CN1282883C - 防伪包装材料、防伪标记及防伪系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明将提出一种应用所谓“一维衍射图形”，通过读出该衍射图形并将其与一参考图形相比较从而验证包装材料、证卡、标签、证书和其它类似证件真伪的系统和产品。同时揭示所谓“一维衍射图形”包装材料的防伪特征。

Description

防伪包装材料、防伪标记及防伪系统和检测方法

技术领域

本发明涉及防伪技术，具体地涉及防伪包装材料、防伪标记及防伪系统和检测方法。

背景技术

已经有各种各样的全息防伪安全系统曾经被描述过。例如，以前曾经被描述过的几种全息条形码系统，该系统应用全息衍射光栅条，任一光栅条中的光栅包含有一个有限数量的可分辨角度或斜度。另一种全息防伪安全系统应用一个单一复合衍射光栅，该光栅包含有一个有限数量的特殊的可分辨的空间频率元件。上述两种系统都使用了少量的光探测器去检测从这些衍射光栅上散射的光强，从而确定这些有限数量光栅或光栅元件中的哪一些被应用在被保护物上。然而不幸的是，在上述这些系统中的衍射光栅可非常容易地通过分析并仿制具有相同特征新光栅而被假冒。

本发明利用目前正在审查中的中国专利申请的所谓的“通用全息图识别器”(the Universal Hologram Reader，简称UHR)和利用新颖的可以以任何角度和位置被“通用全息图识别器”识别的衍射结构。带有此新颖衍射结构的文件或包装物可以用手持式“通用全息图识别器”进行识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种其特性沿某个方向或多或少有变化而沿另一个方向保持不变的衍射图案，以及具有该衍射图案或类似图案特征的防伪材料、防伪包装材料、防伪标记及其检验方法。

本发明提供一种指示真品的结构，其带有沿一个方向有变化而沿此方向的垂直方向基本无变化的一维衍射图形。

本发明还提供一种一维衍射图形，其包含一种具有沿一个方向变化但与此方向垂直方向基本保持不变的特征的衍射表面，该特征的微观尺寸在0.1微米到50微米范围内。

提供一种能指示真品的包装材料是本发明的另一项内容，该包装材料带有所述的一维衍射图形。

有利的是，本发明还提供一种对包装材料、文件、证书、标签、钱币和类似物品能指示真品的系统，具有，在包装材料、文件、证书、标签、钱币和类似物品上的这样的表面，所述表面带有一所述一维衍射图形；一种识别器，该识别器在其通过所述的一维衍射图形时将光束射向所述的一维衍射图形，并检测和分析由所述的一维衍射图形衍射的所述的光的图案的变化情况，以及用以比将所述光的所述图案与参考图形比较并判断所述的图案与所述的参考图案相似程度的装置。

有益的是，本发明也提供了一种复合膜，其模压有所述的一维衍射图形，并在模压面涂布了增强反射材料，该复合膜可以被识别器沿一个通道检测其图形衍射特性，从而判断该膜的真实性和有效性。

特别是，本发明更提供了一种检验包装材料或其它产品真实性的方法，该方法包括：向所述包装材料和其它产品提供上述一维衍射图形，记录对应于所述一维衍射图形的一衍射特征并将其用作参考特征，沿一通道分析一包装材料和其它产品上的衍射特征以便从所述包装材料上的一维衍射图形获得实测特征，将所述的实测特征同所述参考特征进行比较，以及，当在所述通道中在所述包装材料或其它产品上没有由于差异所致的可辨认的差异，而所述的参考特征与实测特征实质上相同时，即认定所述的包装或其它产品为真品。

实际上，本发明应用了一种“一维衍射图形”，一种特性沿轴120或多或少连续变化，但沿另一个轴100保持不变的衍射图形，如图1所示。这样的衍射图形可以通过若干种方法获得，但一种比较方便的方法是利用所谓的点矩阵全息打印机。点矩阵全息打印机利用光学相干原理生成一微元光栅点阵列，每一点的特性，如光栅角、光栅方位、光栅频率和光栅衍射效率，可单独控制以便每个点可以不同与其他的点。在本发明中，可以通过对一个点矩阵全息打印机进行编程从而制作一光栅点阵列160，在此光栅阵列中所有的行(平行于轴120)是相同的但在每一行中点光栅的特性沿行变化。这样形成列的点光栅阵列(平行与轴100)中的每一点是相同的，但列与列的光栅点的特性是不同的。正如图1中所示，行与列可以是倾斜的。当此全息图被沿线110读取时，光栅点衍射特性在线110与线100不太接近的情况下将按相同的顺序变化，而不受线的形状或取向的影响。没有必要读出整个全息图上衍射图形的变化情况，而只需读出足够的图形以便决定其真伪。

除点矩阵全息打印机外，还可用全息合成器(即“Holocomposer”，美国专利US5138471，于1992年11月8号授权公告)或一种类似的装置制作一维衍射图形。在这种情况下，每一点是一个可产生扇形光线束的全息图，该光线束中每一条光线的亮度可被单独控制。

除使用可产生衍射光栅点或可形成扇形光线束的全息图组成的点的系统外，利用一种可生成一种二维图像的全息图组成的点列系统也是可能的。因此，同一列中的每一点都是相同的，但不同列中对应的点可以是不相同的。DiBitetto曾于1960年在其Ph.D论文中描述过这样一种系统，可利用此系统达到一维衍射图形的制作目的。

除利用像全息合成器或点矩阵全息打印机这样的分离系统外，利用如图2中描述的全息记录装置生成随机一维衍射图形也是可能的。图中物体200散射激光形成所谓的物光束230，该物光束被一柱面透镜250会聚于全息记录介质220上的一条线210上。一束参考光240同物光230干涉在直线210附近形成一全息干涉图形。在一系列的暴光过程中，每暴一次光记录介质220就被沿非平行于直线210方向相对于系统中其它元件移动一次。这样制作的全息图经显影处理后，其复制品可应用在包装材料上。

当通用全息图识别器或其它任何类似衍射分析器扫描如图1描述或由图2描述的系统生成的一维衍射图形时，其将读出一沿该图形位置或多或少连续变化的衍射图形。如果扫描是沿列方向进行的，衍射图形不随位置变化，但如果扫描沿任一角度，例如沿图1中直线110以保证识别器可以扫描到图形中的任何列，将可以探测到衍射图形的全部变化。非常重要的一点是，从扫描中探测到的衍射图形或多或少的连续变化所形成的“签字”基本上不随扫描角度的变化而变化。改变扫描角度只会倾斜探测到的衍射图形和在时间轴上拉伸或压缩该“签字”，但是这是很容易利用信号处理方法修补的。改变扫描角度会改变一个“签字”中的时间长短或取样的数量，同样这些改变也是很容易利用信号处理方法修补的。普通一、二维条形码的处理过程就是一例。

本发明的一种实际应用为利用普通宽幅模压设备在类似于BOPP(双向拉伸聚丙稀)包装材料上模压制作一维衍射图形，再在BOPP的模压面上覆盖一层金属材料例如铝或高折射率材料例如硫化锌以便增加其反射率。这样处理过的BOPP然后同用作包装材料的纸、纸板或塑料板复合。用这种材料制成的包装材料除具有精细彩虹或微弱白光散射外观外，具体外观取决于一维衍射图形的性质，还可以非常容易的用通用全息图识别器读取衍射图形的特性。

本发明的另一种实际应用为在模压过一维衍射图形的薄膜上涂布一层高反射率材料例如硫化锌，然后将其与ID卡330的信息面符合，该卡可通过图3中的读出头317刷卡，从而获得其所包含的衍射特征。

本发明中所述一维衍射图形的优点在于原始图形的内在特征同伪造图形的内在特征的差别是不可避免的。一种具有足够分辨率的识别头可分辨极其微小的差别。本发明的另一个优点是提出了一种全息识别码，该码具有在不需要考虑其精确位置和取向的情况下，就可进行判读和检测。

附图的简要说明

图1表示一种一维衍射图形：其衍射图形在平行于某个轴的任何直线上的点与点之间保持不变，但却沿平行与另一个轴的任何直线逐点变化。图中“O”形阵列代表具有基本的一维衍射图形特征的衍射点。

图2说明了一种制作一维衍射图形的方法，该方法是通过记录相同条状全息图阵列而实现的。

图3表明一种其文件的较大面积覆盖有一维衍射图形的证件。

图4图示一种用“全息点矩阵打印机”制作具有基本一维衍射图形特征的衍射点阵列的方法。

图5表明一种层状结构截面图，其中一种载有模压一维衍射图形的薄膜被层压到类似纸张或聚合物薄膜的衬底层状材料而成。

图6图示一种通过照明一维衍射图形上的一个点所获得的衍射图形逐点改变的方法。在这个简单的图示中，衍射图形是一简单的衍射光栅，其衍射角逐点变化；对应的衍射图形是一对对称分布于一个轴中心周围的亮点，该轴可逐点旋转。在实践中可以应用更复杂的多的衍射图形。

具体实施方式

如图4所示，一个点矩阵全息打印机在涂有光刻胶的玻璃板440上制作一光栅点阵列。这些点以行、列方式排列且位于任何列中的各点是完全相同的。不同列中点光栅的取向和频率按事先设计的方式变化，因此这种变化可以代表一种确定的信息如产品的名称和其批号。角度450和频率455可以沿行方向随机变化，但每行却是相同的。

涂敷有光刻胶的板410经显影处理后在其表面形成一一维衍射图形。该光刻胶板在真空镀设备中首先形成一层银导电层，然后放如鞍基黄酸镍电解液中进行电沉积镍，此过程为电铸。利用电铸工艺制成厚为125微米的金属镍板，然后从光刻胶板上剥离下来并进行清洗。此金属镍板可再进行多次电铸处理，从而复制多个拷贝。这些拷贝将被安装在一个圆柱形辊上，板上的信息面向外，从而制成一模压辊。该辊保持相对低温并通过施加压力压向被加热的塑料薄膜，通过此种方式将衍射图形制作在该塑料薄膜上。薄膜的信息面再经金属化或涂布高反射材料硫化锌以增强反射率，然后同纸复合制成复合包装材料。该包装材料被用来包装产品，同时采取适当的封装技术以便在打开产品的包装时，此复合包装材料将被严重破坏。在拆开产品的包装前，先用通用全息图识别器检测其包装的真伪。

本发明的另一个实施例如图2所示，在光刻胶板220上记录一条状全息图210，重复记录过程制作一组相邻的条状全息图，每一个条状全息图都是完全相同的。按上述处理方法和步骤处理此全息图并制成复合包装材料。

读出一维衍射图形信息的方法是利用正在申请专利中的通用全息识别器(UHR)。UHR照亮全息图上的一点从而再现出该点的衍射图形604，分析该衍射图形随照明光点沿全息图表面上直线移动所引起的变化604、614和624。图6描述沿图4所示点矩阵全息图表面直线460上不同的点所对应的衍射图形实例。衍射图形604、614和624是相对于具有固定空间频率衍射光栅零级衍射中心对称分布的一对点。在图中，点与点之间的衍射图形相对旋转了大约10度，在实际情况中光栅的衍射图形可以以任意角度旋转且衍射图形也可任意膨胀大小。

在实践本发明和实现本发明应用的一些细节上可以在本发明允许的范围内进行改变。例如，任何一维衍射图形和任何制作一维衍射图形的方法都可用来达到本发明的目的。其中包括电子束雕刻技术(electronbeam lithography)、机械刻划技术(mechanical ruling)、步进重复机械模压技术(step-and-repeat mechanical embossing)、微机器技术(micro-machining)、光刻蚀技术(photolithography)、点矩阵全息技术(dot-matrix holography)和干涉技术(interferometry)。“衍射图形”包含所有微观图外貌形尺寸在0.1微米到50微米之间的图形。本发明中所涉及的一维衍射图形可以通过模压和铸造方式批量生产，也可只单独生产一个。其衍射表面可以镀金属如铝、铱(iridium)或银，也可以镀一层高折射率材料如氧化锌、硫化锌、氧化钛；也可镀一层低折射率材料如Teflon，或干脆什么也不镀。

作为一维衍射图形的替代物，可以利用其它具有一维特征的图形如通过改变表面萤光物质含量或改变表面双折射。改变双折射包括将光聚合物感光材料在偏振光条件下固化并以一维的方式改变固化光的偏振方向。在这种情况下，必须选择另外的识别器来读取双折射化的光聚合物表面，例如，利用偏振光照明该光聚合物材料并分析其表面反射光、透射光和散射光的偏振情况。

识别器只需能够检测和区分衍射图形顺序即可。尽管探测器可以制成像通用全息图识别器那样，但实际上探测器可以利用任何操作原理只要能达到有效分析范围在0.1到50微米的表面结构和光学特征。

Claims (6)

1、一种指示真品的结构，其带有沿一个方向有变化而沿此方向的垂直方向无变化的一维衍射图形。

2、一种一维衍射图形，其包含一具有沿一个方向变化但在与此方向垂直的方向保持不变的特征的衍射表面，该特征的微观尺寸在0.1微米到50微米范围内。

3、一种指示真品的包装材料，其带有权利要求2中所述的一维衍射图形。

4、一种指示真品的系统，用于包装材料、文件、证书、标签或钱币，其具有：

在包装材料、文件、证书、标签或钱币上的表面，所述表面带有权利要求2中所述的一维衍射图形，

一识别器，该识别器在其通过所述的一维衍射图形时将光射向所述的一维衍射图形，并检测和分析由所述的一维衍射图形衍射的所述光的图案的变化情况，以及

用以将所述光的所述图案与一参考图形进行比较并判断所述的图案与所述的参考图案相似程度的装置。

5、一种复合膜，其模压有根据权利要求2所述的一维衍射图形，并在模压面涂布了增强反射材料，该复合膜可以被识别器沿一通道检测其图形衍射特性，从而判断该膜的真实性和有效性。

6、一种检验包装材料真实性的方法，该方法包括：

在所述包装材料上提供根据权利要求2所述的一维衍射图形，

记录对应于所述一维衍射图形的一衍射特征并将其用作参考特征，

沿一通道分析一包装材料上的衍射特征，以便从所述包装材料上的所述一维衍射图形获得实测特征，

将所述的实测特征同所述参考特征进行比较，以及

当在所述通道中在所述包装材料上没有由于差异所致的可辨认的差异，而所述的参考特征与实测特征相同时，即认定所述的包装材料为真品。

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