CN107848321A

CN107848321A - 具有光学阵列的光学装置

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Publication number: CN107848321A
Application number: CN201680046504.4A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·阿瑟·李; 加里·费尔利斯·鲍尔
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-03-27
Also published as: AU2016308673A1; GB2556541A; DE112016003353T5; MX2018001955A; US20180247478A1; BR112018002988A2; WO2017027927A1; RU2018109355A

Abstract

一种光学装置，所述光学装置优选地用于安全装置和文件，所述光学装置包括基底的第一表面上的修改波长相关光学相位以及任选地振幅的光学元件的布置，所述光学元件中的每一个呈光学天线的形式并且被配置成使反射和/或透射的电磁波产生局部相位变化，所述布置被配置成使得当所述布置被外部电磁源照射时，所述光学元件中的每一个的联合作用对反射和/或透射产生可由观察器观察的预限定的光学效果。

Description

具有光学阵列的光学装置

发明领域

本发明大体上涉及光学装置，具体地讲，涉及用于向文件提供安全性的那些光学装置。

发明背景

众所周知，各种类型的光学微观结构或光学可变装置(OVD)可以用来保护诸如纸币的有价值文件免遭伪造。此类光学微观结构技术包括衍射装置，诸如，全息图、Kinegrams(R)和Exelgrams(R)，以及这种类型的各种其他专有技术。

然而，已经发现，随着技术发展，现在能够使用诸如点阵系统的可商购的现成全息系统来模拟或复制一些类型的衍射OVD，诸如全息图。安全印刷机在试图找到伪造者很难(如果并非不可能的话)使用当前技术来满意地模拟的替代光学技术方面有很强的兴趣。

为了努力降低伪造者满意地复制光学效果的能力而开发出的替代OVD技术包括基于微镜和微透镜的光学效果。然而，在尝试制造这些微镜、微透镜或小透镜阵列技术方面存在某些困难。这些困难与此类微光学元件阵列可以被制造以便产生足够精确的光束方向变化的精度相关。

另外，这些微镜和微透镜阵列需要足够厚度的基底来形成光学元件。当堆叠文件(尤其是纸币)时，这个厚度经常产生问题。尽管每个单独的纸币可以包括在纸币的表面上方延伸数十微米的OVD结构，但当大量的纸币堆叠在一起时，OVD结构的累积效应造成堆叠问题(所谓的“轮廓问题”)。

发明概述

鉴于此，根据本发明的一方面，提供一种光学装置，所述光学装置包括基底的第一表面上的修改波长相关光学相位的光学元件的布置，所述光学元件中的每一个呈光学天线的形式并且被配置成使反射和/或透射的电磁波产生局部相位和/或振幅变化，所述布置被配置成使得当所述布置被外部电磁源照射时，修改波长相关光学相位的光学元件中的每一个的联合作用对反射和/或透射产生可由观察器观察的预限定的光学效果。

通常，电磁源是可见光源。观察器可以是肉眼。优选地，观察到的光学效果是图像，所述图像被配置成随着改变视角和/或改变照射角度而改变形式和/或颜色。

优选地，光学元件中的每一个也是修改波长相关光学振幅的光学元件。

在一个实施方案中，所述光学装置还包括多个像素元件，其中每个像素元件包括多个修改波长相关光学相位的光学元件，其中每个光学元件被配置成对入射电磁波实现预限定的局部相位调制，使得像素元件内的所述光学元件的组合的相位调制导致与所述像素元件的区域中的所述入射电磁波发生特征性相互作用。每个像素元件在至少一个维度上可以具有100微米的最大范围。任选地，每个像素元件被配置成提供与入射电磁波的传播的变化对应的聚焦效果，例如，其中每个像素元件的聚焦效果被配置成模拟折射型圆柱形或球形微透镜。或者，每个像素元件可以被配置成提供入射电磁波的传播方向的改变，例如，其中每个像素元件被配置成提供模拟折射微棱镜或折射微镜的传播方向的改变。

光学元件可以呈两分枝型杆的形式(例如，具有“V”、“L”或“I”形状)。在这种情况下，每个光学元件可以相对于与装置的表面正交的轴线以任何预定角度旋转。或者，光学元件可以呈正方形、圆形、椭圆形、矩形或任何其他多边形的形式。光学天线可以呈具有圆柱形或药盒形状的光学介质谐振器天线(DRA)的形式，优选地其中每个光学元件具有基于光学元件的所需局部相位或振幅变化而选择的预定直径。或者，光学元件呈正方形或矩形盒形状的结构的形式，优选地其中每个光学元件具有基于光学元件所需的局部相位或振幅变化而选择的至少一个预定长度。

通常，每个修改波长相关光学相位的光学元件在至少一个维度上的最大表面范围可以小于10微米。优选地，每个光学元件从基底的表面延伸不超过1微米。

优选地，预限定的光学效果包括在肉眼看来位于基底的第一表面上方或下方的图像。

根据本发明的另一方面，提供一种双层光学装置，所述双层光学装置包括根据第一方面的第一光学装置和根据第一方面的第二光学装置，所述第二光学装置优选以间隔开的方式与所述第一光学装置相对地定位，其中透过所述第一光学装置看向所述第二光学装置时观察到的图像是合成图像。

优选地，修改波长相关光学相位的光学元件由施加到第一表面的压印且固化的辐射可固化的油墨形成或者由直接压印的基底形成，优选地其中所述基底是聚合物基底。

任选地，光学装置合并到诸如纸币或支票的文件中，优选地附接到或直接形成于所述文件的文件基底上。

根据本发明的又一方面，提供一种制造第一方面的光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：制备具有与光学元件的布置的所需轮廓相反的轮廓的垫片；将辐射可固化的油墨施加到基底的表面，优选透明基底；利用垫片对辐射可固化的油墨进行压印，并且使辐射可固化的油墨固化，从而形成光学元件的布置。

有利地，本发明提供设计光学可变微观结构和纳米结构的新方法。例如，由多个光学元件的组合的相互作用造成的累积相位变化可以与输入光波产生与微镜、微棱镜和微透镜产生的那些类似的相互作用，这是光学安全装置的领域中已知的。光学元件有益地具有相对较小的表面轮廓，尤其是在与光学安全装置的领域中已知的上述结构相比的情况下，同时提供类似的光学效果。

也有利地，光学元件通常具有比传统微镜、微棱镜和微透镜小的足迹，从而当与这些传统技术相比时实现增加分辨率聚焦或反射能力。

安全文件或令牌

如本文中使用，术语安全文件和令牌包括所有类型的有价值的文件和令牌以及识别文件，包括但不限于以下各项：诸如纸币和硬币的货币物品、信用卡、支票、护照、身份证、有价证券和股票、驾驶执照、产权书、诸如航线和火车票的旅行文件、门禁卡和入场券、出生证明、死亡证明和结婚证，以及成绩单。

本发明尤其但并非仅仅适用于由施加了一个或多个印刷层的基底形成的诸如纸币的安全文件或令牌或者诸如身份证或护照的识别文件。本文中描述的衍射光栅和光学可变装置也可以应用于其他产品，诸如包装。

安全装置或特征

如本文中使用，术语安全装置或特征包括意图保护安全文件或令牌免遭伪造、复制、更改或窜改的大量安全装置、元件或特征中的任一个。安全装置或特征可以提供在安全文件的基底中或在基底上或者在施加到基础基底的一个或多个层中或在层上，并且可以呈多种形式，诸如，嵌入在安全文件的层中的安全线；防伪油墨，诸如，荧光、冷光和磷光油墨、金粉油墨、彩虹色油墨、光致变色、热致变色、水致变色或压致变色油墨；印刷和压印的特征，包括浮雕结构；干涉层；液晶装置；透镜和透镜结构；光学可变装置(OVD)，诸如衍射装置，包括衍射光栅、全息图和衍射光学元件(DOE)。

基底

如本文中使用，术语基底指的是从中形成安全文件或令牌的基础材料。基础材料可以是纸或其他纤维材料，诸如纤维素；塑料或聚合物材料，包括但不限于，聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、双向拉伸聚丙烯(BOPP)；或者两种或更多材料的复合材料，诸如，纸和至少一种塑料材料或者两种或更多聚合物材料的层压材料。

透明窗口和半窗口

如本文中使用，术语窗口指的是与施加了印刷的基本上不透明的区域相比，安全文件中的透明或半透明区域。窗口可以是完全透明的，以便它允许透射基本上未受影响的光，或者它可以部分地透明或半透明，从而局部地允许透射光但不允许透过窗口区域清楚地看到物体。

通过在形成窗口区域的区域中省略至少一个乳浊层，窗口区域可以形成于聚合物安全文件中，所述聚合物安全文件具有至少一层透明聚合物材料和施加到透明聚合物基底的至少一侧的一个或多个乳浊层。如果乳浊层施加到透明基底的两侧，那么可以通过省略窗口区域中的透明基底的两侧上的乳浊层来形成完全透明的窗口。

通过只省略窗口区域中的安全文件的一侧上的乳浊层，部分透明或半透明区域(下文称为“半窗口”)可以形成于两侧上具有乳浊层的聚合物安全文件中，以便“半窗口”不是完全透明，但允许一些光透过，而不允许透过半窗口清楚地看到物体。

或者，基底有可能由基本上不透明的材料形成，诸如纸或纤维材料，其中透明塑料材料插入到纸或纤维基底中的切口或凹处中，以形成透明窗口或半透明半窗口区域。

乳浊层

一个或多个乳浊层可以施加到透明基底，以增加安全文件的不透明度。乳浊层使得L_T<L₀，其中L₀是入射在文件上的光的量，并且L_T是透射穿过文件的光的量。乳浊层可以包括多种乳浊涂层中的任一个或多个。例如，乳浊涂层可以包括分散在热活化的可交联聚合物材料的粘结剂或载体内的颜料，诸如二氧化钛。或者，透明塑料材料的基底可以夹在纸或者其他局部或基本上不透明的材料的乳浊层之间，随后可以向其印刷或以其他方式施加标记。

折射率n

介质的折射率n是真空中的光速与介质中的光速之比。透镜的折射率n₂决定了到达透镜的光线将被折射的量，根据斯涅耳定律：

n₁.sin(θ₁)＝n₂.sin(θ₂)

其中θ₁是入射线与透镜表面的入射点处的法线之间的角，θ₂是折射线与入射点处的法线之间的角，并且n₁是空气的折射率(作为近似，n₁可以取1)。

可压印型辐射可固化的油墨

本文中使用的术语可压印型辐射可固化的油墨指的是任何油墨、漆或其他涂层，其可以在印刷过程中施加到基底，并且可以在柔软的时候压印以形成浮雕结构并由辐射固化以固定压印的浮雕结构。固化过程没有在辐射可固化的油墨被压印之前发生，但固化过程有可能在压印之后或者基本上与压印步骤同时地发生。辐射可固化的油墨优选地可由紫外线(UV)辐射固化。或者，辐射可固化的油墨可以被其他形式的辐射固化，诸如电子束或X射线。

辐射可固化的油墨优选是由透明树脂材料形成的透明或半透明油墨。这样的透明或半透明油墨尤其适合于印刷透光安全元件，诸如，次波长光栅、透射型衍射光栅和透镜结构。

在一个尤其优选的实施方案中，透明或半透明油墨优选地包括基于丙烯酸的UV可固化的透明可压印型漆或涂层。

这样的UV可固化的漆可以从各种制造商获得，包括Kingfisher Ink有限公司，产品紫外线型号UVF-203或类似产品。或者，辐射可固化的可压印型涂层可以基于其他化合物，例如硝酸纤维素。

已经发现，本文中使用的辐射可固化的油墨和漆尤其适合于压印微观结构，包括诸如衍射光栅和全息图的衍射结构，以及微透镜和透镜阵列。然而，它们也可以利用较大的浮雕结构进行压印，诸如非衍射型光学可变装置。

油墨优选地被紫外线(UV)辐射基本上同时地压印和固化。在一个尤其优选的实施方案中，在凹版印刷过程中基本上同时施加和压印辐射可固化的油墨。

优选地，为了适合于凹版印刷，辐射可固化的油墨具有基本上落在约20到约175厘泊的范围内并且更优选地在约30到约150厘泊的范围内的黏度。可以通过测量从Zahn杯#2中流尽漆的时间来确定黏度。在20秒内流尽的样品具有30厘泊的黏度，并且在63秒内流尽的样品具有150厘泊的黏度。

在一些聚合物基底的情况下，在施加辐射可固化的油墨之前可能需要将中间层施加到基底，以改进由油墨形成的压印结构对基底的粘附。中间层优选地包括底漆层，并且更优选地，底漆层包括聚乙烯亚胺。底漆层也可以包括交联剂，例如，多功能异氰酸酯。适合用于本发明的其他底漆的实例包括：羟基封端的聚合物；基于羟基封端的聚酯的共聚物；交联的或非交联的羟基化丙烯酸酯；聚氨酯；以及UV固化阴离子或阳离子丙烯酸酯。合适的交联剂的实例包括：异氰酸酯；聚氮丙啶；锆化合物；乙酰丙酮铝；三聚氰胺；以及碳化二亚胺。

金属纳米粒子油墨

如本文中使用，术语金属纳米粒子油墨指的是具有小于一微米的平均尺寸的金属粒子的油墨。

附图简述

现在将参考附图描述本发明的实施方案。应了解，仅通过说明的方式给出实施方案并且本发明不被此说明限制。在附图中：

图1a和图1d示出根据实施方案的包括光学装置的不同文件设计；

图2示出像素元件的布置，每个像素元件包括修改波长相关光学相位的光学元件的布置；

图3示出被配置成聚焦入射光线的像素元件；

图4a示出被配置成反射入射光线的像素元件；

图4b示出光学元件的布置；

图5示出被设计成将输入光波聚焦在焦点处的光学元件的另一布置；

图6a示出提供不同局部相位变化的一系列光学元件；

图6b示出许多光学元件的传播平面波上的联合效果；

图6c示出提供局部相位变化的光学元件的布置；

图7a示出像素元件的7元件调色板；以及

图7b示出使用图7a的像素调色板设计的OVD层。

优选实施方案的描述

图1a到图1d各自示出根据本发明的实施方案的文件2，所述文件具有文件基底9和光学装置4。光学装置4由位于装置基底8的第一侧上的光学可变装置(OVD)层10形成。在图1a和图1b的实施方案中，装置基底8与文件基底9相同。在图1c和图1d的实施方案中，装置基底8不同于文件基底9，并且光学装置4附接到文件基底9。

文件2包括施加到文件基底9的相对侧的第一乳浊层7a和第二乳浊层7b。这尤其可用于透明或半透明的文件基底9，因为乳浊层7a、7b用于降低层7a、7b所在的区域中的文件2的透明度。

在图1a的实施方案中，OVD层10位于文件2的“窗口”区域中；也就是，位于不存在第一乳浊层7a和第二乳浊层7b的区域中。这使得能够从文件2的任一侧观察光学装置4。

在图1b的实施方案中，OVD层10位于文件2的“半窗口”区域中；也就是，位于不存在第一乳浊层7a但存在第二乳浊层7b的区域中，使得只可从文件2的一侧观察光学装置4。此实施方案的一个变形(未示出)具有存在于OVD层10的区域中的第一乳浊层7a，并且相同区域中不存在第二乳浊层7b。

在图1c的实施方案中，光学装置4在窗口区域(示出)或半窗口区域(未示出)中附接到文件基底9上。在图1d的实施方案中，光学装置附接到文件2的第一乳浊层7a上。

尽管图中未示出，但文件2也有可能固有地不透明(或基本上不透明)，例如，在文件基底9是纸或纸复合材料的情况下。在这种情况下，不一定需要乳浊层7a、7b。光学装置4可以形成于不透明的文件基底9上(以与图1a和图1b的实施方案类似的方式)或者附接到文件基底9(以与图1c和图1d的实施方案类似的方式)。此外，光学装置4可以附接在不透明的文件基底9的切口区域中。

一般来讲，存在多种方式用于将光学装置4形成在文件2上，使得根据具体实现方式的需要，可只从文件2的一侧或从两侧观察光学装置4。

光学装置4通常提供安全功能，也就是，光学装置4用于降低文件2遭到伪造的可能性。当用于此目的时，光学装置4可以被称为“安全装置”或“安全令牌”。需要保护以免遭伪造的文件2经常被称为“安全文件”。

图1a到图1d也示出另一安全特征6，所述安全特征可以与光学装置4结合，有助于降低文件2遭到伪造的可能性。在图1a中，另一安全特征6在文件2的窗口区域中实施，而在图1b中，另一安全特征6b在文件2的不透明(即，非窗口)区域中实施。在图1c和图1d中，另一安全特征6附接到文件基底9(图1c)或乳浊层(图1d)上。所示的布置仅仅是实例，并且一般来讲，文件2可以包括一个或多个安全特征6，每个安全特征在文件2的窗口、半窗口或不透明区域中实施。示例的另一安全特征6包括：光学可变装置，诸如，衍射光学元件、基于微透镜的特征、全息图等；水印图像；小号字体等。

参考图2，OVD层10包括光学元件12的布置，所述光学元件由施加到装置基底8的表面的压印且固化的辐射可固化的油墨形成。光学元件12通常从装置基底8的表面延伸，并且可以被金属化。光学元件12通常分组为像素元件14，每个像素元件14包括一个或多个并且通常是多个光学元件12。每个像素元件14被配置成与像素元件14的区域内的输入电磁波16(在本文中被称为光波16)产生特征性相互作用。例如，每个像素元件14可以被配置成在入射光波的传播方向上产生特征性局部变化。局部相互作用由像素元件14内的一个或光学元件12的分布决定。通过这种方式，光学元件12充当光学天线，并且不同光学天线的组合提供像素元件12的特征性相互作用。

应了解，本文中描述的所有实施方案中的光学元件可以被视作呈光学天线的形式。还应了解，如本文所述的光学元件与电磁辐射的相互作用本质上不是衍射的。相反，它是由单独的光学元件导致的突然相位变化并且也可能是振幅变化，当在很多光学元件之间以预限定的布置和形式重复时，这导致发生限定的光学相互作用。这些类型的相互作用在Nanfang Yu等人，“Light propagation with phase discontinuities:generalized lawsof reflection and refraction”，Science 334，333页，2011以及Zou等人，“Dielectricresonator nanoantennas at visible frequencies”，Optics Express，第21卷第1期，1344页，2013中论述。

根据一个实施方案，如图3所示，每个单独的像素元件14被配置成提供聚焦效果。单个像素元件14内的光学元件12的布置被选择为使得与入射光波的特征性相互作用用于将光波重定向，以便它形成与透射的光波不同的形状。例如，每个像素元件14被配置成以(分别)模拟球形或圆柱形凸透镜的方式使入射光波17产生变化，使得透射的光波形成焦点15(如图3所示)或焦线(未示出)。在这个实施方案的变形中，每个像素元件14被配置成例如以模拟凹面镜的类似方式反射入射光。

根据另一实施方案，参考图4a和图4b，每个像素元件14可以被配置成导致(像素元件14的区域中的)入射光的传播方向改变，但入射光的形式没有变化或变化最小。在一个实现方式中，每个像素元件14以模拟相对于装置基底8的平面位于一定角处的平面微镜的方式偏转入射光(即，光被反射)。在另一实现方式中，每个像素元件14以模拟微棱镜的方式偏转入射光(即，光被透射)。在每种情况下，光朝向与基于平坦装置基底8预期的角度不同的角度反射或折射。

图4a和图4b所示的实施方案用来产生光学可变效果，其中每个像素元件14a、14b被分配给多个图像中的一个。与同一图像相关联的像素元件14a、14b被配置成在相同(或基本上相同)的方向19a、19b上偏转入射光，其中与每个图像相关联的方向不同。通过这种方式，在使光学装置4倾斜或以其他方式改变光学装置4、观察器与光源之间的相对位置时，光学装置4的外观在不同的图像之间变化。图4b示出含有不规则形状的像素元件14a、14b的OVD层10的一小部分，所述像素元件被配置成将输入光波转换成模拟微镜或微棱镜阵列的作用的输出光波的预定分布。所示部分的典型尺寸大约是20微米×20微米或更小。

根据另一实施方案，如图5所示，像素元件14被配置并且相对于彼此布置以便提供聚焦效果。根据此实施方案，聚焦效果是多个像素元件14的相互作用的结果，这在本文中被称为透镜布置50。通过这种方式，组合地工作的像素元件14提供与折射型传统透镜(如图5所示)或曲面镜(未示出)类似的光学效果。根据此实施方案，每个像素元件14独自地充当平面微镜或微棱镜，并且像素元件14的联合偏转用于将入射光波引导到单个点(位于OVD层10的与入射光相同的侧或相对的侧上)。

光学元件12对应于各自用于在入射光波上施加突然相位变化的结构。突然相位变化既是局部的(即，在具体光学元件12的附近发生)又是受控制的(即，相位变化的程度与具体光学元件12的形状和定向成比例)。光学元件12因此可以被视作光学天线。光学元件12通常具有小于1微米的高度，所述高度优选地小于500纳米，更优选地小于250纳米。光学元件12可以具有小于10微米的至少一个长度尺寸(如果不是两个长度尺寸的话)，所述长度尺寸优选地小于1微米，并且更优选地小于750纳米。

像素元件14通常将具有小于100微米的至少一个长度尺寸，所述长度尺寸优选地小于50微米。光学元件12和像素元件14因此能够提供与现有透镜(例如，微透镜)和镜(例如，微镜)光学效果类似的相对较高分辨率的光学效果，而对这些传统光学元件没有本体几何形状要求。

图6a示出不同光学元件12的实例，每个光学元件被配置成产生不同的相位变化(在0与7π/4之间)。在此实例中，光学元件12具有被布置成“V”形、“L”形和“I”形杆的两分枝型杆的形式。参考图6b，图6a所示的八个不同光学元件12的联合效果用于改变输入平面波的方向。由于每个光学元件12导致不同的相移，因此平面波的整体传播方向被改变。所示光学元件12的具体布置构成像素元件14。这由惠更斯原理说明，其中波前的每个点充当二次小波的来源，如(i)所示。关于呈V形杆的形式的光学元件12的进一步论述可以见于NanfangYu等人，“Light propagation with phase discontinuities:generalized laws ofreflection and refraction”，Science 334，333页，2011。这个布置可以被视作被配置成微棱镜的像素元件14，因为入射光波的传播方向改变，但整体形式没有改变(即，透射的光波还是平面波)。

考虑图6a和图6b所示的特定实例，由八个光学元件12的联合作用导致的偏转可以至少部分地由相邻光学元件12之间的间距决定。通过这种方式，不同的像素元件14可以被设计成通过选择与像素元件14相关联的特征性光学元件12间距而具有不同的偏转角。设想单个像素元件14可以包括图6a和图6b所示的八个光学元件14的多次重复。

图6c示出不同光学元件12的另一实例，其呈圆柱形或“药盒”的形式。与图6a和图6b的实例一样，像素元件14由此类光学元件12的布置限定。所示的具体像素元件14导致输入光束偏转。如果每个光学元件12被选择为具有直径(例如，20nm到200nm)使得存在60度的渐进相位增量，那么6个元件可以生成360度的相位斜坡。在这种情况下，镜面效果的有效偏转角由sin(θ)＝pΔ/2πa给出，其中“a”是单位单元尺寸，“Δ”是输入光的波长，并且“p”是相位增量。关于具有药盒配置的光学元件12的进一步论述可见于Zou等人，“Dielectricresonator nanoantennas at visible frequencies”，Optics Express，第21卷第1期，1344页，2013。

由具体光学元件12导致的局部相位变化部分地由光学元件12的直径决定。类似于图6a和图6b的实施方案，具有不同直径的光学元件12的适当布置可以导致入射光波的偏转方向的特征性偏转。类似于图6a和图6b的实施方案，图6c的实施方案可以包括不同的像素元件14，所述像素元件被设计成通过选择与像素元件14相关联的特征性光学元件12间距而具有不同的偏转角。

光学元件12的其他形状是可能的。例如，设想具有正方形、矩形或其他多边形形状的横截面的光学元件12。

如图7a和图7b所示，出于确定光学元件12的所需布置的目的，提供包括多个像素模板28的调色板26。图7a示出允许光学效果的简化设计的七个像素模板28的调色板26。在图7a中，每个像素模板28的特征是相关联的旋转。图7b示出通过使用图7a的调色板26设计出的光学装置4的布局。基于所需的旋转方向，从调色板26的像素模板28中选择每个像素元件14。随后基于像素模板28和所需的像素尺寸(如先前论述，其决定了由像素元件14导致的偏转)来确定实际像素元件14。最终的光学装置4显示出光学可变效果，其中当从不同旋转方向和不同倾斜方向观察时，光学装置4的不同部分“点亮”。

光学元件12的布置也可以提供结构色彩效果，其中相移或偏转效果是输入光的波长的函数，(例如)如由Zou等人的等式sin(θ)＝pΔ/2πa所示。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以合并其他修改和改进。

Claims

1.一种光学装置，所述光学装置包括基底的第一表面上的修改波长相关光学相位的光学元件的布置，所述光学元件中的每一个呈光学天线的形式并且被配置成使反射和/或透射的电磁波产生局部相位变化，所述布置被配置成使得当所述布置被外部电磁源照射时，所述光学元件中的每一个的联合作用会对反射和/或透射产生可由观察器观察的预限定的光学效果。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学元件中的每一个也是修改波长相关光学振幅的光学元件。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述电磁源是可见光源。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述观察器是肉眼。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述观察到的光学效果是图像，所述图像被配置成随着改变视角和/或改变照射角度而改变形式和/或颜色。

6.根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置还包括多个像素元件，其中每个像素元件包括多个修改波长相关光学相位的光学元件，其中每个光学元件被配置成对入射电磁波实现预限定的局部相位调制，使得像素元件内的所述光学元件的组合的相位调制导致与所述像素元件的区域中的所述入射电磁波发生特征性相互作用。

7.根据权利要求6所述的光学装置，其中每个像素元件在平行于所述基底的至少一个维度上具有100微米的最大范围。

8.根据权利要求6所述的光学装置，其中每个像素元件被配置成提供与所述入射电磁波的传播的变化对应的聚焦效果。

9.根据权利要求8所述的光学装置，其中每个像素元件的所述聚焦效果被配置成模拟折射型圆柱形或球形微透镜。

10.根据权利要求6所述的光学装置，其中每个像素元件被配置成提供所述入射电磁波的传播方向的改变。

11.根据权利要求10所述的光学装置，其中每个像素元件被配置成提供模拟折射微棱镜或反射微镜的传播方向的改变。

12.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学元件呈两分枝型杆的形式(例如，具有“V”、“L”或“I”形状)。

13.根据权利要求12所述的光学装置，其中每个光学元件相对于与所述装置的所述表面正交的轴线以任何预定角度旋转。

14.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学元件具有呈正方形、圆形、椭圆形、矩形或任何其他多边形的形式的横截面。

15.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学天线呈具有圆柱形或药盒形状的光学介质谐振器天线(DRA)的形式。

16.根据权利要求15所述的光学装置，其中每个光学元件具有基于所述光学元件的所需局部相位变化而选择的预定直径。

17.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学元件呈正方形或矩形盒形状的结构的形式。

18.根据权利要求17所述的光学装置，其中每个光学元件具有基于所述光学元件所需的所述局部相位变化而选择的至少一个预定长度。

19.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个像素元件在平行于所述基底的至少一个维度上的最大表面范围小于10微米。

20.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述预限定的光学效果包括在所述肉眼看来位于所述基底的第一表面上方或下方的图像。

21.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个光学元件从所述基底的所述表面延伸不超过1微米。

22.一种双层光学装置，所述双层光学装置包括根据权利要求1所述的第一光学装置和根据权利要求1所述的第二光学装置，所述第二光学装置优选以间隔开的方式与所述第一光学装置相对地定位，其中透过所述第一光学装置看向所述第二光学装置时观察到的所述图像是合成图像。

23.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光学元件由施加到所述第一表面的压印且固化的辐射可固化的油墨形成或者由直接压印的基底形成，优选地其中所述基底是聚合物基底。

24.根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置合并到诸如纸币或支票的文件中，优选地附接到或直接形成于所述文件的文件基底上。

25.一种制造如权利要求1所述的光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：

-制备具有与所述光学元件的布置的所需轮廓相反的轮廓的垫片；

-将辐射可固化的油墨施加到透明基底的表面；

-利用所述垫片对所述辐射可固化的油墨进行压印，并且使所述辐射可固化的油墨固化，从而形成所述光学元件的布置。