в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя, на виде сверху;

фиг.1С - напечатанное на документе изображение под вторым выбранным углом зрения, полученным посредством наклона изображения относительно точки рассмотрения, описанное и показанное в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя, на виде сверху;

фиг.2А - разрез напечатанного изображения, которое в целях пояснения называется «катящимся бруском», и описано и показано в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя;

фиг.2В - изображение катящегося бруска под первым выбранным углом зрения, описанное и показанное в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя, на виде сверху;

фиг.2С - разрез напечатанного изображения, которое называется «двойным катящимся бруском» в целях пояснения, и описано и показано в заявке на патент США US 2005/0106367 А1 заявителя;

фиг.2D - изображение, показанное на фиг.2С, на виде сверху;

фиг.3 - разрез магнитно-выровненных пластинок в слое напечатанной сухой краски, соответствующий изображению взрыва звезды, показанному на фиг.4;

фиг.4 - изображение узора в виде взрыва звезды, согласно данному изобретению, на виде сверху;

фиг.5А и 5В - фотографии изображений конуса, состоящего из магнитно-выровненных пластинок;

фиг.6 - конусное магнитное поле с пластинками, выровненными в поле;

фиг.7 - фотография изображения конуса при рассмотрении сверху под углом, перпендикулярным поверхности изображения;

фиг.7А и 7В - фотографии изображений конуса под различными углами;

фиг.8 - разрез альтернативного варианта выполнения изобретения, в котором используются два кольцеобразных штабелированных магнита различного радиуса с образованием нового магнитного поля, которое оказывает очень неожиданное влияние на напечатанное изображение;

фиг.9 - фотография изображения, созданного с помощью магнитной системы, показанной на фиг.8;

фиг.10А, 10В, 10С, 11, 12 и 13А - изображения из печатной краски, содержащей магнитные частицы, нанесенной в виде нескольких различных узоров, при этом магнитные пластинки выровнены с использованием тороидального магнитного поля;

фиг.13В - фотография оптически иллюзорного изображения, согласно данному изобретению;

фиг.14 - расположение чешуек в изображении конуса, показанного на фиг.7А; с целью иллюстрации использованы более крупные симметричные чешуйки, а некоторые чешуйки специально не показаны, чтобы показать конкретные чешуйки на виде сбоку;

фиг.15 - изображение, аналогичное фиг.14, показанное в изометрической проекции;

фиг.16 - вид, аналогичный фиг.15, выравнивания по центральной оси неструктурированных магнитных пластинок, диспергированных в слое печатной краски, вдоль линий приложенного конусного магнитного поля;

фиг.17 - выравнивание в форме конуса магнитных частиц, диспергированных в связующем или носителе в виде тонкого слоя печатной краски, при этом показано схождение нормалей к поверхностям частиц над изображением вдоль линии, задающей воображаемое кольцо;

фиг.18А и 18В - фотографии напечатанных изображений с конусным выравниванием, показывающие отражательные кольца;

фиг.19 - конусное выравнивание магнитных частиц в конусном магнитном поле, когда магнит в форме конуса расположен над подложкой;

фиг.20 - конусное выравнивание магнитных частиц в конусном магнитном поле, когда магнит в виде воронки расположен под подложкой;

фиг.20А - фотография изображения объекта в виде воронки, согласно данному изобретению;

фиг.20В - частичный разрез выравнивания в виде воронки магнитных пластинок, диспергированных в связующем, содержащем тонкий слой печатной краски, с нормалями к поверхностям показанных частиц;

фиг.20С - частичный разрез выравнивания в виде воронки магнитных частиц в воронкообразном магнитном поле, когда магнит в форме шара расположен под подложкой;

фиг.21A и 21В - фотографии изображений, полученных в результате выравнивания частиц, показанного на фиг.20;

фиг.22 - частичный разрез выравнивания дифракционных магнитных частиц в осесимметричном конусном магнитном поле, в изометрической проекции;

фиг.23 и 24 - фотографии осесимметричного напечатанного изображения, содержащего магнитные дифракционные частицы и наклоненного в направлении наблюдателя;

фиг.25 - ориентация дифракционной чешуйки при расположении в магнитном поле, при этом канавки чешуйки показаны выровненными по линиям магнитного поля;

фиг.26 - осесимметричное выравнивание в форме полусферы магнитных частиц, диспергированных в тонком слое печатной краски, с образованием напечатанного выпуклого зеркала Френеля;

фиг.27 - разрез зеркала Френеля, показанного на фиг.26, при этом показано схождение линий, нормальных чешуйкам, вдоль линии в направлении к точке;

фиг.28А и 28В - фотографии полусферических выпуклых зеркал;

фиг.29 - осесимметричное выравнивание магнитных частиц, диспергированных в слое печатной краски, вдоль линий приложенного полусферического магнитного поля с образованием напечатанного, некомпенсированного выпуклого отражателя Френеля;

фиг.30 - выравнивание дифракционных частиц, диспергированных в слое печатной краски;

фиг.31 - фотография напечатанного выпуклого зеркала Френеля, выполненного с помощью разбавленной печатной краски на черном фоне;

фиг.32 - осесимметричное полусферическое выравнивание магнитных частиц, диспергированных в тонком слое печатной краски, нанесенной на подложку;

фиг.33 - вогнутое выравнивание магнитных дифракционных частиц 333, имеющих решетку в виде канавок, диспергированных в тонком слое связующего 332 печатной краски, с линиями 334, нормальными к поверхностям частиц;

фиг.34А, 34В и 34С - фотографии напечатанных изображений с полусферическим выравниванием;

фиг.35 - осесимметричное вогнутое выравнивание дифракционных магнитных частиц, диспергированных в слое печатной краски, аналогичное во многих отношениях фиг.29, на виде сверху;

фиг.36 - положение и выравнивание дифракционных частиц по единственной радиальной линии частиц, диспергированных в слое печатной краски;

фиг.37А - магнит, который создает магнитную конфигурацию, показанную на фиг.37С, для обеспечения куполообразного магнитного поля, показанного на фиг.37С, в изометрической проекции;

фиг.37В - магнит, показанный на фиг.37А, при повороте вокруг его вертикальной оси в два разных момента времени, для иллюстрации образования полусферического магнитного поля, в изометрической проекции;

фиг.37С - тот же магнит при трех углах его поворота после совершения магнитом одного полного поворота вокруг вертикальной оси, в изометрической проекции;

фиг.37D - магнитная система, согласно фиг.37С, при этом лист с нанесенной на него печатной краской с чешуйками расположен в куполообразном поле и при этом лист и поле поворачиваются относительно друг друга в направлении стрелок в двух последующих фигурах, в изометрической проекции;

фиг.37Е - вид, аналогичный фиг.37D, при этом лист расположен ближе к вершине куполообразного поля, и при этом полусферическое изображение, образованное в печатной краске, имеет меньшие размеры, чем на фиг.37D, в изометрической проекции;

фиг.37F и 37G - изображения катящейся трехмерной полусферы, выполненные с использованием магнитов, согласно фиг.37Е, показанные в разных положениях при наклоне изображения из одного положения в другое;

фиг.37Н - напечатанное изображение полусферы, имеющее чешуйки в форме купола, расположенное в изображении щита;

фиг.37I - напечатанное изображение щита, имеющего катящийся брусок, образованный вдоль его оси;

фиг.37J - составное изображение из изображений, образованных на фиг.37Н и 37I, при этом печатная краска наносится, а магнитное поле прикладывается поэтапно, так что изображение фиг.37I накладывается на изображение фиг.37Н, и при этом центральная область покрывается лишь один раз при формировании катящейся полусферы;

Фиг.38А - разрез чашеобразного поля, используемого для формирования изображения, показанного на фиг.38С;

фиг.38В - разрез пигментных чешуек в носителе, выровненных в магнитном поле, показанном на фиг.38А;

фиг.38С - изображение, сформированное магнитными чешуйками в поле, показанном на фиг.38А, перевернутой полусферы, которая кажется катящейся чашей, погруженной в лист;

фиг.39 - одна частица микроструктурированного магнитного пигмента, на виде сверху;

фиг.40 - разрез одной частицы микроструктурированного магнитного пигмента;

фиг.41 - структура многослойного микроструктурированного магнитного пигмента MgF₂/Al/Ni/Al/MgF₂;

фиг.42А и 42B - графики многоугольного смещения цвета прямоугольной низкочастотной решетки (1) с низкой модуляцией и синусоидальной высокочастотной решетки (2) при измерении направлений поперек канавок;

фиг.43 - спектральная отражательная способность оптического штабеля MgF₂/Al/Ni/Al/MgF₂, нанесенного поверх прямоугольной решетки с низкой модуляцией (80 нм) и низкой частотой (140 линий/мм);

фиг.44 - спектральная отражательная способность оптического штабеля MgF₂/Al/Ni/Al/MgF₂, нанесенного поверх решетки с высокой частотой (140 линий/мм).

Осуществление изобретения

Данное изобретение в своих различных вариантах выполнения обеспечивает новые и имеющие изобретательский уровень магнитные структуры, полезные для применений с целью защиты, упаковки и этикетирования. Обычно частицы оптически изменяемого пигмента, диспергированные в связующем жидкой краски или печатной краски, ориентируются в основном параллельно поверхности при печати или нанесении краски на поверхность. Ориентация параллельно поверхности обеспечивает высокое отражение падающего света от покрытой поверхности. Магнитные чешуйки можно наклонять относительно подложки в жидкой среде посредством приложения магнитного поля. Чешуйки выравниваются в основном так, что ориентация наиболее длинной диагонали отражающей чешуйки и канавки дифракционной чешуйки соответствует линии магнитного поля. В зависимости от положения и силы магнита, линии магнитного поля могут пронизывать подложку под разными углами, наклоняя магнитные чешуйки под этими углами. Наклоненная чешуйка отражает падающий свет по-другому, чем чешуйка, параллельная печатной поверхности. Отражательная способность и оттенок цвета могут быть различными. Наклонные чешуйки обычно выглядят более темными и имеют цвет, отличающийся от цвета чешуек, параллельных поверхности при нормальном угле зрения.

Примеры напечатанных иллюзорных изображений

На фиг.1А показан в упрощенном виде разрез напечатанного изображения 20, которое называется как имеющее «переключающий» оптический эффект, или как «опрокидывающееся», согласно одному варианту выполнения данного изобретения.

«Опрокидывающееся» изображение включает первую напечатанную часть 22 и вторую напечатанную часть 24, разделенные переходом 25. Пигментные чешуйки 26, окруженные носителем 28, таким как связующее краски или печатной краски, выровнены параллельно первой плоскости в первой части, а пигментные чешуйки 26' выровнены во второй части параллельно второй плоскости. Чешуйки показаны в разрезе в виде коротких линий. Чешуйки являются магнитными чешуйками, т.е. пигментными чешуйками, которые можно выравнивать с использованием магнитного поля. Они могут сохранять или не сохранять остаточное намагничивание. Не все чешуйки в каждой части являются точно параллельными друг другу или соответствующей плоскости выравнивания, однако полный эффект по существу соответствует показанному. Фигуры выполнены не в масштабе. Типичная чешуйка может иметь 20 микрон в поперечнике и иметь толщину около 1 микрона, поэтому фигуры служат лишь в качестве иллюстрации. Изображение напечатано или выполнено краской на подложке 29, такой как бумага, пластиковая пленка, слоистый материал, картон или другая поверхность. Для удобства понятие «напечатано» будет использоваться в целом для обозначения нанесения пигментов в носителе на поверхность, что может включать другие технологии, включая технологии, которые можно называть «нанесением краски».

Обычно чешуйки, рассматриваемые под прямым углом к плоскости чешуек, кажутся яркими, в то время как чешуйки, рассматриваемые вдоль кромки плоскости, кажутся темными. Например, свет от источника 30 освещения отражается от чешуек в первой области к наблюдателю 32. Если изображение наклонить в направлении, указанном стрелкой 34, то чешуйки в первой области 22 будут видны с конца, а свет будет отражаться от чешуек во второй области 24. Таким образом, в первом положении рассматривания первая область будет казаться светлой, а вторая область будет казаться темной, а во втором положении рассматривания поля «опрокидываются» и первая область становится темной, а вторая область становится светлой. Это обеспечивает поразительный визуальный эффект. Аналогичным образом, если пигментные чешуйки являются цветосмещающими, то одна часть может казаться имеющей первый цвет, а другая часть - другой цвет.

Носитель обычно является прозрачным, светлым или окрашенным, а чешуйки обычно имеют довольно хорошую отражательную способность. Например, носитель может быть окрашен зеленым, а чешуйки могут включать металлический слой, такой как тонкая пленка алюминия, золота, никеля, платины или металлического сплава, или же может быть металлической чешуйкой, такой как чешуйка из никеля или сплава. Свет, отраженный от металлического слоя через окрашенный зеленым носитель, может казаться ярко зеленым, в то время как другая часть чешуек, видимых с торца, может казаться темно зеленой или имеющей другой цвет. Если чешуйки являются чисто металлическими чешуйками в светлом носителе, то одна часть изображения может казаться ярко металлической, а другая часть может казаться темной. В качестве альтернативного решения, металлические чешуйки могут быть покрыты окрашенным слоем, или же чешуйки могут включать оптическую интерференционную структуру, такую как структура типа Фабри-Перо с поглотителем, прокладкой и отражателем. Кроме того, на отражающей поверхности может быть образована дифракционная структура для улучшения эффекта и создания дополнительного защитного признака. Дифракционная структура может иметь простую линейную решетку, образованную в отражательной поверхности, или же может иметь более сложный заданный узор, который можно различать лишь при увеличении, но проявляющий общий эффект при рассматривании. За счет создания дифракционного отражающего слоя наблюдатель видит изменение цвета или яркости при простом повороте листа, банкноты или структуры, имеющей дифракционные чешуйки.

Процесс изготовления дифракционных чешуек подробно описан в патенте США № 6692830. В заявке на патент США № 20030190473 описано изготовление хроматических дифракционных чешуек. Изготовление магнитной дифракционной чешуйки аналогично изготовлению дифракционной чешуйки, однако необходимо, чтобы один из слоев был магнитным. В действительности магнитный слой можно замаскировать посредством расположения между слоями алюминия; таким образом, магнитный слой по существу не влияет на оптическую конструкцию чешуйки; или он же может одновременно выполнять оптически активную роль как поглотитель, диэлектрик или отражатель в тонкопленочной интерференционной оптической структуре.

На фиг.1В показано упрощенно на виде сверху напечатанное изображение 20 на подложке 29, которая может быть документом, таким как банкнота или сертификат акции, под первым выбранным углом зрения. Напечатанное изображение может быть защитным признаком и/или признаком подлинности, поскольку иллюзорное изображение нельзя фотокопировать, нельзя воспроизводить с использованием обычных печатных технологий. Первая часть 22 кажется яркой, а второй часть 24 кажется темной. Линия 40 разреза обозначает разрез, показанный на фиг.1А. Переход 25 между первой и второй частями является довольно резким. Документ может быть, например, банкнотой, сертификатом акции или другим ценным печатным материалом.

На фиг.1C показано на упрощенном виде сверху напечатанное изображение 20 на подложке 29 под вторым выбранном углом зрения, полученным путем наклона изображения относительно точки рассматривания. Теперь первая часть 22 кажется темной, в то время как вторая часть 24 кажется светлой. Угол наклона, при котором изображение опрокидывается, зависит от угла между плоскостями выравнивания чешуек в разных частях изображения. В одном образце изображение опрокидывалось из светлого в темное при наклоне около 15°.

На фиг.2А упрощенно показан разрез напечатанного изображения 42 кинематического оптического устройства, которое можно определить как микроупорядочненный цилиндрический отражатель Френеля, или же называть с целью пояснения «катящимся бруском», согласно другому варианту выполнения данного изобретения. Изображение включает пигментные чешуйки 26, окруженные прозрачным носителем 28, напечатанным на подложке 29. Пигментные чешуйки выровнены криволинейно. Также как в случае с опрокидыванием, область (области) катящегося бруска, в которой свет отражается от лицевых поверхностей пигментных чешуек к наблюдателю, кажется более светлой, чем области, которые не отражают свет прямо к наблюдателю. Это изображение создает фокальную линию Френеля, которая выглядит очень похожей на светлую полосу (полосы), брусок (бруски), которые кажутся перемещающимися («катящимися») поперек изображения, когда изображение наклоняется относительно угла рассматривания (при предположении неподвижного источника (источников) освещения).

На фиг.2В показано упрощенно на виде сверху изображение 42 «катящегося бруска» под первым выбранным углом зрения. Яркий брусок 44 появляется в первом положении на изображении между двумя контрастными полями 46, 48. На фиг.2С показано на виде сверху изображение «катящегося бруска» под вторым выбранным углом зрения. Яркий брусок 44' кажется переместившимся во второе положение на изображении, а размеры контрастных полей 46', 48' изменились. Выравнивание пигментных чешуек создает иллюзию бруска, «катящегося» вниз по изображению при наклоне изображения (при фиксированном угле рассматривания и фиксированном освещении). Наклон изображения в другом направлении создает иллюзию качения бруска в противоположном направлении (вверх).

Брусок может казаться имеющим глубину, хотя он напечатан плоским. Виртуальная глубина может казаться намного больше физической толщины напечатанного изображения. Это происходит потому, что брусок является воображаемой фокальной линией цилиндрического выпуклого отражателя Френеля, расположенной ниже плоскости отражателя на величину фокусного расстояния. Наклон чешуек в выбранном узоре отражает свет для создания иллюзии глубины или трехмерности.

Трехмерный эффект можно получать посредством расположения фасонного магнита позади бумаги или другой подложки с напечатанными на подложке магнитными пигментными чешуйками в жидком носителе. Чешуйки выравниваются вдоль линий магнитного поля и создают трехмерное изображение после затвердевания (например, высыхания или отвердевания) носителя. Изображение часто кажется движущимся при его наклоне, следовательно, могут быть образованы кинематические трехмерные изображения.

«Опрокидывающиеся» изображения и «катящиеся бруски» можно печатать с помощью магнитных пигментных чешуек, т.е. пигментных чешуек, которые можно выравнивать с использованием магнитного поля. Напечатанное изображение опрокидывающегося типа обеспечивает получение оптически изменяемого устройства с двумя различимыми областями, которые можно получать с помощью одной стадии печати и с использованием одного состава печатной краски. Изображение типа катящегося бруска обеспечивает получение оптически изменяемого устройства, которое имеет контрастную полосу, которая кажется перемещающейся при наклоне изображения, аналогично полудрагоценному камню, известному как тигровый глаз. Эти напечатанные изображения являются хорошо заметными, а иллюзорные проявления нельзя фотокопировать. Такие изображения можно наносить на банкноты, акционерные сертификаты, документацию программного обеспечения, защитные печати и аналогичные объекты в качестве устройств идентификации и/или защиты от подделки. Они особенно желательны для документов, которые печатаются в большом объеме, таких как банкноты, упаковки и этикетки, поскольку их можно печатать с высокой скоростью печати, как описано ниже.

В другом варианте выполнения, показанном на фиг.2С и 2D, «двойной катящийся брусок» является изображением, в котором одна часть 44' имеет магнитные чешуйки, ориентированные с цилиндрической выпуклой ориентацией, а другая часть 44 изображения имеет магнитные чешуйки, ориентированные с цилиндрической вогнутой ориентацией. Для получения этой выпуклой ориентации магнит «катящегося бруска» помещают под бумажной подложкой. Для вогнутой ориентации магнит помещают над бумажной подложкой. Изображение «двойного наклона» образуется, когда магнитные чешуйки в двух областях изображения имеют различную и противоположную ориентацию, например, +30° и -30°. В одном наклонном положении напечатанного изображения одна часть изображения является темной, а другая часть - светлой. Когда напечатанное изображение наклонено в противоположном направлении, то зоны «переключают» свои светлые и темные области, так что первое изображение становится светлым, а второе изображение становится темным. В зависимости от задуманной конструкции, это переключение светлого и темного может происходить сверху донизу и обратно, а также слева направо и обратно, в зависимости от ориентации чешуек. На фиг.2С и 2D яркий брусок 44' кажется «переместившимся» во второе положение на изображении, а размеры контрастных полей 46' и 48' изменяются; кроме того, яркий брусок 44 кажется «переместившимся» в другое положение на изображении, а размеры контрастных полей 46 и 48 изменяются.

В данном изобретении применяются трехмерные магнитные поля, имеющие заданную форму, для линейной или прерывистой печати динамических оптических устройств (DACOD). Динамические оптические устройства являются изображениями, некоторые из которых можно печатать с помощью высокоскоростной печатной машины, в которой используется печатная краска, содержащая магнитные пластинообразные пигменты, в магнитном поле, имеющем заданную форму. Изображения способны изменять свой вид в ответ на физическое воздействие, оказываемое наблюдателем на подложку. Наблюдателю необходимо наклонить, повернуть или изогнуть подложку, чтобы увидеть появление или исчезновение или движение частей изображения или всего изображения. Это поведение оптических устройств с динамически изменяющимся внешним видом (ОУДИВ) зависит единственно от отражения или рассеяния падающего света на различно ориентированных магнитных пластинках в слое сухой печатной краски. Присутствие или отсутствие цвета является дополнительным признаком ОУДИВ. Магнитные цветосмещающие пигменты обеспечивают множество вариаций изменения цвета динамических оптических устройств дополнительно к изменению их внешнего вида.

В данном изобретении дается описание специального класса динамических оптических устройств в части изображения, напечатанного способом трафаретной, офсетной, флексографической, металлографической, глубокой или другой известной печати на бумаге или другой плоской подложке в магнитных полях различной конфигурации, так что во время переноса напечатанного влажного изображения на подложку в этом поле пластинки пигмента в слое печатной краски выравниваются вдоль линий магнитного поля, вызывая изменение внешнего вида изображения при рассматривании его под разными углами после высыхания краски. Напечатанное изображение, которое имеет изменяющий внешний вид элемент, видно без применения специального оборудования и поэтому его можно видеть невооруженным глазом. Наклон напечатанного динамического оптического устройства под разными углами относительно источника света вызывает привлекающее внимание изменение внешнего вида или движение в части изображения, которое напечатано магнитной печатной краской. Печатная краска для динамических оптических устройств состоит из связующего печатной краски и любого отражающего или рассеивающего свет пластинчатого магнитного пигмента. Пигмент может быть цветосмещающим пигментом, нецветосмещающим пигментом и/или имеющим микроструктуру, такую как дифракционная решетка, облегчающую ориентацию магнитно-выравниваемых чешуек. Связующее печатной краски может быть светлым или окрашенным, отверждаемым ультрафиолетовым излучением или основанным на растворителе.

Напечатанные оптические устройства, изменяющие внешний вид, можно использовать в качестве защитного признака на или внутри банкнот и ценных документов.

Эффекты кажущегося движения или изменения внутри изображения хорошо известны в печатной промышленности. Обычно они основаны на специальном изображении или наборе узоров для эффектов движения или на линзообразных подложках для изменения изображения с эффектом опрокидывания. Число известных эффектов ограничено, что сильно ограничивает их применимость.

Изменяющие внешний вид изображения, напечатанные в магнитном поле, были описаны ранее в заявке на патент США US 2004/0051297 А1 заявителя. В ней приводится описание напечатанных устройств с эффектом катящегося бруска и эффектом опрокидывания, изменяющих цвет или интенсивность отраженного света в различных частях изображения при изменении угла освещения источником света или угла зрения. Изменение внешнего вида изображения при этих эффектах происходит не мгновенно, как при голограммных или линзообразных подложках, а постепенно.

Несмотря на это изображения, описанные в указанной выше заявке на патент США US 2004/0051297 А1, относятся к простым применениям типа катящегося бруска или опрокидывающегося типа, в которых чешуйки являются симметричными вдоль одной прямой линии и образуют одинаковый угол с подложкой; и чешуйки вдоль следующих смежных прямых линий образуют другой одинаковый угол с подложкой, так что каждая чешуйка в любом данном ряду чешуек имеет одинаковый угол с подложкой, и при этом чешуйки в смежных рядах обычно образуют различные углы с подложкой.

Нами установлено, что посредством выравнивания чешуек вдоль кривых линий, если чешуйки вдоль любой данной кривой образуют одинаковый угол с подложкой, и при этом чешуйки вдоль смежных кривых, в частности, окружностей, в частности, концентричных окружностей, ориентированы с образованием угла, отличного от угла смежной кривой или окружности, можно формировать поразительно реалистичные оптически иллюзорные изображения объектов, таких как воронки, конусы, чаши и эллипсы и полусферы. Следует отметить, что в частных вариантах выполнения окружности могут быть скорее эллиптическими, чем круговыми, и понятие окружности в последующем включает кольца и формы, подобные окружностям.

Приведенное ниже описание относится к существенно отличающемуся классу печатных оптических эффектов, подобных отражению падающего света отражательными конусами, сферами, полусферами, воронками и различными другими трехмерными объектами и, в частности, структурами Френеля.

В качестве примеров на фиг.4 показано изображение, которое имеет динамический эффект в виде узора «взрыва звезды», а изображение конуса показано на фиг.5А и изображение воронки показано на фиг.20А. Печатание изображения «взрыв звезды» было выполнено с использованием магнитного поля в форме воронки. Разрез ориентации пластинок в слое сухой печатной краски показан на фиг.3. Печатная краска 192 с диспергированными магнитными частицами 193 напечатана поверх подложки 191 с помощью одного из указанных выше способов печати. Магнитные линии 194 ориентированы перпендикулярно подложке в центре изображения. Линии магнитного поля наклоняются с увеличением радиального расстояния от центра; поэтому поле является наиболее сильным в центре и ослабевает радиально наружу с увеличением расстояния от центра.

Центр напечатанного оптического устройства, напечатанного в поле в форме воронки, показанного на фиг.4, является темным при нормальном угле зрения. Светлость напечатанного изображения постепенно увеличивается от центра к краям. Когда напечатанное изображение наклоняется горизонтально своей верхней кромкой от наблюдателя, то темная зона кажется перемещающейся в направлении вниз. При вертикальном наклоне изображения вправо кажется, что затемненная часть изображения перемещается в направлении, противоположном наклону.

Линии конусного магнитного поля, показанные на фиг.6, выравнивают магнитные пластинки в противоположном порядке по сравнению с полем в форме воронки. В результате такой ориентации изображение перемещается в направлении, противоположном направлению перемещения изображений, созданных в изображении в форме воронки. Чешуйки 214, диспергированные в печатной краске 212 и напечатанные на подложку 211, следуют магнитным линиям 213 и наклоняются своими вершинами в направлении центра поля.

Выполненная в конусном поле печать создает изображение с ярким центром при нормальном угле зрения, как показано на фиг.7. При наклоне напечатанного изображения своей кромкой от наблюдателя яркая область сдвигается вниз, как показано на фиг.7А, в противоположность изображению на фиг.5А. Вертикальный наклон вправо, как показано на фиг.7В, вызывает сдвиг яркой зоны влево.

Изображения, напечатанные в горообразном поле или приблизительно торообразном поле, представляют собой изображения с внешним видом, показанным на фиг.9. Разрез для положения частиц, выровненных в горообразном поле, показан на фиг.8.

Указанные выше способы выравнивания магнитно-выравниваемых чешуек или частиц можно применять для изображений, в которых печатается либо вся площадь с магнитным признаком, либо определенная часть изображения имеет магнитный признак. Это зависит от требуемого изображения.

Многие из указанных магнитных признаков можно применять в изображениях, напечатанных с гильоширными узорами для улучшения защитных признаков банкнот и других ценных документов.

Как показано на фиг.8 и 9, новый, имеющий изобретательский уровень и очень поразительный эффект создается при использовании штабелированных магнитов 801 и 802 для образования тороидального параболического отражателя, где два кольцеобразных магнита с разными радиусами штабелированы друг над другом. Получаемое магнитное поле, частично показанное линиями 803, сильно отличается от поля при использовании единственного магнита. Магнитные линии вблизи углов верхнего магнита изогнуты вниз под влиянием нижнего магнита. В результате магнитные частицы 804 вблизи углов верхнего магнита оказываются в области поля, где интенсивность поля является достаточно большой для обеспечения в точности вогнутого выравнивания частиц вдоль линий приложенного магнитного поля. Чешуйки 805 показаны вогнуто ориентированными в промежутке между наружной кромкой и центром. Чешуйки распределены в печатной краске 806 на подложке 807. Если магниты имеют форму колец, как показано на фигуре, то полученное напечатанное изображение выглядит как яркое кольцо под единственным источником света. Под верхним светом оно выглядит как широкое голубое кольцо. При освещении несколькими источниками света изображение выглядит как ряд колец, число которых соответствует количеству окружающих источников света, как показано на фотографии на фиг.9. Этот вариант выполнения действует в качестве детектора света, при этом изображение показывает наблюдателю количество колец, соответствующее числу физически отдельных источников света, свет которых отражается от изображения. То есть, если, например, три источника света освещают изображение, то видны три отдельных кольца, если изображение освещают n источников света, то видны n колец, при этом n является положительным целым числом. Следует отметить, что толщину, размеры и силу магнитов можно изменять в зависимости от конкретного желаемого изображения. Например, штабелированные магниты могут иметь одинаковую толщину и силу, но иметь разные диаметры, или же в качестве альтернативного решения, можно варьировать один или несколько параметров.

Многие из указанных выше магнитных признаков можно применять для изображений, напечатанных с геометрическими изображениями и иллюзорными оптическими изображениями для улучшения иллюзорных свойств. Примеры таких изображений показаны на фиг.10А, 10В, 11, 12 и 13А. Спиральное линейное изображение на фиг.10А, напечатанное в присутствии торообразного поля, имеет внешний вид, показанный на фиг.10В.

То же спиралеобразное изображение, согласно фиг.10А, напечатанное с воронкообразным полем, имеет внешний вид (фиг.10С), который очень отличается от изображения, показанного на фиг.10А. Иллюзорное изображение, показанное на фиг.11, имеет отличный внешний вид, показанный на фиг.12, после печати в приложенном торообразном поле. Торообразное магнитное поле создает иллюзию волнистой поверхности в изображении.

Другое иллюзорное линейное изображение показано на фиг.13В, при этом печать выполнена в конусном поле, улучшающем оптические иллюзорные признаки на фиг.13В.

Изображения, показанные на фиг.3-13В имеют общим признаком радиальную симметрию. В каждом из изображений чешуйки выровнены кольцами, при этом чешуйки вдоль данного кольца образуют одинаковый угол с подложкой, на которую опираются их концы, и смежные кольца имеют чешуйки, образующие разные углы с подложкой. Кроме того, чешуйки в данном кольце имеют плоские поверхности, которые пересекают плоскость соседней чешуйки. Это четко показано на фиг.14.

На фиг.14 показан компьютерный чертеж (не в масштабе, при этом с целью иллюстрации используются большие чешуйки) расположения чешуек в изображении конуса, показанного, например, на фиг.7А. Хотя все чешуйки показаны опирающимися на общую плоскую подложку, каждое кольцо чешуек R1, R2-Rn имеет чешуйки вдоль этого кольца, которые образуют уникальный одинаковый угол с плоской подложкой. Как показано на фиг.14, чешуйки в наружном кольце R1 наклонены все под одним углом относительно подложки, а чешуйки внутри кольца R2 образуют слегка более крутой одинаковый угол с подложкой, таким образом, угол увеличивается при перемещении от кольца R1 к кольцу R2 и так далее до кольца Rn. Поскольку чешуйки, которые следуют любому заданному кольцу, т.е. R1, все лежат на окружности конкретного диаметра, и поскольку чешуйки имеют плоские лицевые поверхности, то по определению, плоскости, задающие их лицевые поверхности, пересекаются с их ближайшими соседними чешуйками, лежащими на той же окружности. Например, чешуйки 280а и 280b имеют плоские лицевые поверхности, при этом поверхности пересекаются друг с другом. Хотя все чешуйки находятся в контакте с подложкой, изображение конуса создает у наблюдателя иллюзию выступания конуса из бумаги или подложки, на которую он нанесен.

На фиг.15 показан тот же конус, что и на фиг.14, при этом разрез через середину структуры показан в изометрической проекции для иллюстрации выравнивания чешуек. В данном случае ориентация чешуек или наклон относительно подложки показан продолжением линий поля, созданного магнитом (не изображен) под подложкой. Для ясности и лучшего понимания, чешуйки показаны по существу квадратными, однако на практике форма чешуек может изменяться очень сильно при использовании чешуек квадратной или шестиугольной или другой специальной формы.

На фиг.16 показано осесимметричное конусное выравнивание магнитных частиц, диспергированных в тонком слое печатной краски. Разрез магнитного поля 160 показан в виде линий 162 поля, однако в действительности эти линии образуют листы линий, вдоль которых ориентируются чешуйки. Магнитно-ориентируемые чешуйки 163 показаны расположенными в концентрических кольцах внутри носителя печатной краски 164, при этом чешуйки, расположенные в каждом из колец, следующие линиям поля, образуют различный угол с подложкой 165, причем угол увеличивается в направлении центра. Зазор 166 на чертеже служит лишь для иллюстрации, так чтобы можно более легко видеть угол чешуек относительно подложки.

На фиг.17 показано конусное выравнивание магнитных частиц 173, диспергированных в тонком слое связующего печатной краски 172, опирающихся на лист 171. Линии 174, нормальные к поверхностям частиц, показаны лишь для иллюстрации соотношения углов линий, нормальных (называемых в последующем нормалями) к поверхности чешуек, при этом линии, нормальные к поверхностям, сходятся в точках, определяющих воображаемую овальную зону 175, где сходятся нормали.

На фиг.19 показано конусное выравнивание магнитных частиц 196 в конусном магнитном поле, получающемся в результате расположения магнита 193 конусной формы над подложкой. Частицы или чешуйки 196 в печатной краске 192 ориентируются по линиям 195 магнитного поля. Позицией 194 обозначено сечение магнитного поля конусного магнита 193. Чешуйки снова ориентированы в концентрических окружностях, при этом чешуйки, отслеживающие каждую окружность или кольцо, образуют одинаковый угол с подложкой, и при этом чешуйки в разных кольцах образуют разные углы с подложкой.

Альтернативный вариант выполнения показан на фиг.20, при этом конусное выравнивание магнитных частиц в конусном магнитном поле обеспечивается расположением магнита 202 в форме воронки под подложкой 201. Магнитные частицы 205 в связующем печатной краски (не изображен) напечатаны поверх бумажной подложки 201. Сечение магнитного поля показано с помощью позиции 203, и магнитные частицы 205 следуют линиям 204 магнитного поля. Поскольку линии 204 поля распространяются через всю область подложки, то печатная краска, нанесенная на круговые области, несущие внутри чешуйки, выравнивается. Таким образом, круг из чешуек 205, расположенный в магнитном поле, после выравнивания в поле имеет визуальный эффект объекта, имеющего форму конуса. Это запечатлено на фотографиях, показанных на фиг.21А и 21В, на которых показано конусное напечатанное изображение, наклоненное в направлении к наблюдателю (1) и от наблюдателя (2).

На фиг.20В показано воронкообразное выравнивание магнитных частиц 209, диспергированных в связующем, содержащем тонкий слой печатной краски 207, при этом показаны нормали 208 к поверхности частиц.

На фиг.20С показан альтернативный вариант выполнения, в котором воронкообразное выравнивание магнитных пластинок 236 обеспечивается с помощью магнита 233 в форме сферы или шара, расположенного под бумажной подложкой 231. Пластинки 236, отслеживающие линии 235 поля, расположены в связующем 230 печатной краски. Когда печатная краска отвердевает, то чешуйки фиксируются в показанном положении.

На фиг.22 показан частичный разрез, иллюстрирующий выравнивание дифракционных магнитных частиц 220 в осесимметричном конусном магнитном поле. Предпочтительной ориентацией канавок частиц является ориентация в направлении центра конуса. При размещении в магнитном поле дифракционные пластинки ведут себя как любые другие магнитные частицы; они ориентируются вдоль линий приложенного магнитного поля. Однако плоские магнитные пластинки, диспергированные во влажном связующем печатной краски, выравниваются наиболее длинной диагональю в направлении магнитных линий, при этом дифракционные пластинки 220 выравниваются своими канавками, определяющими дифракционную структуру или решетку, вдоль направления линий магнитного поля. Осесимметричное выравнивание дифракционных частиц создает в напечатанном изображении серебристую зону, окруженную границей с цветами радуги, или же создает кольца разного цвета.

На фиг.23 и 24 показаны фотографии осесимметричного напечатанного изображения, содержащего магнитные дифракционные частицы и наклоненного в направлении наблюдателя.

Как указывалось выше, плоские магнитные пластинки, диспергированные во влажном связующем печатной краски на поверхности подложки, ориентируются вдоль магнитных линий приложенного магнитного поля своими наиболее длинными диагоналями. В противоположность плоским пластинкам, дифракционные магнитные пластинки ориентируются при тех же условиях вдоль магнитных линий направлением своих канавок, как показано на фиг.25. Каждая частица отражает и рассеивает падающий свет лишь в одном конкретном «узком» направлении. Каждая избирательная ориентация в магнитном поле и узконаправленное отражение и рассеяние света с поверхности дифракционных пластинок делает возможным изготовление уникальных напечатанных узоров, аналогичных известным голографическим кинеграммам.

Ранее были раскрыты варианты выполнения, относящиеся к криволинейным или круговым расположениям чешуек, образующим новый класс оптических устройств. Эти устройства характеризуются угловым соотношением плоских или дифракционных чешуек с подложкой, на которую они опираются. Многие из этих устройств образуют структуры Френеля, такие как отражатели Френеля. Например, конические структуры и воронкообразные структуры, описание которых приведено выше, образуют выпуклые и вогнутые отражатели Френеля. За счет использования чешуек, изготовленных из поглощающих материалов, можно выполнять поглощающие структуры Френеля. За счет использования отражательных чешуек можно печатать на подложке отражатели Френеля. Такие структуры Френеля применяются в качестве устройств, управляющих лучом, для различных длин волн электромагнитного излучения, в оптической и других областях; например, в качестве печатных фокусирующих отражателей для антенн.

На фиг.26 показано осесимметричное выравнивание в форме полусферы магнитных частиц 263, диспергированных в тонком слое печатной краски 264, с образованием напечатанного выпуклого зеркала Френеля. Сечение 261 магнитного поля и линии 262 поля, исходящие от магнита 266, проходят через подложку 265. Требуемое магнитное поле обеспечивается посредством поворота магнита 266 в направлении стрелки 267.

Структура, подобная отражателю Френеля, образованная магнитно-выровненными отражательными чешуйками 273, четко показана на фиг.27, при этом воображаемые линии 274, показанные на фиг.27, нормальные к поверхностям чешуек, опирающихся на подложку 271 в связующем 272 печатной краски, пересекают центральную линию, нормальную к самой центральной чешуйке. Позицией 275 обозначены воображаемые лучи, выходящие через чешуйки или зеркала 273.

Фотографии полусферических выпуклых зеркал показаны на фиг.28А и 28В, при этом на фиг.28А изображение наклонено своей верхней кромкой в направлении наблюдателя, а на фиг.28В изображение наклонено своей верхней кромкой от наблюдателя. Образование изображения в напечатанном выпуклом зеркале Френеля по существу одинаково с формированием изображения в обычных выпуклых зеркалах без компенсации их сферической аберрации.

На фиг.29 показано в изометрической проекции осесимметричное выпуклое выравнивание дифракционных магнитных частиц 292, диспергированных в слое печатной краски. Плоские пластинки могут заменять дифракционные частицы. Частицы 292 нанесены на подложку, например бумажную подложку 291. Области 293 не имеют частиц для целей иллюстрации. Зона 294 отображает радиальное направление канавок частиц. Позицией 295 обозначена зона с поворотом частиц вокруг нормалей и с наклоном относительно подложки, при этом позицией 296 показана зона с круговой ориентацией канавок и максимальным наклоном плоскости частиц к подложке.

При помещении дифракционных пластинок 292 в магнитное поле пластинки 292 ориентируются своими канавками вдоль линий приложенного магнитного поля. Частицы в области вокруг центральной оси 297 располагаются своими плоскостями параллельно поверхности подложки. Многие, но не все частицы в этой области направлены своими канавками в направлении центральной оси напечатанного изображения.

Размер этой радиальной области выравнивания относительно небольшой и зависит от размеров приложенного к изображению магнитного поля. Он может составлять примерно 2/3 от ширины магнита (в случае применения в данном случае плоского постоянного магнита). Направление канавок и расположение частиц 292 претерпевает значительные изменения при изменении расстояния от центральной оси. Вторая зона напечатанного изображения, смежная с зоной радиального выравнивания канавок и окружающая ее, содержит частицы, которые поворачиваются вокруг своих нормалей, т.е. линий, нормальных к поверхности частиц, как показано на фиг.30, и наклоняют свои плоскости относительно подложки. Частицы во второй зоне поворачиваются вокруг своих нормалей, пока канавки не будут выровнены вдоль окружности, образующей зону круговой ориентации. При увеличении расстояния от центра все частицы в этой зоне ориентированы по окружности. Их наклон к подложке имеет наибольший угол.

На фиг.30 показано положение и выравнивание дифракционных частиц 302 в одну радиальную линию из частиц, диспергированных в слое печатной краски, нанесенной на подложку 301. Линия, нормальная к поверхности 303 частицы, в первой зоне почти перпендикулярна подложке. Направление между порядками 306 дифракции находится под углом 90° к направлению линии частиц. Во второй зоне, где расстояние от частицы до центральной оси 302 увеличивается, частицы постепенно поворачиваются вокруг своих нормалей с одновременным наклоном своих нормалей на подложке в направлении наружной стороны напечатанного изображения. Направление между порядками дифракции также поворачивается при повороте частиц. Когда поворот частиц вокруг своих нормалей достигает 90°, то канавки становятся ориентированными вдоль окружности. Частицы наклонены на подложке, при этом их нормали направлены наружу от напечатанного изображения. Порядки дифракции также наклонены и ориентированы радиально. Направление k-го порядка дифракции частиц вблизи центра напечатанного изображения обозначено позицией 307; направление k-го порядка дифракции частиц в зоне кругового выравнивания обозначено позицией 308; направление m-го порядка дифракции частиц вблизи центра напечатанного изображения обозначено позицией 309; направление m-го порядка дифракции частиц в зоне кругового выравнивания обозначено позицией 310.

На фиг.31 показана фотография напечатанного выпуклого зеркала Френеля, выполненного с помощью разбавленной печатной краски на черном фоне. Центральная серебристая зона 311 показана с канавками частиц с радиальной ориентацией. В смежной с ней радугообразной зоне 312 канавки повернуты с образованием сильно «дрожащих» цветов; наружная область 313 имеет радугообразные слабые цвета. Когда наблюдатель смотрит на центральную зону 311 и направление рассматривания совпадает с направлением канавок, то дифракцию света нельзя видеть. Когда наблюдатель смотрит на изображение, то радугообразное кольцо окружает серебристую зону с радиальной ориентацией канавок. Частицы в этой окрашенной в цвета радуги зоне поворачиваются вокруг своих нормалей, лежащих относительно плоско на подложке. Канавки частиц изменяют свое направление с поворотом, и дифракция света начинает создавать радугу цветов. Наклон частиц относительно поверхности подложки в наружной зоне 313 вызывает изменение направления отражения света от зеркальной поверхности. Наблюдатель не способен видеть отраженные световые лучи в этой зоне, поскольку лучи направлены к низу листа. Можно видеть лишь несколько порядков дифракции, создающих слабые цвета радуги. Напечатанное изображение изготовлено посредством покрытия подложки черным фоном с помощью заливного слоя печатной краски, содержащей 5% плоских магнитных частиц, имеющих средний размер 20 мкм и частоту дифракционной решетки 1500 линий/мм. Толщина печатного слоя составляла 9 мкм. Подложку с влажной печатной краской поместили поверх вращающегося постоянного магнита (7,62 см×3,17 см×0,95 см). После завершения выравнивания частиц печатную краску облучали ультрафиолетовым светом до затвердевания.

На фиг.32 показано осесимметричное выравнивание в форме полусферы магнитных частиц 323, диспергированных в тонком слое печатной краски 324, напечатанной поверх подложки 325, в виде напечатанного некомпенсированного вогнутого зеркала Френеля. Позицией 321 обозначено сечение поля, имеющего линии 322, которые исходят из магнита 326, который поворачивается в направлении стрелки 327.

На фиг.33 показано вогнутое выравнивание магнитных дифракционных частиц 333, имеющих решетку в виде канавок, которые диспергированы в тонком слое связующего 332 печатной краски, с линиями 334, нормальными к поверхностям частиц. Показана зона сферической аберрации 335 чуть ниже места, где чешуйки сходятся у фокальной точки 336.

На фиг.34А, 34В и 34С показаны фотографии напечатанных изображений с полусферическим выравниванием. В частности, на фиг.34А показана фотография при наклоне верхней кромки к наблюдателю, на фиг.34В показана фотография при наклоне верхней кромки от наблюдателя и на фиг.34С показана тень фотографа, отраженная от напечатанного зеркала.

Формирование изображения в напечатанном вогнутом зеркале Френеля по существу такое же, как и для обычных вогнутых зеркал без компенсации их сферической аберрации. Зеркала можно компенсировать для уменьшения их аберрации посредством правильного выбора формы приложенного магнитного поля и его интенсивности, расстояния между магнитом и влажной печатной краской, вязкости печатной краски и магнитных свойств диспергированных частиц.

На фиг.35 показано на виде сверху осесимметричное вогнутое выравнивание дифракционных магнитных частиц, диспергированных в слое печатной краски, аналогичное во многих отношениях фиг.29. Подложка 351 покрыта дифракционными частицами 352 в растворе печатной краски (не изображена). Зона 353 напечатанного изображения не содержит частиц лишь с целью иллюстрации. Зона 354 показывает радиальное направление канавок частиц. В зоне 355 частицы повернуты вокруг своих нормалей (т.е. линий, нормальных к лицевой поверхности частиц) и наклонены к подложке; и в зоне 356 имеется круговая ориентация канавок и максимальный наклон плоскости частиц к подложке.

Предпочтительной ориентацией канавок частиц является ориентация в направлении центра конуса. После воздействия магнитного поля дифракционные пластинки 352 ориентируются своими канавками вдоль линий приложенного магнитного поля. Частицы в области вокруг центральной оси напечатанного изображения параллельны поверхности подложки. Многие, но не все частицы в этой области направлены своими канавками к центральной оси напечатанного изображения. Размер этой области небольшой, но зависит от размеров магнитного поля, приложенного к напечатанному изображению. Направление канавок и расположение частиц значительно изменяется при изменении расстояния от центральной оси. Вторая зона напечатанного изображения, смежная с зоной радиального выравнивания канавок и окружающая ее, содержит частицы, которые повернуты вокруг своих нормалей, как показано на фиг.36, и их плоскости наклонены относительно подложки. Частицы во второй зоне поворачиваются вокруг своих нормалей, пока канавки не будут выровнены вдоль окружности. С увеличением расстояния от центра все частицы в этой зоне ориентируются по кругу. Их наклон к подложке имеет наибольший угол.

На фиг.36 показано положение и выравнивание дифракционных частиц 362 в одной радиальной линии из частиц, диспергированных в слое печатной краски. Линия нормали 364 к поверхности частицы в этой первой зоне почти перпендикулярна подложке 361. Направление между порядками дифракции находится под углом 90° к направлению линии из частиц. Во второй зоне, где расстояние от частицы до центральной оси 363 увеличено, частицы постепенно поворачиваются вокруг своих нормалей с одновременным наклоном к подложке своими нормалями, направленными наружу от напечатанного изображения. Направление между дифракционными порядками 365 также поворачивается при повороте частиц. Когда поворот частиц вокруг своих нормалей достигает 90°, то канавки становятся ориентированными по кругу. Частицы наклонены на подложке, при этом их нормали направлены наружу напечатанного изображения. Порядки дифракции теперь также наклонены и ориентированы радиально. Направление k-го порядка дифракции частиц вблизи центра напечатанного изображения обозначено позицией 366; направление k-го порядка дифракции частиц в зоне кругового выравнивания обозначено позицией 367; направление m-го порядка дифракции частиц вблизи центра напечатанного изображения обозначено позицией 368; направление m-го порядка дифракции частиц в зоне кругового выравнивания обозначено позицией 369.

Ниже приводится описание варианта выполнения данного изобретения, который относится к изготовлению полусферического изображения, согласно данному изобретению.

Интересный и поразительный эффект показан в альтернативном варианте выполнения изобретения на фиг.37F, 37G, 37Н и 37J. На фиг.37F показано напечатанное изображение полусферы, при этом все изображение покрыто выравниваемыми пигментными частицами. После выравнивания частиц указанным выше образом образуется полусфера. Напечатанное изображение полусферы, показанное на фиг.37F, выглядит как изображение, показанное на фиг.37G, при наклоне подложки или изменении положения источника света. При наклоне изображения от нормали налево вокруг вертикальной оси, проходящей через центр, яркая полусфера, которая выглядит подобно шару, катится при изменении угла наклона. В противоположность катящемуся бруску, который способен катиться в плоскости вдоль линии, полусфера на фиг.37F способна перемещаться в направлении х-у в зависимости от угла наклона. Таким образом, наклон изображения вокруг оси х или оси у приводит к кажущемуся движению.

В щите на фиг.37J используется комбинация эффектов катящихся бруска и полусферы для получения очень интересной комбинации эффектов, при этом щит и полусфера кажутся выступающими из бумаги. Это получают с помощью двухстадийного процесса, при этом подложку сначала покрывают магнитным покрытием, образуют полусферу и подвергают ее отвердеванию, как показано на фиг.37Н. Второе покрытие наносят через маску или трафарет для образования покрытия, показанного на фиг.37I, с обеспечением того, чтобы никакой дополнительный материал не покрывал полусферу. Это второе покрытие помещают в магнитное поле для создания «катящегося бруска». Способ формирования динамического или кинематического полусферического изображения, описание которого приведено выше, является более сложным, чем способ формирования катящегося бруска. Ниже приводится описание способа со ссылками на фиг.37А-37Е. В качестве примера, магнит 370а, показанный на фиг.37А, имеет линии поля над и под магнитом с образованием двух петель. На этой диаграмме преднамеренно показаны лишь эти две линии, но по существу имеется фронт линий, создаваемых параллельно этим линиям, охватывающий весь магнит. Магнит в положениях 370а, 370b и 370с показан во время своего вращения вокруг вертикальной оси в различные периоды времени. Часть магнита на фиг.37В срезана для иллюстрации некоторых линий поля. Понятно, что на фиг.37С поле, проходящее над магнитами в положениях 370а, 370b, 370с, имеет форму купола, также как магнитное поле, проходящее внизу. Печать полусферического кинематического изображения формируется, как показано на фиг.37Е, посредством расположения покрытой жидкой печатной краской подложки 377 в куполообразном магнитном поле как раз над магнитами, как показано на фиг.37D, или на большем расстоянии от магнитов и с опорой в направлении середины поля при одновременном вращении магнитов. В данном примере выполнения скорость, с которой магниты или изображение вращаются относительно друг друга, составляет примерно 120 об/мин. Затем изображение удаляют из области поля и подвергают отвердеванию. Скорость вращения магнитов может быть больше или меньше 120 об/мин в зависимости от свойств магнитных частиц и вязкости связующего печатной краски. Однако если скорость слишком мала, то ухудшается качество изображения.

На фиг.38А показан альтернативный вариант выполнения, аналогичный, но инвертированный относительно изображения, показанного на фиг.37F. Вызываемое полусферическим магнитом магнитное поле показано на фиг.38А. Эта форма поля приводит к получению изображения, показанного на фиг.38С. Северный полюс магнита расположен сверху, и частицы выровнены концентрично наподобие воронки. На фиг.38В показано поле 194, а чешуйки 193 в носителе 192, нанесенном поверх подложки 191, выровнены с воронкообразной ориентацией вдоль линий поля. В противоположность полусферическому эффекту, это поле создает яркое кинематическое пятно 192 в середине изображения 191; и воронкообразное выравнивание чешуек создает темное кинематическое пятно в середине изображения. Хотя показанные и описанные поля формируются постоянными магнитами, во многих вариантах выполнения можно использовать электрические или электромагнитные поля. Естественно, что поле и частицы должны быть совместимыми, так чтобы частицы были способны ориентироваться с помощью конкретного поля. Частицы могут быть дифракционными и/или смещающими свет.

Кроме того, можно использовать, например, пластинообразные магнитные микрочастицы с прямоугольной решеткой с низкой модуляцией и низкой частотой для изготовления магнитной печатной краски для печати изображений с оптическими эффектами.

Как указывалось выше, плоские частицы отражательного магнитного пигмента, диспергированные в неотвердевшей краске или печатной краске, выравниваются вдоль линий приложенного магнитного поля своими наиболее длинными диагоналями; а дифракционные частицы, диспергированные в неотвердевшей краске или печатной краске, выравниваются своими канавками в направлении линий приложенного магнитного поля, поскольку размагничивание отдельной частицы меньше вдоль канавок, чем поперек них.

Это явление связано с толщиной поперечного сечения магнитной частицы в различных направлениях: она меньше вдоль канавок и больше поперек них. Коэффициент зеркального отражения падающего света дифракционными пигментами является небольшим из-за специфики морфологии их поверхности. После печати пигмент показывает дифракционные цвета при облучении одним или несколькими источниками света и солнечным светом. Однако на напечатанном изображении имеется очень мало цвета при неярком свете или при потолочном свете.

Другим аспектом данного изобретения является пигмент, который объединяет два частных признака отражательных и дифракционных пигментов: высокую отражательную способность без заметных дифракционных цветов и способность выравниваться канавками вдоль линий приложенного магнитного поля. Пигмент имеет микроструктуру с низкомодулированной квадратной дифракционной решеткой с низкой частотой. Обычно частота может быть в диапазоне от 2 линий/мм до 500 линий/мм, более предпочтительно в диапазоне от 50 линий/мм до 150 линий/мм. Модуляция решетки изменяется в диапазоне от 20 нм до 1000 нм (более предпочтительно в диапазоне от 30 нм до 200 нм).

На фиг.39 показана на виде сверху, а на фиг.40 в разрезе отдельная пигментная частица. Пигмент с микроструктурой, согласно данному изобретению, можно изготавливать из микроструктурированного магнитного материала, покрытого органическим или неорганическим защитным покрытием, или из микроструктурированной полимерной подложки, покрытой магнитным материалом. Более предпочтительно микроструктурированный пигмент можно изготовлять из микроструктурированного магнитного материала, заключенного между двумя слоями отражательного материала. Пример выполнения такой структуры показан на фиг.41.

Пример 1

Многослойную структуру MgF₂ /Al/Ni/Al/MgF₂ наносят в вакууме поверх полиэфирной прямоугольной решетки, аналогичной решетке, показанной на фиг.39. Ширина возвышений и впадин решетки составляет 7 мкм. Высота возвышений составляет 80 нм. Материал сдирался с тисненой подложки и превращался в микрочешуйки со средним размером 24 мкм.

Перед сдиранием покрытия MgF₂/Al/Ni/Al/MgF₂ с подложки, результаты сравнивались с результатами такого же оптического многослойного штабеля, нанесенного на различные полиэфирные дифракционные решетки, имеющие частоту 1500 линий/мм. Цветовая характеристика покрытия на подложках низкой частоты и высокой частоты оценивалась с помощью гониоспектрофотометра (фирмы Murakami Color Research Labs.). Результаты экспериментов показаны на фиг.42.

Результаты на фиг.42А и 42B показывают, что образец низкомодулированной, низкочастотной прямоугольной решетки создает едва видимые дифракционные цвета при направлении измерений поперек канавок и вообще не создает дифракционных цветов (не изображены на графике) при рассмотрении вдоль канавок. Направление поперек канавок является наиболее благоприятным для создания дифракционных эффектов. Как показано на фиг.42А и 42B, стандартная синусоидная дифракционная решетка с частотой 1500 линий/мм имеет очень большую цветовую траекторию при рассматривании в этом направлении.

Диффузная спектральная отражательная способность при углах, близких к нормальному, этих обоих образцов была измерена с помощью спектрофотометра Datacolor SF600. Результаты экспериментов в процентах отражательной способности R показаны на фиг.43 и 44, при этом кривая (1) показывает отражательную способность в процентах вдоль канавок, а кривая (2) - поперек канавок.

Результаты показывают, что образец фольги с низкочастотной решеткой имеет серебристый внешний вид. На кривой отражательной способности нет пиков ни вдоль канавок, ни поперек них. В противоположность этому, образец высокочастотной фольги показывает наличие пиков отражательной способности, создаваемых за счет дифракции падающего света.

В целом, если частота решетки достаточно низкая, например менее 200 линий/мм и предпочтительно менее 100 линий/мм, то дифракционные эффекты не видимы глазом человека, но эти решетки предпочтительно обеспечивают выравнивание вдоль линий канавок. Глубина решетки предпочтительно менее 100 нм.

В другом варианте выполнения данного изобретения чешуйки, используемые в указанных выше вариантах выполнения, имеют шестиугольную форму, которая обеспечивает более высокую плотность упаковки чешуек внутри изображения и которая также обеспечивает получение однородных чешуек. Описание изготовления чешуек различной формы можно найти в опубликованной заявке на патент США № 20060035080.