CN107111275A - 用于产生体全息图的方法和母版 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生具有第一颜色的至少一个第一区域和第二颜色的至少一个第二区域的体全息图的方法，包括以下步骤：a)提供由光敏聚合物制成的体全息图层；b)将具有表面结构的母版布置在所述体全息图层上；c)使用相干光来曝光所述母版，其中入射在所述母版的表面的至少一个第一部分区域上的光在所述体全息图层的所述至少一个第一区域的方向上被衍射或反射，并且入射在所述母版的表面的至少一个第二部分区域上的光在所述体全息图的所述至少一个第二区域的方向上被衍射或反射，并且其中由所述第一和第二部分区域衍射或反射的光在至少一个光学性质方面是不同的。

Description

用于产生体全息图的方法和母版
本发明涉及用于产生体全息图的方法和母版(master)、具有这样的体全息图的安全元件、以及具有这样的安全元件的安全文档。
全息图被用作安全元件以保护安全文档(诸如钞票、护照、安全卡等)以达到高度防伪。对于大量生产的物品，表面浮雕全息图通常被使用，它们一方面不生成最优图像印象且另一方面可以通过对表面浮雕进行模塑来被复制。
体全息图(一般称为白光全息图或反射全息图)通常通过将母版全息图暴露到光中来产生，依赖于在透明层的所谓的Bragg(布拉格)平面处的光衍射，由此透明层具有折射率的局部差异，并且生成鲜明但单色的图像印象。它们不能通过对表面浮雕进行模塑来被复制。
如果要产生具有若干不同颜色区域的体全息图，一般必须使用若干母版来将体全息图暴露到不同波长的光中。在调换母版时，必然发生定位不精确性，这降低了体全息图的质量。
本发明的目标因此是提供一种用于产生经改进的体全息图的方法和母版。本发明的进一步目标是提供具有经改进的体全息图的安全元件以及具有这样的体全息图的安全文档。
这一目标是使用权利要求1、30、30以及39的主题来达成的。
这样的用于产生具有第一颜色的至少一个第一区域和第二颜色的至少一个第二区域的体全息图的方法包括以下步骤：
a)提供由光敏聚合物制成的体全息图层；
b)将具有表面结构的母版布置在所述体全息图层上；
c)使用相干光来曝光所述母版，其中入射在所述母版的表面的至少一个第一部分区域上的光在所述体全息图层的所述至少一个第一区域的方向上被衍射或反射，并且入射在所述母版的表面的至少一个第二部分区域上的光在所述体全息图的所述至少一个第二区域的方向上被衍射或反射，并且其中由所述第一和第二部分区域衍射或反射的光在至少一个光学性质方面是不同的。
本发明进一步涉及一种与这样的方法一起使用的母版，该母版包括具有在它们的光学性质方面不同的第一和第二部分区域的表面结构。
通过所描述的方法，可获得具有体全息图层的安全元件，在该层中形成具有至少两个区域(每一区域具有不同颜色)的体全息图。
安全元件可意指例如文档、钞票等的转移膜、层压膜或安全线。
使用这一类型的安全元件，可以产生安全文档，该安全文档尤其被形成为标识文档、护照文档、签证文档、信用卡、钞票、证券等。安全元件可尤其被布置在安全文档的窗口中，即在透明区域中，尤其是安全文档中的通孔中。
使用这一类型的方法，使用单个母版来产生多色体全息图由此是可能的，然而其中曝光不必与母版配准地发生。不同颜色的区域仍然总是以相对于彼此完美配准(换言之，以期望的固定位置关系)以及与母版的衍射性花纹形成结构完美配准的方式来布置。与将若干母版用于各相继曝光步骤形成对比，不必采取附加步骤来确保配准，即各相应颜色区域的位置上精确的布置。该方法因此既特别简单又特别可靠。此外，它实现不同颜色的区域的非常高的分辨率，尤其是在微米范围中。
配准精确或重合精确意指两个元素或区域相对于彼此的相对位置精确的定位。位置上精确的定位可尤其通过光学上可检测的配准标记或重合标记来实现。这些配准标记或重合标记可以表示特定分开的元素或区域，或者它们本身可以是要被定位的元素或区域的一部分。
区域可以是连贯的或者包括空间上分开的子区域。
优选地，对于预定的衍射阶数和/或偏振和/或反射方向和/或波长，所述第一和第二部分区域所衍射或反射的光在强度方面相差至少10％，优选地相差至少50％。
以此方式，也使用母版的整个表面上的曝光来产生体全息图的各区域是可能的，即不必分开地曝光母版的第一和第二部分区域就能产生不同颜色的区域。这促进了对曝光过程的精确控制并且由此尤其实现了上述高分辨率。
在优选实施例中，使用具有不同深度的二元光栅的母版。
二元光栅是具有基本上矩形的光栅轮廓的光栅。从而具有基本上垂直的边缘的峰和谷交替出现。深二元光栅可被设计成使得它们对于第一波长而言充当镜子(即，在零阶强反射)，但对于第二波长而言具有弱零阶，确切而言在一阶中强衍射。这通过实现不具有π/2相位深度而是具有π/2+n*2π相位深度的两个二元光栅来实现，其中n是小整数并且表示“过定相”因子。使用二元或多级光栅的这一所谓的“过定相”(例如，在Colin E.、Webb、JulianD.C、Jones等人的“激光技术和应用手册：卷III：应用”，物理学发布学会有限公司，第2639页中描述的)，期望效果被达到且可特别容易地产生母版的期望的因波长而异的部分区域。
为此，尤其有利的是使用具有在第一和第二区域中带有不同结构深度的二元光栅的母版。
对于给定波长和光栅周期，在零阶和一阶衍射的光束的强度基本上由结构深度来确定，结果是能以此方式特别容易地达到期望的波长选择性。最优结构深度在此取决于覆盖光敏聚合物的折射率。
尤其有利的是使用如下母版：所述母版在所述第一部分区域中具有从350nm到510nm的结构深度，优选地从400nm到460nm的结构深度，并且在所述第二部分区域中具有从450nm到630nm的结构深度，优选地从510nm到570nm的结构深度。精确值在此取决于覆盖光敏聚合物的折射率以及曝光波长。在本情形中，折射率被假定为n＝1.51。对于照明波长，假定640nm(红)和532nm(绿)。对于不同波长对，相应地适用不同结构深度。
在第一部分区域中，这样的母版具有针对红光的强零阶和弱一阶，并且在第二部分区域中，具有针对绿光的强零阶和弱一阶。以此方式，可以产生光学上吸引人的双色的红绿体全息图。
因此，使用不同地设计的母版来产生不同颜色的体全息图是可能的。具体而言，以下颜色组合是感兴趣的，例如：红-青绿，红-蓝，橙-青绿，橙-蓝，黄-青绿，黄-蓝。特定颜色组合的两个二元光栅的结构深度是通过使用上述“过定相”并确定“过定相”因子“n”来获得的，以使得一个二元光栅对于第一波长而言充当镜子(即，在零阶强反射)，但是对于第二波长具有弱零阶，确切而言强衍射到一阶中。为此，一般通过精确的电磁衍射理论来执行计算。
此外，使用如下母版是有利的：所述母版具有从500到10000nm的光栅周期，优选地从1000nm到3000nm的光栅周期。
或者，使用具有多阶梯(尤其是四阶梯)光栅的母版也是可能的。与二元光栅相同，这样的光栅具有基本上垂直的边缘，但不包括相等深度的谷和相等高度的峰的规则序列，而是包括分别具有增大和减小的结构深度的多个阶的重复序列。这样的结构(也称为相位光栅)具有特别高的波长选择性并且尤其可被用来在体全息图中产生两个以上颜色。在使用三原色(例如，RGB(红绿蓝))和对应的颜色网格时，具有高配准精确度的真彩全息图的产生因而是可能的。
有利的是使用相邻各阶之间的结构深度相差80nm到600nm(优选地120nm到400nm)的母版。
使用具有闪耀光栅的母版也是可能的。与已经描述的二元光栅形成对比，闪耀光栅具有锯齿形的横截面轮廓。取决于曝光期间的入射角，衍射光的衍射角也变化并且因此经曝光的体全息图中的各Bragg平面之间的距离也变化。以此方式，可使用单个母版来同样产生多色全息图。
使用如下母版是有利的：闪耀光栅被布置在所述第一和第二部分区域中相对于彼此倾斜的平面上，其中布置在所述第一和第二部分区域中的所述闪耀光栅相对于由所述体全息图层跨越的平面的绝对倾角优选地是不同的。在这样的母版的情形中，如果用于曝光的光相对于母版的表面法线的入射角保持恒定，则对于各部分区域，仍然导致相对于布置在此的闪耀光栅的不同入射角，结果是：对于朝向体全息图的各区域衍射的光，不同衍射角并且由此不同颜色出现在这些区域中。这允许特别简单的曝光。
有利的是，各平面相对于彼此倾斜从5°到90°(优选地，从20°到60°)。
使用具有Fabry-Pérot(法布里-珀罗)层系统的母版也是可能的。这样的层系统也可被用于实现波长选择性母版。这一类型的系统包括部分反射(具体地是半透明)层和反射(具体地是不透明)层，在它们之间特别是布置有透明的间隔层。入射光的一部分在部分反射层处反射，又一部分穿透该部分反射层并在反射层处反射。波长选择性源自两个结果得到的经反射的部分光束的干涉，且可通过间隔层的层厚度来调整。
间隔层的层厚度通常在100nm和500nm之间；然而，也可设想将层厚度下降到50nm或几微米。
有利的是：Fabry-Pérot层系统的各平面之间的距离在所述第一和第二部分区域之间相差10nm到200nm，优选地20nm到100nm。各平面之间的距离意指上述间隔层的层厚度。
在又一优选实施例中，使用在所述第一和/或第二部分区域中提供偏振表面结构的母版。由此促进了各部分区域的选择性曝光。如果例如在第一部分区域中提供偏振表面结构并用光照射母版，光的偏振面垂直于这一结构的偏振面，则第一部分区域被从该曝光中选择性地排除。例如，与偏振表面结构平行地偏振的不同波长的光随后可被用于曝光，结果是第一部分区域现在被选择性地曝光。偏振在此可意指线偏振和圆偏振两者。
以下是尤其有利的：使用其中所述偏振表面结构的偏振方向在所述第一和第二部分区域中不同的母版。
为此，可例如使用如下母版：该母版在每一情形中在所述第一和第二部分区域中具有带有小于用来曝光所述母版的光的波长的光栅周期的零阶衍射结构，其中该衍射结构不同地影响入射光的偏振。
这两个部分区域可由此按所描述的方式被选择性地曝光。尤其有利的是第一和第二部分区域中的偏振面彼此垂直。
进一步有利的是曝光发生在至少两个相继的曝光步骤中。
母版的这两个部分区域的不同光学性质可由此被用来产生体全息图的不同颜色区域。母版的重新定位不是必需的，结果是可达到非常良好的配准精确度。
有利的是，曝光步骤以入射光的不同波长和/或不同曝光角度和/或不同偏振方向来执行。
用于曝光的光的所选光学性质符合母版的各部分区域的光学性质，如以上解释的。
有利的是，曝光步骤之一以从600nm到660nm的波长、优选地从620nm到640nm的波长来执行，且所述曝光步骤中的另一步骤以从500nm到560nm的波长、优选地从520nm到550nm的波长来执行。由此可产生红绿全息图。在使用具有二元光栅或相位光栅的母版时这是尤其有利的。如果不同波长被用于曝光，则也可产生不同颜色。例如，黄色或橙色全息图可通过使用范围从560nm到590nm的激光进行曝光来产生，并且蓝色全息图可通过使用范围从400nm到480nm的激光进行曝光来产生。
此外，有利的是，用于两个曝光步骤的光的偏振面相差90°。不同偏振方向可以与不同波长相组合以达到期望的颜色效果。
进一步有利的是曝光步骤中的至少一者在整个表面上执行。由此可在全息图中产生纯色表面。
然而，在网格中执行曝光步骤中的至少一者也是有利的。如果形成网格的小(即高分辨率)颜色区域要被组合以产生混合颜色印象，则这是尤其有利的。对于花纹的亮色背景的产生而言，网格布置也可以是有利的。
有利的是网格是点或线网格。
点网格一般是指包括不同小型元素的网格。这些元素可以是圆形的，但也可采用不同结构，诸如举例而言星型、正方形、字母数字字符，等等。
网格优选地具有从30μm到500μm的网格宽度，尤其优选地从50μm到300μm的网格宽度。
有利的是执行多个曝光步骤，其中在每一情形中曝光发生在相对于彼此偏移的点网格中。网格相对于彼此的旋转可例如被改变。
在第一曝光步骤中使用点或线网格并在第二步骤中在整个表面上进行曝光也可以是切合实际的。
具体而言，有利的是以不同波长执行个体曝光步骤，尤其是在原色的情形中，例如RGB(红绿蓝)。以此方式，可产生网格化的真彩全息图。
曝光优选地以2mJ/cm2到200mJ/cm2、优选地5mJ/cm2到50mJ/cm2的光强发生。
进一步有利的是第一和/或第二区域形成设计元素，具体地是符号、标志、图像，尤其是肖像或字母数字字符。
然而，还可提供的是：一个区域提供信息项且另一区域形成该信息项从其突出的周围环境或背景。信息项可以例如是标志，它在一个观察位置中看起来相对于暗背景是亮的且在另一观察位置中看起来相对于亮背景是暗的。因而可以规定在体全息图倾斜或移动时，发生从阳性表示到阴性表示的变化或反过来。此外，各区域可被形成以使得一个区域形成另一区域的边缘。一个区域因而例如可再现字母数字字符的边界且另一区域再现该字母数字字符本身。
为了获得具有长期稳定性的全息图，特别是从紫外固化聚合物形成的体全息图层在曝光之后通过固化、尤其是通过紫外辐射来进一步固定。
体全息图可以与安全元件中的和/或安全文档上的其他安全特征相组合。具体而言，衍射和/或折射表面浮雕结构(它具有强化光学效果的反射层，包括例如金属氧化物或纳米颗粒(诸如例如聚(钛酸二丁酯)聚合物和聚(苯乙烯-烯丙醇)共聚物或者硫化锌和二氧化钛的混合物)的经汽相沉积或印上的半透明或不透明金属和/或透明HRI层(HRI＝高折射率))也可被布置成与体全息图毗邻和/或与其交叠。在此，优选地，HRI层具有大于1.8的折射率，进一步优选地，大于2.0的折射率。
布置通过已知印刷工艺来应用的安全印刷也是可能的，例如包括与体全息图毗邻和/或交叠的非常精细的线(具体而言，多色线)的一个或多个雕花。
通过这一类型的组合，其中相应的不同安全特征具有相对于彼此的非常高的配准精确度，光学效果以及对这样的安全元件或安全文档的防伪保护可被进一步增强。
具体而言，彼此组合的安全特征可以形成共同的总体花纹，其中在每一情形中，不同花纹元素从不同安全特征来形成。
用于所描述的方法的母版优选地包括金属基体，尤其是由镍制成的金属基体。
现在将参考各实施例示例来更详细地解释本发明。这些示例在如下附图中示出：
图1是多色体全息图的实施例示例的示意性表示；
图2是多色体全息图的替换实施例示例的示意性表示；
图3是通过母版的实施例示例以产生多色体全息图的示意性截面表示；
图4是第一波长的光在根据图3的母版处的衍射的示意性表示；
图5是第二波长的光在根据图3的母版处的衍射的示意性表示；
图6是红光在具有2μm光栅周期的二元光栅处的衍射强度对于光栅的结构深度的依存关系的图形表示；
图7是绿光在具有2μm光栅周期的二元光栅处的衍射强度对于光栅的结构深度的依存关系的图形表示；
图8是红光在具有3μm光栅周期的二元光栅处的衍射强度对于光栅的结构深度的依存关系的图形表示；
图9是绿光在具有3μm光栅周期的二元光栅处的衍射强度对于光栅的结构深度的依存关系的图形表示；
图10是通过具有阶梯光栅的母版的实施例示例以产生多色体全息图的示意性截面表示；
图11是通过具有闪耀光栅的母版的实施例示例以按15°曝光角来产生多色体全息图的示意性截面表示；
图12是通过具有闪耀光栅的母版的实施例示例以按0°曝光角来产生多色体全息图的示意性截面表示；
图13是通过具有闪耀光栅的母版的实施例示例以按30°曝光角来产生多色体全息图的示意性截面表示；
图14是入射角与闪耀光栅的结果得到的波长之间的依存关系的图形表示；
图15是通过具有闪耀光栅的母版的实施例示例以使用相对于彼此倾斜的各光栅面来产生多色体全息图的示意性截面表示；
图16是用于使用相对于彼此倾斜的各光栅面来产生多色体全息图的、具有闪耀光栅的母版的实施例示例的示意性俯视图；
图17是通过根据图16的母版的示意性截面表示；
图18是用于产生多色体全息图的具有偏振滤光器的母版的实施例示例的示意性俯视图；
图19是用于曝光体全息图的网格掩模的示意性表示；
图20A-E是用于网格化的体全息图的产生步骤的示意性表示；
图21是体全息图的曝光的示意性解说；
图22是通过具有密封腊层的母版来使体全息图曝光的示意性解说；
图23是通过具有使表面结构变平的密封腊层的母版来使体全息图曝光的示意性解说；
图24是通过体全息图母版来使体全息图曝光的示意性解说；
图25是通过母版和网格掩模来使体全息图网格化曝光的示意性解说；
图26是通过母版和曝光激光的周期性调制来使体全息图网格化曝光的示意性解说。
在图1和2中，示出了体全息图1的两个实施例示例，它们各自具有带红色的区域11和带绿色的区域12。在根据图1的实施例示例中，区域11、12形成花形式的图形花纹，在图2中是字符。
一般而言，区域11、12可以形成符号、标志、图像或字母数字字符形式的图形花纹。
然而，还可提供的是：一个区域11、12提供信息项且另一区域12、11形成该信息项突出于其中的周围环境。信息项可以例如是标志，它在一个观察位置中看起来对照暗背景是亮的且在另一观察位置中看起来对照亮背景是暗的。因而可以提供在体全息图倾斜或移动时，发生从阳性表示到阴性表示的变化或反过来。此外，区域11、12可被形成以使得一个区域11、12形成另一区域12、11的边缘。一个区域因而例如可再现字母数字字符的边界且另一区域再现该字母数字字符本身。
为了产生这样的体全息图，由光敏聚合物制成的体全息图层通过对母版2的辐射被暴露于相干光。光敏聚合物优选地是其中期望的折射率变化可以通过曝光或辐射来触发的光敏聚合物。光敏聚合物是例如来自DuPont的Omni DX706光敏聚合物。进一步示例是具有从3μm到100μm层厚度的卤化银乳剂、液态光敏聚合物或双色明胶。
在母版2被曝光时，入射在母版2的表面的至少一个第一部分区域21上的光在体全息图层的至少一个第一区域11的方向上被衍射或反射，并且入射在母版2的表面的至少一个第二部分区域22上的光在体全息图层的至少一个第二区域12的方向上被衍射或反射。第一和第二部分区域所衍射或反射的光在至少一个光学性质方面是不同的。
这在图21中详细示出。在曝光期间使体全息图1与母版2直接接触，以使得入射的激光束4被母版2衍射到体全息图1的聚合物层18中并且在此可与入射光束干涉。在此处包括清漆层51和载体膜52的进一步层结构5被附连到光敏聚合物层18。
使用这一类型的方法，使用单个母版2来产生多色体全息图1因而是可能的。不同颜色的区域11、12因此总是相对于彼此完美配准(换言之，以期望的固定位置关系)地布置。
优选地，对于预定的衍射阶数和/或偏振和/或反射方向和/或波长，第一部分区域21和第二部分区域22所衍射或反射的光在强度方面相差至少10％(优选地相差50％)。
母版2优选地包括金属基体，尤其是由镍制成，在该金属基体的表面上形成表面结构。
母版2的表面结构也可以用薄且透明的密封层27(参见图22)来密封。替换地，密封层27也可以更厚且覆盖该结构或使该结构完全变平(参见图23)。具有体全息图28而不是表面浮雕的母版2也可被使用(参见图24)。这一体全息图母版2也可任选的提供有密封层27。从表面结构与体全息图的组合中形成母版同样是可设想的，其中表面结构和体全息图可彼此毗邻地布置和/或彼此交叠地布置。
母版2的表面结构的第一示例在图3中示出。它是二元光栅。
二元光栅是具有基本上矩形光栅轮廓的光栅。由此具有基本上垂直的边缘的峰和谷交替出现。深二元光栅可被设计成使得它们对于第一波长而言充当镜子(即，在零阶强反射)，但对于第二波长而言具有弱零阶，确切而言在一阶强衍射。因而可特别容易地产生母版2的期望的因波长而异的部分区域21、22。这在图4和5中示出。
在第一部分区域中，这样的母版具有针对红光的强零阶和弱一阶，并且在第二部分区域中，具有针对绿光的强零阶和弱一阶。以此方式，可以产生光学上吸引人的双色的红绿体全息图。
因此，使用不同地设计的母版来产生不同颜色的体全息图是可能的。具体而言，以下颜色组合是感兴趣的，例如：红-青绿，红-蓝，橙-青绿，橙-蓝，黄-青绿，黄-蓝。特定颜色组合的这两个二元光栅的结构深度是通过使用上述“过定相”并确定“过定相”因子“n”来获得的，以使得一个二元光栅对于第一波长而言充当镜子(即，在零阶强反射)，但对于第二波长而言具有弱零阶，确切而言强衍射到一阶。为此，一般通过精确的电磁衍射理论来执行计算。
用于这一波长特异性的必要结构参数是二元光栅的结构深度。如可在图3中看到的，母版2在部分区域21和22中的表面结构仅在结构深度方面是不同的。
衍射强度对于结构深度的严格依存关系在图6到9中针对各种曝光波长和入射角来解说。可以清楚地看到，例如在入射角为0°且光栅周期为2μm的情形中，对于640nm的红光而言，在440nm结构深度处在零阶达到高衍射效率，并且在540nm结构深度处在一阶达到高衍射效率(图6)。作为对比，在使用532nm绿光来照射时，在550nm结构深度处在零阶达到高效率并且在470nm结构深度处在一阶达到高效率(图7)。对于给定结构深度，这样的二元光栅因而具有高波长选择性。这可应用于具有3μm周期的光栅(图8和9)。二元光栅与不同结构深度的部分区域21、22(在图3中示出)的组合因此高度适用于产生体全息图的期望的不同颜色区域11、12。
作为所描述的二元光栅的补充，多阶梯光栅也可被使用，如图10中所示。代替交替的谷和峰，这些光栅在轮廓上具有分别带有增大和减小的结构深度的重复阶梯序列。
这样的结构(也称为相位光栅)具有特别高的波长选择性并且尤其可被用来在体全息图中产生两个以上颜色。在使用三原色(例如，RGB(红绿蓝))时，具有高配准精确度的真彩全息图的产生因而是可能的。
有利的是使用其相邻各阶梯之间的结构深度相差80nm到600nm(优选地120nm到400nm)的母版。
使用具有闪耀光栅的母版也是可能的。这在图11到13中示出。
与已经描述的二元光栅形成对比，闪耀光栅具有锯齿形的横截面轮廓。取决于曝光期间的入射角，衍射光的衍射角也变化并且因此经曝光的体全息图中的各Bragg平面之间的距离也变化。以此方式，可使用单个母版来同样产生多色全息图。
如图11所示，当使用具有532nm波长的绿激光以及与示例性闪耀光栅的表面法线呈15°的入射角来曝光时，在结果得到的体全息图中产生绿色区域。在其他同等条件下，以0°入射角获得蓝-绿区域(图12)且以30°入射角获得黄-绿区域(图13)。
总体上，对于给定的曝光波长和给定的闪耀光栅，入射角与经曝光的体全息图的结果得到的颜色之间存在线性关系，如图14中所解说的。
可通过在曝光期间改变入射角来产生期望效果。然而，这使得对曝光激光的相对复杂的控制是必需的，因为入射角必须取决于激光束在母版上的位置而变化。可达成的分辨率可进一步由曝光激光束的相应局部照射表面的相对较大尺寸来约束。
因此，有利的是使用其中闪耀光栅被布置在若干部分区域21、22、23中的相对于彼此倾斜的平面24、25、26上的母版2。这样的母版2的实施例示例在图15和图17中示意性地示出。
在这样的母版2的情形中，如果用于曝光的光相对于母版2的表面法线的入射角保持恒定，则对于部分区域21、22、23，仍然导致相对于布置在此的闪耀光栅的不同入射角，结果是：对于朝向体全息图的对应区域11、12、13衍射的光，不同衍射角并且由此不同颜色出现在这些区域中。这实现了特别简单的曝光。
其他衍射结构(诸如线性或交叉正弦光栅、线性或交叉二元光栅、菲涅耳类透镜结构或者与各向同性或各向异性的垫结构相组合的上述结构)也可被使用以代替闪耀光栅。具体而言，在此可有利地使用具有以比一阶衍射更高的阶数来给出最大衍射效率的结构深度的线性正弦光栅结构。
有利的是各平面相对于彼此倾斜5°到90°(优选地，20°到60°)。
部分区域21、22、23也可按复杂图案来布置以实现任何图形设计。这样的母版2和结果得到的体全息图1的示意俯视图在图16中示出。
母版2的进一步替换实施例在图18中示出。部分区域21、22、23的波长选择性在此通过相应的偏振结构来达成。
如果例如在第一部分区域中提供偏振结构并用光照射母版2，光的偏振面垂直于这一偏振结构的偏振面，则第一部分区域被从该曝光中选择性地排除。例如，与偏振结构的偏振面平行地偏振的不同波长的光随后可被用于曝光，结果是第一部分区域现在被选择性地曝光。
作为对比，第二部分区域中的偏振结构的偏振面优选地被布置成垂直于第一部分区域的偏振结构的偏振面。在第一曝光期间，第二部分区域因此被选择性地曝光并且在第二曝光期间被排除曝光。
如果各曝光发生在不同波长处，则可以此方式使用单个母版来产生多色体全息图。
在上述所有实施例中，曝光可发生在整个表面上。然而，已经证明特定良好的结果可通过网格曝光来获得。这作为示例在图25中示出。为此，网格掩模3被布置在曝光激光束与母版2之间。如果若干曝光被执行，则网格曝光也可以与整个表面上的曝光相组合。
取代掩模，网格化曝光也可被使用，其中扫描以及(在适当时)经聚焦的第一激光束被强度调制(参见图26)。激光束优选地(通过内部或外部调制)被打开和关闭。或者，激光束可被扩展，且对强度分布进行调制的所谓的空间调光器可被使用。如果若干曝光被执行，则网格化曝光也可以与整个表面上的曝光相组合。
尤其有利的是形成网格的小(即高分辨率)颜色区域被组合以产生混合颜色印象。为了产生花纹的亮色背景，尤其是为了产生背景色的半色调，网格布置也可以是有利的。
形成为点或线网格的网格掩模3的示例在图18中示出。
点网格一般是指包括不同的小型元素的网格。这些元素可以是圆形的，但也可采用不同结构，诸如举例而言星型、正方形、字母数字字符，等等。
网格优选地具有从50μm到300μm的网格宽度。
在图20中，详细地示出了多色网格化体全息图的产生。为此，首先提供图20A中示出的母版，其部分区域21、22在此形成标志。对于母版的部分区域21、22，可以使用用于产生期望的波长选择性的上述所有表面结构。
对于第一曝光，图20B中示出的网格掩模3被布置在具有非透明区域31和透明区域32的光束路径中，以使得它与母版2交叠，如图20C中部分地示出的。该曝光随后发生于红光，红光被第一部分区域21强衍射并且被第二部分区域22弱衍射。
从而获得在图20D中所示的中间产物。在其中红光被母版2的第一部分区域21衍射的体全息图的第一区域11中，形成了强红色像素图案14，而在第二区域12中，只发生弱曝光并且因而只形成了弱红色像素15。
网格掩模随后被移除并且执行对绿光的进一步曝光。这发生在整个表面上。绿光现在被母版的第二部分区域22强衍射，结果是现在在体全息图1的第二区域12的迄今未曝光部分中形成了强绿色像素16，如图20E中所示，而只在第一区域11中形成弱绿色像素17。通过控制第一和第二曝光的光强度的比率，可稍微改变颜色印象。
总体上，由此产生了图20F中表示的体全息图1，其具有带有红色边界的绿色背景上的红色标志。所使用的掩模的网格宽度优选地低于人眼的分辨能力，从而得到连续的颜色印象。
附图标记的列表
1 体全息图
11 区域
12 区域
13 区域
14 像素
15 像素
16 像素
17 像素
18 体全息图层
2 母版
21 部分区域
22 部分区域
23 部分区域
24 平面
25 平面
26 平面
27 清漆层
3 网格掩模
31 区域
32 区域
4 激光束
5 层结构
51 清漆层
52 载体层

Claims (40)

1.一种用于产生具有第一颜色的至少一个第一区域和第二颜色的至少一个第二区域的体全息图的方法，包括以下步骤：
a)提供由光敏聚合物制成的体全息图层；
b)将具有表面结构的母版布置在所述体全息图层上；
c)使用相干光来曝光所述母版，其中入射在所述母版的表面的至少一个第一部分区域上的光在所述体全息图层的所述至少一个第一区域的方向上被衍射或反射，并且入射在所述母版的表面的至少一个第二部分区域上的光在所述体全息图的所述至少一个第二区域的方向上被衍射或反射，并且其中由所述第一和第二部分区域衍射或反射的光在至少一个光学性质方面是不同的。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于：
对于预定的衍射阶数和/或偏振和/或反射方向和/或波长，由所述第一和第二部分区域衍射或反射的光在强度方面相差至少10％，优选地相差至少50％。
3.如权利要求1或2所述的方法，
其特征在于：
使用具有二元光栅的母版。
4.如权利要求3所述的方法，
其特征在于：
使用具有二元光栅的母版，所述二元光栅在所述第一和第二部分区域中具有不同结构深度。
5.如权利要求4所述的方法，
其特征在于：
使用如下母版：所述母版在所述第一部分区域中具有从350nm到510nm、优选地从400nm到460nm的结构深度，并且在所述第二部分区域中具有从450nm到630nm、优选地从510nm到570nm的结构深度。
6.如权利要求4或5所述的方法，
其特征在于：
使用如下母版：所述母版具有从500到10000nm、优选地从1000nm到3000nm的光栅周期。
7.如权利要求1或2所述的方法，
其特征在于：
使用具有多阶梯光栅、特别是四阶梯光栅的母版。
8.如权利要求7所述的方法，
其特征在于：
使用毗邻各阶梯之间的结构深度相差80nm到600nm，优选地120nm到400nm，的母版。
9.如权利要求3所述的方法，
其特征在于：
使用具有闪耀光栅的母版。
10.如权利要求9所述的方法，
其特征在于：
使用如下母版：所述闪耀光栅被布置在所述第一和第二部分区域中相对于彼此倾斜的平面上，其中布置在所述第一和第二部分区域中的所述闪耀光栅相对于由所述体全息图层横跨的平面的绝对倾角优选地是不同的。
11.如权利要求10所述的方法，
其特征在于：
各平面相对于彼此倾斜从5°到90°，优选地从20°到60°。
12.如权利要求1或2所述的方法，
其特征在于：
使用具有Fabry-Pérot层系统的母版。
13.如权利要求12所述的方法，
其特征在于：
所述Fabry-Pérot层系统的各平面之间的距离在所述第一和第二部分区域之间相差10nm到200nm，优选地相差20nm到100nm。
14.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
使用在所述第一和/或第二部分区域中提供偏振结构的母版。
15.如权利要求14所述的方法，
其特征在于：
使用其中所述偏振结构的偏振方向在所述第一和第二部分区域之间不同的母版。
16.如权利要求13到15之一所述的方法，
其特征在于：
使用如下母版：所述母版在每一情形中在所述第一和第二部分区域中具有带有小于用来曝光所述母版的光的波长的光栅周期的零阶衍射结构或者具有带有偏振超点阵的闪耀光栅，其中相应衍射结构不同地影响入射光的偏振。
17.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
所述曝光发生在至少两个相继的曝光步骤中。
18.如权利要求17所述的方法，
其特征在于：
所述曝光步骤以所述入射光的不同波长和/或不同曝光角度和/或不同偏振方向来执行。
19.如权利要求17或18所述的方法，
其特征在于：
所述曝光步骤之一以从600nm到660nm、优选地从620nm到640nm的波长来执行，且所述曝光步骤中的另一步骤以从500nm到560nm、优选地从520nm到550nm的波长来执行。
20.如权利要求17到19之一所述的方法，
其特征在于：
用于所述两个曝光步骤的光的偏振面相差45°到135°，优选地相差90°。
21.如权利要求17到20之一所述的方法，
其特征在于：
所述曝光步骤中的至少一者在两个部分区域的整个表面上执行。
22.如权利要求17到21之一所述的方法，
其特征在于：
所述曝光步骤中的至少一者在网格中执行。
23.如权利要求22所述的方法，
其特征在于：
所述网格是点或线网格。
24.如权利要求22或23所述的方法，
其特征在于：
所述网格具有从50μm到300μm的网格宽度。
25.如权利要求22到24之一所述的方法，
其特征在于：
执行多个曝光步骤，其中在每一情形中曝光发生在相对于彼此偏移的点网格中。
26.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
曝光以从2mJ/cm2到200MJ/cm2、优选地从5MJ/cm2到50MJ/cm2的光强发生。
27.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
光强在曝光期间被周期性地调制以产生网格。
28.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
所述第一和/或第二区域形成设计元素，尤其是符号、标志、图像、字母数字字符。
29.如前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于：
在曝光之后，通过固化来固定所述体全息图层。
30.一种与如权利要求1到29之一所述的方法一起使用的母版，所述母版包括具有在它们的光学性质方面不同的第一和第二部分区域的表面结构。
31.如权利要求30所述的母版，
其特征在于：
对于预定的衍射阶数和/或偏振和/或反射方向和/或波长，由所述部分区域衍射或反射的光在强度方面相差至少10％，优选地相差至少50％。
32.如权利要求30或31所述的母版，
其特征在于：
所述表面结构包括二元光栅、多阶梯相位光栅、闪耀光栅、Fabry-Pérot层系统、偏振滤光器层或它们的组合。
33.如权利要求30到32之一所述的母版，
其特征在于：
所述母版包括金属基体，尤其由镍制成。
34.如权利要求30到33之一所述的母版，
其特征在于：
所述母版包括与所述表面结构毗邻地布置或与所述表面结构交叠的至少一个进一步的表面结构。
35.如权利要求30到34之一所述的母版，
其特征在于：
所述母版包括覆盖所述表面结构的清漆层。
36.一种具有体全息图层的安全元件，其中形成具有至少两个不同颜色的区域的体全息图，所述体全息图能通过如权利要求1到29之一所述的方法来获得。
37.如权利要求36所述的安全元件，
其特征在于：
所述体全息图层由光敏聚合物形成，尤其是由Omni DX 796(DuPont)、卤化银乳剂或双色明胶形成。
38.如权利要求36或37所述的安全元件，
其特征在于：
所述体全息图层具有从3μm到100μm的层厚度。
39.一种具有如权利要求36到38之一所述的安全元件的安全文档。
40.如权利要求39所述的安全文档，
其特征在于：
所述安全文档被形成为标识文档、护照文档、签证文档、信用卡、钞票、证券，等等。
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