[发明专利]改进的多轴衍射光栅

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年11月10日提交的名称为“改进的多轴衍射光栅”的美国临时专利申请号为61/113,032的优先权。

背景技术

本发明涉及压纹垫片(embossing shim)和生产压纹垫片的方法。更具体地说，本发明涉及压纹垫片和制造用于生产衍射表面的压纹垫片的方法，所述衍射表面例如为具有增强的颜色转变或者光可变背景的全息图或者光栅。

包含模压全息图(embossed holographic images)的反光透明、半透明和不透明材料通常使用在安保或者装饰性应用中，例如护照，信用卡，安全通行证，许可证，邮票以及礼品包装，图书插图等等。通过将全息的或者光学可变薄膜粘贴到文件上来实现保护。由于使用传统的印刷技术不容易复制全息的或者光可变薄膜，因此很难仿造或者伪造这些文件。

一般通过金属化(metalize)三维图像的压纹图案生产全息薄膜。传统的压纹加工是将压力施加到材料的任何一侧来改变表面，使材料具有三维或者凸起的效果。换句话说，传统的压纹加工将3D的微观结构图像转移到材料。如图1所示，典型的薄膜压纹机使用两个圆柱形滚轴，即一压纹滚轴和一支承滚轴。具有纹理图案的花纹压模，也被称为压纹垫片，被附接到压纹滚轴上。通常在0.0004和0.001英寸之间的厚度或者更厚的薄膜，在两个滚轴之间被推动或者拉拔。位于压纹滚轴上的凸起或者带纹理的压纹垫片迫使薄膜紧靠支承滚轴以在薄膜中产生压纹印痕。之后，该薄膜能被压在纸，硬纸板，塑料，金属或者其他基片上。

印痕(impression)的压纹侧可以被铝化或者金属化而将3D微观结构转化为反射全息图。一般通过将涂覆感光乳剂的感光基片曝光于来自相干光源的两个光束并将由此产生的干涉图案蚀刻或显像于感光乳剂或者光刻胶中来产生用于压纹垫片的全息图案。

全息图案通常包括例如衍射光栅的光干涉图。衍射光栅是光干涉图案，其中具有规则图样(regularpattern)的部件将光分(衍射)为沿不同方向的多束光。如图2中所示，通过干涉单个激光器发出的相干光的两个扩张光束(expanded beams)来获得形成大幅面彩虹反射薄片/薄膜全息图的单轴衍射光栅。入射光在两个方向上衍射。衍射光栅，其通过将环境光衍射进入其颜色部件来产生彩虹色效应，即“彩虹全息图”，在本领域中是已知的。

为使衍射颜色为可见的，全息图通常需要直接光照。从而，为了查看衍射颜色，必须从相同的角度，即全息图被照亮的角度来查看。因此，从全息图反射的彩虹或者彩虹色的光一般只有在两个方向上是可视的，通常为0度和180度。当从其他方向或者角度查看时，颜色是不可见的并且全息图呈现黑暗或者灰色/银色。因此，视场相对受到限制。

如图3所示的交叉光栅图案，是一般产生的光干涉图案，其中单轴光栅用来产生如前面所述的大幅面彩虹反射薄片/薄膜全息图，然后，两束光相对于初始光栅旋转90度。旋转光束增加了全息图的视场，从而视场或彩虹颜色可以从超过两个角度可见。产生的交叉光栅基于光栅频率(grating frequency)在很多方向(4或者更多个)上衍射光(即，允许颜色是可见的)，增加了视场(field of view)。

当从上方观察时，光在0，90，180和270度的角度上对称地衍射。衍射光束也在某一频率在斜角(对角线)(45，135，225，315)对称地出现。然而，在旋转之后，使用两个扩张的光束并且重复曝光基片仅对称地产生衍射光束。如果需要非对称地输出，在两次曝光之间改变光栅的结构和/或频率。因此，除非频率和/或光栅被改变，或者基片被重复曝光，光/颜色的强度或亮度在某个衍射角减少。

此外，通过两个光束产生的大幅面彩虹衍射光栅加倍易受到振动的影响。两个光束的技术需要基片两次曝光于干涉图案以达到需要的光亮，因此，需要在两次曝光之间对基片进行处理。光束和/或基片的其他处理增加了错误，振动，图像污染或者不均匀的交叉光栅效率的出现机率。

因此，控制光干涉图案例如衍射光栅全息图的视场是需要的，当最小化基片处理时，增加衍射光栅图案的亮度和强度。

发明内容