CN110857003B - 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品，属于光学防伪领域。所述光学防伪元件包括多个图形区域，所述多个图形区域中的每个图形区域包括一个或多个反射单元，并且所述多个图形区域中每一个或若干个图形区域对应一观察方向，其中，所述多个图形区域中至少两个图形区域彼此存在交织，其中，对应同一观察方向的每个图形区域的未交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离所述同一观察方向的方向，并且由至少两个图形区域形成的交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。其对照明光的方向性要求较低，且能够实现对一般图形的动感特征进行设计。

Description

光学防伪元件及其设计方法、防伪产品

技术领域

本发明涉及光学防伪领域，具体地，涉及一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品。

背景技术

当今，光可变(optically variable)技术广泛用于钞票等高防伪有价证券的公众防伪，该技术具有裸眼可观察的动态图像和颜色变化等特征，且无法利用照相机、扫描仪、打印机等电子设备模仿或复制。全息衍射技术可同时具备颜色的变化和图案的动态特征，但对照明光的方向性有较高的要求，不利于公众的识别。公开号为CN 102712207A的中国专利申请公开了利用反射小面构建动感特征的原理，其产生的效果对照明光的方向性要求较低，但无法使用该原理对一般图形的动感特征进行设计。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光学防伪元件及其设计方法、防伪产品，用于解决或至少部分解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，所述光学防伪元件包括多个图形区域，所述多个图形区域中的每个图形区域包括一个或多个反射单元，并且所述多个图形区域中每一个或若干个图形区域对应一观察方向，其中，所述多个图形区域中至少两个图形区域彼此存在交织，其中，对应同一观察方向的每个图形区域的未交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离所述同一观察方向的方向，并且由至少两个图形区域形成的交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。

相应地，本发明实施例还提供一种使用上述光学防伪元件的防伪产品。

相应地，本发明实施例还提供一种光学防伪元件的设计方法，所述方法包括：根据针对所述光学防伪元件而预先设定的防伪效果，确定所述光学防伪元件的制作区域大小，其中所述防伪效果至少指示所述防伪元件呈现的设计图形随观察方向变化而变化的规律；将所述制作区域划分为多个子区域，每一观察方向对应至少一个子区域；以及确定在所述制作区域中每一所述子区域内的反射单元的结构参数，每一所述子区域内的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与所述子区域对应的每一观察方向的方向。

通过上述技术方案，当在任意预定观察方向观察光学防伪元件时，与预定观察方向对应的图形区域内的反射单元将入射光反射至偏离所述预定观察方向的方向，从而使得与所述预定观察方向对应的图形区域较该图形区域之外有比背景更低的反射亮度。从而使得在不同观察方向观察所述光学防伪元件时，光学防伪元件的每个图形区域将依次出现，使观察者观察到一个或多个设计图形的形状和/或位置变化。此外，本发明提供的光学防伪元件对照明光的方向性要求较低，且能够实现对一般图形的动感特征进行设计。

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

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1a示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的示意图；

图1b示出了图1a所示的光学防伪元件的各区域的交织示意图；

图1c示出了根据本发明一实施例的绕x轴转角和绕y轴转角的示意图；

图1d示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的观察方向在极坐标系下的坐标点示意图；

图2a至图2c示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图；

图3a至图3d示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图；

图4a至图4e示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图；

图5a至图5c示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的反射单元的示意图；

图7示出了根据本发明一实施例的反射单元的示意图；以及

图8是以开窗安全线、视窗贴膜、贴标等方式使用根据本发明的光学防伪元件的高防伪印刷。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括多个图形区域，所述多个图形区域中的每个图形区域包括一个或多个反射单元，并且所述多个图形区域中每一个或若干个图形区域对应一观察方向，其中，所述多个图形区域中至少两个图形区域彼此存在交织，其中，对应同一观察方向的每个图形区域的未交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离所述同一观察方向的方向，并且由至少两个图形区域形成的交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。

本发明实施例中的术语“图形区域”是指在某一观察方向下，防伪元件所呈现的设计图形所在区域。

举例而言，光学防伪元件可以包括N个图形区域，这N个图形区域可以分别表示为R₁，R₂,…,R_N，其中N为正整数，且N>＝2，每个图形区域可以由一个或多个反射单元组成。N个图形区域中有至少j个图形区域相互交织，j为正整数，且2≤j≤N。N个图形区域中每一个或若干个图形区域可以对应一观察方向，例如，每个图形区域R₁，R₂,…,R_N可以分别对应一观察方向D₁,D₂,…,D_N。对应同一观察方向的每个图形区域的未交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离所述同一观察方向的方向。例如，图形区域R₁的未交织部分所包括的反射单元的结构参数可以使得垂直照射光学防伪元件的入射光反射至偏离观察方向D₁的方向，图形区域R₂的未交织部分所包括的反射单元的结构参数可以使得垂直照射光学防伪元件的入射光反射至偏离观察方向D₂的方向，……图形区域R_N的未交织部分所包括的反射单元的结构参数可以使得垂直照射光学防伪元件的入射光反射至偏离观察方向D_N的方向。交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。例如，如果区域R₁，R₂彼此存在交织，且交织部分由S₁₂表示，则交织部分S₁₂内的反射单元的结构参数使得垂直照射光学防伪元件的入射光反射至偏离观察方向D₁和D₂的方向。其中图形区域的未交织部分指的是与其它区域不存在交织的部分，如果一个图形区域与其它任意图形区域均不存在交织，则该区域的未交织部分就是该图形区域本身。

交织部分中每一个或多个反射单元的结构参数可以不同。例如，交织部分中每个反射单元的结构参数均可以不同，并且每个反射单元的结构参数均使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。应当理解，在可选实施例中，交织部分中反射单元的结构参数也可以均相同。

本发明实施例中，反射单元的结构参数可以包括反射单元的俯仰角和方位角。反射单元的结构参数相同是指反射单元的俯仰角和方位角均相同，反射单元的结构参数不同是指反射单元的俯仰角和方位角中至少一者不同。观察方向的参数可以包括直角坐标系下绕x轴的转角和绕与x轴垂直的y轴的转角。

图形区域R₁，R₂,…,R_N中各图形区域所呈现的设计图形可以是任意的图像。例如呈现的设计图形可以是封闭的几何曲线，不同图形区域所呈现的设计图形可以相同或不同。可选地，每个图形区域所呈现的设计图形可以为以下一者或多者：圆形、椭圆形、多边形、三维物体在不同旋转角度下在二维平面上的投影或它们的组合，其中所述多边形例如可以是三角形、四边形、五边形等任意多边形。或者可选地，每个区域所呈现的设计图形为以下一者或多者：字母、数字、货币符号或它们的组合。

本发明实施例提供的光学防伪元件可以设置在基材上，所述基材可以是纸张、钞票、身份证、有价证券等。

可选地，反射单元的结构参数可以包括俯仰角和方位角，在本发明实施例中，俯仰角的取值范围可以是10°至20°，方位角的取值范围可以是-10°至10°。

在入射光垂直照射到光学防伪元件时，在与各图形区域相对应的观察方向D₁,D₂,…,D_N依次观察防伪元件时，每个图形区域R₁，R₂,…,R_N依次出现，使观察者观察到一个或多个设计图形的形状和/或位置变化，并且每次观察到的图形区域较该图形区域之外的区域有比背景更低的反射亮度。

另外，本发明实施例还提供一种光学防伪元件的设计方法，该设计方法能够用于设计出本发明任意实施例提供的光学防伪元件。所述方法可以包括：根据针对所述光学防伪元件而预先设定的防伪效果，确定所述光学防伪元件的制作区域大小，其中所述防伪效果至少指示所述防伪元件呈现的设计图形随观察方向变化而变化的规律；将所述制作区域划分为多个子区域，每一观察方向对应至少一个子区域；以及确定在所述制作区域中每一所述子区域内的反射单元的结构参数，每一所述子区域内的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与所述子区域对应的每一观察方向的方向。

其中，所确定的制作区域可以是预先设定大小的一个区域，例如，该制作区域的大小可以在防伪效果中预先设定。或者可以是根据防伪效果，通过选择预定范围观察方向而确定出制作区域的大小。或者，所确定的制作区域应至少覆盖所述光学防伪元件的所有图形区域。

从所述制作区域划分出的子区域，可以所确定的制作区域的像素为单位，例如，所述子区域可以覆盖一个像素，或者可以覆盖两个或更多个像素。可选地，子区域的大小也可由反射单元的大小决定，例如，子区域的大小可以基本等于反射单元的大小，或者可以基本等于两个或更多个反射单元的大小。以确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数为基础，就可以制作出本发明任意实施例所述的光学防伪元件。

每一个观察方向可以对应有一个或多个子区域，每个子区域也可以对应有一个或多个观察方向。所确定的每一子区域内的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与所述子区域对应的每一观察方向的方向。

本发明实施例中，观察方向可以通过绕水平x轴旋转的角度α和绕与x轴垂直的y轴旋转的角度β共同描述，例如，观察方向D₁,D₂,…,D_N可以通过绕水平x轴旋转的角度α₁，α₂，…和绕与x轴垂直的y轴旋转的角度β₁,β₂,…共同描述。

举例而言，所述防伪效果所指示的规律可以是：保持角度α(或β)不变，按照单调递增或递减角度β(或α)的观察方向上依次观察时，光学防伪元件依次呈现出设计图形沿着x(或y)轴方向的单向移动。或者，所述防伪效果所指示的规律可以是：保持角度α(或β)不变，按照单调递增或递减角度β(或α)的观察方向上依次观察时，光学防伪元件依次呈现出设计图形沿着y(或x)轴方向的单向移动。或者，在观察方向D₁,D₂,…,D_N区域R₁，R₂,…,R_N依次可见并呈现设计图形1和设计图形2的位置变化，且设计图形1的运动方向与设计图形2的运动方向相反。

在确定出需要实现的防伪效果之后，可以按照防伪效果所指示的规律确定出在每一个或多个观察方向下光学防伪元件在制作区域呈现的设计图形。其中，在一个观察方向下，光学防伪元件呈现的设计图形可以是一个或多个，且所呈现的设计图形的类型可以不同，例如，一个设计图形为四边形，而另一个设计图形为圆形。

举例而言，可以从防伪效果中确定出在预定观察方向范围内的每一个观察方向下防伪元件在制作区域呈现的设计图形。针对制作区域的每一子区域，遍历每一个观察方向下防伪元件在制作区域呈现的设计图形，可以确定出在该子区域处交织的各设计图形，每一设计图形对应一观察方向。之后，可以从使得入射光反射至偏离各设计图形对应的所有观察方向的反射单元的结构参数中选取一个反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数。

反射单元的结构参数可以包括俯仰角和方位角，如果在极坐标下表示反射单元的结构参数，则每一结构参数对应极坐标系下的一个坐标点。观察方向的参数可以包括直角坐标系下绕x轴的转角α和绕与x轴垂直的y轴的转角β，也就是说，观察方向可以通过绕x轴的转角α和绕y轴的转角β来描述，如果在直角坐标系下表示观察方向，则每一观察方向对应直角坐标系下的一个坐标点。可以根据以下公式将观察方向的转角α和转角β转换为极坐标系下的俯仰角θ和方位角φ，则每一观察方向也对应极坐标系下的一个坐标点，本发明实施例中，在θ_φ构成的极坐标中，圆形的直径表示俯仰角θ，而φ为方位角。

针对每一个子区域，在确定出在该子区域处交织的各设计图形所对应的各观察方向之后，可以进一步通过上述转换公式获取所述各观察方向的参数分别在极坐标系下的俯仰角和方位角，也就是说，确定所述各观察方向在极坐标系下对应的坐标点。然后可以将满足以下条件的反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：在所述极坐标系下，反射单元的结构参数所对应的坐标点到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于第一预定范围。

具体地，确定出所述各观察方向在极坐标系下对应的坐标点之后，可以在极坐标系内寻找到各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于预定范围的所有点，则所述子区域内的反射单元的结构参数可以从所确定的所有这些点中选择，所选择的坐标点所对应的极坐标系的坐标就是反射单元的结构参数。可选地，对应相同观察方向的各子区域可以选择不同的反射单元的结构参数。

可选地，第一预定范围可以为在所述极坐标系的极径处于第二预定范围时，到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值的0.1倍至0.5倍。在实施时，可以首先在极坐标系内，极径处于第二预定范围时，确定出到各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值，然后根据该距离之和的极大值确定出所述预定范围。可以理解，所选取的反射单元的结构参数所对应的坐标点的极径大小也处于所述第二预设范围内，也就是说，反射单元的俯仰角的取值范围为所述第二预定范围。在本发明实施例中，所述第二预定范围可以是10°至20°，但是本发明实施例并不限制于此，其可以是任意合适的值。

若在该子区域处未交织有设计图形，也就是说，在该子区域处没有任何设计图形经过，则该子区域处可以不设置有反射单元。若在该子区域处交织的设计图形对应一个或多个观察方向，则可以根据上述方式确定该子区域处的反射单元的结构参数。

确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数之后，以确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数为基础，就可以制作出本发明任意实施例所述的光学防伪元件。

下面将结合图1a至图5c对本发明实施例提供的光学防伪元件进行示例性描述。

如图1a所示，光学防伪元件可以包括三个图形区域，分别表示为R₁、R₂和R₃，三个图形区域R₁、R₂和R₃彼此交织，其中图形区域R₁、R₂和R₃所呈现的设计图形均为圆形。如图1b所示，交织部分S₁₂₃为图形区域R₁、R₂和R₃共同存在的区域，交织部分S₁₂定义为在图形区域R₁和图形区域R₂的相交部分中除去S₁₂₃而剩余的部分，交织部分S₁₃定义为在图形区域R₁和区域R₃相交部分中除去S₁₂₃而剩余的部分，S₂₃定义为在区域R₂和区域R₃相交部分中除去S₁₂₃而剩余的部分。

三个图形区域R₁、R₂和R₃分别对应一观察方向D₁、D₂和D₃，在特定的照明条件下，三个图像区域R₁、R₂和R₃分别在观察方向D₁、D₂和D₃被观察到，且图形区域R1，R2和R3分别较自身区域外有比背景更低的反射亮度。

图形区域R₁的未交织部分即为区域R₁去除交织部分S₁₂、S₁₃和S₁₂₃而剩余的部分，图形区域R₁的未交织部分由一个或多个反射单元组成，该一个或多个反射单元的结构参数使得在入射光垂直(本发明实施例中，“垂直”是指垂直于光学防伪元件所附着的基材的平面)照射到光学防伪元件时，图形区域R₁的未交织部分的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₁的方向。类似的，图形区域R₂的未交织部分的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₂的方向，图形区域R₃的未交织部分的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₃的方向。

交织部分S₁₂的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₁和D₂的方向，交织部分S₁₃的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₁和D₃的方向，交织部分S₂₃的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₂和D₃的方向，交织部分S₁₂₃的反射单元使得入射光反射至偏离观察方向D₁、D₂和D₃的方向。

图1a和图1b仅是示意性的，在实际执行过程中，为了实现在观察时，光学防伪元件中区域的变化的连续性，区域之间将具有很大面积的交织。

如图1c所示，观察方向D₁、D₂和D₃可以通过绕x轴的转角α和绕与x轴垂直的y轴的转角β共同确定。本发明实施例中，x轴和y轴所在平面为光学防伪元件所附着的基材的平面或与之平行的平面。

以确定交织部分S₁₂₃内的一个子区域内的反射单元的结构参数为例进行说明。该子区域对应有三个观察方向D₁、D₂和D₃，将该三个观察方向在直角坐标系下的转角分别转换到极坐标系下，也就是说，确定出三个观察方向在极坐标系下的坐标点，如图1d所示。然后，在极坐标系下求解到三个观察方向D₁、D₂和D₃对应的坐标点的距离之和的极大值S_max，则在极坐标系下选取Q点，如果该Q点满足到三个观察方向D₁、D₂和D₃对应的坐标点的距离之和在极大值S_max的0.1倍至0.5被之间，则可以将坐标点Q点的坐标作为子区域内的反射单元的结构参数。交织部分S₁₂₃内每一子区域内的反射单元的结构参数优选可以不同。

其它交织部分或未交织部分中子区域内的反射单元的结构参数的选取与交织部分S₁₂₃内的子区域内的反射单元的结构参数的选取方式相类似，这里将不再赘述。

图2a至图2c示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图。如图2a所示，在光学防伪元件中各区域所呈现的设计图形均为圆环，其中β₁<β₂<β₃<……<β_n，其中n为任意正整数，β表示绕y轴的转角。当使光学防伪元件绕着y轴转动时，即只改变观察方向β，圆环在x轴方向运动。当β的值单调变化时(即使光学防伪元件绕着y轴持续转动)，圆环沿着x轴方向单调运动。即左右晃动元件，圆环左右运动。在运动过程中，圆环的尺寸可以逐渐变大或缩小。由于两眼的间距，左眼和右眼接收到方向不同的反射光线，因而左眼和右眼看到的圆环位于不同位置。如图2b所示，如果左眼观察到的圆环相对右眼观察到的圆环偏左，右眼观察到的圆环相对左眼观察到的圆环偏右，那么将获得低于元件所在平面的视觉印象。如图2c所示，如果左眼观察到的圆环相对右眼观察到的圆环偏右，右眼观察的圆环相对左眼观察到的圆环偏左，那么将获得高于元件所在平面的视觉印象。

通过设置光学防伪元件的各区域内的反射单元的结构参数，可以与日常的直觉不同的动感方式，使得光学防伪元件更加吸引注意力，增强防伪效果。比如，光学防伪元件可以设置为当光学防伪元件绕着y轴转动时，即只改变观察方向β，圆环在y轴方向运动，即左右晃动元件，圆环前后运动，而非与直觉相符的左右运动。同理，光学防伪可以设置为当元件绕着x轴转动时，即只改变观察方向α，圆环在x方向运动，即前后晃动元件，圆环左右运动，而非与直觉相符的前后运动。

在对本实施例的光学防伪元件进行设计时，可以首先根据所要实现的防伪效果，确定出制作区域的大小，例如，制作区域可以长为100mm、宽为10mm的长方形区域。对该制作区域进行划分，例如，所划分出的每一子区域的大小可以是10μm*10μm，则可以将所述制作区域划分成1000*10000个子区域。进一步地，可以根据防伪效果确定出每一个或多个观察方向下光学防伪元件在制作区域内呈现的设计图形。如图2a所示，可以确定出在观察方向β₁、β₂、β₃……β_n下，光学防伪元件分别呈现的设计图形，例如可以对每一观察角度下所呈现的设计图形进行绘制，所绘制的图形可以示出在每一观察角度下圆环在制作区域内的位置。

针对每一子区域，遍历每一观察角度下光学防伪元件分别呈现的设计图形，就可以确定出在该子区域处是否交织有设计图形。若在该子区域处未交织有设计图形，也就是说，在该子区域处没有任何设计图形经过，则该子区域处可以不设置有反射单元。若在该子区域处交织的设计图形对应一个或多个观察方向，也就是说，在该子区域处有一个或多个观察方向下的设计图形经过。首先获取该子区域处交织的设计图形所对应的各观察方向在极坐标系下对应的坐标点，然后可以将满足以下条件的反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：在所述极坐标系下，反射单元的结构参数所对应的坐标点到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于第一预定范围。其中，第一预定范围可以为在所述极坐标系的极径处于第二预定范围时，到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值的0.1倍至0.5倍，所述第二预定范围可以是10°至20°。以确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数为基础，就可以制作出本实施例所述的光学防伪元件。

图3a至图3d示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图。如图3a所示，光学防伪元件中的一些区域所呈现的设计图形为圆环，而另一些区域所呈现的设计图形为方块，其中β₁<β₂<β₃<……<β_n，其中n为任意正整数，β表示绕y轴的转角。当使光学防伪元件绕着y轴转动时，即只改变观察方向β，圆环和方块都在x轴方向运动。当使得β的值单调变化时(即使光学防伪元件绕着y轴持续转动)，圆环和方块都沿着x轴方向单调运动，但运动方向相反。比如，圆环一直沿x轴向右运动，而方块一直沿y轴向左运动。由于双眼视差的存在，圆环和方块将分别呈现低于元件表面和高于元件表面的景深，二者的对比产生更明显的立体感。进一步的，圆环和方块的相对位置应相邻，比如上下相邻排列，左右相邻排列，内外嵌套排列等等。图3b至图3d所示的是方块嵌套在圆环内的示意图，其中图3b为绕y轴的转角是β₁时方块和圆环的相对示意图，图3c为绕y轴的转角是β₂时方块和圆环的相对示意图，图3d为绕y轴的转角是β₃时方块和圆环的相对示意图。图3a呈现了一种增强的动感效果，能够进一步提高光学防伪元件的公众吸引力。

本实施例所示的光学防伪元件的设计方法与上述本发明任意实施例所述的光学防伪元件的设计方法类似，这里将不再赘述。

图4a至图4e示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图。在图4a至图4e中，圆环41在圆环42和圆环43所形成的环带内移动，其中，圆环41的直径大于圆环42的直径而小于圆环43的直径。观察方向通过绕x轴的转角α和绕y轴的转角β共同确定，其中逆时针旋转时转角大小为正值，顺时针转动时转角大小为负值。如图4c所示，当垂直元件观察时，即观察方向为(α,β)＝(0,0)时，圆环41处于圆环42和圆环43所形成的环带的正中间。当光学防伪元件绕x轴转动，即改变α的大小时，圆环41上下移动。如图4a所示，当(α,β)＝(10°,0)时，圆环41达到运动区域最上端。如图4d所示，当(α,β)＝(-10°,0)时，圆环41达到运动区域最下端。当光学防伪元件绕y轴转动时，即改变β的大小时，圆环41左右移动。如图4d所示，当(α,β)＝(0,10°)时，圆环41达到运动区域最左端。如图4b所示，当(α,β)＝(0,-10°)时，圆环41达到运动区域最右端。

在该实施例中，绕x轴的转角α的取值范围为-10°至10°，绕y轴的转角β的取值范围为-10°至10°，例如，当α或β的取值均为0时，对应于严格的一维观察方式。为提供更一般的观察方式，使得当任意倾斜元件时都能出现较为均匀的动感效果，α和β相差不宜过大。在本发明实施例中，α和β的大小应满足：(|α-β|/(α+β))<＝0.5，优选为(|α-β|/(α+β))<＝0.1。相应地，通过由α和β限定的观察方向可以反推出反射单元的结构参数，即反推出反射单元的俯仰角和方位角。在本发明实施例中，反射单元的俯仰角的取值范围为-10°至10°，所述反射单元的方位角的取值范围为-10°至10°。进一步地，反射单元的俯仰角和方位角的取值满足：(|A-B|/(A+B))<＝0.5，优选地，(|A-B|/(A+B))<＝0.1，其中，A为所述反射单元的俯仰角的取值，B为所述反射单元的方位角的取值。

在对本实施例的光学防伪元件进行设计时，可以首先根据所要实现的防伪效果，确定出制作区域的大小，例如，制作区域可以长为100mm、宽为100mm的正方形区域，可选地，所述制作区域也可以是圆形或圆环形。对该制作区域进行划分，例如，所划分出的每一子区域的大小可以是10μm*10μm，则可以将所述制作区域划分成10000*10000个子区域。进一步地，可以根据防伪效果确定出每一个或多个观察方向下光学防伪元件在制作区域内呈现的设计图形。可以确定出在任意观察方向下，光学防伪元件分别呈现的设计图形，例如，在转角α的取值范围为-10°至10°，转角β的取值范围为-10°至10°，从零度开始以预定角度分别递增以确定出每一观察方向下防伪元件呈现的设计图形。例如可以对每一观察角度下所呈现的设计图形进行绘制，所绘制的图形可以示出在每一观察角度下圆环在制作区域内的位置。

针对每一子区域，遍历每一观察角度下光学防伪元件分别呈现的设计图形，就可以确定出在该子区域处是否交织有设计图形。若在该子区域处未交织有设计图形，也就是说，在该子区域处没有任何设计图形经过，则该子区域处可以不设置有反射单元。若在该子区域处交织的设计图形对应一个或多个观察方向，也就是说，在该子区域处有一个或多个观察方向下的设计图形经过。首先获取该子区域处交织的设计图形所对应的各观察方向在极坐标系下对应的坐标点，然后可以将满足以下条件的反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：在所述极坐标系下，反射单元的结构参数所对应的坐标点到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于第一预定范围。其中，第一预定范围可以为在所述极坐标系的极径处于第二预定范围时，到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值的0.1倍至0.5倍，所述第二预定范围可以是10°至20°。以确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数为基础，就可以制作出本实施例所述的光学防伪元件。

图5a至图5c示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的效果示意图，其中观察方向通过绕x轴的转角α和绕y轴的转角β共同确定，其中逆时针旋转时转角大小为正值，顺时针转动时转角大小为负值。图5a示出了(α,β)＝(0,-10°)时正方体呈现出来的投影，图5b示出了(α,β)＝(0,0)时正方体呈现出来的投影，图5c输出了(α,β)＝(0,10°)时正方体呈现出来的投影。该投影体现了正方体以自身中心为转轴，在不同旋转角度下的侧面。如果该旋转角度与所对应的观察方向基本对应，那么双眼观察时将获得真实三维物体的感觉。在本发明的实施方式中，如果图5a至图5c的三个侧面分别对应的观察方向为(α,β)＝(0,10)、(α,β)＝(0,0)、(α,β)＝(0,-10°)，那么人眼观察时将获得与常识相反的感觉，无法获得真实的立体感，但会更吸引观察者的注意力。

在对本实施例的光学防伪元件进行设计时，可以首先根据所要实现的防伪效果，确定出制作区域的大小，例如，制作区域可以长为10mm、宽为100mm的长方形区域，可选地，所述制作区域也可以是圆形或圆环形。对该制作区域进行划分，例如，所划分出的每一子区域的大小可以是10μm*10μm，则可以将所述制作区域划分成1000*10000个子区域。进一步地，可以根据防伪效果确定出每一个或多个观察方向下光学防伪元件在制作区域内呈现的设计图形。可以确定出在任意观察方向下，光学防伪元件分别呈现的设计图形，例如，在转角α的取值范围为-10°至10°，转角β的取值范围为-10°至10°，从零度开始以预定角度分别递增以确定出每一观察方向下防伪元件呈现的设计图形。例如可以对每一观察角度下所呈现的设计图形进行绘制，所绘制的图形可以示出在每一观察角度下正方体在制作区域内的投影位置。

针对每一子区域，遍历每一观察角度下光学防伪元件分别呈现的设计图形，就可以确定出在该子区域处是否交织有设计图形。若在该子区域处未交织有设计图形，也就是说，在该子区域处没有任何设计图形经过，则该子区域处可以不设置有反射单元。若在该子区域处交织的设计图形对应一个或多个观察方向，也就是说，在该子区域处有一个或多个观察方向下的设计图形经过。首先获取该子区域处交织的设计图形所对应的各观察方向在极坐标系下对应的坐标点，然后可以将满足以下条件的反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：在所述极坐标系下，反射单元的结构参数所对应的坐标点到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于第一预定范围。其中，第一预定范围可以为在所述极坐标系的极径处于第二预定范围时，到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值的0.1倍至0.5倍，所述第二预定范围可以是10°至20°。以确定出的每一子区域内的反射单元的结构参数为基础，就可以制作出本实施例所述的光学防伪元件。

图6示出了根据本发明一实施例的反射单元的示意图。如图6所示，反射单元可以为微反射小面，微反射小面为平面或接近平面，入射光按照几何反射定律被反射，即反射角等于入射角。对于特定的入射光线，反射光线的方向取决于反射小面的俯仰角(图中φ)和方位角(图中θ)。可根据采用该反射单元的设计区域R所对应的观察方向D(即转角(α,β))确定微反射小面的俯仰角φ和方位角θ。对于380-780nm可见光谱范围，微反射小面的横向尺寸应大于5μm以避免对光的衍射，同时为产生较为细腻的设计图像，微反射小面的横向尺寸应小于30μm，即微反射小面的横向尺寸的范围可以为5μm至30μm。

图7示出了根据本发明一实施例的反射单元的示意图。如图7所示，还可以采用衍射光栅作为反射单元，通过调节光栅周期可以改变衍射光的衍射角，通过调节光栅的朝向，即图中的方位角θ，可改变反射光的方位角。可根据采用该反射单元的设计区域R所对应的观察方向D(即转角(α,β))确定衍射光栅的周期和方位角。根据衍射定律和可见光谱范围380-780nm，衍射光栅周期的范围可以为0.5μm至5μm。

为提高反射单元的反射或衍射效率，可在反射单元表面上设置反射增强层，如金属和/或介质镀层或涂层。所述反射增强层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；由金属吸收层、低折射率介质层和金属反射层形成的镀层；高折射率介质层镀层；由第一高折射率介质层、低折射率介质层和第二高折射率介质层依次堆叠形成的多介质层镀层；。在本发明的实施方式中，高折射率指的是折射率大于等于1.7，低折射率指的是折射率小于1.7。金属镀层的材料可以是金、银、铜、铝、铁、锡、锌、镍、铬等金属或其合金；高折射率介质材料可以是ZnS、TiN、TiO₂、TiO、Ti₂O₃、Ti₃O₅、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃、HfO₂、ZnO等；低折射率介质材料可以是MgF₂、SiO₂等；金属吸收层材料可以是铬、镍、铜、钴、钛、钒、钨、锡、硅、锗等金属或其混合物和合金；金属反射层的材料可以是金、银、铜、铝等金属或其混合物和合金。在本发明实施例中，反射增强层的厚度范围可以为10nm至1000nm。

当使用带有低折射率介质的叠层时，反射增强层可通过光的干涉原理产生颜色，且颜色随着观察方向明显变化。因此，在观察方向D₁,D₂,…,D_N观察时光学防伪元件整体可有明显的颜色变化。

据本发明的光学防伪元件能够应用于钞票、身份证件、有价证券等具有高附加值的产品，而且，其能够以开窗安全线、开窗贴条、贴标等方式在这些高附加值产品上使用。图8示出根据本发明实施方式的光学防伪元件以不同方式在高防伪印刷品5上使用的示意图。所述光学防伪元件可以通过防伪纸张制造工艺中的现有技术形成开窗安全线6，开窗安全线6分段嵌入印刷品5中，其余部分位于印刷品5表面；根据本发明实施方式的光学防伪元件还可以以贴标7的方式粘附在印刷品5的表面上；根据本发明实施方式的光学防伪元件还可以以宽条8的方式粘附在印刷品5的表面上，且宽条8所在区域内存在一窗口81(视窗)，其形状和尺寸任意，该窗口81通过将印刷品5的局部去除获得，透过窗口81可观察宽条8的透射防伪特征。印刷品5可使用开窗安全线6、贴标7、宽条8中的任意一种或其任意组合。

本发明另一方面提供了使用本发明实施例提供的光学防伪元件的防伪产品，所述防伪产品包括但不限于钞票、信用卡、护照、身份证件、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实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。

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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (18)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，所述光学防伪元件包括多个图形区域，所述多个图形区域中的每个图形区域包括一个或多个反射单元，并且所述多个图形区域中每一个或若干个图形区域对应一观察方向，其中，所述多个图形区域中至少两个图形区域彼此存在交织，

其中，对应同一观察方向的每个图形区域的未交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离所述同一观察方向的方向，并且由至少两个图形区域形成的交织部分的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与形成该交织部分的各图形区域对应的每一观察方向的方向。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，对应相同观察方向的图形区域的每一个或多个反射单元的结构参数不同。

3.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述结构参数包括俯仰角和方位角，观察方向的参数包括直角坐标系下绕x轴的转角和绕与x轴垂直的y轴的转角。

4.根据权利要求3所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射单元的俯仰角的取值范围为10°至20°，所述反射单元的方位角的取值范围为-10°至10°。

5.根据权利要求3或4所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射单元的俯仰角和方位角的取值满足：(|A-B|/(A+B))<＝0.5，其中，A为所述反射单元的俯仰角的取值，B为所述反射单元的方位角的取值。

6.根据权利要求5所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射单元的俯仰角和方位角的取值满足：(|A-B|/(A+B))<＝0.1。

7.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个图形区域的每个图形区域所呈现的设计图形为封闭的几何曲线。

8.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，

所述多个图形区域的每个图形区域所呈现的设计图形为以下一者或多者：圆形、椭圆形、多边形、三维物体在不同旋转角度下在二维平面上的投影或它们的组合；和/或

所述多个图形区域的每个图形区域所呈现的设计图形为以下一者或多者：字母、数字、货币符号或它们的组合。

9.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，

所述反射单元为微反射小面，所述微反射小面的横向尺寸的范围为5μm至30μm；和/或

所述反射单元为衍射光栅，所述衍射光栅的周期范围为0.5μm至5μm。

10.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述反射单元的表面上设置有反射增强层，所述反射增强层的厚度范围为10nm至1000nm。

11.根据权利要求10所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射增强层为以下中的一者或以下任意多者的组合：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形成的镀层、高折射率介质层镀层、由第一高折射率介质层、以及低折射率介质层和第二高折射率介质层依次堆叠形成的多介质层镀层。

12.一种使用根据权利要求1至11中任一项所述的光学防伪元件的防伪产品。

13.一种光学防伪元件的设计方法，其特征在于，所述光学防伪元件为根据权利要求1-11中任一项所述的光学防伪元件，所述方法包括：

根据针对所述光学防伪元件而预先设定的防伪效果，确定所述光学防伪元件的制作区域大小，其中所述防伪效果至少指示所述防伪元件呈现的设计图形随观察方向变化而变化的规律；

将所述制作区域划分为多个子区域，每一观察方向对应至少一个子区域；以及

确定在所述制作区域中每一所述子区域内的反射单元的结构参数，每一所述子区域内的反射单元的结构参数使得入射光反射至偏离与所述子区域对应的每一观察方向的方向。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述确定在所述制作区域中每一所述子区域内的反射单元的结构参数包括：

根据所述防伪效果所指示的所述规律，确定在每一个或多个不同观察方向下所述防伪元件在所述制作区域呈现的设计图形；

针对每一所述子区域，执行以下步骤：

确定在所述子区域处交织的设计图形所对应的各观察方向；以及

从使得入射光反射至偏离所述各观察方向的反射单元的结构参数中选取一个反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述结构参数包括俯仰角和方位角，观察方向的参数包括直角坐标系下绕x轴的转角和绕与x轴垂直的y轴的转角，所述从使得入射光反射至偏离所述各观察方向的反射单元的结构参数中选取一个反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：

获取所述各观察方向的参数分别在极坐标系下的俯仰角和方位角，

将满足以下条件的反射单元的结构参数作为所述子区域内的反射单元的结构参数：

在所述极坐标系下，反射单元的结构参数所对应的坐标点到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和处于第一预定范围。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一预定范围为在所述极坐标系的极径处于第二预定范围时，到所述各观察方向分别对应的坐标点的距离之和的极大值的0.1倍至0.5倍。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二预定范围为10°至20°。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，对应相同的多个观察方向的各子区域内的反射单元的结构参数不同。

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