一种三维悬浮成像光学薄膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学薄膜技术领域，尤其涉及一种三维悬浮成像光学薄膜。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003]近年来，在集成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（Personal ized ,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/V〇1.607560750G-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。
[0004] 为了克服上述局限，中国专利文献CN1041 18236A、CN20 13 10229569 · 0、 CN201410327932.7提出了一种微反射聚焦元件阵列光学防伪元件及有价物品。它们采用周 期型微反射聚焦元件阵列，它能将薄膜厚度减少至微反射聚焦元件的曲率半径以下，仍然 获得了周期型的放大的微图文单元。当左右或者前后倾斜该成像薄膜时，会有其它的多个 放大微图文单元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、透明间隔层和微图文单元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。
[0005] 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。 【实用新型内容】
[0006] 基于此，有必要提供一种三维悬浮成像光学薄膜以解决上述技术问题中的至少一 种。
[0007] 一种三维悬浮成像光学薄膜，包括：
[0008] 透明间隔层，所述透明间隔层具有相对的两个表面；
[0009] 设置于所述透明间隔层一个表面的微聚焦单元阵列层，所述微聚焦单元阵列层包 括若干呈不对称排布的微聚焦单元；
[0010] 设置于所述透明间隔层相对所述微聚焦单元阵列层的另一个表面的微图文单元 阵列层，所述微图文单元阵列层包括若干微图文单元；
[0011] 所述微聚焦单元阵列层与所述微图文单元阵列层相适配，从而使所述三维悬浮成 像光学薄膜在被自所述微图文单元或从所述微聚焦单元一侧观察时有且只有能形成一个 悬浮于所述透明间隔层的悬浮影像。
[0012] 优选地，所述微图文单元的位置坐标与所述微聚焦单元的位置坐标相对应。
[0013] 优选地，所述微聚焦单元包括聚焦部和背向所述透明间隔层的表面设置在所述聚 焦部的反射结构。
[0014] 优选地，所述微聚焦单元阵列层、透明间隔层和微图文单元阵列层的总厚度在所 述微聚焦单元曲率半径的二分之一至三倍之间。
[0015] 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。
[0016] 优选地，所述微聚焦单元包括柱面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜中的一种 或几种。
[0017]优选地，所述三维悬浮成像光学薄膜形成的悬浮影像由所述若干放大的微图文单 元组成。
[0018] 优选地，所述微图文单元包括微印刷图案、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。
[0019] 优选地，所述微图文单元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 %。
[0020] 优选地，所述微聚焦单元的直径大于20微米且小于1000微米。
[0021]优选地，所述微聚焦单元的焦距为10微米至2000微米。
[0022]优选地，所述三维悬浮成像光学薄膜的总厚度小于5000微米。
[0023] 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。
[0024] 优选地，所述透明间隔层的一个表面除去微聚焦单元阵列层的部分和/或所述透 明间隔层的另一个表面除去微图文单元阵列层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。
[0025] 优选地，至少一个的所述微图文单元的外部设置有保护层。
[0026] 优选地，所述三维悬浮成像光学薄膜具有当围绕平行于所述透明间隔层的两个表 面的轴转动该三维悬浮成像光学薄膜时所述三维悬浮成像光学薄膜不会出现其他悬浮影 像的结构。
[0027]本实用新型的有益效果：
[0028]( - )利用随机或非周期排布的微聚焦单元，通过将位于透明间隔层第一表面的微 聚焦单元与位于透明间隔层第二表面的微图文单元相适配，在观察区域内形成一个悬浮 的、仅且有一个放大的微图文单元影像，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微图文单元的影像进入观察区 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。 [0029](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。
[0030] (三)所述的3D成像薄膜，需要对位于透明间隔层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。<