CN104309355B - 一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷、光学、物理等技术领域，根据光学衍射原理，具体来说是一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构及方法，其特征在于防护层覆盖在卡式证件的表层，厚度为3μm至6μm，防护层采用光学衍射原理设有微结构调制，由多个图形区域组成视觉窗口，产生高分辨率的显示图形，调制频率为899line/mm至3300line/mm，调制深度为0.06μm至0.3μm，在400nm至650nm可见光透过率为70％至95％。本发明具有以下显著优点：可视性强，在自然光照明环境下，能产生多色衍射图像，透明度高，透过率高于70％；结构层覆盖在卡体表面，具有不可揭换性，有效防止印刷打印照片资料信息的替换和篡改；采用复合结构的防伪设计，并通过数字化处理，图形分解难度大，有效防止同类同行仿造复制。

Description

一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构及方法

[技术领域]

本发明涉及印刷、光学、物理等技术领域，根据光学衍射原理，通过特定设计的调制结构，产生高分辨率的显色图形，可广泛应用于卡式通行证、卡式驾驶证、行驶证件的安全鉴别，具体来说是一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构及方法。

[背景技术]

通行证常用于特殊行政区域，边境，军事，机场交通管辖区等特种场合的往来人员管理，是涉及国家、部门、团体安全利益的重要保障，需要安全、便捷、快速的验证放行。随着电子芯片的成熟和互联网的普及，通行证件也进入了电子化时代，正逐步推出含有电子芯片的卡式证件，实现了电子化信息数据管理，这同样也起到真伪鉴别的功能。

为进一步便利内地居民往来港澳地区，提高往来港澳通行证、签注的签发和查验效率，增强证件防伪性能，全国公安机关出入境管理部门开始启用电子往来港澳通行证。

然而在互联网盲区、或黑客网络攻击得逞、电力故障以及突发严重社会状况下，电子信息防伪将可能全部瘫痪，因此重要的安全保护都是有多重手段构成的，有电子的、化学的、生物的、光学的，纹理的等等。

[发明内容]

本发明是针对现有的通行证为了达到真伪鉴别的制作技术复杂的技术难题，采用光学衍射原理，通过特定设计的调制结构，产生高分辨率的显色图形，目视鉴别方便，制造成本低，装饰性强，因其担当安全防护的最表层，可防止表面印刷打印照片等个人信息的更换和篡改，对保障国家、部门、团体的社会公共安全具有十分重要的意义。

为了实现上述目的，设计一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构，其特征在于防护层覆盖在卡式证件的表层，厚度为3μm至6μm，防护层采用光学衍射原理设有微结构调制，由多个图形区域组成视觉窗口，产生高分辨率的显示图形，调制频率为899line/mm至3300line/mm，调制深度为0.06μm至0.3μm，在400nm至650nm可见光透过率为70％至95％。

防护层由多个图形区域组成视觉窗口，在防护层左上角位置设有大五角星1图案，采用以为散斑按轮廓变角度扩放，获得一个白色大小变化的动态五角星，在大五角星图案右侧至防护层上部右角之间设有大小不同等距离按图形规律排列的小五星2，所述的小五角星图案为数字全息隐形傅里叶全息图，采用激光笔照射出特定加密信息构成二线防伪屏障；在防护层上部中间位置、小五星的上面设有从小到大按图形规律排列的柱状形带3，在柱状彩带3上设有螺旋状密纹矩阵单元，构成隐藏的一线防伪屏障安全特征识别记号，在防护层右上角下面，设有交错在一起从小到大按图形规律排列的柱状彩带4和5，所述的三条柱状彩带3、4、5采用800line/mm至1300line/mm光栅条纹制成，取向角分别在-20°至+20°角连续变化，构成动态柱状跑动效果，在防护层的中间位置设有正方形光栅条纹图案6，该图案6采用800line/mm，1000line/mm和1300line/mm三个空频的光栅条纹制成，并设有取向角的变化，构成红、绿、蓝三色变化效果，在正方形光栅条纹图案下面，防护层从左至右设有若干个飘带图形区域7，在飘带图形区域7内设有高分辨率微缩文字，在100倍显微镜下观察不到锯齿边缘现象，衍射色彩由1000line/mm构成，在飘带图形区域7右面下部设有七个大小不一的圆形光栅图案，采用数字化全息透镜制成，表面呈球状凹凸视觉，透镜光点随光源角度变化具有动感；在三条柱状彩带3、4、5和正方形图案6区域，设有分别叠加嵌入不同取向角的2800line/mm至3300line/mm高空频光栅条纹，构成复合调制结构，该结构通过硫化锌高折射材料的增强，在反射条件下，具有双向变色效果。

防护层材料采用热塑性或热固性或光固性的高分子材料。

一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的生产方法，工艺包括：

a.用photoshop、coreldraw常用作图软件进行图案设计，并针对预设的不同衍射效果区域进行编码标定；

b.采用激光干涉原理，对编码标定区域通过计算机控制双光束夹角θ实现光栅结构的频率变化，在光刻胶版上进行曝光，光刻胶板的水平旋转β实现了光栅结构的方向变化，光刻胶板X、Y方向的移动实现了设计构图位置的完整写入，获得曝光潜象；

c.将曝光后的光刻胶板进行显影得到与曝光位置对应的浮雕结构图，此时，该结构已产生与设计图案所相符的衍射图形；

d.用精密电铸的方法把光刻胶板上的浮雕图形结构转移复制成金属镍母板；

e.用金属镍母板通过热压或UV浇铸进行批量复制，其承载体为热塑性或热固性或光固性的高分子材料，厚度通常为2μm～4μm，转移复制后得到与母板基本一致的表面浮雕结构，并呈阴阳反向；

f.通过真空电镀方式在浮雕结构面蒸发高折射率电镀层；

g.对电镀后浮雕微结构层用热熔胶进行涂布填埋；

h.将整个信息结构层、电镀层、通过热熔胶填埋层转移覆盖到通行证卡表面。一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的应用方法：手持通行证，或水平放置通行证，保持眼镜和照明主光在通行证法线O两侧，且入射光以45°角入射为最佳，包括采用以下步骤：

a.当A-B向上下俯仰调整通行证时，可以看到证卡印刷打印信息和光学衍射信息交替出现，且互不干扰；

b.当C-D向左右摇摆通行证时，在衍射区域1五角星白色扩放吞吐；柱状彩带3、4、5彩条竖线对串跑动，图案6彩色收缩扩放变化，数字化全息透镜区域8设有彩点转动感，随光源角度变化呈现闪动变色效果；

c.光源45°入射，反射光方向F，位置观察，横向持卡，红色区域43、蓝色区域44、绿色区域45、红绿区域46，呈现稳定的多色效果；同样角度竖直持卡，上述区域颜色全部光变互换，在这个检测角度，红色区域43、蓝色区域44、绿色区域45、红绿区域46以外的衍射图形全部隐藏未见。

采用面光源45度照明覆有安全防护层的卡面：a)横向持卡，在反射角位置，看到绿、红、蓝三色飘带及篆章；b)竖向持卡，飘带及篆章颜色光变为蓝、绿、红。

在图形区用40倍以上放大镜可以看到螺旋形装饰纹。

在其中的一个五角星图形区用10mw以上激光笔垂直照射，在其侧上方投影出“PASS”字样。

本发明应用于卡式通行证的安全鉴别具有以下显著优点：

1、可视性强，因周期和方向的设计差异呈现不同的衍射光谱，在自然光照明环境下，能产生多色衍射图像，能够因照明角度的不同而产生颜色的变化，呈现动态或变色效果，与普通印刷和全息防伪膜有明显差异，在普通自然光照明条件下就可鉴别；

2、透明度高，不影响卡式证件本底印刷打印信息的阅读，衍射角设计为正常观察角度下看不到衍射图像，透过率高于70％，不影响卡体印刷打印信息内容的阅读，也不构成卡内电子芯片的屏蔽而影响识别；

3、结构层覆盖在卡体表面，具有不可揭换性，有效防止印刷打印照片资料信息的替换和篡改；

4、采用复合结构的防伪设计，并通过数字化处理，图形分解难度大，有效防止同类同行仿造复制；

5、设计加密隐藏了部分不可公开的二线防伪特征，可供特殊部门作进一步的分析和鉴别。

[附图说明]

图1是发明效果技术分布图；

图2是激光再现投影加密图；

图3是隐藏特征放大图；

图4是复合区域变色效果图；

图5是激光干涉原理示意图；

图6是通行证鉴别方法示意图；

指定图1作为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是在一个2μm～4μm的转移涂层里设置了能够产生衍射图形的微结构设计，并分布于所设计的图形中，该结构调制频率800line/mm～3300line/mm，调制深度为0.06μm～0.3μm，独立分布或镶嵌或叠加在一起，能够在不同的角度观察到不同的动态表现和色彩变化。

如图1所示，采用衍射光学原理设计了由多个图形区域组成的视觉窗口，这些图形区域位置分别设计了如下的衍射结构：

位置1“大五星”制作了一维散斑按轮廓变角度扩放，获得一个白色大小变化的动态五角星。位置2“小五星”采用数字全息设计了隐形傅里叶全息图，可以用激光笔照射出特定的加密信息构成二线防伪屏障，小五星上的加密信息见图2。图形区域3，4，5三条柱状彩带设计了800line/mm～1300line/mm光栅，这三个区域的光栅取向角分别在-20°～+20°角连续变化，够成动态柱状跑动效果。在区域位置3内藏了特定设计的螺旋状密纹矩阵单元，构成隐藏安全特征识别记号，如图3所示。图形区域6采用了800line/mm，1000line/mm和1300line/mm三个空频的光栅并赋予取向角的变化，构成红、绿、蓝三色变化效果。区域位置7，采用了高分辨率微缩文字，在100倍显微镜下观察不到锯齿边缘现象，衍射色彩由1000line/mm光栅构成。区域位置8，设计了7个大小不一数字化全息透镜，呈现球状凸凹视觉。透镜高光点随光源角度变化有晃动感。在图形区域3，4，5，6区域，还分别设计叠加嵌入了不同取向角的2800line/mm～3300line/mm高空频光栅，形成复合调制结构，该结构通过硫化锌高折射材料的增强，在反射角条件观察下，具有双向变色效果(见图4)，非常易于普通面光源条件下的鉴别。

所有上述图形的显像设计，以微结构调制的形式被承载在2～4μm的高分子固体涂层中，调制深度为0.06μm～0.3μm，其制作工艺方法线路如下：

1.用photoshop、coreldraw等常用作图软件进行图案设计，并针对预设的不同衍射效果区域进行编码标定；

2.采用激光干涉原理，如图5所示，对编码标定区域通过计算机控制双光束夹角θ实现光栅结构的频率变化，在光刻胶版上进行曝光，光刻胶板的水平旋转β实现了光栅结构的方向变化，光刻胶板X、Y方向的移动实现了设计构图位置的完整写入，获得曝光潜象；

3.将曝光后的光刻胶板进行显影得到与曝光位置对应的浮雕结构图，此时，该结构已产生与设计图案所相符的衍射图形；

4.用精密电铸的方法把光刻胶板上的浮雕图形结构转移复制成金属镍母板；

5.用金属镍母板通过热压或UV浇铸进行批量复制，其承载体为热塑性或热固性或光固性的高分子材料，厚度通常为2μm～4μm，转移复制后得到与母板基本一致的表面浮雕结构，并呈阴阳反向；

6.通过真空电镀方式在浮雕结构面蒸发高折射率电镀层；

7.对电镀后浮雕微结构层用热熔胶进行涂布填埋；

8.将整个信息结构层、电镀层、通过热熔胶填埋层转移覆盖到通行证卡表面。

本结构的判别方法为：

如图6所示，手持通行证，或水平放置通行证，保持眼镜和照明主光在通行证法线O两侧，且入射光以45°角入射为最佳：

1.当A-B向上下俯仰调整通行证时，可以看到证卡印刷打印信息和光学衍射信息交替出现，且互不干扰；

2.当C-D向左右摇摆通行证时，在衍射区域可以看到如图1中：区域1五角星白色扩放吞吐；区域3、4、5彩条竖线对串跑动；区域6彩色收缩扩放变化；区域8有彩点转动感；其它区域呈现闪动变色效果。

3.光源45°入射，反射光方向F，如图4位置观察，横向持卡，红色区域43、蓝色区域44、绿色区域45、红绿区域46，呈现稳定的多色效果；同样角度竖直持卡，上述区域颜色全部光变互换，在这个检测角度，红色区域43、蓝色区域44、绿色区域45、红绿区域46以外的衍射图形全部隐藏未见。

实施例1

实施方案首先进行与美学相关的图形设计，然后用光学计算全息的方法进行衍射参数设计，相关方程为：

d·sinθ＝n·λ

其中d为光栅常数，θ为衍射角度，n为光栅级数，λ为波长颜色

上式为光栅方程。当平形光以入射角θi入射时，光栅方程写为

d(sinθ_m+sinθ_i)＝mλ

m是一个整数，取值为0，±1，±2，……

将计算好的光栅常数赋予每一个区域并按灰度值对应进行编码。

通过计算机控制干涉曝光系统，在正性光刻胶表面进行曝光，光刻胶型号AZ-1800，光刻胶涂层厚度1μm，经过显影得到深度0.3μm～0.6μm的光栅浮雕结构。在光刻胶表面做银镜反应，使其表面形成导电层，然后放入电镀槽进行电铸加厚，电铸材料为金属镍，当电铸金属厚度达0.2mm～0.4mm厚度时，取出与光刻胶板分离，获得首代金属母板，首代金属母板经过翻制备份后，即可大批量连续复制生产该结构信息。为了成型和加工的实现，该信息结构被承载在一个PET聚酯薄膜上，信息层是预涂在PET薄膜上，通过收放卷把带信息涂层的PET输送到加热滚筒上，在温度的作用下，信息层呈玻璃态状，使其与金属镍母板进行挤压，形成条纹结构的复制成型。成品膜所承载的转移信息层微结构调制深度0.06μm～0.3μm，光栅结构周期基本不变，呈现的所有衍射图文清晰明亮。

实施例2

根据光栅方程计算获得衍射角度所需的光栅频率，并将其分配至设计所需的区域，进行矢量化格式处理，输入到电子束曝光机，进行高分辨率图形直写，获得电致抗蚀剂图形结构，在刻蚀图形表面做银镜反应，使其表面形成导电层，然后放到电镀槽进行电铸加厚，电铸材料为金属镍，当电铸金属厚度达0.2～0.4mm厚度时，取出与电致刻蚀板分离，获得首代金属母板，首代金属母板经过翻制备份后，即可大批量连续复制生产该结构信息。为了成型和加工的实现，该信息结构被承载在一个PET聚酯薄膜上，该信息层是一种UV胶，是在PET薄膜上涂布，然后与母板复合再输送到UV光照射区进行交联固化，UV固化层和母板分离，母板再进入下一段复合分离复制，通过收放卷持续往复地进行连续复制批量生产。成品膜所承载的转移型UV信息层微结构调制深度0.10μm～0.30μm，光栅结构周期基本不变，复制保真度较高，呈现的所有衍射图文清晰明亮。

Claims (7)

1.一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构，其特征在于防护层覆盖在卡式证件的表层，厚度为3μm至6μm，防护层采用光学衍射原理设有微结构调制，由多个图形区域组成视觉窗口，产生高分辨率的显示图形，调制频率为899line/mm至3300line/mm，调制深度为0.06μm至0.3μm，在400nm至650nm可见光透过率为70％至95％；

防护层由多个图形区域组成视觉窗口，在防护层左上角位置设有大五角星(1)图案，采用一维散斑按轮廓变角度扩放，获得一个白色大小变化的动态五角星，在大五角星图案右侧至防护层上部右角之间设有大小不同等距离按图形规律排列的小五角星(2)，所述的小五角星图案为数字全息隐形傅里叶全息图，采用激光笔照射出特定加密信息构成二线防伪屏障；在防护层上部中间位置、小五角星的上面设有从小到大按图形规律排列的第一柱状彩带(3)，在第一柱状彩带(3)上设有螺旋状密纹矩阵单元，构成隐藏的一线防伪屏障安全特征识别记号，在防护层右上角下面，设有交错在一起从小到大按图形规律排列的一条第二柱状彩带(4)和一条第三柱状彩带(5)，所述的第一柱状彩带(3)、第二柱状彩带(4)、第三柱状彩带(5)采用800line/mm至1300line/mm光栅条纹制成，取向角分别在-20°至+20°角连续变化，构成动态柱状跑动效果，在防护层的中间位置设有正方形光栅条纹图案(6)，正方形光栅条纹图案(6)采用800line/mm，1000line/mm和1300line/mm三个空频的光栅条纹制成，并设有取向角的变化，构成红、绿、蓝三色变化效果，在正方形光栅条纹图案下面，防护层从左至右设有若干个飘带图形区域(7)，在飘带图形区域(7)内设有高分辨率微缩文字，在100倍显微镜下观察不到锯齿边缘现象，衍射色彩由1000line/mm构成，在飘带图形区域(7)右面下部设有七个大小不一的圆形光栅图案，采用数字化全息透镜制成，表面呈球状凹凸视觉，透镜光点随光源角度变化具有动感；在第一柱状彩带(3)、第二柱状彩带(4)、第三柱状彩带(5)和正方形光栅条纹图案(6)区域，设有分别叠加嵌入不同取向角的2800line/mm至3300line/mm高空频光栅条纹，构成复合调制结构，该结构通过硫化锌高折射材料的增强，在反射条件下，具有双向变色效果。

2.如权利要求1所述的一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构，其特征在于防护层材料采用热塑性或热固性或光固性的高分子材料。

3.一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的生产方法，其特征在于工艺包括：

a.用photoshop、coreldraw常用作图软件进行图案设计，并针对预设的不同衍射效果区域进行编码标定；

b.采用激光干涉原理，对编码标定区域通过计算机控制双光束夹角θ实现光栅结构的频率变化，在光刻胶板上进行曝光，光刻胶板的水平旋转β实现了光栅结构的方向变化，光刻胶板X、Y方向的移动实现了设计构图位置的完整写入，获得曝光潜象；

c.将曝光后的光刻胶板进行显影得到与曝光位置对应的浮雕图形结构，此时，该结构已产生与设计图案所相符的衍射图形；

d.用精密电铸的方法把光刻胶板上的浮雕图形结构转移复制成金属镍母板；

e.用金属镍母板通过热压或UV浇铸进行批量复制，其承载体为热塑性或热固性或光固性的高分子材料，厚度通常为2μm～4μm，转移复制后得到与母板基本一致的表面浮雕结构，并呈阴阳反向；

f.通过真空电镀方式在浮雕结构面蒸发高折射率电镀层；

g.对电镀后浮雕微结构层用热熔胶进行涂布填埋；

h.将整个信息结构层、电镀层、通过热熔胶填埋层转移覆盖到通行证卡表面。

4.一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的应用方法，其特征在于：

手持通行证，或水平放置通行证，保持眼睛和照明主光在通行证法线O两侧，且入射光以45°角入射为最佳，包括采用以下步骤：

a.当A-B向上下俯仰调整通行证时，可以看到证卡印刷打印信息和光学衍射信息交替出现，且互不干扰；

b.当C-D向左右摇摆通行证时，在衍射区域五角星白色扩放吞吐；第一柱状彩带(3)、第二柱状彩带(4)、第三柱状彩带(5)彩条竖线对串跑动，正方形光栅条纹图案(6)彩色收缩扩放变化，数字化全息透镜区域(8)设有彩点转动感，随光源角度变化呈现闪动变色效果；

c.光源45°入射，反射光方向F，位置观察，横向持卡，红色区域(43)、蓝色区域(44)、绿色区域(45)、红绿区域(46)，呈现稳定的多色效果；同样角度竖直持卡，上述区域颜色全部光变互换，在这个检测角度，红色区域(43)、蓝色区域(44)、绿色区域(45)、红绿区域(46)以外的衍射图形全部隐藏未见。

5.如权利要求3所述的一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的生产方法，其特征在于采用面光源45度照明覆有安全防护层的卡面：a)横向持卡，在反射角位置，看到绿、红、蓝三色飘带及篆章；b)竖向持卡，飘带及篆章颜色光变为蓝、绿、红。

6.如权利要求3所述的一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的生产方法，其特征在于在图形区用40倍以上放大镜可以看到螺旋形装饰纹。

7.如权利要求3所述的一种用于新版港澳往来通行证的安全防护层结构的生产方法，其特征在于在其中的一个五角星图形区用10mw以上激光笔垂直照射，在其侧上方投影出“PASS”字样。