衍射光学可变图像在高安全产品中的应用

      提要：本文介绍我们在高安全产品中采用的综合衍射光学可变图像方法(Diffractive Optically Variable Image Devices,简称DOVIDS)，它们包括真彩色动态合成全息图、高安全级别的动态点阵全息图、脉冲激光全息图等。该综合技术被划分为不同的级别以满足国内、外不同客户和安全产品的需要。本文还特别推荐我们的最终产品――热烫印模压全息图。采用不同类型热烫印膜和胶的最终产品――热烫印模压全息图，可分别满足塑料卡类、钞票、护照、支票等特殊纸张类和烟、酒等包装盒上大批量烫印模压全息图的需要。本文还强调了安全生产的极其重要性。

　　关键词：衍射光学可变图像方法，真彩色，合成全息图，点阵全息图，脉冲激光全息图，热烫印模压全息图，热烫印膜 The Applications of DOVIDs in Security Products

      Abstract:In this paper we introduce the use of DOVIDs (Diffractive Optically Variable Image Devices) in our security products.DOVIDs include true color stereogram,high security level Dot Matrix hologram,pulsed-laser hologram,and so on.These techniques are divided into different levels to meet the needs of all kinds of customers and security products.

　　The paper particularly recommends our finished products-hot stamping embossed holograms,which with different foils and adhesives may be applied respectively to plastic products,security papers including banknote,passport and cheque,and other sectors such as packaging of wine and cigarette,and so on.We also stress the importance of security production management.
Key words:DOVIDs,true color,stereogram,Dot Matrix hologram,pulsed-laser hologram,hot stamping embossed hologram,hot stamping foil

1　概述

　　十几年来，高安全产品的防伪广泛采用光学可变方法(Optically Variable Devices,简称OVDS)。为了区别光变簿膜、光变油墨和凹版印刷等，近几年来，国际上流行衍射光学可变图像方法〔1〕(Diffractive Optically Variable Image Devices,简称DOVIDS)的说法，它特别强调“衍射”(Diffractive)和“图像”(Image)这两个词组。全息术〔2〕是被广泛认知的DOVIDS的一种。时至今日，又发展了多种方法制作另一类全息图，人们称它们为动态全息图(Kineform、Movigram、Kinegram)、象素全息图(Pixegram、Exelgram)和点阵全息图(Dot Matrix Hologram)等。
　　为了发展中国的银行卡事业和提高人民币等有价证券的防伪能力，中国人民银行于1993年批准成立中钞信用卡厂。我们的全息防伪研究室拥有国际先进的各种DOVIDS设备，例如高安全级别的动态点阵全息图制作系统、真彩色动态合成全息图制作系统、脉冲激光全息图拍摄系统等等。

2　高安全级别动态点阵全息图

　　全息图〔3〕由大量不同的微小衍射单元、即光栅点组成。这些点由计算机设计、应用激光进行制作。它的优点是：
　　(1)醒目的动感，给使用者以深刻的印象。
　　(2)图像的亮度高。  
　　(3)观察时对照明光的要求较低，在日光灯或弱的散射光下还能看到较为明亮、清晰的图像。 　　动态点阵全息图的安全级别主要取决于制作系统的硬件和设计人员的经验。对高安全级别的动态点阵全息图，目前它的硬件要保证：
　　(1)点的分辨率一般高于400DPI(dot per inch)。
　　(2)有不同形状和尺寸的若干种点，每种点的边缘清晰、规则、整齐。
　　(3)相邻两点的间距可调，并且保持一致。对每一种间距都可以在点阵全息图上观察到十分整齐的点阵，就好象阅兵时的阵列一样。
　　(4)对完成的光刻胶版点阵全息图，其上各种形状、尺寸以及不同颜色的点，它们的光分布要均匀或要有一致性。

　　在目前情况下，除了常规的设计以外，设计人员应能做到：

　　(1)图形有5～10个层次。
　　(2)有5～10个二线、三线的防伪手段。
　　(3)同行专家也不易破译的防伪设计。
　　对一个点阵全息图，检查其制作系统硬件水平的方法十分简单，只要用一个自带光源、大于20倍的放大镜(低于100元/台)即可观察到上述有关硬件4个方面的内容，对产品的安全级别高低以及真伪即可一目了然进行检查。

3　彩色动态合成全息图

　　目前制作真彩色动态合成全息图一般采用如下步骤：第一步用摄像机或数字相机拍摄一个时间段的动态物体或用计算机设计系列动作的二维、三维图形，上述物体或图形经过计算机抽帧后传递到液晶屏(LCD)上形成一帧帧的图像。第二步在实验室用激光对LCD上的图像拍摄真彩色全息图。

　　合成全息再现像的三维、真彩色和动感是常规印刷或普通立体照相不可能实现的，这是全息技术在艺术显示和防伪领域的生命力所在。目前可初步划分如下安全级别：

　　(1)平移动感效果，例如文字或简单图形在水平、垂直或曲线方向移动。
　　(2)旋转动感效果，如字母M以中间对称轴旋转。
　　(3)纵向大小变化动感效果，例如字母M从全息图的里面到外面纵向连续变大。
　　(4)上述3种的组合动感效果。
　　(5)三维、真彩色合成全息，例如各种颜色的花、人物等。
　　(6)三维、动感合成全息，例如微笑、花开花闭、舞蹈、运动员动作等等。
　　(7)三维、真彩色、动感合成全息。
　　(8)上述第(5)、(6)、(7)分别和第(1)、(2)、(3)的组合。

　　不管是以上哪种动感合成全息图，均要求图像清晰、动感明显且过渡自然。

　　合成全息像的亮度不如点阵全息图的高，并且观察时照明光源的面积需要比较小。在阳光、射灯下，或采用一个袖珍手电筒均可看到一个颜色自然、动感明显的三维像。

4　脉冲激光全息图  

　　为拍摄移动的物体，如用连续波激光拍摄全息图时，被摄物体常固定在某一位置，因而无法拍摄正在移动的物体。而用带Q开关的单频率红宝石脉冲激光器，能在几十毫微秒时间内完成全息图的曝光。因此，过去不能拍摄的物休如喷射液体、喷射微粒、飞虫、花、鸟、人物等都能在实验室进入全息摄影领域之中。

　　脉冲激光器的最重要优点，在于能记录运动中的物体或瞬态事件的全息图。而物体或事件的瞬间状态是不可重复的利用脉冲激光全息图可很容易地制作彩虹全息图或反射全息图，并且再现的全息像亮度比合成全息像亮度高。

5　各类综合技术

5.1　DOVIDS的综合技术

　　对高安全的产品目前用得比较多的是：

　　高安全级别点阵全息图中几种内容(见3)的综合：合成全息图中几种内容(见4)的综合；合成全息和点阵全息技术的综合；脉冲激光全息和点阵全息技术的综合等等。

5.2　DOVIDS和莫尔条纹、各类暗码的综合技术

5.3　DOVIDS与全息膜、印刷技术的综合

　　a.对不干胶产品的一次性用全息膜，膜的制作可以达到如下要求，当用户从产品上撕下全息标识时，可在产品上留下特定形状或文字的残留膜。

　　b.在全息膜的基材和铝膜中间用荧光油墨印刷特定的形状或字母。当全息标识制成后可用紫外灯照射看到。

　　c.全息标识中部分文字或图形的定位脱铝，例如德国马克纸币面值上烫印的全息标识。

　　d.在全息标识上进行定位印刷。

5.4　DOVIDS与印钞技术的综合

　　其主要用于特殊纸张的高级产品上。除了热烫印模压全息图，还包括水印、凹印、光变油墨(OVI)、缩微文字，甚至包括热烫印或开窗式各类安全线等等。

6　高质量的最终产品－热烫印模压全息图

　　对高安全产品，无论是塑料卡或纸张类均应采用热烫印DOVIDS模压全息图。和不干胶膜的结构不同，热烫印膜在聚脂膜(PET)下面依次为剥离层、保护层、压印层和铝层。模压后，在铝层上涂布烫印胶层。

　　高质量的热烫印模压全息图需达到如下标准：

　　(1)烫印后的全息图剥离完整，边缘整齐，全息像的亮度没有明显的衰减。

　　(2)对高安全特殊纸张，可进行多烫印头的热烫印，并且烫印速度可达到每小时3000大张以上。

　　(3)对有特殊要求的产品，可采用特别的热烫印膜和胶，使烫印后的全息图能够耐酸、耐碱、耐皂液、耐热水等。

　　(4)对烟、酒等包装纸，可进行多烫印头的热烫印，并且烫印速度可达到每小时5000大张以上。

　　(5)烫印后的全息图，其全息像的定位偏差在±1.5mm以下。

7　安全生产

　　国家有关机构应对制造商能否生产高安全级别防伪产品作严格的实地考察和认证。  

　　中钞信用卡厂为保证安全级别与安全生产的主要措施如下：

　　(1)监控系统

　　监控系统能对厂内外各重要部位进行二十四小时延时录像及图像的切换、放大及缩小。

　　(2)报警系统

　　多种监听报警能对厂区四周围墙及厂区内各重要区域进行监听和报警，可对报警时间、地址进行打印，在报警同时启动照明系统及监控系统把画面自动切换到报警区域并自动录像。

　　(3)门禁系统

　　我厂每位员工上班时佩带有本人彩照、工作部门和职务的员工卡和开门卡，门外设有非接触式读卡器。计算机控制软件对每位员工可随时进行时间、区域的控制，并可对实时进出记录存贮、打印。

　　(4)数字管理

　　产品从原材料、每道工序的半成品、成品检封和废品销毁实行严格数字管理。

      作者单位：中钞信用卡厂，北京　100085

       参考文献

     〔1〕　I.M.Lancaster.Worldwide authentication market for DOVIDS:past,present,ensuring the future.SPIE，1996,2866：278-285
〔2〕　于美文，张静方.光全息术.北京教育出版社，1995
〔3〕　张静方.高安全产品光学防伪的现状和发展.电子科技大学学报，1998,27(7):21－24