專利名稱：黑線屏幕及制作方法
技術領域：
本發(fā)明較寬地涉及通過傳達深度感覺，將交織圖象變成特效圖象的制品。具體地，本發(fā)明涉及黑線屏幕，它可以被定位在交織圖象上，并可以具有各種大小和特征。
背景技術：
已經開發(fā)了多種能將平面的印刷圖象轉換成特效圖象(如三維，電影或動畫)的觀看裝置。這些圖象常用于廣告宣傳，吸引路人注意，以及裝飾目的，以達到吸引人的效果。放在印刷圖象上的常用裝置包括雙凸透鏡片，阻擋帶系統(tǒng)和黑線屏幕，這些裝置通常裝在支撐交織圖象的介質上，交織圖象通常用計算機輔助照相交織技術制作。
美國專利號5,035,929中敘述了一種三維(3D)圖片，它有一層透明基片，其頂面具有不透明的線條，底面具有一幅照片圖片。
美國專利號4,927,238提供了一種三維顯示裝置，它采用一種具有平行線的黑線觀看屏，一幅照相圖片，空氣間隙，支撐框架和一個照明光盒。
黑線屏幕通常透明塑料膠片制成。然后將等間隔的黑色平行線印制或沉積到膠片的某一面上。常規(guī)印制方法包括絲網印刷，膠版印刷，平版印刷，照相，熱噴墨和壓電噴墨，但過去這些方法只能印制在尺寸和質量都受到限制的基片上。從很遠處就能看到的大型海報圖象目前只能用雙凸透鏡轉換成特效圖象。但雙凸透鏡的造價高且難以制造，雙凸透鏡也十分笨重，難以安裝。因此用黑線屏幕制作特效圖象就顯得較有利。
更有利的是提供各種尺寸的黑線屏幕，包括大型和超大型尺寸，而且在提供深度和視差以產生特效圖象上是有效的。

發(fā)明內容
為了實現大于原形尺寸的特效圖象，提供了黑線屏幕觀看裝置，它能制成足夠大的尺寸，并覆蓋在交織圖象上。該裝置也能制成非常小的尺寸，用于作近看特效圖象。還提供了制造和使用黑線屏幕觀看裝置的方法。
如本文所使用的，下列術語具有下列含義“特效成象”是指一種圖形成象技術，它能產生例如3維圖形，反轉圖象，動畫，電影，反轉電影或及組合；“交織圖象”是指一種利用從多種不同圖象中取下的窄片或窄條交織而制成的復合圖象。
“黑”表示能吸收所有顏色，該術語包括非常深的暗色，它與白形成極大的反差。這種顏色就其本質而言可以屬于也可以不屬于黑色一族。
“透明”描述一個通過它可以看到圖象，顏色和光的區(qū)域。
本發(fā)明的一個方面是提供了一種觀看裝置，它具有在介質上印有交替的透明和非透明的線性圖案，這里非透明區(qū)域具有邊緣粗糙度大于2微米的邊緣。
本發(fā)明的另一個方面，以適合于自動制造線的連續(xù)卷筒形式提供了一種觀看裝置。
附圖簡述參閱下述非限制性的附圖將能更好地理解本發(fā)明，附圖中

圖1表示用較佳工藝制作的黑線屏幕的一部分數字圖象。
圖2表示用照相印制技術制作的比較黑線屏幕的一部分數字圖象。
較佳實施例的詳細描述本發(fā)明提供了各種尺寸和特性的黑線屏幕及其制作方式，通過提供可以放在交織圖象上的足夠大的觀看裝置，本發(fā)明的制品克服了特效圖象的目前尺寸限制，通過提供本發(fā)明的黑線屏幕，可以實現尺寸至少有告示板大小的清楚的特效圖象。
本發(fā)明的觀看裝置的另一個優(yōu)點是，屏幕可以連續(xù)的卷筒形式提供，即屏幕能夠以卷筒形式提供，從而使其能夠與自動印刷設備一起被解開和使用，黑線屏幕呈卷狀是高效率，低成本和浪費少制造而需要的。用本發(fā)明也能夠實現對卷筒進行切割或者提供片狀形式的裝置。
在較佳工藝中，整個印刷區(qū)域的黑線基本上都是連續(xù)的，從而不會損害特效圖象的質量。因此，有利地，提供的本發(fā)明的觀看裝置，長度尺寸可以大于40英寸。更好的話，長度尺寸可以大于96英寸。
令人驚異的是，發(fā)現黑線屏幕上的不透明線邊緣即使有些鋸齒狀，或有連續(xù)的鋸齒狀，仍能產生足夠的光的屏障以形成視差，產生特效圖象。若線條邊緣不連續(xù)或較不規(guī)則，就不能有效形成視差，就會誤導人眼，使觀察者難以看清期望部分的圖象。這里所說的“鋸齒狀”是相對于一點至另一點基本上沒有變化的邊緣而言的。比如說，已經發(fā)現邊緣呈鋸齒狀的一系列視差線仍提供一個有效的黑線屏幕觀看裝置。較佳地，非透明區(qū)域是單色的更定量地表示，鋸齒度可用以下測試方法中所描述的邊緣粗糙度測試進行定量表示，(依據Levenberg-Marquardt方法(帕斯卡的數字決竅科學計算方法論(art of scientific computing)，W.H Press，B.P Flannery，S.A.Teukolsky，W.T.Vetterling，1989，劍橋大學出版社，第759頁))。以邊緣粗糙度測試中獲得的數據是邊緣具有的平均變化度的指示，這里變化度是沿邊緣從數個隨機點測量的。測量從峰到谷的距離。本發(fā)明觀看裝置的粗糙度大于約2微米(μm)；更好的是，粗糙度大于4微米，觀看裝置的粗糙度可能會大于7微米，最好是在3-7微米之間。
非透明區(qū)域(即黑線)的外觀也可以用位于線之間的透明區(qū)域的定量測試結果來描述，利用以下測試方法中所述的平均寬度偏差測試，已經發(fā)現透明區(qū)域的平均寬度偏差大于約5微米，較佳是大于約10微米，更好的是大于12微米。
透明區(qū)域和非透明區(qū)域之間的關系可以用節(jié)距或比率來描述，黑線圖案的節(jié)距可以是每英寸1～200線(lpi)，依所期望達到的特效圖象而定，較佳是5～100lpi，更好的是10～40lpi，非透明區(qū)域與透明區(qū)域的比率最好是1∶1至1∶9。
非透明區(qū)域最好是線性的，平行的，印制的一系列圖案中每條線之間都有透明區(qū)域。非透明線可以用不同方法印制或沉積在基片上，包括曲面印刷，照相凹版印刷，靜電復印，絲網印刷，照相和平版印刷。較佳工藝是照相凹版印刷，凹雕印刷工藝，這種印刷工藝的精度很高。照相凹版印刷工藝采用一種圖象載體，其上的圖象是用成千上萬個凹坑雕刻或刻蝕而成。凹坑中含有油墨，當用力將其與透明膠片基片壓在一起時，油墨會通過表面張力作用從凹坑中溢出。
照相凹版圖象載體通常是一個銅包皮的圓筒，另外，載體也可以是其他可雕刻或刻蝕的材料。如黃銅，丙烯酸樹酯，鋼和鎳，圓筒最好用鋼制成。
載體上的凹坑可用各種方法制成，包括機電雕刻，酸刻蝕，激光光刻和滾花。較佳方法是采用帶金剛石頭觸點的機電雕刻法。另外也可以在載體和凹坑上涂一層硬質涂層。通常適宜于作硬涂層的材料有鉻，陶瓷，鎳和鈦。
凹版圖象載體中的凹坑最好是金字塔形或四角形，但其他具有已知容積的三維形狀也可以用來制成凹坑。例子包括四面體，菱形，火山形凹坑等。凹坑容積因子(行業(yè)術語)是指特定面積上凹坑所持油墨量，選擇它可以實現預期不透明度和印刷均勻度。凹坑容積因子在5～20十億μm3/in2.左右較好，更好的是在7～15μm3/in2，最好的是8～10十億μm3/in2。
印制在基片上不透明區(qū)域(線)的邊緣取決于凹版圖象載體的凹坑形狀。令人驚異地發(fā)現，具有金字塔形的凹坑產生的線條具有正弦曲線形的邊緣。盡管邊緣看上去呈鋸齒狀或正弦曲線形，本發(fā)明的黑線屏幕仍有足夠反差以及在圖案上是可預計的，使得屏幕是一種能將交織圖象變成特效圖象的能提供有效視差的觀看裝置。在本明的黑線屏幕制作工藝中可以使用其他形狀的凹坑，并且可能會產生不同的邊緣形狀。
如圖1所示是本發(fā)明較佳實施例，它有一個透明和非透明區(qū)域的圖案。邊緣10和12是正弦波形。在制作凹坑工序期間雕刻和不雕刻的過渡期會出現多個印記20。透明區(qū)域22位于非透明區(qū)域之間。
在本發(fā)明的方法中，可以使用多種液態(tài)油墨，顏料或染料。固態(tài)油墨，色帶，墨盒或為印刷工藝而設計的其他油墨。油墨的選擇一般依據期望的顏色，強度和對襯底的附著力而定。在塑料介質上凹板印刷工藝中，合適的油墨包括含溶劑的，含水的和可輻照固化的油墨，較佳油墨是含溶劑的可加熱干燥的含顏料樹脂混合物。較佳的還有熱固化油墨，它對塑料基片的附著力也較好。合適的油墨有商標名為SUNSHEEN，AQUAKING或HYDROPET的產品，它們可從SUN化學品公司(Fort Lee，NJ)購買，還有商標為POLYGLOSS的產品，可以從Flint油墨公司(Ann Arbor，MI)購買，另外，油墨可以是紫外線固化的。
在凹版印刷中油墨的粘度應足夠薄，以達到“可印刷”粘度，根據所提供的油墨最初的粘度，操作者希望能用一種相容的溶劑使液體變薄，以達到可印刷的粘度。油墨粘度較佳使用范圍約為40～100厘泊(cP)，在一般室溫和大氣壓力下測量。
按設計要求，一般較佳的是黑線屏幕上的不透明區(qū)域具有足夠的不透明度，以阻擋部分交織圖象。較佳的是印刷線和透明的非印制區(qū)域間的反差能最大。深紫色、深棕色、深蘭色和黑色較好。能產生良好的屏障。其中黑色線最好。定量上，為達到有效視差，且清楚地觀察到特效圖象，線條顏色最好是非常深，且有較高的光學密度。測量光學密度較佳方法是采用MacBeth透反射密度TR-927(Newburgh，NY)。本發(fā)明屏幕上的單色線的光學密度當用透射模式測量時大于約1.4，大于約1.8較好，大于2最好。
本發(fā)明的黑線屏幕觀看裝置中包含可以印制或沉積黑線的透明基片，較佳是熱塑性或熱固性基片，當暴露于熱或其他能量中它們能體質保持穩(wěn)定。合適的基片包括乙稀膠片，聚酯膠片，賽珞玢，聚烯烴，如某些聚乙烯和聚丙烯。為了增加基片的柔軟性，在基片組份中加進了增塑劑，一種特別佳的基片是透明的聚酯化合物。玻璃也可用作基片?；穸燃s為50μm至15cm，較佳的是60μm至1000μm，更好的是70μm至175μm。根據ASTMD1003，基片上的透明區(qū)域最好有較高的光透射率。較佳的是基片的光透射率大于約70％(光密度約為0.15)；更好的是大于80％(光密度約為0.10)，最好是大于約90％(光密度約為0.05)。
在涂布非透明線性區(qū)域前，最好用熱對基片作預處理，預熱處理使基片在油墨干燥工藝中避免收縮，預熱處理的溫度最好是在120℃～150℃之間。
在基片上可以先涂以底層，以增強油墨對基片的附著力。適宜制品和方法中使用的較佳化合物是聚酯和乙烯基樹脂加上溶劑的混合物。底層材料可以涂油墨之前，作為印制工序進行涂布。另外，也可以在供應基片時預先涂好(即不在工序中涂布)。適用于本發(fā)明使用的較佳基片是聚酯膠片，其表面作過預處理，供應商是杜邦膠片(Wilmington，DE)，產品名是MYLAR J100。有各種涂布底層材料的方法。包括凹版印刷涂布，噴涂，涂粉末和浸涂。在基片上印制黑線前，底層材料可濕可干，但最好是干的。干燥方法可以是與所涂基層材料相容的常規(guī)方法。比如說，UV固化基層材料最好是用紫外光進行干燥和固化。用靜電技術施加的粉末狀基導材料可以用熱壓法熔融到基片上。其他合適的干燥方法包括傳導、對流或輻射加熱及其組合。
本發(fā)明中，制作黑線屏幕較佳方法包括以下步驟s)提供可印制的基片；b)提供可印制的油墨；和c)用可印制油墨在基片上印制一系列基本上間隔均勻的線性區(qū)域。
在本發(fā)明較佳實施例中，黑線屏幕觀看裝置與印有交織圖象的介質裝在一起，通常交織圖象與含有膠片的黑線屏幕觀看裝置之間有間隙，另外，間隙可以由支持交織圖象的介質厚度而產生，或由具有預裝的或鄰近的間隔物的介質而產生。而且，該間隙可以由觀看裝置基片的厚度而產生，它足夠厚，可以形成深度感，間隙也可以由具有預裝的或鄰近的間隔物觀看裝置基片而形成。
間隔物定義為任何看得見光的透明介質，較佳間隙透光率至少為75％左右(依據ASTMD1003)。間隙的作用是使圖象和黑線屏幕間形成距離(深度)，以產生倒轉或三維效果。較佳間隙材料是熱塑性的聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物產品，供應商有Elf-Atochem S.A.，產品名是PLEXIGLAS。其他適宜于作間隔物的包括玻璃，丙烯酸或聚碳酸酯材料，供應商有GE塑料公司，產品名是LEXAN。另外，間隔物也可以是交織圖象和黑線屏幕間的空氣。通?？諝饬炕蜷g隔物的厚度跟觀看裝置的間隙及觀察者觀察特效圖象的距離有關。
交織圖象最好印制在厚度為0.002英寸至0.020英寸的膠片介質上，另外，交織圖象可以直接印制或沉積在間隔物的表面。如上所述，間隔物是清澈透明的。對于已有間隔層的介質而言，厚度可達15cm，介質最好是膠片，其他合適的基片材料有玻璃和紙張。適合將交織圖象印制或沉積在基片上方法有多種，包括絲網印刷，膠印，照相，靜電復印，凹版印刷，噴墨打印，數碼照相，熱成象，電子顯示，平版印刷，曲面印刷，電子攝影或其他常規(guī)成象方法。
特效圖象組件中的任何基片上可以涂以粘結劑，這可以在現場安裝或制作工場里進行，或在廠方供應基片前事先涂好。較佳的是預涂壓感粘結劑，通過干燥或固化附著在基片上，從而使各層之間產生粘結力，較佳粘結劑有美國重新發(fā)布專利號24,906中所述壓感粘結劑，可用于片狀材料，該粘結劑用丙烯酸材料制成。
為確保組合成的特效圖象清晰，要求基片上的粘結劑很平整，基片可以是間隔物，支持交織材料的介質，黑線屏幕或其組合，壓感粘結劑PSA的表面粗糙度受與其緊密接觸的防粘襯里的影響。因此，為得到清晰的特效圖象，預涂PSA的基片上最好包含一層防粘襯里。以降低表面粗糙度。表面非常粗糙會使圖象模糊，粘結劑的平滑可確保各層之間連續(xù)的接觸和良好的粘結。
防粘襯里的表面粗糙度可用“RST Plus表面標繪系統(tǒng)”定量地進行測量，它可以計算表面參數，從而提供有關粗糙度及表面輪廓的信息。(RST Plus技術參考手冊，Wyko公司，1995年4月第2版，980～078，Rev.A)。預涂PSA的基片上的防粘襯里的表面粗糙度Rt約小于15μm較好；約小于10μm更好。適宜于作防粘襯里的材料較好是涂有硅樹脂的聚酯(PET)。
實際上，本發(fā)明的黑線屏幕最好層疊在間隔層的表面上，該面與放置交織圖象面相對，另外，若交織圖象直接印制在厚基片的一面，黑線屏幕則可以粘附在圖象的反面。組裝包含黑線屏幕的特效圖象特別好的方法可參見具有代理人檔案號55317USA8A.002的美國專利申請?zhí)?，該專利與本發(fā)明同一天提交，且共同轉讓。
在基片/各層的一面或兩面涂上粘結劑層，可以達到各層之間的粘結。另外，黑線屏幕觀看裝置的兩邊或表面可以預涂以粘結劑。
測試方法邊緣粗糙度圖象取自(1)在聚酯介質上用凹版印刷工藝制成的黑線屏幕的較佳實施例；和(2)采用照相技術的作比較用的黑線屏幕。圖象用INFINIVAR視頻顯微鏡(Infinity Photo-Optical公司；Boulder，CO)和JVC TK 1270彩色視頻照相機攝得，它們連接到LEICA Q 570圖象分析儀(Leica MicroSystems Wetzlar股份有限公司)上。該系統(tǒng)用Graticules公司(Kent，英國)的臺式測微計進行校正。圖象用Q-570軟件進行分析，以得到每一邊緣(透明區(qū)域至印制界面)上480個點(隨機選取)的經校正的x-y坐標，然后作曲線擬合。比如例1，用曲線擬合的方式得到正弦曲線邊緣的振幅和波長。將每一邊的x-y數據代入下列方程y＝A*Sin(x*((2*pi)/wl)-q)+偏差+m*y采用Levenberg-Marquardt方法(帕斯卡數字決竅，科學計算方法論，W.H.Press，B.P Flannery，S.A.Teukolsky，W.T.Vetterling.1989.劍橋大學出版社，劍橋，P759)，這里A＝振幅(峰至谷)wl＝波長(峰至峰)粗糙度使用測得的y坐標值和計算所得y值的平均絕對差值計算。
平均寬度變差用邊緣粗糙度測試中得到的圖象，可以測量在2.5cm長度上透明區(qū)域的寬度的平均偏差。寬度的平均偏差用所測得寬度的標準偏差來定義。在例1中，透明區(qū)域的平均寬度是299.24μm，平均寬度偏差是14.23μm。
例子表1表示本發(fā)明黑線屏幕較好實例中獲得的有代表性的數據。參見圖1，邊緣10和12是采用凹版印刷工藝獲得的，其中印刷載體凹坑呈金字塔形，印記22是“過渡坑印記”。透明區(qū)域的寬度和標準偏差也列于表1中，標準偏差一欄表示長度為2.5mm范圍內透明區(qū)域寬度的平均偏差。因此，透明區(qū)域的平均寬度是299.24μm±4.91μm，透明區(qū)域的平均偏差為14.23μm±2.20μm。
表2表示從用照相法制得的黑線屏幕(作比較)收集的有代表性的數據。參見圖2，它表示用照相技術制得的一部分作比較用的黑線屏幕，其中非透明區(qū)域具有邊緣為40和42，透明區(qū)域為50。
表1

表2比較例

權利要求
1.一種用于特效成象的觀看裝置，包含一種其上印刷有交替出現的透明和非透明區(qū)域的線性圖案的介質，其中，所述非透明區(qū)域包含兩條邊緣，每條邊緣的邊緣粗糙度大于約2μm，以及當所述裝置被置于一幅交織圖象上時會產生特效圖象。
2.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述邊緣粗糙度大于約4μm。
3.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述邊緣粗糙度大于約7μm。
4.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述的透明區(qū)域的平均寬度偏差大于約5μm。
5.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述透明區(qū)域的平均寬度偏差大于約10μm。
6.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述裝置以連續(xù)的卷筒狀形式提供。
7.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述裝置以片狀形式提供。
8.如權利要求1的裝置，其特征在于，非透明區(qū)域與透明區(qū)域的比率為1∶1至9∶1。
9.一種制作黑線屏觀看裝置的方法，其特征在于，包含步驟a)提供一可印制的基片；b)提供一可印制的油墨；和c)在所述基片上印制一種透明區(qū)域和非透明區(qū)域交替出現的線性圖案，其中所述非透明區(qū)域包含兩條邊，每條邊緣的邊緣粗糙度大于約2μm。
10.如權利要求9的方法，其特征在于，還包含步驟d)對所述基片涂上一底層。
11.如權利要求9的方法，其特征在于，印制方法采用照相凹版印刷工藝。
12.如權利要求11的方法，其特征在于，所述凹版印刷工藝包含有多個金字塔形凹坑的凹版圓筒。
13.如權利要求9的方法，其特征在于，所述邊緣的邊緣粗糙度大于約4μm。
14.如權利要求9的方法，其特征在于，所述邊緣的邊緣粗糙度大于約7μm。
15.如權利要求9的方法，其特征在于，所述透明區(qū)域的平均寬度偏差大于約5μm。
16.如權利要求9的方法，其特征在于，所述透明區(qū)域的平均寬度偏差大于約10μm。
17.如權利要求9的方法，其特征在于，所述裝置以連續(xù)的卷軸狀形式提供。
18.如權利要求9的方法，其特征在于，該裝置以片狀形式提供。
全文摘要
一種觀看裝置，包含一種其上印刷有交替的透明與非透明區(qū)域的線性圖案的介質，其中非透明區(qū)域包括邊緣粗糙度大于約2μm的邊緣。
文檔編號H04N13/00GK1425146SQ00818642
公開日2003年6月18日 申請日期2000年5月30日 優(yōu)先權日2000年1月25日
發(fā)明者C·C·李, T·L·莫里斯, S·R·斯通 申請人:3M創(chuàng)新有限公司