CN114035255B - 一种全息光栅薄膜及其制作方法和防伪介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种全息光栅薄膜及其制作方法和防伪介质，通过所述光栅信息层为为多个菲涅尔透镜的光栅阵列组成，将所述光栅信息层中的所有正方形点阵划分为多个相同的矩形点阵阵列；使得所有矩形点阵阵列中的每个点阵分别与每个菲涅尔透镜的圆心一一对应，即组成菲涅尔透镜的组合模型从而生成防伪光栅，使得所述全息光栅薄膜所成像能够沿着不固定的路径移动，随着光源位置的改变所成像的位置和移动路径都会改变；同时可以通过调整所述菲涅尔透镜的焦距实现一重像或多重像的点状景深成像效果，所成像无固定路径移动，难以被仿制，具有强烈的美感和极高的防伪功能。
Description
技术领域
本发明涉及光学防伪技术领域，尤其涉及一种全息光栅薄膜及其制作方法和防伪介质。
背景技术
全息光学防伪是目前钞票、烟、酒、日化品包装等领域的常见防伪手段。其原理是利用利用光波的反射、透射、折射、干涉以及衍射等光学现象，带来了与一般印刷不同的视觉冲击力，具有缤纷的色彩、独特的纹理和动感。目前，市场对于防伪材料防伪性能的要求进一步提高，希望得到防伪性能好、难复制、绿色环保的防伪材料。而随着全息技术的成熟与不断推广，通过简单的涂布全息图像做成的防伪信息已经难以胜任越来越严峻的防伪任务。
在通常情况下，传统的带有动态效果的光学薄膜中的文字、字母或图片会根据光源的位置规律变化，且成像只能在二维平面上变化或移动，不能生成景深成像感，成像的移动路径也是根据设计需求固定的。这种简单的动态效果对应的物理原理简单，现在已有了广泛的推广使用，导致相应的防伪功能极易被仿制，防伪的能力明显下降。
发明内容
本发明提供一种全息光栅薄膜及其制作方法和防伪介质，用以解决上述现有技术中的缺陷。
第一方面，本发明提供一种全息光栅薄膜，包括从下至上依次分层布置的基底层、离型层、光栅信息层、介质层及胶层，其中，所述光栅信息层由多个菲涅尔透镜的光栅阵列组成，具体包括：
所述光栅信息层包括多个正方形点阵，所述光栅信息层中的所有正方形点阵划分为多个相同的矩形点阵阵列；
所述矩形点阵阵列中的点阵数量与所述菲涅尔透镜的数量相同；每个所述菲涅尔透镜的圆心根据所述全息光栅薄膜待显示图像的点位阵列布置；每个所述圆心根据预设分别与所述矩形点阵阵列中的每个点阵一一对应，每个所述菲涅尔透镜的光栅分别设置于对应的所述每个点阵中；所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成所述光栅阵列。
根据本发明提供的一种全息光栅薄膜，每个所述菲涅尔透镜的圆心根据所述全息光栅薄膜待显示图像的点位阵列布置，包括：
预设所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位布置在所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心。
可选的，每个所述菲涅尔透镜的焦距相同，焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的0.55～1倍。
可选的，每个所述菲涅尔透镜的焦距相同，焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的1～1.5倍。
优选的，每个所述正方形点阵的宽为10～50um。
优选的，所述光栅的宽度为3～100um，所述光栅的深度为1～3um；
需要说明的是，如图1-2所示的，锯齿状光栅的结构示意图，每个锯齿视为一个单独的光栅，所述光栅的宽度即为所述锯齿在正交横断面底部的最大间距；所述深度即为a点和b点、锯齿峰和锯齿底部在竖直方向上的高度差；
第二方面，本发明提供一种上述全息光栅薄膜的制造方法，包括步骤：
获取待显示图像，处理获得所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合；
将所述实际光刻位置集合中的所有光刻点位映射至所述光栅信息层的对应点阵上，生成相同数目的菲涅尔透镜圆心；
根据预设将每个所述圆心分别与所述矩形点阵阵列中的每个点阵一一对应；以每个菲涅尔透镜圆心为中心，生成各自对应点阵上的光栅；所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成全息光栅图案；
根据所述光栅图案对所述光栅信息层进行光刻，生成所述光栅阵列；
根据所述全息光栅图案在镍母版上通过显影电镀光刻，并使用所述镍母版对PET材料进行模压从而生成所述全息光栅的薄膜。
其中，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合，具体包括：
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位按所述比例缩放至所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心。
优选的，所述待显示图像中的图案为字体或图形，所述字体或图形为黑色，所述待显示图像的其他部分为白色。
又一方面，本发明提供一种防伪介质，具有上述的全息光栅薄膜。
本发明提供的一种全息光栅薄膜及其制作方法和防伪介质，通过所述光栅信息层为为多个菲涅尔透镜的光栅阵列组成，将所述光栅信息层中的所有正方形点阵划分为多个相同的矩形点阵阵列；使得所有矩形点阵阵列中的每个点阵分别与每个菲涅尔透镜的圆心一一对应，即组成菲涅尔透镜的组合模型从而生成防伪光栅，使得所述全息光栅薄膜所成像能够沿着不固定的路径移动，随着光源位置的改变所成像的位置和移动路径都会改变；同时可以通过调整所述菲涅尔透镜的焦距实现一重像或多重像的点状景深成像效果，所成像无固定路径移动，难以被仿制，具有强烈的美感和极高的防伪功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的全息光栅薄膜的俯视局部结构示意图；
图2是本发明提供的全息光栅薄膜的侧视局部结构示意图；
图3是本发明提供的全息光栅薄膜的显示图案的点位阵列转换示意图；
图4是本发明提供的全息光栅薄膜的层级结构示意图；
图5是本发明提供的全息光栅薄膜的光栅分布排列示意图；
图6是本发明提供的全息光栅薄膜的显示效果示意图之一；
图7是本发明提供的全息光栅薄膜的显示效果示意图之二；
图8是本发明提供的全息光栅薄膜的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，菲涅尔透镜(Fresnellens)，又称螺纹透镜；菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远，同时菲涅尔透镜制作技术难度大，这使得具有菲涅尔透镜图案的包装材料具有很强的防伪特性。
在一个实施例中，本发明提供一种全息光栅薄膜，具有点状景深成像效果，如图4所示，包括从下至上依次分层布置的基底层、离型层、光栅信息层、介质层及胶层，所述光栅信息层由多个菲涅尔透镜的光栅阵列组成，如图1-图2所示，具体包括：
所述光栅信息层包括多个正方形点阵，所述光栅信息层中的所有正方形点阵划分为多个相同的矩形点阵阵列；
所述矩形点阵阵列中的点阵数量与所述菲涅尔透镜的数量相同；每个所述菲涅尔透镜的圆心根据待显示图像的点位阵列布置；每个所述圆心根据预设分别与所述矩形点阵阵列中的每个点阵一一对应，每个所述菲涅尔透镜的光栅分别设置于对应的所述每个点阵中；所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成所述光栅阵列。
其中，每个所述菲涅尔透镜的圆心根据所述全息光栅薄膜待显示图像的点位阵列布置，具体包括：
预设所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位布置在所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心；
具体的，在所述全息光栅薄膜的制造过程中，首先需要确定需要显示的图案信息，所述图案信息可以是文字、字母或数字的一种或多种的组合，也可以是经过设计的商标、标志等图案；
将需要显示的图案转化为黑白图像，需要显示的文字、字母、数字、商标本体等展示所述图案结构特征的部分设置为黑色，剩余部分的背景色设置为白色；
进一步将带有结构特征的黑色图案部分转化为多个点位连接而成的点位图案，获取对应的点位阵列；
具体的将310待显示图像H转化为320点位图案如图3所示；
进一步计算所述点阵图案与所述光栅信息层上待光刻区域面积的比例，将所述点位图案按照所述比例进行计算，映射至所述光栅信息层上，获取待显示图像的每个点位在光栅信息层上的位置；
其中，图案的每个点位在光栅信息层上的位置，均为菲涅尔透镜圆心的位置；
具体的，在确定了菲涅尔透镜圆心的位置后，需要对每个菲涅尔透镜的光栅在所述光栅信息层上的点阵位置做排布；
具体的，将光栅信息层的表面划分为多个正方形点阵，将所述光栅信息层中的所有正方形点阵进行排列划分为多个点阵数量相同且尺寸相同的矩形点阵阵列；
其中，每个矩形点阵阵列中的点阵数量与所述菲涅尔透镜的数量相同；
优选的，将每个矩形点阵中的每个点阵进行编号记为S1、S2、…、Sn，其中n为所述菲涅尔透镜的数量；同时对每个菲涅尔透镜进行编号1、2、…、n，将编号后的菲涅尔透镜与对应数字下标的点阵一一对应，即编号为1的菲涅尔透镜，只在编号为S1的点阵位置处作为生成该编号的菲涅尔透镜的光栅位置；对应的，对于其他编号的点阵和菲涅尔透镜作相同的设置；
在一个实施例中，作为示例的，如图5所示，设定待显示图像的点位阵列如图＊所示，设定点位的数量为4个，菲涅尔透镜的圆心数量也为4个，设定菲涅尔透镜的圆心位置如图＊所示，将矩形点阵阵列排布为2X2的方形矩阵阵列，在方形矩阵阵列中的每个点阵标号为S1、S2、S3、S4，位于顶部的第一行第一列记为S1、第二列记为，底部的第二行第一列记为S3、第二列记为S4，在S1、S2、S3、S4的点阵中分别设置对应菲涅尔透镜圆心1、2、3、4的光栅图案；所述光栅信息层中可以包括若干个相同的2X2的矩形点阵阵列，每个矩形点阵阵列中的光栅图案排布方式都相同，通过所有的矩形点阵阵列共同组成本发明所述的全息光栅薄膜对应的组合菲涅尔透镜的光栅阵列；此处仅作为对本发明实施例的示例，不应作为对本发明实施例的限定；
需要说明的是，实际使用过程中，例如将2X2cm的光栅信息层的光刻区域分为1000个块，每个点阵的尺寸为20X20um，根据显示图案的点位数量进行排布，划分一个最小矩阵单元，即为所述矩形点阵阵列，矩形点阵阵列应满足长和宽的矩阵数量乘积等于菲涅尔透镜的圆心数量，在所述光栅信息层的光刻区域进行划分，划分为若干个矩形点阵阵列，如确定为4个点位，则矩形点阵的长宽均为2个点阵，1000个块的光刻区域则应有250个相同的矩形点阵阵列；例如如图所示的H形图案，从矩形点阵阵列在第一行第一列的点阵开始就是第1块，第一行第二列是第二块...然后就第一个块填入以H的第一个点为圆心的透镜，第二个块填入以H的第2个点为圆心的透镜...以此类推；此处仅作为对本发明实施例的示例，不应视为对本发明实施例的限定；
进一步，对每个矩形点阵阵列进行排布，在所述光栅信息层上排列组合为完整的光栅图案阵列；再进行光刻后生成具有光栅结构的光栅阵列；
具体的，如图1-2所示，每个点阵内的全息光栅的方向和条纹粗细都不一样，取决于每个点阵到对应的菲涅尔透镜圆心的距离；距离给定的菲涅尔透镜圆心位置越远位置的点阵中，生成的全息光栅圆弧的斜率就越低，条纹越稀疏，条纹的宽度也就越小；
所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成所述光栅阵列，通过这种布置，使得通过点光源照射可以观察到清晰的防伪成像特征，能够形成点状景深成像效果；
进一步，本发明提供的所述全息光栅薄膜中的每个所述菲涅尔透镜的焦距相同，当每个菲涅尔透镜的焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的0.55～1倍时，使用外部光源照射所述薄膜，获得所述全息光栅薄膜的成像为一重像；当设置所述菲涅尔透镜的焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的1～1.5倍时，获得所述全息光栅薄膜的成像为三重像，显示效果如图6-7所示；
需要说明的是，所述菲涅尔透镜的实质为一个球形的透镜的一部分，球形透镜的半径即为所述菲涅尔透镜的焦距；
具体的，当实际光刻图案为矩形时，实际光刻图案的最长尺寸即为矩形的对角线；当时几光刻图案为圆形时，实际光刻图案的最长尺寸即为圆形的直径；对于不规则的图案，则取所述实际光刻图案上边缘的一个点到另一个点的距离的最大值作为所述最大尺寸；
优选的，每个所述正方形点阵的宽为10～50um。
需要说明的是，菲涅尔透镜的光栅均为浮雕型光栅，光栅具有若干个均匀排列的峰谷刻痕，具体如图1-2所示，一个2X2的矩形点阵阵列对应的每个点阵内的浮雕型光栅，即光栅110、120、130和140；
优选的，如图2所示，光栅210、220、230、240的立体示意图，每个光栅刻痕的宽度为3～100um，所述光栅的深度为1～3um；
需要说明的是，如图1-2所示的，锯齿状光栅的结构示意图，每个锯齿视为一个单独的光栅，所述光栅的宽度即为所述锯齿在正交横断面底部的最大间距；所述宽度也为所述菲涅尔透镜上每一圈同心圆之间的间距；
需要说明的是，所述深度即为a点和b点、锯齿峰和锯齿底部在竖直方向上的高度差，取决于菲涅尔透镜在该点阵处的曲率，以及该点阵到对应的菲涅尔透镜圆心的距离；
另一方面，如图8所示，在一个实施例中，本发明还提供一种如上述任一所述的全息光栅薄膜的制造方法，包括：
获取待显示图像，处理获得所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合；
将所述实际光刻位置集合中的所有光刻点位映射至所述光栅信息层的对应点阵上，生成相同数目的菲涅尔透镜圆心；
根据预设将每个所述圆心分别与所述矩形点阵阵列中的每个点阵一一对应；以每个菲涅尔透镜圆心为中心，生成各自对应点阵上的光栅；所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成全息光栅图案；
根据所述光栅图案对所述光栅信息层进行光刻，生成所述光栅阵列；光刻后的光栅其表面由一系列锯齿型凹槽组成；
通过显影电镀获得镍母版，再进行模压获得该带有全息光栅的薄膜；即首先根据所述全息光栅图案在镍母版上通过显影电镀光刻，并使用所述镍母版对PET材料进行模压从而生成所述全息光栅的薄膜；模压之后的PET材料具有上述设定好的全息光栅图案，即为光刻好光栅图案的所述光栅信息层；
可选的，在完成光刻后的所述镍母版可以重复利用，对于相同的全息光栅图案，可以通过相同光刻的镍母版对PET材料进行模压，进而得到具有相同光栅图案的光栅信息层的全息光栅薄膜；
其中，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合，具体包括：
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位按所述比例缩放至所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心；
具体的，每个点阵内的全息光栅的方向和条纹粗细都不一样，取决于每个点阵到对应的菲涅尔透镜圆心的距离；距离给定的菲涅尔透镜圆心位置越远位置的点阵中，生成的全息光栅圆弧的斜率就越低，条纹越稀疏，光栅条纹的宽度也就越小；
优选的，所述待显示图像可以为字体或图形，将对应的所述字体或图形转化为黑色，所述待显示图像的其他部分转化为白色；
具体的将310待显示图像H转化为320点位图案如图3所示；
另一方面，在一个实施例中，本发明还提供一种防伪介质，所述防伪介质的主要部分由上述任一项所述的全息光栅薄膜构成，本发明所述的该种薄膜可以制成的防伪介质包括但不限于防伪标签、标识、吊牌、证卡或日化包装、烟酒包装等；
通过外部点光源对该防伪介质进行照射，会生成点状景深图像，且通过所述全息光栅薄膜的构造，实现了防伪介质反射出来的成像随着光源位置的移动而改变位置，且不沿着固定路径移动；
根据预设的焦距不同，可以生成防伪图案的一重像或三重像，能极高的提高防伪能力，且不易被仿造；
如图6-7所示，为本发明的一个实施例的成像效果图，当采用点光源照射时，随着点光源的移动，所成的多重像会随着光源移动而旋转，无固定路径移动，并且这些所成像有很强的纵深感，空间上的前中后感强烈，中间的像位移距离最小，两边的像位移距离较大。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种全息光栅薄膜，包括从上至下依次分层布置的基底层、离型层、光栅信息层、介质层及胶层，其特征在于，所述光栅信息层由多个菲涅尔透镜的光栅阵列组成，具体包括：
所述光栅信息层包括多个正方形点阵，所述光栅信息层中的所有正方形点阵划分为多个相同的矩形点阵阵列（S1-S4）；
所述矩形点阵阵列（S1-S4）中的矩形点阵数量与所述菲涅尔透镜的光栅的数量相同；每个所述菲涅尔透镜的圆心根据待显示图像的点位阵列布置；每个所述圆心根据预设分别与所述矩形点阵阵列（S1-S4）中的每个矩形点阵（S1）一一对应，每个所述菲涅尔透镜的光栅（110）分别设置于对应的所述每个矩形点阵（S1）中；所有所述矩形点阵阵列（S1-S4）中的所有光栅（110-140）共同组成所述光栅阵列；
每个所述菲涅尔透镜的圆心根据所述全息光栅薄膜待显示图像的点位阵列布置，包括：
预设所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位布置在所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心。
2.根据权利要求1所述的一种全息光栅薄膜，其特征在于，每个所述菲涅尔透镜的焦距相同，焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的0.55~1倍，所述全息光栅薄膜的成像为一重像。
3.根据权利要求1所述的一种全息光栅薄膜，其特征在于，每个所述菲涅尔透镜的焦距相同，焦距为所述实际光刻图案上最长尺寸的1~1.5倍，所述全息光栅薄膜的成像为三重像。
4.根据权利要求1所述的一种全息光栅薄膜，其特征在于，每个所述正方形点阵的宽为10～50 um。
5.根据权利要求2所述的一种全息光栅薄膜，其特征在于，所述光栅的宽度为3～100um，所述光栅的深度为1~3um。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的全息光栅薄膜的制造方法，其特征在于，包括：
获取待显示图像，处理获得所述待显示图像的点位阵列；
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合；
将所述实际光刻位置集合中的所有光刻点位映射至所述光栅信息层的对应点阵上，生成相同数目的菲涅尔透镜圆心；
根据预设将每个所述圆心分别与所述矩形点阵阵列中的每个点阵一一对应；以每个菲涅尔透镜圆心为中心，生成各自对应点阵上的光栅；所有所述矩形点阵阵列中的所有光栅共同组成全息光栅图案；
根据所述全息光栅图案在镍母版上通过显影电镀光刻，并使用所述镍母版对PET材料进行模压从而生成所述全息光栅的薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种全息光栅薄膜的制造方法，其特征在于，缩放获取每个所述点位对应的光刻点位的实际光刻位置集合，包括：
获取所述点位阵列中每个点位的位置集合，根据所述待显示图像与实际光刻图案的比例，将所述点位阵列中的每个点位按所述比例缩放至所述光栅信息层的对应点位上，所述对应点位作为所述菲涅尔透镜的圆心。
8.根据权利要求6所述的一种全息光栅薄膜的制造方法，其特征在于，将所述待显示图像处理为黑白图像，所述待显示图像中的背景为白色，所述待显示图像中的图案为黑色。
9.一种防伪介质，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的全息光栅薄膜。
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