专利名称：一种双通道光栅结构、识别结构及卡证的识别方法
技术领域：
本发明涉及一种卡证的防伪领域，具体涉及一种同时具有专家识别防伪和公众识别防伪的识别结构和识别方法。
背景技术：
现代防伪技术主要有两类专家识别防伪和公众识别防伪。所谓专家识别防伪，就是必须与一些仪器设备配合才能加以识别的，这类防伪装置主要是将一些特殊的材料加入被防伪的产品中，利用其特有的物理或化学属性加以识别，如在货币上使用的无色荧光油墨，用肉眼无法看见，但在紫外线照射下，会激发出荧光来；有的是将在红外波段有特殊吸收峰的材料加入被防伪的产品上，然后用红外光谱仪等设备加以鉴别。所谓公众识别防伪， 就是能用肉眼或借助一些极简单的辅助方法就能加以识别的，如货币上的水印。近年来，由于一些防伪技术的广泛应用及公开化，单存的“专家识别防伪”和“公众识别防伪”已经不能满足防伪要求，因此，各国都在致力于发展高新防伪技术，研究具有公众和专家双重防伪功能的防伪技术。研究表明，亚波长光栅是一种能够提高产品防伪能力的光学元件。利用亚波长光栅在垂直于光栅取向平面和平行于光栅取向平面倾斜入射条件下，产生零级反射共振的原理，选择合适的光栅结构参数，可以设计出光变色器件，使得能够在不同的照明条件下和不同的观察方向上呈现肉眼可察觉或仪器可探测的各向异性效果，在光学防伪领域具有很高的应用价值。很多科研团队对亚波长光栅结构的光学特性进行了报道。叶燕等人的文章《埋入式光栅双通道特性及其应用研究》报道了采用取向正交的埋入式光栅得到双通道光变色器件。陈永利等人的文章《间隔叠合式双层亚波长光栅》提出了一种间隔叠合式双层亚波长光栅结构光变色器件。上述光变色器件主要利用了亚波长光栅结构在可见光波段的波长选择特性。目前，对亚波长光栅结构的光学特性的研究主要针对可见光波段，对于紫外波段的研究很少，而且未见有将亚波长光栅在可见光波段、紫外波段的波长选择性同时用于提高产品的防伪能力的报道。一旦将亚波长光栅在可见光波段(人眼可识别)、紫外波段(仪器可探测)的波长选择特性同时应用于防伪技术，将会提高产品的防伪能力，使得产品具有公众和专家双重防伪功能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种具有公众和专家双重识别防伪的识别结构，该识别结构能够在白光照射时，反射出一种可见光的识别图案，而在用紫外光照射时， 能够用紫外探测器探测出紫外光的识别图案。同时本发明提出了能够实现上述功能的同一角度下，分别用可见光和紫外光照射时，都能反射出识别图案的双通道光栅结构和卡证的识别方法。根据本发明之一目的提出的一种双通道光栅结构，该双通道光栅结构于第一方向反射绿色光，该双通道光栅结构于垂直于第一方向的第二方向反射紫外光，所述双通道光栅结构包括基底、光栅层、第一介质层、第二介质层和介质覆盖层，所述光栅层位于基底上， 该光栅层的周期为240nm至270nm、占空比为0. 5、高度为90nm至IOOnm ；所述第一介质层位于该光栅层的顶部；所述第二介质层位于该光栅层的谷部；所述介质覆盖层覆盖该于第一介质层和第二介质层之上。优选的，所述基底为透明材料，该基底的材质为玻璃或有机玻璃。优选的，所述第一介质层和第二介质层的材质为硫化锌。优选的，所述介质覆盖层的材质为有机玻璃。优选的，所述第一方向为垂直于光栅取向方向。
优选的，所述第二方向为平行于光栅取向方向。根据本发明的另一目的提出的一种识别结构，该识别结构运用上述的双通道光栅结构制成，所述识别结构包括第一图形和第二图形，组成该第一图形的像素点为第一双通道光栅结构，组成该第二图形的像素点为第二双通道光栅结构，该第一双通道光栅结构和第二双通道光栅结构的光栅取向互相垂直。优选的，所述第一图形和第二图形的像素点交错排列，该交错排列的效果使得第一图形和第二图形互相镶嵌。优选的，所述第一图形和第二图形的像素点独立排列，该独立排列的效果使得第一图形和第二图形相互并排。同时本发明还提出了一种卡证的识别方法，所述卡证具有如上所述的识别结构， 以白光照射所述识别结构，在镜面反射方向观察，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时，第一图形呈现绿色，第二图形为透明，将该卡证围绕中心法线旋转90度，继续以上述白光照射时，第一图形为透明，第二图形呈现绿色；以紫外光照射所述识别结构，将一紫外探测器放置于镜面反射方向，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时， 紫外探测器探测到第二图形，将该卡证围绕中心法线旋转90度，紫外探测器识别第一图形，符合上述特征，则认定该卡证为真，否则认为该卡证为假。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明的双通道光栅结构的结构示意图；图2是本发明的双通道光栅结构在两个互相垂直的方向上的TE、TM光的反射光谱图；图3是本发明的用于双重防伪的识别结构第一实施方式的结构示意图；图4是本发明的用于双重防伪的识别结构第二实施方式的结构示意图。
具体实施例方式正如背景技术中所提到的，亚波长光栅结构因其具有各向异性的光学特征，已经在防伪领域得到应用。然而现有的亚波长光栅结构的视觉双通道特性，普遍基于可见光范围内，即通过人眼观察就能实现识别。而对于专家识别防伪领域却鲜有涉及。因此本发明的重点在于提出了一种能够同时反射可见光波段的光和紫外光的双通道光栅结构，以此实现公众和专家的双重识别防伪功效。下面将对本发明的双通道光栅结构以及应用该双通道光栅结构实现双重防伪技术做详细说明。请参见图1，图1是本发明的双通道光栅结构的结构示意图。如图所示，该双通道光栅结构包括基底21、光栅层22、第一介质层23、第二介质层M和介质覆盖层25。其中基底21为透明材料，其材质可以是玻璃或者有机玻璃(PMMA)，较佳地该基底21的折射率在 1. 5左右。光栅层22为周期性排布的凸起和沟槽，其周期为MOnm至270nm、占空比为0. 5、 高度为90nm至lOOnm。在一种实施方式中，该光栅层22材质可以与基底材质相同。此时该光栅层22可以通过电子束或者激光束光刻技术制作。第一介质层23设置于所述光栅层22的顶部，第二介质层M设置于所述光栅层22 的底部。该第一介质层23和该第二介质层M的材质为硫化锌(ZnS)，其折射率为2，高度为70nm至80nm。该第一介质层23和第二介质层M可以通过化学气相沉积、真空磁控溅射以及真空蒸发镀膜技术等方法制作而成。介质覆盖层25覆盖于第一介质层23和第二介质层M之上。该覆盖层25的材质为有机玻璃(PMMA)，其厚度为50nm至60nm。下面以一个具体地实施方式说明上述结构的光栅的光学特性。请参见图2，图2是本发明的双通道光栅结构在两个方向上的TE、TM光的反射光谱图。该双通道光栅结构的具体参数为透明基底21的折射率为1. 5。介质光栅层22的折射率同样为1. 5，高度为90nm。 该介质光栅层22的周期为250nm，占空比为0. 5。第一介质层23和第二介质层M的折射率为2，这两层的高度都为70nm。介质覆盖层M的折射率为1. 5，高度为50纳米。图2A和2B是当入射光垂直于光栅取向时的TM和T E光的反射光谱，如图所示 TE偏振光的半峰全宽为20纳米左右，峰值能量约100%，TM偏振光的半峰全宽较窄，因此 TE偏振光决定了人眼观察到的效果，此时该双通道光栅只反射绿色波段的光，人眼可以观察到该光栅呈现绿色。图2C和2D是当入射光平行于光栅取向时的TM光和TE光的反射光谱，如图所示 TM偏振光的半峰全宽较宽，而且峰值能量高，因此TM偏振光起主要作用，光谱的峰值位置出现在紫外波段。此时用人眼观察则只能看到光栅呈透明。而在紫外光源度照射下，在镜面反射方向光栅可被探测到紫外光谱。因此本发明的双通道光栅结构具有可见光波段和紫外波段的双通道反射光谱，且由于这两个波段的反射光需要分别在垂直和平行光栅取向时才能体现，可以用来作为一种易于识别的双重防伪识别结构。请参见图3，图3是本发明的用于双重防伪的识别结构第一实施方式的结构示意图。如图所示，该识别结构包括第一图形11和第二图形12，组成该第一图形11的像素点为第一双通道光栅结构111，组成该第二图形12的像素点为第二双通道光栅结构121，该第一双通道光栅结构111和第二双通道光栅结构121的光栅取向互相垂直。
在本实施方式中，第一图形11和像素点和第二图形12的像素点交错排列，因此产生的视觉效果是两个图形相互镶嵌在一起，当使用垂直于第一双通道光栅结构111的光栅取向的可见光照射该识别结构时，能够看到第一图形11，此时使用紫外光源替代可见光照射该识别结构时，用紫外探测装置能够在原来第一图形11的位置探测到第二图形12。而使用垂直于第二双通道光栅结构121的光栅取向的可见光照射该识别结构时，能够看到第二图形12，此时使用紫外光源替代可见光照射该识别结构时，用紫外探测装置能够在原来第二图形12的位置探测到第一图形11。请参见图4，图4是本发明的用于双重防伪的识别结构第二实施方式的结构示意图。在本实施方式中，第一图形11’和第二图形12’的像素点分别独立排列于本图形内，因此该识别结构的视觉效果使得第一图形11’和第二图形12’相互并排。当符合上述结构特征的识别结构用于卡证上时，该卡证就具有双重防伪的功效。 而具体判别该卡证真伪的方法如下以白光照射所述识别结构，在镜面反射方向观察，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时，第一图形呈现绿色，第二图形为透明，将该卡证围绕中心法线旋转90 度，继续以上述白光照射时，第一图形为透明，第二图形呈现绿色；以紫外光照射所述识别结构，将一紫外探测器放置于镜面反射方向，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时，紫外探测器探测到第二图形，将该卡证围绕中心法线旋转90度，紫外探测器识别第一图形，符合上述特征，则认定该卡证为真，否则认为该卡证为假。值得注意的是，上述例举的各个实施方式中，该双通道光栅结构在可见光波段的反射光为绿色，然而通过调节光栅层的高度、周期、占空比、材质以及调节第一介质层、第二介质层和介质覆盖层的高度和材质，就能改变该光栅结构的反射光谱，从而得出能够反射其他可见光波段的光的双通道光栅结构。综上所述，本发明提出了一种双通道光栅结构，并利用该双通道光栅结构具有能够在不同方向分别反射可见光和紫外光的光学特性，设计制作成了用于卡证等的防伪识别结构，该识别结构同时具有专家识别防伪和公众识别防伪的效果。同时本发明了还提出了基于上述识别结构的卡证的真伪识别方法。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种双通道光栅结构，该双通道光栅结构于第一方向反射绿色光，该双通道光栅结构于垂直于第一方向的第二方向反射紫外光，其特征在于所述双通道光栅结构包括基底、 光栅层、第一介质层、第二介质层和介质覆盖层，所述光栅层位于基底上，该光栅层的周期为240nm至270nm、占空比为0. 5、高度为90nm至IOOnm ；所述第一介质层位于该光栅层的顶部；所述第二介质层位于该光栅层的谷部；所述介质覆盖层覆盖该于第一介质层和第二介质层之上。
2.如权利要求1所述的双通道光栅结构，其特征在于所述基底为透明材料，该基底的材质为玻璃或有机玻璃。
3.如权利要求1所述的双通道光栅结构，其特征在于的材质为硫化锌。
4.如权利要求1所述的双通道光栅结构，其特征在于玻璃。
5.如权利要求1所述的双通道光栅结构，其特征在于向方向。
6.如权利要求1所述的双通道光栅结构，其特征在于向方向。
7.一种识别结构，其特征在于所述识别结构运用如权利要求1所述的双通道光栅结构制成，所述识别结构包括第一图形和第二图形，组成该第一图形的像素点为第一双通道光栅结构，组成该第二图形的像素点为第二双通道光栅结构，该第一双通道光栅结构和第二双通道光栅结构的光栅取向互相垂直。
8.如权利要求7所述的识别结构，其特征在于所述第一图形和第二图形的像素点交错排列，该交错排列的效果使得第一图形和第二图形互相镶嵌。
9.如权利要求7所述的识别结构，其特征在于所述第一图形和第二图形的像素点独立排列，该独立排列的效果使得第一图形和第二图形相互并排。
10.一种卡证的识别方法，所述卡证具有如权利要求7所述的识别结构，其特征在于 以白光照射所述识别结构，在镜面反射方向观察，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时，第一图形呈现绿色，第二图形为透明，将该卡证围绕中心法线旋转90度，继续以上述白光照射时，第一图形为透明，第二图形呈现绿色；以紫外光照射所述识别结构，将一紫外探测器放置于镜面反射方向，当入射光垂直于第一双通道光栅结构的光栅取向时， 紫外探测器探测到第二图形，将该卡证围绕中心法线旋转90度，紫外探测器识别第一图形，符合上述特征，则认定该卡证为真，否则认为该卡证为假。所述第一介质层和第二介质层 所述介质覆盖层的材质为有机 所述第一方向为垂直于光栅取 所述第二方向为平行于光栅取
全文摘要
本发明提出了一种双通道光栅结构，并利用该双通道光栅结构具有能够在不同方向分别反射可见光和紫外光的光学特性，设计制作成了用于卡证等的防伪识别结构，该识别结构同时具有专家识别防伪和公众识别防伪的效果。同时本发明了还提出了基于上述识别结构的卡证的真伪识别方法。
文档编号G06K7/10GK102542313SQ201210002138
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者叶燕, 周云, 浦东林, 申溯, 胡进, 陈林森 申请人:苏州大学, 苏州苏大维格光电科技股份有限公司