CN113311595B - 悬浮成像光学薄膜 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种悬浮成像光学薄膜，该悬浮成像光学薄膜包括：聚合物，包括相背对的第一表面和第二表面；微透镜结构，形成在所述第一表面上且包括若干微聚焦单元；容纳结构，形成在所述第二表面且容纳有若干图文结构，所述图文结构通过所述微透镜结构成像，且所述微透镜结构和所述容纳结构成一体结构；其中，所述微聚焦单元与所述图文结构相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被自所述图文结构一侧或者从微聚焦单元一侧观察时，呈现有且只有一个悬浮于所述悬浮成像光学薄膜的悬浮影像。在观察区域内形成一个悬浮的、仅且有一个放大的图文结构影像。

Description

悬浮成像光学薄膜

技术领域

本发明涉及悬浮成像光学薄膜技术领域，尤其涉及一种悬浮成像光学薄膜。

背景技术

各种三维成像技术在信息、显示、医疗、军事等领域受到越来越多的关注。利用微透镜技术实现三维成像，具有非常的潜力和前景。它是由G.Lippman于1908年提出的集成摄影术发展而来。一组具有三维场景不同透视关系的二维单元图像被一个透镜阵列和图像采集记录，无需特殊的观察眼镜和照明，就可以在显示微透镜阵列的前方直接观察到原始场景的三维图像。随着微透镜阵列制造工艺的发展和高分辨率印刷和图像传感器的普及，集成成像技术吸引了越来越多的关注，集成成像和显示技术的各项性能，比如景深，视角和分辨率等，也得到了较大的提升。

近年来，在集成成像悬浮成像光学薄膜开发方面，有两类引人注目的进展：第一类是个性化三维动态空间成像签注，如美国3M公司的Douglas Dunn等在(Personalized,Three-Dimensional Floating Images for ID Documents)文章中及后续的(Three-Dimensional Floating Images as Overt Security Features.SPIE-IS&T/Vol.607560750G-10)文章中提出使用大数值孔径的透镜(NA>0.3)使激光束汇聚在微透镜阵列前或后表面，该汇聚点通过微透镜阵列收集记录在微透镜阵列下的激光记录材料上，改变激光束聚焦点与微透镜阵列之间的相对位置形成图形，最终形成三维动态空间成像的特殊视觉效果，从微透镜阵列侧观察样品。该方法需要利用微透镜成像，对衬底材料烧蚀，因此分辨率较低。第二类是基于莫尔成像技术，它利用微透镜阵列的聚焦作用将微图案高效率地放大,实现具有一定景深并呈现奇特动态效果的图案，美国专利文献US7333268B2、中国专利文献201080035671.1公开了一种应用于钞票等有价证券开窗安全线的微透镜阵列安全元件，它的基本结构为:在透明基层的上表面设置周期型微透镜阵列，在透明基层的下表面设置对应的周期型微图案阵列，微图案阵列位于微透镜阵列的焦平面或其附近，微图案阵列与微透镜阵列排列大致相同，通过微透镜阵列对微图案阵列的莫尔放大成像；由透射聚焦单元组成的光学成像薄膜，其厚度一般大于微透镜曲率半径的三倍。因此，为了减少薄膜厚度，必须采用小口径的微透镜单元。例如，钞票纸安全线厚度必须小于50微米，因此微透镜单元的直径也必须小于50微米。较小的微透镜单元限制了微图案的尺寸，限制了微图案的设计空间。

为了克服上述局限，中国专利文献CN104118236A、CN201310229569.0、CN201410327932.7提出了一种微聚焦元件阵列光学防伪元件及有价物品。它们采用周期型微聚焦元件阵列，它能将薄膜厚度减少至微聚焦元件的曲率半径以下，仍然获得了周期型的放大的图文结构。当左右或者前后倾斜该成像薄膜时，会有其它的多个放大图文结构的影像进入观察区域。中国专利文献ZL201010180251.4提出了一种光学防伪元件及使用该防伪元件的产品。它基于透射式工作模式，透射式微透镜阵列层内的各透射式微透镜的中心坐标在微透镜阵列层内随机分布，微透镜阵列层内的微透镜与微图文层内的微图文一一对应设置。该专利中提及的结构有三项缺陷：一、由于采用的是透射式微透镜阵列，微聚焦单元层、透明间隔层和图文结构层的总厚度将大于微聚焦元件的口径；二是没有限定位于基材第一表面的微透镜阵列与微图文阵列的位置坐标关系，从科学原理上讲,在很多情况下，这一结构将不会产生莫尔图像。三是元件使用时，人们从微透镜单元层一侧观察到放大的微图文影像，当表面微透镜阵列被水等透明外物覆盖时，聚焦微透镜将不再发挥作用，在实际使用中有很大的不便。

在很多情形下，人们希望获得具有立体悬浮效果、唯一的影像。因此，提出新的方案，提供更独特的3D视觉效果，不受观察视角的影响，将更能吸引人们的眼球，使人们获得一种视觉的震撼效果，并且便于观测，增强器件的耐候性十分有必要。

目前，现有技术中的成像薄膜主要包括基材层10、微透镜层11以及向外凸起的图案层12，如图1所示。其中，微透镜层11和图案层12分别位于基材层10的上表面和下表面。该成像薄膜的制备过程主要包括以下步骤：

(1)利用透明的高分子聚合物材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯,简称PET)制备出基材层；

(2)在基材层的上表面涂布聚合物并将所述聚合物成型为微透镜层；

(3)在基材层的下表面设置凸起的油墨图案，形成图案层。

利用上述制备方法所制备的成像薄膜的整体厚度可能达到几百微米以上。

该种成像薄膜的整体厚度一般比较大，这可能会导致成像薄膜在烫印时不易切断。

发明内容

基于此，有必要提供一种悬浮成像光学薄膜，以解决上述技术问题中的至少一种。

一种悬浮成像光学薄膜，包括：具有第一表面的第一聚合物和具有第二表面的第二聚合物，所述第一表面和所述第二表面相背对；

所述第一表面形成有微透镜结构，所述微透镜结构包括若干微聚焦单元；

所述第二表面形成有容纳结构，所述容纳结构容纳有通过所述微透镜结构成像的若干图文结构；

所述第一聚合物和所述第二聚合物之间的相邻部位形成有融合部分，以使所述微透镜结构和容纳结构成一体结构；

所述微聚焦单元与所述图文结构相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被自所述图文结构一侧或者从微聚焦单元一侧观察时能形成悬浮于所述悬浮成像光学薄膜至少一个的悬浮影像，所述悬浮成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案。

一种悬浮成像光学薄膜，包括：含有相背对的第一表面和第二表面的一种聚合物；

所述第一表面形成有微透镜结构，所述微透镜结构包括若干微聚焦单元；

所述第二表面形成有容纳结构，所述容纳结构容纳有通过所述微透镜结构成像的若干图文结构；

所述微透镜结构和所述容纳结构成一体结构；

所述微聚焦单元与所述图文结构相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被自所述图文结构一侧或者从微聚焦单元一侧观察时能形成悬浮于所述悬浮成像光学薄膜至少一个的悬浮影像，所述悬浮成像光学薄膜形成的悬浮影像为单通道图案或多通道图案。

优选地，所述若干微聚焦单元呈随机或非周期排布,所述微聚焦单元与所述图文结构相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被自所述图文结构一侧或者从微聚焦单元一侧观察时有且只有能形成一个悬浮于所述悬浮成像光学薄膜的悬浮影像。

优选地，所述图文结构的位置坐标能由对应的所述微聚焦单元的位置坐标经过变换获得。

优选地，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换中的一种或组合。

优选地，所述图文结构的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标的变换函数有且只有一个不动点。

优选地，所述微透镜结构包括聚焦部和设置于所述微聚部背向所述容纳结构的表面的反射结构。

优选地，所述悬浮成像光学薄膜的厚度在所述微聚焦单元曲率半径的二分之一至三倍之间。

优选地，所述反射结构包括单层介质层、多层介质层、金属反射结构中的至少一种，或金属反射结构与介质层组成的多层结构。

优选地，所述反射结构的厚度为0.02～5微米。

优选地，所述微透镜结构包括柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜中的一种或几种。

优选地，所述悬浮成像光学薄膜形成的悬浮影像由所述若干放大的图文结构组成。

优选地，所述图文结构包括微印刷图案、填充颜料、染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案、印刷图案中的一种或几种组合。

优选地，所述图文结构与所述微聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述聚焦微聚焦单元焦距的20％。

优选地，所述微聚焦单元的直径大于20微米且小于1000微米。

优选地，所述微聚焦单元的焦距为10微米至2000微米。

优选地，所述悬浮成像光学薄膜的总厚度小于5000微米。

优选地，所述微聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

优选地，所述聚合物的第一表面除去微聚焦单元的部分和/或所述聚合物的第二表面除去图文结构的部分设置有全息防伪单元、菲涅耳浮雕结构单元、光变单元、亚波长微结构单元、动感光变单元、印刷图案、介质层、金属层、涂覆有油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收或是具有微纳结构中的一种或几种组合。

优选地，至少一个的所述图文结构的外部设置有保护结构。

优选地，当围绕平行于所述聚合物的两个表面的轴转动该悬浮成像光学薄膜时，所述悬浮成像光学薄膜不会出现其他悬浮影像。

优选地，所述容纳结构内填有填充物以形成所述图文结构，所述填充物与所述聚合物对光的折射率不同。

优选地，所述容纳结构呈凹槽形状。

优选地，所述微透镜结构的顶部与所述容纳结构的顶部之间的距离为2～150微米。

优选地，所述聚合物包括热固化树脂和/或光固化树脂。

优选地，所述第一聚合物和所述第二聚合物之间的折射率之差小于0.5。

优选地，所述第一聚合物和所述第二聚合物均包括热固化树脂和/或光固化树脂。

优选地，所述容纳结构内填入有填充物以形成所述图文结构，所述填充物均与所述第一聚合物和第二聚合物对光的折射率不同。

本发明的有益效果：

(一)利用随机或非周期排布的微聚焦单元，通过将位于聚合物第一表面的微聚焦单元与位于聚合物第二表面的图文结构相关联，在观察区域内形成一个悬浮的、仅且有一个放大的图文结构影像，而非传统的周期排布的多个放大微图文影像。当左右或者前后倾斜该成像薄膜时，不会有其它的第二个放大图文结构的影像进入观察区域，因而是更加引人注目的独特的视觉体验，并且在正面垂直情况下就可以清晰观测。

(二)微聚焦单元焦距更短，理论上膜厚可以减少至透射式的六分之一，因而可以采用口径较大的微聚焦单元，不但有效降低了薄膜厚度，而且工艺容差大，克服了透射式器件的图案设计局限，使得复杂的微结构图案应用于莫尔放大器件成为可能。

(三)所述的悬浮成像光学薄膜，需要对位于聚合物第一表面和第二表面的微聚焦单元和微图文层进行绝对对准，因而对于对位工艺等方面有更严格的误差要求，仿造成本和技术难度大大增加，从而该薄膜也具有一定的光学防伪功能。

(四)所述的使用反射式随机莫尔放大图像的安全元件，效果不受环境光影响，其表面光滑平整，可以承受汗渍、油污等的污染，并可以在其两面涂布黏胶，不易脱落，适应性和耐候性更好。

(五)微聚焦单元可以为例如透镜的反射镜，从而具有更佳的集光能力和立体感。

(六)该悬浮成像光学薄膜省去了基材层，因此该悬浮成像光学薄膜减小悬浮成像光学薄膜厚度的目的，且机械性能良好，这使得该悬浮成像光学薄膜在烫印时可以易于切断。

附图说明

图1是现有技术中成像薄膜的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的一种未形成图文结构的悬浮成像光学薄膜的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种形成图文结构的一种悬浮成像光学薄膜的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的另一种悬浮成像光学薄膜的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的另一种悬浮成像光学薄膜的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的另一种未形成图文结构的悬浮成像光学薄膜的结构示意图。

图7是本申请实施例提供的另一种形成图文结构的悬浮成像光学薄膜的结构示意图。

图8是本申请实施例提供的另一种未形成图文结构的悬浮成像光学薄膜(设有反射结构)的结构示意图。

图9是本申请实施例提供的另一种形成图文结构的悬浮成像光学薄膜(设有反射结构)的结构示意图。

图10是本申请实施例提供的另一种未形成图文结构的悬浮成像光学薄膜(设有反射结构)的结构示意图。

图11是本申请实施例提供的另一种形成图文结构的悬浮成像光学薄膜(设有反射结构)的结构示意图。

图12是本申请实施例提供的一种悬浮成像光学薄膜的制备方法的流程图。

图13a为本发明一种悬浮成像光学薄膜中微聚焦单元一种结构示意图；

图13b为本发明一种悬浮成像光学薄膜中微聚焦单元另一种结构示意图；

图14a为本发明对应图13a中微聚焦单元的一种图文结构结构示意图；

图14b为本发明对应图13b中微聚焦单元的另一种图文结构结构示意图；

图15为本发明一种悬浮成像光学薄膜的视觉效果结构示意图；

图16为本发明一种悬浮成像光学薄膜实现原理结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

结合图2和图3所示，本申请实施例提供了一种悬浮成像光学薄膜20，其可以包括含有相背对设置的第一表面(图中上表面)和第二表面(图中下表面)的一种聚合物。在所述第一表面上形成有微透镜结构201；在所述第二表面上形成有容纳结构202，容纳结构202容纳有通过微透镜结构201成像的图文结构203。

该悬浮成像光学薄膜的聚合物可以为单个聚合物，也可以为由多个不会发生反应的单个聚合物混合成的混合聚合物。所述聚合物的透光率可以大于70％，即所述聚合物为透明颜色或者在视觉上显示透明。所述聚合物可以为热固化树脂和/或光固化树脂，例如UV胶。微透镜结构201和容纳结构202可以分别位于由该种聚合物构成的一层聚合物层中相背对的第一表面和第二表面，此时该聚合物层中的聚合物可以均匀分布，也可以不均匀分布(此处指聚合层中的密度分布)。由于微透镜结构201和容纳结构202形成于同一聚合物层，因此在微透镜结构201和容纳结构202之间没有分界面，即微透镜结构201和容纳结构202成一体结构。

微透镜结构201包括若干呈不对称排布的微聚焦单元。微聚焦单元在聚合物第一表面呈不对称的排布，形成微聚焦单元11。需要值得注意的是，在本文中出现的不对称是指多个微聚焦单元在所述聚合物第一表面所呈的平面不具有镜像对称轴或中心对称轴等，从而使得多个微聚焦单元不呈镜像对称或中心对称排布。

微透镜结构201中可以含有微透镜阵列，所述微透镜阵列可以含有一个或多个微透镜。所述多个微透镜之间可以不存在间隙，以便于减小所述聚合物薄膜的整体体积。所述多个微透镜之间也可以存在间隙(参照图4所示)，以便于在切割所述聚合物薄膜时可以保证所切割微透镜的完整性，从而可以保证微透镜的后续成像效果。

容纳结构202可以含有一个或多个沟槽，或者可以含有一个或多个微沟槽(即微米级别的沟槽)。所述(微)沟槽用于填入填充物，以形成图文结构203。

图文结构203中含有填充物填入后形成的图案。所述填充物可以为与所述聚合物对光存在折射率差异的材料，包括着色材料、染色材料、金属材料或导电材料等，例如油墨。需要说明的是，所述填充物的颜色可以与所述聚合物的颜色有所不同，以便于人们在观察图文结构的成像时，可以明显的分辨出图文结构中的图案。图文结构包括微印刷图案、填充颜料、染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案、印刷图案中的一种或几种组合。

容纳结构202(或图文结构203)可以与微透镜结构201匹配设置，具体的可以包括容纳结构202(或图文结构203)与微透镜结构201的所在位置相匹配，例如图文结构202中的微图案与微透镜结构201中的微透镜正对设置，以提高聚合物材料的利用率。所述容纳结构202(或图文结构203)与微透镜结构201匹配设置也可以包括微透镜结构201中的微透镜与容纳结构中的微沟槽(或图文结构203中的微图案)一一对应设置，这有利于在切割成像薄膜时，可以保证所切割成的每个成像薄膜单元中至少含有一个完整的微透镜以及微沟槽(或微图案)。

图文结构203可以位于微透镜结构201的焦平面附近，其可以通过微透镜结构201进行成像，在微透镜结构201中与图文结构203相对的一侧可以观察到图文结构203的放大图像。具体的，可以是图文结构203中的每个微图案位于微透镜结构201中对应的焦平面附近，每个微图案均可以通过对应的微聚焦单元进行成像，在每个微聚焦单元的另一侧可以观察到对应微图案的放大图像。所述焦平面可以表示过微聚焦单元的焦点(包括前焦点或后焦点)且垂直于微透镜阵列主光轴的平面。

微透镜结构201的顶部与容纳结构202(或图文结构203)的顶部之间的距离可以为2～150微米。参照图5所示，在另一个实施方式中，在微透镜结构501和图文结构503之间的距离很小时，可以理解为图文结构503嵌设在微透镜结构201中，如图5所示。从图5可以看出图文结构503嵌设在微透镜结构501中。微透镜结构和图文结构之间的距离越小，则悬浮成像光学薄膜的厚度越薄，这不仅可以节约成本，在烫印时更易于切断。

继续参照图1所示，所述微聚焦单元与所述图文结构203相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被从微聚焦单元一侧观察时有能形成悬浮于所述悬浮成像光学薄膜的悬浮影像。

优选地，所述影像或放大影像有且仅为一个，所述放大的影像为单通道图案或多通道图案。这里需要说明“有且仅有一个”并不是传统所说的一个图标或者图文，例如多通道图案；所述影像一定是有原像单元，可以理解是原像单元经过光学器件作用形成影像，这里的原像单元是一个完整的图文或者说能表达一个完整意思的图文，所以这里的“有且仅有一个”是根据原像单元来定义，所成的影像只为一个原像单元，即这里的“有且仅有一个”不能根据连通域来判断影像的个数。

所述相适配为第二表面中的图文结构203的位置坐标可以由经过第一表面中对应的微聚焦单元的位置坐标经过变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换，或者它们的组合。

请参阅图13a以及图13b，其中，微聚焦单元在所在聚合物的第一表面内排布无对称轴。图13a为呈随机排布的情况，图13b为正方形点阵依照函数

ξ_i＝-x_oi-arg sinh(y_oi)，η_i＝y_oi-arg sinh(x_oi)变换，以点阵坐标作为微聚焦单元中心，得到非周期排列的情况；微聚焦反射阵列所在区域面积与总面积之比称为占空比。占空比越高，得到的放大图形对比度越高。优选的，微聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

请参阅图14a以及14b，图14a为图13a中随机排布的点阵坐标经过放大变换

ξ_i＝0.99x_oi,η_i＝0.99y_oi

得到的图文结构排列，其中，x_oj以及y_oj为微聚焦单元位置坐标，图文结构在所在的聚合物第二表面内排布无对称轴，呈随机排布。附图14b、附图14b中依照函数

ξ_i＝-x_oi-arg sinh(y_oi)η_i＝y_oi-arg sinh(x_oi)

排布的微聚焦单元点阵坐标经过逆时针旋转2°(也可以为其他值)时得到的图文结构排列，其中，x_oj以及y_oj为微聚焦单元位置坐标，图文结构在所在的聚合物第二表面内排布无对称轴，呈非周期分布。

在本实施方式中，变换函数存在一个且只有一个变换不动点，保证了只呈现唯一的一个放大的图文结构影像。即在上述的缩放、旋转变换中，聚合物第一表面与第二表面存在一个且只有一个变换不动点对(基于不动点得到的第一表面坐标值、基于不动点得到的第二表面坐标值)，点211-点215(如图13a和图14a)、点213-点217(如图13b和图14b)。在实际的使用中，所使用的坐标变换包括，但不限于坐标缩放变换和坐标旋转变换，或者它们的组合。所述微聚焦单元在其所在平面具有与所述函数的不动点对应的第一定位点，所述图文结构所在平面具有基于所述不动点与所述第一定位点对应的第二定位点，所述图文结构基于所述第一定位点和所述第二定位点与所述微聚焦单元相一一对应。当然的，所述图文结构的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标的变换函数也可以为其他有且只有一个不动点的函数。由于微聚焦单元在聚合物的表面呈不对称排，因而确保了所述图文结构的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标呈一一对应关系，从而保证该悬浮成像光学薄膜只能呈现一个图案，且该图案不会出现多个。虽然该图案在薄膜转动过程中，会产生一定的偏转和大小变换，但是由于不会产生重叠或其他图案，因而仍然保证该图案的清晰度。

为了使图文结构与微聚焦单元达到更好的成像效果，例如，所述图文结构与所述微聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述聚焦微聚焦单元焦距的20％。所述悬浮成像光学薄膜的总厚度在微聚焦单元曲率半径的二分之一至微聚焦单元三倍的曲率半径之间。为了使微聚焦单元适用性更好，例如，所述微聚焦单元的有效直径大于20微米且小于1000微米，或者有效直径为20μm～500μm，再或者有效直径为55μm～200μm，再或者300μm～450μm，为了一些领域的特殊需求，有效直径为550μm～900μm。为了使成像的效果更优，例如，所述微聚焦单元的焦距为10微米至2000微米，或者焦距为20μm～100μm，再或者焦距为200μm～450μm，再或者焦距为550μm～900μm，再或者焦距为1050μm～1500μm。为了使成像薄膜能够使用在更多的领域，例如，所述3D成像悬浮成像光学薄膜的总厚度小于5000微米，例如该薄膜由于比较高端或者说超薄设计的，那么该薄膜可以采用无基底或者薄基底结构，此时3D成像悬浮成像光学薄膜的总厚度20μm～200μm，用于一般体积比较小的产品时并对厚度要求不高，此时3D成像悬浮成像光学薄膜的总厚度300μm～500μm，当该薄膜用于大型的装饰品时，聚合物就可以是玻璃或者厚的膜，此时3D成像悬浮成像光学薄膜的总厚度600μm～1000μm，甚至更厚例如1200μm、1300μm、1500μm、2000μm、2500μm、3500μm或者4500μm。

通过上述描述可以看出，本申请实施例所提供的悬浮成像光学薄膜可以为一层薄膜结构，微透镜结构和容纳结构形成于同一聚合物层(即成一体结构)中，并且没有基材层，这实现了减小悬浮成像光学薄膜厚度的目的。此外，该悬浮成像光学薄膜没有基材层，因此其机械性能良好，这使得该悬浮成像光学薄膜在烫印时可以易于切断。

本申请实施例中的悬浮成像光学薄膜厚度薄，其厚度可以达到几十微米以下，甚至可以达到几微米，而且易于切断，因此该悬浮成像光学薄膜容易转印。

在另一实施例中，图文结构的表面可以设有保护结构。所述保护对结构用于对图文结构进行保，以防止图文结构中的(微)图案变形，影响成像效果。保护结构可以包括UV胶、OCA胶等其他一些不会产生化学反应的透明或者视觉透明的聚合物。

通过上述描述可以看出，本申请实施例所提供的悬浮成像光学薄膜可以为一层薄膜结构，微透镜结构和容纳结构形成于同一聚合物层(即成一体结构)中，并且没有基材层，这实现了减小悬浮成像光学薄膜厚度的目的。此外，该悬浮成像光学薄膜没有基材层，因此其机械性能良好，这使得该悬浮成像光学薄膜在烫印时可以易于切断。

本申请实施例中的悬浮成像光学薄膜厚度薄，其厚度可以达到几十微米以下，甚至可以达到几微米，而且易于切断，因此该悬浮成像光学薄膜容易转印。

本申请实施例还提供了另一种悬浮成像光学薄膜60，结合图6和图7所示。悬浮成像光学薄膜60可以包括具有第一表面的第一聚合物和具有第二表面的第二聚合物，所述第一表面和所述第二表面相背对；所述第一表面形成有微透镜结构601；所述第二表面形成有容纳结构602，其用于形成通过微透镜结构601成像的图文结构603。

所述第一聚合物和所述第二聚合物均可以为单一聚合物，也均可以为由多个不会发生反应的单个聚合物构成的混合聚合物。所述第一聚合物和所述第二聚合物的透光率均可以大于70％，即所述第一聚合物和所述第二聚合物为透明颜色或者在视觉上显示透明。所述第一聚合物和所述第二聚合物均可以为树脂材料，包括热固化树脂和/或光固化树脂，例如UV胶。所述第一聚合物与所述第二聚合物之间的折射率之差可以小于0.5，以保证不影响人们观察成像薄膜中图像的效果。

所述第一聚合物和所述第二聚合物之间的相邻部位形成有融合部分。所述相邻部位可以是在利用模具挤压所述第一聚合物和所述第二聚合物形成微透镜初步结构和容纳初步结构时，所述第一聚合物和所述第二聚合物之间的接触部位。所述融合部分可以是所述第一聚合物和所述第二聚合物按照预设比例融合形成的区域。所述预设比例可以是N:M，其中N和M分别为微透镜结构601和容纳结构602的相邻部位交接处第一聚合物和第二聚合物的含量，其取值均可以为0～100％，但不包括0和100％。需要说明的是，微透镜结构601中第一聚合物的含量为100％；容纳结构602中第二聚合物的含量为100％。因此，微透镜结构601和容纳结构202可以视为一体结构，在微透镜结构和容纳结构之间不会存在分界面，或者悬浮成像光学薄膜的截面上不存在明显的层与层的分界线或者所呈现的分界线为规则整齐的分界线。在本申请中，一体结构指可以通过固化等其他加工手段成为一体式构造或一体化结构等。

本申请实施例所提供了的一种悬浮成像光学薄膜60与图2中所示的悬浮成像光学薄膜20的区别在于，悬浮成像光学薄膜60由两种聚合物构成，而悬浮成像光学薄膜20由一种聚合物构成。对悬浮成像光学薄膜60的描述可以参考对上述实施例中对悬浮成像光学薄膜20的描述，在此不再赘叙。

结合图8和图9所示，本申请实施例还提供了另一种悬浮成像光学薄膜80，其可以包括含有相背对设置的第一表面和第二表面的一种聚合物。在所述第一表面上形成有微透镜结构801；微透镜结构801包括聚焦部和设置在聚焦部的表面上的反射结构804；在所述第二表面上形成有容纳结构802，容纳结构802用于形成通过微透镜结构801成像的图文结构803。

反射结构804可以为透明材质、不透明材质或者半透明材质。反射结构804的厚度可以为0.02～5微米。所述反射结构804可以为单层介质层、多层介质层、金属反射层或者由金属反射层与介质层组成的多层结构。微聚焦单包括柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜等。

在微透镜结构801表面设有反射结构804，这使得在实际应用中可以将悬浮成像光学薄膜的图文结构所在侧与实际应用产品相贴合，从图文结构所在侧观察图文结构的成像，这可以避免从微透镜所在侧观察图文结构的成像而因微透镜结构所在侧凹凸不平所带来的影响用户体验效果的问题，因而有利于提高用户的体验感受。

结合图10和图11所示，悬浮成像光学薄膜100可以包括具有第一表面的第一聚合物和具有第二表面的第二聚合物，所述第一表面和所述第二表面相背对；所述第一表面形成有微透镜结构1001；微透镜结构1001包括聚焦部和设置在聚焦部相背对容纳结构的表面的反射结构1004；所述第二表面形成有容纳结构1002，其用于形成通过微透镜结构1001成像的图文结构1003。

在另一个实施例中，请参阅图15，本发明中一种悬浮成像光学薄膜的的视觉效果示意图。如本发明实施例一所描述的悬浮成像光学薄膜，可以将原本隐藏于微图形层的微图文44放大至肉眼可直接分辨。观察者从聚合物第二表面一侧进行观察，将看到唯一的一个悬浮于观察者与聚合物第二表面之间的放大的微图文45。无论当该成像薄膜沿水平轴41转动，或者沿垂直轴42转动时，不会有其它的第二个放大图文结构的影像进入观察区域。另外，由于起作用的微聚焦单元43位于聚合物第二表面，可以使用保护材料将其密封。当聚合物第一表面被水等透明物质覆盖时，将不影响本发明3D悬浮成像光学薄膜的成像效果。

本发明提出的结构实现悬浮3D放大图像的原理如图16所示。设微聚焦单元曲率半径R，焦距f，图文结构悬浮影像高度di。则根据附图16中的几何关系：

其中x_MLA表示微聚焦单元的坐标值，x_MPA表示图文结构的坐标值；

得悬浮影像高度：

当

时，将获得放大的悬浮图文结构影像。在本发明中，对微聚焦单元的位置坐标进行域缩变换，或者是旋转变换，将会获得具有动态立体悬浮效果的微图文影像。

在另一个实施方式中，所述聚合物的第一表面的剩余部分或所述聚合物的第二表面的剩余部分设置有全息防伪单元、菲涅耳浮雕结构单元、光变单元、亚波长微结构单元、动感光变单元或印刷图案，或者是介质层、金属层，或者涂覆有油墨、荧光、磁性、磷性、选择吸收或是具有微纳结构。

本申请实施例还提供了一种聚合物薄膜的制备方法，如图12所示。该方法包括：

S1：获取常温常压下呈胶体状态的聚合物。

所述聚合物可以是一种聚合物，也可以是两种聚合物。每一种聚合物均可以是单个聚合物，例如可固化树脂或UV胶等，也可以为多个彼此之间不会发生反应的聚合物的混合聚合物。

可以利用现有技术中的方法来获取所述聚合物，在此不再赘叙。

S2：使用具有微透镜样式的第一模具对所述聚合物的第一侧进行挤压，以及使用具有预设容纳结构样式的第二模具对所述聚合物的第二侧进行挤压，形成成一体结构的微透镜初步结构和容纳初步结构；其中，所述第一侧和所述第二侧相背对。

在获取所述聚合物后，使用具有微透镜样式的第一模具对所述聚合物的第一侧进行挤压，形成微透镜初步结构，以及使用具有预设容纳结构样式的第二模具对所述聚合物的第二侧进行挤压，形成容纳初步结构。所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构在挤压的过程中形成一体结构。所述微透镜结构可以为含有一个或多个微透镜的微透镜阵列。所述容纳初步结构可以含有一个或多个微沟槽。

所述使用具有微透镜样式的第一模具对所述聚合物的第一侧进行挤压，形成微透镜初步结构，以及使用具有预设容纳结构样式的第二模具对所述聚合物的第二侧进行挤压，形成容纳初步结构可以是同时使用具有微透镜样式的第一模具和具有预设容纳结构样式的第二模具对所述聚合物的第一侧和第二侧挤压，形成微透镜初步结构和容纳初步结构；也可以是首先使用具有微透镜样式的第一模具，对所述聚合物的第一侧挤压形成微透镜初步结构，然后在第一预设时间间隔内，使用具有预设容纳结构样式的第二模具，对所述聚合物的第二侧进行挤压形成容纳初步结构；还可以是首先使用具有预设容纳结构样式的第二模具，对所述聚合物的第二侧进行挤压形成容纳初步结构，然后在第一预设时间间隔内，使用具有微透镜样式的第一模具，对所述聚合物的第一侧挤压形成微透镜初步结构。所述第一预设时间间隔，可以根据实际操作情况来设定。

在所述聚合物为一种聚合物时，可以利用所述第一模具和所述第二模具同时挤压所述一种聚合物的第一侧和第二侧，也可以是在第一预设时间间隔内挤压所述一种聚合物的第一侧和第二侧，形成微透镜初步结构和容纳初步结构；在所述聚合物为两种聚合物时，例如第一聚合物和第二聚合物，可以利用所述第一模具挤压所述第一聚合物的第一侧，同时或在第一预设时间间隔内，利用所述第二模具挤压第二聚合物的第二侧，在挤压的过程中所述第一聚合物和所述第二聚合物之间的相邻部位相接触形成融合部分，并形成所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构。

S3：对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行固化，分别形成微透镜结构和容纳结构，得到所述聚合物薄膜。

在形成所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构后，可以对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行固化，分别形成微透镜结构和容纳结构。所述对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行固化可以包括同时对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行固化；也可以是首先对所述微透镜初步结构进行固化，然后在所述微透镜初步结构未完全固化时，对所述容纳初步结构进行固化；还可以是首先对所述容纳初步结构进行固化，然后在所述容纳初步结构未完全固化时，对所述微透镜初步结构进行固化。

对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行固化可以是直接对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构进行热固化或光固化；也可以是通过对所述第一模具和/或所述第二模具使用照射源或热源，来实现对所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构的固化。例如，在所述聚合物为UV胶，使用紫外光照射，将所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构固化形成微透镜结构和容纳结构。

上述各实施例中，所述第一模具与所述聚合物的粘附力大于第二模具与所述聚合物的粘附力，以便于在分离第二模具时，不至于使所述聚合物与第一模具分离，从而避免后续对在沟槽结构内填充材料产生影响。

通过上述步骤可以看出，本申请实施例所提供的聚合物薄膜的制备方法中微透镜结构以及容纳结构可以一次成型并且同时固化，也不需要制备基材层，从而可以降低聚合物薄膜的厚度。此外，该方法工艺简单，节约材料，降低了成本，适合产业化生产。

在另一实施例中，为了使所述聚合物薄膜可以用于成像，所述方法还可以包括：

S4：在所述容纳结构中填入填充物，形成图文结构，所述填充物与所述聚合物的折射率不同。

在得到所述聚合物薄膜后，可以在所述容纳结构中填入填充物，可以对填充物进行烘干或烧结等固化措施，形成图文结构。填充物可以与所述聚合物的折射率不同，其颜色也可以与所述聚合物的颜色不同，以便于观察。

在另一实施例中，为了可以在图文结构一侧观察到图案成像以便于提高用户的体验效果，所述制备方法还可以包括：

S5：在所述微透镜结构的表面形成反射结构。

在形成所述微透镜结构后，可以采用喷涂、喷墨打印、悬涂、蒸镀、磁控溅射、电镀等方法来在所述微透镜结构的表面形成反射结构。

在另一实施例中，为了使所制备的薄膜便于使用，所述制备方法还可以包括：

S6：将所述聚合物薄膜切割成预设尺寸的薄膜单元。

所述薄膜单元中可以至少含有完整的一个微透镜和一个沟槽或图案。

需要说明的是，该步骤与步骤S4之间的执行顺序并没有限制。

下面结合实际制备方法来来对上述步骤进行进一步的说明。

在具体制备薄膜的过程中，可以利用压合装置对所述聚合物相背对的两侧进行挤压。所述压合装置可以包括平行且具有预设间隔距离的第一辊和第二辊；所述第一辊的外周面上具有所述第一模具，所述第二辊的外周面上具有所述第二模具。所述第一辊和所述第二辊可以是相对竖直放置，也可以是相对水平放置。所述第一辊和所述第二辊可以相正对放置，也可以相斜对放置。所述第一模具和所述第二模具可以分别套设在所述第一辊和所述第二辊上，也可以是分别刻在所述第一辊和所述第二辊上。

在所述第一辊和所述第二辊相对竖直放置时，往这两个辊之间注入所述聚合物，在重力和与辊之间摩擦力的作用下，所述聚合物竖直通过这两个辊，形成所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构。然后，可以在形成所述微透镜初步结构和所述容纳初步结构的过程中或之后，同时对这两个辊进行加热，或者对其中的一个辊加热，固化形成微透镜结构和容纳结构。需要说明的是，这两个辊之间的预设间隔距离可以按照微透镜结构和容纳结构之间的预设厚度来进行调节，以保证在所述第一表面和所述第二表面位于不同聚合物中时，在这两聚合物在辊滚动挤压的过程中形成融合部分，这样在固化形成的微透镜结构和图文结构之间不存在分界面。

此外，所述压合装置还可以含有切割工具，在得到含有微透镜结构和容纳结构的聚合物薄膜后，对所述聚合物薄膜进行切割，以便于后续使用。

在所述第一辊和所述第二辊相对水平放置时，可以施加推力使所述聚合物水平通过这两个辊，形成微透镜初步结构和容纳初步结构，对这两个辊进行加热，使所形成的微透镜初步结构和所述容纳初步结构同固化，分别形成微透镜结构和容纳结构。这种方式的具体执行过程可以参考第一辊和第二辊竖直放置的具体执行过程，在此不再赘叙。

需要说明的是，虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种悬浮成像光学薄膜，其特征在于，包括：

聚合物，包括相背对的第一表面和第二表面；

微透镜结构，形成在所述第一表面上且包括若干微聚焦单元；

容纳结构，形成在所述第二表面且容纳有若干图文结构，所述图文结构通过所述微透镜结构成像，且所述微透镜结构和所述容纳结构成一体结构；其中，所述图文结构的位置坐标能由对应的所述微聚焦单元的位置坐标经过变换获得；所述图文结构的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标的变换函数有且只有一个不动点，以及所述图文结构的位置坐标能由对应的所述微聚焦单元的位置坐标基于所述不动点经过变换获得，所述图文结构的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标所在的坐标系基于所述不动点建立；其中，所述的变换包括坐标缩放变换或坐标旋转变换中的一种或组合；

其中，所述微聚焦单元与所述图文结构相适配，从而使所述悬浮成像光学薄膜在被自所述图文结构一侧或者从微聚焦单元一侧观察时，呈现有且只有一个悬浮于所述悬浮成像光学薄膜的悬浮影像；

设微聚焦单元曲率半径为R，焦距为f，图文结构悬浮影像高度为di，得悬浮影像高度：

其中x_MLA表示微聚焦单元的坐标值，x_MPA表示图文结构的坐标值，当

时，将获得放大的悬浮图文结构影像。

2.根据权利要求1所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述若干微聚焦单元呈随机或非周期排布。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述悬浮成像光学薄膜的厚度在所述微聚焦单元曲率半径的二分之一至三倍之间。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述悬浮成像光学薄膜形成的悬浮影像由若干放大的所述图文结构组成。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述图文结构与所述微聚焦单元的焦平面的距离小于或等于所述微聚焦单元焦距的20％。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，

所述微聚焦单元的直径大于20微米且小于1000微米；和/或

所述微聚焦单元的焦距为10微米至2000微米；和/或

所述悬浮成像光学薄膜的总厚度小于5000微米；和/或

所述微聚焦单元的所占的总面积在所在的第一表面总面积的60％以上。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述容纳结构呈凹槽形状。

8.根据权利要求1-2中任一项所述的悬浮成像光学薄膜，其特征在于，所述微透镜结构的顶部与所述容纳结构的顶部之间的距离为2～150微米。

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