CN116300319A - 用于制作全息母版的光刻机、方法、全息母版和防伪元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制作裸眼3D全息母版的光刻机、方法、全息母版和防伪元件。光刻机包括光学投射系统、计算机和运动系统，且光学投射系统包括发光二极管、光学处理装置、数字微镜器件和显微镜装置。数字微镜器件包括微反射镜阵列和芯片，发光二极管发射的光照射在微反射镜阵列上并被其反射。计算机创建待投射图像并其以数字信号形式传输给芯片，芯片根据数字信号控制微反射镜阵列以将数字信号处理成光学信号。显微镜装置将光学信号缩小之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上。计算机还配置成创建所述待投射图像，使得当待投射图像在被投射到感光胶层上时，能在感光胶层中形成微球面体阵列以及同时在所形成的微球面体阵列的表面上形成微图案阵列。

Description

用于制作全息母版的光刻机、方法、全息母版和防伪元件
技术领域
本发明涉及全息光刻技术领域，尤其是涉及用于制作全息母版的光刻机、方法以及相应的全息母版和防伪元件。
背景技术
在以烟酒盒为代表的包装行业中，除了印刷工艺外，越来越倚赖于纸张材料光学技术的突破。全息模压光刻材料已经应用了多年，成本也在逐渐降低。从最初的单纯素面镭射彩虹纸张，到猫眼、光柱等特效纸张，到如今的铂金浮雕等光刻技术，被广泛应用到以烟盒酒盒为代表的包装盒产品上。带有特种视觉效果的纸张材料不仅可以极大提升包装盒的视觉美观效果，同时因为全息光刻图案难以复制(除非拥有母版)可以提供优秀的防伪性能。
目前存在使用激光直刻光刻机雕刻玻璃母版的方法，然而这只能呈现出浮雕的效果，不能制作具有立体动态的浮动影像效果。此外，由于激光是相干光源，使用激光进行曝光会产生激光散斑，这种噪声会大大降低浮雕质量，使得浮雕变得模糊。此外，通过这样的光刻机仅能通过大量微线条的刻划来组成光刻效果，而且仅能够实现分辨率较低的浮雕。
为了实现动态的裸眼立体浮动影像效果，业内已经研究出使用两张透明薄膜的方法，其中一张透明薄膜具有大量重复的微透镜，比如，直径约为50μm，厚度约为10μm-50μm的微透镜呈规则阵列布局，另一张透明薄膜带有微图案阵列。通过将这两张透明薄膜相互叠放并正确对齐，将获得放大的微雕刻图像，该图像漂浮在薄膜表面上方或后方。然而，这种方法必须依附于薄膜，工艺复杂，对位困难，不能适用于全息镭射纸张生产的常规工艺(包括制版、模压、镀铝、转移到纸张等的整套工艺流程)，而且成本也非常高昂。
此外还提出一种在单张透明薄膜的正面制作微透镜阵列，背面印刷需要浮动的微图阵列的方法。然而，使用单张透明薄膜来制作浮动影像，也未能摆脱上述两张透明薄膜的方法的缺点：必须依附于薄膜，因为薄膜上的微透镜有一定的焦长，所以薄膜需要一定的厚度来产生景深。薄膜过厚对于包装产品的制作产生极大的限制。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种用于制作具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版的光刻机、方法以及相应的全息母版和防伪元件，其能够实现在单层玻璃板上同时光刻微球面体阵列和微图案阵列，而且由于微球面体阵列和微图案阵列是通过光学投射系统将由计算机制作的具有微球面体阵列图像部分和微图案阵列图像部分的图像同时投射到单层玻璃板上而一次刻出，因此不存在微球面体阵列和微图案阵列的对位问题，由此能够简单且低成本地制作出具有裸眼3D浮动影像效果的全息玻璃母版。
为了实现本发明的上述任务，本发明第一方面提供一种用于制作裸眼3D全息母版的光刻机，所述光刻机包括光学投射系统、计算机和运动系统，并且所述光学投射系统包括发光二极管、光学处理装置、数字微镜器件和显微镜装置。所述发光二极管配置成发射具有预设波长的光，该发射的光入射到所述光学处理装置中并且由该光学处理装置进行处理以获得强度均匀的光照射。所述数字微镜器件包括微反射镜阵列和芯片，经所述光学处理装置处理的光照射在所述微反射镜阵列上并且被所述微反射镜阵列反射到所述显微镜装置中。所述计算机配置成创建具有代表微球面体阵列的第一图层和与该第一图层叠加的代表微图案阵列的第二图层的待投射图像，并将所创建的待投射图像以数字信号形式传输给所述数字微镜器件的芯片，所述数字微镜器件的芯片配置成根据所接收的代表所述待投射图像的数字信号控制所述微反射镜阵列，从而与经过所述光学处理装置处理的光配合地将所接收的数字信号处理成光学信号反射到所述显微镜装置中。所述显微镜装置包括镜筒透镜和物镜，并且配置成将由所述微反射镜阵列反射出来的光学信号缩小预设倍数之后投射到覆盖有对于所述发光二极管发出的光敏感的感光胶层的玻璃板上。所述运动系统配置成使所述玻璃板相对于所述光学投射系统运动，以便所述光学投射系统在所述玻璃板的感光胶层的不同部位上投射代表所述待投射图像的不同部分的光学信号。以及，所述计算机进一步配置成基于莫尔效应创建所述待投射图像，使得：当代表所述待投射图像的光学信号在被所述光学投射系统投射到所述玻璃板的感光胶层上时，能够在所述感光胶层中曝光形成微球面体阵列以及同时在所形成的微球面体阵列的表面上曝光形成微图案阵列，其中，所述微球面体阵列中各相邻微球面体之间的间距与所述微图案阵列中各相邻微图案之间的间距不同。
为了实现本发明的上述任务，本发明第二方面提供一种用于制作裸眼3D全息母版的方法，所述方法包括：使用根据本发明第一方面的光刻机将待投射图像投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上；以及将完成投射的玻璃板置于氢氧化钠溶液中进行显影，使得感光胶层中被刻写的部分被氢氧化钠所腐蚀，而未被刻写的部分保留，从而获得具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版。
为了实现本发明的上述任务，本发明第三方面提供一种覆盖有感光胶层的全息母版，所述全息母版使用根据本发明第二方面的方法制作而成，使得在所述感光胶层上曝光形成有微球面体阵列，同时在所述微球面体阵列的表面上曝光形成有与所述微球面体阵列相对应的微图案阵列。
为了实现本发明的上述任务，本发明第四方面提供一种防伪元件，所述防伪元件具有单层薄膜，在所述单层薄膜上具有使用根据本发明第三方面的全息母版压制的压纹，使得在所述单层薄膜上具有微球面体阵列并且在所述微球面体阵列的表面上具有微图案阵列。
为了实现本发明的上述任务，本发明第五方面提供一种包装盒，所述包装盒具有根据本发明第四方面的防伪元件。
在本发明各方面提供的技术方案中，通过在计算机中同时设计制作微球面体阵列和微图案阵列，并用光刻机一次性光刻在全息玻璃母版上，能够至少实现以下优点：
1.制作工序简单，成本低；
2.能够在薄至3μm的薄膜涂层中压印带有微图案阵列的微球面体阵列，实现高分辨率、至少1μm分辨率的高质量浮动影像；
3.批量生产工艺完全兼容当前的成熟工艺，使用常规的转移薄膜厚度进行常规的模压、镀铝、转移即可，无需重新建立新的配套生产流程；
4.通过本发明制作的产品具有裸眼3D浮动的独特视觉效果，给产品带来极大的视觉冲击，而且具有独一无二的防伪功能；
5.避免使用光栅薄膜实现浮动影像效果的诸多缺陷。
附图说明
下面将结合实施例和附图更清楚阐述本发明。通过对本发明实施例的详细描述，上述优点和其他优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式，而不应认为是对本发明的限制。在全部附图中，相同或相似的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为按照本发明的光刻机的一种实施例的示意图。
图2为按照本发明的待投射图像的一种实施例的示意图。
图3为按照本发明的带有微图案的微球面体的一种实施例的示意图。
图4为按照本发明的带有微图案的微球面体的另一种实施例的示意图。
图5为按照本发明的微球面体阵列的一种实施例的示意图。
图6为按照本发明的光刻机的另一种实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为了方便后续说明，在此首先对下文中所涉及的一些术语进行简要说明如下：
1)微球面体：是指直径尺寸在20μm～100μm的凸面球体或者凹面球体，完整球体或部分球体、例如半球体均可理解为本文所定义的微球面体；
2)微雕或微图案：是指需要被放大并显示为裸眼3D效果的图案或文字；
3)浮动影像：指具有裸眼立体景深视觉效果的浮动图案或文字；
4)阵列：按照一定规律和频率整齐排列的重复图形或者文字；
5)莫尔纹放大效应：是一种独特的光学视觉效果，两光栅之间有很小的夹角就会产生放大效应。光栅相对移动一个周期，产生的莫尔条纹也相应地移动一个周期，但是如果使用差频条纹，其周期大于主光栅周期。在莫尔放大的效应下，莫尔条纹就有明显的动态视觉效果。当两光栅之间的夹角很小时，就会产生莫尔条纹的放大作用。而且夹角越小效果越明显，但当夹角为零时，不产生莫尔条纹，莫尔放大作用消失。
如果将微球面体阵列和微图案阵列分别看成两个有一定周期结构的光栅，它们重叠以后就可以形成莫尔图形。传统上使用两张基材分别制作微透镜阵列和微图案阵列，或者使用单张基材，其中在单张基材的上表面制作微透镜阵列，在单张基材的下表面制作微图案阵列，也就可以将基材上下表面的周期性的结构看作是两个光栅。因此，由于微透镜阵列对微图案阵列的莫尔放大作用，就可以产生特殊的视觉效果，即，微图案阵列上下、左右等动感浮动效果。
然而，如背景技术所提到的，现有激光直刻光刻机不能制作具有立体动态的浮动影像效果。而现有的实现浮动影像效果的方法要么工艺复杂、成本高昂，要么对产品造成了极大的限制。
为此，本发明提出一种制作能够实现裸眼3D浮动影像效果的全息玻璃母版的新技术，通过LED曝光蚀刻光刻机系统在单层玻璃全息母版上在一个步骤中同时一次光刻微球面体阵列和微图案阵列(或者说微雕阵列)。
即，本发明基于以上莫尔纹放大效应，通过LED光学曝光蚀刻机在光刻玻璃板的感光胶层上雕刻微球面体阵列，取代在PET或者PC柔性基材上的微透镜阵列，然后把需要放大展示的微文字或微图案阵列，以差频的阵列格式叠加光刻在微球面体阵列上。因为两个阵列的频率有细微的差别，因此产生莫尔纹放大效应，从而在一层玻璃基材上实现了传统上需要柔性材料复合来实现的浮动视觉效果。如果微球面体间距小于微图案的间距，图案就会浮在薄膜表面的后面。如果微球面体间距大于微图案间距，则图像浮在薄膜表面上方。
如图1和图2所示，本发明实施例首先提供一种用于制作裸眼3D全息母版的光刻机100。光刻机110包括光学投射系统1、计算机2和运动系统3。光学投射系统1包括发光二极管11、光学处理装置12、数字微镜器件13和显微镜装置14。
发光二极管(LED)11配置成发射具有预设波长的光L1。使用LED无相干光、不会产生散斑，由此有利于获得高质量浮动图像。
由发光二极管11发射的光L1入射到光学处理装置中并且由该光学处理装置进行处理以获得强度均匀的光照射L2。
数字微镜器件(DMD)13包括微反射镜阵列131和芯片132，经光学处理装置12处理的光L2照射在微反射镜阵列131上并且被微反射镜阵列反射到显微镜装置14中。
计算机2配置成创建具有代表微球面体阵列M1的第一图层和与该第一图层叠加的代表微图案阵列M2的第二图层的待投射图像P，并将所创建的待投射图像以数字信号形式传输给数字微镜器件的芯片132。
数字微镜器件的芯片132配置成根据所接收的代表待投射图像P的数字信号控制微反射镜阵列131、例如控制微反射镜阵列中各个微反射镜的反射角度等，从而与经过光学处理装置12处理的光L2配合地将所接收的数字信号处理成光学信号L3反射到显微镜装置14中。
在此，数字微镜器件的芯片例如通过视频线缆与计算机2电连接，计算机2通过视频线缆将待投射图像以数字信号形式传输给数字微镜器件的芯片132。
显微镜装置14包括镜筒透镜141和物镜142，并且配置成将由微反射镜阵列131反射出来的光学信号L3缩小预设倍数之后投射到覆盖有对于发光二极管11发出的光敏感的感光胶层的玻璃板4上。在此，由微反射镜阵列131反射出来的光学信号L3进入镜筒透镜141，然后从镜筒透镜141射出，从镜筒透镜141射出的光L4入射到物镜142中。
运动系统3配置成使玻璃板4相对于光学投射系统1运动，以便光学投射系统1在玻璃板4的感光胶层的不同部位上投射代表待投射图像P的不同部分的光学信号。
在此，计算机2进一步配置成基于莫尔效应创建待投射图像P，使得：当代表待投射图像P的光学信号在被光学投射系统1投射到玻璃板4的感光胶层上时，能够在感光胶层中曝光形成微球面体阵列M1以及同时在所形成的微球面体阵列的表面上曝光形成微图案阵列M2，其中，微球面体阵列M1中各相邻微球面体之间的间距S1与微图案阵列M2中各相邻微图案之间的间距S2不同。例如，在计算机2中可以安装有用于设计待投射图像P的软件。
例如，如图2所示，微球面体阵列M1中各相邻微球面体之间在X和Y方向上的间距S1与微图案阵列M2中各相邻微图案之间在X和Y方向上的间距S2不同。例如，微球面体间距S1为50μm，微图案间距S2为51μm，这将使微图案漂浮在微球面体后面。而如果使微球面体间距S1为50μm，微图案间距S2为49μm，则微图案将漂浮在微球面体上方。根据莫尔放大器理论，微球面体与微图案的间距差越小，浮动图案与微球面体的距离越大，微图案的放大倍数越大，反之亦然。
通过本发明实施例，在一个步骤中同时在单层玻璃板的光刻胶上光刻带有微图案阵列的微球面体阵列，不存在微球面体阵列和微图案阵列的对位问题，由此能够简单且低成本地制作具有与莫尔放大器非常相似的全息裸眼3D浮动影像效果的全息玻璃母版。此外，这种类型的全息玻璃母版完全兼容现有的后续批量生产工序，如：制版、模压、镀铝、转移。确保可以制作成全息转移纸张，例如可以带基膜复合到纸张，或者剥离基膜把全息图案转移到纸张。生产过程、成本和当前的全息铂金浮雕纸张一致，因此可以应用到低成本的批量生产。
下面借助图2至图5描述待投射图像的创建。
如图2所示，计算机2进一步配置成以灰度图像创建待投射图像P，使得代表微球面体的灰度值与代表要刻在该微球面体表面上的微图案的灰度值不同。微图案的灰度值与其周围微球面体的灰度值的差异将影响微图案的深度和凹陷程度。
在此，不同于采用激光直刻光刻机仅能通过大量微线条的刻划来组成光刻效果的技术方案，在本发明实施例中可以理解的是，为了在感光胶层中刻出微球面体，在计算机中创建的微球面体图像的灰度值是渐变的。这样灰度渐变的微球面体的光刻在激光直刻光刻机中是无法实现的。
在一些实施例中，计算机2可以配置成以灰度图像创建微球面体阵列图像并且在该微球面体阵列图像上叠加地以黑白图像创建微图案阵列。在一些示例中，如图3所示，微图案10可以被设计成黑色的，而其周围的微球面体20被设计成灰色的，此时，在最终光刻形成的微球面体20中形成凹痕30。在另一些示例中，如图4所示，微图案10可以被设计成白色的，而其周围的微球面体20被设计成灰色的，此时，在最终光刻形成的微球面体20中形成凸起40。
优选的是，计算机2可以配置成这样创建待投射图像，使得代表微球面体的灰度值与代表要刻在该微球面体表面上的微图案的灰度值的差异至少为15％、尤其是至少为20％。
特别优选的是，计算机2可以配置成这样创建待投射图像，使得代表微球面体的灰度值与代表要刻在该微球面体表面上的微图案的灰度值的差异至少为25％。由此使得微图案在微球面体上清晰可见。
在一些实施例中，计算机2可以配置成这样创建待投射图像P，当代表待投射图像P的光学信号在被光学投射系统1投射到玻璃板4的感光胶层上后，微球面体阵列在感光胶层中形成凹面球体或凸面球体。
在另一些实施例中，计算机2还可以配置成这样创建待投射图像P，当代表待投射图像P的光学信号在被光学投射系统1投射到玻璃板4的感光胶层上后，微球面体阵列在感光胶层中形成一部分凹面球体以及一部分凸面球体。
传统上，微球面体阵列的频率和微图案阵列的频率之间的差异是固定的，微图案阵列也因此总是以固定的放大倍数出现。通过改变不同区域的微图案频率，可以产生不同的放大倍数。通过在不同部分使用不同的微图案频率，会使图像的一部分漂浮在胶片上方，而其他部分则出现在胶片后面。这增加了复杂性并且因此将有助于制造更安全和更具吸引力的防伪元件。
为此，计算机还可以配置成这样创建待投射图像P，使得投射图像P的不同区域的微图案阵列具有不同的微图案频率。
备选地或附加地，也可以通过改变不同区域的微球面体阵列的微球面体大小和微球面体间距来增加复杂性。如图5所示，微球面体阵列M1可以具有第一子微球面体阵列M11和第二子微球面体阵列M12，第一子微球面体阵列M11的微球面体直径与第二子微球面体阵列M12的微球面体直径不同。
由此可见，本发明实施例能够实现通过计算机2灵活设计由微球面体阵列和微图案阵列彼此叠加而成的待投射图像，并通过光学投射系统1和运动系统3将待投射图像投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上，实现微球面体阵列和微图案阵列的同时曝光成形。
在一些实施例中，本发明能够实现在厚度为1μm至10μm、尤其是3μm至10μm的感光胶层上光刻带有微图案阵列的微球面体阵列。相应地，计算机2可以进一步配置成这样计算所述待投射图像，使得在所述感光胶层中曝光形成的微球面体阵列中的微球面体具有1μm至10μm、优选至少3μm的高度。
在一些实施例中，发光二极管11可以配置成发射波长处于308nm至415nm范围内。例如，发光二极管11可以是紫外发光二极管UV LED。
特别有利的是，发光二极管11可以配置成发射波长处于400nm至415nm范围内的光。具有这样波长的光既能够在光学处理装置12和显微镜装置14中良好地传播，而且还能够有利于数字微镜器件的使用寿命。另外，玻璃板上的感光胶层对于具有400nm至415nm范围内的波长的光非常敏感，这能够实现更好的图像光刻质量。
备选地或附加地，发光二极管11可以进一步配置成具有10W-20W的功率。由此能够兼顾曝光蚀刻的速度和所曝光形成的微球面体的表面质量。也就是说，采用功率在10W-20W范围内的发光二极管能够实现较快的曝光蚀刻速度以及较好的微球面体表面质量。
例如，发光二极管11可以构造为具有10W-20W的功率的紫外发光二极管UV LED。
在一些实施例中，光学处理装置12可以包括多个消色差透镜、例如4个消色差透镜。由此能够在占用空间小的情况下实现均匀照射。
在其他实施例中，光学处理装置12也可以包括消球差透镜、复眼透镜阵列或传像管等能够实现均匀照射的光学器件，但本发明不限于此。
在一些实施例中，微反射镜阵列131的微反射镜具有约6μm至12μm的尺寸。尤其是，微反射镜阵列131的微反射镜具有约7.56μm的尺寸，这有利于同时优化光学处理装置12和显微镜装置14的设计。
在一些实施例中，显微镜装置14可以进一步配置成将由微反射镜阵列131反射出来的光学信号缩小5至20倍之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板4上。显微镜装置14在此可以构造成倒置显微镜。
例如，显微镜装置14可以包括10倍物镜，并且显微镜装置14进一步配置成将由微反射镜阵列131反射出来的光学信号缩小10倍之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上。
在此，每次仅投射整个待投射图像的非常微小的部分，例如每次仅投射整个待投射图像的大小为0.5mm x 0.7mm的部分，而完整的待投射图像由成千上万次的投射完成，相邻的投射点需要尽可能无缝衔接。发明人通过研究意外发现，通过显微镜装置14将由微反射镜阵列131反射出来的光学信号缩小(例如缩小10倍)之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上，能够使得相邻的投射点的衔接变得显著平滑。由此能够获得显著较好的图像光刻质量，此外还能够实现快速光刻。
在一些实施例中，如图6所示，光刻机100还可以包括调焦系统5，该调焦系统5配置成调整物镜142与玻璃板4之间的距离，以便光学投射系统1将待投射图像清晰地投射到玻璃板的感光胶层上。由此能够确保物镜与玻璃板之间的正确且稳定的距离。
进一步地，调焦系统5包括与计算机2电连接、例如通过微控制器51与计算机2电连接的激光三角测量装置52和竖直位移装置53，物镜142安装在竖直位移装置53上。激光三角测量装置52配置成测量物镜142与玻璃板4之间的距离。计算机2进一步配置成基于激光三角测量装置52测得的距离控制竖直位移装置53竖直移动，以便调整物镜相对于玻璃板的竖直距离。由此能够确保尤其是在玻璃板4放置于可运动平台32上的情况下玻璃板4与物镜142之间的正确且稳定的距离。
在一些实施例中，调焦系统5可以进一步配置成具有不大于1μm的调整精度。
为了进一步确保相邻投射点尽可能无缝衔接，运动系统3可以被配置成具有不大于0.1μm的定位精度。由此能够使得玻璃板相对于光学投射系统稳定且高精度地在水平方向上运动，从而光学投射系统能够持续地进行曝光投射，但在相邻投射点之间不会产生明显的衔接痕迹。
在一些实施例中，运动系统3具有未示出的电机和电机驱动控制器31，该电机驱动控制器31与计算机2和电机电连接，并且配置为驱动电机，以便驱动玻璃板4在水平方向上相对于光学投射系统1运动。例如，玻璃板4放置在运动平台32上。电机驱动控制器31控制电机带动运动平台32在水平方向上运动，从而带动放置在运动平台32上的玻璃板4相对于光学投射系统1在水平方向上运动。
本发明实施例还提供一种用于制作具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版的方法，在该方法中，能够在一个步骤中将由计算机创建的具有代表微球面体阵列的第一图层和与该第一图层叠加的代表微图案阵列的第二图层的待投射灰度图像通过采用LED光源的无掩模光刻机曝光蚀刻到覆盖有感光胶层的玻璃板上，然后将完成曝光蚀刻的玻璃板置于氢氧化钠溶液中进行显影，使得感光胶层中被刻写的部分被氢氧化钠所腐蚀，而未被刻写的部分保留，从而获得具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版。
在一些实施例中，所述方法尤其是通过按照本发明的上述光刻机及其实施例之一来制作全息母版，即，所述方法包括：
使用根据本发明所述的光刻机将待投射图像投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上；以及
将完成投射的玻璃板置于氢氧化钠溶液中进行显影，使得感光胶层中被刻写的部分被氢氧化钠所腐蚀，而未被刻写的部分保留，从而获得具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版。
进一步地，可以用去离子水冲洗显影后的玻璃板，并将其干燥。
进一步地，还可以将干燥后的玻璃板、即全息母版在电铸的过程转换为金属镍板。
在一个具体的示例中，通过如下方式制作全息母版：
在计算机2中将微球面体图像创建为灰度图像，其中灰度表示微球面体的高度，然后在一个阵列中将该微球面体图像重复。微球面体的形状、大小和重复格式(棋盘格、蜂窝等)都对生成的浮动图像影响很小，但在显微镜下分析图像时会显示出来，可用于防伪；
接着在计算机2中使用简单的光线追踪数学基于莫尔效应计算待浮动图像、即微图案如何雕刻到微表面上。然后，计算机2以1μm或更高的分辨率计算微球面体阵列/微图案阵列，并将数据发送给光学投射系统1；
光学投射系统1以重复方式将带有微球面体阵列和微图案阵列的图像投影到光刻胶板上。根据灰度，光刻胶接收一定量的光，显影后将其转换为约3微米厚的3D浮动微图案；
然后将此全息母版转换为模压工具，以便能够将3D浮动微图案压印到塑料薄膜上的涂层中。
本发明实施例提供的方法的其他细节和优点可参考上述对本发明实施例提供的光刻机100的描述，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种覆盖有感光胶层的全息母版，该全息母版使用根据本发明的方法制作而成，使得在所述感光胶层上曝光形成有微球面体阵列，同时在所述微球面体阵列的表面上曝光形成有与所述微球面体阵列相对应的微图案阵列。
本发明实施例提供的全息母版的其他细节和优点可参考上述对本发明实施例提供的光刻机100的描述，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种防伪元件，该防伪元件具有单层薄膜，在单层薄膜上具有使用根据本发明的全息母版压制的压纹，使得在单层薄膜上具有微球面体阵列并且在所述微球面体阵列的表面上具有微图案阵列。
例如，将上述制造好的全息母版使用电铸的过程转换为金属镍板之后，将该金属镍板放置在压花机中的圆柱体上，在那里微图像结构被转移到单层的塑料薄膜中。
为了提高浮动图像的可见度，可以使用真空金属气相沉积法在薄膜表面镀上一层薄薄的铝层，使整个薄膜变得高度反射而增加浮动效果。
本发明实施例还提供一种包装盒、例如烟盒或酒盒。该包装盒具有根据本发明的防伪元件。
以上在说明书、附图以及权利要求书中提及的特征或者特征组合，只要在本发明的范围内是有意义的并且不会相互矛盾，均可以任意相互组合使用或者单独使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种用于制作裸眼3D全息母版的光刻机，其特征在于，所述光刻机包括光学投射系统、计算机和运动系统，并且所述光学投射系统包括发光二极管、光学处理装置、数字微镜器件和显微镜装置；
所述发光二极管配置成发射具有预设波长的光，该发射的光入射到所述光学处理装置中并且由该光学处理装置进行处理以获得强度均匀的光照射；
所述数字微镜器件包括微反射镜阵列和芯片，经所述光学处理装置处理的光照射在所述微反射镜阵列上并且被所述微反射镜阵列反射到所述显微镜装置中；
所述计算机配置成创建具有代表微球面体阵列的第一图层和与该第一图层叠加的代表微图案阵列的第二图层的待投射图像，并将所创建的待投射图像以数字信号形式传输给所述数字微镜器件的芯片，所述数字微镜器件的芯片配置成根据所接收的代表所述待投射图像的数字信号控制所述微反射镜阵列，从而与经过所述光学处理装置处理的光配合地将所接收的数字信号处理成光学信号反射到所述显微镜装置中；
所述显微镜装置包括镜筒透镜和物镜，并且配置成将由所述微反射镜阵列反射出来的光学信号缩小预设倍数之后投射到覆盖有对于所述发光二极管发出的光敏感的感光胶层的玻璃板上；
所述运动系统配置成使所述玻璃板相对于所述光学投射系统运动，以便所述光学投射系统在所述玻璃板的感光胶层的不同部位上投射代表所述待投射图像的不同部分的光学信号；以及
所述计算机进一步配置成基于莫尔效应创建所述待投射图像，使得：当代表所述待投射图像的光学信号在被所述光学投射系统投射到所述玻璃板的感光胶层上时，能够在所述感光胶层中曝光形成微球面体阵列以及同时在所形成的微球面体阵列的表面上曝光形成微图案阵列，其中，所述微球面体阵列中各相邻微球面体之间的间距与所述微图案阵列中各相邻微图案之间的间距不同。
2.根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于，所述计算机进一步配置成以灰度图像创建所述待投射图像，优选这样创建所述待投射图像，使得代表微球面体的灰度值与代表要刻在该微球面体表面上的微图案的灰度值的差异至少为15％、尤其是至少为20％。
3.根据权利要求2所述的光刻机，其特征在于，所述计算机进一步配置成这样创建所述待投射图像，使得代表微球面体的灰度值与代表要刻在该微球面体表面上的微图案的灰度值的差异至少为25％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述计算机进一步配置成这样计算所述待投射图像，使得在所述感光胶层中曝光形成的微球面体阵列中的微球面体具有1μm至10μm的高度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述发光二极管进一步配置成发射波长处于308nm至415nm范围内、尤其是处于400nm至415nm范围内的光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述发光二极管进一步配置成具有10W-20W的功率。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述光学处理装置包括多个消色差透镜、例如4个消色差透镜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述微反射镜阵列的微反射镜具有约6μm至12μm的尺寸、尤其是约7.56μm的尺寸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述显微镜装置进一步配置成将由所述微反射镜阵列反射出来的光学信号缩小约5至20倍之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上。
10.根据权利要求9所述的光刻机，其特征在于，所述显微镜装置包括10倍物镜，并且所述显微镜装置进一步配置成将由所述微反射镜阵列反射出来的光学信号缩小约10倍之后投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述光刻机还包括调焦系统，所述调焦系统配置成调整所述物镜与所述玻璃板之间的距离，以便所述光学投射系统将所述待投射图像清晰地投射到所述玻璃板的感光胶层上。
12.根据权利要求11所述的光刻机，其特征在于，所述调焦系统包括与所述计算机电连接的激光三角测量装置和竖直位移装置，所述物镜安装在所述竖直位移装置上；
所述激光三角测量装置配置成测量所述物镜与所述玻璃板之间的距离；
所述计算机进一步配置成基于所述激光三角测量装置测得的距离控制所述竖直位移装置竖直移动，以便调整所述物镜相对于所述玻璃板的竖直距离。
13.根据权利要求11或12所述的光刻机，其特征在于，所述调焦系统进一步配置成具有不大于1μm的调整精度。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述运动系统进一步配置成具有不大于0.1μm的定位精度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光刻机，其特征在于，所述运动系统包括电机和电机驱动控制器，该电机驱动控制器与所述计算机和所述电机电连接，并且配置为驱动所述电机，以便驱动所述玻璃板在水平方向上相对于所述光学投射系统运动。
16.一种用于制作裸眼3D全息母版的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用根据权利要求1至15中任一项所述的光刻机将待投射图像投射到覆盖有感光胶层的玻璃板上；以及
将完成投射的玻璃板置于氢氧化钠溶液中进行显影，使得感光胶层中被刻写的部分被氢氧化钠所腐蚀，而未被刻写的部分保留，从而获得具有裸眼3D浮动影像效果的全息母版。
17.一种覆盖有感光胶层的全息母版，其特征在于，所述全息母版使用根据权利要求16所述的方法制作而成，使得在所述感光胶层上曝光形成有微球面体阵列，同时在所述微球面体阵列的表面上曝光形成有与所述微球面体阵列相对应的微图案阵列。
18.一种防伪元件，所述防伪元件具有单层薄膜，其特征在于，在所述单层薄膜上具有使用根据权利要求17所述的全息母版压制的压纹，使得在所述单层薄膜上具有微球面体阵列并且在所述微球面体阵列的表面上具有微图案阵列。
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