CN112572016B - 光学防伪元件及防伪产品 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光学防伪元件及防伪产品，属于防伪技术领域。所述光学防伪元件，包括：基材，所述基材具有相互对立的第一表面和第二表面；形成于所述第一表面上的微结构形成层，至少部分所述微结构形成层包括第一多组微结构，所述第一多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第一多组微结构中每组微结构的焦点与第一图文的每个像素点一一对应，以使得：在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第一多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第一图文的再现图像。其能够实现使用普通光源照明光学防伪元件即可通过接收载体在反射光方向上观察到清晰的再现图像。

Description

光学防伪元件及防伪产品

技术领域

本发明涉及防伪技术领域，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，此特征需要采用适当的光源照射防伪元件表面，能够在接收载体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，这种需要借助一定条件才能够观察到的特征主要应用于隐藏的二线防伪。

传统的图像再现技术一般采用衍射光栅，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，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，因此再现需要的光线一般为激光，当采用白光或日光照明时，再现的图案清晰度较差。

由于上述原因的存在，导致再现特征的应用受到了一定的限制。特别是随着手机等智能设备全方位的进入到日常生活之中，如何利用手机辅助观察者进行真伪判别，成为了另一个活跃的话题。

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防伪产品，能够实现通过普通光源即可再现出清晰的图像。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，包括：基材，所述基材具有相互对立的第一表面和第二表面；形成于所述第一表面上的微结构形成层，至少部分所述微结构形成层包括第一多组微结构，所述第一多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第一多组微结构中每组微结构的焦点与第一图文的每个像素点一一对应，以使得：在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第一多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第一图文的再现图像。

相应的，本发明实施例还提供一种上述的光学防伪元件的防伪产品。

本发明实施例提供的光学防伪元件使用普通光源照明光学防伪元件即可通过接收载体在反射光方向上观察到清晰的再现图像。

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1示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的应用方式示意图；

图2示出了一实施例中照明光学防伪元件时反射光再现图文的示意图；

图3a示出了一实施例中聚焦元件的截面示意图；

图3b示出了等高切割和等宽切割的原理示意图；

图4a至图4c示出了在一个平面内实现不同图文信息隐藏的实施例；

图5a示出了一实施例中具有反射镀层的光学防伪元件的剖面示意图；

图5b和图5c分别示出了垂直照明和倾斜照明图5a所示的光学防伪元件时反射光再现图文的效果示意图；

图6示出了一实施例中照明光学防伪元件时反射光再现图文的示意图；

图7a示出了一实施例中照明光学防伪元件时反射光再现立体图文的示意图；

图7b示出了采用接收载体接收再现立体图文的示意图；

图7c示出了直接对光学防伪元件进行观察时所呈现的效果示意图；

图8a示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的示意图；

图8b示出了图8a所示的光学防伪元件的结构原理示意图；

图8c和图8d分别示出了在两侧照明图8a所示的光学防伪元件时反射光再现图文的示意图；以及

图8e示出了直接对图8a所示的光学防伪元件进行观察时所呈现的效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明根据本发明的实施方式的光学防伪元件，以及具有该光学防伪元件的产品。应当理解，所述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。为方便描述和解释本发明的实施方式，附图并未按照真实比例描绘。

本发明实施例中的术语“左侧”、“右侧”、“上侧”、“下侧”、“上方”、“下方”等方位描述词，均是相对附图中所示的方位关系而言的。

本发明一实施例提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件可以包括：基材，所述基材具有相互对立的第一表面和第二表面；形成于所述第一表面上的微结构形成层，至少部分所述微结构形成层包括多组微结构，每组微结构可以包括一个或多个微结构。所述多组微结构中，第一多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第一多组微结构中每组微结构的焦点与第一图文的每个像素点一一对应，以使得：在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第一多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第一图文的再现图像。每组微结构能够将入射的平行光照射到反射并汇聚到一点，第一图文的每个像素点对应一组微结构的焦点，则在使用平行光照明光学防伪元件时，第一多组微结构中每组微结构的焦点处的光斑可以形成第一图文的再现图像。该再现图像为实像，可通过接收载体观察到。再现图像的再现位置，也即接收载体的位置由微结构的焦距决定。另外，在一些情况下，也可以不使用接收载体而在反射光方向上观察到再现图像。

另外，所述光学防伪元件环境光或者在被照明时，尤其是在被平行光、准平行光或点光源照射时，人眼可以直接观察到与光学防伪元件表面相比上浮或下沉的第一图文的全视差图像，且在光学防伪元件两侧观察到的全视差图像的浮沉关系是相反的，如果从第一侧观察到第一图文的上浮的全视差图像，则从第二侧将观察到下沉的全视差图像，反之亦然。

入射的平行光，其可以垂直入射或斜入射(这里，垂直或斜入射都是相对于与基材表面平行的平面而言)至光学防伪元件。一般在实际应用中，优选选择的微结构参数适用于针对基本垂直入射的光线产生本发明实施例所述的光学效果。但是在可扩展实施例中也可以选用针对斜入射产生光学效果的微结构参数。在本发明实施例中，所举例说明的光学防伪元件是针对基本垂直入射的光线而言的，可以理解，在这种情况下，如果倾斜入射的光束的入射角比较小，例如小于30度，则依然能够观察到本发明实施例所述的光学效果。

另外，可以理解，本发明实施例中虽然描述了使用平行光，但是使用准平行光与使用平行光是等效的。

微结构形成层中的微结构的表面可以为曲面，而不是平面，能够更好的保证焦点的一致性。

微结构形成层中每组微结构可以为同一个聚焦元件的一部分。所述聚焦元件的形状可以为球冠型或抛物面型等任意能够将平行光汇聚到一点的形状。但是，由于光学防伪元件表面的微结构深度不能任意增加，一般为微米数量级，所以不能在微结构形成层中形成完整的聚焦元件，而只能将聚焦元件分割成若干聚焦曲面。切割方式可以是等高切割或者等宽切割，等高切割类似于等高线的表现方式，微结构的反射曲面的高度相同，但微结构宽度不同；等宽切割与之相反，微结构的宽度相同，但是高度不同。但是无论采用何种切割方式，为了保证焦点位置处于确定的位置以呈现预设的图文信息，微结构形成层中的微结构的各个位置与聚焦元件上相应位置具有相同的曲率。

例如，第一多组微结构可以包括n组微结构，记作S_i，i＝1……n，则每组微结构表示为S₁、S₂……S_n，也可以表示为第一多组微结构

n组微结构中每组微结构S_i分别对应于一个聚焦元件F_i，聚焦元件F_i的焦点P_i的位置不同，且每个焦点P_i对应再现第一图文的一个像素点，在焦点处的反射光斑能够再现出第一图文，则第一图文也可以表示为

再现的第一图文可以是字母、文字、数字、特定标志或它们的组合等任意形状的图案。

本发明实施例中的接收载体可以是用于接收平面图案的普通载体，也可以用于接收立体图案的载体。

用于照明所述光学防伪元件的光源可以为终端的闪光灯、手电、太阳光等，所述终端可以是手机、平板电脑等。由于智能手机的普及，手机闪光灯的照明方式十分易于获得。虽然手机闪光灯不能提供严格意义上的平行光，但是由于现有智能手机闪光灯上一般覆盖有菲涅尔透镜，该透镜能够将作为点光源的闪光灯发出的发散光汇聚，在一定程度上具有准平行光的效果，因此可以作为反射再现的光源。此外，也可以采用激光作为光源。

第一图文可以是平面图文或者立体图文。如果需要在反射光方向上再现平面图文，则在设计光学防伪元件时，与平面图文对应的所有微结构的焦点将基本位于同一平面内。如果需要在反射光方向上再现立体图文，可以将立体图文在深度方向上进行切片。不同深度的一个切片的图文可以认为是一个平面图文，其所对应的所有微结构的焦点将基本位于同一平面内。在立体图文的情况下，如果使用具有接收立体投影信息的接收载体(如空间水雾等)，则可以直接在接收载体的空间内看到立体图文的立体再现图像，如果使用普通接收载体进行接收，则可以接收到立体图文的一个截面的再现图像。

在一些可选实施例中，至少部分所述微结构形成层还可以包括第二多组微结构，第二多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第二多组微结构中每组微结构的角点与第二图文的每个像素点一一对应，以使得：在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第二多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第二图文的再现图像。为了不影响观察，再现的第一图文和第二图文应尽量不重合。例如，可以设置两个图文分别对应的微结构的焦点的高度位置，而使得两个图文能够再现于不同高度处。可选的，也可以使得第一多组微结构的焦点位于光学防伪元件的一侧，第二多组微结构的焦点位于光学防伪元件的另一侧。如此在照明光学防伪元一侧时，可以在该侧的反射光方向上观察到第一图文，在照明光学防伪元件另一侧时，可以在该侧的反射光方向上观察到第二图文。第一图文和第二图文可以相同或不同。

在结构形成层中包括上述的与第一图文对应的第一多组微结构和与第二图文对应的第二多组微结构，且第一多组微结构的焦点位于光学防伪元件的一侧(基材第一表面的一侧)，第二多组微结构的焦点位于光学防伪元件的另一侧(基材第二表面的一侧)的情况下。在第一表面照明时，只能在第一表面之上的空间布置接收载体，获得第一图文的反射再现图像，而直接用眼睛观察时能够同时观察到第一图文和第二图文，且第一图文位于第一表面的一侧，第二图文位于第二表面的一侧，两者运动方向相反(一者下沉，另一者上浮)。在第二表面照明时，只能在第二表面之上的空间布置接收载体，获得第二图文的反射再现图像，而直接用眼睛观察时能够同时观察到第一图文和第二图文，且第一图文位于第一表面的一侧，第二图文位于第二表面的一侧，两者运动方向相反(一者相对光学防伪元件下沉，另一者相对光学防伪元件上浮)。

在一些可选实施例中，为了尽量将图文信息隐藏，微结构形成层中属于同一组微结构的微结构随机地分布，这样在一般散射光照明观察时，设计的图文信息T_i将不能够被观察到，而只是呈现随机的背景噪音。

为了保证上述光学防伪元件能够应用于现有产品形式中，作为安全线布置穿插于纸张之中，或者作为视窗、条、标签等形式条贴于纸张之上，则对微结构的尺寸具有一定的要求。微结构形成层中的微结构高度小于100μm，优选小于10μm。微结构形成层中的微结构横向特征尺寸为0.5μm至500μm，优选为30μm至200μm。这是由于当微结构横向特征尺寸较小时，可能存在一定的衍射干扰，在焦点附近形成其他的次级焦点，降低了再现图文的对比度和识别度，进而降低了防伪元件的防伪效果。

由于微结构中的微结构为聚焦元件的一部分，那么与同一再现图文对应的微结构上的每个位置只向一个方向反射入射光，因此，不存在衍射光栅形成对称的±1级衍射而形成对称的再现图案，本发明实施例的光学防伪元件能够实现非对称图案。

可选的，与一再现图文对应的多组微结构所形成的形状可以与所述再现图文的形状相同或不同。在二者不同的情况下，能够给观察者带来强烈的对比，且不易被仿造者伪造。

在一些可选实施例中，微结构形成层上可以同形覆盖有单层反射镀层和/或多层反射镀层，以提高反射效率和/或形成特定的颜色。例如可以在部分微结构形成层上同形覆盖单层反射镀层，在另一部分微结构形成层上同形覆盖多层反射镀层。或者，可以在微结构形成层上仅同形覆盖单层反射镀层，或者仅同形覆盖多层反射镀层。

本发明实施例中的任意反射镀层可以为以下一者或多者：金属层、金属化合物层、高低折射率材料叠层、或法布里-珀罗干涉器。

反射镀层的材料可以是金属反射材料，金属反射镀层要求具有高反射率的金属材料，并且金属反射镀层可以是全光谱反射材料以及相应的合金，例如铝、银、锡、镍、铬、铂，也可以是具有特定颜色的反射材料以及相应的合金材料，例如铜、金等材料，此类材料在提供了较高的反射率的同时能够产生固定的颜色。金属反射镀层的作用主要是提高衍射或反射效率，反射镀层本身不具备颜色变化的效果。例如，金属反射材料与衍射型全息光栅(例如周期1μm、深度100nm的正弦型一维光栅)组合时，能够提高衍射效率，形成动感特征和彩虹色彩。金属反射材料与反射型光栅(例如周期为13μm，深度2μm的斜劈型闪耀光栅)组合时，提高反射效率，形成明亮的反射效果。

反射镀层的材料也可以是金属化合物，金属化合物层可以是金属氧化物、例如二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆等；也可以是金属硫化物，例如硫化锌；也可以是其他金属化合物。

反射镀层的材料也可以是高低折射率材料的叠层，高低折射率材料叠层中，高折射率材料的折射率n≥1.8，包括但不限于ZnS、TiN、TiO₂、TiO、Ti₂O₃、Ti₃O₅、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃中的任意材料或组合；低折射率材料的折射率n＜1.8，包括但不限于SiO₂、MgF₂、Na₃AlO₆、Al₂O₃中的任意材料或组合。上述高低折射率材料上下交叠排布，形成“高折射材料/低折射率材料/高折射率材料/……/高折射率材料”的膜系结构。该种结构能够形成对特定光谱波长的选择性反射，形成正面观察时的第一种颜色。当光线倾斜入射时，光线在高/低折射率材料叠层中传播经历的光程与垂直入射时的光程不同，形成第二种颜色，从而形成颜色变化的效果。

同时，这种“高折射材料/低折射率材料/高折射率材料/……/高折射率材料”的叠层结构与一维亚波长光栅(例如其周期为350nm，深度为110nm)形成组合时，能够形成不同于叠层结构的第三种颜色。

反射镀层也可以是“法布里-珀罗”干涉器。“法布里-珀罗”干涉器是一种反射效率更高的波长选择结构，为“吸收层/介质层/反射镀层”的膜系结构。吸收层为金属材料，厚度较薄，光线经过该层时，大约一半的光线被反射，另外一半的光线透过，所以吸收层可以称为“半反半透膜”，包括但不限于铬、镍、铜、钴、钛、钒、钨、锡、硅、锗及其组合，其厚度可以为2nm-30nm。介质层一半为金属化合物，介质层材料可以为折射率小于1.8的低折射率介质材料，包括但不限于二氧化硅、氟化镁、冰晶石、氧化铝及其组合，厚度可以为100nm至1000nm；介质材料也可以是折射率大于1.8的高折射率材料，包括但不限于ZnS、TiN、TiO₂、TiO、Ti₂O₃、Ti₃O₅、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃任意材料或组合。反射镀层材料一般是具有高反射率的金属材料，也可以是非金属材料，包括但不限于铝、银、锡、镍、铬、铂、铜、金、硅中的任意材料或其组合，厚度大于或等于10nm。

在“法布里-珀罗”干涉器结构中，吸收层作为分束器，将一般光线反射(称为第一光束)，一半光线透射。透射光经过介质层后，被反射镀层反射，再经过吸收层出射(称为第二光束)，第一光束与第二光束相互作用产生干涉，形成对特定波长的选择增强，因此能够观察到颜色。当光线改变入射方向时，光束在介质层中的光程发生了变化，如果介质材料为高折射率材料，则颜色不变或变化不明显，而介质材料为低折射率材料，则颜色变化明显，具备所谓的光变效果。例如，“法布里-珀罗”干涉器结构可以是金属铬/二氧化硅/金属铝或者金属铝/二氧化三铝/金属铝，在改变观察角度时，该法布里-珀罗干涉器的颜色能够发生变化。

上述反射层能够提高反射率，增加再现图像与背景的对比度，使聚焦的明亮区域更加明亮，同时减少第二表面的反射光干扰。

传统基于衍射光栅的再现技术，需要采用激光照射再现，而本发明实施例中的再现技术，可以通过包括激光在内的多种光源，例如手机闪光灯、手电、太阳光、激光等多种光源将图文再现到接收载体上，进而被观察者观察到。

图1示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的应用方式示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光学防伪元件1可以附着在承载物7之上，形成产品0。承载物7可以是钞票、纸张、护照、有价证券等。

图2示出了一实施例中照明光学防伪元件时反射光再现图文的示意图。如图2所示，当光源照射产品0的表面时，承载物7之上的光学防伪元件1被照射。在距离承载物7表面一定距离的特定的位置放置接收载体9，在上述接收载体9上呈现由反射光再现的图文T(数字“8”)。此处的光源可以采用手机闪光灯等的方式。另外，所述光学防伪元件环境光或者在被照明时，尤其是在被平行光、准平行光或点光源照射时，人眼可以直接观察到与光学防伪元件表面相比上浮或下沉的图文T的全视差图像，且在光学防伪元件两侧观察到的全视差图像的浮沉关系是相反的，如果从第一侧观察到图文T的上浮的全视差图像，则从第二侧将观察到下沉的全视差图像，反之亦然。

图3a示出了一实施例中聚焦元件的截面示意图。图3a所示为上述光学防伪元件1的截面图以及图文再现原理。如图3a所示，聚焦元件的表面可以为抛物面F_i，其焦点为P_i，其中P_i的特点为当平行光入射时，通过抛物面反射的光线将都通过焦点P_i，即在焦点P_i汇聚。

由于再现的图文信息需要离承载物表面具有一定距离，一般10mm以上才便于被观察到，满足这样的再现条件的抛物面形状较深，深度一般达几百微米甚至达到毫米的数量级，不能够应用于实际光学防伪产品中，因此需要在不影响光学效果的基础上降低微结构的深度。图3b给出了等高切割抛物面和等宽切割抛物面的原理示意图。在等高切割的情况中，确定一个切割高度Δh，从一个起点开始高度达到Δh则将上述Δh中的部分向下移动至基准面，重复上述过程则形成了图3b“等高切割”的情况。从图中可以发现，所有微结构的高度相同，在抛物线较为平缓的中央区域，微结构的特征宽度较大；而在抛物线的边缘，由于抛物面的变化较快斜率较大，因此微结构的特征宽度较小。等宽切割则不同，在切割时保持微结构的特征宽度d不变，而高度随着抛物面的变化而变化，一般而言，抛物面中央区域的微结构高度较小，而抛物面边缘的微结构高度较高。可以理解，形成微结构的方式并不限于等高切割和等宽切割方式。

图4a至图4c示出了在一个平面内实现不同图文信息隐藏的实施例。图4a为需要再现的图文T，内容为数字“8”。数字“8”由n个像素组成，分别为T_i，即

n为正整数，i为从1到n的正整数，这里以其中三个随机选择的组成像素T₁、T₂和T₃为例进行说明。每个像素T_i对应一个聚焦元件的抛物面的焦点P_i，因此，T₁、T₂和T₃对应三个聚焦元件的抛物面F₁、F₂和F₃，上述抛物面的焦点分别为P₁、P₂和P₃，P₁、P₂和P₃与T₁、T₂和T₃一一对应。由于抛物面为三维图像，为了直观反映出三维效果，采用灰度表示抛物面的高度，灰度值为0时表示抛物面的最低端。又由于抛物面为轴对称图形，焦点在抛物面最低端的正上方，因此抛物面F₁、F₂和F₃的最低端分别位于T₁、T₂和T₃的正下方。为了漫反射照明时图文T隐藏，所以需要将各个微结构S_i随机布置在光学防伪元件1的各个位置。因此，微结构S_i在对应抛物面F_i中任意选取，各个F_i中对应的S_i的个数可以相同，也可以不同。各个F_i中对应的Si的个数相同的话，T_i的强度基本相同，再现出的图文T笔画亮度较为均匀；各个F_i中对应的S_i的个数不同的话，T_i的强度不同，则再现出的图文T中的某一部分亮度较高，可以形成具有特定设计效果或意义的图案。例如在抛物面F₁中选择微结构子单元S₁(S₁-1、S₁-2、S₁-3、S₁-4)，抛物面F₂中选择微结构子单元S₂(S₂-1、S₂-2、S₂-3、S₂-4、S₂-5)，抛物面F₃中选择微结构子单元S₃(S₃-1、S₃-2、S₃-3)，最后再将上述各个微结构子单元组合在一张图中，则获得图4c的情况。当采用准平行光照射时，则会反射再现出图文T的一部分(T₁、T₂、T₃)。

在此处，为了保证在采用准平行光，特别是采用手机的白光照明时也能够具有较为清晰无色散等干扰的再现图像，微结构的横向特征尺寸一般不小于50μm，例如可以为60μm×60μm的正方形；为了能够实现与承载物的良好配合，微结构的高度一般不大于20μm，例如小于3μm。由于抛物面为曲面，因此微结构的表面也是弯曲的曲面。

图5a示出了一实施例中具有反射镀层的光学防伪元件的剖面示意图。如图5a所示，在该实施例中部分微结构S_i-single之上覆盖有单色金属反射层，例如金属Al层，其他微结构S_i-multiple之上覆盖有颜色相对观察角度变化的光变镀层，例如Ni/MgF2/Al。由于铝反射率较高，在整个可见光范围内反射率能够到达约90％，当准平行白光照射到覆盖有铝反射层的微结构S_i-single时，反射汇聚焦点P_i-single呈现白色。而由于Ni/MgF2/Al结构具有“法布里-珀罗”谐振腔结构，白光入射时，谐振腔结构对入射白光的某一波段干涉相长，其他波段干涉相消，因此呈现某种特定的颜色。当准平行白光照射到覆盖有“镍/氟化镁/铝”反射层的微结构子单元S_i-multipe时，反射汇聚焦点P_i-multiple呈现一种特定的颜色。倾斜照明时，P_i-single仍呈现白色，而P_i-multiple呈现特定的另一种特定的颜色。例如微结构S_i-single之上的铝层厚度为30nm；微结构S_i-multiple之上的铝层厚度为30nm，氟化镁厚度为402nm，镍厚度为7nm。以图5a再现的图文为数字“8”为例，其中数字“8”的上半部分由具有铝反射层的微结构S_i-single再现获得，下半部分由具有“法布里-珀罗”谐振腔结构覆盖的微结构子单元S_i-multiple再现获得。

如图5b所示，当采用准平行白光垂直照射光学防伪元件1的表面时，在空间第一位置处的接收载体上能够获得再现的数字“8”，由于数字“8”的上半部分由具有铝反射层的微结构S_i-single再现获得，呈现白色。下半部分由具有“法布里-珀罗”谐振腔结构覆盖的微结构S_i-multiple再现获得，呈现金黄色。

如图5c所示，当照明光倾斜照射光学防伪元件1时，在空间第二位置处的接收载体上能够获得再现的数字“8”，数字“8”的上半部分呈现白色，下半部分由于光变膜反射层的存在，颜色变为绿色。

如图6所示，光学防伪元件1的微结构组成的形状可以具有特定含义的信息，例如微结构的区域呈现数字“7”。当准平行光照射到光学防伪元件1的表面时，由于微结构的组成像素尺寸较小，且在微结构所有区域是随机分布的，因此在形状“7”的范围内的微结构能够充分的将入射光反射汇聚到所有预先设计的区域，形成预先设计的数字“8”。此时，由数字“7”再现出数字“8”，能够给观察者带来强烈的对比，且不易被仿造者伪造。

图7a示出了一实施例中照明光学防伪元件时反射光再现立体图文的示意图，如图7a所示，在该实施例中，微结构层中每组微结构的焦点P_i不在一个平面内，而是分布在立体空间中，这样就在距离承载物7表面h距离的位置可以再现出呈立体的图文T，例如本实施例中的立方体。

由于立体图文为各个抛物面的焦点Pi组合形成，形成实像，而实像则可以认为上述立体图文(立方体)真实存在于距离承载物h的位置，其尺寸可以通过设计预先确定。因此，当采用普通的接收载体9呈现再现立体图案时，相当于上述立体图文T与接收载体9的截面。如图7b所示为普通的接收载体9与再现图案T“正方体”作用时获得的截面10，其中接收载体并未与承载物7平行，而是存在一定的倾角。如果使用具有接收立体投影信息的接收载体(如空间水雾等)，则可以直接在接收载体的空间内看到完整的立方体的再现图像。

当观察者不采用接收载体而是直接观测时，能够观察到立方体不同的侧面，由于立体图文T为实像，可以认为通过聚焦再现的方式获得的，是真实存在于承载物7之上的空间内的，因此立体图文满足透视效果等多种光学效果。如图7c所示为观察者在不同角度观察再现立体图文“立方体”时获得的情况，其中参考标11位于再现立方体7的正下方，作为立体视差的参考点。当观察者从azi-1的角度(再现立方体左侧的任意角度)观察时，在视觉上参考标11位于立方体的左侧；从azi-2的角度(再现立方体上方的任意角度)观察时，参考标11位于立方体的中间；而从azi-3的角度(再现立方体右侧的任意角度)观察时，参考标11位于立方体的右侧。这种视觉上的相对位置变化与立方体形状的变化，都是由于该投影立方体为浮于承载物表面之上的虚像导致。图7c中示出的是人眼从一侧直接观察防伪元件所呈现的效果，如果承载物或基材透明或半透明，人眼可以从另一侧也观察到投影立方体为的虚像，两侧观察到的虚像的浮沉效果相反。如果从一侧直接观察到上浮于防伪元件表面之上的虚像，则从另一侧将直接观察到与防伪元件表面相比下沉的虚像，所有虚像均为全视差图像。

图8a示出了根据本发明一实施例的光学防伪元件的示意图。如图8a所示，图8a中为本发明涉及的光学防伪元件1，其中光学防伪元件1的微结构形成层至少包括第一多组微结构11和第二多组微结构12，第一多组微结构11和第二多组微结构12中的微结构随机混合在一起，在漫反射照明的情况下两者之间没有明显的界限。第一多组微结构11与第二多组微结构12的特点如图8b所示。从图8b可以看到，第一多组微结构11中的微结构S11_i与之前所述实施例中的微结构排布类似，这里采用等高切割的方式将抛物面切割并随机排布在光学防伪元件1的范围内，并在基材2的第一表面21之上形成焦点P11_i，通过适当的设计可以形成上侧图文T₁₁，例如数字“8”。为了增强图文T11与背景的对比度进而提高图文的分辨率，第一多组微结构表面覆盖有反射层4，例如金属铝Al层。第二多组微结构12中的微结构子单元S12_i也具有类似的结构，只不过其形状与第一多组微结构11中的微结构子单元S11_i方向相反，亦即第二多组微结构12的焦点P12_i位于基材第二表面22之下，通过适当的设计可以形成上侧图文T12，例如符号“+”。

图8c和图8d所示为准平行光再现上述实施例的情况。如图8c所示，当采用准平行光在基材2的上表面21一侧照射光学防伪元件1时，由于第一多组微结构11的焦点位于基材2的上表面21一侧，而第二多组微结构12的焦点位于基材2的下表面22一侧，所以在基材2的上表面21一侧形成图文T1的实像，在基材2的第二表面22一侧形成图文T12的虚像T12’。因此，采用接收载体9只能获得由第一多组微结构11的各个焦点P11_i组成的上侧图文T11，而不能获得由第二多组微结构12的各个焦点P12_i组成的下侧图文T12。反之，如图8d所示，采用准平行光在基材2的下表面22一侧照射光学防伪元件1时，在基材2的上表面21一侧形成图文T11的虚像T11’，在基材2的第二表面22一侧形成图文T12的实像。因此，在下表面22一侧采用接收载体9只能获得由第二多组微结构12的各个焦点P12_i组成的下侧图文T12，而不能获得由第一多组微结构11的各个焦点P11_i组成的上侧图文T11。

当观察者不采用接收载体，而是采用眼睛直接观察的方式时，由于人眼能够观察到虚像，因此，如果观察者从基材2第一表面21一侧观察时，可以同时观察到上浮的(位于第一表面一侧的)图文T11的虚像T11’和下沉的(位于第二表面一侧的)图文T12的虚像T12’；从基材2第二表面22一侧观察时，则可以同时观察到下沉的(位于第一表面一侧的)图文T11的虚像和上浮的(位于第二表面一侧)的图文T12的虚像T12’，所有虚像均为全视差图像。又由于虚像均距离承载物7具有一定的距离，因此观察到的虚像T11’和虚像T12’之间也存在一定的距离。当照明光源的角度发生变化或观察者的观察角度发生变化时，两个虚像之间的相对位置也发生变化。如图8e所示，当在基材2的第一表面21一侧采用准平行光照射时，在角度azi-1(对应再现图文T11的左侧的任意角度)、azi-2(对应再现图文T11的上方的任意角度)和azi-3(对应再现图文T11的右侧的任意角度)三个角度均能观察到两个图案，其中虚像T11’浮于承载物表面之上，虚像T12’沉于承载物表面之下，且两者之间的具有如下的相对位置关系：在角度azi-1观察时，虚像T12’位于虚像T11’的左侧；在角度azi-1观察时，虚像T12’与虚像T11’重合；在角度azi-3观察时，虚像T12’与虚像T11’的右侧。当从基材2第二表面22一侧照明和观察时，虚像的浮沉效果与从第一表面21一侧观察是相反，光学效果类似于从第一表面一侧照明的光学效果。

根据本发明实施例的光学防伪元件特别适合制作成开窗安全线。所述安全线的厚度不大于50μm。带有所述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具有本发明任意实施例所述的光学防伪元件的光学防伪产品，所述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 (16)

1.一种光学防伪元件，其特征在于，包括：

基材，所述基材具有相互对立的第一表面和第二表面；

形成于所述第一表面上的微结构形成层，至少部分所述微结构形成层包括第一多组微结构，所述第一多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第一多组微结构中每组微结构的焦点与第一图文的每个像素点一一对应，以使得：

在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第一多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第一图文的再现图像。

2.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，至少部分所述微结构形成层还包括第二多组微结构，所述第二多组微结构中每组微结构分别具有单独的一个焦点，并且所述第二多组微结构中每组微结构的焦点与第二图文的每个像素点一一对应，以使得：

在使用平行光照明所述光学防伪元件时，在所述第二多组微结构的反射光方向上通过接收载体能够接收到所述第二图文的再现图像。

3.根据权利要求2所述的光学防伪元件，其特征在于，所述第一多组微结构中每组微结构的焦点位于所述光学防伪元件的一侧，以及所述第二多组微结构中每组微结构的焦点位于所述光学防伪元件的另一侧。

4.根据权利要求1所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层上同形覆盖有单层反射镀层和/或多层反射镀层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，

所述第一图文为平面图形或立体图形；和/或

所述第一图文为文字、字母、数字、特定的标志或其组合。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中的微结构的表面为曲面。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中属于同一组微结构的微结构为同一个聚焦元件的一部分。

8.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中属于同一组微结构的微结构通过对相应的聚焦元件进行等高切割或等宽切割而形成。

9.根据权利要求7所述的光学防伪元件，其特征在于，所述聚焦元件的形状为球冠型或抛物面型。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中属于同一组微结构的微结构随机地分布。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中的微结构的高度小于100μm。

12.根据权利要求11所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中的微结构的高度小于10μm。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中的微结构的横向特征尺寸为0.5μm至500μm。

14.根据权利要求13所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中的微结构的横向特征尺寸为30μm至200μm。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的光学防伪元件，其特征在于，所述微结构形成层中所述第一多组微结构形成的形状与所述第一图文的形状相同或不同。

16.一种具有根据权利要求1至15中任一项所述的光学防伪元件的防伪产品。

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