CN1894951A - 衍射色彩系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在衍射色彩系统中的方法，其中色彩系统规定了通过将两个或更多的衍射地产生的基色叠加地混合在一起，从而产生的视觉色彩效果、目标色彩。根据本发明，基色以及用于产生它们的基本光栅的特性按如下方式选择，它们产生特别是在特定应用照明中需要的精确基色，并且当需要时分别考虑到基片材料和/或其他背景的色彩。本发明也涉及实现该方法的衍射色彩系统，以及产生混合目标色彩的衍射部件。此外，本发明还涉及包括一个或多个衍射色彩效果的产品。

Description

衍射色彩系统

本发明涉及根据后附的独立权利要求1前序部分的一种衍射色彩系统中的方法，该色彩系统规定了视觉色彩效果，目标色彩，它们是将两个或多个衍射地产生的基色混合在一起而形成的。此外，本发明涉及根据后附的独立权利要求14的一种用于实现所述方法的衍射色彩系统。本发明还进一步涉及根据后附的独立权利要求17前序部分的一种用于产生混合目标色彩的衍射部件(diffractive component)。本发明也涉及根据后附的权利要求33的一种包括一个或多个衍射色彩效果的产品。

在总体上，本发明涉及应用衍射单元(diffractive element)来产生色彩，在该情形下由打印墨水产生的传统效果在某些应用中可以被衍射而产生的色彩所替代从而产生更有效的视觉效果。

背景技术

色彩在现代人的生活方式中有着重要的作用。色彩是多种材料生产中的重要因素并是许多产品的商业成功的核心要素。例如，在包装材料上使用的色彩具有非常重要的激发消费者兴趣以及分辨品牌和商标的作用。色彩，例如，帮助一个消费者在其他竞争产品中找到已经熟悉的品牌名称产品。

在发展色彩产生方法时，目标是提供非常鲜明而精确的色彩效果，该色彩效果必须在不同材料和不同的处理中也是可以再现的。鲜明在此指的是，例如，色彩非常纯，正好是所需的色调，并且明亮。

在传统的所谓的相减色彩系统中，色彩通过以某些比例混合着色剂或颜料而形成，这种情况下一个用这种着色剂处理的表面反映了想要的色彩。然而，这种类型的相减以及由此而使用于印刷材料上的基于光吸收的混合，不能用已知的方法提供像将典型地代表三基色的光直接混合到一起的所谓的叠加地混合那样鲜明而且明亮的色彩。叠加色彩的形成应用于例如阴极射线管中，其中在RGB系统中被混合的基色为红(R)，绿(G)和蓝(B)。在用于印刷材料的相减色彩系统中，通常使用所谓的CMYK系统，其中基色为青(C)，紫(M)，黄(Y)和黑(K)。

这样的情况是，公知的即色谱，也就是相减混合中使用的基色所形成的所谓的色域要小于利用叠加地混合实现的色彩。

根据现有技术这样的相减印刷墨水系统也是已知的，其中使用了多于四种的基色来提供更宽的色谱。在美国专利号5734800专利中描述了一个基于六基色的此种色彩系统。

同样，已经知道在叠加色彩系统中利用多于三种的基色来达到更好的色彩逼真度。根据现有技术，近来还知道，与传统的RGB系统相比，这些所谓的多基色显示器例如使用了六基色。

然而，在包装材料中，色彩的形成通常还是几乎单独基于基色的相减混合，其明显的原因在于这种色彩可以用印刷方法容易地在实践中产生。不过，追求更多优秀色彩效果的趋势，使得各种基于全息图的方法得到了发展，其中色彩借助于衍射单元的来产生。通过全息图效果，使包装材料具有了所需的光彩，并且可以用于展示产品的原创性，例如，由于全息图的实现明显要比普通印刷技术繁杂，因此其使得制造产品复制品复杂化。

美国专利号5,797,632专利公开了一种解决方案，其中通过将墨水印刷到基片的表面而将色彩图像产生于它上面，在其上墨水起到媒介的作用，进一步形成三个不同的半色调图像。这些半色调图像作为衍射部件形成到印刷墨水上，反射三种不同的基色，这些衍射单元从所述的三种基色中基于叠加色彩混合而产生一个色彩图像。此印刷墨水可以是热定型的，光聚合的或某些其他热塑性的墨水(见US5797632第6栏第63行至67行)。

尽管上述的美国专利US5,797,632提出了一个解决方案，它可以通过印刷技术在例如包装材料表面上产生比现有技术更加鲜明的全息效果，然而通过它实现的色谱仍然太局限性而难以满足如产品设计者现在的以及持续增长的需要。

作为根据现有技术的解决方案的一个明显的不足，还可以注意到，现在也还远没有合适的工具，利用这类工具，通过使用叠加色彩混合的衍射部件，能以受控的方法来产生诸如CIE 1931色彩坐标(Commission Internationaledel’Eclairage)的标准化色彩坐标的色彩色调。这阻碍了例如当设计和生产产品包装时衍射产生的色彩效果的广泛和有效使用。

本发明的主要内容以及最显著的优点

本发明的目的是提供一种新的方法，它可以使色彩的衍射生成物包括比以前更宽的色谱。进一步，通过本发明，可以用衍射部件精确地产生由任意标准化色彩坐标诸如CIE 1931色彩坐标规定的色彩，或者与此坐标特定相关地规定的色彩系统，如Pantone。本发明的一个目的是规定一种新的衍射色彩系统，通过它，例如，设计产品包装的图形设计者可以与顾客和在生产产品包装中涉及的团体交流。与此相关，一个核心目标也是确定可以在不同的团体之间传送关于被包含在色彩系统中的色彩的信息和关于实现这些色彩的衍射部件的信息、的方式。

为了达到这些目的，根据本发明的方法的主要特征在于后附的独立权利要求1的特征部分中所呈现的。接下来根据本发明的衍射色彩系统的主要特征在于后附的独立权利要求14的特征部分中所呈现的。进一步，依据本发明的衍射色彩部件的主要特征在于后附的独立权利要求17的特征部分中所呈现的。依据本发明的包括一个或多个衍射色彩效果的产品的特征接下来呈现在后附的权利要求33中。其他的从属权利要求表示了本发明的一些优选实施例。

本发明的基础在于意识到：通过在光栅设计中考虑到其中光栅产生的色彩将要被检验的那些光照条件，从而有可能用衍射光栅来产生非常明亮和纯正的基色。本发明的核心特征涉及以全新的和创新性的方法来选择基色的波长和数量，此方法可实现比以前每个个别应用中更宽的色谱。此外，当为了达到专用的和精确的色彩重现时，也会注意到光栅基片和其他可能的背景材料的光谱特性。重现在不同材料上产生的色彩是一个核心特征，要求能这样地来用精确恰当的方法重现与品牌对应的色彩以及尽可能有效地影响消费者。

根据本发明，所需的目标色彩是通过叠加地混合基色来产生的，每种基色是利用针对正在讨论中的基色而被最优化的基本光栅产生的。相互混合的基色(典型地为三个不同的色彩)是根据本发明从特定应用或特定颜色的更宽的基色侯选组中选择的，在这种情况下在不同的应用中以及当产生不同的目标色彩时，如果要求的话，可以使用基色的不同组合。通过从基色侯选组选出为特定应用产生正在讨论中的色彩色调的最适宜的基色，就有可能实现明显宽于传统色彩系统中的色谱，在该色彩系统中，叠加性混合的基色被预先确定而无需更多特别的特定应用或者目标特定色彩的优化。在色彩空间中中，基色位于再现的色彩的光谱边界，即色域上，并且通过混合它们就可能形成混合的目标色彩，后者位于在色彩空间中由基色所限定的区域内。

根据本发明，基色和用来产生它们的基本光栅的特征按照如下方法选择：它们产生所需的特别是在特定应用的照明中的精确基色，并在需要时要通过分别考虑基片材料和/或其他背景的色彩。

在本发明的一个实施例中，候选基色适合于荧光灯发出的光的光谱中的光谱峰值。然后为每个候选基色设计一个合适的标准化基本光栅，它包括例如特定的光栅剖面(grating profile)和周期，然后为它们对每个应用情况和/或目标色彩选择所要求的三个不同的基色/基本光栅供使用。通过控制再现所选择的基色的标准化基本光栅的共有区域比率来实现按所要求的比例将选择的基色叠加地混合。换言之，在希望用荧光灯照明来重现色彩的所有情况下，根据本发明，例如，四个候选基色(它们对应于荧光光线中存在的四个光谱峰值)以及它们相应的标准化基本光栅因此是可以得到的。这四个候选基色可以覆盖色彩空间中的一个特定的色域，即色谱，这在下面将会变得更明显。为了在色彩空间中的某个位置重现目标色彩色调，例如从候选基色中选择三个基色，并通过将其叠加地混合，即，通过控制它们相应的基本光栅区域比率，来产生正在讨论中的色调。

产生混合的色彩并由产生不同基色的基本光栅组成的基本区域单元，即一个实际上的色彩像素，可以创建基本光栅的结构，它可以例如，通过点状或带状的像素化来实现。基本区域单元的像素化可以例如作为水平或垂直带状结构来实现，这将在下面变得更明显。通过并排地形成这些基本区域单元，便可以产生所需的在更大面积(其中所有的基本区域单元彼此相似)上的均匀色彩，或者，例如，一个图形，图像，或者由半色调光栅图像形成的文本，或某些其他非单一的效果。在后面的情况中基本区域单元的某一部分形成例如半色调图像之一，也就是说，再现了某个色调，而同时其他基本区域单元再现了一个或多个另外的色调。最后可见的效果是形成了这些半色调图像的组合效果。

由相邻的基本区域单元形成的光栅结构组合典型的形成在例如由镍制成的印刷块或类似产品上，在此结构中不同的基本区域单元可以安排成产生彼此相同的混合色调，或者替代地，不同的基本区域单元可以产生不同的色调。通过使用此类的印刷块或板，在面积足够宽阔时光栅结构可以有利地通过压印(盖印)进一步转移到塑料、纸张、纸板或其他合适材料上，从而例如在印刷产品中使用所述材料或作为包装材料。优选地压印通过卷到卷(roll-to-roll)处理或单张印刷(sheet printing)来实现。

受益于上述由于它们的特性而被标准化的并且预定用于某个照明条件的这种基本光栅，通过本发明就有可能简单地实现借助于标准化的例如CIE 1931色彩坐标而规定的任何色彩来确定一种根据本发明的确切的衍射色彩系统，因为当明确知道标准化基本光栅和它们产生的基色的特性时，就可以为选择的基色规定具体的混合比率来产生所需的色彩。这时可以通过对基本区域单元将图像光栅化/像素化从而以所需的色彩来重现需要的图形，在该基本区域单元的每一个中，基本光栅对正在讨论中的基本区域单元产生所需的混合色彩。

用根据本发明的色彩产生方法，对所选定的视角实现精确和控制的色彩混合。这对于例如制作品牌和商标非常重要。因此，本发明使得例如在图形和包装工业中可以大规模的生产精确的衍射色彩。本发明也提供了可以在例如顾客、设计者以及产品制造者之间准确和可靠地传送关于衍射色彩表的彩色的信息的装置，用这种方法以所需的方式在完成的产品中重现这些色彩。

本发明不限制于仅利用荧光灯照明或其他包括离散光谱的光源，候选基色(以及相应的基本光栅)也可以例如针对具有连续光谱的白炽灯以及自然光照明而实现。然而，包含离散光谱的光源，例如荧光灯管、半导体发光器(发光二极管，半导体激光器)，或者通常的激光器照明(例如气体或者晶体激光器)在实践中一般会提供相对于具有连续光谱的光源明显更好的照明，即亮度。

在实现根据本发明的色彩系统时的一个核心参数是要优化所产生的色彩效果的亮度。亮度(即，感受到的目标的表面光亮度)同时取决于目标反射的辐射的光谱功率以及眼睛的光谱灵敏度。下面将会更为紧密地联系下面的例子来讨论影响亮度最大化的因素。

接下来，将会利用选择的例子更详细地讨论本发明，通过这些例子，本发明，它的优点以及不同的实施例，对于本领域的技术人员将更加显而易见。

附图说明

下面，本发明将会参考附图作更详细地说明，其中

图1在原理上示出了色度CIE色彩坐标，

图2示出了荧光灯的典型辐射光谱，

图3在原理上示出了具有根据本发明而实现的具有较宽色彩重现区域的典型监视器和打印机的色彩重现区域，

图4呈现了利用不同的基色选择实现的色彩重现区域，

图5呈现了一个图形标记以及相关的文字作为包括基本区域单元的像素化结构的实现，

图6在原理上示出了一个周期性的并且二元的衍射光栅结构，它可用于实现基本光栅，

图7在原理上示出了一个用带状形式垂直像素化的基本区域单元结构，

图8在原理上示出了一个用带状形式水平像素化的基本区域单元结构，

图9a-f示出了生产在压印中使用的印刷块的方法，

图10示出了在基本区域单元中基本光栅/基色之间的一种相互关系的实例，以及

图11示出了位于CIE1931xy坐标中的依据本发明的色彩系统的色彩。

本发明详细描述

下面通过使用主要作为实施例的为荧光照明选择候选基色来更详细地阐述本发明。在相应的情况下，基色的选择也可以针对其他包括离散光谱的光源实施，其中光源可以例如由具有不同颜色的发光二极管组成的照明设备形成。彩色效应的亮度的最优化也通过实施例更详细地描述。此外，也更详细地描述了基本光栅的实现，同时也描述了色彩坐标系统中的某个色彩怎样编码成由基本光栅形成的基本区域单元的区域比率。最后描述了依据本发明的色彩系统以及从中可获得的益处。

关于色彩坐标系统的概念

图1在原理上表示了CIE 1931为具有2度视角的观察者规定的色度学的色彩坐标系统。对于10度观察者的相应色彩坐标系统也是已知的。由于印刷技术的原因图1没有表示出颜色，但是以已知方式绿色位于图的上部角落，蓝色位于较低的左角以及红色位于较低的右角。在色彩坐标系统中示出了根据目标辐射光谱的所谓的三色激励值X，Y，Z，基于它们的值按照下面的方法来评估所谓的色度值x，y，x＝X/(X+Y+Z)以及y＝Y/(X+Y+Z)。通常仅是上述的色度值x和y由色彩坐标计算，因为通过这两个变量可以表达整个色度信息。三色激励值中的Y表示了色彩的亮度，即光亮的程度。因此，三维XYZ色彩空间可以用图1所示的二维xy空间来代替。例如，标准光中测量的白色x＝0.31以及y＝0.32，这种情况下z＝0.37，因为在此坐标系中x+y+z＝1成立。当考虑到不同的亮度等级时，CIE1931坐标中的图形10包括了一个标准观察者(实施例中2度的观察者)可以检测到的所有色彩。

根据本发明，典型地将三个基色叠加地混合地在一起以产生所需的色彩，其中每个基色由为讨论中的基色作了优化的基本光栅产生。下面对本发明的描述中使用了CIE色彩坐标，但本领域的技术人员容易知道通过本发明的装置可以根据已知的任何色彩坐标系统或色彩系统来实现色彩，只要它们明确地被规定为与描述人的色彩感知系统的任何色彩坐标系统相关，例如与所述的CIE色彩坐标相关。

对荧光照明的候选基色的选择

荧光灯是电子放电灯。在放电灯中，电流在气体中传导，这样，气体分子被激发，并且当激发状态弛豫时，它们会放出辐射。荧光灯气体发出的短波辐射另外激发了荧光灯管内表面的荧光发光体，后者向外发出辐射，此辐射被检测为具有比激发辐射波长更长的可见光。气体和发光体中的所述激发和激发状态的驰豫都是谐振现象，并因此与他们有关的放射出的波长取决于所述物质的成分。在发光体发出的射线的光谱中，从连续的背景中可检测出清晰的光谱峰值。图2示出了一个典型的荧光灯辐射光谱。因为在荧光灯中使用的发光体是非常相似的，所以在几乎所有荧光灯的光线中这些光谱峰值基本上以相同的方式出现。然而如果需要，本发明也可以适合于所使用的发光体放射出的光谱与图2中所示的有较大区别和/或光谱峰值的相互关系不同的荧光灯，并且给灯所放出的光线建立不同的色温。因此，本发明适合例如与放射“冷”白光的灯或者放射“较暖”色彩光线的灯一起使用。

根据本发明一个有利的实施例，将基本光栅优化以便在荧光照明中使用，在这样情况下由荧光灯发出的光线光谱中产生的最强光谱峰值的波长被选为候选基色。典型地，这些波长大约为437nm，490nm，545nm和615nm。

因此，基本光栅要设计成使得在由其产生的色谱中，最大侯选峰值与荧光灯光谱的最大光谱峰值相一致，在此情况下基本光栅产生一个尽可能亮(具有高亮度)的基色并且是一个对某一视角光谱上纯净的基色。用高质量的光栅可以为想要的一个或多个视角产生具有非常窄的峰值的光谱。这意味着在荧光照明中的基本光栅产生的基色包括相对很少的几个不同波长，并且因此它们是非常纯的色彩，换句话说就是非常单色的。对于本领域的技术人员是显而易见的，即视角和检测到的光谱也自然地受到碰撞光栅的光线的入射角以及所述入射角的宽度的影响，即光束撞击光栅时与互相完全平行的光束偏离的角度的影响。

为了比较，图3表示在用于CIE 1931色彩坐标系统中的典型监视器(图形30)和打印机(图形31)的色域。此外，同一个图还表示了当根据上述的方法选择了候选基色以对应于荧光灯放射光谱中最大的光谱峰值时，用根据本发明的衍射部件实现的色域(图形40)。

在CIE坐标系统中由上述四个基色定义的区域40包括了可以通过这些候选基色产生的所有混合色彩。

图4在原理上示出了，怎样根据应用来选择三个上述的基色供使用，可以将它们混合来产生上述区域的任何目标色彩，此区域位于由坐标系统所述的三个色彩定义的三角形内。图形41表示了在色彩坐标中的一个区域，它可以用基色437，545和615nm来覆盖。图形42相应表示了一个色域，它可以用从候选基色中选择490，545和615nm作为基色来覆盖。可以将所有的四个基色互相混合来形成目标色彩。

基本光栅产生的色彩与作为光源的荧光灯的光谱峰值越是接近匹配，基本光栅产生的色彩就越鲜艳和明亮。在实际应用中，光线入射角的宽度(平行性)可以自然地改变，或者光线入射角的宽度也可以很大，在这种情况下根据已知的所谓的光栅公式使基本光栅产生的光谱自然地变得更宽。

基本光栅以及它们形成的基本区域单元，像素化

图5示出了一个由图形标识以及与之相连的文字(“metso”)形成的的例子，由包括基本区域单元的像素化结构组成。因为在专利申请中不可能表现彩色的图片，图5不得不用灰度来表示。

在图5的上角有三个矩形区域，每个仅包括一种类型的基本光栅并且因此仅产生出一种基色。从左到右，这些区域产生的波长为615nm(红基色)，545nm(绿基色)以及437nm(蓝基色)。

图形标记和文字依次由实际的彩色像素，即基本区域单元组成，这些每个基本区域单元包括在合适的区域共有比率下的这三种上述的基本光栅。因此，图形标记安排成以对观察者的某个视角作为混合的橙色调而文字则相应地以绿色调呈示，而这些色调都已被讨论的公司的标记所指定。

在一个单独的基本区域单元中，每一个基本光栅都以下列方式来实现，即它们的每一个都以基本上同一个视角来反映自己的特性基色，这样人眼便将因相邻安排的基本光栅发出的光线而看成由基色混合而成的色彩，并且在基本区域单元中不可能将一个单独的基本光栅/基色按照独立的色彩来检测。对应于单独基色的基本光栅区域如此之小，以致人眼不能将其觉察为一个单独的物体。

图6在原理上示出了，能够用作基本光栅的周期性和二元衍射光栅60。光栅60将撞击到它上面的光线61根据已知的所谓光栅公式分割为反射到不同方向的一些部分。在基本光栅的情况下，通过选择控制光栅60的光学操作的参数，例如，光栅剖面、光栅周期、光栅剖面的高度、光栅的填充系数以及适当使用的衍射次序，从而将所需的基色反射到一个需要的角度α，也就是观察或检测62的方向(视角)。光栅的特性也可以实现为可以具有多个观察方向。

视角α的一个优选值可以是，例如，30°。因此，当假设光线从光栅表面的法线方向射在光栅上的时候，可以使用例如由基本光栅的光栅公式决定的下列光栅周期，如图6在原理上所示：红色(光谱峰值615nm)1.23μm，绿色(光谱峰值550nm)1.1μm，青色(光谱峰值490nm)0.98μm，以及蓝色(光谱峰值437nm)0.875μm。因此，光栅周期与波长的比率值假定为2。

如果光栅印刷在基片的前表面上，光栅剖面的一个合适的高度值为130nm到150nm之间。由于制造技术的原因，光栅剖面的高度优选地选择为对所有基本光栅都相同，即使光栅剖面的高度总是一个折衷，因为，例如，对于上述的蓝色基色最有利的光栅剖面高度大约为125nm，而同时对于绿基色为155nm是有利的。上述的光栅剖面高度值是由计算获得的，并本发明不仅仅限制于使用他们，但光栅剖面高度和其他光栅参数可以根据情况而优化。

视角α的另一个优选值可以是，例如，54°。因此，当假设照明也位于光栅表面的法线方向的时候，基本光栅可以使用由基本光栅的光栅公式决定的以下的光栅周期：红色(光谱峰值615nm)760nm，绿色(光谱峰值550nm)680nm，青色(光谱峰值490nm)600nm，以及蓝色(光谱峰值437nm)540nm。因此，光栅周期与波长的比率值约为1.24

图7和图8示出了由不同的基色产生基本光栅71到73形成的混合色产生基本区域单元74，75是如何用多种方式实现的例子。在图7和图8中示出的产生不同基色的基本光栅71到73可以是例如根据图6的二元光栅，在其中上述光栅参数在每个光栅中按如下的方法选择，基本光栅以相同的视角α产生不同的基色，例如波长为615nm(红基色，光栅71)，545nm(绿基色，光栅72)以及437nm(蓝基色，光栅73)。

图7在原理上示出了按所谓的带状方法垂直像素化的基本区域单元74，以及图8相应地示出了一个按所谓的带状方法水平像素化的基本区域单元75。在图7中的垂直像素化基本区域单元74中，光栅行(x方向)的长度可以自由选择，而顺序的光栅周期(y方向)数目是有限的。在图8中的水平像素化基本区域单元75中的情形是相反的，即顺序的光栅周期数目可以增加(y方向)，但是光栅行(x方向)的长度在实践中受到限制。当使用带状像素化时，因此可以选择一个方向(图7中的x方向和图8中的y方向)，在其中一个单独的基本区域单元的尺寸可以增大到覆盖例如在印刷产品中要覆盖色彩效果的整个印刷产品的宽度。换句话说，基片平面上至少沿一个方向上的单独基本区域单元的尺寸要远比基片平面另一方向上的大，它的所述一个方向上的最大值仅受限于基片的尺寸。

在垂直带状像素化的情况下，基本区域单元74在y方向上的“高度”优选地为50到100μm。在水平带状像素化的情况下，基本区域单元75在x方向上的“宽度”优选地为30到100μm。

申请人已经注意到，在原理上，使用根据图8的水平带状像素化，可以在实践中实现基色的更精确混合以及产生比根据图7的垂直像素化更准确的色彩效果。并且，在垂直像素化中会发生分裂性衍射，这是因为y方向上的连续基本区域单元74本身形成了一个导致衍射的周期性重复结构，它的光栅常数要明显大于一个单独基本光栅的光栅常数。

本发明不仅仅限于使用上述的带状像素化方式，基本光栅也可以设置成单独的基本区域单元，例如，作为相邻的完全方形的区域，这样一个单独的基本区域单元可以形成为，例如，一个2×2阵列状结构。在这种2×2阵列结构中，可以使用例如四个相互不同的基本光栅/基色，或者三个不同的基本光栅/基色，在这种情况下一个选择的基色在阵列中由两个基本光栅显示，这两个光栅在阵列中可以相邻，一个在另一个的顶部或者交叉。

作为上述的像素化一个不同点，可以注意到当使用阵列状像素化的时候，基本区域单元x和y方向的尺寸(比较图7和图8)都受到了限制。因此，阵列状像素化最适合于例如再现光栅图形及类似的图像，而同时通过带状像素化可以再现比它们的区域更宽的统一的色彩效果。换句话说，当使用阵列状像素化时，按照基片平面上所有方向的一个单独的基本区域单元尺寸可以选择为与基片的尺寸相比相同或是较小。除了2×2型的阵列，例如，在x和y方向上都受限的1×3和3×1型的阵列也是可以的。在一个单独阵列中的像素数也可以比这里的多。

关于基本光栅的结构

基本光栅是衍射结构，其表面起伏(光栅剖面)的尺寸细节是很微小的，甚至要在亚微米状态。在这种衍射部件的制造中，使用了特殊的设备和方法，包括光刻法，例如激光束写入以及电子束写入，下面将详细描述。

图9a到9f在原理上示出了一个处理步骤，其中所需的起伏可以形成在一个印刷块上，这个印刷块是对保护层进行压纹的模压所需要的，在这种情况下其可以利用一个电子束。应该注意到，本发明并不局限于单独使用电子束压印，还可能在压印中使用其它的足够精确的方法，例如激光束或者其它光刻方法。

图9a在原理上示出了在基片材料90(玻璃，石英，硅等)上涂覆电子束压印所需的保护层91和传导层92。传导层92的用途是要将压印中使用的电子束产生的电负荷传走。图9c示出了保护层91的加工，其结果是保护层的一部分可以选择性地去除，这样所谓的主单元保留了下来。在图9d中，传导层93被蒸发在该主单元上，在其顶部进一步生长一个图9e中的镍印刷块94。在图9f中，表示镍印刷块已与图9c中的主单元分离。

在以上所述以外，还有其他几种可选择的同样已知的光刻方法以及它们不同的组合可用于在镍印刷块上形成图形。图9f中的镍印刷块94也可如此用于压印，或者可以根据图9e重复该处理步骤而由它形成更多的印刷块。

用上面所述的光刻方法，可以产生图形区域，利用现代生产技术，它的面积小于8”×8”。在实践中，用重新组合方法产生更大的区域，其中由上面提到的方法产生的一个单独印刷板94通过将其结构按由基片平面所定义的xy方向拷贝到基片上从而利用热压印或是模压方法被拷贝到更大的基片上。在热压印拷贝中，按上述生产的镍印刷板94被放置到所讨论的印刷块大小的金属支撑板上，并且用它，通过热压印将图形印刷在合适的塑料材料上，例如PMMA材料(聚甲基丙烯酸甲酯)。通过在塑料材料的不同位置上多次重复此步骤，可以产生一个新的包含更大区域的主单元，利用它以电解方法生成包含更大区域的印刷块和板。

也可以通过在包含更大面积的塑料、玻璃或石英基片上涂抹液体聚合物材料来完成组合，在该材料上印刷镍印刷块94上的图形。通过局部地使聚合物硬化(例如，用加热、紫外线或利用足够的硬化时间)，图形的结构可以在基片上所述的位置产生。通过在几个不同的点重复此处理，可再次形成一个有更大面积的主单元，以及可进一步在其上生成印刷板，该印刷板适于用在滚筒或其他类似机器上。

通过使用这种类型的印刷块或板，光栅图案可以经压印以优选的卷到卷的处理转移到例如纸张、纸板或者塑料上，它们更适于在印刷产品中使用或是作为包装材料。适于这个目的的其他基片材料有例如，玻璃、纺织品、金属以及陶瓷材料。有利地，产品基本材料同时也被用作为衍射部件基片。在不同基片上生成的涂层也可以用作为基片，例如，蜡克漆，颜料或印刷油墨层。代替卷到卷处理，大规模生产可以由单张印刷的方法来实现，这很适于例如纸板材料以及其他较硬的基片。压印可以例如在热模压印下进行或也可以不提高基片和/或印刷块的温度下进行，这取决于基片材料以及要被转移的光栅起伏。

有利地，根据本发明的产品的基本材料(例如包装材料)同时也用作为依据本发明的衍射部件的基片。

显然地，即使根据本发明的基本光栅优选地实现为表面光栅，这可以使它们的有效复制通过大规模生产的方式的印刷来进行，但本发明不仅仅限于使用表面光栅。在原理上，本发明也可以用于不同种类的在基片内部形成的或是在两个材料的接触面上形成的光栅结构，例如所谓的埋藏式光栅结构。

同时，光栅剖面的选择也不仅仅限于使用周期性二元方式，即基本上是矩形的光栅剖面。本发明也可以，例如，通过使用不同的正弦或是三角形的光栅结构来实现。取决于基片材料，光栅剖面的选择也可以受到以下情况的影响，即：实现例如包括所讨论的材料的垂直墙面的光栅剖面在实践中是不可能的，但为了成功，压印要求一个这样的光栅剖面，它能减少基片和印刷块相粘连的风险，并且减少它们之间的摩擦力。此外，光栅剖面可以是所谓的多级剖面，其中在一个或多个光栅周期中在光栅的不同部分光栅剖面的高度也随之变化。

使用已知的色彩坐标对混合色彩的编码

通过本发明的方式，可以准确地实现已经用一些已知的色彩坐标系统所规定的色彩。下面，作为实施例简短地讨论怎样通过本发明来形成借助CIE坐标而规定的色调。

第一个步骤是，例如，从候选基色中选择三种这样的基色，它们在色彩坐标的xy水平面上形成一个三角形，所需的混合色彩即保持在其中，如图4所示。

这时在混合的色彩中基色的均衡的比例p1，p2和p3由线性变换决定。目标混合色彩的XYZ值与一个3×3阵列相乘后再与一个定标系数相乘，光栅产生的亮度由该定标系数决定。所述3×3阵列是由色彩拟合函数(三个)的阵列和选择的基色频谱(三个)的乘积的逆阵列所形成，这些拟合函数是由CIE决定的，并且因而是已知的。因此，当利用计算确定各基色之间的相互关系时，在计算中同时考虑了人眼的光谱敏感度以及产生基色的基本光栅的光谱。

这样计算的最终结果为三基色的相互关系p1，p2和p3。这些比率进一步决定了在基本光栅形成的单独基本区域单元中再现所讨论的基色的基本光栅的共有面积比率。

图10作为一个例子，示出了一种基本区域单元中基本光栅71和72的部分均为25％和基本光栅73的部分占50％的情况。与这些基本光栅相对应的基色以相同的比率在再现混合色彩的基本区域单元中再现。优选地，在图10中的垂直像素化的情况下，基本区域单元74的总高度最好是从50到100μm，如结合图7所示的那样。

影响混合色彩可检测性的特别步骤

当目标是根据本发明的专用的、精确的色彩再现时，也要关注光栅基片以及其他可能的背景材料的光谱特性。因为彩色基片或是透过透明的基片可以看到的彩色背景的色彩会衍射地叠加到产生的混合的色彩上，这个现象可以在确定基色的相互关系时加以考虑以便保证准确的色彩再现。因此，最终的目标色彩是由基色混合的色彩以及叠加在其上的背景的色彩共同形成。在此，根据本发明，应当考虑到衍射部件本身以及(如果要求的话)它的透明基片的光谱透明度，这影响了在混合由元件产生的色彩时透过所讨论的元件及其基片的所说的背景是如何“可见”的。

在衍射部件全部或部分实现在透明基片上的应用中，例如，在塑料薄膜上，衍射结构在所讨论的薄膜类的基片的两面都可以实现。因此，对某一视角达到的色彩效果是根据在不同表面上实现的这些光栅结构的组合效果而形成的。

若该应用允许这样做，在使用暗色基片或者在透明基片后的暗色背景时，根据本发明产生的色彩效果的可检测性和反差最好。

衍射色彩系统

根据本发明的方法和衍射部件，在实践中，能够实现一种全新的衍射色彩系统。为了使，例如，图形设计者可以在实践中利用根据本发明产生的色彩，要求一种可以充分理解的色彩系统来作为在产品的设计和生产过程中使用的通用“语言”—作为交流的基础。

包含衍射色彩效果的最终产品/包装的图形设计者必须要有使用的详细说明手段，通过它，在他/她的设计工作中利用以衍射方式混合的色彩，并且进一步以可靠明确的方式与顾客，特别是实现产品及其中包含的衍射部件的团体交流计划。

一种清楚明确地指定的色彩系统可以使例如生产衍射部件或用于制造它们所需的设备(例如利用电子束写入制造印刷块主单元的团体，或者压印/印刷块的制造者)的团体有办法来将生产步骤标准化和/或自动化，并保证他们制造的产品的质量。

顾客和设计制造步骤的团体必须有机会来检查和监视最终产品和相关印刷工作的生产质量，换句话说他们必须可以保证按照他们所订计划和定货那样在产品中产生衍射地实现的色彩。

下面，作为例子介绍了一种规定衍射色彩系统的方法，它的详细说明可以在要求精确规定目标色彩的产品的整个计划和整个实现过程中各不同步骤中使用，

根据本发明的衍射色彩系统可以例如用下列方式实现：我们假设有一组四个候选基色可使用，即，例如红色(R)，绿色(G)，青色(C)和蓝色(B)。混合色彩总是由三个基色形成，并且以一种方式直接将叠加地混合的色彩指定为这些基色的分配百分比，使得尽可能完美地覆盖色域，即，使色谱尽可能的宽。此外，色彩的明亮程度，即亮度最好按照后附的表1中横排中出现的那样变化而变得明显。

因此，一个单独的混合色彩接受kP1mP2nP3的形式，其中P1、P2和P3为组(R、G、B、C)中的基色，k、m和n为对应于这三个基色中每一个的百分比。当亮度为最大值时，k+m+n＝100。系数k、m和n可被规定例如按5％或10％的级别上变化。为上述系数选择的变化级别越小，可被规定的混合色彩数目就越多。色彩系统也可确定为使系数k、m和n的级别不是等距的，在这种情形下使得覆盖的色域中有更多的色彩会集中于色域的某一部分，或者使得整个色彩空间需要尽可能均匀的被覆盖。

后附的表1在原理上表示了根据本发明的色彩系统，其中系数k、m和n以10％的级别变化来形成混合的色彩。如果系统k、m和n中的一个的值为零，相应的基色来表中不作标记。

100R	90R	…	20R	10R
					100G	90G	…	20G	10G
100C	90C	…	20C	10C
90R10G	81R9G	…	18R2G	9R1G
					80R20G	72R18G	…	16R4G	8R2G
70R30G	63R27G	…	14R6G	7R3G
					…	…	…	…	…
…	…	…	…	…
					80R10G10B	72R9G9B	…	16R2G2B	8R1G1B
…	…	…	…	…

表1.衍射色彩系统的例子

请注意表1仅表示了讨论的色彩系统中少数的色彩，但对于本领域的技术人员来说，在考察表1时，对其余的色彩是怎样形成的将是显而易见的。在表的垂直方向移动时，混合色彩的色度发生变化，相对应地，混合色彩的亮度在水平方向上也变化。在一个单独的行中从左到右，亮度递减，单独基色的比例按10％递减。

通过四个候选基色的方法(其中至少选择三个基色来产生混合色彩)，在系数k、m和n使用了10％的梯级时可以创建2640个不同的混合色彩。图11表示了位于CIE1931xy坐标中的这些色彩。

如果系数k、m和n的梯级被选为例如5％，则混合色彩的总数将会是18480。在原理上，不需要将全部这些色彩组合包括在色彩系统中，但一般而言，当使用适当地受限的组合时，例如，RGB和CGB组合，则单独的色彩会减少但是色域仍然被完全地覆盖。

优选地为衍射色彩系统创建了一种单独的数据格式，例如，对色彩系统中全部的各个单独色彩进行单独地编号，即色彩调色板。因此，可以形成一个一维色彩图表。要以这样一种方式建立来建立四维色彩表，从而形成四维位图，该位图中表示每个基色的相对的份额的值与图上每一个点相关联。当完成后，色彩图表包括了用于通过混合基色产生所讨论的衍射图像的单独目标色彩所需的所有信息。这些信息也包括产生基色的基本光栅的详细特性信息。

对于一个图形设计者，可以根据色彩系统的色彩进一步计算例如所谓的sRGB值，即标准显示器的RGB值。如一开始已经提到的，衍射色彩系统的所有色彩并不都与sRGB色谱(见图3的例子)相配合，但是它们可以利用一个显示装置尽可能相似地再现。

从图形设计者的角度上讲，一个很重要的工具是各种色彩样本，它们直观地表现了对应于色彩系统的色彩。这些色彩样本在需要的时候，可以在例如多种材料上和相对多种背景颜色实现。

因此，设计者在设计一种效果的时候，可以从一个手持色彩样本中选择所需的颜色，进而在计算机上从图形软件中所用的色彩调色板中选择相同的颜色，所述软件进一步自动地将该色彩存储为这样的数据格式，它可以容易地修改成控制光刻印刷块制造的数据，例如，成为控制电子束写入的所谓的e-beam数据。

上述的衍射色彩图表仅是本申请体现的创造性基本理念的一个实施例。通过本发明的方法，可以形成数个不同的色彩图表，其中基色的加权系数可以不经跨级地自由选择。然而，所有这些的一个共同特征是，混合起来的基色从更宽的候选基色组中按照特定应用和/或特定目标色彩而选择。通过从候选基色组中按特定应用选择最适合产生讨论的色彩的基色，可以达到比传统色彩系统明显更为加大的光谱。

因此，很显然本发明不仅限于前面例子中描述的实施例，本发明仅应该根据后面权利要求所做出的限制而解释。

Claims (40)

1.一种在衍射色彩系统中的方法，该色彩系统规定视觉色彩效果，目标色彩，该目标彩色是通过将两个或更多的以衍射方式产生的基色叠加地混合在一起而形成的，其特征在于，为了规定色彩系统所包括的目标色彩，该方法至少包括以下步骤：

—形成一个特定应用的候选基色组，通过使用所讨论的特定应用的照明条件下以达到它们的照明作为主要选择标准来为该组选择候选基色，

—为了产生特定的目标色彩，从候选基色组中选择至少两个基色，从而使所述的目标色彩位于一个区域的色彩空间中，该区域可通过将所述选择的基色叠加地混合起来而被覆盖，以及

—为这些选择的基色确定一个特定目标色彩的混合比率，借助此比率，在特定应用的照明条件下通过将选择的基色叠加地混合起来以实现所述目标色彩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过选择候选基色以符合该照明光谱中可辨别的光谱特征，将规定目标色彩的色彩系统的详细说明在包括离散光谱的照明条件下实施。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过选择候选基色以符合荧光灯的光所发出的光线中最强谱带或谱线，来形成候选基色的特定应用组。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于基本上对应于437nm，490nm，545nm和615nm的波长来选择候选基色。

5.根据权利要求2的方法，其特征在于，通过选择候选基色以符合由半导体发光器实现的照明中可辨别的谱带或谱线来形成特定应用的候选基色组。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于为每个候选基色设计一个在基片上形成的并再现所述基色的衍射基本光栅。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，为了再现特定的目标色彩，在基片上进一步形成衍射基本区域单元，该单元由对应于为所述目标色彩所选择的基色的基本光栅组成。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，将所述基本区域单元中为所述目标色彩所选择的基色的混合比率编码成对应于基色的基本光栅的面积比率。

9.根据权利要求7的方法，其特征在于，在所述基色混合比率的详细说明中，在一个应用的情况下考虑到基片本身的色彩或者透过基片可见的背景色彩。

10.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述的基本区域单元由作为阵列状像素化结构的基本光栅组成，其中一个单独的基本光栅表示一个单独的像素。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述基本区域单元沿基片平面上所有方向的尺寸被选为基本上相同。

12.根据权利要求7的方法，其特征在于所述基本区域单元由作为水平或是垂直带状像素化结构的基本光栅形成。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于所述基本区域单元沿基片平面至少一个方向上的尺寸选为显著地大于基本区域单元沿基片平面另一个方向上的尺寸，所述基本区域单元沿一个所述方向上的尺寸最大值仅受限于基片的尺寸。

14.一种衍射色彩系统，该色彩系统规定视觉色彩效果，目标色彩，该色彩通过将两个或更多的以衍射方式产生的基色叠加地混合在一起而形成，其特征在于，在色彩系统中包含的目标色彩是被如下规定的：

—通过形成一个特定应用的候选基色组，其中通过使用在所讨论的特定应用的照明条件下以达到它们的照明作为主要选择标准来为该组选择候选基色，

—为了产生特定的目标色彩，从候选基色组中这样来选择至少两个基色，从而使所述的目标色彩位于色彩空间的一个区域中，该区域可通过将所述选择的基色叠加地混合起来而被覆盖，在这种情况下，

—为以这种方式而选择的目标色彩确定一个特定目标色彩混合比率，利用该比率，在特定应用的照明条件下叠加地将选择的基色混合起来从而实现所述目标色彩，以及

—关于所选择的用来产生所述目标色彩的基色以及它们的相互混合比率的信息被存储在色彩系统中。

15.如权利要求14所述的色彩系统，其特征在于，为了再现特定的目标色彩，进一步规定了衍射基本区域单元，该单元包括再现为所述目标色彩所选择的基色的基本光栅，该基本光栅的共有区域比率是对应于为产生目标色彩而确定的基色混合比率来选择的，并且关于产生所讨论的目标色彩的所述基本区域单元以及其中包含的基本光栅的特性的信息以特定的目标色彩的方式存储在该色彩系统中。

16.如权利要求14所述的色彩系统，其特征在于色彩系统中所包括的信息表现为一维或多维色彩图表。

17.一种衍射部件，包括至少一个在基片上形成的衍射基本区域单元，该部件被配置来建立可视的色彩效果，目标色彩，并被配置成叠加地混合两个或多个衍射地产生的基色，其特征在于：

—所述产生目标色彩的基本区域单元包括至少两个不同的衍射基本光栅，它们在至少一个共同的检测方向上产生不同的基色，在这种情况下，

—由所述基本光栅产生的为混合目标色彩而选择的基色是从特定应用的候选基色组中选出的，其中候选基色通过使用在所讨论的特定应用照明条件下以达到它们的照明作为选择标准来为所述组作选择，以及

—将所述基本光栅的面积比率进一步编码来对应于所选择的基色的混合比率，按该比率通过叠加地混合所述基色来形成在特定应用的照明条件下的目标色彩。

18.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于与在该部件中包括的至少一个基本区域单元中包含的基本光栅相对应的基色是从一个候选基色组中选出的，该候选基色是对应于包括离散光谱的特定应用照明中的可辨别的光谱特征而选择的。

19.根据权利要求18所述的衍射部件，其特征在于对应于荧光灯发射出的最强的谱带或谱线来选择所述的候选基色。

20.根据权利要求19所述的衍射部件，其特征在于基本按照437nm，490nm，545nm和615nm的波长来选择候选基色。

21.根据权利要求18所述的衍射部件，其特征在于根据用半导体发光器实现的照明中可辨别的谱带或谱线来选择候选基色。

22.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于在确定基色的混合比率以及在该确定的基础上实施的基本光栅面积比率的编码中，要考虑在一个应用情况下基片的色彩或者透过基片可见的背景色彩。

23.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述的产生目标色彩的基本区域单元是作为按阵列状像素化结构的基本光栅组成的，其中单独的基本光栅表示一个单独的像素。

24.根据权利要求23所述的衍射部件，其特征在于所述基本区域单元沿基片平面上所有方向的尺寸被选为基本相同。

25.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述产生目标色彩的基本区域单元是由作为水平或垂直带状像素化结构的基本光栅所形成的。

26.根据权利要求25所述的衍射部件，其特征在于所述基本区域单元沿基片平面至少一个方向上的尺寸选为显著地大于基本区域单元沿基片平面另一个方向上的尺寸，所述基本区域单元沿一个方向上的尺寸最大值仅受限于基片的尺寸。

27.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述的基本光栅是按表面光栅结构或埋藏光栅结构实现的。

28.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述基本光栅的光栅剖面表现为下面的一种或它们的组合：二元方式，正弦型或是三角形光栅剖面。

29.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于在照明基本上发生在基片平面的法线方向上的情况下，所述的基本光栅的视角α被设置为30°或54°。

30.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述基本光栅通过压印而形成在基片上。

31.根据权利要求30所述的衍射部件，其特征在于压印通过卷到卷处理或是单张印刷来完成。

32.根据权利要求17所述的衍射部件，其特征在于所述基片由下面材料的的一种或它们的组合形成：塑料，纸张，纸板，玻璃，纺织品，金属，陶瓷，蜡克漆，颜料，印刷油墨，或其他涂层。

33.一种包括一个或多个可视的并且衍射地产生的色彩效果的产品，其特征在于该产品包括一个或多个根据前面的权利要求17-32的衍射部件。

34.如权利要求33所述的产品，其特征在于该产品是一种包装材料。

35.如权利要求33所述的产品，其特征在于该产品是一种印刷产品。

36.如权利要求33所述的产品，其特征在于该产品由基本上透明的材料制造。

37.如权利要求33所述的产品，其特征在于所述产品的基本材料同时在功能上作为所述一个或多个衍射部件的基片。

38.如权利要求33所述的产品，其特征在于所述一个或多个衍射部件形成一个颜色或多个颜色效果的品牌或图标。

39.如权利要求33所述的产品，其特征在于所述一个或多个衍射部件形成一个颜色或多个颜色效果的字母，文字，图像，图形或它们的组合。

40.如权利要求33所述的产品，其特征在于所述一个或多个衍射部件形成一个表示由衍射色彩图表规定的目标色彩的颜色样本。

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