CN102183878B - 微结构立体浮雕图文制版方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微结构立体浮雕图文制版方法及装置，该微结构立体浮雕图文制版装置包括控制电脑、X-Y-Z轴信号扫描器、X-Y移动平台、光束能量控制器、高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器、自动对焦装置及用于设置光阻玻璃的固定平台；X-Y-Z轴信号扫描器是该装置的核心设备。本发明采用单光束的高能激光或是电子束制作出来的立体浮雕图文,可以轻易通过模压、紫外固化成型、挤出成型、电子束固化成型等各种现成技术复制到塑料薄膜、纸张和塑料制品上面，从而实现大量低成本生产。

Description

微结构立体浮雕图文制版方法

技术领域

本发明专利涉及一种激光和电子束制作微结构立体浮雕图文版的方法。

背景技术

目前, 公知的立体印刷或压印图文采用激光全息版(Hologram), 光栅片(Lenticular)制作, 激光全息版的光干涉纹路深度在0.1-2微米之间, 形成的立体图文在光谱反射中会出现彩虹光变效果, 需要有好的光源和正确的视角角度才能看到清晰立体图文, 光栅片则需要一定厚度焦距的透镜光栅才能将光栅片底下印刷的图文折射成立体效果, 光栅片的厚度都在100微米以上, 使用上受到很大的局限, 且受限于光栅片的解析度和印刷解析度的配合技术问题, 所制成的立体图文精致度仍然不好。

发明内容

针对以上现有的立体图文印刷技术的不足，本发明提供一种全新的高能光束制版方法, 能够制作出在一般光线下, 肉眼可以看出立体浮雕效果的微结构纹路版, 以解决现有技术中光干涉纹路的深度和角度控制, 微结构纹路的设计是制作立体微结构版的两大技术问题。这种版可以使用各种复制方式, 包括但不限于电铸、模压、转移等实现大量复制。

本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

一种微结构立体浮雕图文制版装置，其包括控制电脑、X-Y-Z轴信号扫描器、X-Y移动平台、光束能量控制器、高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器、自动对焦装置及用于设置光阻玻璃的固定平台；控制电脑与X-Y-Z轴信号扫描器信号连接，X-Y-Z轴信号扫描器分别与光刻角度旋转器、光束能量控制器及X-Y移动平台信号连接，光束能量控制器与高能光束产生器信号连接，高能光束产生器的输出端由近及远顺序设置光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置，高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置均架设于X-Y移动平台的X轴上，X轴连同其上架设的各装置整体架设于X-Y移动平台的Y轴上，X-Y移动平台架设于放置有光阻玻璃、感光涂层或塑料的固定平台上。

作为本发明优选的技术方案，所述高能光束产生器为激光器。

作为本发明优选的技术方案，所述高能光束产生器为电子束发生器。

作为本发明优选的技术方案，所述光圈控制器包括一孔径可调节的光束孔。

一种采用所述微结构立体浮雕图文制版装置的制备方法，其包括以下步骤：

S1、高能光束产生器产生高能量的单一光束；

S2、调节光圈控制器的光束孔孔径，使高能光束产生器产生的高能光束通过该光束孔后成为制版所需要的解析度的粗细的光束；

S3、控制电脑输出BMP图档信号至X-Y-Z轴信号扫描器，X-Y-Z轴信号扫描器读取该图档信号的灰阶或彩色图案, 以及深度图案；每一个灰阶或是颜色对应为一个角度, 将灰阶或是彩色图案转化为角度, 此角度代表刻平行光刻纹路的角度, X-Y-Z轴信号扫描器将此角度讯号传给光刻角度旋转器；X-Y-Z轴信号扫描器将深度图案数据传送给光束能量控制器, 以控制高能光束产生器的输出的功率,从而控制刻纹的深度；同时，每一个灰阶点或是彩色点在图档内代表了X, Y的座标,表示该点的位置, X-Y-Z轴信号扫描器定位出该灰阶点或是彩色点的(X, Y)座标, 并将该坐标信号传输至X-Y移动平台，使X-Y移动平台移动到相对应的座标；

S4、光束往复扫描器内设的光学镜片的微幅摆动, 使高能光束在很小的范围内往复移动并经自动对焦装置对焦，在设置于固定平台上的光阻玻璃、感光涂层或塑料上表面刻画出平行的条纹。

相对于现有技术，本发明的优点在于：本发明采用单光束的高能激光或是电子束, 单光束直接刻每一条干涉条纹, 每一条干涉条文的深度、角度、密度都可以自由控制, 通过干涉条纹的设计, 可以让光线照射在干涉条纹时产生不同角度的反射, 从而模拟出人眼看见立体图案的原理, 让微结构纹路组成图文在眼睛看起来就和看到立体物体的光线折射效果相同, 从而得到立体浮雕效果, 这样制作出来的立体浮雕图文, 光线折射形成的立体感觉可以达到5mm以上, 但版的纹路深度仅只有0.2-10微米, 因此可以轻易通过模压、紫外固化成型、挤出成型、电子束固化成型等各种现成技术复制到塑料薄膜、纸张和塑料制品上面，从而实现大量低成本生产, 具备非常直观且肉眼可辨识的最先进防伪功能, 同时也具备了非常抢眼的视觉冲击效果, 可以让产品本身或是其包装更加美观。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明微结构立体浮雕图文制版装置模块示意图；

图2是菲涅尔透镜俯视图；

图3是菲涅尔透镜的等效物理视觉透镜图；

图4是菲涅尔透镜的横截面图。

具体实施方式

如图1所示，本实施方式之微结构立体浮雕图文制版装置包括控制电脑、X-Y-Z轴信号扫描器、X-Y移动平台、光束能量控制器、高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器、自动对焦装置及用于设置光阻玻璃的固定平台。

控制电脑与X-Y-Z轴信号扫描器信号连接，X-Y-Z轴信号扫描器分别与光刻角度旋转器、光束能量控制器及X-Y移动平台信号连接，光束能量控制器与高能光束产生器信号连接，高能光束产生器的输出端由近及远顺序设置光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置，高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置架设于X-Y移动平台的X轴上，X轴连同其上架设的各部件整体架设于X-Y移动平台的Y轴上，X-Y移动平台架设于放置有光阻玻璃、感光涂层或塑料的固定平台上。

高能光束产生器为激光器或电子束发生器，其可产生高能量的单一光束，激光器产生高能单束激光，电子束产生器产生高能量的电子束，该单一光束可在光阻玻璃、感光涂层或塑料上刻出精细线条。

光圈控制器设置于高能光束产生器的光束输出端，其包括一孔径可调节的光束孔，通过调节该光束孔的孔径可使该高能光束产生器产生的高能光束通过该光束孔后成为制版所需要的解析度的粗细的光束。

控制电脑输出BMP图档信号即需要光刻的图案至X-Y-Z轴信号扫描器，X-Y-Z轴信号扫描器读取该图档信号的灰阶或彩色图案, 以及深度图案；每一个灰阶或是颜色对应一个角度, 将灰阶或是彩色图案转化为角度, 此角度代表刻平行光刻纹路的角度, 如果是8位的图档, 共计有256个选择, 除去全黑和全白, 共有254个角度, X-Y-Z轴信号扫描器将此角度讯号传给光刻角度旋转器；X-Y-Z轴信号扫描器将深度图案数据传送给光束能量控制器, 用来控制高能光束产生器的输出的功率, 即控制高能光束的光强，从而控制刻纹的深度；同时每一个灰阶点(或是彩色点)在图档上也代表了X, Y的座标, 表示该点的位置, 所以X-Y-Z轴信号扫描器就能定位出图案点的(X, Y)座标, 使X-Y移动平台移动到相对应的座标, 同时也定义了这个点的角度, 使光刻角度选择器旋转到对应的角度, 同时也通过Z轴扫描扫描定义了刻纹深度, X-Y Scanner构成了整个装置的核心。

光束往复扫描器: 通过光束往复扫描器内设的光学镜片的微幅摆动,就能在很小的范围内移动光束, 往复移动并经自动对焦装置对焦，在设置于固定平台上的光阻玻璃表面刻画出平行的条纹。

本发明不使用传统激光全息行业的双光束制版技术, 双光束的纹路干涉条文只有具备平面的旋转角度控制、双光束夹角控制的功能, 干涉条纹本身不能自由改变和控制, 形成不了无泛彩虹的立体图文, 本专利改采用单光束的高能激光或是电子束, 单光束直接刻每一条干涉条纹, 每一条干涉条纹的深度、角度、密度都可以自由控制, 通过干涉条纹的设计, 可以让光线照射在干涉条纹时产生不同角度的反射, 从而模拟出人眼看见立体图案的原理, 让微结构纹路组成图文在眼睛看起来就和看到立体物体的光线折射效果相同, 从而得到立体浮雕效果, 这样制作出来的立体浮雕图文, 光线折射形成的立体感觉可以达到5mm以上, 但版的纹路深度仅只有0.2-10微米, 因此可以轻易通过模压、紫外固化成型、挤出成型、电子束固化成型等各种现成技术复制到塑料薄膜、纸张和塑料制品上面。光学纹路图案的设计方案, 则采用类似图2至图4的菲涅尔透镜(Fresnel Lens)的原理, 菲涅尔透镜透过平行的切割纹路来产生光线集中的透镜效果, 在光学的应用上取代了凸透镜, 实际的视觉效果也具备了凸透镜的外观, 也就是虽然是平片的刻纹, 但看起来是立体凸出来(凸透镜结构纹路)或凹进去的(凸透镜结构的镜面反射纹路结构), 传统的菲涅尔透镜都是圆形和方形的, 采用机械切割的方式, 譬如钻石刀具(Diamond Turning), 其能切割的形状和深度受限于刀具加工的精度问题, 纹路无法制作的非常精细和浅, 本发明透过高能光束切割, 可以提高解析度, 以如图4所示的锯尺状结构来制作出所需要折射光线的纹路深度和角度, 解决了机械刀具的限制, 同时利用X-Y移动平台, 把高能光束架设于移动平台上, 精确控制高能光束的输出能量来控制切割深度, 这样就能实现任意形状和深度的切割, 切割出来的纹路和菲涅尔透镜一样具备了光学透镜的效果, 也就能折射光线形成凹或凸的形状, 再透过电脑图文设计技术, 让一个灰阶或是彩色的图文分割成许多不同的凸透镜或是凹透镜组合, 就能制作出立体浮雕。

Claims (2)

1.一种微结构立体浮雕图文制版方法，该方法通过一微结构立体浮雕图文制版装置实现，所述装置包括控制电脑、X-Y-Z轴信号扫描器、X-Y移动平台、光束能量控制器、高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器、自动对焦装置及用于设置光阻玻璃的固定平台；控制电脑与X-Y-Z轴信号扫描器信号连接，X-Y-Z轴信号扫描器分别与光刻角度旋转器、光束能量控制器及X-Y移动平台信号连接，光束能量控制器与高能光束产生器信号连接，高能光束产生器的输出端由近及远顺序设置光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置，高能光束产生器、光圈控制器、光刻角度旋转器、光束往复扫描器及自动对焦装置均架设于X-Y移动平台的X轴上，X轴连同其上架设的各装置整体架设于X-Y移动平台的Y轴上，X-Y移动平台架设于放置有光阻玻璃、感光涂层或塑料的固定平台上；所述光圈控制器包括一孔径可调节的光束孔；其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、高能光束产生器产生高能量的单一光束；

S2、调节光圈控制器的光束孔孔径，使所述高能光束产生器产生的高能光束通过该光束孔后成为制版所需要的解析度的粗细的光束；

S3、控制电脑输出BMP图档信号至X-Y-Z轴信号扫描器，X-Y-Z轴信号扫描器读取该图档信号的灰阶或彩色图案, 以及深度图案；每一个灰阶或是颜色对应为一个角度, 将灰阶或是彩色图案转化为角度, 此角度代表刻平行光刻纹路的角度, X-Y-Z轴信号扫描器将此角度讯号传给光刻角度旋转器；X-Y-Z轴信号扫描器将深度图案数据传送给光束能量控制器, 以控制高能光束产生器的输出的功率,从而控制刻纹的深度；同时，每一个灰阶点或是彩色点在图档内代表了X, Y的座标,表示该点的位置, X-Y-Z轴信号扫描器定位出该灰阶点或是彩色点的(X, Y)座标, 并将该坐标信号传输至X-Y移动平台，使X-Y移动平台移动到相对应的座标；

S4、光束往复扫描器内设的光学镜片的微幅摆动, 使高能光束在很小的范围内往复移动并经自动对焦装置对焦，在设置于固定平台上的光阻玻璃、感光涂层或塑料上表面刻画出平行的条纹。

2.根据权利要求1所述的微结构立体浮雕图文制版方法，其特征在于，所述高能光束产生器为激光器或电子束发生器。

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