CN101715589A - 标记文档或物品的方法；用于标识所标记的文档或物品的方法和设备；圆偏振粒子的使用 - Google Patents

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Abstract

在包括圆偏振光反射粒子的随机分布的标记的帮助下对文档或物品进行光学标识和/或认证，该标记通过墨水被施用到文档或物品上，并且阅读设备利用圆偏振来将这些薄片与背景区别开。

Description

标记文档或物品的方法；用于标识所标记的文档或物品的方法和设备；圆偏振粒子的使用
发明领域
本发明落在标记和标识文档或物品的领域中。其关注用于向文档或物品提供唯一性个体标记的方法；标识所标记的文档或物品的方法和设备；以及用以产生唯一性个体标记的圆偏振粒子的使用。
背景技术
在有价值文档证明或身份控制领域中，常常要求对大量类似物品中的个体文档或物品(即，物品的标识)进行识别。标识是将某物或某人识别为具体个体。在其它时间，只需要对象的真实性的证明，即认证。认证是确立或确认某物或某人属于特定类。注意，如果身份被查明，则该物品是可信的。反之则不成立。
现有技术中已提出多种用于标识或认证文档或物品的不同解决方案。尤为感兴趣的是利用文档或物品的随机特性作为个体化要素的方法。该随机特性可在本文中或者自然存在于文档或物品之上或其中，或者可被有意地引入文档或物品。
专利US 4,661,983、WO 94/29817A1、US 4,677,435、FR 2765014B1、WO96/03714A1、US 6,584,214描述了将自然存在的随机特性用于标识个体文档或物品。该特性被用作可外部地存储的签名，并且被用于或者可视地或者电子地认证文档或物品。
专利US 4,661,983、US 3,636,318、US 4,218,674、US 4,150,781、DE 2829778、EP 0 161 181、US 5,018,830、US 5,325,167、US 5,602,381、FR 2765014、WO99/38128、WO 02/50790、WO 04/070667、WO 05/104008、WO 2005/008294、WO2006/078220描述了使用粒子的随机分布来认证或标识个体物品。例如色素粒子、纤维等粒子在本文中可以是物品的材料的固有部分，或者替换地，它们可例如经由印刷墨水被故意添加至物品。
WO 05/104008公开了证实物件的确实性或身份的方法。其涉及产生物件上随机分布的标记粒子的分布图案的表示，并在该表示至少部分地匹配物件上随机分布的标记的分布图案的预记录表示时产生匹配信号。
专利US 3,636,318、US 4,218,674、US 5,602,381、FR 2765014B1描述了使用磁粒子的随机分布来认证或标识个体物品。
US 3,636,318公开了包括精细划分的铁磁材料的随机图案的身份文档。所述文档的认证或标识通过将其特征磁签名与发行机构预先记录并存储在数据库中的签名进行比较来执行。
US 4,218,674公开了用于证实具有随机缺陷——优选地自然磁性纤维等磁粒子的分布——的对象的确实性或身份的方法和系统。在此，沿着所述对象表面上的预定测量轨迹扫描所述随机缺陷，并且结果信号以二进制代码的形式被存储。对于认证或标识，将所存储的二进制代码与沿着测量轨迹的另一次扫描的结果进行比较。
US 5,602,381公开了所标记的对象，以及用于检查所述物品是否可信的方法和装置。在制造过程期间大量磁聚合物元素被纳入该对象的一区域中。认证或标识是通过磁性地扫描所述区域来执行的，并且如此获得的信号是为该个体对象所特有的。所述信号根据磁聚合物元素的密度、大小、嵌入深度、长度、以及朝向而变化。
FR2765014B1公开了用于认证或标识包括具有磁粒子的随机分布的磁性墨水的印刷文档的方法。确定文档上的粒子分布、将其与所述文档相关联、并将其记录在数据库中。在用于检查该文档的确实性的后续控制步骤中，再次确定该粒子分布并将其与预记录的分布进行比较。如果比较匹配，则认为该文档是可信的。
对于本领域技术人员显然的是，诸如US 3,636,318、US 4,218,674、US5,602,381、FR 2765014B1中所公开的磁粒子的分布的认证需要认证设备与要认证的物品的紧密接触。然而，物品与认证设备之间的所述接触可能容易导致物品的干扰，尤其是在要认证的物品是由纸制成并且形状不好的情况下。这在接受钞票的ATM(自动柜员机)或AVM(自动售货机)的情形中尤为不利，因为可能需要多个服务介入。
专利US 5,325,167描述了使用调色剂粒子的随机分布来认证或标识个体文档或物品。所述文档或物品在预定位置的“颗粒密封点”在第一时间点被扫描，并且所获得的数据被记录在数据库中。为了在以后的时间点认证该文档或物品，在从对“颗粒密封点”的新扫描获得的数据与先前存储的参考数据之间进行比较。
调色剂粒子的尺寸非常小，为10微米的数量级。在激光印刷的文档上，单个随机分散的调色剂粒子可在印刷区域外在光学显微镜下看见。表示随机排列和对每一个印刷物品唯一的这种调色剂粒子的分布可被用于标识物品。然而，需要显微镜和非常精确定位的这种标识的实际实现可能在实验室外不可行。在工业条件下可如何达成有用的认证速度也是不明显的，因为必须正确地找到和定位包含标识物品的小调色剂粒子的唯一性排列的显微区域。所述区域有必要被选取得很小以避免处理大量粒子位置数据，这会减慢与参考数据的比较，且因此减慢整个标识操作。
专利US 4,527,051、WO 02/50790、DE 2829778描述了使用发光粒子的随机分布来认证个体物品。
US 4,527,051公开了诸如信用卡或身份卡等安全性文档，其具有由粗颗粒发光色素粒子的随机分布形成的印刷线。荧光线的位置在卡的签名条上。签名条和所签的名字本身是不发光的。在用激励辐射照射卡时，个体发光粒子发射其特征响应辐射。发光粒子沿该线的位置、以及与卡持有者的签名交叉的点处发光的中断导致唯一性信号图案，其可被机器读取并被存储为卡的确实性的证据。
根据US 4,527,051的教示，发光色素粒子必须是粗颗粒，从而每一个粒子提供可用于确定粒子分布的清楚和明亮的发光信号。具有粗略球形形状的这些发光粒子由于其过度的3维尺寸而不能用在大多数常见的印刷过程中，诸如平版印刷、照相制版和苯胺印刷术印刷。这是基于发光粒子分布的现有技术的第一种缺点。
激励光还必须有高强度以便产生充分强的发光响应，从而缩短捕获发光粒子分布的清楚图像所花费的时间。发光信号一般由于发光能量转换过程的固有低效率而较弱，这对诸如钞票处理中常常需要的高速认证而言是显著障碍。US 4,527,051中所公开的方法和装置由此局限于在低到中等认证速度下操作，这是这种现有技术的另一个缺点。
WO 02/50790公开了安全性标签制造方法；该安全性标签包含随机分布的粒子，所述粒子包括反射层和/或折射层。根据WO 02/50790，不仅利用了特定位置上反射粒子和/或折射粒子的存在性，还利用了每一个个体的反射粒子的朝向。反射粒子较小且所得光学随机图案极其复杂，从而提供针对物理重构高度稳健的系统。所述图案随后被用于生成每一个对象的唯一性身份信息。
WO 02/50790的认证/标识方法的缺点在于加标签物品的标识区中存在大量粒子，从而在可将粒子分布与所存储的参考数据进行比较之前需要对原始数据实行某种选择(例如，根据所引述的文档的图2的图像增强处理)。另外，确定薄片的朝向需要复杂的读取装备；此外，涂料中薄片的所述朝向可在机械或化学影响下(变皱、打湿等)随着时间而改变。
尽管现有技术中公开了许多方法、标记、认证装备和系统，其全部利用了随机粒子分布作为文档或物品的标识手段，却没有一个已得到大规模应用。其原因在于下列中的一个或多个：
a)在磁性标记粒子的情形中需要阅读器设备与文档或物品的接触，其潜在地导致干扰；
b)小检测区域，其难以在文档或物品上找到并正确地聚焦；
c)在发光标记的情形中需要使用粗颗粒粒子，这很难与常见的印刷技术兼容；
d)要处理大量或甚至过度量的粒子位置和朝向信息；这需要或者重要的数据库和非常高性能的搜索算法，或者要实行对标记粒子的一部分的预选择；
e)由一个或多个前述点的存在所引发的耗时处理操作；
f)标记对机械或化学破坏的低抵抗性；
理想地，通过具有粒子的随机分布的标记实施的故意引入的随机特性、以及相应的认证手段应满足以下要求：
a)文档或物品与阅读设备之间没有机械接触；
b)有足够大的检测区域以允许容易地定位和聚焦；
c)标记的强信号响应；
d)与大量各种各样的应用技术的兼容性；
e)所生成的位置信息数据记录的小尺寸；
f)易于找到的粒子；
g)能够有高操作速度；
h)标记的高度耐久性/稳定性。
发明概述
本发明克服了现有技术的缺点，并公开了标记的方法、标记、以及用于认证和/或标识文档或物品的设备，其中标记取决于可容易识别的圆偏振粒子的随机分布；所述粒子经由印刷墨水或涂敷合成物被施用到文档或物品上。
具体而言，联合相应的认证装备使用具有反射圆偏振光的性质的粒子。这允许容易区别几乎所有背景上的标记，即使背景是有色的和/或反光的。根据本发明的标记可对大多数材料和基底实践，诸如纸张、塑料、金属、玻璃、印刷品等。
圆偏振粒子的使用允许显著地在选自无偏振、左旋圆偏振、以及右旋圆偏振的一种以上偏振条件下评估标记，其中偏振条件选择可或者在光源与标记之间应用，或者在标记与观测器或观测设备之间应用，或以上两种应用。在不同偏振条件下的标记的至少两个图像被方便地彼此相减，从而形成偏振差异图像，其不再包括来自背景的贡献，而是表示标记的净图像。在本发明的上下文中尤为优选的是形成在左旋和优选圆偏振条件下获取的每一个图像的差异。本发明因此依赖于标记粒子对左旋和右旋圆偏振光的不同反射系数的存在性，即在无偏振照明下来自标记粒子的反射光具有至少圆偏振分量。
所选取标记粒子是平坦薄片，另一方面，其具有显著的二维尺寸(通常为50微米或更大)，且因此允许容易检测到，且同时不易因携带该标记的文档或物品的摩擦、磨损、或变皱而丢失，另一方面，薄片具有较小的厚度(通常约为5微米)，这使得它们与常见的印刷工艺兼容。
在本发明的重要方面，标记粒子以低表面密度被施用，即，以导致在标记区域上存在适度数目的粒子，从而将表示该标记的数据集限制成可易于以足够高的速度处理并存储在现有处理装备上的大小。
在本发明的另一方面中，标记区域具有充分大的非显微大小，从而促进在文档或物品上对其定位和扫描。
本发明的第一目标是提供在被布置在文档或物品的表面并组成标记的圆偏振粒子的随机分布的帮助下认证或标识物品的方法。
本发明的第二目标是提供具有包括圆偏振粒子的随机分布的区域的安全性文档或物品，其可以非接触方式光学地认证。
进一步目标是提供阅读设备，其具有认证/标识所述文档或物品上的所述粒子分布的能力。
本发明还包括：包括用以执行所述标记的圆偏振粒子的墨水或涂敷合成物、包括恰适浓度的圆偏振粒子的薄板或突出薄膜、以及用所述墨水或涂敷合成物印刷或涂敷或携带所述薄板或突出薄膜的文档或物品。
根据本发明，圆偏振粒子优选实施为胆甾型液晶聚合物(CLCP)薄片。这种聚合物反射圆偏振光分量；这意味着在所确定的波长范围内，具有所确定圆偏振状态(左旋或优选，取决于聚合物)的光主要被反射。
胆甾型液晶聚合物具有成螺旋地排列的分子堆形式的分子次序。这种次序处于对材料的折射率的周期性空间调制的初始时，折射率进而导致对光的所确定波长和偏振的选择性透射/反射。取决于分子螺旋堆的旋转的意义，CLCP中的螺旋分子排列的特定情形导致所反射光被圆偏振、左旋和右旋。
包括诸如可经由包括CLCP薄片的涂敷合成物被施用到文档或物品上的圆偏振粒子的随机分布的标记因此向所述文档或物品提供唯一性光学签名，该签名可通过其对圆偏振光的特定反射来检测和区别。随机存在于墨水中的所述粒子还出现在印刷文档或物品上的随机位置和定向。几乎透明但可通过其偏振效应来与背景区别开的标记可用于对所有种类的文档或货物的所有类型的认证、标识、跟踪和追踪应用。
详细描述
根据本发明的标记以及标识或认证物品的方法包括以下步骤：a)向诸如钞票、凭证、ID文档、塑料卡、邮票、标签、包装、货物等物品提供粒子的随机分布，所述粒子被选取为胆甾型(cholesteric)液晶聚合物(CLCP)薄片；b)在第一时间点使用包括照明装置和光学检测装置的阅读设备记录并存储表示薄片的所述随机分布的数据；c)在以后的时间点使用如步骤b)中的阅读设备以及表示粒子的所述随机分布的所述所存储数据来标识或认证所标记的物品。步骤b)和c)的阅读设备无需是相同的，也无需是同一类型的。
术语“阅读设备”指定能够标识或认证根据本发明标记的文档或物品的设备。除此之外，阅读设备可具有其它能力，诸如阅读条形码、获取图像等能力。阅读设备可以具体为经修改的条形码阅读器、相机移动电话、光学扫描仪等。
所述方法的特征在于所述CLCP薄片反射优选地选取自紫外、可见、以及红外电磁谱——即300nm与2500nm波长之间——的至少一个光谱区域中的圆偏振光分量，并且所述阅读设备利用圆偏振通过形成圆偏振差异图像来将薄片与背景区别开。
所述利用圆偏振可如WO 2004/11273 A2，A3中所公开地发生。每一幅图像因此分别通过粒子的随机分布的左旋圆偏振和右旋圆偏振滤光器来记录，并且在逐像素基础上形成如此获得的‘右旋’和‘左旋’图像之间的差异图像。这显著地消除了不反映圆偏振光的所有图像分量。
参考表1，对于给定波长，从在全吸收背景上具有反射系数FR的右偏振薄片检测到的光强可量化如下：
a)用强度为IL的左偏振光照明：
 滤光：L(左)  滤光：R(右)   无滤光  强度R-L
  o   o   o   o
b)用强度为IR的右偏振光照明：
 滤光：L   滤光：R   无滤光  强度R-L
  o   IR*FR   IR*FR   IR*FR
c)用强度为I的非偏振光照明：
 滤光：L   滤光：R   无滤光   强度R-L
  o   I*FR/2   I*FR/2   I*FR/2
对于其中背景不是全反射的情形，各强度在表1中给出。
如果CLCP薄片位于等同地反射右旋和左旋圆偏振光分量的背景上，则背景贡献在形成强度R-L时被减去，且由此从后续信号处理步骤中消除，这可因此集中在纯标记粒子上。
为了以有意义的方式使左旋和右旋图像彼此相减，所述图像需要首先进行缩放并与彼此对准。这意味着相应图像元素的相应各个像素必须匹配。这取决于存在的相应图像失真可能是更麻烦或较不麻烦的任务。理想情形明显是左旋和右旋图像两者都是以相同的距离、以相同的角度、并通过相同的相机和光学器件来记录的。在这种情形中，图像缩放或对准显然显得是多余的。
对于技术人员显然的是，在左旋圆和右旋圆偏振下所需的标记图像可以不同的方式获得，然而在每一种方式中，阅读设备必须具有至少一个圆偏振滤光器。优选地，阅读设备具有分别的右旋和左旋圆偏振滤光器：
a)分别使用装备有左旋和右旋圆偏振滤光器的两个相机；以便获得以相同的距离和在相同的视角下获取的两张“并行”图像，可使用与波束分裂器组合的单个光学器具；
b)使用具有波束分裂以及左旋和右旋偏振选择装置的单个相机，从而产生与物品的左旋和右旋偏振观点相对应的分裂图像；此选项对于低成本装备尤为有用；
c)使用与诸如DE 102 11 310中所公开的光电滤光器相组合的单个相机，从而允许交替选择右旋和左旋圆偏振；
d)使用左旋和右旋圆偏振照明装置。
在选项c)中，顺序地捕获左旋和右旋图像，这与选项a)或b)相比花费了2倍的捕获时间；然而，其具有这样的优点：右旋和左旋圆偏振图像的像素已精确相一致，从而避免了执行耗时的图像匹配算法。单个相机的使用使得该选项对于低成本装备也有用。
在实施例d)中，使用没有圆偏振滤光器的相机，并且用左旋和右旋圆偏振光顺序地照明标记，并顺序地记录相应的左旋和右旋图像数据。如在实施例c)的情形中一样，实施例d)也具有这样的优点：左旋和右旋圆偏振图像的像素已精确相一致，从而避免了执行耗时的图像匹配算法。单个相机的使用使得该选项对于低成本装备也有用。
由右旋和左旋圆偏振光进行顺序照明也可与以上给出的实施例a)到c)相组合。
左旋和右旋圆偏振光可以两种方式获得：或者通过分别装备有左旋和右旋圆偏振滤光器的两个顺序照明光源，或者通过装备有供交替选择左旋和右旋圆偏振的光电滤光器的单个光源。
光源可进一步是光谱可选择性光源，诸如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。圆偏振滤光器还可与滤色镜相组合。
用于图像捕获的图像传感器设备可以是CMOS或CCD类型的单色或彩色图像传感器，如技术人员所知晓的。基于硅的单色图像传感器在超过可见区的波长范围——从少于350nm延伸到大约1’100nm——中敏感。进一步针对其在可见范围(400nm到700nm)中的有用性，这样的图像传感器可用于捕获近紫外(UV)范围(低于400nm的波长)中以及近红外(IR)范围(高于700nm的波长)中的图像。由诸如锗(Ge)或砷化镓铟(InGaAs)等其它半导体制成的图像传感器允许高至2’500nm波长的更远的光学红外范围中的成像。
捕获图像的相机或图像传感器、以及光源可进一步装备有光学滤光器(在下文称为‘滤色镜’)以选择其中标记反射圆偏振辐射的光谱范围。在优选实施例中，所述认证设备具有至少一个滤色镜，其可以是带通、长通或短通类型的有色玻璃或干扰滤光器；通行区域为其中滤光器对电磁辐射至少部分透明的波长区域。
胆甾型液晶聚合物(CLCP)薄片在紫外(低于400nm)、可见(400nm到700nm)或红外(700nm到2’500nm)电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。所述光谱反射带可以是窄带(低于50nm的半带宽)或宽带(50nm或更大的半带宽)类型的。光谱反射带中由CLCP薄片所反射的光被支配性地进行圆偏振，即或者左旋或者右旋圆偏振。
圆偏振是诸如光等电磁辐射的传播模式，其中电场矢量随着时间行进而描述圆。因此，电子矢量沿波传播的方向描述螺旋。根据电场矢量的旋转意义，圆偏振可被称为左旋和右旋的。
在进一步的优选实施例中，CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。具有此性质的薄片具有多层结构，并且在同一申请人的共同待审申请EP06116141.0中公开，该申请通过引用包括于此。具体而言，可使得薄片中每一个光谱反射带个体地左旋或右旋圆偏振。作为示例，具有450nm处和650nm处的两个窄光谱反射带的CLCP薄片具有4个不同的可能‘偏振特性’之一：显著的450(右)-650(右)、450(右)-650(左)、450(左)-650(右)、450(左)-650(左)。除了光谱反射和所反射光的偏振以外，还可使得该薄片具有其它性质，诸如发光、磁性等。
检测区域——即利用其中的标记来标识或认证物品的区域——可以具有比标记本身更小的尺寸。在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的检测区域中优选地利用可容易识别的圆偏振粒子的随机分布。显微检测区域的选取简化了在速度至关紧要的工业应用中对标记的定位和阅读。
然而，检测区域可以小至一平方毫米或更小，只要所述区域能被容易地标识(例如，借助于标记上存在的其它图形要素)。同样，检测区域可以大至对象的整个可见表面。针对检测区域必须解决的两个技术问题在于：a)快速地找到并明确地界定相关区域，以及b)可靠地阅读其内容。第一个问题可例如通过依赖于指示并界定检测区域的另一个可见或可检测特征来解决；第二个问题通过使用根据本发明的圆偏振标记粒子来解决。
即使在标记中仅存在少数随机CLCP薄片的情形中，第一标记中薄片的位置匹配第二标记中薄片的位置的机会也是极低的。少至大约20个CLCP薄片就足以产生实际上不可重复的唯一性签名，同时存储起来非常简洁。采用数字化为32x32场——即总共1024场——检测区域的情形。每一个粒子的归结于(可占用)这些场之一，并且因此可被表示为有1024＝103个字符的字母表中的一个字母；若具有20个粒子，则可能组合的数目因此为1023的数量级！另一方面，还对技术人员清楚的是，可使用大得多的数目的数字化场和大得多的数目的薄片来提高标记的抵抗性——如果可用数据存储和处理能力允许这样。
替换地，32x32场的区域可表示为有32个各为32比特的数字的阵列。如果场被至少一个薄片占用，则相应数字的相应比特为1；否则为0。
所述随机分布包括位于检测区域内的3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。针对给定的施用工艺可通过在所施加的材料中采用恰适的薄片浓度来容易地设置每区域恰适数目的薄片。如果标记通过丝网印刷来施用，则丝网印刷墨水中1％的数量级的薄片浓度通常适于在印刷文档上产生所需数目的每区域薄片。
优选地，通过对物品施加涂料合成物或粘附箔片来在完成物品的外表面上产生粒子的随机分布。涂料可例如是包括所需量的CLCP薄片作为附加成分的保护漆。给定CLCP薄片的高透明性，这样的标记对于肉眼来说几乎不可见，但可在需要的情况下结合光学滤色镜使用CLCP薄片所展现的特定偏振效应来显示。
然而，CLCP薄片可通过任何施用技术来施用，或者通过i)用液体涂料合成物、糊状涂料合成物、或固体——具体而言是热熔粉状涂料合成物(例如，用于激光打印机和复印机的调色剂)、或通过“烫金”来涂敷或印刷物品或其一部分；或者通过ii)向物品粘附标签、薄板、薄膜、转印箔、或先前在如上i)下处理过的任何其它可转印对象。物品由此可包括或其自身为标签、薄板、薄膜、转印箔、或包括CLCP薄片的所述随机分布的任何可转印对象。
然而，必须确保薄片留存于印刷文档或物品上，以允许其后续认证/标识。在最后的过度上漆或过度层压步骤(如在钞票、卡或ID文档)的情形中，粒子可被认为被牢固地固定到文档或物品，而与如何对其施用粒子无关。
优选粒子是EP06116141.0以及相关文档中所描述类型的薄片。可用于实行本发明的CLCP色素在EP 1 213 338 B1、EP 0 685 749 B1、DE 199 22 158 A1、EP 0 601483 A1、DE 44 18 490 A1、EP 0 887 398 B1、以及WO2006/063926中公开。还对US 5,211,877、US 5,362,315以及US 6,423,246作出参考。这些粒子的厚度为1到10微米的数量级，薄片尺寸为10到100微米的数量级，并且是通过粉碎相应的液晶聚合物原始薄膜获得的。供在本发明中使用的优选薄片的厚度在1到10微米的范围中，以及其平均薄片尺寸在20到100微米的范围中。
这些薄片优选经由涂料合成物被向文档或物品施用。这意味着恰适量的薄片被混合到包括至少一种粘合剂的涂料合成物中作为附加组分。粘合剂中薄片的恰适浓度在0.01％到20％(以重量计)的范围中；优选地0.1％到3％(以重量计)；最优为范围0.2％到1％(以重量计)中的浓度。粘合剂可包括附加组分，具体而言是填充物和添加剂，以及着色剂和其它墨水安全性要素。
标记的优选薄片密度不高于每平方毫米100个薄片，优选地不高于每平方毫米35个薄片；最优不高于每平方毫米7个薄片。
标记可进一步包括两种类型的粒子。还可能将所述密度下所确定圆偏振的所述薄片所表示的标记隐藏在大得多的数目的其它色素粒子中；后者可为相同或不同本质，并且具有相同或不同颜色。具体而言，由一种圆偏振的小量胆甾型液晶色素薄片所表示的标记可被隐藏在相反圆偏振的大量胆甾型液晶色素薄片中。
适合本发明的实施例的印刷墨水或涂料合成物因此必须至少包括清漆组分(粘合剂)和标记(CLCP)薄片。任选地，可存在色素、染料、增补剂、添加剂、发光剂等。
向其施用CLCP薄片的基底可以是与印刷墨水或清漆兼容的任何材料；优选地该基底为纸、纸板、塑料、或金属。也可涂敷编织材料和毡制品。基底还可以是黑色、白色、彩色和/或反光的。虽然黑色基底提供用于感知CLCP薄片反射的最佳对比度，但薄片的偏振性质允许即使在背景不是黑色的情况下也能将薄片与背景区别开。基底还可包含诸如文本、或条形码或矩阵码的标志。
如对技术人员显然的是，包括CLCP薄片的涂料可用诸如文本、或条形码或矩阵码等标志来套印或涂敷——若预见到薄片的至少一小部分仍可检测以进行认证。
涂敷方法优选地在诸如凹版印刷、苯胺印刷、以及丝网印刷等常见的大区域印刷技术当中选取。涂敷后粘合剂的硬化确保了标记粒子被固定在适当位置并在那里保持被稳定地锚定。由于使用个体粒子的随机分布作为标记和标识手段，因此这对于在物品的常规使用条件下提供稳健、持久、和稳定的标识符而言是重要的。
在其中标记是通过‘凹版印刷’来施用的情形中，‘凹版’印刷图版的凹形的预配置图案可用作墨滴沉积点的‘自然’数字阵列。每一个这样的小滴可包含至少一个薄片——在这种情形中该阵列元素的数字值可被指派为‘1’，或完全没有薄片——在这种情形中该阵列元素的数字值可被指派为‘0’。薄片的位置信息的这种‘自然’数字化可有助于阅读标记，从而以直截了当和快速的方式正确地定位阅读掩盖。阵列元素被一个或多个色素薄片占用的概率是印刷墨水中薄片的浓度的函数。可使用除‘凹版印刷’以外的其它印刷工艺——显著的苯胺印刷或喷墨打印——来达成在预配置图案中沉积墨滴的相同效应。
这种标记能高度抵抗环境的影响，因为一旦固定好，这些粒子不大可能改变其位置。如果粒子充分多，则它们也不大可能因摩擦或磨损而丢失。在其中使用高密度薄片的情形中，诸如表示印刷特征的界定区域上的全表面覆盖的密度——其例如可通过使用包含约20％的CLCP薄片色素(以重量计)的丝网印刷墨水来获得，选择所存在薄片的总数的子集来保持可处理极限内随机分布的数据表示是有利的。随后通过根据诸如位置、朝向、或图形设计等预定义总准则在较大的总数中选择多个薄片来获得表示所述随机分布的所述数据。
可实现位置准则，例如以使得仅考虑沿印刷特征的边界线的隔离粒子的位置，并且忽视印刷特征内部的累积粒子的位置。
或者，印刷背景的一些细微细节可被用于恰适地定位薄片的参考点。
可例如通过利用粒子的反射特性在特定角度约束下使用照明和观察来实现朝向准则。仅考虑在所述条件下朝检测器反射来自光源的光的粒子，并且忽视在所述条件下不反光的粒子。如对技术人员显然的是，所标记物品相对于照明源和检测器旋转或倾斜将会把另一个子集的粒子置入反射条件下；因此，这种选择的可使用性强烈取决于原始选取的阅读条件的精确再现性。
可通过利用粒子的彩色或彩色偏移性质来实现图形设计准则。印刷特征的界定区域上的全表面覆盖可例如使用不同类型的粒子的混合物来识别。根据这些，可分开或一起使用一个或多个所确定的类型来推导表示所述随机分布的所述数据。对属于所确定类型的粒子的选择在本文中是基于预定光学性质的。
进一步针对标记方法，本发明还包括携带根据上面概述的标记的文档或物品。具体而言：
在至少一个区域中用CLCP薄片的随机分布标记的文档或物品，其特征在于该CLCP薄片反射圆偏振光分量。
如上标记的文档或物品，其中所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。
如上标记的文档或物品，其中所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。
如上标记的文档或物品，其中每一个光谱反射带分别地左旋或右旋圆偏振。
如上标记的文档或物品，其中所述随机分布是在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的区域中产生的。
如上标记的文档或物品，其中CLCP薄片的所述随机分布施用在预先存在标志上。
如上标记的文档或物品，其中所述随机分布包括3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。
进一步针对这一点，本发明还包括使用胆甾型液晶色素(CLCP)薄片用粒子的随机分布来标记文档或物品以便用认证设备进行认证/标识，其特征在于，所述CLCP薄片反射圆偏振光分量，并且所述认证设备利用圆偏振通过形成圆偏振差异图像来将标记的薄片与背景区别开。
所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。
或者，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。
所述CLCP薄片可进一步使每一个光谱反射带分别地左旋或右旋圆偏振。
本发明的进一步方面是使用如上所述的CLCP薄片，其中所述随机分布是在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的检测区域中产生或利用的。
本发明的进一步方面是使用如上所述的CLCP薄片，其中所述随机分布包括3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。
根据本发明的用于认证物品的涂料合成物中CLCP薄片的浓度优选为0.01到20％(以重量计)，更优选为0.1％到3％(以重量计)；最优选为0.2％到1％(以重量计)。
本发明还包括用于标识或认证具有包含随机分布的粒子的标记的物品的设备，所述设备包括照明装置和光学检测装置，其特征在于用于检测和分析圆偏振光的装置以及用于形成圆偏振差异图像的装置。
根据本发明的设备可具有至少一个圆偏振滤光器，优选为分别的右旋圆偏振滤光器和左旋圆偏振滤光器。
根据本发明的设备还可具有至少一个滤色镜。
所述设备包括从包括单色图像传感器和彩色图像传感器的组中选取的至少一个电子图像传感器；所述图像传感器还可以是从包括CMOS和CCD图像传感器的组中选取的。所述设备可被集成到执行其它功能的设备中，例如实施为相机移动电话。所述设备还可包括图像分割棱镜和两个圆偏振滤光器。
优选的光学检测装置包括根据图4的紧凑小棱镜(1)。该棱镜被实施为使得容易地装配到现有成像设备(例如，相机或移动电话)(2)而不需要对后者进行较大修改(图5)。
所述(1、1’)棱镜可包括可翻转固定装置(3)，其可实施为磁固定、螺丝等以允许将棱镜固定在成像设备的透镜前方。
参考图4a、4b，棱镜(1)优选地为二等边棱镜，其顶角
Figure G2008800135001D00131
在范围140°到170°中。该棱镜可以是其折射率n在范围1.3到1.9中的单片光学合适材料(玻璃、塑料)。或者，该棱镜可包括两个半矩形棱镜(1、1’)，其结合在一起以形成单个棱镜(图4b、4c)。
阅读设备包括与透镜(3，图4a)和电子图像传感器相组合的所述棱镜(1)。所述棱镜可以是相机、移动电话等中已存在的棱镜。棱镜的功能是将标记(I)的图像复制成两个相同图像(I1、I2，图4a)，这两个相同图像被棱镜(3)成像到图像传感器芯片(2)上。可为CCD或CMOS设备的图像传感器芯片(2)同时递送分别对应于标记(I)的两个偏振中的每一个的两张图像。
为达成这点，棱镜(1)包括两个偏振滤光器(4、4’)，其分别透射左旋(4)和右旋圆偏振光。偏振滤光器可被布置在棱镜顶端(顶部)的两面上(图4b)。或者，滤光器(4、4’)可被布置在棱镜底端(基部)上(图4c)。
另外，所述偏振滤光器(4、4’)可与滤色镜相组合，用于对特定波长范围的选择性透射。
用于分析图像中的圆偏振状态的其它类型的棱镜以及其它方法和设备是为本领域技术人员所知的，并且可代替根据本发明所需要的功能中的上述棱镜和滤光器。
具体而言，棱镜和透镜的相应功能可一起被集成单个设备中(图4d、4e)，以形成成对透镜或成对菲涅耳透镜；成对透镜的个体部件可设有右旋和左旋圆偏振滤光器。
包括设有右旋和左旋圆偏振滤光器的成对菲涅耳透镜的实施例是尤其优选的，因为其经济且可被构造为单个塑料材料平板。
还可在装备有宏物镜和所述图像分割光学元件的数字相机的辅助下记录图像数据。可有利地使用根据图8的光漫射白圆顶，其通过小孔提供对样本的可见访问，并且其包括全向照明装置。
将与所述阅读设备一起使用的优选照明装置包括环形光源，其可实施为白色或彩色LED环，并且其可用于照明实施白圆顶。该圆顶进而将光漫射到样本上，从而提供使基本上标记中存在的所有CLCP薄片都在相机的图像中可见的条件。漫射照明源是技术人员已知的且可从各种制造商(西门子、高级照明、CCS等)购得。在替换实施例中，可有利地使用彩色照明来提高CLCP粒子与背景之间的对比度。
在根据本发明的另一个实施例中，所述阅读设备的照明装置不是完全漫射的。使用至少部分定向照明允许仅选择满足针对所选取的照明和检测角度组合的特定反射条件的小部分粒子。
关于基底平面(直光线、垂直示图)的简单垂直照明和检测设置允许检测(即，选择)仅其平面朝向基底的平面的20°或更少内的那些CLCP薄片。
在相应的实施例中，用装备有宏物镜和棱镜的简单相机来执行对文档或物品上的标记的图像数据捕捉，棱镜的两个顶面各自具有左旋和右旋偏振滤光器。由例如闪光灯等光源从相机的方向上执行照明。在这种情形中，只有一部分CLCP薄片朝着相机反射光并出现在图像中。CLCP薄片的选择因此通过所述阅读设备的定向照明装置来执行。
还可使用一系列(k＝1..N)定向光源，其中之一在某一时刻打开以获取相同粒子排列的相应的一系列(k＝1..N)图像。通过对每一个像素i，j的强度获取I(i，j)＝Max(I_1(I，j)，I_2(I，j)，...I_N(I，j))，这些图像可在随后被组合成单个图像。还可在该序列的每一步中每次打开一个以上定向光源。
所述设备还可包括用于通过圆偏振光来照明文档或物品的照明装置。在第一实施例中，存在用于右旋和左旋圆偏振光的分开光源；该光源被交替地打开和关闭。在第二实施例中，使用具有诸如DE 102 11 310中所公开的光电滤光器的单个唯一光源，从而允许交替选择右旋和左旋圆偏振。也可提供唯一光源和对左旋和右旋圆偏振滤光器的机械切换。
所述设备还可包括使得其能执行数据处理操作、以及经由有线或无线数据链路或经由因特网来传输信息的硬件和软件。数据处理对于捕获(捕捉)图像、扫描、对准、以及使左旋和右旋图像彼此相减(匹配和图像处理)、以及解读结果(对标记的认证或标识)而言显然是需要的。在数据链路的情形中，这些操作中的一些可由远程计算机执行。
本发明的进一步方面是使认证设备认证具有CLCP薄片的随机分布的物品的过程，其特征在于，分别具有左旋和右旋圆偏振滤光器的图像分割光学元件与相机移动电话组装在一起。
本发明的进一步方面是使用所述认证设备，其包括与相机移动电话组装在一起的分别具有左旋和右旋圆偏振滤光器的图像分割光学元件，用于认证具有CLCP薄片的随机分布的物品。
所述设备还包括滤色镜。如对本领域技术人员显然的是，可联合偏振滤光器使用各种各样的滤光器来提高图像质量。诸如电子CCD或CMOS图像传感器芯片等黑白传感器的光谱响应可由恰适的滤色镜显著地修改。可使用彩色滤色镜或干扰滤光器利用粒子的反射位于电磁谱的所确定波长区域中来提高图像对比度。
在根据本发明的用于认证或标识的方法中并参考图4，CLCP薄片的随机分布被包括在文档或物品上的所确定区域之中或其上，所述文档或物品被置于包括所述光学装置——即图像分割、偏振棱镜和图像传感器——的阅读设备前面，从而从图像传感器获得图像。如果需要，使用专用照明装置。
在图像分割光学元件是棱镜的情形中，棱镜的每一个斜面可分别包括左旋和右旋偏振滤光器，从而在图像传感器设备的两个分开部件上产生分别与在左旋和右旋圆偏振光下看见的标记(I)相对应的分开的图像。
标记(I)的两张图像(I1、I2)现在被彼此映射、(在需要的情况下)应用转换和缩放操作，并且图像(I1、I2)彼此相减，以产生差异图像(I1-I2)，其不再包含非偏振背景贡献。
根据差异图像，确定标记粒子(薄片)的位置，并且通过将标记粒子的位置数据与从数据库检索的预记录信息相比较来认证或标识文档或物品。数据库或其一部分可嵌入阅读设备中，以允许独立标识。替换地，数据库或其一部分主存在外部服务器(计算机)上，从而需要远程询问来查明物品确实性或身份。
一般而言，所述差异图像(I1-I2)是使用分别通过左旋和右旋偏振滤光器获取的同一标记的两个图像来获得的；随后需要对两个图像的相应点进行逐点比较来确定在任何给定点是否存在偏振色素薄片、以及该偏振色素薄片是反射左旋还是右旋光分量。在执行任何减法操作之前必须标识左旋和右旋图像中的点的对应性。这可通过图像匹配算法来达成，其将自身定向到标记区中存在的图形设计等，从而给出对局部图形元素的指示。这一点图像匹配算法对于本领域技术人员而言是已知的且是可获得的。
在根据本发明的标记的第一优选实施例中，CLCP标记薄片反射可见光谱中的一波长范围内的单种圆偏振的光分量。这种薄片的存在与否可后续根据对所述范围的光谱中的左旋和右旋圆偏振光的反射性的差异来确定。
在进一步实施例中，CLCP薄片反射可见光谱的一个以上范围中的光；在每一个范围中，可使得其独立地反射左旋或右旋光分量。在偏振和滤色镜的组合的帮助下，可唯一性地检测到双旋(左旋和右旋)圆偏振薄片。
CLCP薄片的重要优点在于其相当大的薄片尺寸——20到100微米之间，以及其减小相当多的厚度——大约1到10微米(通常为3微米)。CLCP薄片的适度厚度允许它们被纳入常见的印刷墨水中(例如，纳入套印清漆中)，并用常见的印刷装备来印刷，而不管其相当大的薄片尺寸，不仅仅是因为CLCP薄片是在某种程度上灵活的材料。
在本发明中用作标记粒子的CLCP薄片的大尺寸允许容易在文档或物品上检测到它们。给定薄片的大尺寸，标记区域也可被选取得较大以容易定位。透明CLCP薄片可被施用到现有标志上。包含封套的CLCP薄片因此密封该标志；可以确认该标志没被篡改。
大约20到50个薄片就足以清楚地标识大量文档或物品；由此限制了必须处理且被预记录在参考数据库中的数据的量。
取决于要标识的文档或物品，其中施用标记的区块可在有效地使用的标记区块上延伸；在极端情形中，整个文档或物品可以是标记的目标。
减少了破坏和污染所标记文档或物品的不利作用，因为根据本发明的标识不需要实际检索的薄片图案与参考数据库中预记录的图案之间的完全匹配。实际上，如果在所讨论的文档或物品上只要遇到数据库中预记录的薄片位置的一部分，就能确保文档或物品的确实性。另一方面，如果薄片存在于文档或物品上，但其并未在预记录的参考数据库中找到，则所讨论的文档或物品将被认为是赝品。这些优点一起克服了现有技术中关于拙劣的认证速度、干扰、污染文档等许多问题。
标记的区域包括用于标记的检测(阅读)的区域，但可以比后者大得多。检测区域的优选大小是一平方厘米，但取决于应用，也可选取更小或更大的大小。检测区域也可像整个样本那样大。当检测区域较大时，阅读设备的定位就更容易；认证和标识将更快。在所有情形中，阅读设备所捕捉的区域应大于要认证的标记的实际区域，从而允许补偿对携带标记的文档或物品的小定位误差。对标记的认证必要地包括在文档或物品上准确定位它的步骤。
签名——即反映特定位置上标记粒子的存在性的数据集——的数据大小是敏感点。如本领域技术人员已知的，广泛的数据记录的标识需要在参考数据库中进行耗时的搜索，并且为了减少在数据库中的搜索时间，有必要限制签名本身的大小。可使用若干参数来定义物品的签名，诸如薄片位置、定向、其颜色、适用的情况下其双偏振等。签名大小的相当程度的减小可通过将签名限制为仅表示薄片位置来达成。
为了进一步减小要处理的数据集的大小，从检测区域中的相邻像素检索到的数据可被组合以减少噪声并获得该物品的清楚签名。例如，可组合4个、9个或16个相邻像素的方阵的数据来表示“宏像素”的值。这意味着只有在一个以上像素上延伸的大且明亮的薄片或薄片簇才被用在最终数据集中(“宏像素算法”)。也可应用诸如平滑手段或傅立叶域中的光谱过滤等噪声削减的其它统计手段来减小要处理的数据集的大小。
对物品的认证可仅针对若干参数执行，优选地针对被选取用来确定物品的真实性的所确定区域中的位置。或者，诸如定向、颜色、与观测角的色移等薄片的其它参数可被包括在数据集中，其被存储在数据库上作为确实性参考。
CLCP薄片的随机分布的使用生成物品的唯一性身份。所述分布具有若干“随机度”，其是伪造者要制造精确副本而所必须匹配的。这些随机度为：每一个CLCP薄片的位置；所述薄片在所有三条轴上的定向的自由性；其直径；其颜色和色移；其偏振(左旋、右旋或这两者)；其在清漆中的深度；物品的第一层的颜色。超过复制标记的整个可能性极小，因为许多薄片必须同时匹配参考。
通过增大CLCP薄片的量，伪造的风险因难以重现标记而被降低。CLCP薄片本身的制造已经不容易，并且可制作各种各样的不同类型的CLCP薄片。正确材料的不可用性对伪造者而言是首个重要障碍。第二个障碍是在签名区域中重构标记分布和匹配所有随机度的难度。
文档或物品是通过将检索到的关于文档或物品的标记区域中的薄片位置、定向、颜色、色移等的数据与先前已存储在数据库中的原始文档或物品的“签名”进行比较来认证或标识的。可以使用索引或原始数据库。索引数据库具有允许快速的内容驱动的搜索和访问信息的优点。
如果在文档或物品上找到与原始存储的信息不对应的薄片位置，则认为该文档或物品是赝品。如果原始存储的信息包含在文档或物品上不存在的薄片位置，则认为该文档或物品是可信的。可能要求必须存在原始薄片的最小百分比才能接受标记是可信的。例如，当随机CLCP薄片的位置的85％匹配数据库中的原始预记录签名时，可认为签名是可信的。为了节省时间，还可将比较限制为仅仅是文档或物品的“签名”的一部分。然而，为了获得清楚的标识，必须比较足够数目的薄片位置。
本发明的标记——其为每一个文档或物品的个体签名——可用于跟踪或追踪文档或物品。标记区域中CLCP薄片或至少所述薄片的选择的随机分布被预记录在数据库中。在以后的时间，该文档可被合适的阅读器设备(其可以是经相应改动的相机移动电话或经改动的商用扫描设备，诸如商用平台扫描仪，但其优选为专用阅读器设备)检查，并且可在所述数据库中标识检索到的与薄片位置相对应的“签名”，即可确定该文档的身份。
现在在附图和示例性实施例的帮助下进一步例示本发明。
图1：示意性地描绘根据本发明的标记和标识的方法和系统。
图2：示意性地描绘根据本发明的标记。
图3：根据不同的可能实施例示意性地描绘根据本发明的阅读器设备：
A)分别具有左旋和右旋圆偏振滤光器的两个相机；
B)具有包括左旋和右旋圆偏振滤光器的图像分割棱镜的单个相机；
C)具有用于顺序选择左旋和右旋圆偏振的光电开关的单个相机；
D)具有顺序的左旋和右旋偏振照明的单个相机。
图4：a)图解安装在相机上的偏振图像分割棱镜的功能；
b)示意性地描绘偏振图像分割棱镜的第一实施例；
c)示意性地描绘偏振图像分割棱镜的第二实施例；
d)示意性地描绘具有偏振滤光器的成对透镜；
e)示意性地描绘具有偏振滤光器的成对菲涅耳透镜。
图5：包括偏振图像分割棱镜的相机移动电话的实施例。
图6：示出根据本发明的方格纸(mm栅格间距)上的标记：a)用包括1％(以重量计)的CLCP薄片的墨水实现的；b)用包括0.2％(以重量计)的CLCP薄片的墨水实现的。
图7：示出在数据矩阵码顶上实现的根据本发明的标记的图像：a)通过右旋圆偏振滤光器获取的；b)通过左旋圆偏振滤光器获取的；c)图像a)与图像b)的差异。
图8：示出包括位于白漫射球形内的白LED环的优选照明装置。
示例性实施例
图1示出根据本发明的在圆偏振粒子的帮助下标记和标识文档或物品、使用设备结合用于实施用于跟踪和追踪操作的系统的进一步硬件和软件来认证/标识所标记文档的方法的示例性实施例。
使用包括恰适浓度的圆偏振CLCP薄片(2)来标记诸如标签(1)等文档或物品。使用具有恰适成像光学器件(5)和圆偏振滤光器(6)的相机(4)来记录所得标记(3)。应理解，在该方案中，所述圆偏振滤光器(5)表示左旋和右旋圆偏振滤光器两者，或者光电滤光器。还存在照明装置(7)。在具有相应软件的第一计算机(8)中处理使用左旋和右旋圆偏振光从所述标记获得的图像数据，并且从该标记中推导出签名(S)并将其存储在数据库(9)中。
随后将物品(1)用于产品上以供跟踪或追踪。为了标识该产品，使用阅读器设备(12)来记录标记(3)的图像数据。阅读器设备(12)可经由无线链路(L)向链接到第二计算机(10)的基站(11)发送所记录的图像数据。具有相应软件的所述第二计算机(10)从接收到的图像数据推导出签名并将其与存储在数据库(9)中的签名库进行比较。因此或者发现该签名出现在所述数据库(9)中，并且该产品被标识为其原始和追踪记录；否则认为该产品不是真实的。
图2示出具有一平方厘米的优选尺寸的所标记SICPA图章。检测区域包括整个图章。所述图章已用包括1％(以重量计)的右旋圆偏振CLCP薄片的清漆套印。使用右旋圆偏振滤光器结合对波长高于570nm的光透明并阻止波长低于570nm的光的570nm低通滤光器来记录图像。薄片在图章的暗区域上清楚可见。
图3示意性地描绘用于阅读标记的4种类型的设置：
根据实施例A)的阅读设备包括两个分开的电子图像传感器(C1、C2)，其具有透镜或光学器件(3)并分别具有左旋或右旋圆偏振滤光器(L、R)。标记(I)由第一图像传感器(C1)成像以产生通过左旋偏振滤光器(L)的第一图像(I1)；并由第二图像传感器(C2)成像以产生通过右旋偏振滤光器(R)的第一图像(I2)。
根据实施例B)的阅读设备包括单个图像传感器(C1)，其具有透镜或光学器件(3)和图像分割棱镜，在棱镜顶部的两个表面上分别布置了左旋和右旋圆偏振滤光器(L、R)。在同一图像传感器(C1)中同时获得标记(I)的两个偏振图像(I1、I2)。
根据实施例C)的阅读设备包括单个图像传感器(C1)，其具有透镜或光学器件(3)、和光电滤波器(EO)，其被交替切换以选择右旋或左旋圆偏振。在同一图像传感器(C1)中顺序地获得标记(I)的两个偏振图像(I1、I2)。
根据实施例D)的阅读设备包括单个图像传感器(C1)，其具有透镜或光学器件(3)和两个光源(LS1、LS2)，在光源前面分别布置了左旋和右旋圆偏振滤光器(L、R)。光源被交替地打开和关闭，从而向标记(I)提供交替的右旋和左旋圆偏振照明。图像传感器在所述右旋和左旋圆偏振照明下获取标记(I)的图像。因此，在同一图像传感器(C1)中顺序地获得标记(I)的两个偏振图像(I1、I2)。
在实施例D)的进一步变形中(未示出)，可使用具有用于选择偏振的光电滤光器的单个光源。
图4a示意性地描绘本发明的优选光学装置的功能，其允许使用单个电子图像传感器(2)同时记录标记(I)的左旋和右旋偏振图像。标记(I)的图像因此被布置在图像传感器(2)的透镜或光学器件(3)前面的简洁棱镜(1)的两个面分割为两个图像(I1、I2)。左旋和右旋偏振滤光器(4、4’)分别被布置在简洁棱镜(1)的所述两个面的前面，以选择每一个图像的偏振。
左旋圆偏振滤光器主要对左旋偏振光透明，诸如右物品上的标记的左旋圆偏振薄片反射的光分量。右旋圆偏振光将不通过左旋滤波器，并且反射右旋圆偏振光的对象将在图像中表现为黑色，即它们将完全不可见；这在相反意义上对于右旋偏振滤波器同样成立。
图4b给出图4a的棱镜的截面的详细视图：棱镜(1)可以是单个实体，但其也可以包括两个半矩形棱镜(1、1’)。棱镜的顶角
Figure G2008800135001D00211
在范围140°到170°中。越小的顶角导致通过棱镜的显著越低的透射并且导致重大的图像像差，而较大的顶角导致两个图像(I1、I2)的过小分离。左旋和右旋偏振滤光器(4、4’)被布置在棱镜的两个顶面的前面。固定装置(3)被布置在棱镜(1、1’)的基座处，以允许其可翻转地附连至图像传感器设备。
图4c示出棱镜的替换实施例，其中左旋和右旋偏振滤光器(4、4’)被分别布置在棱镜的基座的左侧和右侧。
图4d示出包括具有偏振滤光器的成对透镜的图像分割光学元件；它们的每一个部件在常见的图像传感器设备上产生对象的分开图像。
图4e示出包括具有偏振滤光器的成对菲涅耳透镜的图像分割光学元件；其实现与图4d相同的功能。
图5示出附连到相机移动电话的棱镜；该相机移动电话用作阅读设备。
在根据图6的标记的第一示例性实施例中，确定墨水中CLCP薄片的最优浓度。为此目标，准备以下通式的丝网墨水：
基本公式                    墨水0.2％        墨水1％
低聚物                50％
单体                  30％
Aerosil(硅胶)200      3％
墨水赋形剂：总              83％             83％
发光体：总                  10％             10％
添加剂：总                    6.8％        6％
CLCP薄片    0.2％到1％
色素：总                      0.2％        1％
总计                          100％        100％
通过本领域技术人员已知的手段将墨水的粘性调节到范围0.5到1Pa.sec中的值。
此示例的目的在于显示在印刷和固化墨水之后获得的每表面CLCP薄片的数目。用丝网77T使用丝网印刷技术将墨水印刷到毫米纸张上。印刷墨水通过UV干燥。
图6a示出从包括1％(以重量计)的CLCP薄片的印刷和固化墨水获得的图像。570nm低通滤光器的使用促进检测CLCP薄片。这种滤光器对波长长于570nm的光透明但阻止波长短于570nm的光。如从图6a中可见的，每平方毫米存在大约35个薄片。
图6b示出使用相同的条件印刷的包括0.2％(以重量计)的CLCP薄片的墨水的情形。在相同条件下获取的图像显示每平方毫米存在大约7个薄片。
在根据本发明的标记的进一步示例性实施例中并参考图7，用包括1％(以重量计)的CLCP薄片的丝网墨水来套印矩阵码。用丝网77T使用丝网印刷技术来印刷所述标记。所印刷标记通过UV干燥。
图7a示出通过左旋圆偏振滤光器获取的如此获得的标记的底片(反相)图像。CLCP薄片作为矩阵码的较大白点上的黑点而可见。在矩阵码的深色(原始为白色)区域中，薄片几乎不可见。
图7b示出与图7a相同的但通过右旋圆偏振滤光器获得的区域。薄片不再可见。图像中的少数黑点是印刷瑕疵造成的。
图7c示出通过从图7a的图像减去图7b的图像获得的差异图像。CLCP色素薄片在其存在的地方作为黑点而可见；背景矩阵码几乎被完全抑制。
图8示出包括位于白漫射圆顶(半球形)内的16个白LED的环的优选照明装置。所述照明装置允许以全向方式照明文档或物品，诸如以使得标记的基本上所有CLCP薄片取决于其在组成标记的涂料内的实际定向都可见。成像设备通过白漫射圆顶的顶部中的小孔插入。
表1
针对各种背景上不同照明-检测方案的情景：
假定照明是完美漫射的。
假设薄片会以效率FR反射R偏振光并透射L偏振光。(通过交换表中的L和R指数获得针对L偏振薄片的结果。)
照明：
L：左偏振；IL：左偏振光的强度(IR＝O)
R：右偏振；IR：右偏振光的强度(IL＝O)
U：无偏振；I：无偏振光的强度(IR＝IL＝I/2)
检测：
L：左偏振
R：右偏振
U：无偏振
背景：
反射系数η(0＜η＜1)。在反射之后，偏振信息消失。
Figure G2008800135001D00231
Figure G2008800135001D00232

Claims (45)

1.一种标记以及标识或认证物品的方法，包括以下步骤：向所述物品提供包含随机分布的粒子的标记，使用包括照明装置和光学检测装置的阅读设备记录并存储表示所述随机分布的数据，以及通过后续读取表示所述随机分布的所述数据并将其与所述所存储数据进行比较来标识或认证所述所标记物品，其特征在于，所述随机分布的粒子包含反射圆偏振光分量的胆甾型液晶聚合物薄片，并且所述阅读设备利用圆偏振通过形成圆偏振差异图像来将所述薄片与背景区别开。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆偏振差异图像是在选自无偏振、左旋圆偏振、和右旋圆偏振的组的两种不同偏振条件下获得的两个图像之间形成的。
3.如权利要求1到2之一所述的方法，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每一个光谱反射带分别被左旋或右旋圆偏振。
6.如权利要求1到5之一所述的方法，其特征在于，所述随机分布是在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的区域中产生或利用的。
7.如权利要求1到6之一所述的方法，其特征在于，所述随机分布包括3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。
8.如权利要求1到7之一所述的方法，其特征在于，通过根据诸如位置、定向、或图形设计等预定义准则在较大的总数中选择数个薄片来获得表示所述随机分布的所述数据。
9.如权利要求1到8之一所述的方法，其特征在于，所述阅读设备具有至少一个圆偏振滤光器，其优选为分别的右旋圆偏振滤光器和左旋圆偏振滤光器。
10.如权利要求1到9之一所述的方法，其特征在于，所述阅读设备具有至少一个滤色镜，所述滤色镜在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有带通。
11.如权利要求1到10之一所述的方法，其特征在于，CLCP薄片的所述随机分布通过选自以下的涂敷技术被提供给所述物品：用液体合成物涂敷或印刷、用糊状涂敷合成物涂敷或印刷、用固体涂敷或印刷、以及“烫金”，其中所述固体具体是热熔粉状涂敷合成物。
12.如权利要求1到11之一所述的方法，其特征在于，用标志套印或涂敷CLCP薄片的所述随机分布。
13.如权利要求1到12之一所述的方法，其特征在于，CLCP薄片的所述随机分布通过施用预配置图案的墨滴的印刷技术来施用。
14.如权利要求1到13之一所述的方法，其特征在于，所述随机分布以标签、薄板、薄膜、转印箔、或包括CLCP薄片的所述随机分布的任何可转印对象的形式被提供给所述物品。
15.在至少一个区域中用随机分布的粒子进行标记以对其进行标识或认证的物品，其特征在于，所述粒子包括反射圆偏振光的胆甾型液晶聚合物(CLCP)薄片，并且薄片密度不高于每平方毫米100个薄片，优选不高于每平方毫米35个薄片，最优不高于每平方毫米7个薄片。
16.如权利要求15所述的物品，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。
17.如权利要求16所述的物品，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。
18.如权利要求17所述的物品，其特征在于，每一个光谱反射带分别被左旋或右旋圆偏振。
19.如权利要求15到18之一所述的物品，其特征在于，所述随机分布是在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的区域中产生的。
20.如权利要求15到19之一所述的物品，其特征在于，CLCP薄片的所述随机分布被施用到预先存在的标志上。
21.如权利要求15到20之一所述的物品，其特征在于，所述随机分布包括3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。
22.如权利要求15到21之一所述的物品，其特征在于，包括CLCP薄片的随机分布，其通过选自以下的涂敷技术被提供给所述物品：用液体涂敷合成物涂敷或印刷、用糊状涂敷合成物涂敷或印刷、用固体涂敷或印刷、以及“烫金”，其中所述固体具体是热熔粉状涂敷合成物。
23.如权利要求15到22之一所述的物品，其特征在于，用标志套印或涂敷CLCP薄片的所述随机分布。
24.如权利要求15到23之一所述的物品，其特征在于，CLCP薄片的所述随机分布是施用预配置图案的墨滴的印刷技术的结果。
25.如权利要求15到24之一所述的物品，其特征在于，包括或为标签、薄板、薄膜、转印箔、或包括CLCP薄片的所述随机分布的任何可转印对象。
26.用于用粒子的随机分布来标记物品以便借助于阅读设备进行标识或认证的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述CLCP薄片反射圆偏振光分量，并且所述阅读设备利用圆偏振通过形成圆偏振差异图像来将所述薄片与背景区别开。
27.如权利要求26所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述圆偏振差异图像是在选自无偏振、左旋圆偏振、和右旋圆偏振的组的两种不同偏振条件下获得的两个图像之间形成的。
28.如权利要求26到27之一所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少一个光谱反射带。
29.如权利要求28所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述CLCP薄片在紫外、可见和红外电磁谱中的至少之一中具有至少两个光谱反射带。
30.如权利要求28所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，每一个光谱反射带分别被左旋或右旋圆偏振。
31.如权利要求26到30之一所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述随机分布是在至少1mm2、优选至少25mm2、更优选至少100mm2的区域中产生或利用的。
32.如权利要求26到31之一所述的CLCP薄片的使用，其特征在于，所述随机分布包括3到1000个薄片，优选地10到300个薄片，更优选地30到100个薄片。
33.用于使用CLCP薄片的随机分布来标记和标识物品的涂敷合成物，其特征在于，所述涂敷合成物包括浓度为0.01到20％之间、以重量计优选为0.1％到3％之间、以重量计最优选为0.2％到1％之间的CLCP薄片。
34.用于标识或认证具有包含随机分布的粒子的标记的物品的设备，所述设备包括照明装置和光学检测装置，其特征在于，用于检测和分析左旋和右旋圆偏振光的装置以及用于形成圆偏振差异图像的装置。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述圆偏振差异图像是在选自无偏振、左旋圆偏振、和右旋圆偏振的组的两种不同偏振条件下获得的两个图像之间形成的。
36.如权利要求34到35之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少一个圆偏振滤光器，其优选分别为右旋圆偏振滤光器和左旋圆偏振滤光器。
37.如权利要求34到36之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少一个滤色镜。
38.如权利要求34到37之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个电子图像传感器，所述电子图像传感器选自包括单色图像传感器和彩色图像传感器的组。
39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述图像传感器选自包括CMOS图像传感器和CCD图像传感器的组。
40.如权利要求34到39之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括图像分割棱镜以及分别的右旋圆偏振滤光器和左旋圆偏振滤光器。
41.如权利要求34到40之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括相机移动电话。
42.如权利要求34到41之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于分别用右旋和左旋圆偏振光来照明所述标记的照明器。
43.如权利要求34到42之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括使得其能进行图像处理操作的硬件和软件。
44.使阅读设备标识或认证具有CLCP薄片的随机分布的物品的过程，其特征在于，图像分割棱镜以及分别的右旋和左旋圆偏振滤光器与相机移动电话组装在一起。
45.一种阅读设备的使用，所述阅读设备包括与相机移动电话组装在一起的图像分割棱镜以及分别的右旋和左旋圆偏振滤光器，用于标识或认证具有CLCP薄片的随机分布的物品。
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