制作复用透射全息图的方法

制作复用透射全息图的方法
【专利摘要】一种用于记录具有角度复用的衍射条纹图案的体积透射全息图的方法，该角度复用的衍射条纹图案可配合显示多色图像并可以用单一波长曝光源记录。
【专利说明】制作复用透射全息图的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及全息图(全息照相，hologram)、制作和使用全息图的方法,更具体地，涉及多色全息图。还公开了结合多色全息图的制品。
【背景技术】
[0002]体积全息图是日益流行的真品鉴定机制，无论是用于安全目的或品牌保护。体积全息图用于这些目的主要是因其相对难以复制。体积全息图是通过干涉光的两个相干光束建立干涉图案并将图案存储在全息记录介质中建立的。信息或图像可以通过赋予数据或图像到干涉之前的两个相干光束之一而存储在全息图中。全息图可通过与用于建立全息图的两个原始光束中任一束的几何形状和波长匹配的光束照射而读出，且存储在全息图中的任何数据或图像都被显示。作为记录全息图要求的复杂方法的结果，其用于鉴定的用途可在诸如信用卡、软件、护罩、衣物等上看到。
[0003]最常见类型的体积全息图是透射全息图和反射全息图。为了形成任何体积全息图，要使用两个光束。一个光束，被称为信号光束，携带要在全息图中编码的图像信息。第二光束可以是无信息的平面波或汇聚/发散光束，也称为参考光束。物体(或信号)光束和参考光束产生干涉图案，干涉图案在全息介质中以衍射光栅的形式记录。
[0004]为了记录反射全息图，参考光束和物体光束从相对侧照射全息介质，且全息图是从与材料被照射的相同一侧观察的。通常，反射全息图仅反射写入波长(writingwavelength)附近的窄波长带内的光。因此，反射全息图建立的全息图像倾向于显示出单色。当两个在相对方向上行进的光束相互作用时，全息材料中的干涉条纹通过驻波形成，且形成的条纹成层状，其倾向于基本平行于膜表面。通常这样的条纹将仅反射与全息图条纹间隔相同或接近的波长，导致呈现单色的全息图。
[0005]透射全息图是在物体和参考光束从同一侧入射到全息介质上时建立的，且称为透射全息图是因为在观察全息图时，光必须通过全息材料到达观察者。透射全息图是通过将全息记录介质暴露于来自记录介质同一侧的信号和参考光束而记录的，其倾向于以相对膜表面的陡峭角度产生干涉条纹。这类干涉条纹可衍射与记录波长不同波长的光，但在给定的观察角度，全息图仍呈现为单色。
[0006]虽然体积全息图可针对假冒复制品提供比表面浮雕结构全息图更高的安全性，但需要增加体积全息图的安全性。增加结合于产品结构中的体积全息图的复杂性会得到将用作更强有力的真实性工具(authenticity tool)的全息图。体积全息图增加的复杂性对于美学原因或增强的信息存储容量也是理想的。
[0007]对于制作透射全息图的改进方法仍存需要。更具体地，对于制作复杂的，如多色全息图的更简单的、更成本有效的方法仍存需要。

【发明内容】

[0008]这里公开了制作多色全息图和包括多色全息图制品的方法，及其使用方法。[0009]在示例性实施方式中描述了记录体积透射全息图的方法。根据该方法，通过将全息记录介质曝光于信号相干光源，同时将全息记录介质曝光于在和信号相干光源同一侧的全息记录介质上的彼此相干参考光源，将第一干涉条纹图案记录在全息记录介质中，其中，信号相干光源发出波长W并与全息记录介质的入射角为0S1的光，参考相干光源发出波长W并与全息记录介质的入射角为ΘΚ1的光。通过将全息记录介质曝光于信号相干光源，同时将全息记录介质曝光于在和信号相干光源同一侧的全息记录介质上的彼此相干参考光源，将第二干涉条纹图案记录在全息记录介质中，其中，信号相干光源发出波长W并与全息记录介质的入射角为eS2的光，参考干涉光源发出波长W并与全息记录介质的入射角为ΘΚ2的光，其中Θ SI和0Iil中至少一个分别与θ 和9KE不同。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]现参考附图(其为示例性实施方式)，其中相同元件的编号相同:
[0011]图1示出记录体积透射全息图的典型设备配置；以及
[0012]图2示出记录体积透射全息图的示例性布拉格图。
【具体实施方式】
[0013]记录体积透射全息图系统的典型配置在图1中示出。该配置中，激光器10的输出被分束器20分成两个相同的光束。一个光束，即信号束40入射到空间光调制器(SLM)、可变形反射镜装置(DMD)、遮光板(mask)、或要记录的物体30，其将要存储的数据施加于信号束40中。SLM或DMD装置可由大量像素组成，其可基于输入的电气信号阻挡或透射光。每个像素可表示要存储数据的一位(bit)或部分位(单个位可消耗SLM或DMD30 —个以上的像素。然后，SLM/DMD/遮光板/物体30的输出入射到存储介质60上。第二光束，即参考束50通过以最小失真从反射镜70反射而一直被透射到存储介质60上。两个光束具有相位关系以使得它们是彼此相干的，且以不同的角度重合在全息介质60的同一区域。净结果是两个光束在全息介质60中交叉点建立干涉图案。干涉图案是由SLM/DMD/遮光板/物体30赋予信号束40的数据的唯一函数。
[0014]这里所述的方法至少部分依赖于透射体积全息图以不同角度衍射相对宽范围的不同波长的能力。示例性透射反射全息图的记录中涉及的光路几何学在图2中示出。在图2中，405nm信号光束205和参考光束210分别以Os和Φκ的入射角碰撞在全息记录介质260表面上。在进入折射率为η的记录介质后，光束衍射为参考入射内角θκ和信号入射内角Qs，并遵从布拉格定律，产生条纹间隔为d且条纹角度为α的光栅。在对称情形的示例性实施方式中，Φ3=Φκ=35°，相应内角变为0S=0K=21.3°，且所得衍射光栅的条纹间距d=353nm，条纹角度α=0°。一旦记录，衍射光栅可随后根据视角和观察光碰撞在光栅上的角度衍射在波长范围内光。可观察到衍射光栅的最大和最小光波长可以利用布拉格定律计算。对于对称的实施方式，最小可观察波长在可见光谱范围内或其下是难以察觉地小，并当照射光的入射角和观察角度每个都接近0°时发生。对于折射率为1.58的全息记录介质中全内反射，706nm的最长波长发生在39.3°的临界角，全内反射发生在照射角度和观察角度都接近90°时。由于宽范围的波长可被体积透射全息图以不同角度衍射，所以它们通常被称为“彩虹全息图”。[0015]在这里所述的示例性实施方式中，已经发现多色全息图可用在波长W处发射光的曝光光源建立。如这里所述，第一干涉条纹图案通过将全息记录介质曝光于发出波长W且与全息记录介质的入射角为9S1的光的信号相干光源而记录在全息记录介质中。同时，将全息记录介质曝光于在与信号相干光源同一侧的全息记录介质的汇聚的参考相干光源，参考相干光源也发出波长为W并与全息记录介质的入射角为ΘΚ1的光。然后通过将全息记录介质曝光于彼此相干的信号光源和参考光源，将第二干涉条纹图案记录在全息记录介质中，该信号光源和参考光源分别在Qs2和θ Κ2的入射角发射波长为W的光,其中θ S1和θ K1中至少一个不同于Θ S2和ΘΚΕ。
[0016]这里描述的多色透射全息图在从给定的透视角度观看时具有产生多重颜色的特性，即使仅一种颜色的激光用于记录全息图。色彩透射全息图可包括体积全息图，其包含红色、绿色、和蓝色的重构图案，以及其中的子组合。根据所需的效果，可替换的色彩组合也可使用。在示例性实施方式中，全息图中多种条纹图案配合以在从观察者可用的至少一个观察角度观察时形成预定显示特征。在进一步的示例性实施方式中，预定显示特征为可识别多色图像，如由分别衍射红光、绿光、和蓝光的三个角度和空间复用条纹图案形成的全色图像。“空间复用的”是指条纹图案设置在全息记录介质中物理空间的同一区域中。
[0017]为了使得根据这里所述实施方式建立的多重条纹图案能够在从给定角度观察多色全息图时满足布拉格等式，用于观察如这里所述形成的多重条纹图案的观察照射应以所需的多个波长照射以便观察多色全息图，并也应当在多个角度提供照射。布拉格等式可如下表示:
【权利要求】
1.一种用于记录体积透射全息图的方法，包括: 通过将全息记录介质曝光于发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角Θ S1的光的信号相干光源，同时将所述全息记录介质曝光于与所述信号相干光源在全息记录介质同一侧的彼此相干参考光源，来记录第一干涉条纹图案，所述参考相关光源发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角Θ E1的光；以及 通过将所述全息记录介质曝光于发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角θ S2的光的信号相干光源，同时将所述全息记录介质曝光于与所述信号相干光源在全息记录介质同一侧的彼此相干参考光源，来记录第二干涉条纹图案，所述参考相关光源发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角ΘΚ2的光，其中0S1和ΘΚ1中至少一个分别与0S2和ΘΚ2不同。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在记录所述第一干涉条纹图案之后并在记录所述第二相干条纹图案之前，相对所述信号光源和参考光源旋转所述全息记录介质，从而提供分别与入射角Qsi和θκ1不同的入射角Qs2和θΚ2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一干涉条纹图案和所述第二干涉条纹图案是空间复用的。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述第一干涉条纹图案和所述第二干涉条纹图案配合以显 示彩色图像的多色渲染。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中当所述全息记录介质从角度Φη被照射并从角度Φν观察时，所述第一干涉条纹图案衍射第一波长X1的光，并且当所述全息记录介质从角度ΦΙ2被照射并从所述角度φν观察时，所述第二干涉条纹图案衍射第二波长λ 2的光。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当所述全息记录介质被包括波长X1和λ2的非准直光从角度Φη和ΦΙ2照射并从角度Φν观察时，被所述第一干涉条纹图案衍射的所述第一波长X1的光和被所述第二干涉条纹图案衍射的所述第二波长λ2的光配合以显示预定的显示特征。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定的显示特征是安全特征。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中所述第一干涉条纹图案和所述第二干涉条纹图案配合以在所述波长X1和λ 2显示彩色图像的多色渲染。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，进一步包括通过将所述全息记录介质曝光于发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角Θ S3的光的信号相干光源，同时将所述全息记录介质曝光于与所述信号相干光源在所述全息记录介质同一侧的彼此相干参考光源，来记录第三干涉条纹图案，所述参考相关光源发出波长W并与所述全息记录介质具有入射角Θ 1?的光。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在记录所述第一干涉条纹图案与所述第二干涉条纹图案之间和在记录所述第二干涉条纹图案与第三干涉条纹图案之间相对所述信号光源和参考光源旋转所述全息记录介质，从而提供彼此分别不同并且分别与esl和QR1不同的入射角θ S2和θ KE以及θ--和ΘΙ?。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中当所述全息记录介质从角度φη被照射并从角度Φν观察时，所述第一干涉条纹图案衍射第一波长X1的光，当所述全息记录介质从角度ΦΙ2被照射并从角度φν观察时，所述第二干涉条纹图案衍射第二波长λ2的光，并且当所述全息记录介质从角度ΦΙ3被照射并从角度φν观察时，所述第三干涉条纹图案衍射第三波长λ 3的光。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中所述第一干涉条纹图案、所述第二干涉条纹图案、和所述第三干涉条纹图案是空间复用的。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其中所述第一干涉条纹图案、所述第二干涉条纹图案、和所述第三干涉条纹图案配合以显示彩色图像的多色渲染。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中当所述全息记录介质被包括波长λ 1、λ 2和λ 3的非准直光从角度Φη、ΦΙ2和ΦΙ3照射并从角度Φν观察时，被所述第一干涉条纹图案衍射的所述第一波长X1的光、被所述第二干涉条纹图案衍射的所述第二波长λ 2的光、以及被所述第三干涉条纹图案衍射的所述第三波长λ 3的光配合以显示预定的显示特征。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预定的显示特征是安全特征。
16.根据权利要求14或15中所述的方法，其中波长λρλ^Ρλ 3中的一个为红色，波长λ”入2和λ3中的另一个为蓝色,并且波长λ”入2和λ3中的再一个为绿色。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中被所述第一干涉条纹图案衍射的所述第一波长λ i的光、被所述第 二干涉条纹图案衍射的所述第二波长λ 2的光、以及被第三干涉条纹图案衍射的所述第三波长λ 3的光配合以显示图像的全色渲染。
18.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，进一步包括通过将所述全息记录介质曝光于波长W并与所述全息记录介质具有入射角0Sx和θΚχ的彼此相干的信号束和参考束，来记录一个或更多另外的干涉条纹图案，其中X表示每个另外曝光的数目，并且其中各个0Sx和θΚχ中的至少一个分别与Qsi和ΘΚ1中的至少一个不同，并与用于形成任何另外的干涉条纹图案的Qsx和Θκχ中的至少一个不同，以使得在非准直光照射下在角度φν观察时，每个另外的干涉条纹图案衍射不同波长λχ的光。
19.一种根据权利要求1-18中任一项所述的方法制备的全息记录制品。
【文档编号】G03H1/22GK103733143SQ201280039302
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年8月11日
【发明者】马克·谢弗顿, 苏密特·贾殷, 穆瓦特耶·辛哈, 安德鲁·A·伯恩斯, 迈克尔·塔克莫里, 维克托·奥斯特罗韦尔霍夫 申请人:沙特基础创新塑料Ip私人有限责任公司