CN106923458A - 在物品上形成标记的方法以及在其上具有标记的物品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在物品上形成标记的方法以及在其上具有标记的物品。提供了一种用于将标记赋予由延性材料形成的物品的外表面的模具，所述标记包括具有2.5维(2.5D)的必要光学要素，所述模具包括：标记表面，用于通过在模具和物品彼此推靠时由形成物品的材料的局部塑性变形而将标记赋予物品的外表面，标记表面包括微结构，微结构由多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置而形成，并且实体布置成提供在从所述标记表面到所述模具中的方向上延伸的一个或多个凹部。还提供了由延性材料形成的物品、将标记施加至由延性材料形成的物品的方法、具有通过所述方法形成标记的物品、用于形成模具的过程、将光学要素提供至物品的方法。

Description

在物品上形成标记的方法以及在其上具有标记的物品

技术领域

本发明涉及一种将标记施加至物品的方法以及一种具有施加在其上的标记的物品，具体地涉及一种用于将标记施加至物品的方法以及一种具有在其上的标记的由延性材料形成的物品。

背景技术

物品的标记对于安全、防盗和防伪目的是非常重要的。特别是有关珠宝物品，在这一点上标记是最重要的。

然而，由于珠宝物品通常是装饰品的物品，所以这样的珠宝物品应该具有相对独立且不妨碍珠宝物品的美学品质和性质的标记，并且这样，标记应该是非常小且非突出的。

通常，珠宝物品由金属材料(诸如，金、金基合金、贵重金属等)形成，用于识别目的、安全目的和防盗、防伪目的等的标记被施加至珠宝物品的金属主体。

为了完整性目的，标记必须不能容易可复制或容易去除，并且必须被构造成使得在读取这种标记时，存在确实是原始标记的高置信度(confidence)并因此识别正确的珠宝物品。

虽然近年来使用序列号和独特设计/标志以用于识别目的并且通过各种手段(诸如，雕刻、蚀刻或冲压)施加，但这些通常能够容易复制，这些不一定根据需要提供安全等级。

此外，这种标记对于珠宝物品的施加可能是耗时且不一致的，由此降低了关于携带这种标记的物品是否确实是原始物品或者标记是否确实是原始的置信度。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供标记物品的方法以及具有通过这种方法施加于其的标记的物品，本发明基本上克服或改善了与现有技术相关的至少一些不足。

技术方案

在第一方面，本发明提供了模具，该模具用于将标记赋予至由延性材料形成的物品的外表面，该标记包括必要光学要素(optical element)，该必要光学要素具有2.5维(2.5D)，所述模具包括：

标记表面，该标记表面用于通过在所述模具和所述物品彼此推靠时由形成所述物品的材料的局部塑性变形而将所述标记赋予所述物品的外表面，所述标记表面包括微结构，该微结构由多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置形成；

所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有2.5维(2.5D)的微结构，其中，所述实体布置成关于待形成在物品的表面上的必要光学要素的倒转(inverse)布置，并且所述实体布置成提供一个或多个凹部，所述一个或多个凹部在从所述标记表面到模具中的方向上延伸；

其中，所述一个或多个凹部被设定尺寸和设定形状为使得在模具推靠物品时，依据延性材料的变型而将光学要素赋予物品，从而与多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的表面一致；并且

其中，延性材料塑性变形并被推入所述一个或多个凹部中并且与凹部一致，其中，延性材料到凹部中的变形和流动减小了被赋予与凹部邻近的模具的横向应力，并且推入到凹部中的延性材料由于延性材料的变形赋予具有2.5维(2.5D)的实体光学要素而形成材料的一部分。

在实施例中，其中实体以预定周期布置成周期性布置，使得当光学要素被赋予物品时，在向光学要素暴露光时，由光学要素反射预定波长的光，使得光学要素是可看见的，从而具有所述波长的增强色彩效果。

实体可被布置成预定几何关系，使得被赋予物品的光学要素包括在其中的记号。

在另一实例中，实体可布置成预定布置，使得预定波长和入射角的光以提供所投射的全息表示的方式从被赋予物品的光学要素反射。实体包括可随机且不规则分布地布置的实体。

在第二方面，本发明提供了由延性材料形成的物品，所述物品具有形成在物品的外表面上的标记，该标记包括具有2.5维(2.5D)的必要光学要素，所述标记包括：

微结构，该微结构由多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置形成，所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有2.5维(2.5D)的微结构，

其中，多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置提供了标记，该标记包括光学要素。

实体可以布置成在至少一个方向上的预定布置，并且实体可以预定周期布置成周期性布置，使得在向光学要素暴露光时，由光学要素反射预定波长的光，使得光学要素是可看见的，从而具有所述波长的增强色彩效果。

实体可布置成预定几何关系，使得光学要素物品包括在其中的记号。

实体可布置成预定布置，使得预定波长和入射角的光以提供所投射的全息表示的方式被赋予物品。

实体可随机且不规则分布地布置。

物品优选由金属或金属合金形成，优选地由金或金基金属形成。

优选地，物品是珠宝物品，并且光学要素优选地提供物品的识别标记。

在第三方面，本发明提供了将标记施加至由延性材料形成的物品的方法，该标记包括光学要素，其中，根据第一方面的模具被推靠物品的外表面，使得光学要素由模具的实体的布置的倒转形成。

在第四方面，本发明提供了具有标记的物品，该标记包括在其上的光学要素，其中，光学要素通过根据第三方面的方法被赋予物品。

优选地，物品由金属或金属合金形成，并且更优选地，物品由金或金基金属形成。物品优选地是珠宝物品。

优选地，被赋予物品的光学要素提供物品的识别标记。

在第五方面，本发明提供了用于形成模具的过程，所述模具用于将必要光学要素赋予物品的表面，所述模具具有标记表面，该标记表面包括微结构，该微结构由多个离散的微米尺寸的凹入或凸出的实体的矩阵(lattice)形成，所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有至少2.5维的微结构，并且所述实体布置成关于待形成在物品的表面上的必要光学要素的倒转布置，其中，所述模具由微制造技术形成，优选地包括光刻和离子束微加工技术。

在实施例中，实体可设置成周期性布置。

实体可形成为2.5D结构。

在第六方面，本发明提供了当根据第五方面的过程形成时的模具。

在第七方面，本发明提供了将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供根据第一方面的模具，以及

(ii)通过铸造过程将熔融材料施加至所述模具。

在第八方面，本发明提供了将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供根据第一方面的模具，以及

(ii)通过锻造过程将待施加光学要素的物品推靠所述模具。

在第九方面，本发明提供了将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供根据第一方面的模具，以及

(ii)通过印模过程将待施加光学要素的物品推靠所述模具。

在第十方面，本发明提供了在其上携带光学要素的物品，其中，所述光学要素通过根据第七、八、九方面中的任一方面的方法被施加至所述物品。

附图说明

为了能够获得上述的发明的更精确的理解，上文简要描述的本发明的更具体的描述将通过参考在附图中所示的本发明的具体实施例而提供。本文呈现的附图可不按比例绘制，并且对于附图中的尺寸或下面的说明书的任何参考是为所公开的实施例所特有。

图1描绘了如在本发明的实施例中使用的2.5D微结构的效果的示意图；

图2(a)描绘了如在本发明的实施例中使用的模具在20X的放大率下的显微摄影表示；

图2(b)描绘了如在图2(a)的实施例中使用的模具在50X的放大率下的显微摄影表示；

图2(c)描绘了压印来自图2(a)和图2(b)的模具的标记在其上的24K金的物品在20X的放大率下的显微摄影表示；

图2(d)描绘了用于观看图2(c)的标记的方法的示意表示；

图3(a)描绘了用于与图3(b)至图3(f)有关的参考的典型2D结构。

图3(b)至图3(f)描绘了在用于将2.5D微结构光学要素转印到根据本发明的物品的模具中使用的2.5D结构的实例的横截面示意表示；

图4(a)至图4(c)描绘了用于将2.5D微结构光学要素的实例转印到物品的过程的示意表示；

图5(a)至图5(e)描绘了用于通过微加工技术生产2.5D微结构模具的实例的过程的示意表示；

图6(a)和图6(b)描绘了使用具有2.5D表面微结构的冲模用于将光学要素赋予材料的铸造过程的示意表示；

图7(a)至图7(e)描绘了用于将2.5D光学要素赋予物品的表面的锻造过程的示意表示；

图8(a)和图8(b)描绘了用于将2.5D光学要素赋予物品的表面的印模过程的示意表示；并且

图9(a)示出了根据本发明的具有多层(multi-level)标记的物品的示意表示的剖视侧视图；

图9(b)示出了图9(a)的物品的俯视图；并且

图9(c)示出了图9(a)和图9(b)的物品的示意表示穿过图9(b)的线F-F的剖视侧视图。

具体实施方式

本发明的实施例提供为用光学要素标记珠宝物品，这可利用模具、印模、冲模、冲头等，其中图案或记号形成用于将标记赋予物品，例如由金、金基合金、贵重金属等形成的珠宝物品。

特别地，本发明的实施例提供了由其形成物品的延性材料内的标记，使得通过在用于物品的标记的模具中提供微结构的布置而使该标记形成在物品的表面上，从而使微结构的布置允许印模或冲压过程，使得允许微结构布置的布置的倒转。

在其它实施例中，本发明提供了通过铸造工艺或锻造工艺将光学要素提供至物品的材料。

在本发明中，微结构由矩阵实体形成，该矩阵实体被设定尺寸并且以预定方式布置、且可以是规则的或不规则的，使得形成在珠宝物品的表面上的标记是光学要素。

该光学要素被构造成使得依据可应用的且预定的照明条件生成预定光学效果。这种光学效果提供了识别效果，使得珠宝物品可被识别为其所表示的物品。

因此，本发明提供了用于由金或金基材料形成的珠宝或装饰品的标记的光学要素的应用，以用于：

-评估珠宝物品或装饰品的真实性，

-珠宝物品或装饰品的识别，

-证明珠宝物品或装饰品的原产地(origin)，

-珠宝物品或装饰品的安全识别，以及

-珠宝物品或装饰品的防伪和防盗保护。

本发明的用于在由延性材料形成的珠宝物品或装饰品的表面上形成光学要素的使用提供了优于用于标记这种物品的现有标记技术之处。

特别地，本发明提供了用具有2.5维(2.5D)的微结构的光学要素标记延性材料以及用于制造具有这种微结构的模具的过程。

本发明的2.5维(2.5D)布置

如由本发明提供的，通过印模过程提供由模具或印模在物品上的微实体形成的标记。由其形成物品的材料是延性材料，诸如金属合金，比如金或金合金。

模具或印模通过由其形成物品的材料的局部塑性变形而形成有标记表面，该标记表面具有用于将标记赋予物品的外表面的表面区域。

标记表面包括由多个离散的微米尺寸的凹入或凸出的微实体的矩阵形成的微结构。

实体布置成彼此相关的预定布置，并且微实体布置为具有2.5维(2.5D)的微结构，并且实体布置成关于待形成在物品的表面上的必要光学要素的倒转布置。

在模具的微实体的预定布置内，提供了由形成模具或印模的相邻材料限定的凹部或槽口(rebate)，其也可被认为是凹形部。

凹部或槽口在与当将标记施加至延性材料时推压模具或印模相反的方向上延伸到模具或印模中，使得在模具或印模推靠延性材料从而形成标记时，延性材料流入凹部或槽口中。

凹部或槽口不具有任何横向延伸的“底切(undercut)”，使得在模具或印模从标记的物品随后形成移除时，推入到凹部或槽口中且形成由凹部或槽口的几何形状限定的形状的材料不被损坏。

由此，在延性材料中形成的标记是2.5D微结构，并且推入到凹部或槽口中的延性材料形成标记的本质上由微实体的2.5D布置组成的一部分，这可被认为是模具或印模的微实体的布置的倒转。

在现有技术中，用于标记延性材料诸如金的印模具有非常低的寿命，并且通常具有小于100个周期的使用寿命。这种模具由于来自印模过程的模具中的应力而劣化或破裂，这可能导致不一致的标记以及更换模具的成本，在精确相同地形成模具中潜在的复杂化、生产中的延迟、以及例如在用标记的原件(master copy)评估有标记的物品时增加原始物(originality)的不确定性。

将由本领域技术人员理解到，当复杂几何形状的形成所需要精细细节时，由于使延性材料诸如金或金基材料塑性变形所需的负载，模具的将图案赋予作为微实体的物品的部分被暴露于高负载。因此，施加至模具的微实体的局部应力导致模具的失效。

特别地，在模具的小于模具的其它部分的部分处，施加至这种小部分的过量应力能够导致模具的失效。

因此，通过为如由本发明提供的标记提供应力消除特征，本发明人能够提供将包括光学要素的标记重复赋予由材料诸如金或金基材料形成的物品的表面的模具，该模具：

(i)提供包括适用于安全目的光学要素的2.5D标记，并且如下面进一步讨论的与其相关的优点，并且

(ii)提供在标记该物品期间能够耐受局部应力的模具，并且如下面进一步讨论的与其相关的优点。

根据本发明通过将凹部或槽口包括在模具或印模中，本发明人能够通过提供凹部或槽口来排除现有技术的缺点和缺陷，这允许材料以受控制的方式在必要的方向上流动，这消除了在印模过程期间的应力，并且减小在模具和物品朝向彼此推压时相对于运动的方向横向施加至模具的应力。

而且，如将在下文进一步描述的，具有2.5D结构的标记或微实体还提供了标记的增强光学效果，该效果可在识别过程中使用。

更进一步地，本发明允许将更复杂的标记施加于物品，提供增强的防伪属性。

因此，本发明从制造和最终产品两者观点来看提供了优于现有技术之处。

本发明具体用于标记金或金基物品，诸如珠宝或装饰品，从而重要的是，标记的一致性和模仿的困难，以及能够足够小以被隐藏而且不损坏物品的总体光学属性。

2.5D布置可根据本发明用于微实体的不规则或规则布置。这样，本发明包括如通过2.5D模具被赋予延性材料的光学要素的以下两个实施方案：

(i)全息效果，在这种实施例中，微实体的预定布置形成在模具中，使得当将该布置赋予物品且用预定波长的光源照明该布置时，从物品反射光，使得全息效果投射在邻近的观看面板上，

(ii)周期性或准周期性布置，借此，光学要素可被施加至具有在至少一个方向上延伸的周期性布置的物品的表面。在白光下或在如以下讨论的具体预定照明条件下，可在具有和不具有显微镜的帮助的情况下观看这种元件，以及

(iii)非周期性布置，借此，光学要素可被施加至具有非周期性布置的物品的表面，并且可以在具有或不具有显微镜的帮助的情况下以及使用特定照明条件辅助，观看这种元件。

在下文详细讨论根据本发明的2.5D模具的使用的上述三个实施例，以及如由本发明的2.5D模具提供的优点。

本发明一些实施例的一般背景描述

通过背景技术以及参考图1，示出了当将图案或标记赋予物品100时实现如根据本发明的一些实施例使用的2.5D微结构的方式和功能的示意图。

当波长λ的平面波垂直入射(其在本实例中垂直于具有光栅的规则周期性布置)时，每个2.5D微结构均充当准点源，所反射的光从该准点源在所有方向上传播。

在光与光栅相互作用之后，衍射的光由从光栅中的每个狭缝散发的干扰波分量的总和组成。由于在由光栅中每个狭槽的路径长度差造成的不同点处的相位变化，光强度将从彼此增加或减少以生成波峰和波谷。

当在来自相邻狭缝的光之间的路径差等于一半波长λ/2时，波将互相抵消以生成最小强度的点。类似地，当路径差为λ或者λ的整倍数时，相位将加在一起并且将产生极大值。

对于给定的入射角α，在满足称为理想光栅方程mλ＝d(sinα±sinβ)的关系时出现极大值，其中，m是衍射级(diffraction order)并且d是光栅周期。

如在图1中所示的，在入射光包括具有波长λ1和λ2的两个单色光束时，借此示意性地表示2.5D微结构，所得到的衍射角β1和β2不同并且出现光的取决于波长的色散。

光栅的效率与周期d、宽度w1、w2以及高度h1、h2相关。通过改变这些参数，能够调节光栅效率。

根据本发明形成的模具具有微结构，该微结构可由包括多个微尺寸的实体的矩阵形成，所述多个微尺寸的实体可以是凸起或凹部或其组合。微实体可以布置成规则布置或不规则布置，从而形成用于如上所述实施例的光学要素。

全息光学要素的实例-不规则布置

参考图2(a)至图2(d)，本发明可使用以便形成2.5D微结构的模具以将光学要素赋予物品，诸如由金或金基材料形成的珠宝物品，借此，光学要素能够反射光，使得可用作防伪标记的全息图像可看见。在其它实施例中，取决于全息要求，可使用2D结构或其部分。然而，如在下文进一步详细讨论的本发明的2.5D方面的结合，提供了使用这种模具的优点。结合在模具中内的这种2.5D特征提供了在印模或标记过程期间形成物品的延性材料的应力消除和流动。

通过合适的MEMS制造技术，图案可形成在如模具201一样的硬质材料(诸如镍或镍合金)中，如在图2(a)中以20X的放大率所示以及如在图2(b)中以50X的放大率所示。

当形成模具201时，为了获得如下讨论的标记的清楚且非扭曲投射的全息图像，在形成模具201中利用的像素尺寸应该尽可能小，并且小于1微米的尺寸的是优选的。除了像素尺寸之外，较大的像素密度是优选的。

当设计表示形成在模具201中的微实体的像素的布局时，通过复杂的光学理论计算生成全息图案。

参考如将提到的图2(a)和图2(b)，仅存在具有形成指纹状图案的不规则分布的许多点。这种图案非常难以复制，由于这种难以复制而引起了本发明的增加的安全性方面。如在本实例中利用的像素分布将被观察为全部且完全地随机分布。

为了标记物品，如在图2(c)中所示，包括图2(a)和图2(b)的图案的模具201被推靠由合适的延性材料诸如，金、金基合金、贵重金属等形成的物品202的外表面，并且该材料被冷加工，以便提供物品202中的模具的图案的倒转表示。

在其它实施例中，将图案施加至物品201的其它方法可如下讨论地实现，而不背离本发明且也可应用于本实施例。

在短按压持续时间之后，模具201和被按压的物品分开，并且图案的特征从模具201转印至被按压的物品202，如在图2(c)中所示。

可通过自动按压、诸如气动或液压按压施加标记。可替换地，可以利用手动按压，其可例如为气动或液压按压。在这种手动过程中，用于标记材料的持续时间仅花费几秒左右。

如将提及的，图2(c)的物品202上的图案随机出现并且是不均匀的，而不具有任何光学可区别的图案或特征，并且标记本身不会几何学上表示在物品上。

如图2(d)所示意性的表示，为了观看全息图像，光源220被朝向物品200上的图案210引导，并且光被朝向观看面板230反射，在观看面板230上能观看预定义的图案240。

参考如在图2(c)中所示的如被赋予物品的图案，该图案被设计成使得可投射全息图像，借此，在图案的设计过程期间确定用于观看标记的必要波长和入射角两者，并且对于这个实例，专用532nm绿色光，其中具有10度入射角，以便投射全息图像。

应该注意的是，仍可利用其它波长和入射角从物品上的标记观看图像，然而不同是所投射的图案尺寸的清晰度(sharpness)。

在用于形成这种标记的模具中，微实体可具有3微米以下的高度，所述高度可用于形成适于投射全息图像的图案的形成。

波长和入射角两者影响衍射效率，并且影响图案质量。波长还影响所投射的图案尺寸。图案的投射不需要特别专门的设备，并且可以利用诸如来自激光指示器的相干光源。

施加至物品的秘密的或独特的识别标记是独特的，并且具有对于由第三方复制的非常高的难度，由于其需要结合在随后被赋予金物品的模具中形成的图案内的复杂理论设计。这样，这种技术提供了优良的防伪保护。

微实体的规则布置-周期性或准周期性的

根据本发明，2.5D模具在待赋予由延性材料诸如金或金基材料形成的物品的结构的倒转中例如通过印模工艺而可以形成有在周期性或准周期性布置中的微实体的规则布置。可替换地，如下面讨论的，该布置可通过锻造或铸造过程被赋予物品。

当布置成规则布置且几何形状被赋予至物品(诸如，周期性或准周期性布置)时，衍射光具有干扰效应，使得物品的被标记部分具有增强的色彩效果，其可由白色光源或预定波长的光源照明。

在这种实施例中，该模具包括微实体，该微实体布置成形成可以预定布置构造的光学要素，并且在被赋予物品时还可形成以便限定预定图案，诸如记号。

这可提供独特的且难以复制的照明效果，其还可与记号或图案效果结合。

根据本发明的实施例，光学要素例如通过冷加工印模过程被施加至由延性材料诸如金或金基材料形成的物品，借此，通过具有光学要素的其中倒转的模具赋予该光学要素。

在规则布置的实例中，模具包括由微结构形成的周期性光栅布置，借此，实体布置成预定的空间布置，使得在标记被赋予延性材料诸如金时，光栅效应的倒转被赋予由金等形成的物品的表面，从而在其上施加光学要素。

周期性微结构能够改变表面的性质，并且在本申请中，可以实现使用衍射光栅。

由于取决于波长的反射，能够利用衍射光栅以便显示彩色图案，并由此能够用于改进物品的外观，或者提供光学可识别效果，并且如参考图1描述的。

此外，衍射光栅可包括不同的图案，其例如通过记号能够起作用为防伪或识别标记。由此，除了以周期性布置设置的实体之外，矩阵还可设置在图案中，使得记号被赋予至金物品。

物体、诸如珠宝物品上的周期性微结构的实施方案可以大量生产且成本有效的方式实现。

在这种布置中，微结构的周期可以是约10微米，并且其深度低至1微米以下，以便提供根据本发明的可应用的光效果。

本实例的布置包括如下：

(i)光学观看-在第一布置中，实体被布置成使得由光学要素提供光栅效果，其允许作为物品上的标记的光学要素在可见光下(例如在日光或荧光的条件下，以及这种白色光条件下)由肉眼区别。

在这种布置中，标记能够被视觉地识别以用于认证识别，并且专门设备是不必要的或者不需要用于观看标记。

在这种布置中，色彩效果可被赋予该物品，其可选地与特定记号结合，提供用于珠宝或装饰品的金或金基物品的独特识别标记。

(ii)其它观看装置，在其它布置中，光学要素可包括特定图案，诸如仅可在某些波长的范围的光下可观察的记号，并且仅在这种情况下可看到这个隐藏标记。

在这种布置中，专门装置或设备是必要的并且要求用于识别和它们的认证装置。

这种布置可用于提供珠宝或装饰品的金或金基物品的独特的识别标记，并且提供了增加的安全性以及复制和伪造的难度。

如将由本领域技术人员理解的，本发明可用于向金属珠宝物品、具体地金珠宝物品提供复杂图案，以减少不道德人员容易地复制这种图案的能力。

在本实施例内，形成被赋予由金材料形成的珠宝物品或装饰品的光学要素的微结构是2.5维的(2.5D)，并且为了包括上述那些的目的作为标记向物品提供光学要素。

本发明的模具的周期性2.5D布置的实例

如在图3(a)中所示，描绘了包括一个凸出结构311a的典型2D结构300a，其用于与图3(b)至图3(f)有关的参考，其中，在图3(b)至图3(f)中描绘并描述了用于将光学要素转印至可变形材料的模具的2.5D结构。

参考图3(b)至图3(f)，描绘了根据本发明的实施例的用于将光学要素转印至物品的模具的2.5D微结构的示意性表示的实例。这种模具包括这种微结构从而提供根据本发明的凹形部或微结构，其允许其中的可变形材料的流动。下面参考图4(a)至图4(c)进一步讨论了图3(b)至图3(f)的在作为标记提供光学要素方面的这种模具的使用。

如在图3(b)中所示，提供了在微结构300b的凸出结构311b的顶部上的凹形微结构312。

在图3(c)的实例中，提供了在微结构300c的凸出结构311c的底部处的凹形结构314。

提供了图3(d)的实例，其具有在微结构300d的凸出结构311d的底部处的凹形结构315。

提供了图3(e)的实例，其设置有在微结构300e的凸出结构311e的底部处的凹形结构316，并且设置有在微结构300e的凸出结构311e的顶部处的凸出结构317。

参考图3(f)的实例，设置有在微结构300f的凸出结构311f的底部318和顶部319处的凹形结构。

在本发明内，根据本发明提供了凹形结构312、314、315、316、318和319，本发明在形成可变形材料中的光学要素中利用体现这种凹形微结构的模具时提供了浮雕结构(relief structure)，借此，光学要素可以是根据本发明的标记、图案或记号。如下进一步讨论这种凹形微结构可操作的方式。

参考图4(a)至图4(c)，描绘了根据本发明的用于在延性材料421中形成2.5D微结构的过程。在这个实例中，图3(e)的2.5D微结构用于说明性的目的。

如在图4(b)中所示的，在模制过程期间，材料被按压和挤压以与模具400的凸出结构411和凹形结构415共形，其中延性材料421被推入到凹形结构415中。模具400可被认为类似于如参考图3(d)所示并描述的模具的实例。

在移除模具之后，在表面上，物品的材料形成与如图4(c)中所示的主凸出部423上的凹形结构415对应的小凸出部422，并且然后2.5D图案从模具400转印至被模制的物品。

如将看到的，延性材料421被推入凹形结构415中，其被推压从而在如由凸出部422所示的朝向模具400的方向上流动和延伸。

通过提供根据本发明的这种特征，允许延性材料421在朝向模具400的竖直方向上流动，使得延性材料421不在横向于模具400相对于延性材料421移动的方向的水平方向上流动，这导致模具400的损坏，这导致模具的劣化并且降低尺寸精度以及标记、图案或记号的复制，这降低了模具更换的一致性以及必要性。如下面提及的，现有技术的模具具有低寿命周期，而由于劣化和失效而通常小于100次使用。

除了如下面陈述和讨论的其它优点之外，提供如由本发明提供的这种浮雕特征还具有在将标记、图案或记号赋予由延性材料421形成的物品的过程期间在模具400上放置较少应力的效果，这具有增加模具的寿命并增强施加至物品的标记、图案或记号的可重复性的技术效果。下面进一步讨论了提供如由根据本发明的模具提供的允许延性材料421在竖直方向上流动的这种特征的2.5D模具的其它技术优点。

本发明的2.5D模具以及标记、图案或记号

这种优点可应用于如在图3(a)至图3(g)以及图4(a)至图4(c)中所示的规则的2.5D微结构模具、以及诸如用于如参考图2(a)至图2(d)描述的全息表示应用的实施方案的不规则的2.5D微结构，以及其它不规则的2.5D微结构。

根据本发明，微结构布置的形貌(topography)不一定需要由仅竖直和水平表面限定，而是可包括弯曲的或轮廓的表面。然而，为了提供允许延性材料在背离由延性材料形成的或具有延性材料图层的物品的表面的方向上流动的特征，必要的是凹形结构不具有“底切”，使得能够在延性材料中形成标记、图案或记号之后容易从延性材料移除模具。

如将理解的，在上述实例中呈现出模具描绘有尖锐的角部以及仅完全水平和竖直的表面时，在水平表面和竖直表面的相交部处可存在少量弯曲。而且，该表面不一定需要精确地水平和竖直，并且只要提供了2.5D微结构，其提供了施加至物品的标记、图案或记号的必要功能属性(包括任何必要光学特性)，并且提供了允许延性材料的竖直流动的退让结构(relieve structure)，用于提供标记、图案或记号的模具，施加至物品的标记、图案或记号，以及支承这种标记、图案或记号的物品。而且，该微结构可以是多层的，并且不一定具有平行深度或凸出属性。因此，包括凹形浮雕部的微结构的任何组合被视为落在本发明的范围内。

本发明的模具的制造的实例

存在可制造根据本发明的模具的几个方式，并且提供了其实例。

参考图5(a)至图5(e)，描绘了通过微制造技术用于形成根据本发明的用于将光学要素设置在延性材料中的2.5D模具500的过程。

参考图5(b)，光刻胶520被涂覆在形成模具500的材料的表面上。模具500优选地由硬质材料、诸如镍或镍合金形成。

在图5(c)中，光刻胶520通过传统光掩膜或通过直写技术(包括激光、电子束等)经受曝光过程。

在图5(c)的曝光过程之后，如在图5(d)中所描绘，模具500的表面被蚀刻至必要深度。

在图5(d)的蚀刻过程之后，如在图5(e)中所描绘，光刻胶520然后经由例如离子束技术而被移除，在模具500表面中能够生成包括凸出结构和凹形结构两者的小特征，其中模具与如在图3(b)中所描绘的模具类似地形成。

参考图6(a)和图6(b)，如参考图5(a)至图5(d)且根据本发明描述了模具600，铸造过程可与模具600结合使用，从而用具有表面周期性或非周期性2.5D微结构的模具在材料中形成光学要素。

熔融材料610被注入到模具主体615中，并且在模具600的表面上的2.5D结构填充有熔融材料610。这种熔融材料610可为能够适用于将光学要素施加至物品的任何材料。

为了确保熔融材料610的流动，在几何形状上与图3(b)的模具类似的模具600可被加热至足够高的温度。在冷却并凝固熔融材料610之后，2.5D结构从模具600转印至如在图6(b)中所示的铸造物体630。

参考图7(a)至图7(e)，通过描绘由模具700形成且具有表面周期性2.5D微结构的冲模，示出了通过锻造过程利用如参考图5(a)至图5(e)描述的模具700将光学要素施加至材料720a、720b、720c。

充分延性材料720a、720b、720c置于冲模上并且然后被按压。该构造能够为图7(a)中的打开锻造、图7(b)中的关闭锻造或图7(c)中的闪光锻造。由于该压力，表面上的材料将变形成与如在图7(d)中所示的冲模表面一致，由此2.5D结构被转印至如在图7(e)中所示的被锻造物体。

参考图8(a)和图8(b)，描绘了通过具有表面周期性2.5D微结构的印模进行的印模过程。该印模是如参考图5(a)至图5(d)描述的模具的印模。

如在图8(a)中所示，具有由2.5D微结构覆盖的表面820的印模800被按压到光学要素待施加的物品820上。

类似于如参考图7(a)至图7(e)描述的锻造过程，材料820被按压并且变形成与印模800表面共形的形状。以这种方式，2.5D微结构820被转印至如在图8(b)所示的被印模物品820。

在其它或替代的实施例中，在不背离本发明的范围的情况下，该模具可通过激光直写技术或通过光刻胶/LIGA技术形成。

虽然上述实例是参考周期性2.5D结构，但根据本发明，非周期性2.5D结构可以类似的方式被赋予物品。

例如并且如在图9a、图9b和图9c中所示，多层结构的示意性表示形成在具有多层的物品900中。如明显的，微实体结构是不规则的非周期性布置，借此，该物品用具有如所示的轮廓的倒转形状的模具标记。

根据本发明，这种模具包括凹部或槽口，其允许作为微实体形成凸出部902和904，而不在模具上赋予至过量横向应力。

如将由本领域技术人员理解的，可提供诸如用于全息应用的复杂2.5D图案。虽然这种模具的形貌和几何形状的计算是复杂的，但可提供适当的必要模具以用于光906在这种应用中的反射。

2.5D模具优点

根据本发明的用于形成标记的2.5D模具的使用提供了优于现有技术的几处，包括：

(i)2.5D结构提供了模具中的“浮雕”特征，并且这样，当在印模或锻造过程中使用时，延性材料可流入浮雕空间中。这使较少的应力被赋予模具并由此增加疲劳寿命周期。

为了防伪目的，如由本发明提供的识别标记必须难以复制并且必须一致。这样，通过提供高使用周期模具，如与通常在小于100次使用中失效的现有技术的印模模具相反，排除了更换这种模具的必要性，由此提供了对于许多物品的一致标记，由此通过具有对物品的一致的原产地标记增强了安全性。

而且，这种模具对于生产而言相对昂贵，并且高寿命周期的模具提供了额外的成本益处。

(ii)如由本发明提供的模具可能由于这种复杂的几何复杂度以及所使用的2.5D特性而高度复杂且难以复制，并且由此，从安全性和防伪观点，高寿命周期复杂模具提供了增加的益处。

(iii)根据本发明的2.5D模具为待施加标记的物品提供了较少的损坏，其中物品中具有降低的局部应力，并且浮雕结构提供在冷加工过程、诸如印模期间应力降低的容易性。

因此，施加至物品的标记更加一致，这增加了标记(并因此待施加标记的物品)的原始的识别和评估的容易性。

(iv)由于在形成标记期间在模具和物品两者中引起降低的应力，所以这提供了移除导致标记的局部损坏和扭曲的模具的容易性，其还增加了标记(并因此待施加标记的物品)的原始的识别和评估的容易性。

(v)由于2.5D模具的降低的应力，可提供比现有技术的尺寸更小尺寸的模具，其提供的优点是，(a)更复杂的安全标记能够形成在物品上以及(b)能够获得由于减小的物理尺寸而引起的定位隐藏安全标记的增大的难度。

此外，当在如上描述的全息应用中使用2.5D模具时，可以产生所投射图像的增大清晰度，这增加了标记(并因此待施加标记的物品)的原始的识别和评估的容易性。

上述新技术提供了用于为金属物品、具体地金或金基或形成物品(诸如，珠宝物品)的其它合适贵重金属提供安全标记的模具。该标记能够是非常高精度且大复杂度，并且难以复制。

本发明提供了用于标记由金或金基材料形成的珠宝或装饰品的光学要素，以用于：

-评估珠宝物品或装饰品的真实性，

-珠宝物品或装饰品的识别，

-证明珠宝物品或装饰品的原产地，

-珠宝物品或装饰品的安全识别，以及

-珠宝物品或装饰品的防伪和防盗保护。

Claims (30)

1.一种用于将标记赋予由延性材料形成的物品的外表面的模具，所述标记包括具有2.5维(2.5D)的必要光学要素，所述模具包括：

标记表面，所述标记表面用于通过在所述模具和所述物品彼此推靠时由形成所述物品的材料的局部塑性变形而将所述标记赋予所述物品的外表面，所述标记表面包括微结构，所述微结构由多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置而形成；

所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有2.5维(2.5D)的微结构，其中，所述实体布置成关于待形成在物品的表面上的所述必要光学要素的倒转布置，并且所述实体布置成提供一个或多个凹部，所述一个或多个凹部在从所述标记表面到所述模具中的方向上延伸；

其中，所述一个或多个凹部被设定尺寸和设定形状为使得：在所述模具推靠所述物品时，通过所述延性材料的变形而将所述光学要素赋予所述物品，从而与所述多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的表面一致；并且

其中，所述延性材料塑性变形并被推入所述一个或多个凹部中并且与所述凹部一致，其中，所述延性材料向所述凹部中的变形和流动减小了赋予与所述凹部邻近的所述模具的横向应力，并且推入到所述凹部中的所述延性材料由于所述延性材料的变形赋予具有2.5维(2.5D)的所述实体光学要素而形成所述材料的一部分。

2.根据权利要求1所述的模具，其中，所述实体布置成在至少一个方向上的周期性布置。

3.根据权利要求2所述的模具，其中，所述实体以预定周期布置成周期性布置，使得当所述光学要素被赋予所述物品时，在向所述光学要素暴露光时，由所述光学要素反射预定波长的光，使得所述光学要素是可看见的，从而具有所述波长的增强色彩效果。

4.根据权利要求3所述的模具，其中，所述实体被布置成预定几何关系，使得被赋予所述物品的所述光学要素包括在其中的记号。

5.根据权利要求1所述的模具，其中，所述实体布置成预定布置，使得预定波长和入射角的光以提供所投射的全息表示的方式从被赋予所述物品的所述光学要素反射。

6.根据权利要求5所述的模具，其中，所述实体包括随机且不规则分布地布置的实体。

7.一种由延性材料形成的物品，所述物品具有形成在所述物品的外表面上的标记，所述标记包括具有2.5维(2.5D)的必要光学要素，所述标记包括：

微结构，所述微结构由多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置形成，所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有2.5维(2.5D)的微结构，

其中，所述多个微米尺寸的凹入或凸出的实体的布置提供了包括光学要素的标记。

8.根据权利要求7所述的物品，其中，所述实体布置成在至少一个方向上的周期性布置。

9.根据权利要求8所述的物品，其中，所述实体以预定周期布置成周期性布置，使得在向所述光学要素暴露光时，由所述光学要素反射预定波长的光，使得所述光学要素是可看见的，从而具有所述波长的增强色彩效果。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的物品，其中，所述实体布置成预定几何关系，使得所述光学要素物品包括在其中的记号。

11.根据权利要求7所述的物品，其中，所述实体布置成预定布置，使得预定波长和入射角的光以提供所投射的全息表示的方式被赋予所述物品。

12.根据权利要求7所述的物品，其中，所述实体包括随机且不规则分布地布置的实体。

13.根据权利要求7至12中的任一项所述的物品，其中，所述物品由金属或金属合金形成。

14.根据权利要求7至13中的任一项所述的物品，其中，所述物品由金或金基金属形成。

15.根据权利要求7至14中的任一项所述的物品，其中，所述物品是珠宝物品。

16.根据权利要求7至15中的任一项所述的物品，其中，所述光学要素提供所述物品的识别标记。

17.一种将标记施加至由延性材料形成的物品的方法，所述标记包括光学要素，其中，根据权利要求1至6中的任一项所述的模具推靠所述物品的外表面，使得包括所述光学要素的所述标记由所述模具的实体的布置的倒转而形成。

18.一种具有标记的物品，所述标记包括在其上的光学要素，其中，所述光学要素通过根据权利要求17所述的方法被赋予所述物品。

19.根据权利要求18所述的物品，其中，所述物品由金属或金属合金形成。

20.根据权利要求18或19所述的物品，其中，所述物品由金或金基金属形成。

21.根据权利要求18至20中的任一项所述的物品，其中，所述物品是珠宝物品。

22.根据权利要求18至21中的任一项所述的物品，其中，所述光学要素提供所述物品的识别标记。

23.一种用于形成模具的过程，所述模具用于将必要光学要素赋予物品的表面，所述模具具有包括微结构的标记表面，所述微结构由多个离散的微米尺寸的凹入或凸出的实体的矩阵形成，所述实体布置成彼此相关的预定布置，并且所述实体布置为具有至少2.5维的微结构，并且所述实体布置成关于待形成在物品的表面上的必要光学要素的倒转布置，其中，所述模具由微制造技术形成。

24.根据权利要求23所述的过程，其中，所述微制造过程包括光刻和离子束过程。

25.根据权利要求24所述的过程，其中，所述实体形成为2.5D结构。

26.当根据权利要求24或25所述的过程形成时的模具。

27.一种将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供根据权利要求1至6中的任一项所述的模具，以及

(ii)通过铸造过程将熔融材料施加至所述模具。

28.一种将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：(i)提供根据权利要求1至6中的任一项所述的模具，以及

(ii)通过锻造过程将待施加所述光学要素的物品推靠所述模具。

29.一种将光学要素提供至物品的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)提供根据权利要求1至6中的任一项所述的模具，以及

(ii)通过印模过程将待施加所述光学要素的物品推靠所述模具。

30.一种在其上携带光学要素的物品，其中，所述光学要素通过根据权利要求27至29中的任一项所述的方法被施加至所述物品。