一種具有表面微浮雕結(jié)構(gòu)的硬幣及其壓制模具的全息防偽方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)全息、計(jì)算全息、二元光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有表面微浮雕結(jié) 構(gòu)的硬幣及其壓制模具的全息防偽方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前世界各國(guó)普遍使用的貨幣及紀(jì)念幣有紙幣與硬幣兩種，相對(duì)于紙幣而言，硬 幣的偽造更加不易識(shí)別，難辨真?zhèn)?。而目前已發(fā)現(xiàn)的假硬幣多為第四套人民幣1元幣，由于 硬幣的仿造成本低，該類假硬幣模壓工藝差、圖紋模糊、鍍層薄、較易生銹腐蝕，但要在流通 環(huán)節(jié)中及時(shí)辨別其真?zhèn)稳允禽^難實(shí)現(xiàn)的。
[0003] 此外，偽造紙幣的流通難度大于硬幣流通難度。主要是紙幣面額一般較大，對(duì)紙幣 防偽知識(shí)的普及，點(diǎn)鈔機(jī)、驗(yàn)鈔燈等設(shè)備對(duì)造假紙幣流通形成障礙。而硬幣面額小，辨識(shí)真 假方法較少人關(guān)注，反而更容易在市場(chǎng)流通。這也說(shuō)明了現(xiàn)有硬幣防偽技術(shù)的落后及實(shí)用 的硬幣防偽技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 最后，對(duì)于特殊的紀(jì)念幣及稀有金屬制成的硬幣而言，由于其價(jià)值很高，仿造此種 硬幣會(huì)給仿造者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益。因此，高價(jià)值硬幣迫切需要新型的具有高科技含量 的防偽技術(shù)。
[0005] 因此，提升硬幣及其加工模具的防偽技術(shù)水平，為大眾提供一種新型的、簡(jiǎn)單快速 的一線防偽手段是一項(xiàng)非常具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種具有表面微浮雕結(jié)構(gòu)的硬幣及其壓制模具的全息防偽 方法，該方法可提升硬幣及其加工印章的防偽水平，為大眾提供一種新型的、簡(jiǎn)單快速的一 線防偽技術(shù)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種具有表面微浮雕結(jié)構(gòu)的硬幣及其壓制模具的全息防偽方法，包括如下步驟：
[0009] 第一步、硬幣表面光學(xué)全息圖的記錄過(guò)程：
[0010] 物體發(fā)出的光波與參考光波疊加以后干涉圖樣的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為硬幣表面微浮雕結(jié) 構(gòu)的復(fù)振幅反射率，計(jì)算公式如下：
[0011]
[0012] rH(x，y)為硬幣表面微浮雕結(jié)構(gòu)的反射率函數(shù)，IJx，y)和1。(1，y)分別為參考波 和物體光波在Z = z平面的強(qiáng)度。
[0013] 第二步、硬幣表面光學(xué)全息圖的再現(xiàn)過(guò)程：
[0014] 用原參考光及共軛參考光照射硬幣表面微浮雕結(jié)構(gòu)時(shí)，分別在不同的角度得到原 物的虛像和實(shí)像，其中：
[0015] 用原參考光照射到硬幣表面微浮雕結(jié)構(gòu)后得到的衍射光場(chǎng)表達(dá)式：
[0016]
[0017] 式中的第一項(xiàng)為再現(xiàn)光的〇級(jí)衍射光，不包含記錄物的信息；第二項(xiàng)為再現(xiàn)光的 +1級(jí)衍射光，可顯示出物的虛像，第三項(xiàng)為再現(xiàn)光的-1級(jí)衍射光，可顯示出物的畸變共軛 實(shí)像；
[0018] 用共軛參考光照射到全息圖后得到的衍射光場(chǎng)表達(dá)式：
[0019；
[0020] 式中的第一項(xiàng)為再現(xiàn)光的〇級(jí)衍射光，不包含記錄物的信息；第二項(xiàng)為再現(xiàn)光的 +1級(jí)衍射光，可顯示出物的畸變虛像，第三項(xiàng)為再現(xiàn)光的-1級(jí)衍射光，可顯示出物的贗實(shí) 像，該贗實(shí)像的相位與物的相位互為相反數(shù)。
[0021] 第三步、硬幣表面計(jì)算全息圖的數(shù)值計(jì)算：
[0022] 將第一步記錄的光學(xué)全息圖用計(jì)算全息圖的方法得到數(shù)值結(jié)果。計(jì)算全息的制作 和再現(xiàn)過(guò)程分為采集、抽樣、計(jì)算、編碼、存儲(chǔ)與再現(xiàn)六個(gè)環(huán)節(jié)。其中的存儲(chǔ)環(huán)節(jié)需要采用二 元光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0023] 第四步：硬幣表面微浮雕二元光學(xué)全息圖的設(shè)計(jì)，將計(jì)算全息圖轉(zhuǎn)化為二元光學(xué) 表面微浮雕結(jié)構(gòu)，包含以下4個(gè)環(huán)節(jié)：
[0024] 環(huán)節(jié)1)根據(jù)硬幣表面微浮雕結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅反射率計(jì)算公式計(jì)算出硬幣表面微浮 雕結(jié)構(gòu)的光波復(fù)振幅反射率函數(shù)；
[0025] 環(huán)節(jié)2)根據(jù)硬幣表面微浮雕結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅反射率計(jì)算公式中的相位差△巾（X， y)的數(shù)值除以/2后取余數(shù)所得的數(shù)值A(chǔ)巾'（x，y)并替換A巾（x，y)的數(shù)值，使得到 相位值 A ' (x，y) G [0，jt/2];
[0026] 環(huán)節(jié)3)將A ' (x，y)進(jìn)行量化，2級(jí)量化的相位值集合為{0，it/2}，4級(jí)量化 的相位值集合為{〇, 31/6,jt/3,jt/2}，8級(jí)量化的相位值集合為{0, Ji/14, 31/7, 3 Ji/14， 2 JT /7, 5 JT /14, 3 JT /7，JT /2}，依次類推，n級(jí)量化的相位值集合含有n個(gè)元素且元素值為 {0，Ji/2(n-l)，3i/(n-l)，33i/2(n-l)，23i/(n-l)，…，Ji/2};當(dāng)選擇了量化級(jí)數(shù)后，將復(fù) 振幅反射率計(jì)算公式中的r H(x，y)在各個(gè)（x，y)坐標(biāo)位置的A巾'（x，y)值按照四舍五 入原則轉(zhuǎn)化為該量化級(jí)數(shù)相位值集合中的元素值；
[0027] 環(huán)節(jié)4)將△巾'（x，y)的量化值轉(zhuǎn)化為硬幣的表面刻蝕深度：2級(jí)量化的相位值 集合為{0, Ji/2}，對(duì)應(yīng)的硬幣的表面刻蝕深度值集合為{0, X/8} ;4級(jí)量化的相位值集合 為{〇,jt/6,jt/3,jt/2}，對(duì)應(yīng)的硬幣的表面刻蝕深度值集合為{0, A/24, A/12, A/8} ;8 級(jí)量化的相位值集合為{〇, Ji/14, 3t/7,33t/14,23t/7,53t/14,33t/7,jt/2}，對(duì)應(yīng)的硬幣 的表面刻蝕深度值集合為{〇, A/56, A/28,3A/56, A/14,5A/56,3A/28, A/8}，依次類 推，n級(jí)量化的相位值集合含有n個(gè)元素，元素值為{0, 31/2(11-1)，Jr An-l)，3 31/2(11-1)， 23TAn-l)，…，jt/2}，對(duì)應(yīng)的硬幣的表面刻蝕深度值集合為{0，A/8(n-l)，A/4(n-l)， 3入/8(n_l)，A/2(n_l)，…，A/8}，其中A為參考光與再現(xiàn)光的波長(zhǎng)。
[0028] 第五步：根據(jù)硬幣表面微浮雕二元光學(xué)全息結(jié)構(gòu)確定模具鋼表面微浮雕結(jié)構(gòu)；
[0029] 第六步、采用二元光學(xué)加工方法對(duì)模具鋼表面微浮雕結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工：
[0030] 模具鋼表面的凹凸結(jié)構(gòu)需要采用二元光學(xué)加工技術(shù)，二元光學(xué)加工技術(shù)主要包含 光刻掩模板的加工、紫外光刻技術(shù)及刻蝕的加工技術(shù)3個(gè)環(huán)節(jié)。
[0031] 本發(fā)明利用光學(xué)全息、計(jì)算全息及二元光學(xué)原理通過(guò)特殊的工藝途徑在金屬硬幣 表面加工隱藏的防偽圖像或文字的微浮雕結(jié)構(gòu)，再利用特殊的再現(xiàn)光照射硬幣后衍射成 像，得到預(yù)先設(shè)計(jì)的防偽圖像或文字，提升硬幣及用于硬幣加工的模具鋼印章的防偽水平， 從而為大眾提供一種新型的、簡(jiǎn)單快速的一線防偽技術(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為光學(xué)全息記錄過(guò)程的光路圖，8-氦氖激光器，9-分束板，10-全反射鏡， 11-全息干板，12-擴(kuò)束鏡，13-物體；
[0033] 圖2為光學(xué)全息技術(shù)的記錄過(guò)程原理圖；
[0034] 圖3為二維平面全息圖的再現(xiàn)影像實(shí)例圖；
[0035] 圖4為三維立體全息圖的再現(xiàn)影像實(shí)例圖；
[0036] 圖5為用原參考光照射硬幣表面全息圖的再現(xiàn)原理圖；
[0037] 圖6為用共軛參考光照射硬幣表面全息圖的再現(xiàn)原理圖；
[0038] 圖7為折射透鏡到二元光學(xué)表面浮雕透鏡的演變?cè)韴D，5-普通折射透鏡，6-連 續(xù)浮雕衍射透鏡，7-多臺(tái)階浮雕二元光學(xué)透鏡；
[0039] 圖8為光線照射到硬幣表面反射浮雕結(jié)構(gòu)不同位置處被反射后的光路圖，1-第一 光線1，2_第二光線2,3_硬幣表面浮雕結(jié)構(gòu)最低的凹陷部位，4-硬幣浮雕結(jié)構(gòu)最高的凸起 部位；
[0040] 圖9為單臺(tái)階表面浮雕結(jié)構(gòu)的光刻刻蝕加工技術(shù)的原理圖；
[0041] 圖10為四臺(tái)階、八臺(tái)階表面浮雕結(jié)構(gòu)的套刻刻蝕加工技術(shù)原理圖；
[0042] 圖11為光刻掩模板的制作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0044] 本發(fā)明提供了一種具有表面微浮雕結(jié)構(gòu)的硬幣及其壓制模具的全息防偽新方法， 該技術(shù)涉及光學(xué)全息、計(jì)算全息及二元光學(xué)的相關(guān)原理與技術(shù)。具體步驟如下：
[0045] 第一步：硬幣表面光學(xué)全息圖的記錄過(guò)程，從原理上闡明該防偽技術(shù)的記錄方法。
[0046] 光學(xué)全息技術(shù)可將物體發(fā)出光的全部信息（振幅和相位）記錄在介質(zhì)上，然后通 過(guò)再現(xiàn)過(guò)程利用再現(xiàn)光照射記錄介質(zhì)可還原出原始物的三維圖像信息。如圖1所示，光學(xué) 全息技術(shù)記錄在介質(zhì)上的圖案是物體發(fā)出的光與參考光干涉疊加形成的縱橫分布的干涉 條紋，這些干涉條紋的形狀、疏密、強(qiáng)度分布取決于物光波和參考光波的波前特性以及兩者 之間的相互位置關(guān)系。該記錄介質(zhì)上的條紋圖案所記錄的原始物信息是無(wú)法被人眼和顯微 鏡直接觀測(cè)獲取的，只能通過(guò)再現(xiàn)光照射方可投射出來(lái)。因而全息介質(zhì)記錄的全息圖很難 被仿造，全息技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于防偽領(lǐng)域。
[0047] 實(shí)用的光學(xué)全息圖主要有菲涅耳全息圖、夫瑯禾費(fèi)全息圖、傅里葉變換全息圖三 種。其中菲涅耳全息圖適合記錄普通物體的全息圖，而且分析與計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)過(guò) 程也較為簡(jiǎn)便，所以本發(fā)明以菲涅耳全息圖進(jìn)行硬幣表面光學(xué)全息圖的設(shè)計(jì)。而夫