主题：全息印刷技术讲座

全息金属模压版的制作

（一）、全息标识印刷概述

考虑到防伪商标与印刷的特点，这里仅介绍激光印刷和模压印刷两种全息标识印刷工艺。

　　1　激光印刷

　　用激光照明原始全息图，以再现的像光束作为物光，直射光作为参考光，记录全息图。这样获得一张优质的全息图后，就可以用一束照

明光进行复制。这种方法的光路简单，适用于小批量复制。

　　（1）平面透射全息图的复制 　

图10－58（a）是振幅型平面透射全息图H1复制光路。复制时，设原始全息图H1和全息干版H的间距为L。垂直平行激光照明H1时，有三个光

波（原始物光波、共轭物光波和直射光波）到达H的乳胶面，共形成三套干涉图形。其中由原始物光波和共轭物光波形成的干涉图形因振幅

型平面全息图的衍射效率很低可以忽略不计。因此，复制全息图H共记录了两组干涉图形，这和原始全息图只记录一组干涉图形有区别的。

复制全息图H再现时，可同时观察到两个虚像和两个实像，且它们之间的距离均为2L，如图10－58（b）所示。

图10－58 平面透射全息图的复制和再现

若复制时L＝0，则复制后得到的全息图再现时只有一个虚像和一个实像。

　　对于位相型的平面透射全息图，当被平面光波照射时，全息图的附近光波和强度没有调制，只有在光波从表面传播一段适当远的距离后

才能干涉，并发生强度调制。由于理想的接触复制（L＝0）需要强度变化，因此它不能用于位相型平面全息图的复制。

　　（2）体积全息图的复制

　　体积全息图可视为体光栅，只有满足布喇格条件时才能得到衍射的主极大值。也就是说，体积全息图的衍射效率对照明光的关键是照明

原始全息图H1的光波应在曲率、方向和波长各方面都与制作H1时的参考光波相同。复制时，相对的两个乳胶面之间滴入折射液，以使折射率

匹配，将反射干涉减至最小。这样，复制片的衍射率几乎与原始全息的相同。

　　由于体积全息图不同时再现原始像光波和共轭像光波，因此当H1和H有一距离L时，复制片并不再现双像。但L的距离必须保证干涉的两

个光波在H的整个乳胶面上重叠。

　　透射型体积全息的复制可采取图5－58的光路，而反射型的必须将原始全息图H1和复制底片H的位置交换，仍然保持它们的乳胶面对贴，

如图10－59（a）所示，10－59（b）图是复制全息图的再现光路。

图10－59 反射体积全息图的复制和再现

如果原始反射体全息图是吸收型的，由于它的衍射效率很低，因而复制全息图上干涉条纹的对比度很低，使得复制全息图的衍射效率也很低

。但如果原始反射全息图是记录在DCG上的位相全息图，那么由于它的高衍射效率，使复制全息图的成像质量和衍射效率都很高。

(3) 全息摄影复制机

国外已研制出全息摄影复制机，这是一种非模压的全息复制技术，它通过一套反射型全息拍摄装置，将所需要全息逐次重复拍摄在记录材料

上。它看起来和通常摄影复制器相似，能快速廉价地制做全息图，记录材料除用干版外，还可选用DCG软片和银盐软片，从而使成本大大降

低。制作数量在10万张以下时，其价格可与模压全息图竞争。而且由于其不能用电铸方法翻版，因而有很好的防伪性能。数量上可从一张到

几千张。由于这种复制器在通常办公室环境下就可制做全息图，消除了防尘、防震先决条件，打开了潜在的广阔市场。

　　复制器包括三个组成部分，系统的核心是曝光单元，由红宝石脉冲激光器使物或全息图在感光胶片上曝光。除了激光器之外，本单元还

包含有胶片跟踪装置、一系列操纵和控制激光束的优质光学元件以及监控所有功能的微处理机。

处理单元配备有普通胶卷输送处理器，通过显影和逆向漂白技术产生全息图像。所采用全的息摄影公司和ILFORD摄影公司共同研制的特定漂

白技术，不会产生有毒的蒸气，并提供大为改善的图像亮度和颜色控制。

第三部分是层压单元，它使全息图带有聚酯背衬以确保三维图像视度最大。

　　该全息复制器有三种工作方式。其一是它可以以原来形式（最大尺寸为20cm×15cm）连续工作，在虚平面上产生反射全息图。其二是单

一图像反射或透射全息摄影主平面（最大尺寸20cm×25cm）具有连续工作的特点。第三种方式是产生反射主全息图。这过程包括三步，即以

原始模型开始，以录制的全息图结束。全息图平面可以以这种状态移动，以致可以产生虚实像。

　　该复制器是按一卷特殊的光敏“250PAR全息胶片”装入曝光装置而工作的。在操作员的控制下，胶片被导入曝光室的其他部分。激光曝

光时间不到1μs，因此不受运动及震动的影响。经过必要的曝光后，胶片移到接收卷轴上，然后重复新的过程。

　　250PAR全息胶片每卷宽241.3mm(9.5in)、长10160mm（400in）、可拍480张画面。干燥处理时间为12min。该全息复制器产生的全息图尺

寸为12．5mm×12．5mm到524mm×203mm。一小时可复制信用卡大小的全息图5200张。

　　2　模压复制

全息图的模压复制技术，是1979年RCA公司为解决视频标准件的全息拷贝而提出的，以后在美国、日本、英国等国家获得迅速发展。模压全

息图的制作可分为三个阶段：首先记录浮雕型原始全息图，然后将其上的干涉条纹沟槽转移金属模上制成金属压模，最后在透明塑料上压制

成浮雕全息图。模压全息图是透射型的彩虹全息图，由于其上镀以高反射率的金属膜，可以用反射光方便地观察。一个高质量的镍压膜，可

以连续压印100万次以上。因此这种方法最适合于大批量复制，但工艺上较为复杂。下面先较详细地介绍全息金属模版的制作工艺。

（二）、全息金属模版制造工艺

1　金属模版的特点

　　全息图的模压复制与传统的凸版印刷工艺上十分相似。所不同的是，凸版印刷属于冷加工，通过油墨进行文字和图像的转印，而全息图

模压复制属于热加工，通过加热加压将金属模版上的浮雕条纹转印到热塑性材料上。另一个显著的差别是，全息图模压复制属于微细加工范

畴，它所转移的浮雕条纹具有十分精细的结构，其空间频率通常在1000线／mm以上，而浮雕的平均深度仅只有光波长的几分之一。因此，全

息金属模版比起印刷凸版来，有高得多的质量要求。所以全息图模版的制造是全息图模压复制的关键工艺。

　　一个理想的全息金属模版应当满足下述主要的质量指标。

　　（1）厚度及其均匀性 用于滚压的全息模版，其厚度大约为0．05mm。用于平压的模版，其厚度与全息图的尺寸有关，对50．8mm×50．

8mm的全息图，模版厚度应在0．25mm左右；当全息图大于304．8mm×304．8mm时，模版厚度应大于1．016mm。无论平压或滚压，模版厚度都

应均匀，同一块模版的最大厚度偏差不得大于0．0013mm；同一压滚上固定的不同模版之间，厚度偏差也不大于0．013mm。

　　（2）应力 金属模版应柔韧、平整、无应力。既不出现中心凸边缘卷曲的拉伸应力，也不出现中心凹陷边缘上翻的压应力。张应力或压

应力应维持在0～40Pa范围内。

　　（3）外观 全息金属模版正面应光亮、银白、无裂纹、无针孔、无印迹及任何瑕疵，模版的反面应平整无裂纹、无渗漏、无结疤、无凸

缘或无变形。

　　（4）图像质量 全息金属模版实际上是一块反射再现的浮雕全息图。有关文献证明，彩虹全息图在反射方式下的再现衍射效率会高于透

射方式下的再现效率。所以一块高质量的全息模版，应具有清晰的再现像，其衍射效率应不低于原版浮雕全息图。

　　（5）硬度 应有较高的硬度，维氏显微硬度应保持在210～270N／mm2范围内。

　　2　金属模版制作工艺

　　全息金属模版的制作工艺流程为：

全息图像→前处理→喷银（涂银、镀镍、镀银等）→电铸→分离→工作模版

下面分别介绍模版的制造工艺和质量控制方法。

　　（1）光致抗蚀剂全息图上导电层的形成

　　制造全息金属模版的第一步是在光致抗蚀的全息图表面形成一个金属导电层。这层金属导电层的作用有两条：

第一，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；

第二，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。因此形成金属

导电层的工艺要求是如下。

　　①处理温度不能高于光致抗蚀剂融化温度，否则将破坏全息图上浮雕的条纹。

　　②光致抗蚀剂能溶于稀碱，因此，在所有反应过程中，应严格控制溶液的PH值和反应时间。一般来说，对BP－212光致抗蚀剂来说，溶

液的PH值应低于7，反应时间应不超过3min为宜。

　　③导电层的厚度以能完全覆盖光致抗蚀剂的表面浮雕为宜。导电层太薄，不利于浮雕图形的真实转移，太厚则势必延长反应时间。容易

损坏光致抗蚀层。一般来说，全息图的浮雕深度在0．1μm左右，导电层的厚度控制在0．03μm左右就能满足上述要求。

　　④导电层应厚度均匀，不允许出现针孔、裂缝、花纹或别的疵病。

　　在光致抗蚀剂表面形成金属导电层通常有以下几种方法。

　　真空镀银 这种方法适宜制造尺寸较小的金属模版，其操作程序是把仔细处理过的光致抗蚀剂全息图面朝下固定在真空室的顶部，从底

部蒸发纯净的银，使其在全息图表面沉积。为了获得牢固而致密的导电层，除对真空镀膜机性能有较高要求外，还需要使用循环液态氦以获

得0．067Pa以上的高真空度。这种工艺效率较低，且当全息图尺寸超过152．4mm×152．4mm时，就难以获得均匀的导电层。

　　化学镀银 化学镀银是在非金属材料表面形成导电层的最常用方法之一。它的基本化学过程是所谓银镜反应。用转化糖还原银的反应式

可表示为

　　nAg++3/2nOH-+C6H12O6→nAg+nH2O+1/2nRCOO-

式中，n是化学计算系数，它与转化糖和银离子的浓度有关。C6H12O6是单糖的分子式，R是烃基。

　　化学镀银是两步浸渍过程。第一步要对被镀表面敏化，常用的敏化剂是氯化亚锡溶液。通过敏化处理被镀面吸附一层易于氧化的金属离

子，能引发金属银的快速均匀沉积，并参加镀层与基材的结合强度。第二步通过在镀液中浸渍实现银的沉积。

　　化学镀银配方很多，一般在专业书籍中均能查到。但一般资料上介绍的化学镀银溶液稳定性极差，难以得到足够厚的致密银层。北京理

工大学对有关资料提供的内容进行了适当的改进，设计了较为适用的配方和操作规范（见表10－21）。

表10－21 化学镀银配方及操作规范

化学成分	分子式	浓度/(g/L)
硝酸银	AgNO3	4
氢氧化钠	NaOH	7
氨水	NH4OH	适量
葡萄糖	C6H12O6	10
稳定剂		0.1
温度／oC 时间／min	5～10 5～10

研究表明，镀液配方和工艺规范对导电层的质量影响遵循以下几条规律：

　　①增大Ag+浓度可提高平均沉积速度。特别当Ag+浓度低于30mg分子时，影响尤为显著；

　　②增大镀液PH值，可使平均沉积速度加快，但当c(OH)＞0.2×103mol/m3时，镀层开始变化；

　　③增大氨的浓度，起始沉积速度减小，但溶液稳定性和镀层厚度增加；

　　④增大葡萄糖的浓度，可加快平均沉积速度，但镀层最大厚度减小；

　　⑤加入适量稳定剂，可控制沉积速度和镀液的分解反应，延长镀液的半衰期；

　　⑥升高镀液工作温度，银的沉积速度加快，但本体反应也加快，因此反应应在最低温度下进行。

　　喷银 喷银的反应机理与化学镀银相同，只是在操作上不是通过浸渍，而是将A液和B液通过一个带两个喷嘴的喷枪同时喷射到光致抗蚀

剂表面上，使还原的银迅速沉积。在喷镀时，通常要使被镀层处于高速旋转状态，可以获得均匀的导电层。这种方法生产效率较高，还适合

制造大尺寸的全息金属模版。

　　化学镀镍 化学镀镍也是一种催化还原反应。对化学镀镍机理的解释可表示为

　　 Ni2++H2O2-+H2O→HPO32-+3H+-+Ni

　　它和化学镀银在工艺上的差别是，化学镀镍是一个两步过程。第一步是在镀银前处理中除了需要敏化之外，还需要作活化处理。所谓活

化实际上是“播晶种”，即在敏化后的被镀表面上再置换一层高活性的金属微粒作为催化中心。在化学镀镍中常用的活化剂是氧化钯，活化

时间为1～2min。第二步是在加热的容器内通过浸渍作化学镀镍。表5－22推荐一个以硫酸盐为主盐，以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍配方和

工艺规范。这个配方呈酸性，在室温下操作，因而特别适合在光致抗蚀剂上化学镀镍。

表10－22 化学镀镍液配方及工艺规范

化学成分	分子式	浓度／(g/L)
硫酸镍 次亚磷酸钠 醋酸钠 硫酸肼	NiSO4·7H2O NaH2P2·2H2O NaCH3COO·3H2O	25 25 10 10
PH值 温度／oC 时间/min	4～5 30～40 5～10

（2）电铸金属模版

　　浮雕全息图表面附着一层金属银，一般为0．05～0．2μm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

。电铸镍版采用电化学原理在电铸槽内进行，其工作原理如图5－60所示。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，以形成足够强的凹凸形状的镍层，其厚度一般为50～100μm。

电铸时由于铸层较厚，必须采用不同于电镀时所用的那种电解液和工艺规范，以保证金属迅速沉积。此外，电铸时，对沉积金属的组织与力

学性能要求甚严，尤其是当金属从电解液中开始沉积至导电层极薄的母模上的初始时刻。电铸设备包括电镀槽、直流电源、镍阳极、过滤泵

、镀液温度器和阴极移动装置等。

图5－60 电铸工作原理 1－阴极 2－电解液 3－镍阳极3　

3　电铸镍工艺规范及其性能

　　在电铸中，对电解液的基本要求是电解所得沉积物应具有一定的物理化学及力学性能。金属沉积速度要高，金属沿阴极表面的分布应均

匀，电解液应具有稳定性，电铸镍具有较高的强度和硬度，且抗延展性能良好，氨基磺酸盐电解液具有比硫酸盐电解液更高一些的分散能力

，并且具有沉积速度快和容易得到低应力等优点。下面采用氨基磺酸镍为电解液的为主成分，经实际生产检验较为适用的配方和工艺规范（

见表10－23）。

在电镀中电镀层厚度的均匀性是电铸模版的重要指标。实验研究表明溶液成分及工艺规范对电铸镍性能有较大影响（见表10－24）。

表10－23 电铸镍的工艺规范和工艺特点

工艺规范	溶液成分浓度／(g/L)	Ni(NH2SO3)2·4H2O 550 NiCl2·6H2O 10 H2BO3 40 十二烷基硫酸钠　0.2 添加剂1号　10～20ml/L 添加剂2号　10～30ml/L 添加剂3号　10～30ml/L
	pH 温度/oC 电流密度/(A/dm2) 时间/h 阴极与阳极距离/mm 搅拌方式 过滤方式	4.5±1 45±1 2～4 8～10 250 空气 连续循环,200～400L/h
工艺特点	镍层沉积速度快，强度大，硬度高，内应力小，抗延展性能好，溶液温度高于70 oC，pH＜3时会水解

表10－24 溶液成分及工艺规范对氨基酸盐电铸镍层性能影响

性能	操作条件	溶液成分
σb（拉伸强度）	随温度上升而有所提高 随PH值的上升而增高 随电流密度的上升而降低	随镍含量的升高而略有降低
δ（延伸性）	随PH值的上升而降低 随电流密度的上升而增高	随镍和氯化物含量的升高而略有增加
HV（硬度）	随温度的上升而略降低 随PH值的上升而增高	随镍和氯化物含量的升高而略有降低
σ（内应力）	随温度的上升而降低 随电流密度的上升而增高	随氯化物含量的升高而明显增加

4　电铸液的净化处理及故障排除

　　在生产过程中去除电解液中的杂质具有重要意义。首先应该使用符合要求的氨基磺酸镍及一些辅助药品，上海化学试剂二厂生产的氨基

磺酸质量较稳定，溶液配好过滤后用小电流进行电解处理，一星期后便可投入正常使用。在使用过程中为保证铸层性能稳定，必须连续时行

条件处理。由于电流密度较高，必须采用高活性的含硫去极化阳极（见表10－25）。

表10－25 各种杂质的影响及去除方法

杂质种类	显示危害时含量／(g/L)	影响	去除方法
铁(Fe2+)	0.03～0.05	镀层发脆，有针孔	加1～2ml/L，30%H2O2,加温至60 oC，搅拌1～2h，调pH值5.5，保温1～2h，趁热过滤
锌(Zn4+)	0.02～0.05	低电流密度区发黑，镀层发脆，出现黑条纹	调pH值至6，加5～10g/L的CaCO3至pH值6．3，在68 oC下不断搅拌1～2h，趁热过滤
铬(Cr6+)	0.01	阴极电流效率下降，镀层黑而脆，当含量0．1g/L时，完全镀不出镍	在60℃时，调pH至3，加入0．02～0．4g/L的Na2S2O4，搅拌1h，调pH值至5．0～5．5，3静置过滤，加适量H2O2
铜(Cu+)	0.01～0.05	低电流密度区发黑过多时，镀层呈海绵状	调pH至3，以0.05～0.1A/dm2电流密度电解处理，阴极用镀镍瓦楞铁板
硝酸根(NO3-)	微量	镀层发灰，发脆和弯曲时呈粉末状，当含量达0.2g/L时，阴极电流效率显著下降，镀层黑色	调pH值至1～2，在60oC，增大阳极面积，在高电流密度下电解,然后逐步降低到0.2A/dm2,至溶液正常为止
有机杂质		镀层发脆，发黑或发光，产生条纹和针孔	加H2O2活性炭联合处理

不同的镀液或不同的杂质，常需要用不同的方法进行处理，应根据具体情况选择适当的方法净化镀液，通常应考虑：①处理后的镀液性质和

镀层质量要好；②处理费用要少；③处理时操作要简便，迅速，表10－25介绍了氨基磺酸镍层中各种杂质的影响及去除方法。

电铸故障处理方案。

1)模压版厚度不匀，以至于在后续的模压工艺中，有个别图像压不清楚，亮度不够。模压工艺对模压版的厚度均匀性有很高的要求，最薄处

和最厚处的差别不能超过10％。如果没有特殊措施的话，由于电场的边缘效应，模压版应是中间薄，边缘厚。为了使中间和边缘达到同样的

厚度，通常使用的方法是在电铸过程中，在阴极和阳极之间(离阴极约10cm)加上一个塑料挡板。挡板正对模压版中央的部位有一个方形或圆

形的孔。这样镍离子只在与该孔对应的模压版中央还原，旁边的电场则被挡板挡住了，从而减少了中间与边缘的厚度差别。模压版厚度不匀

，一般是加挡板的时间不对或挡板上孔的大小和形状不正确造成的。如果模压版中间厚，四周薄的话，说明加挡板时间太长了，应减少挡板

时间，否则应延长挡板时间。根据经验，挡板时间在10一20min之间比较合适，可以在电铸进行半小时后遮挡。如果一种规格的挡板不能将

均匀性彻底改善的话，可以遮挡多种规格的挡板，比如，可以依次遮挡大孔挡板，中孔挡板和小孔挡板。另外，模压版大小不同，加挡板的

时间也有所区别。模压版越大，加挡板的时间应越少，否则相反。

2)模压版硬度不够。这时应往槽液中添加适量糖精钠；但千万不能过量，否则会出现模压版起皱现象。这是因为糖精钠在提高模压版硬度的

同时，还会改变模压版的应力。所以糖精钠应该少加勤加。一般模压版的硬度达到350 HV便可用于模压。

3)镍版表面出现大量针孔。针孔的出现是由于镍版表面生成的氢气泡未及时逸出造成的。应适量往槽液中添加十二烷基硫酸钠，以增加槽液

的表面活性，减小表面张力，同时检查槽液的搅拌系统是否正常。镍版表面应保持足够的槽液流速，这样才能给附在镍版上的气泡足够的外

力，使其迅速离开。

4)镍版四周易烧焦，且表面粗糙，厚薄不匀，对着灯看，甚至能透光。如果温度适中，搅拌充足，电流不是过高的话，这肯定是因为槽液长

期未得到及时补充，溶液浓度下降和pH值升高造成的。氨基磺酸镍系统的槽液成分比较简单，其中主盐在90％以上，所以我们可以用波美度

法测量槽液质量浓度。波美度法所测出的相对密度和主盐质量浓度的对应关系如表1所示。如果相对密度小于30，则说明槽液质量浓度偏低

，应及时补充。除了将槽液中各成分及时补充到正常质量浓度外，还要用氨基磺酸将槽液pH值调至4左右。因为电铸过程中随着氢气的不断

析出，槽液pH值是不断升高的。一般每100毫升饱和氨基磺酸可使200 L槽液的pH值降低约O．1。

表1 槽液相对密度和主盐质量浓度的关系

相对密度	27	30	33	36
主盐质量浓度(g／L)	410	447	510	573

5)镍版与母版不易分离。如果钝化时间足够，这很可能是钝化液的问题。钝化液浓度不够和pH值过低都可能引起上述问题。除了将钝化液质

量浓度恢复到正常值以外，还要用氢氧化钾将pH值重新调到6左右。钝化液pH值的降低是镍版活化过程中的残余酸液造成的，而酸性对钝化

膜是有破坏作用的。

6)槽液pH值上升太快，这与槽液中硼酸浓度过低有关，应及时补充。接近饱和的硼酸是比较理想的。

7)模压版表面粗糙不平，有多余的小颗粒和毛刺存在。这是槽液中的固体悬浮物附在模压版表面造成的。其处理方法与3)相同。另外要定期

清理槽液，这包括阳极镍饼的清洗和槽液的过滤等。

8)电流给不上去，或电流自己下降。这说明阳极处于钝化状态，应及时补充含琉活性镍饼，以增加阳极面积。如果镍饼充足的话，说明槽液

中去极化剂Cl—含量少，应补充氯化镍。

9)镍版表面呈灰黑色，且较琉松。这是铜杂质浓度过高引起的，应及时用小电流处理槽液。

10)镍版四周翻翘，或中间起皱。这两个问题一 般不会同时出现。这是应力过大造成的。如果四周 翻翘，说明张应力过大，应补充糖精钠

；如果中间起 皱，说明压应力过大，这时千万不要再添加糖精钠， 可适当增加电流，以消除起皱现象。待糖精钠消耗到 正常水平时，再

将电流恢复。有时候镍版起皱和槽液 中杂质离子有关，这时可用小电流处理槽液。

　　5　翻铸工作模版

　　翻铸第二代、第三代工作模版的电镀工艺和设备也制造母版大致相同，其主要差别在于：

（1）翻铸工作模版时，阴极本身是导电的，因此不必进行敏化、活化的镀前处理；

　　（2）翻铸工作模版时，要解决与母版的剥离问题。通常的办法是，在镀前用纯化溶液对母版作纯化处理，在母版与工作模版之间生成

一层氧化层。

翻铸工作模版工艺流程为：

母版→装版→除油→纯化→电铸→分离→第二代模版

实验表明，一个模版经过10次纯化处理后，干涉条纹开始部分脱落，质量变坏。按这样计算，一个母版最多可翻铸100块高质量的第三代工

作模版。

　　应该指出，这里介绍的工艺和设备适合小批量的生产，只要灵活应用文中介绍的工艺技术，很容易制造出合格的全息金属模版，如欲开

展大规模工业生产，最好购买自动化程度更高的昂贵的电铸设备。

全息标识模压复制及印后加工

（一）全息标识的模压印刷

模压复制是形成模压全息图的最后一道工序，它的工艺过程是：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能上

能下完全相同的条纹，这就是复制出的模压全息图。

　　模压全息图生产印刷与印后加工过程的工艺流程如下所示：

下面我们分别介绍各个工艺过程中所用的原材料、设备的工艺条件。

　　1　热塑性材料

　　适合于全息模压复制的热塑性材料有以下几种：

　　①聚氯乙烯薄膜或片材（透明的或镀铝的）；

　　②聚酯薄膜或片材（透明的或镀铝的）；

　　③适用于向纸张、织物或塑料上转印的烫印金属箔。采用不同种类、不同厚度的材料时，需要配合不同的设备和工艺条件。

　　目前在制造模压全息图中使用最多的材料是聚氯乙烯（PVC）和聚酯材料（PET），在生产过程中，可根据具体设备和工艺条件来选用。

一般来说，选用材料时应考虑以下原则。

　　（1）不论选用PVC还是PET，都要求材料透明、平整、厚度均匀，误差≤±10％，无水纹、污渍、划痕，含有尽可能少的杂质的增塑剂

，较好的耐磨性和全息层的透过率超过90％。

　　（2）采用镀铝的PVC和PET比采用相应的透明材料可减少一道后续的加工工序，但在模压复制时由于热塑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，厚度应大于200Ω电阻值。

　　（3）卷筒材料适合滚压加工方式，一般要求薄膜在0.05～0.1mm之间。片材适合于平压，平压只能加工较厚、较硬的片材，当金属模版

厚度均匀性很好时，片材的最小厚度可以是0.1mm。

对于选用的模压材料，只有确切掌握它的物理化学性能，才能正确的确定各个工艺参数。下面以硬质PVC薄膜为例，说明必须要掌握的物理

化学性能。

　　①PVC是氯乙烯的聚合物，平均相对分子质量为5万～12万，相对密度是1.35～1.45，洛氏硬度为110～120，热胀系数为（5～18.5）

10－5／oC，它的强度较高，耐磨、耐酸盐腐蚀，化学稳定性和形状稳定性较好。硬质PVC薄膜的热变形曲线如图10－61所示。和一般热塑材

料相同，PVC在恒定压力下，根据受热温度的差别，可以分别处于玻璃态、高弹态和粘流态这三种不同的状态，对硬质PVC薄膜来说，玻璃化

温度Tg＝－55 oC，而软化温度Tm＝70 oC，分解温度Td＝150 oC。在进行模压复制时，PVC薄膜应处于粘流态。粘流态又称可塑态，只有在

这一温度范围加工，塑料才能成型。

图10－61 硬质PVC的热变形曲线

PVC在日光、紫外线和热的长期作用下，会起分子结构变化，分解出HC1。此外，长期处于温热环境中，还可被细菌侵蚀。

　　②有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯是一种聚脂材料（PET），它的透明度高，透光率达到91％～93％，化学介电性和光学稳定性好，质量轻

，强度高，对产品的附着力强。因为这种材料的粘流态温度高，所以印刷所需温度和压力较高。缺点是耐热性和耐磨性较差。

　　对于各种热塑材料来说，加工过程中都会产生大量的静电，因此加工车间的清洁除尘是十分必要的。

　　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。分切好的窄幅卷材要求端面整齐，卷曲张力合适。

　　（2）模压

　　和其他印刷方式相比，全息标识印刷所用的印刷设备不需要输墨装置，而是通过压印装置在压印机上的金属模版完成印刷过程的。压印

按热、冷却、剥离工艺过程进行。通过压印将模版上的干涉条纹转移到承印材料上。

　　模压复制分平压和滚压两种基本的加工方式。对于不同的压印方式，需配以不同的专用设备。

　　平压 平压是一种间歇式印刷过程，加压时整个全息模压版表面同时受压。平压平多压印机如图10－62所示，由供片滚筒、张紧轮、输

片轮、收片轮、收片滚筒、金属压印板、热压模和冷压模组成。每一次压印过程可以分为供片、加压、保持、剥压、收片几个阶段，整个过

程约需几秒钟。

　　平压加工对金属模版的要求很高，如果模版厚度不均匀，则无论怎样加大压力，都无法得到高质量的全息标识。

　　平压加工虽然生产效率较低，但是只要全息模版质量高仍可以获得高质量的全息标识。

滚压 滚压分为圆压平和圆压圆两种印刷方式。其中圆压平式仍然属于间歇式生产方式，效率不高，但是可以制造面积较大的模压全息标识

。圆压圆式属于连续性生产方式，不仅生产效率高，而且可以制造很大面积的全息标识，主要用于大批量生产场合。

图10－63是圆压平式压印机示意图。它由调温加热平台、移动平版、全息镍压模、压辊和输片轮等部分组成。每一压印过程可分为供片、滚

压移动冷却、剥离几个步骤。

圆压圆式是目前最先进的一种方式，如图10－64所示。这种生产方式的特点是：

　　①加压时两个压辊之间保持一条母线接触，因而施加的压力小，全息版的使用寿命长。

　　②由于压力小，压辊可以更长，直径更大（例如长66cm，直径10cm或更大），可以制造幅面超过30cm的大尺幅模压全息标识。

图10－62 平压平式压印机 图5－63 圆压平式压印机
1－金属压印板 2－收片辊 3－全息模版 1－输片轮 2－压辊 3－金属模版 4－移动平板
4－供片辊 5－张紧轮

③滚压速度很快，有的已达到了1524cm/min，因而可以达到很高的生产效率。

　　美国Glogal Images Inc，制造的DC－3型精密模压机 既可以加工PVC，也可以加工PET，运转速度可达20m/min，全息图最大幅面可达

30cm。国内也有多个厂家生产全息模压机。

图10－64 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

3　生产工艺控制要点

（1）装料 模压前先装好的待压材料，使全息图案位于薄膜中央。对于不合要求的材料，如卷材偏心、松脱等，要重新处理合格后方可上机

，否则影响同步调节。

（2）裁版与装版 全息金属模版的裁切与安装对模压生产极为重要，在很大程度上决定了模压全息质量。首先要根据实际图案裁切金属模版

，对平压面积不宜超过10cm×10cm；对滚压应保证其尺寸满足装版所需的尺寸。若裁切边缘不平整光滑，可用细砂纸打磨，防止损坏模辊。

然后测量模版厚度，每边至少取三个测量点。对于不合要求的模版不能上机。装版时应尽量将模版装在模压机的中央位置，便于均匀调整压

力。保证模辊与模版之间没有异物。对于滚压装版时不能太松太紧，否则模版易变形或破裂。

（3）温度设定 模压温度应根据原材料的种类、压力和生产工艺速度而设定。若温度过高则原料易变形和铝粉易脱落；温度过低则模压图像

不清楚完整。

　　聚酯薄膜高弹态在150 oC左右，PVC硬膜在70～150 oC模压质量最好。全息压印膜的模压加工条件与聚酯薄膜类似，而原材料厚度一般

在30～50μm之间。故对滚压的压力辊温度设定在100 oC左右为好，模压辊温度在150 oC左右。

（4）张力与压力 对于模压卷材，模压前选调节放卷与收卷的张力，使薄膜张紧不抖动，以便能平整地压印出产品。一般情况下，初始放卷

、收卷时，若张力过大，收卷易起皱，产生“暴筋”等现象；若张力过小，则收卷不平整，也易产生皱褶。

压力应根据原材料的种类、模压温度和模版的情况而定。压力过高，模版易损坏，铝粉脱落；压力过低，模压图像不清楚完整。对于圆压圆

，两边的压力辊的压力一般初始为68947Pa左右。模压开始后，慢慢均匀地加大压力辊压力在0．34～0．41MPa比较完整。

　　（5）同步调节 同步调节对全息图产品中的质量保证很重要。若模压设备没有自动调节装置，模压开始后应仔细检查模压图像，小幅度

调节同步装置至模压同步为止。在生产过程中应作不断调整保持模压同步。

　　（6）其他 热塑性材料在加工过程中都会产生大量的静电，会吸附粉尘，影响模压质量寿命。同时模压机在高温高压下运转，粉尘对机

身危害极大，故模压车间需无尘，干湿度适宜，停机后应加盖防尘罩并定期作常规维护。

（二）　印后加工

模压复制的全息图经过加护面和适当剪裁之后，就可以在某些场合下直接应用（例如作为工艺品）。但是如果要将它大规模应用到则虽的物

体表面（例如作为书籍封面或证件的防伪标记），采用手工操作来粘贴则效率太低。近年发展起来的热冲压转印技术则有效地解决了上述的

问题。采用热冲压转印技术，可以用机械操作，高效率地把全息图转印到纸、织物、金属、陶瓷或别的塑料材料上去，既方便省力，又能保

证质量。

　　1．蒸镀反射层

　　为了使压印的全息图像便于在白光下观看，在压印好的彩虹全息片的PET薄膜上再镀一层铝膜构成反射层，利用铝对光的反封作用可清

晰看到五颜六色的全息图像，这就是反射型全息标识。

　　真空镀铝在镀槽内进。在高真空条件下使铝丝雾化沉积在PET薄膜上，镀层厚度一般为40～50nm。

　　假如不用铝而用无机化合物，如氧化物或硫化物等，经过真空蒸镀形成反射层，可在一定角度下看到全息图像，而在其他位置只能看到

底层印刷物，这就是透明型全息标识。

　　2．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，主要适用于需要大量复制全息产品的场合，这是目前

普遍采用的复制方式。转印一般有两种方法，即不干胶贴合法和热冲压转印法。

　　（1）不干胶贴合法 压印、镀铝成卷的全息图像应便于逐个分离转移，以适用于不同的制品上，完成全息产品的复制，可在铝层上再涂

布一层压敏胶并复合防粘纸（剥离纸），模切后可将全息图贴合在制品上，这就是贴合型复制全息图，其基本构成如图5－65所示。

图10－65 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

　　完成粘接层的涂布及剥离纸复合的设备如图10－66所示。

图10－66 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 7－PET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模和热冲压转印两个工序组成。制造转印模是以精密模压机生产的卷筒模全息图为基础，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一层基底材料。一般来说，离型层材料应是一种具有离型性、成模

性和粘合性的树酯，基底材料通常采用PET。然后，在模压全息图的金属反射层上复上一层粘合层，这层材料通常选用一种具有特殊性能的

热固性树脂。整个转印膜的构造如图10－67所示。

　　热冲压转印是由专用的设备完成的，它的工作过程是：利用光电定位装置，转印膜上的全息图与被转印材料重合并精确定位。然后用加

热的金属模向下冲压，使热固性树脂与被转印的材料粘合在一起，同时使离型层以下部分与基底分离。图10－68给出了转印过程的原理图

。

图10－67 转印膜构造
1－基底 2－离型层 3－全息图层 4－金属反射层 5－粘合层

　　图10－69是一台热冲压设备的工作过程示意图。

　　这样，由全息照相、电铸金属模版、模压复制和热冲压转印四个部分的有机组合，就形成了一条高效率的大规模模压全息产品生产线。

　　转印机主要有两种机型，即平压型转印机和辊压型转印机，其工作原理如图5－70所示。

　　无论采用哪种机型，都应在100～200 oC的温度下在1s左右的时间内完成转印过程。辊压型转印机主要用于大批量复制的场合。

　　把全息箔转印到包装纸上的注意事项：

图10－68 转印工作原理
1－加热冲膜 2－转印膜 3－被转印材料 4－PET基底 5－离型层、全息图 6－粘合层

（1）纸的选择 应使用经过涂料处理的具有光滑表面的纸。涂料所含成分为：浆、粘土、碳酸钙及二氧化钛，将涂覆上述涂料的纸通过一个

加热至240～270 oC的轮压鼓压过（此鼓通常用镉制，直径约2．44m，表面高度抛光）。处理后的纸，表面光滑，有光泽，且保持了纸的气

孔。在烫印过程中必须排去纸与箔间的气体，否则全息会起泡，也不易从负载背底脱落，且不易粘牢在纸上，故排除气泡是重要的。

　　（2）热烫印机 为保证烫印效率和质量，需装有驱动全息箔的精确控制系统。通常用一台小功率激光器并配合微处理器来实现对位的。

即使箔上的全息图排列不规则、不等距，也能使全息图对准压模精确就位。对准标志是小的三角形，在模压全息图时，它们就与全息图一起

制作在箔卷上。

图10－69 热冲压设备工作原理
1－包装物 2－模压全息图 3－收片滚筒 4－金属冲压模

全息烫印的压模，要激活粘性膜，将箔粘牢在纸上。其内部加热元件的功率约为5KW，压模导热性要好，分布要均匀，通常用黄铜制作，表

面高度抛光，为防止在高温下其表面受空气腐蚀，已发展一种工艺，在黄铜表面镀一层保护膜，它还可使热量分布更加均匀。

图10－70 转印机的类型
1－加热板 2－模版 3－转印箔 4－被转印材料 5－工作台

（三）一次性使用透射／反射型模压全息标识

透射／反射全息图（See Though Holograms）的成像原理如图10－71所示。图中作为全息图工作原功能层B是一层高折射率介质层，它和纸

折射率和保护层A构成了LH单层膜系。利用传统的热压工艺，可在这种复合材料上形成高质量的浮雕全息图。工艺的第二步是在浮雕全息图

的背面涂布一层透明胶。这样形成的膜压全息图无需镀铝，可在透射和反射方向的很大角度范围内观察到明亮而清晰的再现像。

图10－71 透射／反射全息图成像原理 图10－72 透射／反射全息的透射成像

　　在图10－71中，将透射／反射全息图粘附在表面带有印刷图案的商品上，在全息图的±1级衍射范围内，可以观察到由光束2形成的彩虹

全息像和由光束3形成的背景图案组成的2D／3D图像；而在全息图的衍射范围之外，虽然观察不到全息图再现像，但仍可以看到衬底上的清

晰的印刷图案。当衬底上的印刷图案和全息图的再现像互相配合时，可达到别具一格的艺术效果。如果按图10－72的方式将透射／反射全息

图粘附在透明物体（如玻璃容器）上，则可以透过窗口观察到全息图明亮的透明像（虚像或实像）。

制造透射／反射模压全息图的关键是合理选择A／B膜系的材料组合。对保护层来说，要求材料具有良好的透明性、成膜性、耐磨性及物化稳

定性；对功能层有良好的热可塑性外，最重要的一点是，要求A／B膜系的折射满足（r=n1/n2）具有较大的值。从原理上说，r值越大，衍射

像越明亮，能同时观察到全息图像及背景图案的范围越大。

　　透射／反射全息图除了能产生广角的全息／印刷合成像的效果，它的一个更大的优点在于具有可靠的防伪性能，A／B膜系的适当构成，

或者将单层LH膜系变为多膜系，可产生真正一次性使用效果，这是完全无法复制的。从这个意义上说，透射／反射型模压全息图将成为一代

新型的全息防伪产品。

挤出成型激光全息防伪技术

挤出成型激光全息膜工艺属于激光全息图印刷复制技术，此技术具有幅面大、效率高、生产成本低，所生产的全息膜适用防伪应用范围广等

优点。并且能通过覆膜方式将全息图文转移到纸上形成具有下列功能的全息纸：（1）把原有的“点”“线”防伪标识和拉线扩展到“面”

，使包装品的全表面都带有防伪信息，增加防冒难度。（2）具有装潢功能。全息纸具有良好的印刷适性，能与印刷油墨完美结合。（3）全

息纸的物理性能与普通纸相同，具有环保功能。

（一）挤出成型激光全息膜工艺原理

挤出成型激光全息膜工艺是一种全新的全息制作技术，它熔合了薄膜挤出工艺和全息模压工艺，这种技术通过在热熔树脂挤出膜或涂布膜的

冷却过程中同时进行激光全息模压成型。其具体制作方法为：先制作金属浮雕全息印版；然后该印版粘贴于挤出复合机的冷却辊上，制成全

息冷却辊；设定工艺参数；通过压力辊和全息冷却辊对热熔树脂挤出成膜或涂布成膜的冷却过程中，将印版上的全息图模压到树脂膜上；分

切修边后，再进行真空镀铝即得到反射式激光全息膜。也可以通过真空蒸镀某些氧化物或硫化物，制成半透半反的激光全息膜。

（二）工艺流程

挤出成型激光全息膜的挤出成型工艺流程如下：

制作激光全息印版→制作全息冷却辊 →挤出涂布压印→印后处理

其中挤出涂布压印是成膜的关键工序，如图10-73所示。

1放卷装置，2挤出机头，3全息冷却辊，4收卷装置，5橡胶压力辊，6基膜，7热熔树脂，8激光全息膜
图10-73 挤出涂布压印流程

1、热溶胶树脂材料

一般说来能够进行挤出涂布的热熔树脂（例如聚乙烯PE聚丙酯PP等），经过优选参数后，都能够生产出合格的激光全息膜，也就是说，挤出

成型工艺不影响原挤出复合工艺对热熔树脂的选择。

2、全息冷却辊制作

冷却辊的制作分为印版的拼接设计、全息印版剪裁、印版的粘贴三个工艺过程。通过上述三个工序的实施使印版和辊面实现硬式粘合。

全息冷却辊的制作关键在于选择合适的粘版胶和剪裁拼版的精度。

3、全息印版的剪裁

①全息印版总面积为：

全息冷却辊周长×激光全息膜幅宽

②通常冷却辊直径≥400mm，目前制作的全息印版单版尺寸均小于辊周长，因此应当根据辊周长、幅宽和拼版的要求先拼接设计，再剪裁印

版。对剪裁的具体要求是：

a.几何形状准确，一般为正方形或长方形；

b.充分利用母版；

c.图文拼接自然、流畅；

d.切口平直、光滑，最好使用专门的剪版机。

4、全息印版的粘贴

撕掉印版背面的封胶纸，将印版平整地粘贴在辊的圆柱面上。粘贴的要求是：

a.找准全息图文中心线在圆柱面上的位置，定好贴面的基准；

b.一次贴好，切忌多次反复，影响牢度；

c.接缝窄小、均匀，缝宽小于0.2mm；

d.全息冷却辊上的印版在使用中不得产生翘曲、位移和变形。如产生，必须及时修复；

e.粘贴好的印版辊要妥善保管，及时使用，防止磕碰和粘胶老化。

5.优选工艺参数

此技术的工艺参数主要是指挤出涂布工艺参数。实践表明，不同的热熔树脂挤出涂布的工艺参数也不同，且和该树脂正常挤出复合时工艺参

数基本相当，调整的方法也基本相同。不同的是现在需要在全息图文清晰、稳定这一新增加的条件下调整相应的工艺参数。例如，当采用型

号为LM—1200日本最佳包装公司生产的BestPack挤出复合机，其主要技术参数为：冷却辊长1200mm；最高工作速度150转/分；最大收卷直径

为600mm；挤出量为LDPE100公斤kg/时；基材选用PET（960mm×12μm）、BOPP（800mm×20μm）等复合基膜；挤出料为CHSSOF3990涂布型热

熔树脂，则工艺参数设定为：

复合膜厚度：30μm

树脂温度：275oC

挤出温度：如表10-26

基膜线速度：50～70m/min

挤出量：40～50kg/h

全息冷却辊温度：15oC（由冷却水控制恒温）

压辊压力：49N/cm2

背压辊压力：58.8N/cm2

涂布头	C1	C2	C3	C4	C5
温度（oC）	250	235	260	270	280
涂布头	AD	J	D1	D2	D3	D4
温度（oC）	285	280	270	280	280	270

6.印后处理

印后处理包括：分切→电晕处理→真空镀铝三个工序。将涂布压印完成后的复合膜分切修边整理后，重点要控制好电晕处理和真空镀铝的质

量。

（1）电晕处理。

真空镀铝前需要对具有全息图文的复合膜进行电晕处理，以保证铝膜牢固附着在塑料膜表面上。处理后表面张力达到0.055 ～0.06N/m。

（2）真空镀铝。技术条件为：速度300转/分,表面张力大于0.054N/m,镀后收卷温度为37～38oC,镀膜厚度为50nm。保持蒸镀室足够的真空度

，否则镀铝膜光泽度差。

透视激光全息防伪膜技术

（一）透视激光全息膜概述

透视激光全息膜由网点作局部反射层，可同侧观察。其结构从里到外分别为网点层、信息层、PET聚酯层，如图10-74所示。

图10—74 透视激光全息膜结构

PET聚酯层透明度高，表面平整光滑，耐磨性好，是防伪膜基材和透视激光全息膜最外层的理想材料；信息层是激光全息图文信息的载体；

网点层由真空镀铝层组成，真空镀铝结构致密，反射率高，是比较理想的反射层，网点则是反射的基本单元。由于没有反射层的全息图案在

同侧观察到的衍射光非常少，效率很低。因此，可以认为，网点不仅是反射的单元，也是构成图文信息的基本单元，没有网点也就没有新型

激光全息防伪膜。由于有网点作为反射层，层使得在同侧观察证件得以实现，大大简化了证件的鉴别工作。

（二）曝光法制作网点

曝光法制作网点的原理是利用重氮萘醌磺酸酯的感光性能和耐腐蚀性能，对被覆盖的 铝层加以保护而让空白部分的铝层被腐蚀液腐蚀而形

成网点，过程如图10—75。

图10—75 曝光法制作网点

1.制作过程

涂布感光胶。使用常规设备即可完成，在此不再讨论。

（2）曝光。

用重氮萘醌磺酸酯最为敏感波段的光照射，如图10-76所示。由于采用的是阳图型感光胶，因此被MASK黑色部分（即网点）遮住的部分不感

光，空白部分感光，显影时被溶解。一般常用的感光胶为2，1，5重氮萘醌磺酸酯、2，1， 4重氮萘醌磺酸酯和1，2，4重氮萘醌磺酸酯，它

们的反应产物都能与水反应生成茚酸并与碱（通常是NaOH）反应生成溶于水的化合物—茚酸化合物的钠盐。

图10-76曝光示意图 图10-77显影示意图

（3）显影。

遇光分解的感光胶生成物水解生成茚酸，然后与OH—反应生成溶于水的茚酸钠。这样被MASK网点遮住的感光胶因未感光而被保留下来，形成

如图10-77所示的结构。

（4）清洗。

为避免显影液流入下一工序，要用清水把膜上残留的显影液冲洗干净。

（5）非金属化。

经过显影后的膜，需要留下作为网点的铝层被感光胶覆盖，空白部分的感光胶则在显影过程中被清洗。所以与腐蚀液接触时，空白部分的铝

层被腐蚀液腐蚀，网点部分因为有耐腐蚀的感光胶而保留下来形成如图10-78所示的结构。

图10-78非金属化后结构

这一过程可用离子方程表示如下： 2Al+6H`=2Al3+ + 3H2

（6）清洗、烘干后得到成品。

2.影响因素

(1)感光胶

实验证明，感光胶为2，1，5重氮萘醌磺酸酯、2，1，4重氮萘醌磺酸酯较1，2，4重氮萘醌磺酸酯快，为了利于控制，所以采用1，2，4重氮

萘醌磺酸酯为佳。

①感光剂配比与耐碱性关系

通常使用的NaOH显影液浓度在0.7%～1.0%的范围内，从感光剂配比与耐碱性实验数据（表10-27）可见，光敏剂与成膜树脂之比采用0.5:1～

0.62:1为佳。此外，实验还表明，当单独使用光敏剂时，耐碱性非常强，但成膜性差，易脆裂，显影相当困难，做出的网点周围有未被腐蚀

干净的铝层；当加入一定量的成膜剂（酚醛树脂）后，耐碱性有所下降，但成膜性和对铝层的附着力大增强，显影也变得相对容易，做出的

网点边缘清晰无杂物。所以光敏剂的配比一定要适中。

表10-27 感光剂配比与耐碱性关系实验结果

光敏剂与成膜树脂的比例	0.37:1	0.5:1	0.62:1	0.75:1
耐NaOH浓度（%）	0.4	0.7	1.0	1.2

②光敏剂含量与感光速度关系

通过以100ml感光剂中不同光敏剂的感光层进行曝光实验研究可知，光敏剂含量越低，曝光时间越短；光敏剂含量越高，曝光时间越长。当

含量＜3%时，网点易损失；当含量＞6%，显影、非金属化相当困难。故其含量应在4%～5%之间。

（2）光源选择
我们知道，重氮萘醌磺酸脂的感光范围在350～460nm,因此采用高效快速晒版灯比较理想。

曝光法制作网点有不少优点，其网点再现性好，效果可以与拷贝网点相媲美，且整个版面网点均匀，可以制作出符合质量的网点。其不足是

工艺复杂、生产效率低，但是防伪性好。

（三）凹版法制作网点

凹版法制作网点的原理是通过凹印的方法在铝层上用耐腐蚀油墨印上网点，起到保护铝层的作用，空白部分因为没有油墨的保护而被腐蚀，

其工艺过程如下：

真空镀铝膜（带全息图文）→凹印 →非金属化 →清洗 →烘干 →成品

1.制作过程

（1）凹印

将耐腐蚀性油墨转移到全息膜的铝层上，这些油墨以网点的形式分布于铝层面，以达到保护铝层的目的。

（2）非金属化

参照曝光法制作网点过程。

(3)清洗、烘干

参照曝光法制作网点过程。

凹版法制作网点速度快、周期短、工艺简单、比较容易控制、成本低、质量稳定，是一种比较理想的方法。但是在生产过程中应当注意空气

相对湿度和油墨粘度对印刷网点大小和印刷适性的影响，并根据不同季节和相对湿度调整油墨稀释的配比和粘度。

资料　分形图形与激光全息防伪技术

作为常规全息图和计算机产生全息图的进一步发展,数字点阵激光刻蚀全息图是国内外全息界和防伪商界密切关注防伪技术.由于数字点阵激

光刻蚀全息图是由电脑控制的数字像素以激光光束精确的空间扫描,逐点几何空间编码,在光致抗蚀板上刻蚀成独特等衍射光栅,因而有很强

的保密性和很强的防伪功能.我们的工作是尝试把分形图形用于制作数字点阵激光刻蚀全息图,使其在保密和防伪功能上具有更高的技术含量

.
利用分形图形具有无限可分和比例尺度上的自相似的特征以及可以产生无限变量重复码的特点,通过计算机控制激光双光束干涉光刻成点阵

全息光栅,从而形成数字像素全息图.根据分形图形具有无限变量重复码的数学对应关系,我们可构造出其迭代函数系统框架,形成丰富多彩

,变化多端的分形图形,以此对点阵全息光栅编码,光刻成分形数字像素全息图.

一、激光全息防伪技术中引入混沌分形的概念

混沌是一种非周期性的动力学过程,混沌学是研究无序中的有序.一些杂乱无章,表面看似无序的现象,其实质却隐藏着丰富多彩的内涵和一定

的规律性.一个很明显的例子即是Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形.用以下步骤产生Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形:

在(ｘ,ｙ)平面上选定三个点p1,p2,p3作为一个三角形的顶点;

任意选择一个原点p∈{ p1,p2,p3}作为起始点pｉｎｔ;

任意选择另一个原点p0∈{ p1,p2,p3},并按下式无限重复迭代运算

pｉｎｔ=pｉｎｔ+(p0-pｉｎｔ)/2.

这样一来,由点pｉｎｔ所描绘的轨迹就是一个Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形.在Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形中,随机地选取初始值,随机地

选取迭代候选点,通过一个简单的迭代关系便可产生一个非常规则的三角形,见图1.

这种迭代函数便把事物的随机性与有序性巧妙地联系起来了.Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形的产生的过程即是一个混沌现象的例子,它具有以

下两个主要特性:

一个非常复杂且具有无限细微的精细结构的图形可以用非常简单的规则产生;

具有结构的自相似性.就Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形而言,该三角形的任何一可分等级上,局部与整体都有严格的几何相似性.

具有上述两个特性的图形亦称为分形图形.“分形”(ｆｒａｃｔａｌ)这个名词是1975年美国ＩＢＭ公司的Ｂ.Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ创造出

来的.Ｂ.Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ揭示了分形的本质和特征,他把数学中的分数维的概念以及客观世界一种固有的自相似与无限可分的特征和

计算机强大的迭代运算功能结合起来,从而形成了分形几何的概念.分形概念的提出,为准确地描述客观世界和自然景观提供了一个有效的数

学模型和工具.

图1　Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形

从数学形态学的理论出发,基于分形几何结构的无限精细可分和自相似性,可以把分形图形看成是由其自身的几个较小的图形映像拼成,同时

每个映像又是由更小的映像拼成,这符合数学形态学中的膨胀运算规则.

分形图形可看成是一种与整体有相似性的若干局部所构成的图形,它的任一局部都与整体有严格的几何相似性,即比例的自相似性,并且在任

意尺度上有无穷细节的精细结构和无限可分.

把分形图形编码到数字点阵激光刻蚀全息图上,可制作出丰富变化的动-静态点阵全息图.

激光全息防伪技术中的迭代函数系统(ＩＦＳ)变换

在自然界,存在许多表面看起来很复杂的形状,分形几何为其提供了描述和数学模型.产生分形的几何规则可以用一套包括平移、伸缩和旋转

在内的矩阵运算来进行数学描述,亦即仿射变换(表1)

表1　Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形的ＩＦＳ变换矩阵

dn	1	2	3	4	5	6	概率值
1	0.5	0	0	0.5	25	1	0.33
2	0.5	0	0	0.5	1	50	0.33
3	0.5	0	0	0.5	25	50	0.33

第ｉ行的变换运算是

ｘ＇=ｄｉ1ｘ+ｄｉ2ｙ+ｄｉ5
ｙ＇=ｄｉ3ｘ+ｄｉ4ｙ+ｄｉ6

如果等几率地进行上述的仿射变换,即反复地将这些规则作用于刚刚得到的新点[如图2(ａ)所示],最后将会得到一个唯一的、有规则的、称

之为Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形的点集图形(删除前8个点),并且这个点集的图形与当初点p(ｘ,ｙ)的选择无关,如图2(ｂ)所示.

图2　Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形的仿射变换过程
(ａ)等几率地进行仿射变换;(ｂ)ｎ次仿射变换后得到的Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ三角形

如果我们稍微改变一下表1中的数据,即可产生完全不同的分形图像..

典型的分形图形———Ｊｕｌｉａ集与Ｍａｎ ｄｅｌｂｒｏｔ集

Ｊｕｌｉａ集与Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ集是两种典型的分形图形.Ｊｕｌｉａ集是由复平面上的一个二次映射的迭代行为所产生的图形.

Pｃ(ｚ)=ｚ2+ｃ

,式中ｚ,ｃ是复平面Ｃ上的点,ｃ=ａ+ｉｂ,ｚ=ｘ+ｉｙ引入到平面直角坐标系中,则有:

Pｃ(ｘ+ｉｙ)=(ｘ+ｉｙ)2+ａ+ｉｂ =ｘ2-ｙ2+ａ+ｉ(2ｘｙ+ｂ)
ｘｎ+1=ｘｎ2-ｙｎ2+ａ,
ｙｎ+1=2ｘｎｙｎ+ｂ,

式中ａ,ｂ皆为实参数.通过上面的关系式,对平面上任意起始点(ｘ0,ｙ0)进行迭代,经过数次迭代以后,某些起始点的轨迹将逐渐走向无穷远

处,即以原点Ｏ为中心向四周无限扩展.而其他一些点的轨迹将没有这种特性.我们可以把平面上的点分成两大类,而这两类的分界线就是

Jilia集,它是一种分形图形.每一个特定的参数值ｃ=ａ+ｉｂ都对应一个Jiliaａ集图形,通常用Ｊ(ａ,ｂ)表示Jilia集的特定图形.这种生成

Jilia集分形图形的算法被称为“逃逸法”. Jilia集分形图形也可以借助吸引子的随机迭代的过程来生成.图3给出了Jilia集的典型分形图

.　　Mandelbrot集是Jilia集的延伸和扩展.对二次映射Pｃ(ｚ)=ｚ2+ｃ,Julia集把动态平面分为两种情况,一是轨迹趋于无穷远处的起始点

集(逃逸集),另一是轨迹不发散的起始点集(填充集).在填充集中,由于不同的参数值ｃ又有不同的性态.对有些ｃ值,填充Julia集是连通的

,而有些ｃ值则不连通. Mandelbrot集Ｍ是使Pｃ的Julia集为连通的参数ｃ的集合.借助于Julia集的逃逸算法也可以很容易地绘出Ｍ集的分

形图形来.Ｍ集图形有非常复杂的结构,其特征是由一个主要的心脏形结构和一系列圆盘形的“芽苞”突起连接在一起,每一个“芽苞”又被

更细小的“芽苞”所环绕.此外,还有更为精细的“发状”似的分枝从“芽苞”向外长出,这些细发在它的每一段上都带有与整个Ｍ集相似的

微形样本.Ｍ集的每个“芽苞”上的每一点,都分别对应着一个参数ｃ的值,如果取一点并显微该点尽可能小的邻域,它存在无限细节,放大后

便得到一个分形图(见图4).Ｍ集的这个分形图与以该点ｃ为参数值的Pｃ的Jilia集极其相似.用计算机产生Jilia集和Mandelbrot集图形的程

序可在文献 中找到.

图3　Jilia集的典型分形图 图4　Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ集的典型分形图

二、建立分形图库的意义和作用

根据制作数字像元全息图分形编码的需要,在ＷＩＮＤＯＷＳ95的平台上,由Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ和ＣｏｒｅｌＤｒａｗ的支持建立一个分形

图库,并由ＦｒａｃＧｅｎ1 .0程序随时生成千变万化的分形图,以供设计数字像元全息图所需.包括Jilia集和Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ集图形

在内共有52个大类,每一类又包括十几种分形图.在制作激光全息防伪标志时,我们可以在图库中随机选取一种分形图形,编码到欲制作的激光

全息防伪标志上,刻蚀数字点阵全息图以达到保密和防伪的目的.例如,在分形图库中任选一分形图Ｆ(ａ),欲作点阵全息图轮廓为Ｃ(ｑ),则

分形数字点阵全息图的设计结果图为Ｑ(ｆ)=F(ａ)·C(ｑ).根据轮廓图中的分形图的分布,以不同的灰度值定义点阵光栅的取向或光栅常数

,在重现时就会衍射出闪动的色彩缤纷分形图(如图5).

图5　分形数字点阵全息图的设计结果图

三、分形图形在激光全息防伪技术中的应用

数字点阵激光全息图的制作,是在一种特制的光机电系统上控制两束激光相互干涉而形成细小的光栅点(大约几十至一百微米),并将其记录在

光致抗蚀剂上.记录时,系统对这些点上的光栅方向和空间频率按一定的规律进行编码控制.重现时,像元全息图上某一点的光栅方向决定了该

点在特定的视角内是否被观察到,而光栅空间频率则决定着该点在特定的视角内所观察到的颜色.根据这个基本原理,建立一个合理的衍射光

栅图样与逐点的映射关系,就可以制作出具有动态效果和色彩丰富的像元全息图 .

图6　刻写数字点阵分形全息图的系统示意图

数字点阵激光全息图制作的关键是,在刻写点阵全息光栅时如何来控制光栅的方向和空间频率,以使得数字点阵全息图能显现出设计师所要求

图样之变化.因此,可以按着衍射光栅图样与逐点的映射关系,随时改变各点刻写光栅的方向和空间频率,若把分形图形的逐点的映射关系与调

制光栅的方向和空间频率结合起来,便可形成一种数字像元分形全息图,图6为刻写数字点阵分形全息图系统的示意图.

数字点阵分形全息图的制作是基于混沌分形图形理论以及全息光栅衍射理论和微结构工艺而构造成的一个综合光学、精密机械、电子驱动控

制和电脑编程控制的复杂系统.由于分形技术与数字像元全息图制作技术的结合,增强了激光全息图的技术含量,从而使激光全息防伪技术提

高到了一个新的水平.

老兄，理论太棒了

support:)