專利名稱：安全全息圖及其使用和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有第一全息圖像和第二全息圖像的全息圖，所述第一全息圖像位于或靠近用于記錄全息圖的記錄介質(zhì)的表面，所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置。本發(fā)明還涉及在安全和/或鑒定用途中使用全息圖的方法，以及制造全息圖的方法。
背景技術(shù)：
全息照相是一種光學(xué)信息存儲形式。其一般原理在許多文獻，例如E.N.Leith和J.Upatnieks在SCIENTIFIC AMERICAN(212，No.6，24-35)中的“Photographyby laser(激光照相)”(1995年6月)中有所描述。簡而言之，用來自例如激光器的準直的光照射待照相或顯像的物體，并放置一光敏記錄介質(zhì)(如照相板)來接收該物體反射出來的光。物體上的每個點將光反射至整個記錄介質(zhì)上，并且介質(zhì)上的每個點接收來自整個物體的光。該反射的光束稱為物體光束。同時，一部分準直的光由鏡子經(jīng)過物體直接傳播到介質(zhì)上。該光束稱為參照光束。記錄在記錄介質(zhì)上的是由碰撞到介質(zhì)上的參照光束和物體光束相互作用產(chǎn)生的干涉圖案。在隨后照射經(jīng)處理的記錄介質(zhì)并用合適的方式進行觀察時，來自照射源的光被全息圖衍射而重新產(chǎn)生了起初從物體到達介質(zhì)時的波陣面，使得全息圖類似于一個窗口，通過該窗口能以完全三維的形式(包括視差)觀察到該物體的虛像。
在理解全息圖和記錄介質(zhì)時，需要理解術(shù)語“圖像平面”。限定的圖像平面是聚焦的區(qū)域和/或三維圖像的關(guān)注區(qū)域。圖像平面也稱為焦平面。對于大多數(shù)照相和全息用途，經(jīng)常需要且必須使給定的記錄的圖像平面與記錄介質(zhì)的表面相符；這一相符通常對應(yīng)于所述圖像是可辨認的和可觀察到的，其中含有的信息清晰可見。
通過使參照光束和物體光束從同一側(cè)進入記錄介質(zhì)而形成的全息圖稱為透射全息圖，也稱為前光束全息圖。物體光束和參照光束在記錄介質(zhì)中相互作用形成了具有不同折射率的材料干涉條紋，這些干涉條紋與記錄介質(zhì)平面呈正交或接近正交。當用透射光觀察全息圖再現(xiàn)時，這些干涉條紋將光分解，產(chǎn)生了可觀察到的虛像。這樣的透射全息圖可用本領(lǐng)域熟知的方法來產(chǎn)生，如美國專利3,506,327、3,838,903和3,894,787中公開的方法，這些文獻均納入本文作為參考。
通過使參照光束和物體光束進從相對的側(cè)面進入記錄介質(zhì)，使得它們以基本相反的方向運動，而形成的全息圖稱為反射全息圖，也稱為后光束全息圖。物體光束和參照光束在記錄介質(zhì)中相互作用形成了具有不同折射率的材料干涉條紋，這些干涉條紋與記錄介質(zhì)平面大致平行。當全息圖再現(xiàn)時，這些干涉條紋起到鏡子的作用，將入射光折回至觀察者。因此，全息圖是以反射方式而非透射方式來觀察的。由于此類全息圖的波長靈敏度非常高，因此可用白光來重現(xiàn)。美國專利3,532,406中公開了用離軸法來產(chǎn)生反射全息圖，該文獻納入本文作為參考。
越來越多的上述全息圖被用作結(jié)合到商品中的改進的安全裝置，如數(shù)字光盤、高密度磁盤、電子產(chǎn)品的電池、以及其它易被偽造的產(chǎn)品。已知可用簡單的全息圖來辨別和鑒定這些產(chǎn)品。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)文獻中，這樣的全息圖是用沖壓法形成的表面浮雕(surface relief)的全息圖。該方法可結(jié)合在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。有文獻記載，形成全息圖(體相全息圖)然后通過標簽施加在產(chǎn)品上。盡管使用簡單的全息圖對于安全裝置是有利的，但是該方法有一個明顯的缺點，即簡單的全息圖可以被偽造并被施加到假的偽造產(chǎn)品上。所以，這樣的全息圖郵戳或標記作為鑒定和/或安全裝置的價值有限。
因此，迫切需要有能提供比上述更高的安全級別的裝置。本發(fā)明為這一重要需求提供了解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種安全全息圖，它記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像。
本發(fā)明還涉及一種觀察重現(xiàn)的全息像的方法，所述全息像記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括提供包含所述第一全息圖像和第二全息圖像的全息圖，其中，所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；以及用至少部分準直的光源照射所述全息圖，所述至少部分準直的光源具有與所述第一全息圖像的光譜帶寬和第二全息圖像的光譜帶寬交迭的光譜帶寬，其中，所述圖像是人眼可觀察的和可辨認的，并被人眼視為完整的圖像。
本發(fā)明還涉及一種確定物品真實性的方法，所述物品含有記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上并含有完整的圖像的全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟(a)在要鑒定的物品上形成全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，其中，所述第二全息圖像位于與所述記錄介質(zhì)的表面相距一定距離的位置，使得所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；(b)用具有中心波長和光譜帶寬的至少部分準直的光源照射所述全息圖，其中，所述至少部分準直的光源的光譜帶寬與所述第一全息圖像的第一光譜帶寬和第二全息圖像的第二光譜帶寬交迭；以及(c)只有在與全息圖表面的法線呈至少一個θ角的位置用步驟(b)中的光源進行照射的條件下由人觀察到或者儀器測得所述完整的圖像時，確定所述具有全息圖的物品是真實的。
本發(fā)明還涉及一種制造全息圖的方法，所述全息圖記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟a)得到第一透明片和描述所有要出現(xiàn)在全息圖中的元件的至少第二透明片；b)將適用于全息記錄的第一光敏膜置于所述第一透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；c)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第一透明片的第一全息圖像(第一H1)；d)顛倒所述第一全息圖像，并除去第一透明片；e)將適用于全息記錄的第二光敏膜置于所述至少第二透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；f)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第二透明片的第二全息圖像(第二H1)；g)顛倒所述第二全息圖像，并除去第二透明片；h)使所述第一全息圖像與至少第二全息圖像準直并粘結(jié)，以使得最終的H1全息圖像以含有所述完整的圖像的方式提供最終的H1全息圖像；i)將適用于全息記錄的第三光敏膜置于所述相干光源和最終的H1全息圖像之間，所述第三光敏膜與所述最終的H1全息圖像接近；以及j)將所述第三光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄第三全息圖像(H2)作為全息圖。


圖1是一種用于制造反射(后光束)全息圖的全息成像技術(shù)的示意圖。
圖2a和2b是照相板的放大的截面圖，示出了在透射(前光束)全息圖和反射(后光束)全息圖的感光乳膠中條紋的排列。
圖3是來自反射(后光束)全息圖的圖像的重現(xiàn)的示意圖。
圖4是用于透射(前光束)或表面浮雕全息圖的重現(xiàn)的排列的示意圖。
圖5是用于重現(xiàn)來自透射(前光束)全息圖的物體的真實的、無畸變圖像的排列的示意圖。
圖6-8是實施例1中描述的全息成像技術(shù)的示意圖。
圖9是實施例1中描述的LED照射角度的示意圖。
圖10和11是實施例3中描述的內(nèi)容的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是記錄在記錄介質(zhì)上并含有完整圖像的全息圖。所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像具有第一圖像平面，所述第二全息圖像具有第二圖像平面。所述第一圖像平面可位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面。所述第二圖像平面位于前景位置或者背景位置。所述第一和第二全息圖像一起提供所述完整的圖像。所述完整的圖像由第一和第二全息圖像如各塊七巧板那樣拼裝在一起形成的。所述各塊可以是彎曲的、矩形的、或者任何能形成完整的圖像的形狀。只有在合適的照射條件下(如本文中所述)，所述圖像在用于賦予安全和/或鑒定信息和核查等時是可觀察到的。在另一個實施方式中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像。
本發(fā)明還涉及一種觀察重現(xiàn)的全息像的方法，所述方法包括提供包含所述第一全息圖像和第二全息圖像的全息圖，其中，所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；以及用至少部分準直的光源照射所述全息圖，所述至少部分準直的光源具有與所述第一全息圖像的光譜帶寬和第二全息圖像的光譜帶寬交迭的光譜帶寬，其中，所述圖像是人眼可觀察的和可辨認的，并被人眼視為完整的圖像。
在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及一種確定物品真實性的方法，所述物品含有記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上并含有完整圖像的全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟(a)在要鑒定的物品上提供全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，其中，所述第二全息圖像位于與所述記錄介質(zhì)的表面相距一定距離的位置，使得所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；(b)用具有中心波長和光譜帶寬的至少部分準直的光源照射所述全息圖，其中，所述至少部分準直的光源的光譜帶寬與所述第一全息圖像的第一光譜帶寬和第二全息圖像的第二光譜帶寬交迭；以及(c)只有在與全息圖表面的法線呈至少一個θ角的位置用步驟(b)中的光源進行照射的條件下由人觀察到或者儀器測得所述完整的圖像時，確定所述具有全息圖的物品是真實的。
所述第一和第二波長可獨立地選自，例如電磁波譜的可見區(qū)域、電磁波譜的紅外區(qū)域、以及電磁波譜的紫外區(qū)域。
在另一個實施方式中，本發(fā)明是一種制造全息圖的方法，所述全息圖記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并由此含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟a)得到第一透明片和描述所有要出現(xiàn)在全息圖中的元件的至少第二透明片；
b)將適用于全息記錄的第一光敏膜置于所述第一透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；c)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第一透明片的第一全息圖像(第一H1)；d)顛倒所述第一全息圖像，并除去第一透明片；e)將適用于全息記錄的第二光敏膜置于所述至少第二透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；f)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第二透明片的第二全息圖像(第二H1)；g)顛倒所述第二全息圖像，并除去第二透明片；h)使所述第一全息圖像與至少第二全息圖像準直并粘結(jié)，以使得最終的H1全息圖像以含有所述完整的圖像的方式提供最終的H1全息圖像；i)將適用于全息記錄的第三光敏膜置于所述相干光源和最終的H1全息圖像之間，所述第三光敏膜與所述最終的H1全息圖像接近；以及j)將所述第三光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄第三全息圖像(H2)作為全息圖。
本發(fā)明的一個實施方式利用全息工業(yè)上用來產(chǎn)生并重現(xiàn)來自全息圖的三維圖像的體積反射法(volume reflection method)所產(chǎn)生的全息圖，該方法包括在照相板上形成干涉條紋圖案，其中物體光束(object-bearing beam)和參照光束在照相板的相對的側(cè)面上碰撞，并用至少部分準直的光源照射全息圖來使圖像重現(xiàn)，以觀察重現(xiàn)的圖像。至少部分準直的光源是這樣的光源，其中，以平行的輻射光束的形式產(chǎn)生至少一些光。所述至少部分準直的光源可以是非相干光源，并具有與所述第一全息圖像的光譜帶寬和第二全息圖像的光譜帶寬基本上交迭的光譜帶寬，其中，所述重現(xiàn)的圖像被人眼觀察和可辨認為完整的圖像。
另一個實施方式利用由壓紋法(embossed method)制得的全息圖像。壓紋法為全息圖領(lǐng)域中所熟知。
重現(xiàn)的圖像可作為確認真實性的安全裝置。所述光源可以是激光器的光或其它單色準直的光源。反射(后光束)全息圖作為選擇性的反射濾光器，在窄帶波長內(nèi)重現(xiàn)呈單色顯示的圖像。在重現(xiàn)中可見的特定譜帶在很大程度上取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀。由于改變干涉條紋圖案間隔的感光乳膠扭曲或收縮，重現(xiàn)顏色傾向于向較短的波長偏移。然而，在顯影期間通過調(diào)節(jié)處理變量，可以控制光譜的偏移量。另外，全息圖內(nèi)可以儲存多個圖像以及采用有多個波長的輻射的圖像。通過在白光內(nèi)反射并進行觀察，可以從反射(后光束)全息圖重現(xiàn)多色圖像，每種顏色從全息圖中選擇性地反射出來，并在圖像內(nèi)合并，產(chǎn)生了呈真實三維的有色圖像。
另外，參看圖1，用合適的裝置(如分光鏡15)將來自準直的相干光源13的光束11分成參照光束17和入射光束19。入射光束19照射物體21。來自物體21的反射的光或物體光束23傳到全息記錄介質(zhì)(HRM，例如照相或二色凝膠)板25。參照光射17通過合適的裝置(如鏡子27)傳到HRM板25上，但其撞擊由物體光束23所照射的板25的另一側(cè)。產(chǎn)生干涉圖案，并記錄在HRM板25內(nèi)。較佳地，從分光鏡15開始的參照光束17和物體光束(19和23)的路徑長度是大致相等的，但是如果光是適當?shù)南喔晒鈺r，這是不需要的。相干光源產(chǎn)生的電磁輻射中有兩組或多組具有等相關(guān)系的波。通常，相干光源僅僅在特定的距離內(nèi)是相干的。
當然，可以對使兩個光束(物體光束和參照光束)傳遞到記錄裝置相對的側(cè)面的排列作相當大的變化。甚至可以使用兩個分開的光源，只要它們的“相位是鎖定的”(即，它們是互相干涉的)；當然，用于引導(dǎo)各光束的光學(xué)裝置也可為了方便而進行選擇。
圖2a和圖2b是兩個照相板的感光乳膠中產(chǎn)生的干涉條紋圖案(20A、20B)的例子的比較。圖2a是透射(前光束)全息圖的例子，圖2b是反射(后光束)全息圖的例子。產(chǎn)生這些全息圖，然后取其截面以確定兩種方法的干涉圖案的差別。已經(jīng)知道，干涉圖案是由兩個光束相遇時波形的最大值和最小值而產(chǎn)生的。在圖2a中，乳膠31位于透明基材33(如玻璃)上。在用前光束技術(shù)曝光后，取顯影板的截面并在顯微鏡下檢查。乳膠31中的深色銀顆?；蚋缮鏃l紋35表示物體光束和參照光束之間的干涉最大值的點，即，駐波的波腹。這些條紋35與照相板表面的法線呈30-40°傾斜，并且主要取決于兩個光束之間的角度以及它們撞擊照相板平面時的角度。該角度與將物體光束和參照光束之間的角度二等分的線基本平行。前光束技術(shù)所允許的最大角度受到乳膠31的折射率的限制，因而受到總內(nèi)部反射的臨界角度的限制，對于鹵化銀感光乳膠而言該臨界角約為40°。在圖2B中，照相板用來記錄反射(后光束)全息圖，條紋36離與照相板的外表面平行差幾度，并與將物體光束23和參照光束17之間形成的角度二等分的線基本平行。圖2a和圖2b中的這兩個全息圖都可稱為專門的衍射光柵，但是顯然它們的衍射特征是有很大不同的。因此，反射(后光束)全息圖可在反射的非相干光中重現(xiàn)，該性質(zhì)是透射(前光束)全息圖所沒有的。
圖3顯示了從反射(后光束)全息圖46重現(xiàn)圖像。用不相干的光41(日光或白熾光)反射來照射全息圖46，這樣，雖然觀察者43觀察到的是反射的圖像，但是仍然通過“全息圖窗口”觀察到物體21的三維圖像45，即，就如同該物體在全息圖46后面一樣。如果乳膠在板處理期間不收縮，該圖像具有用來形成全息圖的光的顏色。該方法在美國專利3,532,406中有進一步的描述，該專利文獻納入本文作為參考。
另一個實施方式是全息工業(yè)中常規(guī)采用的表面浮雕法(surface relief method)。其通常方案可參見下文。圖4描述了一種排列，其形成了常規(guī)的表面浮雕全息圖。分束器14將來自激光器10的準直相干光12分為兩個分量12A和12B。分量12A傳遞經(jīng)過有鏡頭16和18的望遠鏡陣列，以增加光束12a的橫斷面。它照射物體20。物體20使來自照射光束12A的光發(fā)生反射和散射。波陣面22是物體20反射和散射的光的一部分。波陣面22的形成在功能上與物體20相關(guān)。它入射到光敏材料24如照相板上。波陣面22含有關(guān)于物體20的光學(xué)信息。其中具有看見物體20的三維立體圖所需的所有信息。
準直相干光12的分量12B經(jīng)過一具有鏡頭26和28的望遠鏡，以增加其橫截面并賦予其波形以預(yù)先選定的形狀。用具有預(yù)先選定波形的光束12B作為參照。光束12B的波形應(yīng)當是能夠重復(fù)產(chǎn)生的。為此，使其在點P處會聚。參照光束12B也入射在光敏表面24上。參照光束12B的光和波陣面22之間的干涉在光敏性表面24上形成與物體20唯一相關(guān)的復(fù)雜的衍射圖案。該圖案是物體20的全息圖像。全息圖像或衍射圖案通常很復(fù)雜，因而很難用觀看常規(guī)照片的方式來直接觀察。需要用特殊的照射技術(shù)來觀察對象的圖像。
圖5顯示了適合用來照射前面產(chǎn)生的全息圖像54并形成真實的無畸變圖像58的方法。激光器50發(fā)射相干光52。鏡頭53引導(dǎo)光52通過焦點P，在該處形成點光源，然后給予其預(yù)定的波形55。選擇照射光束52的方向和波形55，使其代表用來形成圖4的全息圖的參照光束12B的時間反向(time reverse)。時間反向光束是這樣一種光束，它具有與全息圖像相關(guān)的方向和波形，因此它看上去是從具有相同波形的原始參照光束所匯聚的點散發(fā)出來的。具體地說，如果參照光束12B匯聚在光敏表面24遠處的“p”點，則參照光束12B的時間反向是這樣一種光束，它與全息圖像54相關(guān)，看上去是從具有與參照光束12B相同波形的P點發(fā)出的。全息圖54用圖4所示的方法產(chǎn)生。當時間反向照射光55入射在全息圖54上時，全息圖54的全息圖像圖案將一部分光55衍射到波陣面56。在衍射過程中，波陣面56靠全息圖像形成了與波陣面22相同的波形。但是波陣面56是以相反方向傳播的。波陣面56形成了真實的圖像58。該真實圖像58是幻視象，即，看上去浮雕是相反的。可以通過在該圖像所在空間放置照相材料來記錄它。圖像58中具有物體20最初在波陣面22中傳遞并入射到光敏表面24上的所有光學(xué)信息。
本發(fā)明利用了上述全息成像法，但是要重復(fù)所述方法以產(chǎn)生至少兩個全息圖。所述全息圖夾在一起形成完整的圖像。因此，應(yīng)考慮圖像元件的位置。通常，至少一個圖像元件置于記錄介質(zhì)的表面。然后，將其它圖像元件置于與膜表面相距(相當)距離(通常是大于1/8英寸，且所有的值包括在內(nèi))的位置。后一位置選擇通過采用體積反射全息圖在漫射光條件下使圖像模糊的特性，有效地遮蔽或隱藏了至少一部分其它圖像元件。全息圖的完整圖像的圖像重現(xiàn)使用類似用其產(chǎn)生全息圖的光源的照射光源。所述光源位于與全息圖表面的法線呈角度θ的位置，當在全息圖的法線觀察時，該角度在法線上約35°至75°。參見圖9。這一范圍包括包含在其中的所有角度和部分角度。優(yōu)選的是，與全息光學(xué)元件表面的法線呈至少一個角度θ約為55°至-55°，包括包含在其中的所有度數(shù)或部分度數(shù)。用來觀察本發(fā)明的完整的全息圖的合適的光源是那些提供在電磁波譜的可見區(qū)域內(nèi)的準直的或至少部分準直的光的光源。合適的光源的有代表性的例子包括，但不限于激光器，包括激光指示器，以及各種提供準直的光或接近準直的光輸出的便攜式LED燈。在一個實施方式中，可采用準直的光源，例子包括激光器。在另一個實施方式中，可使用準單色或近準直的點光源，如便攜式LED燈，或漫射或擴張的激光指示器。這些光源是相對廉價且相當常見的。這些光源的使用可以使觀察者辨認重現(xiàn)的圖像。激光指示器的水平和垂直移動都會使隱藏的圖像產(chǎn)生相應(yīng)的移動。
較佳地，用于觀察本發(fā)明的全息圖的完整的圖像的合適的光源具有大到至少觀察到完整的圖像的尺寸的光束尺寸。如果給定的光源如激光器，本身不能產(chǎn)生合適尺寸的光束，則應(yīng)使用擴展光學(xué)元件來得到用于重現(xiàn)給定的完整的圖像的足夠大尺寸的光束。
至少一部分所述第二全息圖在漫射光中顯示光源尺寸散焦和色彩模糊。當用與制作時所用完全相同的波陣面和波長來重現(xiàn)圖像時，全息圖以最大的逼真度再現(xiàn)了原始模型。通常，來自一點的球形波產(chǎn)生了最大的逼真度。如果光源在一個方向或另一方向上放大或擴張，全息圖實際上將該光源看成是角度稍有不同的許多點的陣列。這些點每一個都以相應(yīng)的不同角度衍射并引導(dǎo)到全息圖外，這些光源點每一個都形成了一個圖像。這些圖像通常是交迭的，它們以距表面的距離以及散射角度正弦值隔開。從這樣的光源產(chǎn)生了模糊而非清楚的圖像。圖像離全息圖越近，其毗鄰圖像的距離就越小。如果圖像完全聚焦在表面上，那么延伸的光源末端之間的角度就不會引起圖像分離，圖像會呈現(xiàn)清晰。當用白色或?qū)掝l帶光來照射全息標記時，色彩模糊會產(chǎn)生類似的效應(yīng)。白光由不同顏色組成。當從全息圖出來時，每種顏色以稍稍不同的角度散射。每種顏色形成了分開的圖像。同樣，圖像距離膜表面越遠，聚焦圖像之間分開地就越大。每個圖像的顏色也稍稍不同。它們相互交迭，看上去是色彩模糊。體積全息圖具有一些顏色濾光特征，但是它還難以模擬激光器。這兩種現(xiàn)象組合起來使得更加模糊。
在另一個實施方式中，在用具有在電磁波譜的可見區(qū)域中的中心波長和光譜帶寬的非相干的光源進行再現(xiàn)時(條件是所述非相干的光源的光譜帶寬基本上與所述第二全息圖像的光譜帶寬交迭)，當照射全息圖時，整個地(所有組成部分都是可觀察到的)觀察到完整的圖像。
前景表面圖像和背景表面圖像的視差位置隨著全息圖的觀察位置或翻轉(zhuǎn)(tip)而改變。用特殊的光源進行照射的角度還可將背景圖像移向與未移動的表面圖像接合的位置，以形成完整的、可辨認的圖像。
術(shù)語表位于或接近表面 在本發(fā)明中，如果圖像位于距表面約1mm的距離內(nèi)，則該圖像位于或接近表面背景位置 這樣一種位置，其中，圖像/圖像平面位于與記錄介質(zhì)的列舉表面相對側(cè)的背面前景位置 這樣一種位置，其中，圖像/圖像平面位于由記錄介質(zhì)的列舉表面限定的記錄介質(zhì)側(cè)的前面實施例使用配備了兩個穩(wěn)定的金屬座(取決于H1或H2是否產(chǎn)生)中的一個的避振光學(xué)平臺在這些實施例中進行全息成像。在各次全息曝光之前，所述金屬座在使用時具有新的、未曝光的二色膠(DCG)涂覆的玻璃板(預(yù)期的H1或H2)。二色膠(DCG)是許多文獻中都有描述的普通的全息記錄材料。參見，例如Rallison在以下網(wǎng)站上的“DCG和非銀全息材料的控制(Control of DCG and non silverholographic materials)”http://www.xmission.com/～ralcon/dcgprocess/pl.html。
實施例1這一實施例示出了本發(fā)明的全息圖，其中，字母AS全息記錄在接近記錄介質(zhì)表面的位置，作為第一全息圖像；字母D作為第二全息圖像記錄在全息記錄介質(zhì)的下面；因此，D是背景圖像。該實施例的完整的圖像如下DAS。
H1原圖H1原圖按下述方式形成。首先，由在一種情況下拼出字母AS并在另一種情況下拼出字母D的FONT工藝圖形成兩個正透明片(positive transparency)。接著，通過普通的照相排版工藝將這兩個數(shù)字圖像文件光學(xué)地轉(zhuǎn)移到膜透明片上。使用Agfa SelectSet 7000鼓式圖像調(diào)節(jié)器(Agfa，地區(qū)辦公室Ridgefield park，RidgefieldPark，NJ 07660)。然后，在5×5”毛玻璃漫射器(602)上約0.5英寸和新的、未曝光的DCG(二色膠)板(603)下面約0.5英寸的位置放置第一AS透明片(601)。然后，通過使用3瓦的“相干軍刀氬激光器”(604)，在距毛玻璃側(cè)488nm處進行泛光照射來進行全息曝光。更具體地說，在關(guān)閉激光器時，將(6”×6”)DCG板置于透明片上方約0.5”處，并使用一部分488nm的激光束作為參照光束以對用于全息成像的透明片和漫射器進行背光照射(還有一部分是物體光束)。參見圖6。
使用的毛玻璃漫射器是在一側(cè)用Cyclone Manufacturing Brown AluminumOxide 150-180粗砂進行吹砂處理的0.125英寸厚的窗玻璃。(毛玻璃漫射器可用若干種方式形成。在這一情況下，在1/8厚的普通窗玻璃一側(cè)進行吹砂。在吹砂后應(yīng)不會出現(xiàn)直接透射光或鏡面反射。)圖6所示的其它特征如下605-用于鏡子、漫射器、透明片和DCE的座606-避振平臺607-與水平面呈45°的前表面鏡子。
接著，以與上述用于字母AS的相同的方式對字母D(701)的第二透明片進行全息曝光，不同的是第二透明片放置在更遠離新的、未曝光的DCG板(702)的位置。對于字母D的曝光，第二透明片位于DCG板下面約4英寸以及毛玻璃漫射器上面約5英寸的位置。參見圖7。光學(xué)平臺的其它特征與圖6的一致。
在形成上述D和AS全息圖像時，將D和AS置于兩個透明片上，使得當兩個透明片以特定方式交迭時，依次看到的圖像是DAS。
化學(xué)處理在給定的曝光之后，將經(jīng)曝光的DCG(二色 膠)、普通的全息記錄材料、以及板置于Kodak定影液中45-60秒。接著，立即將其置于80-120的水中約4秒，以及另一80-120的水浴中4秒。然后，將其送入130-140的80％異丙醇的20％水浴中4秒。接著，將其送入2個連續(xù)的130-140醇浴中各2秒。然后，將經(jīng)曝光的DCG板浸在最終的100％醇浴中幾秒，這一時間足夠長，足以使得板從浴中緩慢地取出，從而促進均勻的排水和干燥。
組合的H1原圖在對AS和D H1原圖進行了處理之后，用UV固化粘合劑將它們層壓在一起，變?yōu)榫哂袃蓚€不同全息圖像的組合的H1。在這點上，所述第一兩個CG全息圖(即，字母D和字母AS)被記錄、處理、并層壓在一起作為組合的H1。
H2原圖接著，對組合的H1(805)進行反向共軛照射，全息復(fù)制(如上所述)為第三DCG板(801)，并按上述處理以提供H2。更具體地說，將第三未曝光的DCG板(預(yù)期的H2)置于成為用于該全息復(fù)制的字母AS(802)的虛擬的偽視覺圖像的位置，使得AS圖像記錄在DCG中，所述DCG主要在DCG板的DCG-空氣界面上。這導(dǎo)致D在全息復(fù)制時作為虛像記錄在DCG板(作為背景圖像)下面約4英寸的位置。參見圖8。
用共軛照射(803)觀察該H2，使得“D”位于全息圖表面以下并在室內(nèi)光下模糊，但是在用特殊的光源(804)照射時清晰得足以辨別，并在與接近表面上的已經(jīng)清晰的“AS”一起看時形成一組大寫字母“DAS”。圖8中的其它特征包括支架和支座(806)、以及避振平臺(807)。
D2再現(xiàn)特性接著確定該D2(905)的再現(xiàn)和觀察特性。在室內(nèi)光下，字母AS是人眼可見的和可辨認的，但字母D不是。當合適的源擴展激光器或LED以正確的再現(xiàn)角度距離照射全息圖時，所有三個字母“DAS”是可辨別的/可讀的。更具體地說，在全息圖的法線處觀察(904)并使用橙色LED(在594nm處具有最大波長)作為用于再現(xiàn)的光源時，發(fā)現(xiàn)在該實施例中提供可辨別的/可讀的D的再現(xiàn)角度約為35°(901)至75°(902)(在法線(903)上面)。這些角度關(guān)系示于圖9。
實施例2(預(yù)示的)該實施例進一步說明了本發(fā)明的另一“迷惑”全息圖。該實施例包括詞“DuPont”和DuPont的標志，即具有橢圓形的詞“DuPont”。該實施例以與實施例1相同的方式進行，不同的是詞“DuPont”記錄為第一全息圖像(為表面圖像)以取代字母“AS”，并且DuPont的標志橢圓形(單獨的，不含詞DuPont)記錄為第二全息圖像-(作為背景圖像或前景圖像)代替字母“D”。使用實施例1的方法得到H2原圖全息圖。用實施例1所述的觀察角度和照射，詞“DuPont”在室內(nèi)光下是人眼可見的和可辨認的。當實施例1中使用的橙色LED光代替室內(nèi)光時，不僅詞“DuPont”是人眼可見的和可辨認的，而且橢圓形是可見的和可辨認的，并且沿法線觀察H2原圖全息圖的觀察者看見著名的DuPont橢圓形是該全息圖的非常完整的圖像。
實施例3(預(yù)示的)該實施例類似于實施例2，不同之處在于都市風(fēng)景和字母E的部分組成了“迷惑”全息圖，以代替詞“DuPont”和橢圓形。該實施例是使用實施例1的方法進行的。在該實施例中，第一全息圖像是由類似高聳的垂直箱子的摩天大樓組成的都市風(fēng)景(圖10)，并記錄為表面圖像。在城市右側(cè)的最后一幢建筑是窄而高的建筑。這一都市風(fēng)景圖像在室內(nèi)光(非準直的)下是可見的。在該實施例中，第二全息圖像由厚度與右手邊的建筑的厚度相等的3根水平的桿組成。中間的水平桿不如頂部和底部的水平桿那樣寬或長。當實施例1中規(guī)定的LED類型用來以正確的角度照射H2全息圖時，三根水平桿在這些照射條件下預(yù)示為可見的，并且它們可具有與右手邊的建筑大致相等的垂直厚度；這些桿是第二全息圖像。它們與所述建筑一起形成字母E并構(gòu)成該實施例的完整的圖像。這一“迷惑”全息圖可用作公司的標志，該公司的名稱以字母E開始，例如EDISON?，F(xiàn)在，觀察者看見作為都市風(fēng)景和標志E的該全息圖的非常完整的圖像(圖11)。
權(quán)利要求
1.一種全息圖，它記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一全息圖像和第二全息圖像一起提供所述完整的圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第二全息圖像位于前景位置或者背景位置，并且在再現(xiàn)時對所述第二全息圖像的照射是用具有在電磁波譜和光譜帶寬的可見區(qū)域中的中心波長的至少部分準直的光源進行的，其中，所述至少部分準直的光源的光譜帶寬與所述第二全息圖像的光譜帶寬至少部分交迭。
4.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二中心波長位于所述電磁波譜的可見區(qū)域內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二中心波長位于所述電磁波譜的紅外區(qū)域內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二中心波長位于所述電磁波譜的紫外區(qū)域內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二中心波長相同。
8.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二中心波長不同。
9.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，通過觀察者以與所述第一和/或第二圖像平面的法線呈0°或接近0°的角度觀察所述全息圖，觀察到所述完整的圖像是完全的、可辨認的、可讀的圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，通過具有一與所述第一和/或第二圖像平面的法線呈0°或接近0°的角度導(dǎo)向所述全息圖的傳感器的測量裝置，讀出或者測得所述完整的圖像是完全的、可辨認的、可讀的圖像。
11.如權(quán)利要求1所述的全息圖，其特征在于，所述第一和第二全息圖像的第一和第二圖像平面相互平行或者接近平行。
12.一種觀察重現(xiàn)的全息像的方法，所述全息像記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括提供包含所述第一全息圖像和第二全息圖像的全息圖，其中，所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；以及用至少部分準直的光源照射所述全息圖，所述至少部分準直的光源具有至少部分地與所述第一全息圖像的光譜帶寬和第二全息圖像的光譜帶寬交迭的光譜帶寬，其中，所述圖像是人眼可觀察的和可辨認的，并被人眼視為完整的圖像。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述全息圖是通過體積反射法形成的。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述全息圖是通過壓紋法形成的。
15.一種確定物品的真實性的方法，所述物品含有記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上并含有完整的圖像的全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟(a)在要鑒定的物品上提供全息圖，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，其中，所述第二全息圖像位于與所述記錄介質(zhì)的表面相距相當距離的位置，使得所述第二全息圖像在漫射光源下是人眼不可辨認的；(b)用具有中心波長和光譜帶寬的至少部分準直的光源照射所述全息圖，其中，所述至少部分準直的光源的光譜帶寬與所述第一全息圖像的第一光譜帶寬和第二全息圖像的第二光譜帶寬交迭；以及(c)只有在與全息光學(xué)元件表面的法線呈至少一個θ角的位置用步驟(b)中的光源進行照射的條件下由人觀察到或者儀器測得所述完整的圖像整體時，確定所述具有全息圖的物品是真實的。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述中心波長位于所述電磁波譜的可見區(qū)域中。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二全息圖像位于與所述記錄介質(zhì)的表面相距至少1/8英寸的位置。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二全息圖像位于與所述記錄介質(zhì)的表面相距至少1/8英寸的位置。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述與全息光學(xué)元件表面的法線呈至少一個角度θ約為55°至-55°，包括包含在其中的所有度數(shù)或部分度數(shù)。
20.一種制造全息圖的方法，所述全息圖記錄在具有一表面的記錄介質(zhì)上，并含有完整的圖像，所述全息圖包含第一全息圖像和第二全息圖像，所述第一全息圖像位于或靠近所述記錄介質(zhì)的表面，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第一圖像平面和第一中心波長及第一光譜帶寬；所述第二全息圖像位于所述記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置，并在該位置再現(xiàn)，其特征在于具有第二圖像平面和第二中心波長及第二光譜帶寬；其中，至少一部分第一全息圖像和至少一部分第二全息圖像一起提供所述完整的圖像；所述方法包括以下步驟a)得到第一透明片和描述所有要出現(xiàn)在全息圖中的元件的至少第二透明片；b)將適用于全息記錄的第一光敏膜置于所述第一透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；c)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第一透明片的第一全息圖像(第一H1)；d)顛倒所述第一全息圖像，并除去第一透明片；e)將適用于全息記錄的第二光敏膜置于所述至少第二透明片和相干光源之間，所述第一光敏膜具有一表面；f)將所述第一光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄所述第二透明片的第二全息圖像(第二H1)；g)顛倒所述第二全息圖像，并除去第二透明片；h)使所述第一全息圖像與至少第二全息圖像準直并粘結(jié)，以使得最終的H1全息圖像以含有所述完整的圖像的方式提供最終的H1全息圖像；i)將適用于全息記錄的第三光敏膜置于所述相干光源和最終的H1全息圖像之間，所述第三光敏膜與所述最終的H1全息圖像最接近；以及j)將所述第三光敏膜暴露于來自所述相干光源的光，記錄第三全息圖像(H2)作為全息圖。
全文摘要
描述了含有完整圖像的安全全息圖，它由至少第一全息圖像和第二全息圖像組成，所述第一全息圖像位于或靠近用于記錄全息圖的記錄介質(zhì)的表面，所述第二全息圖像位于記錄介質(zhì)表面的前景位置或者背景位置。所述至少第一全息圖像和第二全息圖像如各塊七巧板那樣拼裝在一起以提供完整的圖像。所述第二全息圖像僅用準直的或至少部分準直的光源(該光源具有在電磁波譜和光譜帶寬的可見區(qū)域中的中心波長)就可觀察和辨認，其中，所述準直的或至少部分準直的光源的光譜帶寬與全息圖的光譜帶寬交迭。還描述了在安全/鑒定用途中使用全息圖的方法，以及制造全息圖的方法。
文檔編號G03H1/00GK1983079SQ20061014647
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者W·J·莫爾泰尼 申請人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司