专利名称：位相保密器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及加密技术，特别是一种利用相息图的位相信息实现加密的位相保密器及其制造方法。
彩虹全息是目前广泛使用的一种防伪手段，其制造过程为模拟技术，具有成本低的优点，但较容易仿造。传统的光学加密技术多是利用光振幅信息进行加密，即对光强敏感的加密方式。例如，纸币、护照上的条纹图案或是商标上那些随机产生的黑白点阵。随着高精度的复印机、扫描仪、CCD等硬件设备性能的提高，这种加密方式的弊端日益明显，利用这些设备可以非常容易的复制出护照、纸币上的图案符号。利用光的位相信息进行加密能够克服上述的弊端，由于位相加密对光强不敏感因此不能通过复印扫描技术进行复制，从而获得良好的加密性能。(参见在先技术[1]Eric G.Johnson，“Optical recognition of aphase-encrypted biometrics”，Opt.Eng.37(1)18-26(1998).
在先技术[2]中由Bahram javidi等人提出了一种利用光学位相信息进行加密解密的技术，[(参见Bahram Javidi，Joseph L.Horner，“Optical pattern recognition for validation and securityverification”，Opt.Eng.33(6)，1753-1756(1994))。该技术是先将随机编码的位相制成薄片用强力胶粘帖在照片或签名上实现位相加密，然后根据加密的位相制成相应的空间滤波器进行解密。解密过程借助光学相关仪进行判别。由于该技术是利用反射光或振幅图像的透射光进行相关因而光学效率较低。同时相关仪的使用也增加了加密成本。
本发明的技术解决方案如下一种位相保密器，其特征在于按激光前进方向依次包括单色平面激光光源、差值位相板、位相板插槽、透镜、CCD探测器，该插槽具有多个插口，可供多块位相板插置，该CCD探测器的输出通过一比较控制电路与一控制开关相连。
所述的位相板和差值位相板是一种具有对准基线和位相分布区域的位相板。
所述的位相板是通过微加工技术制成的，是一种利用二元光学加工技术制备的位相为分立值的位相板。
所述的位相板和差值位相板的制造方法包括下列过程①.根据优化算法得出始位相分布，并使其衍射结果为比较控制电路的内部图像；②.N块位相板的制作随机产生m1×m2个分布在(2π/2k)(0，1，……，2k-1)的位相值，将此位相值通过微加工技术制备在透明介质上，其中位相θ和微加工深度L的关系式为θ＝2π/λ(n-1)L式中λ—光源的光波长，n—介质折射率依此方法可以制备出N块完全不同的位相板1、2……N；③.差值位相板的制作差值位相板位相分布为0＝[-(1+2+……+N)·mod(2π)利用微加工技术将0制成差值位相板。
图2是任意一块位相板示意图。
图3是比较控制电路6的内部固有图像。
图4是N＝1即一块位相板正确、错误的解密，其中K＝6。
图5是N＝3即三块位相板正确、错误的解密，其中K＝6。图中1—单色激光光源2—差值位相板 3—位相板插槽31—位相板组 4—焦距为f的透镜5—CCD探测器6—比较控制电路7—控制开关 8—对准基线9—位相分布区域先请参阅
图1，图1是本发明位相保密器结构光路图，本发明位相保密器的结构从左向右依次为单色平面激光光源1、差值位相板2、一组位相板插槽3、焦距为f的透镜4、CCD探测器5、比较控制电路6、控制开关7。差值位相板和其它任意一块位相板的结构如图2所示，它由四个对准基线8和内部的位相分布区域9组成。
需要解密时将位相板插入插槽3内，并按照基准线8对齐。用光源1照明差值位板2和位相板插槽3中的位相板组31，衍射光经过透镜4后用CCD探测器5接收，接收到的图像与比较控制电路6内部的固有图像(m1×m2像素，一般情况下m1m2＞50)进行比较，如果图像相同则开关7接通实现解密，如果图像不同则无法解密。
所谓的位相板，就目前的微加工技术而言，一般情况是利用二元光学加工技术制备的位相为分立值的位相板，所能实现的位相台阶为2k，其中k为套刻模板数量。
假设共有N(N≥1)块位相板，制备的位相台阶数为2k，这N块位相板和差值位相板制作过程如下1.根据优化算法得出初始位相分布利用优化算法得到位相台阶数为2k的分立的初始位相分布，并使其衍射结果为比较控制电路6的内部图像。
2.N块位相板的设计制作随机产生m1×m2个分布在2π/2k×(0，1，……，2k-1)的位相值，将此位相值通过微加工技术制备到透明介质上，其中位相值θ和微加工深度L有如下关系
θ＝2π/λ(n-1)L (1)λ为光源1的光波长，n为介质在此照明光下的折射率。因此可以通过不同的微加工深度控制位相。
按照上述方法可以制备N块完全不同的位相板1、2……N。
3.差值位相板的设计制作差值位相板的位相分布为0＝[-(1+2+……+N)]mod(2π) (2)其中[·]mod(2π)表示对2π取模。公式2可以保证0＜0＜2π。利用微加工技术将0制成位相板。
由上述分析可知共有(m1×m2)2K种产生位相板的可能。这是一个非常大的数。产生两个相同随机数的可能性几乎为0。这是一种具有极高加密性能的设计方法。而且由于1……N的位置是随机分布的，因此1+2……N也是随机分布的，不能由它们得到任何有用信息。只有N把正确的位相板和差值位相板同时匹配使用时，才会得到正确的图像，实现解密。
实施例1N＝1即一把位相板正确、错误的解密，其中K＝6。
1.根据优化算法得出初始位相分布利用优化算法对图3所示的160×160像素的图像进行优化，得到初始位相分布[解密]，共有26个分立位相台阶。
2.位相板31的设计制作随机产生一个160×160的矩阵1，其矩阵元素为2π/26×(0，1，……，63)内的值。利用微加工工艺制成位相板。
3.差值位相板2的设计制作差值位相板的位相分布为0＝[-1]mod(2π)。利用微加工技术将0制成位差值相板。
当用错误的位相板31解密时，CCD会探测到如图4(a)所示的图像，这与图3相差甚远，因此无法解密。图4(b)是使用正确位相板31时CCD探测的图像，这与图3非常接近，可以开锁。
实施例2N＝3即三块位相板正确、错误的解密，其中K＝6。
1.根据优化算法得出初始位相分布利用优化算法对图3所示的160×160像素的图像进行优化，得到初始位相分布，共有26个分立位相台阶。
2.位相板的设计制作分别产生三个160×160的随机矩阵1、2、3，其矩阵元素为2π/26×(0，1，……，63)内的值。利用微加工工艺制成位相板。
3.差值相位板的设计制作差值位相板的位相分布为0＝[-(1-2-+3)mod(2π)。利用微加工技术将0制成差值位相板。
当用错误的位相板31解密时CCD会探测到如图5(a)所示的图像，这与图3相差甚远，因此无法解密。图5(b)是使用正确位相板31时CCD探测的图像，这与图3非常接近，可以解密。
综上不难看出，本发明位相保密器具有保密性好，大量制造成本低的优点。
权利要求
1.一种位相保密器，其特征在于按激光前进方向依次包括单色平面激光光源(1)、差值位相板(2)、位相板插槽(3)、透镜(4)、CCD探测器(5)，该插槽(3)具有多个插口，可供多块位相板(31)插置，该CCD探测器(5)的输出通过一比较控制电路(6)与一控制开关(7)相连。
2.根据权利要求1所述的位相保密器，其特征在于所述的位相板(31)和差值位相板(2)是一种具有对准基线(8)和位相分布区域(9)的位相板。
3.根据权利要求2所述的位相保密器，其特征在于所述位相板是通过微加工技术制成的，是一种利用二元光学加工技术制备的位相为分立值的位相板。
4.根据权利要求1所述的位相保密器的制造方法，其特征在于所述的位相板(31)和差值位相板(2)的制造方法包括下列过程①.根据优化算法得初始位相分布，并使其衍射结果为比较控制电路(6)的内部图像；②.N块位相板(31)的制作随机产生m1×m2个分布在(2π/2k)×(0，1，……，2k-1)的位相值，将此位相值通过微加工技术制备在透明介质上，其中位相θ和微加工深度L的关系式为θ＝(2π/λ)(n-1)L式中λ—光源(1)的光波长，n—介质折射率依此方法可以制备出N把完全不同的位相板1、2……N；③.差值位相板(2)的制作差值位相板位相分布为0＝[-(1+2+……+N)]·mod(2π)利用微加工技术将0制成差值位相板。
全文摘要
一种位相保密器及其制造方法，该位相保密器，其特征在于按激光前进方向依次包括单色平面激光光源、差值位相板、位相板插槽、透镜、CCD探测器，该插槽具有多个插口，可供多块位相板插置，该CCD探测器的输出通过一比较控制电路与一控制开关相连。本发明位相保密器具有成本低，保密性好的优点。
文档编号G09F3/02GK1438516SQ0311558
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者周常河, 戴恩文, 刘立人 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所