CN100557525C - 用深层图象全息图作为保密装置的方法和深层图象全息图 - Google Patents

用深层图象全息图作为保密装置的方法和深层图象全息图 Download PDF

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Abstract

本申请描述了有深层图像全息图的全息光学元件HOE和用该HOE作为保密装置的方法。该深层图像全息图可用准直或至少部分准直光源观察到，该光源有电磁谱可见区内的中央波长和光谱带宽，其中准直或至少部分准直光源的光谱带宽至少部分重叠于深层图像全息图的光谱带宽。该深层图像全息图用通常室内灯等漫射光光源不能观察到，即基本上无法被人眼识别。

Description

用深层图像全息图作为保密装置的方法和深层图像全息图
技术领域
本发明涉及使用包含深层图像全息图的全息光学元件(HOE)的方法。该元件尤其可用作保密装置。
背景技术
全息照相是一种光学信息存储形式。其一般原理在许多文献，例如E.N.Leith和J.Upatnieks在SCIENTIFIC AMERICAN，212，No.6，24-35的“通过激光来形成全息影像”(1995年6月)中有所描述。简而言之，用来自如激光仪的准直光照射待拍照或显示的物体，放置一光敏记录介质(如照相底板)来接收该物体反射出来的光线。物体上的每个点将光线反射至整个记录介质上，介质上的每个点接收来自整个物体的光线。该反射光束称为物体光束。同时，一部分准直光由镜子经过物体直接传播到介质上。该光束称为参照光束。记录在记录介质上的是由碰撞到介质上的参照光束和物体光束相互作用产生的干涉图像。当随后照射经处理的记录介质并用合适方式进行观察时，来自照射源的光线被全息图衍射而重新产生了起初从物体到达介质时的波阵面，这样，全息图类似于一个窗口，通过该窗口能以完全三维的形式(包括视差)观察到该物体的虚拟图像。
通过使参照光束和物体光束从同一侧进入记录介质而形成全息图称为透射全息图。物体光束和参照光束在记录介质中相互作用形成了具有不同折射率的材料干涉条纹，这些干涉条纹与记录介质平面呈正交或接近正交。当用透射光观察全息图回放时，这些干涉条纹将光分解，产生了观察到的虚拟图像。这样的透射全息图可用本领域熟知的方法来产生，如美国专利3,506,327；3,838,903和3,894,787中公开的方法，这些文献均纳入本文作为参考。
通过使参照光束和物体光束进从相对的侧面进入记录介质(因此它们以基本相反的方向运动)形成的全息图称为反射全息图。物体光束和参照光束在记录介质中相互作用形成了具有不同折射率的材料干涉条纹，这些干涉条纹与记录介质平面大致平行。当全息图回放时，这些干涉条纹起到镜象作用，将入射光折回至观察者。因此，全息图是以反射方式而非透射方式来观看的。由于此类全息图的波长灵敏度非常高，因此可用白光来再现。美国专利3,532,406中公开了用离轴方法来产生反射全息图，该文献纳入本文作为参考。
越来越多的上述全息图被用作与商业产品相连的增强的保密装置(securitydevice)，如数字光盘、高密度磁盘、电子产品的电池以及其它易被伪造的产品。已知可用全息图来鉴别这些产品。在大多数现有技术文献中，这样的全息图是用冲压方法形成的表面有起伏(surface relief)的全息图。该方法可结合在产品的生产过程中。有文献记载，形成全息图(体相全息图)然后通过标签施加在产品上。尽管使用全息图对于保密装置是有利的，但是该方法有一个明显的缺点，因此全息图可以被伪造并被施加到假的伪造产品上。所以，这样的全息图邮戳或标记作为保密装置的价值有限。
因此，迫切需要有能提供比上述更高的安全级别的保密装置。本发明为这一重要需求提供了解决方案。
发明内容
本发明涉及一种深层图像全息图的重建图像进行观察的方法，该深层图像全息图(deep image hologram)在具有表面的全息光学元件内，所述方法包括提供深层图像全息图，它与全息光学元件的表面有相当大的距离，其中该深层图像全息图在漫射光光源下不能被人眼识别；用具有适合图像深度的中央波长(center wavelength)、光谱带宽以及照射角度的光源照射该图像，其中该图像可予以分辨(resolve)。
本发明还涉及一种确定制品真实性的方法，该制品含有全息光学元件，该元件包含深层图像全息图，其具有表面，所述方法包括以下步骤：(a)在待验证真伪的制品上提供全息光学元件，所述全息光学元件包含深层图像全息图，其具有表面，其中深层图像全息图距全息光学元件表面有相当大的距离，其中该深层图像全息图在漫射光光源下不能被人眼识别；(b)用准直或至少部分准直的光源照射该图像，该光源具有电磁谱可见区内的中央波长以及光谱带宽，其中该准直或至少部分准直光源的光谱带宽至少部分重叠于深层图像全息图的光谱带宽；和(c)只有在用步骤(b)中的合适准直光源相对于全息光学元件表面法线呈至少一个角度θ放置时能观察到深层图像全息图，才确定携带该全息光学元件的制品为真实的制品。
本发明还涉及包含在全息光学元件内的深层图像全息图，其具有一表面，其中该图像包含一全息图与全息光学元件的表面有相当的距离，其中该深层图像全息图在漫射光光源下不能被人眼识别。
附图简述
图1描述了产生后向光束(back-beam)全息图的实例。
图2A和2B描述了照相板的横截面放大图，描述在前向光束(front-beam)全息图和后向光束全息图的感光乳剂中干涉条纹排列的一个例子。
图3描述了从后向光束全息图再现图像。
图4描述了用来构建前向光束透射或表面有起伏的全息图(surface relief hologram)的排列。
图5描述了用来从透射全息图重新再现对象的真实无畸变图像的排列结构。
图6描述了一个物理模型。
图7和8描述了成象步骤。
图9描述光源光谱。
图10是描述反射全息图的光谱曲线的图表。
图11是描述与全息图曲线重叠的光源曲线的图表。
图12是描述物理模型的图。
图13是描述照射角度的图。
具体实施方案
本发明的一个实施方案利用了全息工业上用来产生全息图和从该全息图再现三维图像的体反射方法所产生的全息图，该方法包括在照相板上形成干涉条纹图案，其中携带物体(信息)的光束(object-bearing beam)和参照光束在照相板的背面碰撞，然后用至少部分准直的光源照射全息图来使图像再现，并观察再现的图像。部分准直的光源是这样的光源，其产生的至少一些光是平行的辐射射线形式。再现的图像可作为确认真实性的保密装置。光源可以是激光器的光或其它单色准直光源。后向光束全息图作为选择性的反射滤光器，在窄带波长内再现出呈单色显示的图像。在再现中可见的特定谱带很大程度上取决于构建物的几何结构。由于改变干涉条纹图案间隔的感光乳剂扭曲或收缩，再现颜色倾向于向较短的波长偏移。然而，在显影期间通过调节处理变量，可以控制光谱的偏移量。另外，全息图内可以储存多个图像以及采用有多个波长的辐射的图像。通过在白光内反射并进行观察，可以从后向光束全息图再现多色图像，每种颜色从全息图中选择性地反射出来，并在图像内合并，产生了呈真实三维的有色图像。
另外，参看图1，用合适的装置(如分光镜15)将来自准直的相干光源13的光束11分成参照光束17和入射光束19。入射光束19照射在物体21上。来自物体21的反射光或携带物体的光束23传到照相板25。参照光射17通过合适的装置(如镜子27)传到照相板25上，但其撞击由携带物体的光束23所照射的板25相对的一侧。这样就产生了干涉图案，并被记录在照相板25内。从分光镜15开始的参照光束17和携带物体的光束(19和23)的路径长度较好是大致相等的，但是如果光线是适当的相干光时，这不是必需的。相干光源产生的电磁辐射中有两组或多组具有等相关系的波。通常，相干光源仅仅在某一距离内是相干的。
当然，可以对使两个光束(携带物体的光束和参照光束)传递到记录装置相对侧的排列结构作相当大的变化。甚至可以使用两个分开的光源，只要它们的“相位是锁定的”(即，它们是互相干涉的)；当然，用于引导各光束的光学装置也可作方便地选择。
图2a和图2b是两个照相板的感光乳剂中产生的干涉条纹图案(20A、20B)例子的比较。图2a是前向光束全息图的例子，图2b是后向光束全息图的例子。产生这些全息图，然后取其截面以确定两种方法的干涉图案中的差别。已经知道，干涉图案是由两个光束相遇时波形的最大值和最小值而产生的。在图2a中，乳剂31位于透明基材33(如玻璃)上。在用前向光束技术曝光后，取显影板的截面并在显微镜下检查。乳剂31中深色银颗粒或干涉条纹35表示携带物体的光束和参照光束之间的干涉最大值，即驻波的波腹。这些干涉条纹35与照相板表面法线呈30-40度倾斜，这很大程度上取决于两个光束之间的角度以及它们撞击照相板平面时的角度。该角度与将携带物体光束和参照光束之间的角度二等分的线基本平行。前向光束技术所允许的最大角度受到乳剂31的折射率的限制，因而受到总内部反射的临界角限制，对于卤化银感光乳剂而言该临界角约为40度。在图2B中，照相板用来记录后向光束全息图，干涉条纹36离与照相板外表面平行差几度，且与将携带物体的光束23和参照光束17之间形成的角度二等分的线基本平行。图2a和图2b的这两个全息图都可称为专门的衍射光栅，但是显然它们的衍射特征是有很大不同的。因此，后向光束全息图可在反射的非相干光中再现，该性质是前向光束全息图所没有的。
图3显示了从后向光束全息图46再现图像。用不相干的光41(日光或白炽光)反射来照射全息图46，虽然观察者43看到的是反射的图像，但是他通过“全息图窗口”看到了物体41的三维图像45，就如同该物体在全息图46后面一样。如果乳剂在板处理期间不收缩，该图像具有用来形成全息图所用光的颜色。该方法在美国专利3,532,406中有进一步的描述，该专利文献纳入本文作为参考。
另一个方案是全息学工业中常规采用的表面浮雕法(surface relief method)。其通常方案可参见下文。图4描述了一种排列，其形成了常规的表面浮雕全息图。分束器14将来自激光器10的准直相干光12分为两个分量12A和12B。分量12A传递经过有镜头16和18的望远镜装置，以增加光束12a的横断面。它照射物体20。物体20使来自照射光束12A的光发生反射和散射。波阵面22是物体20反射和散射的光的一部分。波阵面22的形成在功能上与物体20相关。它入射到光敏材料24如照相板上。波阵面22含有关于物体20的光学信息。其中具有看见物体20的三维立体图所需的所有信息。
准直相干光12的分量12B经过一具有镜头26和28的望远镜，以增加其横截面并为波形提供预先选定的形状。用具有预先选定波形的光束12B作为参照。光束12B的波形应当是能够重复产生的。为此，使其在点P处会聚。参照光束12B也入射在光敏材料表面24上。参照光束12B的光和波阵面22之间在光敏性表面24上干涉而形成与物体22唯一相关的复杂的衍射图案。该图案是物体20的全息图。全息图或衍射图通常很复杂，因而很难用观看常规照片的方式来直接观看。需要用特殊的照射技术来观察对象的图像。
图5显示了适合用来照射前面产生的全息图54以及形成真实的无畸变图像58的方法。激光器50发生相干光52。镜头53指导光52通过焦点P，在该处形成点光源，然后给予其预定的波形55。选择照射光束52的方向和波形55，因此其代表了用来形成图4全息图的参照光束12B的时间反向(time reverse)。时间反向光束是这样一种光束，它具有与全息图像相关的方向和波形，因此它看上去是从具有相同波形的原始参照光束所汇聚的点散发出来的。具体地说，如果参照光束12B汇聚在光敏表面24远处的“p”点，则参照光束12B的时间反向是这样一种光束，它与全息图54相关，看上去是从具有与参照光束12B相同波形的P发出的。全息图54用图4所述的方法取得。当时间反向照射光55入射在全息图54时，全息图54的全息图像将一部分光55衍射到波阵面56。在衍射过程中，波阵面56靠全息图像形成了与波阵面22相同的波形，但是波阵面56是以相反方向传播的。波阵面56形成了真实的图像58。该真实图像58是幻视象，即，看上去起伏是相反的。可以通过在该图像所在空间放置照相材料来记录它。图像58中具有物体20最初在波阵面22中传递并入射到光敏表面24上的所有光学信息。
本发明实施方案所描述的全息图图像元件处于通常要避免的位置上，因为本领域技术人员认为该位置会产生有缺陷的、模糊的且不能使用的图像。这些图像元件产生了深层图像全息图。通常，在制造常规的商用图形作品或全息保密标记时，很多精力是放在使图像所有元件非常靠近全息记录材料表面。这确保了在非理想的照明条件下有最大的清晰度。通常，距离膜表面较大距离(通常超过0.318厘米，包括其中发现的所有数值)的图像的任何一部分将会是模糊的，这取决于具体的散射光条件。散射光是从其所入射的表面在一个角度范围内重新定向或散射的入射光。商用全息再现图像所设计的理想观察条件是散射光照，如荧光或白炽光。
本发明利用了上述常规方法，除了图像元件的位置之外。该图像元件放置于较远距离处，通常超过0.318厘米，且其中的所有数值均远离膜表面。该位置选择有效地使图像变得模糊或是隐藏了图像，其利用了体反射全息图的性质来使深处的图像在漫射光照条件下模糊。全息图技术领域的技术人员认为模糊的深层图像是“缺陷”。深层图像全息图的图像再现采用与制作全息图时所用光源类似的照射光源。光源(132)位于相对于全息光学元件(130)表面法线的角度θ在+55度至-55度的范围内(其中包括所有角度和部分角度)(见图13)。
用于观察本发明的深层图像全息图的合适光源是提供准直或至少部分准直的电磁谱可见区内的光的那些装置。合适光源的典型例子包括，但不局限于，激光器，包括激光指示器以及各种提供准直光或近准直光输出的便携式LED灯。在一个方案中，可采用准直光源，例如包括激光器。在另一方案中，可使用准单色或近准直的点光源，如便携式LED灯，或是漫射或扩张的激光指示器(laser pointer)。这些光源是相对廉价且相当常见的。用了这些光源可以使观察人员识别再现的图像。激光指示器的水平和垂直移动都会使隐藏的图像产生相应的移动。
散射光的“缺陷”表现为光源大小散焦和色彩模糊。当用与制作时所用完全相同的波阵面和波长来再现图像时，全息图以最大的逼真度再现了原始模型。通常，来自一点的球形波产生了最大的逼真度。
如果光源在一个方向或另一方向上放大或扩张，全息图实际上将该光源看成是角度稍有不同的许多点的阵列。这些点每一个都以相应的不同角度衍射并引导到全息图外，这些光源点每一个都形成了一个图像。这些图像通常是重叠的，它们以距表面的距离以及散射角度正弦值隔开。从这样的光源产生了模糊而非清楚的图像。图像离全息图越近，其毗邻图像的距离就越小。如果图像完全聚焦在表面上，那么延伸的光源末端之间的角度就不会引起图像分离，图像会呈现清晰。当用白色或宽频带光来照射全息标记时，色彩模糊会产生类似的效应。白光由不同颜色组成。当从全息图出来时，每种颜色以稍稍不同的角度散射。每种颜色形成了分开的图像。同样，图像距离膜表面越远，聚焦图像之间分开地就越大。每个图像也有稍稍不同的颜色。它们相互重叠，看上去是色彩模糊。体全息图具有一些颜色滤光特征，但是它还难以模拟激光器。这两个现象组合起来进一步增加了模糊。
在一个实例(见图6)中，制作了待作为最终全息标记的所有元件的物理模型(603、604)。蚀刻了鹰徽硬币样模型(603)和蚀刻了
Figure C20051000947900081
椭圆形标识(604)的元件位于相对于最终全息图表面的所需位置上。出于美学原因，打算使支持棒(601、605)以及基板(602)看不见，方法是使最大程度地减少撞击在其之上的激光量，将其涂成黑色和/或用玻璃来制成。基板通常是玻璃。另外，为了从审美角度平衡全息标记，在模型上放置了在支持棒(609)上的没有说明的元件(607)。
图7描述了固定在隔振光学台(701)上的模型，用产生扩散激光束(702)的光源(706)从与雕刻模型(603、604)法向呈大约45度的角度照射该模型。这是H1曝光步骤。在至少两个颜色版本中，在曝光期间将所选的模型元件覆盖住或移去。这防止了所选的元件在H1曝光期间接受激光。如果希望有其它颜色，可以重复该步骤。
然后，将扩散激光束关上，在模型中央上方约0.635cm处放置12.7×12.7cm的玻璃板，该玻璃板上涂布了接近透明的二色明胶。二色明胶(DCG)(703)是常见全息记录材料的一个例子。打开激光器数秒。大约90％的激光通过有涂层的板，撞击在物体模型上，然后反射回有涂层的板。进入的光和反射的物体光相遇形成了干涉图案，并记录在DCG涂层内。在化学处理后，涂层内产生了对应于干涉图案的折射率变化。它们称为干涉条纹。这些干涉条纹之间的距离非常小，其小于所用激光的波长。此时，有涂层的板看上去仍然非常透明。当这些干涉条纹遇到任何颜色的光，微观特征的衍射效应将颜色滤光并重新给光定向形成了最初物体的模糊图像。然而，当用与其曝光时相同的激光器重新照射并放回相同的记录位置时，图像在距离板的所有距离都显得非常清晰。在该方法的这一点上，该详细图像在散射光下是几乎完全无法辨认的，因为所有图像元件距离全息图表面大于0.635cm。
在具有至少两种颜色的实施方案中，首先曝光的元件将被覆盖，而首先覆盖的元件将被显露在外。第二个全息图用第一次曝光时覆盖或移去的元件以第一次曝光相同的方法来制作。对于每个额外的颜色，可以重复该步骤，直至获得所需数量的颜色。
在下一步骤(见图8)中，将第一次曝光并处理的DCG全息图(801)(通常称为H1)翻转，并放回其支架内。将模型移去。打开激光器，我们看到了浮在DCG板上方的无畸变的三维图像(802、803、806)。该图像通常称为虚拟图像。关闭激光器，将未曝光的第二DCG记录(804)板固定在离第一全息图(H1)上方大约0.635cm处。现在，雕刻鹰元件的虚拟图像恰好在第二记录板(804)的表面上。然后，再次打开激光器数秒，使板曝光并进行处理。这是原版全息图(master hologram)(H2)，它可放入复制机器中进行拷贝。
在具有至少两个颜色的实施方案中，对第一个H2进行处理，使得其仅能在激光器所选波长(例如488nm)下可以看到。第二个H2的处理使得其仅能在不同的激光颜色(例如514nm)下可以看到。将这两个H2夹在一起并对齐，以使两个元件位于正确的位置。将该夹层物放入复制器内，在表面上放置光聚合物膜。在这种情况下，将使用至少两个激光波长来进行曝光和制作拷贝。这两个波长例如可以是488nm和514nm。这些颜色可以使每个元件以其合适的预定颜色呈现并记录。然后，光聚合物经历标准的处理。通过改变方法，可以对完成的全息图进行调节或位移，以使深层隐藏的元件只有在用合适的LED等照射时才能被辨认。
当对光聚合物全息图进行处理并将其翻转时，其在散射的室内灯下在表面上有清晰的鹰徽图像。然而，背景图像是模糊的、不可辨认的，直至使用至少部分准直且与深层图像全息图光谱带宽至少部分重叠的接近点光源特征的光源(如LED或激光指示器)来照射图像。现在，不仅雕刻的鹰徽是清晰的，而且
Figure C20051000947900101
椭圆形的背景深层
图像也能被辨认且不会非常模糊。
背景信息是靠全息图在散射性室内灯(它不是点光源，而且是白色的(宽带))下模糊的自然特性而隐藏起来的。所需的背景深层图像只有在光源有中央波长、光谱带宽以及适合图像深度和细节使得深层图像被辨认的角度下才会清晰。
实施例
应当注意，本文发现的所有频谱测定值是辐射度，即，以定量方式测定电磁能量流。
实施例1
为了确定在不同光源下能被辨认的深层图像全息图的深度，构建42片0.9525cm宽、1.27cm高的模型。将文字大小为0.0762-0.08128cm宽、0.1778-0.22606cm高的蚀刻的
Figure C20051000947900102
标识胶粘固定在步进的阶梯状框架或支架上。步进深度增量为0.15875cm。
用上述相同方式照射模型并曝光。首先，制作H1DCG。该H1全息图在下次用反向照射，以再现该标识阶梯的真实图像。第二全息图H2用与上述最初鹰徽全息图类似的方式制作。图像平面聚焦在往下第8个标识阶梯上，其往下大约有1.27cm。产生的最终DCG原版全息图有向表面前方突出1.27cm的图像，8个图像为表面图像，34个图像在全息图深层。根据上文对鹰徽全息图的描述完成该方法。数据汇编在表1内。
Figure C20051000947900111
实施例2
构建一物理模型，该模型的所有元件都被包括在最终的全息标记内。元件相对于最终全息图的表面放置。图6描述了构建的物理模型。设计直径约为1.905cm、厚约0.079375cm的模型(603)，以模拟美国硬币上的鹰徽。它用雕刻用聚合物粘土制成，以某灰度涂漆，然后与大约0.15875cm的用于支承、隔振和隔热的金属环支座相连。对大约1.27cm×0.47625cm×大约0.079375cm的光-酸蚀刻在镁中的
Figure C20051000947900121
椭圆形标识(60)涂漆，抛光，然后连接在鹰徽模型翼端之间的相同环上。然后将该结构与黑色的5.3975cm×0.318厘米的螺钉相连。然后将该组装件连接在10.16cm×12.7cm×0.318厘米的透明玻璃板的靠近中央处。第二个较小的0.9525cm×0.635cm×0.15875cm光-酸蚀刻在镁中的、涂漆并抛光的
Figure C20051000947900122
标识模型与1.5875cm×0.318厘米的黑色螺钉相连。这一较小的组装件也连接在鹰徽组装件所连接的相同玻璃板上，但是距离固定鹰徽的螺钉基部中央向右并向下各移动大约1.27cm。这使得鹰徽表面到小标识的距离约为2.7517cm。另一镁块(607)为大致相同的矩形尺寸，其顶表面上涂有杂乱的标记(608)，将该镁块置于玻璃板上与
Figure C20051000947900123
小标识大致相对的位置上。后一放置是为了使图像在视觉上平衡。
H1的照射和曝光
然后将组装件与具有稳定金属支架的隔振光学台相连。在该模型组装件上，有另一稳定的支架连接在台子上。该支架夹持住涂布了二色明胶(DCG)的玻璃板(H1)用于第一次曝光。二色明胶(DCG)是常用的全息记录材料，其众多文献中有所描述，例如参见Rallison的“DCG以及非银全息材料的控制”，网址如下：http://www xmission com/～ralcon/dcgprocess/p1.htm。
在将DCG板放置到位前，使在空间上滤过的缓慢发散的激光光束与模型法向呈45度。该光束用来照射模型元件和DCG记录材料(当其放置到位时)。出于美学原因，通过最大程度地减少撞击在支架螺钉和基板上的激光量，使它们基本上不可见。这使得不照射模型的激光大部分传递到达固定板下方的黑色吸收物上。所用的激光器为Coherent Sabre氩离子激光器(Coherent Inc.，Santa Clara，CA)，其设定在2瓦和488nm。足够的曝光通常需要大约50-70mJ。用Coherent Inc.Field Master功率表，将来的DCG表面上的功率设定为大约2500uw/cm，通常的曝光时间为20秒。
然后，关闭扩散激光束。在本实施例所用模型的构建期间，使DCG板在湿度为大约54％的室内湿润2小时。各批DCG的曝光和湿润时间可以不同。因此，需要用反复试验逐步逼近法来寻找正确的曝光和处理条件。反复试验逐步逼近法是本领域技术人员所熟悉的。将涂布了接近透明的DCG的12.7×12.7cm玻璃板固定在鹰徽模型表面上方0.635cm处，使其在模型上方的中央。在曝光前，提供5分钟的静置时间，以消散模型、光学装置、光学台以及室内的热量和振动。然后，打开激光器前的快门20秒开始曝光。约90％的激光通过有涂层的板，从模型反射回来，然后返回至DCG板的背面。射入的光与反射的物体光在背面相遇，形成干涉图案并以干涉条纹的形式记录在DCG涂层内(见图7)。
化学处理
曝光后，将DCG板放在Kodak定影浴中45-60秒。然后将其立即放在80-120°F的水中大约4秒，再在另一80-120°F的水浴中放置大约4秒。然后，将其放入130-140°F的80％异丙醇20％水浴中放置大约4秒，再在2个连续的130-140°F的100％醇浴中各放置2秒。然后，将该曝光的DCG平板浸泡在最后的100％醇浴内数秒，这时间长得足以使板能缓慢地从浴中取出以促进均匀的排水和干燥。
板是可以观察的，但是膜是膨胀的，所以图像的再现对于下一步曝光步骤而言太早(green)了。用以下脱水方法将颜色调至原始的曝光波长488nm。将板放回80％乙醇20％水浴中4秒，然后在100％的醇浴中清洗，并缓慢取出。此时，H1中的图像在漫射光下几乎完全不能辨认，因为所有的图像元件都离全息图表面0.635cm以上。
H2的曝光
在该曝光步骤前，将曝光的并经处理的H1板翻转，然后放回夹持器内，移去模型。打开在488nm下的激光器的快门，以45度但从背面照射H1(时间反向照射)，在DCG板上浮现最初模型的可观察图像。关闭激光器，将第二个未曝光的DCG记录板固定在第一个全息图H1上方约0.635cm处。鹰徽模型元件的可观察图像聚焦在第二记录板H2的表面上。再次打开激光器，曝光时间、波长和功率水平与上述H1所用的基本相同。用与H1相同的方式对板进行化学处理和调节，只是调节的目的波长为476nm。稍稍改变在浴中的时间可使其调节到新的波长。现在这是原版全息图。在将薄的玻璃片层压到膜面并用UV固化粘合剂来保护后，该原版全息图即可用于复制。
H2的复制
将上述原版全息图(H2)置于全息图复制器(
Figure C20051000947900131
Holographics，Logan，UT的夹具内。HRF734ng光聚合物复制膜(E.I.度Pont de Nemours&Co.，Inc.，Wilmington，DE)挤压/层压到其表面上。将准直的相关激光束以45度、476nm的波长以及大约1.25mw的亮度射到该膜原版层压物上40秒。然后从H2上拿起复制膜，按卷(by web)移动到UV 2.6+瓦、368nm的浸入站(flood station)40秒。将曝光的UV固定的膜层压到调色膜CTF 146(E.1.du Pont de Nemours&Co.，Inc.，Wilmington，DE)上并以3米/分钟的速度通过101℃的烘箱。这样取得了峰波长为约530-550nm的全息图成品。然后使其以3米/分钟的速度通过150℃涡管烘箱(scroll oven)。在将膜从烘箱内取出后，将其背面层压在双面黑色粘合剂上。在其前面有单面清晰的保护性外涂层。
此时，全息图已经完成。现在，在漫射光照条件下能容易地看到鹰徽图像元件，但是深层隐藏的
Figure C20051000947900141
标识是模糊的，其只有用单色准直或点光源光才能辨认。有用的光源类型是激光器、LED以及窄带的经滤光的白光。用于该实施例的合适光源是LED，其有518nm峰，且有40nm的四分之一峰全宽(full width quarter max，FWQM)。还有峰为532nm、FWQM为8nm的绿色激光指示器，以及峰为532nm、FWQM为14nm的窄带经滤光的白光。这些范围之外的光源产生了不可辨认的隐藏图像。见表2以及表示照射光源光谱曲线的图9。FWQM定义为在峰一侧25％的强度至峰另一侧25％强度的全部光谱。另外，图3给出了照射角度，其中光源在相对于全息光学元件表面法线至少呈角度θ的位置。
表2
  样品   FWQM(nm)   峰波长(nm)   波长范围(nm)
  蓝色   42   470   450-492
  绿色   58   518   492-550
  红色   36   638   620-656
  橙色   28   594   580-608
  绿色#2   56   506   480-536
  绿色激光器   4   532   530-534
  红色激光器   8   652   648-656
  绿色滤光器   14   532   522-536
为了能有效地工作，光源的光谱FWQM应当与最终调节的全息图的光谱曲线FWQM在某角度内至少部分重叠。见表3以及图10，图10显示了在3个不同角度下用白光照射的全息图的光谱曲线。见表4以及图11中光源曲线在全息图曲线下方的例子。
表3
  样品   FWQM(nm)   峰波长(nm)   波长范围(nm)
  全息图<sup>*</sup>35°<sup>**</sup>在0°出去(out)<sup>***</sup>   88   590   534-622
全息图<sup>*</sup>45°<sup>**</sup>在0°出去<sup>***</sup> 92 580 522-614
  全息图<sup>*</sup>55°<sup>**</sup>在0°出去<sup>***</sup>   96   572   512-608
*鹰徽和深层图像全息图
**照射角度
***法向观察角度
表4
组合的光源和全息图数据
  样品   FWQM(nm)   峰波长(nm)   波长范围(nm)
  全息图35°在0°出去   88   590   534-622
  全息图45°在0°出去   92   580   522-614
  全息图55°在0°出去   96   572   512-608
  绿色   58   518   492-550
  绿色#2   56   506   480-536
  绿色激光器   4   532   530-534
  红色激光器   8   652   548-556
  绿色滤光器   14   532   522-536
实施例3(预计例)
本实施例描述了制作有浮雕的深层图像全息图。
第一透射全息图(H1)将在任何特别用于全息术的记录材料中制作。膜包括光聚合物、卤化银、光致抗蚀剂、二色明胶(DCG)、热致变色材料(thermal)、光致变色材料、电致变色材料等。模型的构建与实施例2一样，采用体反射全息技术。曝光时间、曝光能量、激光器、波长、光几何以及曝光后的处理将根据记录材料的需求来选择，这些均是本领域技术人员力所能及的。记录装置与实施例2中指定用于反射方法的装置非常相似。对于采用光致抗蚀剂或其它产生表面起伏的记录材料和/或方法的某些光学设计，曝光过程可以在此停止，该H1将直接用于平板制作。关于基本的H1几何学可见图5的步骤1。
然后，来自步骤1的经处理的H1在反向共轭方向中照射，产生原始物体的真实图像。涂布了光致抗蚀剂或其它产生表面起伏的记录材料和/或方法的玻璃板置于真实图像的附近。光致抗蚀剂板与真实的突起以及文字大小和/或图像信息之间的距离确定了深层隐藏的图像在各种光照条件下的能见度。然后，用标准的光致抗蚀剂处理技术来处理光致抗蚀剂板，产生了具有全息图信息的表面起伏的图案。在某些情况下，从光致抗蚀剂原版直接复制获得塑料原版。在另一些情况下，通过电镀将光致抗蚀剂或塑料原版转变成金属(通常是镍)浮雕原版。然后，将该浮雕原版(垫片)连接在压花机的转鼓上。然后，该垫片的表面起伏被加热加压在压花机的塑料薄片内。该塑料制品上可以涂覆有较柔软的接受层。它也可以涂覆有能在加压后硬化的UV固化油墨。该塑料制品的接受层上还可预先涂覆反射性金属，其也可在加压后涂覆。该塑料薄片产生了深层图像全息图，当用特殊的光(如接近的点光源光)照射时，它以类似于体反射深层图像全息图的方式表现。
实施例4(预计例)
深层图像全息图可在没有表面全息图像(603)的情况下工作。该全息图用与实施例2中深层图像全息图几乎一样的方式制作。但是，H1阶段的原始模型只包括处于深处的、在其最终形式中只有用特殊光源才能看到的这部分模型。另外，现在可以通过将深层元件置于希望的确切深处以及稍稍调节模型以改变照射角度来消除第二阶段的全息图。
实施例5(预计例)
深层图像全息图可在没有表面全息图像(603)的情况下工作。该全息图用与实施例2中隐藏图像全息图几乎一样的方式制作。但是，H1阶段的原始模型只包括处于深处的、在其最终形式中只有用特殊光源才能看到的这部分模型。见图12。另外，现在可以通过将深层元件置于希望的确切深处以及稍稍调节模型以改变照射角度来消除第二阶段的全息图。
在全息图表面或是上方层压物(over-laminate)上可以通过打字、油墨印刷或丝网印刷的方式来印制图片或印花。这些印迹在通常条件下是很容易看到的，但是要看深层的或突起的隐藏图像需要使用特殊的光源。
另一种变化方案是分别构建分开的全息图，该全息图具有深层/突起的隐藏图像或表面起伏的元件。另外，也可将它们组合起来。分别构建的全息图也可以层压在原始全息图的上方。其结果与原始隐藏图像的结果非常类似，其原理是有一个很容易看到的表面图像元件。
可采用常用的粘合剂如Lintec 1密耳面涂层、CCG 2密耳Scratch抗蚀剂或Polatechno application documents-20。当这些粘合剂直接接触记录材料时，它们都会影响光聚合物全息图。然而，对于某些
Figure C20051000947900161
的产品如“Value”，其变化在可以忍受的范围内。这些变化可以一定程度地满足用户的需求。

Claims (6)

1.一种观察深层图像全息图的再现图像的方法，所述深层图像全息图包含在具有表面的全息光学元件内，所述方法包括：
提供深层图像全息图，所述全息图产生的图像距离全息光学元件表面至少0.318厘米，其中所述全息图产生的图像在漫射光光源下不能被人眼识别；和
用至少部分准直的不相干的光源照射该深层图像全息图，所述光源的光谱带宽至少部分重叠于深层图像全息图的光谱带宽，其中所述全息图产生的图像予以分辨。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述深层图像全息图用体反射方法形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述深层图像全息图用浮雕法形成。
4.一种确定制品真实性的方法，该制品含有具有表面的全息光学元件，该元件包含深层图像全息图，所述方法包括以下步骤：
(a)在待验证真伪的制品上提供全息光学元件，所述全息光学元件包含深层图像全息图并具有表面，其中所述全息图产生的图像距全息光学元件表面至少0.318厘米，使得所述全息图产生的图像在漫射光光源下不能被人眼识别；
(b)用至少部分准直的不相干的光源照射该深层图像全息图，该光源具有电磁谱可见区内的中央波长以及光谱带宽，其中该至少部分准直光源的光谱带宽至少部分重叠于深层图像全息图的光谱带宽；和
(c)只有在用步骤(b)中的光源相对于全息光学元件表面法线呈至少一个角度θ放置时能观察到全息图图像，才确定携带该全息光学元件的制品为真实制品。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述相对于全息光学元件表面法线呈至少一个角度θ在大约+55度至大约-55度的范围内，其中包括所有度数。
6.一种在具有表面的全息光学元件内的深层图像全息图，所述全息图产生的全息图图像与全息光学元件的表面距离至少0.318厘米，其中该全息图图像在漫射光光源下不能被人眼识别、但在至少部分准直的不相干的光源下能被人眼识别。
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