CN1725060A - 一种形成彩色点阵衍射图像的方法及由该方法制成的产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现彩色的点阵衍射图像的方法，以及由该方法制成的产品。本发明的方法在记录点阵衍射图的过程中，将每一个像素都记录为一个复合光栅，该复合光栅可以看作是由两个基元光栅G₁、G₂复合而成。根据图像的颜色选择基元光栅的参数，使得该像素在一定的照明条件下在特定的方向上再现指定的图像颜色，即在该观察方向上再现了指定颜色的图像。

Description

一种形成彩色点阵衍射图像的方法 及由该方法制成的产品

技术领域

本发明涉及一种光学防伪方法及其产品，具体地说，涉及一种采用光可变图像(OVD，Optically Variable Devices)的光学防伪方法及其产品。

背景技术

光可变图像是一种由衍射图的衍射作用再现出来的图像，它包括白光和激光再现的各类全息图像、点阵图像、e-beam(电子束)图像、各种编码图像以及类似技术形成的图像等，已广泛地应用于防伪领域。在安全性要求高的产品方面，例如钞票、信用卡、身份证、护照等各种有价票券或证卡上，普遍采用了OVD光学防伪技术。在商品流通领域，各种名牌产品更是首选该项技术作为防止假冒和维护品牌声誉的手段。

衍射图一般来说是由浮雕型(可能涂有保护层)衍射光栅构成的，这种衍射光栅可以用模压的方法进行大规模的批量生产。光可变图像就是通过光栅对照明光的衍射再现出来的，因此，它的特征也是由衍射图上的光栅结构决定的。

点阵衍射图是应用最为广泛的一种光可变图像，是由点状衍射单元组成，即每个像素都是一个独立的衍射光栅。在一般的点阵衍射图中，所有像素光栅的空间频率ξ是相同的，而光栅方向可能是不同的。这种点阵衍射图亮度高、观察范围广，其醒目的动感效果容易给人以深刻的印象。但是，这种现有技术的点阵衍射图没有明确的颜色意义的图像。

发明内容

因此，本发明的目的就是提供一种生成彩色的点阵衍射图像的方法以及利用这种方法制成的防伪产品，在特定的方向上再现具有确定颜色的图像，而且图像的观察范围广，特征明显，易于辨认。

为实现本发明的上述目的，本发明的生成彩色的点阵衍射图像的方法包括：将点阵衍射图像的每一个像素记录为一个复合光栅，所述复合光栅由两个基元光栅复合而成。其中，按照如下条件确定所述基元光栅的参数：在用预定的照明条件照射衍射图时，所述像素在特定的方向上再现指定的图像颜色。

本发明具有如下特点：(1)所制作的衍射图在特定的观察方向上可再现彩色的图像；(2)观察范围广，在多个方向上都能观察到图像，这些图像包括完整的图像而具有包括特定颜色序列在内的多种颜色序列，以及根据观察方向而显示出的相应区域的图像；(3)特征明显，易于辨认，是一项大众防伪技术。

附图说明

图1示意性地显示了光栅衍射原理；

图2示例性地显示了一个根据本发明的方法要形成的衍射图。

具体实施方式

图1显示了光栅衍射的一般性原理。为便于说明且不失一般性，设照明光3以入射角θ照射光栅1时，并且入射面与光栅条纹垂直，衍射光4的衍射角为，2为光栅1的法线，光栅1的空间频率为ξ，照明光的波长为λ。则根据光学原理，衍射光的方向由下式决定：

      sin_m＝mξλ+sinθ                   (1)

其中，m为整数，表示衍射级。在通常情况下，有效衍射级为正(或负)一级，即m＝±1。由式(1)可知，不同波长的光以相同入射角θ照射光栅时，它们的衍射角_m，λ是不同的，λ越大衍射角就越大。因此，当用一束白色照明光照射光栅以再现图像时，对同一级衍射光来说，红光的衍射角最大，而蓝光的衍射角最小。观察者在衍射光的范围内改变观察角度，就可以看到颜色变化。

如图2所示，衍射图5由空间频率分别为ξ₁和ξ₂的两个光栅区域6和7组成。仍假设白色照明光以入射角θ照射衍射图，且入射面与光栅条纹垂直，不同颜色的光分别经过两个光栅的衍射，由式(1)可以得到它们的正一级衍射光的衍射角_1，λ ⁽⁶⁾、_1，λ ⁽⁷⁾。假设所取的光栅参数(如空间频率)恰好满足光栅区域6的红色正一级衍射光(例如λ＝633nm)的衍射角_1，633 ⁽⁶⁾与光栅区域7的蓝色正一级衍射光(例如λ＝458nm)的衍射角_1，458 ⁽⁷⁾相等，则在此方向上观察图像，可以看到光栅区域6是红色的，光栅区域7是蓝色的。这个方向就可以确定为要观察到指定颜色的特定方向。当观察角度变化时，两个区域的颜色也随之变化。正是因为这一特点，本发明所述的光可变图像的颜色指的是在一定的照明条件下和在特定的观察角度上的图像颜色。

事实上，根据余弦光栅的特点，它们的-1级衍射光再现的是同样颜色的图像。

根据上述原理，本发明的方法在生成点阵衍射图的过程中，将每一个像素记录为一个复合光栅G。该复合光栅G可以看作是由两个基元光栅G₁、G₂复合而成。根据光学原理，由于光栅是位相型的，该像素的复振幅透过率(或反射率)应为：

$\mathrm{\τ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\exp \left\{\right[A\cos (\stackrel{\→}{p}\·\stackrel{\→}{r})+B\cos (\stackrel{\→}{q}\·\stackrel{\→}{r})\left]\right\}---\left(2\right)$

其中，A_k、B₁表示与记录过程有关的常数，

表示G₁、G₂的光栅矢量，且有 $\left|\stackrel{\→}{p}\right|=\left|\stackrel{\→}{q}\right|,$

表示该像素的位置矢量。将上式展开，得到

$\mathrm{\τ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\underset{k=0}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{1=0}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{j}^{k+1}{J}_k\left(A\right)J_1\left(B\right)\cos [(k\stackrel{\→}{p}+l\stackrel{\→}{q})\·\stackrel{\→}{r}]+\underset{k=1}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{1=-\∞}{\overset{-1}{\mathrm{\Σ}}}{j}^{k+1}{J}_k\left(A\right)J_1\left(B\right)\cos [(k\stackrel{\→}{p}+l\stackrel{\→}{q})\·\stackrel{\→}{r}]---\left(3\right)$

其中k，1为整数，J表示贝赛尔函数。对于一个实际的衍射图，衍射级是有限的，也就是说k、1的取值是有限的。

由(3)式可以看出，该像素复合光栅G可以看作是一系列余弦光栅的线性组合。为了说明方便，可以用G_k，1表示这些余弦光栅(可称之分量光栅)。很显然，分量光栅G_1，0和G_0，1就是基元光栅G₁、G₂。考虑分量光栅G_1，1，不失一般性地假设 $(\stackrel{\→}{p}+\stackrel{\→}{q})\·\stackrel{\→}{r}=(p_1+q_1)\·x,$ 则在此情况下，G_1，1的复振幅透过率(或反射率)为：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{1,1}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=-J_1\left(A\right)J_1\left(B\right)\cos \left[(p_1+q_1)x\right]---\left(4\right)$

显然，分量光栅G_1，1的空间频率为ξ＝(p₁+q₁)/2π。当用入射角为θ、且其入射面垂直于分量光栅G_1，1的条纹的白光照射像素复合光栅G时，若要求该像素在衍射角为的方向上再现波长为λ的颜色，则可由式(1)计算出余弦光栅CG的空间频率ξ，进而由ξ确定

和

。以

和 作为基元光栅的参数形成基元光栅G₁和G₂，从而得到复合光栅G。这样就可以使该像素在方向上再现波长为λ的颜色。

当然，上述一定的照明条件也不限于是入射面垂直于光栅条纹的方向，而是可以倾斜于光栅条纹。在这种情况下，衍射光的方向显然就不能用式(1)来确定。这些确定衍射角的具体方法属于光学基本原理，是本领域技术人员的公知常识，本说明书不再赘述。

利用上述方法，可以设计制作彩色点阵衍射图，使它在预定的照明条件下在特定的方向上再现指定颜色的图像。

例如对图2所示的衍射图5，若要求用入射角为θ、且其入射面垂直于分量光栅G_1，1的条纹的白光照射衍射图时，光栅区域6中像素复合光栅的分量光栅G_1，1 ⁽⁶⁾红色正一级衍射光(例如λ＝633nm)与光栅区域7的蓝色正一级衍射光(例如λ＝458nm)的衍射光方向相同，该特定方向就是光栅区域6的分量光栅G_1，1 ⁽⁶⁾的红色正一级衍射光的方向，则在此方向上观察图像，可以看到光栅区域6是红色的，光栅区域7是蓝色的。

在上述条件下，衍射图5的其它各分量光栅的±1级衍射光可以在各自的方向上再现相应的图像，包括不同颜色的完整图像和相应区域的图像。

上述方法设计制作的彩色点阵衍射图像既可以是反射式，也可以是透射式。

用上述方法设计制作防伪标志时，该衍射图像可以单独使用，也可以与其它光可变图像(OVD)组合在一起使用，其中包括各类全息图像、其他类型的点阵图像、e-beam(电子束)图像、或各种编码图像。

Claims (10)

1.实现彩色点阵衍射图像的方法，包括以下步骤：

将点阵衍射图像的每一个像素记录为一个复合光栅，所述复合光栅由两个基元光栅复合而成，

其中，按照如下条件确定所述基元光栅的参数：在用预定的照明条件照射衍射图时，所述像素在特定的方向上再现指定的图像颜色。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点阵衍射图是透射式的或者是反射式的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基元光栅的参数为光栅矢量

且 $\left|\stackrel{\→}{p}\right|=\left|\stackrel{\→}{q}\right|.$

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定的照明条件是用白色照明光以一入射角θ照射所述衍射图。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定的照明条件是用白色照明光以一入射角θ照射所述衍射图。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，

所述预定照明条件是用白光以入射角θ照射衍射图，并且所述构成像素的复合光栅的复振幅透过率或反射率为：

$\mathrm{\τ}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\exp \left\{j\right[A\cos (\stackrel{\→}{p}\·\stackrel{\→}{r})+B\cos (\stackrel{\→}{q}\·\stackrel{\→}{r})\left]\right\}.$

7.带有防伪标记的产品，其特征在于，所述防伪标记包含利用权利要求1至5任一项所述的方法形成的彩色点阵衍射图像。

8.根据权利要求7所述的产品，其特征在于，所述产品上进一步包含有其它光可变图像，所述其它光可变图像包括：各类全息图像、点阵图像、电子束图像、或各种编码图像。

9.带有防伪标记的产品，其特征在于，所述防伪标记包含利用权利要求6所述的方法形成的彩色点阵衍射图像。

10.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，所述产品上进一步包含有其它光可变图像，所述其它光可变图像包括：各类全息图像、点阵图像、电子束图像、或各种编码图像。

Images