激光打印字迹与签字笔书写字迹交叉次序判定研究

柴田若梅,张 旭,王长亮

(1.中国刑事警察学院刑事科学技术学院， 辽宁沈阳 110854； 2.上海市现场物证重点实验室， 上海 200000)

0 引言

随着新时代社会的高速发展和经济的不断进步，公安司法工作中的刑事、民事案件里，越来越多的伪造、变造文件需要被鉴定，文件检验在司法实践中也发挥着更加不可替代的作用。对文件制成时间进行检验鉴定，或者对文件各部分字迹形成的先后顺序进行检验鉴定，都有助于查明文件是否存在逻辑上的时空反序现象，从而认定文件有无变造、伪造的事实，进而揭示案情。

文件各部分字迹形成的先后次序判定包括同种书写色料字迹先后次序判定、书写字迹笔画与打复印字迹笔画先后次序判定和朱墨时序判定。目前，对于同种色料字迹先后次序和朱墨时序判定的论述较多。因此，本文主要就激光打印字迹与签字笔字迹先后次序判定进行研究，以期为同行提供借鉴。

1 实验原理

激光打印机打印字迹是由碳粉堆积形成，在纸张表面形成微观上凸起的线条。而在书写压力的作用下，书写笔画所在位置的纸张会发生形态上的凹凸变化，形成笔画的沟痕。理论上，先书写后打印时，碳粉的堆积会掩盖交叉部位的沟痕；先打印后书写时，笔尖划过打印线条会使得墨粉颗粒跟随纸张一并凹陷，交叉部位色料的光学性能因此发生变化，产生显微镜下能观察到的可用来判定先后次序的显著特征[1-2]。

2 实验部分

2.1 实验材料与设备

运用FOSTER+FREEMAN公司出产的VSC- 6000型文检工作站来观察检测不同激光打印机打印形成线条的墨粉堆积状态和光学特征，并用其中的显微分光系统来区分和选择市面上常见的签字笔作为本次实验用笔。运用徕卡M205A体式显微镜来观察书写与打印交叉点的形态和颜色特征。

纸张选择亚太森博(ASIA SYMBOL)公司的亮丽CRYSTAL系列的A4(210 mm×297 mm)多功能复印纸(70 g/m2)。将市面上搜集到的197种签字笔依照反射光谱形态和走势的不同分成了三大类[3]。第一类油墨的反射光谱在660～800 nm的范围呈凸型曲线，第二类油墨在这个范围内呈凹型曲线，第三类油墨在400～800 nm的整个波长范围内透射率差别不大。本次实验从每个类别中随机选择了不同品牌型号的黑色签字笔(见表1)及同种型号对应的蓝笔和红笔作为本次实验用笔。在激光打印机方面，由于各种打印机的墨粉致密程度和堆积形态略有差别，在观察了实验室共10台打印机形成的线条后，选择了差别较大(见图1)的惠普Jet Pro 300 color M351a和惠普Laser Jet 1020 plus打印本次实验材料。

表1 实验用签字笔

2.2 样本制作

为模拟一般文件中书写字迹的形成条件，制作书写样本时，设置5张同品牌型号的复印纸作为衬垫物。用签字笔画直线与打印线条相交叉。画线时辅以直尺，运笔速度和力度适中。每次画线前，确保直尺边清洁，避免签字笔油墨混合使现象不准确。

2.2.1 先打印后书写样本制作

图1 打印线条的微观形态和反射光谱曲线

用①号激光打印机在复印纸(编号为A①)上打印竖向分布的一系列实线(1.25磅)，再分别用签字笔画垂直于打印线条的横向笔道，形成网格，使每一支签字笔所画的笔道与打印线条各产生至少30个交叉点。用②号激光打印机以同样的方式形成样本A②。

为消除打印机进纸方向对实验结果的影响，用①号激光打印机在复印纸(编号为C①)上打印横向分布的一系列实线(1.25磅)，再用每支签字笔画垂直于打印线条的纵向笔道，各产生至少30个交叉点。用②号激光打印机以同样的方式形成样本C②。

2.2.2 先书写后打印样本制作

分别用14支签字笔在复印纸(编号为B①)上画横向笔道，再用①号打印机在复印纸上打印竖向分布的一系列实线(1.25磅)，使每一支签字笔所画的笔道与打印线条各产生至少30个交叉点。以同样的方式，用②号打印机形成样本B②。

分别用14支签字笔在复印纸(编号为D①)上画纵向笔道，再用①号打印机打印横向分布的一系列实线，使每一支签字笔所画的笔道与打印线条各产生至少30个交叉点。以同样的方式，用②号打印机形成样本D②。

2.3 实验操作

用徕卡显微镜对纸张空白部分启动自动白平衡，在LED CXL强度60%、LED RL强度60%、光圈100%、放大倍率为“90×”的条件下对所有样本交叉点进行观察。

考虑到书写中速度和力度的变化以及选点可能存在的偶然性，实验中对每一组样本的30个交叉点全部用徕卡显微镜进行观察和拍照固定。再用文检仪的显微分光光度系统测量其光学数据进行分析。为消除进纸和打印方向对结果的影响，同时对纸C和纸D上的点进行观察记录，并与纸A和纸B上相应点位进行比较。

黑色激光打印字迹耐干热性能较好，耐紫外光照性能优良，耐水浸、耐酸和耐碱性能优良[4]。而实验的样本中签字笔字迹色料与辅料成分受到光、空气、酸和碱还有潮湿的影响。这些因素会使字迹褪色的速率增加[5]。为检验特征的稳定性以便于实际运用，样本形成并观测记录两个月后再次进行观察，比较特征现象的变化。

3 结果与讨论

经显微观察：比较系列A与C、B与D发现，激光打印机进纸方向对交叉点特征的有无或出现特征的种类没有影响；比较系列①与系列②发现，激光打印机打印线条的浓淡和墨粉颗粒堆积形态对交叉点出现的特征没有影响；比较9、10、11号笔与12、13、14号笔与打印线条在相同时序交叉点处的特征发现，笔尖直径不同对交叉点处的特征没有影响。使交叉点的形态与色泽表出现差异的原因，一为打印与书写的交叉时序，二为签字笔的颜色和种类。

3.1 墨粉堆积特征

图2 打印线条在交叉部位的位移现象

先打印后书写时，交叉部位的打印线条均不同程度地表现出与笔道运行方向一致的“位移”现象(见图2)，这种位移并不随着时间的推移发生变化。笔者认为导致这一现象的原因在于，签字笔的球珠有一定弧度和硬度，可以很好地传达书写压力。球珠划过打印线条时，接触部位的墨粉颗粒被带向笔画运行方向，产生了打印线条的位移。先打印后书写的另一个典型特征是，签字笔所画笔道边缘处的墨粉随时间推移逐渐脱落，呈现出打印线条的“中断”现象(见图3)，但这一现象与书写压力和球珠的硬度有关，书写压力偏小、签字笔球珠硬度较小时，上述特征的明显程度会下降。

图3 交叉部位打印线条的墨粉脱落现象

先书写后打印时，打印线条的位移特征和书写笔画边缘墨粉脱落特征在交叉部位没有出现，但交叉部位墨粉颗粒堆积的致密程度较非交叉部位明显降低，表现为墨粉堆积松散(见图4)，交叉点的打印线条两边向内凹(见图5)。原因在于，先书写的笔墨覆盖了纸张，且纸张在笔画部位因书写压力产生了凹槽，导致附着于交叉部位纸张表面的墨粉颗粒的数量减少、致密程度降低、边缘线条形状改变。且墨粉堆积的松散程度随保存时间的延长而增大。

图4 墨粉颗粒堆积的松散

图5 交叉点的打印线条内凹

墨粉堆积形态的特征并不明显存在于所有的交叉点上。根据书写压力、笔尖材质、衬垫物情况等因素的不同，这一特征在交叉点上的反映也各不相同。且随时间推移或外力作用，交叉点墨粉的堆积形态可能进一步发生变化。因此，一般不将墨粉堆积形态作为判定交叉时序的特征之一。

3.2 银白色亮痕特征

先打印后书写的交叉部位呈现明显的银白色亮痕特征。导致这一特征的原因可能在于，签字笔球珠划过打印线条的过程中，对墨粉颗粒施加了一定压力的碾压作用，使墨粉表面相对平滑并随纸张表面一并凹陷。相对于松散堆积的墨粉层和粗糙纸张表面对光源产生漫反射，交叉部位光滑的墨粉表面对入射光产生镜面反射，因此形成银白色亮痕(见图6)。在针对中性笔字迹与墨粉颗粒堆积线条的交叉时序的研究中表述到，镜面反射的现象是中性笔与激光打印机先打后写交叉点出现的最稳定的现象[6]。可以将这个结论扩充至所有签字笔与激光打印机形成的先打后写的交叉点。

先书写后打印的交叉部位，墨粉颗粒没有受到碾压作用，与非交叉部位墨粉颗粒堆积状态没有明显差别，对入射光的反射情况基本一致，所以没有银白色亮痕出现(见图7)。

图7 先书写后打印，无银白色光亮

3.3 橙红色光亮特征

黑笔中，根据品牌型号不同，2号和3号笔在先打印后书写的交叉部位出现明显的橙红色的光亮；9号和12号笔形成先打后写的交叉点上出现较微弱的橙红色。1号和6号笔形成同样时序的交叉点上没有橙红色光亮出现。这一现象的出现与笔墨所含的溶剂、染料的成分有关。若笔墨中含有较高比例的油溶性物质，在书写压力的作用下与墨粉颗粒相融，形成较为平滑的状态，在同轴光的照射下反射出特别的颜色(见图8、图9)。若笔墨中油性物质含量较低或者是水性笔，那么就不易与墨粉颗粒熔融，因此也就看不到交叉点颜色的变化(见图10)。

先书写后打印的部位，由于墨粉颗粒堆积在笔画表面，形成上下两层的结构[7]。无论下层墨迹成分如何，均无法与上层打印线条中的墨粉颗粒相融。因此所有的先书写后打印的交叉点，均没有橙红色光亮出现(见图11)。蓝色签字笔和红色签字笔的笔画墨迹与打印线条的交叉部位在两种交叉次序下均不出现橙红色光亮。

图8 明显的橙红色的光亮

图9 较微弱的橙红色

图10 先打后写不出现橙红色

图11 先写后打无现象

3.4 紫红色光泽特征

蓝笔中，根据品牌型号的不同，部分笔(编号4、10、13)在先打后写的交叉部位呈现紫红色光泽(见图12)。此特征在7号蓝笔先打后写的交叉点上均不出现(见图13)。笔者认为紫红色出现的原因如下：在书写墨迹为蓝色时，由于光的减色原理，入射光中的黄色光及其临界色光被蓝色笔画墨迹吸收，根据油墨的溶剂和染料不同，透过笔画墨迹的蓝色光被黑色打印线条吸收，少许红色和紫色的色光被加强并反射[8]，故出现紫红色亮光。这一现象随存放时间延长未产生明显变化。先书写后打印的交叉部位没有出现紫红色光亮现象。红色签字笔和黑色签字笔的笔画墨迹与打印线条的交叉部位在两种交叉次序下均不出现紫红的光亮现象。

图12 紫红色光泽现象

图13 先打后写，不出现紫红光泽

3.5 黄绿色油膜特征

图16 间隔两个月的黄绿色油膜现象比较

红笔中，根据品牌型号的不同，部分红笔(编号5、11、14)先打印后书写的交叉部位表面出现黄绿色油膜。此特征在8号红笔先打后写的交叉点上不出现。黄绿色油膜形成原因可能有两个：一是后写的笔迹油墨与墨粉熔融，表面形成光滑油膜，对入射光产生薄膜干涉现象，形成黄绿色油膜；二是根据光的减色原理，在书写墨迹为红色时，入射光中的青色光及其临界色被红色笔画墨迹吸收，透过书写笔画墨迹的红光被黑色打印线条吸收，只有少许黄色和绿色的光被反射[8]，故此交叉部位出现黄绿色油膜(见图14)。先书写后打印时墨粉颗粒在书写笔画墨迹表面堆积，黑色的碳粉吸收所有色光，无法形成致密光滑的黄绿色油膜(见图15)。两个月之后再次对交叉部位进行观察，发现黄绿色油膜现象依然存在，但油膜的光泽变暗、面积缩小(见图16)。这一特点的变化很可能是由于随时间推移，书写墨迹中溶剂挥发，油膜变薄，产生的干涉现象由于油膜厚度的变化而受到影响。

先书写后打印的交叉部位不出现黄绿色油膜。黑色签字笔和蓝色签字笔的笔画墨迹与打印线条的交叉部位在两种交叉次序下均不出现黄绿色油膜。

图14 黄绿色油膜现象

图15 先书写后打印，无黄绿色油膜出现

3.6 特征出现率与价值

对本次实验中所有先打后写的交叉点进行观察，并统计对应特征现象在交叉点处的出现率(见表2)。

表2 特征出现率统计表

本次实验中签字笔与激光打印机先打后写交叉点上，银白色亮痕的出现率为99.86%。可以作为激光打印机先打印、签字笔后书写的有力鉴定依据。但如果交叉点不出现明显的银白色亮痕，也不能说明此处的时序为先写后打，应该结合其他特征进一步进行判断。

在极少数情况下，当黑色签字笔笔迹与激光打印线条的交叉点处油墨与墨粉颗粒熔融层厚重，橙红色光亮较强时，不利于交叉点产生镜面反射，此时银白色亮痕现象被橙红色光亮所覆盖。因此，在针对黑色签字笔字迹与激光打印字迹的时序鉴定中，如果出现橙红色光亮，应将这一特征也纳入判定依据中。即，当交叉点出现银白色亮痕或橙红色光亮时，可判定此处的交叉点为先打印后书写。从表2可以看出，这两个特征现象的出现与否与黑色签字笔的反射光谱类型没有联系。

同理，对于蓝色签字笔字迹与激光打印字迹的交叉点出现紫红色光亮时，应将这一特征纳入判定依据。当交叉点出现银白色亮痕或紫红色光泽时，可判定此交叉点的时序为先打印后书写。当红色签字笔字迹与激光打印字迹的交叉点出现银白色亮痕或黄绿色油膜时，可判定此交叉点的时序为先打印后书写。

另外，部分黑色和蓝色签字笔线条本身在徕卡显微镜下会显示出银白色和紫红色的颗粒。如果书写压痕较深，交点处的墨粉颗粒堆积可能较为松散，在检验过程中需要注意区分签字笔线条从墨粉颗粒间隙透出的本身的颜色和先打后写交叉点出现的成片的亮光和颜色的变化。

当所述银白色亮光、橙红色光亮、紫红色光泽、黄绿色油膜等现象在签字笔字迹与激光打印字迹的交叉点均不出现，且打印线条的墨粉堆积正常时，该交叉点的时序倾向为先书写后打印，但仍需结合其他手段进一步验证。

4 结论与展望

4.1 结论

显微镜观察法是判定激光打印字迹与签字笔书写字迹交叉次序常用的[9-10]，也是有效的无损方法。对于常见的黑色、蓝色和红色签字笔墨水，与激光打印线条在两种不同时序条件下交叉，交点的现象有明显差别。在同轴光的垂直照射下，是否有银白色亮痕特征出现可作为判定交叉次序的主要特征。对于黑色签字笔，可考查交叉部位有无橙红色光亮出现；对于蓝色签字笔，可考查交叉部位是否有紫红色光泽；对于红色签字笔，可观察交叉点是否有黄绿色油膜出现。上述特征的出现与否，与激光打印线条浓淡和墨粉颗粒堆积形态无关，只与签字笔的品牌型号和书写打印的交叉时序有关。

在两个月时间范围内，实验中观察到的现象未发生明显的变化。交叉点的结构特征和颜色特征是否会随着时间再延续而发生变化，有待进一步研究。

4.2 展望

实验观察部分红笔先打印后书写的交叉部位出现的黄绿色油膜会随着时间推移逐渐变浅淡，后续可继续探究黄绿色油膜的变化与保存时间的关系，从而为文件制成时间的检验提供一种方法。

实验中观察到的交叉点的颜色变化和银白亮痕有无等现象均处在定性观察阶段。这一系列现象理论上的阐释还需要进一步验证或论证。相关反射曲线的规律和色度值的异同，还需要在之后的实验中进行研究。