一种币章的制作方法
【专利摘要】本申请提供一种币章，该币章包括币章基材、覆盖在所述币章基材的至少一部分表面上的表面微结构和覆盖在所述表面微结构上的镀层，所述表面微结构为能够对入射光进行调制的任意面形结构或其组合，所述镀层与所述表面微结构相互配合以获得期望的颜色光变防伪特征。由于根据本发明的币章中的表面微结构能够对入射光进行自由的调制，其与镀层结合能够实现丰富的颜色光变特征，所以使得根据本申请的币章的工艺可行性强，并且能够实现所得硬币、纪念币、纪念章的更佳的视觉效果和更强的防伪能力。
【专利说明】一种币章
【技术领域】
[0001]本发明涉及防伪领域，尤其涉及一种币章。
【背景技术】
[0002]目前，应用在硬币及章上的光学防伪技术有很多种，如隐形雕刻、全息图像、彩色移印等技术，它们大幅度提升了币章的抗伪造能力，取得了较好的实际应用效果。
[0003]隐形雕刻是在币章表面进行多重雕刻的工艺。采用了隐形雕刻技术的硬章，同一个雕刻凸纹图样会在不同的观察角度上呈现出不同内容的图像。即从某一角度可以看到一种图像，倾斜或偏转雕刻面时，此图像消失，出现另一种图像。
[0004]包含全息图像的币章是在币章表面图案生成过程中采用币章的模压工艺在其表面形成光栅结构从而形成彩虹全息特征，但是彩虹全息特征的一个缺陷是其颜色特征强烈地取决于入射光方向和观察方向，不利于描述和识别。
[0005]彩色移印是将绘画艺术融合到造币技术中，把红、黄、蓝、黑四色油墨利用特制印版移印到币章表面，大大提高了产品的艺术观赏效果和防伪能力。此外，币章本身也能够提供金属色，或通过表面施加镀层实现颜色特征，但这些颜色特征均来自于金属基材或镀层材料本身对光的吸收和反射性质。
[0006]为了保证硬币、纪念币、纪念章的防伪造能力，需要对币章上采用的光学防伪技术不断更新。
【发明内容】
[0007]本申请的发明人发现，光变镀层技术因在不同的观察角度下能够呈现不同的颜色、便于描述、易于公众识别且无法利用照相机、扫描仪、打印机等电子设备模仿或复制而被广泛用于钞票等高防伪有价证券的公众防伪。但是，目前尚未见到将光变镀层技术应用在硬币及章上，而且本申请的发明人发现采用光变镀层技术的币章不只是两种技术或产品的集成，而是能够基于光变镀层与币章的有机结合来形成防伪特征丰富，特点鲜明的币章产品，其具有较高的观赏性，较高的收藏价值和防伪能力。
[0008]本申请的发明人还发现在币章上形成光变镀层后形成的光学防伪特征通常仅取决于镀层本身，虽然可以更进一步地提供图案化的镀层，然而光变镀层本身提供的特征是比较单一的，当然，币章表面采用冲压等工艺形成的可通过触摸感知的浮雕能够与光变镀层结合有利于提供丰富的防伪特征，但仍然比较有限，而利用表面微结构对光变镀层调制能够更大程度地丰富币章的防伪特征，特别是对于尺寸大于2 μ m的表面微结构来说，其本身已经明显消去了彩虹全息结构的衍射彩虹现象，具备明确的易于描述的观察特征。
[0009]本申请提供一种币章，该币章包括币章基材、覆盖在所述币章基材的至少一部分表面上的表面微结构和覆盖在所述表面微结构上的镀层，所述表面微结构为能够对入射光进行调制的任意面形结构或其组合，所述镀层与所述表面微结构相互配合以获得期望的颜色光变防伪特征。
[0010]由于根据本发明的币章中的表面微结构能够对入射光进行自由的调制，其与镀层结合能够实现丰富的颜色光变特征，所以使得根据本申请的币章的工艺可行性强，并且能够实现所得硬币、纪念币、纪念章的更佳的视觉效果和更强的防伪能力。
[0011]另外，与钞票、产品包装等柔性基材相比较，币章的刚性基材能够保证光变镀层的一致性，从而有利于流通过程中颜色光变特征的保持以及表达。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为根据本发明一个实施方式的币章的剖面图；
[0013]图2(a)、2(b)、2(c)为采用柱面镜结构作为表面微结构所形成的具有平移滚动光变效果的币章的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面；
[0014]图3(a)、3(b)、3(c)为采用球面镜结构作为表面微结构所形成的具有平移滚动光变效果的币章的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面；
[0015]图4(a)、4(b)、4(c)为采用锯齿形结构作为表面微结构所形成的具有平移滚动光变效果的币章的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面；
[0016]图5给出了利用柱面镜形成2D/3D效果的示意图；
[0017]图6(&)、6(13)、6((3)为具有立体浮雕感图像效果的币章的俯视观察图、立体结构示意及截取的部分截面；以及
[0018]图7为具有漫反射特征的币章的俯视观察图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图来详细描述根据本发明的币章，以便更好地理解本发明的思想。应当理解，所述附图和详细描述只是对本发明优选实施方式的描述，并非以任何方式来限制本发明的范围。
[0020]如图1所示，根据本发明的币章I包括币章基材2、覆盖在所述币章基材2的至少一部分表面上的表面微结构3和覆盖在所述表面微结构3上的镀层4,所述表面微结构3为能够对入射光进行调制的任意面形结构或其组合，所述镀层4与所述表面微结构3相互配合以获得期望的颜色光变防伪特征。虽然在图1中示意性给出了币章基材2的上表面，但是还可以在所述币章基材2的下表面及侧壁等任意表面上形成表面微结构3。
[0021]其中，表面微结构3为微米尺度及微米尺度以下的微结构，其包含2μπι周期以上的微结构，也可以包含全息光栅和亚波长光栅结构。
[0022]优选地，表面微结构3可以具有包括但不限于以下特征的任意表面微结构:一个或多个连续曲面型结构、一个或多个矩形结构、一个或多个锯齿型棱镜或它们的拼接或组合。其中，所述连续曲面型结构可以为微透镜结构、正弦型结构、椭圆型结构、双曲面型结构、抛物面型结构等中的一种或多种结构的拼接或组合。所述微透镜结构可以是折射型微透镜、衍射型微透镜或它们的拼接或组合，其中折射型微透镜可以包括球面微透镜、椭球面微透镜、柱面微透镜或其它任意几何形状的基于几何光学的微透镜，衍射型微透镜包括谐衍射微透镜、平面衍射微透镜、菲涅耳波带片等。另外，以上结构的具体排列方式可以是周期性的、局部周期性的、非周期性、随机性的或它们的组合等。通过对具体排列方式进行适当的设计调整，并与镀层4相结合，就能够获得带有颜色变化的动感、图案变换、三维立体等光学特征。这将在下面结合附图2-7进行详细描述。
[0023]所述表面微结构3在平行于币章基材2的表面的至少一个方向上的尺寸可以为2 μ m-500 μ m,优选为5 μ m-100 μ m ;当该尺寸小于2 μ m时,会存在明显的衍射现象,呈现彩虹色，会干扰镀层4的颜色特征和观察效果。表面微结构3的起伏高度小于100 μ m，优选小于 25 μ m。
[0024]所述表面微结构3的母版可以通过数控车床加工、光学曝光、电子束曝光等微加工方式获得，还可以结合热熔回流等工艺来实现，通过电铸工艺制成工作版、用精密激光裁切设备或其它精密裁切设备将工作版按照模具的大小及形状进行裁切，将裁切好的工作版放在坯饼上，用模具冲压的方式将坯饼上的表面微结构复制在币章上。更优的制作方法是将工作版上的表面微结构复制到模具表面，模具经过表面硬化处理，再用模具冲压将表面微结构复制在币章上。
[0025]下面对根据本发明的币章I中的镀层4的结构进行描述。该镀层4提供了干涉型多层膜结构，该干涉型多层膜结构形成法布里-泊罗谐振腔，其对入射的白光具有选择作用，使得出射光线只包含某些波段，从而形成特定的颜色；当入射角度变化时，与之相对的光程发生变化，干涉波段也发生变化，从而导致在出射角方向呈现给观测者的颜色也随之变化，从而形成光变效果。所述干涉型多层膜结构可以是由覆盖在所述币章基材2的表面上的依序重叠的反射层、低折射率介质层和吸收层构成的光变镀层结构；还可以是由覆盖在币章基材2的表面上的依序重叠的高折射率介质层、低折射率介质层和高折射率介质层依次堆叠形成的镀层；还可以是由覆盖在币章基材2的表面上的依序重叠的吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层。其中，反射层的材料可以为具有高反射率的材料，如金、银、铜、铝、锌、镍、钛等以及它们的合金；吸收层的材料要求是其折射率与吸光系数接近的材料，例如可以是半金属材料(如硅、锗等)，也可以是金属材料或其合金(如铬、铜、镍、镍铬合金等);低折射率介质层的折射率小于或等于1.7，例如可以是氟化镁、二氧化硅、冰晶石等。
[0026]优选地，当在币章基材2上形成所述表面微结构3的材料能够提供反射层的作用时，所述镀层4可以省略反射层。这一简化可一定程度上简化工艺，且消除了反射层与币章基材2之间的结合牢固度这一因素，有利于币章流通。
[0027]在制备根据本发明的币章I时，镀层4可以通过热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射的物理或化学气相沉积等方法获得，并且优选地产生同形覆盖的效果，即其形貌与表面微结构3的表面形貌同形。
[0028]根据本发明的表面微结构调制的币章I的基本原理如下:选取根据本发明的币章I的所述表面微结构3的微分基兀。对于任意的入射光场，由于在微分基兀的界面处存在反射，所以当该入射光场通过表面微结构3时将发生反射(α )，从而产生反射光场，该反射光场为通过对来自上述微分基元的反射光(α)在所述表面微结构3的表面的面积分获得；同时，由于覆盖在表面微结构3上的镀层4的存在，因为镀层4具有选择性吸收、反射等作用，所以反射光场为被镀层4选择性反射而形成的具有特定颜色的反射光。
[0029]尽管上述所描述的物理原理是目前所认为的对于本发明所涉及的币章所产生的物理现象的正确的理解和描述，但并不意味根据本发明的币章被当前用于解释这一现象的所述物理原理所限制。所述币章I的防伪特征是由该币章I的基本结构和【具体实施方式】所决定的。
[0030]下面结合图2-7对根据本发明的币章的防伪效果进行说明。
[0031]图2(&)、2(13)、2((3)分别示出了从表面微结构3的上方俯视观察表面微结构3的排列的图示、根据本发明的币章的立体结构示意图及截取的部分截面图，其中不同区域定义了不同方向排列的柱面微透镜结构，所述柱面微透镜宽度为30微米、周期为32微米、高度为8微米。镀层4为结构Cr/Si02/Al的颜色可变镀层，其各层厚度分别为5nm/430nm/60nm,其中Al层与所述表面微结构3直接接触,该颜色可变镀层的颜色特征为随观察角度的变化实现正面观察洋红色到倾斜观察绿色的转变。该实施例结构所实现的效果为:在表面微结构3的上方俯视观察，随观察角度的改变，整个区域会产生带有颜色及明暗变化的图案平移滚动的效果。
[0032]图3和图4分别给出了实现滚动效果可采用的另外两种表面微结构3并示例性地给出了排列方式。
[0033]图3(a)、3(b)、3(c)分别为为了获得图案平移滚动效果而采用球面微透镜构成表面微结构3的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图。
[0034]图4(a)、4(b)、4(c)分别为为了获得图案平移滚动效果而采用锯齿型棱镜构成表面微结构3的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图。
[0035]图5示意性地给出了利用柱面透镜组成表面微结构3而形成2D/3D效果的方法。形状为“KINE”的四个图像区域如图5(a)、(b)、(c)、(d)所示，它们在横向的位置之差为d，分别充满了方位角不同的柱面微透镜结构(微透镜参数同图2中柱透镜参数)，所述方位角的变化是渐变的。对图5(a)、(b)、(c)、(d)中的区域进行如图5(e)、(f)、(g)、(h)的方式进行分割后，按照图5(i)的方式进行合成，从而确定了表面微结构3的最终形式。按照这种方法形成的表面微结构3将在俯视观察改变视角过程中获得带有颜色及明暗变化的并具有景深感及一定动态效果的2D/3D特征。
[0036]可通过改变图5(a)、(b)、(c)、(d)的图像形式来获得不同的效果，例如，将它们分别定义为“K”、“I”、“N”、“E”四个图像区域，那么将使观察者俯视观察改变视角过程中获得多个图像之间的切换效果。再例如，将它们分别定义为真实立体物体或模型的不同角度下的不同图像，则可以通过将其与柱面微透镜的方位角的关系进行匹配，从而使观察者在俯视观察改变视角过程中获得真实的立体感。
[0037]图6(a)、6(b)、6(c)分别为米用柱面微透镜构成表面微结构3时的俯视观察图、立体结构示意图及截取的部分截面图。其中图6(a)、6(b)中的黑色区域示意性地代表柱透镜，所选取的柱透镜的形貌及排列方式示意性地由图6(c)给出。该实施例结构实现的效果为:在表面微结构3上方俯视观察时，随观察角度的改变，整个区域会产生带有颜色及明暗变化的有立体浮雕感的图像效果。
[0038]图7为采用柱面微透镜构成表面微结构3的俯视观察图。图中不同区域中的柱透镜排列方向相对随机化。当然也可以采用上文提到的任意表面微结构。该实施例实现的效果为:在表面微结构3的上方俯视观察时，随观察角度的改变，整个区域会产生带有颜色及明暗变化的带有颗粒感、闪烁感的漫反射特征。优选地，当所述表面微结构3由排列方向随机化的柱透镜组成以形成漫反射效果时，可以通过改变随机分布的程度及具体形式以形成更多的特征，如漫反射滚动、漫反射立体等包括但不限于以上特征。
[0039]应当理解，以上实施例中，为获得相应的视觉效果，所述表面微结构3可以采用不限于上述实施方式具体指定的结构，还可以采用其它能够对表面覆盖的镀层4进行调制的平面型或曲面型表面微结构以及它们的组合。
[0040]优选地，根据本发明的币章还可以包括位于表面微结构3与币章基材2之间的凹凸起伏的宏观浮雕，用于提供图案或文字特征，表面微结构3覆盖在宏观浮雕上，与宏观浮雕共同通过币章的模具冲压工艺来实现。虽然表面微结构3本身通过特定的设计即可提供视觉上的浮雕特征，但不存在真实的宏观的凹凸起伏的浮雕的触感。
[0041]优选地，为了增加根据本发明的币章的使用寿命，可在所述币章I的镀层4上涂覆保护层(未示出)。可例如在镀层4的表面涂覆UV固化材料作为保护层，然后利用UV光源对保护层进行照射形成固化的保护层。所述保护层应至少局部半透明，从而保证颜色光变特征不受其影响。所述保护层可以只保护币章的一个表面，例如上表面，也可以对币章的多个或全部表面进行保护。所述保护层还可例如通过印刷、蒸镀、溅射等方法获得。
[0042]优选地，所述保护层的形貌与所述镀层4的宏观表面形貌相同，从而保证币章的触感。
[0043]优选地，镀层4的覆盖区域还可以形成图案，其中所述图案可以为宏观图案、微文字、精细线条等，从而能够实现更好的防伪效果。
[0044]另外，根据本发明的币章还可以包括位于所述币章基材2的表面、所述镀层4的表面上的功能层(未示出)，该功能层具有衍射光变特征、微纳结构特征、印刷图案特征、部分金属化特征、荧光特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征。
[0045]以上仅示例性地描述了本发明的某些优选实施方案。但是本领域技术人员可以理解，在不偏离本发明构思和精神的前提下，可以对本发明作出各种等同变换或修改，而如此得到的技术方案也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种币章，该币章包括币章基材、覆盖在所述币章基材的至少一部分表面上的表面微结构和覆盖在所述表面微结构上的镀层，所述表面微结构为能够对入射光进行调制的任意面形结构或其组合，所述镀层与所述表面微结构相互配合以获得期望的颜色光变防伪特征。
2.根据权利要求1所述的币章，其中，所述表面微结构在平行于所述币章基材的所述表面的至少一个方向上的尺寸为2 μ m-500 μ m。
3.根据权利要求1所述的币章，其中，所述表面微结构在平行于所述币章基材的所述表面的至少一个方向上的尺寸为5 μ m-100 μ m。
4.根据权利要求1所述的币章，其中，所述表面微结构的起伏高度小于ΙΟΟμπι。
5.根据权利要求1所述的币章，其中，所述表面微结构的起伏高度小于25μ m。
6.根据权利要求1所述的币章，其中，所述表面微结构为连续曲面型结构、矩形结构、锯齿型棱镜结构和/或它们的拼接或组合。
7.根据权利要求6所述的币章，其中，所述连续曲面型结构为微透镜结构、正弦型结构、椭圆型结构、双曲面型结构、抛物面型结构中的一种或多种结构的拼接或组合。
8.根据权利要求7所述的币章，其中，所述微透镜结构是折射型微透镜、衍射型微透镜或它们的拼接或组合。
9.根据权利要求1所述的币章，其中，所述镀层为干涉型多层膜结构，该干涉型多层膜结构形成法布里-泊罗谐振腔。
10.根据权利要求9所述的币章，其中，所述干涉型多层膜结构包括下述结构中的任意一种: 由吸收层、低折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层与所述表面微结构的表面相接触； 由高折射率介质层、低折射率介质层和高折射率介质层依次堆叠形成的镀层；以及 由吸收层、高折射率介质层和反射层依次堆叠形成的镀层，其中该反射层与所述表面微结构的表面相接触。
11.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的币章，其中，所述表面微结构自身具有反射功能，所述镀层为下述镀层中的任意一种或其组合: 由吸收层和低折射率介质层依次堆叠形成的镀层，其中该低折射率介质层与所述表面微结构的表面相接触；以及 由吸收层和高折射率介质层依次堆叠形成的镀层，其中，该高折射率介质层与所述表面微结构的表面相接触。
12.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的币章，其中，在所述币章基材与所述表面微结构之间还形成有凹凸起伏的宏观浮雕，用于提供图案和/或文字特征。
13.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的币章，其中，所述镀层的表面上覆盖有保护层。
14.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的币章，其中，所述币章基材的表面和/或所述镀层的表面上具有衍射光变特征、干涉光变特征、微纳结构特征、印刷特征、部分金属化特征以及用于机读的磁、光、电、放射性特征中的一种或多种特征。
【文档编号】A44C3/00GK104223620SQ201310247083
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】张宝利, 张巍巍, 孙凯, 朱军 申请人:中钞特种防伪科技有限公司, 中国印钞造币总公司