莫尔成像薄膜的研究和应用进展.pdf

PRINTING AND DIGITAL MEDIA TECHNOLOGY STUDY Tol.229 No.2 2024.04印刷与数字媒体技术研究 2024年第2期（总第229期）OVERVIEW综述莫尔成像薄膜的研究和应用进展罗万里1,3，谢 一1,3，张 研3，郑伟伟4，申 溯1,2*（1.苏州大学 光电科学与工程学院，苏州 215006；2.苏州大学 苏州纳米科技协同创新中心，苏州 215006；3.深圳劲嘉集团股份有限公司，深圳 518052；4.苏州印象技术有限公司，苏州 215128)摘要 光场成像是一类新型的成像技术。作为光场成像技术的重要组成部分，莫尔成像薄膜以其优异的三维和动态成像特性，近年来引起人们的广泛关注。本文综述了莫尔成像薄膜的研究和应用进展，主要介绍了莫尔成像薄膜的成像原理，给出了莫尔成像薄膜中人们最为关注的放大倍率、取向角、立体景深和动感参数的基本原理和计算公式。进一步地，讨论了大幅面微透镜阵列模具的制备技术、分辨率大于8000dpi的纳米印刷技术和对准微纳压印技术。最后讨论了莫尔成像技术的未来发展机会和挑战，为莫尔成像薄膜未来在安全防伪、动态显示等方向的应用提供了借鉴。关键词 莫尔现象；微透镜阵列；纳米印刷；防伪中图分类号 TP391.41;TS8文献标识码 A文章编号 2097-2474(2024)02-01-10DOI 10.19370/10-1886/ts.2024.02.001Advances in Research and Application of the Moir Imaging Film LUO Wan-li1,3,XIE Yi1,3,ZHANG Yan3,ZHENG Wei-wei4,SHEN Su1,2*(1.School of Optoelectronic Science and Engineering,Soochow University,Suzhou 215006,China;2.Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology,Soochow University,Suzhou 215006,China;3.Shenzhen Jinjia Group Co.,Ltd.,Shenzhen 518052,China;4.Suzhou Image Laser Technology Co.Ltd.,Shenzhen 215128,China)Abstract Light field imaging is an emerging technology.Recently,moir imaging film has become an important component of light field imaging technique.It has gained immense popularity due to its outstanding three-dimensional and dynamic imaging characteristics.In this paper,the state-of-art progress in research and application of the thin moir imaging film was reported.By combining the micro-lens and micro-pattern arrays,the several visual effects such as three-dimensional and motion effects could be realized based on the moir phenomenon.The working principle of producing three-dimensional and kinetic effects was given,such as the magnified factor,the orientation 收稿日期：2023-04-06 修回日期：2023-06-14 *为通讯作者项目来源：国家自然科学基金面上项目基于域变换的微光场重构特性研究(No.62175172)本文引用格式：罗万里，谢一，张研，等.莫尔成像薄膜的研究和应用进展J.印刷与数字媒体技术研究，2024，(2)：1-10.2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 12024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 12024/4/26 17:07:262024/4/26 17:07:262印刷与数字媒体技术研究2024年第2期（总第229期）0 引言随着微纳加工技术的不断进步，诸多基于微纳结构的光电器件已经从实验室走进了人们的日常生活。基于微透镜阵列（Micro-lens Array,MLA）的莫尔成像薄膜就属于这一类微光学器件。当微透镜阵列与经过优化设计的微图案阵列（Micro-pattern Array,MPA）以一定方式叠加，在二维平面上就能够实现三维动态视觉图像重构和增强，既具有密集视场的优点，又克服了传统全息成像光效低、受光源影响大的缺点，因而无论在学术研究还是产业应用方面，都引起了人们的普遍关注。本文首先简述了莫尔成像薄膜的研究和应用历史。近30年来，在诸多科研人员的共同努力下，莫尔成像薄膜的视觉效果更加丰富，也走出实验室进入了大众的视野。其次，介绍了大幅面MLA和MPA制备技术。MLA由口径在微米到百微米的微型聚焦透镜按照一定分布方式排列而成，具有焦距短、体积小、轻薄和易集成的优点，在集成成像1、太阳能电池2、光电传感器3和光纤耦合器4等领域有广泛应用。要实现莫尔成像薄膜的大规模应用，需要在大幅面透明柔性衬底上低成本制作MLA。结合微光刻、热软融和纳米压印技术，可以实现MLA的批量化制作。对于MPA制备，结合激光直写和纳米压印技术，并利用纳米印刷技术，可以实现线条分辨率大于8000dpi的微图文。随后，阐释了莫尔成像薄膜产生的三维立体和动态视觉效果的基本原理和计算方法，特别是对图像放大率和取向角、3D立体景深和动感等主要特征进行了分析。最后，讨论了莫尔成像薄膜的未来发展的机会和挑战。总而言之，莫尔成像薄膜具有轻薄化、集成化和易识别的优点，在视觉安全、新型光学装饰等领域具有巨大应用价值。1 莫尔成像薄膜的发展研究18世纪的法国丝绸工人偶然将两块丝绸叠加在一起，发现在重叠区域产生了原先没有的非常绚丽的几何图样。这些几何图样就是莫尔条纹（Moir Fringe）。人们把这种以一定的方式叠加重复结构（如光栅、网格、点阵等）产生几何图样的现象称作莫尔现象5。1994年，Hutley6首次基于微透镜阵列提出了莫尔放大器（Moir Magnifier），即加厚版的莫尔成像薄膜。它由揭示层（微透镜阵列）、基层（微图案阵列）和透明间隔层三部分组成。MLA的周期为250m，焦距为500m。MPA的周期与MLA相同。当MLA层与MPA层之间存在微小夹角时，在叠加区域就会出现宏观的放大图像，并且具有垂直异动的动态视觉效果，如图1所示2。Hutley采用莫尔原理解释了这一成像效应。将MLA引入莫尔放大器，克服了以小孔阵列作为揭示层的莫尔成像器件中光能利用率低的弊端，具有三项优点：一是MLA有聚光作用，最大限度地利用了入射光能量；二是MLA能够还原真实光场，MLA结合MPA，保留了图像的水平视差和垂直视差，保证了大观察角，使得观察者在任何光环境下，不需要特殊的观察技巧就可以观察到具有立体和动态效果的三维图像；三是MLA的尺度在毫米到百纳米量级，具有高度集成、轻薄angle,the field depth and the dynamic parameters of the moir image.The fabrication method of the imprinting mold of the microlens array on a large format substrate was introduced.Furthermore,the micro/nano-imprinting technique with high alignment precision and the printing technique with a resolution of more than 8000 dpi was especially demonstrated.Last but not least,the opportunity and challenge of the moir imaging magnifier were discussed,which provides insight for the future applications of moir imaging film in fields such as security anti-counterfeiting and dynamic display.Key words Moir phenomenon;Micro-lens array;Nano-printing;Anti-counterfeit2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 22024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 22024/4/26 17:07:262024/4/26 17:07:263综述罗万里等：莫尔成像薄膜的研究和应用进展化和体积小的优点。然而，由于采用的微透镜口径较大（亚毫米级），导致所述的莫尔放大器厚度较厚，分辨率低，在实际应用上受到很多局限。随着微纳加工技术的不断进步，人们开发出了厚度不超过200m的薄膜型MLA莫尔成像器件，并在多个领域获得应用。国际上知名的微纳光学器件应用开发公司如德国Giesecke&Devrien、瑞典Rolling Optics和美国Crane Currency等均对莫尔成像薄膜给予了高度关注，将该技术视为新一代的视觉安全元件的发展方向。Crane Currency公司申请了基材厚度小于50m的超薄莫尔成像薄膜的发明专利7。超薄莫尔成像薄膜能够满足钞票对嵌入或者开窗安全线的要求，制成的薄膜厚度只有40m，微透镜口径30m，微图文单元大小13m，笔画线宽小于2m，采用卷对卷紫外微纳压印技术连续生产。2004年，第一批具有这一新型莫尔成像的安全线应用于1000面值的瑞典克朗。2010年，新版100面值的美元发行，它的嵌入式安全线（白色虚线框内）采用了莫尔成像技术，其上的数字“100”和“自由钟”图案会随视角变化发生移动和转换，如图2所示。迄今为止，已有30多个货币上50多种面额的钞票上使用了莫尔成像薄膜防伪安全线技术。在理论研究方面，Shen等8基于随机莫尔Glass效应，提出了基于均匀随机分布的透射式MLA和具有相似分布的MPA的莫尔成像薄膜。Glass效应莫尔成像薄膜的主要特点：1）在整个幅面内有且仅有一个放大图像，如图3a所示8，这是与周期阵列型莫尔成像的最大不同之处；2）在放大的莫尔图像周围，围绕着明暗相间的环状噪声，这一现象与1969年Glass9在Nature上发表的文章展示的效果相似；3）与周期型规则阵列结构类似，Glass效应也具有3D立体和垂直同/异向动态视觉效果；4）Glass效应中随机排布的MLA和MPA具有唯一的对准位置，即所谓的不动点，其制备难度远高于周期阵列型，因此更加难于伪造，更加适合于作为高端视觉防伪标识。在透射式基础上，研究人员进一步在MLA表面镀金属膜，提出了反射式Glass效应莫尔成像薄膜，如图3b所示10。在反射式薄膜中，观察者位于微图文阵列一侧。相比于透射式薄膜，反射式薄膜的厚度只是其1/6，并且由于其数值孔径较大，具有全视角可观测的优点，且不易受外部脏污影响成像质量。中国科学院光电技术研究所董小春等11-13发现了微结构动态显示的现象，从理论上分析了动态图2 新版100面值美元中的莫尔成像薄膜防伪安全线Fig.2 Security thread on the new 100 USD banknote using the moir imaging filma.透射式b.反射式SpacerReflective elementsMLAEyesMagnified visual imageMagnified visual imageMPAMPAEyes图3 基于Glass效应莫尔成像薄膜Fig.3 Moir imaging film based on Glass pattern图1 MLA相对于MPA旋转时产生的莫尔放大图像Fig.1 Moir image varying with the angle between MLA and MPA2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 32024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 32024/4/26 17:07:272024/4/26 17:07:274印刷与数字媒体技术研究2024年第2期（总第229期）图像显示的过程，基于MPA被MLA采集时互不干扰的原理，提出了多图形复合的动态显示技术。Hersch小组14-15研究了采用一维小周期柱光栅（16m）替代微图文阵列，利用聚焦光线的明暗变化对观察者的心理暗示，产生立体视觉效果的方案，如图4所示。利用激光直写可一次性完成微图文制备，无须超高分辨率印刷就能实现一定的对比度，降低了制作成本，且具有舒适的视觉观感。a.观察视角为0b.观察视角为20c.黑色-透明条纹与彩色图文组合形成的彩色莫尔图像 tilt=0tilt=20图4 一维线状莫尔成像薄膜Fig.4 1D level-line moir imaging film 2018年，浙江理工大学的Lou16-17发现使用点光源照射反射式莫尔成像薄膜时，会观察到两个一模一样的莫尔图像。它们互为孪生像，当点光源移动时，孪生像同步移动，如图5a所示16。这一现象与全息衍射共轭成像效应类似，不同之处在于微透镜阵列成像是基于几何光学的折射和反射。这里可获得一种具有光响应的莫尔成像薄膜，即当有点光源照明时可呈现清晰的悬浮像，没有照明光时则没有成像，如图5b所示17。通过改变照明光源的位置和方向，可以调控莫尔图像的转动、平移和缩放。这些特性使得反射式莫尔成像薄膜在三维显示、视觉防伪等领域的应用具有强烈的吸引力。2019年，成都光电所董晓春等12-13研究了一种通过周期阵列实现单一图像的莫尔成像薄膜。研究了微结构动态显示系统内部参数对图像质量的影响，对动态图形的图像质量进行了优化，通过分析观察距离对动态图形显示效果的影响，对微图形阵列的周期进行了补偿。基于周期MLA的莫尔放大图像，相比于随机阵列，对MLA和MPA的对准要求较高，容易出现串扰。各项研究表明，基于微光学元件的莫尔成像薄膜，通过组合微图文信息和微光学元件，能够呈现出多种视觉效果。2 莫尔成像薄膜制备关键技术莫尔成像薄膜的关键组件为MLA和MPA，因此其制备关键工艺包括MLA和MPA制版、对准微纳压印、纳米印刷和镀膜等工艺。成像薄膜厚度一般在100m左右，限制其微透镜口径小于50m。在制版时，MLA和MPA需要采用接近半导体级分辨率的光刻技术。为了达到最佳光学性能，MLA占空比尽可能高，表面粗糙度尽可能低，组成微图案的线条特征结构需要达到1.0m或者更小，且具有陡直的边壁。在批量化生产时，微结构转移复制技术需要满足高效率和高精度的要求，印刷分辨率要到达8000dpi以上，如图6所示。满足上述这些要求，才能实现低成本制备，并且能够呈现对比度高、清晰的莫尔图像。2.1 大幅面MLA制备技术MLA的应用和制备已经有一百多年的历史。a.孪生像现象b.光响应效应Piont lightsourceElementalimageReal3D imageReflectiveMLAVirtual3D imageMicro-patternarrayFloating imageLight onLight offLightsourceMicro-lens arrayPETReflective layer图5 莫尔成像薄膜的孪生像和光响应效应Fig.5 Twin imaging phenomenon and optical response in moir imaging film2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 42024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 42024/4/26 17:07:282024/4/26 17:07:285综述罗万里等：莫尔成像薄膜的研究和应用进展最早可以追溯到20世纪初期Lippmann 提出的集成照相术，其中采用了机械雕刻制备的毫米量级的MLA18。目前国际上对MLA制备方法的研究主要包括光刻胶热熔法19、移动掩模法20、纳米压印法21、离子交换法22、光敏玻璃法23、全息法24、电学驱动法25和液滴法26等。大幅面MLA最合适的制备方法是光刻胶热熔法，或者称为光刻胶热回流法。该方法制作成本低、周期短、效率高，其流程如图7a所示。首先通过对光刻胶曝光，显影后的光刻胶形成柱状阵列，再加热至熔融状态，利用液体表面张力使得柱状结构转变成球冠结构。设h是柱状体高度，D是柱状体直径，H是热熔后微透镜的冠高，R是曲率半径，如图7b所示。热熔前后，光刻胶柱状体和半球形微透镜底面直径保持不变。在理想条件下光刻胶体积守恒，可得式(1)。（1）由式(1)可得微透镜的冠高，如式(2)。（2）根据式(2)，采用掩膜曝光的方法制备柱状体时，柱状体的高度h是涂胶厚度，柱状体直径D是掩膜版的透光圆孔直径。因此调整涂胶厚度和掩膜版的透光圆孔的直径，可以调控微透镜形貌。通过热回流法制备的微透镜阵列的电子显微镜照片如图8所示。微透镜口径35.0m，矢高7.6m，在整个幅面上微透镜结构均匀、光滑，完全能够满足莫尔成像薄膜的使用要求。Ha.热回流过程b.热回流原理RDhxyR热熔 图7 热回流技术制备MLAFig.7 Fabrication of the MLA by thermal reflow methoda.俯视b.斜视45图8 热回流技术制备的MLA的电子显微镜照片Fig.8 SEM pictures of the MLA fabricated by thermal reflow method2.2 分辨率大于8000dpi的纳米印刷技术通常的印刷品中，报纸的印刷分辨率为150dpi，杂志和画册为300dpi，高品质书籍为400dpi。在基于MLA的莫尔成像薄膜中，薄膜厚度一般为100m或者50m，甚至更小，这限制了微透镜口径必须小于50m。组成微图文的线条宽度要达到2.5m，即大于8000dpi的印刷分辨率。一般的印刷技术无法达到如此高的印刷分辨率，因此，有必要开发分辨率大于8000dpi的高分辨率印刷技术。美国专利Micro-optic Security and Image Presentation System（US20080037131）提出了一种纳米印刷技术，如图9a所示27。首先，凸起的微图文模具在透明基材的一个表面上压印微凹沟槽，然后用刮刀将油墨填充进这些微凹沟槽，并将表面残数百倍的放大率平行-垂直运动效果下沉/上浮3D效果非线性运动神奇的视觉效果对准误差1.0m转角误差8000dpi(目前通用的打印分辨率600dpi)线条特征尺寸1.0m良好的颜色表达效果高印刷效率高分辨率印刷技术图6 莫尔成像薄膜的制备关键技术Fig.6 Key technologies for the fabrication of the moir imaging film2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 52024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 52024/4/26 17:07:282024/4/26 17:07:286印刷与数字媒体技术研究2024年第2期（总第229期）留的油墨去除，完成纳米印刷工艺。采用光刻工艺制备微图文模具，线宽可达亚微米级。进一步地，选择由百纳米级粒径颗粒组成的油墨，使更多的油墨颗粒能够填充微凹沟槽，提供更高的颜色饱和度。经过纳米印刷后的微凹沟槽结构内纳米油墨的填充情况如图9所示。微凹沟槽结构线条宽度只有2.5m，纳米油墨填充饱满，实现了8000dpi的印刷分辨率28。如果进一步降低压印材料表面能，改进纳米油墨填充特性，就能够获得更高分辨率和更充分的油墨填充。2.3 对准微纳压印技术微纳压印作为微纳加工技术，最大优势在于其制作线宽不受光学衍射极限限制，并行加工，工作效率高，特别适合在大幅面基底上批量化制作微纳结构。根据压印方式不同，微纳压印技术分为紫外（Ultra-violet,UV）压印和热压印。以紫外压印为例介绍其工艺步骤。首先，把对紫外光敏感的UV胶涂敷于基底（如聚碳酸酯、聚酯、玻璃和硅晶圆等）表面；然后，对模具施加压力，UV胶填充模具上的微纳结构并在UV光的辐照下固化；最后，将模具与基底脱模，完成压印。在UV 胶表面就形成了与模具结构互补的微纳结构。由于UV压印技术在室温下即可操作，施加的压力相对热压印较低，且UV胶保形性能较好，因此被广泛应用于微纳结构的高效率转移复制。2003年，Kim等29提出了将金属模具作为微复制的模板，制备了口径3230m、矢高5250m的微透镜阵列。2008年，Yang等30利用覆盖凹微透镜模具的软压辊和气压平台，采用压辊滚动和UV固化成型的方式，在柔性基板上实现了连续排布的微透镜阵列。微纳压印技术已经从实验室转向了量产工艺。在莫尔成像薄膜中，MLA与MPA必须满足晶圆级的对准要求。目前，能够满足这种对准要求的高通量微纳压印技术仍然是一项十分具有挑战性的工作。处于领先水平的是德国SUSS公司开发的Gen系列纳米压印机。它的工作原理是基于传统的光学对准曝光机，对准精度达到2m。该设备非常适合在晶圆上对准微纳压印，但是其在柔性基底上的对准精度还没有得到验证，加工效率也有待提高。3 莫尔成像基本算法莫尔成像薄膜中，需要对微图文阵列进行设计，以实现不同的莫尔成像效应。通常的莫尔成像分析方法主要包括系数方程法、傅里叶频谱叠加分析法、基频谐波近似法、频谱轨迹法和局部频率法等31-35。系数方程法常运用于光栅与类光栅莫尔图像分析，但该方法忽略了每条线的强度谱。它只能分析光栅中心线簇的叠加情况，且不能应用于二维莫尔以及随机莫尔效应。傅里叶频谱分析法可以应用在周期和非周期型叠加的莫尔成像中，但由于频谱在非周期型结构中用脉冲表示，导致分析复杂，一般不会选用。频谱轨迹法通过绘制频谱表示莫尔放大图像区域。该方法不需要进行傅里叶变换，计算量较小，但是在实际运用时需要绘制频谱轨迹图导致工作量较大。局部频率法相对于系数方程法只是采用了不同的数学表达方式，两者本质上并没区别。由于MLA提供了汇聚光线和视差，上述所列方法不能获得成像深度和动态等信息。对莫尔成像薄膜的光学特性进行分析需要结合具体的光学系统。在莫尔成像薄膜中，包含了作为取样层的MLA和作为基层的MPA。每个微透镜作为取样器，对微图文取样，最终形成综合的莫尔图像。因此，对于莫尔成像薄膜，图像放大倍率和取向角、3D立体景深和动感参数是人们关注的主要特征。3.1 莫尔图像的放大倍率与取向角莫尔成像的放大率M(r,)的计算与传统莫尔条b.填充纳米油墨的微凹沟槽a.纳米印刷工艺微沟槽纳米油墨刮刀图9 纳米印刷示意图及印刷线条的扫描电镜照片Fig.9 Schematic diagram of the nanoprinting technique and SEM photograph of microgroove with nano-ink2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 62024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 62024/4/26 17:07:292024/4/26 17:07:297综述罗万里等：莫尔成像薄膜的研究和应用进展纹完全相同。它由MLA与MPA的周期差和相对夹角计算得到。设MLA的周期为Tr，MPA的周期为Tb，它们的比例，夹角为，式(3)可得莫尔图像的放大率。（3）由式(3)推出莫尔图像与微图文的相对取向角，如式(4)。（4）由式(3)和式(4)可以看到，当夹角等于0 且比例r越接近1.0时，莫尔图像的放大率就越大。当r=1.0时，夹角越小，放大率越大，此时的莫尔图像取向角越接近于90，即莫尔图像相对微图文发生了90 的旋转。3.2 莫尔图像的3D景深基于MLA的莫尔成像薄膜可以实现3D立体图像效果，其显示原理如图10所示。设MLA周期Tr，MPA周期Tb，透明薄膜间隔层厚度d，薄膜的折射率n，莫尔放大图像高度h。为入射角，为出射角。当呈现上浮像时，需满足TrTb，如图10b所示。根据图10中所示的几何关系以及式(5)、式(6)可得莫尔成像高度h。（5）（6）当(Tr-Tb)0时，由式(5)和式(6)可得M0和h0，即得到关于原图像中心对称的莫尔放大图像；当(Tr-Tb)0和h0，即得到与原图像相同的莫尔放大图像。3.3 莫尔图像的动感效果利用莫尔原理，除了能够产生3D效果，基于MLA的莫尔成像薄膜还能具有随视角变化的动态视觉效果，如平行同向运动、垂直异向运动和旋转运动等。基于莫尔成像原理，将运动和变化的视觉效果引入静态图像中，因其与传统印刷图像有很大不故，因而十分吸引眼球。1）平行同向运动。当MLA周期Tr与MPA周期Tb不相等（TbTr）时，两层阵列完全无偏角（=0）地叠加，当TbTr时，莫尔图像悬浮于表面，当成像薄膜绕水平轴转动时，莫尔图像沿竖直同方向运动；当成像薄膜绕竖直轴转动时，莫尔图像沿着水平同方向运动。当TbTr时，莫尔图像下沉于表面，当成像薄膜绕水平轴转动时，莫尔图像沿竖直反方向运动；当成像薄膜绕竖直轴转动时，莫尔图像沿着水平反方向运动。平行运动效果与3D视觉运动视差理论相吻合，给观察者提供了完美的立体和动态视觉观感。2）垂直异向运动。当MLA周期Tr与MPA周期Tb相等（Tb=Tr）时，两层阵列以微小的偏角叠加，当成像薄膜绕水平轴转动时，莫尔图像亦沿水平方向运动；当成像薄膜绕竖直轴转动时，莫尔图像亦沿竖直方向运动。这种莫尔效应中特有的垂直异向运动效果，违背了人类的直觉体验常识，部分人群观察时会产生眩晕不适感。然而，由于其特殊的动态视觉效果，在钞票安全线中被广泛使用。2013年，瑞士洛桑联邦理工学院的Hersch等36a.上浮效果b.下沉效果hTbTrndhTbTrnd图10 莫尔成像薄膜的3D效果显示原理Fig.10 Schematics of the 3D effect by the moir imaging film2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 72024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 72024/4/26 17:07:292024/4/26 17:07:298印刷与数字媒体技术研究2024年第2期（总第229期）提出了一种基于变形算法的一维莫尔成像技术。采用周期62.5m、焦距范围在45485m的一维柱透镜阵列作为揭示层。基层MPA通过线状莫尔条纹算法生成。当MPA与一维柱透镜阵列之间有相对夹角时，能够呈现出旋转动态和放大等视觉效果。采用了激光直写结合精密电铸的方法，MPA的线条分辨率达到10000点/英寸，如图11所示36。a.设计的MPAb.MPA结构的显微镜照片一c.MPA结构的显微镜照片二d.一维柱透镜阵列薄膜e.柱透镜的扫描电镜照片一f.柱透镜的扫描电镜照片二50m200m200m100m1mm5mmLenticular arrayFlexible foil图11 一维莫尔成像薄膜Fig.11 1D moir imaging film除了上述的线性运动视觉效果，还可以利用弱变换理论，实现莫尔图像随视角变化的非线性运动效果。相关理论和实验结果可参考文献37。4 莫尔成像薄膜的应用莫尔成像薄膜具有独特的视觉效果和光学特性，如不受环境光影响，观察时无须佩戴额外的辅助工具，吸引人们在多个领域广泛探索其应用的可能性。作为视觉安全标识，莫尔成像薄膜已成功应用于钞票和高端证卡及标签。多个国家已对其高面值钞票进行了技术升级，或者推出新版钞票，将莫尔成像薄膜以开窗安全线的形式埋入持久耐用的纸张中。在反射光和透射光下可以见到开窗处的运动效果，其特征难于被仿造。在反射光下，移动图像在矩形窗口范围内，从基材内部发生时隐时现的变化。在成像薄膜表面进行套印，将印刷、防伪特征和基材结合起来进一步提高其独特的动感，并向伪造者提出了挑战。目前全世界所有的该类型防伪安全线均来自美国钞纸供应商Crane公司。国内中钞造币总公司也获得了自主知识产权，并将其应用于2022北京冬奥会纪念钞。在标签领域，由于莫尔成像薄膜需要双面对准压印，它的生成成本远高于普通印刷或者全息标签，目前只在少数高端产品上获得应用。在电子产品外观装饰领域，造型独特别致的外观设计和表面装饰已成为产品区别于市场上其他竞争者的重要因素和消费者的选择依据。智能手机、平板电脑、笔记本电脑等已广泛使用了基于微纳结构的装饰膜。特别是小米公司部分限定版机型已使用了莫尔成像薄膜作为外观装饰材料。从发展趋势上看，电冰箱、洗衣机、微波炉等家电类产品也将逐步使用相关技术。5 结语莫尔成像薄膜在技术和应用上获得的广泛认可和肯定，表明微光学成像器件正在走出实验室，走进人们的日常生活。本文综述了近年来莫尔成像薄膜的研究和应用进展。特别阐述了其关键制备技术，包括大幅面MLA制备技术、分辨率大于8000dpi的纳米印刷技术和对准微纳压印技术。在设计方面，给出了莫尔成像中最为关注的放大倍率、景深和动感参数的基本算法。基于MLA的莫尔成像薄膜技术也为我们带来了启示，随着微纳加工技术的不断进步，未来将能够研发出视觉效果更新颖、制作成本更低的莫尔成像薄膜，并能够在视觉安全、电子产品外观装饰、视觉感知和3D显示等领域获得应用。参考文献1 OKANO F,HOSHINO H,ARAI J,et al.Real-Time Pickup Method for a Three-Dimensional Image Based on Integral Photography J.Applied Optics,1997,36(7):1598-1603.2 KARP J H,TREMBLAY E J,FORD J E.Planar Micro-2024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 82024年2期印刷与数字媒体技术研究（拼版）.indd 82024/4/26 17:07:302024/4/26 17:07:309综述罗万里等：莫尔成像薄膜的研究和应用进展Optic Solar Concentrator J.Optics Express,2010,18(2):1122-1133.3 ARTZNER G E.Microlens Arrays for Shack-Hartmann Wavefront Sensors J.Optical Engineering,1992,31(6):1311-1322.4 EDWARDS C A,PRESBY H M,DRAGONE C.Ideal Microlenses for Laser to Fiber Coupling J.Journal of Lightwave Technology,1993,11(2):252-257.5 OSTER G,NISHIJIMA Y.Moir Patterns J.Scientific American,1963,208(5):54-63.6 HUTLEY M C,HUNT R,STEVENS R F,et al.The Moir Magnifier J.Pure and Applied Optics:Journal of the European Optical Society Part A,1994,3(2):133-137.7 RICHARD A S,MARK J H,GREGORY R J.Micro-optic Security and Image Presentation System:USA,20080037131 P.2008-02-14.8 SHEN S,LOU Y M,HU J,et al.Realization of Glass Patterns by a Microlens Array J.Optics Letters,2012,37(20):4248-4250.9 GLASS L.Moir Effect from Random Dots J.Nature,1969,223:578-580.10 ZHU J,SHEN S,WU J H.Security Authentication Using the Reflective Glass Pattern Imaging Effect J.Optics Letters,2015,40(21):4963-4966.11 董小春,杜春雷.微透镜阵列显示技术研究J.微纳电子技术,2003,40(6):29-32.DONG Xiao-chun,DU Chun-lei.Study of the Display Technique of Microlens Array J.Micronanoelectronic Technology,2003,40(6):29-32.12 HUANG P,HE C,FAN B,et al.Elemental Pattern Capture Method for Realizing Glass Moir Patterns J.Optics Communications,2020,456:124583.13 HUANG P,HE C,FAN B.et al.Analysis and Optimization of the Glass Pattern Realized by a Microlens Array J.Applied Optics,2019,58(36):9976-9982.14 WALGER T,RESSON T,FLAURAUD V,et al.1D Moir Shapes by Superposed Layers of Microlens J.Optics Express,2019,27(26):37419-37434.15 WALGER T,RESSON T,FLAURAUD V,et al.Level-Line Moirs by Superposition of Cylindrical Microlens Gratings J.Journal of Optical Society of America A,2020,37(2):209-218.16 HU J,LOU Y M,WU F M,et al.Twin Imaging Phenomenon of Integral Imaging J.Optics Express,2018,26(10):13301-13310.17 HU J,LOU Y M,WU F M,et al.Design and Fabrication of Ultrathin Lighting Responsive Security Device Based on Moir Imaging Phenomenon J.Optics Communications,2018,(424):80-85.18 LIPPMANN G.La Photographie Integral J.Comptes-Rendus Academie des Sciences,1908,(146):446-451.19 LIN C P,YANG H,CHAO C K.Hexagonal Microlens Array Modeling