CN101484831A

CN101484831A - 光学安全标记部件、制造该部件的方法、包括该部件的系统以及用于检验该部件的读出器

Info

Publication number: CN101484831A
Application number: CNA2007800251328A
Authority: CN
Inventors: 瓦莱丽·珀蒂东; 亚历山大·努瓦泽
Original assignee: Hologram Industries SAS
Current assignee: Surys SA
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2009-07-15
Also published as: FR2900737B1; FR2900737A1

Abstract

本发明涉及光学安全标记部件，所述光学安全标记部件在透过以第一取向定向的偏光镜观察时呈现第一可见形态，而在透过以第二取向定向的偏光镜观察时产生与第一可见形态不同的第二可见形态，该光学部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光学部件的特征在于，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制。

Description

光学安全标记部件、制造该部件的方法、包括该部件的系统以及用于检验该部件的读出器

本发明涉及一种旨在制作光学检验密钥(clé)的光学安全成像部件，所述检验密钥可集成在DOVID(衍射光学可变图像设备)中并且只能通过合适的读出工具认证。

这种光学标记部件专用于认证产品或文件，在所述产品或文件上贴有该光学安全部件。

所述光学标记部件涉及通过在热固层中压印衍射光栅来形成的光学部件的整个系列，透明膜支撑着所述热固层。根据观察参数(相对于观察轴线的取向、光源的位置和尺度等)，光学安全部件产生的光学效应呈现独特并可控制的形态。这种光学部件的总体目的是基于难以复制甚至难以分析的膜的物理形态来提供新颖且不同的效果。

在通过压印透明膜形成的光学部件系列中，最接近的现有技术是美国专利US6909547。

这个专利公开了一种基于塑料的层压材料获得的安全元件，所述安全元件具有由表面部分构成的镶嵌画(马赛克)式图案。所述层压材料具有基于下述项的叠加而产生的衍射结构{B(x，y，T)}：

-低频的第一结构{G(x，y)}以及

-高频的凸起结构{R(x，y)}。

所述膜具有两个产生不同的光学效应的区域。

在表面的第一部分中，两个结构{G(x，y)}和{R(x，y)}的矢量是平行的。

在表面的另一部分中，所述两个矢量几乎形成直角。

结构{G(x，y)}的矢量在表面的两个部分中也是平行的。表面的两个部分的公共边缘仅在线性偏振光下可见。在日光下，所述表面的两个部分呈现相同的表面亮度。

根据放置在观察者眼睛和光学部件之间的偏光镜的取向，对根据现有技术的这种光学安全部件的观察表现出差异很大并伴随着明暗对比的反转。当进行90°的相对旋转时，亮的图形部分变暗，而暗的图形部分变亮。

缺点是在没有偏光镜时，对光学部件的观察不能检测高频结构。因此，通过在整个表面上使用低频光栅，可容易地进行有效的伪造。

所提出结构的另一缺点在于其本质上很容易受观察条件影响，所述观察条件取决于光源和观察者的位置。事实上，现有技术中描述的结构受限于显现在入射平面中的效应。

在现有技术中还存在专利EP1650587，其公开了用于防伪的光学标记部件，所述光学标记部件根据透过以第一取向定向的偏光镜观察时产生第一可见形态，而在透过以第二取向定向的偏光镜观察时产生第二可见形态。

根据该专利的部件包括经压印来形成两个具有不同取向的衍射光栅膜。所述光栅之一具有小于半个波长的周期。

因为在存在环境光的情况下两个形态的可识别性受到影响，这样的部件不能使人完全满意。

本发明的目的是通过提出这样的光学安全部件来消除这些缺点，所述光学安全部件可以通过插入偏光镜来进行检验，另外在非偏振的环境光中呈现可识别的形态，并且本质上更不易受偏振效应的观察条件影响。

为此，本发明在其广义上涉及一种光学安全标记部件，所述光学安全标记部件在透过以第一取向定向的偏光镜观察时呈现第一可见形态，而在透过以第二取向定向的偏光镜观察时呈现与第一可见形态不同的第二可见形态；所述光学部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，其特征在于所述光栅中每个具有小于550nm的栅距，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制。优选地，相对于参考平面，所述调制在0.4到0.5之间。

有利地，所述光栅中的每个形成在具有可见尺寸的预定图形形态中，所述光栅具有相邻边界。

根据一个变型，所述光栅具有正交的主矢量。

根据有利的变型，所述光学标记部件还包括散射处理装置。

根据第一实施方式，所述散射处理装置由设置在光学层上的散射层构成。

根据第二实施方式，所述散射处理装置集成到亚波长结构中。

根据第一实施例，所述部件包括覆盖了金属反射层的经压印的透明膜。

根据第二实施例，所述反射层由高折射率透明材料构成。

根据另一实施方式，所产生的结构(亚波长光栅与散射结构组合的结构)封装在两个具有不同光学指数(高折射率和低折射率)的层之间。该实施方式的优点是允许直接进行视觉检验而无需任何特殊工具。

优选地，所述反射层涂覆有粘合剂，以便贴在待认证的载体上。

有利地，经压印的膜由透明双折射材料构成。

本发明还涉及一种制造光学标记部件的方法，所述光学标记部件在透过以第一取向定向的偏光镜观察时呈现第一可见形态，而在透过沿第二取向定向的偏光镜观察时产生与第一可见形态不同的第二可见形态；所述光学部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制；所述部件还包括散射处理，其特征在于所述散射处理包括以下步骤：在晒印感光材料的同一区域上进行记录以便形成亚波长光栅和“颗粒”型结构；然后在热固材料上复制所述结构，以便形成具有对应于所记录结构的凸起调制的层，然后在该层上形成金属或介电薄层的沉积，然后通过保护漆和粘合层形成涂覆层。

本发明还涉及包括光学标记部件和合适的读出器的认证系统，其特征在于所述光学安全标记部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，每个光栅具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制，所述读出器包括位于所述读出器中的、能够相对于待检验的光学部件转动的偏光镜。优选地，所述调制约为0.5。

本发明还涉及用于检验光学标记部件的读出器，所述光学标记部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，每个光栅具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制，其特征在于所述读出器包括位于所述读出器中的、可以相对于待检验的光学部件转动的偏光镜。

根据一个具体变型，根据本发明的读出器包括两个其主轴正交定向的并置偏光镜，这些偏光镜的轴线取向适应于光栅矢量的取向，所述偏光镜可以平移运动，以便使待检验光学部件的形态连续显现在观察窗中。

有利地，所述读出器包括位于所述偏光镜与待检验部件之间的散射元件。

通过阅读下面关于非限制性实施例的描述，本发明将会变得更容易理解，其中：

-图1示出本发明所实施的衍射光栅的示意图；

-图2-4示出在不同的观察配置下观察到的部件；

-图5示出根据本发明的部件的剖面图；

-图6-8分别示出根据本发明的读出器的俯视图、读出器的活动部分视图以及读出器的剖面图；

-图9和图10示出在活动部分的两个位置透过读出器看到的部件的视图；

-图11示出本发明的变型的剖面图；

-图12示出散射光锥相对于入射光方向的示意图；

-图13示出在标准情况下和依据封装结构时的光强根据位置偏差的曲线；

-图14示出此类部件的剖面图，其包括封装结构、着色漆层以及粘合层；

-图15示出在两个不同放大率下的新表面结构的三维(3D)视图；

-图16示出根据本发明的光学部件的变型的示意图；

-图17示出具有两个结构、两个颜色以及两个光强的另一实施方式；

有利地，使用周期小于300nm的光栅来实施半埋入的光学安全部件。所述光栅的特征在于在可见范围内的衍射很有限：当以斜射光观察时一级衍射几乎不可见。

这些光栅具有肉眼不可见而只能利用偏振滤光器来检验的特殊光学特性。本发明实施的光栅具有小于波长(对于可见光一般是550nm)的周期和高调制(在0.25和0.5之间)，使得入射光几乎全部被吸收。只有偏振方向垂直于光栅矢量的光线被衍射。因此由此类光栅衍射的光被偏振。

图1示出了此类光栅的视图，该光栅具有交替的凸起(1)和凹陷(2)，所述凸起和凹陷被延伸以形成沿矢量(3)定向的光栅。

按照TM(横磁)模式偏振的光被吸收而按照TE(横电)模式偏振的分量仅被反射。

只有零级衍射的光被偏振，而在更高级别上观察不到偏振效应。

光栅通过在聚酯膜中压印来形成，所述聚酯膜用于产生全息图像并且被可压印材料层所覆盖，纳米结构被转移到所述可压印材料层中。然后，经压印的层例如通过真空蒸发处理被覆盖上金属的反射层，然后涂覆上适合于待制作的产品的粘合剂(冷粘合剂用于标签，热粘合剂用于层压膜或热转移膜)。

所述部件包括上述光栅，该光栅用于制作通过并置或插入而集成在DOVID中的检验密钥。这些光栅在任何情况下都不用来与DOVID的衍射元件之一重叠。因此在表面可见薄痕，其显露了检验密钥的印记。

读出器由允许显现信息的偏振滤光器组成。

该组件允许在全息图像内部设置安全单元。

从图示的观点，亚波长光栅被彼此成叠瓦状排列地成对使用，以便形成正/负效果、使用文字单元与图形单元的多重效果或任何其它适当的效果。

特别地，所述光栅可用于记录机器可读的二进制代码。

图2-4示出根据本发明的部件的示例性实施例。

光学部件是DOVID型的结构(11)，该结构具有形成检验密钥的区域(10)。所述区域在非偏振的环境光线下观察时呈现第一形态(图2)，而在通过分别以第一取向和第二取向被定向的偏光镜观察时呈现两个具有相反明暗对比的形态(图3和图4)。

区域(12)具有栅距小于550纳米的光栅，所述光栅的取向矢量沿着第一方向。区域(12)的形状表示字符“OK”。区域(13)具有栅距小于550纳米的光栅，所述光栅的取向矢量垂直于第一方向。区域(12)的形状表示与字符“OK”互补的方形表面。

在环境光线下，两个区域(12)和(13)的形状保持可见并构成附加的识别模式。

图5示出以可破坏标签或热标记形式制作的部件的剖面图。

所述部件包括：

-由塑料膜形成的支撑层(20)。该层用于支撑所述部件，至少直到所述部件被转移到待认证的文件或产品上，

-可选的分离层(21)，在层压产品或热标记的情况下将部件贴到产品上时，该层使得可将部件与支撑层分离，

-透明的经压印的全息图像层(22)，

-反射覆盖层(23)，该层可以是金属层或透明层并且具有高折射率，

-粘合层(24)。

经压印的全息图像层具有形变，使得：0.25<μ/d<0.5。

其中d表示光栅的栅距，μ为光栅特性，在0.25到0.5之间，并优选地在0.4到0.5之间。

如同在现有技术中公知的产品，本发明的对象可集成到允许产生标签、或热标记膜或层压产品的产品中。

部分全息图像层(23)可被非金属化，该非金属化可以与显露的结构重叠。

反射层是金属层(一般为铝、铜、铬)。也可使用具有高折射率的透明材料，如znS(硫化锌)、TiO2(二氧化钛)。

通过与非金属化结合，也可得到具有多个外观(铝、铜、透明等)的光学部件，而不产生检验密钥的不连续性。

在一个具体实施例中，光栅矢量与用作标签支撑层(BOPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)型)的透明双折射材料的中轴线对齐。所述对齐可以优化转移到支撑层上的光学效应的效率。

图6-10示出根据本发明的用于检验部件的读出器的视图。

读出器基于以下原理工作：

-观察由检验密钥的表面所反射(直接或零级反射)的光；

-透过一个或几个偏振滤光器或任何其它具有双折射性的元件，使得可以突出由密钥反射的光的偏振；

-突出不同图像部分之间的明暗对比的反转。

最简单的读出器由简单的偏光镜构成。当偏光镜置于由光栅反射的光之前时，只有偏振方向与偏光镜的主轴线平行的光线可以通过。被检验文件或读出器的简单转动允许交替地显示两个正交定向的图像区域。

图6-10表示优化的(平移)手动读出器。该读出器由包括活动部分(33)的框架(35)构成，活动部分(33)装配有两个其主轴正交定向的并置偏光部分(30，31)。这些偏光镜的轴线取向适应于光栅矢量的取向。在将读出器放在图像之上以便观察入射光在检验密钥上的直接反射时，平移运动允许看到图像的两个部分之间的转换。

优选地，在偏光镜与待检验的部件(37)之间设置磨砂散射元件(36)，以便：

-减少检验密钥上反射的光源产生的眩光；

-模拟大型照明光源；

-迫使进行检验的人员把读出器放在待检验的密钥上(人类工程学/独特位置/简单性)。

图9和图10示出当活动部分分别使第一和第二偏光镜位于窗口中时，位于读出器中的部件的视图。

读出器的可替选方案包括将各种元件集成在完全自动化的装置中。

这类读出器如下自动读出器：

-或通过偏振滤光器的自动旋转；

-或通过由两个交叉偏光镜构成的托架的自动平移运动。

最后一类读出器涉及使用双折射光学部件的读出器：

-例如通过使用实现偏振分离的Wollaston棱镜。Wollaston棱镜在两个偏振之间形成约20°的偏离。在这种情况下，观察两个模式的同时视图，这两个模式在同一观察平面中岔开。

图11所示的另一实施例允许通过透射来读出。

该解决方案适于集成在透明膜中的产品，如用于保护身份文件中的可变记载的膜。因此，构成全息图像的所有光栅都覆盖了透明的介电材料层。

优选地，通过透过纸件来照亮文件来进行密钥验证。因此纸件替代读出器的散射结构5b。

另一实施例包括将具有随机且无序性质的结构(如用于实现白光效果(晦暗的或发亮的)的结构)组合(重叠)在由两个正交定向的光栅构成的图像上。该组合具有改善明暗对比和改变表面外观的优点。

该组合可使部分检验工具(这里指读出器的散射部分)集成到检验密钥中，从而允许简化读出器。

下面的描述对应于该实施例的非限制性示例。

下面的实施例变型的目的是通过增加散射光学功能来改进使用1D(一维)或2D(二维)亚波长光栅特性的安全部件：该功能既不是折射，也不是衍射。这允许扩展零级效应的可见光锥，使得在镜面反射的周围容易观察所述效应。

该功能可以通过层的机械堆叠来叠置，但优选地直接集成到亚波长结构中。

一种解决方案包括将通过亚波长光栅和散射功能之间的耦合产生的结构直接封装，以便扩展零级颜色转换效应的观察角度。

因此零级效应处于散射光锥中，而不再限于入射平面。因此更不易受照明条件影响，并且更能耐受位置偏差。图12示出散射光锥(110)相对入射光线(111)方向的示意图。

图13示出在标准情况下(曲线120)和依据封装结构时(曲线121)，光强根据位置偏差的曲线图。角度θ表示给定照明条件的理想观察角度，而Δθ表示相对于该角度的偏差。

可观察到新结构反射的光线的强度损失，但是该光线在角度上分布在最佳位置的两侧。

该解决方案允许：

-通过使部件不易受照明条件(在点光源下和在扩展光源下)影响来改善光学效应的主观性；

-不会使所见颜色发生畸变：保持色调和饱和度；

-为使用这些封装亚波长光栅的安全部件赋予新的非标准外观；

-显现附加的颜色转换：通过入射角的变化可见。

光锥的张开角度取决于所用的散射功能。散射元件的尺寸越小，光锥开度越大，反之亦然。

散射功能可以是各向同性的(使用的微结构旋转对称，无论方位角如何都给出相同的效果)，或者是各向异性的(在这种情况下，随机结构是有取向的，而不再是对称的)。

因此，该散射功能为使用该技术的安全部件的设计增加了额外的自由度。最好使所述结构适合所需的应用(热标记、标签等)和所需的光学效应。

优选地，在封装结构下面的着色漆涂层将改善部件的主观性。图14示出这样部件的剖面图，其包括封装结构(131)、着色漆层(132)以及粘合层(133)。

因此，在产生的光学效应上增加了吸收现象。封装的亚波长光栅的吸收、散射以及零级效应之间的耦合，为在观察角度上具有优良性能的光学部件又赋予全新的外观。这种独特的组合摆脱了现有技术中已知的颜色转换部件。

亚波长光栅与散射功能之间的耦合所产生的突起结构保持了突起在金属上的亚波长光栅的整体特性。该结构将使入射光线反射、散射以及线性偏振。借助偏振滤光器可显露该光线。

图15示出在两个不同放大率下的新表面结构的3D(三维)视图。图140与141之间的比例系数是7。在图141中，可以容易地观察到通过无序且各向同性的散射功能对衍射结构的调制。

本发明所述的安全部件的非限制性完整实施方式如下：

-结构的产生

例如通过干涉光刻法将亚波长光栅和“颗粒”(Speckle)型结构记录在感光材料的同一区域上，其中亚波长光栅和“颗粒”(Speckle)型结构的物理特性(颗粒尺寸等)是可控制的。

可使用其它技术来记录该结构：利用电子束的直接蚀刻、XUV(远紫外线)显微光刻法等。

-结构的复制

然后，通过电镀法产生结构的硬拷贝，以便批量复制。该方法产生镍箔。镍箔表面具有待复制的纳米结构。

将所述镍箔安装在加热筒上，加热筒将模塑PET(聚对苯二甲酸乙醇酯)型的热塑膜。这就是批量复制阶段。

可使用其它批量复制技术：UV(紫外线)注模法、UV(紫外线)模压等。

-介电材料的沉积

通过真空沉积法沉积用作波导的介电材料。存在多个可用的沉积技术，并且这些技术完全适合本实施方式。影响参数为与亚波长光栅耦合时产生所需的零级效应的材料层。

-涂覆

该阶段包括涂覆封装该结构的漆和使得部件可贴在待保护文件上的粘合剂。

通过使用所述新结构而可用的所有图像概念对透明部件(一般用于保护安全文件)和不透明部件都是有效的。下面示例的描述涉及详述肉眼可见的效应，该效应增加到如图2中所述的利用偏光镜可见的效应上。

在图16所示的示例中，光学部件包括两个区域(151，152)。

当部件沿第一方向被定向时，区域151显现第一颜色C1，中心区152显现第二颜色C2。

当部件在它的平面上转动四分之一圈时，观察和照明的方向保持不变，区域151和152的颜色互换：区域151显现第二颜色C2，内部区域152显现第一颜色C1。

在该示例中所述的部件由两个具有相同结构的区域组成，但是结构的光栅(一维光栅)矢量是正交的。该部件也有两个不同颜色C1和C2，它们可以通过在平面中将部件旋转90°来转换。

因而，可以在新结构中集成通过光学显微镜可观察到的具有微观尺寸的图形元件。

实施例的一个变型包括用其它亚波长结构产生单色但强度不同的图像。两个光栅矢量平行，并且光栅的特征相同，两个区域显现相同颜色。第一区域的散射功能与第二区域的散射功能不同。该差别在肉眼上表现为与可见Watermark(水印)的零级效应类似的反射光强度的差别。

图17示出具有两个结构、两个颜色以及两个光强的另一实施方式。

部件由两个不同结构构成：S1为强散射封装结构，并对应于表面(161)和(164)，而S2是弱散射封装亚波长结构，对应于表面(162)和(163)。因此，该部件具有由于反射的两个不同颜色C1和C2，还有两个通过由强度差引起的Watermark(水印)效应来显现的图像。当在平面上进行四分之一圈旋转时，颜色C1和C2互换，而“Watermark”效应总是存在。

本发明可用于所有具有金属层或介电层的全息型光学安全部件中，这使得可将标准的全息图和根据本发明的产品的优点和安全水平结合。

Claims

1.一种光学安全标记部件，所述光学安全标记部件在透过以第一取向定向的偏光镜观察时呈现第一可见形态，而在透过以第二取向定向的偏光镜观察时产生与第一可见形态不同的第二可见形态，所述光学部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光学部件的特征在于，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制。

2.根据权利要求1所述的光学标记部件，其特征在于所述光学标记部件包括覆盖在两个正交定向的光栅上的、具有随机和无序特性的结构。

3.根据权利要求2所述的光学标记部件，其特征在于所述光学标记部件包括散射处理装置。

4.根据权利要求3所述的光学标记部件，其特征在于所述散射处理装置由设置在光学层上面的散射层构成。

5.根据权利要求4所述的光学标记部件，其特征在于所产生的结构集成到亚波长光栅中。

6.根据权利要求5所述的光学标记部件，其特征在于所述散射结构封装在两个具有不同光学指数(高指数，低指数)的层之间，从而允许直接进行视觉检验而无需任何附加的读出工具。

7.根据权利要求1所述的光学标记部件，其特征在于所述光栅中每个形成在具有可见尺寸的预定图形形态中，所述光栅具有相邻边界。

8.根据权利要求1所述的光学标记部件，其特征在于所述光栅具有正交的主矢量。

9.根据上述权利要求中至少一项所述的光学标记部件，其特征在于所述光学标记部件包括覆盖有金属反射层的经压印的透明膜。

10.根据权利要求1-3中至少一项所述的光学标记部件，其特征在于所述反射层由具有高折射率的透明材料形成。

11.根据上述权利要求中至少一项所述的光学标记部件，其特征在于所述反射层涂覆有粘合剂，以便定位在待认证的载体上。

12.根据上述权利要求中至少一项所述的光学标记部件，其特征在于所述光学标记部件被局部非金属化。

13.根据上述权利要求中至少一项所述的光学标记部件，其特征在于所述经压印的膜由透明双折射材料构成。

14.一种制造光学标记部件的方法，所述光标记部件在透过以第一取向定向的偏光镜观察时呈现第一可见形态，而在透过以第二取向定向的偏光镜观察时产生与第一可见形态不同的第二可见形态；所述光学部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制，所述部件还包括散射处理，所述方法的特征在于，所述散射处理包括以下步骤：在晒印感光材料的同一区域上进行记录以便形成亚波长光栅、“颗粒”型结构，然后复制所述结构以便形成介电层，然后在所述介电层上形成金属沉积，然后通过保护漆来形成涂覆层。

15.一种包括光学标记部件和合适的读出器的认证系统，其特征在于所述光学安全标记部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制，所述读出器包括用于沿两个不同偏振方向观察待检验光学部件的装置。

16.一种用于检验光学标记部件的读出器，所述光学标记部件包括经压印用于形成至少两个具有不同取向的衍射光栅的膜，所述光栅中每个具有小于550nm的周期，并且相对于参考平面具有0.25到0.5之间的调制，所述读出器的特征在于包括用于沿两个不同偏振方向检验光学部件的装置。

17.根据权利要求16所述的读出器，其特征在于所述读出器包括位于所述读出器中的、相对于待检验光学部件相对转动的偏光镜。

18.根据权利要求17所述的读出器，其特征在于所述读出器包括两个其主轴正交定向的并置偏光镜，所述偏光镜的轴线取向适应于所述光栅矢量的取向，所述偏光镜能够平移运动，以便使待检验光学部件的各个形态连续显现在观察窗中。

19.根据权利要求14、15或16所述的读出器，其特征在于所述读出器包括位于所述偏光镜与待检验部件之间的散射元件。

20.根据权利要求15所述的读出器，其特征在于所述读出器包括执行在观察平面中使所述光学部件的两个模式分离的Wollaston棱镜。