CN1949025A - 一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法。首先选一幅图案作为加密信息图案；再将加密信息图案转化成相位调制衍射光栅图案；将相位调制衍射光栅图案微缩到能够产生光学衍射的尺寸，成为相位调制衍射光栅制作单元；再以浮雕结构的形式将相位调制衍射光栅制作单元制作在薄膜上。由于相位调制衍射光栅图案已将加密信息变成了人眼无法直接识别的平面光学信息，可以和激光全息标识中的信息组合，达到隐藏加密信息的目的。当用激光照射标识上的这部分相位调制衍射光栅图案时，可以再现出原加密信息。采用本发明制作的防伪标识，加密信息成为人眼无法判读的光学信息，因此需要采用机器识别方法来进行检测，这就使得伪造难度增加，防伪力度得以提高。
Description
技术领域
本发明属于激光全息防伪技术领域，具体涉及一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法。
背景技术
我国从八十年代中期开始了激光模压全息技术的研制。由于模压全息工艺的出现，使得低成本大批量制造全息图得以实现，因此激光模压全息标识很快在防伪安全方面获得了应用。
由于激光全息防伪技术的成功应用，成为伪造者的头号假冒目标，他们竭力伪造防伪全息标识。而且，随着模压全息技术的迅速普及，使模压全息防伪标识的伪造技术也得以蔓延，从而降低了模压全息标识的防伪性能。假冒全息图的出现，不仅迷惑了民众，还搅乱了市场，使兴起不久的防伪全息行业，也与广大群众一起成为受害者。为了提高激光全息防伪技术的防伪力度，必须不断提高激光全息图自身的光学特性，改进和实现新的制作工艺。
在全息标识上利用各种技术手段的光学效果增加防伪力度的努力，国际上统称为光学可变元件，其中涉及许多单元技术如：Kinegram，Multiplane(2D/3D)，Object Oriented，Dot Oriented，Pixel Oriented及微透镜技术等。
为了改变激光全息防伪产品面临的尴尬局面，激光全息防伪技术需要加快在全息制版、新型材料和全息防伪的机读技术等方面的研究。例如，采用计算机数字全息制版技术；开发适合于纸全息需要的纸基材料；开发全息烫印技术需要的各种高分子材料；研究解决激光全息防伪标识的一次性使用的特殊材料；等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法，该方法制作的防伪标识不易伪造，其防伪力度有较大的提高。
本发明提供的一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法，其步骤包括：
(1)任意选定一幅图案作为加密信息图案；
(2)按下述过程将加密信息图案转化成相位调制衍射光栅图案：
(2.1)将加密信息图案转变为物函数I(x，y)，其中x，y表示加密信息图案的物点在物平面上的坐标；
(2.2)将物函数I(x，y)对应的像函数表述为U(ξ，η)，其中ξ，η为图像在像平面上的像点的坐标，像函数U(ξ，η)和物函数I(x，y)之间满足菲涅耳成像关系；
(2.3)将U(ξ，η)用复数形式描述为U(ξ，η)＝A·exp[j(ξ，η)]，其中A为像函数在像平面上的振幅，j为虚部符号，(ξ，η)为像函数U(ξ，η)的位相函数；
(2.4)根据物函数I(x，y)利用公式(1)计算U(ξ，η)，获得位相函数(ξ，η)
U(ξ，η)＝A(ξ，η)＝c∫∫I(x，y)exp(jk((x-ξ)2+(y-η)2)/2f)dξdη (1)
式中，c是一个复常数；k为波矢；f为所计算的像平面的像点到物平面上对应的物点之间的距离；
(2.5)根据位相函数(ξ，η)求得像函数U(ξ，η)，再根据像函数U(ξ，η)得到对应的相位调制衍射光栅图案；
(3)将相位调制衍射光栅图案微缩到能够产生光学衍射的尺寸，成为相位调制衍射光栅制作单元，再以浮雕结构的形式将相位调制衍射光栅制作单元制作在薄膜上，得到具有相位调制衍射光栅加密的防伪标识。
本发明将加密信息计算得到的相位调制衍射光栅图案制作到激光全息标识上，由于相位调制衍射光栅图案已将加密信息变成了人眼无法直接识别的平面光学信息，可以和激光全息标识中的信息组合，达到隐藏加密信息的目的。当用激光照射标识上的这部分相位调制衍射光栅图案时，可以再现出原加密信息。加密信息可以是任意明文信息，如版权所有者的图标及其说明等。采用这种方法制作的防伪标识，加密信息成为人眼无法判读的光学信息，因此需要采用机器识别方法来进行检测，这就使得伪造难度增加，防伪力度得以提高。
附图说明
图1为加密信息“A”的图案；
图2为加密信息“A”的相位调制衍射光栅图案；
图3为用激光照射防伪标识上相位调制衍射光栅图案时，反射情况下加密信息的再现示意图；
图4为用激光照射防伪标识上相位调制衍射光栅图案时，透射情况下加密信息的再现示意图；
图5为本发明的基本原理的示意图。
具体实施方式
本发明方法任意选定一幅图案，如文字或版权所有者的图标等，作为待隐藏的加密信息图案，如图1中的字母“A”；将加密信息图案经过转化变成一种相位调制衍射光栅图案(如图2所示)，人眼不能直接判别出调制衍射光栅图案中的加密信息是什么。由于这种调制衍射光栅图案不能直接利用光学方法来实现，只有根据光学原理，在一定的参数条件下计算出来。按照菲涅耳成像原理，用计算方法得到成像光学平面上的像函数，用函数U(ξ，η)表示，其中(ξ，η)为像平面坐标，这个像函数U(ξ，η)就是加密信息的调制衍射光栅图案。防伪标识上的相位调制衍射光栅隐藏的信息可以用激光再现的方法显示，如图3、图4中所示，也可以采用机读方法进行识别。
本发明方法包括如下步骤：
(1)任意选定一幅图案作为加密信息图案；
(2)将加密信息图案转化成相位调制衍射光栅图案；如图5所示，步骤(2)的实现过程为：
(2.1)将加密信息图案转变为物函数I(x，y)，其中x，y表示加密信息图案的物点在物平面上的坐标。
(2.2)根据光学成像原理，当入射光照射在加密信息图案上时，发出的漫射光均匀地成像在像平面上，将物函数I(x，y)对应的像函数表述为U(ξ，η)，其中ξ，η为图像在像平面上的像点的坐标。
在通常防伪标识激光再现的情况下，像平面(ξ，η)处于菲涅耳(近场衍射)衍射区域，像函数U(ξ，η)和物函数I(x，y)之间满足菲涅耳成像关系。
(2.3)将U(ξ，η)用复数形式描述为U(ξ，η)＝A·exp[j(ξ，η)]，其中A为像函数在像平面上的振幅，由于是均匀成像，A可视为常数，j为虚部符号，(ξ，η)为像函数U(ξ，η)的位相函数。由此可知，U(ξ，η)就是一个只与(ξ，η)有关的相位函数。因此，只需求得物函数I(x，y)在像平面(ξ，η)上的成像光波的位相信息可以了，这样得到的就是加密信息图案的调制衍射光栅图案。将物函数I(x，y)转换为调制衍射光栅图案U(ξ，η)的过程，就变为计算I(x，y)在像平面上的位相函数(ξ，η)的过程。
(2.4)计算位相函数(ξ，η)
如步骤(2)可知，U(ξ，η)与I(x，y)之间满足菲涅耳成像关系，即：
U(ξ，η)＝A(ξ，η)＝c∫∫I(x，y)exp(jk((x-ξ)2+(y-η)2)/2f)dξdη (1)
式中，c是一个复常数；k是与入射光波长λ有关的变量，称为波矢；f为所计算的像平面的像点到物平面上对应的物点之间的距离。一般用红色激光再现时，红光波长λ为623μm～630μm；f通常为40mm～120mm；
已知I(x，y)，就可以按照(1)式求取U(ξ，η)，即求得(ξ，η)。
(2.5)根据位相函数(ξ，η)求得像函数U(ξ，η)，再根据像函数U(ξ，η)得到对应的相位调制衍射光栅图案；
(3)将相位调制衍射光栅图案缩微到能够产生光学衍射的尺寸，即使得图案上光栅条纹的尺寸大致与光波波长同数量级，成为相位调制衍射光栅制作单元”再以浮雕结构的形式将相位调制衍射光栅制作单元制作在塑料(或其他高分子材料)薄膜上，例如制作在全息防伪标识上，就得到具有相位调制衍射光栅加密的防伪标识。
当加密信息的图案面积较大时，调制衍射光栅图案上的抽样点必然更密集，要求的抽样点更多。当加密信息为三维图像时，可以将深度方向上的每一个断面在光学平面上的衍射分布叠加，最后形成的图案能够再现三维加密信息。
这种调制衍射光栅图案非常适用于显示那些数学描述已知、但客观世界并不一定存在的东西，且具有体积小、调整方便的特点。
综上所述，本发明方法首先将某种加密信息(文字或图案，例如图2所示的图案)按照光学成像原理通过迭代算法进行计算，得到图3所示的调制衍射光栅图案；然后将图3的调制衍射光栅图案缩微到能够产生光学衍射的尺度，使调制衍射光栅图案成为隐藏信息的衍射光栅制作单元；最后将该衍射光栅制作单元以浮雕结构形式制作在全息标识上，就得到相位调制光栅加密的全息防伪标识。
图3为相位调制衍射光栅加密全息防伪标识激光再现时的示意图。如图3所示，相位调制衍射光栅1被制作在全息防伪标识2上，当用激光束3照射该相位调制衍射光栅时，经过全息标识上的镀铝层反射后，在反射光的光路上放上一张白纸(或其它可以成像的平面)4，就可以在这张白纸上看到还原的加密信息(文字或图案)。
也可以将隐藏有加密信息的相位调制衍射光栅1制作在透明塑料薄膜5上，激光3再现时在透射光路的白纸4上也可以显示原来的加密信息，如图4所示。
由于防伪标识中隐藏了人眼无法判读的信息，因此还可以采用机读技术(即机器识别)来进行检测。这就为防伪标识的机器识别提供了一种加密信息隐藏的方法。
Claims (1)
1、一种制备相位调制衍射光栅加密防伪标识的方法，其步骤包括：
(1)任意选定一幅图案作为加密信息图案；
(2)按下述过程将加密信息图案转化成相位调制衍射光栅图案：
(2.1)将加密信息图案转变为物函数I(x，y)，其中x，y表示加密信息图案的物点在物平面上的坐标；
(2.2)将物函数I(x，y)对应的像函数表述为U(ξ，η)，其中ξ，η为图像在像平面上的像点的坐标，像函数U(ξ，η)和物函数I(x，y)之间满足菲涅耳成像关系；
(2.3)将U(ξ，η)用复数形式描述为U(ξ，η)＝A·exp[j(ξ，η)]，其中A为像函数在像平面上的振幅，j为虚部符号，(ξ，η)为像函数U(ξ，η)的位相函数；
(2.4)根据物函数I(x，y)利用公式(1)计算U(ξ，η)，获得位相函数(ξ，η)
U(ξ，η)＝A(ξ，η)＝c∫∫I(x，y)exp(jk((x-ξ)2+(y-η)2)/2f)dξdη (1)式中，c是一个复常数；k为波矢；f为所计算的像平面的像点到物平面上对应的物点之间的距离；
(2.5)根据位相函数(ξ，η)求得像函数U(ξ，η)，再根据像函数U(ξ，η)得到对应的相位调制衍射光栅图案；
(3)将相位调制衍射光栅图案微缩到能够产生光学衍射的尺寸，成为相位调制衍射光栅制作单元，再以浮雕结构的形式将相位调制衍射光栅制作单元制作在薄膜上，得到具有相位调制衍射光栅加密的防伪标识。
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