全息原版制作的原理与工艺

全息原版制作的原理与工艺

彩虹全息概述

从商品包装的角度考虑，包装防伪标识不仅应该具有较强的防伪功能，而且更重要的是当在包装上使用了防伪标识后，标识不仅不破坏原来包装图案的整体协调感和装潢效果，而且应该增强原包装的装潢促销功能。目前常用的全息防伪标识主要采用彩虹全息图。所以本书重点介绍彩虹全息图的制作工艺。

彩虹全息是用激光记录的全息图，用白光再现单色或彩色像的一种全息技术，从再现像与原物色彩之间的异同，彩虹全息又可分为假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息两类。

彩色彩虹全息的基本特点是在记录系统中适当位置加入一个狭缝，其作用为限制了再现光波,以降低图像的色模糊，从而实现白光再现单色或彩色像。彩虹全息首先由本顿受到全息图的碎片能再现物体完整像的启发，在1969年以二步记录全息（二步彩虹全息）的方式提出的。

二步彩虹全息先记录一张离轴菲涅耳全息图（称主全息或掩膜），如图1（a）所示。用记录主全息时的逆参考方向的共轭光照明主全息图，使其再现孪生实像，靠近主全息放一个宽为a的水平狭缝S，以限制衍射光束即以狭光束构成孪生实像，如图1（b）所示。这样记录的全息图即为二步彩虹全息。用再现白光照明这彩虹全息时，物体和狭缝的再现像将激光记录时，再现像束中红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色波长光的再现像和狭缝像处在不同的位置，这样，在不同波长狭缝像的位置即看到不同颜色的像，这就是能用白光照明全息图再现单色像的原因。如果人眼沿z轴移动，使几种颜色的光进入眼睛，就会观察到像的颜色像雨后天空中的彩虹一样，这就是彩虹全息命名的由来。

图1 二步彩虹全息图的记录与再现

(a)主全息记录光路(b)二步彩虹全息记录光路(c)白光再现像

因为本顿提出的二步彩虹全息要记录二次全息图，手续较繁，易产生噪声，且不能对再现像的颜色的观察方位作设定。所以，后来发展了一步彩虹全息、加场镜的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、无狭缝彩虹、无透镜彩虹、条形散射屏综合狭缝彩虹、编码二步彩虹和零光程差彩虹全息等多种彩虹全息技术。考虑到商品包装对防伪标识应具备能用专色表示品牌特色的功能，能通过景特色彩的设计，景特纵深感强、装潢效果好和色彩鲜艳多变引人注目等要求，本书仅介绍具有色彩编码功能的彩虹全息的制作工艺。

彩虹全息特点

现在我们分析一下彩虹全息图的特点。由于记录全息图H时，物光束受狭缝S 的限制，只是—束细光束投射在H上，因而对应—个物点Ol的信息在全息图的y 方向上只占了一小部分H0。对于这一部分全息图，也可以叫做线全息图(图2)。

由于一个物点的全息图的大小在y方向(铅直方向)受到限制，在x方向(水平方向)不受限制。这样再现像在y方向便失去了体视感，在x方向仍有体视效应。

图2彩虹全息特点图3 颜色设计原理

彩虹全息原版的记录方法

从上面的分析我们知道，当用白光照明彩虹全息图时，在与不同波长再现狭缝像对应的角度可观察到不同的颜色，这表明如果在彩虹全息的记录时，对狭缝的位置作适当设计，就能在特定角度观察到特定的单色或彩色像。为了使白光再现的彩虹全息图能在某一观察角度能再现出彩色像，人们对狭缝的位置作了特殊设计。本书介绍用三狭缝面积分割法进行假彩色编码设计的方法。所谓假彩色是指再现像的颜色与物体的颜色不一致，而真彩色是指再现像的颜色与物体相同。

1．假彩色编码单色设计

要得到预定的颜色组合，必须按光路参数来设置缝间距。本小节主要讨论如何设计原版全息像各个层或一个层次上不同部位的颜色，具体地说，就是如何根据记录光路的参、物光波间夹角和记录波长设计缝间的距离。

由于制作浮雕型彩虹全息图所用记录材料的限制，记录时要用偏紫的激光，故一般来说，而光路安排上往往希望狭缝设计在干版中心法线的两侧，故狭缝位置设计时往往取。对色彩要求不高的多色全息图，根据和的参数，各个狭缝之间的距离只要使再现像的颜色分开即可。当一定，大或狭缝宽度小时，再现像的色彩比较纯。受到记录全息材料的分辨率限制，一般在35°左右。当狭缝宽度小时，制作全息图的物光比较弱。注意，实际上用白光再现全息图时，其中各个波长狭缝并不在一个深度上。

2假彩色编码复色设计

3多狭缝彩虹全息

在二步彩虹全息的记录光路中，我们看到对主全息图，只利用了一窄条部分。很容易联想到将一块干版分为若干带状区域，每个带状区域记录一个物体或一个物体的不同部分。当第二步记录时使它们同时再现并记录在一张全息图H上，这就叫作多狭缝彩虹全息，当全息图用激光照明再现时，则在某一狭缝像的位置观察，即可看到对应该物体的像。如用白光照明再现将看到所记录的各个物体以不同的颜色出现；若记录的是一个物体不同的部分则在一定的位置可看到整个物体以不同的颜色出现，这种情况就叫作对物体的假彩色编码。多狭缝彩虹全息也可用一步法完成，这主要在成像透镜的入瞳或出瞳面上设置多个狭缝。

加密彩虹全息原版记录方法主要是通过对主全息图的横向面积分割和色散观察窗的设计，产生物体的色序，以达到加密防伪的目的。它采用的加密方法主要有莫尔技术加密法以及随机位相编码光学防伪两种方法。

莫尔技术加密法

加密全息标识就是指在原有全息标识图像版面上的某个部分或整个版面置人密码，密码是以一些特殊函数的变换谱或光学现象为物理模型。当密码最后以光学图案形式显现出来的加密方法称为“显型加密码法”。而“隐型加密码法”必须用解码器才能读出所设计的密码。隐型密码与显型密码的不同之处在于隐型密码是隐蔽的,观察者一般不会发现加隐型密码的全息标识有什么特别之处。但是只要拥有记录过程中所用的另一函数的物理模型,即解码器,将其贴于标识上并旋转过一个角度,才可读出事先设计好的二个函数方程叠加所得结果,即一种新图像。而且此新图像和产生它的两个函数的图像可以完全不同。真因为如此“隐型密码法”在辨别真伪、防伪打假上比目前的许多防伪手段更有效。

1．莫尔现象的基本规律

光学莫尔图像是由两个频率相似的周期性图形叠加而成的。我们用两块光栅相叠合说明莫阿条纹的形成，光栅的特性用它的透射系数或透射本表征。

2 莫尔图像的特点是：

①它的形状和条纹间隔取决于构成它的两个周期图形的形状和重叠时的放置情况。

②它的形状与构成它的两个周期图形的形状可以完全不同。

因此不同的周期图形及不同的放置可以形成各种不同的莫尔图像，而从看到的莫尔图像却很难推断出构成它的图形的形状，使全息标识伪造者无法仿制，这就是采用莫尔技术制作全息密码的道理。莫尔密码的制作就是将莫尔图像用全息的手段记录在全息标识的某个部位或整个版面。制作过程通常采用两步法，也可以在制作第一张菲涅尔全息图时就记录进全息标识的版面中。

由光栅莫尔条纹形成规律可知，图形周期性的选择确定了莫尔图的形状和条纹