局部亮光可变图像光学系统及其制作方法与流程

1.本发明属于光学领域，尤其涉及一种局部亮光可变图像光学系统及其制作方法。


背景技术：

2.利用柱透镜实现3d立体效果或可变图像效果均为整幅效果，不能实现立体或可变效果与其他图案的有机结合，这导致它的应用领域大受限制。传统的光栅立体和可变效果的图案均为油墨印刷而成，不能融合目前市场中常见的镭射全息效果。因为镭射全息效果需要金属镀层才能实现炫彩的效果，而金属镀层只能整幅面实现，局部镀层需要后续进行精准的镀层去除，这在目前有很大的技术难度。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的3d立体效果或可变图像效果均为整幅效果的缺陷，提供一种局部亮光可变图像光学系统及其制作方法。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
5.一种局部亮光可变图像光学系统，包括：
6.微透镜阵列层；
7.基材层，透明且位于所述微透镜阵列层之下；
8.图文结构，位于所述基材层之下且分布于所述基材层的局部；以及
9.镀层，仅覆盖所述图文结构的表面且用于增强所述图文结构的亮度。
10.较佳地，所述图文结构为宏观序列图或微图文阵列。
11.较佳地，所述图文结构为内凹型结构或外凸型结构。
12.较佳地，所述内凹型结构的内凹深度或所述外凸型结构的外凸高度为0.5微米至5微米。
13.较佳地，所述内凹型结构的内凹深度或所述外凸型结构的外凸高度为1微米至3微米。
14.较佳地，所述图文结构的表面为平面或光栅结构。
15.较佳地，所述微透镜阵列层为微柱透镜阵列或微圆透镜阵列。
16.较佳地，所述镀层的材料为金、银、铜、铝、镍中的任意一种。
17.一种局部亮光可变图像光学系统的制作方法，用于制作如上所述的局部亮光可变图像光学系统，所述制作方法包括：
18.在基材的一侧制作微透镜阵列层；
19.在所述基材的另一侧制作图文结构；
20.在所述基材制作有所述图文结构的一侧形成镀层；
21.去除所述图文结构的表面之外的镀层；
22.将前一步骤所得产品清洗、晾干，得到最终产品。
23.较佳地，在所述基材的另一侧制作图文结构，包括：
24.根据所需的图文结构设计与所述图文结构对应的光刻文件；
25.使用光刻机根据所述光刻文件制作出与所述图文结构对应的胶板；
26.利用电化学沉积工艺将所述胶板制作成金属模压板；
27.利用所述金属模压板在所述基材的另一侧制作图文结构；
28.和/或，
29.去除所述图文结构的表面之外的镀层，包括：
30.通过电解技术工艺去除图文结构的表面之外的镀层。
31.本发明的积极进步效果在于：本发明通过图文结构的局部亮光，可实现仅需要的图像产生立体或可变效果，其他部分为透明，这样在与其他印刷产品结合使用时既不会影响其他图案的表现，又可以在需要的地方增加立体或可变效果的点缀，大大增加了印刷品的美观度和吸引力。本发明还通过在光栅结构上的镀层，从而使局部镭射效果呈现出来。
附图说明
32.图1为本发明实施例1的一种局部亮光可变图像光学系统的示意图；
33.图2为微柱透镜阵列的示意图；
34.图3为呈正方形排列的微圆透镜阵列的示意图；
35.图4为呈六角形排列的微圆透镜阵列的示意图；
36.图5为宏观图形a、b、c组合得到宏观序列图的组合示意图；
37.图6为图5中的宏观序列图与微柱透镜阵列对应关系的示意图；
38.图7为图5中的宏观序列图与微圆透镜阵列对应关系的示意图；
39.图8a为微圆透镜阵列排布方式呈正六角形时微图文阵列的排布示意图；
40.图8b为微圆透镜阵列排布方式呈正方形时微图文阵列的排布示意图；
41.图9为本发明实施例1的一种局部亮光可变图像光学系统的制作方法的流程图；
42.图10为步骤s12的具体流程图；
43.图11为在图文结构和基材表面镀铝后的示意图；
44.图12为示例1的局部亮光可变图像光学系统的示意图；
45.图13为图12的立体图；
46.图14为示例2的局部亮光可变图像光学系统的示意图；
47.图15为图14的俯视图；
48.图16为图14的立体图。
49.图17为示例3的局部亮光可变图像光学系统的示意图。
50.图18为图17的俯视图。
具体实施方式
51.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
52.实施例1
53.图1为一种局部亮光可变图像光学系统的示意图，其包括：微透镜阵列层1、基材层2、图文结构3和镀层4。基材层2透明且位于微透镜阵列层1之下。图文结构3位于基材层2之
下且分布于基材层2的局部。镀层4覆盖图文结构3的表面且用于增强图文结构3的亮度。
54.微透镜阵列层1由按照一定周期排列的若干相同的微透镜构成。微透镜阵列层1可以是微柱透镜阵列或微圆透镜阵列。图2为微柱透镜阵列的示意图，有一个阵列方向。图3为微圆透镜阵列的示意图，有两个阵列方向，微圆透镜阵列排布方式可以为正方形排列(如图3所示)或者正六角形排列(如图4所示)。本实施例中，微透镜孔径大小为30至150微米，球冠高度为15至75微米。
55.基材层2为一种透明薄膜，具体可以为pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pp(聚丙烯)、pc(聚碳酸酯)和pvc(聚氯乙烯)中的一种。其厚度可以在20至180微米之间，具体厚度与微透镜阵列层1的焦距大小一致。
56.从图文结构的形状来看，图文结构3可以为内凹型结构或外凸型结构。内凹型结构的内凹深度或外凸型结构的外凸高度可以为0.5微米至5微米，优选为1微米至3微米。图文结构3可以通过uv模压或热模压获得。如图1所示，图文结构为外凸型，其中，图文结构31的表面为平面，图文结构32的表面具有光栅结构。
57.从图文结构的显示效果来看，图文结构3的表面可以为平面或光栅结构。光栅结构的频率可以为80l/mm到1200l/mm之间，其中l/mm为线数每毫米，是用来表征光栅的频率参数。若图文结构3的表面为平面，则在具有镀层4后该系统可在图文结构处产生局部亮光效果。若图文结构3的表面为光栅结构，则在具有镀层4后该系统可在图文结构处产生镭射全息效果。
58.从图文结构的显示图案来看，图文结构3可以为宏观序列图或微图文阵列。宏观序列图是根据微透镜阵列层的排布周期以及序列图所含宏观图像的幅数将图形先分割后组合而成，将多幅宏观图像进行分解，然后合并成最终序列图。图5a、5b、5c分别为将宏观图形a、b、c分解后得到的序列图的示意图，图5d为将图5a、5b、5c所示的三幅序列图合并组合后得到的宏观序列图的效果示意图。图6所示为图5d示出的合并后的宏观序列图与微柱透镜阵列对应关系的示意图。宏观序列图除了可以和微柱透镜相匹配外，还可以与对应的微圆透镜阵列相匹配，图7所示为图5d示出的合并后的宏观序列图与微圆透镜阵列对应关系的示意图。
59.如图8所示，微图文阵列适用于微圆透镜阵列，微图文阵列是将微缩图文按照一定的排布周期阵列而成。微图文阵列与微圆透镜阵列具有相同的排布方式和相近的排布周期，例如，在图8a中，微圆透镜阵列排布方式呈正六角形排列，在图8b中，微圆透镜阵列排布方式呈正方形排列，相对应地，微图文阵列也需要同样的排布方式。通过选择两者不同的排布周期大小关系，可以实现上浮、下沉和正交晃动等效果。
60.根据不同需求，上述各类的图文结构可以自由组合，例如图文结构3可以为表面为平面、具有外凸型结构的宏观序列图，或是表面为光栅结构、具有内凹结构的微图文阵列等。
61.镀层4的材料包括但不限于金、银、铜、铝、镍中的任意一种，其它任何可用于表面镀层且可增强图像显示效果的材料均可。图文结构3之外的地方没有镀层4为透明的，所以在基材层2的背后还可直接印刷或跟其他图案复合，在不影响原本图案表现的同时增加局部可变立体的亮光图案，可大大增强印刷品的表现力和美观度。
62.图9示出了一种局部亮光可变图像光学系统的制作方法，其可用于制作图1所示的
局部亮光可变图像光学系统，制作方法包括以下步骤：
63.步骤s11：在基材的一侧制作微透镜阵列层；
64.步骤s12：在基材的另一侧制作图文结构；
65.步骤s13：在基材制作有图文结构的一侧形成镀层；
66.步骤s14：去除图文结构的表面之外的镀层；
67.步骤s15：将步骤s14所得产品清洗、晾干，得到最终产品。
68.本实施例中，如图10所示，步骤s12可以包括：
69.步骤s121：根据所需的图文结构设计与图文结构对应的光刻文件；
70.步骤s122：使用光刻机根据光刻文件制作出与图文结构对应的胶板；
71.步骤s123：利用电化学沉积工艺将步骤s122中的胶板制作成金属模压板；
72.步骤s124：利用金属模压板在基材的另一侧制作图文结构。
73.本实施例中，步骤s14去除图文结构的表面之外的镀层可以采用电解的方式。本实施例中已将各种图案结构化，也即所有的图案均为上凸或下凹的结构。如图11所示，图案结构为孤岛式的外凸结构，在表面进行镀膜以后，图案结构上的镀层81是间断独立的，而结构之外的镀层82是连续导通的，因此可以通过电解的方式将连续导通的镀层82去除掉而保留住图案结构表面上的镀层81。
74.下面结合上述内容，给出以下示例，以说明本实施例的局部亮光可变图像光学系统及其制备方法：
75.示例1
76.如图12-13所示，局部亮光可变图像光学系统包括图2所示的微柱透镜阵列1，柱透镜孔径d为50微米，阵列周期t为54微米，球冠高度h为20微米。基材层2材质为pet，厚度为60微米。图文结构3为宏观序列图，由3张图形为a、b、c的序列图组合而成，图文结构31为a图形序列图，图文结构32为b图形序列图，图文结构33为c图形序列图。序列图的图文结构为外凸型，高度为2um，宽度为10um。图文结构32的表面具有光栅线数为700l/mm的光栅结构，图文结构31、33的表面为平面。镀层4为铝层，厚度300至500埃，只覆盖在图文结构3外凸的表面。该示例的变图效果为从不同视角观察时亮银色的abc图案依次出现，其中当b图案出现时表现为炫彩的镭射效果。该示例与其他印刷图案结合后从不同视角观察，会在图案上局部出现亮银色的abc变图，其他地方不影响印刷图案的效果。
77.该示例的系统的制作方法包括以下步骤：
78.步骤一、通过紫外模压的方法在厚度为60微米的pet薄膜一侧制作微柱透镜阵列。
79.步骤二、设计abc图形的序列图。根据微柱透镜阵列的排列周期以及变图的数量，选择每单个透镜下序列图的尺寸为10微米宽度，间隔3微米。根据设定的参数对abc图形依次进行分解，最后合并在一起形成最终的宏观序列图，并通过制图软件将其处理成灰度序列图。
80.步骤三、制作序列图结构模压板。将步骤二中制作的灰度序列图转化为对应的光刻文件，使用激光直写光刻机在厚度为2.5微米的光刻胶版上刻出所设定的图文结构。然后利用电化学沉积的方法将光刻胶版制作成金属模压板。具体可通过电铸镍工艺，将带有图文结构的光刻胶版制作成金属镍模压板。
81.步骤四、利用步骤三制作的模压板，通过紫外模压的方法在pet基材的另一侧制作
abc序列图结构，在制作过程中需要将柱透镜的竖直取向与序列图的竖直取向保证平行，且微图文结构与柱透镜相对应。制作完成后在图文结构侧进行真空镀铝。
82.步骤五、去除图文结构之外的铝层。图10为镀铝后的示意图，序列图结构为孤岛式结构，高度为2um，远大于镀铝层的厚度，所以图文结构表面的铝层81与基材表面的铝层82是断开的，不导通的。将镀铝后的产品作为主要成分为氯化钾酸性溶液的电解槽的阳极，通过电解溶解的方法将通电的铝层进行去除。由于图文结构表面的铝层没有电流不会被溶解，而基材表面的铝层由于电流的作用而被溶解掉。这就实现了序列图结构上有镀铝层，而结构之外的地方没有。
83.步骤六、将电解后的产品清洗、晾干，完成最终产品的制作。
84.示例2
85.如图14-16所示，局部亮光可变图像光学系统包括图3所示的微圆透镜阵列1，圆透镜孔径d为50微米，其中微圆透镜阵列以正方形方式排列，横向阵列周期t1为54微米，纵向阵列周期t2同为54um，球冠高度h为20微米。基材层2材质为bopp膜，厚度为60微米。图文结构3为宏观序列图，由3张图形为a、b、c的序列图组合而成，图文结构31为a图形序列图，图文结构32为b图形序列图，图文结构33为c图形序列图。序列图的图文结构为内凹型，深度为3um，宽度为10um。图文结构32的表面具有光栅线数为900l/mm的光栅结构，图文结构31、33的表面为平面。镀层4为铝层，厚度300-500埃，只覆盖在图文结构3内凹的表面。该示例的变图效果为从不同视角观察时亮银色的abc图案依次出现，其中图案b为镭射效果。该示例与其他印刷图案结合后从不同视角观察，会在图案上局部出现亮银色的abc变图，其他地方不影响印刷图案的效果。
86.该示例的系统的制作方法包括以下步骤：
87.步骤一、通过紫外模压的方法在厚度为60微米的bopp膜(双向拉伸聚丙烯薄膜)一侧制作微圆透镜阵列。
88.步骤二、设计abc图形的序列图。根据微圆透镜阵列的周期以及变图的数量，选择每单个透镜下序列图的尺寸为10微米宽度，间隔3微米。根据设定的参数对abc图形依次进行分解，最后合并在一起形成最终的序列图，并通过制图软件将其处理成灰度序列图。
89.步骤三、制作序列图结构模压板。将步骤二中制作的灰度序列图转化为对应的光刻文件，使用激光直写光刻机在厚度为4微米的光刻胶版上刻出所设定的图文结构。然后利用电化学沉积的方法将光刻胶版制作成金属模压板。具体可通过电铸镍工艺，将带有图文结构的光刻胶版制作成金属镍模压板。
90.步骤四、利用步骤三制作的模压板，通过紫外模压的方法在bopp基材的另一侧制作abc序列图结构，并在图文结构侧进行真空镀铝。
91.步骤五、去除图文结构之外的铝层。将镀铝后的产品放进氯化钾的酸性溶液中，通过电解溶解的方法将铝层进行去除。序列图结构为内凹式结构，高度为3um，远大于镀铝层的高度，图文结构表面的铝层与其基材表面的铝层是断开的，不导电的。所以图文结构表面的铝层不会被溶解，而基材表面的铝层由于电流的作用而被溶解掉。
92.步骤六、将电解后的产品清洗、晾干，完成最终产品的制作。
93.示例3
94.如图17、18所示，局部亮光可变图像光学系统包括图3所示的微圆透镜阵列1，圆透
镜孔径d为50微米，其中微圆透镜阵列以正方形方式排列，横向阵列周期t1为54微米，纵向阵列周期t2同为54微米，球冠高度h为20微米。基材层2材质为bopp膜，厚度为60微米。图文结构3为微图文阵列，由微缩图文abc字母以正方形方式阵列而成，横向阵列周期t3为53.46微米，纵向阵列周期t4同为53.46微米。微图文阵列的图文结构为内凹型，深度为2微米，字母的壁画宽度为2微米。图文结构的表面为平面。镀层4为铝层，厚度300-500埃，只覆盖在图文结构3内凹的表面。该示例的立体效果为从不同视角观察时总能看到亮银色的阵列abc字母图案下沉在膜层表面6mm左右。该示例与其他印刷图案结合后从不同视角观察，会在图案上局部出现立体的亮银色的阵列abc图案，其他地方不影响印刷图案的效果。
95.该示例的系统的制作方法包括以下步骤：
96.步骤一、通过紫外模压的方法在厚度为60微米的pet膜一侧制作微圆透镜阵列。
97.步骤二、设计abc字母的阵列图。根据微图文阵列的排布方式和排布周期制作出对应的阵列图，并通过制图软件将其处理成灰度图。
98.步骤三、制作序列图结构模压板。将步骤二中制作的灰度图转化为对应的光刻文件，使用激光直写光刻机在厚度为2.5微米的光刻胶版上刻出所设定的图文结构。然后利用电化学沉积的方法将光刻胶版制作成金属模压板。具体可通过电铸镍工艺，将带有图文结构的光刻胶版制作成金属镍模压板。
99.步骤四、利用步骤三制作的模压板，通过紫外模压的方法在pet基材的另一侧制作出abc阵列结构，并在图文结构侧进行真空镀铝。
100.步骤五、去除图文结构之外的铝层。将镀铝后的产品放进氯化钾的酸性溶液中，通过电解溶解的方法将铝层进行去除。微图文阵列结构为内凹式结构，高度为3um，远大于镀铝层的高度，图文结构表面的铝层与其基材表面的铝层是断开的，不导电的。所以图文结构表面的铝层不会被溶解，而基材表面的铝层由于电流的作用而被溶解掉。
101.步骤六、将电解后的产品清洗、晾干，完成最终产品的制作。
102.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。