激光防偽

激光防偽簡介

激光防偽又名鐳射防偽，或稱激光全息防偽。激光防偽技術包括激光全息圖像防偽、加密激光全息圖象防偽和激光光刻防偽技術三方面。

激光全息技術是繼激光器于二十世紀六十年代問世之后迅速發(fā)展起來的一種立體照相技術。“全息”的意思為“全部信息”，即相對于普通照相的只記錄物體的明暗變化，激光全息照相還能記錄物體的空間變化。全息防偽技術包括：1.常規(guī)全息防偽技術,2.多通道全息防偽技術,3.隱形加密技術,4.360°計算機點陣全息技術,5.雙層全息技術,6.熒光加密全息技術,7.動態(tài)編碼防偽技術,8.電話電碼防偽技術,核微孔防偽技術以及基因防偽技術,并具有圖像清晰、色彩絢麗、立體感強、一次性使用的特點。多通道全息防偽在轉動標識時,會看到在標識的同一位置上出現(xiàn)不同的圖案。隱形加密技術將加密圖案制作于標識的任一位置,在激光再現(xiàn)儀下方可看到加密圖案。360°計算機點陣全息技術在圖像360°的觀察范圍內會出現(xiàn)放射狀、環(huán)狀、螺旋狀等光點的組合與變換,動感極強。雙層全息技術能把全息標識揭開,還能看到印有圖案和文字的第二防偽層,有雙保險的防偽效果。熒光加密全息技術原理與人民幣熒光加密原理一樣。動態(tài)編碼防偽是將商標置于眼前,緩慢地轉動商標會出現(xiàn)連續(xù)動作的圖案。電話電碼防偽標識是由激光防偽技術和電話電碼防偽技術相結合制作而成,通過查詢統(tǒng)一的中心數(shù)據(jù)庫可以核對真?zhèn)?。核微孔防偽標識由激光防偽技術和核微孔防偽技術組成,僅用一只水筆便可分辨真?zhèn)?。基因防偽是在標識背膠中加入基因因子,通過專用儀器進行檢測。

常用的是激光彩虹模壓全息圖文防偽技術,它是應用激光彩虹全息圖制版技術和模壓復制技術,在產品上制作的一種可視的圖文信息。

彩虹全息圖像是以普遍全息圖像作為拍攝物體,經一系列程序處理后制成的彩虹全息照片。如用光致抗蝕刻劑的感光片代替普通照片拍攝的全息圖,經曝光處理后,即得到一張浮雕型位相全息圖,即制作彩虹全息圖的母版。母版表面充滿了凹凸不平的干涉條紋,其精細度可達每毫米千余條。這些浮雕狀的條紋載錄了被拍物體的光波強度與位相信息,實現(xiàn)了全息記錄。然后用真空鍍膜或化學電鍍方法,在母版表面鍍上一層很薄的金屬膜,再電鍍上適當厚度的鎳或其他金屬,做成一塊機械性能良好的模壓金屬板。將此板裝在壓印機上,熱壓聚酯類塑料薄膜,把浮雕型全息圖壓印在薄膜上,最后在薄膜上再真空蒸鍍一層鋁膜,以提高膜的反射率。在鋁膜上蓋鍍或涂布保護層后,便制成全息圖片,即不透明的激光模壓全息防偽圖。這種全息圖可用日光觀察,日光中的每一種波長的光都會被圖片上的干涉條紋所衍射,因有不同的衍射角,故在不同的角度觀看時,有不同顏色的再現(xiàn)圖像。

由于全息圖中的色塊組合是隨機編碼的,即使同一設備也很難制出完全相同的全息母版,故彩虹全息圖像已廣泛用于制作防偽標識。也可將全息圖直接轉印到紙品上,現(xiàn)已廣泛應用于票證、商標及信用卡。

模壓全息防偽標識的顏色有單一彩虹,多種彩虹色、真彩色及黑白(消色) 4 種,其圖像有二維、三維、多重與動態(tài)成像。

激光模壓全息防偽標識全息圖成像技術的不同,可將其分為經典、脈沖三維激光模壓全息防偽標識以及合成模壓、多重圖像激光模壓、動態(tài)模壓、動態(tài)光柵模壓、隱形全息模壓、防偽油墨加密激光模壓等全息防偽標識。

近年又有燙金全息圖及透過式全息圖問世,它們都是在普通彩虹全息圖的基礎上的革新。其中半透式全息圖是將聚酯薄膜上的鋁層做成網點狀并控制網點密度,在再現(xiàn)光下使有金屬的網點處有光反射,在非金屬網點處形成光的透射,并調整透射與反射之比,使透過全息圖的同時還能看到圖下掩蓋的圖文,故也稱之為透視全息圖。

防偽技術的發(fā)展,彩色全息圖、合成全息圖、密碼全息圖(用一個激光筆可讀出圖中的信息) 等接踵而至。這些經激光全息技術處理后具有防偽功能的新型包裝材料和更高技術層次的全息圖像標識技術,具有更好的防偽功能。

利用全息印刷技術做出防偽標識,附于包裝物表面是當前最為流行的防偽手段。全息圖像由于綜合了激光、精密機械和物理化學等學科的最新成果,技術含量高。對多數(shù)小批量偽造者而言,全套制造技術的掌握和制造設備的購置難以做到的,因此此種技術的效果是顯著的。

激光全息防偽技術發(fā)展簡史

經過數(shù)十年發(fā)展，激光全息防偽產品也從最初的全息防偽標識逐步升級發(fā)展為第二代、第三代甚至第四代激光防偽技術。

（一）第一代激光防偽技術是激光模壓全息圖像防偽標識。

全息照相是由美國科學家伯格（ＭＪ•Ｂｕｅｒｇｅｒ）在利用X射線拍攝晶體的原子結構照片時發(fā)現(xiàn)的，并與伽柏（Ｄ•Ｇａｂｅｒ）一起建立了全息照相理論：利用雙光束干涉原理，令物光和另一個與物光相干的光束（參考光束）產生干涉圖樣即可把位相“合并”上去，從而用感光底片能同時記錄下位相和振幅，就可以獲得全息圖像。但是，全息照相是根據(jù)干涉法原理拍攝的，須用高密度（分辨率）感光底片記錄。由于普通光源單色性不好，相干性差，因而全息技術發(fā)展緩慢，很難拍出像樣的全息圖。直到６０ 年代初激光出現(xiàn)之后，其高亮度、高單色性和高相干度的特性，迅速推動了全息技術的發(fā)展，許多種類的全息圖被制作出來，全息理論得到很好的驗證，但由于拍攝和再現(xiàn)時的特殊要求，從誕生之日起，就幾乎一直被局限在實驗室里。

70年代末期，人們發(fā)現(xiàn)全息圖片具有包括三維信息的表面結構（即縱橫交錯的干涉條紋），這種結構是可以轉移到高密度感光底片等材料上去的。１９８０年，美國科學家利用壓印全息技術，將全息表面結構轉移到聚酯薄膜上，從而成功地印制出世界上第一張模壓全息圖片，這種激光全息圖片又稱彩虹全息圖片，它是通過激光制版，將影像制作在塑料薄膜上，產生五光十色的衍射效果，并使圖片具有二維、三維空間感，在普通光線下，隱藏的圖像、信息會重現(xiàn)。當光線從某一特定角度照射時，又會出現(xiàn)新的圖像。這種模壓全息圖片可以像印刷一樣大批量快速復制，成本較低，且可以與各類印刷品相結合使用。至此，全息攝影向社會應用邁出了決定性的一步。

由于當時這種模壓全息圖片的制作技術是非常先進的技術，只有少數(shù)人掌握，于是就被用作防偽標識。其防偽的原理是：

1.在激光全息圖片拍攝的整個過程中，如果有一項條件不同（如拍攝彩虹全息的條件），則全息標識的效果就會有差異。

2.這種全息圖像的全息信息用普通照相無法拍攝，因而全息圖案難以被復制。

第一個應用全息圖片作為防偽標識的是ＪｏｈｎｎｙＷａｌｋｅＷｈｉｓｈｙ（一種威士忌）。它在泰國應用時，據(jù)說銷售額增加了４５％ 左右。

激光模壓全息防偽技術傳入我國是在80年代末90年代初，特別是1990年至1994年期間，全國各地引進生產線上百條，占當時世界生產廠家的一半多。在引進初期，這種防偽技術確實起到了一定的防偽作用，但是隨著時間的推移，激光全息圖像制作技術迅速擴散，如今早已被造假者從各個方面攻破，幾乎完全失去了防偽的能力。

（二）第二代改進型激光全息圖像防偽技術

第一代激光全息防偽技術的泛濫，促使人們不得不開始尋求改進現(xiàn)有技術。改進后的技術主要有三種：一是應用計算機圖像處理技術改進全息圖像；二是透明激光全息圖像防偽技術；三是反射激光全息圖像防偽技術。

1.應用計算機圖像處理技術改進全息圖像

計算機圖像處理技術改進激光全息圖像經歷了兩個發(fā)展形態(tài)，第一形態(tài)是計算機合成全息技術，這種技術是將系列普通二維圖像經光學成像后，按照全息圖像的成像原理進行處理后記錄在一張全息記錄材料上，從而形成計算機像素全息圖像。觀察這種像素全息圖像時，可在不同的視角看到不同的三維圖像，其圖形和色彩都具有異常靈活多變的動態(tài)效應，并且不受再現(xiàn)光線方向的限制。第二形態(tài)是計算機控制直接曝光技術，與普通全息成像不同，這種技術不需要拍攝對象，所需圖形完全由計算機生成，通過計算機控制兩束相干光束以像素為單位逐點生成全部圖案，對不同點可改變雙光束之間的夾角，從而制成具有特殊效果的三維全息圖。

2.透明激光全息圖像防偽技術

普通的激光全息圖像一般是用鍍鋁的聚酯膜經過模壓（也可以先用聚酯薄膜經過模壓再鍍鋁）而成，鍍鋁的作用是增加反射光的強度使再現(xiàn)圖像更加明亮。照明光和觀察方向都在觀察者這一側，這樣的激光彩虹模壓全息圖是不透明的。透明激光全息圖像實際上就是取消了鍍鋁層，將全息圖像直接模壓在透明的聚酯薄膜上。1996年我國公安部將透明激光全息圖像應用在居民身份證上，將身份證用透明膜整體覆蓋，在光線下觀察身份證正面時，不但能看清證件內容，還能看到透明膜上顯現(xiàn)出來的二維、三維彩虹全息圖像（“長城”及“中國”的中英文字樣）。

 3.反射激光全息圖像防偽技術

反射激光全息圖像成像原理是將入射激光射到透明的全息乳膠介質上，一部分光作為參考光，另一部分透過介質照亮物體，再由物體散射回介質作為物光，物光和參考光相互干涉，在介質內部生成多層干涉條紋面，介質底片經處理后在介質內部生成多層半透明反射面（例如6微米厚的乳膠層里可以有20多個反射面），用白光點光源照射全息圖，介質內部生成的多層半透明反射面將光反射回來，迎著反射光可以看到原物的虛像，因而稱為反射激光全息圖。

（三）第三代加密全息圖像防偽技術

加密全息圖像是指采用諸如激光閱讀、光學微縮、低頻光刻、隨機干涉條紋、莫爾條紋等等光學圖像編碼加密技術，對防偽圖像進行加密而得到的不可見或變成一些散斑的加密圖像。

1.激光閱讀

利用光學共軛原理將文字或圖像信息存貯在全息圖像中。在普通環(huán)境下，這些信息不會顯現(xiàn)，當用激光筆照射時，人們可借助硫酸紙或白紙看到所存貯的信息。所存貯的信息可以是文字、標識、灰度圖像，甚至一篇文章，表現(xiàn)形式也有反射式和透射式兩種。

2.光學微縮

將文字信息用光學微縮的方式記錄在全息圖上，平常肉眼難以辨認，在10倍、甚至100倍放大鏡下才可觀察到具體內容，一般情況下，中文可縮至0.1mm,英文可縮至0.05mm 。

3.低頻光刻

在全息圖上以非干涉方式將預先設計好的條紋花樣以縮微的形式直接記錄在全息圖上，這些花樣的條紋密度比普通干涉條紋低10倍在100線/mm左右，直觀效果是在全息圖上某些部位具有類似金屬光澤的衍射花樣，若條紋花樣是用計算機產生的全息圖，則可用激光再現(xiàn)其信息。

4.隨機干涉條紋

在制作全息圖時引入隨機機制，在全息圖上記錄隨機干涉花樣，這種花樣具有明顯的特征，且不可重復，即使同一個人使用同樣的工藝在不同的時刻所產生的花樣都不相同，因此是一種很好的防偽方式。除靜態(tài)平面干涉條紋外，目前已發(fā)展到動態(tài)，立體干涉條紋，仿冒者根本無法復制。

5.莫爾干涉加密

利用莫爾原理，即兩套周期性結構的條紋重疊可產生第三套周期結構花樣的原理，在其中一套條紋中改變其位相并編碼一個圖案，這種圖案在平時是隱藏的不能分辨，當與另一套周期條紋重疊時圖案顯現(xiàn)出來。

加密全息圖像因其不可見或只顯現(xiàn)一片噪光，如沒有密鑰很難破譯，所以具有一定的防偽功能。但是因為它在通常環(huán)境下無法分辨，因此不具備為普通大眾所識別的能力。

（四）第四代激光全息防偽技術

1.組合全息圖

組合全息圖是將幾十甚至幾百個不同的二維圖像通過幾十甚至幾百次曝光所記錄的全息圖。其效果可以從兩個方面體現(xiàn)，一是類似于平面動態(tài)設計，可以拍攝各種花樣的平面動態(tài)變化圖案，二是利用3D軟件或借助數(shù)碼相機，將三維目標的各個側面及隨時間的變化過程記錄下來，制作四維全息圖，即該全息圖不僅能夠記錄和再現(xiàn)物體的三維空間（Ｘ，Ｙ，Ｚ）特性，還能記錄和再現(xiàn)該三維物體隨時間（Ｔ）的變化，這是一種防偽性能極高的全息圖，與普通2D/3D或真三維全息相比較，具有以下特點：

①信息量巨大，制作工藝復雜：普通全息防偽標貼往往通過幾次曝光就可以完成，而制作四維全息圖需要對幾十甚至幾百幀二維圖像進行記錄，從而曝光次數(shù)是普通全息的幾十甚至幾百倍，這需要專用的儀器設備及更加精巧的工藝過程才能實現(xiàn)。

②拍攝對像沒有限制，拓展了激光全息這一高科技手段的應用范圍：普通全息記錄三維模型需要1：1的模型實體進行拍攝，而四維全息則首先從各個角度采集物體的信息，然后對采集到的二維圖像進行合成制作全息圖，從而對拍攝的對象沒有限制，可以是真人，真物體，甚至是電腦構制的虛幻物體。比例也無需1∶1。

③真彩色四維顯示，普通全息標識望塵莫及：傳統(tǒng)全息標識只能實現(xiàn)平面層次感，三維全息圖也只能表現(xiàn)1：1靜物的三維立體特征，且不能還原物體的真色彩。四維全息則不同，在以真彩色反應三維空間物體的同時，還能附載該三維空間隨時間的變化，這樣的全息標識如同一幅內容豐富的小電視，設計者可在上面盡情揮灑。

2.真三維全息圖

全息圖的一個重要特征就是能夠實現(xiàn)三維顯示，真三維全息圖就是利用真實三維雕刻模型制作全息圖其防偽意義在于兩個方面，一是三維模型全息圖的拍攝難度比普通2D/3D高很多，尤其是將二者結合起來；二是即使仿冒者能夠制作三維模型全息圖，但三維雕刻及拍攝時物體的角度等也會有很大差異，很難成功。因此，這種是一種高防偽性的全息圖。

激光防偽模壓的應用與發(fā)展

早期的激光全息照片只能激光再現(xiàn)，即要想觀察激光全息照片只能用激光器作光源以一定角度照射全息照片才能觀察到圖像。激光全息照片要實現(xiàn)商品化就要實現(xiàn)白光再現(xiàn)，即在普通光源下能觀察到激光全息圖像。模壓全息最常用的白光再現(xiàn)激光全息技術為兩步彩虹全息術和一步彩虹全息術。

激光全息術在圖像三維顯示、干涉計量和無損探傷等領域得到了成功的運用，激光全息技術的更廣泛運用是在模壓激光全息技術發(fā)明之后。早期的全息圖復制要以激光器為光源、以感光材料為載體單張復制，其工藝復雜、成本高、效率低。

模壓激光全息專用感光材料為：光致抗蝕劑。該材料激光全息曝光后，經處理可以得到浮雕型位相全息圖，即制作模壓全息圖的母版。母版表面充滿了凸凹不平的干涉條紋，其密度可以達到每毫米一千條以上。在母版表面電鍍上一定厚度的金屬鎳制成可以批量復制（印刷）用的金屬母版，金屬母版復制了全息母版上的干涉條紋。把金屬母版安裝到模壓機上，把模壓全息薄膜材料（PET、BOPP等）加溫，金屬母版以一定的壓力壓在薄膜材料上，金屬母版上的浮雕全息圖就壓印到模壓全息薄膜材料上。這是一種大批量、高速度、低成本的激光全息圖復制方法，給激光全息技術的應用帶來了一次飛躍。

較成熟的模壓激光全息技術問世于二十世紀八十年代初的美國，八十年代中期傳入我國。早期的模壓激光全息技術主要應用于圖像顯示（工藝品類），在應用于防偽領域后，模壓激光全息技術得到飛速的發(fā)展。

在我國，模壓激光技術最早于1988年應用于防偽領域。該技術之所以能應用于防偽領域，除了價格低廉、識別方便等因素外，在技術上主要是因為其極強的信息承載能力。模壓全息圖能夠記載全息拍攝時的狀態(tài)、所用光學元件的性質、后處理情況及感光材料性質等，其復雜的光學特征不能被有效的復制。由于具有極強的信息承載能力，對于油墨印刷方法難度極高的縮微技術，對于模壓激光全息來說就簡單的多。

我國的模壓激光全息技術由早期的兩步彩虹法、兩步彩虹掩膜法、光柵閃亮法發(fā)展了低頻光刻法、像素光刻法等。在材料方面，由永久型模壓材料發(fā)展到一次性模壓材料、燙印型模壓材料，材料的預處理或后處理又發(fā)展出規(guī)則脫鋁、部分脫鋁、半色調全息、透視全息等；與印刷技術的結合又發(fā)展出熒光油墨印刷、激光揭開式標識[3]、激光刮開式標識、激光全息燙印等；兩種材料的結合又發(fā)展出雙層隱秘型標識；與其它防偽技術的結合又發(fā)展出激光全息電話電碼標識。對激光防偽商標真?zhèn)蔚姆菍＜覚z驗也由單純的目測發(fā)展到卡片檢驗、放大鏡檢驗、激光束照射檢驗等，未來的趨向是電子識別檢驗。

早期的模壓激光全息標識亮度低、觀察范圍小、色澤不夠鮮艷、圖案不夠清晰，掩膜法的使用提高了圖案的清晰程度，使圖案觀察方便；光柵閃亮法的應用提高了亮度和色澤鮮艷度；像素光刻技術的應用實現(xiàn)了全息攝影的自動化，并以逐點爆光的方式使每個像素單元具有不同的參數(shù)以實現(xiàn)我們設計的五彩繽紛的動態(tài)變化；兩步彩虹技術的進一步開發(fā)實現(xiàn)了電影感動態(tài)和三維動態(tài)。模壓激光全息技術雖然具有不可仿冒性，但對于普通消費者鑒別真?zhèn)问怯邢喈旊y度的。早期激光防偽主要是以獨占性防偽，隨著全息技術的推廣，獨占性已不復存在。為了應對激烈的竟爭，提高非專業(yè)人士的識別能力，激光全息技術人員不斷開發(fā)新的技術如流星光點、幻紋技術等一線防偽技術和激光加密、雙卡技術等二線防偽技術、模壓激光全息標識鑒別的方向是：快速電子半自動/自動識別。

一次性模壓材料的使用解決了防偽商標的二次轉移問題，對于模壓激光全息商標的推廣起著巨大的作用。燙印型模壓材料的使用實現(xiàn)了包裝、防偽一體化，由于國產全息燙印材料的工藝問題影響了其推廣速度，但這將成為模壓激光全息的最大應用。寬幅模壓機的發(fā)明大幅度提高了生產效率。對全息模壓材料的預處理和或后處理可以產生規(guī)則脫鋁（規(guī)則揭露）型、部分脫鋁型、定位脫鋁型、鏤空型模壓全息防偽標識以及半色調全息和透視型全息防偽標識。規(guī)則脫鋁型或規(guī)則揭露型標識在粘貼到被貼物上揭啟時，一部分鍍鋁層脫落到被貼物上顯示出預設的文字或圖案；部分脫鋁型標識有一橫條脫去鍍鋁層變?yōu)橥该鳎ㄓ址Q為單向定位脫鋁）；規(guī)則脫鋁型在標識的固定位置脫去鍍鋁層變?yōu)橥该鳎ㄓ址Q為雙向定位脫鋁）；鏤空型在模壓了全息圖的鍍鋁薄膜鋁面凹版印刷耐蝕材料，經過蝕刻把鍍鋁薄膜上的鋁層規(guī)則地鏤空以形成文字或圖形（無定位脫鋁），多用于香煙防偽拉線。把模壓材料鍍鋁層以網點形式保留20-30其余部分脫去鍍鋁層，即可制成半色調全息產品，例如身份證上采用的激光全息防偽技術即為半色調全息；透視型全息標識薄膜覆蓋的印刷圖文可以透過全息薄膜被觀察到，且不影響激光全息圖像觀察。

 激光防偽標識的生產

激光防偽標識由專業(yè)的防偽公司生產，先由設計人員設計相關激光全息效果圖，再由專業(yè)激光制版廠制出母版，防偽公司根據(jù)這個母版來模壓相應的激光全息膜，再通過帶膠、復底、模切等過程形成可以使用的激光防偽標識。當然，在制作過程中可以增加數(shù)碼防偽技術[4]、熒光防偽技術、超微縮防偽技術、激光燒白、超線等，從而進一步提高其防偽力度。