CN102418302B - 一种光学隐形水印安全纸 - Google Patents

Abstract

一种光学隐形水印安全纸。该安全纸利用亚波长光栅作为水印图像的像素点，使水印图像只有在掠射光入射时，才能在特殊的掠射角度下被观察到，既实现了反射性的光学水印、提高了光学水印的制作门槛，使水印图像的仿制难度大大增加，又简化了水印图像的可观察性，不需要使用额外的特殊工具就能在普通光源下看到。因此，本发明提出的具有光学隐形水印的安全纸具有广泛的应用领域。

Description

一种光学隐形水印安全纸

技术领域

本发明涉及光学防伪领域，尤其涉及一种形成具有光学隐形水印的安全纸。

背景技术

水印制造技术是一种古老的工艺，它是在造纸过程中，运用特殊技术使纸纤维堆积密度不均匀而形成厚薄不同，迎光可显示出明暗错落、层次分明的图案、图形。水印在钞票用纸上得到广泛应用，有固定水印、半固定水印和满版水印。满版水印，是在整幅钞票纸中布满水印图案。固定水印，是钞票的某一固定部位设置水印图案。半固定水印，是在钞票的一定区域内使固定水印连续移位显示的轨迹，从而出现连续的多镜头的效果。各国钞票水印图案、图形的种类很多。有圆形、方形等几何图案，也有花草、动植物图形和人物侧面的肖像等。

钞票纸上的水印图形，在阳光或灯光透视下，可看出它的图像，而如果把钞票平放，不迎光透视，则一般看不出水印来。对于包装与印刷制品，看到的图像是反射式的，不会有透视的背光源，因此，类似钞票水印材料不适合于通常的包装印刷制品。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种具有反射式光学隐形水印的安全纸，该安全纸利用亚波长光栅作为水印图像的像素点，使水印图像只有在掠射光入射时，才能在特殊的掠射角度下被观察到，隐形效果好，既提高了光学水印的制作门槛，使水印图像的仿制难度大大增加，又简化了隐形水印图像的可观察性，不需要只用额外的特殊工具就能看到。

根据本发明的目的提出的一种安全纸，具有光学隐形水印，所述安全纸的表面包括宿主图像和水印图像，所述水印图像嵌套在所述宿主图像中，组成该水印图像的像素点为亚波长光栅，所述亚波长光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该亚波长光栅法线的同一侧。

可选的，所述亚波长光栅的周期为200nm至400nm之间。

可选的，所述宿主图像为全息图像或衍射光变图像，该宿主图像的像素点为O型光栅，该O型光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该O型光栅法线的两侧，该O型光栅的周期为800nm至10um之间。

可选的，所述水印图像和所述宿主图像的嵌套关系为：组成该宿主图像的像素点所包含的O型光栅在每一行上连续，在行与行之间设有间隔，组成该水印图像的像素点所包含的亚波长光栅设置在该间隔中。

可选的，所述宿主图像为平面印刷图像。

可选的，所述水印图像和所述宿主图像的关系为：该水印图像设置于一薄膜的信息层上，通过将该薄膜复合或者信息层转移在所述宿主图像所在的纸张材料表面，使该水印图像嵌套于所述平面印刷图像中。

可选的，所述水印图像包括底图和结构图，组成所述底图像素点的亚波长光栅的取向角和组成所述结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补。

可选的，所述水印图像至少包括第一水印图像和第二水印图像。

可选的，所述第一水印图像包括第一底图和第一结构图，所述第二水印图像包括第二底图和第二结构图，所述第一底图像素点的亚波长光栅的取向角和所述第一结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补，所述第二底图像素点的亚波长光栅的取向角和所述第二结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补，且该第一底图像素点的亚波长光栅的取向角与该第二底图像素点的亚波长光栅的取向角不同。

可选的，所述第一水印图像像素点的亚波长光栅和所述第二水印图像像素点的亚波长光栅的周期不同。

本发明的光学隐形水印安全纸具有如下特点：第一，用可见光线照明，在正常观察角度下，只能看到宿主图像，而完全看不到水印，隐形效果好；第二，在掠射照明下，在特定的角度上，用人眼就可看到光学水印，不需要借助复杂的识别工具，识别更简便；第三，纳米级的亚波长光栅图形制作技术与装置有极高的难度，光学隐形水印纸有极好的安全特性；第四，光学水印直接镶嵌在全息图与光变图像之中，不改变原有制品的生产工艺；第五，该光学隐形水印对后继印刷图像品质和色彩效果的不产生干扰和影响，不改变原有印刷效果；第六，即使不用宿主图像，本发明的光学水印亦有良好的隐形效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为O型光栅的衍射特性示意图；

图2为亚波长光栅的衍射特性示意图；

图3为不同周期下的亚波长光栅的衍射特性示意图；

图4为使用棱镜耦合的亚波长光栅的衍射特性示意图；

图5是本发明第一实施方式的安全纸表面结构示意图；

图6是第一实施方式中水印图像包括第一水印图像和第二水印图像的安全纸表面结构示意图；

图7是本发明第六实施方式的安全纸表面结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，首先对本发明涉及的一些物理原理做简单介绍。

衍射光栅对光线的色散满足光栅方程，

sinθ₂＝mλ/(nd)-sinθ₁        (1)

这里，m＝0，±1，是光线的衍射级次，d是光栅周期，λ是光波长，n为介质折射率，在空气中，n＝1，θ₁、θ₂分别是入射光线、衍射光线与光栅法线的夹角，法线的左侧光线为角度负值，右侧光线为角度为正值。如图1所示，为反射型光栅的衍射特性示意图。

在介质中，如在光学玻璃中，折射率n＝1.51，这时，式(1)中，θ₁和θ₂分别是介质内的入射光线和衍射光线与光栅法线的夹角。

一般地，衍射光变图像的光栅周期为800nm-1.2μm，全息图以及白光消色差图像(非周期随机线条像素构成)的结构为800nm-10μm。为简便起见，将周期范围为800nm-10μm(λ/d＜1)的全息图或者衍射光变图像简称为O型光栅，参见附图1。

对可见光波长，λ为400nm-760nm，O型光栅λ/d＜1，在常规入射(-30度到-45度)光线下，O型光栅的衍射光与入射光位于光栅法线两侧，属于正向衍射，在光栅法线方向(正视)附近可看到衍射光或全息图。

1、对于O型光栅的衍射特性。

可见光区，空气中，对λ/d＜1的光栅，当d＞760nm时，光线正入射θ₁＝0，所有波长的光线均满足sinθ₂＜1，产生±1级衍射光，具有彩虹效果。当入射角θ₁＜-30度时，对m＝+1，sinθ₂＞1，+1衍射光成为倏逝波，不形成衍射。

(1-1)对d＝800nm光栅，m＝-1，入射角θ₁＝-40度(正常的照明角度)，-1级衍射光出射范围(8度～-18度)，出射方向在光栅法线附近，易观察。当入射角θ₁变化到-65度，-1级衍射光出射范围(+24度～-3度)，位于正常观察范围内。

(1-2)对于d＝1.2μm光栅，m＝-1，入射角θ₁＝-40度，-1级衍射光的出射角度(17度～0度)，出射方向在光栅法线附近，也易观察。当入射角θ₁变化到-65度，-1级衍射光出射范围(+35度～+16度)，也在正常观察范围之中。

上述分析表明，随着O型光栅周期增大，衍射光出射朝着正角度方向变化，属于正向衍射。而且，入射光从-30度变化到-65度，衍射光出射方向处于光栅法线方向附近，面向光栅方向观察，就可看到衍射光，属于正常的观察习惯。

2、亚波长光栅的衍射特性

对于可见光波长λ，当光栅周期d＜400nm时，周期d小于光波长λ，称为亚波长光栅(sub-wavelength grating)，空气中，λ/d＞1，对m＝+1，sinθ₂＞1，亚波长光栅在空气中不产生+1级衍射，在介质内衍射光变成倏逝波。

对m＝-1，产生衍射光的条件是，光线入射角θ₁必须为负值，这时sinθ₂＜1。如图2所示为亚波长光栅的衍射特性示意图。

(2-1)对d＝400nm的亚波长光栅，以θ₁＝-40度照明，衍射光的波长范围为(400nm～655nm)，出射范围θ₂为(-21度～-90度)，|θ₂|＞21度。这与相同入射角度下的O型光栅的衍射光出射范围(|θ₂|＜18度|)互不重叠。

当θ₁变化到-65度时，所有波长的光均产生-1衍射，出射范围为(-5度～-90度)，衍射光与入射光的最大夹角为60度，在-20度附近，可看到波长λ为500nm的衍射光。400nm周期亚波长光栅与O型光栅的衍射光的出射范围不重叠。

(2-2)对d＝300nm的亚波长光栅，入射角θ₁＝-40度，只有波长λ：400nm～500nm产生衍射，出射范围(-43度～-90度)。这与O型光栅的衍射光出射范围(|θ₂|＜18度)不重叠。

当θ₁＝-65度，只有波长λ：400nm～575nm产生衍射，出射范围为(-25度～-90度)，这时衍射光与入射光最大夹角40度，这与O型光栅的衍射光出射角(＞-3度)之间的角度间隔增大，相互不干扰。在θ₂～-30度附近，可观察到蓝色衍射光。

(2-3)对d＝240nm的亚波长光栅，当θ₁＞-42度，sinθ₂＞1，所有可见光波长不产生衍射。当θ₁＝-65度，小于465nm蓝色波长衍射光的出射范围(-49度～-90度)，衍射光与入射光的最大夹角为20度。

上述三种周期的亚波长光栅，随着周期d变小，衍射光出射朝着负角度方向变化，产生反向衍射，且超出通常观察范围。同时，衍射光线与入射光的角度随着d变小而逐渐变窄，观察衍射光的角度变小，因此，衍射光的隐形效果变好。参见图3。

(2-4)特殊地，亚波长光栅周期d＝200nm，对可见光波长，λ/d＞2，sinθ₂＞1，空气中不产生衍射，看不到任何衍射光。为了能观察到衍射光，需要使用棱镜耦合将入射光线导入到亚波长光栅上，由于光线在介质内，衍射光可以从棱镜的入射光同侧导出，参见图4。这样，从棱镜的侧面，人眼可看到蓝色衍射光。

综上分析，在通常照明角度(-30度到-45度)下，亚波长光栅仅有-1级衍射光，出射方向与入射光方向相反，其衍射范围与O型光栅的衍射范围互不重叠，因此不会同时被观察到。

由于亚波长光栅的衍射光出射方向超过正常观察范围，只有在特定角度才能看到。这一光学特性，可用于具有隐形特性的光学水印的制作。

基于光栅的衍射特性，本发明提出，用含有周期为800nm-10um衍射光栅的像素构成的图像作为宿主图像(host image)，用含有周期为200nm-400nm亚波长光栅的像素构成的图形作为水印(watermark or hidden image)。

在可见光波长(400nm-760nm)范围，周期为800nm-10um衍射光栅，λ/d＜1，具有正向衍射特性；周期为200nm-400nm亚波长光栅，λ/d＞1，具有反向衍射特性。参见附图1，2。正向衍射光与反向衍射光的出射方向相反。从而，宿主图像与水印图形实现了空间角的分离，衍射光的出射角互相不重叠。

通过亚像素处理，将亚波长光栅像素构成的图形嵌入到宿主图像中，在正常照明光源(天空、电光源、太阳光等)和视角范围内，用人眼只能看到宿主图像，看不到隐藏的水印，只有在掠射光线照明下(＜-65度)，与入射光线相反角度观察时，才可看到光学水印，参见附图3。具体做法如下：

(1)一幅宿主图像，其像素内光栅周期为800nm-10um；另一幅为待隐藏的水印图像，其像素内的光栅周期为200nm-400nm。分别按1/2样条对宿主图像和水印图像抽样，这样的1/2抽样是指，将整个安全纸版面内的所有像素点分成两半，一半的像素点组成成宿主图像，另一半的像素点组成水印图像。而组成宿主图像的像素点比如占据奇数行，组成水印图像的像素点比如占据偶数行，当然两者可以互换。

(2)经过1/2抽样的宿主图像，像素内的光栅线取向角

在0-180度内赋值，可形成光柱、素面彩虹、变色亚银或者其他更为复杂的光变图像。

(3)经过1/2抽样的水印图像，对底图和结构图分别赋不同的光栅取向角，例如，+45度与-45度，或0度与90度。这样处理后的图形，在掠视入射角下，可看到暗背景上的亮图形，或者亮背景上的暗图形，图形互补。

为了获得更好的隐形效果，对1/2抽样的水印图像进行再抽样，形成1/4亚像素图形。对具有1/4亚像素的底图和结构图，其亚波长光栅取向角

分别按相互正交的方向赋值，例如，结构图的光栅取向角赋值为+45度和0度，底图的光栅取向角为-45度和90度。

一般地，像素尺寸范围为20μm-80μm，像素越小，图像品质越高，但是，制作时间和成本会增高。

(4)宿主图像(全息图)与光学水印，镶嵌合成后一体后，通过光刻、电铸工艺制成精密金属模具，用模压、真空镀膜、涂层转移等工艺，将整体全息图或衍射光变图像转移或复合到纸张上，形成含有光学隐形水印的安全纸，供印刷和包装之用途。

根据水印效果需要，通过亚像素分布和亚波长光栅的取向角赋值的改变，可设计并获各种效果的光学隐形水印。

通过亚波长光栅改变，同一幅水印图形由含有两种以上周期的像素构成，在掠视观察时光学隐形水印具有彩色效果，光栅周期的选择(200nm-400nm)应使得不同光栅在同一方向上分别形成红、绿、蓝的衍射光，形成彩色光学隐形水印。

通过亚像素分布设计，镶嵌两幅图形，取向角采用大角度差赋值，光学隐形水印具有双通道视觉特性，即在两个掠视角下，观察到不同的光学水印图形。以此类推，可嵌入多幅具有连续变化的水印。如果双通道水印图形的夹角满足体视对关系，那么，观察到的水印具有一定浮动感(或景深感)。

本发明中，亚波长光栅的线宽分辨率达100nm-200nm，采用步进投影光刻和接触光刻设备均不能制作这种纳米级的线栅结构。因此，本发明中的亚波长光栅构成的光学水印，具有极高的技术难度。方法之一，用电子束光刻制作，但受制于曝光的速率，电子束曝光只能做较小尺寸图形；另一种方法，用大幅面紫外(波长266nm或355nm等)激光干涉光刻直写技术，在光刻胶干板上光刻含有光栅的像素，通过显影获得浮雕结构的像素图形。在水印图形设计和光刻过程中，将光学水印精确镶嵌到全息图或衍射光变图像中，当宿主图像的像素和光学隐形水印的像素相互镶嵌时，水印有更好的隐形效果。如宿主图像的像素和光学隐形水印的像素互有重叠，不同周期的栅线结构互调制使得光学隐形效果的品质(亮度等)将会下降。

光学水印图形可以是几何图案、花草、动植物图形，或者文字、商标以及人物肖像等。水印图形可以按照设计要求进行各种排列。

观察方法：在正常角度范围内，只能看到宿主图像，如光柱图像、彩虹图像以及印刷图像等，完全看不到光学水印。当光线掠入射(θ1＜-65度)，在与取向角

平行方向，并与纸张或最终印刷包装制品面的近掠视角下观察，可看到光学水印。

下面再以几个具体实施方式对本发明做详细说明。

实施方式一

本实施方式讨论宿主图像为全息图像时的情况。请参见图5，图5是本发明第一实施方式的安全纸表面结构示意图。该安全纸表面包括宿主图像10和水印图像11。在本发明中，所谓的宿主图像是指，人眼在观察安全纸表面时，在一般入射光角度下，看到的主要图像；所谓的水印图像是指，人眼在观察安全纸表面时，在一般入射光角度下无法看到，需要通过掠射光线，且在特殊的观察角度才能看到的图像。组成该宿主图像10的像素点101为周期为1μm的O型光栅，一个像素101内的O型光栅的栅线取向角为

该O型光栅组成的像素点101在每一行内连续，而行与行之间设有间隔，该间隔的宽度与一个像素101的宽度相同，为40μm-80μm。每一行内的像素点101中包含的O型光栅以固定取向角度

赋值，而行与行中的O型光栅的取向角具有固定的角度差，从0→180度，然后从180→0循环累计赋值。比如第一行中所有像素点101的O型光栅的取向角为1度，则第二行为2度，第三行为3度，以此类推直至到180度完成一个循环，然后第二个循环从180度开始直至0度完成一个循环，所有行内的像素点101按此规律排布，组合成宿主图像10所需的图案形状，该宿主图像10具有后循环型光柱效果。按照上文中的分析，以该O型光栅为像素组成的宿主图像10，在普通光线(-30度至-40度)的照射下，其衍射光的观察角度|θ₂|＜20度。即在法线附近。而在掠射光(小于-60度)照射下，该O型光栅的衍射光线和入射光线位于法线的两侧。

组成该水印图像11的像素点111为亚波长光栅，该亚波长光栅的周期为300nm-400nm。该亚波长光栅设置在40μm-80μm的间隔中。与实施方式一相同，所述亚波长光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该亚波长光栅法线的同一侧，即当入射光线的角度小于-65度时，从该入射光的相同一侧上可以看到由一个个亚波长光栅组成的衍射图像。

如此一来，在光线以θ₁(-30度到-45度)照明时，正视观察(|θ₂|＜20度)安全纸，只能看到光柱图像，当与制品纸张面以掠射θ₁＜-65度入射，在特定掠视角度下，可看到反射型光学水印，以此实现光学隐形水印的效果。

具体地，该宿主图像10和该水印图像11通过大幅面紫外(波长266nm或355nm等)激光干涉光刻直写技术，一起制作在在光刻胶干板上，通过显影获得浮雕结构的像素图形，然后利用电镀方法制作出表面具有水印图案的压膜，并通过纳米压印技术在光学转移材料上压印出该宿主图像10和该水印图像11，最后通过涂层转移工艺，将包含光学隐形水印的光柱转移或者复合到纸张上，形成具有光学隐形水印特性的反射型安全纸张。

进一步的，该水印图像包括底图112和结构图113，如图5所示。组成所述底图112像素点的亚波长光栅的取向角和组成所述结构图113像素点的亚波长光栅的取向角互补。举例来说，底图112的取向角

为0度、则结构图113的取向角为90度。如此一来，当底图112的衍射图像为亮图时，结构图113的衍射图像为暗图，反之，当结构图113的衍射图像为亮图时，则底图112的衍射图像为亮图。有了这种明暗的比较，可以使人员更容易观察水印图像的结构特征。

进一步的，在设计整个安全纸版面时，可以制作2个或2个以上的水印图像，使整个水印图像至少包括第一水印图像13和第二水印图像14，如图6所示。该第一水印图像13包括第一底图131和第一结构图132，该第二水印图像14包括第二底图141和第二结构图142，所述第一底图131像素点的亚波长光栅的取向角和所述第一结构图132像素点的亚波长光栅的取向角互补，所述第二底图141像素点的亚波长光栅的取向角和所述第二结构图142像素点的亚波长光栅的取向角互补，且该第一底图131像素点的亚波长光栅的取向角与该第二底图141像素点的亚波长光栅的取向角不同。比如第一水印图像的第一底图和第一结构图的光栅取向角为45度和-45度，第二水印图像的第二底图和低二结构图的光栅取向角为0度和90度。这样一来，当人员以不同的掠射角观察安全纸表面时，可以看到不同的水印图像，使得安全纸的水印图像具有动态的变化效果。

进一步的，当将该第一水印图像的像素点包含的亚波长光栅和第二水印图像的像素点包含的亚波长光栅的周期设计成不同时，比如第一水印图像的第一底图和第一结构图的像素点所包含的亚波长光栅的周期为300nm，第二水印图像的第二底图和第二结构图的像素点所包含的亚波长光栅的周期为400nm，这样一来，在观察到第一水印图像和第二水印图像时，就可以有颜色上的变化。当水印图像进一步包括三个，且每个水印图像的像素点所包含的亚波长光栅的周期分别对应红、绿、蓝三色光波所对应的波长时，就能观察到彩色的水印图像效果。

实施方式二

该实施方式二讨论的是宿主图像为衍射光变图像时的情况。在该实施方式中，宿主图像的像素点同样为O型光栅，即光栅周期在800nm至10um之间的光栅。该O型光栅的排布规则如下：该O型光栅组成的像素点在每一行内连续，而行与行之间设有间隔，该间隔的宽度与一个像素的宽度相同，为20μm-80μm。每个像素内的O型光栅为两次曝光形成的正交光栅，所有像素内的光栅均相同，即光栅周期和取向角相同，以这种光栅为像素点的宿主图像具有素面彩虹效果。

该实施方式中的水印图像特征，以及水印图像和宿主图像之间的嵌入关系与第一实施方式中的相同，在此不再赘述。

实施方式三

该实施方式三讨论的是宿主图像为另一种衍射光变图像时的情况。在该实施方式中，宿主图像的像素点同样为O型光栅，即光栅周期在800nm至10um之间的光栅。该O型光栅的排布规则如下：该O型光栅组成的像素点在每一行内连续，而行与行之间设有间隔，该间隔的宽度与一个像素的宽度相同，为20μm-80μm。每个像素内的O型光栅的周期为随机分布，每一行内的像素点中包含的O型光栅以固定取向角度

赋值，而行与行中的O型光栅的取向角具有固定的角度差，从0→180度，然后从180→0循环累计赋值。比如第一行中所有像素点的O型光栅的取向角为1度，则第二行为2度，第三行为3度，以此类推直至到180度完成一个循环，然后第二个循环从180度开始直至0度完成一个循环，所有行内的像素点按此规律排布，组合成宿主图像所需的图案形状，该宿主图像具有变色亚银效果。

该实施方式中的水印图像特征，以及水印图像和宿主图像之间的嵌入关系与第二实施方式中的相同，在此不再赘述。

实施方式四

该实施方式四是将实施方式一至实施方式三中，所形成的宿主图像和水印图像，首先通过模压、真空蒸镀的方法制作于透明介质膜(ZnS，TiO₂等)上，以形成透明转移膜。然后将该透明转移薄膜通过涂层转移方式，将包含隐形水印信息的涂层转移到印刷有图案信息的纸张上，形成目标产品。

实施方式五

该实施方式五讨论的是水印图像为全隐形水印图像时的情形，所谓的全隐形是指无论是普通光入射还是掠射光入射，人眼都没有办法直接在空气中观察到水印图像。

具体地，组成该水印图像的亚波长光栅的周期为200nm至300nm，此时由于周期极小，当入射角θ₁为-90度，仅有400nm波长有衍射，且出射角θ₂近掠射(-90度)，衍射角与入射角完全相反，不易观察，这种光学水印具有全隐形特性。对于全隐形光学水印，用棱镜耦合的方式观察。将棱镜底边与样品表面接触并赶去空气(在棱镜底边与样品之间填充匹配液体)，棱镜将入射光线从棱镜侧边正导入到水印样品上，入射角为-45度，由于光线处于玻璃介质中，n＝1.51，因此，-1级衍射光线从棱镜的入射光线同侧被反向导出，用人眼可观察到光学水印，参见图4。如果棱镜底边角为45度，导出的衍射光线与棱镜侧边法线的夹角约10度，透过棱镜观察，光学水印呈蓝色。上述全隐形光学水印材料具有极好的安全特性。

实施方式六

以上实施方式讨论的宿主图像，其像素是由O型光栅组成，而本实施方式讨论的宿主图像为普通的印刷图像时的情况。请参见图7，图7为本发明的第六实施方式的安全纸示意图，如图所示，该安全纸的表面包括宿主图像20和水印图像21。该宿主图像20为普通的印刷图像，该水印图像21嵌套在该宿主图像20中。我们知道，图像是由像素构成的，图像的亮度和颜色可用像素的灰度和颜色分量表达。不同灰度值(颜色分量)的像素可构成各种效果的图像。在本实施方式中，组成所述水印图像21的像素点211为亚波长光栅，该亚波长光栅的周期为200nm至400nm。所述亚波长光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该亚波长光栅法线的同一侧，即当入射光线的角度小于-65度时，从该入射光的相同一侧上可以看到由一个个亚波长光栅组成的衍射图像。而当正常光线入射时，只能看到由印刷图像组成的宿主图像20。

具体地，该宿主图像20通过印刷方法制作于纸张、高分子膜等材料表面。该水印图像采用大幅面紫外(波长266nm或355nm等)激光干涉光刻直写技术，在光刻胶干板上光刻含有亚波长光栅的像素，通过显影获得浮雕结构的像素图形，然后利用电镀方法制作出表面具有水印图案的压模，并通过纳米压印技术在薄膜材料层或者薄膜材料的信息层上压印出水印图像，最后将含有水印图像的薄膜复合或者薄膜材料的信息层转移在所述宿主图像20所在的材料表面，使该水印图像21嵌套于所述平面印刷图像中，形成本发明的安全纸。

在所有实施方式中，水印图像可以是几何图案、花草、动植物图形，或者文字、商标以及人物肖像等。水印图形可以按照设计要求进行各种排列。

综上所述，本发明的光学隐形水印安全纸具有如下特点：第一，用可见光线照明，在正常观察角度下，只能看到宿主图像，而完全看不到水印，隐形效果好；第二，在掠射照明下，在特定的角度上，用人眼就可看到光学水印，不需要借助复杂的识别工具，识别更简便；第三，纳米级的亚波长光栅图形制作技术与装置有极高的难度，光学隐形水印纸有极好的安全特性；第四，光学水印直接镶嵌在全息图与光变图像之中，不改变原有制品的生产工艺；第五，该光学隐形水印对后继印刷图像品质和色彩效果的不产生干扰和影响，不改变原有印刷效果；第六，即使不用宿主图像，本发明的光学水印亦有良好的隐形效果。因此，本发明提出的具有光学隐形水印的安全纸具有广泛的应用领域。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述安全纸的表面包括宿主图像和水印图像，所述水印图像嵌套在所述宿主图像中，组成该水印图像的像素点为亚波长光栅，所述亚波长光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该亚波长光栅法线的同一侧，所述亚波长光栅的周期为200nm至400nm之间，所述水印图像包括底图和结构图，组成所述底图像素点的亚波长光栅的取向角和组成所述结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补。

2.如权利要求1所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述宿主图像为全息图像或衍射光变图像，该宿主图像的像素点为O型光栅，该O型光栅在掠射光照明下的衍射光线和入射光线位于该O型光栅法线的两侧，该O型光栅的周期为800nm至10μm之间。

3.如权利要求2所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述水印图像和所述宿主图像的嵌套关系为：组成该宿主图像的像素点所包含的O型光栅在每一行上连续，在行与行之间设有间隔，组成该水印图像的像素点所包含的亚波长光栅设置在该间隔中。

4.如权利要求1所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述宿主图像为平面印刷图像。

5.如权利要求4所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述水印图像设置于薄膜或者薄膜的信息层上，通过将该薄膜复合在所述宿主图像所在的材料表面、或者将信息层转移到所述宿主图像所在的材料表面，使该水印图像嵌套于所述平面印刷图像中。

6.如权利要求1所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述水印图像至少包括第一水印图像和第二水印图像。

7.如权利要求6所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述第一水印图像包括第一底图和第一结构图，所述第二水印图像包括第二底图和第二结构图，所述第一底图像素点的亚波长光栅的取向角和所述第一结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补，所述第二底图像素点的亚波长光栅的取向角和所述第二结构图像素点的亚波长光栅的取向角互补，且该第一底图像素点的亚波长光栅的取向角与该第二底图像素点的亚波长光栅的取向角不同。

8.如权利要求6所述的光学隐形水印安全纸，其特征在于：所述第一水印图像像素点的亚波长光栅和所述第二水印图像像素点的亚波长光栅的周期不同。

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