彩虹全息概述
從商品包裝的角度考慮，包裝防偽標識不僅應該具有較強的防偽功能，而且更重要的是當在包裝上使用了防偽標識后，標識不僅不破壞原來包裝圖案的整體協調感和裝潢效果，而且應該增強原包裝的裝潢促銷功能。目前常用的全息防偽標識主要采用彩虹全息圖。所以本書重點介紹彩虹全息圖的制作工藝。
彩虹全息是用激光記錄的全息圖，用白光再現單色或彩色像的一種全息技術，從再現像與原物色彩之間的異同，彩虹全息又可分為假彩色彩虹全息和真彩色彩虹全息兩類。
彩色彩虹全息的基本特點是在記錄系統中適當位置加入一個狹縫，其作用為限制了再現光波,以降低圖像的色模糊，從而實現白光再現單色或彩色像。彩虹全息首先由本頓受到全息圖的碎片能再現物體完整像的啟發，在1969年以二步記錄全息（二步彩虹全息）的方式提出的。
二步彩虹全息先記錄一張離軸菲涅耳全息圖（稱主全息或掩膜），如圖1（a）所示。用記錄主全息時的逆參考方向的共軛光照明主全息圖，使其再現孿生實像，靠近主全息放一個寬為a的水平狹縫s，以限制衍射光束即以狹光束構成孿生實像，如圖1（b）所示。這樣記錄的全息圖即為二步彩虹全息。用再現白光照明這彩虹全息時，物體和狹縫的再現像將激光記錄時，再現像束中紅、綠、藍（r、g、b）三種顏色波長光的再現像和狹縫像處在不同的位置，這樣，在不同波長狹縫像的位置即看到不同顏色的像，這就是能用白光照明全息圖再現單色像的原因。如果人眼沿z軸移動，使幾種顏色的光進入眼睛，就會觀察到像的顏色像雨后天空中的彩虹一樣，這就是彩虹全息命名的由來。
圖1 二步彩虹全息圖的記錄與再現
(a)主全息記錄光路 (b)二步彩虹全息記錄光路 (c)白光再現像
因為本頓提出的二步彩虹全息要記錄二次全息圖，手續較繁，易產生噪聲，且不能對再現像的顏色的觀察方位作設定。所以，后來發展了一步彩虹全息、加場鏡的一步彩虹、像散二步和一步彩虹、無狹縫彩虹、無透鏡彩虹、條形散射屏綜合狹縫彩虹、編碼二步彩虹和零光程差彩虹全息等多種彩虹全息技術。考慮到商品包裝對防偽標識應具備能用專色表示品牌特色的功能，能通過景特色彩的設計，景特縱深感強、裝潢效果好和色彩鮮艷多變引人注目等要求，本書僅介紹具有色彩編碼功能的彩虹全息的制作工藝。
彩虹全息特點
現在我們分析一下彩虹全息圖的特點。由于記錄全息圖h時，物光束受狹縫s的限制，只是—束細光束投射在h上，因而對應—個物點ol的信息在全息圖的y方向上只占了一小部分h0。對于這一部分全息圖，也可以叫做線全息圖(圖2)。
由于一個物點的全息圖的大小在y方向(鉛直方向)受到限制，在x方向(水平方向)不受限制。這樣再現像在y方向便失去了體視感，在x方向仍有體視效應。
圖2　彩虹全息特點圖3 顏色設計原理
彩虹全息原版的記錄方法
從上面的分析我們知道，當用白光照明彩虹全息圖時，在與不同波長再現狹縫像對應的角度可觀察到不同的顏色，這表明如果在彩虹全息的記錄時，對狹縫的位置作適當設計，就能在特定角度觀察到特定的單色或彩色像。為了使白光再現的彩虹全息圖能在某一觀察角度能再現出彩色像，人們對狹縫的位置作了特殊設計。本書介紹用三狹縫面積分割法進行假彩色編碼設計的方法。所謂假彩色是指再現像的顏色與物體的顏色不一致，而真彩色是指再現像的顏色與物體相同。
1．假彩色編碼單色設計
要得到預定的顏色組合，必須按光路參數來設置縫間距。本小節主要討論如何設計原版全息像各個層或一個層次上不同部位的顏色，具體地說，就是如何根據記錄光路的參、物光波間夾角和記錄波長設計縫間的距離。
由于制作浮雕型彩虹全息圖所用記錄材料的限制，記錄時要用偏紫的激光，故一般來說 ，而光路安排上往往希望狹縫設計在干版中心法線的兩側，故狹縫位置設計時往往取。對色彩要求不高的多色全息圖，根據 和 的參數，各個狹縫之間的距離只要使再現像的顏色分開即可。當 一定， 大或狹縫寬度小時，再現像的色彩比較純。 受到記錄全息材料的分辨率限制，一般在35°左右。當狹縫寬度小時，制作全息圖的物光比較弱。注意，實際上用白光再現全息圖時，其中各個波長狹縫并不在一個深度上。
2　假彩色編碼復色設計
3　多狹縫彩虹全息
在二步彩虹全息的記錄光路中，我們看到對主全息圖，只利用了一窄條部分。很容易聯想到將一塊干版分為若干帶狀區域，每個帶狀區域記錄一個物體或一個物體的不同部分。當第二步記錄時使它們同時再現并記錄在一張全息圖h上，這就叫作多狹縫彩虹全息，當全息圖用激光照明再現時，則在某一狹縫像的位置觀察，即可看到對應該物體的像。如用白光照明再現將看到所記錄的各個物體以不同的顏色出現；若記錄的是一個物體不同的部分則在一定的位置可看到整個物體以不同的顏色出現，這種情況就叫作對物體的假彩色編碼。多狹縫彩虹全息也可用一步法完成，這主要在成像透鏡的入瞳或出瞳面上設置多個狹縫。
加密彩虹全息原版記錄方法主要是通過對主全息圖的橫向面積分割和色散觀察窗的設計，產生物體的色序，以達到加密防偽的目的。它采用的加密方法主要有莫爾技術加密法以及隨機位相編碼光學防偽兩種方法。
莫爾技術加密法
加密全息標識就是指在原有全息標識圖像版面上的某個部分或整個版面置人密碼，密碼是以一些特殊函數的變換譜或光學現象為物理模型。當密碼最后以光學圖案形式顯現出來的加密方法稱為“顯型加密碼法”。而“隱型加密碼法”必須用解碼器才能讀出所設計的密碼。隱型密碼與顯型密碼的不同之處在于隱型密碼是隱蔽的,觀察者一般不會發現加隱型密碼的全息標識有什么特別之處。但是只要擁有記錄過程中所用的另一函數的物理模型,即解碼器,將其貼于標識上并旋轉過一個角度,才可讀出事先設計好的二個函數方程疊加所得結果,即一種新圖像。而且此新圖像和產生它的兩個函數的圖像可以完全不同。真因為如此“隱型密碼法”在辨別真偽、防偽打假上比目前的許多防偽手段更有效。
1．莫爾現象的基本規律
光學莫爾圖像是由兩個頻率相似的周期性圖形疊加而成的。我們用兩塊光柵相疊合說明莫阿條紋的形成，光柵的特性用它的透射系數或透射本表征。
2 莫爾圖像的特點是：
①它的形狀和條紋間隔取決于構成它的兩個周期圖形的形狀和重疊時的放置情況。
②它的形狀與構成它的兩個周期圖形的形狀可以完全不同。
因此不同的周期圖形及不同的放置可以形成各種不同的莫爾圖像，而從看到的莫爾圖像卻很難推斷出構成它的圖形的形狀，使全息標識偽造者無法仿制，這就是采用莫爾技術制作全息密碼的道理。莫爾密碼的制作就是將莫爾圖像用全息的手段記錄在全息標識的某個部位或整個版面。制作過程通常采用兩步法，也可以在制作第一張菲涅爾全息圖時就記錄進全息標識的版面中。
由光柵莫爾條紋形成規律可知，圖形周期性的選擇確定了莫爾圖的形狀和條紋間距，因此只要適當選擇兩個周期性圖形，將其中一個制作在全息標識上，另一個制作在一塊單獨的全息版上（即解碼版）由解碼人收藏，當解碼人將解碼版放在記錄了該密碼信息的全息標識上并旋轉某一角度，就可以在陽光下看到莫爾圖像。如果將解碼版放在沒有注入全息密碼信息不同的全息標識上，就看不到預計的莫爾圖像，這樣就可以馬上判斷出這張全息標識是偽造的。由于全息標識是記錄在光刻膠版上，而光刻膠版是位相型，因此用單束激光記錄在全息標識中的密碼信息顯影以后肉眼看不到；如果解碼版也用光刻膠版，顯影以后也只是一塊白板，連持有解碼版的人也不知道版內信息是什么；這樣，就更增強了偽造性能。這種判斷全息標識真偽的方法迅速可靠，與已有的方法比較，
3莫爾全息制版工藝
首先借助計算機繪圖軟件,描繪出各種線族,形成莫爾圖。然后將形成令人滿意莫爾圖的兩函數圖像模型之一輸入原有全息標識版面的某個部分或整個版面并分別進行精縮制版,然后制成反差片d將其記錄在曝光好但沒有經過顯影的全息標識光刻膠版上,最后與全息圖一起進行顯影處理。由于記錄時只是用單光束拷貝且顯影后完全是位相型,所以無法讀出,因此并不影響原有全息標識的質量。當我們用記錄有另一函數圖像模型的反差片貼于全息標識版面并旋轉過一個角度,就能讀出清晰的莫爾圖。解碼器上的信息與全息標識上的信息緊密相關,莫爾圖顯現時這兩個信息缺一不可。
隨機位相編碼光學防偽
隨機位相編碼光學防偽技術主要有下列二種，一種是由一塊包含大量象素的平面型相位模板來構成。普通的光強探測器不能探測編碼板上的出每個象素的位相延遲，所以很難讀取相位模板的內容。不知道相位編碼密匙，就不可能再生圖像。用相位模板對待保護圖象商標和卡上的信息等編碼加密，用光學相關器實現解密檢測，只有真正的相位模板，才具有與防偽信息相關的高的相關峰。第二種是比第一種防偽性能更強的雙隨機相位模板光學防偽技術。這種技術用兩塊獨立的隨機相位模板分別對待保護圖象在空間域和傅里葉頻域進行編碼，將原始圖象編碼為固定白噪聲，如果不知道兩個位相密匙，不可能恢復圖像。該方法可進行需要高度安全的圖象加密。雖然相位編碼方法具有保密性好的特點，但是加密后圖象是復數，這就給防偽卡的制作帶來困難，檢驗也需要兩個液晶電視，一個用于相位，一個用于振幅。且由于散斑噪聲會造成重建圖象的分辨率下降，甚至不能分辨制版較困難。
真彩色編碼全息原版記錄方法
彩色全息術的目的是記錄和再現一種顏色與原始物體十分接近的三維像。它涉及到顏色光學和色度學中的問題。從全息像的顏色分就有彩色全息和無彩色(或稱消色)全息兩大類。本節僅講述主要的幾種透射式真彩色全息圖記錄方法。
透射真彩色全息圖有很多記錄方法，例如用三基色激光，利用一步法或二步法彩虹全息記錄光路可直接記錄二維三維物體的真彩色全息圖。對于二維物體通過分色后的三張黑白正片可用單色光記錄真彩色全息圖。對于三維物體也可第一步用三基色激光。第二步用單波長記錄，得真彩色全息。用單色光記錄的真彩色全息圖適于制作模壓全息的浮雕母版。
1 單波長激光記錄二維真彩色全息圖
2 二步真彩色彩虹全息
3 單波長二步法真彩色彩虹全息
計算全息圖原版制作方法
計算全息圖與光學全息圖不同，它不需要物體的實際存在，而是把物體光波的數學模型輸入計算機處理后由計算機控制繪圖儀畫出陰極射線管顯示的編碼圖樣，再翻拍到感光片上制成的。編碼圖是由透明和不透明兩種格點組成的，因而也稱為二元計算全息圖。若計算機與電視聯接，指令電子束在熒光屏上掃描，則編碼圖樣就由強度不同或者說灰度等級不同的格點組成，翻拍后稱為灰階全息圖。計算全息圖也有像全息、菲涅耳全息和傅立葉變換全息之分。
計算全息圖（縮寫符號cgh）的制作過程一般可分為四色：
①選擇物體或光波面的數學表達式，并進行抽樣；
②計算物光波在全息平面上的光場分布；
③把上述光波場編碼成全息圖的透射率變化；
④把上述折射率變化顯示在陰極射線管上或曝光在照相軟片上，或由繪圖儀輸出在繪圖紙上，用光學再現裝置再現成像


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