目录

1、关于全息印刷

2、全息商标的防伪原理

3、全息照相的一般原理 

4、彩色全息制版常用光源及其选择

5、彩色全息记录材料

6、全息原版制作原理与工艺

7、全息原版记录系统及准备事项

8、全息原版照相制作工艺

9、全息标识模压复制及印后加工

关于全息印刷

　　随着光学全息技术的发展，80年代在印刷工业领域出现了一项能够在二维载体上清楚并且大量地复制出三维图像的新印刷工艺，这项新印刷工艺就是全息印刷技术。

　　全息印刷（Holographic Printing）是以全息摄影为基础发展起来的。1948年英国物理学家丹尼斯·加柏(Denis Gabor)发明了全息照相术，所谓全息照相就是能记录与再现物体三维立体信息的照相方法。因为当时没有理想的光源，故全息摄影技术的发展基本上处于停滞状态。

　　直到1960年激光问世以后，由美国E·N·Leith和J·V·Pahieta二人在1963年以激光为光源制成世界上第一张全息照片证实了加柏的理论以后，才使全息摄影技术的研究和开发迅速发展起来。而本世纪60年代末70年代中以来相继研制成的能在自然光照环境下观察再现像的彩虹全息、真彩色三维彩虹全息和全息模压等技术为全息印刷技术奠定了基础。

　　全息照相与普通照相不同。普通照相通过照相镜头或摄影机镜头把景物上各点反射来的光记录在感光底片上。感光底片上记录的只是光的强弱（即光线的振幅）。由于普通照相仅把景物散射光的振幅记录下来，所以得到的是与真实物体相差很大的二维图像。而全息照相则采用光干涉的方法把待记录物体的散射光波的振幅和位相全部以干涉条纹的形式记录了下来，即将物体的全部信息（如文字、图案或三维物体的外形）记录在一种载体上。简单地形容，全息照相所得到的全息图是一张薄片，其上布满肉眼无法辨认清楚的、形状复杂的相间条纹结构，这种条纹结构通常称为光栅。当光束以一定角度照射在全息图上的光栅处，则物体信息将以一定光的形式从全息图上释放出来，人眼迎着这些再现光去观看，如同你通过窗户观看窗外的景物一样，可以从全息照片周围多个侧面观察到逼真的立体图像或色彩可变的图像，这与普通照片的平面像有着本质的不同。

　　全息图的复制有多种方法，其中拷贝法和模压法是全息印刷的主要复制方法。特别是模压全息，是采用具有浮雕型光栅的全息图作为压模，在塑性较强的薄膜表面压出浮雕型光栅，从而实现大批量复制全息图的印刷技术。

　　全息印刷工艺流程可用下列框图表示：

摄制全息图→拷贝复制→涂布导电层电铸镍版→剥离→压印复制→真空镀铝→涂布复合→分切

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全息商标的防伪原理

　　通常所指的全息防伪商标，就是指记录有代表某种商品的特定图案及文字的全息图，全息图能起到防伪作用的主要原理为：

　　第一，全息图的制作和复制技术含量高，需要专门人才，工艺复杂。全息照相本身是一项高新技术，它不仅需要装备高质量的防震台、激光器和各种光学零件以及专门的化学物品，而且更重要的是需要由熟练掌握技术、经验丰富的专业人员进行操作，才能制作出合格的全息图母版。全息图上的光栅密度通常为1000线/mm，起伏高度仅零点几μm，因此要求讲究的电铸工艺和高精度、高质量的模压复制设备和全息图片拷贝机械。与仅靠常规的设备用手工操作也能生产出产品的普通印刷技术相比，全息商标的制作，从技术、人员、工艺、设备投资等多个方面显示出，制作难度大不易复制的性能。

　　第二，全息图具有难以仿制的自身结构。现在大多数模压防伪标识是记录一个或多个二维平面图案的彩虹全息图。利用全息图可再现三维立体图像的特性，可以将两个（或更多）平面图案按编码沿纵向分层记录在全息图中，从而再现出位于不同深度、互相间有遮挡关系的平面图像。由于彩虹全息图具有再现图像颜色可变的性质，可以采用假彩色编码技术，使不同图案或同一图案中不同部分再现出不同的颜色。又因为全息图本身是密度极高的复杂光栅，因此即便是同一个人在异地用同样的图案也无法制出光栅完全相同的两块全息图，而不同的人就更难复制。这种差异最为明显的表现为再现图像分层深度和色彩分布的不同，当然也包括衍射效率、视角和信噪比等指标的不同。所以即便是有了全套设备及技术，仿制别家的模压全息防伪标识，也不是一件容易的事情。

　　第三，置有隐含加密信息。利用特殊的光学编码技术可以在全息图中进行加密，这些全息图或者可以使再现物体的大小随着人眼至全息图间的距离的改变而变化，或者在全息图的某一点上贮存另外的信息，或者全息图本身由计算机生成，等等。用特别的三维物体模型作为目标的全息图，再现的是与原物完全相同的立体图。由于以上各项的技术含量更高，因此更不易被仿制。

　　第四，具有材料防复制功能。上面我们仅从全息照相工艺的角度分析了全息图的不易仿制性。然而，现实生活中有这样一种做法，其利用揭下的模压全息图把去掉铝层的薄膜作为母版，电铸出金属模版，然后上机进行模压复制。虽然，如此做成的模压全息图的衍射效率、信噪比等指标与真品相比有所下降，但结局是，尽管在全息照相时用足了防仿手段，也难逃被人轻而易举仿制出来的厄运。为了解决这个问题人们研制出具有防复制功能的防揭型和烫印型电化铝薄膜模压全息图。

　　防揭型（又称一次性）模压全息图的防复制基本原理为：与全息片聚酯材料相连的树脂层的下表面镀有经模压变形成为光栅载体的铝层上涂布的压敏胶可将整个模压全息图与承受物粘贴在一起。当全息图被揭时，上层聚酯材料薄膜将与树脂层分离而被剥落下来，同时将粘下部分铝层。揭下的聚酯材料膜上根本没有光栅，而留在承受物上的全息图则残缺不全已遭破坏，因此根本无法进行仿制。

　　烫印型全息图结构与防揭型全息图基本一样，不同的是前者的最上层聚酯材料膜与树脂层间的分离在烫印遇热时产生很好的分离性，而涂在最底层的热敏胶在遇热受压时则产生很强的粘接性，这样带有光栅的铝层及树脂层将紧密完整地粘在承受物上，而且根本无法被揭下。

　　当然，从哲学的角度来讲，世界上既不存在无坚不摧的矛，也不存在攻不可破的盾，像所有其他事物一样，防伪与伪造之间始终存在这样一种矛盾的关系。要使全息商标具备比用其他印刷方式生产的商标具有高得多的防伪性能，就需要在全息制版、印刷工艺、材料制作等各方面不断研究和开发新技术，研制新产品。

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全息照相的一般原理

　　全息照相原理

　　通过大学物理学的学习，我们知道，一般情况下，当两束相干光的位相相同时，合成光源的振动（相应的光强）就增强，反之，光波的振动就减弱。而光的位相是随位置变化的，因此，光波的振动增强和减弱也随位置而变化。这样，在两束光的交叠处就产生强弱相间的干涉条纹。条纹的分布情况反映了合成光波的位相在不同位置的变化情况。因此，利用两束光的干涉所产生的干涉条纹可以有效地把位相的变化情况记录下来，全息摄影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉条纹的形式，即把光波的振幅和位相记录在感光材料上，也就是说，把物体的全部信息都记录下来，因而具有获得立体图像的许多优点。

　　全息照相分为两步。第一步利用干涉法拍摄全息图（全息照片），如图1（a）所示。从激光器发出的相干光束，被分束镜分成两束光，一束光照明到被摄物体，从物体上反射或散射的物光射到感光胶片上。另一部分光束投射到反射镜，被反射的光波直接照射到感光胶片上，这束光称为参考光。物光与参考光在胶片上迭加干涉，产生的干涉图样即记录了物体振幅和位相的全部信息。这张具有干涉图样的胶片经过适当曝光与冲洗处理后，就是一张全息图（全息照片）。这一拍摄过程就是一个记录或储存信息（或波前）的过程。

　　第二步是利用衍射原理进行物体的再现（重现）。由于全息照片记录的是两相干光相互干涉的结果，因此，与原来的被摄物体毫无相似之处。然而，当把全息图放回原处，用相干参考光（此时称为再现光束）照明全息图时，如图1（b）所示，这张具有干涉图样的全息图宛如一块复杂的光栅将发生衍射，在这些衍射光波中包含着原来的物光波，观察者迎着再现光波方向即可观察到一个逼真的、立体感很强的物体再现像。这是一个物光波前再现亦即成像的过程。不过，如果再现光束和原来的参考光束同向，得到的物像是虚像。如果用原相干光反向照射全息图，则得到的物像是实像。如果不用激光而用白光去照射，由于白光是由多种波长的光混合而成的，全息照片上的干涉条纹，就要同时对各种波长的光发生衍射。因而，全息照片上会出现很多重叠错位的像，使人无法看清楚。当然，如果我们在全息图的拍摄过程中采用诸如彩虹全息和反射式傅立叶变换全息等记录技术，则可以获得白光照明再现原物像的白光全息。

图1 全息记录与再现原理
（a）全息图的记录光路 （b）全息图的再现光路与像

　　全息照相的分类

　　全息图的类型可从不同观点来分类，根据讨论的需要下面仅从四个方面加以分类：

　　1．按照全息图复振幅透过率系数（或反射系数）分类

　　如果全息图的振幅透射系数是一个实函数，即 ，则称这种全息图为振幅型全息图；如果全息图的振幅透射系数是一个复数，即 ，则称这种全息为混合全息；如果全息图的振幅透射系数仅是位相因子 的函数，则称其为位相全息图。实际记录材料有振幅型、位相型和混合型三种。位相型记录材料又分为浮雕型和折射型。如果记录介质在曝光和处理以后厚度改变，折射率不变，它被称为浮雕型；反之，如记录材料的厚度不变，折射率改变，则称它为折射型。用全息干版制作的全息图，在显影处理以后是振幅全息图；如果经过漂白处理以后则变为位相全息图或混合型的全息图。

　　2．按全息图的结构分类

　　全息图中干涉条纹的结构与参考光的方向和波形密切相关。以平面参考和物波为例，如图2所示，物光波和参考波自记录介质的同一侧入射，这样记录的全息图称为透射全息图，此时记录介质中的条纹面接近垂直于表面。当物光波和参考光波自两侧入射到记录介质上时，如图2所示，在记录介质中条纹面平行于表面，这样记录的全息图称为反射全息图。反射全息图需要用较厚的记录介质才能记录下多层条纹面。

图2 透射全息的结构

　　3．按参考光波和物光波主光线的方向来分类

　　按照参、物光波主光线的方向分类，则又有同轴和离轴全息图之分。同轴全息图在记录时物体中心和参考光源位于通过全息图中心的同一条直线上[见图3（a,b）]，以球面波型参、物波为例，设物体为一点光源，参考光波是球面波，其同轴全息图的干涉条纹是一组同心圆环或椭圆。离轴透射全息图在记录时，物体和参考光与全息图中心不在同一条直线上[见图3(c)]，它的条纹形状为回转圆锥曲线的一部分。

图3 三种全息图的记录光路
(a)同轴，光轴垂直于全息图 (b)同轴，光轴不与全息图垂直 (c)离轴全息

　　4．按物体与感光材料（胶片或干版）、傅立叶透镜间的位置关系分类

　　全息图可以分为夫琅和费全息图和菲涅耳全息图。设物面上的坐标为 ，物面与全息图的距离满足条件： 的则为夫琅和费全息如图5所示；

　　而如果满足条件为： 的则为菲涅耳全息，如图1所示。此外根据有无透镜及物体与感光材料（胶片或干版）、傅立叶透镜的位置关系等还可分为傅立叶变换全息图、无透镜傅立叶全息图、像面全息图、二维全息图、三维全息图、二维／三维全息图等。

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彩色全息制版常用光源及其选择

        由全息的特点可知，全息制版的特点是通过参、物光的干涉记录三维物体的真实像。然而在全息记录过程中，从三维物体不同部位表面散射和反射的光由于物体的深度不同，到达全息干版时的光程也不同，当其与参考光波干涉时，两者的光程差将在很大的范围内变化。所以要求记录光源有较长的相干长度，即较好的时间相干性；而且为了能把具有较大空间分布范围的物体记录下来，要求照明光束在较大横截面内各光线间是相干的，即要求光束具有较好的空间相干性；此外，为了满足全息记录所需要的时间和空间相干性，在全息记录系统中往往将光束分束后稍加扩束，用作参考光波和物体的照明光波，这就要求光源的能量在空间有较高的集中度。目前，可以满足这些要求的尚只有激光器，其他普通光源无法满足这些条件。因此至今，记录三维物体的全息图只能用激光，采用白光记录全息图还只限于二维物体。

　　全息制版常用的激光器

全息常用的激光器见表1。

　　激光器的选择

　　一般用全息干版记录三维物体的全息图可用He－Ne激光器。拍摄景深大的物体可用长相干长度的He－Ne激光器。用重铬酸盐明胶作记录介质时最好用输出波长为400nm 的Ar+激光器，而选用光致抗蚀剂则应选用输出波长为441nm的 He－Cd激光器或输出波长为457．9nm 的Ar＋激光器。如拍摄活动物体的全息图，则需要用脉冲激光器。

　　虽然大自然中物体的颜色色彩缤纷，变化多端，然而根据颜色的视觉理论，视网膜上有三种感色的锥状细胞，分别对红、绿、蓝（R、G、B）三种颜色敏感，我们把这三种颜色称为三原色。研究表明，自然界中变化多端的各种色彩原则上都可用三原色按不同比例混合而成。这种不同的比例反映在照相材料上，则为不同的灰度等级。彩色胶印印刷，就是将不同灰度等级的记录介质转化成由大小不一、疏密不匀的网点所构成的印版，然后以四原色或多色套印，再现出原稿的层次和色调。虽然彩色全息印刷在再现原稿的色彩方面与彩色印刷有着截然不同的方式，前者是通过黄、品红、青、黑油墨以色料减色法再现原稿，而后者则以红、绿、蓝三原色色光的加色法再现原稿色彩的，但是，除了它们在复制过程中的具体工艺技术上有很大差别外，以三原色分解原稿和以三原色叠加再现原稿色彩的原理是一致的。所以，记录物体的真彩色全息图时应选用白色激光器。研究表明，三原色可与三种纯光谱相对应，为此国际照明委员会制定了三原色标准。1931CIE－RGB真实三原色表色系统规定：红原色的波长＝700.0nm,绿原色的波长为＝546．1nm，蓝原色的波长为＝435．8nm。1964CIERGB系统规定：红、绿、蓝原色则分645．2nm、526．3nm、444．4nm。全息记录需使用激光器，现有激光器的输出波长与三原色波长一般不符，故只能选用比较接近的波长。例如，可用K＋白色激光器或Ar＋－Cd激光器作为三原色激光源。根据目前激光器工业的现状，适合于全息制版的激光输出有以下几组波长供选用（如表2所示）。

表2 彩色全息用三原色激光波长组 

　　选择的原则主要从色彩的真实感考虑，应该使三种波长在x-y色品图（图2）中所占的三角形面积为最大，同时要考虑到诸如激光器输出功率等其他因素。例如表2中第三组（图2中实线三角形）、第二组（点线三角形）和第五组（图2中虚线三角形），从色品图来看第二组占优，且黄较丰富；而从输出功率方面来看，由于477．1nm波长的功率比488．0nm的功率小得多，则第三组较合适。此外，也要根据实验室的条件来选取合适的三原色激光波长。

　　用三基色激光记录时，有三个全息图重叠在一张干版上。如果仍用三基色激光沿参考光的方向明该全息图，则有九个组成原始像的衍射光波。其中红、绿、蓝三个波长对各自颜色光波形成的全息图的三个衍射光波在同一方向，并产生和物体颜色相同的真彩色虚像。而它们对不同颜色光波形成的全息图共产生六个方向不同的衍射光波，造成了再现像的色串扰。因此，真彩色全息的关键之一是消除色串扰。

图5-7 1932CIE色品图

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彩色全息记录材料

         全息记录材料可分为无机和有机两大类。大致有卤化银乳胶、重铬酸盐明胶、感光性高分子、光导热塑性塑料、光致各向异性材料、光致折变材料等，其中应用最广泛的是卤化银乳胶和重铬酸盐明胶感光材料。根据记录材料吸收光后材料性能变化的类型大致又可分为透射型、折射型、浮雕型和混合型四种。在全息印刷中主要使用的则为透射型的卤化银、折射型的重铬酸明胶和浮雕型的光致抗蚀剂，属折射和浮雕混合型的以漂白处理方式使用的卤化银材料等。

　　记录材料的选择应从两个方面考虑。一是记录波长，有单波长记录和多波长记录两种情况。另一是全息图的类型，有透射全息图和反射全息图的区别。前者要考虑记录材料的灵敏波长，后者考虑记录材料的厚薄。单波长记录的透射式全息图，多用红敏的记录材料，如国产的天津全息I型和II型，Agfa8E75，Ilford SP696T，SP673和俄罗斯的PRG—03等银盐干版，和光导热塑片等；蓝敏的用天津全息III型，8E56银盐于版和光致抗蚀剂等。

　　单波长记录反射全息图多用DCG版(蓝敏)，光致聚合物(红敏或蓝敏)和8E56HD、8E75HD银盐干版等。多波长记录透射全息图常用649F,8E56银盐干版。反射全息图常用8E56HD和8E75HD记录夹层全息和俄罗斯PRG—03全色银盐干版；双色DCG版；新兴起的光致聚合物有杜邦公司HRF系列和Ommi Dex全息胶片系列。为了方便详细介绍全息常用记录材料的特点，下面先简要介绍反映记录材料性能的几个主要特性参数。

　　全息记录材料的特性参数

　　1,灵敏度

　　灵敏度是记录材料在接受光的作用后，其反应的灵敏程度。

　　因为记录过程是一种光化学作用，光子的能量与波长有关，波长愈长光子的能量愈小，而每一种记录材料都有一个波长的红限，波长大于红限的光对该材料不能起光化学反应。此外，每一种材料都有它自己的吸收带，只有在吸收带内的波长才能起光化学反应作用。这就是记录介质对光谱灵敏程度不同的原因。

　　2 ,光谱灵敏度

　　因为记录过程是一种光化学作用过程，光子的能量与波长有关，波长愈长光子的能　量愈小，通常每一种记录介质都有一波长的红限．波长大于红限的光不能起光化学作用。另外对每一种记录介质都有它的吸收带，在吸收带内的波长才能起光化学作用，这就是光谱灵敏度。必须在该波段有吸收带。图5—8画出国产I型和I型全息干版Kador 649F、Ilford和Agfa全息干版的特性曲线。

　　3, 衍射效率

　　衍射效率定义为全息图衍射成像的光通量与再现照明光总光通量之比。衍射效率不仅与记录介质的性质有关，还与全息图的类型和条纹的调制度有关。一般说来位相型记录材料的衍射效率较振幅型的高。条纹调制度则与参、物光束比有关。对于同一种记录材料，衍射效率还与全息图的空间频率有关。

表5－3列出不类型理想全息图的理论衍射效率。

图1 二步彩虹全息图的记录与再现
(a)主全息记录光路 (b)二步彩虹全息记录光路 (c)白光再现像

图2　彩虹全息特点　　　　　　　　图3 颜色设计原理

全息原版照相制作工艺

　　记录系统调节

　　（1）调节光路中各光学元件，使从分束镜到干版的物光和参考光的光程长度尽可能相等（最大光程差要在所用激光器的相干长度以内）。物光和参考光的交角不宜过大，最大为60°～90°，被照物体要能被光有效地照射。
　　（2）调节光路使物光能有效地到达干版，并且使光路达到便于以后调整光束平衡。用光功率计测量干版位置的物光和参考光的强度比，根据被照景物的大小和种类，调节分束器使两者的强度比达到规定值（例如对拍摄二维反射全息图时，强度比为1：1～3：1）以便确定曝光时间（对拍二维透射全息图，强度比为2：1～10：1）。
　　（3）由于快门在开关时产生的震动，经常传到记录全息台上去。因此，应把快门与记录全息台平面隔开，单独安装或者在记录平台上铺上胶垫，将快门固定其上，以减小震动。

　　确定曝光时间

　　确定曝光时间的方法是先根据用干版的感光度，确定曝光量，进行一个预备实验。如图10－55所示，在一块干版上，将曝光时间按1～2s的间隔，分成几段曝光，然后将干版显影。从其结果来选择合适的曝光时间。

　　曝光时，将干版装在干版架上后，因有微小震动，要等30min后，才能打开曝光快门进行曝光。操作人员操作时，不要大的移动身体和大喘气，以免使空气产生振动。

        振幅全息图的定影

　　全息干版的涂层是卤化银乳胶，在曝光时，分解出金属银离子Ag+和卤元素离子Br-，由于光电效应击出电子e-，电子e-再与金属银离子中和生成金属银微粒散布在乳胶中。银粒子的多少随曝光量增加形成一种潜像。通过显影使含有上述析出银的地方成为还原中心，有大量的溴化银还原为金属银，由于密度不同的银粒子对光的吸收也不同，从而形成了影像。定影的作用是将乳胶中未曝光部分的卤化银和曝光部分残留的卤化银清除掉。这样，全息干版在曝光以后，通过显影和定影处理后即得到振幅型的全息图。

　　在全息处理过程中最常用的显影液是柯达D－19，定影液为F－5。其操作过程如下：

　　①显影 按照干版上标志的显影液的种类和显影时间，在安全灯下，将曝光后的干版全部迅速地放入D－19显影液中浸泡，乳胶面向上，搅动显影液，约2min，光密度约为0．5～0．7，取出水洗30s。
　　②停显 在SB－1停影液中浸泡30s，取出水洗30s。
　　③定影 定影时，不需要在安全灯下进行。可在常规照明灯下操作。在定影液F－5中浸泡3～5min，在定影过程中要搅动定影液，在此期间感光胶会逐渐变透明。干版全部透明以后，还要继续定影，大约为干版放入定影液到变成透明的时间的2倍。在使用坚膜定影液时，最好浸泡10～20min。
　　④水洗 在流水中冲洗5min，水洗时，要注意水流，保证干版不重叠，以免干版上产生斑痕。水流的水温不高于25oC，以免感光膜脱落。
　　⑤去除增感剂 在甲醇或无水乙醇中浸泡3min。
　　⑥干燥 取出后自然干燥。如不经过去除增感剂，最后应用蒸馏水清洗，以免自来水杂质的污染。

　　对于使用连续激光记录时，用600mL酚藏花红和1L甲醇配制的去敏化乳胶代替定影液处理3min可提高全息片的质量。

　　位相全息图的显影与定影工艺

　　用全息干版制作的全息图经漂白后即得到位相全息图。位相全息图有浮雕（厚度调制）型和折射率调制两种。全息干版漂白后的位相全息较以折射率调制为主带有定的浮雕。

　　漂白的种类很多，大致可分为三类：寻常漂白、无定影漂白和先漂白后定影。

　　①寻常漂白 寻常漂白的主要程序是通过显影和定影形成的振幅型全息图后，再经过漂白成为位相型的全息片。漂白以后金属银形成透明银盐，银盐的折射率大于明胶，于是产生折射率调制，可用图1加以说明。图中（a）表示曝光以后，通过显影、定影在明胶中曝光部分含有金属银微粒；（b）表示漂白以后，曝光部分的银微粒变为透明银盐（c）表示在干燥过程中曝光部分的明胶因鞣化引起表面变形，形成表面浮雕。在全息图的空间频率小于200线／mm时，浮雕比较明显；空间频率较大时浮雕很小。另外浮雕调制和折射率的调制作用是相加的。

　　寻常漂白的程序同振幅型全息图，只是在定影水洗后加一道漂白程序和水洗，漂白时间一般是在漂净后延长相同的时间。改变一下后续的处理可以提高衍射效率。

　　提高衍射效率的处理程序为：

　　(a)显影 D19显影液1：10稀释后显影2min，水洗30s；
　　(b)停显 用SB－1停显30s后，水洗30s；
　　(c)定影 用F－24定影后，流水冲洗1min；
　　(d)漂白 用酸铁漂白液漂白后流水洗1min；
　　(e)坚膜 用碱性甲醛通过坚膜液坚膜2min，流水洗5min；
　　(f)溶胀 在35oC左右的温水中浸泡10min；
　　(g)脱水 先用50％的异丙醇浸泡32min，再用100％的异丙醇浸泡4min；
　　(h)干燥 取出干版后立即用热风吹，然后用冷风吹（防止起霜）。

图1 寻常漂白示意图 图2 反转漂白示意图

　　②无定影漂白 无定影漂白有两种，一种是反转漂白，另一种是再卤化漂白。

　　无定影反转漂白的过程如图2所示。图中（a）表示曝光显影后在乳胶中曝光部分为金属银，未曝光部分为卤化银。（b）表示漂白时金属银变为可溶解的银盐，从而可从乳胶中除去，未曝光部分仍为卤化银。这样与寻常漂白恰恰相反，所以称为反转漂白。（c）表示干燥的时候曝光部分因明胶鞣化引起表面变形产生的浮雕。在这种情况表面浮雕调制和折射率调制的作用是相消的。无定影漂白处理程序如下：
　　(a)显影 用SD－48显影5min，24oC，水洗30s；
　　(b)停显 用21～27oC的SB－1停显30s，流水洗1min；
　　(c)漂白 用21～27oC的R－9漂白3min，流水洗5min；
　　(d)除色 用21～27oC的S－13A液除色1min；
　　(e)清洁 用21～27oC的S－13B液清洁1min，流水洗5～10min；
　　(f)脱水 用50％的甲醇浸泡3min，再用100％的异丙醇浸泡4min；
　　(g)干燥 在室温下自然干燥。

　　无定影再卤化漂白的漂白液中含有碱金属化合物，例如溴化钾。它可以使已显影的金属银成为溴化银，位相调制的形成是因为未曝光部分的卤化银向曝光部分扩散而形成的。这种漂白方法的优点是乳胶层的变化为最小。

　　③先漂白后定影 先漂白后定影是利用卤化银乳胶的灵敏性，通过处理后获得具有与重铬酸盐明胶（DCG）相同性质（高衍射效率、低噪声）的全息图，所以也称为卤化银敏化的明胶全息图（SHSG）。这种漂白的程序为：

　　(a)显影 用D－1显影液，5mins，20oC，水洗30s；
　　(b)停显 用SB－1停显，30s，流水洗1min；
　　(c)漂白 用R－9反转漂白，3min，流水洗10min；
　　(d)清洁 用S－13，B液，1min，流水洗5min；
　　(e)定影 用F－24定影3min，流水洗5min；
　　(f)浸泡 用蒸馏水浸泡2min；
　　(g)脱水 用50％异丙醇浸泡3min，再用100％异丙醇浸泡4min；
　　(h)干燥 先在室温下干燥30min，再放在有氯化钙的干燥器干燥15h。
　　
　　寻常漂白后再定影的程序为：

　　(a)显影 用DK－20显影4min，流水冲洗1min；
　　(b)漂白 用鞣化或非鞣化漂白。漂白后水洗1min；
　　(c)定影 用F－24定影，3min，流水洗5min；
　　(d)溶胀 在35oC的蒸馏水中浸泡10min；
　　(e)脱水 在无水乙醇中浸泡2min，再在异丙醇中浸泡4min；
　　(f)干燥 在20＜50％RH条件下干燥。

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全息标识模压复制及印后加工

　　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。

    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。

    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1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。圆压平式压印机由调温加热平台、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2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1 平压平式压印机 图2 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3 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

　　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。

　　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3所示。

图3 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4所示。

图4 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5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6给出了转印过程的原理图。

图5 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7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8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6 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7 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8 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

　　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9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9 透射／反射全息图成像原理 图10 透射／反射全息的透射成像

　　在图9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。

[时间：2005-04-12  作者：本站  来源：本站]