光学防伪元件及包含该光学防伪元件的防伪产品的制作方法

1.本发明涉及防伪领域，尤其涉及一种适用于钞票、信用卡、护照和有价证券等各类高安全产品和高附加值产品的光学防伪元件，还涉及使用该光学防伪元件的产品，诸如钞票、信用卡、护照和有价证券等。


背景技术：

2.全息、动感光变等光学防伪技术，其既能实现易识别的动感、颜色等效果，又能实现专业人员识别的隐藏特征，如激光再现对称图像，白光再现对称图像、非对称图像等。
3.cn1323015公开了一种形成衍射器件的方法，其通过改变像素衍射光栅的周期和方向来实现正负一级对称的再现隐藏图像。cn103847289公开了一种再现隐藏图像的光学防伪元件，其所述的闪耀结构的方位角、闪耀角按照一定的方式排布，可在距离所述光学防伪元件一定距离的位置上非对称的再现隐藏图像。
4.隐藏图像再现技术的应用，为日益衰弱的光学防伪能力中提供了一种解决途径。目前已经公开的激光全息再现隐藏图像技术，或者反射棱镜再现隐藏技术，均是通过设计全息光栅或者闪耀光栅的倾斜角度和转角来实现光线重聚。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种光学防伪元件及包含该光学防伪元件的防伪产品，其采用了多个聚光元件阵列来实现在不同焦距的接收屏上的成像，从而实现了隐藏图像再现。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：基材；第一聚光元件阵列，形成于所述基材的第一表面的第一区域，该第一聚光元件阵列包含具有第一焦距的一个或多个聚光元件；以及第二聚光元件阵列，形成于所述基材的第一表面的第二区域，该第二聚光元件阵列包含具有不同于所述第一焦距的第二焦距的一个或多个聚光元件。
7.为了实现上述目的，本发明另一实施例提供一种光学防伪元件，该光学防伪元件包括：基材，具有相对的第一表面和第二表面；第一聚光元件阵列，形成于所述基材的第一表面上，该第一聚光元件阵列包含具有第一焦距的一个或多个聚光元件；以及第二聚光元件阵列，形成于所述基材的第二表面上，该第二聚光元件阵列包含具有与所述第一焦距相同或不同的第二焦距的一个或多个聚光元件。
8.可选的，所述聚光元件选自以下一者或多者：球透镜、菲涅尔球透镜、以及菲涅尔柱透镜。
9.可选的，所述第一聚光元件阵列和/或所述第二聚光元件阵列的表面具有反射镀层。
10.可选的，所述第一聚光元件阵列和/或所述第二聚光元件阵列的基底几何形状为以下一者或多者的组合：圆形、矩形、三角形、正六边形。
11.可选的，所述第一聚光元件阵列和/或所述第二聚光元件阵列为微透镜阵列。
12.可选的，所述微透镜阵列满足以下一者或多者：所述微透镜阵列的微结构的周期为100um-500um；所述微透镜阵列的微结构的深度为1um-15um；所述微透镜阵列的微结构的焦距为1mm-500mm；以及所述微透镜阵列的微透镜排列规律是周期性的，或者非周期性的。
13.可选的，当白光照射所述基材的所述第一表面的第一聚光元件阵列和第二聚光元件阵列时，能够在处于不同焦距的接收屏上分别呈现所述第一聚光元件阵列和所述第二聚光元件阵列的投影阵列，进而形成隐藏图像的再现。
14.可选的，所述隐藏图像为以下中的一者或多者：立体图像、平面图像、虚像、或实像。
15.可选的，所述基材的材料为以下一者或多者：对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸酯(pmma)、聚乙烯(pe)、或聚丙烯(pp)。
16.为了实现上述目的，本发明另一实施例提供一种防伪产品，该防伪产品包含上述光学防伪元件。
17.通过上述技术方案，当白光照射所述基材的所述第一表面的第一聚光元件阵列(其可代表一图像)和第二聚光元件阵列(其可代表另一图像)时，能够在处于不同焦距的接收屏上分别呈现所述第一聚光元件阵列和所述第二聚光元件阵列的投影阵列，进而形成隐藏图像的再现。而且，本发明相比于闪耀光栅和全息光栅，聚光元件具有聚光聚焦，增加图像亮度的优点，更有利于大众人眼识别。
18.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
20.图1为根据本发明一实施例提供的光学防伪元件的剖面图；
21.图2a为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件俯视图；
22.图2b为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件剖面图；
23.图3为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件剖面图；
24.图4为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件俯视图；以及
25.图5为根据本发明一个实施方式的光学防伪元件剖面图。
具体实施方式
26.下面将结合附图来详细说明根据本发明的光学防伪元件及使用该光学防伪元件的光学防伪产品。应当理解，所述附图和详细描述只是对本发明优选实施方式的描述，并非以任何方式来限制本发明的保护范围。并且，本领域技术人员应当理解，所有附图中的灰度以及尺寸比例仅为示意性的，不代表实际的颜色和尺寸比例。
27.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个
以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
28.另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本技术的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.图1为根据本发明一实施例提供的光学防伪元件的剖面图。如图1所示，所述光学防伪元件包括：基材1，该基材1包括相互对立的第一表面11和第二表面12；第一聚光元件阵列，形成于所述基材1的第一表面11的第一区域，该第一聚光元件阵列包含具有第一焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42等等可构成第一聚光元件阵列，图中未能示出第一聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42；以及第二聚光元件阵列，形成于所述基材1的第一表面11的第二区域，该第二聚光元件阵列包含具有不同于所述第一焦距的第二焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52等等可构成第二聚光元件阵列，图中未能示出第二聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52。
30.当白光照射到所述基材1的第一表面11时，包含菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42的第一聚光元件阵列可在接收屏2上形成透镜投影阵列，其包含透镜投影61和62，当然这里仅为示例性的，实际上，在接收屏2上可形成与第一聚光元件阵列内的一个或多个聚光元件一一对应的透镜投影，从而构成透镜投影阵列，也就构成了某一图案。
31.当白光照射到所述基材1的第一表面11时，包含菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52的第二聚光元件阵列可在接收屏3上形成透镜投影阵列，其包含透镜投影71和72，当然这里仅为示例性的，实际上，在接收屏3上可形成与第二聚光元件阵列内的一个或多个聚光元件一一对应的透镜投影，从而构成透镜投影阵列，也就构成了另一图案。
32.所述菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42的特征尺寸l可为150μm，高度h可为2μm，菲涅尔环数可为7，焦距可为10cm。菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52的特征尺寸l可为150μm，高度h可为1.5μm，菲涅尔环数可为10，焦距可为15cm。所述接收屏2可为在在基材1下方10cm处，所述接收屏3可为在在基材1下方15cm处。
33.经过入射光照射，首先在接收屏2上形成透镜投影阵列(包含透镜投影61和62)，在接收屏3上形成透镜投影阵列(包含透镜投影71和72)。包含菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42的第一聚光元件阵列对透镜投影阵列(包含透镜投影61和62)进行莫尔放大，形成图像；包含菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52的第二聚光元件阵列对透镜投影阵列(包含透镜投影71和72)进行莫尔放大，形成图像。这两种放大图像都是放大化的高亮度透镜。
34.可将包含菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52的第二聚光元件阵列排列在宏观图像内，包含菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42的第一聚光元件阵列排列在宏观图像外的背景区域。接收屏2可以接收到第一聚光元件阵列对透镜投影阵列(包含透镜投影61和62)的放大图像，而再现图像为黑色。接收屏3可以接收到第二聚光元件阵列对透镜投影阵列(包含透镜投影71和72)的放大图像，而再现图像为高亮色。其中，并不是该图案的所有像素都呈现高亮度，图案内的高亮像素组成了周期性的透镜阵列，该透镜是放大后的透镜虚像。
35.需要说明的是，所述聚光元件可以是透镜(例如，折射型透镜)，主要包括球透镜和菲涅尔透镜(具体可包含菲涅尔球透镜和菲涅尔柱透镜)。菲涅尔透镜具备物理尺寸大和投影图像大的优势，更容易实现本发明中的光学防伪效果。在本文的描述中，“聚光元件”、“透镜”、“微透镜”、“菲涅尔透镜”等术语可互换使用。
36.当透镜焦距条件匹配时，透镜阵列会对透镜投影阵列形成放大的莫尔图案。通过设计不同透镜参数的空间分布，可实现隐藏图像的再现。透镜阵列对透镜投影阵列放大只能形成放大的透镜，且是周期性排列的，并不能形成特定的图案。本发明通过在基材表面的局部区域内设计的透镜焦距参数和基材表面的背景区域的透镜焦距参数不同，造成在某一焦平面(即，接收屏所处于的平面)上只有局部区域透镜阵列的投影，而背景区域透镜阵列的投影在另一焦平面上。通过该设计，可使某一特定的图案呈现在特定的焦平面上。需要说明的是，并不是该图案的所有像素都呈现高亮度，图案内的高亮像素组成了周期性的透镜阵列，该透镜是放大后的透镜虚像。
37.为了能够实现隐藏图像再现，接收屏的位置放置在防伪元件下方10cm处较为适中。接收屏上形成投影微图文阵列，透镜的焦距长度需达到10cm左右，才能对投影阵列进行莫尔放大。所以，使用球透镜设计，在满足长焦距的条件下，透镜形貌是一个高度很低的球冠，其聚焦能力较弱。本发明采用菲涅尔透镜设计，可以解决球冠过低而导致聚焦能力不强的问题。
38.传统的微透镜成像系统是微透镜阵列和微图文阵列组成联合放大系统，该系统是微透镜阵列对微图文阵列进行抽样放大，产生动态的放大图文。上述联合放大系统中，需同时具备微透镜阵列和微图文阵列，且微透镜阵列周期与微图文阵列周期之间按物理采样规律设计。而本发明中的防伪元件，只有微透镜阵列。当白光照射微透镜阵列时，在接收屏上形成透镜投影阵列，其作用与微图文阵列相同。微透镜阵列及其投影阵列形成联合放大系统。
39.需要说明的是，本案的防伪元件中的聚光元件阵列在接收屏上形成的透镜投影阵列与基材上的聚光元件阵列可能不能在物理尺寸和分布上完全相同，即在观察时，所述的防伪元件所处的平面与接收屏所处的平面非绝对平行，使得基材上的聚光元件阵列参数与接收屏上的透镜投影阵列参数不完全一致。可利用透镜投影阵列与基材上聚光元件阵列的空间分布不同，通过采样原理，从而形成莫尔放大图像。
40.在实际应用中，光学防伪元件在观察检测时，并不能严格控制防伪元件在空间分布中的具体位置，使得莫尔放大图像没有严格的形状和亮度，具有不可描述性。为了能够严格描述其再现放大图像，需要借助工具来放置光学防伪元件，例如倾斜机台、或可形变机台，保证光学防伪元件的观察条件，即可实现可描述的莫尔放大图像。
41.为了能够使上述光学防伪元件适应现有常用的产品承载物，一般为微透镜的尺寸具有一定的要求。例如微透镜纵向尺寸/高度不能过高，否则其厚度较高，不能将其埋入纸张之中或贴在承载物之上，造成凹凸不平的后果。因此，主微结构高度一般小于100μm，优选小于10μm，这样有利于该特征应用于开窗安全线，埋于纸张之中；或者作为宽条产品，贴于纸张或塑料基材之上，并能够保持上述两种情况下基材的平整。本发明采用菲涅尔设计，以降低球透镜的高度。透镜可以是一维、二维的(即，菲涅尔球透镜和菲涅尔柱透镜)。菲涅尔规律分布下的透镜微结构高度会大大降低。优选地，所述微透镜阵列的微结构的深度为
1um-15um。
42.白光照射透镜阵列时，会在接收屏上形成投影。为了满足形成可观察的投影像，要求透镜单元尺寸不能过小。优选地，微透镜阵列的微结构的周期为100um-500um。当透镜尺寸小于100微米时，不能形成可见的投影阵列，也不会产生放大的图像。
43.透镜投影阵列可作为微图文阵列，且处于微透镜阵列的焦平面上，才能产生放大的莫尔条纹，即，接收屏需放置在焦平面上。为了方便人眼观察，接收屏与防伪产品元件之间的距离控制在1mm-500mm左右为宜。优选地，微透镜阵列的焦距为100mm。
44.微透镜阵列对其投影阵列形成的莫尔放大图像，与薄膜(即，基材)的倾斜角度有关，再现隐藏图像随着薄膜元件的倾角会有几何形状的变化。薄膜倾斜时，投影透镜阵列周期小于薄膜上的透镜阵列周期，会形成下沉的放大莫尔条纹。接收屏倾斜时，投影透镜阵列大于薄膜上的透镜阵列周期，会形成上浮的放大莫尔条纹。当薄膜元件平行于接收屏时，其微透镜采样单元大小与投影单元大小一致，其再现图案内的填充图案为无限放大莫尔图像。当微透镜阵列的采样方向与投影阵列之间存在特定的角度α时，所产生的放大倍率满足以下关系：
[0045][0046]
所述微透镜阵列中采样单元的焦距f为：
[0047][0048]
其中：n为透镜单元的折射率，n
pet
为基材的折射率，h为透镜单元的高度，d为透镜单元的直径。
[0049]
图2a示出了利用菲涅尔微透镜作为微结构单元再现图案的实施例的一种防伪元件的俯视图，图2b示出了将再现图案隐藏在动态莫尔图文上的实施例的一种防伪元件的剖面图。
[0050]
如图2b所示，基材1的第二表面12内分布小尺寸微图文阵列23(文字“b”)，相对应的，在基材1的第一表面11内上的匹配位置内填充与之周期参数匹配的短焦距微透镜聚焦元件5(对应于图2a中的21a)。基材1的第一表面11内，微透镜聚焦元件5的区域外，排列分布菲涅尔透镜41和42(对应于图2a中的22a)，其焦距较长，并且可在接收屏3上形成透镜投影阵列(对应于图2a中的21b)。
[0051]
自然光照射下，该防伪元件上的微透镜聚焦元件5区域会呈现出放大的莫尔动态图像(对应于图2a中的22b)，而菲涅尔透镜41和42构成的区域则无可视图像。当白光照射时，在菲涅尔透镜41和42构成的区域的正下方，接收屏3处再现出图像a(对应于图2a中的21b)。图像a是由数个放大后的透镜投影图像组成，该透镜投影图像呈现高亮度显示。
[0052]
优选地，菲涅尔透镜4的特征尺寸l为150μm，高度h为2μm，菲涅尔环数为7，焦距为10cm。所述短焦距微透镜聚焦元件5为球透镜，其特征尺寸l为23μm，高度h为4μm，焦距为35μm。所述基材1的厚度为19μm。在球透镜5所处的区域，无白光照射条件下，可直接观察到采样合成后的莫尔图像，即宏观放大后的微图文“b”(对应于图2a中的22b)。当白光照射时，可在接收屏3上，菲涅尔透镜41和42构成的区域可形成再现隐藏放大图像(对应于图2a中的
21b)。
[0053]
图3给出了反射型再现图案隐藏的实施例的一种防伪元件的剖面图。所述光学防伪元件包括：基材1；第一聚光元件阵列，形成于所述基材1的第一表面11的第一区域，该第一聚光元件阵列包含具有第一焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42等等可构成第一聚光元件阵列，图中未能示出第一聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了菲涅尔微透镜41和菲涅尔微透镜42；第二聚光元件阵列，形成于所述基材1的第一表面11的第二区域，该第二聚光元件阵列包含具有不同于所述第一焦距的第二焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52等等可构成第二聚光元件阵列，图中未能示出第二聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了菲涅尔微透镜51和菲涅尔微透镜52；以及位于所述第一聚光元件阵列和第二聚光元件阵列的表面的反射镀层。
[0054]
当用白光源照射所述第一聚光元件阵列和第二聚光元件阵列，光经由所述反射镀层反射，可在接收屏31和接收屏32上会形成透镜投影阵列。通过该方案，可实现反射型再现图案隐藏。关于该图3所示的光学防伪元件的其他细节，可参照图1所示的光学防伪元件的描述，于此不再赘述，其旨在增设一反射镀层，从而实现反射型再现图案隐藏。
[0055]
图4是根据本发明一种实施方式的菲涅尔柱透镜作为聚光元件的光学防伪元件的俯视图。
[0056]
根据本发明一种实施方式的光学防伪元件包括所述只在x方向周期排列的菲涅尔柱透镜阵列，其俯视图可参见图4中的41a所示，其所形成的图案可参见图4中的41b所示。所述菲涅尔柱透镜阵列中的微柱透镜的轴向与所述x方向垂直，微柱透镜阵列在与x方向垂直的方向简单的延伸，延伸长度由所设计的宏观放大图像的尺寸决定，延伸范围为1-200mm。
[0057]
优选地，所述菲涅尔柱透镜在其轴向方向上的特征尺寸l为150μm，高度h为2μm，菲涅尔环数为7，焦距为10cm。
[0058]
图5是根据本发明一种实施方式的微结构分双面布排列的光学防伪元件的剖面图。所述光学防伪元件包括：基材1，该基材包含相对的第一表面11和第二表面12；第一聚光元件阵列，形成于所述基材1的第一表面11，该第一聚光元件阵列包含具有第一焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜51a等等可构成第一聚光元件阵列，图中未能示出第一聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了3个菲涅尔微透镜51a；以及第二聚光元件阵列，形成于所述基材1的二表面12，该第二聚光元件阵列包含具有相同或不同于所述第一焦距的第二焦距的一个或多个聚光元件，例如图中的菲涅尔微透镜51b等等可构成第二聚光元件阵列，图中未能示出第二聚光元件阵列内的所有聚光元件，而仅仅是示例性地示出了3个菲涅尔微透镜51b。
[0059]
当用白光源照射所述第一聚光元件阵列和第二聚光元件阵列时，可分别在位于基材1的上下两侧的接收屏2和接收屏3上会形成透镜投影阵列。通过该方案，可实现双面再现图案隐藏。关于该图5所示的光学防伪元件的其他细节，可参照图1所示的光学防伪元件的描述，于此不再赘述，其旨通过在基材的两个对立面上分别形成聚光元件阵列，从而实现双面再现图案隐藏。
[0060]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、
改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。