[發(fā)明專(zhuān)利]光學(xué)可變的形態(tài)雙折射結(jié)構(gòu)和方法及其讀取系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710149158.5
• 申請(qǐng)日: 2003-09-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101114033A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史蒂夫·馬格魯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 史蒂夫·馬格魯
• 主分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 分類(lèi)號(hào): G02B5/18;G03H1/04;B42D15/10;G06K9/58
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李輝

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?3156506.9、申請(qǐng)日為2003年9月3日、發(fā)明名稱(chēng)為“光學(xué)可變的形態(tài)雙折射結(jié)構(gòu)和方法及其讀取系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備和用于光學(xué)設(shè)備的讀取器，尤其是，涉及衍射光柵光學(xué)設(shè)備和讀取器。

背景技術(shù)

在文件和產(chǎn)品安全產(chǎn)業(yè)中，期望有一個(gè)可由任何消費(fèi)者容易使用的低成本防偽設(shè)備。理想的情況是，該設(shè)備的制造成本要低廉，但是不可能復(fù)制，并且易于校驗(yàn)，但可適用于大量不同的文件和產(chǎn)品。盡管或許不可能滿足這些理想的要求，本發(fā)明的各種具體實(shí)施例確實(shí)提供了低成本的防偽設(shè)備，它非常難于被復(fù)制或者實(shí)行逆向工程，并且具有明顯不同于其他光學(xué)可變防偽設(shè)備的外觀。事實(shí)上，采用一個(gè)偏振濾光器可以很容易觀察到根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例制成的防偽設(shè)備的區(qū)別特征。

在一個(gè)表面上的光柵層的有效折射率取決于光柵取向和光柵輪廓，以及組成該層的材料的體積性質(zhì)。具體而言，當(dāng)光柵周期比入射在光柵上的光的波長(zhǎng)小很多時(shí)，如果光的電場(chǎng)矢量與光柵線平行而非垂直，有效折射率就越高。如果組成光柵層的材料是金屬的，層的反射率取決于電場(chǎng)矢量相對(duì)于光柵線的排列。在第一種情形中，光柵層是雙折射的，在第二種情形中，光柵層是一個(gè)反射偏振濾光器。二者在這里都被稱(chēng)作“形態(tài)雙折射”。

光柵制作中的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是“重影”(ghosting)，這是在跨表面的光柵的位置或深度上的周期性誤差。例如，在電子束制備的光柵中，重影可能是由驅(qū)動(dòng)螺桿的不均勻摩擦、定位算法中的舍入誤差，或者步進(jìn)電機(jī)中的有限步長(zhǎng)造成的。一個(gè)沒(méi)有重影的特高頻(短周期)光柵將不顯示衍射效果。不過(guò)，如果重影具有大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的一半的周期，將呈現(xiàn)衍射效果，在白光中顯示彩虹色。不過(guò)，在直接反射(0階衍射)中高頻光柵的偏振效果仍然明顯。

形態(tài)雙折射已由幾個(gè)研究者演示并報(bào)道，并且已在商業(yè)上采用。例如，Nano-Opto?Corporation(納米光學(xué)公司)銷(xiāo)售“SubwavePolarization?Beam?Splitter/Combiner”(子波偏振光束分離器/組合器)和“Broadband?Polarizer?For?Optical?Networking?Applications”(用于光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的寬帶偏振器)，二者都采用了周期比光學(xué)波長(zhǎng)小的表面起伏光柵。

發(fā)明內(nèi)容

圖形組成由高頻表面起伏光柵結(jié)構(gòu)形成，該表面起伏光柵結(jié)構(gòu)在表面上的不同區(qū)域中具有不同的光柵特征。該光柵結(jié)構(gòu)具有明顯比一個(gè)光的第一波長(zhǎng)短的第一光柵周期，從而入射到該光柵結(jié)構(gòu)上的光的偏振被不同區(qū)域中的光柵結(jié)構(gòu)改變了。結(jié)果，可以根據(jù)表面上不同區(qū)域中反射或透射偏振光的排列，來(lái)觀看圖形組成。所述光柵結(jié)構(gòu)還具有一比光的半波長(zhǎng)長(zhǎng)的第二光柵周期，從而入射到該結(jié)構(gòu)上的光被衍射，并且可以根據(jù)從表面衍射的光的排列來(lái)觀看。可以由一個(gè)具有照明子系統(tǒng)(將照射光打到圖形組成上)和圖像檢測(cè)子系統(tǒng)(接收和處理從圖形組成反射的照射光)的讀取器來(lái)檢測(cè)圖形組成。

附圖說(shuō)明

圖1表示用于產(chǎn)生高頻光柵的低頻調(diào)制的曝光強(qiáng)度隨位置的分布，該高頻光柵可以產(chǎn)生可見(jiàn)的或者可感覺(jué)的衍射效果。

圖2表示用于產(chǎn)生高頻光柵來(lái)影響反射光的偏振的曝光強(qiáng)度隨位置的分布。

圖3表示根據(jù)低頻正弦模式進(jìn)行調(diào)幅的高頻光柵。

圖4a是不同區(qū)域具有不同的偏振和衍射性質(zhì)的圖形組成。

圖4b、4c和4d是圖4a所示的圖形組成在具有不同偏振性質(zhì)的光中曝光的等軸視圖。

圖4e顯示了FBS可被照射來(lái)使衍射或“重影”成分可見(jiàn)的一種方法。

圖5表示用低頻周期性圖案線性脈沖調(diào)制的高頻光柵，用于產(chǎn)生和炫耀衍射光柵(blazed?diffraction?grating)一樣的衍射效果。

圖6表示一個(gè)高頻光柵，其“開(kāi)”與“關(guān)”的比率周期性變化，以便產(chǎn)生和炫耀衍射光柵相同的衍射效果，因?yàn)楫?dāng)光柵周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光的波長(zhǎng)時(shí)，光柵“開(kāi)/關(guān)”比率有效調(diào)制了光柵層的折射率。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于讀取FBS特征的讀取器設(shè)備的示意圖。

圖8a表示一高頻FBS光柵，其各個(gè)凹槽具有正弦曲線的形狀，該正弦曲線具有比凹槽間的間距長(zhǎng)的周期。因?yàn)榘疾鄣慕M合波陣面的法向表面與凹槽的平均方向(average?direction)平行，所形成的低頻衍射光柵的取向?qū)嶋H上垂直于高頻光柵。