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帶有莫爾圖案的激光標刻的物體的制造方法與工藝

文檔序號:11622904閱讀:333來源:國知局
帶有莫爾圖案的激光標刻的物體的制造方法與工藝
本發(fā)明涉及一種物體,該物體至少在一個區(qū)域中由透明或半透明的材料、特別是由玻璃制成,其中,所述物體在透明或半透明的區(qū)域中具有動態(tài)的莫爾圖案(云紋圖案:Moiré-Muster),并且所述莫爾圖案通過至少兩個、優(yōu)選恰好兩個以激光處理(激光刻蝕)的并且至少局部地在視覺上相互分開的柵格結(jié)構(gòu)的重疊實現(xiàn)。此外,應(yīng)給出一種用于制造按照本發(fā)明的物體的方法。

背景技術(shù):
本發(fā)明所涉及的物體在透明或半透明的區(qū)域中具有激光標記。優(yōu)選涉及如下的裝飾性物體,這些物體特別是在裝飾領(lǐng)域內(nèi)作為居室中的裝飾物體或者例如也作為姓名牌被賦予經(jīng)濟意義。透明或半透明的材料在下文是指以下材料,這些材料對于其波長處在可見范圍內(nèi)的電磁波是可穿透的。但該特性不排除如下事實,這些材料能借助于激光雕刻方法、如例如激光內(nèi)部標記加工,其中,在此使用的激光的波長處在UV(“紫外”的縮寫)至IR(“紅外”的縮寫)的范圍內(nèi)并且因此可能超出可見光的范圍。在本發(fā)明的上下文中意義重大的、透明或半透明的材料優(yōu)選包括透明的硬脆材料、如例如特定種類的玻璃(例如水晶玻璃)、寶石、鉆石或者鉆石仿制品、例如由(立方)氧化鋯制成的鉆石仿制品。已經(jīng)長時間地已知例如玻璃的激光內(nèi)部標記的上述方法。關(guān)于此方面參照專利文獻US5,206,496。概括地說,在該方法中使用指向玻璃表面的激光束,該激光束穿透玻璃體直至預定的、應(yīng)進行標記的深度,能在那里聚焦并且在足夠大的強度時引起以人眼能看出的、輕微乳狀的材料改變,而在此不改變玻璃表面。在極限情況下自然也能夠在玻璃表面本身上進行標記。在此不利的是,借助于該方法產(chǎn)生的標記具有固定不變的外觀。從現(xiàn)有技術(shù)分離出的方案已知去避免該缺點。因此在EP0219011A2中建議,借助于激光標記產(chǎn)生帶有在改變觀察角的情況下可變的外觀的證件。為此將兩個重疊的標記布置在證件的下側(cè)或上側(cè)上,這又是不利的,因為溝槽形成總是與在物體的表面上產(chǎn)生的激光標記一起出現(xiàn),其中,這些溝槽或早或晚地摻入有污物。這對外觀有負面效果。此外,在EP0219011A2中建議的解決方案中不可能的是,也完全不同地構(gòu)成重疊的標記,由此造型余地是強烈受限的。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的任務(wù)在于,避免上述缺點并且給出相對于現(xiàn)有技術(shù)改進的、帶有激光標記的物體,這些激光標記(在視角和/或入射光線的角度輕微變化時)具有動態(tài)的和/或喚起空間印象的外觀。這點在按照本發(fā)明的、至少在一個區(qū)域中由透明或半透明的材料、特別是由玻璃制成的物體中通過如下方式達到,即,所述物體在透明或半透明的區(qū)域中具有動態(tài)的莫爾圖案,其中,該莫爾圖案通過至少兩個、優(yōu)選恰好兩個以激光處理的并且至少局部地在視覺上相互分開的柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn),其中,所述柵格結(jié)構(gòu)處于——在透明或半透明的區(qū)域內(nèi)部中的不同層內(nèi),——或者在透明或半透明的區(qū)域內(nèi)部中的至少一個層內(nèi)和在透明或半透明的區(qū)域的至少一個表面的覆層內(nèi),——或者在透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的至少一個第一層內(nèi)和至少一個虛的第二層內(nèi),該第二層通過第一層在鏡面上的反射產(chǎn)生。盡管負責實現(xiàn)莫爾圖案的莫爾效應(yīng)是普遍已知的現(xiàn)象,在此處還要再次定義:莫爾效應(yīng)是光學干涉效應(yīng),該干涉效應(yīng)通過細微的、例如格柵形的柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn)?!皠討B(tài)的”莫爾圖案是指如下的莫爾圖案,該莫爾圖案在視角和/或入射光線的角度輕微變化時動態(tài)地改變。這僅當所述兩個柵格結(jié)構(gòu)至少局部地相互分開時是可能的。如果這些柵格結(jié)構(gòu)在各處直接彼此重疊,則將會僅產(chǎn)生固定不變的、在視角和/或入射光線的角度輕微變化時不改變的莫爾圖案。以在“相互分開”中的附加詞“在視覺上”要考慮如下事實,即,能借助于激光雕刻方法達到的材料變化可能不清晰地界定。這些材料變化典型地由在視覺上、亦即利用人眼(例如在顯微鏡下)能看出的核心區(qū)域和附加的人工產(chǎn)物(Artefakt)組成,這些人工產(chǎn)物借助于特殊的成像方法才變得可見。對于本發(fā)明,基本上僅核心區(qū)域起作用。因此,本發(fā)明的基本構(gòu)思在于,借助于激光標記的方法產(chǎn)生至少兩個柵格結(jié)構(gòu),柵格結(jié)構(gòu)的重疊產(chǎn)生動態(tài)的莫爾圖案。在此,按照本發(fā)明設(shè)有柵格結(jié)構(gòu)可能處于哪個位置的三種可能性:1.在透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的不同層內(nèi),2.在透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的至少一個層內(nèi)和在透明或半透明的區(qū)域的至少一個表面的覆層內(nèi),以及,3.在透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的至少一個第一層內(nèi)和至少一個虛的第二層內(nèi),該第二層通過第一層在鏡面上的反射產(chǎn)生。概念“層”被理解為有限厚度的面狀的延伸物,其中,這樣的層也可以是彎曲的。其涉及均質(zhì)體的“假想的”層、而不涉及在物理上能相互區(qū)分的層。與第二種可能性相關(guān)聯(lián)地提到的覆層例如可以是用于水晶玻璃的典型的金屬效應(yīng)覆層,該效應(yīng)覆層優(yōu)選具有顏色效果。與第三種可能性相關(guān)聯(lián)地提到的鏡面可以例如汽化滲鍍到透明或半透明的區(qū)域的表面上。在一種有利的實施例中,所述柵格結(jié)構(gòu)的輪廓和因此整個莫爾圖案的輪廓表示題材,其中,該題材也可能由多個空間上相互分開的部分組合而成。作為示例要列舉動物、天體、字母、由此組合而成的字樣、公司標志和圖標。其他有利的實施例的突出之處在于,1.所述柵格結(jié)構(gòu)構(gòu)成為一致的或者不同的,和/或2.各所述柵格結(jié)構(gòu)中的一個柵格結(jié)構(gòu)由至少兩個帶有不同柵欄的部段組成,3.和/或由至少兩個帶有相同的、但彼此相對扭轉(zhuǎn)過的柵欄的部段組成,4.和/或由至少兩個帶有相同的、但彼此相對偏移的柵欄的部段組成。在前三種示例中可以引起動態(tài)——無級的外觀,在第四種示例中可以引起動態(tài)——跳躍式的外觀。此外,示例2和3的另一優(yōu)點在于,(當莫爾圖案的輪廓表示題材時)借助于其可以給該題材賦予內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由此能夠喚起空間印象,盡管它本來僅是二維的題材。按照另一種實施例,所述柵格結(jié)構(gòu)由線組成。所述線優(yōu)選相互等距地設(shè)置。但如下的實施形式也是可能的,在這些實施形式中兩條相鄰線的中心的距離以預定的方式變化,例如遵循確定的數(shù)學函數(shù)。已經(jīng)被證明為特別有利的是,一條線的線寬與兩條相鄰線的中心的距離的比例處于1:1.5至1:10之間。優(yōu)選地,該比例為1:3.5和/或一條線的線寬小于或等于15微米。有利的是,在制造按照本發(fā)明的物體時借助于脈沖激光產(chǎn)生所述柵格結(jié)構(gòu)。這里適合的是例如商業(yè)上常見的、脈沖持續(xù)時間在幾個納秒范圍內(nèi)的并且?guī)в凶贤獠ㄩL的固體激光,或者商業(yè)上常見的、脈沖持續(xù)時間在幾個皮秒或飛秒范圍內(nèi)的并且波長在紫外至紅外范圍內(nèi)、以有利方式在約300納米至550納米范圍內(nèi)的超短脈沖激光。由使用脈沖激光所產(chǎn)生的制造技術(shù)上的結(jié)果在于,例如可能組成柵格結(jié)構(gòu)的各個線必須接連地由單個點組合而成。但該事實對莫爾圖案的外觀沒有負面效果。按照另一種有利的方法,在制造按照本發(fā)明的物體時各所述柵格結(jié)構(gòu)接連地、亦即分別在激光束的焦點處產(chǎn)生。對于莫爾圖案應(yīng)通過恰好兩個以激光處理的柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn)的情況,其中,這兩個柵格結(jié)構(gòu)處于在透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的一個層內(nèi)和在透明或半透明的區(qū)域的表面的覆層內(nèi)并且構(gòu)成為一致的,備選地也提供與此不同的有利的方法:如果為在內(nèi)部中的層和覆層之間的距離選擇一個與瑞利長度相比不過大的值,則可能的是,在內(nèi)部中以激光處理柵格結(jié)構(gòu)并且與此同時在焦點平面后面在覆層中產(chǎn)生柵格結(jié)構(gòu)。由此能實現(xiàn),對于覆層的改變典型地需要更小的強度。要說明的是,按照這種方式在覆層中產(chǎn)生的柵格結(jié)構(gòu)與處于透明或半透明的區(qū)域的內(nèi)部中的柵格結(jié)構(gòu)相比輕微地加寬,因為激光束在該位置處與焦點相比已經(jīng)又發(fā)散了一些并且在透明或半透明的區(qū)域中的和在覆層中的光—物質(zhì)—相互作用有不同的性質(zhì)。在制造技術(shù)方面,該方法具有如下優(yōu)點,即,莫爾圖案可以在僅一個步驟中產(chǎn)生。附圖說明以下借助圖例參照在附圖中示出的實施例更詳細地闡述本發(fā)明的其他細節(jié)和優(yōu)點。圖中:圖1a示出按照本發(fā)明的物體的一個示意性示出的、優(yōu)選的第一實施例的透視圖,圖1b示出按照本發(fā)明的物體的示意性示出的、優(yōu)選的第一實施例的橫截面圖,圖2示出按照本發(fā)明的物體的一個示意性示出的、優(yōu)選的第二實施例的橫截面圖,圖3示出按照本發(fā)明的物體的一個示意性示出的、優(yōu)選的第三實施例的橫截面圖,圖4a示出一個示意性示出的、示例性的第一柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖4b示出一個莫爾圖案,該莫爾圖案通過示例性的第一柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn),圖5示出一個示意性示出的、示例性的第二柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖6示出一個示意性示出的、示例性的第三柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖7a示出一個示意性示出的、示例性的第四柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖7b示出一個示意性示出的、示例性的第五柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖8a示出一個示意性示出的、示例性的第六柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖8b示出一個示意性示出的、示例性的第七柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,圖9a示出一個莫爾圖案,該莫爾圖案通過示例性的第六和第七柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn),以及圖9b示出一個莫爾圖案,該莫爾圖案(與在圖9a中示出的莫爾圖案相比)通過示例性的第六和第七柵格結(jié)構(gòu)的輕微改變過的重疊來實現(xiàn)。具體實施方式圖1a用于圖示說明按照本發(fā)明的物體1的一種優(yōu)選的第一實施例,該物體至少在一個區(qū)域2中由透明或半透明的材料、特別是由玻璃制成。在這種情況下,莫爾圖案通過兩個以激光處理的柵格結(jié)構(gòu)3的重疊來實現(xiàn),其中,各柵格結(jié)構(gòu)3處于在透明或半透明的區(qū)域2的內(nèi)部中的不同層4內(nèi)。柵格結(jié)構(gòu)3的輪廓(并因此莫爾圖案的輪廓)在這種情況下作為題材表示箭頭。柵格結(jié)構(gòu)3由線組成。放大地示出上面的柵格結(jié)構(gòu)3的箭頭尖的一部分。在該放大圖中示意性地表示,線由單個點組合而成——如在借助于脈沖激光制造按照本發(fā)明的物體1時的情況。自然可能的是,將單個點密集地并排設(shè)置,使得事后不再能相互區(qū)分這些點。因此,該制造方法如再上面已經(jīng)敘述地也不對莫爾圖案的外觀有負面效果。在箭頭尖的放大示圖中,一條線的線寬以B標記并且兩條相鄰線的中心的距離以A標記。還要說明的是,在放大圖中所示的點應(yīng)表示借助于激光所產(chǎn)生的材料變化的在視覺上的、亦即以人眼(例如在顯微鏡下)能看出的核心區(qū)域。圖1b示出按照本發(fā)明的物體1的在圖1a中所示的、優(yōu)選的第一實施例的橫截面圖。所示的橫截面在圖1a中以點虛線表示。圖1b包括不同的尺寸變量:層4(和因此柵格圖案3)到透明或半透明的區(qū)域2的頂面和底面的距離d和f、在各層4之間的距離e以及層4的厚度g。通過如下方式確定厚度g,即,為可見的材料變化所必需的激光強度僅在圍繞焦點的有限區(qū)域中供使用。如果希望較小的厚度g,則必須擴大在焦點處的孔徑角,以便光強度隨著與焦點的遠離更快地降低,和/或則必須減少激光功率。各層4應(yīng)當具有的最小距離通過如下方式給出,即,所述兩個柵格結(jié)構(gòu)3在視覺上相互分開,以便實現(xiàn)動態(tài)的莫爾圖案。但不排除,柵格結(jié)構(gòu)3可以不在小的區(qū)域中相互重疊或者相互鄰接。按本公開內(nèi)容的意義,在這樣的情況下在整體上將總是仍然涉及動態(tài)的莫爾圖案。當然通過如下的方式向上限制距離e,即,莫爾圖案從距離的確定大小開始失去。該界限典型地處于少量幾個毫米的范圍內(nèi)。這里所示的實施例的特例是如下的實施形式,在這些實施形式中d=0(上柵格結(jié)構(gòu)處于頂面上)和/或f=0(下柵格結(jié)構(gòu)處于底面上)。圖2用于圖示說明按照本發(fā)明的物體1的一種優(yōu)選的第二實施例。在這種情況下,莫爾圖案通過恰好兩個以激光處理的柵格結(jié)構(gòu)3的重疊來實現(xiàn),其中,所述兩個柵格結(jié)構(gòu)3處于在透明或半透明的區(qū)域2的內(nèi)部中的一個層4內(nèi)和在透明或半透明的區(qū)域的一個表面的覆層5內(nèi)。此外,示意性地表示一個激光束8,能夠借助于該激光束同時產(chǎn)生所述兩個柵格結(jié)構(gòu)3。激光束8的傳播方向通過虛線箭頭標出。在繪圖上同樣考慮如下的事實,在覆層5中的柵格結(jié)構(gòu)與處于透明或半透明的區(qū)域2的內(nèi)部中的柵格結(jié)構(gòu)相比輕微地加寬。要指出的是,所述兩個柵格結(jié)構(gòu)3也可以相互獨立地、以兩個在時間上相繼的方法步驟產(chǎn)生。例如可以首先以激光處理在透明或半透明的區(qū)域2的內(nèi)部中的柵格結(jié)構(gòu),然后實施覆層5并最后以相同方法產(chǎn)生柵格結(jié)構(gòu)。備選地也可以在焦點處實現(xiàn)大的孔徑角,從而在覆層5位置處的能量不再足以與產(chǎn)生位于內(nèi)部中的柵格結(jié)構(gòu)同時地來改變該覆層。接著將激光束的焦點移動到覆層平面中并在那里以激光處理柵格結(jié)構(gòu)。圖3用于圖示說明按照本發(fā)明的物體1的一種優(yōu)選的第三實施例。在這種情況下,莫爾圖案通過兩個柵格結(jié)構(gòu)3的重疊來實現(xiàn),其中,這兩個柵格結(jié)構(gòu)3處于透明或半透明的區(qū)域2的內(nèi)部中的一個第一層4內(nèi)和一個虛的第二層6內(nèi),該第二層通過第一層4在一個鏡面7上的反射產(chǎn)生。因此僅必須以激光處理一個柵格結(jié)構(gòu)。如果人們由上方俯視物體1,該柵格結(jié)構(gòu)的鏡像便產(chǎn)生(虛的)第二柵格結(jié)構(gòu)。圖4a示出一種示例性的第一柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,該柵格結(jié)構(gòu)的輪廓是一只天鵝。在這種情況下,柵格結(jié)構(gòu)由多個帶有相同的、但彼此相對扭轉(zhuǎn)的柵欄的部段組成:柵欄在各處都由相互等距的線組成,但多個部段相互間是可區(qū)分的,線在這些部段的分開邊界上不是“連續(xù)地”相互過渡,而是具有彎折處。如再上面所描述的,天鵝由此具有內(nèi)結(jié)構(gòu)。例如可看出一只眼睛或者不同的翼部分。這里僅示意性地示出柵格結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)實中,柵格結(jié)構(gòu)例如有約7.5毫米的延伸尺寸,一條線的線寬為10微米并且兩條相鄰線的中心的距離為35微米。在圖4b中示出一個莫爾圖案,該莫爾圖案通過兩個一致的、即在圖4a中所示的柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn)。明確地可看出光學干涉效應(yīng),該干涉效應(yīng)表現(xiàn)在亮度調(diào)制中。出于示圖技術(shù)的原因,這里僅能示出一個固定不變的莫爾圖案。但如果這兩個柵格結(jié)構(gòu)在實際中至少局部地在視覺上相互分開,則在視角和/或入射光線的角度輕微變化時亮度調(diào)制動態(tài)地——無級地改變并且產(chǎn)生動態(tài)的莫爾圖案。圖5、6、7a和7b示出其他示例性的柵格結(jié)構(gòu)的俯視圖,這些柵格結(jié)構(gòu)的輪廓是星星或者太陽。在圖6中所示的柵格結(jié)構(gòu)由帶有不同柵欄的部段組成:在太陽內(nèi)部中,柵欄是同心圓,太陽射線的柵欄是嵌套的三角形,其中,各三角形的一條邊分別輕微地彎曲。如再上面所述,莫爾圖案也可以通過構(gòu)成為不同的柵格結(jié)構(gòu)的重疊來實現(xiàn)。例如在圖7a和7b中所示的兩個柵格結(jié)構(gòu)能夠組合成一個莫爾圖案。在圖8a和8b中示意性地并且以俯視圖示出其他兩種示例性的柵格結(jié)構(gòu)。在圖8a中所示的柵格結(jié)構(gòu)由兩個帶有相同的、但輕微地彼此相對偏移的柵欄的部段(即在中間的天鵝和外部的框架)組成。如果現(xiàn)在將該柵格結(jié)構(gòu)與在圖8b中所示的柵格結(jié)構(gòu)重疊,則作為極限情況實現(xiàn)在圖9a和9b中示意性示出的兩個莫爾圖案。在第一極限情況下,框架的線與“背景柵格”的線重合。同時產(chǎn)生如下的印象,即,天鵝具有雙重柵欄(并由此是更暗的)。在第二極限情況下,正好相反。如果這兩個柵格結(jié)構(gòu)現(xiàn)在至少局部地在視覺上相互分開,則在視角和/或入射光線的角度輕微變化時亮度調(diào)制動態(tài)地——跳躍式地改變:天鵝的外觀相對于外部的框架在亮和暗之間來回“跳躍”。
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