CN112572015A - 光学防伪元件及防伪产品 - Google Patents

光学防伪元件及防伪产品 Download PDF

Info

Publication number
CN112572015A
CN112572015A CN201910943326.0A CN201910943326A CN112572015A CN 112572015 A CN112572015 A CN 112572015A CN 201910943326 A CN201910943326 A CN 201910943326A CN 112572015 A CN112572015 A CN 112572015A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preset
color
reflective facets
image
incident light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910943326.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112572015B (zh
Inventor
崔海波
张巍巍
张宝利
孙凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Banknote Printing and Minting Corp
Zhongchao Special Security Technology Co Ltd
Original Assignee
China Banknote Printing and Minting Corp
Zhongchao Special Security Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Banknote Printing and Minting Corp, Zhongchao Special Security Technology Co Ltd filed Critical China Banknote Printing and Minting Corp
Priority to CN201910943326.0A priority Critical patent/CN112572015B/zh
Priority to PCT/CN2020/110024 priority patent/WO2021063126A1/zh
Priority to EP20871998.9A priority patent/EP4039493A4/en
Publication of CN112572015A publication Critical patent/CN112572015A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112572015B publication Critical patent/CN112572015B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/309—Photographs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/324—Reliefs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/351—Translucent or partly translucent parts, e.g. windows
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Credit Cards Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及光学防伪领域，公开了一种光学防伪元件及防伪产品。所述光学防伪元件包括：基材；形成于所述基材上的多个反射小面，用于将入射光线反射和/或透射到预设位置，以在该预设位置处呈现预设的图文信息；以及形成于所述反射小面上的颜色调制结构，用于调制所述反射小面所反射和/或透射的光线的颜色，以使所述预设的图文信息呈现预设颜色。本发明可在白光的照射下再现彩色的预设图案，提高了防伪能力和辨识度，从而可实现“易识别，难伪造”的光学防伪元件。

Description

光学防伪元件及防伪产品
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防伪产品。
背景技术
图像再现技术是一种有效的二线防伪手段，具体地，将适当的光源照射在防伪元件表面上时，能够在相应的接收屏上观察到特定的图文信息；而直接观察时，不能观察到上述图文信息。因此，这该图像再现技术需要借助一定的条件才能够观察到隐藏的特征。
传统的图像再现技术一般采用衍射光栅，即通过表面微浮雕结构对入射光的衍射，将光线衍射至±1级的位置。经过适当的排布衍射光栅的周期和方向，能够控制衍射光斑的位置，进而将若干光斑组合成具有特定意义的图文。但是由于衍射原理导致存在±1级衍射，一般会在镜面反射的左右出现两个对称的图案，故限制了图文信息的设计。同时，由于衍射方向与入射光的频率严格相关，故该再现技术需要的光线一般为激光。而当采用白光或日光照明时，再现图案的清晰度非常差。
由于白光光源易于获得，特别是随着智能手机的普及，闪光灯作为白光照明光源得到了广泛的使用，甚至阳光、手电、投影仪光源等多种光源均可以用于白光再现的照明。如何实现白光照射下的彩色图像的再现成了亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学防伪元件及防伪产品，其可在白光的照射下再现彩色的预设图案。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：基材；形成于所述基材上的多个反射小面，用于将入射光线反射和/或透射到预设位置，以在该预设位置处呈现预设的图文信息；以及形成于所述反射小面上的颜色调制结构，用于调制所述反射小面所反射和/或透射的光线的颜色，以使所述预设的图文信息呈现预设颜色。
优选地，所述多个反射小面的倾斜角与方位角由菲涅尔公式确定，其中，所述菲涅尔公式与入射光线的预设入射角及所述预设位置相关。
优选地，所述多个反射小面为第一组反射小面，该第一组反射小面的倾斜角与方位角由第一菲涅尔公式确定，其中，所述第一菲涅尔公式与入射光线的第一预设入射角及第一预设位置相关，所述第一组反射小面用于将具有所述第一预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第一预设位置，以在所述第一预设位置处呈现第一预设图文信息，所述颜色调制结构为具有第一调制深度的第一颜色调制结构，用于使所述第一预设图文信息呈现第一预设颜色，在具有所述第一预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第一预设位置处呈现所述第一预设颜色的所述第一预设图文信息的实像。
优选地，所述多个反射小面为第二组反射小面，该第二组反射小面的倾斜角与方位角由第二菲涅尔公式确定，其中，所述第二菲涅尔公式与入射光线的第二预设入射角及第二预设位置相关，所述第二组反射小面用于将具有所述第二预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第二预设位置，以在所述第二预设位置处呈现第二预设图文信息，所述颜色调制结构包括：具有第二调制深度的第二颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第二预设颜色；以及具有第三调制深度的第三颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第三预设颜色，所述第二调制深度与所述第三调制深度不同，在具有所述第二预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第二预设位置处呈现由所述第二预设颜色及所述第三预设颜色组成的综合颜色效果的所述第二预设图文信息的实像。
优选地，所述多个反射小面包括：第三组反射小面及第四组反射小面，所述第三组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第三菲涅尔公式确定，所述第四组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第四菲涅尔公式确定，其中，所述第三菲涅尔公式与入射光线的第三预设入射角及第三预设位置相关；所述第四菲涅尔公式与入射光线的第四预设入射角及第四预设位置相关，所述第三预设入射角与所述第四预设入射角不同，所述第三预设位置与所述第四预设位置不同，所述第三组反射小面用于将具有所述第三预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第三预设位置，以在所述第三预设位置处呈现第三预设图文信息；所述第四组反射小面用于将具有所述第四预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第四预设位置，以在所述第四预设位置处呈现第四预设图文信息，所述颜色调制结构为具有第四调制深度的第四颜色调制结构，用于使所述第三预设图文信息与所述第四预设图文信息呈现第四预设颜色，在具有所述第三预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第三预设位置处呈现所述第三预设颜色的所述第三预设图文信息的实像，和/或在具有所述第四预设入射角的入射光线照射下，在所述第五预设位置处呈现所述第四预设颜色的所述第四预设图文信息的实像。
优选地，所述多个反射小面包括：第五组反射小面及第六组反射小面，所述第五组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第五菲涅尔公式确定，所述第六组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第六菲涅尔公式确定，其中，所述第五菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第五预设位置相关；所述第六菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第六预设位置相关，所述第七预设位置与所述第八预设位置到所述基材的垂直距离不同，所述第五组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第五预设位置，以在所述第五预设位置处呈现第五预设图文信息；所述第六组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第六预设位置，以在所述第六预设位置处呈现第六预设图文信息，所述颜色调制结构为具有第五调制深度的第五颜色调制结构，用于使所述第五预设图文信息与所述第六预设图文信息呈现第五预设颜色，在具有所述第五预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第五预设位置处呈现所述第五预设颜色的所述第五预设图文信息的实像，以及在所述第六预设位置处呈现所述第五预设颜色的第六预设图文信息的实像。
优选地，所述颜色调制结构包括：预设厚度的金属膜；以及边壁陡直的微结构，或者亚波长微结构。
优选地，在所述颜色调制结构为所述边壁陡直的微结构的情况下，所述边壁陡直的微结构的深度范围为0.05-10μm。
优选地，在所述颜色调制结构为所述边壁陡直的微结构的情况下，所述边壁陡直的微结构沿其所在的二维平面内的两个方向中至少一个方向的周期范围为0.5-100μm。
优选地，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构的槽的深度范围为50-100nm。
优选地，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构的槽的形状为正弦形、矩形或锯齿形。
优选地，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构沿其所在的二维平面延伸的两个方向中至少一个方向上的周期范围为50-700nm。
优选地，所述反射小面沿其所在的二维平面内的两个方向中至少一个方向的周期范围为0.5-500μm。
本发明第二方面提供一种防伪产品，该防伪产品包含所述的光学防伪元件。
优选地，所述防伪产品包括钞票、身份证、银行卡或汇票。
通过上述技术方案，本发明创造性地通过多个反射小面将入射光反射和 /或透射到预设位置，并通过颜色调制结构调制反射光线和/或透射光线的颜色，以在所述预设位置处呈现出预设颜色的预设图文信息，其可在白光的照射下再现彩色的预设图案，提高了防伪能力和辨识度，从而可实现“易识别，难伪造”的光学防伪元件。
本发明的其他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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的光学防伪元件的结构图；
图2是本发明实施例提供的光学防伪元件(包括边壁陡直的微结构)的结构图；
图3是本发明实施例提供的像素分布及组合实现再现图像的示意图；
图4(a)是本发明实施例提供的光学防伪元件的俯视图；
图4(b)是本发明实施例提供的光学防伪元件的俯视图；
图5是本发明实施例提供的实现反射再现彩色图像的光学防伪元件(包括边壁陡直的微结构)的结构图；
图6是本发明实施例提供的实现透射再现彩色图像的光学防伪元件(包括边壁陡直的微结构)的结构图；
图7是本发明实施例提供的实现反射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构)的结构图；
图8是本发明实施例提供的实现透射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构)的结构图；
图9(a)是本发明实施例提供的反射小面与微结构的组成方式的示意图；
图9(b)是本发明实施例提供的反射小面与微结构的组成方式的示意图；
图9(c)是本发明实施例提供的反射小面与微结构的组成方式的示意图；
图10是本发明实施例提供的实现反射再现彩色图像的光学防伪元件(包括两种沟槽深度的亚波长微结构)的结构图；
图11是本发明实施例提供的实现透射再现彩色图像的光学防伪元件(包括两种沟槽深度的亚波长微结构)的结构图；
图12是本发明实施例提供的两种入射角照射下实现反射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构)的结构图；
图13是本发明实施例提供的两种入射角照射下实现透射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构)的结构图；
图14是本发明实施例提供的实现反射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构及两组反射小面)的结构图；以及
图15是本发明实施例提供的实现透射再现彩色图像的光学防伪元件(包括亚波长微结构及两组反射小面)的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明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，并不用于限制本发明。
由于反射小面随机分布在整个光学防伪元件内，在漫反射照明的情况下，光学防伪元件呈现亚光效果，不呈现具体可辨识的颜色，故不能观察与再现图像相关的外观，从而实现了再现图像的隐藏。而再现图像为在空间内的一些像素点构成，若这些像素点是由反射或透射光线汇聚而成，那么这个再现图像为实像；若这些像素点是由反射或透射光线的延长线汇聚而成，那么这个再现图像为虚像。再现图案包括虚像和实像。具体地，再现图像为实像时，所述实像可以显示在实像所在一侧的接收屏上，并能够被观察者观察到。再现图像为虚像时，所述虚像仅能够被观察者直接观察到。
图1是本发明实施例提供的光学防伪元件1的结构示意图。所述光学防伪元件1可包括：基材2；形成于所述基材2上的多个反射小面3(用虚线表示)，用于将入射光线反射和/或透射到预设位置，以在该预设位置处呈现预设的图文信息；以及形成于所述反射小面3上的颜色调制结构4，用于调制所述反射小面3所反射和/或透射的光线的颜色，以使所述预设的图文信息呈现预设颜色。
需要说明的是，上述反射小面3的截面可以是线性的和非线性的，即反射小面3的截面可以是无曲率变化的平滑斜面(即平面)，也可以是具有一定弯曲程度的(即曲面，例如，抛物面、圆弧或其他具有曲率的形状的一部分)。
为了实现反射/透射聚焦的特点，并且有效避免衍射的情况干扰再现图像的清晰度，反射小面的横向特征尺寸的范围为0.5-500μm，优选为30-200 μm。特别是在优选尺寸范围内，即使存在微弱的衍射现象，其±1级衍射角也在0级反射光的附近，且距离非常近，基本上与0级反射光重合。由于再现图像由0级反射/透射光形成，因此上述尺寸范围内的微结构形成的再现图像清晰，不会存在衍射干扰。
由于反射小面的尺寸较大基本避免了衍射现象的发生，因此，反射小面在平面波入射时，满足菲涅尔反射/透射公式。具体地，所述多个反射小面3 的倾斜角与方位角可由菲涅尔公式确定，其中，所述菲涅尔公式与入射光线的预设入射角(是指入射光线与基材所在平面之间的夹角)及所述预设位置相关。由此，可通过入射光线的预设入射角及所述预设位置来确定一组反射小面的倾斜角与方位角，然后按照所确定的倾斜角与方位角设计该组反射小面，从而在具有预设入射角的白光照射所设计的该组反射小面的情况下，可在预设位置呈现一个像素，按照特定的排布规律设置多组反射小面(与上述那组反射小面满足同一菲涅尔公式)可在所述预设位置呈现预设的图文信息。
图2示出的光学防伪元件1包含至少3个不同的反射小面311、312、313 (其截面为斜劈型，从而形成微反镜)，并且该3个不同反射小面的倾斜角 (或朝向)不同，故在接收屏5的三个不同位置T1、T2、T3处形成像素点。由此，类似地，通过设计光学小面的倾斜角及方位角，并有目的地设计多组光学小面的分布可实现复杂的有实际意义的图像。
如图3所示，光学防伪元件1中具有不同的反射小面组，例如，反射小面组S1(包含S1-1、S1-2、S1-3、S1-4)，S2(S2-1、S2-2、S2-3、S2-4、 S2-5)和S3(S3-1、S3-2、S3-3)，其中反射小面组S1的四个反射小面将入射光反射聚焦至接收屏5的T1位置，形成反射投影图像“8”的像素T1。同理，反射小面组S2的四个反射小面将入射光反射聚焦至接收屏5的T2位置，形成反射投影图像“8”的像素T2；反射小面组S3的四个反射小面将入射光反射聚焦至接收屏5的T3位置，形成反射投影图像“8”的像素T3。其中，反射小面组S1、S2、S3中的各个反射小面在光学防伪元件1中随机分布。以此类推，光学防伪元件1中提供足够的反射小面组即能够在反射位置形成足够数量的像素，这些像素的所在位置最终组成具有特定含义的图文，例如数字“8”，从而实现了图像的再现。
因此，可通过反射小面的结构参数(例如朝向，包括：倾斜角与方位角) 来实现对聚焦点的空间位置的调制。如果将各个聚焦点布置在与光学防伪元件平行的一个平面内，则能够形成平面再现图像；如果将各个聚焦点布置在整个空间内，则能够形成立体再现图案。
如果只存在反射小面，那么再现图像只能是灰度的形式，实现简单的“黑 -灰-白”的图像。为了丰富再现图像的信息量，增加技术难度以提高防伪能力，并便于公众观察，本发明将“颜色调制结构”布置于反射小面上，通过预设的物理原理，实现反射和/或透射再现的颜色化。具体地，可通过改变颜色调制结构4的参数，例如，特征尺寸和深度等，来实现对颜色的控制，从而实现订制化的颜色，由此，再现的预设的图文信息可以是单色的，也可以是彩色的，甚至可以是渐变色的。
如图2所示，在反射小面上具有三种不同深度的颜色调制结构411、412 和413，该三种颜色调制结构的深度均不同，其中，颜色调制结构411的深度为0.35μm，颜色调制结构412的深度为0.45μm，颜色调制结构413的深度为0.27μm。当白光照射到光学防伪元件1时，“反射小面3+颜色调制结构4”的组合将入射光反射汇聚到接收屏5的不同位置，呈现不同颜色的像素。具体地，311+411组合对应的T1位置处呈现绿色的光斑，312+412 组合对应的T2位置处呈现红色的光斑，313+413组合对应的T3位置处呈现黄色的光斑。因此，在同一反射再现图像中呈现三种不同颜色的像素。
因此，可通过设计反射小面3及颜色调制结构的特征参数可形成特定颜色的特定图文信息。图4(a)及图4(b)示出了实现的多种颜色的图案，其中一种灰度代表一种颜色。从图中可见，能够显示多色图案，且不同颜色的位置是精准定位的。两种颜色之间不存在相互重叠或远离，如图4(a)所示，反射再现图案数字“8”的上半部分与下半部分具有两种颜色。如果设计需要，还可以形成不存在明显颜色界限的颜色渐变效果，类似彩虹色的效果，如图4(b)所示，反射再现图案圆环的不同位置处的颜色不同。
下面在两个实施例中对颜色调制结构4的具体情况进行说明。
在一实施例中，所述颜色调制结构4可包括：边壁陡直的微结构40；以及预设厚度的金属膜42，如图5或图6所示。所述边壁陡直的微结构40可以是一维光栅，也可以是二维光栅，其在x方向和/或y方向的特征尺寸范围为0.5-100μm，优选为1-20μm。所述边壁陡直的微结构40在z方向的深度范围为0.05-10μm，优选为0.1-3μm。
下面介绍图5及图6所示的光学防伪元件成像的光学原理。
如图5所示，以反射情况为例，当边壁陡直的微结构40上无金属层时，光学防伪元件的反射率一般小于20％，故反射再现图像颜色的饱和度和亮度均较低。为了提高再现图像颜色的饱和度与亮度，在反射再现的情况下，金属膜42的预设厚度不为0，该预设厚度的金属膜42能够将反射率提高至80％以上，甚至达到90％。
图5中的反射小面的横向特征尺寸L为70μm，高度H为2μm，斜面的倾角α＝arctg(H/L)，边壁陡直的微结构40的深度h为0.37μm，金属膜42为铝膜且铝膜的预设厚度为30nm。当两束入射光i1、i2入射至表面s1、s2时，被“反射小面3+边壁陡直的微结构40”的表面s1和s2之上的金属膜42反射，形成反射光r1和r2；反射光线r1与其对应的入射光线i1的夹角为2α，同理，反射光线r2与其对应的入射光线i2的夹角亦为2α。如果反射小面3 之上无边壁陡直的微结构40，则反射小面3为传统的微反镜结构，白光入射后的反射光之间光程相同，不存在光程差，因此反射光之间相位相同，无干涉现象发生，反射光仍然为白光。但是当边壁陡直的微结构40附着于反射小面3之上后，由于边壁陡直的微结构40的上下表面具有垂直的高度差，因此，反射光r1和r2的光程发生变化，出现光程差，导致反射光r1和r2 之间发生干涉现象，最终在反射方向上获得具有特定颜色的反射光，例如，本实施例中的颜色可为黄色。当其他位置处的满足同一菲涅尔反射公式的反射小面3将白光反射到相同的位置时也呈现黄色，也就是说，所有满足同一菲涅尔反射公式的反射小面3所反射的光线在同一位置处形成聚焦点T，该聚焦点T即为组成图案的一个像素，且该像素为黄色。
如图6所示，以透射情况为例，若反射小面3及边壁陡直的微结构40 为透明材料(该透明材料的反射与吸收率均不高)，则更多的光线会透射过反射小面3及边壁陡直的微结构40，即该光学防伪元件具有较高的透过率。在这种情况下可不增加金属膜42，即光学小面3直接裸露在空气中。
图6中的反射小面3的横向特征尺寸为40μm，且倾斜角为10°；边壁陡直的微结构的横向特征周期在3μm至10μm之间变化，且深度为1.2 μm。与反射情况类似，当入射光i入射至光学防伪元件1时，通过反射小面3和边壁陡直的微结构40的共同作用，透射光线t汇聚于接收屏8之上，形成黄色的光斑(或像素)。与反射情况的区别之处在于：在反射再现中，光线被边壁陡直的微结构调制时，经该微结构的顶部与底部反射的两束光之间的光程差与2倍的该微结构的深度、微结构表面是否有填充材料及填充材料的折射率等因素相关；而透射再现中，由于微结构表面一般不能有填充材料，经该微结构的顶部与底部的两束光线的光程差与1倍的该微结构的深度相关。由此，为了能够呈现与反射再现时的同一种颜色，透射再现中的微结构的深度要大于反射再现中的微结构的深度，比例大约为2n，其中n为反射再现时填充材料的折射率，无填充材料时n＝1。当然，通过设计金属膜的厚度，还可在反射方向与透射方向同时再现彩色的图文信息，于此不再赘述。
通过适当的设计反射小面3的朝向(倾斜角和/或方位角)和颜色调制结构4的参数(例如，深度)，能够在不同位置呈现不同颜色的像素点，并使这些像素点形成具有实际意义的图文信息。上述反射小面3和颜色调制结构4可以是随机分布的，即在漫反射照明的情况下，不能观察到上述需要再现的图案，只有在由光线照明时才能够从反射和/或透射方向观察到彩色的再现图文信息。
在另一实施例中，所述颜色调制结构4可包括：亚波长微结构41；以及预设厚度的金属膜42，如图7所示。为满足等离子体吸收条件，需在亚波长微结构的表面蒸镀或溅射金属膜。组合反射小面3与颜色调制结构4可形成等离子体反射小面。等离子体反射小面的等离子体共振吸收特性，使得隐藏图像呈现特定的颜色。
亚波长微结构41可以为一维光栅或二维光栅，其中，二维光栅的栅格分布可以是正交结构、蜂窝结构、二维布拉维点阵结构、随机结构等；亚波长微结构的槽型可以是正弦形、矩形或锯齿形等。应当理解的是，亚波长微结构41并不局限于以上描述的结构，而且实际的光学防伪元件中可以采用这些亚波长微结构的拼接或组合。亚波长微结构41优选为二维光栅。
经亚波长微结构41反射的反射谱可根据耦合波理论得到，通过计算模拟分析得到亚波长微结构41的深度(或沟槽深度)、周期、槽型及金属膜都会影响反射谱的共振吸收波长。尤其是沟槽深度的影响尤为明显。
需要说明的是，反射小面3的横向特征尺寸远大于亚波长微结构41的横向特征尺寸。根据等离子体共振条件，可得到亚波长微结构的特征参数。以一维光栅为例，当入射光以角度θ入射到该光栅上时，会产生不同级次的衍射光，衍射光在该光栅表面传播时，与金属膜表面激发的表面等离子体波产生共振，即波矢相等。
kx m＝ksp (1)
Figure BDA0002223519450000101
kx m＝kx+m*kd (3)
Figure BDA0002223519450000102
Figure BDA0002223519450000103
Figure BDA0002223519450000104
Figure BDA0002223519450000105
其中，衍射级次为m，入射光在光栅表面x方向上的分量为kx，光栅波矢为kd，衍射光在光栅表面x方向的分量为kx m，金属膜表面激发的表面等离子体波波矢为ksp，θ为引起共振时的入射光的入射角，λ0为真空中的波长， n1为金属膜的折射率，ε0为入射光在介质中的介电常数，ε1为金属膜的介电常数。
将公式(2)-(7)带入公式(1)，即可得到亚波长光栅结构的周期d 与等离子体共振波长之间的关系：
Figure BDA0002223519450000111
由公式(8)可得亚波长光栅结构的周期d。
为了实现多种颜色，上述二维亚波长微浮雕结构的周期是可变的，在x 方向和/或y方向上(即横向特征尺寸)的周期范围为50-700nm，优选 200-400nm。优选地，亚波长微结构的沟槽深度位于10-500nm的范围内，更为优选地，亚波长微结构的沟槽深度位于50-100nm的范围内。
所述金属膜42的预设厚度小于50nm，优选为小于20nm。金属膜42包括金属层、金属化合物层、高/低折射率材料叠层和法布里-珀罗干涉器中至少一者。其中，金属膜可以为金、银、铜、铝、铁、锡、锌、镍、铬等中一者或多者形成的膜。优选地，金属膜42可为采用蒸镀的方式形成的铝层，且厚度为30nm。当然，还可以在蒸镀金属膜42之前蒸镀单层介质层或者多层介质层。所采用的介质材料可以选自 MgF2、SiO2、Al2O3、MgO、PMMA、TiO2、ZnS、ZnO中的一者或多者，并且多层介质膜通常采用高低高膜系设计。优选地，采用SiO2，蒸镀三层结构，光变颜色为黄变绿。对于形成于二维光栅区域之上的三层SiO2，光变颜色为红色变绿；对于直接形成于反射小面之上的三层SiO2，光变颜色为黄变绿。
亚波长微结构41或边壁陡直的微结构42(该两者可简称为微结构)在 x方向和y方向上可以是周期性的，也可以在一定范围内具有周期性，也可以是随机的。“周期”的含义为在整个光学防伪元件的范围内，所有微结构都是具有相同的排布规律和参数。“一定范围内具有周期性”的含义为在特定小范围内微结构具有相同的排布规律和参数，但是在整个光学防伪元件的范围内微结构不具有相同的排布规律和参数。“随机”含义为在微结构的自身形状参数和排布无相同的规律，是任意分布的。
下面将列举几种能够实现彩色再现图像的微结构的排布方式，如图9(a) -图9(c)所示。其中，图9(a)-图9(c)中由黑渐变至白的方形表示反射小面，黑色表示高度较低，白色表示高度较高，即反射小面为一个个小斜面，特征尺寸为49μm。从图中可以看出反射小面的朝向是变化的(其可根据需要再现图像的内容发生变化)。图9(a)为微结构沿x方向是不变的，沿y 方向依次周期性呈现有/无的变化，整体具有周期性，周期为5μm。图9(b) 为微结构的另一种排布方式，在该种排布方式中没有个反射小面上的微结构是具有周期性的，但是不同反射小面上的微结构之间是不同的，这种布置方式能够在一定程度上抑制图9(a)中的微结构的周期性带来的衍射干扰，增强再现颜色图案的清晰度。图9(c)中的微结构为圆形结构，且圆形结构的位置是随机变化的。
具体地，下面通过8个实施例对光学防伪元件的具体结构及成像结果进行详细地说明。在各个实施例中，反射小面的横向特征尺寸优选为25μm，纵向特征尺寸的范围优选为0.5-4μm。反射小面为平面结构，并且亚波长微结构为二维光栅结构。
平面波经过反射小面组反射后，传播至接收屏上的再现图像区域。假设反射小面组包括10000个反射小面，而再现图像的像素数为100，则每100 个反射小面再现1个像素的隐藏图像，且该100个像素是随机分布的。为了简单说明，与各个实施例相对应的光学防伪元件的结构图中仅列举了几个反射小面。
实施例一、二
所述多个反射小面可为第一组反射小面，该第一组反射小面的倾斜角与方位角由第一菲涅尔公式确定，其中，所述第一菲涅尔公式与入射光线的第一预设入射角及第一预设位置相关。由此，所述第一组反射小面用于将具有所述第一预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第一预设位置，以在所述第一预设位置处呈现第一预设图文信息。所述颜色调制结构可为具有第一调制深度的第一颜色调制结构，用于使所述第一预设图文信息呈现第一预设颜色。
在具有所述第一预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第一预设位置处可呈现所述第一预设颜色的所述第一预设图文信息的实像。
对于实施例一
实施例一中的光学防伪元件(如图7所示)可实现反射再现的单一颜色的图像。其中，亚波长微结构上覆盖有30nm厚的铝层，其可起到反射增强的作用。
图7中的三个反射小面的倾斜角与方位角满足同一菲涅尔反射公式(第一预设位置为O点，第一预设入射角为90度)，通过设计由上述三个反射小面组成的多个组合的分布可在O点呈现第一预设图文信息A。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)反射聚焦到O点处，且呈现图像A的实像。并且，不同反射小面上的亚波长微结构相同(深度为120nm)，由此，该亚波长微结构可将反射小面所反射的光线调制为同一颜色(例如，红色)的光线，从而在O处呈现单一颜色(例如，红色)的图像A。
另外，从整体光学设计来看，当光线入射时，折射光线的延长线也是具有一定汇聚作用的，从而形成图像A(未示出)。该图像A与基材相距较近 (可看做基材表面)，且为虚像；相对于再现出的实像A，该虚像A位于实像A的相反一侧。
对于实施例二
与实施例一的区别之处在于：该实施例二中的光学防伪元件(如图8所示)可实现透射再现的单一颜色的图像。
为满足等离子体吸收条件，在亚波长微结构表面需蒸镀或溅射金属层，但金属层是反射层，会减少透射图像的亮度。由此，金属层需要满足一定的厚度要求，才能实现透射再现隐藏图像。换言之，若金属层的厚度过大，即使存在等离子体吸收，也不会在透射方向上观察到再现图像。当金属层的厚度一定时，具有等离子体的反射小面比未具有等离子体的反射小面具有更高的透过率。在本实施例中，亚波长微结构上覆盖有15nm厚的铝层。
图8中的三个反射小面的倾斜角与方位角满足同一菲涅尔透射公式(第一预设位置为O’点，第一预设入射角为90度)，通过设计由上述三个反射小面组成的多个组合的分布可在O’点呈现第一预设图文信息A。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)透射聚焦到O’点处，且呈现图像A的实像。并且，不同反射小面上的亚波长微结构相同，由此，该亚波长微结构可将反射小面所透射的光线调制为同一颜色的光线，从而在O’处呈现单一颜色的图像A。
另外，从整体光学设计来看，当光线入射时，反射光线的延长线也是具有一定汇聚作用的，从而形成图像A(未示出)。该图像A与基材相距较近 (可看做基材表面)，且为虚像；相对于再现出的实像A，该虚像A位于实像A的相反一侧。并且，透射再现的图像A的颜色(例如，蓝色)与反射再现的图像A(例如，红色)的颜色互补。
实施例三、四
所述多个反射小面可为第二组反射小面，该第二组反射小面的倾斜角与方位角由第二菲涅尔公式确定，其中，所述第二菲涅尔公式与入射光线的第二预设入射角及第二预设位置相关。由此，所述第二组反射小面用于将具有所述第二预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第二预设位置，以在所述第二预设位置处呈现第二预设图文信息。所述颜色调制结构可包括：具有第二调制深度的第二颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第二预设颜色；以及具有第三调制深度的第三颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第三预设颜色，所述第二调制深度与所述第三调制深度不同。
在具有所述第二预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第二预设位置处呈现由所述第二预设颜色及所述第三预设颜色组成的综合颜色效果的所述第二预设图文信息的实像，和/或在该光学防伪元件的表面处呈现两种不同颜色组成的综合颜色效果的所述第二预设图文信息的虚像。
对于实施例三
实施例三中的光学防伪元件(如图10所示)可实现反射再现的两种颜色的综合颜色效果的图像。其中，亚波长微结构为二维栅格结构，且亚波长微结构的深度不同。反射小面321上的亚波长微结构421与反射小面322上的亚波长微结构422的特征尺寸均为：周期为300nm，深度为120nm，该部分光学防伪元件在白光照射下反射聚焦呈现红色的像素；反射小面323上的亚波长微结构423与反射小面324上的亚波长微结构424的特征尺寸均为：周期为300nm，深度为150nm，该部分光学防伪元件在白光照射下反射聚焦呈现蓝色的像素。亚波长微结构上覆盖有30nm厚的铝层，其可起到反射增强的作用。
四个反射小面满足同一菲涅尔反射公式(第二预设位置为P点，第二预设入射角为90度)，通过设计由上述四个反射小面组成的多个组合的分布可在P点呈现第二预设图文信息A。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)反射聚焦到P点处，且呈现图像A的实像。并且，亚波长微结构421、422可分别将反射小面321、322所反射的光线调制为红色的光线；亚波长微结构423、424可分别将反射小面323、324所反射的光线调制为蓝色的光线，从而在P处呈现红色与蓝色的混合色的图像A(该图像A为实像)。与此同时，从透射方向来看，在(与P点相比)距基材较近距离处 (可看做该光学防伪元件的表面)呈现红色(与反射方向观察到的蓝色互补) 与蓝色(与反射方向观察到的红色互补)的混合色的图像A(未示出，该图像A为虚像，其是由折射光线的延长线汇聚而成的)。
当然，也可以设计两组满足不同菲涅尔反射公式的反射小面使得所呈现的图像不同。
对于实施例四
与实施例三的区别之处在于：该实施例四中的光学防伪元件(如图11 所示)可实现透射再现的两种颜色的综合颜色效果的图像。本实施例四中的亚波长微结构上覆盖有15nm厚的铝层。
图11中的四个反射小面的倾斜角与方位角满足同一菲涅尔透射公式(第二预设位置为P’点，第二预设入射角为90度)，通过设计由上述四个反射小面组成的多个组合的分布可在P’点呈现第二预设图文信息A。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)透射聚焦到P’点处，且呈现图像A的实像。并且，亚波长微结构431、432可分别将反射小面331、332所反射的光线调制为蓝色的光线；亚波长微结构433、434可分别将反射小面333、334所反射的光线调制为红色的光线，从而在P’处呈现红色与蓝色的混合色的图像A(该图像A为实像)。与此同时，从反射方向来看，在(与P’点相比)距基材较近距离处(可看作该光学防伪元件表面)呈现蓝色(与透射方向观察到的红色互补)与红色(与透射方向观察到的蓝色互补)的混合色的图像A(未示出，该图像A为虚像，其是由反射光线的延长线汇聚而成的)。
当然，也可以设计两组满足不同菲涅尔透射公式的反射小面使得所呈现的图像不同。
实施例五、六
所述多个反射小面包括：第三组反射小面及第四组反射小面，所述第三组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第三菲涅尔公式确定，所述第四组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第四菲涅尔公式确定。其中，所述第三菲涅尔公式与入射光线的第三预设入射角及第三预设位置相关；所述第四菲涅尔公式与入射光线的第四预设入射角及第四预设位置相关，所述第三预设入射角与所述第四预设入射角不同，所述第三预设位置与所述第五预设位置不同。由此，所述第三组反射小面用于将具有所述第三预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第三预设位置，以在所述第三预设位置处呈现第三预设图文信息；所述第四组反射小面用于将具有所述第四预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第四预设位置，以在所述第四预设位置处呈现第四预设图文信息。所述颜色调制结构为具有第四调制深度的第四颜色调制结构，用于使所述第三预设图文信息与所述第四预设图文信息呈现第四预设颜色。
在具有所述第三预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第三预设位置处呈现所述第三预设颜色的所述第三预设图文信息的实像，和/或在具有所述第四预设入射角的入射光线照射下，在所述第四预设位置处呈现所述第四预设颜色的所述第四预设图文信息的实像。
对于实施例五
实施例五中的光学防伪元件(如图12所示)可通过改变白光照射的入射方向a1和a2，实现在反射光方向上依次再现图像A和B。其中，亚波长微结构上覆盖有30nm厚的铝层，其可起到反射增强的作用。并且，不同反射小面上的亚波长微结构相同，由此，该亚波长微结构可将反射小面所反射的光线调制为同一颜色的光线，从而呈现单一颜色的图像A与图像B。
反射小面341、342满足同一菲涅尔反射公式(第三预设位置为S点，第三预设入射角为90度)；反射小面343、344满足同一菲涅尔反射公式(第四预设位置为U点，第四预设入射角为45度)。由此，可通过设计由上述反射小面341、342组成的多个组合的分布可在S点呈现第三预设图文信息 A；可通过设计由上述反射小面343、344组成的多个组合的分布可在U点呈现第四预设图文信息B。具体而言，在菲涅尔反射公式中，当入射角为90 度和45度时，计算反射小面的斜率和方位角，可以得到两组不同的参数，然后选取每组参数中的1/2重新组成设计参数，且分布规律是随机的。例如，当入射角为90度时，生成100*100个反射小面，该反射小面会再现出图像 A；当入射角为45度时，生成100*100个反射小面，该反射小面会再现出图像B；然后，分别选取50*100个反射小面，组成新的100*100个反射小面。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)反射聚焦到S点处，且呈现图像A的实像；可将具有入射角为45度的射光(例如，白光)反射聚焦到U点处，且呈现图像B的实像。
与上述实施例一、三的情况类似，在该实施例五中，从透射方向来看，在该光学防伪元件表面呈现虚像A或B(未示出)，且其颜色与反射方向观察到的实像A或B的颜色互补。
对于实施例六
与实施例五的区别之处在于：该实施例六中的光学防伪元件(如图13 所示)可通过改变白光照射的入射方向a1和a2，实现在透射光方向上依次再现图像A和B。本实施例六中的亚波长微结构上覆盖有15nm厚的铝层。
反射小面351、352满足同一菲涅尔透射公式(第三预设位置为S’点，第三预设入射角为90度)；反射小面353、354满足同一菲涅尔透射公式(第四预设位置为U’点，第四预设入射角为45度)。由此，可通过设计由上述反射小面351、352组成的多个组合的分布可在S’点呈现第三预设图文信息A；可通过设计由上述反射小面353、354组成的多个组合的分布可在U’点呈现第四预设图文信息B。具体而言，在菲涅尔透射公式中，当入射角为90度和45度时，计算反射小面的斜率和方位角，可以得到两组不同的参数，然后选取每组参数中的1/2重新组成设计参数，且分布规律是随机的。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)透射聚焦到S’点处，且呈现图像A的实像；可将具有入射角为45度的入射光(例如，白光) 透射聚焦到U’点处，且呈现图像B的实像。
与上述实施例二、四的情况类似，在该实施例六中，从反射方向来看，在该光学防伪元件表面呈现虚像A或B(未示出)，且其颜色与透射方向观察到的实像A或B的颜色互补。
当然，入射角可以设置多个参数，但是入射角参数越多，再现图像的亮度越低，且图像之间在再现时会有干扰。另外，该再现效果也可以利用图10 中的原理，不同的焦平面处，将会再现出不同颜色的图像。
实施例七、八
所述多个反射小面包括：第五组反射小面及第六组反射小面，所述第五组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第五菲涅尔公式确定，所述第六组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第六菲涅尔公式确定。其中，所述第五菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第五预设位置相关；所述第六菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第六预设位置相关，所述第七预设位置与所述第八预设位置到所述基材的垂直距离不同。由此，所述第五组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第五预设位置，以在所述第五预设位置处呈现第五预设图文信息；所述第六组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第六预设位置，以在所述第六预设位置处呈现第六预设图文信息。所述颜色调制结构为具有第五调制深度的第五颜色调制结构，用于使所述第五预设图文信息与所述第六预设图文信息呈现第五预设颜色。
在具有所述第五预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第五预设位置处呈现所述第五预设颜色的所述第五预设图文信息的实像，以及在所述第六预设位置处呈现所述第五预设颜色的第六预设图文信息的实像。
对于实施例七
实施例七中的光学防伪元件(如图14所示)可实现在反射光方向上的距基材不同距离的焦平面处(例如，距基材5cm和10cm处)呈现图像A 和B。其中，亚波长微结构上覆盖有30nm厚的铝层，其可起到反射增强的作用。并且，不同反射小面上的亚波长微结构相同，由此，该亚波长微结构可将反射小面所反射的光线调制为同一颜色的光线，从而呈现单一颜色的图像A与图像B。
反射小面361、362满足同一菲涅尔反射公式(第五预设位置为X点，第五预设入射角为90度)；反射小面363、364满足同一菲涅尔反射公式(第六预设位置为Y点，第五预设入射角为90度)。由此，可通过设计由上述反射小面361、362组成的多个组合的分布可在X点呈现第五预设图文信息 B；可通过设计由上述反射小面363、364组成的多个组合的分布可在Y点呈现第六预设图文信息A。具体而言，在菲涅尔反射公式中，当成像焦点位置为X点(例如，距基材表面10cm处)和Y点(例如，距基材表面5cm 处)时，计算反射小面的斜率和方位角，可以得到两组不同的参数，然后选取每组参数中的1/2重新组成设计参数，且分布规律是随机的。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)反射聚焦到X、Y点处，且分别呈现图像B、A的实像。
与上述实施例一、三、五的情况类似，在该实施例七中，从透射方向来看，在该光学防伪元件表面呈现虚像A、B(未示出)，且其颜色与反射方向观察到的实像A、B的颜色互补。
对于实施例八
与实施例七的区别之处在于：该实施例八中的光学防伪元件(如图15 所示)可实现在透射光方向上的距基材不同距离的焦平面处(例如，距基材 5cm和10cm处)呈现图像A和B。由于等离子体具有共振吸收特性，当白光照射该光学防伪元件时，具有一定的增透作用，且在透射方向上会显现出与实施例七中的反射再现图像的颜色互补的颜色。本实施例八中的亚波长微结构上覆盖有15nm厚的铝层。
反射小面371、372满足同一菲涅尔透射公式(第五预设位置为X’点，第五预设入射角为90度)；反射小面373、374满足同一菲涅尔透射公式(第六预设位置为Y’点，第五预设入射角为90度)。由此，可通过设计由上述反射小面371、372组成的多个组合的分布可在X’点呈现第五预设图文信息B；可通过设计由上述反射小面373、374组成的多个组合的分布可在Y’点呈现第六预设图文信息A。具体而言，在菲涅尔透射公式中，当成像焦点位置为X’点(例如，距基材表面10cm处)和Y’点(例如，处5cm处) 时，计算反射小面的斜率和方位角，可以得到两组不同的参数，然后选取每组参数中的1/2重新组成设计参数，且分布规律是随机的。由此，可将具有入射角为90度的入射光(例如，白光)透射聚焦到X’、Y’点处，且分别呈现图像B、A的实像。
与上述实施例二、四、六的情况类似，在该实施例八中，从反射方向来看，在该光学防伪元件表面呈现虚像A、B(未示出)，且其颜色与透射方向观察到的实像A、B的颜色互补。
当然，该再现效果也可以利用图12中的原理，不同的白光照射角度，将会再现出不同的图像。另外，在本实施例中，还可通过改变亚波长微结构来调制成像的颜色，于此不再赘述。
另外，对于上述各个实施例还可通过设计满足菲涅尔反射公式及菲涅尔透射公式的反射小面组，并选择特定厚度的金属膜，在反射和透射方向同时呈现再现图像的实像，具体的设计细节可参见上述反射再现及透射再现中的具体描述，于此不再赘述。
上述微结构的制版方式有激光制版和电子束直刻制版两种。激光制版的优点是效率高、速度快，深度易控制；缺点是精度不够。而电子束直刻制版的优点是精度高；但是缺点尤其明显，制版速度慢，沟槽深度不易控制，制版工艺不成熟。本发明各个实施例中的微结构采用激光制版的方式制成，由此，图10中的反射小面321、322可再现一个图像，反射小面323、324区域再现另一个图像，形成两种颜色的再现宏观图像。
在制版工艺条件成熟时，在精确控制独立的每一个反射小面上的二维亚波长深度，即能够精确控制再现图像的每一个像素的颜色，形成彩色化的图像。
为了能够使上述光学防伪元件适应现有常用的产品承载物，一般为第一结构的尺寸具有一定的要求。例如反射小面的纵向尺寸(即，高度)不能过高，否则其厚度较高，不能将其埋入纸张之中或贴在承载物之上，造成凹凸不平的后果。因此，反射小面的高度一般小于100μm，优选小于10μm，这样有利于该特征应用于开窗安全线，埋于纸张之中；或者作为宽条产品，贴于纸张或塑料基材之上，并能够保持上述两种情况下基材的平整。
综上所述，本发明创造性地通过多个反射小面将入射光反射和/或透射到预设位置，并通过颜色调制结构调制反射光线和/或透射光线的颜色，以在所述预设位置处呈现出预设颜色的预设图文信息，其可在白光的照射下再现彩色的预设图案，提高了防伪能力和辨识度，从而可实现“易识别，难伪造”的光学防伪元件。
本发明还提供一种防伪产品，该防伪产品可包含上述的光学防伪元件。其中，所述光学防伪元件可以开窗安全线、开窗贴条或贴标等方式置于上述防伪产品中。所述防伪产品可包括钞票、身份证、银行卡、汇票或有价证券等具有高附加值的产品。
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 (15)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，该光学防伪元件包括：
基材；
形成于所述基材上的多个反射小面，用于将入射光线反射和/或透射到预设位置，以在该预设位置处呈现预设的图文信息；以及
形成于所述反射小面上的颜色调制结构，用于调制所述反射小面所反射和/或透射的光线的颜色，以使所述预设的图文信息呈现预设颜色。
2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个反射小面的倾斜角与方位角由菲涅尔公式确定，其中，所述菲涅尔公式与入射光线的预设入射角及所述预设位置相关。
3.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个反射小面为第一组反射小面，该第一组反射小面的倾斜角与方位角由第一菲涅尔公式确定，其中，所述第一菲涅尔公式与入射光线的第一预设入射角及第一预设位置相关，所述第一组反射小面用于将具有所述第一预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第一预设位置，以在所述第一预设位置处呈现第一预设图文信息，
所述颜色调制结构为具有第一调制深度的第一颜色调制结构，用于使所述第一预设图文信息呈现第一预设颜色，
在具有所述第一预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第一预设位置处呈现所述第一预设颜色的所述第一预设图文信息的实像。
4.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个反射小面为第二组反射小面，该第二组反射小面的倾斜角与方位角由第二菲涅尔公式确定，其中，所述第二菲涅尔公式与入射光线的第二预设入射角及第二预设位置相关，所述第二组反射小面用于将具有所述第二预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第二预设位置，以在所述第二预设位置处呈现第二预设图文信息，
所述颜色调制结构包括：具有第二调制深度的第二颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第二预设颜色；以及具有第三调制深度的第三颜色调制结构，用于使所述第二预设图文信息呈现第三预设颜色，所述第二调制深度与所述第三调制深度不同，
在具有所述第二预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第二预设位置处呈现由所述第二预设颜色及所述第三预设颜色组成的综合颜色效果的所述第二预设图文信息的实像。
5.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个反射小面包括：第三组反射小面及第四组反射小面，所述第三组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第三菲涅尔公式确定，所述第四组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第四菲涅尔公式确定，其中，所述第三菲涅尔公式与入射光线的第三预设入射角及第三预设位置相关；所述第四菲涅尔公式与入射光线的第四预设入射角及第四预设位置相关，所述第三预设入射角与所述第四预设入射角不同，所述第三预设位置与所述第四预设位置不同，
所述第三组反射小面用于将具有所述第三预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第三预设位置，以在所述第三预设位置处呈现第三预设图文信息；所述第四组反射小面用于将具有所述第四预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第四预设位置，以在所述第四预设位置处呈现第四预设图文信息，
所述颜色调制结构为具有第四调制深度的第四颜色调制结构，用于使所述第三预设图文信息与所述第四预设图文信息呈现第四预设颜色，
在具有所述第三预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第三预设位置处呈现所述第三预设颜色的所述第三预设图文信息的实像，和/或在具有所述第四预设入射角的入射光线照射下，在所述第四预设位置处呈现所述第四预设颜色的所述第四预设图文信息的实像。
6.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述多个反射小面包括：第五组反射小面及第六组反射小面，所述第五组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第五菲涅尔公式确定，所述第六组反射小面中的多个反射小面的倾斜角与方位角由第六菲涅尔公式确定，其中，所述第五菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第五预设位置相关；所述第六菲涅尔公式与入射光线的第五预设入射角及第六预设位置相关，所述第七预设位置与所述第八预设位置到所述基材的垂直距离不同，
所述第五组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第五预设位置，以在所述第五预设位置处呈现第五预设图文信息；所述第六组反射小面用于将具有所述第五预设入射角的入射光线反射和/或透射到所述第六预设位置，以在所述第六预设位置处呈现第六预设图文信息，
所述颜色调制结构为具有第五调制深度的第五颜色调制结构，用于使所述第五预设图文信息与所述第六预设图文信息呈现第五预设颜色，
在具有所述第五预设入射角的入射光线照射该光学防伪元件的情况下，在所述第五预设位置处呈现所述第五预设颜色的所述第五预设图文信息的实像，以及在所述第六预设位置处呈现所述第五预设颜色的第六预设图文信息的实像。
7.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述颜色调制结构包括：
预设厚度的金属膜；以及
边壁陡直的微结构，或者亚波长微结构。
8.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述颜色调制结构为所述边壁陡直的微结构的情况下，所述边壁陡直的微结构的深度范围为0.05-10μm。
9.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述颜色调制结构为所述边壁陡直的微结构的情况下，所述边壁陡直的微结构沿其所在的二维平面内的两个方向中至少一个方向的周期范围为0.5-100μm。
10.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构的槽的深度范围为50-100nm。
11.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构的槽的形状为正弦形、矩形或锯齿形。
12.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，在所述颜色调制结构为所述亚波长微结构的情况下，所述亚波长微结构沿其所在的二维平面延伸的两个方向中至少一个方向上的周期范围为50-700nm。
13.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述反射小面沿其所在的二维平面内的两个方向中至少一个方向的周期范围为0.5-500μm。
14.一种防伪产品，其特征在于，该防伪产品包含根据权利要求1-13中任一项权利要求所述的光学防伪元件。
15.根据权利要求14所述的防伪产品，其特征在于，所述防伪产品包括钞票、身份证、银行卡或汇票。
CN201910943326.0A 2019-09-30 2019-09-30 光学防伪元件及防伪产品 Active CN112572015B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910943326.0A CN112572015B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 光学防伪元件及防伪产品
PCT/CN2020/110024 WO2021063126A1 (zh) 2019-09-30 2020-08-19 光学防伪元件及防伪产品
EP20871998.9A EP4039493A4 (en) 2019-09-30 2020-08-19 ANTI-COUNTERFEIT OPTICAL ELEMENT AND ANTI-COUNTERFEIT OPTICAL PRODUCT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910943326.0A CN112572015B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 光学防伪元件及防伪产品

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112572015A true CN112572015A (zh) 2021-03-30
CN112572015B CN112572015B (zh) 2023-06-06

Family

ID=75117264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910943326.0A Active CN112572015B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 光学防伪元件及防伪产品

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4039493A4 (zh)
CN (1) CN112572015B (zh)
WO (1) WO2021063126A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114637176A (zh) * 2022-03-11 2022-06-17 深圳市深大极光科技有限公司 一种双异像非相干光再现的菲涅尔全息图的制备方法
CN115230364A (zh) * 2021-04-25 2022-10-25 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品、数据载体

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2572746B (en) * 2018-03-22 2021-10-27 De La Rue Int Ltd Security elements and method of manufacture thereof
GB2589818B (en) * 2019-07-12 2022-12-14 De La Rue Int Ltd Security devices and methods of manufacture thereof
FR3107004A1 (fr) * 2020-02-12 2021-08-13 Ccl Secure Pty Dispositif a effet optique
DE102021002599A1 (de) * 2021-05-18 2022-11-24 Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh Optisch variables Darstellungselement
DE102021003185A1 (de) * 2021-06-21 2022-12-22 Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh Optisch variables Sicherheitselement und Wertdokument mit dem optisch variablen Sicherheitselement
DE102021005911A1 (de) * 2021-11-30 2023-06-01 Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh Sicherheitselement mit reflektivem Flächenbereich, Datenträger und Herstellungsverfahren

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102514443A (zh) * 2011-12-09 2012-06-27 中钞特种防伪科技有限公司 一种光学防伪元件
CN102975568A (zh) * 2012-05-30 2013-03-20 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件、使用该光学防伪元件的产品及其制备方法
CN104249584A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 中钞特种防伪科技有限公司 一种光学防伪元件
CN107087404A (zh) * 2014-12-18 2017-08-22 捷德货币技术有限责任公司 光学可变透明防伪元件
CN108422764A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及光学防伪产品
WO2018149335A1 (zh) * 2017-02-20 2018-08-23 中钞特种防伪科技有限公司 防伪元件及光学防伪产品
CN108656782A (zh) * 2017-03-28 2018-10-16 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件、使用该光学防伪元件的产品及其制备方法
CN110001234A (zh) * 2018-01-05 2019-07-12 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件和光学防伪产品

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10129939B4 (de) * 2001-06-20 2006-06-22 Ovd Kinegram Ag Optisch variables Flächenmuster
DE102010055688A1 (de) * 2010-12-22 2012-06-28 Giesecke & Devrient Gmbh Optisch variables Element
CN103847289B (zh) * 2012-11-29 2016-03-23 中钞特种防伪科技有限公司 具有再现隐藏图像的光学防伪元件及用其制成的产品
DE102014014079A1 (de) * 2014-09-23 2016-03-24 Giesecke & Devrient Gmbh Optisch variables Sicherheitselement mit reflektivem Flächenbereich
CN104385800B (zh) * 2014-10-16 2017-10-24 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及光学防伪产品
DE102015006793A1 (de) * 2015-05-27 2016-12-01 Giesecke & Devrient Gmbh Optisch variables Sicherheitselement
DE102016015393A1 (de) * 2016-12-22 2018-06-28 Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh Sicherheitselement mit reflektivem Flächenbereich

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102514443A (zh) * 2011-12-09 2012-06-27 中钞特种防伪科技有限公司 一种光学防伪元件
CN102975568A (zh) * 2012-05-30 2013-03-20 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件、使用该光学防伪元件的产品及其制备方法
US20150210106A1 (en) * 2012-05-30 2015-07-30 Zhongchao Special Security Technology Co., Ltd. Optical anti-counterfeiting element, product using same and preparation method therefor
CN104249584A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 中钞特种防伪科技有限公司 一种光学防伪元件
CN107087404A (zh) * 2014-12-18 2017-08-22 捷德货币技术有限责任公司 光学可变透明防伪元件
CN108422764A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及光学防伪产品
WO2018149335A1 (zh) * 2017-02-20 2018-08-23 中钞特种防伪科技有限公司 防伪元件及光学防伪产品
CN108656782A (zh) * 2017-03-28 2018-10-16 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件、使用该光学防伪元件的产品及其制备方法
CN110001234A (zh) * 2018-01-05 2019-07-12 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件和光学防伪产品

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115230364A (zh) * 2021-04-25 2022-10-25 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品、数据载体
CN115230364B (zh) * 2021-04-25 2024-03-29 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品、数据载体
CN114637176A (zh) * 2022-03-11 2022-06-17 深圳市深大极光科技有限公司 一种双异像非相干光再现的菲涅尔全息图的制备方法
CN114637176B (zh) * 2022-03-11 2022-11-01 深圳市深大极光科技有限公司 一种双异像非相干光再现的菲涅尔全息图的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4039493A4 (en) 2023-11-08
WO2021063126A1 (zh) 2021-04-08
CN112572015B (zh) 2023-06-06
EP4039493A1 (en) 2022-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112572015B (zh) 光学防伪元件及防伪产品
KR102630381B1 (ko) 광학 제품, 광학 제품을 제작하기 위한 마스터, 그리고 마스터 및 광학 제품을 제조하기 위한 방법
RU2670078C1 (ru) Оптический компонент для защиты от подделок и изделие с оптической защитой от подделок
RU2591089C2 (ru) Защитный элемент с оптически переменным поверхностным узором
AU2006230761B2 (en) Patterned optical structures with enhanced security feature
JP5938963B2 (ja) 表示体及びラベル付き物品
JP6089387B2 (ja) 表示体及びラベル付き物品
JP6520360B2 (ja) 表示体、物品、原版、および、原版の製造方法
CN105319628B (zh) 一种光学防伪元件
JP2011218648A (ja) 表示体及びラベル付き物品
KR20170140321A (ko) 표시체, 물품, 원판 및 원판의 제조 방법
JP2008107471A (ja) 表示体及び印刷物
WO2021063121A1 (zh) 光学防伪元件及防伪产品
EP3547039B1 (en) Light modulation element and information recording medium
RU2006117303A (ru) Оптически изменяющаяся дифракционная структура и способ ее изготовления
JP4724952B2 (ja) プリズムアレイパターン
CN113056376B (zh) 光学可变元件、安全文件、用于制造光学可变元件的方法、用于制造安全文件的方法
CN112572016B (zh) 光学防伪元件及防伪产品
RU228287U1 (ru) Микрооптическая система формирования визуальных изображений
WO2021103670A1 (zh) 光学防伪元件及光学防伪产品
JP2013246367A (ja) 画像表示体及び情報媒体
JP2016173596A (ja) 表示体及びラベル付き物品
JP2011128269A (ja) 画像形成体
CN117485046A (zh) 光学防伪元件和光学防伪产品
CN118528675A (zh) 光学防伪元件和防伪产品

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 100070 No. 6 Spark Road, Science City, Beijing, Fengtai District

Applicant after: ZHONGCHAO SPECIAL SECURITY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Applicant after: China Banknote Printing and Minting Group Co.,Ltd.

Address before: 100070 No. 6 Spark Road, Science City, Beijing, Fengtai District

Applicant before: ZHONGCHAO SPECIAL SECURITY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Applicant before: CHINA BANKNOTE PRINTING AND MINTING Corp.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant