一種具有表面微浮雕結構的硬幣及其壓制模具的全息防偽方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學全息、計算全息、二元光學技術領域，涉及一種具有表面微浮雕結 構的硬幣及其壓制模具的全息防偽方法。
【背景技術】
[0002] 目前世界各國普遍使用的貨幣及紀念幣有紙幣與硬幣兩種，相對于紙幣而言，硬 幣的偽造更加不易識別，難辨真偽。而目前已發現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 環節中及時辨別其真偽仍是較難實現的。
[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，對紙幣 防偽知識的普及，點鈔機、驗鈔燈等設備對造假紙幣流通形成障礙。而硬幣面額小，辨識真 假方法較少人關注，反而更容易在市場流通。這也說明了現有硬幣防偽技術的落后及實用 的硬幣防偽技術的應用價值。
[0004] 最后，對于特殊的紀念幣及稀有金屬制成的硬幣而言，由于其價值很高，仿造此種 硬幣會給仿造者帶來巨大的經濟利益。因此，高價值硬幣迫切需要新型的具有高科技含量 的防偽技術。
[0005] 因此，提升硬幣及其加工模具的防偽技術水平，為大眾提供一種新型的、簡單快速 的一線防偽手段是一項非常具有實際應用價值的技術。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種具有表面微浮雕結構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、簡單快速的一 線防偽技術。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0008] 一種具有表面微浮雕結構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、硬幣表面光學全息圖的記錄過程：
[0010] 物體發出的光波與參考光波疊加以后干涉圖樣的強度轉化為硬幣表面微浮雕結 構的復振幅反射率，計算公式如下：
[0011]
[0012] rH(x，y)為硬幣表面微浮雕結構的反射率函數，IJx，y)和1。(1，y)分別為參考波 和物體光波在Z = z平面的強度。
[0013] 第二步、硬幣表面光學全息圖的再現過程：
[0014] 用原參考光及共軛參考光照射硬幣表面微浮雕結構時，分別在不同的角度得到原 物的虛像和實像，其中：
[0015] 用原參考光照射到硬幣表面微浮雕結構后得到的衍射光場表達式：
[0016]
[0017] 式中的第一項為再現光的〇級衍射光，不包含記錄物的信息；第二項為再現光的 +1級衍射光，可顯示出物的虛像，第三項為再現光的-1級衍射光，可顯示出物的畸變共軛 實像；
[0018] 用共軛參考光照射到全息圖后得到的衍射光場表達式：
[0019；
[0020] 式中的第一項為再現光的〇級衍射光，不包含記錄物的信息；第二項為再現光的 +1級衍射光，可顯示出物的畸變虛像，第三項為再現光的-1級衍射光，可顯示出物的贗實 像，該贗實像的相位與物的相位互為相反數。
[0021] 第三步、硬幣表面計算全息圖的數值計算：
[0022] 將第一步記錄的光學全息圖用計算全息圖的方法得到數值結果。計算全息的制作 和再現過程分為采集、抽樣、計算、編碼、存儲與再現六個環節。其中的存儲環節需要采用二 元光學技術實現。
[0023] 第四步：硬幣表面微浮雕二元光學全息圖的設計，將計算全息圖轉化為二元光學 表面微浮雕結構，包含以下4個環節：
[0024] 環節1)根據硬幣表面微浮雕結構的復振幅反射率計算公式計算出硬幣表面微浮 雕結構的光波復振幅反射率函數；
[0025] 環節2)根據硬幣表面微浮雕結構的復振幅反射率計算公式中的相位差△巾（X， y)的數值除以/2后取余數所得的數值A巾'（x，y)并替換A巾（x，y)的數值，使得到 相位值 A ' (x，y) G [0，jt/2];
[0026] 環節3)將A ' (x，y)進行量化，2級量化的相位值集合為{0，it/2}，4級量化 的相位值集合為{〇, 31/6,jt/3,jt/2}，8級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級量化的相位值集合含有n個元素且元素值為 {0，Ji/2(n-l)，3i/(n-l)，33i/2(n-l)，23i/(n-l)，…，Ji/2};當選擇了量化級數后，將復 振幅反射率計算公式中的r H(x，y)在各個（x，y)坐標位置的A巾'（x，y)值按照四舍五 入原則轉化為該量化級數相位值集合中的元素值；
[0027] 環節4)將△巾'（x，y)的量化值轉化為硬幣的表面刻蝕深度：2級量化的相位值 集合為{0, Ji/2}，對應的硬幣的表面刻蝕深度值集合為{0, X/8} ;4級量化的相位值集合 為{〇,jt/6,jt/3,jt/2}，對應的硬幣的表面刻蝕深度值集合為{0, A/24, A/12, A/8} ;8 級量化的相位值集合為{〇, Ji/14, 3t/7,33t/14,23t/7,53t/14,33t/7,jt/2}，對應的硬幣 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級量化的相位值集合含有n個元素，元素值為{0, 31/2(11-1)，Jr An-l)，3 31/2(11-1)， 23TAn-l)，…，jt/2}，對應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為參考光與再現光的波長。
[0028] 第五步：根據硬幣表面微浮雕二元光學全息結構確定模具鋼表面微浮雕結構；
[0029] 第六步、采用二元光學加工方法對模具鋼表面微浮雕結構進行加工：
[0030] 模具鋼表面的凹凸結構需要采用二元光學加工技術，二元光學加工技術主要包含 光刻掩模板的加工、紫外光刻技術及刻蝕的加工技術3個環節。
[0031] 本發明利用光學全息、計算全息及二元光學原理通過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構，再利用特殊的再現光照射硬幣后衍射成 像，得到預先設計的防偽圖像或文字，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、簡單快速的一線防偽技術。
【附圖說明】
[0032] 圖1為光學全息記錄過程的光路圖，8-氦氖激光器，9-分束板，10-全反射鏡， 11-全息干板，12-擴束鏡，13-物體；
[0033] 圖2為光學全息技術的記錄過程原理圖；
[0034] 圖3為二維平面全息圖的再現影像實例圖；
[0035] 圖4為三維立體全息圖的再現影像實例圖；
[0036] 圖5為用原參考光照射硬幣表面全息圖的再現原理圖；
[0037] 圖6為用共軛參考光照射硬幣表面全息圖的再現原理圖；
[0038] 圖7為折射透鏡到二元光學表面浮雕透鏡的演變原理圖，5-普通折射透鏡，6-連 續浮雕衍射透鏡，7-多臺階浮雕二元光學透鏡；
[0039] 圖8為光線照射到硬幣表面反射浮雕結構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_硬幣表面浮雕結構最低的凹陷部位，4-硬幣浮雕結構最高的凸起 部位；
[0040] 圖9為單臺階表面浮雕結構的光刻刻蝕加工技術的原理圖；
[0041] 圖10為四臺階、八臺階表面浮雕結構的套刻刻蝕加工技術原理圖；
[0042] 圖11為光刻掩模板的制作原理圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋 在本發明的保護范圍中。
[0044] 本發明提供了一種具有表面微浮雕結構的硬幣及其壓制模具的全息防偽新方法， 該技術涉及光學全息、計算全息及二元光學的相關原理與技術。具體步驟如下：
[0045] 第一步：硬幣表面光學全息圖的記錄過程，從原理上闡明該防偽技術的記錄方法。
[0046] 光學全息技術可將物體發出光的全部信息（振幅和相位）記錄在介質上，然后通 過再現過程利用再現光照射記錄介質可還原出原始物的三維圖像信息。如圖1所示，光學 全息技術記錄在介質上的圖案是物體發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 之間的相互位置關系。該記錄介質上的條紋圖案所記錄的原始物信息是無法被人眼和顯微 鏡直接觀測獲取的，只能通過再現光照射方可投射出來。因而全息介質記錄的全息圖很難 被仿造，全息技術已被廣泛應用于防偽領域。
[0047] 實用的光學全息圖主要有菲涅耳全息圖、夫瑯禾費全息圖、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，而且分析與計算過程相對簡單，設計過 程也較為簡便，所以本發明以菲涅耳全息圖進行硬幣表面光學全息圖的設計。而夫