一种具有表面微浮雕结构的硬币及其压制模具的全息防伪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学全息、计算全息、二元光学技术领域，涉及一种具有表面微浮雕结 构的硬币及其压制模具的全息防伪方法。
【背景技术】
[0002] 目前世界各国普遍使用的货币及纪念币有纸币与硬币两种，相对于纸币而言，硬 币的伪造更加不易识别，难辨真伪。而目前已发现的假硬币多为第四套人民币1元币，由于 硬币的仿造成本低，该类假硬币模压工艺差、图纹模糊、镀层薄、较易生锈腐蚀，但要在流通 环节中及时辨别其真伪仍是较难实现的。
[0003] 此外，伪造纸币的流通难度大于硬币流通难度。主要是纸币面额一般较大，对纸币 防伪知识的普及，点钞机、验钞灯等设备对造假纸币流通形成障碍。而硬币面额小，辨识真 假方法较少人关注，反而更容易在市场流通。这也说明了现有硬币防伪技术的落后及实用 的硬币防伪技术的应用价值。
[0004] 最后，对于特殊的纪念币及稀有金属制成的硬币而言，由于其价值很高，仿造此种 硬币会给仿造者带来巨大的经济利益。因此，高价值硬币迫切需要新型的具有高科技含量 的防伪技术。
[0005] 因此，提升硬币及其加工模具的防伪技术水平，为大众提供一种新型的、简单快速 的一线防伪手段是一项非常具有实际应用价值的技术。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种具有表面微浮雕结构的硬币及其压制模具的全息防伪 方法，该方法可提升硬币及其加工印章的防伪水平，为大众提供一种新型的、简单快速的一 线防伪技术。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种具有表面微浮雕结构的硬币及其压制模具的全息防伪方法，包括如下步骤：
[0009] 第一步、硬币表面光学全息图的记录过程：
[0010] 物体发出的光波与参考光波叠加以后干涉图样的强度转化为硬币表面微浮雕结 构的复振幅反射率，计算公式如下：
[0011]
[0012] rH(x，y)为硬币表面微浮雕结构的反射率函数，IJx，y)和1。(1，y)分别为参考波 和物体光波在Z = z平面的强度。
[0013] 第二步、硬币表面光学全息图的再现过程：
[0014] 用原参考光及共轭参考光照射硬币表面微浮雕结构时，分别在不同的角度得到原 物的虚像和实像，其中：
[0015] 用原参考光照射到硬币表面微浮雕结构后得到的衍射光场表达式：
[0016]
[0017] 式中的第一项为再现光的〇级衍射光，不包含记录物的信息；第二项为再现光的 +1级衍射光，可显示出物的虚像，第三项为再现光的-1级衍射光，可显示出物的畸变共轭 实像；
[0018] 用共轭参考光照射到全息图后得到的衍射光场表达式：
[0019；
[0020] 式中的第一项为再现光的〇级衍射光，不包含记录物的信息；第二项为再现光的 +1级衍射光，可显示出物的畸变虚像，第三项为再现光的-1级衍射光，可显示出物的赝实 像，该赝实像的相位与物的相位互为相反数。
[0021] 第三步、硬币表面计算全息图的数值计算：
[0022] 将第一步记录的光学全息图用计算全息图的方法得到数值结果。计算全息的制作 和再现过程分为采集、抽样、计算、编码、存储与再现六个环节。其中的存储环节需要采用二 元光学技术实现。
[0023] 第四步：硬币表面微浮雕二元光学全息图的设计，将计算全息图转化为二元光学 表面微浮雕结构，包含以下4个环节：
[0024] 环节1)根据硬币表面微浮雕结构的复振幅反射率计算公式计算出硬币表面微浮 雕结构的光波复振幅反射率函数；
[0025] 环节2)根据硬币表面微浮雕结构的复振幅反射率计算公式中的相位差△巾（X， y)的数值除以/2后取余数所得的数值A巾'（x，y)并替换A巾（x，y)的数值，使得到 相位值 A ' (x，y) G [0，jt/2];
[0026] 环节3)将A ' (x，y)进行量化，2级量化的相位值集合为{0，it/2}，4级量化 的相位值集合为{〇, 31/6,jt/3,jt/2}，8级量化的相位值集合为{0, Ji/14, 31/7, 3 Ji/14， 2 JT /7, 5 JT /14, 3 JT /7，JT /2}，依次类推，n级量化的相位值集合含有n个元素且元素值为 {0，Ji/2(n-l)，3i/(n-l)，33i/2(n-l)，23i/(n-l)，…，Ji/2};当选择了量化级数后，将复 振幅反射率计算公式中的r H(x，y)在各个（x，y)坐标位置的A巾'（x，y)值按照四舍五 入原则转化为该量化级数相位值集合中的元素值；
[0027] 环节4)将△巾'（x，y)的量化值转化为硬币的表面刻蚀深度：2级量化的相位值 集合为{0, Ji/2}，对应的硬币的表面刻蚀深度值集合为{0, X/8} ;4级量化的相位值集合 为{〇,jt/6,jt/3,jt/2}，对应的硬币的表面刻蚀深度值集合为{0, A/24, A/12, A/8} ;8 级量化的相位值集合为{〇, Ji/14, 3t/7,33t/14,23t/7,53t/14,33t/7,jt/2}，对应的硬币 的表面刻蚀深度值集合为{〇, A/56, A/28,3A/56, A/14,5A/56,3A/28, A/8}，依次类 推，n级量化的相位值集合含有n个元素，元素值为{0, 31/2(11-1)，Jr An-l)，3 31/2(11-1)， 23TAn-l)，…，jt/2}，对应的硬币的表面刻蚀深度值集合为{0，A/8(n-l)，A/4(n-l)， 3入/8(n_l)，A/2(n_l)，…，A/8}，其中A为参考光与再现光的波长。
[0028] 第五步：根据硬币表面微浮雕二元光学全息结构确定模具钢表面微浮雕结构；
[0029] 第六步、采用二元光学加工方法对模具钢表面微浮雕结构进行加工：
[0030] 模具钢表面的凹凸结构需要采用二元光学加工技术，二元光学加工技术主要包含 光刻掩模板的加工、紫外光刻技术及刻蚀的加工技术3个环节。
[0031] 本发明利用光学全息、计算全息及二元光学原理通过特殊的工艺途径在金属硬币 表面加工隐藏的防伪图像或文字的微浮雕结构，再利用特殊的再现光照射硬币后衍射成 像，得到预先设计的防伪图像或文字，提升硬币及用于硬币加工的模具钢印章的防伪水平， 从而为大众提供一种新型的、简单快速的一线防伪技术。
【附图说明】
[0032] 图1为光学全息记录过程的光路图，8-氦氖激光器，9-分束板，10-全反射镜， 11-全息干板，12-扩束镜，13-物体；
[0033] 图2为光学全息技术的记录过程原理图；
[0034] 图3为二维平面全息图的再现影像实例图；
[0035] 图4为三维立体全息图的再现影像实例图；
[0036] 图5为用原参考光照射硬币表面全息图的再现原理图；
[0037] 图6为用共轭参考光照射硬币表面全息图的再现原理图；
[0038] 图7为折射透镜到二元光学表面浮雕透镜的演变原理图，5-普通折射透镜，6-连 续浮雕衍射透镜，7-多台阶浮雕二元光学透镜；
[0039] 图8为光线照射到硬币表面反射浮雕结构不同位置处被反射后的光路图，1-第一 光线1，2_第二光线2,3_硬币表面浮雕结构最低的凹陷部位，4-硬币浮雕结构最高的凸起 部位；
[0040] 图9为单台阶表面浮雕结构的光刻刻蚀加工技术的原理图；
[0041] 图10为四台阶、八台阶表面浮雕结构的套刻刻蚀加工技术原理图；
[0042] 图11为光刻掩模板的制作原理图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0044] 本发明提供了一种具有表面微浮雕结构的硬币及其压制模具的全息防伪新方法， 该技术涉及光学全息、计算全息及二元光学的相关原理与技术。具体步骤如下：
[0045] 第一步：硬币表面光学全息图的记录过程，从原理上阐明该防伪技术的记录方法。
[0046] 光学全息技术可将物体发出光的全部信息（振幅和相位）记录在介质上，然后通 过再现过程利用再现光照射记录介质可还原出原始物的三维图像信息。如图1所示，光学 全息技术记录在介质上的图案是物体发出的光与参考光干涉叠加形成的纵横分布的干涉 条纹，这些干涉条纹的形状、疏密、强度分布取决于物光波和参考光波的波前特性以及两者 之间的相互位置关系。该记录介质上的条纹图案所记录的原始物信息是无法被人眼和显微 镜直接观测获取的，只能通过再现光照射方可投射出来。因而全息介质记录的全息图很难 被仿造，全息技术已被广泛应用于防伪领域。
[0047] 实用的光学全息图主要有菲涅耳全息图、夫琅禾费全息图、傅里叶变换全息图三 种。其中菲涅耳全息图适合记录普通物体的全息图，而且分析与计算过程相对简单，设计过 程也较为简便，所以本发明以菲涅耳全息图进行硬币表面光学全息图的设计。而夫