CN117425571A - 光学安全元件 - Google Patents

Abstract

一种组件包括：第一磁体；定位在第一磁体上方并且具有用于接纳包括多个可磁化片的组合物的表面的基板；以及定位在基板上方的第二磁体。该组件可以用于制造光学安全元件的方法中。还公开了光学安全元件和制造光学安全元件的方法。

Description

光学安全元件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月14日提交的美国临时申请号63/210,365的优先权，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种组件，该组件包括：第一磁体；定位在第一磁体上方并且具有用于接纳包括多个可磁化片的组合物的表面的基板；以及定位在基板上方的第二磁体。该组件可以用于制造光学安全元件的方法中。还公开了光学安全元件和制造光学安全元件的方法。

背景技术

目前用于生产具有安全元件的物品(诸如钞票)的技术采用具有嵌入式磁体的单个圆柱体。嵌入式磁体将磁性颗粒在油墨组合物中对准。特别地，具有油墨组合物的基板在单个圆柱体之上移动。嵌入式磁体产生磁场，该磁场主要沿着基板的平面从一个磁体朝向另一磁体突出。因此，油墨组合物中的磁性颗粒受到该磁场的作用，并且产生奇异的光学效果。

有两种用于生产光学安全元件的主要方法：连续和离散。在连续方法中，在笛卡尔坐标系中，片体沿着具有静态安装的磁性组件的连续移动基板的X坐标定向。在离散方法中，片体沿着连续移动基板的X和Y坐标定向，其中磁性组件以相同速度在基板的方向上移动。由离散方法产生的光学效果的数目远大于连续方法。

所需要的是一种用于生产具有安全元件的物品的方法，该安全元件具有变化的和/或不同的光学效果。这些物品的生产应当能够在高效的(时间和成本)组装系统中进行。

发明内容

在一个方面，公开了一种组件，该组件包括：第一磁体；基板，定位在第一磁体上方并且具有用于接纳包括多个可磁化片的组合物的表面；以及定位在基板上方的第二磁体。

在另一方面，公开了一种生产光学安全元件的方法，该方法可以包括：在进给方向上在包括第一磁体的第一圆柱体与包括第二磁体的第二圆柱体之间移动基板；以及以与基板相同的速度旋转第一圆柱体和第二圆柱体；其中包括多个可磁化片的组合物存在于基板的表面上。

各种实施例的附加特征和优点将部分地在以下描述中阐述，并且将部分地从描述中变得明显，或者可以通过各种实施例的实践来学习。各种实施例的目的和其他优点将通过本文中的描述中特别指出的元件和组合来实现和获取。

附图说明

本公开的特征通过示例的方式进行说明，而不限于附图，附图中相同的数字表示相同的元素，在附图中：

图1示出了根据本发明的一个方面的组件，该组件包括：第一磁体；定位在第一磁体上方的基板；组合物，在基板的表面上并且包括多个可磁化片；以及定位在基板上方的第二磁体；

图2是根据本发明的另一方面的组件的横截面；

图3是示出包括多个磁体的第一圆柱体、具有多个磁体的第二圆柱体、和光源的横截面；

图4示出了包括第二圆柱体和第一圆柱体的组件，第二圆柱体包括第二磁体、光源和至少一个反射镜，第一圆柱体包括第一磁体；

图5A是示出第一磁体和第二磁体相对于基板的定位的俯视图；

图5B和图5C示出了由图5A的第一磁体和第二磁体产生的磁场；

图5D示出了由图5B和图5C中的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图6A是示出第一磁体和第二磁体相对于基板的定位的俯视图；

图6B示出了由图6A中的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图7A示出了第一磁体和第二磁体相对于基板的定位；

图7B示出了由图7A中的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图8A是示出第一磁体和第二磁体相对于基板的定位的横截面；

图8B示出了由图8A中的磁体的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图8C示出了当用两个单独的光源观看时在法线观察角度下图8B中的图像如何改变；

图9A是示出第一磁体和第三磁体以及第二磁体相对于基板的定位的横截面；

图9B示出了由图9A中的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图9C示出了来自图9B的图像如何随着磁体到基板的距离的改变而改变、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图10A是示出第一磁体和第三磁体以及第二磁体相对于基板和中心轴线的定位的横截面；

图10B示出了由图10A中的磁体的磁场生成的图像、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图11示出了来自图9B的图像如何随着磁体到基板的距离以及第一磁体与第二磁体之间的距离的改变而改变、以及图像在基板倾斜时如何改变；

图12A示出了相对于基板和中心轴线的第一磁体和第二磁体，该磁场是由第一磁体的旋转生成；

图12B是图12A的截面图，示出了当第一磁体围绕中心轴线旋转时第一磁体的多个位置；

图12C是图12B的放大视图，并且示出了可磁化片在磁场内的定位；

图12D是利用光源由图12C创建的图像的形貌图；以及

图12E是由图12A中的组件在法线观察时创建的图像(左图像)以及图像在基板倾斜时如何改变。

具体实施方式

为了简单和说明的目的，主要参考本公开的示例来描述本公开。在以下描述中，为了提供对本公开的全面理解，提出了很多具体细节。然而，很清楚的是，本公开可以在不局限于这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，一些方法和结构没有被详细描述，以免不必要地混淆本公开。

此外，在不脱离本公开的范围的情况下，附图中描述的元件可以包括附加部件，并且这些图中描述的部件中的一些部件可以被移除和/或修改。此外，图中所示的元件可以不按比例绘制，因此，元件可以具有与图中所示的不同的尺寸和/或配置。

应当理解，上述一般描述和以下详细描述都只是示例性的和解释性的，并且旨在提供对本教导的各种实施例的解释。在其广泛和变化的实施例中，本文中公开了物品，诸如具有安全元件的钞票；用于在制造物品的方法中使用的组件；以及制造和使用物品和/或组件的方法。

本公开描述了一种组件10，该组件10包括：第一磁体12a；基板16，定位在第一磁体12a上方并且具有用于接纳包括多个可磁化片18的组合物的表面；以及定位在基板16上方的第二磁体12b，如图1所示。如本文中更详细地讨论的，基板16可以在两个圆柱体14a、14b之间移动，例如，包括第一磁体12a的第一圆柱体14a和包括第二磁体12b的第二圆柱体14b。基板16可以在进给方向17上以与第一圆柱体14a和第二圆柱体14b的旋转相同或基本相同的速度移动。第一磁体12a相对于第一圆柱体14a被配准，并且第二磁体12b相对于第二圆柱体14b被配准。基板16可以移动通过由第一磁体12a和第二磁体12b生成的磁场20，以对准多个可磁化片18。

基板16可以是能够接纳包括多个可磁化片18的组合物的任何材料。基板的非限制性示例包括纸、硬纸板、塑料等。基板16可以具有用于接纳组合物的表面。

多个可磁化片18可以分散在粘合剂中。多个可磁化片18可以以足以允许多个可磁化片18在粘合剂内移动(诸如对准或定向)的量存在于组合物中。组合物可以包括附加添加剂。组合物可以是油墨、涂料或清漆。

多个可磁化片18可以是任何片体，包括可以在磁场20中对准和/或定向的磁性材料。可磁化片18的非限制性示例包括通过球磨机技术生产的NOVAMET^TM(从NovametSpecialty Products公司可获取)磁性软镍或不锈钢片；通过真空沉积技术生产的可磁化材料片；以及作为在其结构中包含可磁化材料的单色或变色薄膜干涉安全颜料的可磁化片。

由第一磁体12a、第二磁体12b和第三磁体12c生成的磁场20从XY方向上升到Z方向，如图2所示。包括多个可磁化片18的组合物存在于基板16的表面上。多个可磁化片18可以在磁场20中诸如在Z方向上对准。以这种方式，可以实现各种光学效果，这些光学效果是用单个圆柱体/磁体及其相关联的磁场所不可能实现的。

组件10可以包括两个或更多个磁体12，诸如第一磁体12a、第二磁体12b、第三磁体12c。该组件可以包括多个磁体，其中至少一个磁体12a定位在基板16下方，并且至少一个磁体12b定位在基板16上方。如图1所示，第一磁体12a可以被并入或嵌入到第一圆柱体14a中，并且第二磁体12b可以被并入或嵌入到第二圆柱体14b中。

该组件可以包括第一圆柱体14a和第二圆柱体14b，其中基板定位在第一圆柱体14a与第二圆柱体14b之间。第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以对准在一起，例如，其中第二圆柱体14b从第一圆柱体直接跨过基板16。

第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以围绕与进给方向17正交的轴线旋转。第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以以相同速度或不同速度旋转。第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以以与在进给方向17上移动的基板16相同的速度旋转。

第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以在相同或相反方向上旋转。第一圆柱体14a可以在第一方向上旋转，并且第二圆柱体14b可以在与第一方向相反的第二方向上旋转。在另一方面，第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以在相同方向上旋转。

图3示出了包括第一圆柱体14a和第二圆柱体14b的示例性组件10。每个圆柱体14a、14b可以包括一个或多个磁体，诸如第一磁体12a和第二磁体12b。在一个方面，一个或多个磁体(诸如多个磁体12)可以围绕每个圆柱体14a、14b的圆周均匀地间隔开。一个或多个磁体12a、12b可以被嵌入到每个圆柱体14a、14b中。在一个方面，第一磁体12a可以是嵌入到第一圆柱体14a中的多个磁体。在另一方面，第二磁体12b可以是被嵌入到第二圆柱体14b中的多个磁体。

在一个方面，磁体(诸如第一圆柱体14a的第一磁体12a)可以面对另一磁体(诸如第二圆柱体14b的第二磁体12b)。在一个方面，第一圆柱体14a中的第一磁体12a可以与第二圆柱体14b中的第二磁体12b配准。

组件10还可以包括光源22。光源22(诸如激光器或发光二极管)可以发射能量，例如，蓝色波长或紫外线波长的光。能量可以朝向第一圆柱体14a与第二圆柱体14b之间的间隙被集中。以这种方式，光源22可以固化存在于基板的表面上并且包括多个可磁化片18的组合物。例如，在磁场20中的对准之后，多个可磁化片18可以固定在对准和/或定向的状态。光源22可以是激光器或蓝色LED。组件10还可以包括透镜，诸如圆柱形透镜。在一个方面，光源22(诸如衍射光源)可以折射通过透镜以变成准直光束。

在另一方面，如图4所示，组件10可以包括定位在第二圆柱体14b内部的光源22，诸如UV灯。第一圆柱体14a可以是实心的，并且可以包括漏斗形的第一磁体12a。第一圆柱体14a和第二圆柱体14b可以在相同方向上旋转。第二圆柱体14b可以是中空的以包括第二磁体12b(其是圆柱形的)，并且可以定位在透镜28(诸如石英透镜)内。透镜28可以由金属反射镜26围绕。金属反射镜26可以是具有用于接纳透镜28的中空部的单一柱面反射镜。在另一方面，金属反射镜可以是定位在透镜28周围的一个或多个金属反射镜。光源22可以发射光束24并且可以照射透镜28。光束24可以通过透镜28以法线角度到达组合物，而其他光束24从反射镜26反射。

磁体12a、12b可以是永磁体。在一个方面，第一磁体12a和第二磁体12b可以被定位为使得第二磁体12b的极面对第一磁体12a的相同极。在另一方面，第一磁体12a的极可以被定位为面对第二磁体12b的相反极。

第一磁体12a的平面可以与第二磁体12b的平面平行。在一个方面，第一磁体12a的平面与第二磁体12b的平面成大于0°的角度。该角度可以在0°到180°之间，例如在5°到170°之间，作为另外的示例，可以在10°到160°之间。在一个方面，该角度约为15°。

组件10可以包括沿着中心轴线28静态定位的第二磁体12b。第一磁体12a可以围绕中心轴线28旋转。在一个方面，组件10可以包括第一磁体12a和第三磁体12c，第一磁体12a和第三磁体12c可以围绕中心轴线28旋转，并且可以定位在基板16的表面下方第一距离30处。第二磁体12b可以定位在基板16上方第二距离32处。

该组件可以用于生产物品，诸如光学安全元件。一种生产光学安全元件的方法可以包括：在进给方向17上在包括第一磁体12a的第一圆柱体14a与包括第二磁体12b的第二圆柱体14b之间移动基板16；并且以与基板16相同的速度旋转第一圆柱体14a和第二圆柱体14b；其中包括多个可磁化片18的组合物存在于基板16的表面上。当基板16在第一圆柱体14a与第二圆柱体14b之间在第一方向上移动时，组合物中的可磁化片18可以在由第一圆柱体14a中的第一磁体12a和第二圆柱体14b中的第二磁体12b生成的磁场20中被定向。定向的可磁化片可以经由光源被固化。固化的组合物可以呈现图像，诸如符号、数字、形状等。当具有固化的组合物的基板16倾斜和/或视角被改变时，图像可以变形或扭曲，和/或图像的一部分可以相对于图像的另一部分变亮或变暗。

示例1

图5A示出了简化的组件的俯视图。磁体12a、12b的平面彼此平行。第一磁体12a定位在基板16下方，该基板16涂覆有包括可磁化片的组合物15。第二磁体12b定位在基板16上方。第一磁体12a以其南极面对第二磁体12b。基板16在进给方向17上被移动。

图5B示出了由第一磁体12a和第二磁体12b产生的磁场20的计算机建模。基板16的平面中的磁场在所有方向上被挤压离开。可磁化片将沿着磁场20线对准以产生反射表面，如图5C所示。图5A所示的组件在印刷元件中定向可磁化片，以产生图5D所示的光学效果。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。

示例2

图6A示出了使用与图5A所示的相同的组件，但是第一磁体12a和第二磁体12b已经在基板16的平面内旋转了45°。图6A所示的组件产生了图6B中的图像。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。可以看出，图6B中的图像与图5D中的图像基本不同。

示例3

使用图5A所示的组件，但是第一磁体12a和第二磁体12b的平面是不平行的。如图7A所示，第一磁体12a的平面与第二磁体12b的平面之间的角度为15°。印刷物品，如图7B所示。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。

示例4

该组件包括第一磁体12a和第二磁体12b，第一磁体12a为漏斗形并且定位在基板16下方，第二磁体12b定位在基板16上方，如图8A所示。第一磁体12a和第二磁体12b两者分别安装在第一圆柱形14a(未示出)和第二圆柱形14b(未示出)中。印刷物品，如图8B所示。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。特别地，可以在中间图像中看到在基板16的不同旋转角度下变形的环。

图8B的物品由两个不同光源照明，以说明元件的外观如何改变。每个光源产生其自己的变形环(未示出)。同时使用两个不同光源形成“蜘蛛”图案，如图8C所示。

示例5

在另一方面，组件可以包括可以围绕中心轴线旋转的至少一个磁体和静止的至少一个磁体。如图9A所示，该组件可以包括第一磁体12a和第三磁体12c，第一磁体12a和第三磁体12c的北极定位在距基板16约0.125英寸的第一距离30处。第一磁体12a与第三磁体12c相隔约1英寸的间隙，并且第一磁体12a和第三磁体12c各自可以围绕中心轴线28旋转。第二磁体12b与中心轴线28同心，并且以约0.25英寸的第二距离32静态地安装在基板16上方，其南极面对旋转磁体12a、12c。

包括至少一个旋转磁体和至少一个静态磁体的组件用于生产物品。特别地，包括具有多个可磁化片的组合物的基板经受磁场20，如图9A所示。对准的可磁化片产生菲涅耳状锥形反射器，如图9B所示。中心图像示出了法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。

图9A中的第二距离32从约0.25英寸减小到约0.1英寸。如图9C所示，图像的外观从菲涅耳状锥体变为凹坑。

示例6

在另一方面，使用图9A的组件，但第二磁体12b的磁取向发生了变化。如图10A所示，第二磁体12b被转动，使得其北极指向基板16以及第一磁体12a和第三磁体12c。第二距离32和第二距离相同，即约0.07英寸。排斥磁体12b和12a、12c产生磁场(未示出)。如图10B所示，利用丝网印刷技术在纸基板16上印刷物品。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。特别地，可以在中间图像中看到在基板16的不同旋转角度下变形的环。可以看出，可以感知到深度错觉，即，图像的中心的数字“10”看起来比环的内边缘低约0.25英寸。

示例7

如图9A所示的组件如下被改变：第一距离30和第二距离32各自减小到0.0625英寸；并且第一磁体12a与第三磁体12c之间的距离从约1英寸增加到约1.63英寸。如图11所示，利用丝网印刷技术在纸基板16上印刷物品。中心图像展示了印刷品在法线观察角度下的视觉外观。所有其他图像显示，在围绕横轴和纵轴的不同旋转(倾斜)下，可见外观发生了变化。特别地，在法线观察角度下，环看起来更平坦。附加地，在所有倾斜角度下，都会出现波浪而不是环。

示例8

诸如分别安装在第一圆柱体14a(未示出)和第二圆柱体14b(未示出)中的第一磁体12a和第二磁体12b等磁体的一个优点是当磁体与其间的基板16结合在一起时，这是磁体的非对称配准的机会。如图12A所示，第一磁体12A围绕中心轴线28在方向34上旋转，从而在基板16下方形成轨迹36。静态安装在基板16上方的第二磁体12b生成非对称磁场20，随着第一磁体12a的旋转，其配置不断改变。

图12B示出了由第一磁体12a在轨迹中的两个不同位置36和38处生成的磁场的非对称性。区域20a中的磁场由位置36中的第一磁体12a生成。区域20b中的磁场由位置38中的第一磁体12a生成。

图12C示出了具有包括可磁化片18的组合物的基板16的横截面，该可磁化片18在由图12A-图12B所示的组件生成的磁场20a、20b中被对准。在非对称磁场中对准的可磁化片18可以生成类似于图12D中的示意性表面的反射表面，其中光源如图所示定位。

图12E是通过在如图12A-图12D所示的磁场中在基板16上印刷圆形而制成的物品，该基板16具有包括可磁化片的组合物。该物品可以在黑暗的背景下呈现出螺旋状的明亮形状。该形状随着基板16以相对于法线观察角度的所示角度倾斜而改变。

根据上述描述，本领域技术人员可以理解，本教导可以以各种形式实现。因此，尽管已经结合特定实施例及其示例描述了这些教导，但是本教导的真实范围不应如此受限。在不脱离本文中教导的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

本范围公开内容应作广义解释。本公开旨在公开实现本文中公开的涂层、设备、活动和机械动作的等价物、部件、系统和方法。对于所公开的每个涂层、设备、物品、方法、部件、机械元件或机构，本公开还在其公开中包括并且教导用于实践本文中公开的很多方面、机构和设备的等价物、部件、系统和方法。此外，本公开涉及涂层及其很多方面、特征和元件。这种涂层在其使用和操作中可以是动态的，本公开旨在涵盖使用制造的设备和/或光学设备的等效物、部件、系统和方法、以及与本文中公开的操作和功能的描述和精神一致的很多方面。本申请的权利要求同样应当被广泛地解释。本发明在其很多实施例中的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不偏离本发明要旨的变化旨在在本发明的范围内。这种变化不应当被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种组件，包括：

第一磁体；

基板，定位在所述第一磁体上方，并且具有用于接纳包括多个可磁化片的组合物的表面；以及

第二磁体，定位在所述基板上方。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体被并入第一圆柱体中，并且所述第二磁体被并入第二圆柱体中。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述第一圆柱体和所述第二圆柱体在相同方向或相反方向上旋转。

4.根据权利要求1所述的组件，还包括光源。

5.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体是嵌入到第一圆柱体中的多个磁体。

6.根据权利要求1所述的组件，其中所述第二磁体是嵌入到第二圆柱体中的多个磁体。

7.根据权利要求1所述的组件，其中所述光源是激光器或发光二极管。

8.根据权利要求7所述的组件，其中所述发光二极管发射的能量是蓝色波长或紫外线波长。

9.根据权利要求2所述的组件，其中所述第二圆柱体是中空的，并且所述第二磁体是圆柱形的。

10.根据权利要求2所述的组件，其中所述第一圆柱体是实心的，并且所述第一磁体是漏斗形的。

11.根据权利要求9所述的组件，其中所述第二磁体被定位在透镜内，所述透镜由金属反射镜围绕。

12.根据权利要求1所述的组件，其中所述第二磁体的极面对所述第一磁体的相同极。

13.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体的平面平行于所述第二磁体的平面。

14.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体的平面与所述第二磁体的平面成大于0°的角度。

15.根据权利要求1所述的组件，其中所述第二磁体是圆柱形的，并且所述第一磁体是漏斗形的。

16.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体的极面对所述第二磁体的相反极。

17.根据权利要求1所述的组件，其中所述第二磁体沿着中心轴线静态地定位；并且其中所述第一磁体围绕所述中心轴线旋转。

18.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一磁体定位在距所述基板的表面第一距离处。

19.一种生产光学安全元件的方法，包括：

在进给方向上，在包括第一磁体的第一圆柱体与包括第二磁体的第二圆柱体之间移动基板；以及

以与所述基板相同的速度旋转所述第一圆柱体和所述第二圆柱体；

其中包括多个可磁化片的组合物存在于所述基板的表面上。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：在由所述第一圆柱体中的所述第一磁体和所述第二圆柱体中的所述第二磁体生成的磁场中定向所述可磁化片；以及固化。