CN1201534A - 光学可变器件(ovd)、记录ovd的方法及ovd记录器 - Google Patents

Abstract

一种由象素组成的光学可变器件,至少有两个象素子集(1),它们是这个象素子集(1)限定的视角图(M)的傅里叶变换的相位的图形重现。通过打开光闸(2),将经过扩束和会聚的激光光束(L)照射作为视角图的傅里叶变换的相位的图形重现而获得的象素图的图象(6)来记录光学可变器件(OVD),然后利用透镜(4)将这个图光学缩小到所需尺寸。接着,用光闸遮断激光光束(L),利用XY移动台(5)将记录OVD的光敏材料移动到下一个象素的位置,重复这一过程直至记录整个OVD为止。在激光光束(L)的扩束器(3)与透镜(4)之间,光学可变器件记录器设有一幅象素图的图象(6)。

Description

光学可变器件(OVD)、记录OVD的方法及OVD记录器

发明领域

本发明的主题是光学可变器件(OVD)、记录所述OVD的方法以及实现这一方法的记录器。

发明背景

许多用途常常采用分辨率约为每毫米1000线对的衍射结构和全息图形式的OVD，例如，作为证明元件。衍射光栅的镶嵌便是这种元件的较好的例子。瑞士专利04576中所揭示的“Kinegram”就是众所周知的一种OVD。在kinegram上看到的图象会随视角平缓地变化。通过将元件平面划分成象素，再将象素进一步划分成若干个肉眼感觉不到的被分配给特定图象的碎片，可获得这种效应。所有的象素将光衍射到一个方向，从而在合适视角上可看到给定图象，以这种方式，由直线衍射光栅提供与给定图象相对应的不同象素的碎片。改变视角，会看到与另一幅图象相对应的象素碎片。这种OVD的主要缺点是能够记录在一个OVD上图象的数目被限制在一定的预定数目之内，OVD记录所用的分辨率有限。具体说，这种方法不能产生含有平缓变化高分辨率图象的OVD。

日本专利JP26684/91和JP79080描述了采用精密限定槽形的曲线衍射光栅记录OVD的方法。这种方法能够获得所需的光学可变能力的效果。它还能够利用光刻技术记录OVD。其主要缺点是进行加工以及有关设备的成本高。

美国专利5262879揭示了记录OVD的另一种方法。采用这种方法，将扫描到计算机存储器中的平面图象转换成衍射光栅象素，形成OVD。利用光学激光记录器，在光敏表面上一个象素一个象素地记录这一光栅。这种方法的缺点是灵活性小，即可以利用的OVD的范围有限。

本发明所述的方法可消除上述的缺点。

利用激光器、光闸、光束扩束器、旋转安装的衍射光栅、会聚透镜组成的装置可以记录OVD，以暗点遮住未被衍射光的形式在会聚透镜的焦点上设置光阑。在计算机控制XY移动台的光敏材料上，以双倍的线对，由另一块透镜产生光栅的适当缩小图象。这种记录器的缺点是可用的OVD的范围有限，可能仅包含不同角度取向的固定尺寸的衍射光栅。

本发明所述的方法可消除上述的缺点。

发明概要

OVD的要点是，其象素中至少有一个是每个这种象素限定的视角图的傅里叶变换的相位的图形重现。

有利地，至少有一个这样的象素位于彩虹全息图附近。

OVD记录方法的要点是，打开光闸后，经过扩束和会聚的激光光束照射作为视角图的傅里叶变换的相位的图形重现而获得的象素图的图象。然后，利用透镜将这个图光学缩小到所需尺寸，光闸遮断激光光束，利用XY移动台将记录OVD的光敏材料移动到下一个象素的位置，重复这一过程。有利地，激光会聚光束在穿过象素图的图象后，利用位于透镜进行图的傅里叶变换的平面中的滤光片改善该激光会聚光束。有利地，利用迭代傅里叶变换算法计算视角图的傅里叶变换。

OVD记录器的要点是，在扩束器与透镜之间设置一幅象素图的图象。有利地，在扩束器的焦平面中有一个改善象素图象的傅里叶光谱的滤光片。

附图简述

本发明如附图中以图示方式给出的一个实施例所示。图中：

图1示出OVD和一个象素的视角图；

图2示出OVD记录的方法；

图3示出实现该方法的OVD记录器。

本发明的详细描述

光学可变器件(OVD)(图1)为一种由小象素1构成的衍射结构，它是这些小象素视角的图M的纯相位傅里叶变换全息图。每一个这种图M包含一幅由相对黑背景的亮点构成的图象。从视角图的中心O到任一亮点的线段与0X轴之间的夹角α代表观看元件的一个方向，该线段的长度R代表这个象素的空间频率和观看这个象素所需的元件倾角，亮点的亮度值代表这个方向和空间频率上的衍射光的相对强度。由这种亮点组成的一幅完整的图象形成视角方向图，当用单色光照射时，这些象素使光发生衍射。例如，OVD包括两个部分重叠的图象OA和OB，在不同的视角PA和PB范围内它是可见的，它包含至少3种类型的象素1：

1.仅包含在OA图象区中的象素，它们的视角图仅包括光亮区PA；

2.仅包含在OB图象区中的象素，它们的视角图仅包括光亮区PB；

3.包含在OA和OB图象区的公共部分中的象素，它们的视角图包括区域PA和PB之和的光亮区。

在计算机中用复数矩阵表示每个象素的视角图，复数的幅度等于视角图的相应点的亮度，相位以所谓漫射体的形式分配，它是一个幅度为1的复数矩阵，在这个矩阵的傅里叶变换中以幅度值分布均匀性最大的方式所组成的。最简单的漫射体是随机漫射体，它是一个随机分配辐角的复数矩阵。然后对这种方法组成的矩阵进行傅里叶变换，在得到的复矩阵中仅将其相位(辐角)值存入存储器。然后以图示的方式将该相位值矩阵表示为一幅象素图象，这里，接下来的灰度等级代表接下来的相位值。通常，该象素的图象是由不规则的线所组成的。这些线之间的距离或多或少是固定的，在仅包含在PA区的图的情况下尤其是这样。以适当比例(给出约600-1500线/毫米的线分辨率)，将象素的图象记录在凹凸光敏材料(光阻材料)上，这里以凹凸深度反映象素图的灰度等级。

以白光照射后保证特定方向上的重读能力最好的方式，将彩色平面光学不可变图象(如图形)或一组这种图象转换成由上述象素组成的OVD。在这个例子中，在较宽的水平倾角范围和OVD恒定垂直倾斜下，图象OA是可见的，当OVD相对光源适当倾斜时并在其平面内旋转任一角度值时，OB图象是可见的。

除了象素是视角图的傅里叶全息图以外，OVD还包含彩虹全息图，通常用作证明元件。采用传统光学配置可以将彩虹全息图记作模拟全息图，或者采用后面将要描述的计算机控制记录器将其记作计算机产生的彩虹全息图。包含在上述OVD中的彩虹全息图增强了其美感值。

记录OVD的方法如下：

1.计算视角图的傅里叶变换，将象素图象6的相位(辐角)的灰度等级图打印在透明体上或显示在空间光调制器上；

2.然后用经扩束、会聚的激光光束L照射象素图象6；

3.利用透镜4，在光敏材料上将象素图减小到适当的线密度；

4.利用光闸2阻断激光光束L，利用XY移动台5将光敏材料移动到下一个象素的位置；

5.然后打开光闸，重复这一过程直至对所有的OVD象素进行曝光为止。

其优点是，滤光片7能够改善穿过象素图图象6的激光光束L。滤光片位于激光束的焦平面上，这里，以光学方式重现象素的视角图，遮断对应于OVD不可见的角度的光。

其优点还有，当采用迭代傅里叶变换算法(IFTA)计算视角图(MVA)的傅里叶变换(FT)，以获得变换幅度的均匀值时，利用傅里叶变换直接计算的方法，这是不可能的。在IFTA中，用幅度与MVA值相对应的复数填充大小与MVA相同的复数矩阵，将随机数分配给辐角(应用随机漫射体)。然后，直接应用FT，使得到的复矩阵元的幅度均等(即它们全部接收到相同的值，通常为1)，不改变其辐角。接着，计算逆FT(因而返回到MVA域)，用MVA值填充矩阵元的幅度，不改变矩阵元的相位。多次(通常5-20次)重复这一循环，在直接FT计算，得到一个矩阵元幅度高度均等、MVA恢复质量十分好的复矩阵后完成循环。

图3示出OVD记录器，它由激光器组成，激光器是单色光光束L的光源。在激光器之后(或激光器中)有光闸2和扩束器3，它门形成经扩束、会聚的激光光束，其焦点位于透镜4前，该透镜将位于扩束器3与透镜4之间的象素图的图象6光学缩小到XY移动台上光敏材料上。由外部计算机控制打开光闸和XY台移动而控制记录器。

记录器还可包括位于透镜4前、扩束器3焦平面中的滤光片7。这个滤光片可改善象素图象的傅里叶光谱，从而改善MVA恢复。

Claims (7)

1.一种光学可变器件，它由象素组成，其特征在于：这种象素(1)中至少有一个是这个象素(1)限定的视角图的傅里叶变换的相位的图形重现。

2.如权利要求1所述的光学可变器件，其特征在于：至少有一个这种象素位于彩虹全息图附近。

3.一种OVD记录的方法，其特征在于：打开光闸(2)后，经过扩束和会聚的激光光束(L)照射作为视角图的傅里叶变换的相位的图形重现而获得的象素图的图象(6)，利用透镜(4)将这个图光学缩小到所需尺寸，用光闸遮断激光光束(L)；然后利用XY移动台(5)将记录OVD的光敏材料移动到下一个象素的位置，重复这一过程。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：利用滤光片(7)改善激光穿过象素图的图象(6)后的会聚光束(L)，滤光片位于透镜进行图象(6)傅里叶变换的平面内。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：利用迭代傅里叶变换算法计算视角图的傅里叶变换。

6.一种OVD记录器，它包括激光器、光闸、扩束器、透镜和XY移动台，其特征在于：在扩束器(3)与透镜(4)之间有一幅象素图象(6)

7.如权利要求3所述的OVD记录器，其特征在于：透镜(4)前有一个改善象素图象(6)傅里叶光谱的滤光片(7)。

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