CN103827928B - 光学可变实体鉴定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于鉴定随视角变化而呈现色移的光学可变实体的装置，所述装置包括：光折射材料板，所述板具有两个表面以及在至少一个所述表面上的光折射凸起或凹陷的阵列并且被设置在所述装置中，以便提供在彼此一侧的、在所述光学可变实体的至少一些部分上的直接视图和通过所述板的视图，所述通过所述板的视图是从在所述凸起或凹陷处的光折射得到的角偏转视图。还公开了一种用于鉴定光学可变实体的方法，以及这样的板用于鉴定光学可变实体的用途：所述板具有两个平行表面以及在至少一个所述表面上的正或负光折射凸起或凹陷的阵列。
Description
技术领域
本发明涉及安全文件鉴定（security document authentication）领域。具体地，本发明涉及用于鉴定这样的光学可变实体的简单装置和方法：如果观看角度变化，所述光学可变实体呈现色移（color shift）。
背景技术
在US5,596,402A（Markantes等）中已经公开了用于同时确定在两个不同观看角度下光学可变实体的不同颜色的简单观看装置和方法。所述装置实质上使用反射镜来同时允许在第一观看角度下直接观看所述光学可变实体以及在第二观看角度下通过所述反射镜间接观看同一实体。通过比较用两个基准色感觉出来的两种颜色，进行所述光学可变实体的鉴定。
该现有技术装置具有如下缺点：需要比较在两个不同观点下的光学可变实体的颜色，即要比较的两个图像没有沿着一个方向相同的尺寸。
该装置的另一个缺点是：其需要相当大的体积来容纳与上述直接观看和间接观看相关的光路。
该现有技术装置的另一个缺点是：其受限于人的使用，其本身不适合于容易的机器鉴定。
发明内容
通过本发明克服了与现有技术相关的上述问题，本发明根据对应的所附独立权利要求提供了装置、对应的方法以及所述装置的用途，其中的每一个均用于鉴定光学可变实体。
具体地，公开了用于鉴定随视角变化而呈现色移的光学可变实体的装置，所述装置包括：光折射材料板，所述板具有两个表面以及在至少一个所述表面上的光折射凸起或凹陷的阵列并且被设置在所述装置中，以便提供在彼此一侧的、在所述光学可变实体的至少一些部分上的直接视图（view）和通过所述板的视图，所述通过所述板的视图是从在所述凸起或凹陷处的光折射得到的角偏转视图。
因此，为了鉴定光学可变实体，必须为至少两个不同视角评估其颜色，优选第一视角大约垂直于所述实体的表面，第二视角与所述表面成斜角。为了同时在两个所述视角下看到所述光学可变实体，来自所述光学可变实体的光的一部分必须从所述斜角偏转到所述垂直角。根据现有技术，可以通过反射镜或通过棱镜造成所述偏转，需要对应长度的光路。在本发明中，使用光折射材料板中的凸起或凹陷的平坦（flat）阵列来产生从斜角到垂直角的所述偏转。
由于实际原因，所述板优选是具有两个宏观平行表面的平面板。所述板的表面上的光折射凸起或凹陷分别用于获得垂直入射光从垂直方向的偏转。这些凸起或凹陷的例子是1维或2维微棱镜阵列，或者1维或2维透镜阵列。微棱镜在其面处将垂直入射光折射到除了垂直方向之外的确定的离散方向上，而透镜将垂直入射光折射到除了垂直方向之外的连续方向上。对于获得本发明上下文中的光学可变实体上的特定“角视图”或者某种类型的平均“角视图”，这两种实施例都是有用的。
通过从属权利要求提供了本发明的另外的实施例和优点。
附图说明
图1例示了斯涅耳（Snellius）折射定律；
图2示意性地描绘了本发明的工作原理；
图3示意性地示出了根据本发明的用于视觉鉴定光学可变实体的鉴定装置；
图4示意性地示出了根据本发明的用于通过机器鉴定光学可变实体的鉴定装置；
图5a-5b示例出根据本发明实施例的1维压印板（embossed plate），其中图5a示出了对称的“屋顶结构”，图5b示出了不对称的“屋顶结构”；
图6a-6b示例出根据本发明实施例的2维压印板，其中图6a示出了方形棱镜阵列，图6b示出了三角形棱镜阵列；
图7a-7b示例出根据本发明实施例的透镜阵列板，其中图7a示出了1维透镜阵列，图7b示出了2维透镜阵列；
图8示意性描绘了使用两个堆叠的阵列板来增大角偏转；
图9示意性地示出了根据本发明的用于视觉鉴定光学可变实体的备选鉴定装置。
具体实施方式
本发明基于光学折射原理。参考图1，穿过具有第一折射率n1的第一介质与具有第二折射率n2的第二介质之间的界面的光束，根据斯涅耳折射定律改变其传播方向：n1*sin(α1)=n2*sin(α2)，光束在第一和第二介质中的角度α1、α2分别是相对于所述界面的垂直方向测量的。
图2示例出在本发明的示例性实施例中如何采用斯涅耳折射定律来从垂直观看位置获得设置在基板S上的光学可变实体O的有角度的视图。棱镜板P折射以相对于光学可变实体O的表面成90°的直角在P处入射的光线1，使其在小于90°的角度θ落在所述光学可变实体O上。类似地，以小于90°的相对于光学可变实体O的表面的角度θ从所述光学可变实体O反射的光线2，被所述棱镜板P重新定向到与所述光学可变实体的表面垂直的方向。
图3示例出根据本发明的用于使用另外的肉眼对光学可变实体O进行视觉鉴定的鉴定装置的第一原理性实施例，该光学可变实体O具有两个部分O1和O2，并且被设置在基板S上。所述鉴定装置包括其表面上具有微棱镜阵列的板P，该板P被贴近地（closely）设置在所述光学可变实体的上方，使得允许其相对于所述光学可变实体O相对移动。以大约垂直观看角度看着所述光学可变实体的观察者，即鉴定人，现在能够判断在没有所述板P的情况下、在垂直观看角度下（即，在其部分O1处并且以相对于基板表面成90°的角度）所看到的光学可变实体的第一颜色以及在其部分O2处并且在小于90°的所述视角θ下通过所述板P所看到的光学可变实体O的第二颜色，并且如果需要，将所述第一和第二颜色与基准色进行比较。
在优选实施例中，在其表面上具有光折射凸起或凹陷的阵列的板可以分别被实现为正压印（对于凸起）或负压印（对于凹陷）的聚碳酸酯（PC）塑料板。聚碳酸酯具有在1.58到1.60的范围内的折射率n。也可以使用其它具有1.50-1.80范围内的折射率的热塑性聚合物，尤其是聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSU）、聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PUR）、聚丙烯（PP），以及各种丙烯酸聚合物，只要它们在从400nm到700nm的可见光谱范围内是透明的即可。所述热塑性聚合物也可以是包括所述有机聚合物中的一种或其混合物以及折射率增加的无机纳米颗粒材料的复合材料，所述无机纳米颗粒材料例如是纳米晶TiO2，其具有2.0或更高的折射率以及低于50nm的颗粒尺寸以防止在单个颗粒处的光散射效应。
所述热塑性聚合物可以在其玻璃转变温度以上形成，即，被压印。本领域技术人员公知玻璃转变温度（Tg）是这样的温度：在该温度以上，热塑性聚合物从准固体（刚性）变成准液体（可模制的）状态。因此，例如借助于在其表面上带有母纹理的热辊，可以将诸如微棱镜阵列的凸起或凹陷的所需表面纹理由此形成（即，压印）到热塑性板中。对于压印有用的玻璃转变温度通常在60℃以上，优选在80℃以上。聚碳酸酯（PC、“Lexan”、“Macrolon”）的玻璃转变温度Tg为150℃，而PET的Tg为约70℃，并且PVC的Tg为约80℃。
在图9中示例出该实施例的备选变型例。根据该实施例的用于视觉鉴定基板S上的光学可变实体O的鉴定装置包括在其表面上具有微棱镜阵列的板P，该板以相对于所述光学可变实体O倾斜角Φ设置。以大约垂直观看角度观看光学可变实体的观察者，即鉴定人，现在能够判断在没有所述板P的情况下、在垂直观看角度下（即，在光学可变实体O的部分O1处并且以相对于基板S表面成90°的角度）从视点2所看到的光学可变实体的第一颜色以及在光学可变实体O的部分O2处且在小于90°的所述视角θ下通过所述板P从视点1所看到的光学可变实体的第二颜色，并且如果需要，将所述第一和第二颜色与基准色进行比较。板P与基板S表面之间的倾斜角Φ的最有用的值在0°到60°的范围内。具有倾斜的板P的“开放的”实施例不仅允许透过板照射光学可变实体O，还允许在反射条件（specular condition）下，附加地从侧面照射光学可变实体O，而不需要照射光在到达光学可变实体并且照射光学可变实体之前首先穿过所述板。这样提供的优点是，使最大强度的光直接在光学可变实体上，这增强了鉴定装置的使用者对光学可变实体的鉴定所依赖的光学效应的感知，因此确保了更加可靠且更加快速的鉴定，而不需要使用者首先应用更佳的照明条件。因此，例如，在照明差的地方也可以进行鉴定。
参考图4，公开了根据本发明的鉴定装置的第二原理性实施例。该鉴定装置可以用于基板S上的光学可变实体O的机器鉴定，即在自动货币接收器中使用。根据该实施例的鉴定装置包括：第一光源L，其被设置成通过板P以大约垂直入射角照射所述光学可变实体O，所述板P在其表面上具有微棱镜阵列，所述板P被贴近地设置在所述光学可变实体O上方；第一光探测器D，其被设置成通过所述板P以大约垂直入射角从所述光学可变实体O接收光；第二光源L'，其被设置成以大约垂直入射角直接照射所述光学可变实体O；第二光探测器D'，其被设置成以大约垂直入射角直接从所述光学可变实体O接收光。光源L、L'以及光探测器D、D'被连接到处理器μP，利用存储器以及一个或多个程序来使得所述处理器μP能够执行鉴定操作。
在该实施例的一个变型例中，单个光源L可以用作这两种照明的照明源：通过所述板P进行的照明以及对光学可变实体O的直接照明。
类似地，在该实施例的另一个变型例中，单个光探测器D可以用于接收通过所述板P从所述光学可变实体O反射的光，并且用于接收从所述光学可变实体O直接反射的光。
根据该实施例的另一个变型例，可以通过例如前后移动所述板P，使用单个光源L和单个光探测器D，实现对通过所述板P反射的光和直接反射的光的顺序评估。
优选地，所述一个或多个光源L、L'中的至少一个是宽带发射器，例如白炽光源或白光LED。
此外，优选所述一个或多个光探测器D、D'中的至少一个是红-绿-蓝（RGB）色传感器，例如，被用于评估在人类感知的CIE1976(CIELAB)色彩空间中的颜色。
或者，所述一个或多个光探测器D、D'中的至少一个可以是光谱范围更广的传感器，例如通过传递人类感知的波长范围（400nm-700nm）内的多个波长/强度值的微型光谱仪实现。在该实施例的一个变型例中，所述一个或多个光传感器传递在200nm到2500nm的扩展的光学波长范围内的多个波长/强度值。
在该实施例的又一个变型例中，所述一个或多个光探测器D、D'中的至少一个是宽带光强度探测器，并且所述一个或多个光源L、L'中的至少一个是光谱可变光源。在该变型例的第一子变型例中，所述一个或多个光源中的至少一个包括红光、绿光和蓝光LED，它们被顺序打开和关闭，并且对应于该至少一个光源的所述一个或多个光探测器是宽带硅光电池。这样，通过测量红光、绿光和蓝光照明下的反射光强度，可以评估与人类感知的CIE1976(CIELAB)色彩空间相当的颜色。在该变型例的第二子变型例中，所述一个或多个光源中的至少一个包括发射除了与RGB对应的波长之外的其它波长的LED，这些其他波长包括在200nm到2500nm的光学波长范围内的在可见光谱之外、在UV和/或IR光谱范围中的波长，并且对应的一个或多个光探测器被选择成对由所述LED发射的光敏感以便测量它们中每一个的相对反射光强度。
所述位于其基板S上的光学可变实体O可以相对于包括板P、所述一个或多个光源L、L'、所述一个或多个光探测器D、D'以及所述处理器μP的鉴定装置可移动地设置，以便使得所述鉴定装置能够扫描位于其基板S上的所述光学可变实体O。这种扫描可以通过拉拽所述光学可变实体通过所述鉴定装置而手动地进行、或者借助于电气传送装置进行；在自动货币接收器的情况下，该后一种选择是优选的。
所述光折射材料板在其至少一个表面上带有正或负光折射压纹。所述压纹可以采用诸如图5a中所示的1维对称“屋顶结构”的形式；或者采用诸如图5b中所示的1维非对称“屋顶结构”的形式。
或者，所述板具有2维纹理，例如，图6a中所示的方形棱镜阵列，或者图6b中所示的三角形棱镜阵列。所述板的1维光折射结构将光从该板的垂直入射角偏转到一个方向或者将一个方向上的光偏转到该板的垂直入射角，而2维纹理将光从该板的垂直入射角偏转到不止一个方向或者将不止一个方向上的光偏转到该板的垂直入射角。在特定的实施例中可以有利地采用这两种特征。具体地，一维纹理优选用于图9的实施例，而二维纹理在图2和8的实施例中提供改善的反射照明（specular illumination）。
然而，本发明不限于具有有着平面表面的几何图形的压纹。具有非平面表面的其它适当的结构，诸如例如1维透镜阵列（例如图7a中所示）或者2维透镜阵列（例如图7b中所示），也适用于实现用于实践本发明所需的光折射材料板。
此外，本发明不限于使用单个光折射材料板。参考图8，可以组合两个或更多个这种板P1、P2，例如，将它们彼此层叠，以便获得垂直入射光束的更强偏转，并且因此以更低的视角探测在其基板S上的光学可变实体O的颜色。
在本发明的另一方面，公开了一种鉴定随视角变化而呈现色移的光学可变实体的方法，所述方法包括如下步骤：在所述光学可变实体上设置光折射材料板，所述板具有两个表面以及在至少一个所述表面上的光折射凸起或凹陷的阵列，以便提供在彼此一侧的、在所述光学可变实体的至少一些部分上的直接视图和通过所述板的视图，所述通过所述板的视图是从在所述凸起或凹陷处的光折射得到的角偏转视图。
优选通过将在直接视图中和在通过所述板的角偏转视图中的所述光学可变实体的颜色与对应的基准色相比较，来鉴定所述光学可变实体。
在该方法的另一个实施例中，借助于自动装置评估直接视图中和角偏转视图中的所述光学可变实体的颜色，所述自动装置包括光源L、L'、光探测器D、D'以及处理器μP，利用存储器以及一个或多个程序来使得所述处理器μP能够执行鉴定操作。此外，如上文中与根据本发明的鉴定装置的第二原理性实施例相关地描述的，也可以使用单个光源和/或单个光探测器。
最后，在本发明的另一方面，公开了将光折射材料板用于鉴定光学可变实体的用途，所述板具有两个表面以及在至少一个所述表面上的光折射凸起或凹陷的阵列，以便提供在彼此一侧的、在所述光学可变实体的至少一些部分上的直接视图和通过所述板的视图，所述通过所述板的视图是从在所述凸起或凹陷处的光折射得到的角偏转视图。
实例
在下文中，使用鉴定装置的两个选定实例进一步演示本发明。然而，这些实例仅用于进一步示例本发明的目的，绝不意味着将本发明的范围限于这些实例。
实例1：如下构造根据图3的用于安全文件上的光学可变印刷特征的视觉鉴定的装置：根据图8将可从CA的Torrance的Luminit LLC获得的具有图5b所示结构的两片“LuminitDirection Tuning Film20°”塑料膜组装在一起，以获得产生与垂直入射角有40°的总偏转的光折射板。将如此获得的板安装在支撑结构上以保持其刚性和笔直性，并且允许其在带有所述光学可变特征的钞票之上滑动。通过使所述板在钞票之上滑动，可以在视觉上比较在垂直入射角下和在40°的入射角下所述光学可变特征的颜色。
在图9中示意性地示出的实例1的备选实施例中，根据图8将两片“LuminitDirection Tuning Film20°”组装在一起，以获得与垂直入射角成40°的总偏转的光折射板。以45°的倾斜角安装所述板，以允许用来自侧面的环境光，即在到达并且由此照射所述光学可变实体之前不必首先经过所述板的光，来自由照射所述光学可变实体。
例如，可以通过印刷根据EP-A-0227423、US5,279,657、WO95/29140或WO2007/131833的墨水；根据US4,705,300、US4,705,356、US4,721,217及其相关公开的包含薄片形薄膜光学干涉颜料，获得所述光学可变印刷特征。
实例2：通过添加下列部件从实例1的装置获得根据图4的用于鉴定安全文件上的光学可变特征的机器鉴定的装置：作为光源（L）的白光LED（Roithner Laser Technik，Vienna B5-430-JD）、作为光探测器（D）的RGB色传感器（Hamamatsu S9702）、以及作为处理单元（μP）的微处理器（Analog Devices ADuC812），利用存储器以及程序来使得所述微处理器能够执行鉴定操作。
Claims (12)
1.一种用于机器鉴定在基板(S)上的光学可变实体(O)的装置，所述装置包括:
-光折射材料板(P)，其具有在其表面上的微棱镜阵列，以提供彼此相邻的、在所述光学可变实体(O)的至少一些部分上的直接视图和通过所述板(P)的视图，所述通过所述板(P)的视图是从在所述微棱镜处的光折射得到的角偏转视图，
-至少一个光源(L)，其能够直接照射所述光学可变实体(O)和通过所述板(P)照射所述光学可变实体(O)；
-至少一个光探测器D，其能够接收直接和通过所述板(P)从所述光学可变实体(O)反射的光，
其中，所述至少一个光源(L)被设置成通过所述板(P)以大约垂直入射角照射所述光学可变实体(O)，并且其中所述装置还包括第二光源(L')，该第二光源(L')被设置成以大约垂直入射角直接照射所述光学可变实体(O)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光探测器(D)被设置成通过所述板(P)以大约垂直入射角从所述光学可变实体(O)接收光，并且其中所述装置还包括第二光探测器(D')，该第二光探测器(D')被设置成以大约垂直入射角直接从所述光学可变实体(O)接收光。
3.根据权利要求1-2中的一项所述的装置，其中，所述至少一个光源(L)或所述第二光源(L')中的至少一个是宽带发射器。
4.根据权利要求1-2中的一项所述的装置，其中，所述至少一个光探测器(D)或所述第二光探测器(D')中的至少一个是红-绿-蓝色传感器。
5.根据权利要求1-2中的一项所述的装置，其中，所述至少一个光探测器(D)或所述第二光探测器(D')中的至少一个是扩展光谱传感器，其传递在200nm到2500nm的波长范围内的多个波长/强度值。
6.根据权利要求1-2中的一项所述的装置，其中，所述至少一个光探测器(D)或所述第二光探测器(D')中的至少一个是宽带光强度探测器，并且所述至少一个光源(L)或所述第二光源(L')中的至少一个是光谱可变光源。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述光谱可变光源包括能够被顺序打开和关闭的红光、绿光和蓝光LED，并且其中所述宽带光强度探测器是宽带硅光电池。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述光谱可变光源包括这样的LED：所述LED发射的光的波长为在200nm到2500nm的波长范围内的、除了与红色、绿色和蓝色相对应的波长之外的波长。
9.根据权利要求1-2中的一项所述的装置，其中，所述光折射材料板(P)带有一维结构形式的或二维纹理形式的正或负光折射压纹。
10.一种用于鉴定随视角变化而呈现色移的光学可变实体(O)的方法，所述方法包括如下步骤：在所述光学可变实体(O)上设置光折射材料板(P)，所述板(P)具有两个表面以及在至少一个所述表面上的光折射凸起或凹陷的阵列，以便提供彼此相邻的、在所述光学可变实体(O)的至少一些部分上的直接视图和通过所述板(P)的视图，所述通过所述板(P)的视图是从在所述凸起或凹陷处的光折射得到的角偏转视图，
其中，借助于自动装置评估直接视图中和角偏转视图中的所述光学可变实体(O)的颜色，所述自动装置包括光源(L)、光探测器(D)、以及处理器(μP)，利用存储器以及程序来使得所述处理器(μP)能够执行鉴定操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述板(P)相对于所述光学可变实体(O)成倾斜角设置。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，借助于电气传送装置，通过所述自动装置拉拽所述光学可变实体(O)。
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