CN102781629A - 具有光波导的安全文件 - Google Patents

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Abstract

具有光波导的安全文件。安全文件包括基底(1)和光波导(7)。光波导(7)中提供有用于耦合光输入或输出波导的耦合器(10a、10b)。耦合器(10a、10b)可例如由光栅、散射对象、全息图、发光染料或穿孔构成。可使用基于波导特性的方法证实文件的真实性。

Description

具有光波导的安全文件
技术领域
本发明涉及安全文件领域，例如纸币、护照或信用卡。
背景技术
安全文件具有的基底，可以是柔性的，且其上或其中设置至少一种安全特征用于证实安全文件的真实性。
尤其是体积或面全息图或折射光栅，已被建议作为安全特征，特别是用于纸币，信用卡或护照。即使这些特征难以伪造，但如果伪造者付出足够的努力它们是能够模仿的。
发明内容
因此，目的在于提供一种进一步改善伪造安全性的开头提到的类型的安全文件。
这个目的是通过安全文件达到的，该安全文件包括基底和设置在所述基底上面和/或里面的光波导。光波导包括至少一个耦合器其被构造且适于将光耦合输入波导和/或将光从波导耦合输出。
由于波导通常难以制造，因此这种措施增加了安全性。耦合器允许将光耦合输入波导或观察在波导内引导的光。
波导可以是从基底分离的项目，例如，如果基底由一张或多张纸形成。然而它也可成为基底的一部分，例如，如果基底由透明材料制成，例如聚合物箔。
文件有利地包括第一和第二耦合器。两个耦合器设置并构造成使得借助于第一耦合器耦合输入波导的光至少部分传输进入并通过第二耦合器耦合输出。这使得借助于波导外部的光源和观察装置(例如人眼或探测器)操作并验证波导成为可能。
有利地，基底是不透明的(也就是说，对所述波导中引导的光吸收)且具有窗或半窗。至少一个耦合器设置在窗中。这使得当耦合器的大部分可通过基底保护时，允许易于观察从耦合器耦合输出的光和/或易于通过耦合器将光耦合输入波导。
基底也可以包括两个窗或半窗，其中第一耦合器设置在第一窗或半窗内而第二耦合器设置在第二窗或半窗内。波导在第一和第二窗之间延伸。这种设计允许通过这些窗中的一个将光耦合输入波导并通过第二窗观察从波导耦合输出的光。
在另一有利的实施例中，文件包括设置在波导中或上面的发光染料，该染料在光照射下发光，例如在通过波导引导的光照射下发光，使得染料可被用于使波导中光的存在形象化。可替换地，发光染料在照在波导上的光的照射下可发射光，其中至少部分的发射光然后沿着波导传播，从别的地方被耦合输出。
波导可被至少部分地嵌入基底中，因而使得更换或移除更加困难。
如果波导包括第一和第二层，其中第一层具有的折射率高于第二层，第一层可用于引导光波，而第二层用于将引导的波和环境隔离。特别地，第二层可设置在第一层和基底之间，因而防止所述波被基底吸收或散射。有利地，波导也包括第三层，再次第一层具有比第三层高的折射率。第一层设置在第二和第三层之间，因而将第一层中引导的波隔离在两边上。如果基底中嵌入的波导至少超过其长度的一部分时这特别有用。
附图说明
当考虑下述详细的描述时，将更好地理解本发明以及除上述已经提到的那些之外的目的将变得明确。该描述参考附图，其中：
图1示出了安全文件的第一实施例；
图2是沿图1中II-II线的截面图；
图3示出了第二实施例的截面图；
图4示出了第三实施例的截面图；
图5示出了第四实施例的截面图；
图6示出了具有安全线的实施例；
图7示出了波导的放大截面图；
图8示出了制作波导的第一方法；以及
图9示出了制作波导的第二方法。
注意：附图不是按比例的。
具体实施方式
定义：
术语“安全文件”涵括任意类型的文件，这类文件包括使得其难以复制的安全特征。这类安全文件例如为纸币，护照，支票，股票，票证，信用卡或身份证。
术语“光”被理解为具有在红外、可见或紫外波长范围内的波长的光。在有利的实施例中，术语“光”仅指可见光。
“光波导”是实质上透明材料的物体，由于相对其环境具有更高的折射率，能够引导光。
在基底中的“窗”描述在另一实质上不透明的基底中的透明区域。窗可被不透明基底完全包围，或可定位于基底边缘。
基底中“半窗”意指基底包括两个不透明层，且波导嵌入在两者之间。半窗是其中的一层中形成开口的区域，且另一层保持原样。
术语“不透明”基底或层被理解为使得当给定的基底或层从其第一侧被照射时，其传输低于50％的光至其第二侧。剩余的光或被吸收或被散射。
第一实施例：
本发明的第一实施例在图1和2中示出，其示出纸币形式的安全文件。
示出的安全文件包括纸或塑料的柔性或刚性基底1，例如以安全图案2、插图3和价值指示4的形状的图形单元以已知的方式印刷在基底上面。另外文件拥有安全特征5，其设计在下面描述。
在图1和2的实施例中，基底1由第一纸层6a、第二纸层6b和在两者之间的透明塑料层形式的波导7层压材料构成。纸层6a、6b是不透明的。两个窗8a、8b设置在基底1中。它们由在两个纸层6a、6b中的洞形成。波导7延伸穿过二者。
在窗8a、8b的位置，波导7分别被配备第一和第二耦合器10a、10b。这些耦合器的目的在于将光耦合输入波导7和/或将光从波导7耦合输出。
在图2的实施例中，每个耦合器10a、10b由光栅11形成，特别是由表面光栅形成，其例如已在凹版印刷过程中浮雕印刷至波导7中。每个光栅由彼此平行延伸、有利地按规律的距离间隔开来的多条光栅线组成。
图1和2的安全装置的工作方式如下所述：当光在耦合器10a、10b中的一个上入射时，例如在第一耦合器10a上，光被耦合器散射。部分散射光在波导7中以这样的角度离开耦合器，以至于当它沿波导传播时被全反射。仅当它到达第二耦合器11的位置时，它再次被散射，这样它的一部分离开波导7并且取决于该光的波长，而能由合适的探测器或由肉眼观察到。
因此，当用光源照射窗中的一个时，例如第一窗8a，定位在第二窗8b中的第二耦合器将开始发射光。
为了提高装置的效率，耦合器10a、10b的光栅线与连接耦合器的线垂直。
任一光栅线的间隔可比光波长大得多，在这种情况下，光栅形成多个传统散射对象，其引起在波长的扩展范围上的散射。可替换地，如果光栅线的间隔类似于或仅稍大于光波长，则形成衍射光栅，其仅在特定的布拉格条件下散射光，因此导致了色彩效应。特别地，如果第二光栅10b，即将光从波导7耦合输出的光栅，是衍射光栅，则当从不同角度观察光栅时将观察到彩虹效应。
第二实施例：
图3示出了基于波导的安全装置的第二实施例。它示出了可使用不同类型的耦合器和不同类型的基底。
首先，在图3中，基底1实质由波导7单独形成，且纸片6a、6b被油墨层12a、12b替代，其例如借助于如胶版印刷的印刷技术已被施加到波导7的两侧。再次，两个窗8a、8b通过在相应区域省略任何印刷或通过仅施加减小的吸光率油墨或油漆而形成在文件上。
在第一窗8a的区域，第一耦合器由嵌入(或设置在上面)波导7的散射对象形成。散射对象例如可由在波导7中嵌入散射颗粒，或由例如借助于激光辐射局部改变波导7形成。
在第二窗8b的区域，第二耦合器10b也嵌入波导7中，且例如能由下列的一个或多个形成：
a)体积全息图。这样的体积全息图例如可在塑料层中利用WO2005/124456(Xetos AG)中描述的技术借助于以相干光照射形成。这样的全息图，如果在适合的角度下并以适合的光栅间距设置，有效地衍射预定波长范围内的光到波导7外，因此产生了强的色彩效果。
b)发光染料，它在波导7中引导的光的照射下发光。这样的染料例如使用印刷技术嵌入波导7中，或如参考标号10b’所示施加到波导7的表面。如果光通过第一耦合器10a被耦合输入波导7中，将导致染料基本在所有空间方向上发光，因而染料将对观察者的眼睛明亮地发光。
必须注意的是，在此描述的大部分实施例中，第一和第二耦合器10a、10b的作用可以颠倒，即，第二耦合器10b也可用于将光耦合输入波导7中，而第一耦合器10a也可用于将光从波导7耦合输出。例如，体积全息图也可用于将光耦合输入波导7。同样，当照射设置在波导7上面或里面的发光染料时，由染料发射的部分光将沿着波导7传播并在第一耦合器10a的位置耦合输出。
适合的染料例子为Macrolex red(bayer AG公司提供，发射红光)，或Fluorol(Sigma-Aldrich公司提供，发射绿金黄色光)。
文件也可以被提供具有至少两种不同发光颜色的染料，因此使得效果更为独特。不同颜色例如可设置在不同的位置。因此，他们允许产生多色图像。或者它们可根据光在哪儿以及如何耦合进入，设置成使得在某个时间仅激发这些染料中的一种。
第三实施例：
在图4中示出另一实施例。在此，这些耦合器中的一个，例如第二耦合器10b，被至少一个穿孔14替代，有利地是被多个穿孔14替代。每个穿孔延伸穿过波导7并在其中产生边缘，它在波导7中引发光的散射。因此，当光沿波导7传播时，部分光在穿孔14处散射，且穿孔14将开始发射光。穿孔14有利地一直延伸穿透不透明基底1，这样光能被发射到文件的两侧。
穿孔例如可借助于激光打孔的方式制作，例如WO2004/011274中描述的。
第四实施例：
在图5的实施例中，第二耦合器10b具有周期性结构，例如由周期性排布的散射对象或发光染料形成。另外，周期性微透镜阵列15设置在耦合器10b上，例如通过单独制作微透镜阵列并将其粘贴至第二窗8b形成。微透镜的周期基本等于耦合器10b结构的周期，“基本等于”意味着10％或更小的偏差。因此，当光在波导7中传播时，通过微透镜阵列15观察文件时，耦合器10b与微透镜之间的相互作用将引发非常独特的行为。这种行为在透镜和耦合器10b的周期稍不匹配时甚至更为显著。
另外，图5示出了窗8a、8b的任何一个也可为半窗，例如图5的窗8b。在光耦合输出的位置使用半窗特别有利，原因在于它允许为耦合器10b提供限定的背景。例如，这个背景可选为暗背景，因而提高耦合输出光的可见度。尽管半窗在图5中是与确定类型的耦合器相结合示出，但它也可与其他任意类型的耦合器结合。
第五实施例：
图6的实施例基本对应于图1的实施例。但是，当在图1的实施例中时，波导7是具有实质上与纸片6a、6b相同延伸度的塑料片，而在图6的实施例中，波导7是至少部分嵌入基底1的细条，即安全线(security thread)。安全线透过窗8a、8b是可见的。
波导：
图7示出了波导7的优选结构。它包括第一层7a、第二层7b和第三层7c，第一层7a具有比第二和第三层7b、7c更高的折射率。折射率差足以约束被引导的光在第一层7a内，仅小量的光强延伸入层7b、7c中，且实际上没有光穿过层7b、7c。如上所述，这种设计减小了损耗和衰减。
有利地，并如图7所示，层7b、7c设置在第一层7a和基底1的吸收部分，例如纸片6a、6b或油墨层12a、12b之间。
波导可以或是单模波导或是多模波导。然而，多模波导是有利地，因为它易于制造、更坚固，且在当前的上下文中具有更高的耦合效率。
制作波导：
图8示出了波导的第一制作过程。液化、热塑的透明聚合物材料20借助于喷嘴21插入两段(run)纸22之间。滚筒23使纸段(22)彼此压紧，因而在两层纸之间形成聚合物层。可使用EP2000321(LanqartAG)中描述的技术。
为了制作图7中示出的系统，其中波导7由三层构成，纸片22每片可涂有低折射率的透明聚合物层。它们以聚合物层彼此相对的方式插入至图8的布置中。因而低折射率的聚合物层形成图7的层7b、7c，而所选择的具有更高折射率的、热塑、透明的聚合物材料20形成层7a。
可替换的制作方法在图9中示出。这里，固体的、柔性聚合物箔24被插入两段纸22之间并在那里被层叠。此外，这三层借助于滚筒23被压紧。箔24和纸段22之间粘结例如可通过粘结剂或加热箔24以便把它焊紧在纸上形成。如果使用粘结剂，粘结剂可再次被用于形成图7的实施例中的低折射层7b、7c。
注意：
正如所提到的，荧光或发光染料可用于将光耦合输入波导7。这样的发光染料用作耦合至波导的光源。除发光染料外，也可使用任何其它类型的光源，例如集成在文件中与波导7相邻或在波导7内部的半导体光源或OLED光源，正如WO2006/056089所描述的。
文件也可包括两个或更多用于取决于照射的波长(同色异谱油墨)产生色彩变化的荧光或发光染料的组合。
频率上变频器，例如非线性光学材料，也可用于替换染料或除染料外使用。
在上述的大部分例子中，两窗8a、8b被用作耦合器10a、10b的位置。然而，如果波导7一直延伸至基底1的边缘，边缘也可用作耦合器。例如，图6的实施例中，波导7一直延伸至基底1的边缘26，以至于通过耦合器10a、10b中的一个耦合输入的光在边缘26变得可见。
上面的描述讨论了不同类型的基底和耦合器。必须注意的是这些基底的任意一种可与任意一种耦合器结合。同样，任意一组不同的耦合器可以被结合，并且本发明不限于图中所示的特定结合。
虽然目前示出并描述了本发明的优选实施例，能够清楚理解的是，本发明并不限于此，且在所附权利要求界定的范围内能够进行其它不同的体现和实践。

Claims (17)

1.一种安全文件，包括：
基底(1)；
光波导(7)，设置在所述基底(1)的上面和/或里面，和
至少一个耦合器(10a、10b)，用于将光耦合输入所述波导(7)或从所述波导(7)耦合输出。
2.如权利要求1所述的安全文件，包括第一和第二耦合器(10a、10b)，其中借助于所述耦合器(10a)耦合输入所述波导(7)的光至少部分地传输到所述第二耦合器(10b)并由所述第二耦合器(10b)耦合输出。
3.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述耦合器(10b)包括延伸穿过所述波导(7)的至少一个穿孔(14)。
4.如权利要求3所述的安全文件，其中所述耦合器(10b)包括延伸穿过所述波导(7)和所述基底(1)的多个穿孔(14)。
5.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述基底(1)是不透明的，且包括至少一个透明的窗或半窗(8a、8b)，其中至少一个耦合器(10a、10b)设置在所述窗或半窗(8a、8b)中。
6.如权利要求5所述的安全文件，其中所述基底(1)包括至少第一和第二透明的窗或半窗(8a、8b)，其中第一耦合器(10a)设置在所述第一窗或半窗(8a)中，而第二耦合器(10b)设置在所述第二窗或半窗(8b)中，且其中所述波导(7)在所述第一和所述批二窗或半窗(8a、8b)之间延伸。
7.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述耦合器(10a、10b)包括光栅(11)。
8.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述耦合器(10a、10b)包括嵌入或设置在所述波导(7)上的光散射对象。
9.如前述任一权利要求所述的安全文件，包括设置在所述波导(7)中或上面的荧光或发光染料，用于将光耦合输入所述波导或从所述波导耦合输出。
10.如权利要求9所述的安全文件，包括具有至少两种不同发光颜色的发光染料。
11.如前述任一权利要求所述的安全文件，包括周期性的微透镜阵列(15)，且其中所述耦合器(10a、10b)具有周期性结构，微透镜阵列具有的周期基本等于所述周期性结构。
12.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述波导(7)至少部分嵌入基底(1)中。
13.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述波导(7)包括至少第一层(7a)和第二层(7b)，所述第一层(7a)具有高于所述第二层(7b)的折射率，其中所述第二层(7b)设置在所述第一层(7a)和所述基底(1)的吸收部分之间。
14.如权利要求13所述的安全文件，其中所述波导(7)进一步包括第三层(7c)，所述第一层(7a)具有高于所述第三层(7c)的折射率，且其中所述第一层(7a)设置在所述第二和第三层(7b、7c)之间。
15.如前述任一权利要求所述的安全文件，进一步包括耦合至所述波导(7)的光源。
16.如前述任一权利要求所述的安全文件，其中所述波导(7)是至少部分嵌入至所述基底(1)中的安全线。
17.如权利要求1至15中任一权利要求所述的安全文件，其中所述波导(7)是大小实质上与所述基底(1)相同的塑料箔。
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