激光全息照相印刷特种印刷.ppt

第八章全息印刷,授课目的：全息印刷品的特点，掌握全息印刷印版的制作；及全息模压原理。授课重点：激光全息印刷原理、全息制版工艺。授课难点：激光全息印刷原理及制版工艺。,授课内容：第一节概述第二节激光全息照相的基本原理第三节全息模压工艺第四节全息图的转印,全息印刷又称为激光彩虹全息印刷，它是随着光学技术的发展而出现的一种特殊的印刷工艺，能够在二维载体上再现三维图像。全息印刷是通过全息照相技术、全息原版和模压版的制作、模压复制和后加工等工艺得到全息防伪产品的一种技术。,全息投影,全息照相,一、全息照相印刷的发展随着光学技术的发展，80年代在印刷工业领域出现了一项新的印刷工艺，能够在二维载体上清楚并且大量地复制出三维图像，这项新印刷工艺就是全息印刷技术。全息印刷（HoolgraphicPrinting）是以全息摄影为基础发展起来的。1948年英国物理学家丹尼斯加柏(DenisGabor)发明了全息照相术。所谓全息照相就是能记录与再现物体三维立体信息的照相方法。因为当时没有理想的光源，故全息摄影技术的发展基本上处于停滞状态。,第一节概述,直到1960年激光问世以后，由美国ENLeith和JVPahieta二人在1963年以激光为光源制成世界上第一张全息照片证实了加柏的理论以后，才使全息摄影技术的研究和开发迅速发展起来。全息照相与普通照相不同。普通照相通过照相镜头或摄影机镜头把景物上各点反射来的光记录在感光底片上。感光底片上记录的只是光的强弱（即光线的振幅）。因为普通照相仅把景物散射光的振幅记录下来，所以得到的是与真实物体相差很大的二维图像。,1.全息照相术(holography)是指应用光的干涉和衍射原理，将物体发出的光波以干涉条纹的形式记录下来成为“全息图”，并在一定的条件下再现出原物逼真的三维衍射图像的技术。由于记录了物体光波的振幅和位相信息，因而称为全息术或全息照相术。“全息”即全部的信息，既包含振幅信息，又包含位相信息。2.全息照相印刷：是指由激光摄影形成的干涉条纹，变换为图像显现于特定承印物的复制技术。,三.概念,三、全息照相印刷的工艺流程全息照相印刷是把由激光摄影记录下来的全息图像，大量复制在特定的承印材料上的技术。,全息摄影涂布导电层电铸镍版剥离压印复制真空镀铝涂布复合分切,四.用途防伪、装饰、广告、储存等,第二节全息照相的基本原理,由于现有的记录介质只对光强有响应，而对位相变化无反应，因此，要记录光波的位相，就需要设法把位相关系转换成光强(即振幅)变化。由于干涉条纹的光强分布和形状与两个相干光束的振幅和位相是密切相关的，因此在全息照相中巧妙地利用了光的干涉原理达到了同时记录包括光波位相和振幅在内的全部信息的目的。,普通照相是采用一步成像方法，即将被物体表面反射、散射或辐射出的光通过透镜(照相机镜头)一次成像于感光胶片上，经过显影、定影等冲洗工序处理后便可以直接获得物体的像。全息照相是采取一种全新的两步成像技术。第一步是全息记录过程，即拍摄和制备全息照片(亦称全息图)；第二步是全息再现过程，即重现物像。（亦称彩虹全息图）,简单说。全息摄影所得到的全息图是一张薄片，其上布满了密密麻麻以致于人眼无法辨认清楚的、形状复杂的相间条纹结构，这种条纹结构通常称为光栅。,光栅可以有三种类型：透光与不透光相间的条纹；表面上凹凸起伏的沟槽（或称浮雕型条纹）和物质密度大小相间的透明条形物。正是这些似乎毫无规则的光栅记录着物体的信息。当光束以一定角度照射在全息图上的光栅处，则物体信息将以一定光的形式从全息图上释放出来，人眼迎着这些再现光去看，你好像通过窗户观看窗外的景物一样，可以从照片周围各个侧面观察到逼真的、立体的和光耀夺目的图像或色彩可变的图像，这与普通照片的平面像有本质的不同。,一、光的干涉原理干涉原理是满足一定条件的两列相干光波。在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。相干光源相干波产生明暗相间分布的条纹,1、获得稳定干涉的必要条件两束光的频率相同；两束光的振动方向相同；在叠加处两束光的振动有恒定的位相差。2、获得相干光的基本原理把一个光源的一点发出的光束设法分为两束，然后再使它们相遇。激光是一种相干性很好的光源，它可以产生相干光波，因此全息照相多采用激光作光源。,激光的特点：（1）方向性是光源发出的光极其均匀、平行、发散角很小。一般为毫弧度量级。能量集中，亮度高。（2）单向性指激光的单波长性能，激光仅有一个或数个的选择的波长，保证有效的能量集中在一个特定的波长上。（3）相干性指激光在时间及空间两个方面以同样的频率和相位进行振动，所有的光波同时达到最高值和最小值。,“干涉记录、衍射再现”。1、利用干涉法拍摄全息图（全息照片）激光发生器激发出的激光束经分光镜一分为二。一束作为物理光束，照射到被拍摄物体上，经过物体的反射，在预定位置的特种感光胶片上留下物体的光信息；另一束作为参考光，经过反射及扩束镜组后，直接照射到感光胶片上.两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射它，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。,二、激光全息照相原理,拍摄全息照片的原理图,干板上记录的是干涉条纹，而不是物体的像。因此，全息图在普通光源下看到的外观仅为干涉条纹。,全息照片外观,激光全息图的再现原理,将记录有物体全部信息的全息干板进行暗室处理后，再用一束激光束照射，激光经过干板上干涉条纹的衍射，人眼通过干板可以看到一个与原物体形状一样的像（虚像），同时在以干板为对称的地方还有一个与原物体完全相同的像（实像）。,再现原理,2、利用衍射原理将全息图上的信息再现（激光彩虹全息图片的制作）激光全息照片的再现需要参考光束的照射，即在特定的条件下才能观察到，而在普通白光下不能再现。为了在普通白光下也能观赏物体的全貌(激光全息图)，需要进一步制作彩虹全息图像。,激光发生器激发出的激光束经分光镜一分为二。一束作为再现光束，经折射镜和扩束镜组后，照射到激光全息照片上，穿过全息照片的再现光束通过挡板上的水平狭缝，照射到预定位置的第二张激光全息底片上，记录下激光全息照片的光信息；另一束参考光经过扩束镜后，直接照射到第二张激光全息底片上与再现光束相遇，形成干涉条纹；经过显影和定影处理后，得到可以在普通白光下再现的激光彩虹全息图片。简单地讲，激光彩虹全息图片的制作过程，即是对被拍摄物体的激光全息照片进行二次拍摄的过程。,激光彩虹全息图片在普通白光下(不需要激光作为光源)即可再现，可见光中的每一种波长的光都可以被图片上的干涉条纹衍射，由于衍射的角度各不相同，因此在不同的方位欣赏图片时，就会看到不同色彩的原物图像。,3、激光全息照相的特点1)、保密、防伪性全息图有白光显像技术和激光显像技术两种类型，激光显像必须在激光下才能看到全息图像。2)、正、负底片都能再现原物的像对于普通照相，需要由“负片”翻印成“正片”才能显示原物的光强分布。而全息照相技术的正、负底片都能再现原物的像，这是由于在观察虚像或记录实像时，是光强分布在起作用，恒定位相差的正负并不影响最后的光强分布。,3)、利用全息图上任一部分都可以再现原物的基本形状全息图所记录的图形可以看成是物体上各点散射光波与参考光波所形成的干涉条纹，再现时这些干涉条纹又起到了衍射光栅的作用，在全息图的任何部分都记录了整个物体的光波，因此，仅用全息图的一部分就可以再现出物体的基本形状。,4)、再现像的三维特性（立体性）若原物具有三维特性，则再现像也具有三维特性，这里的三维特性是指：(1)用双眼观察再现像时，两眼中的像并不完全相同，而存在“视差”，这样就产生了立体感；(2)改变观察角度时，可以看到原物不同方向的视图，观察再现像与观察原物类似。,4、注意事项,要注意安全，绝对不能用眼睛直视未扩束的激光束防止视网膜损伤。不要用手触摸实验仪器的光学元件的镜面。在拍摄全息照片时，要保持室内安静，不要触及防震平台。曝光前稳定一段时间。,激光全息摄影展示一张平面照片,从正前方看是正面像,从左边可看见左面的脸,从右边可看见右面的脸,这就是激光全息摄影的神奇,三、全息制版用的激光光源全息制版的特点是通过参考光、物理光的干涉记录三维物体的真实图像。一般来讲，对于用于全息制版的光源有三个方面的要求，即较好的时间相干性（即较长的相干光程）、较好的空间相干性和较高的集中度。,(1)在全息记录过程中，由于物体表面的凹凸深度不同，从三维物体不同部位表面散射和反射的光到达全息干版时的光程也不同，当物光与参考光波干涉时，两者的光程差将在很大的范围内变化，所以要求制版光源有较长的相干光程，即较好的时间相干性。(2)为了能把具有较大空间分布范围的物体记录下来，要求照明光束在较大横截面内各光线间是相干的，即要求光束具有较好的空间相干性。,(3)为了满足全息记录所需要的时间和空间相干性，在全息记录系统中往往将光束分束后稍加扩束，用作参考光波和物体的照明光波，这就要求光源的能量在空间中有较高的集中度。全息制版常用的激光器：HeNe激光器、HeCd激光器、Ar+一Cd激光器、Ar+激光器、Kr+激光器、红宝石激光器、Na3+：YAG激光器等。,激光器的选用：一般用全息干版记录三维物体的全息图，可以选用HeNe激光器；拍摄景深较大的物体时可以选用长相干长度的HeNe激光器；用重铬酸盐明胶作为记录介质时最好选用Ar+激光器输出的488nm波长的激光；用光致抗蚀剂作记录介质时则应选用输出波长为441nm的HeCd激光器或输出波长为4579nm的Ar+激光器；拍摄活动物体的全息图，则需要用脉冲激光器；记录物体的真彩色全息图时应选用白色激光器，通过R、G、B三原色激光光源来进行真彩色信息的记录。,四、全息记录材料,全息记录材料可分为无机和有机两大类。大致有卤化银乳胶、重铬酸盐明胶、感光性高分子、光导热塑性塑料、光致各向异性材料、光致折变材料等，其中应用最广泛的是卤化银乳胶和重铬酸盐明胶感光材料。根据记录材料吸光后材料性能变化的类型大致又可分为透射型、折射型、浮雕型和混合型四种。在全息印刷中主要使用的是透射型的卤化银、折射型的重铬酸盐明胶和浮雕型的光致抗蚀剂。,1、记录材料的选择一是记录波长(有单波长记录和多波长记录两种)，要考虑记录材料的灵敏波长。二是全息图的类型(有透射全息图和反射全息图两种)。要考虑记录材料的厚度。,2、常用的全息记录材料(1)卤化银乳胶感光材料卤化银乳胶是一种常用的全息记录材料，具有灵敏度高、光谱响应宽、分辨率高等优点，但衍射效率和信噪比低。(2)重铬酸盐明胶感光材料具有高分辨率、高衍射率和高信噪比的优点，但感光度低、对环境温湿度敏感，生成的图像不稳定，有一定的毒性(铬对人体有害)。,(3)感光性高分子材料具有灵敏度高、衍射率高、光谱响应宽、加工方便、贮存稳定的优点。由于这些优点非常适合全息记录材料的要求，因此这种材料是目前全息记录材料研究和开发的重点。(4)光致抗蚀剂光致抗蚀剂适合记录浮雕型相位全息图的光敏记录材料，具有灵敏度高、衍射率高的特点。当然，不同的光致抗蚀剂，其性能也存在一定的差别。,(5)光导热塑性塑料光导热塑性塑料是一种浮雕型相位记录材料，是在玻璃片基上用真空蒸镀的方法镀上一层透明的导电膜，然后用化学的方法涂布一层光电导体(厚度约为23m)和一层热塑性塑料(厚度约为1m)。其优点是对可见光敏感，衍射率高，能够重复使用，是一种比较理想的平面全息记录材料，但它的分辨率低。,第三节全息模压工艺,一、全息摄影全息摄影是是指拍摄成制版用的原版的整个工艺过程。主要包括全息图正稿的拍摄、激光彩虹全息图拍摄和制版用原版的制作三个环节。1、全息图正稿,拍摄全息图涂布导电层电铸镍版剥离压印复制真空镀铝涂布复合分切,全息摄影光路原理1-激光器2-分光器3-反射镜4-扩束5-透镜6-记录介质7-被拍摄物,2、彩虹全息图以全息图正稿为物像，靠光的衍射达到记录介质上。,3、光刻原版制作以彩虹全息图作为复制用原稿与光致抗蚀膜密合，用激光曝光后经显影，在光致抗蚀膜上则形成凹凸状的干涉条纹，这就是光刻原版。,二、全息模压版制作也叫电铸镍版，是压印用的印刷版，类似于凸版。不同的是全息模压版属于热压技术。由于印刷版具有较高的分辨率，一般在1000l/mm以上，其他方法很难满足，目前主要采用电铸方法。模压版的制作主要包括涂布导电层、电铸镍版和剥离。1、涂布导电层光刻原版本身不具有导电性，所以在电铸之前涂布导电层，使其在电铸时成为一极。作用：（1）通过在光致抗蚀剂表面沉积极微细的金属颗粒，可将浮雕全息图上的干涉纹槽真实地转移到金属表面上，形成全息金属模版的雏型；,（2）光致抗蚀剂表面的导电层在以后的加厚电铸中作为阴极芯，将吸引源源不绝的离子在其上进行沉积，达到加厚的目的。在光致抗蚀剂表面形成导电层，主要有真空镀银、化学镀银、喷银、化学镀镍。2、电铸金属模版及剥离浮雕全息图表面附着一层金属银，一般为0.050.2m厚，但这层薄膜完全不能进行规模化复制，为此必须对这层金属膜加厚电铸。,当外加电源在两极板之间施以一定电位时，阳极镍板上的镍被电离而在阴极光刻原版上还原成镍，以形成足够强度凹凸形状的镍层，其厚度一般为50100m。最后,将电铸层剥离下来即制成模压版。,电铸工作原理1阴极2电解液3镍阳极,三、模压印刷,将全息金属模版加热到一定的温度，以一定的压力在热塑性材料上压印，这样就将全息金属模版上的精细浮雕条纹转印到了热塑性的表面，待冷却定型和分离之后，热塑性材料的表面上就形成了与全息金属模版完全相同的条纹，这就是复制出的模压全息图。,1、模压材料的选择适合于全息标识模压复制的材料是热塑性材料，主要有以下几种：聚氯乙烯(PVC)薄膜或片材(透明或镀铝)；聚酯(PET)薄膜或片材(透明或镀铝)；适于向纸张、织物或塑料上转印的烫印金属箔、电化铝箔等。目前使用最多的材料是聚氯乙烯(PVC)和聚酯(PET)，在实际生产过程中可以根据具体设备和工艺条件进行选择，一般来说应考虑以下三项原则。,(1)要求材料透明、平整、厚度均匀(误差10)，无水纹、污渍、划痕，增塑剂含有的杂质尽可能的少，较好的耐磨性和全息层的透过率90。(2)采用镀铝的聚氯乙烯(PVC)和聚酯(PET)时，虽然可以减少一道后工序(镀铝)的加工，但是在模压复制时由于热塑性材料与金属反射层同时变形，因此加工的温度和压力更高。要求镀铝反射层牢固、致密、无砂眼。,(3)对于不同规格的材料要选择不同的压印方式。卷筒材料(薄膜)适合滚压加工方式，一般要求薄膜在0.050.1mm之间。片材适合于平压(平压只能加工较厚、较硬的片材)，当金属模压版厚度均匀性好时，片材的最小厚度可以达到0.1mm。,2、压印工艺(1)分切。将宽幅材料分切成所需宽度的窄幅材料，宽度至少要比成品宽20mm左右，分切好的窄幅材料要求端面整齐、卷曲张力合适。(2)模压。全息标识的模压复制是通过装有金属模压版的压印装置在压印机上完成的，压印按照热压、冷却、剥离的工艺顺序进行。模压复制有两种基本的加工方式：平压和滚压，不同的压印方式有不同的专用设备。,平压。平压属于间歇式生产方式，加压时整个金属模压版表面同时受压。平压加工对金属模压版要求很高，要求模压版厚度要均匀，否则无法得到高质量的产品。平压虽然效率比较低，但是只要模压版质量高，完全可以得到高质量的全息标识产品。,平压平式压印机1金属压印板2收片辊3全息模版4供片辊5张紧轮,滚压。滚压有圆压平和圆压圆两种形式。圆压平属于间歇式生产方式，效率较低，但是可以生产面积较大的模压全息标识；圆压圆属于连续性生产方式，生产效率高，并且可以生产很大面积的全息标识，主要用于大批量产品的生产。,圆压平式压印机1输片轮2压辊3金属模版4移动平板,圆压圆压印机1给料辊2压印辊3收料辊4冷却辊5印版辊6加热器,第四节全息图的转印一、蒸镀反射层为了使激光彩虹全息模压图片便于在白光下观看，并且使其光泽鲜亮，更具观赏性，可以在压印好的薄膜上用真空蒸镀一层铝膜构成反射层，以提高膜的反射率，一般镀层厚度在4050nm，制成不透明的激光彩虹全息模压防伪标识。,二、转印转印是用间接手法借助于带有全息图像的转印材料，在物体上印出图像的复制方式。主要用于需要大量复制全息产品的场合。转印一般有两种方法：不干胶贴合法和热冲压转印法。1、不干胶贴合法即将全息标识制作成不干胶的形式，以方便使用。一般是在铝层上再涂布一层压敏胶，并复合一层剥离层(防粘纸)，制成不干胶型全息标识。,贴合型复制全息的构成1基材2衍射层3反射层4粘接层5剥离层,完成粘接层（压敏胶）涂布和剥离层（防粘纸）复合工艺。,涂布、复合机工作原理1防粘纸放卷2、4复合辊3收卷5干燥6涂布7PET全息图8放卷,2、热冲压转印法热冲压转印技术由“制造转印膜”和“热冲压转印”两个工序组成。制造转印膜这种转印膜也称为烫印型激光全息膜。制造转印膜是以精密模压机生产的卷筒膜全息图为基础，由复合机来完成的。首先需要在模压全息图的片基上表面复合一层离型层和