CN112630989A - 立体二维码成像薄膜及二维码层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体二维码成像薄膜及二维码层的制备方法，包括：透明间隔层；二维码层，其位于透明间隔层一侧，所述二维码层包括阵列排布的二维码微图文单元；微聚焦层，其位于所述透明间隔层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，通过所述微聚焦层能够观测到二维码层的立体成像。其能够形成二维码立体图像，裸眼可看，随视角变化，立体感逼真，在立体成像和防伪领域具有应用前景。

Description

立体二维码成像薄膜及二维码层的制备方法

技术领域

本发明涉及立体成像技术领域，具体涉及一种立体二维码成像薄膜及二维码层的制备方法。

背景技术

二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的、黑白相间的、记录数据符号信息的图形；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化点

现有的二维码为平面结构，其多为肉眼可见的黑白相间的像素构成，并通过打印生成，视觉效果单一，易被盗用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种立体二维码成像薄膜及二维码层的制备方法，其能够形成二维码立体图像，裸眼可看，随视角变化，立体感逼真，在立体成像和防伪领域具有应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供了立体二维码成像薄膜，包括：

透明间隔层；

二维码层，其位于透明间隔层一侧，所述二维码层包括阵列排布的二维码微图文单元；

微聚焦层，其位于所述透明间隔层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，通过所述微聚焦层能够观测到二维码层的立体成像。

作为优选的，所述二维码层的立体成像高度

其中，所述微聚焦层内的微聚焦单元的周期为T1，所述二维码层内的二维码微图文单元的周期为T2，透明间隔层的厚度为D，M为莫尔成像放大倍率；

当T2＞T1时，所述二维码层的立体成像悬浮于成像薄膜的表面；

当T2＞T1时，所述二维码层的立体成像下沉于成像薄膜的表面。

作为优选的，所述二维码层的立体成像包括数据区和定位区，所述数据区的悬浮高度与所述定位区的悬浮高度不同。

作为优选的，所述二维码层为填充纳米油墨的凹槽组成。

作为优选的，所述凹槽的深度为1um-6um，所述凹槽的深宽比为0.5-3。

作为优选的，所述二维码层包括密排纳米结构阵列，所述密排纳米结构阵列表面设置有金属镀层。

作为优选的，所述纳米结构阵列的周期在200纳米至600纳米之间，所述纳米结构阵列的高度在200纳米至1500纳米之间。

本发明公开了一种二维码层的制备方法，其用于制备上述的立体二维码成像薄膜的二维码层,包括以下步骤:

S1、设定放大后的立体二维码图像，所述立体二维码图像包括数据区和定位区，所述数据区和所述定位区的二维码图像的悬浮高度不同；

S2、根据所述数据区和所述定位区的二维码图像分别设计二维码层的微图文单元内的微结构。

本发明公开了一种二维码层的制备方法，其用于制备上述的立体二维码成像薄膜的二维码层，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定放大后的立体二维码图像；

S2、根据莫尔成像放大倍率M，计算获得二维码层的理想二维码微图文单元的大小；

S3、若微聚焦单元的周期大于理想二维码微图文单元的大小，所述二维码层即设定为理想二维码微图文单元的大小；

若微聚焦单元的周期小于理想二维码微图文单元的大小，通过所述微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想二维码微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想二维码微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的二维码微图文舍弃。

本发明公开了一种二维码层的制备方法，其用于制备上述的立体二维码成像薄膜的二维码层，包括以下步骤：

S1、设定放大后的立体二维码图像，所述设定后的二维码图像包括多个高度不同的二维码子区域；

S2、根据莫尔成像放大倍率M，分别计算获得的二维码子区域对应的二维码层的理想子区域微图文单元的大小；

S3、若微聚焦单元的周期大于理想子区域微图文单元的大小，所述二维码层即设定为理想子区域微图文单元的大小；

若微聚焦单元的周期小于理想子区域微图文单元的大小，通过所述微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想子区域微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想子区域微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的理想子区域微图文单元舍弃。

本发明的有益效果：

1、本发明公开了一种立体二维码成像光学薄膜，通过微聚焦层、二维码层共同作用，提供了立体二维码图像，为传统二维码提供了一种视觉防伪功能。

2、本发明中的立体视觉效果不受外部环境光影响、无需佩戴眼镜、裸眼可视，具有随视角变化、立体感逼真等优点。

3、本发明中实现的二维码随观察视角变化，仅在法向一定角度内呈现完整的二维码，在偏离一定视角后二维码跳变呈现不完整二维码，扫描设备无法识别，对于二维码使用者起到了隐私保护作用。

4、本发明中制作的每个二维码微图文单元是完整二维码整体的部分裁切，无法从单个二维码微图文单元了解完整二维码信息，具有制作难度高，无法仿制的特点。

5、本发明的应用范围广泛，在立体成像、视觉防伪等领域有应用价值，例如可用于广告牌、产品标志或标签。

附图说明

图1为本发明的不同视角的成像示意图；

图2为本发明中立体二维码成像光学薄膜结构示意图；

图3为本发明基于微凹槽结构的二维码微图文单元结构示意图；

图4为本发明基于纳米结构的二维码微图文单元结构示意图；

图5(a)为一种二维码立体成像效果示意图；图5(b)为裁切后的二维码微图文单元阵列示意图；

图6(a)为另一种立体二维码成像效果示意图；图6(b)模拟有立体二维码高度的二维码成像示意图。

图中标号说明：100、立体二维码成像光学薄膜；210、微聚焦层；211、透明间隔层；212、二维码层；30、二维码层的立体成像；31、二维码层内二维码微图文单元的排布情况；501、纳米油墨；502、背景层；601、纳米结构；602、金属膜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参照图1-图2所示，本发明的公开了一种立体二维码成像薄膜100，包括透明间隔层211、二维码层212和微聚焦层210。二维码层212位于透明间隔层 211一侧，二维码层2112包括阵列排布的二维码微图文单元。二维码层212可通过编码获得。微聚焦层210位于透明间隔层211的另一侧，微聚焦层210包括阵列排布的微聚焦单元，通过微聚焦层210能够观测到二维码层212的立体成像，仅复制本发明中二维码层的二维码微图文单元，很难获得真实的二维码图像，从而增加了本二维码的伪造难度。

参照图1所示，由于微聚焦元件的视角限制，扫描装置在视角1可扫描清晰成像的立体二维码，并获得识别。而当扫描角度偏离视角1时，如图中所示视角2或视角3，立体二维码图像将变得不清晰，用扫描装置无法进行识别。

参照图2所示，二维码层的立体成像高度

其中，微聚焦层内的微聚焦单元的周期为T1，二维码层内的二维码微图文单元的周期为T2，透明间隔层的厚度为D，M为莫尔成像放大倍率。当T2＞T1时，二维码层的立体成像悬浮于成像薄膜的表面；当T2＞T1时，二维码层的立体成像下沉于成像薄膜的表面。通过设计，可以获得立体成像部分区域上浮于成像薄膜表面，立体成像的部分区域下沉于成像薄膜表面。

二维码层的立体成像包括数据区和定位区，数据区的悬浮高度与定位区的悬浮高度不同。定位区方便扫描装置快速捕捉到二维码的成像，数据区则包含二维码的数据信息。

在一实施例中，二维码层为填充纳米油墨的凹槽组成。参照图3所示，为本发明基于微凹槽结构的二维码微图文单元结构示意图。其中，二维码层由填充纳米油墨501的凹槽组成，其中，502为背景层，即在背景层502上设置多个凹槽，在凹槽内填充纳米油墨501。

由于本发明中二维码微图文单元结构的高分辨率要求，通常的印刷分辨率 (约600dpi)太低。可以采用微纳压印技术，在透明衬底上压印制作微槽结构，再填充纳米油墨，实现二维码层的制作。其分辨率可以达到10000dpi以上。凹槽的深度为1um-6um，凹槽的深宽比为0.5-3。

在另一实施例中，参照图4所示，为本发明基于纳米结构的二维码微图文单元结构示意图。二维码层包括阵列排布的密排纳米结构601，密排纳米结构阵列表面设置有金属镀层602。

为了满足本发明中二维码微图文单元结构的高分辨率要求，可以采用微纳压印技术，结合镀膜，在透明衬底上压印制作纳米结构，再镀金属膜，实现二维码层的制作。纳米结构的特征周期在200纳米至600纳米之间，高度在200 纳米至1500纳米之间。所述的纳米结构可以为纳米凸起，也可以为纳米凹陷。蒸镀金属可选为铬或铝，蒸镀厚度在在30纳米至100纳米之间。

本发明中，微图文层制作根据凹槽型结构和锥形纳米结构分为不同的工艺流程。凹槽型结构微图文层通过紫外纳米压印光刻工艺流程制作。锥形纳米结构微图文层首先需要通过制作锥形纳米结构阵列的阳极氧化铝模板来复制出锥形纳米结构，然后对其进行磁控溅射镀铬，接着通过涂光刻胶、激光直写、显影的工艺流程制作得到

对于上述立体二维码立体成像薄膜的制作方法，可以依据如下步骤进行：

步骤一、：微聚焦层通过微纳压印，将模具表面结构复制至透明间隔层一侧表面，形成与模具表面结构相反的微聚焦元件微结构阵列。微聚焦阵列模板可通过激光直写结合热熔法获得。激光直写在光刻胶上制备图形，经过加温热熔形成微透镜阵列；再通过软压印或者电铸的方式获得软模具或者金属模具，用于微聚焦元件层的批量化制作。

步骤二、二维码层由经过编码的二维码微图文单元组成。二维码微图文单元由微印刷二维码图案、填充颜料或染料的表面微浮雕二维码微图案、线条结构二维码微图案或印刷二维码图案、填充颜料或染料的表面微浮雕二维码微图案以及线条结构二维码微图案中至少两者的组合在透明间隔层另一侧制作而成。二维码层有2种制作方法：一种方法是通过激光直写结合纳米压印技术获得。激光直写在光刻胶上制备二维码微图文，然后制作软模具或者金属模具；再在透明间隔层的一侧通过纳米压印的方式制备凹形沟槽；最后在沟槽内填充油墨。另一种方法是，先在透明间隔层一侧压印纳米结构，镀金属膜，如铝或者铬；再涂光刻胶，经过激光直写形成二维码微图文阵列；利用技术腐蚀液将露出的金属去除，形成图案化的纳米结构色，从而完成微图文的制作。

步骤三、微聚焦元件和二维码图文层在透明间隔层两侧对位制作后，完成本发明的立体二维码器件的制作。

实施例二

在一实施例中，本发明公开了一种二维码层的制备方法，基于上述的二维码成像薄膜，包括以下步骤：

步骤一、设定放大后的立体二维码图像；

步骤二、根据莫尔成像放大倍率M，计算获得二维码层的理想二维码微图文单元的大小；

步骤三、若微聚焦单元的周期大于理想二维码微图文单元的大小，二维码层即设定为理想二维码微图文单元的大小；若微聚焦单元的周期小于理想二维码微图文单元的大小，通过微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想二维码微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想二维码微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的二维码微图文舍弃。

具体的，根据QRCode国家标准(GB/T 18284-2000)，二维码自身信息量越多，所需像素点就越多。像素越多，受限于扫描设备分辨率，分辨和解码越难。如果本发明中微聚焦元件口径在～100微米左右。如果存储400x400个像素的二维码，记录的单个像素尺寸只有0.25微米，远远超过了一般微纳加工手段的分辨率。为了解决这一问题，本发明采用一种取样合成策略。设放大后的立体二维码莫尔图像大小30mm×30mm，微聚焦单元周期50μm。当莫尔放大倍率取为150倍，则二维码微图文单元大小为200μm×200μm，其大于微聚焦元件单元周期，如参考图5a所示。微聚焦单元内不能完全安置该二维码微图文单元。本专利方案中，采用一种虚拟掩模技术，即利用微聚焦单元通过透明间隔层的垂直投影对二维码微图文单元裁切，在该微聚焦单元投影区域内的二维码微图文保留，在投影区域外二维码微图文被舍弃，形成如参考图5(b)，其中微聚焦单元为蜂窝排列。

实施例三

本发明公开了一种二维码层的制备方法，基于上述的二维码成像薄膜，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定放大后的立体二维码图像，设定后的二维码图像包括多个高度不同的二维码子区域；

S2、根据莫尔成像放大倍率M，分别计算获得的二维码子区域对应的二维码层的理想子区域微图文单元的大小；

S3、若微聚焦单元的周期大于理想子区域微图文单元的大小，二维码层即设定为理想子区域微图文单元的大小；

若微聚焦单元的周期小于理想子区域微图文单元的大小，通过微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想子区域微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想子区域微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的理想子区域微图文单元舍弃。

参照图6所示，本发明公开的另一种立体二维码成像效果示意图。二维码效果图为图6a所示，灰度表示立体高度。图6b为模拟的立体二维码高度，右上、左上和左下的灰度方块区域相比于二维码其它区域具有不同的立体高度。其设计原理如参考图5，不同点在于二维码分区域分别设计，然后合成为一张可观测和扫描的二维码图像。采用该方式设计获得立体二维码，由于不同立体高度的二维码图像各部分在倾斜观察时，不同高度的各部分随视角运动速度不同，合成的二维码图像出现畸变，导致在大视角上二维码图像无法扫描，起到数据保护作用。

实施例四

本发明公开了一种二维码层的制备方法，其用于制备上述的立体二维码成像薄膜的二维码层，包括以下步骤:

步骤一、设定放大后的立体二维码图像，立体二维码图像包括数据区和定位区，数据区和定位区的二维码图像的悬浮高度不同；

步骤二、根据数据区和定位区的二维码图像分别设计二维码层的微图文单元内的微结构。

具体的，在莫尔成像薄膜中，当薄膜厚度确定时，立体图像悬浮高度H与放大倍率M呈正比，而放大倍率M又由微聚焦单元与二维码微图文单元的周期比决定。为了实现可扫描的、内部具有不同悬浮高度的二维码图像，则必须分别计算微图文单元内微结构大小。例如，设二维码薄膜器件厚度D为50μm。二维码图像数据区悬浮高度H为10mm，定位区悬浮高度H为15mm，则相应的放大倍率分别为200和333倍。设二维码图像大小30mmx30mm、25x25的编码组成，那么，数据区和定位区的微图文像素分别为6μm和3.6μm。只有根据此设计获得的二维码图像才能被外部设备正确识别。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种立体二维码成像薄膜，其特征在于，包括：

透明间隔层；

二维码层，其位于透明间隔层一侧，所述二维码层包括阵列排布的二维码微图文单元；

微聚焦层，其位于所述透明间隔层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，通过所述微聚焦层能够观测到二维码层的立体成像。

2.如权利要求1所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述二维码层的立体成像高度

其中，所述微聚焦层内的微聚焦单元的周期为T1，所述二维码层内的二维码微图文单元的周期为T2，透明间隔层的厚度为D，M为莫尔成像放大倍率；

当T2＞T1时，所述二维码层的立体成像悬浮于成像薄膜的表面；

当T2＞T1时，所述二维码层的立体成像下沉于成像薄膜的表面。

3.如权利要求1所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述二维码层的立体成像包括数据区和定位区，所述数据区的悬浮高度与所述定位区的悬浮高度不同。

4.如权利要求1所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述二维码层为填充纳米油墨的凹槽组成。

5.如权利要求4所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述凹槽的深度为1um-6um，所述凹槽的深宽比为0.5-3。

6.如权利要求1所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述二维码层包括密排纳米结构阵列，所述密排纳米结构阵列表面设置有金属镀层。

7.如权利要求6所述的立体二维码成像薄膜，其特征在于，所述纳米结构阵列的周期在200纳米至600纳米之间，所述纳米结构阵列的高度在200纳米至1500纳米之间。

8.一种二维码层的制备方法，其用于制备权利要求1-7任一项所述的立体二维码成像薄膜的二维码层,其特征在于，包括以下步骤:

S1、设定放大后的立体二维码图像，所述立体二维码图像包括数据区和定位区，所述数据区和所述定位区的二维码图像的悬浮高度不同；

S2、根据所述数据区和所述定位区的二维码图像分别设计二维码层的微图文单元内的微结构。

9.一种二维码层的制备方法，其用于制备权利要求1-7任一项所述的立体二维码成像薄膜的二维码层，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定放大后的立体二维码图像；

S2、根据莫尔成像放大倍率M，计算获得二维码层的理想二维码微图文单元的大小；

S3、若微聚焦单元的周期大于理想二维码微图文单元的大小，所述二维码层即设定为理想二维码微图文单元的大小；

若微聚焦单元的周期小于理想二维码微图文单元的大小，通过所述微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想二维码微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想二维码微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的二维码微图文舍弃。

10.一种二维码层的制备方法，其用于制备权利要求1-7任一项所述的立体二维码成像薄膜的二维码层，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定放大后的立体二维码图像，所述设定后的二维码图像包括多个高度不同的二维码子区域；

S2、根据莫尔成像放大倍率M，分别计算获得的二维码子区域对应的二维码层的理想子区域微图文单元的大小；

S3、若微聚焦单元的周期大于理想子区域微图文单元的大小，所述二维码层即设定为理想子区域微图文单元的大小；

若微聚焦单元的周期小于理想子区域微图文单元的大小，通过所述微聚焦单元垂直于二维码层的投影以对理想子区域微图文单元进行裁切，在微聚焦单元的垂直投影区域内的理想子区域微图文保留，在微聚焦单元的投影区域外的理想子区域微图文单元舍弃。

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