CN108454265B - 防伪元件及光学防伪产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学防伪领域，公开了一种光学防伪元件及光学防伪产品。其中该光学防伪元件包括：至少部分透光的基材，具有相互对立的第一表面和第二表面，以及形成在该基材的该第一表面的防伪图像，该防伪图像包含多个成像像素组，该多个该成像像素组之间呈非周期性和/或无对称轴排布，形成在该基材的该第二表面的具有光学特性的采样合成层，其中，透过该基材的透光部分及该采样合成层适于呈现对应于该成像像素组的目标视觉图像。由此，至少能解决了现有技术中采用周期性微图文阵列所导致的防伪性差和易被破解的技术问题。

Description

防伪元件及光学防伪产品
技术领域
本发明涉及光学防伪领域，具体地，涉及一种防伪元件及光学防伪产品。
背景技术
为了防止利用扫描和复印等手段产生的伪造，钞票、证卡和产品包装等各类高安全或高附加值印刷品中广泛采用了光学防伪技术，并且取得了非常好的效果。
CN1271106、CN1552589、《Properties of moire magnifiers》(OpticalEngineering 37(11)3007-3014)、《微透镜列阵显示技术研究》(微纳电子技术2003年第6期)等文献或专利中公开了同一类在基材的两个表面上分别带有微透镜阵列和微图文阵列的微光学元件，其中，微图文阵列位于微透镜阵列的焦平面附近，通过微透镜阵列对微图文阵列的莫尔放大作用来再现具有一定景深或呈现动态效果的图案。
目前此类公开文献中均采用周期性微图文阵列，所形成的光学效果即为随着观察视角的改变特定视觉图像沿着某一维度上的简单平移特征或切换特征。虽然该防伪元件容易设计和加工，但是该视觉图像往往能够反映该周期性微图文阵列的关键图文特征，使得不法分子极容易通过破解并伪造该防伪元件，该防伪元件在防止破解伪造方面难以满足包装品、印刷品、有价证券等产品对防伪技术不断提高的要求。
由此，一种具有一定复杂度且难以被破解的防伪微图文阵列的防伪元件将大大提高相应光学防伪产品的难伪造易识别的水平，也是目前业界的热门研究方向，
发明内容
本发明提供了一种新型的具有易识别且难伪造特点的防伪元件及光学防伪产品，用以至少解决背景技术中所阐述的采用周期性微图文阵列所导致的防伪性差和易被破解的技术问题。
为了实现以上目的，本发明实施例一方面提供一种防伪元件，该防伪元件包括：
至少部分透光的基材；
形成在该基材表面的防伪图像，该防伪图像包含多个成像像素组，该多个该成像像素组之间呈非周期性和/或无对称轴排布；形成在该基材的该第二表面的具有光学特性的采样合成层，其中，透过该基材的透光部分及该采样合成层适于呈现对应于该成像像素组的目标视觉图像。
可选地，仅基于该多个成像像素组中的部分成像像素组和/或所述目标视觉图像不能够确定所述防伪图像。
可选地，该防伪元件还包括：形成在该采样合成层表面的反射层，透过该基材的透光部分及该采样合成层，并经由该反射层的反射适于呈现对应于该成像像素组的该目标视觉图像。
可选地，该多个成像像素组对应于图像显示关联关系布设在该防伪图像上，其中，从多个不同的角度透过该基材的透光部分及该采样合成层适于呈现分别对应于该多个成像像素组的多个目标视觉图像，以及该多个目标视觉图像之间呈该图像显示关联关系。
可选地，该防伪图像包含由多个像素所组成的防伪像素阵列，该多个成像像素组为选自该防伪像素阵列中多组特定像素的集合。
可选地，该图像显示关联关系包含以下一者或多者：平移变化关联关系、立体变化关联关系、形变变化关联关系、缩放变化关联关系、旋转变化关联关系、闪烁变化关联关系、开关变化关联关系、切换变化关联关系。
可选地，该具有光学特性的采样合成层包含以下一者或多者：球面微透镜、柱面微透镜、球面微反射镜、柱面微反射镜。
可选地，该防伪图像还包含有编码像素组和/或宏观标识图像。
可选地，该防伪元件还包括具有荧光图案的颜色功能层。
可选地，该基材包含以下一者或多者：单层PET薄膜、单层PVC模、透明复合膜、有色介质膜。
可选地，该成像像素组包含具有光谱吸收特性的含开口的光吸收微结构。
可选地，透过该基材的透光部分及该采样合成层适于呈现对应于该光吸收微结构的多种颜色信息。
可选地，透过该基材的透光部分及该采样合成层，并经由该反射层的反射适于呈现对应于该光吸收微结构的多种颜色信息。
可选地，该多种颜色信息与该防伪元件的显色配置参数组一一对应，该显色配置参数组包含选自以下一者或多者：该反射层的材料、形状，该光吸收微结构的排列形式、开口深度、开口宽度。
可选地，该多种颜色信息包含选自以下至少两者：红色、棕色、黑色、白色。
本发明实施例另一方面还提供一种光学防伪产品，包括上文所述的防伪元件。
可选地，该光学防伪产品包含以下一者或多者：开窗安全线、标签、钞票、信用卡、有价证券、护照、包装盒、包装纸。
通过上述技术方案所提供的防伪元件中的防伪图像层的采用的微观排列为非周期或非对称的配置，避免了周期或对称图像容易被提取的微防伪图像单元，并也降低了防伪元件被破译的风险，从而使得造假者无法通过防伪图像层的局部来破解整个防伪图像层的信息，增强了光学防伪元件及产品的防伪能力。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是根据本发明另一实施方式的光学防伪元件的剖面图；
图2是根据本发明又一实施方式的光学防伪元件的剖面图；
图3a、b分别是对采样合成层对防伪图像层采样合成过程的物理原理进行解释时采用的视觉图像和对应的防伪图像层示意图；
图4a、b、c分别为现有技术中一种典型的周期性且有对称轴的微观排列形式的防伪图像层所提供的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的局部；
图5a、b、c分别为现有技术中另一种典型的周期性且有对称轴的微观排列形式的防伪图像层所提供的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的局部；
图6a、b、c分别给出了根据本发明第一实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图7a、b、c分别给出了根据本发明第二实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图8a、b、c分别给出了根据本发明第三实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图9a、b、c分别给出了根据本发明第四实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图10a、b、c分别给出了根据本发明第五实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图11a、b、c分别给出了根据本发明第六实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图12a、b、c分别给出了根据本发明第七实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图13a、b、c分别给出了根据本发明第八实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图14a、b、c分别给出了根据本发明第九实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图15a、b、c分别给出了根据本发明第十实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图16a、b、c分别给出了根据本发明第十一实施方式的光学防伪元件在应用上的视觉图像效果、采样合成层和防伪图像层的一个局部；
图17a、b分别给出了根据本发明的又一种实施方式的光学防伪元件的防伪图像截面示意图和剖面示意图；
图18a、b、c、d分别给出了根据本发明的又一种实施方式的光学防伪元件的光吸收微结构的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合附图来详细说明根据本发明的光学防伪元件及使用该光学防伪元件的光学防伪产品。应当理解，该附图和详细描述只是对本发明优选实施方式的描述，并非以任何方式来限制本发明的范围。
下面将结合图4a、4b、4c和图5a、5b、5c所示的现有技术中典型示例对周期性或有对称轴的微观排列形式的防伪图像层进行剖析，从而由此说明现有技术中所存在的关键问题。
图5a给出的是周期性且有对称轴的微观排列形式的防伪图像层所提供的视觉图像效果，图中仅示意性选择了5行5列视觉图像，其中沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，视觉图像沿着x轴正方向平行移动，这是一种能够形成上浮景深感的一般平移的效果，同时在y轴方向具有同样的正向改变视角时视觉图像正向平移的效果。图5b给出了所采用的采样合成层为矩形排列的球面微透镜阵列，微透镜阵列排列周期为25微米。图5c给出了对应的防伪图像层的局部，显然该防伪图像层是周期性且有对称轴的。
图5a给出的是另外一种周期性且有对称轴的微观排列形式的防伪图像层所提供的视觉图像效果，图中仅示意性选择了6行5列视觉图像，其中沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，视觉图像沿着x正方向平行移动，这是一种能够形成上浮景深感的一般平移的效果，同时在y轴方向具有同样的正向改变视角时视觉图像正向平移的效果，并且在y轴方向视觉图像移动的同时会产生两种视觉图像相互切换的效果。图5b给出了所采用的采样合成层为矩形排列的球面微透镜阵列，微透镜阵列排列周期为25微米。图5c给出了对应的防伪图像层的多个局部，显然该防伪图像层是周期性且有对称轴的。
图4及图5的实施例中分别给出了现有技术中两种典型的周期性的或有对称轴的防伪图像层与采样合成层共同作用，从而提供的一般平移或切换效果。该一般平移效果包括正交平移、上浮平移、下沉平移等效果，通常通过设计防伪图像层的周期性图案使之与采样合成层的聚焦元件阵列之间形成微小的周期差或角度差来实现。另外，该一般平移效果不能形成立体图像的连续景深变化效果。该切换效果还可以在图5的实施例基础上进一步形成多通道切换特征，但是相应的防伪图像层仍然具有周期性或具有对称轴。综上，不难理解，该具有周期性排布的或有对称轴的防伪图像层的防伪元件具有以下缺点：
(1)周期或对称的防伪图像层具有容易被提取的微防伪图像单元，该微防伪图像单元与视觉图像甚至往往是一致的，导致通过视觉图像就能够直接获得微观的图像单元；
(2)防伪图像层具有容易被破译的简单规律；
(3)造假者无需遍历防伪图像层所有位置，仅通过防伪图像层的局部就能够破解整个防伪图像层的信息。
(4)实际生产加工过程中，采样合成层与防伪图像层是分别加工的，这决定了二者之间无法完成严格的对位，而是会不可避免地形成错位，该错位包括位置偏差、角度偏差、形变偏差等。该错位不仅影响观察到的采样合成图像的质量，更为重要的是当该视觉合成图像不止提供一个图像信息时不能保障观察者在指定观察角度上看到的采样合成图像来自于多个图像信息中的哪一个，在一种清凉下观察者会同时看到多个图像的混淆信息。以上均直接造成光学防伪信息无法被用户识别或识别不充分。
如图1所示，根据本发明另一实施方式的光学防伪元件1包括：基材2，该基材2包括相互对立的第一表面31和第二表面32；形成在该基材2的该第一表面31上的采样合成层21；以及形成在该基材2的该第二表面32上的防伪图像层22，防伪图像层22与采样合成层21相对应，即采样合成层21能够对该防伪图像层22进行采样合成从而形成一个或多个视觉合成图像，并且防伪图像层22在微观排列上是非周期和/或无对称轴的。由此，使得仅基于该多个成像像素组中的部分成像像素组和/或该目标视觉图像，即该防伪图像的局部也不能够确定该防伪图像，大大提高了防伪元件的关键防伪图像的隐蔽性和被破解的难度。
可以理解的是，目标视觉图像可以是可个性化定制的图像，例如logo标识等；即通过本发明实施例中的呈非周期性和/或无对称轴排布的成像像素组与适于透光的基材101的配合能够实现了目标视觉图案的展示，便可以让观察者看到特定图像。上述非周期和/或无对称轴指的是在防伪图像22所在的二维平面内，不存在周期或局部周期的成像像素组，也不存在任何一个虚拟的面内对称轴使得防伪图像层的图像信息相对于该对称轴呈对称关系。关于该发明实施例的更多的细节以及应用将在下文其他实施方式中继续阐述。
优选地，采样合成层21可以为微透镜阵列层或者能够对防伪图像层22进行成像的其他微采样工具。其中，微透镜阵列层可以是由多个微透镜单元构成的非周期性阵列、随机性阵列、周期性阵列、局部周期性阵列或它们的任意组合，同时微透镜单元可以为折射型微透镜、衍射型微透镜或它们的组合，其中折射型微透镜可以选取球面、抛物面、椭球面微透镜、柱面微透镜、或其它任意几何形状的基于几何光学的微透镜或它们的任意组合，衍射型微透镜可以选取谐衍射微透镜、平面衍射微透镜、菲涅尔波带片。其中，除菲涅尔波带片外，其它微透镜的具体形式可以选择为连续曲面型或阶梯型透镜作为微透镜单元。例如，图1中的采样合成层21可以是由多个矩形、蜂窝、菱形、三角形等排列方式的球面微透镜单元组成的周期性阵列，也可以是柱面微透镜沿着某个方向的周期性排列。
优选地，根据本发明的光学防伪元件中的周期性或局部周期性采样合成层21和防伪图像层22的图像周期可以为10μm至200μm，优选为15μm至70μm；采样合成层(例如微透镜阵列层)21的焦距可以为10μm至200μm，优选为15μm至40μm；采样合成层(例如微透镜阵列层)21的加工深度优选小于15μm，更优选为0.5μm至10μm。另外，基材2的厚度与采样合成层21的焦距之差优选为小于3μm，更优选地该差值为小于1μm。
优选地，采样合成层21可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，还可以结合热熔回流等工艺来实现，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。
优选地，防伪图像层22可以采用胶印、凹印、微印刷、纳米压印、紫外固化材料浇铸、激光曝光、电子束曝光等方式获得。
优选地，上述各个结构中的防伪图像层22还可以包括能够在无需该采样合成层21进行采样合成的情况下就能够被直接观察的视觉图像(未示出)，从而形成可直接观察而非采样合成的图像。
图17示出了采用选择性光吸收微结构的防伪图像22。其中图17a给出了采用选择性光吸收微结构221的防伪图像22而形成光学防伪元件1的截面图，其中223为反射层；图17b给出了该光学防伪元件1选择图6c对应的实施方式的防伪图像时，其使用选择性光吸收微结构221作为微图像形状的防伪图像片段的俯视图。该光吸收微结构221用于吸收特定光谱的颜色和效率。
该实施例中选择性光吸收微结构221由多个开口结构即下凹的微观结构222组所成，所述下凹微观结构222的宽度即开口宽度为1微米，开口深度为0.8微米。如图所示，进一步地在下凹的微观结构222表面覆盖有40纳米厚的金属Al层作为反射层。
此时，不论通过显微镜观察防伪图像22抑或观察由采样合成层21对防伪图像22采样合成后形成的宏观图像，图像形状均为黑色；其原理在于下凹微观结构222与反射层223共同提供了具有光吸收作用的光陷阱，其能够对可见光波段进行全谱的吸收以抑制反射光，从而使其覆盖的防伪图像22的部分呈现黑色。通过选择下凹的微观结构222的开口深度和开口宽度以及排列形式能够控制选择性光吸收微结构221的光谱吸收特性，包括吸收的颜色和效率以及反射的颜色和效率，从而决定防伪图像22的图像形状的颜色。
优选地，光吸收微结构221的俯视形状为圆形、多边形等任意几何形状，其截面可以为圆形、正弦形、矩形、三角形等任意曲面。
优选地，所述光吸收微结构的开口宽度为小于1微米。
优选地，所述光吸收微结构的开口宽度为小于0.5微米。
优选地，所述光吸收微结构的开口深度与开口宽度的比值为大于0.3。
优选地，所述光吸收微结构的开口深度与开口宽度的比值为大于0.8。
优选地，所述反射层223可以包括下述各种镀层中的任意一种或其组合：单层金属镀层；多层金属镀层；由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层；以及由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层。在根据本发明中，高折射率介质层指的是折射率大于等于1.7的介质层，其材料可以是ZnS、TiN、TiO2、TiO、Ti2O3、Ti3O5、Ta2O5、Nb2O5、CeO2、Bi2O3、Cr2O3、Fe2O3、HfO2、ZnO等，低折射率介质层指的是折射率小于1.7的介质层，其材料可以是MgF2、SiO2等。金属镀层或反射层的材料可以是Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Fe、Sn、Au、Pt等金属或其混合物和合金；吸收层材料可以是Cr、Ni、Cu、Co、Ti、V、W、Sn、Si、Ge等金属或其混合物和合金。需要说明的是，虽然上述反射层223由于材料和结构的选择从而使自身就具备特定的颜色，例如Al层的银白色和Au的黄色。但是防伪图像22所反映的是选择性光吸收微结构和上述反射层共同作用形成的颜色特征，该颜色特征不同于所选择的反射层的颜色特征，例如图17对应实施例中形成的黑色与Al层的银白色完全不同。
在另外一个实施方式中，图17所示的选择性光吸收微结构221的下凹微观结构222的开口宽度为330纳米、开口深度为180纳米。此时，不论通过显微镜观察防伪图像22抑或观察由采样合成层21对防伪图像22采样合成后形成的宏观图像，图像形状均为棕色。
图18示出了所述选择性光吸收微结构221的下凹微观结构222的不同排列形式。其中图18a采用了周期性排列的下凹微观结构222；图18b采用了随机性排列的下凹微观结构222；图18c采用了具有随机性深度的下凹微观结构222；图18d采用了随机性开口宽度的下凹微观结构。
图18a的周期性排列的下凹微观结构222不可避免地会产生对入射光的衍射作用，从而在选择性吸收和反射的基础上同时包含了衍射光，如果该衍射光不符合用户的需要，那么图18b所示的随机性排列的下凹微观结构222即能够解决这一问题，随机性排列能够将周期性排列的下凹微观结构222带来的衍射效应排除，从而纯粹地提供选择性光吸收特征。
图18c的随机性深度的下凹微观结构222以及图18d的随机性开口宽度的下凹微观结构222所起的作用之一是控制选择性光吸收和光反射的比例，从而控制防伪图像所呈现的颜色的灰度。当然，通过控制下凹微观结构222的排列密度也可以达到类似的目的。
优选地，带有选择性光吸收微结构221的防伪图像22的原版可以通过光学曝光、电子束曝光等微纳加工方式获得，通过紫外浇铸、模压、纳米压印等加工方式进行批量复制。以上的通用加工过程中选择性光吸收微结构221覆盖的区域确定性地由原版所决定，而不受批量加工的过程所影响，相比较常见的油墨印刷构成的防伪图像具有独特的优势，例如油墨笔画完全还原设计尺寸，无拓展，具有较高的对比度和清晰度，并且光学微结构的精细度取决于下凹微观结构222的开口宽度，该开口宽度可以是微米级甚至更小，相较于油墨印刷构成的微图像具有更高的分辨率。
虽然图17和图18对应的实施例中示意性地描述了防伪图像22的图像形状处设置选择性光吸收微结构221的下凹微观结构222，但事实上可以根据需求，在防伪图像的笔画所在的背景等任意位置设置所述下凹微观结构222，甚至可以在不同区域通过调整选择性光吸收微结构的开口宽度、开口深度、排列形式，反射层223的种类、结构来实现防伪图像呈现多种颜色。
结合图17b和18从左到右的第一至第三区域的三个区域具体说明，当采用铝作为反射层223时，选择性光吸收微结构在不同的区域分别为：第一区域的开口深度100nm及开口宽度300nm时，对应所呈现的颜色为红色；第二区域的开口深度180nm及开口宽度345nm，对应所呈现的颜色为棕色；第三区域开口深度300nm及开口宽度250nm，对应所呈现的颜色为黑色；从而形成具有多种颜色信息的防伪图像。以及当第三区域的开口深度在50～150nm范围内随机排布，宽度在500～1000nm范围内随机排布时，对应所呈现的颜色为白色。
采用包含光吸收微结构的防伪图像的优势在于：防伪图像的图像形状确定性地由光吸收微结构的覆盖区域尺寸所决定，从而能够保障微图像形状的锐度，并且能够提供与光吸收微结构的开口宽度相当的精细微图像形状。当本发明实施例中的光学防伪元件的防伪图像同时采用了非周期和/或非对称的微观排列形式以及上述选择性光吸收微结构时，能够使该光学防伪元件同时具备新颖的光学防伪特征、清晰而精细的微观和宏观图像，从而大幅提高光学防伪元件的品质和易识别难伪造的特性。
优选地，在该防伪图像层22中加入编码图像或宏观标识图像，该编码图像或宏观标识图像无需该采样合成层21进行采样合成。该编码图像可以是宏观的编码图像，也可以是微观的通过放大镜、显微镜来识别的隐藏图像，还可以是通过白光或单色入射光进行再现的图像。该编码图像可以与防伪图像层一次加工完成，也可以采用上述防伪图像层的加工范围中的方法进行二次添加，由此更增大了防伪元件的被伪造的难度。
优选地，根据本发明的光学防伪元件1还可以包括形成于该基材2中、该基材2的该第一表面31上和第二表面32上、该采样合成层21中、该防伪图像层22的表面上的至少一者中的衍射光变特征、干涉光变特征、微纳结构特征、印刷特征、部分金属化特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征。例如，可以在本发明的光学防伪元件1中添加荧光材料(未示出)，从而使其带有荧光特征。该荧光材料可以通过例如印刷方式形成荧光图案。例如，将作为颜色功能层的液晶光变材料替换为荧光材料，将实现荧光图案能够满足采样合成的条件，从而形成采样合成荧光图案。
此外，该基材2可以是至少局部透明的，也可以是有色的介质层。在一种优选方案中，该基材2可以是一层单一的透明介质薄膜，例如PET膜、PVC膜等，当然也可以是表面带有功能涂层(比如压印层)的透明介质薄膜，还可以是经过复合而成的多层膜。
优选地，本发明该的光学防伪元件也可以采用图3所示的配置，在基材2的第一表面31处的采样合成层21表面进一步增加反射层4，从而使得人眼的观察方向在基材2的第二表面32一侧，也即，采样合成层21对防伪图像层22进行采样合成之后由反射层4将采样合成层21的成像内容反射到人眼中。可以理解的是，由图可知该防伪图像层22在本实施方式中也应当是至少部分透光的；其中的采样合成层21为反射型聚焦元件，例如球面微反射镜或柱面微反射镜。
以下将针对图1或图2中的防伪图像层22采用非周期和/或无对称轴的微观排列形式的原因进行详细的说明。
首先将结合图3a、3b对采样合成层21对防伪图像层22的采样合成原理进行说明：图3a、3b防伪图像层的设计与形成过程，其中对应的采样合成层为柱面微透镜阵列，且柱面微透镜(未示出)的延伸方向为y方向。图3a中图文1、2…k分别对应各个角度下设定的观察者希望看到的视觉图像，对应的视觉图像依次以A、B…￥表示。将每个视觉图像均按照矩阵排列方式进行切割，例如A被切割为像素A11、A12…Amn构成的矩阵，其它视觉图像同样处理。
图3b与图3a相对应，其中每一个矩阵单元代表一个柱面微透镜下方的像素集合，按照该配置每个柱面微透镜单元都分配到图3a所示的各预先设定的视觉图像的一部分，当某个柱面微透镜以一定的观察角度采样到某个视觉图像的像素单元时，其它柱面微透镜会同时采样到该视觉图像的其它像素单元，从而呈现给观察者该视觉图像的内容，而当观察角度改变时，以上采样过程将相应地作用于其它视觉图像。因此，对于柱面微透镜阵列可以自由地设定不同观察角度上的视觉图像。对于其它上述提到的采样合成层形式，以上原理同样有效，例如对于矩形排列的球面微透镜阵列，可以看作为在柱面微透镜阵列基础上增加了与之垂直的维度用于进一步增加所需的视觉图像，其它采样合成层形式可以同理推而广之。
尽管上述所描述的物理原理是目前所认为的对于本发明所涉及的光学防伪元件所产生的物理现象的一种理解和描述，但并不意味该光学防伪元件被当前用于解释这一现象的该物理原理所限制。该光学防伪元件是由该光学防伪元件的基本结构和具体实施方式所决定的。
需要特别说明的是，上述物理原理同时也是该采样合成层对该防伪图像层进行采样合成的理想过程。实际加工过程中采样合成层不可避免的会与防伪图像层产生偏差，因为实际生产加工过程中，采样合成层与防伪图像层是分别加工的，这决定了二者之间无法完成严格的对位，而是会形成错位，该错位包括位置偏差、角度偏差、形变偏差等。该错位不仅影响观察到的采样合成图像的质量，更为重要的是当该所呈现的视觉合成图像不止提供一个时，会存在以下缺陷：
其一，不能确定观察者在指定观察角度上看到的采样合成图像来自于多个图像信息中的哪一个，例如图3a中A、B…￥等各视觉图像信息无法指定各自被采样合成后呈现给观察者的角度，即用户无法确切知晓当前角度能看到的视觉图像。
其二，观察者会同时看到多个图像的混淆信息，例如图3a中的A、B…￥会由于该错位的存在，同时在指定角度上呈现2个或2个以上视觉图像混合起来的视觉图像，或者扭曲失真的低质量视觉图像。
以上均直接造成光学防伪信息无法被用户识别或识别不充分，因此防伪元件所呈现的视觉图像数量不宜过多，但是具有周期性和/或对称轴的防伪图像所呈现的视觉图像一般具有循环重复显示的效果，在一定程度上影响到了防伪元件所呈现图像的鉴赏体验。
下面将结合图6-16的实例对非周期和/或无对称轴微观排列形式的防伪图像层的制作方法，结构特点和优势进行详细的说明。
与上述具有周期性排布的或有对称轴的防伪图像层的防伪元件相比，结合图6-16所提供的本发明实施方式中的具有非周期和/或无对称轴微观排列形式的防伪图像层的防伪元件具有以下优势：
(1)防伪图像层作为一个整体，无法提取出微防伪图像单元，通过视觉图像不能够直接获得微观的图像单元；
(2)防伪图像层不易被破解，没有固定的规律可循；
(3)防伪图像层没有重复性的区域，因此造假者必须遍历各微图像的所有位置，做到完全准确的还原每一个局部，才能获得同样的视觉图像特征；
(4)微观排列为非周期或非对称的配置还能够进一步带来更为丰富的光学防伪特征，例如视觉图像的立体、形变、缩放、旋转、开关、闪烁、特殊移动、动画、切换效果，以及以上效果的组合，和以上效果与一般平移效果的组合。从而改善了现有产品或文献中公开的比较单一的一般平移或切换效果这一现状。因此根据本发明的光学防伪元件和光学防伪产品能够实现更加丰富的光学防伪特征，从而产生更强的公众吸引力和更高的抗伪造能力。
(5)本发明该的光学防伪元件可利用本领域通用设备进行批量生产。
本发明的一种优选实施例是提供仅形成一个视觉合成图像的光学防伪元件具备独特的优势。而当视觉合成图像是仅提供一个宏观的采样合成图像信息时，例如采用一个视觉图像的立体、形变、缩放、旋转、特殊移动效果中的一种或多种的组合效果时，该错位仅影响该一个视觉图像处于该光学效果过程的起点，而不影响用户对该视觉图像的识别。从而使得所光学防伪元件除上文中提到的所有优点外，还能够进一步避免识别困扰，更加有利于产品信息的一致性，具备更强的防伪能力且更加适应批量生产的要求。
作为本发明实施例的进一步的实施及优化，该防伪图像102包含一定数量的像素的像素阵列，以及该多个成像像素组可以是选自该像素阵列中多种特定的像素的不同的特定集合。可以理解的是，该所选定的像素的特定组合是基于所欲实现的图像展示效果(例如立体、形变、缩放、旋转、特殊移动效果)及所相应的视线角度所确定的，即根据图像展示效果和所欲展示该特定图像的角度而确定该防伪图像中特定像素集合，并在该防伪图像的制备阶段就预先布设好各特定像素集合于该防伪图像上。
对上述本发明技术方案的技术效果做进一步的支撑，示例性地，图6给出了根据本发明的第一实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图6a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即一个立体视觉图像的若干角度的信息。当沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，该视觉图像将还原出立体人像。
这是一种能够形成连续景深变化视觉的立体效果。该立体效果通常通过观察者双眼的视差来识别，但即使是在单眼观察的情况下，也能够根据观察者的经验和常识体验出该立体图像。在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于立体效果的需要发生了渐变，但任意角度下都能够使观察者对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的差异和困扰。
图6b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向为y方向，排列周期为25微米。图6c给出了对应的防伪图像层的一个局部，考虑到防伪图像层整体的微观排列复杂性这里仅给出其中一个局部，但是显然该防伪图像层是非周期性且无对称轴的。
图7给出了根据本发明的第二实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图8a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即一个立体视觉图像的若干角度的信息。当沿着x轴或y轴正方向改变观察视角的过程中，该视觉图像将还原出一个埃舍尔多面体。这也是一种能够形成连续景深变化视觉的立体效果。
图7b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向与x轴方向呈45度角，排列周期为30微米。图7c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图8给出了根据本发明的第三实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图8a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即体现出一个视觉图像的变形过程。当沿着x轴或y轴正方向改变观察视角的过程中，该视觉图像中的文字字体从常规字体畸变为斜体。
在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于变形效果的需要发生了变化，但任意角度下都能够还原同一个视觉图像信息，使观察者能够对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的困扰。
图8b示出了所采用的采样合成层为矩形排列的球面微透镜阵列，其排列周期为30微米。图9c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图9给出了根据本发明第四实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图9a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即一个视觉图像的放大与缩小的过程。当沿着x轴或y轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出该视觉图像的缩小或放大过程。
在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于缩放效果的需要发生了变化，但任意角度下该视觉图像都只有大小的变化，能够使观察者对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的困扰。
图9b示出了所采用的采样合成层为球面微透镜阵列，其排列周期为30微米。图9c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图10给出了根据本发明第五实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图10a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即一个视觉图像的旋转过程，即沿着x轴或y轴正方向改变观察视角的过程中，该视觉图像将还原出一个视觉图像周而复始的旋转过程。
在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于旋转效果的需要发生了变化，但任意角度下该视觉图像都只有旋转后角度的变化，视觉图像所表达的信息例如数字本身并没有改变，从而能够使观察者对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的困扰。
图10b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向与x轴方向呈45度角，排列周期为30微米。图10c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图11给出了根据本发明第六实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图11a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，即一个视觉图像的往复移动过程，即沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出一个视觉图像向x轴正方向移动后又向x轴负方向移动的过程。
在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于往复移动的特殊移动效果的需要发生了位置的变化，但任意角度下该视觉图像所表达的信息例如数字本身并没有改变，从而能够使观察者对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的困扰。
该特殊移动效果还可以是沿着圆周轨迹、波浪轨迹、矩形轨迹移动等特殊移动效果，它们不同于单向直线运动的一般平移效果，即特殊移动效果为除一般平移效果以外的移动效果。
图11b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向为y方向，排列周期为25微米。图11c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图12给出了根据本发明第七实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图12a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，该视觉图像的效果包含两方面：视觉图像的圆周轨迹移动效果和视觉图像的缩放效果。当沿着x轴正方向或y轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出视觉图像沿着圆周轨迹顺时针移动，并同时产生缩小或放大的效果。
在该观察角度变化的过程中，虽然该视觉图像出于圆周轨迹移动的特殊移动效果的需要发生了位置的变化，并同时由于缩放效果的需要使得视觉图像的大小发生了改变，但是任意角度下该视觉图像所表达的信息例如圆形本身并没有改变，从而能够使观察者对该视觉图像的信息进行识别，不会造成信息识别的困扰。
图12b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向与x轴方向呈45度角，排列周期为30微米。图12c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图13给出了根据本发明第八实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图13a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，该视觉图像的效果包含两个方面：视觉图像的缩放效果和切换效果。当沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出视觉图像缩小或放大的过程，并同时发生两个视觉图像之间的切换。
图13b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向为y方向，排列周期为30微米。图13c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
虽然图13所示的实施方式中给出的防伪图像层在微观排列上是非周期且无对称轴的，但是由于其对应的效果中包含两个视觉图像的切换，即在不同角度上可以识别到两个视觉图像信息。并且因为在实际加工过程中防伪图像层与采样合成层之间的错位的存在，所以
(1)不能确切地定义其中任意一个视觉图像出现的角度；
(2)甚至可能出现两个视觉图像畸变、混合后形成的一个无意义的视觉图像，使得观察者无法获得全部的视觉图像信息甚至任何视觉图像的信息都无法得到。
因此，作为一种优选的实施方案，本发明该的光学防伪元件只含有一个视觉图像的信息。
图14给出了根据本发明第九实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图14a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，该视觉图像的效果包含两个方面：视觉图像的闪烁效果和旋转效果。当沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出视觉图像的位置的变化，该位置的变化例如具有在平面上的随机或伪随机性。当沿着y轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出视觉图像的逆时针旋转过程。
图14b示出了所采用的采样合成层为球面微透镜阵列，其排列周期为40微米。图14c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图15给出了根据本发明第十实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图15a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，该视觉图像的效果包含四个方面：
(1)视觉图像的闪烁效果；
(2)视觉图像的缩放效果；
(3)视觉图像的开关效果；
(4)视觉图像的动画效果。
当沿着x轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出图中五角星图案的位置的变化过程(闪烁效果)，月亮图案的消失和出现过程(开关效果)，月亮图案从弦月到满月的变化过程(动画效果)。当沿着y轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出图中五角星图案的缩小或放大过程(缩放效果)。
图15b示出了所采用的采样合成层为球面微透镜阵列，其排列周期为40微米。图15c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
图16给出了根据本发明第十一实施方式的光学防伪元件的防伪图像层，该防伪图像层的微观排列是非周期且无对称轴的。其中图16a仅示意性地给出了所提供的视觉图像效果，该视觉图像的效果包含两个方面：视觉图像的缩放效果和一般平移效果。当沿着x轴或y轴正方向改变观察视角的过程中，将还原出图中视觉图像的缩小或放大过程，以及视觉图像沿着x轴正方向的一般平移效果。
图16b示出了采用柱面微透镜阵列作为采样合成层，该柱面微透镜的延伸方向与x轴方向呈45度角，排列周期为20微米。图16c给出了对应的防伪图像层的一个局部。
相比于图4和图5示出的周期性排列的防伪图像层对应的光学效果的实施例，具体地可以参照《微透镜阵列显示技术研究》(《微纳电子技术》2003年第6期第29页)中对周期性防伪图像层和其中作为采样合成层的微透镜阵列之间的关系所决定的视觉图像效果。推而广之，一般来说周期性防伪图像层被采样合成层采样合成后所产生的视觉图像效果即为视觉图像在其所处的二维平面上的至少一个维度上的一般平移效果。这种视觉图像效果对应的周期性防伪图像层更容易设计和加工，但是也更加容易被破解和伪造。该图6至16对应的实施例中涉及到的柱面微透镜阵列其延伸方向根据应用的需求可以是任意的，且球面微透镜阵列的排列形式也可以采用其它上文提到的任意一种方式，例如蜂窝阵列、四边形阵列、三角形阵列等。并且均可以更改实施方式为图2所示的配置，即相应的更改微透镜为微反射镜。
图6至16对应的实施例示意性地给出了微观排列为非周期或非对称的防伪图像层的配置带来的丰富的光学防伪特征，其中例如包括视觉图像的立体、形变、缩放、旋转、特殊移动、闪烁、开关、切换效果以及以上效果的几个组合，和以上效果与一般平移效果的一个组合。其目标是改善现有产品或文献中公开的比较单一的一般平移或切换效果这一现状，为用户提供更加丰富的视觉体验，增强该光学防伪元件的独特性和抗伪造能力。微观排列为非周期或非对称的配置还能够进一步带来更为丰富的光学防伪特征，例如视觉图像的立体、形变、缩放、旋转、特殊移动、闪烁、开关、切换效果以及以上效果的组合，和以上效果与一般平移效果的组合。从而改善了现有产品或文献中公开的比较单一的一般平移或切换效果这一现状。因此根据本发明的光学防伪元件和光学防伪产品能够实现更加丰富的光学防伪特征，从而产生更强的公众吸引力和更高的抗伪造能力。
由该图6至16对应的实施例可知，其中各效果的实现可以是基于组成防伪图像的像素阵列中的各像素有规律的布设所实现的。更具体地，该成像像素组可以是选自该防伪图像中的特定像素的集合，该特定像素的集合经由基材和/或采样合成层适于在一定观察角度下呈现出对应于所述成像像素组的视觉图像；可选地，该多个成像像素组分别经由基材和/或采样合成层适于在不同的观察角度下呈现出对应于该多个成像像素组的多个不同的视觉图像，并由此实现图6-16所示的各视觉图像效果的切换。
作为进一步的优化，图6、7、10、11、12、13、16对应的实施例中采用了柱面微透镜作为采样合成层，当然也可以采用柱面微反射镜。需要强调的是，优选柱面微透镜或柱面微反射镜作为采样合成层具有独特的优势。首先，由于柱面微透镜或微反射镜仅在一个维度上排列，其密排结构更加紧密并且采样点连续，使得采样合成图像的质量更高、更加清晰。其次，柱面微透镜或微反射镜仅在一个维度上排列，更加容易实现，能够广泛适用于批量生产中。
根据图6-16所示的实施方式中所提供的光学防伪元件可知，仅基于防伪图像中的多个成像像素组中的一部分成像像素组和/或所述目标视觉图像是不能够确定该防伪图像。也就是说，不法分子只有对防伪图像所有的图像进行遍历才有可能破解该防伪图像，大大提高了本发明实施方式所提供的防伪元件的隐蔽性和被破解难度。
根据本发明的光学防伪元件特别适合制作成开窗安全线。该安全线的厚度不大于50μm。带有该开窗安全线的防伪纸用于钞票、护照、有价证券等各类高安全产品的防伪。
根据本发明的光学防伪元件也可用作标签、标识、宽条、透明窗口、覆膜等，可以通过各种粘结机理粘附在各种物品上。例如转移到钞票、信用卡等高安全产品和高附加值产品上。
本发明另一方面提供了带有该光学防伪元件的产品，该产品包括但不限于钞票、信用卡、护照、有价证券等各类高安全产品及高附加值产品，以及各类包装纸、包装盒等。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种防伪元件，其特征在于，包括：
至少部分透光的基材，具有相互对立的第一表面和第二表面，以及
形成在所述基材的所述第一表面的防伪图像，所述防伪图像包含多个成像像素组，所述多个所述成像像素组之间呈非周期性和/或无对称轴排布，
形成在所述基材的所述第二表面的具有光学特性的采样合成层；
形成在所述采样合成层表面的反射层；
其中，透过所述基材的透光部分及所述采样合成层，并经由所述反射层的反射适于呈现对应于所述成像像素组的目标视觉图像；
所述成像像素组包含具有光谱吸收特性的含开口的光吸收微结构；
透过所述基材的透光部分及所述采样合成层，并经由反射层的反射适于呈现对应于所述光吸收微结构的多种颜色信息；
所述多种颜色信息与所述光吸收微结构的排列形式、开口深度、开口宽度一一对应；
其中，所述光吸收微结构的开口宽度为小于1微米，所述光吸收微结构的开口深度与开口宽度的比值为大于0.3。
2.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，仅基于所述多个成像像素组中的部分成像像素组和/或所述目标视觉图像不能够确定所述防伪图像。
3.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，
所述多个成像像素组对应于图像显示关联关系布设在所述防伪图像上，
其中，从多个不同的角度透过所述基材的透光部分及所述采样合成层适于呈现分别对应于所述多个成像像素组的多个目标视觉图像，以及所述多个目标视觉图像之间呈所述图像显示关联关系。
4.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于：
所述防伪图像包含由多个像素所组成的防伪像素阵列，所述多个成像像素组为选自所述防伪像素阵列中多组特定像素的集合。
5.根据权利要求3所述的防伪元件，其特征在于：
所述图像显示关联关系包含以下一者或多者：平移变化关联关系、立体变化关联关系、形变变化关联关系、缩放变化关联关系、旋转变化关联关系、闪烁变化关联关系、开关变化关联关系、切换变化关联关系。
6.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述具有光学特性的采样合成层包含以下一者或多者：球面微透镜、柱面微透镜、球面微反射镜、柱面微反射镜。
7.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述防伪图像还包含有编码图像。
8.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，该防伪元件还包括具有荧光图案的颜色功能层。
9.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述基材包含以下一者或多者：单层PET薄膜、单层PVC模、透明复合膜、有色介质膜。
10.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于：所述多种颜色信息还与所述反射层的材料、形状一一对应。
11.根据权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述多种颜色信息包含选自以下至少两者：红色、棕色、黑色、白色。
12.一种光学防伪产品，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的防伪元件。
13.根据权利要求12所述的光学防伪产品，其特征在于，该光学防伪产品包含以下一者或多者：开窗安全线、标签、钞票、信用卡、有价证券、护照、包装盒、包装纸。
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