CN1196135A - 薄膜信息载体及其制造方法与制造装置 - Google Patents

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Abstract

用于保护制品和文件不被仿造与复制的薄膜信息载体,具有至少由一层聚合物材料组成的聚合物结构(21),其中至少一层做成具有通孔(24)和/或凹坑(25)。在载体表面上凹坑与通孔的尺寸为从0.001至20μm。凹坑和/或通孔可被各种材料填充。该信息载体可具有隐蔽的与可见的宏观与微观图象,此图象可通过用重离子流对聚合物薄膜进行辐照,随后用紫外辐射对已辐照的薄膜曝光,以及在溶剂中对聚合物薄膜蚀刻的方法来产生。用于制造这种载体的装置包括依次设置的重离子源(36)、重离子流形成系统(37)、离子导管(38)、空间调幅单元(41)和变换成信息载体的靶(40)。空间调幅单元(41)制成由薄板(43)组成的矩阵(42)的形式,其与薄板旋转和/或位移传动装置(44)相联接,并通过控制单元(46)与靶移动单元(45)相联接。

Description

薄膜信息载体及其制造方法与制造装置
技术领域
本发明涉及保存信息的手段、创造指定用于保护有价证券及其它制品不被仿造、涂改、修改及复制的保险薄膜元件的方法，以及它们的制造装置。
现有技术水平
已知一种信用卡形式的信息载体，具有由两层组成的聚合物结构(参见В.Великов等人所著“电子货币：积累、使用、存储、安全性”，M.，МНЦ ученых МГУ  ИМ.М.В.Ломоносова，1994，c.9.)。在该信息载体中，聚合物结构层内加进一具有浮雕表面的并包含有持卡者识别码的层。
现代类型印刷浮雕图象的分辨率不超过100mm-1。这种图象虽不能直接进行复制，但制做带有这样图象的卡片仿制品却也不太复杂。
一种用于模板印刷的以复合材料形式构成的信息载体，具有由两个层组成的聚合物结构(JP，B4，4-67515)。所指信息载体的两层之一是由复合的聚酯或尼纶制成，并具有尺寸不小于50μm的有规则配置的凹坑。第二层由高分子树脂制成。
所指出的材料具有有限的分辨率，这就阻碍了它在保密通信中记录与再现时的应用。
在全息摄影与激光方法的应用领域中，高频图象的记录与再现技术取得了最大的进步。在最近20至30年内这些方法取得了广泛的应用。
已知一种制做贵重文件的方法，根据该方法，首先由纸或纸板制做一个基体(FR，A1，7634289)。为了获得能够引起入射光衍射、折射或反射的光学标记的结构，在该基体上施加一个透明层或一个由印刷油墨构成的层，在该层内有关真实性的信息以光学模压标记的形式被记录，该模压标记是在压力及加热条件下并借助于衍射原光栅或原全息图通过模压方法获得的。
同样已知一种用于预防复制或仿造的不可重复标记制品的方法，通过在页片或薄膜上施加全息摄影图象及随后将该页片或薄膜插入制品或其包装物内(GB，A1，2092952)。图象可以是被引入的制品本身，或者可以是例如制品持有者或君主的全息摄影图象。
尽管在现代发展与传播的水平上，复制与模压的全息摄影工艺具有很高的分辨率，但是使用非常普通的手段-在各国被广泛生产的激光全息摄影台和冲压装置，便可制做复制品。此外，在有价证券的大数额印制中，在该工艺利用的框架中，技术上很难提供在此数额中一证券相对于另一证券的保护，因为它不能够提供文件的单独的保护。
已知一种标记配备有穿孔形式独特编码的文件的方法，该穿孔的图形具有可辨认的不规则性。借助于从普通图形发出的激光束实现穿孔，这时，对激光的控制是借助于计算机以这样的方式实现的，每个穿孔具有取决于初始值的独特的不规则性(DE，A1，3628353)。
使用该方法只能实现少量印刷份数制品的发行，因为逐点激光烧穿的速度与在载体的整个面积上同时形成标记的方法相比明显偏低。该方法在最大孔深时最小孔径的尺寸还受到限制，这些限制与激光辐射受衍射限制的波长、其功率以及对于聚合物材料尤其有代表性的载体光化性有关。
已知一种受到保护免被仿造的文件的创造方法，根据该方法，对片状载体至少在其一个面上施加一个反射层。向反射层施加成群颗粒，因而该反射层的表面具有变化的反射率(EP，A1，0155982)。由一群群颗粒组成的标记，可用机读方法进行读取。
这个非常原始的保护文件免被仿造的方法，在其应用方面具有一系列实质性限制。例如，由于颗粒在其粉碎与施加过程中产生集结，在分散性加大的同时，低空间频率区域内图象的频谱宽度增大，因此很难保证高分辨率。
已知还有一种制做呈丝状或者带状、可被装入文件中的保险元件的方法(DE，A1，3906695)。按照该方法，在聚合物薄膜上产生不透明的涂复层，然后，在该涂复层内产生符号和/或花纹形状的切口。至少在与切口相重合的区域内施加以染色材料和/或荧光物质，于是在适当的光照条件下，这些符号和/或花纹在不透明的涂复层上就会成为可见的。
在该方法中，保险元件的创造是通过在不透明的涂复层上形成透明的切口，即在不透明涂复层图象的高频特性中引入可被染色材料和/或荧光物质填充的透明区域形式的更低频率图象。因而，该方法不能实现不透明涂复层的高频特性水平上的载体分辨率。
已知一种用于制做信息载体的装置(В.П.Вейко所著“薄膜元件的激光加工”，Ленинград，“机器制造”Ленинградскоеотделение，1986，C.203)。所述装置包括激光器、形成激光束的光学系统、变换成信息载体的靶，以及靶移动装置。借助于这个装置，在靶厚度为60-200nm时获得最高分辨率可达0.5μm的信息载体，这还不允许充分地保护信息不被复制。
已知一种制做微型过滤器的装置，包括有重离子源、重离子流形成系统、离子导管以及被重离子流辐照的聚合物薄膜(SU，A，574044)。蚀刻之后，在所述薄膜内构成直径大于0.01μm的微型孔。这种获得“核过滤器”名称的薄膜仅在，例如医学、生物学各领域中作物质过滤使用。
作为本发明基础的任务，在于创造用于保护文件和制品不被仿造与复制的薄膜信息载体，其制造方法与制造装置，由于利用了载体产生装置独特的特点、载体上标记的几何尺寸的高度一致性以及高分辨率，故其可允许提高文件与制品的保护等级。与此同时，也考虑了所推荐的方法在载体的大份数规模生产中利用的可能性。
此外，所提出的任务包括在一个载体上既可产生可见图象，也可产生隐蔽图象，这些图象既可配置在薄膜载体的一个面上，也可配置在其两个面上的可能性，同时隐蔽图象的保存期限(即到其显象时为止)为数年时间。
发明公开
所提出的任务是这样解决的，该信息载体为至少包括一层具有起伏表面的聚合物材料的薄膜结构，其起伏表面由具有旋转体形式的凹坑和/或通孔构成。
凹坑、通孔和被裂解聚合物材料区域，在聚合物材料的表面上具有在从0.001μm至20μm范围内的直径，并可具有相同的直径和不同的深度。
至少凹坑与通孔的一部分，可被各向异性材料，和/或透明导电材料，和/或具有磁性的物质，和/或染色物质，和/或疏水或亲水物质，和/或荧光物质，和/或相应聚合物层的裂解材料所填充。
载体的薄膜结构，可包括至少一磁性材料层，和/或偏光材料层，和/或亲水或疏水层，和/或荧光材料层，和/或部分地覆盖聚合物材料层的金属层，和/或热塑性材料层。
薄膜结构各层可由具有不同频谱特性和折射系数的聚合物材料制成。
载体的薄膜结构还可在其中的一个面上具有一个由聚合物材料或金属制成的，网孔直径等于或大于20μm的栅网。其中，栅网可由聚酯合成纤维制成。
所提出的任务还可以这样解决，在至少具有一层的聚合物薄膜上实现标记形成的薄膜信息载体的制做方法中，根据本发明，形成标记所使用的方法是，用重离子对聚合物薄膜辐照以形成第一隐蔽图象，随后用紫外辐射对薄膜曝光以形成第二隐蔽图象，以及对薄膜蚀刻以产生凹坑与通孔形式的标记。
对聚合物薄膜的辐照，可通过使用空间调制的重离子例如碳离子、氯离子、氮离子、氧离子、氩离子来实现。这时，空间调制包括可在掩膜帮助下得以建立。
离子的类型及其能量通过计算或实验方法进行选择，这取决于其穿透聚合物薄膜的全部厚度的可能性。
为了增强载体的保护功能，依照重离子传播方向与聚合物薄膜表面之间角度的给定变化，实施用重离子进行的辐照。但作为特例，离子运动方向与薄膜表面之间的角度可以选成恒定值。从其两面对聚合物薄膜进行辐照的可能性，也服务于同一个目的-增强载体的保护功能。
如同用重离子辐照聚合物薄膜一样，也可用空间调制的紫外辐射对其曝光，其中也可经过掩膜来实现。
用紫外辐射进行曝光，允许在薄膜上建立至其显象可保存数年的隐蔽图象，其显象可通过对聚合物薄膜蚀刻直至在其中产生通孔和/或凹坑的方法来实现。
一种被用于制造被推荐的信息载体的装置，包括依次配置的：重离子源、重离子流形成系统、离子导管和在信息载体中用重离子辐照时变换成的靶，在该装置中引入一个被配置在重离子流形成系统的后面的离子导管当中的，并与旋转和/或位移传动装置相联接的空间调幅单元，通过与传动装置和靶位移单元的输入口相对应的输出口，靶位移单元与控制单元相联接。
与此同时，重离子流空间调幅单元可被制成活动薄板矩阵的形式，活动薄板至少配置成两排和两列，并与其旋转和/或位移传动装置相联接。
每一薄板可具有相对自身的对称轴进行旋转以及借助于传动装置在一排和/或一列的范围内彼此相对位移的可能性。在矩阵的每一排中可配置由10至100块薄板，而在矩阵的每一列中可配置由1至10块薄板。
矩阵薄板由局部地或完全地吸收重离子的材料制成，而每块薄板的高度是这样选择的，要使薄板在垂直平面内完全遮盖离子流。薄板的宽度在从1.0mm至100mm范围内进行选择。
附图简述
所提出的发明通过各附图进行解释，其中：
图1为单层信息载体；
图2为带金属和热塑层的多层信息载体；
图3为带磁性层的多层信息载体；
图4为带导电层的多层信息载体；
图5为带网状覆盖层的信息载体；
图6为以薄膜形式使用的、用于保护文件与制品不被仿造与复制的信息载体；
图7为使用在塑料卡中的信息载体；
图8为用重离子辐照聚合物薄膜的操作步骤；
图9为用紫外辐射对聚合物薄膜曝光的操作步骤；
图10为蚀刻的操作步骤；
图11为带有标记的载体的一般外形；
图12为简略地描绘用于制做信息载体的装置；
图13为薄板矩阵的一般形式。
本发明最佳实施方案
所推荐的信息载体乃是由一层或更多层聚合物材料构成的聚合物结构。聚合物结构的层数由信息载体的用途所决定，并可根据载体与记录和读出装置相结合的技术、工艺因素进行选择。
一个任意的聚合物材料层1(图1)或任意数个聚合物材料层被制成带有多个通孔2和/或凹坑3，它们在聚合物结构表面上的分布与给定值相一致。
作为聚合物材料可以使用：聚乙二醇对苯二甲酸酯，丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物，以及例如由乙酰纤维素或硫酸碘奎宁制成的偏光薄膜。
每个通孔2或凹坑3在表面上具有的直径d大于0.001μm。要做到直径值小于0.001μm在技术上有很大困难，也不能获得稳定的参数，而且会导致其实质性的偏差。
在相应区域内聚合物结构的所有凹坑与通孔都具有相同的直径d和旋转对称体的形状，例如圆柱形2或圆锥形4及5，或者其轴的取向相对于载体的表面呈不同角度的旋转体形式6。
载体中的凹坑与通孔可用各种材料7来填充，这取决于它的具体应用和从它读取信息的方法。
通孔允许实现其它物质从一层向另一层或从一个载体向另一个载体的转移，而凹坑可具有不同的深度并保证与其深度相对应的经过计量的其它物质向另一载体的转移。
当载体应将信息保持在对于直接观察为不明显状态时，存在一系列传送信息的办法(有价证券、塑料卡、通行证和证书的保护)，与此同时，要借助于专门设备进行有效读取。这一切应与信息的重建，即建立载体复制品的难度结合起来。
与在其通孔和/或凹坑中保留有在对薄膜辐照之后形成的裂解材料时，利用所推荐的载体，这些任务得以解决。
为使信息载体能够利用，例如作为密码保护，聚合物薄膜上的部分通孔和/或凹坑被相应层的裂解材料所填充，其中的信息是靠由实际组成的且被裂解材料所填充的通孔和/或凹坑的组合而形成的。
这样的载体能保证信息对直接观察的彻底隐蔽性，不可能对其复制与仿造。
聚合物结构的部分通孔可被各向异性材料所填充。在这种情况下，用相位法或偏光法实现图象的读取。
作为各向异性材料，可使用五种主要类型的聚合树脂：聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、密胺树脂、硅有机树脂或它们各种组合，以及氨基甲酸乙酯橡胶。
为了类似的目的，凹坑与通孔可用荧光物质填充，例如由硫化锌和锰的混合物组成的物质进行填充。在这种情况下，借助于电场或紫外源实现从载体再现图象。
在所列举的用各种物质填充载体上的凹坑与通孔的方案中，隐蔽图象的显象是共同的。但是，依照信息保护等级的要求，为了信息的表示与信息的处理都适宜，可从所指定的方案中做出选择。
因而，凹坑与通孔的尺寸为从0.001至0.01μm的载体可以通过只用裂解材料对其填充来实现，自然就具有最大的空间分辨力或记录密度。
具有携带各向异性物质和偏光物质的凹坑与通孔的载体，有近似相同的可能性。如果说后者在偏振光中读取时有较高的对比度，则具有用各向异性物质填充的凹坑与通孔的载体，是以对指定材料的更大的选择被提出。虽然具有用荧光物质填充的凹坑和/或通孔的载体在分辨率方面不如上述载体(在这种情况下，由于荧光粉的分散度，制做的凹坑与通孔的直径从1至5μm)，但由于自身发光，故图象的高对比度是这种载体的一个重要优点。
聚合物结构可由其中使用不同材料的多个层组成。
聚合物结构中的各层使用浇灌溶液或熔体的方法，也可用转移法互相联接或彼此施加在一起。
带含有热塑材料层8(见图2)的聚合物结构的信息载体，具有被施加于另一载体上携带附加信息的能力，允许可控制地抹去已记录的信息并可被利用于作为塑料卡、文件保护膜的信息的传送与保存。
保护凹坑与通孔的热塑层可被利用于将该载体紧固于另一载体上，用向一部分凹坑与通孔中渗漏或挤压热塑层9，10的方法，可提供改变空闲凹坑与通孔形式的已记录信息的可能性。作为热塑材料使用的有：聚氨酯和聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯腈、丁二烯的共聚物。
配置在与携带有凹坑与通孔的层相接触的金属层11，明显地可提高载体上图象的对比度。由于光线二次穿过部分地散射定向光通量的凹坑与通孔，故在读取信息时的对比度得到提高。用真空喷镀法或用化学溶液或用电镀法施加金属层。作为可被利用的金属有：铝、银、铂、镍、铬和金。
如果在同一区域内可利用不同的物理效应来形成与读取信息，则此信息载体会具有更大的安全性及使用的可能性。
在所推荐的载体中，借助于引入磁性层12(图3)或用磁漆13(例如在二氧化铬基底上)填充凹坑和/或通孔，这点得以实现。无论是在第一种情况下还是在第二种情况下，既可用光学方法，也可用磁学方法读取信息。在第一种情况下，当磁性层充满整个平面时(凹坑与通孔除外)，与磁记录信息的同时，凹坑与通孔起着用光学读取的许可标志的作用。在第二种情况下，载体含有信息的多点亚微型磁记录。
施加在携带有通孔与凹坑的层上的透明导电层14(见图4)，允许在记录与显示装置中实现信息载体。在这种情况下，在信息的记录与显示装置中，在配置在携带有通孔和/或凹坑层的相对于导电层为另一面上的介电薄膜15的表面上，施加以形成静电场的电荷。在该电场的有质动力作用下，凹坑与通孔上方的薄膜发生取决于电荷值的形变-构成可用相位对比光学读取的微型起伏。在除去电荷时，在薄膜弹力作用下起伏得到恢复。作为导电层，使用以真空喷镀施加的氧化锡、铟薄膜。
信息载体中的多层聚合物结构可包括多个具有不同折射系数的聚合物材料层，因此，与层中凹坑和通孔的存在相结合，信息载体获得被用于利用光阀系统读取信息的能力。
如果信息载体包括折射率彼此不同的两层，并且其中一层包含转向另一层的通孔与凹坑，则在这样的载体中凹坑与通孔受到保护，而从它读取信息的有效性则由相接触材料折射率的差得以保持。作为这种材料使用的有：聚苯乙烯和明胶，有机玻璃和冰洲石，其折射率相应为：1.588和1.465；1.491和1.658。
多层聚合物结构中的层可由具有不同频谱特性的聚合物材料制成，例如，使用具有以下波长的聚氯乙烯颜料基础上的材料：对于兰色-0.45μm，对于绿色-0.52μm，对于红色-0.63μm。
包括具有凹坑与通孔的彩色层的信息载体，可提供传送彩色信息的可能性，这不仅是由于被凹坑与通孔占据的面积的变化，也由于凹坑的深度。在这种情况下可实现彩色信息的加法与减法传送。在最简单的情况下可使用被兰色和红色着色剂染色的聚苯乙烯以及聚氯乙烯颜料-红色和绿色的-基础上的薄膜。
用于建立色域的辅助可能性，是靠用染色物质填充凹坑与通孔时获得。
有这种聚合物结构的信息载体，具有由载体各层中的通孔与凹坑构成的多色彩图象，并被用于，例如记录带有保护功能的高质量信息。
包括带有不同深度凹坑层的聚合物基体的信息载体，可提供向另一载体转移数量与凹坑容量相对应的染色物质的可能性，即实现凹版印刷原理，此时印刷元件由几个微米至几分之一微米组成，而深度可在从0至5-20μm变化。
如果在所推荐的载体中，其中一个外表面由亲水或疏水材料制成，而其凹坑与通孔被疏水或亲水材料填充，则在此情况下载体具有带亚微型印刷的或空格的元件的胶版印刷形式。用于这种载体的材料为聚酯合成纤维。为了获得疏水性质，凹坑与通孔用清漆填充，而亲水性质-用淀粉。
具有携带凹坑与通孔层的信息载体，作为模版印刷形式可被利用于向另一载体传送彩色图象形式的信息。作为载体，使用聚酯合成纤维，为提高出版份数的稳定性，用薄金属层将其覆盖。作为染色物质，使用油墨与膏体。这样的载体提供了传送微型和亚微型图象单元的可能性。
如果需要借助于粘合剂将信息转移到另一载体上，那么为了防止粘合剂落入载体的凹坑与通孔中，在携带有这些单元的层与粘合剂之间放置网孔等于或大于20μm、由聚酯合成纤维制成的栅网16(见图5)。此时，孔径小于20μm的栅网，不能保证在从布置在栅网孔隙中的凹坑与通孔读取图象时有足够的信/噪比。
在聚合物结构上具有栅网的信息载体，指定用于向另一载体转移图象，并受保护避免粘合剂进入通孔与凹坑，以及被使用在防止非准许利用的信息保护系统中。
全部凹坑与通孔具有同一尺寸这一条件的执行，是所推荐信息载体的非常重要的性质。
这样的载体可被用于保护有价证券、塑料卡和其它文件，还应用于在其基础上制做不同用途产品的受保护标签。在显微镜下很容易确定相同尺寸的通孔与凹坑的存在以及它们的分布，借助于显微镜、视频摄像机和计算机展现出该信息与给定信息的同一性。现在还不存在复制亚微型结构的方法，而要在足够大的面积上再现具有相同尺寸的亚微型通孔和/或凹坑实际上是不可能的。
指出在推荐的信息载体中产生具有不同直径数值的凹坑与通孔，同时在载体的某些个别区域内确保它们恒定的可能性是重要的。这首先与载体的用途及其结构有关。如上面所指出的那样，直径从0.001至0.01μm的凹坑与通孔仅在与用裂解材料填充凹坑与通孔相结合当中才能实现。具有这个范围的信息载体，可应用于具有稳定应用的信息保护检测系统的特别贵重的文件。
具有凹坑与通孔的直径范围在0.01至0.1μm的信息载体，可应用于在有价证券上签字、印记与压痕的代码化，还可由信息载体制造有小片敷贴的可分离的符号部件，它们可被施加到各种产品上。
使用印刷形式信息载体的印刷过程(模版、凹版和胶版印刷)用具有直径从1.0至20μm的凹坑与通孔的载体层来进行。凹坑与通孔的这种尺寸，允许建立用于保护有价证券的微观图象，还允许印出高质量的小型图象。
实例1
作为保护文件避免复制及仿造材料用的信息载体
该信息载体由厚度为50μm的聚酯合成纤维薄膜17(图6)制成，薄膜17上带有由厚度为10μm的聚乙烯制成的热塑层18。载体在用于透光工作与反光工作的两个方案中出版。在第二种方案中，在聚合物层之间载体包括一个铝层19。在聚酯合成纤维薄膜上制做出直径为1.0μm和深度为10.0μm(偏差不超过5％)的凹坑与通孔2、3、4、5和6。凹坑与通孔配置的密度为106cm-2。部分信息以字母-数字形式和/或以图表20记录在载体上，用肉眼或在不太大的放大倍数下即可被观察到。
为了保护文件，用热塑层将载体滚压到文件上。
给定直径(1.0μm)的凹坑与通孔以及它们在载体表面上的配置密度(106cm-2)，用来作为载体上的保护信息。
如在检测时凹坑与通孔的直径以及密度与给定值相符合，则认为该文件是真实的。检测分三步进行。在第一步，检测载体在文件上的完整性和宏观图象形式的信息；在第二步，在显微镜下确定1.0μm尺寸的凹坑与通孔的存在和其概略的密度；以及在第三步，借助于显微镜、视频摄像机和计算机进行检测；于是获得关于凹坑与通孔尺寸的数据、它们的密度以及这些数据与其给定值的符合程度。
现有的方法和设备不允许复制出具有这种尺寸的单元的图象。仿造这样的载体实际上不可能，因为再现具有由凹坑与通孔密度的随机分布所决定的确定直径的凹坑与通孔的立体结构，是一种非常复杂而又昂贵的任务。
实例2信息载体为一种塑料卡
在聚合物基底21(图7)上，施加一具有由铝制成的金属底层23的磁性长条22。聚合物薄膜包括由直径为0.8μm的凹坑与通孔构成的图象，并且部分图象(生产卡片的公司名称；公司标记)由通孔24构成，而其它部分(持有者姓名，识别码)由凹坑25构成。
当不使用专门设备观察图象时，带有通孔的区域是不可辨认的。然而，在利用具有定向光源的显微镜时，这些区域依照亮度而明显地区别出来。穿过通孔的光被金属底层反射，比被具有散射体作用的凹坑反射的光具有更高的效率。
仿造或复制这样的卡片实际上不可能，因为不可能重复直径为0.8μm的凹坑与通孔的配置与尺寸。
制做信息载体方法可通过以下的方式来实现：
选择一段聚合物薄膜26(图8)作为制做载体用的初始材料。作为聚合物薄膜可利用聚酯合成纤维薄膜。聚合物薄膜被放置在回旋加速器中用以实现用重离子流27(图8а)的辐照。在回旋加速器中使用多电荷重离子对聚合物薄膜进行辐照。这首先是碳、氧、氮、氩、氯离子。根据薄膜的厚度以及对标记的通孔与凹坑深度的要求选用这些或其它一些离子。例如，对于厚度达20μm的薄膜来说，实际上可使用上述离子中的任一种-其选择取决于其加速的能量值(在相同值时，例如，对于氧离子和氩离子，其加速能量相应为32和80兆电子伏)，而对于更大厚度的薄膜来说，其选择实际上限定于氧离子和氩离子，因为它们的行程为从40至180μm。
由于单面或双面辐照的结果，在薄膜材料中便形成构成第一隐蔽图象的痕迹28。
辐照可通过使用空间调制的重离子来实现，用以在载体上获得宏观图象。重离子的空间调制可使用不同的方法来达到，其中包括，在回旋加速器中重离子流的通道上放置空间调辐单元29(图8б)，和/或例如，在聚合物薄膜前面放置掩膜30(图8в)。
在回旋加速器中利用空间调幅单元29，可实现以离子对聚合物薄膜整个表面的辐照。在这种情况下，在聚合物薄膜中形成具有不同的痕迹强度或不同的痕迹配置频率的区域。在使用掩膜30时，痕迹不是在聚合物薄膜的整个表面上形成，而是只在对辐照来说薄膜曾被敞开的那些地方形成。
使用重离子的辐照，同样可在对薄膜表面呈不同于直角的α角(图8г)或在辐照过程中呈变化角度的条件下来实现。其结果是在薄膜中得到的痕迹，同样或以某个恒定角度α，或以沿薄膜表面上变化的角度进行配置。此时，也可以用上面描述的方法(图8д)使用重离子流的空间调制。
对聚合物薄膜的这种辐照，允许获得第一隐蔽图象，由于使用具体的回旋加速器和重离子空间调制方法的结果，该图象实际上不可能重复。
在用重离子辐照之后，要使聚合物薄膜经受紫外辐射31(图9)的曝光。由于用紫外辐射对已受重离子辐照的聚合物薄膜进行曝光的结果，在由重离子形成的痕迹周围，产生出对随后的蚀刻敏感的裂解材料的扩展区域32(图9а)。于是形成第二隐蔽图象。
正像用重离子辐照时一样，用紫外辐射进行的曝光，同样可通过空间调制的紫外辐射来实现，其中包括用向薄膜表面覆盖掩膜33(图9б)的办法，其中敞开的区域对应于标记的微观和宏观图象。为了提高载体的保护等级，曝光可从聚合物薄的两面来实现。
应该指出，在用重离子不以直角进行辐照的情况下，裂解材料的扩展区域沿重离子的痕迹进行配置，因而在聚合物薄膜的指定点内也以给定角α(图9в和9г)进行配置。
直径从0.01μm至20μm的微型孔形式的标记的显象，通过用对薄膜进行蚀刻的方法来实现。例如，在20％氢氧化钠溶液中蚀刻。然后用醋酸对聚合物薄膜进行处理以中和氢氧化钠，再用蒸馏水清洗并吹干。
因此，在聚合物薄膜表面上便形成了具有旋转体形式的凹坑与通孔34和35(图10а)。这些凹坑与通孔准确地重复重离子辐照以及紫外辐射曝光的空间调制的给定参数(图10б)，包括凹坑与通孔给定的倾斜角α(图10в和图10г)。因而获得可见的宏观图象(图11)和微观图象(图11а)。
根据所使用的掩膜，宏观图象外表可以是各种符号、数字、字母(图11а)。微观图象(图11б)是通孔与凹坑的组合，这些通孔与凹坑对于指定的载体具有直径的给定分布，具有相对于聚合物薄膜表面的倾斜以及在表面上的分布频率。
所得到的载体可被利用于保护某种文件，例如用于身份证，以这样的方式将其粘贴在该证件上，使得其一部分不完全地遮盖持有者的照片，而另一部分必须在签字的位置上。持有者的签字可用一薄层清漆覆盖，该清漆填充载体上空闲的通孔(其它通孔在签字时已被墨水所填充)。考虑到数量级为每平方厘米108的载体上通孔配置的高密度及其微型尺寸，故可以确认，对该身份证进行仿造和在载体范围内修改或再现，是不可能的。当在显微镜下观察标记图象时，可以看见微观图象(放大至10倍)和具有0.01μm相同直径的单个孔的图象(放大到1350倍)。为了自动地确定识别特征，载体上的标记通过带电荷耦合器件摄相机的显微镜(放大40倍)进行读取，并将图象引入个人计算机。借助于它的帮助，可以快速而有效地确定孔的尺寸、其分布密度和空间频率的频谱，这就允许充分地显露并对比其识别特征。
所推荐的制做薄膜信息载体的方法的优点在于，以通孔与凹坑形式构成的标记，其在载体表面上直径的尺寸段位于从0.01至20μm的范围内，用已知的方法使其再现是不可能的。此外，其在薄膜上的空间分布从统计学上可与辐照装置的特性相对应，例如，形成离子束的磁系统的象差、元件的结构和回旋加速器-磁体、D型盒以及其它元件的材料。因此，实际上不可能建造这样的回旋加速器，它能在聚合物薄膜的表面上给出离子的同样的统计学分布。
与此同时，使用带有重离子的回旋加速器，允许在宽的范围内(既就其在薄膜表面上的直径，也就其在材料内部的深度)改变标记的通孔与凹坑的尺寸，这就提供了借助于标记保护信息的辅助可能性，因为很少有可能用已知的方法使其再现。
该方法的一个重要优点同样在于，当在回旋加速器中用重离子对其辐照时在薄膜上形成的标记的第一隐蔽图象，既可在辐照之后立刻显象，也可经过很长时间-至几年，才显象，这就可被利用于建立隐蔽保护。
应该指出，用重离子辐照可提供获得由几何尺寸高度一致的通孔与凹坑组成的标记的可能性。该过程的这一独有特性，允许更可靠地保护被保存文件不被仿造或修改。
借助于紫外辐射的曝光，可以向标记图象中引入修改与补充。而因为在辐照之后在聚合物薄膜上不会留下标记图象的可见痕迹，因此在用紫外辐射曝光时，修改与补充只在对第一隐蔽图象的分布准确了解时才能引入，这在多级信息保护时尤为重要。
借助于氢氧化钠或氢氧化钾对聚合物薄膜的蚀刻，可使标记图象显象。而且，根据蚀刻的状态(时间，溶液的浓度、成分和温度)可以改变组成标记的通孔与凹坑的几何尺寸，但不是其座标。
有选择的蚀刻(通过掩膜)，对借助于标记改变保护提供额外的可能性。
如果在辐照时给定重离子的空间调制，而这就决定了重离子速度及其方向的变化，于是便出现将通孔与凹坑在聚合物薄膜上按统计学给定分布形式的附加保护加入到标记中的可能性。因为这些标记单元具有微米尺寸，而其表面密度为每平方厘米105-1010个单元，所以用其它方法再现这样的标记非常复杂。
考虑到标记形成的工艺复杂性，在试图对其进行涂改或复制时，作为第一步可能是确定聚合物薄膜上通孔与凹坑配置的拓扑结构，而这是与大量的财政与时间的支出相联系的。事实在于，普通的微型摄影不足以描述其配置，因为在薄膜的体积内通孔与凹坑配置成在其一面或在其两面上有出口。因此，为了可靠地描述，必须有多视点立体图象。这个任务与极为复杂的科学、技术问题有关。而且，即使在其解决以后，还会产生一个复杂性不小的问题-如何再现标记。
在用空间调制的紫外辐射进行曝光时，出现第一隐蔽图象向标记的第二隐蔽图象转移，同时向其中加入补充或修改的可能性，这些补充与修改是由于某些原因在第一隐蔽图象形成阶段未曾适当地执行。例如在紫外曝光阶段比在辐照阶段，更适宜对标记宏观图象的高频成分进行调制。
在辐照过程中为了扩大信息载体利用的可能性，可以建立由以微型通孔和微型凹坑形式的微观图象组成的标记的宏观图象。为此，辐照通过形成宏观图象的掩膜来进行。借助于掩膜可得到具有宏观图象(不使用专门设备对其进行读取)、微观图象(读取时需要倍数不大的光学放大)和亚微型图象(在此情况下，读取时采用放大倍数为1000-1500倍的光学的或者光学与电子学混合的放大)的标记。
在许多情况下要求信息载体用于保护以透光方式工作的制品与文件，例如在有孔的塑料卡、某些形式的通行证、证书和乘票当中。在一系列应用中，载体被施加在镜面反射表面上且实际上以透光方式工作。如果在其中标记由通孔来制做，则以透光方式工作的载体是最有效的，因为穿透通孔的读取光通量在载体材料上不会散射，而当标记以凹坑形式制做时这将会发生。
与已知方法相比，被推荐方法的显著优点是，由相对于薄膜表面以给定角度配置的凹坑与通孔形成标记的可能性，这点可通过使用具有在重离子传播方向与薄膜表面之间角度的给定变化的重离子对其辐照来达到，其中该角度可被选择为恒定。
标记中的通孔与凹坑相对于薄膜表面取向角度值的变化，可进一步加强载体的保护功能，由于实际上完全不可能用其它方法来完成它。
用于制造信息载体的装置包括：重离子源36(图12)、安装在重离子流方向上的重离子流形成系统37，以及与摄像机39的输入孔相联接的离子导管38。
在辐照过程中变换成信息载体的靶40，被放置在摄像机39中并以这样的方式配置，使得重离子流正好指向该靶。
在系统37后面的离子导管38中安装一重离子流空间调幅单元41，它是一个由薄板43组成的矩阵42(图13)。矩阵42有数排和数列薄板43。在矩阵42的每一排中配置有从10至100块薄板，此时如果薄板数量少于10，则记录随机场的动态范围会急剧下降；当一排中薄板的数量超过100时，则离子导管孔径的有效利用可能性受到限制。
矩阵42的每一列中配置有从1至10块薄板，此时，如果其数量大于10，则离子导管孔径的有效利用可能性受到限制。
矩阵42的每一块薄板43，由部分或完全吸收重离子的材料制成，例如由铍青铜。
薄板43的高度这样选择，如果在矩阵42中只存在一列，那么它应在垂直平面内完全地遮住重离子流。如果矩阵有数个列，则这个同样的要求相应地针对一列薄板43高度的总合值被提出。
薄板的宽度由从1.0mm至100mm范围进行选择，此时，在宽度小于1.0mm时，从技术上保证其有效的控制-安装是复杂的，且这种复杂化对载体的建立是完全不合理的；而在宽度大于100mm时，离子流的调制将变成无效的。
为了保证单元41在矩阵42中重新调整的可能性，薄板43做成有可能相对其自身的对称轴旋转，和/或在一排和/或一列的范围内有可能彼此相对位移。为此，该装置包括与单元41相联接的薄板旋转和/或位移单元44。
单元44为一远距离传动装置，例如以自整角机为基础的，并可用任何已知的方法来完成。
在所讨论的装置中，借助于与装置的工作控制单元46相联接的传动装置45，靶40可在摄象机39的范围内移动。与单元46相联接的还有单元44。
传动装置45与单元46一样，可用任何已知的方法来完成，这取决于被制做的信息载体的形式，其构造与用途。
系统37为一已知结构的磁光学系统。
制做信息载体的装置按以下方式工作：
在单元41中借助于单元44安放好薄板43在矩阵42中彼此相对的位置，同时沿着矩阵42的排与列将它们移动以及相对于自身的对称轴47将其旋转，这样，以便保证这样的重离子流的通过，它在靶40上形成由于离子穿过的痕迹的给定的分布。矩阵42中薄板43在三个方向上移动，此外，按要求的角度旋转，这就允许获得对正单元41的离子流的空间幅度调制。
从源36发出的重离子流指向系统37，在该系统中离子流的形成按以下的参数进行-沿靶40表面上孔隙的分布在每平方厘米从5*105至1010的范围内。
所形成的离子流沿离子导管38指向单元41，在该单元中，由于重离子流在薄板43的材料中部分地或完全被吸收，故产生其空间幅度调制。
然后，重离子流通过输入孔进入摄像机39而到达靶40的表面上，其聚合物结构经受重离子的辐照并变换成信息载体。
所推荐的装置无论是在离子表面密度的变化方面，还是在这一密度在靶表面的分布方面，都能保证制作的载体具有宽的动态范围。
工业适用性
本发明可应用于产生以所推荐的亚微型保护方法提出要求保护的以下的证券和其它文件：纸币、护照、债券、股票、票据、支票、塑料卡、证书、通行证、乘票、银行单据、公证文件、毕业证书、鉴定与许可标签及证书、货签、奖券、电话卡等等。
此外，所推荐的薄膜载体，可用任何已知的对聚合物薄膜适宜的方法固定在各种制品上，用以确认其真实性。例如，这可以是具有粘附于其包装上的薄膜的预先记录的声或象盒。

Claims (43)

1.一种信息载体，具有至少包括一层聚合物材料的薄膜结构(1)，该聚合物材料层具有起伏的表面，其特征在于：该起伏表面是由具有旋转体形式的凹坑(3、4、5)和/或通孔(2、4、6)组成。
2.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述凹坑、通孔以及被裂解聚合物材料区域，在聚合物材料的表面上具有的直径(d)在从0.001微米至20微米的范围内。
3.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述凹坑与通孔具有相同的直径。
4.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述凹坑具有不同的深度。
5.如权利要求1所述的载体，其特征在于；至少部分凹坑与通孔被各向异性材料填充。
6.如权利要求1所述的载体，其特征在于：至少部分凹坑与通孔被透明的导电材料填充。
7.如权利要求1所述的载体，其特征在于：至少部分凹坑与通孔被具有磁性的物质填充。
8.如权利要求1所述的载体，其特征在于：至少部分凹坑与通孔被染色物质填充。
9.如权利要求1所述的载体，其特征在于：至少部分凹坑与通孔被疏水物质或亲水物质填充。
10.如权利要求1所述的载体，其特征在于：至少部分凹坑与通孔被荧光物质填充。
11.如权利要求1所述的载体，其特征在于：部分凹坑与通孔被相应聚合物层的裂解材料填充。
12.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构至少包括一个磁性材料层(12)。
13.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构至少包括一个偏光材料层。
14.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构至少包括一个亲水或疏水层。
15.如权利要求1所述的载体，其特征在于；所述薄膜结构至少包括一个荧光材料层。
16.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构至少包括一个局部覆盖聚合物材料层的金属层。
17.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构的至少一个层由热塑材料制成。
18.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构的各层由具有不同频谱特性的聚合物材料制成。
19.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构的各层由具有不同折射系数的聚合物材料制成。
20.如权利要求1所述的载体，其特征在于：所述薄膜结构在其中的一个面上具有栅网(16)，该栅网由孔径等于或大于20微米的聚合物材料或金属制成。
21.如权利要求20所述的载体，其特征在于：作为栅网的聚合物材料使用聚酯合成纤维。
22.一种制造用于保护制品和文件不被仿造与复制的薄膜信息载体的方法，包括在至少具有一个层的聚合物薄膜上形成标记，其特征在于；所述标记通过用重离子(27)对聚合物薄膜进行辐照的方法形成，用以形成第一隐蔽图象；随后用紫外辐射(31)对薄膜曝光，用以形成第二隐蔽图象，以及对薄膜蚀刻，用以产生凹坑与通孔形式的标记。
23.如权利要求22所述的制造方法，其特征在于：所述对聚合物薄膜的辐照用空间调制的重离子来实现。
24.如权利要求23所述的制造方法，其特征在于，所述用重离子对薄膜的辐照通过掩膜(30)来实现。
25.如权利要求22-24所述的制造方法，其特征在于：作为重离子可使用氯离子、氮离子、氧离子、氩离子和碳离子。
26.如权利要求22-25所述的制造方法，其特征在于：离子的类型及其能量，依照其穿透聚合物薄膜的整个厚度的可能性进行选择。
27.如权利要求22-26所述的制造方法，其特征在于：实现重离子的辐照，按照重离子传播方向同聚合物薄膜表面间角度的给定变化来进行。
28.如权利要求27所述的制造方法，其特征在于：离子运动方向与薄膜表面之间的角度是恒定的。
29.如权利要求22-28所述的制造方法，其特征在于：使用重离子的辐照从薄膜的两面来实现。
30.如权利要求22所述的制造方法，其特征在于：所述对聚合薄膜的曝光，用空间调制的紫外辐射来实现。
31.如权利要求30所述的制造方法，其特征在于：所述用紫外辐射对薄膜的曝光，通过掩膜(33)来实现。
32.如权利要求22所述的制造方法，其特征在于：实现所述蚀刻直至在薄膜中产生通孔。
33.如权利要求22-32所述的制造方法，其特征在于：所述对薄膜的蚀刻通过掩膜来实现。
34.如权利要求22-32所述的制造方法，其特征在于，所述对薄膜的蚀刻从两面分别来实现。
35.一种制造信息载体的装置，包括重离子源(36)，重离子流形成系统(37)，离子导管(38)和在用重离子辐照时变换成信息载体的靶(40)，其特征在于：在该装置中还引入一个安装在重离子流形成系统(27)后面的离子导管(38)中的，并与旋转和/或位移传动装置(44)相联接的空间调幅单元(41)；靶(40)的位移单元(45)，以及通过相应的输出口与传动装置(44)和靶位移单元(45)的输入口相联接的控制单元(46)。
36.如权利要求35所述的装置，其特征在于：所述重离子流空间调辐单元(41)，做成被配置为至少两排和两列活动薄板(43)构成的矩阵(42)的形式。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于：每块薄板(43)具有相对自身对称轴旋转的可能性。
38.如权利要求37所述的装置，其特征在于：诸薄板(43)被设置成在一排和/或一列的范围内具有彼此相对移动的可能性。
39.如权利要求36-28所述的装置，其特征在于：在所述矩阵的每一排中包括从10-100块薄板。
40.如权利要求36-39所述的装置，其特征在于：在所述矩阵的每一列中包括从1-10块薄板。
41.如权利要求36所述的装置，其特征在于：每一薄板(43)由局部地或全部地吸收重离子的材料制成。
42.如权利要求36-41中任一权利要求所述的装置，其特征在于：每一薄板(43)的高度被选择成使其有可能在垂直平面内完全遮盖重离子流。
43.如权利要求36-42中任一权利要求所述的装置，其特征在于：薄板(43)的宽度为从1.0毫米至100毫米。
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