全息图及其相关制造方法和在安全/鉴定应用中的用途的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:全息图及其相关制造方法和在安全/鉴定应用中的用途的制作方法
全息图及其相关制造方法和在安全/鉴定应用中的用途相关申请的交叉引用本专利申请要求提交于2009年10月16日的美国临时申请序列号61/252,462的权益。发明领域本发明涉及全息图(和全息图元件),其在观察者以一定方向倾斜全息图使得观察者对全息图的查看角度越来越大时为查看全息图的观察者提供截然不同的视觉效应。本发明还涉及全息图/全息图元件在安全和/或鉴定应用中的相关使用方法并涉及该全息图 /全息图元件的制造方法。
背景技术
全息照相术为光学信息存储的形式。其一般原理在许多参考文献中有所描述,例如,“SCIENTIFIC AMERICAN”,212,No. 6,24-35(1965 年 6 月)中由 E. N. Leith 和 J. Upatnieks所著的“Photography by Laser”。简单地说,用准直光(例如来自激光)照明要拍摄或成像的物体,并放置感光记录介质(例如照相底片),以便接收从物体反射的光。物体上的每个点将光反射到整个记录介质,并且介质上的每个点接收来自整个物体的光。该反射光束被称为物体光束。同时,一部分准直光通过镜面直接照射到介质,从而绕过物体。该光束被称为参考光束。记录在记录介质上的是由冲击在介质上的参考光束和物体光束的相互作用造成的干涉图。当随后照明并适当地观察处理过的记录介质时,来自照明源的光被全息图衍射,从而再现最初从物体到达介质的波前,以便全息图类似窗口,通过该窗口可以全三维形式观察物体的虚拟图像,带有视差。通过使参考光束和物体光束从同一侧进入记录介质而形成的全息图被称为透射全息图,也称为前光束全息图。物体光束和参考光束在记录介质中的相互作用形成了具有不同折射率的材料的条纹,这些条纹法向于或近似法向于记录介质的平面。当通过用透射光观察方式回放全息图时,这些条纹使光衍射以产生可见的虚拟图像。此类透射全息图可通过本领域所熟知的方法产生,如美国专利公开3,506,327、美国专利公开3,838,903和美国专利公开3,894,787中所公开的那些。通过使参考光束和物体光束从相对侧进入记录介质以便它们以大约相对的方向行进而形成的全息图被称为反射全息图,并且也被称为背面光束全息图。物体光束和参考光束在记录介质中的相互作用形成了具有不同折射率的材料的条纹,这些条纹大致为平行于记录介质平面的平面。当回放全息图时,这些条纹用作将入射光反射回至观察者的反射镜。因此,是以反射形式而不是透射形式查看全息图。由于此类全息图的波长灵敏度非常高,因此可以用白光进行再现。用离轴方法制造的反射全息图在美国专利公开3,532,406 中有所公开。越来越多的如上所述的全息图正被用作附带到商品上的增强安全性的方法,这些产品例如数字光盘、高密度光盘、电子产品的电池、以及可能易受伪造影响的任何其它产品。已知可对此类产品使用简单全息图用于标识和鉴定目的。在大多数参考文献中,此类全息图是用烫印方法形成的表面浮雕全息图。可以将该方法结合到产品的制造工艺中。本文公开了一些以标签方式形成并应用于产品的全息图(体相位全息图)。尽管使用简单全息图对安全装置有利,但这种方法的缺点越来越显著,原因在于随着基本全息技术变得越来越广泛地为人所知,得到广泛应用,而且标准化,简单全息图也就可能更容易被伪造并应用于非正宗的伪造产品。因此,这种只具有简单全息图的全息压模或标签作为鉴定和/或安全装置的价值有限。迫切需要一种全息装置,它要具有简单全息图所没有的独特的特征,并因此可以提供比简单全息图更高的安全等级。本发明提供了该重要需求的解决方案。发明概述一个实施方案提供了包括全息层并在照明时提供全息图像的体积反射全息图,其中a)当以正视角查看时全息图提供具有视差的全息图像;b)当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时全息图表现出全息图像的亮度和能见度降低,并且当将全息图以这些方向中的每一个倾斜时,全息图像逐渐消失,并且全息层呈现透明状态;并且c)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图表现出突然显现的单色表面图像,并且当将全息图以第四方向逐渐倾斜时至少部分地遮盖全息图像,在第一视角范围内查看时所述单色表面具有第一颜色。另一个实施方案提供了全息元件,所述全息元件包括I)包括全息层并提供全息图像的体积反射全息图,其中a)当以正视角查看时全息图提供具有视差的全息图像;b)当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时全息图表现出全息图像的亮度和能见度降低,并且当将全息图以这些方向中的每一个逐渐倾斜时全息图像逐渐消失,并且全息层呈现透明状态;并且c)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时全息图表现出突然显现的单色表面图像,并且当全息图以第四方向逐渐倾斜时,至少部分地遮盖全息图像,在第一视角范围内查看时,所述单色表面具有第一颜色;和II)具有第二颜色的背衬层。另一个实施方案提供来确立包含全息图的制品的真实性的方法,所述全息图包括全息层并在照明时提供全息图像,其中i)当以正视角查看时全息图提供具有视差的全息图像;ii)当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时全息图表现出全息图像的亮度和能见度降低,并且当将全息图以这些方向中的每一个倾斜时全息图像逐渐消失,并且全息层呈现透明状态;并且iii)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时,全息图表现出突然显现的单色表面图像,并且当全息图以第四方向逐渐倾斜时至少部分地遮盖全息图像,在第一视角范围内查看时所述单色表面出现并具有第一颜色;所述方法包括以下步骤(a)在要鉴定的制品上提供全息图;(b)用来自具有中心波长和光谱带宽的光源的光照明所述全息图,其中光的光谱
5带宽与全息图的光谱带宽重叠;以及(c)只有当观察或检测到全息图像和单色表面表现为第1至第4查看方向的i)、 )和iii)时,才能确立具有全息图的制品为真品。在一个实施方案中,本发明提供了制造洗色全息图的方法,所述方法包括以下步骤a)通过以第一波长λ 1进行全息成像,在第一感光层中形成至少一个物体的全息 Η2图像以获得第一曝光层;b)通过以第二波长λ 2进行全息成像,在第二感光层中形成漫射体的全息H2图像
以获得第二曝光层;c)将第一曝光层和第二曝光层彼此接近地放置;d)使第三感光层与第一曝光层或第二曝光层接触;e)用穿过第一曝光层和第二曝光层的第三波长λ 3全息曝光第三感光层,以获得包含洗色全息图的第三曝光层;其中λ 1禾Π λ 2相差至少20纳米,并且λ 3位于λ 1与λ 2之间并与λ 1相差至少5纳米。附图简述

图1示出了用于限定正负θ 角的CTZ坐标系,该正负角度用于描述观察者在查看本发明的全息图和全息图元件时所看到的图像和查看效果。发明详述洗饩全息图在多个实施方案中(如上所述和如下详述),本发明涉及体积反射全息图(在本文中称为洗色全息图)以及相关的全息图元件。在一个实施方案中,体积反射全息图的第一颜色选自红色、金色、绿色、蓝色和橙色。在一个实施方案中,第一颜色为红色。在一个实施方案中,第一颜色为金色。在一个实施方案中,第一颜色为绿色。在一个实施方案中,第一颜色为蓝色。在一个实施方案中,第一颜色为橙色。在参照图1的一个实施方案中,当从θ βΛ= +α度角度照明全息图时,用于查看单色表面的体积反射全息图视角范围在θ βΛ= (-α-5)度至θ βΛ= (-α+5)度范围内, 并且α为0-90°范围内的角。作为一个具体实例,当以+35度角照明全息图时,视角范围为-30度至-40度。只有在该10度视角范围内观察者才能观察到具有第一颜色的单色表面。单色表面的外观表现为镜面反射,其中在10度角范围内的中点处入射角等于反射角。 尽管单色表面是由于全息衍射而显现,但不是由于反射镜的反射。洗饩全息元件在多个实施方案中,如上文所述提供全息元件。在一个实施方案中,全息元件的第一颜色选自红色、金色、绿色、蓝色和橙色。在一个实施方案中,第一颜色为红色。在一个实施方案中,第一颜色为金色。在一个实施方案中, 第一颜色为绿色。在一个实施方案中,第一颜色为蓝色。在一个实施方案中,第一颜色为橙色。在一个实施方案中,全息元件的第二颜色选自黑色、棕色、灰色、红色、金色、绿色、蓝色和橙色。在另一个实施方案中,第二颜色为黑色。 在参照图1的一个实施方案中,当从θ ■= +α度角度照明全息图元件时,用于查看单色表面的全息图元件视角范围在θ βΛ= (-α-5)度至θ βΛ= (-α+5)度范围内, 并且α为0-90°范围内的角。作为一个具体实例,当以+35度角照明全息图时,视角范围为-30度至-40度。只有在该10度视角范围内观察者才能观察到具有第一颜色的单色表# ffl Φ肩擺Φ肩、S元細減勒牛白愤去多个实施方案提供了用于确立包含如上所述的全息图的制品的真实性的方法。在该方法的一个实施方案中,用如上所述的全息元件替代全息图,其中当以第1 至第4查看方向中的每一个逐渐增大的斜视角查看全息图时,全息元件最终具有与背衬颜色对应的单色表面外观。在一个特定实施方案中,背衬的颜色为黑色。制造洗饩全息图的方法如上所述,该方法需要在第一感光层中生成至少一个物体的H2全息图像,并在第二感光层中形成漫射体的H2全息图像,从而获得两个H2母版全息图,然后用这些母版全息图在第三感光层中复制物体和漫射体图像。就该方法而言,第一曝光层和第二曝光层在该方法的步骤a)和b)中生成。然后在步骤c)中,将第一曝光层和第二曝光层彼此接近地放置。通过彼此接近,第一层和第二层可彼此直接接触,但不粘合在一起,并优选地具有折射率匹配流体,其存在于这两个层彼此接触的外表面上。作为另外一种选择,可优选地用折射率接近曝光的第一层和第二层的光学粘合剂使第一层和第二层彼此粘合。然后在步骤d) 和e)(参见上文)中用第三感光层进行全息复制以获得洗色全息图(具有H3单色洗色图像的H3全息图)。如下所述,以惯常方式进行全息复制,不同的是将复制波长设定在标签 (物体)与漫射体的主响应波长之间。第一感光层和第二感光层优选地为重铬酸盐明胶。将重铬酸盐明胶作为感光材料用于制备全息图母版是有利的,因为它具有较宽的光学带宽。例如,具有476nm主反射波长的母版仍会反射其它邻近波长的光,虽然反射的强度要低得多。因此,具有476nm预期复制波长的H2母版在488nm波长处仍可以进行复制,因为后一波长仍接近476nm的预期复制波长。复制波长越接近预期波长,所得的复制图像就越类似于预期图像。另一方面,当光致聚合物在远离H2母版预期波长的波长下成像时,正视角标签的效率降低,因为母版此时会反射更朝向其光学带宽边缘的光。尽管不受理论的约束,但发明人提供了说明洗色全息图现象的以下阐述。使用的 H2母版具有漫射体形式的第二层。当复制波长越来越远离预期物体(如标签)波长时,其随后变得越来越接近漫射体波长,而漫射体波长也具有相对宽的光学带宽。如果复制波长要与漫射体波长匹配,则结果将只是HOE反射器。然而,让复制波长位于两个预期波长之间的某处,从而使两个母版层(物体和漫射体)的带宽的外边缘产生反馈。因为复制波长的位置更接近标签层波长,所以结果是与正常光致聚合物全息图高度相似的正视角图像。然而, 现在,从两个层的非预期反射彼此发生干涉,从而在光致聚合物的表面上形成光谱反射。可以通过调节复制波长控制所得的波长,但要了解的是,该波长必须接近预期图像并远离非预期图像。在实施制造方法时,用于根据本发明的复制过程的图像和漫射体的H2母版可以是彼此接近放置的单个母版,或者可以用粘合剂(优选地为具有光学质量的粘合剂)将这两个H2母版粘合在一起,形成一个工件。如果不使用粘合剂,则优选的是将两个H2母版与液体光学耦合,所述液体具有与两个H2母版大致相同的折射率。在根据本发明形成洗色全息图的方法的复制步骤中,将感光材料用作形成复制品的记录材料。优选地使用光致聚合物感光胶片,如全息记录胶片。在该洗色全息图制造方法中,复制步骤中所用的波长(λ3,复制λ)应在全息图像的响应波长(表1中的λ ,标签λ)与漫射体的响应波长(表1中的λ2,漫射体λ) 之间。优选地,与λ 3(复制λ)接近λ2(漫射体λ)的程度相比,λ (标签λ)更接近入3(复制λ)。在一个实施方案中,(λ3-λ1)的绝对值小于(λ 2-λ 3)的绝对值。在一个实施方案中,(λ3-λ 1)小于(λ2-λ3)。在多个实施方案中,(λ3-λ1)在约5nm至约 35nm、约IOnm至约30nm、约12nm至约45nm以及约12至约^nm的范围内。在多个实施方案中,(λ 2- λ 3)在约25nm至约50nm、约30nm至约47nm、约30nm至约45nm以及约36至约44nm的范围内。基本上有两种常用于全息照相术的角度(斜视/正视)。一种与全息图的照明或全息图的参考角有关。另一种与最有利的视角(观察者的眼睛到全息图从其正面查看时的中心处进行测量)有关。出于本专利申请的目的,这些术语(斜视角和正视角)是针对最有利的视角而言的。当全息图被理想地照明时,锥形查看区限定最有利的视角。通常使用从全息图的大致参考角(通常为正值)指向全息图中心的接近准直的白色或单色光源进行理想的照明。对于本文所述的体相位全息图而言,相对于最佳视角,该锥形查看区从左到右为大约正 /负30度,从上到下为大约正/负20度,其中最佳视角在全息图的正面法线处或其附近(5 度内)。上述锥形查看区内的角被定义为“正视角”,上述锥形查看区外的角被定义为“斜视角”。术语表Hl和H2全息图-这些术语是全息照相术领域所熟知的,在本文中根据它们的标准教科书定义使用。它们在许多关于全息照相术的参考文献中都有所描述,例如,Graham Saxby 所著的 “Practical Holography"(第 3 版)(2004)。具体参见第 9 章 “Bypass Holograms",并且尤其是第IM页的图9. 4。H3全息图-该术语也是全息照相术领域所熟知的,在本文中根据其标准教科书定义使用。H3全息图为H2全息图或全息图母版的复制品。HRF-全息记录膜,其是用于通过全息成像在膜内记录全息图的感光(例如光致聚合物)膜。视差-由观察者查看物体的位置变化而引起的物体位置的明显变化。全息图的参考角-当为了从左侧查看对物体进行全息成像且物体具有左侧透视图时该角为正数,当为了从右侧查看对物体进行全息成像且物体具有右侧透视图时该角为负数。该角取决于用于全息曝光感光胶片(如HRF)以形成全息图的参考光的相干光束的角度关系(相对于法线)。更具体地讲,该角为光的参考光束与感光胶片的法线形成的角, 其以负数或正数表示。例如,如果进行全息成像,使得光的参考光束与法线形成30度角,并提供用于从左侧查看的物体图像,则这种情况下的参考角为正(+)30度。 实施例 在这些实施例中,用装有两个稳定的金属底托之一(取决于是制备Hl还是H2)的防振光学工作台进行全息成像。在进行每次全息曝光之前,使用中的底托将新的、未曝光的涂有重铬酸盐明胶(DCG)的玻璃板(将来的机或拟)固定住。重铬酸盐明胶(DCG)是一种在许多参考文献中都有描述的常用全息记录材料。参见(例如)以下网站上由Rallison所著的"Control of DCG and non silver holographic materials,,:http://www, xmission.
com/ ralcon/dcRDrocess/Dl. html。
表1汇总了主要实验条件以及下文所述的13个实施例的结果。
实施例标签λ (nm) (λ )漫射体λ (nm) (λ2)复制λ (nm) (λ3)成像角度a (度)H3 全息图颜色bρ ( -大致洗色波长范围1 (nm)147653248835金色红色620-640248855051435橙金红色630-650345951447635绿色绿色540-560447653248845金色深红色660-680548855051445橙金色深红色670-690645951447645绿色金色570-590747653248830金色橙红色600-620848855051430橙金色红橙色610-630945951447630绿色绿色530-5501047653248840金色红色640-6601148855051440橙金色深红色650-6701245951447640绿色绿色550-5701341348845835绿色蓝色450-480
a以上所示实施例的所有成像角度值均为正_女。
b该表中所报告的H3全息图的颜色为调色后的全息图颜色。
C大致波长范围通过对光子光谱参考图表的并排比较得出,旨在建议洗色主波
的近似值。实施例1邏使用经成像并处理以用于476nm复制的重铬酸盐明胶制备:[zon 1标签的H2母版。也使用经成像并处理以用于532nm复制的重铬酸盐明胶制备全息漫反射体的H2 母版。该H2母版以与上述H2母版相同的一般方式制成,不同的是用漫反射体替代全息成像中的三维模型制备该H2母版。使用紫外可固化性光学粘合剂将上述两个H2母版结合在一起以获得多层H2母版。
然后在全息膜复制器中,将多层H2母版放置在偏离法线+35度角机平面内的角)的位置处(参见图1 ;如图1所示,Y轴处于垂直方向,Z为法线)。用HRF 734全息膜 (Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)进行全息复制。复制中使用复制器(Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)。(可以用其它商用全息膜和任何其它接触复制型复制器代替上文所列的全息膜和复制器。)使用调节为可在488nm下提供光输出的单个激光器操作复制器。在该步骤中,使用标准复制技术(有一点不同的是在488nm而不是476nm下操作激光器)获得在光致聚合物膜中制备的H2母版的复制品(冊)。在普通室内光线下查看时, 所得的H3全息图为金色。调饩在100° 下将 CTF146 调色膜(Ε· I. DuPont de Nemours, Wilmington, DE)层压到通过成像所得的H3全息图层。将所得的CTF/H3层压体在150° F的烘箱中加热7. 5分钟, 并随后让其通过紫外线排灯在空气流中冷却。通过该处理得到调色的H3全息图。(如美国专利公开4,959,283中所述进行该调色处理。)完成上述调色步骤后,将黑色油墨涂施用到调色的H3全息图的背面以获得黑色背衬层。再用幅面涂覆法将透明面涂层施用到H3全息图层的正面以获得透明的1密耳厚的面涂层。通过这两个步骤使调色H3全息图转换为全息图元件。腿完成上述处理后,当在(非相干)室内照明下以第四方向斜视角查看所制造的全息图元件时,随着全息图元件围绕X轴逐渐旋转至与从法线方向查看全息图元件的观察者成更大的正θ 角时,全息图元件获得突然显现的红色单色表面。(旋转至更大的正Θ· Λ角相当于围绕X轴旋转,使得全息图的顶部更远离从正面查看它的观察者,而全息图的底部更接近观察者。)参见图1,其中对限定角和轴的坐标系进行了解释。一旦出现红色单色表面,只有在比首次观察到的角度值增大约10度的θ (旋转)角范围内,才能持续观察到该红色单色表面。然后以第四方向旋转超出该最大角度值时将突然出现再现的金色(调色Η3全息图颜色),然后是(背衬材料的)黑色。围绕χ轴以负θ 方向旋转以及围绕y 轴相对于从法线方向查看的观察者左右旋转(这些旋转对应于第一方向至第三方向)不会获得突然显现的红色单色表面,而是只会获得逐渐褪去的金色单色表面,然后在非常大的斜视角值处变成黑色(背衬材料的颜色)。就图1而言,全息图的外表面在X-Y平面内。提供图1中的矩形体以表示标准XYZ 坐标系可以使用彼此正交的三个轴,并且该图为左侧透视图。如上所述,以第四方向旋转时突然显现的单色被称为单色洗色,因为它具有部分地或完全地洗去先前存在的全息模型的作用。在该实施例中观察到的单色洗色为红色,它的特征在于具有620-640纳米的大致洗色波长范围。实施例2MM使用经成像并处理以用于488nm复制的重铬酸盐明胶制备Izon 1标签的H2母版。也使用经成像并处理以用于550nm复制的重铬酸盐明胶制备全息漫反射体的H2母版。该H2母版以与上述H2母版相同的一般方式制成,不同的是用漫反射体替代全息成像中的三维模型制备该H2母版。使用紫外可固化性光学粘合剂将上述两个H2母版结合在一起以获得多层H2母版。然后在全息膜复制器中,将多层H2母版放置在偏离法线+35度角机平面内的角)的位置处(参见图1 ;如图1所示,Y轴处于垂直方向,Z为法线)。用HRF 734全息膜 (Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)进行全息复制。复制中使用复制器(Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)。(可以用其它商用全息膜和任何其它接触复制型复制器代替上文所列的全息膜和复制器。)使用调节为可在514nm下提供光输出的单个激光器操作复制器。在该步骤中,使用标准复制技术(有一点不同的是在514nm而不是488nm下操作激光器)获得在光致聚合物膜中制备的H2母版的复制品(冊)。在普通室内光线下查看时, 所得的H3全息图为橙金色。il^,调色与实施例1中所述的调色相同。转换与实施例1中所述的转换相同。IM制造的全息图元件的特征与实施例1中所观察到的特征相同,不同的是,虽然在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为红色(与实施例1相同),但它的特征在于具有 630-650纳米(而不是实施例1中的620-640nm)范围内的大致洗色波长范围,并且再现颜色为橙金色(调色后的H3全息图颜色)。参见表1。实施例3MM使用经成像并处理以用于459nm复制的重铬酸盐明胶制备:[zon 1标签的H2母版。也使用经成像并处理以用于514nm复制的重铬酸盐明胶制备全息漫反射体的H2 母版。该H2母版以与上述H2母版相同的一般方式制成,不同的是用漫反射体替代全息成像中的三维模型制备该H2母版。使用紫外可固化性光学粘合剂将上述两个H2母版结合在一起以获得多层H2母版。崖然后在全息膜复制器中,将多层H2母版放置在偏离法线+35度角( 平面内的角)的位置处(参见图1 ;如图1所示,Y轴处于垂直方向,Z为法线)。用HRF 734全息膜 (Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)进行全息复制。复制中使用复制器(Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)。(可以用其它商用全息膜和任何其它接触复制型复制器代替上文所列的全息膜和复制器。)使用调节为可在476nm下提供光输出的单个激光器操作复制器。在该步骤中,使用标准复制技术(有一点不同的是在476nm而不是459nm下操作
11激光器)获得在光致聚合物膜中制备的H2母版的复制品(冊)。在普通室内光线下查看时, 所得的H3全息图为绿色。她调色与实施例1中所述的调色相同。MM转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例1中所观察到的特征相同,不同的是,观察到的突然显现的单色洗色为绿色,它的特征在于具有540-560纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为绿色(调色后的H3全息图颜色)。实施例4腿使用与实施例1相同的制版方法。碰使用与实施例1相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+45度的位置处(而不是实施例1中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为金色。调色与实施例1中所述的调色相同。碰转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例1中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中所观察到的突然显现的单色洗色为深红色(比实施例1更深、更强的红色),它的特征在于具有660-680纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为金色(调色后的H3全息图颜色)。实施例5MM使用与实施例2相同的制版方法。崖使用与实施例2相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+45度的位置处(而不是实施例2中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为橙金色。她调色与实施例1中所述的调色相同。碰转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例2中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中所观察到的突然显现的单色洗色为深红色(比实施例2更深、更强的红色),它的特征在于具有670-690纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为橙金色(调色后的H3全息图颜色)。实施例6皿使用与实施例3相同的制版方法。碰使用与实施例3相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+45度的位置处(而不是实施例3中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为绿色。她调色与实施例1中所述的调色相同。转换与实施例1中所述的转换相同。MM制造的全息图元件的特征与实施例3中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为金色,它的特征在于具有570-590纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为绿色(调色后的H3全息图颜色)。实施例7MM使用与实施例1相同的制版方法。使用与实施例1相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+30度的位置处(而不是实施例1中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为金色。调色与实施例1中所述的调色相同。碰转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例1中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为橙红色(与下文的实施例8相比,橙色较强,红色较弱),它的特征在于具有600-620纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为金色(调色后的H3全息图颜色)。实施例8MM使用与实施例2相同的制版方法。崖使用与实施例2相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+30度的位置处(而不是实施例2中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为橙金色。她调色与实施例1中所述的调色相同。MM转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例2中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为红橙色(与实施例7相比,红色较强,橙色较弱),它的特征在于具有610-630纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为橙金色(调色后的H3 全息图颜色)。实施例9腿使用与实施例3相同的制版方法。碰使用与实施例3相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+30度的位置处(而不是实施例3中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为绿色。il^,调色与实施例1中所述的调色相同。转换与实施例1中所述的转换相同。IM制造的全息图元件的特征与实施例3中所观察到的特征相同,不同的是单色洗色 (绿色)的特征在于具有530-550纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为绿色(调色后的H3全息图颜色)。实施例10MM使用与实施例1相同的制版方法。使用与实施例1相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+40度的位置处(而不是实施例1中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为金色。她调色与实施例1中所述的调色相同。碰转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例7中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为红色(而不是实施例7中的橙红色),它的特征在于具有640-660纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为金色(调色后的H3全息图颜色)。实施例11皿使用与实施例2相同的制版方法。使用与实施例2相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+40度的位置处(而不是实施例2中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为橙金色。调饩调色与实施例1中所述的调色相同。转换与实施例1中所述的转换相同。MM制造的全息图元件的特征与实施例8中所观察到的特征相同,不同的是,在该实施例中观察到的突然显现的单色洗色为深红色(而不是实施例8中的红橙色),它的特征在于具有650-670纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为橙金色(调色后的H3全息图颜色)。实施例12MM使用与实施例3相同的制版方法。崖使用与实施例3相同的成像方法,不同的是将多层H2母版放置在偏离法线+40度的位置处(而不是实施例3中的+35度)。在普通室内光线下查看时,所得的H3全息图为绿色。她调色与实施例1中所述的调色相同。碰转换与实施例1中所述的转换相同。腿制造的全息图元件的特征与实施例3中所观察到的特征相同,不同的是单色洗色 (绿色)的特征在于具有阳0-570纳米的大致洗色波长范围,并且再现颜色为绿色(调色后的H3全息图颜色)。实施例13(预测的)MM使用经成像并处理以用于413nm复制的重铬酸盐明胶制备Izon 1标签的H2母版。也使用经成像并处理以用于488nm复制的重铬酸盐明胶制备全息漫反射体的H2 母版。该H2母版以与上述H2母版相同的一般方式制成,不同的是使用漫反射体替代全息成像中的三维模型制备该H2母版。
使用紫外可固化性光学粘合剂将上述两个H2母版结合在一起以获得多层H2母版。碰然后在全息膜复制器中,将多层H2母版放置在偏离法线+35度角机平面内的角)的位置处(参见图1 ;如图1所示,Y轴处于垂直方向,Z为法线)。用HRF 734全息膜 (Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)进行全息复制。复制中使用复制器(Ε. I. DuPont de Nem0urS,Wilmingt0n,DE)。使用调节为可在458nm下光输出的单个激光器操作复制器。 在该步骤中,使用标准复制技术(有一点不同的是在476nm而不是459nm下操作激光器)获得在光致聚合物膜中制备的H2母版的复制品(拟)。在普通室内光线下查看时,所得的H3 全息图为绿色。调饩在100° 下将 CTF 146 调色膜(Ε. I. DuPont de Nemours,Wilmington,DE)层压到通过成像获得的H3全息图层。将所得的CTF/H3层压体在150° F的烘箱中加热7. 5分钟, 并随后使其通过紫外线排灯在空气流中冷却。通过该处理得到调色的H3全息图。(如美国专利公开4,959,283中所述进行该调色处理。)完成上述调色步骤后,将黑色油墨涂覆到调色的H3全息图的背面,以获得黑色背衬层。再使用幅面涂覆法将透明的面涂层施用到H3全息图层的正面以获得透明的1密耳厚面涂层。通过这两个步骤使调色H3全息图转换为全息图元件。腿完成上述处理后,当在(非相干)室内照明下以第四方向斜视角查看所制造的全息图元件时,随着全息图元件围绕X轴逐渐旋转至与从法线方向查看全息图元件的观察者成更大的正θ 角时,全息图元件获得突然显现的蓝色单色表面。(旋转至更大的正Θ· Λ角相当于围绕X轴旋转,使得全息图的顶部更远离从正面观察它的观察者,而全息图的底部更接近观察者。)参见图1,其中对限定角和轴的坐标系进行了解释。显现蓝色单色表面后,预测只有当θ 角在首次观察到蓝色单色表面的角度值的大约正负5度范围内时该蓝色单色表面才能继续保持。然后以第四方向旋转超出该最大角度值时突然再现绿色。围绕 χ轴以负θ 方向旋转以及围绕y轴相对于从法线方向查看的观察者向左右旋转(这些旋转对应于第一至第三方向)不会获得突然显现的蓝色单色表面,而只会获得逐渐消失的绿色单色表面,然后在非常大的斜视角值处变成黑色(背衬材料的颜色)。预测该实施例中的单色洗色为蓝色,此外还预测它具有450-480纳米的大致洗色波长范围。实施例14 (比较和预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是初始H2母版不含图像(而不是实施例1中的izon 1标签图像)。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出本发明实施例1-13的全息图元件所发现的任何洗色效果。实施例15 (比较和预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是没有全息漫反射体的H2母版,而是用不含图像_
' ζοη ^ Ε. I. DuPont de Nemours and Company 的注册商标。的空白母版代替。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出本发明实施例 1-13的全息图元件所表现出的任何洗色效果。实施例16 (比较和预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是复制时所用的母版为Izon 1标签的单层H2母版(不存在第二层全息漫反射体母版)。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出如本发明实施例1-13的全息图元件所表现出的任何洗色效果。实施例17 (比较和预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是复制时所用的母版为全息漫反射体的单层H2母版(不存在第二层Izon 1标签母版)。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出本发明实施例1-13的全息图元件所表现出的任何洗色效果。实施例18 (比较和预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是复制波长为476nm(与标签成像所用的波长相同),而不是488nm。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出本发明实施例1-13的全息图元件所表现出的任何洗色效^ ο实施例19 (预测)如实施例1中所示重复实施例1中所述的程序(制版、成像、调色、转换和测试), 不同的是标签波长为532nm(而不是476nm),漫射体波长为476nm(而不是532nm),并且复制波长为520nm(而不是488nm)。预测在测试时所得的H3全息图元件不会表现出与本发明实施例1-13的全息图元件的表现相似的洗色效果。
1权利要求
1.体积反射全息图,包括全息层并在照明时提供全息图像,其中a)当以正视角查看时所述全息图提供具有视差的全息图像;b)当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图表现出所述全息图像的亮度和能见度降低,并且当将所述全息图以这些方向中的每一个倾斜时所述全息图像逐渐消失,并且所述全息层呈现透明状态;并且c)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时所述全息图获得突然显现的单色表面,并且当将所述全息图以所述第四方向逐渐倾斜时至少部分地遮盖所述全息图像,在视角范围内查看时所述单色表面具有第一颜色。
2.权利要求1的体积反射全息图,其中所述第一颜色选自红色、金色、绿色、蓝色和橙色。
3.权利要求2的体积反射全息图,其中所述第一颜色为红色。
4.权利要求1的体积反射全息图,其中当从θβΛ=+α度角照明所述全息图时,所述单色表面的视角范围在θ垂直=(-α-5)度至θ垂直=(-α+5)度范围内,并且α为0-90° 范围内的角。
5.全息元件,包括I)包括全息层并提供全息图像的体积反射全息图,其中a)当以正视角查看时所述全息图提供具有视差的全息图像;b)当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图表现出所述全息图像的亮度和能见度降低,并且当将所述全息图以这些方向中的每一个逐渐倾斜时所述全息图像逐渐消失,并且所述全息层呈现透明状态;并且c)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时所述全息图获得单色表面,并且当将所述全息图以所述第四方向逐渐倾斜时至少部分地遮盖所述全息图像,在第一视角范围内查看时所述单色表面具有第一颜色;和II)具有第二颜色的背衬层。
6.权利要求5的全息元件,其中所述第一颜色选自红色、金色、绿色、蓝色和橙色。
7.权利要求6的全息元件,其中所述第一颜色为红色。
8.权利要求7的全息元件,其中所述第二颜色选自黑色、棕色、灰色、红色、金色、绿色、 蓝色和橙色。
9.权利要求8的全息元件,其中所述第二颜色为黑色。
10.权利要求5的全息元件,其中当从θβΛ= + α度角照明所述全息图时,所述单色表面的第一视角范围在θ垂直=(-α-5)度至θ垂直=(-α+5)度范围内,并且α为0-90° 范围内的角。
11.方法,所述方法用于确立包含全息图的制品的真实性,所述全息图包括全息层并在照明时提供全息图像,其中i)当以正视角查看时所述全息图提供具有视差的全息图像; )当以第一方向、第二方向和第三方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图表现出所述全息图像的亮度和能见度降低,并且当将所述全息图以这些方向中的每一个倾斜时所述全息图像逐渐消失,并且所述全息层呈现透明状态;并且iii)当以第四方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图产生突然显现的单色表面,并且当将所述全息图以所述第四方向逐渐倾斜时至少部分地遮盖所述全息图像,在第一视角范围内查看时所述单色表面显现并具有第一颜色;所述方法包括以下步骤(a)在要鉴定的制品上提供所述全息图;(b)用来自具有中心波长和光谱带宽的光源的光照明所述全息图,其中所述光的光谱带宽与所述全息图的光谱带宽重叠;以及(c)只有当观察或检测到所述全息图像和所述单色表面表现为所述第1至第4查看方向的i)、ii)和iii)时,才能确立具有所述全息图的制品为真品。
12.权利要求11的方法,其中所述第一颜色选自红色、金色、绿色、蓝色和橙色。
13.权利要求12的方法,其中所述第一颜色为红色。
14.权利要求11的方法,其中使用权利要求5所述的全息元件替代所述全息图,并且其中当以所述第1至第4查看方向中的每一个的逐渐增大的斜视角查看所述全息图时,所述全息图最终具有与所述背衬颜色对应的单色表面外观。
15.权利要求14的方法,其中所述背衬的颜色为黑色。
16.制造洗色全息图的方法,所述方法包括以下步骤a)通过以第一波长λ1进行全息成像,在第一感光层中生成至少一个物体的全息H2图像以获得第一曝光层;b)通过以第二波长λ2进行全息成像,在第二感光层中生成漫射体的全息H2图像以获得第二曝光层;c)将所述第一曝光层和第二曝光层彼此接近地放置;d)使第三感光层与所述第一曝光层或所述第二曝光层接触;以及e)使用穿过所述第一曝光层和第二曝光层的第三波长λ3全息曝光所述第三感光层, 以获得包含所述洗色全息图的第三曝光层;其中λ 1和λ 2相差至少20纳米,并且λ 3位于λ 1和λ 2之间并与λ 1相差至少5 纳米。
17.权利要求16的方法,其中(λ3-λ 1)的绝对值小于(λ 3-λ 2)的绝对值。
18.权利要求16的方法,其中(λ3-λ 1)在5nm-35nm的范围内。
19.权利要求16的方法,其中(λ2- λ 3)在25nm-50nm的范围内。
全文摘要
本发明公开了全息图(及相关的全息图元件)。在照明并以正视角查看时,所述全息图包含并显示全息图像,并且当以第1至第3方向逐渐增大的斜视角查看时,所述全息图像逐渐消失。当以第4方向查看时,随着以第4方向逐渐旋转所述全息图偏离一角度范围,该全息图还包含并显示(部分地或全部地)遮盖所述全息图像的单色洗色表面。就单色洗色表面而言,全息图可被制造有多种颜色选择。所述全息图用于安全和鉴定应用中,并且用于本文所提供的制品的鉴定方法中。
文档编号G03H1/00GK102576208SQ201080047682
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月16日
发明者B·R·尼尔森, M·G·菲克斯 申请人:E.I.内穆尔杜邦公司

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