CN1164441C - 击打式光学可变图像制作方法及其打印装置 - Google Patents

Abstract

一种击打式光学可变图像制作方法，在具有热压敏特征的塑性材料上，用加热的光栅头对打印介质加压，生成浮雕型光栅，加热温度在60℃～150℃之间，打印压强1000帕到5000帕，打印接触时间0.05秒至1秒，控制打印头和打印介质的相对位置进行打印，获得整个光学可变图像。其打印装置，包括打印头、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，打印头驱动部分包括转动机构、Z轴运动机构和加热控制器，打印头为浮雕型光栅头，打印介质可以相对于打印头运动。本发明不需要激光器和感光材料，排除了大面积洁净光刻胶涂布的难题，适合于制作大面积的光学可变图像；同时大大缩短了光学可变图像的制作时间。

Description

击打式光学可变图像制作方法及其打印装置

                          技术领域

本发明涉及一种光学可变图像的制作方法及装置，具体涉及一种用击打的方式制作光学可变图像的方法及打印装置。

                          背景技术

光学可变图像(OVD)由微小光栅阵列构成，具有动态、色彩变化和三维效果等光学特性，光栅取向和空频有着无穷多的组合，因此光学可变图像有很多光变效果，难以复制伪造，且人眼易于观察得到，所以已经应用于钞票、卡证和商品的防伪。近年来，大幅面光学可变图像技术已成为无油墨激光防伪包装材料生产的重要技术手段。

通常，光学可变图像的制作方法主要有两种：一种是在全息干版上记录由光干涉形成二维或三维图像的全息摄影，用专门设计的光路通过手工来完成，对制作具有动态效果的光学可变图像非常困难；另一种是激光直写，由计算机控制精细激光束在平台上的移动，直接在光刻胶表面曝光，刻出连续的两维浮雕结构。单光束激光直写，由于成本高、制作时间长、制作面积小等缺点，而不常用；另一种激光直写的方法是双光束干涉直写，首先，用专用计算机软件设计出光学可变图像的数据文件，由专用的激光全息照排系统，通过数据文件，控制光学系统光学头中形成的干涉点的条纹取向、点的曝光位置和干涉夹角等参数，在感光材料(光刻胶)上曝光，形成光化作用，再通过显影，形成浮雕型的精细光栅条纹分布，每点的光栅条纹取向不同，最终形成光学可变图像。在浮雕型的光刻胶上金属化后，电铸成金属镍版，便制成光学可变图像原版，这种原版是生产激光膜压材料的母版。

上述方法形成的光学可变图像的面积一般小于160mm×160mm，要制作更大的面积，将受到1.大面积光刻胶涂布困难，2.制作时间太长，3.大幅面高精度激光全息照排系统设备研制困难，最终导致光学可变图像原版的制作成本太高而无法完成工业化生产。

因此，如果能摆脱现有的必须利用激光器才能制作光学可变图像的限制，实现一种不需要激光器的光学可变图像制作方法，将是一项革命性的进步，必将大大推进光学可变图像在防伪包装方面的应用。

                         发明内容

本发明目的是提供一种不需要光源而实现光学可变图像制作的方法及其装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种击打式光学可变图像制作方法，用具有热压敏特征的塑性材料作为打印介质，用光栅头作为打印头，用加热的打印头对打印介质加压，在打印介质上生成浮雕型光栅，对所述打印头的加热温度在60℃～150℃之间，打印压强为1000帕到5000帕，打印接触时间在0.05秒至1秒，控制打印头和打印介质的相对位置进行打印，即获得整个光学可变图像。

上述技术方案中，所述的“塑性材料”在加热加压下会发生不可恢复的形变，从而在表面留下浮雕型光栅，所述的“光栅头”其下表面是浮雕型光栅，根据需要，光栅空频一般在1500线/毫米至50线/毫米之间，浮雕深度一般为0.15微米至2微米之间，由于需要加压，光栅头应采用硬质材料制作，一般可以用加硬的金属镍。每次击打会留下一个单元光栅，由这些单元光栅阵列即可组成光学可变图像。

上述技术方案中，所述的光栅头可以转动，以获得不同的光栅取向，同时，光栅头可以更换或设置多个光栅头，获得不同空频的打印光栅点。

一种实现前述的光学可变图像制作方法的打印装置，包括打印头、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构、Z轴运动机构和加热控制器，所述打印头为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为X-Y坐标平台，各运动驱动机构和加热控制器由计算机控制系统提供控制信号。

上述技术方案中，所述的打印头为加硬的金属镍制成的光栅头，大小在0.16×0.16平方毫米至2×2平方毫米之间；可以设有1至9个打印头，所述打印头与打印头驱动机构间为活动连接，可以更换打印头。

另一种实现前述的光学可变图像制作方法的打印装置，包括打印头、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构、Z轴运动机构、X轴运动机构和加热控制器，所述打印头为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为滚筒结构，打印介质覆盖在滚筒上，并可随滚筒转动，各运动驱动机构和加热控制器由计算机控制系统提供控制信号。

上述技术方案中，可以设有一个打印头，所述打印头为圆型。

上述技术方案中，多打印头的方案是，设有至少3个打印头，所述各打印头的排列方式可以为体视对组合，也可以是红绿蓝(下称RGB)真彩色排列；还可以设有打印头自动更换装置。

本发明利用一种机械结构实现了光学可变图像的制作，在现有技术中，光学可变图像都是通过激光制作的，而实际上，光学可变图像是由转角和空频变化的小光栅阵列构成的，因此，本发明用机械结构的浮雕型光栅头作为打印头，用塑性材料作为记录介质实现了图像制作。在本发明的实现装置中，用机械运动结构实现打印头(光栅头)相对于记录介质的运动，从而打印出所需的光栅阵列，由于打印头尺度一般在1毫米左右，因而既可以用X-Y坐标台实现定位打印，也可以用滚筒结构实现定位打印，这种滚筒结构接近于现有的针式打印机，有利于简化结构、缩小体积。

另一方面，本发明的实现也可以设置成多针打印装置，对于多针打印装置，其多个光栅头的排列有两种方式，一种是体视对组合，各个光栅头取向是按人的视差来组合的，如果光栅头的尺寸足够小，可以增加体视对组合的光栅头的数目，可采用部分象素衍射屏方法，设计打印出具有一定立体感的3D图像。另一种排列是真彩色RGB组合，当入射角不变时，光栅条纹疏的衍射角度小，同时，长波长衍射角比短波长衍射角要大，因此，在波长λr、λg、λb确定的条件下，要在同一观察角度θr＝θg＝θb形成真彩色图像，则RGB光栅的选择必须满足λr/Λr＝λg/Λg＝λb/Λb。一般情况下，单光栅头的形状设计成圆形，有利于光栅头在旋转时，边界相互间不重叠，对多光栅头，可以设计一种自动置换机构，更换不同光栅取向的打印头，这样光栅头的形状也可以设计成正方形。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本发明设置了光栅打印头，采用热压敏方式实现光学可变图像的制作，不需要激光器，因此不用光刻胶干板，排除了大面积洁净光刻胶涂布的难题，适合于制作大面积的光学可变图像；

2、由于本发明采用光栅打印头打印，设光栅头的尺寸为1.0平方毫米，打印接触时间为0.2秒，则打印10毫米×10毫米的光学可变图像只需约20秒，而采用激光直写法制作一个同样的图像需要至少80分钟，因此本发明大大缩短了光学可变图像的制作时间。

                        附图说明

附图1为本发明实施例一的打印装置结构示意图；

附图2为图1中光栅头和打印介质的放大示意图；

附图3为本发明实施例二中打印部分的结构示意图；

附图4为实施例三中打印部分的结构示意图；

附图5为实施例三中光栅头的体视对排列示意图；

附图6为实施例三中光栅头的RGB真彩色排列示意图。

其中：[1]、Z轴运动机构；[2]、转动机构；[3]、加热控制器；[4]、电源控制箱；[5]、计算机；[6]、打印头；[7]、X-Y坐标台；[8]、打印介质；[9]、滚筒。

                      具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1所示，一种击打式光学可变图像打印装置，包括打印头6、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构2、Z轴运动机构1和加热控制器3，所述打印头6为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为X-Y坐标台7，各运动驱动机构和加热控制器3由计算机5通过电源控制箱4提供控制信号。

本实施例中，选用的打印头6为加硬的金属镍制成的光栅头，大小在0.16×0.16平方毫米至2×2平方毫米之间，光栅头的最下表面是1500线/毫米至50线/毫米的浮雕型光栅(如图2所示)，浮雕深度在0.15微米至2微米之间。

使用时，由计算机5设定打印头6的加热温度、打印压强和打印接触时间，其数值可以根据选用的打印介质8确定，当选用聚碳酸酯作为打印介质8时，可以设定打印接触时间在0.1秒至1秒，当选择加热温度在110℃左右时，材料的压缩压强降到1000帕至3000帕。

实施例二：参见附图3所示，一种击打式光学可变图像打印装置，包括打印头6、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构2、Z轴运动机构1、X轴运动机构和加热控制器3，所述打印头6为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为滚筒结构，打印介质8覆盖在滚筒9上，并可随滚筒9转动，各运动驱动机构和加热控制器3由计算机控制系统提供控制信号。本实施例设有一个打印头6，其形状为圆型。

在本实施例中，由滚筒9代替了坐标台7，滚筒9将带动打印介质8转动，同时，对打印头6增加了X轴方向的运动控制，由此实现打印头6相对于打印介质8的运动，这种打印运动方式与现有的普通针式打印机类似。

实施例三：参见附图4所示，一种击打式光学可变图像打印装置，包括打印头6、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构2、Z轴运动机构1、X轴运动机构和加热控制器3，所述打印头6为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为滚筒结构，打印介质8覆盖在滚筒9上，并可随滚筒9转动，各运动驱动机构和加热控制器3由计算机控制系统提供控制信号。其中，设有至少3个打印头6，所述各打印头6的排列方式如附图5和附图6所示，可以为体视对组合，也可以是RGB真彩色排列。同时，还设有打印头自动更换装置，打印头6可以是圆形，也可以是方形。

Claims (9)

1、一种击打式光学可变图像制作方法，其特征在于：用具有热压敏特征的塑性材料作为打印介质[8]，用光栅头作为打印头[6]，用加热的打印头[6]对打印介质[8]加压，在打印介质[8]上生成浮雕型光栅，对所述打印头[6]的加热温度在60℃～150℃之间，打印压强为1000帕到5000帕，打印接触时间在0.05秒至1秒，控制打印头[6]和打印介质[8]的相对位置进行打印，即获得整个光学可变图像。

2、如权利要求1所述的击打式光学可变图像制作方法，其特征在于：所述的光栅头可以转动，以获得不同的光栅取向，同时，光栅头可以更换或设置多个光栅头，获得不同空频的打印光栅点。

3、一种实现如权利要求1所述的光学可变图像制作方法的打印装置，其特征在于：包括打印头[6]、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构[2]、Z轴运动机构[1]和加热控制器[3]，所述打印头[6]为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为X-Y坐标平台[7]，各运动驱动机构和加热控制器由计算机控制系统提供控制信号。

4、如权利要求3所述的打印装置，其特征在于：所述的打印头[6]为加硬的金属镍制成的光栅头，大小在0.16×0.16平方毫米至2×2平方毫米之间。

5、如权利要求3所述的打印装置，其特征在于：可以设有1至9个打印头，所述打印头与打印头驱动机构间为活动连接，可以更换打印头。

6、一种实现如权利要求1所述的光学可变图像制作方法的打印装置，其特征在于：包括打印头[6]、打印头驱动部分、打印介质驱动部分和计算机控制系统，所述打印头驱动部分包括转动机构[2]、Z轴运动机构[1]、X轴运动机构和加热控制器[3]，所述打印头[6]为浮雕型光栅头，所述打印介质驱动部分为滚筒结构，打印介质[8]覆盖在滚筒[9]上，并可随滚筒[9]转动，各运动驱动机构和加热控制器[3]由计算机控制系统提供控制信号。

7、如权利要求6所述的打印装置，其特征在于：设有一个打印头[6]，所述打印头[6]为圆型。

8、如权利要求6所述的打印装置，其特征在于；设有至少3个打印头[6]，所述各打印头[6]的排列方式可以为体视对组合，也可以是红绿蓝真彩色排列。

9、如权利要求8所述的打印装置，其特征在于：还设有打印头自动更换装置。

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