CN103201671A - 能够提供浮动图像的微透镜层合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微透镜层合物，所述微透镜层合物具有受保护表面并呈现极好的外观。所述微透镜层合物能够提供在所述层合物上方、所述层合物平面内和/或所述层合物下方浮动的复合图像。所述微透镜层合物包括(a)微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与所述微透镜层的所述第一侧相邻近的感光材料层；以及(b)设置在所述微透镜片材中的所述微透镜层的所述第二侧的透明材料层。

Description

能够提供浮动图像的微透镜层合物

技术领域

本发明涉及一种能够提供一个或多个复合图像的微透镜层合物，所述复合图像被观察者感觉到相对于层合物在空中浮动，并且其中复合图像的视角随观看角度而变化。

背景技术

具有图形图像或其他标记的片材被广泛使用，尤其是用作证实制品或文件真实性的指示物。例如，在美国专利第3,154,872号；第3,801,183号；第4,082,426号；以及第4,099,838号中描述的片材用作车牌的鉴定标贴或用作驾驶执照、政府公文、盒式磁带、扑克牌、安全保护膜等。其他应用包括图形应用，例如用于识别警车、消防车或其他急救车辆或用于突出广告展示或商标的独特标贴。

另一种形式的图像片材描述于美国专利第4,200,875号(Galanos)中。Galanos描述了一种“曝光透镜型(exposure lenstype)的高增益回射片材”的用途，其中通过用激光透过掩模或图案照射片材来形成图像。该片材含有多个透明玻璃微球，所述微球的一部分嵌入粘结剂层中，所述微球的其他部分暴露在粘结剂层上方，并且所述多个微球中的每个微球的嵌入表面覆盖有金属反射层。所述粘结剂层含有炭黑，据说所述炭黑可以使在形成图像时照射片材的杂散光线最小化。嵌入粘结剂层的微透镜的聚焦效应使激光束的能量更加集中。

Galanos的回射片材形成的图像只有在与激光照射片材的角度相同的角度下才能观察到。换句话说，这意味着该图像只在极有限的观看角度上才能看到。为此以及基于其他理由，需要改善这种片材的若干特性。

Gabriel Lippman已经在1908年发明了一种方法，该方法使用具有一个或多个感光层的透镜形介质来形成场景的真实三维图像。该方法称为集成摄影术，由De Montebello描述于1984年圣地亚哥的国际光学工程学会(SPIE)的学报中的“Processing and Display of Three-Dimensional Data II(三维数据的处理和显示II)”中。在Lippman所述的方法中，照相干板透过透镜(“小透镜(lenslets)”)阵列而曝光，这样阵列中的每个小透镜将所再现景色的微型图像(可以从小透镜所覆盖的片材上的点观察到)转移到照相干板上的感光层。在照相干板得到发展以后，所拍摄景色的三维图像可以由观察者通过透过小透镜阵列来看干板上的复合图像而看到。该图像可以是黑白的或彩色的，这取决于所使用的感光材料。

由于在干板的曝光过程中由小透镜形成的图像中的每个微型图像只倒置一次，因此形成的三维图像是倒像。也就是说，被识别的图像中的景深是倒置的，并且物体看起来是“内翻外(inside out)”。为了校正图像，需要进行两次光学倒置，这是一个显著的缺点。这些方法较为复杂，并且为了记录同一物体的多个图像，需要使用一个或多个照相机或具有多个透镜的照相机进行多次曝光。为了提供单个三维图像，需要极其准确地记录多个图像。此外，依赖于常规照相机的任何方法都要求将实际物体呈现在照相机前面。这样使所述方法更加不适合用于形成虚物(Virtual object)(给人以存在的感觉但实际上不存在的物体)的三维图像。集成摄影术的另一缺点是：复合图像需用光从观察侧照射，以便产生实际可见的图像。

PCT国际公开第WO 01/63341号描述了“一种片材，其包括由以下项提供的复合图像：a.具有第一侧和第二侧的至少一个微透镜层，b.被设置成邻近于所述微透镜第一侧的材料层，c.至少部分完整的图像，所述至少部分完整的图像形成于材料中使得它们连接到所述多个微透镜中的每个微透镜并且与所述材料形成对比，以及d.肉眼看起来在所述片材上方浮动、下方浮动或者在上方下方均浮动的单独图像。”

PCT国际公开第WO 2009/009258号描述了“一种方法，所述方法包括：用能量光束照射具有微透镜表面的片材，以在片材中形成多个图像，其中所述能量光束的中心与所述片材表面的法线未对齐；在所述片材中形成的至少一个图像是部分完整的图像，每个图像与所述片材中的不同微透镜相关联；并且每个微透镜具有折射表面，所述折射表面将光发送到片材中的多个位置，从而产生看起来相对于片材表面浮动的一个或多个复合图像。”

本发明提供了一种微透镜层合物，所述微透镜层合物具有受保护表面和极好的外观。

发明内容

本发明的一个方面提供一种微透镜层合物，所述微透镜层合物能够提供在层合物上方、层合物平面内和/或层合物下方浮动的复合图像，所述微透镜层合物包括：微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与微透镜层第一侧相邻近的感光材料层；以及设置在微透镜片材中的微透镜层第二侧的透明材料层。

本发明的另一方面提供一种制备微透镜层合物的方法，所述微透镜层合物能够提供在层合物上方、层合物平面内和/或层合物下方浮动的复合图像，所述方法包括：提供微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与微透镜层第一侧相邻近的感光材料层；提供透明材料层；以及用光学透明层在微透镜层第二侧将透明材料层附接于微透镜片材，从而形成微透镜层合物。

本发明的又一方面提供一种制备微透镜层合物的方法，所述微透镜层合物能够提供在层合物上方、层合物平面内和/或层合物下方浮动的复合图像，所述方法包括：提供微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与微透镜层第一侧相邻近的感光材料层；以及在微透镜层第二侧上直接在微透镜片材上形成透明材料层，从而形成微透镜层合物。

所述微透镜层合物可以用于提供在层合物上方、层合物平面内和/或层合物下方浮动的一个或多个复合图像，或者可以具有这样的复合图像。复合图像由形成于感光材料层中的至少部分完整的单独图像构成，每个图像与多个微透镜中的相应微透镜相关联。为了便于说明，有时将这些浮动的复合图像称为浮动图像，并且它们指通过点的聚集而形成的图像，光束以聚集方式通过这些点，该光束所具有的轨线与由浮动发光点所产生的光束的轨线相同。这些浮动图像看起来位于层合物上方或下方(像二维或三维图像)或看起来像在层合物上方、层合物平面内或层合物下方出现的三维图像。浮动图像也可以看起来从某一高度或深度向另一高度或深度连续移动。浮动图像可以是黑白或彩色的，并且会看起来随观察者移动。浮动图像可以由观察者用裸眼观看。术语“浮动图像”也可以与术语“虚像”同义地使用。

浮动图像可以在微透镜片材中形成，形成方法是经由光学系统排列(系列)用光(例如使用光源)来照射片材。在本发明中，“光”指电磁波，例如紫外线、可见光线，以及红外光线，例如其波长至少约1nm且至多约1mm，与光源类型无关。照射微透镜片材的入射光的能量通过各个微透镜聚焦在微透镜片材的某些区域中。该聚焦的能量改变感光材料层而形成多个单独图像，这些单独图像的大小、形状和外观取决于光线与微透镜之间的相互作用。例如，光线可以形成与微透镜片材中的每个微透镜相关联的单独图像。这些微透镜具有折射表面，这些折射表面将光发送到微透镜片材中的多个位置，从而由单独图像产生一个或多个复合图像。

微透镜层合物中的浮动图像可以含有由形成于微透镜片材中的图像显示的多个(可见的)复合图像。每个复合图像还可以与不同的视角范围相关联，这样每个复合图像可以从层合物的不同视角来观看。在某一方面，不同的复合图像可以用形成于微透镜片材中的图像来显示，并且这些不同的复合图像可以具有不同的视角范围。在本实例中，相对于微透镜层合物处于不同视角的两个观察者可以从层合物中看到不同的复合图像。在另一方面，相同的复合图像可以横跨多个视角范围而形成。在一些情况下，视角范围可以重叠以得到较大的连续视角范围。因此，可以在比最初可能的视角范围大很多的视角范围中看到该复合图像。

由于本发明中的微透镜层合物具有受保护表面，因此它具有极好的耐用性和极好的外观；具体地讲，是有光泽的外观。本发明中的微透镜层合物可以适用于广泛的应用，其范围从例如与例如徽章、标贴、识别卡、识别图形以及所附信用卡等相对较小的物体有关的应用，到与例如广告和牌照等相对较大的物体有关的应用。

以上描述不应视为对于本发明所有方面的公开或与本发明有关的所有优点的公开。

附图说明

通过结合以下附图，可以更全面地理解本发明，其中：

图1是本发明的一个方面的微透镜层合物的放大剖面图。

图2是本发明的另一方面的微透镜层合物的放大剖面图。

图3是本发明的又一方面的微透镜层合物的放大剖面图。

图4为照射由微球构成的微透镜片材的发散能量的示意图。

图5为微透镜片材中的一部分的平面图，示出了与各个微球邻近的感光材料层上记录的样本图像，并且还示出了记录的图像处于从复合图像的完整再现到部分再现的范围内。

图6为根据本发明的微透镜片材的光学显微图，所述微透镜片材具有感光材料层，所述感光材料层由形成有图像的铝膜制成，使得微透镜片材提供在层合物上方浮动的复合图像。

图7为根据本发明的微透镜片材的光学显微图，所述微透镜片材具有感光材料层，所述感光材料层由形成有图像的铝膜制成，使得微透镜片材提供在层合物下方浮动的复合图像。

图8为表示在微透镜层合物上方浮动的复合图像的形成的几何光学示意图。

图9为层合物的示意图，当以反射光观看该微透镜层合物时其具有在微透镜层合物上方浮动的复合图像。

图10为层合物的示意图，当以透射光观看该微透镜层合物时其具有在微透镜层合物上方浮动的复合图像。

图11为表示在微透镜层合物下方浮动的复合图像的形成的几何光学示意图。

图12为层合物的示意图，当以反射光观看该微透镜层合物时其具有在微透镜层合物下方浮动的复合图像。

图13为层合物的示意图，当以透射光观看该微透镜层合物时其具有在微透镜层合物下方浮动的复合图像。

图14为产生用于形成复合图像的发散能量的光学系统排列的示意图。

本发明可以更改为各种修改形式和替代形式。这些形式的细节在附图中以举例方式示出，下文将对此详细描述。应当理解，其用意不是要将本发明限制于所描述的具体实施例。相反，其用意是为了涵盖落入所附权利要求限定的本发明范围和精神内的所有修改形式、等效形式和替代形式。

具体实施方式

本发明的一个方面中的微透镜层合物包括微透镜片材和透明材料层。微透镜片材包括：由多个微透镜微构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与微透镜层第一侧相邻近的感光材料层。透明材料层设置在微透镜片材中的微透镜层的第二侧。微透镜层合物可以提供在微透镜层合物上方、层合物平面内和/或层合物下方浮动的复合图像，方法是使用下文描述的图像形成方法在微透镜片材中形成图像。在本发明中，“透明”意指目标波长的光的透射比至少约50％，并且有利的是该透射比至少约70％并且至多约90％。

图1是本发明的一个方面的微透镜层合物的放大剖面图。微透镜层合物10通过层合微透镜片材11、光学透明粘合剂层13以及透明材料层15而形成，并且透明材料层15经由光学透明粘合剂层13附接到微透镜片材11中的微透镜层的第二侧。

在微透镜片材11中，透明微球12部分地嵌入粘结剂层14中以形成由多个微透镜构成的微透镜层。对于用来在感光材料层16上形成图像的某个波长的光和用于观看复合图像的某个波长的光，微球12均透明。感光材料层16经由透明垫片层18设置在每个微球背部的表面上。垫片层18被设置成可在必要时校正由光学透明粘合剂层13和透明材料层15引起的光学效应。微透镜片材11也可以在必要时在微透镜层的第一侧上具有粘合剂层19来作为最外层，并且在必要时还可以在其上具有剥离衬片(peel liner)(未图示)。这种类型的片材在美国专利第2,326,634号中详细描述。

形成微透镜层的多个微透镜中的每一者具有折射表面，以使得图像形成可以发生。折射表面通常是弯曲的微透镜表面。优选的是微透镜的弯曲表面具有均匀的折射率。提供梯度折射率(GRIN)的其他可用材料不一定需要曲面来折射光线。微透镜表面优选地基本上为球面，但是它也可以是非球面表面。微透镜可以具有任意对称性，例如圆柱形或球形形状。微透镜本身可以具有不同形状，如圆形平凸小透镜、圆形双凸小透镜、棒状、微球、小珠或圆柱形小透镜。可以形成微透镜的材料包括玻璃、聚合物、无机材料、晶体、半导体以及这些材料与其他材料的组合。也可以使用相互界限不清晰的微透镜元件(也就是说，整合在一起的多个微透镜元件)。因此，也可以使用通过复制或烫印而形成的微透镜(由此片材表面的形状经变化而形成具有图像形成特性的重复形状)。

有利的是可以使用在紫外线波长、可见光线波长以及红外线波长范围内具有一致折射率的微透镜，其折射率至少约1.5或1.7且至多约2.0或3.0。有利的是微透镜材料不仅能够吸收可见光线，而且能够吸收用于在感光材料层中形成图像的能量源。无论它们是相互不同的微透镜还是复制同一图案的微透镜，这些微透镜的折射能力均可将折射表面上的入射光折射向每个微透镜的相对侧，从而使光线聚焦，且与微透镜的形成材料无关。更具体地讲，入射光聚焦在微透镜背面的与微透镜相邻的感光材料层上，并且微透镜在感光材料层上的适当位置处形成缩小版的实像。将图像缩小比设置为至少约100x且至多约800x有利于形成高分辨率的图像。一种用于提供为使入射在微透镜的折射表面上的能量能够聚焦在感光材料层上而必需的聚焦条件的微透镜片材的构造，在本节前参考的那些美国专利中有所描述。

优选的是微透镜是直径在至少约15μm且至多约1000μm的范围内的微球，但是可以使用任何大小的微球。具有良好分辨率的复合图像可以通过以下方式来获得：对复合图像使用其直径偏向该范围较小端的微球，这样显得将图像从微透镜层移出相对较短距离，并对复合图像使用较大的微球，这样显得将图像从微透镜层移出较长距离。小透镜尺寸相当于上文所示的微球的其他微透镜(例如平凸的、圆柱形的、球面的，或非球面的微透镜)也可预期产生类似的光学效果。

感光材料层被设置成邻近于微透镜层的第一侧。该感光材料层可以具有高或低的反射率。如果感光材料层的反射率较高，则微透镜片材可能具有回射能力，例如在美国专利第2,326,634号中所描述。当观察者在反射光或透射光下观察该片材时，在感光材料层中形成与该多个微透镜中的相应透镜相关联的一些单独图像形成一个复合图像，该复合图像可在该微透镜层合物上方，微透镜层合物平面内，以及/或者在该微透镜层合物下方浮动。

适用的感光材料层包括由金属、聚合物、半导体材料及其组合制成的涂层或膜。在本发明中，“感光”指一种材料，当该材料暴露于某一水平的可见光线或另一波长的光线中时，所暴露材料的外观发生变化，与未曝光的材料形成对比。因此，通过感光材料层的成分变化而形成图像，或通过材料的移除、磨蚀、相变或聚合而形成图像。感光金属材料的实例包括铝、银、铜、金、钛、锌、锡、铬、钒、钽以及这些金属的合金。这些金属通常由于金属的原色与曝光后金属的改变的颜色之间的差异而形成对比。该图像可以通过磨蚀或用某波长的光线来提供，所述光线对材料进行加热直到材料中的光学转变产生图像为止。例如，为得到颜色变化而对金属合金进行加热描述于美国专利第4,743,526号中。例如，如果铝用作感光材料，则图像形成可以使用YAG激光来实施。例如，如果将普通的感光聚合物材料用作感光材料，则图像形成可以用可见光线或紫外线来实施。

除了金属合金以外，金属氧化物或金属低价氧化物也可以用作感光材料层。这种类别的材料包括铝、铁、铜、锡以及铬的氧化物。非金属材料，例如硫化锌、硒化锌、二氧化硅、铟锡氧化物、氧化锌、氟化镁以及硅等也可以提供有用的颜色或对比。

多层薄膜材料也可以用作感光材料层。这些多层材料可以被构造成使得它们由于外观或者着色剂或造影剂的移除而提供对比度上的变化。一例这样的构造是光学叠堆或调谐腔体，它们被设计成使得图像由特定波长的光形成(例如，当颜色变化时)。一个具体实例描述于美国专利第3,801,183号中，其中描述了冰晶石/氧化锌(Na₃AlF₆/ZnS)用作电介质镜。另一个实例是由铬/聚合物(例如，等离子聚合的丁二烯)/二氧化硅/铝构成的光学叠堆，其中铬层的厚度约为4nm，聚合物层的厚度在至少约20nm且至多约60nm的范围内，二氧化硅层的厚度在至少约20nm且至多约60nm的范围内，而铝层的厚度在至少约80nm且至多约100nm的范围内。每一层的厚度被选择成使得它提供可见光谱中的特定颜色反射率。薄膜调谐腔体可以使用上述单层薄膜来形成。例如，在一种调谐腔体中，铬层的厚度约为4nm并且二氧化硅层的厚度至少约100nm且至多约300nm，二氧化硅层的厚度被调整成使得它响应特定波长的光而提供有色图像。

另一种适用的感光材料是热致变色材料。“热致变色的”指当暴露于温度变化时发生颜色变化的物质。适用的热致变色材料的实例描述于美国专利第4,424,990号中，其中公开了碳酸铜、涉及硫脲的硝酸铜，以及涉及含硫化合物(例如，硫醇、硫醚、亚砜，以及砜)的碳酸铜。合适的热致变色材料的其他实例描述于美国专利第4,121,011号中，其中公开了硼、铝及铋的水合硫酸盐和硝酸盐，以及硼、铁及磷的氧化物和水合氧化物。

垫片层含有聚合物材料，该聚合物材料可以与粘结剂层的聚合物材料(下文描述)相同或不同。聚合物材料的实例包括氨基甲酸酯、酯、醚、脲、环氧树脂、碳酸盐、丙烯酸盐、丙烯酰基、烯烃、氯乙烯、酰胺，和醇酸树脂单元及其组合。聚合物材料可以含有硅烷偶联剂等，并且它还可以是交联聚合物。对于用来在感光材料层上形成图像的某个波长的光和用于观看复合图像的某个波长的光，垫片层均透明。垫片层的厚度基于透明材料层和光学透明粘合剂层的折射率来进行调整，下文将对此进行描述。这样，由透明材料层和光学透明粘合剂层引起的任何光学效应都可以被校正。在由透明材料层和光学透明粘合剂层引起的光学效应可以用微透镜材料的折射率和/或折射表面的设计提前校正的情况下，就没有必要使用垫片层。

粘结剂层是实质上支承微透镜层中的微球的层，并且它通常由聚合物材料制成。在以下描述的光学透明粘合剂层也用作粘结剂层的情况下或在其中各个微透镜互不分开的复制型微透镜的情况下，粘结剂层不是必需的。粘结剂层中的聚合物材料的实例包括对于垫片层所描述的那些材料。聚合物层可以含有硅烷偶联剂等，并且它还可以是交联聚合物。在图1所示的方面中，粘结剂层不一定要对于用来在感光材料层上形成图像的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光均透明，但是如果它对于用来观看复合图像的特定波长的光为透明的，则复合图像不仅可以在反射光而且可以在透射光下观察到。粘结剂层的厚度可以基于微球的直径来适当选择，并且它通常至少约1μm或至少约50μm并且至多约250μm或至多约150μm。

所述微透镜片材还可以包括用来粘附于另一基材的粘合剂层，该粘合剂层作为微透镜层第一侧上的最外层。本技术领域中的已知粘合剂或压敏粘合剂可以用作粘合剂层的材料。此外，本技术领域中的已知材料例如纸张或具有硅剥离涂层的膜，可以用作剥离衬片。如果粘合剂层对于用来观看复合图像的特定波长的光是透明的，则复合图像不仅可以在反射光而且可以在透射光下观察到。

对于用来观看复合图像的特定波长的光为透明的材料(也就是，对于用来观看复合图像的特定波长的光的透射比至少约50％，或更有利的是至少约70％或90％的材料)可以用作透明材料层，实例包括玻璃、丙烯酸类树脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂，以及聚碳酸酯。只要是光学平滑的，透明材料层的形状就可以根据具体应用而变化，并且也可以使用表面形状或三维形状通过注模、烫印等形成的层。透明材料层的厚度可以根据具体应用而变化，并且它通常至少约50μm且至多约20mm。透明材料层的折射率与微透镜材料的折射率不同，并且对用于图像形成的某一波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光而言，透明材料层与微透镜材料之间的折射率差值Δn₁由以下公式限定：Δn₁＝n(微透镜材料的折射率)-n(透明材料层的折射率)，该差值至少约0.3、0.5或0.7。Δn₁的大小、微透镜的尺寸设计和折射表面设计、微透镜材料的折射率，以及垫片层的厚度被调整成使得在图像形成时入射到微透镜的折射表面上的能量可以适当地聚焦在感光材料层上。较大的Δn₁通常有利于减小垫片层厚度。透明材料层也可以具有装饰层，例如金箔(gold leaf)或丝网印刷层(silk-screen printedlayer)。该装饰层与浮动图像的组合能够产生独特的视觉效果，这在先前是做不到的。

光学透明粘合剂或压敏粘合剂可以用作光学透明粘合剂层的材料，并且光学透明粘合剂层可以包含例如光学透明压敏粘合剂、光学透明液体粘合剂或光学透明热熔粘合剂。在本发明中，“光学透明”意指粘合剂或压敏粘合剂以及由它们形成的粘合剂层至少对于用来观看复合图像的特定波长的光是透明的。因此，根据本发明中的定义，有利的是用于观察粘合剂或压敏粘合剂以及由它们形成的粘合剂层中的复合图像的某一波长的光的透射比至少约50％、70％或90％。粘合剂或压敏粘合剂以及由它们形成的粘合剂层也可以对于其他波长的光透明。光学透明粘合剂层可以用各种形式的粘合剂或压敏粘合剂形成，例如片状或液体(单液、双液等)粘合剂，并且所述粘合剂或压敏粘合剂可以是热固性或紫外固化(ultra-violet setting)粘合剂。光学透明粘合剂层的厚度可以根据具体应用而变化，并且通常实际有利的是该厚度至少约10μm且至多约500μm或者至少约50μm且至多约200μm。光学透明粘合剂层的折射率与微透镜材料的折射率不同，并且对用于图像形成的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光而言，光学透明粘合剂层与微透镜材料之间的折射率差值Δn₂由以下公式限定：

Δn₂＝n(微透镜材料的折射率)-n(光学透明粘合剂层的折射率)，

该差值至少约0.3、0.5或0.7。Δn₂的大小、微透镜的尺寸设计和折射表面设计、微透镜材料的折射率，以及垫片层的厚度被调整成使得在图像形成时入射到微透镜的折射表面上的能量可以适当地聚焦在感光材料层上。较大的Δn2对于减小垫片层厚度而言通常是有利的。

可以用作光学透明粘合剂层的粘合剂或压敏粘合剂有不同种类且无特别限定，它们包括丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂、橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂、硅粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂等。从耐候性以及微透镜片材与透明材料层之间的粘合力的角度来看，丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂是优选的。丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂将在下文中详细描述。

丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂源自多个(甲基)丙烯酸单体并且在设计中考虑以下因素：从每个(甲基)丙烯酸单体衍生的(甲基)丙烯酸聚合物的玻璃化转变温度(Tg)、凝聚力、润湿性、低温性质、高温性质等。在本发明中，“(甲基)丙烯酰基”指“丙烯酰基”或“甲基丙烯酰基”；“(甲基)丙烯酸酯”指“丙烯酸酯”或“甲基丙烯酸酯”；“(甲基)丙烯酰”指“丙烯酰”或“甲基丙烯酰”；并且“(甲基)丙烯腈”指“丙烯腈”或“甲基丙烯腈”。例如，(甲基)丙烯酸酯聚合物可以源自另一烯键式不饱和单体和/或酸性单体与所描述的(甲基)丙烯酸酯单体的组合，或者它可以用增强聚合物部分进行接枝共聚合。

烷基碳数在1与约18之间并且优选地在约4与12之间的非叔烷基醇的(甲基)丙烯酸酯及其混合物可以有利地用作(甲基)丙烯酸酯单体。合适的(甲基)丙烯酸酯单体的实例包括但不限于：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、2-甲基丙烯酸丁酯、4-甲基-丙烯酸-2-戊酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、4-叔丁基甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸-2-萘酯、甲基丙烯酸-2-萘酯及以上物质的混合物。丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正丁酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯及这些物质的混合物，可以特别有利地使用。所使用的(甲基)丙烯酸酯单体的量至少是单体总质量的50％。

其他烯键式不饱和单体的实例包括但不限于：乙烯基酯(例如，乙酸乙烯酯、三甲基乙酸乙烯以及新壬酸乙烯酯)、乙烯酰胺、N-乙烯基内酰胺(例如，N-乙烯基吡咯烷酮以及N-乙烯基己内酰胺)，(甲基)丙烯酰胺(例如，N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N，N-二乙基甲基丙烯酰胺)、(甲基)丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯、以及经取代的苯乙烯衍生物(例如，α-甲基苯乙烯)以及上述物质的混合物。所使用的其他烯键式不饱和单体的量至多是单体总质量的30％。

具有任意成分的酸性单体可以用于制备(甲基)丙烯酸酯聚合物。适用的酸性单体包括但不限于从以下项中选择的物质：烯键式不饱和羧酸、烯键式不饱和磺酸、烯键式不饱和膦酸以及这些物质的混合物。这种化合物的实例包含的物质选自：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸、柠康酸、马来酸、丙烯酸-β-羧乙酯、甲基丙烯酸-2-磺乙酯、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、乙烯膦酸以及这些物质的混合物。所使用的酸性单体的量至多是单体总质量的20％。

丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂也可以含有(甲基)丙烯酸酯聚合物，所述聚合物具有能够形成交联的基团。能够形成交联的基团指能够在丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂聚合物中形成交联结构的基团。交联结构可以增加丙烯酸系粘合剂或压敏粘合剂聚合物的凝聚力。能够形成交联的基团包括能够与交联剂(例如多官能异氰酸酯、环氧树脂和氮丙啶化合物)反应的官能团，羟基是其中一例。羟基与多官能异氰酸酯反应，形成具有氨基甲酸酯键的交联。具有这类能够形成交联的基团的单体的实例包括：丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯以及丙烯酸-2-羟丙酯。能够形成交联的基团可以是自由基聚合型基团例如(甲基)丙烯酰基团，并且在这种情况下不需要交联剂，因为交联反应在产生聚合物的聚合反应的同时被引起。具有这类基团的丙烯酸酯单体包括1，2-乙烯乙二醇双(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇双(甲基)丙烯酸酯以及1，6-己二醇双(甲基)丙烯酸酯。

如果透明材料层和光学透明粘合剂层对于用来在感光材料层上形成图像的特定波长的光是透明的，则图像形成可以通过在形成微透镜层合物之后从上方用光照射透明材料层来实施。这样可以调换用于处理微透镜层合物形状的步骤和图像形成步骤的顺序，这转而又可以灵活地适应制造工序的部分外包或进行按需生产。

根据这个方面的微透镜层合物的微透镜层的表面由透明材料层保护，所述透明材料层可防止微球离开微透镜层，并且这样可获得极佳的抗摩擦、抗冲击等的耐用性。这个方面也可以使微透镜层合物的表面由于透明材料层而具有极好外观，特别是具有光泽的外观或装饰。

图2是本发明的另一方面的微透镜层合物的放大剖面图。微透镜层合物20通过层合微透镜片材21、光学透明粘合剂层23以及透明材料层25而形成，并且透明材料层25经由光学透明粘合剂层23附接到微透镜片材21中的微透镜层的第二侧。

在微透镜片材21中，透明微球22部分地嵌入粘结剂层24而形成由多个微透镜构成的微透镜层。粘结剂层24的表面通常具有凹面和凸面，所述凹面和凸面完全或不完全地符合微透镜22的表面形状，并且微透镜片材21在层合之前有时呈现橘皮的外观。对于用来在感光材料层26上形成图像的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光，微球22均透明。感光材料层26经由透明垫片层28设置在每个微球背部的表面上。设置的垫片层28用来在必要时校正由光学透明粘合剂层23和透明材料层25引起的光学效应。微透镜片材也可以在必要时在微透镜层的第一侧上具有粘合剂层29来作为最外层，并且在必要时在其上具有剥离衬片(未图示)。这种类型的片材详细描述于美国专利第3,801,183号。另一种合适类型的微透镜片材称为封闭透镜片材(enclosed lens sheeting)，其一例描述于美国专利第5,064,272号中。

在这个方面，粘结剂层设置在微透镜层的第二侧上(即在用于图像形成的光入射到的那一侧上)，因此它对于用来在感光材料层上形成图像的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光均透明。这个方面的微透镜片材中的所有其他部件(微透镜、感光材料层、垫片层、粘结剂层、粘合剂层以及剥离衬片)以及光学透明粘合剂层和透明材料层描述于图1中所示的方面中，其中包括合适的模式和所得到的优点。

在这个方面，对用于图像形成的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光而言，通过使光学透明粘合剂层和透明材料层的折射率约等于粘结剂层的折射率，光学透明粘合剂层和透明材料层可以直接层合在购得的微透镜片材上，而无需通过以下方法来改变微透镜或垫片层的设计。有利的是，对用于图像形成的特定波长的光以及用于观察复合图像的特定波长的光而言，光学透明粘合剂层和透明材料层的折射率与粘结剂层的折射率之间的差值至多约0.1、0.05或0.03。这样，购得的呈现出橘皮外观的微透镜片材的外观很容易被改善。

如果微透镜片材含有聚氯乙烯(PVC)粘结剂层，则会发生PVC中含有的增塑剂渗出或由于接触其他物体而白化，但是这些问题在这个方面通过用透明材料层覆盖粘结剂层而得到防止。

至此描述的各个方面的微透镜层合物可以通过经由上述光学透明粘合剂层将透明材料层附接到微透镜片材中的微透镜层的第二侧来形成，并且可以使用已知的方法来作为层合方法以及用于涂敷和凝固粘合剂或压敏粘合剂的方法。也可以在形成微透镜层合物之前使用下文描述的图像形成方法在微透镜片材上提前进行图像形成。如果用于微透镜层第二侧上的光学透明粘合剂层、透明材料层以及粘结剂层(在必要时)对于用来在感光材料层上形成图像的特定波长的光是透明的，则图像形成可以在形成微透镜层合物后进行。

在图3所示的本发明的又一方面中，透明材料层35直接模制在微透镜片材31上，模制在微透镜片材31中的微透镜层的第二侧上。在这个方面，透明材料层35本身相对于微透镜片材31具有粘性，并且微透镜层合物的形成无需使用分开的另一个粘合剂层。

凡是对于用来观看复合图像的特定波长的光透明(如上所述)并且具有粘性的材料都可以用作透明材料层，实例包括热固性或紫外固化丙烯酸类树脂、环氧树脂、硅树脂以及氨基甲酸酯树脂。由这些树脂构成的透明材料层可以用灌注(potting)或模塑(die molding)等已知方式直接模制在微透镜片材上。这个方面在模塑过程中提供具有形状的透明材料层，因此在形成具有三维形状的微透镜层合物时尤为有利。微透镜层合物也可以通过使用具有弹性的硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂等而具备缓冲(冲击吸收)功能。

透明材料层以及微透镜片材中的各构成部分(微透镜、感光材料层、垫片层、粘结剂层、粘合剂层以及剥离衬片)的形状、厚度、折射率、装饰层等描述于图1中所示的方面中，其中包括合适的模式和所得到的优点。同样在这个方面，如果透明材料层对于用来在感光材料层上形成图像的特定波长的光是透明的，则可以通过在形成微透镜层合物之后从上方用光照射透明材料层来进行图像形成。这样可以调换用于处理微透镜层合物形状的步骤和图像形成步骤的顺序，这转而又可以灵活地适应制造工序的部分外包或进行按需生产。

透明材料层和/或光学透明粘合剂层可以含有选自一些光扩散材料及其组合的可视性增强剂(visibility enhancer)。可视性增强剂指能够通过在浮动的复合图像出现的空间位置(成像点)处散射光来放大视角的材料。有时也可以通过添加可视性增强剂来增加复合图像与背景之间的对比度。可以用作可视性增强剂的光扩散材料包括二氧化钛、氧化锆以及二氧化硅。

透明材料层、光学透明粘合剂层、垫片层以及粘结剂层也可以含有其他成分，例如着色剂(例如，颜料、染料以及金属薄片)、填充剂、稳定剂(例如，热稳定剂、抗氧化剂如受阻酚，以及光稳定剂如受阻胺或紫外线稳定剂)，以及阻燃剂，这些成分的量处于不妨碍本发明实施的特定范围内。

用于在本发明的微透镜层合物上形成图像的示例性方法将在下文中参考附图来描述。为了方便说明并简化附图，透明材料层、光学透明粘合剂层、其他部分以及它们的标记可能在附图中被省略。

一种用于在邻近微透镜层第一侧的感光材料层中提供图像图案的合适方法，是使用光源在感光材料层中形成图像。在本发明的方法中，提供具有所需强度和波长的光的任何能量源都可以使用。据认为，能够产生波长在200nm与11μm之间的光的装置尤为有利。适用的高峰值输出光源的实例包括准分子闪光灯(excimer flash lamp)、被动调Q微芯片激光器、调Q掺钕钇铝石榴石(缩写为Nd:YAG)激光器、掺钕氟化钇锂(缩写为Nd:YLF)激光器，以及掺钛蓝宝石(缩写为Ti:sapphire)激光器。通过磨蚀(移除材料)或经由多光子吸收工艺在感光材料层上形成图像，当使用所述感光材料层时，这些高峰值输出光源尤为适用。适用光源的其他实例包括提供低峰值输出的装置，例如激光二极管、离子激光器、非调Q固体激光器、金属蒸气激光器、气体激光器、弧光灯，以及高输出白色热光源等。当通过非磨蚀方法在感光材料层上形成图像时，这些光源尤为适用。

来自光源的能量被控制成使得能量移向微透镜以产生高度发散的能量光线。由能量源产生的电磁频谱中的紫外线、可见光线以及红外线部分的光由合适的光源元件(该实例在图14中示出并且将在下文详述)控制。在一个方面，该光学元件的布置(通常称为光学系统排列)要求是：该光学系统排列通过适当的发散或扩散而将光导向微透镜，从而微透镜以及感光材料层被按所需角度照射。本发明中的复合图像通过使用光扩散元件来获得，所述光扩散元件的数值孔径优选至少约0.3(定义为最大发散光线的半角的正弦)。具有较大数值孔径的光扩散元件所产生的复合图像具有较大视角和在较大范围内的明显图像移动。

一例本发明的图像形成方法包括经由透镜将平行光从激光器导向微透镜。如下文描述，为了形成具有浮动图像的微透镜层合物，光经由发散透镜发出，所述发散透镜具有高数值孔径(NA)以产生高度发散光的光锥。高数值孔径透镜的NA至少约0.3。微透镜(例如，微球)的感光材料层侧被设置成与透镜间隔一段距离，使得光锥轴线(光轴)垂直于微透镜片材的平面。

每个微透镜占据相对于光轴的唯一位置，使得照射每个微透镜的光相对于入射在每个其他微透镜上的光具有唯一的入射角。因此，光由每个微透镜发送到感光材料层上的唯一位置而形成独特图像。更准确地讲，由于单个光脉冲在感光材料层上只产生单个成像点，多个光脉冲被用来形成邻近每个微透镜的图像，并且该图像由多个成像点产生。每个脉冲的光轴被相对于前一脉冲的光轴位置设于新的位置。光轴相对于微透镜位置的这些连续变化引起对应于每个微透镜上入射角的变化，从而引起感光材料层所产生的成像点位置的变化。因此，具有选定图案的图像通过聚焦在微透镜(例如，微球)后侧的入射光而在感光材料层中形成。由于每个微透镜的位置相对于每个光轴是唯一的，因此对于每个微透镜而言，形成于感光材料层中的图像与关联于所有其他微透镜的图像是不同的。

在用于形成浮动图像的另一方法中，使用透镜阵列产生高度发散的光，从而在感光材料层中形成图像。所述透镜阵列由多个小透镜构成，所述小透镜具有高数值孔径，并且所述透镜阵列设置成平面结构。当所述阵列用光源的光照射时，该阵列产生多个高度发散的光锥，并且每个光锥在阵列中每个相应的透镜上聚焦。该阵列的物理尺寸被选择成可在水平方向上实现复合图像的最大尺寸。由于阵列大小的原因，由小透镜形成的各个能量锥照射微透镜，当接收光脉冲时犹如每个透镜按顺序布置在阵列上的所有点处。使用反射掩模来选择由哪些微透镜来接收入射光。该掩模具有透射区和反射区，该透射区对应于复合图像中要曝光的部分，而在反射区中图像不被曝光。由于透镜阵列在水平方向上的尺寸，不必用多个光脉冲来描画图像。

通过完全使用入射能量来照射掩模，掩模中允许能量通过的部分形成多个由高度发散的光组成的单独光锥，这些光锥描画出浮动图像的轮廓，犹如该图像用单个透镜描画。因此，整个复合图像可以只用单个光脉冲而形成于微透镜片材上。或者，可以通过使用光线定位系统(例如，x-y电流计扫描器)替换反射掩模来局部地照射透镜阵列而在阵列上描画复合图像。由于在这种方法中能量在空间上被局部化，在任一给定时刻阵列中只有少量小透镜被照射。被照射的小透镜照射微透镜，从而形成以所需精确度发散的光锥，以在微透镜片材上形成复合图像。

透镜阵列本身可以由一些单独小透镜形成，或用蚀刻方法制造整体的透镜阵列。适用于透镜的材料是在入射能量的波长下不具有吸收性的材料。阵列中的每个透镜的数值孔径优选地大于约0.3，直径至少约30μm且至多约10mm。这些阵列可以具有用于减少回射效应的抗反射涂层，所述回射效应会对透镜材料造成内部损坏。此外，也可使用负有效焦距及尺寸均等同于透镜阵列的单个透镜，以增加发自该阵列的光发散。在一体化阵列中的每个小透镜的形状被选择成使得它们具有高数值孔径并且提供超过约60％的大填充因子(fillingfactor)。

图4是照射微透镜片材的发散能量的示意图。由于每个微透镜从不同的视点“观看”入射能量，因此有图像I在其表面内或表面上形成的感光材料层的各部分对于每个微透镜都是不同的。因此，在感光材料层中与每个微透镜相关联的部分中形成了独特图像。

图像形成后，与被放大物体的大小相一致的物体的完整或部分图像便出现在每个微球后面的感光材料层中。实际物体再现为微球后面图像的再现程度取决于入射在微球上的能量密度。被放大物体的一部分可能与微透镜区域相隔足够距离，因此，入射在微球上的能量密度低于改变感光材料所需的照射水平。此外，如果空间放大的图像用固定的数值孔径透镜来形成，则微透镜片材的所有部分未必都暴露于被放大物体的所有部分的入射光。因此，物体的这些部分在感光材料层中未改变，并且物体的部分图像出现在微球的背面。图5为微透镜片材的一部分的透视图，示出了邻近每个微球的感光材料层上形成的试样图像，并且该图还示出了被记录图像处于从复合图像的完整再现到部分再现的范围内。图6和图7是具有铝层作为感光材料层的微透镜片材的光学显微图，其中根据本发明形成图像。如图所示，一些图像是完整图像，而另一些是部分图像。

这些复合图像可以被视为许多图像(部分图像和完整图像，所有这些图像对实际物体具有不同视点)加到一起的结果。这许多独特图像经由微透镜阵列(每个微透镜从不同视点“观看”目标或图像)而形成。根据图像形状以及图像形成能量源的接收方向，在每个微透镜后面的感光材料层中形成这些图像的透视图。然而，这不是说微透镜处看到的所有镜像均被记录在感光材料层中。而是只记录了图像或物体中能被微透镜看到的且能量足以改变感光材料层的那些部分。

拟成像的“物体”通过描画该“物体”的轮廓或者使用掩模用大功率光源形成。对于作为复合图像记录的图像，光必须在大的角度范围内从物体发出。如果物体发出的光来自物体上的单个点并且在大的角度范围内发出，则所有的光线均来自单个点，但是它们携带了来自各视角光线的物体信息。此处，将讨论为了获得由光线携带的关于物体的较为完整信息，光为何必须从形成物体的点的集合以大角度范围发出。在本发明中，物体上的光线的角度范围由设置在物体与微透镜之间的光学元件来控制。这些光学元件被选择成使得它们提供产生复合图像所需的最佳角度范围。选择了最佳的光学元件时，光锥的锥顶(crest)成为在物体位置处结束的光锥。最佳的光锥角度大于约40°。

物体由微透镜缩小，并且物体的光聚焦在邻近微透镜背侧的感光材料层上。聚焦在微透镜背侧的点或图像的实际位置取决于源自物体的入射光线的方向。从物体上的点发出的每个光锥照射一些微透镜，并且只有被足够能量的光照射的微透镜才可永久地记录物体上各点的图像。

为了描述本发明中各个复合图像的形成，将使用几何光学。如上所述，下文描述的图像形成方法是本发明的一些优选方面，但是所述方法不限于这些方面。

A.形成在微透镜层合物上方浮动的复合图像

在图8中，入射能量100(在本实例中是光)被导向光漫射器101，并且使光源中的所有不均匀成为均匀。漫散射光100a由光学准直器102聚集在一起并且变成平行，并且光学准直器102将均匀分布的光100b导向发散透镜105a。发散光100c从发散透镜朝微透镜层合物106散发。

照射微透镜层合物106的光线的能量由各个微透镜111聚焦在感光材料层112上。该聚焦的能量改变感光材料层112而形成图像，并且该图像的大小、形状和外观取决于光线与感光材料层之间的相互作用。

当发散光100c通过发散透镜105a并且向前伸展时，它在发散透镜的焦点108a处相交，这样图8中所示的布置提供了具有复合图像的层合物，该复合图像在观察者看来在层合物上方浮动，下文将对此进行描述。换句话说，如果虚拟的“图像光线”从感光材料层穿过每个微球并且向前行进穿过发散透镜，则它们将会聚在108a处，这是复合图像出现的地方。

B.观看在微透镜层合物上方浮动的复合图像

具有复合图像的微透镜层合物可以在观察者同一侧使用照射层合物的光来观看(反射光)，从层合物的与观察者相对的一侧观看(透射光)，或从两侧观看。图9是当用反射光观看时观察者A的肉眼看到的在层合物上方浮动的复合图像的简图，并且图2中所示方面中的微透镜层合物的情况在图9中示出，并且在下文所述的图10、图12和图13中示出。肉眼可以经校正以获得正常视觉，但是并不求助于任何其他放大或特殊观察者等。当要形成图像的微透镜层合物用反射光(可以是平行光或发散光)照射时，反射光线从微透镜层合物射出，在所述微透镜层合物上由图案形成图像，所述图案由受光线撞击的感光材料层确定。感光材料层中形成的图像看起来与层中未成像部分不同，这使得图像能够被识别。

例如，反射光L1通过感光材料层被反射向观察者。然而，感光材料层从成像部分向观察者反射的光L2不足或不存在。因此，观察者可以检测到108a处不存在光线，并且光线的聚集在108a处产生在层合物上方浮动的复合图像。简单来说，光从除了成像部分以外的整个微透镜片材反射出去，这意味着相对较暗的复合图像出现在108a处。

非成像部分吸收或透射入射光，而成像部分反射或部分地吸收入射光，这样能够产生形成复合图像所需的对比效果。在这种状态下，复合图像看起来像是比微透镜片材的其余部分(看起来相对较暗)更亮的复合图像。焦点108a处的图像由真实光产生，并且不缺少光，这样该复合图像可以称为“真实图像”。必要时可以选择这些要素的各种可能组合。

如图10所示，在层合物的一部分上形成有图像的微透镜层合物也可以用透射光来观看。例如，当感光材料层中的成像部分是半透明(translucent)且未成像部分不是半透明时，大部分光L3被感光材料层吸收或反射，而透射光L4穿过感光材料层中的成像部分并且被微透镜导向焦点108a。在本实例中，复合图像在焦点处是明显的，因此看起来比微透镜片材的其余部分更亮。焦点108a处的图像由真实光产生，并且不缺少光，这样该复合图像可以称为“真实图像”。

或者，当感光材料层中的成像部分不是半透明并且感光材料层的其余部分是半透明时，透射光在图像区中不存在，这样形成的复合图像看起来比微透镜片材的其余部分暗。

C.形成在微透镜层合物下方浮动的复合图像

还可以提供在微透镜层合物的与观察者相对的一侧上浮动的复合图像。可以使用会聚透镜代替图8中所示的发散透镜105a来形成在层合物下方浮动的浮动图像。在图11中，入射能量100(在本例中为光能量)被导向光漫射器101，并且使光源中的所有不均匀成为均匀。接着，漫射光100a由光学准直器102聚集在一起并且变成平行，并且光学准直器102将均匀分布的光100b导向会聚透镜105b。会聚光100d从会聚透镜入射到微透镜层合物106(放置在会聚透镜与会聚透镜的焦点108b之间)上。

照射微透镜层合物106的光线的能量由各个微透镜111聚焦在感光材料层112上。该聚焦的能量改变感光材料层112而形成图像，并且该图像的大小、形状和外观取决于光线与感光材料层之间的相互作用。当会聚光100d通过微透镜层合物106并且向后伸展时，它在会聚透镜的焦点108b处相交，这样图11中所示的布置提供具有复合图像的层合物，该复合图像在观察者看来在层合物下方浮动，下文将对此进行描述。换句话说，如果虚拟的“图像光线”从会聚透镜105b穿过每个微球并且行进穿过感光材料层中与每个微透镜相关联的图像，则它们将会聚在108b处，这是复合图像出现的地方。

D.观看在微透镜层合物下方浮动的复合图像

具有在层合物下方浮动的复合图像的微透镜层合物可以用反射光、透射光或用这两者来观看。图12是当用反射光观看时在层合物下方浮动的复合图像的简图。例如，反射光L5从感光材料层反射向观察者。然而，感光材料层从成像部分向观察者反射的光L6不足或不存在。因此，观察者可以检测到108b处不存在光线，并且光线的聚集在108b处产生在层合物下方浮动的复合图像。简单来说，光从除了成像部分以外的整个微透镜片材反射出去，这意味着相对较暗的复合图像出现在108b处。

非成像部分吸收或透射入射光，并且成像部分反射或部分地吸收入射光，这样能够产生形成复合图像所需的对比效果。在这种状态下，复合图像看起来像是比微透镜片材的其余部分(看起来相对较暗)更亮的复合图像。必要时可以选择这些要素的各种可能组合。

如图13所示，在层合物的一部分上形成有图像的微透镜层合物也可以用透射光来观看。例如，当感光材料层中的成像部分是半透明且未成像部分不是半透明时，大部分光L7被感光材料层吸收或反射，而透射光L8穿过感光材料层中的成像部分。当在入射光的方向上返回的本说明书中称为“图像光线”的光线延伸时，复合图像便在108b处形成。在本实例中，复合图像在焦点处是明显的，因此看起来比微透镜片材的其余部分更亮。

或者，当感光材料层中的成像部分不是半透明并且感光材料层的其余部分是半透明时，透射光在图像区中不存在，这样形成的复合图像看起来比微透镜片材的其余部分暗。

E.复合图像

根据本发明原理形成的复合图像以二维(意指它们具有长度和宽度并且出现在微透镜层合物的下方、微透镜层合物平面内，以及/或者微透镜层合物上方)或三维(意指它们具有长度、宽度和高度)呈现。三维复合图像可以只呈现于层合物的下方或上方，或者在必要时为层合物下方、层合物平面内和层合物上方的组合。术语“在(微透镜)层合物的平面内”通常指层合物平整放置时的表面和内部。也就是说，不平整的层合物也可以具有看起来似乎至少部分地“在层合物平面内”的复合图像。

三维复合图像不仅在单个焦点处出现，而且看起来像具有连续焦点的图像的复合物，并且焦点可以从层合物的一侧穿过微透镜层合物并到达相对侧上的点。优选地，这通过以下方法实施：将微透镜片材或能量源连续地移向另一者(不设置多个不同透镜)，使得图像在多个焦点处形成于感光材料层上。所获得的空间复合图像实质上由许多单独的点构成。该图像可以相对于微透镜层合物的平面在空间上扩展到三个笛卡尔坐标中的任何坐标。

作为另一种作用类型，复合图像可以被形成为使得它进入微透镜层合物的区域(此处，复合图像消失)中。这种图像用类似于浮动图像实例中的方法形成，不同之处是放置不透明掩模使得该掩模接触微透镜片材或微透镜层合物，从而部分地阻断入射在一些微透镜上用于图像形成的光。这样做的话，可以形成看起来像进入某一区域中的复合图像，在该区域中用于图像形成的光由于不透明掩模的原因而减少或消失。该图像看起来在该区域中“消失”。

根据本发明形成的复合图像可以具有极其大范围的视角，这意味着观察者可以在微透镜片材平面与视觉轴线之间以大的角度范围观察复合图像。当数值孔径为0.64的非球面透镜用于具有单个微透镜层的微透镜片材中时，所形成的复合图像可以在锥形(其中心轴由入射能量的光轴确定)视野内看到，所述单个微透镜层由平均直径约70-80μm的玻璃微球制成。在环境光下，用这种方式形成的复合图像可以在整个锥形视野上以大约80-90°的全角观看。当由于扩散而使用小的或具有低NA的图像形成透镜时，可形成具有更小的半角的光锥。

用本发明的方法形成的图像也可以被成形为使得它具有有限的视角。也就是说，只有当从特定方向或从与该方向稍微不同的角度观看时才能看到该图像。这样的图像用与以下实施例中所描述方法相同的方式形成，不同的是入射在最后的非球面透镜上的光的调整被省略，使得只有部分微透镜被激光照射。当非球面透镜部分地充满入射能量时，会产生有限的发散光锥，使得光入射在微透镜片材上。在具有铝感光材料层的微透镜层合物中，作为浅灰背景上的深灰图像复合图像只出现在有限的视角锥内。该图像相对于微透镜层合物浮动。

根据本发明的具有复合图像的微透镜层合物是唯一的并且不能用普通装置复制。本发明的微透镜层合物用作各种应用中的显示材料，这些应用需要独特图像的可视显示，其范围从与例如徽章、标贴、识别卡、识别图形以及所附信用卡等相对较小的物体有关的应用，到与例如广告和牌照等相对较大的物体有关的应用。通过将复合图像作为一部分结合进设计，大型物体(例如，指示牌、告示板或半挂车)上的广告或信息能够更加引人注目。

此外，即使在环境光、透射光或回射光下，根据本发明的具有复合图像的微透镜层合物也具有极其强烈的视觉效果，并且可以进一步将装饰物涂覆到透明材料层，这样它可以用作装饰性应用，以改善微透镜层合物所粘附或附接到的物体的外观。此类装饰性应用包括：服装制品例如休闲服、运动服、品牌服装、外套、鞋类、帽子(有沿帽和无沿帽)以及手套，配饰例如钱包、皮夹、公文包、背包、腰包、电脑机箱、旅行袋以及笔记本、书本、家用电器、电子设备、五金器具、车辆、体育用品、收藏品以及艺术品。

如果本发明中的微透镜层合物能回射，则可用于以安全或个人防护类应用中。此类应用包括职业安全服，例如背心、制服、消防员服装、鞋子、束带，以及安全帽等；体育用品和服装例如跑步装备、鞋、救生衣、防护盔以及制服；以及儿童的安全服。

实例

本发明中的微透镜层合物将用以下实施例进一步描述。

装饰有烫印箔的透明材料的形成

形成了装饰有烫印箔的透明材料。材料、设备和烫印条件如下。

A.使用光学透明粘合剂形成用于3D浮动图像的微透镜层合物

用于3D浮动图像的微透镜层合物的形成方法是使用类似膜的或液体光学透明的粘合剂(OCA，光学透明粘合剂)将回射材料(3MScotchlite(注册商标)回射材料680-10，由住友3M株式会社(Sumitomo 3M Ltd.)制备)与透明材料(具有用上述方法形成的压模装饰的PMMA或没有装饰的PMMA)粘附在一起。所使用的回射材料与图2中所示的微透镜片材21的结构相同。所使用的OCA粘合剂如下：

CEF 0807(高度透明的丙烯酸类压敏粘合剂，由住友3M株式会社制备)

液体OCA 2312(高度透明的UV固性丙烯酸系粘合剂，由住友3M株式会社制备)

实例1：微透镜层合物的形成方法是将CEF 0807层合在透明材料(没有压模装饰)上，随后将用回射材料制备的微透镜涂层(粘结剂层)与CEF 0807接触。

实例2：微透镜层合物的形成方法是将CEF 0807层合在透明材料(具有压模装饰)上，随后将用回射材料制备的微透镜涂层(粘结剂层)与CEF 0807接触。

实例3：经由用回射材料制成的粘合剂层将回射材料附接到PMM基材，随后将液体OCA 2312涂敷到用回射材料制成的微透镜涂层(粘结剂层)。接着，将透明材料(没有压模装饰)设置在所涂敷的液体OCA上并且挤压至约200μm的厚度。随后通过使用黑光(blacklight)(TLD15W，飞利浦有限公司)用紫外线照射来硬化液体OCA，形成微透镜层合物。

B.通过直接模制透明材料层来形成用于3D浮动图像的微透镜层 合物

实例4：混合的氨基甲酸酯预混物的形成方法是以100∶53∶0.1的比率使用如下所述的多元醇、异氰酸酯以及催化剂。该预混物喷射到模具中并且经层合使得用回射材料制成的微透镜涂层侧与氨基甲酸酯预混物接触。在100℃下加热3分钟以后移除模具，形成了透明材料层直接模制在微透镜片材上的微透镜层合物。

比较例1：经由用回射材料制成的粘合剂层将回射材料附接到PMMA基材，由此制备的层合物用作对照样本。微透镜的回射涂层(粘结剂层)被暴露。

3D浮动图像的形成

使用图14中描述的光学系统排列(系列)将3D浮动图像描画在实例1到实例4中的微透镜层合物和比较例1中的对照样本上。该光学系统排列包括Spectral Physics Quanta-Ray(商标名)DCR-2(10)Nd：钇铝石榴石激光器300，该激光器以基本波长1.06μm在调Q(Q-switched)模式下操作。该激光器的脉冲宽度通常为10-30纳秒。在激光器之后，能量的取向由以下装置改变：99％反射转向镜302、磨砂玻璃漫射器304、5倍光线放大望远镜306，以及数值孔径为0.64且焦距为39.00mm的非球面透镜308。来自非球面透镜308的光的取向改变到XYZ工作台310的方向。该工作台包括三个线性工作台，可用商标名ATS50060购自艾罗德克有限公司(Aerotech Inc.)(宾夕法尼亚州匹兹堡，Pittsburgh，Pennsylvania)。第一线性工作台用于在非球面表面焦点与微透镜层合物之间沿着轴线(z轴)移动非球面透镜，并且其他两个工作台能够沿着相对于光轴彼此正交的两个水平轴线移动层合物。

激光束被导向玻璃漫射器304以消除光线中由热透镜效应导致的不均匀。紧邻漫射器的5倍光线放大望远镜306使来自漫射器的发散光变得平行，并且它通过放大光线而完全照射到非球面透镜308。

在本实例中，将非球面透镜设置在XYZ工作台的XY平面的上方，以使得透镜的焦点位于微透镜层合物312的上方1厘米处。层合物表面的能量密度使用能量计来控制，所述能量计具备开口并且具有机械掩模，它可以商标名ED500购自捷锐公司(Gentec，Inc.)(加拿大魁北克圣特菲(Saint-Fey))。在离非球面透镜的焦点1cm位置处，能量计的整个照射区上的激光输出被调整为约8毫焦耳每平方厘米(8mJ/cm2)。厚度为100nm的铝层作为感光材料层的微透镜层合物312的样本附装在XYZ工作台310上，使得铝层侧面向与非球面透镜308相对的方向。

可以商标名U21购自艾罗德克有限公司(宾夕法尼亚州匹兹堡，Pittsburgh，Pennsylvania)的控制器提供为移动XYZ工作台310所需的控制信号以及用于使激光器300产生脉冲的控制电压。该工作台通过将CAD文件导入控制器来移动，所述控制器具备形成图像所需的x-y-z坐标信息、移动命令以及激光发射命令。具有规定复杂度的复合图像的形成方法是对X、Y和Z工作台的移动与激光器的脉冲形成进行协调，并且在微透镜层合物上方的空间中描画图像。对于10Hz的激光脉冲速度，工作台速度被调整为50.8厘米/分钟。结果，连续的复合图像在邻近微透镜层的铝层中形成。

外观测试

用比较例1中对照样本中的回射材料制备的微透镜涂层被保持外露，并且在其表面存在类似橘皮的小型凹面和凸面。另一方面，实例1到4中的微透镜层合物具有高光泽的平坦表面。此外，当这些微透镜层合物在环境光下观看时，复合图像是在黑色背景上的亮白光的细纹，并且它们看起来存在于从微透镜层合物的前面(观察者侧)到后面(微透镜层合物的后侧)。此外，复合图像相对于观察者的视点显示了相对较大的移动，并且观察者能够容易地看到复合图像中随视角而变的各部分。没有观察到由于将透明材料层以及OCA(在必要时)层合在微透镜涂层上而导致的对于3D浮动图像的形成或观看的影响。

所公开的方面及其组合的各种修改对于本领域的技术人员是显而易见的，并且它们包括在为所附的专利权利要求范围所界定的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种微透镜层合物，所述微透镜层合物能够提供在所述层合物上方、所述层合物平面内以及/或者所述层合物下方浮动的复合图像，所述微透镜层合物包括：

微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及

设置成与所述微透镜层的所述第一侧相邻近的感光材料层；以及设置在所述微透镜片材中的所述微透镜层的所述第二侧的透明材料层。

2.根据权利要求1所述的微透镜层合物，其中所述透明材料层由光学透明粘合剂层附接于所述微透镜片材中的所述微透镜层的所述第二侧。

3.根据权利要求2所述的微透镜层合物，其中所述光学透明粘合剂层包含光学透明压敏粘合剂、液体光学透明粘合剂或热熔光学透明粘合剂。

4.根据权利要求1所述的微透镜层合物，其中所述透明材料层在所述微透镜层的所述第二侧直接形成在所述微透镜片材上。

5.根据权利要求1所述的微透镜层合物，包括：形成于所述感光材料层中的至少部分完整的图像，每个图像与所述多个微透镜中的相应微透镜相关联；以及在所述层合物上方、所述层合物平面内和/或所述层合物下方浮动的复合图像，所述复合图像由单独图像构成。

6.根据权利要求1所述的微透镜层合物，其中所述透明材料层包含选自光扩散材料及其组合的可视性增强剂。

7.一种制备微透镜层合物的方法，所述微透镜层合物能够提供在所述层合物上方、所述层合物平面内和/或所述层合物下方浮动的复合图像，所述方法包括：

提供微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与所述微透镜层的所述第一侧相邻近的感光材料层；

提供透明材料层；以及用光学透明粘合剂层在所述微透镜层的所述第二侧将所述透明材料层附接于所述微透镜片材，从而形成微透镜层合物。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光学透明粘合剂层包含光学透明压敏粘合剂、液体光学透明粘合剂或热熔光学透明粘合剂。

9.一种制备微透镜层合物的方法，所述微透镜层合物能够提供在所述层合物上方、所述层合物平面内和/或所述层合物下方浮动的复合图像，所述方法包括：

提供微透镜片材，所述微透镜片材包括：由多个微透镜构成的微透镜层，所述微透镜层具有第一侧和第二侧；以及设置成与所述微透镜层的所述第一侧相邻近的感光材料层；以及

在所述微透镜层的所述第二侧的所述微透镜片材上直接形成透明材料层，从而形成微透镜层合物。

10.根据权利要求7、8或9中任一权利要求所述的方法，还包括：照射所述微透镜层的所述第二侧，从而在所述感光材料层中形成至少部分完整的图像，每个图像与所述多个微透镜中的相应微透镜相关联，因此这些单独图像构成在所述层合物上方、所述层合物平面内和/或所述层合物下方浮动的复合图像。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述照射步骤在微透镜层合物形成后进行。

Images