CN106324726B - 一种3d成像光学薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D成像光学薄膜，包括：透明间隔层，透明间隔层具有相对的两个表面；设置于透明间隔层一个表面的微反射聚焦单元阵列层，微反射聚焦单元阵列层包括若干呈不对称排布的微反射聚焦单元；设置于透明间隔层相对微反射聚焦单元阵列层的另一个表面的微图文单元阵列层，微图文单元阵列层包括若干微图文单元；微反射聚焦单元阵列层与微图文单元阵列层相适配，从而使3D成像光学薄膜在被自微图文单元一侧观察时有且只有能形成一个悬浮于透明间隔层的悬浮影像，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案。当左右或者前后倾斜所述3D成像光学薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像进入观察区域。该薄膜独特的视觉体验，并且在正面垂直情况下就可以清晰观测。

Description

一种3D成像光学薄膜

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种3D成像光学薄膜。

背景技术

各种三维成像技术在信息、显示、医疗、军事等领域受到越来越多的关注。利用微透镜技术实现三维成像，具有非常的潜力和前景。它是由G.Lippman于1908年提出的集成摄影术发展而来。一组具有三维场景不同透视关系的二维单元图像被一个透镜阵列和图像采集记录，无需特殊的观察眼镜和照明，就可以在显示微透镜阵列的前方直接观察到原始场景的三维图像。随着微透镜阵列制造工艺的发展和高分辨率印刷和图像传感器的普及，集成成像技术吸引了越来越多的关注，集成成像和显示技术的各项性能，比如景深，视角和分辨率等，也得到了较大的提升。

近年来，在集成成像光学薄膜开发方面，有两类引人注目的进展：第一类是个性化三维动态空间成像签注，如美国3M公司的Douglas Dunn等在(Personalized,Three-Dimensional Floating Images for ID Documents)文章中及后续的(Three-DimensionalFloating Images as Overt Security Features.SPIE-IS&T/Vol.607560750G-10)文章中提出使用大数值孔径的透镜(NA>0.3)使激光束汇聚在微透镜阵列前或后表面，该汇聚点通过微透镜阵列收集记录在微透镜阵列下的激光记录材料上，改变激光束聚焦点与微透镜阵列之间的相对位置形成图形，最终形成三维动态空间成像的特殊视觉效果，从微透镜阵列侧观察样品。该方法需要利用微透镜成像，对衬底材料烧蚀，因此分辨率较低。第二类是基于莫尔成像技术，它利用微透镜阵列的聚焦作用将微图案高效率地放大,实现具有一定景深并呈现奇特动态效果的图案，美国专利文献US7333268B2、中国专利文献201080035671.1公开了一种应用于钞票等有价证券开窗安全线的微透镜阵列安全元件，它的基本结构为:在透明基层的上表面设置周期型微透镜阵列，在透明基层的下表面设置对应的周期型微图案阵列，微图案阵列位于微透镜阵列的焦平面或其附近，微图案阵列与微透镜阵列排列大致相同，通过微透镜阵列对微图案阵列的莫尔放大成像；由透射聚焦单元组成的光学成像薄膜，其厚度一般大于微透镜曲率半径的三倍。因此，为了减少薄膜厚度，必须采用小口径的微透镜单元。例如，钞票纸安全线厚度必须小于50微米，因此微透镜单元的直径也必须小于50微米。较小的微透镜单元限制了微图案的尺寸，限制了微图案的设计空间。

为了克服上述局限，中国专利文献CN104118236A、CN201310229569.0、CN201410327932.7提出了一种微反射聚焦元件阵列光学防伪元件及有价物品。它们采用周期型微反射聚焦元件阵列，它能将薄膜厚度减少至微反射聚焦元件的曲率半径以下，仍然获得了周期型的放大的微图文单元。当左右或者前后倾斜该成像薄膜时，会有其它的多个放大微图文单元的影像进入观察区域。中国专利文献ZL201010180251.4提出了一种光学防伪元件及使用该防伪元件的产品。它基于透射式工作模式，透射式微透镜阵列层内的各透射式微透镜的中心坐标在微透镜阵列层内随机分布，微透镜阵列层内的微透镜与微图文层内的微图文一一对应设置。该专利中提及的结构有三项缺陷：一、由于采用的是透射式微透镜阵列，微聚焦单元层、透明间隔层和微图文单元层的总厚度将大于微聚焦元件的口径；二是没有限定位于基材第一表面的微透镜阵列与微图文阵列的位置坐标关系，从科学原理上讲,在很多情况下，这一结构将不会产生莫尔图像。三是元件使用时，人们从微透镜单元层一侧观察到放大的微图文影像，当表面微透镜阵列被水等透明外物覆盖时，聚焦微透镜将不再发挥作用，在实际使用中有很大的不便。

在很多情形下，人们希望获得具有立体悬浮效果、唯一的影像。因此，提出新的方案，提供更独特的3D视觉效果，不受观察视角的影响，将更能吸引人们的眼球，使人们获得一种视觉的震撼效果，并且便于观测，增强器件的耐候性十分有必要。

发明内容

基于此，有必要提供一种3D成像光学薄膜以解决上述技术问题中的至少一种。

一种3D成像光学薄膜，包括：

透明间隔层，所述透明间隔层具有相对的两个表面；

设置于所述透明间隔层一个表面的微反射聚焦单元阵列层，所述微反射聚焦单元阵列层包括若干呈不对称排布的微反射聚焦单元；

设置于所述透明间隔层相对所述微反射聚焦单元阵列层的另一个表面的微图文单元阵列层，所述微图文单元阵列层包括若干微图文单元；

所述微反射聚焦单元阵列层与所述微图文单元阵列层相适配，从而使所述3D成像光学薄膜在被自所述微图文单元一侧观察时有且只有能形成一个悬浮于所述透明间隔层的悬浮影像，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案，所述影像具有原像单元，所成影像只为一个所述原像单元。

优选地，所述微图文单元的位置坐标能由对应的所述微反射聚焦单元的位置坐标经过变换获得。

优选地，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换中的一种或组合。

优选地，所述微图文单元的位置坐标与所述微反射聚焦单元的位置坐标的变换函数有且只有一个不动点。

优选地，所述微反射聚焦单元阵列层、透明间隔层和微图文单元阵列层的总厚度在所述微反射聚焦单元曲率半径的二分之一至三倍之间。

优选地，所述微反射聚焦单元阵列层还包括微聚焦单元和反射层，所述反射层设置于所述微聚焦单元背向所述透明间隔层的表面。

优选地，所述反射层包括单层介质层、多层介质层、金属反射层中的至少一种。

优选地，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像由若干放大的所述微图文单元组成。

优选地，所述微图文单元包括微印刷图案、填充颜料、染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案、印刷图案中的至少一种。

优选地，所述微图文单元与所述微反射聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述微反射聚焦单元焦距的20％。

优选地，所述微反射聚焦单元的直径大于20微米且小于1000微米。

优选地，所述微反射聚焦单元的焦距为10微米至2000微米。

优选地，所述3D成像光学薄膜的总厚度小于5000微米。

优选地，所述微反射聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

优选地，所述微反射聚焦元件单元为折射反射单元，所述折射反射单元包括柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜中的至少一种。

优选地，所述透明间隔层的一个表面除去微反射聚焦单元阵列层的部分和/或所述透明间隔层的另一个表面除去微图文单元阵列层的部分设置有全息防伪单元、菲涅耳浮雕结构单元、光变单元、亚波长微结构单元、动感光变单元、印刷图案、介质层、金属层、涂覆有油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收或是具有微纳结构中的至少一种。

优选地，至少一个的所述微图文单元的外部设置有保护层。

优选地，当围绕平行于所述透明间隔层的两个表面的轴转动该3D成像光学薄膜时，所述3D成像光学薄膜不会出现其他悬浮影像。

本发明的有益效果：

(一)利用随机或非周期排布的微反射聚焦单元，通过将位于透明间隔层第一表面的微反射聚焦单元与位于透明间隔层第二表面的微图文单元相适配，在观察区域内形成一个悬浮的、仅且有一个放大的微图文单元影像，而非传统的周期排布的多个放大微图文影像。当左右或者前后倾斜该成像薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像进入观察区域，因而是更加引人注目的独特的视觉体验，并且在正面垂直情况下就可以清晰观测。

(二)微反射聚焦单元焦距更短，理论上膜厚可以减少至透射式的六分之一，因而可以采用口径较大的微反射聚焦单元，不但有效降低了薄膜厚度，而且工艺容差大，克服了透射式器件的图案设计局限，使得复杂的微结构图案应用于莫尔放大器件成为可能。

(三)所述的3D成像薄膜，需要对位于透明间隔层第一表面和第二表面的微反射聚焦单元和微图文层进行绝对对准，因而对于对位工艺等方面有更严格的误差要求，仿造成本和技术难度大大增加，从而该薄膜也具有一定的光学防伪功能。

(四)所述的使用反射式随机莫尔放大图像的安全元件，效果不受环境光影响，其表面光滑平整，可以承受汗渍、油污等的污染，并可以在其两面涂布黏胶，不易脱落，适应性和耐候性更好。

(五)微反射聚焦单元可以为例如透镜的反射镜，从而具有更佳的集光能力和立体感。

附图说明

图1a为本发明一种3D成像光学薄膜一种结构示意图；

图1b为本发明一种3D成像光学薄膜另一种结构示意图；

图1c为本发明一种3D成像光学薄膜又一种结构示意图；

图2a为本发明一种3D成像光学薄膜中微反射聚焦单元一种结构示意图；

图2b为本发明一种3D成像光学薄膜中微反射聚焦单元另一种结构示意图；

图3a为本发明对应图2a中微反射聚焦单元的一种微图文单元结构示意图；

图3b为本发明对应图2b中微反射聚焦单元的另一种微图文单元结构示意图；

图4为本发明一种3D成像光学薄膜的视觉效果结构示意图；

图5为本发明一种3D成像光学薄膜实现原理结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种3D成像光学薄膜，包括：透明间隔层，所述透明间隔层具有相对的两个表面；设置于所述透明间隔层一个表面的微反射聚焦单元阵列层，所述微反射聚焦单元阵列层包括若干呈不规则排布的微反射聚焦单元；设置于所述透明间隔层相对所述微反射聚焦单元阵列层的另一个表面的微图文单元阵列层，所述微图文单元阵列层包括若干微图文单元；所述微反射聚焦单元阵列层与所述微图文单元阵列层相适配，从而使所述3D成像光学薄膜在被自所述微图文单元一侧观察时有且只有能形成一个悬浮于所述透明间隔层的悬浮影像，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案，所述影像具有原像单元，所成影像只为一个所述原像单元。

请参阅图1a、图4，一种3D成像光学薄膜，包括：透明间隔层10，所述透明间隔层10包括第一表面(位于图中透明间隔层10的下表面)以及相对设置的第二表面(位于图中透明间隔层10的上表面)；若干微反射聚焦单元，所述微反射聚焦单元设置于所述透明间隔层10第一表面。微反射聚焦单元在透明间隔层第一表面呈不对称的排布，形成微反射聚焦单元阵列层11。需要值得注意的是，在本文中出现的不对称是指多个微反射聚焦单元在所述透明间隔层10第一表面所呈的平面不具有镜像对称轴或中心对称轴等，从而使得多个微反射聚焦单元不呈镜像对称或中心对称排布。所述微反射聚焦单元阵列层11还包括微聚焦单元13和反射层14，其中反射层14设置于所述微聚焦单元13的下表面。若干微图文单元12，所述微图文单元12设置于所述透明间隔层10第二表面形成微图文单元阵列层。从透明间隔层10第一表面侧观察，所述成像薄膜形成悬浮于透明间隔层10第一表面与观察者位置之间的、悬浮的、放大的影像45，且所述放大影像45有且仅有一个，由微图文单元44通过微反射聚焦单元阵列层43放大所组成。当围绕轴41或轴42转动，或者左右或前后倾斜该成像薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像45进入观察区域。

请再参阅图1a，透明间隔层10其实为一基底，所述基底可以PET、PVC或者PMMA等树脂层，其中微图文单元12嵌设在透明间隔层10中，也可以在透明间隔层10表面设有可固化树脂，微图文单元12嵌设在可固化树脂中，当然，微图文单元12还可以通过粘合层粘接于所述透明间隔层10表面。所述微反射聚焦单元阵列层11形成于透明间隔层10表面，或通过粘合层粘接于透明间隔层10表面。

请参阅图1b、图4，另一种结构的3D成像光学薄膜，包括：透明间隔层20，所述透明间隔层20包括第一表面以及相对设置的第二表面；若干微反射聚焦单元，所述微反射聚焦单元设置于所述透明间隔层20第一表面；微反射聚焦单元在透明间隔层第一表面呈无对称轴的排布，形成微反射聚焦单元阵列层21，所述微反射聚焦单元阵列层21包括微聚焦单元23以及反射层24，其中反射层24设置于所述微聚焦单元23表面；若干微图文单元22，所述微图文单元22设置于所述透明间隔层20第二表面形成微图文单元阵列层；从透明间隔层20第一表面侧观察，所述成像薄膜形成悬浮于透明间隔层20第一表面与观察者位置之间的、悬浮的、放大的影像45，且所述放大影像45有且仅有一个，由微图文单元44通过微反射聚焦单元阵列层43放大所组成；当围绕轴41或轴42转动，或者左右或前后倾斜该成像薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像45进入观察区域。

请再参阅图1b，微聚焦单元23、透明间隔层20以及微图文单元22为一整体，即所述微聚焦单元23以及微图文单元22、透明间隔层20通过一次固化而成。由于没有基底，这样的3D成像光学薄膜与图1a的相比更薄。其中微图文单元22嵌设在透明间隔层20中，此时透明间隔层20为可固化树脂，所述微聚焦单元23以及微图文单元22直接通过模具在可固化树脂表面成型、固化以及填充来制成。所述微图文单元22可以是在透明间隔层20第二表面形成沟槽式图案，也可以是在沟槽中在填充存在折射率差的树脂、染色材料、着色材料或者金属一种或者多种组合。

请参阅图1c、图4，又一种结构的3D成像光学薄膜，包括：透明间隔层30，所述透明间隔层30包括第一表面(图中透明间隔层30的上表面)以及相对设置的第二表面(图中透明间隔层30的下表面)。若干微反射聚焦单元，所述微反射聚焦单元设置于所述透明间隔层30的第一表面；微反射聚焦单元在透明间隔层30第一表面呈不对称排布，形成微反射聚焦单元阵列层31。所述微反射聚焦单元阵列层31包括微聚焦单元33以及反射层34，其中反射层34设置于所述微聚焦单元33的上表面。若干微图文单元32，所述微图文单元32设置于所述透明间隔层30第二表面形成微图文单元阵列层。从透明间隔层30第二表面侧观察，所述成像薄膜形成悬浮于透明间隔层30第二表面与观察者位置之间的、悬浮的、放大的影像45，且所述放大影像45有且仅有一个，由微图文单元44通过微反射聚焦单元阵列层43放大所组成。当围绕轴41或轴42转动，或者左右或前后倾斜该成像薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像45进入观察区域。请再参阅图1c，微聚焦单元33、透明间隔层30以及微图文单元32为一整体，即所述微聚焦单元33以及微图文单元32都是直接在透明间隔层30上形成的，这样的3D成像光学薄膜与图1a的相比更薄，因为没有基底，其中微图文单元32凸设在透明间隔层30表面，此时透明间隔层30为可固化树脂，首先在可固化树脂一表面形成微聚焦单元33，然后固化成型，所述微图文单元32可以喷墨打印、丝网印刷、光刻、或者浮雕等方式形成于透明间隔层30第二表面；其中形成微图文单元32的材料为具有折射率差的树脂、染色材料、着色材料或者金属一种或者多种组合。该种结构的3D成像光学薄膜第二表面还设有保护层35，所述保护层35也可以是粘结层，这样可以很好的保护微图文单元32，此时，这种薄膜的厚度大于图1b中的薄膜厚度。图1a以及图1b的所述微图文单元一面均可设有保护层，且所述保护层同样可以具有粘接的特征。图1a、1b以及图1c，这里不仅仅微图文单元这一面可以设有保护层，微反射聚焦单元一侧同样可以设有保护层，其中，所述保护层同样可以具有粘接的特征。保护层可以包括UV胶、OCA胶等其他一些不会产生化学反应的透明或者视觉透明的聚合物。

请再一次参阅图1a、1b以及1c，微反射聚焦单元在透明间隔层第一表面上呈随机或者非周期性排布；所述微反射聚焦单元、透明间隔和微图文单元的总厚度在微反射聚焦单元曲率半径的二分之一至微反射聚焦单元三倍的曲率半径之间。所述反射层14、24以及34为单层介质层、多层介质层、金属反射层或者由金属反射层与介质层组成的多层结构，且所述反射层的厚度为20nm～5μm。在微反射聚焦单元阵列层表面设有反射层14、24以及34，这使得在实际应用中可以将悬浮成像光学薄膜的图文结构所在侧与实际应用产品相贴合，从微图文单元所在侧观察微图文单元的成像，这可以避免从微反射聚焦单元阵列层所在侧观察图文结构的成像而因微反射聚焦单元阵列层所在侧凹凸不平所带来的影响用户体验效果的问题，因而有利于提高用户的体验感受。

请再一次参阅图1a、1b、1c以及图4，所述微图文单元还可以是由微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案以及线条结构微图案中至少两者的组合构成；其中，所述微图文单元阵列层通过所述微反射聚焦单元阵列层放大成像后形成影像，所述影像或放大影像有且仅为一个，所述放大的影像为单通道图案或多通道图案。这里需要说明“有且仅有一个”并不是传统所说的一个图标或者图文，例如多通道图案；所述影像一定是有原像单元，可以理解是原像单元经过光学器件作用形成影像，这里的原像单元是一个完整的图文或者说能表达一个完整意思的图文，所以这里的“有且仅有一个”是根据原像单元来定义，所成的影像只为一个原像单元，即这里的“有且仅有一个”不能根据连通域来判断影像的个数。

在其中一实施例中，所述微图文单元位置坐标与微反射聚焦单元相适配，所述相适配为第二表面中的微图文单元的位置坐标由经过第一表面中的微反射聚焦单元的位置坐标经过变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换，或者它们的组合。

请参阅图2a以及图2b，其中，微反射聚焦单元在所在的透明间隔层第一表面内排布无对称轴。图2a为呈随机排布的情况，图2b为正方形点阵依照函数

ξ_i＝-x_oi-arg sinh(y_oi)，η_i＝y_oi-arg sinh(x_oi)变换，以点阵坐标作为微反射聚焦单元中心，得到非周期排列的情况；微聚焦反射阵列所在区域面积与总面积之比称为占空比。占空比越高，得到的放大图形对比度越高。优选的，微反射聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

请参阅图3a以及3b，图3a为图2a中随机排布的点阵坐标经过放大变换

ξ_i＝0.99x_oi,η_i＝0.99y_oi

得到的微图文单元排列，其中，x_oj以及y_oj为微聚焦反射单元位置坐标，微图文单元在所在的透明间隔层第二表面内排布无对称轴，呈随机排布。附图3b、附图2b中依照函数

ξ_i＝-x_oi-arg sinh(y_oi)η_i＝y_oi-arg sinh(x_oi)

排布的微反射聚焦单元点阵坐标经过逆时针旋转2°(也可以为其他值)时得到的微图文单元排列，其中，x_oj以及y_oj为微聚焦反射单元位置坐标，微图文单元在所在的透明间隔层第二表面内排布无对称轴，呈非周期分布。

在本实施方式中，变换函数存在一个且只有一个变换不动点，保证了只呈现唯一的一个放大的微图文单元影像。即在上述的缩放、旋转变换中，透明间隔层第一表面与第二表面存在一个且只有一个变换不动点对(基于不动点得到的第一表面坐标值、基于不动点得到的第二表面坐标值)，点201-点205(如图2a和图3a)、点203-点207(如图2b和图3b)。在实际的使用中，所使用的坐标变换包括，但不限于坐标缩放变换和坐标旋转变换，或者它们的组合。所述微反射聚焦单元在其所在平面具有与所述函数的不动点对应的第一定位点，所述微图文单元所在平面具有基于所述不动点与所述第一定位点对应的第二定位点，所述微图文单元基于所述第一定位点和所述第二定位点与所述微反射聚焦单元相一一对应。当然的，所述微图文单元的位置坐标与所述微反射聚焦单元的位置坐标的变换函数也可以为其他有且只有一个不动点的函数。由于微反射聚焦单元在透明间隔层的表面呈不对称排，因而确保了所述微图文单元的位置坐标与所述微反射聚焦单元的位置坐标呈一一对应关系，从而保证该3D成像光学薄膜只能呈现一个图案，且该图案不会出现多个。虽然该图案在薄膜转动过程中，会产生一定的偏转和大小变换，但是由于不会产生重叠或其他图案，因而仍然保证该图案的清晰度。

为了使微图文单元与微反射聚焦单元达到更好的成像效果，例如，所述微图文单元与所述微反射聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述聚焦微反射聚焦单元焦距的20％。为了使微反射聚焦单元适用性更好，例如，所述微反射聚焦单元的有效直径大于20微米且小于1000微米，或者有效直径为20μm～500μm，再或者有效直径为55μm～200μm，再或者300μm～450μm，为了一些领域的特殊需求，有效直径为550μm～900μm。为了使成像的效果更优，例如，所述微反射聚焦单元的焦距为10微米至2000微米，或者焦距为20μm～100μm，再或者焦距为200μm～450μm，再或者焦距为550μm～900μm，再或者焦距为1050μm～1500μm。为了使成像薄膜能够使用在更多的领域，例如，所述3D成像光学薄膜的总厚度小于5000微米，例如该薄膜由于比较高端或者说超薄设计的，那么该薄膜可以采用无基底或者薄基底结构，此时3D成像光学薄膜的总厚度20μm～200μm，用于一般体积比较小的产品时并对厚度要求不高，此时3D成像光学薄膜的总厚度300μm～500μm，当该薄膜用于大型的装饰品时，透明间隔层就可以是玻璃或者厚的膜，此时3D成像光学薄膜的总厚度600μm～1000μm，甚至更厚例如1200μm、1300μm、1500μm、2000μm、2500μm、3500μm或者4500μm。

又如，所述微反射聚焦元件单元为折射反射单元，所述折射反射单元为柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜。

又如，所述透明间隔层的第一表面的剩余部分或所述透明基层的第二表面的剩余部分设置有全息防伪单元、菲涅耳浮雕结构单元、光变单元、亚波长微结构单元、动感光变单元或印刷图案，或者是介质层、金属层，或者涂覆有油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收或是具有微纳结构。

实施例一：

请参阅图1a，一种3D成像光学薄膜的结构示意图。薄膜有三层结构：透明间隔层10、二维微反射聚焦单元阵列层(或者微反射聚焦单元阵列)11和微图文单元层(微图文单元)12。二维微反射聚焦单元阵列层11上有微聚焦单元13和微反射单元(或者反射层)14。

透明间隔层10的厚度在10微米至5000微米，优选的，透明间隔层层厚度小于1000微米。透明间隔层材料可以为PC、PVC、PET、PMMA、紫外敏感固化胶、玻璃或BOPP等，优选的，选为PET和紫外敏感固化胶。

微聚焦单元13和微反射单元14将从透明间隔层第二表面侧的入射光经反射聚焦于微图文层12。微聚焦单元13可以是折射反射单元或者衍射反射单元。当采用折射反射单元时，如一维柱面、二维球面或者非球面反射镜，其焦距约为其曲率半径的二分之一，口径尺寸10至1000微米，优选的，口径尺寸在25至500微米。微聚焦透镜数值孔径0.1～4.0，优选的，微聚焦透镜数值孔径小于2.0。

微聚焦单元13的材料可以是PC、PVC、PET、PMMA、紫外敏感胶、玻璃或BOPP等，优选的，选为紫外敏感固化胶。微反射单元14材料为单层介质层、多层介质层、金属反射层或者由金属反射层与介质层组成的多层结构。

微图文层12由微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案以及线条结构微图案中至少两者的组合构成。

实施例二：

请参阅图4，本发明中一种3D立体成像薄膜的视觉效果示意图。如本发明实施例一所描述的光学薄膜，可以将原本隐藏于微图形层的微图文44放大至肉眼可直接分辨。观察者从透明间隔层第二表面一侧进行观察，将看到唯一的一个悬浮于观察者与透明间隔层第二表面之间的放大的微图文45。无论当该成像薄膜沿水平轴41转动，或者沿垂直轴42转动时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像进入观察区域。另外，由于起作用的微反射聚焦单元43位于透明间隔层第二表面，可以使用保护材料将其密封。当透明间隔层第一表面被水等透明物质覆盖时，将不影响本发明3D光学薄膜的成像效果。

实施例三：

本发明提出的结构实现悬浮3D放大图像的原理如图5所示。设微反射聚焦单元曲率半径R，焦距f，微图文单元悬浮影像高度di。则根据附图5中的几何关系：

其中x_MLA表示微反射聚焦单元的坐标值，x_MPA表示微图文单元的坐标值；

得悬浮影像高度：

当

时，将获得放大的悬浮微图文单元影像。在本发明中，对微反射聚焦单元的位置坐标进行域缩变换，或者是旋转变换，将会获得具有动态立体悬浮效果的微图文影像。

实施例四：

为了获得依据上述技术方案的3D光学成像薄膜，本发明提供了一种3D光学成像薄膜的制作方法，包括下列步骤：

(1)、基材层一侧涂敷紫外固化胶或者热敏材料，作为微反射阵列层；

(2)、具有与待压微反射结构相反的模版压印微反射阵列层，同时通过辐照使紫外固化胶固化，或者通过冷却使热敏材料固化，得到微透镜阵列层。所述的压印模版材料可以由镍(Ni)、镍钴(NiCo)合金、镍铁(NiFe)合金、镍碳化硅(NiSiC)等组成。压印方式可以是平对平、卷对平或者卷对卷方式；

(3)、在微反射阵列层形成微反射层，如单层介质层、多层介质层、金属反射层或者由金属反射层与介质层组成的多层结构。介质材料为氟化镁、二氧化钛、二氧化硅、金属氧化物和介质氧化物等，金属材料为铝、银、铜或者它们的合金；

(4)在基材层另一侧涂敷紫外固化胶或者热敏材料，作为微纳结构层；

(5)将具有与待压微纳结构层相反的模版压印微纳结构层，同时通过辐照使紫外固化胶固化，或者通过冷却使热敏材料固化，得到微透镜阵列层。所述的压印模版材料可以由镍(Ni)、镍钴(NiCo)合金、镍铁(NiFe)合金、镍碳化硅(NiSiC)等组成。压印方式可以是平对平、卷对平或者卷对卷方式。微纳结构层还可以通过印刷方式，利用油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收材料形成可被人眼观察的放大图案。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种3D成像光学薄膜，其特征在于，包括：

透明间隔层，所述透明间隔层具有相对的两个表面；

设置于所述透明间隔层一个表面的微反射聚焦单元阵列层，所述微反射聚焦单元阵列层包括若干呈不对称排布的微反射聚焦单元，所述微反射聚焦单元呈无对称轴的排布，从而使得多个微反射聚焦单元不呈镜像对称或中心对称排布；

设置于所述透明间隔层相对所述微反射聚焦单元阵列层的另一个表面的微图文单元阵列层，所述微图文单元阵列层包括若干微图文单元；

所述微反射聚焦单元阵列层与所述微图文单元阵列层相适配，所述微图文单元的位置坐标与所述微反射聚焦单元的位置坐标呈一一对应关系；从而使所述3D成像光学薄膜在被自所述微图文单元一侧观察时有且只有能形成一个悬浮于所述透明间隔层的悬浮影像，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案；所述影像具有原像单元，所成影像只为一个所述原像单元；当围绕水平轴或垂直轴转动，或者左右或前后倾斜所述3D成像光学薄膜时，不会有其它的第二个放大微图文单元的影像进入观察区域；

设微反射聚焦单元曲率半径R，焦距f，微图文单元悬浮影像高度di，得悬浮影像高度：

其中x_MLA表示微反射聚焦单元的坐标值，x_MPA表示微图文单元的坐标值，当

时，将获得放大的悬浮微图文单元影像。

2.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微图文单元的位置坐标能由对应的所述微反射聚焦单元的位置坐标经过变换获得。

3.根据权利要求2所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换中的一种或组合。

4.根据权利要求2所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微图文单元的位置坐标与所述微反射聚焦单元的位置坐标的变换函数有且只有一个不动点。

5.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦单元阵列层、透明间隔层和微图文单元阵列层的总厚度在所述微反射聚焦单元曲率半径的二分之一至三倍之间。

6.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦单元阵列层还包括微聚焦单元和反射层，所述反射层设置于所述微聚焦单元背向所述透明间隔层的表面。

7.根据权利要求6所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述反射层包括单层介质层、多层介质层、金属反射层中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述3D成像光学薄膜形成的悬浮影像由若干放大的所述微图文单元组成。

9.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微图文单元包括填充颜料、染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案、印刷图案中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微图文单元与所述微反射聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述微反射聚焦单元焦距的20％。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦单元的直径大于20微米且小于1000微米。

12.根据权利要求1至10中任意一项所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦单元的焦距为10微米至2000微米。

13.根据权利要求1至10中任意一项所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述3D成像光学薄膜的总厚度小于5000微米。

14.根据权利要求13所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

15.根据权利要求1至10中任意一项所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述微反射聚焦元件单元为折射反射单元，所述折射反射单元包括柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜中的至少一种。

16.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，所述透明间隔层的一个表面除去微反射聚焦单元阵列层的部分和/或所述透明间隔层的另一个表面除去微图文单元阵列层的部分设置有全息防伪单元、菲涅耳浮雕结构单元、光变单元、亚波长微结构单元、印刷图案、介质层、金属层的至少一种，或者涂覆有油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收材料中的至少一种。

17.根据权利要求1至10中任意一项所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，至少一个的所述微图文单元的外部设置有保护层。

18.根据权利要求1所述的3D成像光学薄膜，其特征在于，当围绕平行于所述透明间隔层的两个表面的轴转动该3D成像光学薄膜时，所述3D成像光学薄膜不会出现其他悬浮影像。

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