专利名称：防止照相复制的安全单元的制作方法
如如权利要求1分类部分提出的那样，本发明涉及一种在分层组合件里具有光学有效结构配置的安全单元。
这种安全单元用作照相复制保护，包括一种含拼合的表面元件的表面图案，其光修正结构成形在塑料分层组合件里。安全单元用来验证原件的真实性，尤其适合保护证券与票据、纸币、付款装置、身份卡与各种文件，特别是防止对其作未授权的照相复制。安全特征的作用是以目视方式向收件人指示所提供的物件，并以容易检验的方式指明该物件是真实的而非复制。进入流通后，可防止以那种方法未授权地复制物件，或至少极难复制。但要指出，模拟黑白复印机和数字彩色复印机目前的技术水平使得它们能一会儿制出实际上与未受保护的元件无法区分的文件的复印件。
这类安全单元应用了全息照相和/或衍射结构的表面图案，可从大量文件得到了解，代表性例子有EP0105099A1、EP0330738A1和EP0375833A1。表面图案用图案光彩和图案里的活动效果区分。衍射结构嵌入在一层薄塑料里，大多以印记或标记的形式贴在诸如纸币、票据或证券、个人护照、通行证、签证、身份证等文件上。这类安全单元的彩色复印件显现出彩色图案而无活动效果，因而若收件人不注意或照明差，则彩色复印件可与安全单元原件相混淆。
从EP0522217可知道另一种防止未被授权复制文件的安全特征。把有金属光泽的转印带贴到文件上，该转印带在复制件上被再现为黑色，故与原件上的反射特性形成明显的反差，这一公众容易理解的简明消息足以区分出复制件与原件。遗憾的是，复制件可以仿真该防护，因而在照明差或忙乱中会把复制件看成原件。
EP0201323B1列出了各种能生产带安全单元的分层组合件的材料。
本发明的目的是提供一种难以仿真且包括一种照相复印机无法复制的图像的廉价安全单元。
该目的由一种包含贴在基板上的分层组合件的安全单元实现，它具有成形层、塑料保护层和嵌入在成形层与保护层之间的反射层，其中安全特征的光学有效结构成形到成形层里，该安全特征有至少一个在部分区域弯曲的镜面宏结构和/或被分成至少第一与第二局部表面的表面，第一局部表面被第一结构占用，而消色的第二结构被成形到第二局部表面里，安全特征的光学有效结构适合在围绕镜面反射方向预定的14度角范围(ε)内偏转平行关系的入射光，而且该安全特征还包括一可以目视但不能照相复制的信息项。
本发明具有众多优点。
基本上在该角范围内偏转光的弯曲镜面宏结构或者两个或更多基本上在该角范围内偏转光的局部表面，使它能在表面组合件里编码光学信息项，而后者不能照相复制，肉眼却能看见。
在这方面，消色结构是一种基本上与波长无关地偏转入射光的结构。
消色结构反射、衍射或散射入射光，基本上与波长无关，因而在有效观察距离内，对观看者不出现或只出现极轻微而可以忽略的彩色效果。因此，消色结构例如是宏结构或明亮的光栅结构，周期为6μm或更长，型面深度较佳地在0.25μm区域内。此外，周期为3～6μm的结构呈现出与凸纹深度有关的消色性能变化。
应用消色结构的优点在于，确定角范围不考虑光扇出效应，因为光学结构围绕镜面反射方向偏转入射光，因而能保证在预定角范围以外的光分量不被偏转，照相复制时看得见。
所附权利要求提出了本发明诸有利的配置。
本发明诸实施例都示于附图，下面利用附图作一详述，其中
图1示出贯穿安全单元的截面，图2示出复制设备的截面图，图3示出复制设备的响应功能图，图4示出一安全特征，图5示出一宏结构，图6示出带原件安全单元的文件，和图7示出文件的复制件。
图1示出安全单元2被切开的分层组合件1的结构。在分层组合件1中，标号3指外盖层，4是光学有效结构5、6成形在里面的成形层，7为保护层，8是粘贴层，用于把安全单元2接合到作为基板的文件9，例如票据或证券、纸币、付款装置、身份证或广义的各类文件。
保护层7装填光学有效结构5、6的凹槽，因而成形层4与保护层7之间的界面为光学有效结构5、6的凸纹形状。为增强界面层反射，该界面层为反射层10的形式。反射层10包括一薄层高光亮金属，如Al、Au、Cr、Te等，层厚度为30～100μm。在上述EP0201323B1的表1中，列出了高折射率的无机介质，适合作为反射层10。把干扰层作为反射层10可产生令人关注的附加彩色效果，其多个分层部分由其它金属层与介质层组成。例如可以是一种金属介质双层，其中介质邻近成形层4，金属层邻接保护层7，也可以是一种三层，其中透明的介质层例如100～150nm的TiO2封闭在透明的金属层例如5nm的Al与反射金属层例如大于50nm的Al之间，其中反射的不透明金属层邻近保护层7。
分层组合件1在长片的载箔上(未示出)组合而成，其中先把盖层3加到载箔上，然后按规定的顺序加形成层4、反射层10、保护层7和粘层8。若保护层7是粘合料，就不用粘层8了。光学有效结构5、6的凸纹可在加反射层10之前或之后形成。最后，把安全单元2切成分层组合件1并贴到基板9上，除去载箔。由于至少盖层3和成形层4是透明的，故观看者能通过盖层3和成形层4看到光学有效结构5、6的光学效果。
光学有效结构5、6被细分成第一结构5和第二结构6，或被合成其它后面要讨论的宏结构。例如，第一结构5是镜面结构，诸如排成与分层组合件1表面平行的光滑镜面或任何型面起有色镜作用的衍射光栅，空间频率f大于2400或/mm，以及特殊的消色光栅结构。第一镜面结构5按反射定律反射以平行关系入射的光11，比如说入射光11的方向与分层组合件1表面的法线12之间的入射角α等于包含在法线12与反射光束13即镜面反射方向之间的反射角β。高空间频率f＞2400线/mm的衍射光栅，比如说以反射角β把入射光11中的一部分可见光谱只衍射成零衍射级(order)。第二结构6是消色结构，诸如空间频率至多为300线/mm的对称与不对称的锯齿形光栅结构，微弱地散射例如具有相应特性的无光泽结构与开诺全息照片。
锯齿形消色光栅结构6由所示方向39区分，光栅矢量在稳定区内涉及该光栅结构相对分层组合件1表面的局部倾角γ，γ至多为±7°，较佳为±5°。图1举例示出作为第二结构6的不对称光栅结构，图示方向39朝右。
无光泽结构把入射光11散射成一散射锥体，扩散角由该无光泽结构的散射特性预先决定，反射光22的方向作为锥体轴线。散射光强度例如在锥体轴线上最大，随着与锥体轴线的距离增大而减小，其中沿散射锥体基体方向偏转的光仍可被观察者感知。在这里被称为“各向同性”的无光泽结构中，锥体与其轴线垂直的截面呈旋转对称。与“各向同性”无光泽结构相对照，这里被称为“各向异性”的无光泽结构的构成元件，在安全单元2平面内有一优选方向。在“各向异性”无光泽结构中，该截面被翻转，即沿优选方向椭圆地变形，椭圆短轴与优选方向平行。在“各向异性”无光泽结构中，该优选方向和同“各向异性”无光泽结构关联的图示方向39，都包含90度的方位角。
弱散射的“各向同性”与“各向异性”无光泽结构或开诺全息照片，在一窄散射锥体内偏转入射光11，扩散角ε最大为14°，较佳为10°，它包含在散射锥体的基体14、15与反射光束13的方向之间。出于技术上的原因，分层组合层1里的光学有效结构5、6的型面高度限于提升变化值H小于10μm，较佳的H值为0.05～2μm。为了克服技术难题，尤其在宏结构的情况下，H值在安全特征30内不是固定值，因为受光学有效结构5、6或宏结构支配的H值有利于局部地根据规定的范围有不同的值。
图2以纵断面示出作彩色或黑白复制的现代数字复制机16及其诸功能元件。透明玻璃板17用作文件9的支承件，并做成预定格式，如A4、A3等。文件9放在玻璃板17上，粘贴安全单元2(图1)转向该玻璃，文件9在窄条内通过玻璃板17受照射，而该窄条分别横向延伸过玻璃板17和文件9，在复制操作中，窄条沿玻璃板17移动。照明装置18包括滚轮、线性光源19和聚焦镜20、21，滚轮在玻璃板17下面的轨道34上可沿玻璃板17按箭头方向移动(未指出)。配有滚轮、光源19和聚焦镜20、21的照明装置18在图2中沿玻璃板宽度垂直于图纸平面延伸，聚焦镜20、21通过玻璃板17在文件9上相对法线12(图1)大体对称地把光源19发出的白光集中在窄条内。根据复制机16的品牌，入射到文件9的光涉及的入射角为40～50°和-40～-50°。在安全单元2和文件9沿法线12的方向反向散射的光22利用三块扁平的偏转镜23～25进入检测器26。倾斜的偏转镜23～25和检测器26在窄条整个长度上平行于光源19和聚焦镜20、21延伸。在其纵向范围内，检测器26在一条直线上有多个接收反向散射光22的光电检测器27，单位长度光电检测器27的数量决定了复制机16的分辨能力。检测器26分析反向散射光22，产生窄条在文件9上受照射的电气图像。模拟复制机对用于照明的发射光和反向散射光22具有类似的引导装置。
图3的曲线以任意单位绘出了复制机16(图2)的响应特征AF，它与反向散射光22(图2)和相对于反射光束13(图1)衍射或散射的光的反射角θ有关。直接靠近镜面反射方向即反射光束13方向的区域A，从θ＝0延伸到θ＝15°角度范围ε≈15°复制机16的结构设计预先决定。在区域A中，复制机16变盲，以避免检测器26接收来自玻璃板17和文件9的镜面反射。区域B包括15～75o的反射角，复制机16在区域B内工作，把反向散射光22接收入检测器26。复制机16不再检测来自第三区域C(反射角θ＞75o)的反向散射光22。举个例说，来自白纸即强散射表面的反向散射光22集中在反射角θ≈45o周围。在复制中，任何扁平的反射镜或反射体表面都被再现成黑色。
图4示出排列在文件9上的安全单元2。安全单元2具有表面元件29的拼花状图案28，配有细微的精细衍射结构，镜面与无光泽结构。日光照射时，当转动或倾斜安全单元2时，表面元件29就闪光或闪烁，使表面图案28的光学印象不断变化。
与表面图案28一起或者取代表表面图案28，安全单元2还包括一安全特征30。在一实施例中，该安全特征30的表面31至少被细分成各自的第一和第二局部表面32与33，而前者有一第一结构5(图1)，后者被一个第二结构6占据(图1)。
第二结构6是一消色结构，选自空间频率至多为300线/mm的对称和不对称锯齿形光栅结构，弱散射无光泽结构和开诺全息照片。
第一结构5是一种安置成平行于分层组合件表面的结构，选自平滑的镜面与空间频率大于2400线/mm的衍射光栅，而当其图示方向39(图1)与同第二结构6关联的图示方向39的方位角至少相差25o时，则选自锯齿形消色光栅结构与“各向异性”无光泽结构。
两局部表面32、33有一公共边界是有利的，其中局部表面直接相邻和/或一个局部表面32或33分别安置在另一局部表面33或32内。在另一实施例中，把多个一种局部表面32或33分别安置在构成背景的另一局部表面33或32上，使多个一种局部表面32和33分别构成一段醒目的可视信息，例如采取文本和/或图标或者图像信息的形式。因此，安全特征30也很大，表面积至少为0.5cm2，更佳大于1cm2，其中最小尺度至少为0.5mm。
把安全单元2切成塑料的分层组合件1，再加到文件9上。安全特征30的光学有效结构5、6(有的话)和表面图案28表面元件29的衍射结构、镜面与无光泽结构都成形为反射层10(图1)，并嵌入在成形层4与保护层7之间。根据安全单元2的结构，反射层10在安全特征30的表面31中具有宏结构，和/或者把反射层10至少细分成第一和第二局部表面32、33。第一局部表面32被一个第一结构5占用，后者平行于分层组合件1的表面，沿镜面反射方向把入射光11偏转为反射光13(图1)。一个第二结构6被形成为第二局部表面33，在散射锥体预定的角范围内偏转入射光11，围绕镜面反射方向的扩散角为ε(图1)。
图5示出有一个宏结构35的安全特征30的结构。与分立安置的第一和第二局部表面32与33(图4)一起或取代这些局部表面，表面部分弯曲的单一表面31、宏结构35也插入安全特征30。宏结构35嵌入在成形层4与保护层7之间的反射层10，在预定表面部分具有弯曲结构36。宏结构35的型面在细微区域内很平滑，或者该型面重迭着一个无光泽结构或细微精细衍射光栅的开诺全息照片，衍射光栅的空间频率大于2400线/mm。宏结构35的型面是坐标x、y的函数M(x、y)，决定了安全特征30的表面31，其中至少在宏结构35的局部区域内，ΔM(x、y)≠0。弯曲结构36遵循由函数M(x、y)决定的已知数学函数和例如图示字符或字母等边界或形态，或者宏结构35是一种来自硬币或浮雕已知凸纹图案。相对于分层组合件1(图1)的表面，宏结构35的切面在任一点都没有大于±7°的局部倾斜角γ。在一实施例中，宏结构35的反射层10为干扰层形式。
因此，宏结构35具有肉眼可见的光学效果，相对于该宏结构的型面高度带极值的诸相邻点涉及的间距至少为0.3mm。出于技术上的原因，在分层组合件1中，准备成形的光学有效结构5、6(图1)、35的变值H限于约10μm，宏结构35在成形层4内成形，型高模值为H。作为结果出现的断续位置37不被视作极值。
图6示出文件9原件的平面图。在该实施例中，安全特征30具有作为信息项的字母OK，它由带第二消色结构6(图1)的第二局部表面33组成，还具有作为背景的带第一镜面结构5(图1)的第一局部表面32。安全特征30的信息项或第二局部表面33用白光照射时，相对于带第一镜面结构5的第一局部表面32的光亮背景，在观看者看来被镜面反射为灰色，因为第二局部表面33的消色结构6使入射光11(图1)偏转通过观看者的眼睛。
参照图1就清楚了。为简明起见，不考虑空气分层组合件1过渡时对光束的折射作用。第一局部表面32里的镜面结构5沿反射光13的方向偏转以入射角α入射的光11，此时上述镜面表面5的方位角并不重要。若光11入射在局部倾斜角为γ的消色结构6的光栅结构上，则入射角α要减小该局部倾斜角γ，因为法线12与垂直于光栅结构倾斜面的表面包括了该局部倾斜角γ。在不对称光栅结构中，局部倾斜角对应于炫耀角。光栅结构沿反射光方向偏转入射光11，在此情况下，反射角也相对于表面法线减小局部倾斜角，并且相对于法线12减少二倍的γ值。由于倾斜角γ至多为±7°，故被光栅结构偏转的光与反射光13的方向相差至多±14°。若观看者随意转动和倾斜具有安全单元30的文件9(图6)，其观察方向与第二消色结构6的光栅结构的光栅矢量处于同平面，由于反射光13的方向指向观看者的眼睛，故第二局部表面33突然比第一局部表面32的背景更亮。若上述的“各向同性”无光泽结构被用作第二局部表面33里的第二消色结构6，散射光就分布在基体14、15确定的散射锥体内，与方位角无关。在反射光13的方向，第二局部表面33散射的光比第一局部表面32反射的光13更弱。在散射锥体的某一区域内，散射光强度比镜面的散射光强度更强，即第二局部表面33比第一局部表面32更亮。散射光强度朝散射锥体表面迅速减小，因而在散射锥体外面，第二局部表面33再次比第一局部表面32更暗。安全特征30的局部表面32、33之间的强度变化就是真实性特征。
在另一种结构的安全特征30中，在第一局部表面32里作为第一结构5排列的是锯齿形的消色光栅结构或具有第一图示方向39的“各向异性”无光泽结构，而作为第二结构6成形在第二局部表面33里的是锯齿形消色光栅结构或“各向异性”无光泽结构，其中至少在方位角方面，其图示方向39不同于第一图示方向39。在一实例中，第一结构5的锯齿形消色光栅结构是第二结构6的镜像。
因此，具有消色光栅结构的局部表面32、33的表面亮度最大值不只出现在方位角的窄角范围内，消色光栅结构按像元排列。在每一像元中，消色光栅结构的多边形或圆形槽具有恒定的空间频率f。这些光栅结构的光栅矢量从像元中心朝外径向指示。分别以局部表面32与33表示的信息例如由边长至少为0.5mm的方形像元组成，其中各像元相应的光栅矢量平行定向或按预定的图案定向。转动安全单元2时，预定图案使最大表面亮度分别在局部表面32与33活动。
在分别安置在一个局部表面33与32的背景上的大量另一局部表面32与33中使用各种消色光栅结构，可得到安全特征30的另一优点。在一实施例中，在三个局部表面32与33中，光栅矢量分别定向成平行于图示方向39。当安全单元2绕平行于图示方向39的轴线倾斜时，局部表面32与33连续地得到最大表面亮度。例如这三个局部表面32与33具有空间频率f为160线/mm的消色光栅结构，三个光栅结构的炫耀角或变化值不同，其值为150nm、250nm与400nm。反之若消色光栅结构涉及同样的型面和不同的图示方向39，则在安全单元2绕法线12转动时，局部表面32与33就连续地得到它们的最大表面亮度。在另一实施例中，炫耀角和图示方向39两者都从一个局部表面32与33变到另一个局部表面。
图7示出图6所示原件的复制件。由于复制机16(图2)在区域A与C(图3)变暗，故复制机只复制出表面图案28(图5)中把光散射或衍射到区域B(图3)里的那些表面元件29。例如在图6中呈矩形的表面元件29′有一块自己能把光衍射到区域B里的衍射光栅，但其衍射光栅矢量在玻璃板17(图2)的平面内并不定向成垂直于复制机16的发光条，因而表面元件29′不满足复制条件。然而，若矩形表面元件29′反向散射的光22(图2)的强度不很低，复制机16都能以淡混合色或灰色再现该矩形表面元件29′。通过使安全单元2在其平面内转动，表面元件29在玻璃板17(图2)上不同地定向。其衍射光栅矢量现在实际上定向成垂直于发光条的矩形表面元件29′，现在能沿反向散射光22的方向充分地衍射入射光11(图1)；反过来，其它表面元件29的强度等级较低，或实际上为零，因而表面图案28(图6)的复制取决于在复制机16的玻璃板(图2)上的定向。
与之对照，安全特征30在每一方位方向的作用不同，因为局部表面32、33(图6)的光学有效结构5、6(图1)，把入射光11偏转到区域A与C里，因而复制时，安全特征30的表面31以单色再现成黑色，与文件9在复制机16的玻璃板17上的方位定向无关。因此，安全特征30含有可以目视但不可照相复制的信息项。这种安全特征30的优点在于不依赖其相对于复制机16的方位定向。
在安全单元2的另一实施例中，表面元件29在安全特征30上面例如以窄线形带38的形式延伸，至少一个表面元件29是弯曲形、扭索饰、网状形式之一，且把表面31分成更小的局部表面32、33。当安全单元2处于预定定向时，带38在观看原件的人看来像一条极明亮的线条，带38的线宽有0.05mm就够了；较佳地，线宽为0.1～0.3mm。利用带38可防止安全特征30被自制的铝箔直接仿制。
权利要求
1.一种包括贴到基板(9)上的分层组合件(1)的安全单元(2)，所述分层组合件(1)包括成形层(4)、塑料保护层(7)和反射层(10)，反射层(10)嵌入在分层组合件(1)的成形层(4)与保护层(7)之间，其中安全特征(30)的光学有效结构(5、6)被成形为成形层(4)，其特征在于，安全特征(30)的至少一面(31)具有弯曲在局部区域内和/或至少分成第一与第二局部表面(32、33)的镜面宏结构(35)，其中第一局部表面(32)被第一结构(5)占用，第二消色结构(6)被成形为第二局部表面(33)，而且安全特征(30)的光学有效结构(5、6、35)适合在围绕镜面反射方向的预定的14°角范围(ε)内偏转平行关系的入射光(11)，而安全特征(30)包括可目视但不可照相复制的信息项。
2.如权利要求1所述的安全单元(2)，其特征在于，设置在第一局部表面(32)的第一结构(5)是平行于分层组合件(1)表面的平滑镜面，沿镜面反射方向把入射光(11)偏转为反射光(13)。
3.如权利要求所述1的安全单元(2)，其特征在于，设置在第一局部表面(32)内的第一结构(5)是一衍射光栅，起到安置成平行于分层组合件(1)表面的有色镜的作用，该衍射光栅为任意型面，空间频率(f)大于2400线/mm。
4.如权利要求1所述的安全单元(2)，其特征在于，设置在第一局部表面(32)内的第一结构(5)与通过图示方向(39)的第二结构(6)不同，两图示方向(39)包括的方位角范围，对对称的光栅结构为25～155°，对不对称的光栅结构为25～180°。
5.如权利要求1～4中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，锯齿形光栅结构被形成为第二局部表面(33)的反射层(10)而作为第二消色结构(6)，该锯齿形光栅结构具有至多为300线/mm的空间频率(F)和图示方向(39)与炫耀角，光栅结构相对于分层组合件(1)平面的局部倾斜角(γ)至多为±7°。
6.如权利要求1～3中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，弱散射无光泽结构或开诺全息照片被成形为第二局部表面(33)的反射层(10)而作为第二消色结构(6)，而该无光泽结构或开诺全息照片在预定的角范围(ε)内围绕镜面反射方向的窄散射锥体内散射入射光(11)。
7.如权利要求5所述的安全单元(2)，其特征在于，在带第一镜面结构(5)的第一局部表面(32)上排列多个带消色光栅结构的第二局部表面(33)，形成可以目视但不能复制的信息项，而第二局部表面(33)仅在消色光栅结构的局部倾斜角(γ)和/或图示方向(39)上有所不同。
8.如权利要求1～6中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，第一局部表面(32)与第二局部表面(33)有一公共边界。
9.如权利要求8所述的安全单元(2)，其特征在于，在带第一结构(5)的第一局部表面(32)上安排多个带第二消色结构(6)的第二局部表面(33)，形成可以目视但不能复制的信息项。
10.如权利要求8所述的安全单元(2)，其特征在于，在带第二消色结构(6)的第二局部表面(33)上安排多个带第一结构(5)的第一局部表面(32)，形成可以目视但不可复制的信息项。
11.如权利要求1～10中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，反射层(10)是包含介质层与金属层的多层干扰层，其中透光层朝向成形层(4)，不透光金属层朝向保护层(7)。
12.如权利要求1～10中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，反射层(10)是铝层。
13.如权利要求1～12中任一权利要求所述的安全单元(2)，其特征在于，安全特征(30)被拼合排列的表面元件(29)包围，所述表面元件(29)具有拥有光学衍射作用的不同结构，而拼合排列构成一种光学变化的表面图案(28)。
14.如权利要求13所述的安全单元(2)，其特征在于，表面图案(28)的至少一个线状表面元件(29)在安全特征(30)上以带(38)的形式延伸。
15.如权利要求1所述的安全单元(2)，其特征在于，设置在第一局部表面内的第一结构是一种消色结构，在光学上与第二消色结构可被人的肉眼区分。
全文摘要
安全单元(2)被切成一个塑料分层组合件(1)，并适合贴在基板(9)上。嵌入在分层组合件(1)的成形层(4)与保护层(7)之间的是反射层(10)，里面成形了光学有效结构(5、6)。安全单元(2)具有至少一个安全特征，其表面在反射层(10)里有一宏结构，而且/或者至少被细分成第一与第二局部表面(32、33)。第一局部表面(32)具有第一结构(5)。第二消色结构(6)被成形为第二局部表面(33)。光学有效结构(5、6)在围绕镜面反射方向的预定角范围(ε)内偏转入射光(11)，而且包括可以目视但不可照相复制的信息项，因为复制机在该角范围(ε)内变盲。
文档编号B44F1/12GK1655953SQ03812197
公开日2005年8月17日 申请日期2003年4月3日 优先权日2002年4月5日
发明者R·斯淘布, A·斯玲, W·R·托姆普金 申请人:Ovd基尼格拉姆股份公司