一种变图案防伪浮雕型防伪器件的制作方法

本发明涉及衍射元件设计领域，具体涉及一种变图案防伪浮雕型防伪器件。

背景技术：

假冒伪劣是一个世界性难题，它已经成为“仅次于贩毒的世界第二大公害。防伪技术是指为了达到防伪目的而采取的措施，它具有不易被仿制和复制的特点，在一定范围内易于准确鉴别真伪，同时又必须具有小型化、单片式、易于与产品集成等特征。

目前国内外常用的防伪技术按照是否与商品一体大致分为两种方式。即分离式防伪技术和集成式的防伪技术，分离式防伪技术通常是制作特制标签粘贴在产品表面主要代表为激光全息防伪，这种防伪技术曾经作为一种新型的防伪技术广泛被应用在商品防伪当中，但是目前这种防伪技术往往是以标签的形式单独存在于商品，因此分离式的方式存在着物品、防伪标签不一致的隐患，国内外很多不法分子利用分离漏洞大肆回收正品的防伪标签包装，真包装假商品的假冒伪劣形式屡禁不止，这种固有缺陷使得分离式的防伪形式并不能够很好的达成防伪的目的，只有防伪与产品集成才能避免这种情况的出现。

目前集成式的防伪技术有两种，一种是材料防伪，一种是将防伪标志压印在产品表面防伪。材料防伪主要代表为水印，通过对产品材料在加工过程中进行处理形成水印标志从而达到防伪效果，但是这种形式局限于产品的制作材料，仅能用于纸币邮票等产品的防伪当中普适性不高，而且水印技术的制作工艺已经不是秘密，很容易被仿制，不能满足防伪需求。因此目前的集成式防伪多使用将防伪标志压印在产品表面这种形式，如团花地纹等版纹防伪，微缩文字就是这种防伪形式的代表。这种防伪形式主要是人工制作比较复杂的模具，增加线条纹理及图案的复杂性来达到提高制伪难度的目的，使仿造者很难能够做到面面俱到从而实现防伪。然而在实际生产生活中，这种形式的防伪需要花费大量的人力物力时间，因此很难推广到日常用品的防伪当中。不仅如此，其技术门槛不高还是能够被仿冒，以人民币来说，目前市面上出现高仿伪钞已经屡见不鲜，虽然国家定期更新人民币仍然无法彻底避免假币的出现。因此集成式的防伪技术并不能从根本上解决假冒伪劣产品的存在。

传统的防伪形式或存在技术老化的问题，或存在标签、商品不一致的隐患，或者只能采取集成多种防伪技术增大伪造难度，因此找寻一种既能克服传统分离式防伪形式的隐患，又能保证技术的先进难以被不法分子掌握而且能够做到大规模生产、控制成本的防伪技术刻不容缓。

在衍射元件研究的基础上，提出研究一种新型的防伪技术，并通过该技术研制具备身份唯一性的防伪标签。我们在商品表面压印上特制的浮雕，当使用rgb混合光照射浮雕时，会在工作面上同时形成对应于三色的衍射图案，而当用不同颜色的光单独照射时则会单独形对应颜色的图案，图案与照射光的颜色一一对应，可以根据需要调整不同颜色光对应的图案。这种变图案一体化浮雕型的防伪器件拥有以下特点：首先仿冒难度非常大，技术很难被不法分子利用，其次反射图案可以根据不同需要进行设计，设计的图案色彩逼真生动有很高的可用性，浮雕的图案也可以单独设计成各种需要的图案，反射与浮雕图案可不一致，具有很强的灵活性。不仅如此，浮雕压印式防伪可以实现实物与防伪标识一体化，防止了更换包装，仿造防伪标签制假的情况，保证了防伪标识与商品一一对应的关系，另外这种防伪技术在实际生产中只需制作特制的模具压印在产品表面，适用于大规模生产，节约了成本节省了生产时间。

技术实现要素：

本发明针对传统的防伪形式的缺点提出了一种新型变图案浮雕式防伪器件。

本发明采用的技术方案为：一种变图案浮雕型防伪器件，该防伪器件是在物品表面压印或者刻蚀出特殊的浮雕型结构，当不同波长的入射激光照射该防伪标识时，将衍射形成不同的图像从而达到防伪目的。

其中，浮雕型结构为透射式衍射元件，当激光透射物体上的浮雕表面，可在衍射元件后的一定距离的平面上得到相应图案。

其中，浮雕型结构也可以为反射式衍射元件，当激光投射物体上的浮雕型结构表面，由浮雕型结构表面反射后可在一定距离的平面上形成相应图案。

其中，浮雕型结构为衍射元件，衍射元件通过特殊设计可以在多波长下使用，根据需要不同波长的激光入射可以反射或透射出相对应的不同图案。

其中，对于适用于多波长的衍射元件而言，需要相应的不等高度差多台阶浮雕结构的加工刻蚀工艺，在制备出相应的模板后，再在不同材料基底上，转印浮雕结构的方法，包括滚轴压印、热压或者紫外压等可能的转移手段。

其中，图案可以根据不同需要设计成不同形状，且防伪器件形状可与反射出的对应形状不同。

其中，不同波长的光线照射到防伪器件上可透射或反射出相对应的不同图案，不同波长的光线混合照射时，相对应的图案可同时在工作面获得且互不影响。

本发明的原理在于：

一种变图案浮雕式防伪器件，其原理是将反射式衍射元件雕刻于所需的防伪商品表面。作为优选，所述衍射元件为反射式衍射元件，亦可为透射式衍射元件。

作为优选，所述衍射元件可适用于多波长入射光的反射，亦可适用于多波长入射光的衍射成像。

一种变图案浮雕式防伪器件，激光透射于防伪图案表面后可在一定距离的平面上反射出相应的图案，防伪器件适用于多波长激光照射，所设计的不同波长激光照射防伪器件所反射出的图案不同，且所有设计波长激光同时照射防伪器件时，可同时得到各波长相对应的图案。对于适用于多波长的衍射元件而言，其加工工艺为相应的不等高度差多台阶浮雕结构的加工刻蚀工艺，在制备出相应的模板后，再研究在不同材料基底上，转印浮雕结构的方法，包括滚轴压印、热压或者紫外压等可能的转移手段。通过激光直写技术制作出相应的光刻掩模板，再通过光刻技术和微纳加工技术，制作出所需的浮雕型结构，作为母版。再通过热压、紫外压或者注塑成型等工艺，将该浮雕结构转移至最终的需要防伪的目标表面。

本发明与现有技术相比的优点在于：

与现有的传统防伪技术相比，变图案一体化浮雕型的防伪器件拥有以下特点：首先仿冒难度非常大，技术很难被不法分子利用，其次反射图案可以根据不同需要进行设计，设计的图案色彩逼真生动有很高的可用性，浮雕的图案也可以单独设计成各种需要的图案，反射与浮雕图案可不一致，具有很强的灵活性。不仅如此，浮雕压印式防伪可以实现实物与防伪标识一体化，防止了更换包装，仿造防伪标签制假的情况，保证了防伪标识与商品一一对应的关系，另外这种防伪技术在实际生产中只需制作特制的模具压印在产品表面，适用于大规模生产，节约了成本节省了生产时间。

附图说明

图1为变图案浮雕式防伪器件示意图；

图2为反射式多波长doe原理示意图；

图3为红光单独照射doe时反射产生对应图案的示意图；

图4为绿光单独照射doe时反射产生对应图案的示意图；

图5为蓝光单独照射doe时反射产生对应图案的示意图；

图6为透射式多波长doe原理示意图；

图7为红光单独照射doe时透射产生对应图案的示意图；

图8为绿光单独照射doe时透射产生对应图案的示意图；

图9为蓝光单独照射doe时透射产生对应图案的示意图。

具体实施方式

下面通过实施范例，并结合附图对本发明进一步具体说明。

实施例1

如图1所示为反射式多波长防伪器件，在商品表面压印如图所示的防伪浮雕，防伪浮雕的放大结构如图所示。

当使用rgb即红绿蓝混合激光照射于浮雕时，可以在一定距离的工作面上反射出分别对应红色、绿色、蓝色的三种图案，反射出的图案可以根据防伪需求设计，防伪浮雕的整体图案也可根据需求设计。其中红绿蓝三光束波长分别为λ1＝405nm、λ2＝532nm、λ3＝660nm,如图所示，当红绿蓝单色光单独照射时，不同波长的单色光在一定距离的平面上会单独形成相对应的不同图案。不同波长单色光透射得到的对应图案可以根据实际生产需要进行设计。

实施例2

所示为透射式多波长防伪器件，在商品表面压印如图所示的防伪浮雕。

当使用rgb即红绿蓝混合激光照射于浮雕时，经过防伪浮雕可以在一定距离的工作面上形成出分别对应红色、绿色、蓝色的三种图案，形成出的图案可以根据防伪需求设计，防伪浮雕的整体图案也可根据需求设计。其中红绿蓝三光束波长分别为λ1＝405nm、λ2＝532nm、λ3＝660nm,如图所示，当红绿蓝单色光单独照射时，不同波长的单色光在一定距离的平面上会单独形成相对应的不同图案，不同波长单色光反射得到的对应图案可以根据生产需要进行设计。

防伪浮雕为适用于多波长的反射式衍射元件，具体的设计过程如下。

多波长衍射元件设计：

先单独设计适用于不同波长的衍射元件，再根据等光程原理，通过优化相应的浮雕深度，设计出适用于多波长的衍射元件。众所周知，在单波长衍射元件的结构上加上对该波长相位调制量为2π整数倍的高度时，成像质量不受影响。因此，若以适用某一波长的浮雕深度分布作为初始分布，通过叠加相应的整数倍高度，便可以优化出满足各个波长的深度分布。具体设计流程如下。

红绿蓝三光束波长分别为λ1＝405nm、λ2＝532nm、λ3＝660nm，设定三个波长下对应的理想输出光场为u1，u2，u3,先采用gs算法设计分别适用于三个波长的单波长doe,设计出的单波长doe的浮雕深度分别为h1，h2，h3，doe浮雕深度分布h与相位分布的关系如下式：

其中，n为材料的折射率，以最长波长λ3＝660nm对应的doe浮雕深度分布h1作为初始高度分布，在每个高度上加上对应的高度，如下式所示：

式中m为在[0,m]范围内的整数，δ为面型调整的可控因子，h为多波长衍射元件浮雕深度的分布，(x，y)代表各像素点的坐标位置。单波长doe结构加上mλ/(n-1)的高度时，其对波长的相位调制量的改变为2π的整数倍，成像不会受到任何影响，m与δ由h2、h3决定如下式：

其中(k＝1,2,3)为迭代后的结构与波长λk单波长衍射元件的结构差值，moda(b)是b对a的求余函数nk(k＝1,2,3)为材料对波长λk的折射率。当这些差值的平方的总和rms达到最小时，即可得到m和δ的值，rms可由下式给出：

得到的m和δ带入式(2)中即可得到多波长doe每个像素点的高度。

反射式衍射元件设计：

基于光的衍射原理分析反射式的浮雕结构对入射光的调控机理，建立相应的数学模型，借助matlab工具编写相应的反射式衍射元件设计程序，再利用光学仿真软件virtuallab对设计结果进行仿真验证。反射式衍射元件示意图如图二所示。

防伪浮雕的制作：

通过激光直写技术制作出相应的光刻掩模板，再通过光刻技术和微纳加工技术，制作出所需的浮雕型结构，作为母版。再通过热压、紫外压或者注塑成型等工艺，将该浮雕结构转移至最终的需要防伪的目标表面。