專利名稱：一種用于卡證的防偽結構及其識別方法
技術領域：
本發明涉及卡證防偽技術和公眾安全領域，具體涉及一種利用光柵圖像實現的用于卡證的防偽結構，具有顏色轉換視覺效果，可適用于公眾視讀識別防偽，特別適用于國家法定證件或者證卡防偽安全。
背景技術：
目前，涉及公共安全的有效證件的假冒偽造現象日益明顯，如有價證券、認證標識、法律證件及各種行業內證書等缺乏有效的、高技術的防偽與視讀識別手段。
眾多企業和相關部門正采用一些防偽技術，如二維條碼、激光全息標識、防偽油墨印刷等，但是，隨著這些技術的普及與廣泛應用，制作方法公開化，出現了仿制相對容易，上述技術的防偽功能明顯下降的問題。此外，由于射頻集成電路芯片技術的發展，部分卡證采用了智能射頻芯片技術，有效提高了卡證的安全性。但是，采用芯片技術的卡證的真偽需要由專業檢測儀器和掌握專業技術的人員進行鑒定，防偽成本較高，檢測時間長。尤其對于在流動性場合使用的通用證件，需要工作人員在普通工作環境下，快速辨別證件真偽，僅采用芯片防偽技術，顯然不合適。因此，對于機動性強的證件和重要文件，需要采用識別方法簡易，技術含量高的視讀識別方案。
從視讀防偽識別的功能要求看，用于視讀圖形的技術應具有如下幾個重要特點1、易識別，尤其適合公眾視覺識別；2、高技術，具有專有性、工藝難度高、專業性強，增加仿制的技術門檻；3、工業化，視讀防偽的基本要求是，相對乘載物的價值，應具有較低的費用，必須是采用工業化的制造方法；4、具有隱形二線功能，有利于管理部門的鑒定和認證。
因而，尋求一種新的符合上述功能要求的視讀識別防偽方案，是本領域技術人員普遍關注的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有特殊視覺效果的圖案，制作難度高，用于類似機動性應用的證件等公共安全證件的防偽，能夠在普通環境下進行快速視讀識別的防偽結構。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是一種用于卡證的防偽結構，在待防偽的卡證本體上，設置有由光柵結構構成的標識圖案，所述標識圖案至少包括兩種圖形區域，該兩種圖形區域中的光柵結構的取向正交排列，構成雙視覺通道；所述光柵結構的光柵周期為300～500納米，槽形深度為50～150納米，在光柵結構上填充有透明高折射率介質層，所述介質層的厚度為20～30納米，介質的折射率大于1.6。
上述技術方案中，所述兩種圖形區域相互不重疊。
進一步的技術方案，設有第三種圖形區域，該圖形區域由具有定向散射特性的微結構圖形組成，構成所述微結構圖形的光柵結構的線寬在0.25～10微米范圍內隨機變化，結構浮雕深度范圍為0.15～0.35微米。
上述技術方案中，采用了具有波長選擇特性的微納光柵周期結構和具有波長復合特性的微結構作為圖案的基本單元，用于制作卡證上的個性化視讀識別圖案。對于正交排列的兩種光柵結構，通過控制光柵周期、槽形深度和填充介質的折射率，可在亞微米光柵的鏡面反射(0級光)方向上獲得選擇性窄帶寬顏色光。對于具有定向散射特性的微結構圖形，圖形上的微結構(定向散斑)具有波長復合特性，根據光柵衍射理論，當入射光線方向平行于散斑取向方向時，其視覺特征為透明色；當入射光線方向垂直于散斑取向方向時，其視覺特征為金屬銀色。改變定向散射散斑的微結構取向，可以觀察到的圖形隨著觀察角度的變化而產生變化。由此，在白光入射光下，在其圖案鏡面反射方向觀察時，不同微結構圖形呈現出橙黃色或藍綠色、金屬銀色視覺效果，極易識別；同時，不同微結構的制作技術先進，工藝難度高，安全性高。
上述技術方案中的微結構，可以采用電子束或激光束光刻技術制作，所述高折射率介質采用真空鍍膜技術制作。
上述技術方案中，所述具有波長選擇特性的微納周期光柵結構，是指具有亞微米結構的光柵填充高折射率介質后的產物，具有薄膜晶體特性，這種微納周期光柵結構對白光入射時，僅對滿足布拉格衍射角條件(鏡面反射)的、白光(從紫色到紅色)中某一窄帶光波段形成選擇反射衍射。所述微納周期光柵結構包括基層、光柵結構和介質填充層，如附圖1所示。衍射(反射)光波的波長與光柵結構的條紋間距T(見附圖2)、入射光在光柵峰值面上的投影與柵線面的夾角θ(見附圖2)、填充介質的厚度d1(見附圖1)、填充介質折射率n1、光柵結構槽深d2(見附圖1)等參數有關。
圖中1a是類似PET基材(折射率n2)上壓印的具有矩形槽型的光柵結構，圖中1b是具有高光學折射率的介質層，根據嚴格耦合波理論(Rigorous CoupleWave，RCW)，由于TM偏振和TE偏振推導過程相似，只給出TE偏振下的情況，即電場矢量垂直于入射面而平行于光柵刻槽方向的偏振下的0級(鏡面反射)反射衍射效率。
設入射波為Er＝exp{-jk0n0[sinθx+cosθ(z+d1)]}(1) 其中而0區(16)、1區(17)和2區(18)總的電場分布為 其中kxi由光柵方程得到 k1，zi，k2，zi分別是反射衍射波和透射衍射波波矢量的z分量。λ0為空氣(折射率n0)中的衍射光波長。
Ri是第i級反射衍射波的復振幅，Ti是第i級透射衍射波(包括倏逝波)的復振幅。R1i、T1i分別是在1區內的反射和透射衍射波的振幅。在光柵區(19)，根據常見的耦合波方程，光柵區的電磁場切向分量分布可以寫成 構建矩陣V＝WQ，其中Q是由qm構成的對角矩陣，cm+，cm-是可以由邊界條件確定的未知系數。
在z＝-d1處，即1區和光柵區的邊界處，根據電磁場的切向分量連續，可以得到下列關系 δir+Ri＝R1iexp(-jk1，zid1)+T1iexp(jk1，zid1)(9) jn0 cosθδir+j(k0，zi/k0)Ri＝j(k1，zi/k0)R1iexp(-jk1，zid1)-j(k1，zi/k0)T1iexp(jk1，zid1)(10) 寫成矩陣形式為 在z＝0處，即1區和光柵區的邊界處，同樣可以得到 寫成矩陣形式為 在z＝d2處，即2區和光柵區的邊界處 寫成矩陣形式為 δir是n×n的矩陣，中心元素為1，其余為0。X1，X2，X，Y0，Y1，Y2都是對角矩陣，其對角元素分別是exp(-jk1，zid1)，exp(jk1，zid1)，exp(-qmd)，k0，zi/k0，k1，zi/k0和k2，zi/k0。wi，m為本征矢量W的元素，構建矩陣V＝WQ，其中Q是由qm構成的對角矩陣。通過式(11)、(14)、(17)解出R，從而得到反射衍射波的衍射效率 附圖3為反射衍射的波長選擇性位置與光柵周期的對應關系曲線。在基材PET上形成的光柵槽深d2范圍50nm-150nm，填充的介質層厚度為d2+20nm，T＝300nm-500nm時，入射在圖形上白光的反射衍射光波峰值選擇曲線出處于可見光范圍內，便于視讀識別。由附圖3可見，當T＝380nm時，被選擇的反射衍射光波長為580nm左右，為橙黃色。與當圖形的微納結構光柵參數決定后，對不同方向入射到圖形上的白光，其反射衍射光應滿足選擇衍射的布拉格條件2Tcosθ＝λ0/n1；式中T為光柵常數。隨著入射夾角θ逐漸增大，被選擇的光波長向短波方向偏移，表現出藍綠色。入射光方向垂直與光柵柵線方向的觀察示意圖如附圖4所示，入射光方向平行于光柵柵線方向的觀察示意圖如附圖5所示。
為了增加可視讀識別性，還應用可變亮度的金屬銀色效果，所述具有波長復合特性的微結構是根據二元光學方法設計的具有定向衍射特性的散斑結構。該微結構位相角分布可表示為φ(u，v)，其衍射光場滿足 再現的光場對入射光進行壓縮，衍射后的各色光波疊加成狹縫分布，因此，表現出銀白色，再現光路如附圖6所示。微結構的定向排列方向可以進行設計，具有不同取向的具有不同的衍射方向，因此，基于該微結構的圖像具有變色銀效果。所述變色銀微結構，線寬0.25-10um，深度0.15-0.35um。該微結構的詳細光學特性與制作方法已在受理專利200610038417.2中作了詳細描述。
具有波長選擇特性的微納光柵結構的反射衍射光呈窄帶顏色，而具有波長復合特性的微結構的衍射光呈特殊的金屬銀色。與激光全息圖中的一級衍射彩虹色相比，本發明的顏色特征顯著，極易分辨。同時，所述兩種微結構是采用電子束光刻或激光光刻技術制作而成，且需要對微結構的槽深等諸多參數進行精確控制，方可達到所述效果，因此，該微結構制成技術先進，難度高，具有極高的安全性。
采用上述防偽結構的卡證的識別方法是取待識別的卡證，使白光照射在所述標識圖案上，在鏡面反射方向觀察，當入射光線垂直于其中一個圖形區域的光柵柵線方向時，該區域圖形呈橙黃色，光柵方向與其正交的另一個區域的圖形呈藍綠色；將卡證繞中心法線轉動90°觀察，前一個圖形區域的顏色轉為藍綠色，后一個圖形區域的顏色轉為橙黃色；符合上述特征，則認定該卡證為真；否則認定該卡證為假。
進一步，對于同時采用正交圖案和定向散斑圖案的卡證的識別方法可以是，取待識別的卡證，使白光照射在所述標識圖案上，在鏡面反射方向觀察，當入射光線垂直于其中一個圖形區域的光柵柵線方向時，該區域圖形呈橙黃色，光柵方向與其正交的另一個區域的圖形呈藍綠色；將卡證繞中心法線轉動90°觀察，前一個圖形區域的顏色轉為藍綠色，后一個圖形區域的顏色轉為橙黃色；繞中心法線方向轉動卡證，觀察第三圖形區域，當入射光線方向平行于散斑取向方向時，第三圖形區域為透明色；當入射光線方向垂直于散斑取向方向時，第三圖形區域為金屬銀色；符合上述特征，則認定該卡證為真；否則認定該卡證為假。
在證件的視讀識別標識中，通過不同視覺效果圖像進行組合，使得在特定視覺方向具有至少一種顏色特征，如黃橙色、藍紫色、銀色或不同顏色的組合，具有顯著的識別特征。
由于上述方案的應用，本發明作為一種公共證件視讀防偽方案，與現有視讀識別方案相比，具有下列優點 1、本發明的防偽結構由于對微結構的參數的特定選擇，獲得了具有動態效果的衍射復合的金屬銀色，與傳統彩虹色相比，視覺特征顯著，易于識別。
2、采用具有雙通道視角的相互正交的兩組圖形，衍射波長選擇再現光波顏色相互轉換，對入射光方向有特定要求(鏡面反射條件)，從而使得圖像的特征顏色應在特定視角下識別，具有防偽特征。
3、具有不同視覺特征的微結構在亞微米量級，采用電子束光刻或激光光刻技術制作而成，需要對微結構的槽深等諸多參數進行精確控制，方可達到所述效果，其制作手段先進，工藝難度高，安全性高。
附圖1是具有波長選擇特性的亞微米結構示意圖； 附圖2是波長選擇特性微結構衍射光路示意圖； 附圖3是某一填充介質厚度下，微納結構光柵槽深與選擇波長曲線圖； 附圖4是入射光垂直于光柵柵線是的觀察示意圖； 附圖5是入射光平行于光柵柵線是的觀察示意圖； 附圖6是變色銀效果光路示意圖； 附圖7a-7b是實施例一設計方案圖示； 附圖8a-8b是實施例二設計方案圖示。
具體實施例方式 下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述 實施例一一種用于卡證的防偽結構，在待防偽的卡證本體上，設置有由光柵結構構成的標識圖案，所述標識圖案至少包括兩種圖形區域，該兩種圖形區域中的光柵結構的取向正交排列，構成雙視覺通道，兩種圖形區域相互不重疊；所述光柵結構的光柵周期為300～500納米，槽形深度為50～150納米，在光柵結構上填充有透明高折射率介質層，所述介質層的厚度為20～30納米，介質的折射率大于1.6。其中的微結構，可以采用電子束或激光束光刻技術制作，所述高折射率介質采用真空鍍膜技術制作。
參見附圖7a，該圖像為兩種特征微結構組合排布示意圖。圖中71、72是亞微米光柵結構。當視讀方向沿著圖示入射光方向時，71部分呈黃橙色，72部分呈藍紫色。若將視讀圖像旋轉90°，如附圖7b所示。則71部分呈現藍紫色，72部分呈現黃橙色。正視識別時，上述圖形呈透明效果。也就是，圖形71、圖形72在相互正交的雙視覺通道上的顏色相互轉換；若被告知該圖像的視覺特征，在公共場所，即可快速識別證件真偽。
實施例二一種用于卡證的防偽結構，在待防偽的卡證本體上，設置有由光柵結構構成的標識圖案，所述標識圖案至少包括兩種圖形區域，該兩種圖形區域中的光柵結構的取向正交排列，構成雙視覺通道，兩種圖形區域相互不重疊；所述光柵結構的光柵周期為300～500納米，槽形深度為50～150納米，在光柵結構上填充有透明高折射率介質層，所述介質層的厚度為20～30納米，介質的折射率大于1.6。設有第三種圖形區域，該圖形區域由具有定向散射特性的微結構圖形組成，構成所述微結構圖形的光柵結構的線寬在0.25～10微米范圍內隨機變化，結構浮雕深度范圍為0.15～0.35微米。
其中的微結構，可以采用電子束或激光束光刻技術制作，所述高折射率介質采用真空鍍膜技術制作。
參見附圖8a，該圖像為本發明中三種特征微結構組合排布示意圖。圖中81、82是亞微米光柵結構，83是具有定向散斑分布微結構。當視讀方向沿著圖示入射光方向時，81部分呈黃橙色，82部分呈藍紫色，83部分呈透明色。若將視讀圖像旋轉90°，如附圖8b所示。則81部分呈現藍紫色，82部分呈現黃橙色，而83部分呈現金屬銀色。若被告知該圖像的視覺特征，在公共場所，即可快速識別證件真偽。
類似實施例一、實施例二，可根據實際圖像設計需要，確定特征微結構的組合。
權利要求
1.一種用于卡證的防偽結構，在待防偽的卡證本體上，設置有由光柵結構構成的標識圖案，其特征在于所述標識圖案至少包括兩種圖形區域，該兩種圖形區域中的光柵結構的取向正交排列，構成雙視覺通道；所述光柵結構的光柵周期為300～500納米，槽形深度為50～150納米，在光柵結構上填充有透明高折射率介質層，所述介質層的厚度為20～30納米，介質的折射率大于1.6。
2.根據權利要求1所述的用于卡證的防偽結構，其特征在于所述兩種圖形區域相互不重疊。
3.根據權利要求1或2所述的用于卡證的防偽結構，其特征在于設有第三種圖形區域，該圖形區域由具有定向散射特性的微結構圖形組成，構成所述微結構圖形的光柵結構的線寬在0.25～10微米范圍內隨機變化，結構浮雕深度范圍為0.15～0.35微米。
4.權利要求1所述的用于卡證的防偽結構的識別方法，其特征在于取待識別的卡證，使白光照射在所述標識圖案上，在鏡面反射方向觀察，當入射光線垂直于其中一個圖形區域的光柵柵線方向時，該區域圖形呈橙黃色，光柵方向與其正交的另一個區域的圖形呈藍綠色；將卡證繞中心法線轉動90°觀察，前一個圖形區域的顏色轉為藍綠色，后一個圖形區域的顏色轉為橙黃色；符合上述特征，則認定該卡證為真；否則認定該卡證為假。
5.權利要求3所述的用于卡證的防偽結構的識別方法，其特征在于取待識別的卡證，使白光照射在所述標識圖案上，在鏡面反射方向觀察，當入射光線垂直于其中一個圖形區域的光柵柵線方向時，該區域圖形呈橙黃色，光柵方向與其正交的另一個區域的圖形呈藍綠色；將卡證繞中心法線轉動90°觀察，前一個圖形區域的顏色轉為藍綠色，后一個圖形區域的顏色轉為橙黃色；繞中心法線方向轉動卡證，觀察第三圖形區域，當入射光線方向平行于散斑取向方向時，第三圖形區域為透明色；當入射光線方向垂直于散斑取向方向時，第三圖形區域為金屬銀色；符合上述特征，則認定該卡證為真；否則認定該卡證為假。
全文摘要
本發明公開了一種用于卡證的防偽結構，在待防偽的卡證本體上，設置有由光柵結構構成的標識圖案，其特征在于所述標識圖案至少包括兩種圖形區域，該兩種圖形區域中的光柵結構的取向正交排列，構成雙視覺通道；所述光柵結構的光柵周期為300～500納米，槽形深度為50～150納米，在光柵結構上填充有透明高折射率介質層，所述介質層的厚度為20～30納米，介質的折射率大于1.6。本發明的圖案視覺特征顯著，在公共場所易于識別，可方便快速鑒別證件真偽；同時，采用嚴格耦合波理論進行計算結構數據，應用電子束或激光干涉光刻技術來制作上述微結構，手段先進，工藝難度高，具有極高的安全性。
文檔編號G06K9/00GK101100156SQ200710025250
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者羅俊儀, 虞力英, 包勇強, 邵詠秋, 陳林森, 周小紅, 浦東林, 燕 葉, 潔 邵, 吳智華 申請人:蘇州蘇大維格數碼光學有限公司, 公安部交通管理科學研究所