CN101809510B - 用以制造高分辨率反射全息图的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种藉由一主板(3)用以制造一反射全息图(RH)的装置(1)，该主板是由一基板所形成，在该基板上藉由模制、机械或微影方法形成一锯齿状结构(5)。所述的结构(5)具有一反射抛光结构，可以反射或金属化，并且后续填满一透明层(6)或一波长选择层(6)，以便在该结构(5)上制出一想要的表面。一激光光源(7)的光是藉由一光学装置例如一透镜(8)加以扩大，因此能得到一光束(9)，该光束具有一预定光束宽度，该光束(9)照射该主板(3)，并且由该结构(5)加以反射，反射光束与该入射光束(9)成一角度α。设置在该结构(5)上方的该平滑表面，上方设置有一光敏聚合薄膜(10)，该光敏聚合薄膜包含一感光层(11)，该感光层的位置与该结构(5)相距一段距离(d)，该反射全息图(RH)是在所述的感光层中制出。当所述的组件由该激光光源(7)的光束(9)照明时，该入射光束(9)与该反射光束互相干扰，并且在该感光层(11)中制出一反射全息图，该反射全息图具有该主板(3)的结构(5)的功能，在此一锯齿状结构(5)的情况中，在该复制中因此产生所谓的一全息反射镜，该全息反射镜明显地具有一特性使一垂直入射光根据该特性在一角度偏斜。

Description

用以制造高分辨率反射全息图的装置

技术领域

本发明根据权利要求1的前言，涉及一种用以制造高分辨率反射全息图的装置。 

背景技术

为要制造一反射全息图，传统上是依一方式在一主全息图上沉积一感光材料如感光膜，使光线导引到该主全息图上，并且在该薄膜的方向中反射，其中该光线是由一激光光源提供，并且可以是白光(红/绿/蓝)以及单色光。此一方法及用以实施该方法的装置是揭示在专利文件DE102005029853A1中，所揭示的主全息图优选是属于多层结构，所述的光线藉由滤光镜分光所得到的不同颜色成分是由不同的层选择性地反射。此一复杂多层主板的制造费用昂贵，原因是必须提供数个单层，将具有相关波长及记录以及重建角度的功能，这些功能为了可靠地避免颜色改变是完全一致的。 

此外，传统上可能制造一光学可变的表面图案，该表面图案具有至少一图形设计是由数个明暗区域所组成，若该设计的那些区域具有每毫米少于250的线条数及此一外形，则该图形设计的明亮区域在一特定入射角中会看来似乎是无色的。此一制造个别图案的方法已揭示在德国专利案DE 69607857T2中。此外，在欧洲专利案EP 360069B1中已揭露如何提供数个具表面零件的绕射组件，所述的绕射组件将具有一高亮度颜色，所述的表面零件包括数个不对称形状如锯齿状的浮雕结构，用以提供一绕射光栅。所述的绕射光栅主要是反射在第一绕射阶内的入射光，这是所述的绕射光栅随着入射或观看角度改变而改变颜色的原因。可得到的不对称量，即绕射到第一阶绕射的光强度的关系式，通常是3∶1 及至多30∶1。 

在安全相关应用领域中，例如在防篡改档、准许进入或识别(ID)标签等领域中，对于反射全息图的制造，想要提供一种个人反射全息图，这种个人反射全息图例如会包含个别所有人的照片以及编号和数据，该反射全息图另外可应用来测量相似全息图、符号、图案等等。 

若用在安全相关的应用领域中，先前技术所揭露的不同群的这类措施尚嫌不足或极难以制造及/或操作。 

发明内容

本发明的目的是为提供一种上述类型的方法，该方法可应用在个别领域中，实务上可轻易达到降低成本，并且容许个人化全息图以及个人化反射全息图的制造。所述的目的可由一种具有如根据权利要求1所述特征的装置来满足，在后附的权利要求附属项中提供数个有利特征。 

本发明的一特别有利实施例为经由结构化的一主板在一感光层中制造高分辨率的反射全息图，具有一激光光源，该光源发射一组光线到一使用者定义的主板上，其中该主板的结构大于该激光光源所发射光线的波长，及其中该主板的结构具有一镜面，将制造的反射全息图的最大分辨率是依以下各项而定：感光层与该主板表面之间的距离，以及激光光源的该光线组的宽度，及主板入射光线组与结构反射光线组所定义的角度。 

一种特别有利的装置，其特征是：反射全息图的最大分辨率是由光线的最小宽度的相关性所定义，光线的最小宽度等于感光层与主板表面之间的距离配合主板入射光线组及结构反射光线组所定义角度(α)的正切的乘积，可由公式R＝d tan(α)表示。 

此外，若根据传统的成形、微影或机械方法以制造该主板的结构，亦将得到一种有利的装置。 

一种特别有利的装置，其中可在一主板的结构内提供一或多个子结构，例如该结构可提供成一个在一主体如圆柱体上具有不同光学特性的 多维图案，以及该结构包括像凹镜及/或像透镜配置的数个组件，以及该结构依一方式设置，使特别选定的入射光线与特定结构结合，而能制造出一个多维的反射全息图。 

亦可得到一种有利、创新装置，是藉由在该主板结构化的一侧上加上一透明填充层，用以提供平坦表面，及其中在该填充层上方提供一扩散屏幕结构。 

一种特别有利的实施例具有不同、波长选择特性的数个填充层，此外是透明或不透明的，及这些填充层是由使用者定义区域及尺寸，以及是单层或多层的结构，而且能调适成覆盖滤光镜或吸收层。 

一种创新装置特别有利，是在传统的接触印刷方法中藉由各激光光源可得到一反射全息图，其中该感光层优选地提供作为一光敏聚合薄膜，该光敏聚合薄膜设置在该主板结构与该激光光源之间。 

一种创新装置亦为有利，该装置可相对于该感光层如一光敏聚合薄膜而移动，或该装置具有一单元可藉由滚动而可直接或间接设置以用于层应用，藉此可在该感光层上方提供一个可变图案，该图案作为滤光镜以用于该激光光源所发射的光线组。该滤光镜可特别地藉由印刷该光敏聚合薄膜的表面而得到，例如藉由在该表面上印刷彩色及/或光学滤光镜。 

在一实施例中，若该滤光镜提供作为透明度可变的一个单元例如作为控制数组或液晶显示(LCD)单元，则该实施例亦为有利。 

特别有利的是该感光层上方的一个材料设置，这个配置将提供该感光材料的局部阴影，可藉由适当方法使用一材料，这种材料包括一个别 穿孔或像光罩的结构。 

所述的材料例如可以是一种激光切割、非透明或波长选择的材料，例如塑料色带，该材料容许穿孔区域内的曝光或紫外线(UV)曝光，以及在该穿孔区域内产生一全息图，但是在阴影区域中不会改变反应率，即保持这些阴影区域不变，使这些区域中可产生另外的使用者定义全息图，其中该创新装置优选在此一方式中设置，使各曝光将实施在该薄膜的不同侧。 

一种创新装置若具有一激光光源建构作为白光(红/绿/蓝)激光或作为单色激光，则特别有利。 

附图说明

图1是以示意图绘示一种用以制造反射全息图装置的一般原则； 

图2详细绘示图1的一部分； 

图2a、2b、2c及2d绘示不同的透明及非透明互动层及滤光镜的各个配置； 

图3是依循图1原则的一个配置细节，但具有一个具迭置结构的主板； 

图4是以侧面图绘示一个具有可多维移动结构产生单元及曝光单元的装置； 

图5是以上视图绘示一个具有可多维移动结构产生单元的装置； 

图6是用以产生可变图案的一单元，该单元可相对于该光敏聚合薄膜而移动； 

图7a至7f是各种不同的表面组件。 

主要组件符号说明

R＝光线组的宽度 

d＝结构与感光层之间的距离 

RH＝反射全息图 

KRH＝无反射全息图 

W＝自动输送构件 

T＝槽沟；一表面内的子结构 

1装置 

2、11感光层 

3、23、26主板 

4、25基板 

5、24结构 

6至少部分透明填充层，用以提供平滑表面 

7、29、29.1、29.2、29.3激光光源 

8光学控制；透镜 

8.1光学有效组件 

9光线组 

10、30光敏聚合薄膜 

12感光层的非曝光区域 

13透明材料；载体 

14非透明层或材料 

15非透明层 

16滤光镜；吸收层 

16.1、17一体成型滤光镜 

18穿孔；剪下图样 

19非透明材料 

20透明材料 

21滤光镜；波长选择填充层 

22波长选择主板 

24.1结构/迭置结构 

27、27.1、27.2、27.3结构；结构化组件 

28可控制单元 

31液晶显示(LCD)组件 

32数组、可控制、数字式微镜面装置(DMD) 

33紫外线(UV)光源 

34载体 

35控制单元 

36印刷构件 

37曝光单元 

38结构 

39平坦反射表面 

40结构 

41球形反射表面 

42结构 

43不同反射表面 

44空间结构 

具体实施方式

图1以示意图举例说明一种用于一反射全息图RH制造的装置1的原则，该装置具有一主板3，该主板是经由一基板4而提供，经由机械或微影方法或模造方法已在该基板上产生一锯齿状结构5。实施结构5的产生可根据传统的原则，但事实上它的结构特征在于，相对于用以产生该反射全息图的光波长，该结构特征是大的。虽然如此实施，但是该结构特征是属于完全可选择性质，并不应该认定是局限于举例说明的锯齿结构或平面结构，以下也会详细说明这些结构。结构5制造成如镜子的结构或后续将会如镜子般，并且在下一步骤中将依一方式将一透明或部分透明层6附着到结构5，使结构5上方如需要得到一平滑或部分平滑表面。 

一激光光源7的光经由一光学构件如透镜8导引，用以提供具有一预设宽度R的一群光线9，该激光光源可视需要随时打开及关闭，该群光线9照亮该主板3，并且在镜子结构5以相关该入射光线组9的一角度α反射。 

在结构5的表面上方设置一光敏聚合薄膜11，该光敏聚合薄膜在与结构5一定距离d的地方具有一感光层2，其中将制造反射全息图RH。 结构5可沿着该光敏聚合薄膜的底部或表面设置，若将此设置曝光到激光光源7的光线组9之下，该入射光线组将在感光层2内与该反射光线组互相干扰，并且产生一反射全息图，该反射全息图将得到主板3的结构5的功能。在锯齿状结构5的本范例中，将得到一个所谓的全息摄影镜，该镜将垂直地偏斜在一特定角度的入射光。 

在图2中，以较大比例尺详细说明根据图1的配置细节，所述的主板3在一基板4上具有一镜子结构5，该结构5模造成一列锯齿。结构5已由一层6加以填满，在此范例中该层是透明的，用以在该主板上方提供一平滑表面。层及表面的形状可如图2a及2b所举例说明的。一入射光线组9在镜子结构5反射，并且将在感光层2内由入射光线组9与反射光线组的互动加以干扰。 

若相关用以曝光的激光光9的波长，结构5的分辨率是大的-表示大于30微米-，则所选的结构5是完全无色的，意即利用各可用激光光源7，可将一结构的功能复制到该感光膜11中。相较于先前技术通常应用的全息母板，其提供作为表面光栅或体积全息图都较差，具有如此结构的主板3是个彻底完美的主板。 

在图1所示的环境内，结构5的表面与感光层11之间的距离d可以极小，造成该反射全息图的极高分辨率，意即图片元素(即像素)的最小尺寸可再减少。光线(即光线组9)的曝光路径的最小宽度，其对应到结构组件的最小尺寸，是为提供感光层2内的对应、反射结构，由该层的区域内入射与反射光线的干扰需求所定义。因此，可由结构5与感光层2之间的距离以及入射光线组9及该反射光线组所定义的α角而得到最小像素尺寸，这些元素的相互关系由公式R＝d tan(α)表示，其中”R”标示光线组9的最小宽度，”d”标示结构5与感光层2之间的距离，该距离将与α角的正切相乘，该角度是由入射光线组9及该反射光线组所定义。 

在图2a中，以较大比例尺详细图说明根据图1的配置，该感光层覆盖一透明材料13，例如藉由印刷方法已施加一滤光镜到该材料上，该滤光镜是波长选择的，以确保一曝光仅在一特定波长或藉由白色激光光 照明才生效，白色激光光会仅根据滤光镜选定的功能通过该滤光镜。 

在图2b中，在感光层2上方设置一材料，该材料是部分透明以及已部分施有数个滤光镜，滤光镜可藉由自动改变装置(未显示)加以交换，在该材料上设置有例如藉由网版印刷得到的一透明区域14，以及数个波长选择滤光镜16。此配置在曝光期间造成不同特性的可辨识、定义区域，曝光将根据波长及透明度而使该感光层的数个区域作选择性曝光，及曝光藉由大量区域设置以及滤光镜与非透明材料层的互相作用，而提供在该感光层内制造大量反射全息图RH的可能性。非曝光区域稍后可承受曝光。 

图2c以示意代表图显示一填充层的设置，部分制造为一滤光镜21及部分制作为一非透明区域14，该填充层设置在结构5上方，用以提供一”功能”层，该层亦可作为编码结构使用。在该填充层上方设置一感光层2，在该感光层上方设置一透明材料13如具有数个滤光区域16.2的薄片，接着是另一透明材料19，该透明材料具有一穿孔18、一体成型的滤光镜16.1以及迭层式滤光镜16。 

图2d中所绘示的设置显示一非透明材料22，该材料具有个人化穿孔/光罩18，用以在一结构5上方的区域18.1制造一反射全息图，以及一波长选择材料22，该材料具有一穿孔18，用以在区域18.1制造一反射全息图RH，同时亦在波长选择材料22下方利用适当激光光波长制造一反射全息图。在该材料内可包含光学有效构件，即一模制透镜。 

图3是根据图1以较大比例尺绘示一设置内的有利细节，该设置具有一主板23，该主板具有额外的一体成型结构24、24.1，该结构已设置在一基板25上，一填充层6覆盖该结构，用以提供一平滑表面，该平滑表面在朝向未绘示的激光光源方向密封该主板。依上述方式，使该激光光的一群光线9发射到该结构24、24.1上，加以反射并且在该结构24、24.1上方设置的感光层内与该入射光线组互相干扰。不同于图1及2，设置5的绘示结构举例说明使用者定义的结构可施加在创新装置内，举例说明的结构24、24.1显示具有平坦区域的迭置锯齿状结构，该等区域是平行于感光层2，以及是一分开模制表面的大致对称零件。如图7 所示，可有利地迭置更多结构，这些结构属性不同于二维定义。 

在图4中示意绘示一特别有利的实施例，该图中显示一装置具有一主板26，该主板已减小到结构化的一单一组件27，该主板26附着到一个可控制单元28，该单元可在数个空间方向移动。单元28具有一激光光源29作为照明构件，该激光光源设置在结构化组件27对面，并且可与该结构化组件27一起同样移动。在激光光源29与主板26的结构化组件27之间设置一光敏聚合薄膜30，其中将产生该反射全息图。因此，相关光敏聚合薄膜30，单元28是可与激光光源29和主板26一起移动；上述单元28或光敏聚合薄膜30实际上是否主动地移动并无关联。 

此实施例中的相关特征在于，该反射全息图是根据相当于接触印刷技术的上述原则所写出，但细节，即”书写”，是由光敏聚合薄膜30与单元28的相对移动来实现。此方法容许光敏聚合薄膜30内产生使用者定义的图案，或例如在一载体条上的小区域作选择性曝光，因此，在一载体上沉积的光敏聚合薄膜或感光层的尺寸不再受到局限，光敏聚合薄膜30与单元28的相对移动可由一数据控制装置控制，该控制装置中可储存用以产生使用者定义图案的数据。此外，可由一液晶显示(LCD)组件31或数组32提供一曝光光罩，该光罩可设置在装置20内的激光光源29与光敏聚合薄膜30之间，这类数组32或LCD组件31是有利的，原因是它们可由使用者定义加以控制，使使用者定义图案的产生成为可能。特别有利的是，一主板是由微小尺寸的单一结构组件所组成，使数个极小区域的选定、分离曝光成为可能。 

图4a根据图4举例说明一有利实施例，该实施例在后续设置中具有数个处理单元，其中经由未显示的一控制单元可自由地选择各处理单元的位置，及其中各单元配备有不同选择、结构化的组件27、27.1、27.2、27.3，及其中各单元可配备有不同选择的激光光源29、29.1、29.2、29.3，例如白光或红绿蓝(RGB)中的一颜色。此一设置容许制造不同特性的有利个人反射全息图。 

图4b根据图4及4a示意地举例说明一有利实施例，该实施例具有一激光光源及一额外光源如紫外线(UV)光源，该UV光源可选择性地破 坏光敏聚合物的反应，使个别曝光区域不起反应，以便该区域内不可制造另外的反射全息图。若必须制造客制化图案，与用以制造反射全息图的装置配合使用会特别有利。 

图5以上视图示意地举例说明与图4所示设置同样的一设置，如图可见，所示原则提供能制造结构以及反射全息图的装置，该反射全息图可作为标准量度使用，甚至提供数种分辨率。此一标准量度可作为增加或编码标准量度，其经由该反射全息图容许尺寸的增加以及绝对测量。 

在举例说明的实施例内，为求清晰，已用相同符号标示相似功能的组件，除图4所说明及显示的组件外，亦绘示一控制单元35，箭头指明个别零件之间可能的相对移动。 

在图6中示意地举例说明再一实施例，与图4所示装置同样，在光敏聚合薄膜30上方也设置一曝光单元，该单元是由一激光光源、一光线导引组件及一光学控制如圆柱形透镜37所组成。在光敏聚合薄膜30下方根据本发明设置一未绘示的结构，此外，一印刷构件36沿着该光敏聚合薄膜的表面向两侧延伸。印刷构件36是由一控制单元35所控制，用以提供可选择、液态的颜料及/或光学滤光材料施加到该光敏聚合薄膜30的表面，因此可提供一用户定义的光罩，藉此配合该曝光单元及该结构，如相关图4的解释所述，可制造想要的一反射全息图。 

图7显示在本发明的范围内可找到应用的各种不同结构范例，所示结构说明可选择结构的多样性，并且不应认为所示结构将本发明局限于所述的有利实施例。 

图7a显示一结构38，该结构具有数个平坦、反射表面。 

图7b显示一结构40，该结构具有球形以及凹面、像镜子的数个反射表面，该反射表面将提供入射光线组的圆锥状反射。此外，可应用各式各样表面的结合式结构42，除了这些二维定义的结构外，亦可应用空间结构，如图7d至7g中所示意举例说明的。 

图7d至7g以简化原则显示一入射光线自一特定方向投射到结构44上，将反射到一特定、预设的方向，能藉由组件的空间设置内的形状、设置及单一组件达到结构的控制。 

Claims (24)

1.一种用以制造高分辨率反射全息图的装置，该装置经由结构化的一个主板及一激光光源在一感光层内制出该反射全息图，该激光光源发射出一组光线到结构化的该主板上，其特征在于：所述的主板的结构比所述激光光源发出的波长要长，此外，所述的主板的结构是反射镜面结构，其中所述的反射全息图(RH)的最大分辨率是依照激光光源的光线组的宽度而定，所述激光光源的光线组的宽度由感光层与该主板的表面之间的距离(d)，以及依在该结构反射的光线组与发射到该主板的光线组之间所定义的角度α而定。

2.根据权利要求1所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：由光线组的最小宽度(R)可导出该最大分辨率，该最小宽度等于该感光层与该主板的表面之间的距离与该角度α的正切的乘积，α是由在该结构反射的该光线组以及发射到该主板上的该光线组所定义：R=d tan(α)。

3.根据权利要求1所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：采用模制方法、微影方法或机械方法得到该主板的结构。

4.根据权利要求3所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在该主板的该结构内预备有一或多个子结构。

5.根据先前权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于：所述主板的结构是提供作为一个具不同光学特性的多维图案。

6.根据权利要求5所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：所述主板的结构包括凹面、镜状的数个表面(41)。

7.根据权利要求6所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在所述主板的表面上附着一层透明填充层，用以提供一平滑表面。

8.根据权利要求6所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在所述主板的表面上附着一层部分透明的填充层，用以提供一平滑表面。

9.根据权利要求6所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在所述主板的表面上附着一层部分非透明的填充层，用以提供一平滑表面。

10.根据权利要求6所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在所述主板的表面上选择性地附着一层波长选择的填充层(6)，用以在使用者定义的区域及尺寸中提供一平滑表面。

11.根据权利要求6所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在所述主板的表面上施加一层或多层填充层，用以提供一平滑表面。

12.根据权利要求7-11任一项所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：所述填充层的表面上已形成一扩散屏幕结构。

13.根据权利要求7-11任一项所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在该填充层的表面上形成一个子结构。

14.根据权利要求13所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：经由各激光光源，经由接触印刷方法得到一反射全息图。

15.根据权利要求14所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：该感光层是藉由一光敏聚合薄膜所提供，该薄膜设置在该主板的该结构与该激光光源之间。

16.根据权利要求15所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：可经由光敏聚合薄膜、所述激光光源与所述主板的结构的一相对可移动性得到该反射全息图(RH)。

17.根据权利要求16所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：经由相关光敏聚合薄膜、激光光源与结构的数个相对可动性设置(28)，可得到数个分开的反射全息图(RH)。

18.根据权利要求17所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：该反射全息图(RH)可制造成一个可变的表面图案。

19.根据权利要求16或17所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：该反射全息图(RH)可作为一标准量度。

20.根据权利要求19所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：在该光敏聚合薄膜(30)表面的直接或间接印刷得到该滤光镜。

21.根据权利要求20所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：将颜料及/或光学滤光物质以及非透明材料印刷或涂装该光敏聚合薄膜的表面，制造数个曝光及非曝光区域。

22.根据权利要求21所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：经由该光敏聚合薄膜设置一或多个材料，这些材料包含滤光材料。

23.根据权利要求22所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：经由该光敏聚合薄膜设置一或多个具穿孔、非透明、透明或波长选择的材料。

24.根据权利要求23所述的用以制造高分辨率反射全息图的装置，其特征在于：所述的激光光源是为红色、绿色、蓝色或白色激光光源。

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