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防伪技术    Technology

激光全息防伪技术发展简史

发布时间:2011-06-10 | 点击次数:1341

全息术的发明与发展
  全息术即全息照相术,是记录波动(包括机械波、电磁波和光波)干扰的振幅和位相分布,以及使之再现的专门技术。它广泛地用作三维光学的成像,也可用于声波(声全息)和射频波。“全息”意思是全部的信息,即不仅是振幅信息,还包含位相信息在内.
  1948年英藉匈牙利物理学家丹尼斯·盖伯为了提高电子显微镜的分辨本领提出了全息术的最初设想。随后,他采用汞灯作光源,首次拍摄了第一张全息照片(即全息图),并获得了相应的再现像,从而创立了全息术(为此,他于1971年得到了诺贝尔物理学奖)。但是由于当时缺乏明亮的相干光源(激光器),全息图的成像质量很差。在上个世纪50年代里,这方面的工作进展相当缓慢。直到60年代出现激光这一相干强光源之后,全息术才得以迅速发展,成为现代光学中十分活跃的分支.
  1962年随着激光器的问世,利思和乌帕特尼克斯(Leith and Upatnieks)在盖伯全息术的基础上引入载频的概念,发明了离轴全息术,有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题——孪生像,三维物体显示成为当时全息术研究的热点,但这种成像科学远远超过了当时经济的发展,制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的,全息术基本只是一个需要高昂经费来维持的实验.
  1969年本顿(Benton)发明了彩虹全息术,掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图,与丹尼苏克(Denisyuk)的反射全息图相比,除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外,还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。把彩虹全息术与当时发展日趋成熟的全息图模压复制技术结合起来便形成了目前风靡世界的全息印刷产业,产生了全息信用卡、全息商标、全息钞票、全息卡通、全息装饰材料、甚至全息服装等保安防伪及装璜装饰的全息图新应用。因此可以说彩虹全息术的发明才真正使全息防伪成为可能。
  经过数十年发展,激光全息防伪产品也从最初的全息防伪标识逐步升级发展为第二代、第三代甚至第四代激光防伪技术。

第一代激光防伪技术
  第一代激光防伪技术主要用于制作激光模压全息图像防伪标贴。
  70年代末期,人们发现全息图片具有包括三维信息的表面结构(即纵横交错的干涉条纹,这种结构是可以转移到高密度感光底片等材料上去的)的特点。1980年,美国科学家利用压印全息技术,将全息表面结构转移到聚酯薄膜上,从而成功地印制出世界上第一张模压全息图片。这种激光全息图片又称彩虹全息图片,通过激光制版将影像制作到塑料薄膜上,而产生五光十色的衍射效果,使图片具有二维、三维空间感。在普通光线下,图片中隐藏的图像、信息会重现,而当光线从某一特定角度照射时,图片上又会出现新的图像。这种模压全息图片可以像印刷一样大批量快速复制,成本较低,还可以与各类印刷品相结合使用。至此,全息术向应用迈出了决定性的一步。
  当时这种模压全息图片的制作技术非常先进,只有少数人掌握,于是就被用来制作防伪标识。其防伪的原理是:
  1.在拍摄激光全息图片的整个过程中,如果有任何一项条件不同(如拍摄彩虹全息的条件),则制作出来的全息标识的效果就会有差异;
  2.这种全息图像的全息信息用普通相机无法拍摄,因而全息图案难以复制。
  第一个将全息图片用作防伪标识的产品是JohnnyWalke-Whishy(一种威士忌),使用了该种防伪措施,该酒的销售额较以前增加了45%左右。
  激光模压全息防伪技术在八十年代末九十年代初传入我国,1990年至1994年期间,全国各地引进生产线上百条,数量占当时世界生产厂家的一半还多。在引进初期,这种防伪技术确实起到了一定的防伪作用,但随着激光全息图像制作技术的迅速扩散,很快就被造假者从各个方面攻破,激光全息防伪标贴几乎完全失去了防伪能力,激光模压设备也从最初的上千万美元一条剧降至几万元人民币一条。

  第二代改进型激光全息图像防伪技术
  第一代激光全息防伪技术的泛滥,促使人们不得不开始寻求改进现有技术。改进后的技术主要有三种:一是应用计算机图像处理技术改进全息图像;二是透明激光全息图像防伪技术;三是反射激光全息图像防伪技术。
  1.应用计算机图像处理技术改进全息图像
  计算机图像处理技术改进激光全息图像经历了两个发展形态,第一形态是计算机合成全息技术,这种技术是将系列普通二维图像经光学成像后,按照全息图像的成像原理进行处理后记录在一张全息记录材料上,从而形成计算机像素全息图像。观察这种像素全息图像时,可在不同的视角看到不同的三维图像,其图形和色彩都具有异常灵活多变的动态效应,并且不受再现光线方向的限制。第二形态是计算机控制直接曝光技术,与普通全息成像不同,这种技术不需要拍摄对象,所需图形完全由计算机生成,通过计算机控制两束相干光束以像素为单位逐点生成全部图案,对不同点可改变双光束之间的夹角,从而制成具有特殊效果的三维全息图。
  2.透明激光全息图像防伪技术
  普通的激光全息图像一般是用镀铝的聚酯膜经过模压(也可以先用聚酯薄膜经过模压再镀铝)而成,镀铝的作用是增加反射光的强度使再现图像更加明亮。照明光和观察方向都在观察者这一侧,这样的激光彩虹模压全息图是不透明的。透明激光全息图像实际上就是取消了镀铝层,将全息图像直接模压在透明的聚酯薄膜上。1996年我国公安部将透明激光全息图像应用在居民身份证上,将身份证用透明膜整体覆盖,在光线下观察身份证正面时,不但能看清证件内容,还能看到透明膜上显现出来的二维、三维彩虹全息图像(“长城”及“中国”的中英文字样)。
  3.反射激光全息图像防伪技术
  反射激光全息图像成像原理是将入射激光射到透明的全息乳胶介质上,一部分光作为参考光,另一部分透过介质照亮物体,再由物体散射回介质作为物光,物光和参考光相互干涉,在介质内部生成多层干涉条纹面,介质底片经处理后在介质内部生成多层半透明反射面(例如6微米厚的乳胶层里可以有20多个反射面),用白光点光源照射全息图,介质内部生成的多层半透明反射面将光反射回来,迎着反射光可以看到原物的虚像,因而称为反射激光全息图。

  第三代加密全息图像防伪技术
  加密全息图像是指采用诸如激光阅读、光学微缩、低频光刻、随机干涉条纹、莫尔条纹等等光学图像编码加密技术,对防伪图像进行加密而得到的不可见或变成一些散斑的加密图像.
  1.激光阅读
  利用光学共轭原理将文字或图像信息存贮在全息图像中。在普通环境下,这些信息不会显现,当用激光笔照射时,人们可借助硫酸纸或白纸看到所存贮的信息。所存贮的信息可以是文字、标识、灰度图像,甚至一篇文章,表现形式也有反射式和透射式两种.
  2.光学微缩
  将文字信息用光学微缩的方式记录在全息图上,平常肉眼难以辨认,在10倍、甚至100倍放大镜下才可观察到具体内容,一般情况下,中文可缩至0.1mm,英文可缩至0.05mm
  3.低频光刻
  在全息图上以非干涉方式将预先设计好的条纹花样以缩微的形式直接记录在全息图上,这些花样的条纹密度比普通干涉条纹低10倍在100线/mm左右,直观效果是在全息图上某些部位具有类似金属光泽的衍射花样,若条纹花样是用计算机产生的全息图,则可用激光再现其信息.
  4.随机干涉条纹
  在制作全息图时引入随机机制,在全息图上记录随机干涉花样,这种花样具有明显的特征,且不可重复,即使同一个人使用同样的工艺在不同的时刻所产生的花样都不相同,因此是一种很好的防伪方式。除静态平面干涉条纹外,目前已发展到动态,立体干涉条纹,仿冒者根本无法复制.
  5.莫尔干涉加密
  利用莫尔原理,即两套周期性结构的条纹重叠可产生第三套周期结构花样的原理,在其中一套条纹中改变其位相并编码一个图案,这种图案在平时是隐藏的不能分辨,当与另一套周期条纹重叠时图案显现出来.
  加密全息图像因其不可见或只显现一片噪光,如没有密钥很难破译,所以具有一定的防伪功能。但是因为它在通常环境下无法分辨,因此不具备为普通大众所识别的能力.

  第四代激光全息防伪技术
  1.组合全息图
  组合全息图是将几十甚至几百个不同的二维图像通过几十甚至几百次曝光所记录的全息图。其效果可以从两个方面体现,一是类似于平面动态设计,可以拍摄各种花样的平面动态变化图案,二是利用3D软件或借助数码相机,将三维目标的各个侧面及随时间的变化过程记录下来,制作四维全息图,即该全息图不仅能够记录和再现物体的三维空间(X,Y,Z)特性,还能记录和再现该三维物体随时间(T)的变化,这是一种防伪性能极高的全息图,与普通2D/3D或真三维全息相比较,具有以下特点:①信息量巨大,制作工艺复杂:普通全息防伪标贴往往通过几次曝光就可以完成,而制作四维全息图需要对几十甚至几百帧二维图像进行记录,从而曝光次数是普通全息的几十甚至几百倍,这需要专用的仪器设备及更加精巧的工艺过程才能实现。②拍摄对像没有限制,拓展了激光全息这一高科技手段的应用范围:普通全息记录三维模型需要1:1的模型实体进行拍摄,而四维全息则首先从各个角度采集物体的信息,然后对采集到的二维图像进行合成制作全息图,从而对拍摄的对象没有限制,可以是真人,真物体,甚至是电脑构制的虚幻物体。比例也无需1∶1。③真彩色四维显示,普通全息标识望尘莫及:传统全息标识只能实现平面层次感,三维全息图也只能表现1:1静物的三维立体特征,且不能还原物体的真色彩。四维全息则不同,在以真彩色反应三维空间物体的同时,还能附载该三维空间随时间的变化,这样的全息标识如同一幅内容丰富的小电视,设计者可在上面尽情挥洒.
  2.真三维全息图
  全息图的一个重要特征就是能够实现三维显示,真三维全息图就是利用真实三维雕刻模型制作全息图其防伪意义在于两个方面,一是三维模型全息图的拍摄难度比普通2D/3D高很多,尤其是将二者结合起来;二是即使仿冒者能够制作三维模型全息图,但三维雕刻及拍摄时物体的角度等也会有很大差异,很难成功。因此,这种是一种高防伪性的全息图。 
 
 

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