专利名称：基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种防伪和加密方法及其检测方法，尤其涉及一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法及其检测方法。
背景技术：
防伪和加密技术对确认制品的真实性，保护各种文件、证券、消费品等免受伪造、模仿和随意更改有重大的社会意义。水印、荧光、全息图案、光致变色、热致变色等技术已广泛地应用于商品防伪，这类防伪技术的特征是可以通过直接观察而获得防伪信息。另一类防伪技术则需通过对防伪制品的特殊检视才能验证制品的真实性，本发明属于这类防伪技术。
发明内容
本发明目的之一是提供一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，本发明目的之二是提供与上述防伪和加密方法相应的检测方法。
本发明防伪和加密方法的技术方案是一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其包括以下步骤1)取需要添加防伪或加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)设定防伪信息或加密信息；3)按照所设定的防伪或加密信息，采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点，制成带有防伪或加密信息的菌紫质生物薄膜制品。
上述设定防伪信息可设定为点阵式防伪图案；上述采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点的方法为防伪图案点用脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜制品上记录，非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录，或者用与防伪图案点偏振方向成45度角的脉冲线偏振光记录。
上述设定加密信息也可设定为二进制编码数据加密信息；上述采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点包括以下步骤
1)以两种相互正交的脉冲线偏振激光分别作为二进制的0和1，按照所设定的二进制编码数据信息，采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点；2)选择需加密的数据点；3)按照加密码与原位码互补原则，采用与原记录光偏振方向正交的高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上对需加密的数据点重复打点，制成带有数据加密信息的菌紫质生物薄膜制品。
上述高峰值功率密度脉冲线偏振激光是峰值功率密度大于1MW/cm2量级，平均功率小于10mW，波长范围在450nm～650nm的纳秒、皮秒或飞秒激光。
上述的菌紫质生物薄膜制品为细菌视紫红质与高分子聚合物按一定比例混合制备的薄膜，所述菌紫质是一种从嗜盐菌中提取出来的野生型的、化学修饰型的或基因改性型光敏蛋白质，所述高分子聚合物是明胶或聚乙烯醇。
本发明与上述防伪和加密方法相应的检测方法的技术方案包括以下五种第一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，用一个偏振片观察，转动偏振片至某个角度时，防伪图案点显示为亮点，非防伪图案点显示为暗点；转动偏振片至另外一个角度时，防伪图案点显示为暗点，非防伪图案点显示为亮点。
第二种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，用白光照明，起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45度角放置，左右旋转检偏器，防伪图案点与非防伪图案点显示出不同的颜色。
第三种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向成45度角的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，转动菌紫质生物薄膜制品至防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，防伪图案点显示为亮点，非防伪图案点不显示；当转动菌紫质生物薄膜制品至非防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，则防伪图案点不显示，非防伪图案点显示为亮点。在菌紫质生物薄膜制品360度的旋转过程中有四次防伪图案点显示最亮和四次防伪图案点不显示。
第四种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，包括以下步骤1)取需要检测加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)用一个偏振片观察，偏振片旋转360度，加密点无亮度变化，未加密点有亮暗变化；3)偏振片透振方向与未加密点记录偏振方向相同时，该点显示为亮点；偏振片透振方向与未加密点记录偏振方向正交时，该点显示为暗点。根据偏振片旋转时的透振方向，获得未加密点的真值；4)根据加密码与原位码互补原则，获得加密点的真值。
第五种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，包括以下步骤1)取需要检测加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，用白光照明，使起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45度角放置，未加密点显示为亮点，加密点则显示为暗点；3)左右旋转检偏器，根据未加密点显示的颜色获得其真值。检偏器顺时针旋转某一角度时显示橙红色的点为0；检偏器逆时针旋转某一角度时显示橙红色的点为1；4)根据加密码与原位码互补原则，获得加密点的真值。
本发明的特点是所提供的防伪制品或加密制品在非偏振自然光下观察，只能看到均匀的点阵列，看不到防伪图案及加密信息。只有通过使用偏振片用特定方式观察时才可以看到防伪图案及加密信息，因而具有隐蔽性强，不易仿造等优点。
附面说明
图1是本发明防伪和加密用菌紫质生物薄膜制品纵截面结构示意图；图2是本发明防伪图案示意图；图3是形成图2所示防伪图案所对应的第一种偏振光方向示意图；图4是形成图2所示防伪图案所对应的第二种偏振光方向示意图；图5是本发明需加密数据信息示意图；图6是图5所示数据信息加密后的数据点偏振光方向示意图；图7是图5所示数据信息加密后的数据点亮度示意图；图8是图5所示数据信息加密后的数据点颜色示意图。
具体实施例方式
参见附图1，防伪和加密用菌紫质生物薄膜制品主要由位于中间层的菌紫质生物薄膜2、位于下层的透明基底1和位于上层的透明保护层3组成。其中透明基底1用于承载菌紫质生物薄膜2；菌紫质生物薄膜2是由菌紫质与高分子聚合物(如明胶，聚乙烯醇等)按一定比例混合制备的薄膜；透明保护层3用于保护菌紫质生物薄膜不被机械损伤。菌紫质生物薄膜2主要包括一种从嗜盐菌中提取出来的光敏蛋白质，全称是细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)，简称菌紫质或BR。该菌紫质材料与高分子聚合物(如明胶，聚乙烯醇等)按一定比例混合制备成薄膜用于制作防伪制品和加密制品。菌紫质可以是野生型的、化学修饰型的或基因改性型的。
本发明原理
菌紫质生物薄膜在高峰值功率密度低平均功率的脉冲线偏振激光作用下，菌紫质分子吸收偏振光，产生与偏振光方向相同的光轴而具有光学各向异性，同时颜色由原先的紫色变为青黄色。撤去激光后这种颜色变化及激光诱导产生的各向异性能够永久保留。这里的高峰值功率密度脉冲线偏振激光要求是峰值功率密度大于1MW/cm2量级的纳秒、皮秒或飞秒激光，平均功率应小于10mW，以减少激光对薄膜的热损伤，激光波长范围在450nm～650nm，以570nm左右最佳。
这种激光诱导各向异性包括二向色性和双折射两个方面。二向色性是指材料对不同偏振方向的光有不同的吸收系数的性质。吸收最大与最小的方向分别为与光轴垂直的方向和沿光轴的方向。双折射是指材料对不同偏振方向的光有不同的折射率的性质。菌紫质生物薄膜的激光诱导各向异性以二向色性为主，激光诱导产生的光轴取向与激发光的偏振方向相同。采用非偏振的白光读出时，激光记录区域显示青黄色，激光未照射区域为紫色。加入一偏振片进行观察，随着偏振片旋转360度，可以见到激光记录点有两次最亮与两次最暗的光强变化。当偏振片透振方向与光轴平行时，亮度最亮，二者垂直时，亮度最暗。
本发明菌紫质生物薄膜制品利用菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性进行防伪的方法有两种1)采用打点式点阵记录，防伪图案点用某一方向的线偏振激光记录，非防伪图案点用与防伪图案点记录偏振方向正交的线偏振光记录。当直接用非偏振光进行透射式观察时，只能看到规则的点阵，看不到防伪图案。当采用单偏振片观察时，旋转偏振片，各个点的亮度都随之变化，但防伪图案点的变化趋势与非防伪图案点的变化趋势恰好相反，旋转至防伪图案点最亮时非防伪图案点最暗，旋转至防伪图案点最暗时则非防伪图案点最亮，据此便可显示出防伪图案，实现防伪目的。当采用两个偏振片进行检测时，用白光照明，利用偏振显色原理，防伪制品放在起偏器与检偏器之间，使起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45度角放置，检偏器透振方向先与起偏器正交放置，当在此位置左右旋转时，会看到防伪图案点与非防伪图案点呈现出不同的颜色，如防伪图案点显青黄色，非防伪图案点显橙红色，据此可显示出防伪图案，实现防伪目的。
2)采用打点式点阵记录，防伪图案点用某一方向的线偏振激光记录，非防伪图案点用与防伪图案点记录偏振方向成45度角的线偏振光记录。当直接用非偏振光进行透射式观察时，只能看到规则的点阵，看不到防伪图案。当采用单偏振片观察时，旋转偏振片，各个点的亮度都随之变化，防伪图案点显示不明显。此方案最佳检测方法是采用两个偏振片进行检测，此时防伪制品放在两个正交的起偏器与检偏器之间，旋转防伪制品，当旋转至防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，只能看到防伪图案，非防伪图案点不可见；当旋转至非防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，则防伪图案点不可见，只能看到非防伪图案点，这相当于防伪图案也可以看到，只不过是由黑点构成的。
下面举例说明菌紫质生物薄膜防伪制品的制作和检测过程首先根据防伪图案设计点阵结构图。图2是包含字符“王”的点阵图，其中构成“王”字的黑点形成防伪图案。
若采取方案1)，则图2中黑点(即防伪图案点)采用水平线偏振激光记录，白点(即非防伪图案点)用竖直线偏振激光记录，如图3所示。
若采取方案2)，则图2中黑点(即防伪图案点)采用水平线偏振激光记录，白点(即非防伪图案点)用与水平成45度角的线偏振激光记录，如图4所示。
防伪制品的检测采用透射式照明和观察，依据所采用的不同记录方案，可采用前述的方法进行单偏振片或双偏振片检视。
本发明菌紫质生物薄膜制品利用菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性进行加密的方法为记录仍采取打点式偏振化记录，以两种相互正交的偏振方向分别作为二进制的0和1。加密点的制作方法是采用与原记录光偏振方向正交的线偏振光在原位重复记录一次。加密点和非加密点的读出有两种方案，一种是采用单偏振片的亮度检测方案，依据记录点在偏振片旋转时的亮度变化及加密码可实现信息解密；另一种是采用双偏振片的偏振显色方案，依据记录点显示的不同颜色及加密码可实现信息解密。
加密制品的数据位和加密码均为二进制编码，所谓数据加密是指采用某种方法使读出者无法判断某些数据位是0或1，这些数据位称为加密点，只有知道加密点的密码才能正确判断其真值。菌紫质生物薄膜加密制品的制作仍采取打点式偏振化记录，代表0和1的点分别采用相互正交的线偏振光记录，需要加密的点则再采用与原记录光偏振方向正交的线偏振光在原位重复记录一次。当直接用非偏振光进行透射式观察时，只能看到没有区别的记录点，得不到记录点代表的数据位真值。加密点和非加密点的读出有两种方案一种是采用单偏振片的亮度检测方案，另一种是采用双偏振片的偏振显色方案；下面分别说明。
1)单偏振片亮度检测方案。当偏振片旋转360度时无亮度变化的点，判断为加密点，根据加密码与原位码互补原则，只有知道加密码，才可获得原始记录位是0或1。未加密点在偏振片旋转360度时有亮度变化，根据偏振片旋转时的透振方向可以确定未加密点是0或1。如果表示数据0的点为水平线偏振记录，表示数据1的点为垂直线偏振记录，则当偏振片的透振方向为水平时，表示数据0的点为亮点，表示数据1的点为暗点；反之，当偏振片的透振方向为垂直时，表示数据1的点为亮点，表示数据0的点为暗点，据此可判断出非加密点的真值。
2)双偏振片偏振显色检测方案。当二向色性材料用白光照明时，若采用双偏振片检视，旋转检偏器可以看到颜色的变化，这就是偏振显色。检测时加密制品放在起偏器与检偏器之间，使起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45°角放置，检偏器透振方向先与起偏器正交放置，此时可以看到未加密点显示为亮点，加密点则显示为暗点。对加密点，根据加密码与原位码互补原则，只有知道加密码，才可获得原始记录位是0或1。对未加密点，左右旋转检偏器，会看到不同的数据点呈现不同的颜色，当检偏器顺时针旋转某一角度时显示橙红色的点为0；当检偏器逆时针旋转某一角度时显示橙红色的点则为1；加密点在检偏器左右旋转时始终显示不出橙红色。
下面举例说明菌紫质生物薄膜加密制品的制作和检测过程首先确定代表二进制0和1的记录光的偏振方向。若选择水平线偏振记录点为0，则垂直线偏振记录点为1。图5列举了一个由10个点组成的二进制数据位及需要加密的加密点位置，其中数据位3、4、5、6是要加密的位置。图6为根据图5的编码采取的相应偏振光记录方式，其中在加密点位置3、4、5、6处进行了两次正交线偏振记录，第一次是原码记录(0101)，第二次是加密码记录(1010)。
在含有菌紫质生物薄膜的制品上用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光进行上述点阵记录。菌紫质生物薄膜制品仍采用的是图1所示的结构。
采用单偏振片读取信息时，如上述方案(1)所述，当偏振片旋转360度时无亮度变化的点，判断为加密点。对未加密点，图7列出了偏振片透振方向竖直时，各点的亮度情况，其中黑点表示亮度暗的点(代表0)，白点表示亮度亮的点(代表1)，灰点表示偏振片旋转时无亮度变化的点(加密点)。采用双偏振片偏振显色方案读取信息时，使起偏器的透振方向与水平方向成45°角放置，检偏器透振方向先与起偏器正交放置，此时可以看到未加密点显示为亮点，加密点则显示为暗点。对加密点只有知道密码，才可获得原始记录位是0或1。对未加密点，左右旋转检偏器，当检偏器顺时针旋转某一角度时显示橙红色的点为0；当检偏器逆时针旋转某一角度时显示橙红色的点则为1；加密点在检偏器左右旋转时始终显示不出橙红色。图8为检偏器顺时针旋转某一角度时各点的颜色情况，其中“b”表示青黄色，“o”表示橙红色。
权利要求
1.一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其特征在于所述的防伪和加密方法包括以下步骤1)取需要添加防伪或加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)设定防伪信息或加密信息；3)按照所设定的防伪或加密信息，采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点，制成带有防伪或加密信息的菌紫质生物薄膜制品。
2.根据权利要求1所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其特征在于所述设定防伪信息为设定点阵式防伪图案；所述采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点的方法为防伪图案点用脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜制品上记录，非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录，或者用与防伪图案点偏振方向成45度角的脉冲线偏振光记录。
3.根据权利要求1所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其特征在于所述设定加密信息为设定二进制编码数据加密信息；所述采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点包括以下步骤1)以两种相互正交的脉冲线偏振激光分别作为二进制的0和1，按照所设定的二进制编码数据信息，采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点；2)选择需加密的数据点；3)按照加密码与原位码互补原则，采用与原记录光偏振方向正交的高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上对需加密的数据点重复打点，制成带有数据加密信息的菌紫质生物薄膜制品。
4.根据权利要求1至3之任一权利要求所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其特征在于所述的高峰值功率密度脉冲线偏振激光是峰值功率密度大于1MW/cm2量级，平均功率小于10mW，波长范围在450nm～650nm的纳秒、皮秒或飞秒激光。
5.根据权利要求1至3之任一权利要求所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法，其特征在于所述的菌紫质生物薄膜制品为细菌视紫红质与高分子聚合物按一定比例混合制备的薄膜，所述菌紫质是一种从嗜盐菌中提取出来的野生型的、化学修饰型的或基因改性型光敏蛋白质，所述高分子聚合物是明胶或聚乙烯醇。
6.一种根据权利要求2所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，用一个偏振片观察，转动偏振片至某个角度时，防伪图案点显示为亮点，非防伪图案点显示为暗点；转动偏振片至另外一个角度时，防伪图案点显示为暗点，非防伪图案点显示为亮点。
7.一种根据权利要求2所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向正交的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，用白光照明，起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45度角放置，左右旋转检偏器，防伪图案点与非防伪图案点显示出不同的颜色。
8.一种根据权利要求2所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤1)取需要检测防伪信息的菌紫质生物薄膜制品；2)对于非防伪图案点用与防伪图案点偏振方向成45度角的脉冲线偏振光记录的菌紫质生物薄膜制品，菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，转动菌紫质生物薄膜制品至防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，防伪图案点显示为亮点，非防伪图案点不显示；当转动菌紫质生物薄膜制品至非防伪图案点记录偏振方向与起偏器成45度角时，则防伪图案点不显示，非防伪图案点显示为亮点。在菌紫质生物薄膜制品360度的旋转过程中有四次防伪图案点显示最亮和四次防伪图案点不显示。
9.一种根据权利要求3所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤1)取需要检测加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)用一个偏振片观察，偏振片旋转360度，加密点无亮度变化，未加密点有亮暗变化；3)偏振片透振方向与未加密点记录偏振方向相同时，该点显示为亮点；偏振片透振方向与未加密点记录偏振方向正交时，该点显示为暗点。根据偏振片旋转时的透振方向，获得未加密点的真值；4)根据加密码与原位码互补原则，获得加密点的真值。
10.一种根据权利要求3所述的基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法的检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤1)取需要检测加密信息的菌紫质生物薄膜制品；2)菌紫质生物薄膜制品放在两个正交放置的偏振片之间，用白光照明，使起偏器的透振方向与原记录光偏振方向成45度角放置，未加密点显示为亮点，加密点则显示为暗点；3)左右旋转检偏器，根据未加密点显示的颜色获得其真值。检偏器顺时针旋转某一角度时显示橙红色的点为0；检偏器逆时针旋转某一角度时显示橙红色的点为1；4)根据加密码与原位码互补原则，获得加密点的真值。
全文摘要
本发明公开了一种基于菌紫质生物薄膜激光诱导各向异性的防伪和加密方法及与上述防伪和加密方法相应的检测方法，其特征是利用菌紫质生物薄膜特有的激光诱导各向异性，采用高峰值功率密度的脉冲线偏振激光在菌紫质生物薄膜上打点进行点阵式防伪图案或加密信息的记录。检测时，防伪图案或加密信息通过使用偏振片用特定方式显示。本发明的特点是所提供的防伪制品或加密制品在非偏振自然光下观察，只能看到均匀的点阵列，看不到防伪图案及加密信息，只有通过使用偏振片用特定方式检测时才可以显示防伪图案或加密信息，因而具有隐蔽性强，不易仿造等优点。
文档编号B44F1/12GK1706671SQ20041002622
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月10日 优先权日2004年6月10日
发明者姚保利, 郑媛 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所