一種三維懸浮成像光學(xué)薄膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光學(xué)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維懸浮成像光學(xué)薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種三維成像技術(shù)在信息、顯示、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。利用微 透鏡技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維成像，具有非常的潛力和前景。它是由G. Lippman于1908年提出的集成攝 影術(shù)發(fā)展而來。一組具有三維場(chǎng)景不同透視關(guān)系的二維單元圖像被一個(gè)透鏡陣列和圖像采 集記錄，無需特殊的觀察眼鏡和照明，就可以在顯示微透鏡陣列的前方直接觀察到原始場(chǎng) 景的三維圖像。隨著微透鏡陣列制造工藝的發(fā)展和高分辨率印刷和圖像傳感器的普及，集 成成像技術(shù)吸引了越來越多的關(guān)注，集成成像和顯示技術(shù)的各項(xiàng)性能，比如景深，視角和分 辨率等，也得到了較大的提升。
[0003]近年來，在集成成像光學(xué)薄膜開發(fā)方面，有兩類引人注目的進(jìn)展:第一類是個(gè)性化 三維動(dòng)態(tài)空間成像簽注，如美國(guó)3M公司的Douglas Dunn等在（Personal ized ,Three-Dimensional Floating Images for ID Documents)文章中及后續(xù)的（Three-Dimensional Floating Images as Overt Security Features.SPIE-IS&T/V〇1.607560750G-10)文章中 提出使用大數(shù)值孔徑的透鏡(NA>0.3)使激光束匯聚在微透鏡陣列前或后表面，該匯聚點(diǎn)通 過微透鏡陣列收集記錄在微透鏡陣列下的激光記錄材料上，改變激光束聚焦點(diǎn)與微透鏡陣 列之間的相對(duì)位置形成圖形，最終形成三維動(dòng)態(tài)空間成像的特殊視覺效果，從微透鏡陣列 側(cè)觀察樣品。該方法需要利用微透鏡成像，對(duì)襯底材料燒蝕，因此分辨率較低。第二類是基 于莫爾成像技術(shù)，它利用微透鏡陣列的聚焦作用將微圖案高效率地放大，實(shí)現(xiàn)具有一定景 深并呈現(xiàn)奇特動(dòng)態(tài)效果的圖案，美國(guó)專利文獻(xiàn)US7333268B2、中國(guó)專利文獻(xiàn)201080035671.1 公開了一種應(yīng)用于鈔票等有價(jià)證券開窗安全線的微透鏡陣列安全元件，它的基本結(jié)構(gòu)為： 在透明基層的上表面設(shè)置周期型微透鏡陣列，在透明基層的下表面設(shè)置對(duì)應(yīng)的周期型微圖 案陣列，微圖案陣列位于微透鏡陣列的焦平面或其附近，微圖案陣列與微透鏡陣列排列大 致相同，通過微透鏡陣列對(duì)微圖案陣列的莫爾放大成像；由透射聚焦單元組成的光學(xué)成像 薄膜，其厚度一般大于微透鏡曲率半徑的三倍。因此，為了減少薄膜厚度，必須采用小口徑 的微透鏡單元。例如，鈔票紙安全線厚度必須小于50微米，因此微透鏡單元的直徑也必須小 于50微米。較小的微透鏡單元限制了微圖案的尺寸，限制了微圖案的設(shè)計(jì)空間。
[0004] 為了克服上述局限，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1041 18236A、CN20 13 10229569 · 0、 CN201410327932.7提出了一種微反射聚焦元件陣列光學(xué)防偽元件及有價(jià)物品。它們采用周 期型微反射聚焦元件陣列，它能將薄膜厚度減少至微反射聚焦元件的曲率半徑以下，仍然 獲得了周期型的放大的微圖文單元。當(dāng)左右或者前后傾斜該成像薄膜時(shí)，會(huì)有其它的多個(gè) 放大微圖文單元的影像進(jìn)入觀察區(qū)域。中國(guó)專利文獻(xiàn)ZL201010180251.4提出了一種光學(xué)防 偽元件及使用該防偽元件的產(chǎn)品。它基于透射式工作模式，透射式微透鏡陣列層內(nèi)的各透 射式微透鏡的中心坐標(biāo)在微透鏡陣列層內(nèi)隨機(jī)分布，微透鏡陣列層內(nèi)的微透鏡與微圖文層 內(nèi)的微圖文一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。該專利中提及的結(jié)構(gòu)有三項(xiàng)缺陷:一、由于采用的是透射式微透 鏡陣列，微聚焦單元層、透明間隔層和微圖文單元層的總厚度將大于微聚焦元件的口徑;二 是沒有限定位于基材第一表面的微透鏡陣列與微圖文陣列的位置坐標(biāo)關(guān)系，從科學(xué)原理上 講，在很多情況下，這一結(jié)構(gòu)將不會(huì)產(chǎn)生莫爾圖像。三是元件使用時(shí)，人們從微透鏡單元層 一側(cè)觀察到放大的微圖文影像，當(dāng)表面微透鏡陣列被水等透明外物覆蓋時(shí)，聚焦微透鏡將 不再發(fā)揮作用，在實(shí)際使用中有很大的不便。
[0005] 在很多情形下，人們希望獲得具有立體懸浮效果、唯一的影像。因此，提出新的方 案，提供更獨(dú)特的3D視覺效果，不受觀察視角的影響，將更能吸引人們的眼球，使人們獲得 一種視覺的震撼效果，并且便于觀測(cè)，增強(qiáng)器件的耐候性十分有必要。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 基于此，有必要提供一種三維懸浮成像光學(xué)薄膜以解決上述技術(shù)問題中的至少一 種。
[0007] 一種三維懸浮成像光學(xué)薄膜，包括：
[0008] 透明間隔層，所述透明間隔層具有相對(duì)的兩個(gè)表面；
[0009] 設(shè)置于所述透明間隔層一個(gè)表面的微聚焦單元陣列層，所述微聚焦單元陣列層包 括若干呈不對(duì)稱排布的微聚焦單元；
[0010] 設(shè)置于所述透明間隔層相對(duì)所述微聚焦單元陣列層的另一個(gè)表面的微圖文單元 陣列層，所述微圖文單元陣列層包括若干微圖文單元；
[0011] 所述微聚焦單元陣列層與所述微圖文單元陣列層相適配，從而使所述三維懸浮成 像光學(xué)薄膜在被自所述微圖文單元或從所述微聚焦單元一側(cè)觀察時(shí)有且只有能形成一個(gè) 懸浮于所述透明間隔層的懸浮影像。
[0012] 優(yōu)選地，所述微圖文單元的位置坐標(biāo)與所述微聚焦單元的位置坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。
[0013] 優(yōu)選地，所述微聚焦單元包括聚焦部和背向所述透明間隔層的表面設(shè)置在所述聚 焦部的反射結(jié)構(gòu)。
[0014] 優(yōu)選地，所述微聚焦單元陣列層、透明間隔層和微圖文單元陣列層的總厚度在所 述微聚焦單元曲率半徑的二分之一至三倍之間。
[0015] 優(yōu)選地，所述反射結(jié)構(gòu)包括單層介質(zhì)層、多層介質(zhì)層、金屬反射結(jié)構(gòu)中的至少一 種，或金屬反射結(jié)構(gòu)與介質(zhì)層組成的多層結(jié)構(gòu)。
[0016] 優(yōu)選地，所述微聚焦單元包括柱面反射鏡、球面反射鏡或非球面反射鏡中的一種 或幾種。
[0017]優(yōu)選地，所述三維懸浮成像光學(xué)薄膜形成的懸浮影像由所述若干放大的微圖文單 元組成。
[0018] 優(yōu)選地，所述微圖文單元包括微印刷圖案、填充顏料、染料的表面微浮雕微圖案、 線條結(jié)構(gòu)微圖案、印刷圖案中的一種或幾種組合。
[0019] 優(yōu)選地，所述微圖文單元與所述微聚焦單元的焦平面的距離小于或等于所述聚焦 微聚焦單元焦距的20 %。
[0020] 優(yōu)選地，所述微聚焦單元的直徑大于20微米且小于1000微米。
[0021]優(yōu)選地，所述微聚焦單元的焦距為10微米至2000微米。
[0022]優(yōu)選地，所述三維懸浮成像光學(xué)薄膜的總厚度小于5000微米。
[0023] 優(yōu)選地，所述微聚焦單元的所占的總面積在所在的第一表面總面積的60%以上。
[0024] 優(yōu)選地，所述透明間隔層的一個(gè)表面除去微聚焦單元陣列層的部分和/或所述透 明間隔層的另一個(gè)表面除去微圖文單元陣列層的部分設(shè)置有全息防偽單元、菲涅耳浮雕結(jié) 構(gòu)單元、光變單元、亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)單元、動(dòng)感光變單元、印刷圖案、介質(zhì)層、金屬層、涂覆有油 墨、熒光、磁性、磷性、選擇吸收或是具有微納結(jié)構(gòu)中的一種或幾種組合。
[0025] 優(yōu)選地，至少一個(gè)的所述微圖文單元的外部設(shè)置有保護(hù)層。
[0026] 優(yōu)選地，所述三維懸浮成像光學(xué)薄膜具有當(dāng)圍繞平行于所述透明間隔層的兩個(gè)表 面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)該三維懸浮成像光學(xué)薄膜時(shí)所述三維懸浮成像光學(xué)薄膜不會(huì)出現(xiàn)其他懸浮影 像的結(jié)構(gòu)。
[0027]本實(shí)用新型的有益效果：
[0028]( - )利用隨機(jī)或非周期排布的微聚焦單元，通過將位于透明間隔層第一表面的微 聚焦單元與位于透明間隔層第二表面的微圖文單元相適配，在觀察區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)懸浮 的、僅且有一個(gè)放大的微圖文單元影像，而非傳統(tǒng)的周期排布的多個(gè)放大微圖文影像。當(dāng)左 右或者前后傾斜該成像薄膜時(shí)，不會(huì)有其它的第二個(gè)放大微圖文單元的影像進(jìn)入觀察區(qū) 域，因而是更加引人注目的獨(dú)特的視覺體驗(yàn)，并且在正面垂直情況下就可以清晰觀測(cè)。 [0029](二)微聚焦單元焦距更短，理論上膜厚可以減少至透射式的六分之一，因而可以 采用口徑較大的微聚焦單元，不但有效降低了薄膜厚度，而且工藝容差大，克服了透射式器 件的圖案設(shè)計(jì)局限，使得復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)圖案應(yīng)用于莫爾放大器件成為可能。
[0030] (三)所述的3D成像薄膜，需要對(duì)位于透明間隔層第一表面和第二表面的微聚焦單 元和微圖文層進(jìn)行絕對(duì)對(duì)準(zhǔn)，因而對(duì)于對(duì)位工藝等方面有更嚴(yán)格的誤差要求，仿造成本和 技術(shù)難度大大增加，從而該薄膜也具有一定的光學(xué)防偽功能。<