CN116852892B - 一种光学防伪元件及其制备方法 - Google Patents

一种光学防伪元件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光学防伪元件及其制备方法，该制备方法具体包括：S1、设计显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式；S2、设计图文单元的排布方式，使其排布方式与显示层微透镜的排布方式相对应；S3、将变换后的上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息通过微纳加工的方法刻蚀到同一载体上，上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息之间通过主点相匹配，制作成信息层母版；S4、采用电铸、涂布、压印的方式将信息层母版的微图文转印到显示层膜的底面上；S5、向凹槽填充油墨进行改色，得到彩色的三维立体球。本发明通过对固定周期排列的微图文按特定的数学模型进行坐标弱变换，从而改变其整体的莫尔成像效果，使其呈现空间立体球的视觉效果。

Description

一种光学防伪元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及防伪技术领域，具体涉及一种光学防伪元件及其制备方法。
背景技术
基于微透镜阵列的三维成像防伪技术之所以成为最具潜力及前景的防伪技术之一，是因为三维成像防伪技术具有全视差、连续视点、无需额外的辅助设备及特殊的光照、视觉效果独特、易识别等优势，在光学防伪领域中受到越来越多的关注。
微透镜立体防伪膜主要是利用微透镜阵列对微缩图文阵列放大以产生水平和垂直视差的动感放大效果。该技术在薄膜的两面分别制作微透镜阵列和与之匹配的微图文阵列，通过微透镜阵列对微图文阵列的莫尔放大作用成像，形成具有一定深度空间的立体图像效果，包括上浮、下沉、平移运动、正交运动等。其中主要应用了莫尔放大原理。
传统的莫尔纹是两组有特定周期的光栅以一定的角度相互叠加在一起发生干涉现象后形成特殊视觉的效果，而应用莫尔放大原理制作的微透镜立体防伪膜主要是使具有一定周期差的微透镜阵列与微图文阵列相互叠加，形成具有一定空间视觉的图文层。例如公开号为：CN114851745A中的中国专利申请公开了一种光学防伪元件、产品及制备方法，该光学防伪元件通过在基材的一侧表面设置采用相加叠加形成的微浮雕立体结构层，并在微浮雕立体结构阵列层的表面设置反射介质层，能够提供独特的3D视觉效果，同时生产成本低，且其制备方法能够使生产难度降低，工艺流程简化，进一步降低成本；而且该光学防伪元件的折射率范围为折射率为1.3～1.7，莫尔放大器的成像质量高；而且，由于所述光学防伪元件的微图文层阵列可设为多个不同周期的图文叠加，所以在莫尔放大图像中可显示景深不同的莫尔图像，产生上浮、下沉、上浮+下沉、上浮交错下沉、下沉过渡至上浮的三维立体的莫尔图像，视觉效果更突出，防伪性能更佳。但是上述应用莫尔放大原理制作的微透镜立体防伪膜，其空间视觉效果是基于单一不变的横、纵周期的微图文形成的，只能形成单层或双层放大图像，并且随着当代微纳加工水平的提高，单一周期排列的微图文阵列加工已不再是技术难点，防伪性能自然就打了折扣。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种光学防伪元件及其制备方法，通过对固定周期排列的微图文按特定的数学模型进行坐标弱变换，从而改变其整体的莫尔成像效果，使其呈现空间立体球的视觉效果，同时兼备较强的防伪功能性及较高的艺术欣赏性。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种光学防伪元件的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、设计显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式；
S2、设计图文单元的排布方式，使其排布方式与显示层微透镜的排布方式相对应，并分别设定上浮及下沉初始图文阵列的主点，首先设计上浮半球的微图文阵列，使上浮半球的微图文阵列的横向周期t11大于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t11>T1；使上浮半球的微图文阵列的纵向周期t12大于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t12>T2；然后设计下沉半球的微图文阵列，使下沉半球的微图文阵列的横向周期t21小于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t21<T1；使下沉半球的微图文阵列的纵向周期t22小于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t22<T2；然后分别对上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换，使上浮半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性扩张，使下沉半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性收缩；
S3、将变换后的上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息通过微纳加工的方法刻蚀到同一载体上，上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息之间通过主点相匹配，制作成信息层母版；
S4、采用电铸、涂布、压印的方式将信息层母版的微图文转印到显示层膜的底面上；
S5、向凹槽填充油墨进行改色，得到彩色的三维立体球。
优选的，所述步骤S1中显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式设计为四边形排列或蜂窝状排列。
优选的，所述显示层设计为微透镜阵列，微透镜阵列以蜂窝状排列，其中蜂窝状排列的横向周期为纵向周期为T2＝D，其中D为微透镜的直径，D的取值范围为10μm-500μm。
优选的，所述显示层为透明的PET或BOPP膜，膜厚约小于或者等于所述微透镜的直径。
优选的，所述步骤S2中对上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换的变换矩阵如下：
上浮半球：
下沉半球
其中，(u，v)是变化前图像像素坐标，是弱变化后的图像像素坐标，(u0，v0)为主点，(x，y)表示弱变化前的世界物理坐标，(k1,k2)分别影响上下球面曲率大小，0<k1<0.1,0<k2<0.1。
优选的，所述步骤S4中，转印到显示层膜上的图文结构为凹槽形结构，图文凹槽深度为0.8μm-3μm，线槽宽度为1μm-20μm，将信息层压印到显示层的过程中，使显示层坐标原点与图文阵列主点对准。
本发明还提供了一种光学防伪元件，通过上述方法制得，所述光学防伪元件包括信息层和显示层，所述信息层为纵、横周期排列的微图文阵列按照设定数学模形进行坐标弱变换的信息集成层，所述显示层置于信息层之上，显示层为微透镜阵列膜或小孔阵列膜，微透镜阵列或小孔阵列的排列方式与微图文相匹配。
优选的，所述微图文阵列的初始排布方式为四边形排列或蜂窝状排列。
本发明提供的一种光学防伪元件及其制备方法的有益效果在于：
1)本方法通过对信息层图文单元应用特定的数学模形，通过对固定周期排列的微图文按特定的数学模型进行坐标弱变换，可以改变整体的莫尔成像效果，使其呈现空间立体球的视觉效果，具有裸眼3D的效果，同时兼备较强的防伪功能性及较高的艺术欣赏性，而且工艺简单，操作方便。
2)本发明提供的光学防伪元件具有裸眼3D的效果，其空间视觉效果是基于变化的横、纵周期的微图文形成的，可以形成结构复杂的立体微图形，防伪效果好。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2是显示层结构示意图；
图3是信息微图文初始排列结构示意图；
图4是对初始信息微图文进行坐标弱变换后生成的上浮半球微图文信息示意图；
图5是对初始信息微图文进行坐标弱变换后生成的下沉半球微图文信息示意图；
图6是将变换后的上浮半球及下沉半球的图文信息匹配后加工生成母版信息示意图；
图7是发明显示三维立体球效果图。
图8是本发明的膜层结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种光学防伪元件的制备方法。
参照图1至图7所示，一种光学防伪元件的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)设计显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式，如图2所示，本实施例中显示层为以蜂窝状排布的微透镜阵列，单个微透镜直径为D＝60μm。微透镜阵列排布的横向周期为纵向周期为T2＝D＝60μm。显示层膜为透明的PET膜，膜厚为60μm。
(2)设计图文单元的排布方式，使其排布方式与显示层微透镜的排布方式相对应，并分别设定上浮及下沉初始图文阵列的主点，首先设计上浮半球的微图文阵列，使上浮半球的微图文阵列的横向周期t11大于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t11>T1；使上浮半球的微图文阵列的纵向周期t12大于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t12>T2；然后设计下沉半球的微图文阵列，使下沉半球的微图文阵列的横向周期t21小于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t21<T1；使下沉半球的微图文阵列的纵向周期t22小于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t22<T2；然后分别对上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换，使上浮半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性扩张，使下沉半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性收缩。
具体如图3所示，设计上浮半球图文单元“OK”，以蜂窝状排布成阵列，设定图像中心为主点。其横向周期t11微大于显示层微透镜阵列的横向周期T1，使t11＝104μm；使其纵向周期t12微大于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，使t12＝60.5μm。
设计下沉半球图文单元“OK”，以蜂窝状排布成阵列，设定图像中心为主点。其横向周期t21微小于显示层微透镜阵列的横向周期T1，使t21＝102.5μm；使其纵向周期t22微小于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，使t22＝59.5μm。
分别对上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换，变换矩阵如下：
上浮半球：
下沉半球
其中，(u，v)是变化前图像像素坐标，是弱变化后的图像像素坐标，(u0，v0)为主点，(x，y)表示弱变化前的世界物理坐标，(k1,k2)分别影响上下球面曲率大小。优选地k1＝0.05,k2＝0.05。
经上述数学模形的作用后上浮半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性扩张，如图4所示；下沉半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性收缩，如图5所示。
(3)将变换后的上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息通过微纳加工的方法刻蚀到同一载体上，二者通过主点相匹配，制作信息层母版，线版的图文信息排列如图5所示。
(4)采用电铸、涂布、压印的方式将信息层母版的微图文转印到显示层膜的底面上，转印到显示层膜上的图文结构为凹槽形结构，图文凹槽深度为2μm，线槽宽度为10μm。将信息层转印到显示层膜的过程中，使显示层坐标原点与图像主点对准。
(5)向凹槽填充油墨进行改色，最终得到一种显示彩色的三维立体球的防伪元件，其效果示意图如图6所示。
本发明通过对信息层图文单元应用特定的数学模形，通过对固定周期排列的微图文按特定的数学模型进行坐标弱变换，可以改变整体的莫尔成像效果，使其呈现空间立体球的视觉效果，具有裸眼3D的效果，同时兼备较强的防伪功能性及较高的艺术欣赏性，而且工艺简单，操作方便。
实施例2：一种光学防伪元件的制备方法。
参照图1-8所示，一种光学防伪元件，通过实施例1提供的方法制得，所述光学防伪元件包括信息层2和显示层1，所述信息层为纵、横周期排列的微图文阵列按照设定数学模形进行坐标弱变换的信息集成层，所述显示层1置于信息层2之上，显示层1为微透镜阵列膜，微透镜阵列与微图文相匹配，所述微图文阵列的初始排布方式为蜂窝状排列。
本发明提供的光学防伪元件具有裸眼3D的效果，其空间视觉效果是基于变化的横、纵周期的微图文形成的，可以形成结构复杂的立体微图形，防伪效果好。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种光学防伪元件的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
S1、设计显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式；
S2、设计图文单元的排布方式，使其排布方式与显示层微透镜的排布方式相对应，并分别设定上浮及下沉初始图文阵列的主点，首先设计上浮半球的微图文阵列，使上浮半球的微图文阵列的横向周期t11大于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t11>T1；使上浮半球的微图文阵列的纵向周期t12大于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t12>T2；然后设计下沉半球的微图文阵列，使下沉半球的微图文阵列的横向周期t21小于显示层微透镜阵列的横向周期T1，即t21<T1；使下沉半球的微图文阵列的纵向周期t22小于显示层微透镜阵列的纵向周期T2，即t22<T2；然后分别对上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换，使上浮半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性扩张，使下沉半球微图文像素以主点为中心沿径向非线性收缩；所述上浮半球及下沉半球的微图文阵列进行坐标弱变换的变换矩阵如下：
上浮半球：
下沉半球
其中，(u，v)是变化前图像像素坐标，是弱变化后的图像像素坐标，(u0，v0)为主点，(x，y)表示弱变化前的世界物理坐标，(k1,k2)分别影响上下球面曲率大小，0<k1<0.1,0<k2<0.1；
S3、将变换后的上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息通过微纳加工的方法刻蚀到同一载体上，上浮半球图文信息与下沉半球的图文信息之间通过主点相匹配，制作成信息层母版；
S4、采用电铸、涂布、压印的方式将信息层母版的微图文转印到显示层膜的底面上；
S5、向凹槽填充油墨进行改色，得到彩色的三维立体球。
2.根据权利要求1所述的光学防伪元件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中显示层的微透镜阵列或小孔阵列的排布方式设计为四边形排列或蜂窝状排列。
3.根据权利要求2所述的光学防伪元件的制备方法，其特征在于，所述显示层设计为微透镜阵列，微透镜阵列以蜂窝状排列，其中蜂窝状排列的横向周期为纵向周期为T2＝D，其中D为微透镜的直径，D的取值范围为10μm-500μm。
4.根据权利要求3所述的光学防伪元件的制备方法，其特征在于，所述显示层为透明的PET或BOPP膜，膜厚约小于或者等于所述微透镜的直径。
5.根据权利要求1所述的光学防伪元件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，转印到显示层膜上的图文结构为凹槽形结构，图文凹槽深度为0.8μm-3μm，线槽宽度为1μm-20μm，将信息层压印到显示层的过程中，使显示层坐标原点与图文阵列主点对准。
6.一种光学防伪元件，其特征在于：通过上述权利要求1-5任一方法制得，所述光学防伪元件包括信息层和显示层，所述信息层为纵、横周期排列的微图文阵列按照设定数学模形进行坐标弱变换的信息集成层，所述显示层置于信息层之上，显示层为微透镜阵列膜或小孔阵列膜，微透镜阵列或小孔阵列的排列方式与微图文相匹配。
7.根据权利要求6所述的光学防伪元件，其特征在于：所述微图文阵列的初始排布方式为四边形排列或蜂窝状排列。
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