CN103025536A - 光学可写全息介质 - Google Patents

Abstract

本发明描述了光学可写全息卡（100）、光学可写全息介质和制作该介质的方法。卡（100）具有包括光学可写材料的介质区域（102）。光学可写材料具有全息压花，使全息图像可由光学可写材料产生。该介质包括全息压花的第一层（404、504）。光学可写、光学可读的第二层（406、506）与该压花（404、504）一致。全息图像可由第二层（406、506）产生。该方法包括产生与全息图像相关的全息压花。光学可写层与全息压花一致。全息图像响应于照射光学可写层而为可观看到的。光学可写层是光学可读的。卡（100）上的光学可写材料可支持光学写入的数字数据和具有数字数据嵌入的光学写入的图像。

Description

光学可写全息介质

技术领域

本发明总体上涉及全息图、身份卡和光学可写介质，且特别是涉及光学安全介质卡。

背景技术

当前的光学卡技术提供非常高质量的聚碳酸酯卡产品，其能够以每个卡在1-2.5兆字节内的范围光学地记录（写入）数字数据，其也可支持高达每英寸24000个点（dpi）或约每厘米9400点的高分辨可视肖像的光学记录（写入）。激光成像的身份卡描述在授予DybalL的美国专利No.5,421,619中，其卡具有反光记录材料的条带。在已知的当前设计中，光学安全介质（OSM）卡包括沿着OSM卡总长度的光学可写/光学可读条，其宽度为16至35毫米，并且采用成本在$5000以下的台式OSM读写***可写且可读。这样的OSM卡，即具有光学可写区域的卡，因复制困难而广泛地看作适合于最防欺诈的卡。特别是，光学写入高分辨可视图像呈现出非常高的伪造障碍，其是导致很多顾客选择OSM卡的主要特征。数据存储的大小被证实为次要考虑的内容。

然而，与简单的塑料卡相比，由于具有相对高的技术成本以及受OSM外形尺寸的局限，OSM卡的广泛使用已经受到限制。

还已知能个性化身份卡的***采用激光来雕刻塑料卡。激光雕刻不等同于光学写入，并且其应用于并不认为可光学写入的各种广泛材料。当前商业上使用的YAG激光雕刻机的成本在$50000以上。激光雕刻机使用比光学写入激光更高功率的激光，因为激光雕刻机在雕刻时碳化塑料或其它材料。

开发出一种比当前激光雕刻更加安全且为了个性化可采用更便宜的机器的介质将更适于广大的卡产品。具有个性化安全特征的低成本卡将实际可行地使针对通常需要预约进行激光雕刻的集中发行计划替换成个性化卡的分散发行。这种介质也可与售价超过$500000且具有相对高自耗成本的新兴的个性化全息图机器（全息图工业及其他）相竞争。

发明内容

在光学可写全息卡和相关的光学可写全息介质中，光学可写材料用于制作压花全息图。光学可写层或材料替代压花全息图中已知的反射层。和已知的压花全息图一样，并且与已知的光学可写介质和已知的光学可写卡相比，光学可写全息介质和光学可写全息卡能产生全息图像，作为光学可写材料具有全息压花的结果。通过与不是光学可写的已知压花全息图相比，光学可写全息介质和光学可写全息卡支持在刻有压花的光学可写材料上的光学数据写入和光学图像写入。

本文描述了一种光学可写全息卡。描述了一种适合于光学可写全息卡中使用的光学可写全息介质。描述了一种制作光学可写全息介质的方法。

在该方法中，产生与全息图像相关的全息压花。光学可写层与全息压花一致。响应于照射光学可写层，全息图像是可观看到的。光学可写层可包含光学可读的数字数据和/或眼睛可观看到的图像。

光学可写全息介质具有第一层和第二层。全息压花的第一层具有对应于全息图像的压花。光学可写、光学可读的第二层与压花一致。全息图像可由光学可写第二层产生。

光学可写全息卡包括卡和卡上的介质区域。介质区域包括具有全息压花的光学可写材料。涉及全息压花的全息图像可由光学可写材料产生。

附图说明

图1是根据本发明采用光学可写全息介质的光学可写全息卡的主视图。

图2是用于压花全息图的现有工艺中各层的截面图。

图3是现有***从聚酯支撑物释放压花全息图且热连接压花全息图到基板的透视图。

图4是具有全息压花且适合于用在图1的光学可写全息卡中的光学可写全息介质中各层的截面图。

图5是作为图4的层的变型方案具有全息压花且适合于在图1的光学可写全息卡中使用的光学可写全息介质中各层的截面图。

图6是粘合到透明层且从释放层释放的适合于图1的光学可写全息卡中使用的光学可写全息介质中各层的截面图。

图7是作为图1的光学可写全息卡变型方案的光学可写全息卡的主视图。

具体实施方式

参见图1，本文公开了使用根据本发明的光学可写全息介质的光学可写全息卡100。通过用光学可写材料替代已知被嵌入全息图中的反射层，光学可写全息介质提供了光学数据写入、光学图像写入以及由光学可写材料制作的耐久压花全息图，如参考图1-7所描述。

图1所示的光学可写全息卡100具有光学可写数据区域102、光学可写图像区域104以及压花全息图区域（embossed hologram region）106，每一个区域由光学可写材料制作。全息图可嵌入在压花全息图区域106中，并且光学可写数据区域102和光学可写图像区域104可例如像对应个别卡的独立拥有者或使用者一样进行个性化，以具有针对该个别卡的独有信息和图像。通过在一个方法中并采用能被卡制造者所并用的设备来制作光学可写全息介质并将其应用于光学可写全息卡100。光学可写全息卡100具有个性化的嵌入的全息图，并具有可制作成不同外形尺寸且可应用于范围较广泛的卡体材料中的介质。在当前各种光学写入器/光学读出器中，该光学可写全息介质是可读取的，包括数据的光学读取和高分辨率图像的光学读取。采用高分辨光学写入，可将传统类型的全息图像写入或嵌入在光学可写图像区域104中。在讨论了全息图类型、层和制造工艺之后，将描述光学可写全息卡、介质和方法的进一步细节。

有两种主要类型的全息图材料，一种是已知的体积全息图，而另一种是已知的压花全息图。图1的光学可写全息卡100利用的是对已知压花全息图的改进，该改进包括用光学可写材料构造压花全息图的反射层。已知的体积全息图和压花全息图通过不同的技术制作，然而在此之前，下面参考图2和3描述的已知类型的全息图没有用光学可写材料制造过。

体积全息图由主全息图以照相的方式再现，并且采用遍及高分辨照相感光剂深度和面积的干涉条纹捕获全息图像。体积全息图典型地显示一个衍射的颜色，该颜色对应于捕获该全息图所采用的激光的波长，尽管可用两色和三色在所产生的全息图像中模仿全部的光谱颜色。表面浮雕或压花的全息图通过从母压花模具（master embossing die）冲压、挤压或铸模工艺再现，并且采用例如用光致抗蚀剂或光导热塑记录的干涉条纹捕获全息图像，并且以蚀刻或其他方式印在原本平坦的表面中。在白光中观看时，压花全息图典型地显示出彩虹效应。体积全息图产生或形成较高质量的全息图像但制造更加昂贵，而压花全息图产生或形成较低质量的全息图像但制造较便宜。在授予给Toshine等人的美国专利No.7,101,644中描述了全息图转印箔。

参见图2，其示出了在现有已知工艺中的用于压花全息图的压花全息图层200。将现有的压花全息图层200改进为提供光学可写全息介质，如参考图4和5的进一步描述。因为全息记录能被机械转印，所以压花全息图也已知为转印全息图。图2示出了热转印全息图片段，通常用于全息图衬底的应用。采用母压花模具（未示出），将全息图压花到薄的压花的丙烯酸层206中。压花丙烯酸层206中的脊和脊之间的间隙对应于母压花模具上记录的全息干涉条纹。

压花丙烯酸层206支撑在聚酯膜210上。释放层208在压花丙烯酸层206和聚酯膜210之间形成。典型地，压花层206涂有铝反射层204，其与压花层206一致。然后，铝反射层204覆盖有热活化粘合剂层202。全息图到基板的转印通过热冲压实现，这活化了热活化粘合剂层202。来自热活化粘合剂层202的热熔粘合剂将全息图粘合到基板（未示出）。通过把压花丙烯酸层206从释放层208以及聚酯膜210支撑层分离，实现全息图到基板的转印。

参见图3，现有已知的热连接***300将压花全息图302粘合到诸如身份卡的基板304。热连接器306给压花全息图302施加热，使压花全息图302从聚酯膜308上剥离。来自热连接器306的热熔化了压花全息图302上的热活化粘合剂，则压花全息图302粘合到基板304。热连接***300制造了一整张身份卡310，然后通过切割工艺分开。

参见图4和5，具有压花全息图的光学记录、光学可写的全息介质通过将现有的压花全息图的已知铝反射层204替代为光学可写层或光学可写材料而产生。由于现有压花全息图的标准铝反射层204不是光学可写材料，现有标准的压花全息图并不由光学可写材料制作。

可使用已知标准的可写CD-ROM、可写DVD、可擦可写CD-ROM或可擦可写DVD工艺和产品中的光学可写层或使用例如安全身份卡中的光学可写介质条带来取代铝反射层204。有机激光接受染料可在蒸发铝前施加给压花丙烯酸层206，即在产生压花丙烯酸层后且在加入铝层前，或者在压花丙烯酸层和铝层之间，从而使结合后的有机激光接受染料和铝为光学可写的。在变型方案中，有机激光接受染料在铝反射层204施加到压花丙烯酸层206后施加到铝反射层204。可用于替代铝反射层204的各种类型的光学可写材料和介质包括凹陷形成介质、气泡形成介质、色变介质、可擦除的介质、可擦除的凹陷形成介质、凸块形成介质、相变介质和光致变色介质。其它的光学可写材料和层可由本领域的技术人员想到。可以是具有子层的一层或由多层构成一化合物层。

光学可写介质被聚焦的激光束写入（通过光学写入），以在介质上记录对应于数据位或图像像素的斑点。光学可写介质被由介质反射的聚焦的激光束读取（通过光学读取），以检测介质上写入的斑点。本文使用的术语光学写入和光学读取，在应用于数据和图像时（例如光学写入或记录的数据以及光学写入或记录的图像）具有与光学写入或光学记录数据或者光学写入或光学记录图像等同的意思，这包括给光学介质光学写入斑点，该斑点采取上面讨论过的反射率变化区域的形式或现有技术中已知的形式。

当读取光学可写介质时，在被反射的聚焦激光束中检测到了与写到介质上的一和零相对应的反射率的变化。光学可写介质是固有反射的。通过用图4的光学可写层406或图5的光学可写层506取代图2的压花全息图层200中的铝反射层204，光学可写全息介质层400或500可反射且衍射入射光，并且产生与全息压花相关的全息图像。

如此产生的光学可写的、压花的全息介质为全息OSM片的形式。在一个实施例中，将全息OSM片转印到一透明的保护层，透过热活化粘合剂观看到最终的全息OSM。在进一步的实施例中，全息OSM片转印到基板，随后将透明的保护层粘合到丙烯酸侧。

参见图4，其示出了光学可写全息介质层400的截面图。层400包括基板402、压花的丙烯酸层404、光学可写层406、转印粘合剂层408以及透明层410，其中基板402可以是诸如身份卡的卡，转印粘合剂层408应为透明的，透明层410可以是透明覆盖片。在示范性工艺中，采用母压花模具压花丙烯酸层404，该母压花模具具有对应于全息图像所记录的全息干涉条纹。光学可写层406施加至压花的丙烯酸层404，并且与压花的丙烯酸层404的全息压花一致。转印粘合剂层408施加至光学可写层406。利用热，转印粘合剂层408部分地熔化且粘合到透明层410。随后，压花的丙烯酸层404的平坦的、非压花侧粘合到基板402。响应于透过透明层410照射光学可写层406，全息图像能透过透明层410观看。当透过透明层410和转印粘合剂层408观看时，光学可写层406显示出压花的丙烯酸层404的全息压花，并且因此能够产生或形成全息图像。

参见图5，其示出了光学可写全息介质层500的截面图，作为图4的光学可写全息介质层400的变型方案。层500包括基板502、转印粘合剂层508、光学可写层506、压花的丙烯酸层504和透明层510，其中基板502可以是诸如身份卡的卡，透明层510可以是透明覆盖片。在示范性工艺中，采用母压花模具压花丙烯酸层504，该母压花模具具有对应于全息图像所记录的全息干涉条纹。光学可写层506施加至压花的丙烯酸层504，并且与压花的丙烯酸层504的压花（embossment）一致。转印粘合剂层508施加至光学可写层506。利用热，转印粘合剂层508部分地熔化且粘合到基板502。随后，压花的丙烯酸层504的平坦的、非压花侧粘合到透明层510。响应于透过压花的丙烯酸层504照射光学可写层506，全息图像能透过透明层510观看。当透过透明层510和压花的丙烯酸层504观看时，光学可写层506显示出压花的丙烯酸层504的全息压花，并且因此能够产生或形成全息图像。

在变型方案中，可想到其它的材料、顺序或层。母压花模具可为正的，或为负的，即为初始记录的全息干涉条纹的反向情况，这取决于是如图5所示透过压花的丙烯酸层504观看全息图还是如图4所示透过透明粘合剂层408观看。同样地或在变型方案中，采用正的或负的母压花模具可取决于能从光学可写材料的哪面观看到全息压花，例如光学可写层406或506。

诸如压花的丙烯酸层404或压花的丙烯酸层504的压花层可以本领域的技术人员能想到的各种方式生产为与全息图像相关。压花层采用母压花模具生产，母压花模具的表面浮雕（surface relief）对应于与全息图像相关的全息干涉条纹。在第一示范性工艺中，丙烯酸材料层或其它可模塑材料层被加热，并且在丙烯酸层上挤压或冲压母压花模具，以在丙烯酸材料层或其它材料层上印出压花。在第二示范性工艺中，丙烯酸材料或其它可模塑材料被熔化且模制在母压花模具上的层中，以将压花转印至该模塑材料，然后冷却该模塑材料且保持压花。在第三示范性工艺中，采用光聚合作用（2p）工艺。把UV可固化的制剂（例如液体形式的光聚合物）施加至母压花模具，并且紫外（UV）光通过光聚合作用固化所施加的制剂。在这种UV固化的铸模工艺中，被固化的层保持压花作为压花层。这些工艺和其它工艺均可生产出对应于全息图像或与全息图像相关的压花层，即具有压花的层。这种冲压、挤压或铸模的层均具有全息压花。

使光学可写层与压花层一致将表面浮雕给予光学可写层以对应于与全息图像相关的全息干涉条纹。因此，光学可写层具有且保持全息压花。作为光学可写层上的全息压花以及光学可写层材料的固有反射率的结果，全息图像可由全息压花的光学可写层产生。

尽管透过诸如图4的转印粘合剂层408的热转印粘合剂观看全息图为视觉上可接受的，但UV可固化透明粘合剂可提供光学质量上的改善，因为具有很低的光学缺陷。可想到使用各种粘合剂。如果全息图透过粘合剂观看，则粘合剂应为透明的。

参见图6，UV可固化透明粘合剂608用于将光学可写全息介质粘合到透明层610。在第一示范性工艺中，UV可固化透明粘合剂608施加给透明层610，并且使与全息压花层604一致的光学可写层606与UV可固化透明粘合剂608接触。在第二示范性工艺中，UV可固化透明粘合剂608施加给光学可写层606，并且使透明层610与UV可固化透明粘合剂608接触。一旦使各层在一起，透过透明层610施加UV光612以固化UV可固化透明粘合剂608。在粘合各层后，聚酯基板616和释放层614从光学可写全息介质去除，例如，通过从全息压花的层604剥离聚酯基板616和释放层614来去除。

光学可写全息介质可在本领域的技术人员能想到的各种工艺或制品中应用到诸如身份卡的进一步产品或者成为其一部分。在第一示例中，如通过对图3的热连接***300的变化，介质以片段方式应用。在第二示例中，介质作为连续膜应用。在第三示例中，遮住留下的不涂镀的制品区域，把对上述工艺的变化应用到没有遮住的区域。在第四示例中，把上述工艺的变化应用到一制品，并蚀刻掉若干区，用来形成不同区域。在第五示例中，生产且销售以张形式的介质，以准备层叠成卡的结构。在第六示例中，生产且销售以转印带上的片段或区域形式的介质。在第七示例中，生产且销售以具有可记录介质、预定高分辨图像和预定传统全息图的转印带的形式的介质。可想到进一步变型方案。

参考图1和7，其示出了光学可写全息卡具有光学可写全息介质的示例。光学可写全息介质可结合卡来制造，或者单独地制造且应用于卡。

在图1中，光学可写全息卡100具有例如通过层叠到基板卡或通过对其进一步处理而应用于卡的光学可写全息介质，或者光学可写全息卡100由光学可写全息介质制造。在一个示例中，光学可写材料为单次写入、多数或多次读取（WORM）的。在进一步示例中，光学可写材料为读取/写入（R/W）且可擦除的。光学可写数据区域102支持像来自现有或进一步开发的光学介质数据写入装置一样的光学数据写入。光学写入的数据110的近视图示出了对应于激光写入的位的微观斑点。光学可写图像区域104支持像通过写入一或零以产生亮斑点和暗斑点，或者通过抖动，或者通过写入灰阶斑点一样的图像光学写入，对应于数字化图像或数字化区域或其像素。在身份卡中，图像可为人的照片。光学写入的图像108的部分近视图示出了对应于激光写入的部分图像的微观斑点。压花全息图区域106具有如所述的从母压花模具而压印出全息压花的光学可写材料。压花全息图区域106示出为光学可写全息卡100的边界，但该压花全息图区域106可具有另一种形状，或者占据光学可写全息卡100或其他制品的另一个区域。

在图7中，光学可写全息卡700具有应用于卡的光学可写全息介质，或者该光学可写全息卡700由光学可写全息介质制作。光学可写数据区域702、光学写入的数据710的近视图、光学可写图像区域704、光学写入的图像708的近视图、压花全息图区域706以及所使用的单次写入、多数读取或读取/写入且可擦除的材料类似于图1的对应特征和视图。

进一步地，光学可写全息卡700将数字数据714嵌入在图像区域中。在所示的示例中，每个第六条轨迹或行写入数字数据，例如，在六个中的一条轨迹或一行中写入数字数据，所示出的数字数据的斑点尺寸小于图像的斑点尺寸，其中由图像斑点组成其余的五个轨迹。图像中嵌入的数字数据会使图像略微劣化，但图像劣化可通过改变图像区域中数据轨迹或行的数量或比例，或者通过改变数字数据位或斑点对图像像素或斑点的比例而调节。

更进一步地，光学可写全息卡700具有轨迹编码区域712，轨迹在该区域中被编码，并且轨迹编码以压花表示。轨迹718由压花物理地勾画轮廓。如压花的轨迹编码和激光写入的图像716之间交叉处的近视图所示，压花的轨迹编码可用斑点写入，该斑点尺寸小于激光写入的图像的斑点尺寸。在变型方案中，数据或图像的斑点尺寸可大于或小于或等于其它的斑点尺寸。

图1和7示出了光学可写数据区域102和702、光学可写图像区域104和704以及压花全息图区域106和706，它们全部在光学可写全息介质上。同样，图1和7示出了大面积的光学可写全息介质，其可细分成可写数据区域、可写图像区域和压花全息图区域。在变型方案中，压花全息图区域支持光学数据写入和/或光学图像写入。

在进一步变型方案中，光学可写图像区域支持以近似全息干涉条纹的图案高分辨光学记录间隔近的激光写入斑点。该过程涉及已知的激光雕刻全息图，其采用激光以近似全息干涉条纹的图案来雕刻诸如塑料卡的材料。光学写入的图案产生全息图像。在变型方案中，高分辨照片图像被光学写入到光学可写图像区域，并且用光干涉效应形成可能为部分全息的半照片图像。

光学可写全息卡100以及相关的光学可写全息介质至少实现了下面的目标。

1）提供能支持创造“个性化的嵌入的全息图”的便宜的介质。光学可写全息介质具有嵌入的压花全息图，并且可以用光学写入的图像和光学写入的数据进行个性化。

2）介质能以不同外形尺寸应用于卡，而不是像现有已知的卡的情况那样仅仅为条带。该光学可写全息介质可以各种外形尺寸制作。

3）介质能应用于范围广泛的卡体材料。该光学可写全息介质可与诸如卡和其它产品中使用的各种材料整体制造或与其粘合。

4）所设计的介质能由当前用于全息图的设备和技术的一部分或通过对该设备和技术的变化来施加，从而使它易于被大部分卡制造者所并用。制造光学可写全息介质的方法以及所产生的介质可适用于已知经改造的设备和技术。

5）介质可在当前的各种读写器中读取，从而可提供能形成个性化全息图的相对低成本的台式***。光学可写全息介质及相关的光学可写全息卡支持各种已知光学写入***的光学写入。

6）产品的扩展包括数据的记录。光学可写全息卡及相关的介质支持数据的写入。

7）除了个性化的嵌入的全息图外，产品的扩展包括高分辨图像和/或传统的全息图像。光学可写全息卡及相关的介质支持图像的光学写入和具有全息特性类型的图像的光学写入。

Claims (20)

1.一种制作光学可写全息介质的方法，该方法包括：

产生与全息图像相关的全息压花；以及

使光学可写层与该全息压花一致；其中

该全息图像响应于照射该光学可写层而为可观看到的；并且

该光学可写层是光学可读的。

2.如权利要求1所述的制作光学可写全息介质的方法，其中产生全息压花包括制作或使用具有表面浮雕的母压花模具，该表面浮雕对应于与该全息图像相关的全息干涉条纹。

3.如权利要求1所述的制作光学可写全息介质的方法，其中使该光学可写层与该全息压花一致将表面浮雕给予该光学可写层以对应于该全息图像相关的全息干涉条纹。

4.如权利要求1所述的制作光学可写全息介质的方法，其中产生该全息压花包括将母压花模具挤压或冲压进入可模塑层，或者在该母压花模具上铸模该可模塑层。

5.如权利要求1所述的制作光学可写全息介质的方法，其中产生该全息压花包括采用紫外光固化施加到母压花模具的光敏聚合物，该固化的光敏聚合物形成具有该全息压花的全息压花层。

6.一种光学可写全息介质，包括：

具有对应于全息图像的压花的全息压花的第一层；和

与该压花一致的光学可写、光学可读的第二层；

其中该全息图像由该第二层产生。

7.如权利要求6所述的光学可写全息介质，其中该第一层包括压花的丙烯酸层。

8.如权利要求6所述的光学可写全息介质，其中该第一层包括紫外光固化的光敏聚合物。

9.如权利要求6所述的光学可写全息介质，还包括粘合剂层。

10.如权利要求9所述的光学可写全息介质，其中该粘合剂层包括热转印粘合剂。

11.如权利要求9所述的光学可写全息介质，其中该粘合剂层包括紫外光固化的光敏聚合物。

12.如权利要求6所述的光学可写全息介质，还包括释放层。

13.如权利要求6所述的光学可写全息介质，还包括透明层。

14.如权利要求6所述的光学可写全息介质，其中该第二层包括这样的材料，该材料响应于光学写入而色变、相变、光致变色、单次写入或可擦除、或者形成气泡、凹陷或凸块。

15.一种光学可写全息卡，包括：

卡；和

该卡上的介质区域，该介质区域包括具有全息压花的光学可写材料，使与该全息压花相关的全息图像由该光学可写材料产生。

16.如权利要求15所述的光学可写全息卡，其中该光学可写材料支持光学写入的数字数据和光学写入的图像。

17.如权利要求15所述的光学可写全息卡，其中该光学可写材料包括具有数字数据嵌入的光学写入的图像。

18.如权利要求15所述的光学可写全息卡，其中该光学可写材料具有压花的轨迹编码。

19.如权利要求15所述的光学可写全息卡，其中该光学可写材料具有压花的轨迹轮廓。

20.如权利要求15所述的光学可写全息卡，其中该光学可写材料具有产生全息图像的光学写入的图案。

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