专利名称：形成衍射图样的方法
技术领域：
本发明涉及一种衍射图样。
当利用光源来照射根据本发明实施例制成的图样时，它们生成在图样周围特定的观察角度范围内可见的一个或多个图像。本发明实施例的图样可以用在许多不同应用中，并且尤其可以用作ID文件(例如，驾照、信用卡、签证、护照以及其他贵重文件，这些文件需要对个人进行安全认证，以便防止通过印刷、影印以及计算机扫描技术来进行伪造)的防伪安全图样。
本发明的实施例尤其还可以用作保护钞票、支票、信用卡以及其他金融交易文件(例如，股票)的低成本防伪图样。
背景技术：
应该理解，如果这里引用任何现有出版物，这种引用并不承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家形成了本领域公知常识的一部分。
于1997年首发的新系列American Express美元旅行支票采用American Express Centurion标识的衍射光栅箔图像作为防伪特征。当用光源照射并且从不同观察角度观察衍射光栅箔图样时，Centurion图像看起来转变为American Express方框标识图像。这种图样的光学可变性确保了不可能利用常规复印机或照相机技术来复制。
表现出这种可变光学行为的衍射光栅图样称作光学可变图样(OVD)，并且它们在用作防伪措施以保护贵重文件方面的应用正在持续增长。迄今为止，具体的所有权光学可变图样和应用的示例包括用来保护新系列匈牙利钞票、American Express美元和欧元旅行支票以及乌克兰签证的EXELGRAMTM图样、以及用来保护当前流通系列的瑞士钞票和低币值欧元钞票的KINEGRAMTM图样。在美国专利No.5,825,547和6,088,161中描述了EXELGRAMTM图样，而在欧洲专利EP 330,738和EP 105099中描述了KINEGRAMTM图样。
KINEGRAMTM和EXELGRAMTM图样是基于箔的衍射结构的示例，已经证实，这种结构高度有效地制止了官方文件的伪造。这类光学衍射防伪图样还包括PIXELGRAMTM图样，在欧洲专利EP 0 490 923 B1以及美国专利No.5,428,479中对此进行了描述。通过产生副本衍射结构(其中，将光学不变图像的每个像素的灰度值映射到PIXELGRAMTM图样上相应的小衍射像素区域)，来制造PIXELGRAMTM图样。
尽管它们在产业上有效，但是这些基于箔的衍射光学可变图样在需要安全识别个人图像的低容量应用以及一次性应用(例如，护照或驾照照片或者身份(ID)卡图像的情形)中尤其不足。
当前，用于保护ID文件上的个人肖像图像的技术包括创作这个人所特有的OVD图像、利用透明OVD薄片或者膜来覆盖该人的照片、或者在ID文件上与文件相邻的区域中包括标准OVD图像。在第一种情形中，工艺是极其昂贵的，并且耗时，因为需要为每个个人产生新的OVD创作，然后通过凸印技术产生烫印箔图像。因为取决于所需的技术类型以及安全等级，用于安全目的的OVD创作的成本在5000美元到50000美元之间，所以个人特有OVD创作在ID应用中的使用仅仅由于成本原因就是不可行的。
一般而言，OVD创作的高成本意味着这种类型的防伪技术只适于批量生产应用，其中创作成本可以分摊在同一烫印箔的大生产流水线上。使用透明OVD覆盖膜以及使用通用OVD图像是当前用来将OVD创作成本分摊在用于ID应用的箔生产流水线上的方法。然而，在这些情形中，透明覆盖膜或OVD图像不是专属于个人，因此存在这样的风险通过剥落透明膜以及用替代图像替换原始照片图像，可以生产替换或伪造文件，以允许不同个人使用该ID文件。
为了应用的安全性而开发的另一种技术称作屏幕角度调制(Screen Angle Modulation，“SAM”)或其微小等同物“μ-SAM”，在美国专利No.5,374,976以及Sybrand Spannenberg在“OpticalDocument Security，Second Edition”的第8章(编者Rudolph L.Renesse，Artech House，London，1998，p.169-199)中对此进行了详细描述。在这种技术中，周期性排列、微小短线段的图案内通过连续或以钳制(clipped)方式调节它们彼此之间的相对角度，来创建隐形图像。虽然在宏观观察时图案表现为一致的中间色彩或灰度，但是当利用透明基底上相同且未调制的图案将其覆盖时，观察到隐形图像。
如上所述，这些技术包括将调制过的阵列用相应的未调制过的阵列来覆盖，或者相反，以便恢复隐形图像。
这种技术中的调制和未调制阵列常常由印刷技术来生产。由于这一原因，这种技术不如衍射OVD安全，因为相对于衍射OVD的规模小得多的微结构而言，更容易对这种技术进行反向工程。
发明内容
在第一个大的方面中，本发明涉及一种形成衍射认证图样的方法，其中衍射认证图样生成根据观察角度改变的光学可变图像，所述方法包括如下步骤提供编码了隐形图像的主图案，所述主图案具有多个图像元素；以及提供相应的副图案，当所述主副图案处于至少一种配准方式时所述副图案将解码所述主图案，以允许观察到所述隐形图像，其中所述副图案由衍射光栅微结构提供，所述衍射光栅微结构具有至少两种不同类型的衍射元素中每一种中的多个衍射元素，并且其中如此提供所述主图案当利用光源来照射所述认证图样时，所述主图案的预定图像元素使来自所述衍射光栅微结构的预定衍射元素的衍射效果在至少一个观察角度处在光学上无效，由此使得能够观察到所述隐形图像。
在某些实施例中，将所述主图案覆盖在所述副图案上。
在其他实施例中，通过使所述微结构的一些部分在光学上无效来提供所述主图案。取决于实施例，可以通过将其物理去除(例如，使用激光烧蚀)，或者通过将其对比度减小到不能强烈衍射的程度，来使所述微结构在光学上无效。
在其他实施例中，在背景微结构的顶部印刷所述主图案。这可以印刷在箔表面上或印刷在感光层上。
通常以规则的图案提供所述两种类型的衍射光栅区域。通常，通过将至少两种类型的衍射光栅区域排列为像素化或轨道状衍射光栅区域来提供所述规则图案。像素化衍射光栅区域的示例是棋盘图案，其中多个两种不同类型的衍射光栅区域排列为矩形阵列，以使它们沿着水平和垂直轴中的每一条轴交替。
该方法可以包括通过电子束印刷或激光束干涉制造技术来产生所述衍射光栅微结构。
这里，使衍射光栅微结构“在光学上无效”意思是，相对于衍射光栅微结构中的其他区域，消除或者大大减小来自这些预先选中区域的衍射效果，其中衍射效果是指来自这些区域的衍射光的强度。
在一个实施例中，如果主图案覆盖在副图案上，则在透明基底上提供所述主图案，以基于箔的衍射光学可变图样(OVD)的形式提供所述副图案，并且按照正确的配准方式将所述主图案与所述OVD副图案对齐，从而当利用光源照射时，在特定的观察角度处，因为具有不同的视觉值，可以观察到所述主图案中编码的所述隐形图像的图像元素。取决于实施例，主图案的图像原始可以是透明的和不透明的、或彩色的图像元素。图像元素可以或可以不是局部周期性的。因此，不同的视觉值可以是不同的色彩或不同的灰度阴影。
在该实施例中，可以将OVD箔编码为产生安全通用光学可变效果，并且覆盖主图像以如下方式编码有特定隐形图像所特有的图像信息当从文件中剥离膜时，所述隐形图像消失。相对于当前的OVD分层结构，这种技术大大增强了安全性，因为OVD箔或编码的覆盖屏幕都不容易使用当前的照相或印刷技术来修改。
在本发明的实施例中，如果通过烧蚀来提供主图案，则在OVD区域内由主图案确定的选中位置处通过激光或以其他方式烧蚀衍射光栅微结构，来将主图案直接结合在OVD箔中。本发明的该实施例改进了ID图像的耐久性和安全性，因为不可能从箔表面擦除编码的图像信息。
在本发明的一个实施例中，如果印刷主图案，则将编码了图像信息的主图案直接印刷在通用OVD箔之上，由此通过防止利用剥离来对箔和覆盖屏幕界面进行逆向工程，从而提供更高的安全性。
在本发明的另一替代实施例中，通过在批量生产的箔中的镀金属的副图案之上结合感光聚合物层，部分地利用OVD箔形成编码图像信息。然后通过选择性照射感光层，在一次性的基础上来印刷主图案。
可以使用许多技术来产生适当的主副图案。这些技术都具备这样的特征产生编码隐形图像(“主图案”)的图像元素的调制阵列以及相应的在与调制阵列配准时将解码隐形图像的图像元素(“副图案”)的未调制阵列。因为调制和未调制阵列都被划分为多个离散的图像元素，所以将调制和未调制阵列称作“数字”图像是适当的。因此，这里将这种类型的技术统称为“调制数字图像”(MDI)。合适的MDI技术的示例包括SAM、μ-SAM、以及PHASEGRAM、BINAGRAM和TONAGRAM。
在2003年10月24日提交的题为“Method of Encoding a LatentImage”(编码隐形图像的方法)的澳大利亚临时专利申请No.2003905861中描述了PHASEGRAM，对该申请，在2004年7月7日提交了题为“Method of encoding a latent image”(编码隐形图像的方法)的PCT申请。在这种技术中，在局部周期的图案内，通过选择性调制该图案的周期性，将图像编码在其中。当覆盖在透明基底上的原始图案之上或者被原始图案覆盖时，取决于配准的精确度，隐形图像或其负片的各种阴影变为对观察者可见。
在2004年6月4日提交的题为“Method of Encoding a LatentImage”(编码隐形图像的方法)的国际专利申请No.PCT/AU2004/00746中描述了BINAGRAM。在这种技术中，将图像划分为相邻或靠近的像素对，这些对可以是局部周期性的或者不是。然后将每个对中的一个像素选择性调制为互补的灰度或彩色特性。当覆盖在透明基底上等同的未调制图案上或者被未调制的图案覆盖时，取决于配准的程度，隐形图像或其负片变为对观察者可见。
本说明书中所定义的主图案通常是副图案的调制版本。主图案编码或结合了隐形图像或多个隐形图像；只有将主图案覆盖在相应的副图案(在本发明的实施例中，是OVD的形式)上才能显露这些隐形图像。主图案中采用的图像元素通常是像素(即，可获得的最小画面元素)。通常，主图案是矩形的，因此将其图像元素组织为矩形阵列。然而，可以以其他方式排列图像元素。通常以周期性方式排列图像元素，例如沿一列或一行交替，因为这允许副图案在重叠时最容易与主图案配准。然而，可以使用图像元素的随机或扰乱排列。
在本说明书中，在两种语境下使用术语“副图案”描述在覆盖主图案或者被主图案覆盖时(取决于主图案的特性)将解码主图案的图案，或者描述应用于微结构的副图案。当副图案用来形成本说明书中所述的衍射光栅微结构时，副图案由衍射元素组成，这些衍射元素对应于在特定观察角度处或者有效地衍射光的图像元素(“开”衍射元素)或者无效地衍射光的图像元素(“关”衍射元素)。这些衍射元素排列成还与用来编码隐形图像的主图案相对应的副图案的图案。此外，物理副图案中衍射元素的物理尺寸实质上等同于与所采用的主图案相对应的副图案图像的图像元素的尺寸。以这样的方式来排列“开”和“关”衍射元素当利用光源照射时，它们使显露隐形图像或关联到主图案的图像的主图案内的图像元素显现出来。当观察角度改变为其他特定观察角度，并且所有“关”衍射元素转换为“开”像素时，实现了图样的光学可变性，反之亦然。为了获得必需的对比度，所有“开”衍射元素必须在任何特定观察角度处衍射光，而所有“关”像素在该角度不衍射光。
副图案通常是“开”和“关”衍射元素的规则阵列。例如，副图案可以是由轨道状衍射光栅区域组成的矩形阵列；即，多条“开”衍射元素的垂直线条，每一线条的宽度是1个衍射元素，并且被相等宽度的“关”衍射元素的垂直线条分隔。另一种典型的副图案可以是“开”和“关”衍射元素的棋盘。然而，也可以使用随机和扰乱阵列，只要在处于正确的配准方式时，副图案中的“开”衍射元素能够使显露隐形图像的主图案中的所有图像元素显现出来，而所有其他像素都没有显现。
当副图案应用于微结构时，在本说明书中还将其称作“背景OVD微结构”或“背景OVD”。
可以用来从副图案创建主图案的另一种技术称作TONAGRAM，并且在2004年1月17日提交的题为“Method of Concealing an Image”(隐蔽图像的方法)的澳大利亚临时专利申请2004900187中对此进行了描述。
在这种技术中，将诸如BINAGRAM或PHASEGRAM之类的MDI与公开图像(例如，照片肖像)数学组合，由此得到包含该公开图像以及一个或多个隐蔽的隐形图像的主图案。当被相应的副图案覆盖时，显露出隐形图像。以相同方式，由本申请中所描述的这种类型的衍射结构组成的副图案可以被印刷的TONAGRAM主图案覆盖，由此得到这样的OVD其包含在所有观察角度均可见的公开图像，并且包含只在选定的观察角度处可见的一个或多个隐形图像。或者，可以根据TONAGRAM算法，使充当副图案的空白画布衍射结构在选定区域中在光学上无效。由此创建了包含在所有观察角度均可见的公开图像并包含只在选定的观察角度处可见的一个或多个隐形图像的OVD。
本发明还扩展到诸如通过前述方法产生的衍射认证图样或新颖项目之类的衍射图像，并且还扩展到结合了这种衍射图样的文件或票据。
在另一个大的方面中，本发明涉及一种衍射图样，其生成根据观察角度改变的光学可变图像，所述衍射图样包括编码有隐形图像的主图案，所述主图案具有多个图像元素；以及相应的副图案，当所述主副图案处于至少一种配准方式时所述副图案将解码所述主图案，以允许观察到所述隐形图像，其中所述副图案由衍射光栅微结构提供，所述衍射光栅微结构具有至少两种不同类型的衍射元素中每一种中的多个衍射元素，并且其中，如此提供所述主图案当利用光源来照射所述认证图样时，所述主图案的预定图像元素使来自所述衍射光栅微结构的预定衍射元素的衍射效果在至少一个观察角度处在光学上无效，由此使得能够观察到所述隐形图像。
如上概括，基于箔的OVD(其所形成的图案是MDI副图案的布置，但是使用两种类型衍射光栅线代替印刷的MDI图案)可以被相应的MDI主图案遮蔽，以生成MDI隐形图像，例如，以唯一、多色OVD效果的形式。得到的混合OVD-MDI(这里称作ID-OVD，或“VOID”)显示出难以伪造的光学可变特性，但是仍然是容易定制的，因为可以容易地印刷主图案，并且可以以通用的形式来批量生产基于OVD的副图案。
因此，本发明的实施例通过分离肖像图像的光学可变方面和身份方面(以这样的方式这两方面可以分离制造，并且以覆盖方式重新组合)，提供了一种保护安全文件上的肖像图像的更通用且更有用的方法。本发明的某些实施例将OVD保护结合在通用类型的衍射OVD箔(烫印在要保护的文件上)中，然后利用包含编码ID信息的透明膜覆盖该箔，或者将该箔与ID信息图案配准印刷。这两种效果的组合将所编码的肖像展现为显示OVD效果的隐形图像。
在具体实施例中，这里所公开的发明通过如下方式来利用MDI技术的低成本个人肖像生成能力将它们转换为遮蔽图案，其以这种方式来遮蔽专门设计的背景衍射光栅画布当图样的观察角度改变时生成多个图像。
MDI类型遮蔽屏幕与专门设计的衍射背景画布的增强安全属性的组合提供了在一次性基础上确保个人图像安全的低成本方式。在本说明书中，确保个人图像安全意味着防止通过利用照相、印刷或计算机扫描技术进行替换、变更或复制来改变图像。
这样，组合了MDI和OVD特征的优选实施例的图样具有这样的优点OVD特征非常难以伪造，但是MDI特征容易定制所生成的整体图像。具体地说，以MDI副图案的形式大批量生产OVD部分，并用相应的MDI主图案将其覆盖，这有望允许准备低成本、个人化的OVD。
从下面对本发明优选实施例的描述中，本发明的更多特征将变得清楚。
将参考附图描述优选实施例，附图中图1示出了背景OVD微结构或副图案的具体布置；图2示出了背景OVD微结构或副图案的另一布置；图3示出了与用于特定ID应用的特定编码数据文件相对应的主图案的示例；图4示出了添加到与图2相对应的背景OVD微结构(副图案)的图3的主图案；图5示出了在特定观察角度观察图4的重叠主副图案所生成的图像；图6示出了在另一特定观察角度观察图4的重叠主副图案所生成的图像；图7示出了主图案的示例；图8示出了添加到与图1相对应的背景OVD微结构(副图案)的图7的主图案；图9示出了在另一特定观察角度观察图8的重叠主副图案所生成的图像；图10示出了在特定观察角度观察图8的重叠主副屏幕所生成的图像。
具体实施例方式
首先，针对将MDI主图案与衍射光栅微结构形式的副图案组合时可能产生的视觉效果，来描述本发明的优选实施例。在这部分描述之后，描述用于构建衍射认证图样的一些可能技术。
图1是背景OVD微结构(或副图案)的说明性示例。在图1中，具有不同阴影的像素区域代表两个不同类型的衍射光栅微结构，这在放大部分10中可以更好地看到。为了方便起见，这些阴影称作红(较亮的阴影)和蓝(较暗的阴影)像素区域。衍射光栅像素区域的典型尺寸是30微米×30微米或者60微米×60微米。对于某些应用，取决于应用所需的图像分辨率，像素的尺寸可以小于或大于这些附图。
图2示出了背景OVD微结构或副图案的另一种布置。在图2中，红色和蓝色的条或者轨道区域代表两个不同类型的衍射光栅微结构，这在放大部分20中可以更好地看到。通常，衍射光栅微结构轨道的宽度是30微米或60微米。对于某些应用，取决于应用所需的图像分辨率，条或轨道的宽度可以小于或大于这些附图。轨道的长度是应用所需的图像面积的函数，并且可以是20mm或更长。
MDI副图案的选择将取决于实施例。
图3示出了第一优选实施例的主图案，其中通过调制图2所示的副图案，已经编码了一幅图像。形成调制数字图像(MDI)的方法是BINAGRAM的方法。放大部分30示出了主图案左眼图像的一部分。
在BINAGRAM中，主图案通常来自原始图像。在原始图像是照片的示例中，然后将原始图像浓淡处理(dither)为图像元素，这些图像元素具有一组主视觉特性之一。取决于实施例，主视觉特性会是灰度值或者色调。然后通常将原始元素与邻近的图像元素配对。在优选实施例的示例中，如此配对图像元素当利用相应的副图案来覆盖时，每一对中的一个元素将对应于红的轨道而另一元素将对应于蓝的轨道。然后转换图像元素。在典型的转换中，每一对中的一个像素将采取该对的视觉特性的平均值，而向另一像素分配互补的视觉特性。这样，每一对中一个像素用来携带来自原始图像的信息，而另一像素伪装信息。
形成主图案的一种替代方法是使用诸如Adobe Photoshop之类的计算机图形程序来产生输入图像(例如，肖像图像)的正色调和负色调版本。然后，可以通过如下方式来将正色调和负色调图像组合为主图案首先，利用副屏幕上的“开”像素来对正色调图像滤波(即，从正色调图像中去除与副屏幕上“关”像素的位置相对应的所有像素)，然后使用计算机图形程序内的浓淡处理选项将得到的滤波后正色调图像转换为位图版本；其次，通过利用副图案的“关”像素来对负色调图像滤波(即，从负色调图像中去除与副屏幕上“开”像素的位置相对应的所有像素)来向负色调图像应用相反的过程，然后使用计算机图形程序内的浓淡处理选项将得到的滤波后负色调图像转换为位图版本；最后，重叠正负色调图像的滤波且浓淡处理后的版本，以获得输入肖像图像的结果主图案版本。
图4示出了图3中的主图像与图2中的副图案的简单相加，其中通过擦除使黑色像素在光学上无效，深灰色像素表示已经保留的原始蓝色像素，并且浅灰色像素表示已经保留的原始红色像素，参考放大部分40可以更好地看到。
图5示出了在一个特定的观察角度范围内观察者看到的图像，在该观察角度范围内，红色OVD轨道为“开”，因此为了清楚显示为白色；在该角度处蓝色像素为“关”，因此看起来为黑，这在放大部分50中可以更好地看到。图6示出了在另一个特定的观察角度范围内观察者看到的图像，在该观察角度范围内，蓝色轨道为“开”，因此为了清楚显示为白色；在该角度处红色像素为“关”，因此看起来为黑，这在放大部分60中可以更好地看到。
图5和6表明，如果背景画布由两组衍射光栅像素(即，副图案)所构成的OVD微结构组成，则通过印刷技术可以产生光学可变效果。这些附图中所示的OVD效果对应于在观察角度改变时肖像图像从正色调切换为副色调。
使用背景OVD画布来将印刷图像转换为光学可变形式的这一原理可以扩展到双通道OVD图像的情形。现在描述这种过程的示例。
图7示出了由双通道图像组成的主图案——即，主图案编码了两个图像。在这种情形中，主图案是图1所示的副图案的调制形式，并且编码了两个分离的隐形图像。放大部分70示出了图像的两个面部重叠部分的细节。
也可以使用诸如Adobe Photoshop之类的计算机图形程序来准备与双通道图像相对应的主图案。可以通过如下方式将两个输入图像组合为主图案首先，利用副屏幕的“开”像素对第一图像滤波(即，从第一图像中去除与副屏幕上“关”像素的位置相对应的所有像素)，然后使用计算机图形程序内的浓淡处理选项将得到的第一图像转换为位图版本；其次，通过利用副屏幕的“关”像素对第二图像滤波(即，从第二图像中去除与副屏幕上“开”像素的位置相对应的所有像素)来对第二图像应用相反的过程，然后使用计算机图形程序内的浓淡处理选项将得到的滤波后第二图像转换为位图版本；最后，重叠第一和第二图像的滤波且浓淡处理后的版本，以获得与两个输入图像相对应的结果双通道主图案。
图8图示了图7和图1的相加，其中通过擦除使黑色像素在光学上无效，深灰色像素表示已经保留的原始蓝色像素，并且浅灰色像素表示已经保留的原始红色像素，参考放大部分80可以更好地看到。
图9示出了在一个特定的观察角度范围内观察者看到的图像，在该观察角度范围内，红色OVD像素为“开”，因此为了清楚显示为白色；在该角度处蓝色像素为“关”，因此看起来为黑，如放大部分90所示。
图10示出了在另一个特定的观察角度范围内观察者看到的图像，在该观察角度范围内，蓝色轨道为“开”，因此为了清楚显示为白色；在该角度处红色像素为“关”，因此看起来为黑，如放大部分100所示。
图9和10确认，如果背景画布由两组衍射光栅像素(即，副图案)所构成的OVD微结构组成，也可以通过印刷技术来产生双通道光学可变效果。这些附图中所示的OVD效果对应于在观察角度改变时从一个正色调肖像图像切换为另一个正色调肖像图像。
图1至10所示的示例意在图示新发明的两个具体实施例。本发明的许多其他实施例也是可以的，并且这些应用的普遍性使得本发明尤其适于ID文件的身份验证领域以及钞票、支票和其他金融交易文件(这些文件有通过印刷、计算机扫描以及彩色复印技术而被伪造的风险)的认证领域。
认识到上述双通道机制允许通过将条形码图案用作双通道中的图像从而可以以独特的方式编码数据，这样可以实现本发明的其他实施例。结果将是衍射条形码的形式，其中第一条形码图案能够由激光在第一观察角度读出，并且在第二观察角度读出第二不同条形码图案。涉及两个条形码分量的软件相关过程确保了数据的安全性和完整性。通过印刷过程来实现数据写入，其中印刷过程包括以两个不同槽周期(groove periodicity)的衍射光栅轨道交织的形式，在衍射光栅背景上交织两个条形码。
上述概念还可以扩展为包括这样的双通道图像的情形其中，一个通道中的图像是在制造副图案微结构时固定的通用图像。然后通过使用计算机图形程序构建第二通道图像，以创建具有图样使用处特色的主图案。这种类型的应用的示例是护照应用。在澳大利亚护照的情形中，通用图像可以是澳大利亚的徽章，并且第二通道图像是护照持有者的肖像图像，并且箔图样可以结合在护照的数据页面中。当观察数据页面的角度改变时，认证图样所生成的图像将从护照持有者的图像改变为徽章，由此安全地确认护照持有者是澳大利亚公民。
如果副图案如图2所示，则可以根据这样的过程来产生主图案由此将原始图像的正色调版本切割或分裂为多个条或轨道，并且去除每个奇数轨道，然后通过二进制浓淡处理或采样技术创建结果的半透明版本，并且用基于原始图像的负色调图像的第二切割且二进制浓淡处理后的图像(在这种情形中，去除负色调图像的每个偶数轨道，以允许这些区域由原始图像的正色调图像的相应二进制浓淡处理轨道占据)覆盖所得到的正色调图像的切割且二进制浓淡处理后的版本。
在双通道情形中，可以根据这样的过程来产生主图案其中，将第一原始图像的正色调版本切割或分裂为多个条或轨道，并且去除每个奇数轨道，然后通过二进制浓淡处理或采样技术创建结果的半透明版本，用基于第二原始图像的第二切割且二进制浓淡处理后的正色调图像覆盖所得到的该第一图像的切割且二进制浓淡处理后的版本。其中对于第二原始图像，去除该第二图像的每个偶数轨道，以允许这些区域由第一原始图像的相应二进制浓淡处理轨道占据。
除了上述的BINAGRAM技术之外，关于其的更多细节可以在2004年6月4日提交的题为“Method of Encoding a Latent Image”(编码隐形图像的方法)的国际专利申请PCT/AU2004/00746中找到，该申请的公开结合于此用作参考。可以使用多种其他技术来产生适当的主图案。
可以根据美国专利No.5,374,976(结合于此用作参考)以及Sybrand Spannenberg在“Optical Document Security，SecondEdition”的第8章(编者Rudolph L.Renesse，Artech House，London，1998，p.169-199)中所述的称作“SAM”或“μ-SAM”的技术，或者根据称作PHASEGRAM(澳大利亚临时专利号为2002952220的题为“Method of Encoding a Latent Image”的澳大利亚临时专利(2003年10月24日)，本申请人已于2004年7月7日对该专利提交了国际申请，其公开结合于此用作参考)的技术来产生主图案。
在这种技术中，通过选择性地调制图案的周期性，将图像编码在局部周期性的图案内。当覆盖在透明基底上的原始图案上或者被原始图案覆盖时，取决于配准的精确度，隐形图像或其负片的各种阴影变为对观察者可见。
通过对图像元素进行相移来调制图像的周期性，以创建编码图像。也就是说，取决于视觉特性的值(例如，灰度值或色调)，向图像元素施加不同的位移。PHASEGRAM实施例通常利用这样的副图案其中，衍射元素排列为衍射元素类型交替的列，其宽度为N个衍射元素。这允许编码N+1个视觉特性值。
通过采取原始图像，并且将其分离为图像元素(只采取一组视觉特性的允许值之一)，来形成隐形图像(希望能够看到的图像)。然后将隐形图像关联到初步的主图案(具有与副图案的图像元素相对应的图像元素)。然后根据主图案的图像元素与它们所关联到的隐形图像元素的视觉特性的值之间的关系，将主图案的图像元素位移，以形成最终的编码了隐形图像的主图案。
可以使用各种不同的位移方案。一个示例是，存在M个阴影或色调，并且将关联到第一阴影或色调的图像元素位移一个图像元素(例如，与衍射元素的宽度相对应的距离)，将第二阴影或色调位移两个图像元素等等，并且将第M个阴影或色调位移M个图像元素。
可以用来从副图案创建主图案的另一种技术称作TONAGRAM，并且在2004年1月17日提交的题为“Method of Concealing an Image”(隐蔽图像的方法)的澳大利亚临时专利申请2004900187中进行了描述，其结合于此用作参考。
在这种技术中，将诸如BINAGRAM或PHASEGRAM之类的MDI数学地与公开图像(例如，照片肖像)组合，由此得到包含公开图像和一个或多个隐蔽的隐形图像的主图案。当被相应的副图案覆盖时，显露出隐形图像。以相同的方式，由本申请中所描述的这种类型的衍射结构组成的副图案可以被印刷的TONAGRAM主图案覆盖，由此得到这样的OVD其包含在所有观察角度均可见的公开图像，并且包含只在选定的观察角度处可见的一个或多个隐形图像。或者，可以根据TONAGRAM算法，使充当副图案的空白画布衍射结构在选中区域中在光学上无效。由此创建了包含在所有观察角度均可见的公开图像并包含只在选定的观察角度处可见的一个或多个隐形图像的OVD。
在双通道情形中，如果副图案如图1所示，可以根据这样的过程来产生主图案将第一原始图像的正色调版本分裂为棋盘图案，并且去除棋盘中每一间隔单元(例如，每个“黑”单元)，然后通过二进制浓淡处理或采样技术创建图像剩余部分的半透明版本，并且利用基于第二原始正色调图像的第二棋盘分裂二进制浓淡处理图像覆盖所得到的第一正色调图像的分裂二进制浓淡处理版本，其中对于第二图像，去除第二图像的每个相反的分裂棋盘单元(例如，每个“白”单元)，以允许这些区域由第一原始图像的相应二进制浓淡处理(“黑”)单元占据。
双通道技术的另一实施例可以包括编码两个或多个分离但相同的隐形图像，这些隐形图像在两个略微偏移的观察角度处可见。如此选择这种偏移当人类观察者在离图像表面适当距离处观察时，立体效果允许观察者感觉到三维图像。
这样，在另一实施例中，可以创建以这样的方式来编码两个或多个相同图像的蒙版(例如，主图案)当蒙版覆盖适当的副图案(例如，这里所公开的副图案)时，这些图像在偏移的观察角度可见。
本领域的技术人员将认识到，可以使用各种不同技术来根据该方法产生认证图样。例如，可以通过电子束印刷或激光干涉制造技术，来形成衍射光栅微结构或“背景OVD微结构”。微结构通常形成在薄的铝箔上。
然后，可以按照多种不同方式将主图案与副图案(即，背景衍射微结构)组合。例如，可以将主图案印刷在另外透明的聚合物基底(覆盖并粘附到箔)上。如此覆盖透明基底其与背景微结构适当配准，从而在预定的观察角度可以看到隐形图像。
或者，可以将主图案印刷在背景微结构的顶部。例如，可以将图像直接印刷在箔上面。或者，可以在批量生产的箔中结合感光层，然后对其照射，以产生适当的主图案。
在另一实施例中，可以使用激光或背景微结构的选中区域的其他烧蚀方式，来使这些区域在光学上无效。从而，这些区域不衍射，或者衍射光的强度大大减小。
本领域的技术人员将认识到，可以有其他可能的技术来提供主图案，从而使编码隐形图像所需的这些位置中的背景衍射微结构在光学上无效。
在上述所有MDI技术中，一般希望每个条或轨道的宽度大于1微米，并且至少一个条或轨道的长度大于1mm。
如果使用棋盘图案，希望每个图像元素的边缘长度大于1微米。
可以根据任何已知技术来形成衍射光栅，然而，通常希望在每个衍射光栅区域内在形状、间隔和/或曲率或斜率方面调制或改变光栅槽。
通常还希望将每个衍射光栅区域内的衍射光栅槽设计为最大化来自这些区域的一阶衍射束的衍射效率，并且还希望每个衍射光栅区域内的衍射光栅槽的调制在槽图案方面被描述为在每个区域中具有固定的空间频率，但是具有可变的槽曲率或槽角度。
还优选地，一组衍射光栅区域内的衍射光栅槽被布置为与第二组衍射光栅区域的槽成直角。
本领域的技术人员将清楚其他变化。例如，背景微结构还可以包括本质上为通用且不是衍射认证图样正在认证的个人、对象或设计所特有的光学可变效果。
图样的微结构还可以结合宽度尺寸小于60微米的极小规模图像，这可以用来通过微结构的微观检查提供更高程度的认证或安全性。
关于如何构建适当的衍射光栅微结构的更多细节可以参考本说明书的背景技术部分提及的US 5,825,547、US 6,008,161、US5,428,479、EP 330,738、EP 105099以及EP 0490923获得。
本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的前提下，可以对本发明做出各种修改。本领域的技术人员将清楚这些以及其他修改。
权利要求
1.一种形成衍射认证图样的方法，其中衍射认证图样生成根据观察角度改变的光学可变图像，所述方法包括如下步骤提供编码了隐形图像的主图案，所述主图案具有多个图像元素；以及提供相应的副图案，当所述主副图案处于至少一种配准方式时所述副图案将解码所述主图案，以允许观察到所述隐形图像，其中所述副图案由衍射光栅微结构提供，所述衍射光栅微结构具有至少两种不同类型的衍射元素中每一种中的多个衍射元素，其中如此提供所述主图案当利用光源来照射所述认证图样时，所述主图案的预定图像元素使来自所述衍射光栅微结构的预定衍射元素的衍射效果在至少一个观察角度处在光学上无效，由此使得能够观察到所述隐形图像。
2.如权利要求1所述的方法，包括将所述主图案覆盖在所述副图案上。
3.如权利要求1所述的方法，包括使所述微结构中光学无效的部分形成所述主图案。
4.如权利要求1所述的方法，包括在背景微结构的顶部印刷所述主图案。
5.如权利要求4所述的方法，包括将所述主图案印刷在箔表面上。
6.如权利要求4所述的方法，包括将所述主图案印刷在覆盖所述微结构的感光层上。
7.如权利要求1所述的方法，包括以规则的图案提供所述至少两种类型的衍射光栅区域。
8.如权利要求7所述的方法，包括将所述至少两种类型的衍射光栅区域排列为像素化衍射光栅区域。
9.如权利要求7所述的方法，包括将所述至少两种类型的衍射光栅区域排列为轨道状衍射光栅区域。
10.如权利要求8所述的方法，包括将多个两种不同类型的衍射光栅区域排列为矩形阵列，以使它们沿着水平和垂直轴中的每一条轴交替。
11.如权利要求1所述的方法，包括通过电子束印刷产生所述衍射光栅微结构。
12.如权利要求1所述的方法，包括通过激光束干涉产生所述衍射光栅微结构。
13.如权利要求2所述的方法，包括在透明基底上提供所述主图案，以基于箔的衍射光学可变图样(OVD)的形式提供所述副图案，并且按照正确的配准方式将所述主图案与所述OVD副图案对齐，从而当利用光源照射时，在特定的观察角度处，因为具有不同的视觉值，可以观察到所述主图案中编码的所述隐形图像的图像元素。
14.如权利要求2所述的方法，包括提供编码有安全通用光学可变效果的OVD箔，以如此方式来覆盖编码有特定隐形图像所特有的图像信息的主图案当从文件中剥离膜时，所述隐形图像消失。
15.如权利要求3所述的方法，包括在OVD区域内与所述主图案相对应的选中位置处烧蚀所述衍射光栅微结构。
16.如权利要求1所述的方法，包括使用调制数字图像技术产生所述主图案。
17.如权利要求16所述的方法，包括从SAM、μ-SAM、PHASEGRAM、TONAGRAM以及BINAGRAM的组中选择所述技术。
18.一种衍射图样，其生成根据观察角度改变的光学可变图像，所述衍射图样包括编码有隐形图像的主图案，所述主图案具有多个图像元素；以及相应的副图案，当所述主副图案处于至少一种配准方式时所述副图案将解码所述主图案，以允许观察到所述隐形图像，其中所述副图案由衍射光栅微结构提供，所述衍射光栅微结构具有至少两种不同类型的衍射元素中每一种中的多个衍射元素，并且其中，如此提供所述主图案当利用光源来照射所述认证图样时，所述主图案的预定图像元素使来自所述衍射光栅微结构的预定衍射元素的衍射效果在至少一个观察角度处在光学上无效，由此使得能够观察到所述隐形图像。
19.如权利要求18所述的衍射图样，其中所述主图案覆盖在所述副图案上。
20.如权利要求18所述的衍射图样，其中通过使所述微结构中的一些部分在光学上无效来提供所述主图案。
21.如权利要求18所述的衍射图样，其中通过在背景微结构的顶部印刷来提供所述主图案。
22.如权利要求18所述的衍射图样，其中所述至少两种类型的衍射光栅区域形成规则的图案。
23.如权利要求22所述的衍射图样，其中所述规则图案是像素化图案。
24.如权利要求22所述的衍射图样，其中所述规则图案是衍射光栅区域的轨道状图案。
25.如权利要求23所述的衍射图样，其中将多个两种不同类型的衍射光栅区域排列为矩形阵列，从而它们沿着水平和垂直轴中的每一条轴交替，由此形成棋盘图案。
26.如权利要求18所述的衍射图样，包括两种不同类型的衍射元素。
27.如权利要求19所述的衍射图样，其中在透明基底上提供所述主图案，并且以基于箔的衍射光学可变图样(OVD)的形式提供所述副图案，按照正确的配准方式将所述主图案与所述OVD副图案对齐，从而当利用光源照射时，在特定的观察角度处，因为具有不同的视觉值，可以观察到所述主图案中编码的所述隐形图像的图像元素。
28.如权利要求27所述的衍射图样，其中所述图像元素是透明和不透明的。
29.如权利要求27所述的衍射图样，其中所述图像元素是透明和彩色的。
30.如权利要求27所述的衍射图样，其中将OVD箔编码为产生安全通用光学可变效果，并且被覆盖的主图案编码有特定隐形图像所特有的图像信息。
31.如权利要求20所述的衍射图样，其中在由所述主图案确定的选中位置处烧蚀所述衍射光栅微结构。
32.如权利要求21所述的衍射图样，其中所述副图案形成在OVD箔上。
33.如权利要求32所述的衍射图样，其中将所述主图案信息印刷在所述OVD箔之上。
34.如权利要求23所述的衍射图样，其中所述OVD箔在提供所述副图案的镀金属的层之上结合了感光层，由此可以通过选择性照射所述感光层来印刷所述主图案。
35.如权利要求18所述的衍射图样，其中所述主图案包括调制数字图像。
36.如权利要求35所述的衍射图样，其中所述调制数字图像是SAM图像、μ-SAM图像、PHASEGRAM、TONAGRAM或BINAGRAM之一。
37.如权利要求18所述的衍射图样，其构成了衍射认证图样。
38.如权利要求18所述的衍射图样，其构成了新颖项目。
39.一种结合了如权利要求18所述的衍射图样的文件或票据。
40.如权利要求18所述的衍射图样，其中如此构建所述主图案和副图案至少在第一观察角度处可观察到第一图像，并且至少在第二观察角度处可观察到第二图像。
41.如权利要求40所述的衍射图样，其中所述第一图像是个人的图像。
42.如权利要求41所述的衍射图样，其中所述第二图像是标识、徽章等的图像。
43.如权利要求41所述的衍射图样，其中所述第二图像编码数据。
44.如权利要求43所述的衍射图样，其中所述第二图像是条形码。
45.如权利要求40所述的衍射图样，其中所述第一和第二图像都编码数据。
46.如权利要求45所述的衍射图样，其中所述第一和第二图像都是条形码。
全文摘要
公开了一种形成衍射认证图样的方法，其中衍射认证图样生成根据观察角度改变的光学可变图像。该方法包括如下步骤提供编码了隐形图像的主图案，主图案具有多个图像元素；以及提供相应的副图案，当主副图案处于至少一种配准方式时，副图案将解码主图案，以允许观察到隐形图像，其中副图案由衍射光栅微结构提供，衍射光栅微结构具有至少两种不同类型的衍射元素中每一种中的多个衍射元素。如此来提供主图案当利用光源来照射认证图样时，主图案的预定图像元素使来自衍射光栅微结构的预定衍射元素的衍射效果在至少一个观察角度处在光学上无效，由此使得能够观察到隐形图像。
文档编号B44F1/12GK1816457SQ200480019260
公开日2006年8月9日 申请日期2004年7月7日 优先权日2003年7月7日
发明者罗伯特·阿瑟·李, 劳伦斯·戴维·麦卡锡, 格哈德·弗雷德里克·斯维格斯, 蒂莫西·约翰·戴维斯, 杰勒德·约瑟夫·威尔森 申请人:联邦科学和工业研究机构