一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法，它主要具有微米、納米尺度特征的二維微納結(jié)構(gòu)組成，利用二維微納結(jié)構(gòu)的位相和振幅信息對(duì)入射光的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成特定的光散射圖案與效果。采用本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)保護(hù)的工藝與裝備，可完成相關(guān)微納結(jié)構(gòu)在金屬、塑料以及其它各種材質(zhì)表面的有效成形，可廣泛應(yīng)用于金銀幣及煙、酒等普通商品的有效防偽。
【背景技術(shù)】
[0002]從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，三維顯示、防偽等技術(shù)便得到了迅速發(fā)展，主要是以激光全息圖為主，但這種技術(shù)已經(jīng)半公開(kāi)，防偽功能受到挑戰(zhàn)。此外還有諸如水印防偽等技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)時(shí)間，基本原理及實(shí)現(xiàn)方法也已經(jīng)基本被大眾所了解。迫切需要發(fā)展新的防偽技術(shù)。
[0003]為此人們提出了基于光學(xué)原理的放大顯示防偽方法，這種方法的原理是:在正常照明條件下，人眼的極限分辨力為I分，在明視距離250mm條件下，人眼的極限分辨力為
0.072mm。一般來(lái)說(shuō)為使眼睛不疲勞，人眼的視角在4分左右，即可以分辨距離為0.3mm左右的兩個(gè)點(diǎn)。在一般情況下，1X 10個(gè)點(diǎn)刻組成簡(jiǎn)單圖案，其大小約在4_X4mm左右，其它細(xì)小的物體必須采用放大鏡或顯微鏡進(jìn)行放大才能看清其細(xì)微結(jié)構(gòu)。對(duì)于小于該尺度的圖案必須采用顯微鏡等輔助工具，這個(gè)觀察帶來(lái)很大不便。
[0004]隨后，人們又開(kāi)發(fā)出了基于微透鏡陣列的三維、動(dòng)態(tài)顯示和防偽技術(shù)，然而上述技術(shù)受到現(xiàn)有像素尺度(150微米)的限制，很難獲得流暢的動(dòng)態(tài)顯示效果和纖薄的厚度。同理，在三維電視中，也存在上述問(wèn)題，采用現(xiàn)有像素，三維圖像的顯示隨觀測(cè)角度成階段性變化，只有采用更加微小的像素尺寸方可獲得流暢的三維動(dòng)態(tài)效果。
[0005]為了克服上述三點(diǎn)問(wèn)題，我們提出了一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法，它主要具有微米、納米尺度特征的二維微納結(jié)構(gòu)組成，利用二維微納結(jié)構(gòu)的位相和振幅信息對(duì)入射光的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成特定的光散射圖案與效果。同時(shí)采用本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)保護(hù)的工藝與裝備，可完成相關(guān)微納結(jié)構(gòu)在金屬、塑料以及其它各種材質(zhì)表面的有效成形。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
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基于上述考慮，本發(fā)明提出一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法。它主要具有微米、納米尺度特征的二維微納結(jié)構(gòu)組成，利用二維微納結(jié)構(gòu)的位相和振幅信息對(duì)入射光的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成特定的光散射圖案與效果。同時(shí)采用本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)保護(hù)的工藝與裝備，可完成相關(guān)微納結(jié)構(gòu)在金屬、塑料以及其它各種材質(zhì)表面的有效成形。
[0007]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)解決方案通過(guò)以下步驟完成:一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法，其特征在于包括以下步驟:
一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法，由排列于平面的多個(gè)單元周期排列組成，每個(gè)單元包括成千上萬(wàn)個(gè)方形子單元。
[0008]進(jìn)一步，方形子單元具有不同的深度，所有子單元深度構(gòu)成的深度值可以為2個(gè)深度值，即2個(gè)臺(tái)階；也可以為多個(gè)深度值，即多個(gè)臺(tái)階。
[0009]進(jìn)一步，單元深度值與入射在微納結(jié)構(gòu)表面的激光波長(zhǎng)有關(guān)，其最高子單元深度與最低子單元深度構(gòu)成的光程差小于3個(gè)入射激光波長(zhǎng)。
[0010]進(jìn)一步，構(gòu)為反射型結(jié)構(gòu)，所有子單元深度構(gòu)成的深度值為2個(gè)深度值，即2個(gè)臺(tái)階時(shí)，對(duì)于反射結(jié)構(gòu)，其臺(tái)階深度具體為λ/10~λ，典型值為λ/6~λ/2，λ為激光波長(zhǎng)；
進(jìn)一步，微納結(jié)構(gòu)為透射型結(jié)構(gòu)，所有子單元深度構(gòu)成的深度值為2個(gè)深度值，即2個(gè)臺(tái)階時(shí)，對(duì)于反射結(jié)構(gòu)，其臺(tái)階深度具體為λ/2~2λ，典型值為λ/2/ (η-1)，η為材料折射率;
進(jìn)一步，到反射型微納結(jié)構(gòu)表面后，2臺(tái)階微結(jié)構(gòu)將散射后的光線(xiàn)形成兩個(gè)目標(biāo)圖案，且這兩個(gè)目標(biāo)圖案成近似中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)分布，承載反射型微結(jié)構(gòu)的表面為平面；
進(jìn)一步，于制作微納結(jié)構(gòu)的裝置包括雕刻源、精密對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)、精密調(diào)平系統(tǒng)和精密移動(dòng)系統(tǒng)四部分；
進(jìn)一步，所述的雕刻源可以為高功率激光器、汞燈、以及高能離子束等，主要用于對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行雕刻成形；所述的精密對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)、精密調(diào)平系統(tǒng)、精密移動(dòng)系統(tǒng)主要用于對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確定位；
進(jìn)一步，所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的激光散射圖像顯示方法，可成形各種復(fù)雜、炫麗的激光圖像；通過(guò)但不限于直接雕刻、電鑄、模壓等工藝，可以將該微納結(jié)構(gòu)制作于模具表面，后期，采用該模具進(jìn)行壓制，可將微納結(jié)構(gòu)壓制于金銀幣、錠及塑料鈔等物品表面，實(shí)現(xiàn)攜帶有微納結(jié)構(gòu)的金銀防偽制品批量化制備；除此以外，該結(jié)構(gòu)還可廣泛應(yīng)用于金銀首飾等貴重商品中，也可以應(yīng)用于煙、酒等普通商品表面，起到防偽、顯示的效果。
[0011]本發(fā)明的原理是:利用兩臺(tái)階或多臺(tái)階微納結(jié)構(gòu)對(duì)入射激光進(jìn)行衍射與散射，被散射的激光在遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行能量疊加，進(jìn)而形成設(shè)計(jì)的圖案；
本發(fā)明最大的特點(diǎn)在于:采用不規(guī)則排列、微納米尺度結(jié)構(gòu)對(duì)入射激光位相與振幅進(jìn)行調(diào)制，在遠(yuǎn)場(chǎng)可以再現(xiàn)設(shè)計(jì)的圖案，獲得鮮艷奪目的顯示效果。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果示意圖；圖中黑色方框內(nèi)的圖形為I個(gè)單元，其中灰度代表微納結(jié)構(gòu)深度，黑色最深、白色最淺。
[0013]圖3為圖2中單元放大后的圖案，每個(gè)方形結(jié)構(gòu)為一個(gè)子單元。
[0014]圖4為設(shè)計(jì)并加工完成的攜帶有微納結(jié)構(gòu)的金銀幣模具示意圖；
圖5為激光照射到樣品表面微納結(jié)構(gòu)后的顯示效果；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例二中設(shè)計(jì)并加工完成的微納結(jié)構(gòu)；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例二中激光照射到微納結(jié)構(gòu)表面后的顯示效果。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1，應(yīng)用于紀(jì)念幣中的顯示效果為“劍南春”及其LOGO的激光散射圖像微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備，激光波長(zhǎng)為500nm ；
設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖1，首先，選定“劍南春”及其LOGO作為目標(biāo)顯示圖案；將該圖案作為輸入值，并設(shè)定評(píng)價(jià)函數(shù)為:能量利用率m>80%，顯示亮度一致性誤差K〈5%，目標(biāo)圖案相似度80%，并以隨機(jī)產(chǎn)生的子單