专利名称：特殊化的表面的制作方法
技术领域：
本发明涉及以确定的方式选择性地吸收、反射和透射不同波长的透明表面。它在防伪(安全)装置的领域中有特定的用途、但不排除其他用途。
在防伪的斗争中，开发难以伪造、即复制的安全装置和标签日益紧迫。而且要求这种防伪装置用起来简单、有效而不需要附加的、往往是昂贵的设备。
本发明包括确定某物品是否是伪造品的方法，所述方法包括a)设置带纹理的表面；b)确定该表面的反射特性；c)把这些与预定特性对照以确定该表面是否是伪造的。
在本发明的最简单形式中，带纹理表面包括单一纹理(最好是金属的)的表面。
最好所述表面是包括透明衬底的多层，所述衬底具有淀积在其一侧的至少两个薄的透明材料层，所述各层具有不同的折射率，使得选择的波长/颜色被透射和或反射。由于材料间的界面处的多重反射，这种涂敷在透明衬底上的薄的多层提供了相长和相消的干涉效果。
最好所述各层由金属氧化物、金属硫化物或聚合材料制成。与要利用的辐射相比、各个层一般在厚度上小于或等于波长的一半(例如，对于可见光、每层一般厚度小于400纳米)。
表面可以另外具有涂敷在衬底上、在与上面有薄层的所述侧相对侧上的彩色或阴影层。
可用这种表面作为安全/防伪标签，衬底最好是透明塑料。
本发明还包括确定某物品是否是伪造品的方法，所述方法包括
a)设置如上所述的这种表面；b)确定其透射吸收频率/色彩特性；c)把这些与期望的特性对比以确定所述表面是否是伪造的。
步骤b)可包括比较在不同入射角时、反射和/或透射的光谱和/或入射辐射的线性偏振状态。
在表面是特殊构造的场合下，步骤(b)可进一步包括检测反射辐射的偏振状态的变化。
现将仅以示例的方式并且参照以下附图来描述本发明，附图中
图1表示基本平整的多层表面。
图2表示配备图1中所示表面的防伪标签。
图3a表示具有带凹痕表面的多层表面。图3b和图3c表示穿过带凹痕表面的X剖面。
图4表示具有正弦曲线轮廓的表面的多层。
图5表示随所施加光线的入射角度而定的、多层表面(按照图1)的彩色偏移效果。
图6表示当使光线以45度入射角入射在多层(或者部分的多层)上时线性偏振的效果。
简单多层的实施例图1表示包括玻璃板的衬底1，玻璃板上是包括以标号3和4注明的、交替的ZnS和MgF2层的多层2。这些层、最先是ZnS被加热蒸发到玻璃板上，并且所有层(共八层)厚度都是120nm。
设置这些层的其他方法是通过溅射、电子束淀积、或者金属的激光氧化。对于本领域技术人员众所周知的其他材料、如TiO2或聚合物可被选择性地用作这些层。给定的多层叠层会产生可借助Fresnel方程推算的反射率分布；它由淀积的各层氧化物厚度和折射率共同来决定。分布随入射角和照射的光线的线性偏振而变。
在图1的实例中，当使白光以正入射方式入射在多层表面上时，反射光是蓝色的，而透射色是橙色的。如果把表面按照衬底在先的方式放置在黑色背景上，则仅可看到蓝色(透射的橙光被吸收)。如果背景光滑并且是强反光的(白色光面或金属的)，则所有透射的橙光通过薄膜被反射回来并且表面呈现出白色或极淡的色彩。如果把白色粗糙(即漫散射)背景设置在(首先是衬底)多层表面后面，由于透射光是主要的，则表面呈现出橙色。这是因为到达眼睛的仅有的蓝光来自从多层的镜面(即象镜子一样)反射，而无论入射角如何、所有通过层透射的光会通过其漫反射回来(见图A)。由此，在几乎是极有方向性的照明条件下，橙光会占优势。
在实际应用中，各层的厚度应该是在所用光的1/4波长与1个波长之间。对于可见光，厚度应该小于800nm。
防伪装置实施例按照本发明的多层可用作防伪装置。可把多层表面(衬底最先)放置在任何适当的背景上，诸如黑色和漫射白色编码背景和/或具有彩色油墨的背景。可以与接近黑白单元的涂在编码表面上的两种色彩的油墨对照来检测观察到的色彩。
图2a表示安全标签的实际应用的实施例。多层2淀积在柔性透明塑料标签5的一部分上；即它起到衬底的作用。其他部分具有分别印在其上的黑色和(漫反射)白色方块6和7。还印在其上的是具有特定色相的油墨涂成的橙色8和蓝色9的方块。然后可把标签沿折叠线A-A折叠起来，使得这些方块位于塑料标签的下面。如果从黑色方块上的多层观察的蓝色反光与蓝色油墨的色相不同、和/或从白色方块上的多层的色彩发出的橙光与橙色油墨的色相不同，则多层表面是伪造的。
在可供选择的实施例中，具有黑/白/彩色背景的表面可通过不同方式永久地粘在衬底上，即如果衬底具有适当颜色，则可把衬底本身用作图案的一部分。
在另一实施例中，所述多层放置在漫反射的白色衬底上，以正入射方式对其表面照明和观察(例如通过两块平行纤维板，其中一块透射光、而另一块检测反射光)。如果仅测量到正入射光，则橙色的透射光在衬底上散射，并且会在检测器上给出返回的小信号，而蓝色反射会占优势。因此，装置会指明表面是蓝的，而由于背景光的缘故、眼睛看到的所述材料会呈现出橙色。
入射角的影响如图3中所示，光投射到多层上的角度影响其反射率(并由此影响透射率)分布。使用上述实例的、包括八个交替的ZnS与MgF2层的多层，可以看出，随着光的入射角增加，从表面反射的光偏移到更短的波长，由此颜色从蓝向紫变化(而透射光从橙向黄移动)。
一般认为，可以借助某种装置来利用来自平面多层的色彩随角度的变化关系，所述装置同时得到不同角度的反射率或透射率光谱并且把这些与期望值比较。
偏振的影响如图4中所示，光的偏振会影响多层的反射率(并由此影响透射率)光谱。在该图中，TM线性偏振辐射被认为是这样的辐射，对于这种辐射、电矢量位于入射辐射的入射面内，而对于TE辐射、电矢量平行于光照到的表面。在正入射的情况下，TE和TM反射率是相等的，但是在任何其他角度下，其光谱不同。
一般认为任何非正入射测量能分辨不同的偏振以进一步区分不同的多层。例如，通过在光源和检测器上放置对准的偏振片、把所有测量限制为一种线性偏振，可以达到上述目的。如果要利用红外辐射，则可以用线栅偏振器(wire-grid polariser)代替偏振片。
带纹理的衬底/层的实施例在可供选择的实施例中，所述多层是具有某种结构特征的。例如，多层表面可以做成具有槽纹、凹痕或波形轮廓的。这样，可以借助正入射测量来利用偏振效果或者由光线的入射角的变化引起的效果。
图5a表示带凹痕的表面，而5b表示穿过这种表面的横剖视图。多层表面被压制有大约5微米直径(对于可见光的最小优选尺寸)的圆形压痕。
图5c表示其中衬底1本身被印上压痕的带凹痕表面。作为选择，凹痕的侧面可以是垂直的，并且在这种情况下，这等效于具有多层斑块的衬底。
带纹理的表面可以是任何适当形状的；它们可以是洼的或平的，带有45度或者任何其他角度的侧面。
图6表示具有波峰11和波谷12的波形状的带纹理的多层表面。波峰间的距离(节距)是至少5微米左右，而波谷的深度为节距的一半左右。
凹痕的直径(或者波形表面中波峰间的距离)是重要的且不能太小。如果直径远小于光的波长，则不能看到凹痕。如果两个值是可比的，则衍射效果可能会复杂，把光线重定向在其他方向。因此对于这种凹痕的尺寸，四个或四个以上波长的直径是较佳的。
当从正上方照射时，带纹理的表面呈现出在正入射下(轮廓的波谷和波峰)的多层的区域和在大约45度的离散角度下(倾斜区域)的其他区域。投射在45度区域上的光被横向反射到对面的倾斜部分，并且随后向光源反射回来。这同时产生了具有不同反射光谱的两个光的分量，由此产生两种颜色。
一般认为诸如上述这些表面的带纹理的表面可以用于产生两种颜色的反射，对于这些带纹理的表面，各个单元太小而不能用肉眼来分辨。各种颜色会组合而产生单一颜色的均匀外观，但是可以通过显微镜来观看隐藏的单元。
还认为反射率随偏振的变化关系可以用来进一步辨明给定的结构，因为由倾斜单元反射的颜色会呈现出一定的随偏振而变化的关系。
本发明的进一步实施例是使用按照图3b的彩色衬底上的平的多层斑块。把来自多层的正入射的反射波的颜色与衬底对比，使这些斑块与衬底不可区分、直到以这样的角度观察、使得斑块在外观上呈现出不同的颜色。通过另外利用偏振差异可以进一步增强这种效果。
偏振转换带纹理的表面的另一方面意味着，有可能把线性偏振角旋转90度，如图7a至7c中所示。TM辐射翻转180度，而TE没有，但是在两种情况下，偏振面都未改变。但是，如果TE和TM的相等分量出现，则净效应是整个偏振面旋转90度。
以圆形空穴为例，将其圆周标成钟面。假设光线投射在左手侧(9点钟)，电矢量平行于该侧(即TE偏振)。如果投射在空穴上的所有光子具有平行电矢量，则从12点钟到6点钟的反射光必定投射在壁上成为TM偏振光。但是，投射在9与12之间中间的一侧的光线会是混合偏振的、一半TM和一半TE。
因此建议，使线性偏振光以这样的角度入射在带纹理的多层上，使得电矢量的整个面旋转90度，并且这可以通过在光源和检测器上设置正交对准的偏振片来检测。没有这些偏振片时，可以观察到普通颜色(如上所述)，但是当放置好偏振片时，可检测到的光仅仅是已被转换的(例如在洼形凹痕的边缘的四个点；或者对于脊形结构，仅仅在电矢量以或者平行或者垂直于槽纹的角度投射在脊上时才能检测到信号)。而且，由于光线投射在边缘的反射光谱与其投射在凹痕底部的不同，因此偏振转换信号的颜色与不偏振情况的不同。
在最佳实施例中，多层是带有凹痕的，所述凹痕具有平整的45度角的侧边，因为这样使横向反射和正入射时返回观察者的光线的量最大，由此使极化转换信号最大。一般凹痕必须是这样形状的，使得一些正入射光通过反射返回光源(即后向反射)。凹痕的直径必须足够大，以便光能被镜面反射，并且使衍射效应最小。
纹理的制造在多层可包括带纹理表面(即非平整表面)的场合，可以采用各种制造方法。一种可能的方法是直接在带纹理的衬底(例如衍射光栅)上淀积多层。在淀积期间，可能需要摇动光栅以确保均匀的层厚度。另一种方法是在厚的多层中蚀刻以产生不同的多层厚度(例如已在某些区域中被蚀刻成二层的十层结构)。还有的可选处理方法是在某些区域利用平面多层的表面上的介质特性(例如硬化的光阻材料脊)来改变光线的方向(折射)，由此改变入射角和观察到的颜色。
尽管已经主要就可见波长(颜色)的吸收透射讨论了本发明，但是应该指出，本发明不限于可见光谱，而且只要选择正确的尺寸大小，就可以用在其他频率的辐射上。
权利要求
1.一种确定某物品是否是伪造品的方法，它包括a)设置带纹理的表面；b)确定所述表面的反射特性；c)将所述反射特性与预期的特性对比以确定所述表面是否是伪造品。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述反射波是由在正入射下从所述表面的某个小面的单一反射和/或从多个小面的反向反射产生的。
3.权利要求2的方法，其特征在于所述步骤b)包括确定所述反射波随波长的变化关系。
4.权利要求3的方法，其特征在于所述步骤b)包括观察在两个不同入射角下反射的颜色。
5.权利要求1的方法，其特征在于所述步骤b)包括检测反射光的偏振状态的变化。
6.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于所述带纹理的表面包括透明或吸光的衬底，所述衬底具有淀积在其一侧的至少两层，所述各层具有不同的折射率，使得选择的波长/颜色被透射和或反射。
8.权利要求6或7的方法，其特征在于所述纹理包括凹痕或正弦波形的凹陷。
9.权利要求8的方法，其特征在于所述凹痕或凹陷的直径或者所述波形的波峰间距离大于光波长的四倍而小于光波长的200倍。
10.一种包括透明衬底的带纹理表面，所述衬底具有淀积在其一侧的至少两层，所述各层具有不同的折射率并且所述层或衬底具有这样的纹理，使得选择的波长/颜色被透射和或反射，并且其中所述纹理包括凹痕或凹陷或者是正弦波形的，并且其中所述凹痕或凹陷的直径或所述波形的波峰之间的距离大于光波长的四倍而小于光波长的200倍。
11.权利要求10的带纹理表面，其特征在于所述凹痕或凹陷的直径或者所述波形的所述波峰间距离小于光波长的200倍。
11.包括权利要求10中所要求的表面的安全装置。
全文摘要
一种包括至少两层的多层表面,所述层具有不同的折射率,使得所选波长/颜色被透射和或反射。这些层最好置于透明衬底上。该表面可用作防伪装置。一种确定某物品是否是伪造品的方法包括:设置这种表面;确定其对具体颜色的透射/吸收特性;将所述透射/吸收特性与预期的特性对比以确定该表面是否是伪造品。这可包括在两个不同入射角观察反射或透射的颜色或者检测所发射的光线的偏振状态的变化。
文档编号G07D7/00GK1363075SQ0080853
公开日2002年8月7日 申请日期2000年5月19日 优先权日1999年5月25日
发明者C·R·劳伦斯, P·武库斯克, J·R·萨姆布勒斯 申请人:秦内蒂克有限公司