Дифракционный элемент защиты - RU2291061C2

Чертежи

Показать все 15 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к дифракционному элементу защиты согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Такие дифракционные элементы защиты используются для подтверждения достоверности предметов, как, например, банкнот, удостоверений всех видов, ценных документов и т.д., чтобы без больших издержек можно было установить подлинность объекта. Дифракционный элемент защиты при выпуске предмета жестко соединяется с предметом в форме марки, вырезанной из тонкой комбинации слоев.

Дифракционные элементы защиты указанного вначале вида известны из Европейских патентных заявок ЕР 0105099 А1 и ЕР 0375833 А1. Эти элементы защиты включают узор из расположенных в виде мозаики элементов поверхности, которые имеют дифракционную решетку. Дифракционные решетки расположены азимутально в заданном порядке таким образом, что при повороте оптически изменяется полученный с помощью дифрагированного света видимый узор.

В Европейской патентной заявке ЕР 0360969 А1 описаны дифракционные элементы защиты, в которых элементы поверхности имеют асимметричные дифракционные решетки. В каждых двух элементах поверхности с общей границей попарно и зеркально симметрично расположены асимметричные дифракционные решетки. Специальные асимметричные дифракционные решетки, которые действуют как установленные с наклоном зеркала, описаны в международной публикации WO 97/19821.

Дифракционные свойства дифракционной решетки можно представить наглядно на основе пространственного изображения Фурье. Пространственное изображение Фурье показывает в круге направление дифрагированных световых лучей с помощью точки, причем свет падает перпендикулярно на дифракционную решетку в центре круга. Центр круга соответствует углу дифракции β=0° и периметр - углу дифракции β=90°, в то время как радиус показывает для расположенной в круге точки угол дифракции β дифрагированных на дифракционных решетках световых лучей. Полярные углы различных точек в пространственном изображении Фурье отражают азимутальную ориентацию дифракционных решеток.

Дифракционные элементы защиты состоят, в общем, из отрезка тонкой комбинации слоев из пластмассы. Граничный слой между двумя из слоев имеет микроскопически тонкий рельеф структуры, дифрагирующей свет. Для повышения отражательной способности граничный слой между обоими слоями покрыт отражательным слоем. Строение тонкой комбинации слоев и применяемые для этого материалы описаны, например, в патентном описании США US 4856857 и в международной публикации WO 99/47983. Из патента ФРГ DE 3308831 А1 известно, что тонкую комбинацию слоев наносят на предмет с помощью пленки-основы.

Недостаток таких дифракционных элементов защиты обоснован узким телесным углом и предельно высокой яркостью поверхности, при которых покрытый дифракционной решеткой элемент поверхности является видимым для наблюдателя. Высокая яркость поверхности может к тому же затруднять распознаваемость формы элемента поверхности.

Также из Европейской патентной заявки ЕР 0712012 А1 известно, что на синусообразную, субмикроскопически тонкую дифракционную решетку следует наложить микроскопически тонкую, стохастическую шероховатость таким образом, что дифракционная решетка оказывается стохастически модулированной. Микроскопически тонкая, стохастическая шероховатость не описана более подробно и создается с помощью невоспроизводимых анизотропических операций процесса при изготовлении эталонной матрицы. Субмикроскопически тонкая дифракционная решетка сама по себе при направленном свете видна лишь под углом отражения. Наложенная на дифракционную решетку шероховатость способствует тому, что дифрагированный на субмикроскопически тонкой дифракционной решетке свет рассеивается в полупространстве над дифракционной решеткой.

В основе изобретения лежит задача создать недорогой дифракционный элемент защиты, который в дифрагированном свете показывает хорошо видимый статический поверхностный узор в большом диапазоне углов.

Настоящая задача согласно изобретению решается с помощью признаков, приведенных в отличительной части п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения явствуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Примеры выполнения изобретения представлены в чертежах и далее описываются более подробно.

На чертежах показаны:

Фиг. 1 - элемент защиты в поперечном сечении,

Фиг. 2 - элемент защиты, вид сверху,

Фиг. 3 - пространственное изображение Фурье линейной дифракционной решетки,

Фиг. 4 - пространственное изображение Фурье изотропной матовой структуры,

Фиг. 5 - пространственное изображение Фурье анизотропной матовой структуры,

Фиг. 6 - характеристики отклонения структур, оказывающих оптическое действие,

Фиг. 7 - дифракционная структура в комбинации слоев,

Фиг. 8 - пространственное изображение Фурье дифракционной структуры,

Фиг. 9 - элемент защиты с эталонным элементом, вид сверху,

Фиг. 10 - элемент защиты согласно фиг. 9 при повороте на 180°,

Фиг. 11 - второй вариант выполнения эталонного элемента,

Фиг. 12 - третий вариант выполнения эталонного элемента,

Фиг. 13 - третий вариант выполнения эталонного элемента при повороте на 180°,

Фиг. 14 - пространственное изображение Фурье другой дифракционной структуры,

Фиг. 15 - поверхностный узор в качестве четвертого варианта выполнения и

Фиг. 16 - пятый вариант эталонного элемента.

На фиг. 1 позиция 1 означает комбинацию слоев, позиция 2 - элемент защиты, позиция 3 - подложку, позиция 4 - покрывной слой, 5 - матрицированный слой, 6 - защитный слой, 7 - клеевой слой, 8 - отражательный граничный слой, 9 - структуру, оказывающую оптическое действие, и 10 - прозрачное место в отражательном граничном слое 8. Комбинация 1 слоев состоит из нескольких различных, нанесенных последовательно друг на друга на не показанную пленку-основу слоев пластмассы и включает обычно в приведенной последовательности покрывной слой 4, матрицированный слой 5, защитный слой 6 и клеевой слой 7. Пленка-основа в одном варианте сама является покрывным слоем 4, в другом варианте пленка-основа служит для нанесения тонкой комбинации 1 слоев на подложку 3, а затем удаляется с комбинации 1 слоев, как это описано в упомянутом вначале патентном описании DE 3308831 А1.

Граничный слой образует общую поверхность соприкосновения между матрицированным слоем 5 и защитным слоем 6. В матрицированный слой 5 матрицированы оказывающие оптическое действие структуры 9 оптически изменяемого узора. Так как защитный слой 8 заполняет впадины оказывающих оптическое действие структур 9, то граничный слой 8 имеет форму оказывающих оптическое действие структур 9. Для того чтобы получить высокую отражательную способность оказывающих оптическое действие структур 9, на граничном слое 8 требуется скачок в показателе преломления. Этот скачок в показателе преломления создает, например, покрытие металлом, предпочтительно алюминием, серебром, золотом, медью, хромом, танталом и т.д., которое в качестве граничного слоя 8 разделяет матрицированный слой 5 и защитный слой 6. Вследствие своей высокой электропроводимости металлический слой способствует высокой отражательной способности для видимого света в граничном слое 8. Скачок в показателе преломления вместо металлического покрытия может создавать также покрытие из неорганического, диэлектрического материала с тем преимуществом, что диэлектрическое покрытие является еще и прозрачным. Соответствующие диэлектрические материалы приведены, например, в упомянутых вначале документах US 4856857, таблица 1 и WO 99/47983.

Комбинация слоев 1 может изготавливаться в виде пластмассового ламината в форме длинной полосы пленки с большим числом расположенных рядом друг с другом копий оптически изменяемого узора. Из полосы пленки можно, например, вырезать элементы 2 защиты и с помощью клеевого слоя 7 соединить с подложкой 3. Подложка 3, большей частью в форме документа, банкноты, банковой карты, удостоверения или иного важного или ценного предмета, снабжается элементом 2 защиты, чтобы подтвердить подлинность предмета.

По меньшей мере, покрывной слой 4 и матрицированный слой 5 прозрачны для видимого, падающего на элемент 2 защиты света 11. У граничного слоя 8 падающий свет 11 отражается и заданным образом отклоняется с помощью оказывающих оптическое действие структур 9. Оказывающие оптическое действие структуры 9 являются дифракционными структурами, рассеивающими свет рельефными структурами, плоскими зеркальными поверхностями и т.д.

На фиг. 2 показан нанесенный на подложку элемент 2 защиты, вид сверху. Элементы 12 поверхности образуют выполненный в виде мозаики эталонный поверхностный узор в плоскости элемента 2 защиты. Каждый элемент 12 поверхности покрыт оказывающей оптическое действие структурой 9 (фиг. 1). В одном варианте выполнения элемента 2 защиты прозрачные места 10, в которых прервано отражательное металлическое покрытие, впущены в граничный слой 8 (фиг. 1), с тем, чтобы расположенные под элементом 2 защиты, находящиеся на подложке 3 данные 13 были распознаваемы сквозь элемент 2 защиты. В другом варианте выполнения элемента 2 защиты граничный слой 8 имеет прозрачное диэлектрическое покрытие, чтобы данные 13 оставались видимыми под элементом 2 защиты. Разумеется, при этих прозрачных вариантах выполнения также защитный слой 6 (фиг. 1) и клеевой слой (7) (фиг. 1) прозрачны. Для особенно тонких форм выполнения комбинации 1 слоев (фиг. 1) можно отказаться от защитного слоя 6. Клеевой слой 7 в этом случае наносится непосредственно на оказывающие оптическое действие структуры 9. Предпочтительно используют клей горячего отверждения, который проявляет свою сцепляющую способность лишь при температуре около 100°С. В упомянутом патентном описании US 4856857 показаны различные формы выполнения комбинаций 1 слоев и используемых для них материалов.

Дифракционная решетка 24 (фиг. 1) характеризуется своими параметрами: пространственной частотой, азимутом, формой профиля, высотой h профиля (фиг. 1) и т.д. Упомянутые в описанных далее примерах линейные дифракционные решетки 24 обладают пространственной частотой в диапазоне от 50 линий/мм до 2000 линий/мм, причем диапазон от 100 линий/мм до примерно 1500 линий/мм является предпочтительным. Геометрическая высота h профиля имеет значение в диапазоне от 50 нм до 5000 нм, причем предпочтительные значения лежат в диапазоне 100-2000 нм. Так как матрицирование дифракционных решеток 24 в матрицированный слой (фиг. 1) для геометрических высот h профиля, которые больше, чем обратная величина пространственной частоты, является технически трудным, то большие значения для геометрической высоты h профиля целесообразны лишь при низких значениях пространственной частоты.

На фиг. 3 представлено дифракционное свойство линейной дифракционной решетки 24 (фиг. 1) на основе описанного вначале пространственного изображения Фурье с первым и вторым порядками 14, 15 дифракционного максимума, причем вектор 26 решетки дифракционной решетки 24 параллелен направлению х. Дифракционная решетка 24 расположенного в центре круга элемента 12 поверхности разлагает падающий перпендикулярно на поверхность чертежа свет 11 (фиг. 1) на цвета спектра. Лучи дифрагированного света различных порядков 14, 15 дифракционного максимума лежат в одной, определяемой падающим светом 11 и вектором 26 решетки, здесь не показанной плоскости дифракции, и поэтому сильно направлены. Коротковолновый свет с длиной волны =380 нм (фиолетовый) имеет в любом из порядков 14, 15 дифракционного максимума более короткое расстояние от точки центра круга, чем длинноволновый свет с длиной волны =700 нм (красный). Число пропагандирующих порядков 14, 15 дифракционного максимума зависит от пространственной частоты дифракционной решетки 24. В области ниже значения пространственной частоты примерно 300 линий/мм перекрываются более высокие порядки дифракционного максимума, так что там дифрагированный свет является ахроматическим. После поворота линейной дифракционной решетки 24 в азимуте на угол в несколько угловых градусов для смотрящего из направления х-координаты на дифракционную решетку 24 наблюдателя покрытый дифракционной решеткой 24 элемент 12 поверхности становится невидимым, так как вектор 26 решетки и тем самым плоскость дифракции с лучами дифрагирующегого света больше не указывают в направлении х-координаты.

Матовые структуры имеют в микроскопическом масштабе тонкие структурные элементы рельефа, которые определяют рассеивающую способность и могут описываться лишь с помощью статических параметров, как, например, средне-арифметическая высота микронеровностей R_a, корреляционная длина l_c и т.д., причем значения для средне-арифметической высоты микронеровностей R_a лежат в области 20-2000 нм, предпочтительно 50-500 нм, в то время как корреляционная длина l_с, по меньшей мере, в одном направлении имеет значения в диапазоне 200-50000 нм, предпочтительно 500-10000 нм.

На фиг. 4 показано пространственное изображение Фурье для элемента 12 поверхности, покрытого изотропной матовой структурой (фиг. 3), при перпендикулярно падающем свете 11 (фиг. 1). Микроскопически тонкие структурные элементы рельефа изотропной матовой структуры не имеют никакого азимутального предпочтительного направления, почему рассеянный свет с интенсивностью больше, чем предопределенное предельное значение, заданное, например, визуальной распознаваемостью, в задаваемом рассеивающей способностью матовой структуры телесном угле 16 равномерно распределен во всех направлениях, и элемент 12 поверхности в дневном свете кажется белым или серым. Во всех других направлениях элемент 12 поверхности темный. Обладающие сильной рассеивающей способностью матовые структуры распределяют рассеянный свет в большем телесном угле 16, чем матовая структура, обладающая слабой рассеивающей способностью.

На фиг. 5 элементы рельефа матовой структуры имеют предпочтительное направление микроскопически тонких структурных элементов рельефа параллельно координате х. Рассеянный свет имеет поэтому анизотропное распределение. В изображении на фиг. 5 задаваемый рассеивающей способностью матовой структуры телесный угол 16 растянут в форме эллипса в направлении координаты у.

На фиг. 6 эта структура представлена в поперечном сечении. Элемент 2 защиты имеет узор элементов 12 поверхности, которые покрыты оказывающими оптическое действие структурами 9 (фиг. 1). Плоская зеркальная поверхность отбрасывает обратно падающий под углом α падения относительно нормали 17 к поверхности свет в виде отраженного луча под углом α' отражения, причем α =α'. Направление падающего света 11, нормаль 17 к поверхности и отраженный луч 18 определяют вместе плоскость 19 дифракции, которая на фиг. 6 расположена параллельно плоскости чертежа. Оказывающая оптическое действие структура 9 имеет форму линейной дифракционной решетки 24 (фиг.1), вектор 26 решетки которой (фиг. 3) направлен параллельно координате х. Падающий свет 11 в соответствии со своей длиной волны отклоняется от направления отраженного луча 18 под углами β₁, β₂ в виде дифрагированных лучей 20, 21 в каждом из порядков 14 (фиг.3), 15 (фиг. 3) дифракционного максимума. Если оказывающая оптическое действие структура 9 является матовой структурой, то конечные точки векторов интенсивности рассеянного обратно света образуют поверхности в виде лепестков. Поверхности в виде лепестков разрезают плоскость 19 дифракции, например, на кривые 22, 23 пересечения. Если структурные элементы рельефа матовой структуры не имеют никакого предпочтительного направления, то световые лучи рассеиваются почти концентрически вокруг направления отраженного луча 18. Матовая структура с кривой 22 пересечения рассеивает падающий свет сильнее и в большем телесном угле 16 (фиг. 4), чем матовая структура с кривой 23 пересечения. Из-за более сильного рассеяния интенсивность рассеянного в направлении отраженного луча 18 света слабее, чем это показывает кривая 22 пересечения в сравнении с кривой 23 пересечения. Если структурные элементы рельефа ориентированы, по существу, в предпочтительном направлении здесь перпендикулярно плоскости 19 дифракции, то места одинаковой интенсивности находятся на поверхностях в виде лепестков со сглаженными вершинами, которые в не показанной здесь, перпендикулярной отраженному лучу 18 плоскости сечения имеют поперечное сечение в форме эллипса, причем на плоскости сечения центр тяжести поверхности поперечного сечения совпадает с точкой встречи с отраженным лучом 18, и продольная ось имеющего форму эллипса поперечного сечения направлена перпендикулярно плоскости 19 дифракции. Распределение рассеянного света является поэтому анизотропным. В противоположность дифракционным структурам матовые структуры не могут расщеплять падающий свет 11 на цвета спектра.

При дифракции падающего света 11 на асимметричной линейной дифракционной решетке 24, показанной на фиг. 1, интенсивность I^- дифрагированного луча 20 в отрицательном порядке 14 дифракционного максимума (фиг. 3), 15 (фиг.3) и интенсивность I⁺ дифрагированного луча 21 (фиг. 4) в положительном порядке 14, 15 дифракционного максимума неравны. Интенсивность I⁺ дифрагированного луча 21 превосходит интенсивность I^- дифрагированного луча 20, по меньшей мере, на коэффициент р=3, предпочтительно р=10 или больше, т.е. I⁺=p^.I^-. Коэффициент р зависит, по существу, от образования пилообразного профиля дифракционной решетки 24, высоты профиля h и пространственной частоты. Ниже значения пространственной частоты примерно 300 линий/мм асимметричная дифракционная решетка 24 действует как наклонное зеркало, т.е интенсивность I⁺ дифрагированного луча 21 в положительных порядках дифракционного максимума достигает почти интенсивности падающего света 11, в то время как интенсивность I^- дифрагированного луча 20 в отрицательных порядках дифракционного максимума является практически исчезающее малой. Коэффициент р достигает значений 100 или больше. Расщепление падающего света 11 на цвета спектра больше не происходит, почему такие дифракционные решетки 24 характеризуются дополнением "ахроматическая". Больше информации по этому вопросу находится в документе WO 97/19821, упомянутом вначале.

На фиг. 7 показана в схематическом изображении внедренная в матрицированный слой 5 и в защитный слой 6, обладающая оптическим действием структура 9 (фиг. 1), которая является полученной аддитивным наложением дифракционной структурой 25 из линейной асимметричной решетки 24 (фиг. 1) и матовой структуры. Матовая структура для простоты изображения обозначена малым по сравнению с высотой профиля h значением среднеарифметической высоты микронеровностей R_а и слишком регулярной. Профиль линейной асимметричной дифракционной решетки 24 в качестве других параметров имеет углы отблеска ξ₁ и ξ₂, заключенные между обеими поверхностями профиля асимметричной дифракционной решетки 24 и плоскостью элемента 2 защиты (фиг.6).

На фиг. 8 представлено пространство Фурье дифракционной структуры 25 (фиг.7), причем матовая структура является изотропной. Слишком сильно направленно дифрагированные с помощью дифракционной решетки 24 (фиг.1) лучи 20 (фиг. 6), 21 (фиг. 6) растянуты с помощью матовой структуры. Это дает то преимущество, что дифрагированные лучи 20, 21 излучаются в большие телесные углы 16 и что для наблюдателя элемент 12 поверхности с дифракционной структурой 25 легко распознаваем во всем телесном угле, также в том случае, если яркость поверхности понижена. Чем более сильную рассеивающую способность имеет матовая структура, тем больше распознаваем телесный угол 16 под элементом 12 поверхности и тем меньше для наблюдателя яркость поверхности элемента 12 поверхности. К тому же интенсивность I⁺ дифрагированных в плюс первый порядок 14 дифракционного максимума лучей 20 на коэффициент р больше, чем интенсивность I^- дифрагированных в минус первый порядок 14' дифракционного максимума лучей 21. Это представлено на чертеже фиг. 7 с помощью точечных растров различной плотности в телесных углах 16.

Для пространственной частоты выше примерно 300 линий/мм дифракционной решетки 24 падающий свет 11 (фиг.5) разлагается на цвета спектра. При дневном свете матовая структура способствует смазыванию чистых цветов спектра в пастельные тона вплоть до практически белого рассеянного света независимо от пространственной частоты дифракционной решетки 24. Пастельные тона со снижением пространственной частоты дифракционной решетки 24 имеют все большую долю белого цвета. Если пространственная частота перейдет в диапазон ниже значения примерно 300 линий/мм, то не произойдет никакого разложения падающего света 11, т.е. элемент 12 поверхности является видимым в цвете падающего света 11.

Из пространственного изображения Фурье вытекает, что в элементе 12 поверхности как при наклоне относительно оси, лежащей в определяемой координатами x и у плоскости, так и при повороте вокруг нормали 17 к поверхности (фиг. 6) отклоненный дифракционной структурой 25 свет остается видимым для наблюдателя в большом диапазоне углов, например в области от ± 20° до ±60°, в противоположность дифракционным решеткам согласно упомянутому вначале Европейскому патенту ЕР 0105099 А1, которые видимы только в узком диапазоне углов в несколько градусов и поэтому при наклоне и повороте элемента 2 защиты проблескивают (фиг.2). Элемент 12 поверхности с дифракционной структурой 25 имеет то преимущество, что элемент 12 поверхности в поверхностном узоре элемента 2 защиты образует квазистатический элемент узора.

На фиг. 9 показан простой пример образованного из двух элементов 27, 28 поверхности квазистатического поверхностного узора в элементе 2 защиты. Первый элемент 27 поверхности с первой дифракционной структурой 25 (фиг. 7) примыкает ко второму элементу 28 поверхности со второй дифракционной структурой 25. Первый элемент 27 поверхности и второй элемент 28 поверхности участками 29, покрытыми другими, оказывающими оптическое действие структурами, расположены в поверхностном узоре на элементе 2 защиты. Первая и вторая дифракционная структура 25 различаются лишь направлением своих векторов 26 решеток (фиг.3) и имеют представленные на фиг. 8 дифракционные свойства. Векторы 26 решеток на фиг. 9 в элементах 27, 28 поверхности являются, по существу, встречно-параллельными, т.е. азимут второй дифракционной структуры 25 (фиг.7) равен сумме азимута первой дифракционной структуры 25 и дополнительного азимутального угла (фиг. 3) из диапазона значений 120°-240°, причем следует предпочесть значение азимутального угла 180°. Вектор 26 решетки первой дифракционной структуры 25 направлен параллельно координате х. Матовая структура проходит гомогенно по всей поверхности обоих элементов 27, 28 поверхности. Наблюдатель смотрит в направлении координаты x и видит первый элемент 27 поверхности с незначительной яркостью поверхности, и напротив, не видит второй элемент 28 поверхности с высокой яркостью поверхности, как на это указывает использованный в чертеже на фиг. 9 и 10 точечный растр. Если теперь повернуть элемент 2 защиты в его плоскости на 180°, как показано на фиг. 10, то элемент 2 защиты рассматривается против направления координаты х. Яркости поверхностей обоих элементов 27, 28 поверхности меняются местами, т.е. контрастность между обоими элементами 27, 28 поверхности является обратной по сравнению с изображением на фиг. 9.

В следующих примерах выполнения как параметры асимметричной дифракционной решетки 24 (фиг.1), так и параметры различных матовых структур являются изменяемыми в зависимости от места внутри элемента 12 поверхности, или от одного элемента 12, 27, 28 поверхности к другому независимо друг от друга или в связи друг с другом согласно таблице, чтобы достичь легко наблюдаемых, различных броских оптических эффектов квазистатического элемента узора.

Во втором варианте выполнения в квазистационарном элементе узора согласно фиг. 11 расположено большое число первых элементов 27 поверхности на втором элементе 28 поверхности в качестве фона, причем векторы 26 (фиг.3) каждой асимметричной дифракционной решетки 24 (фиг. 1) в дифракционной структуре 25 (фиг.7) первого элемента 27 поверхности, с одной стороны, и второго элемента 28 поверхности, с другой стороны, направлены, по существу, встречно-параллельно. В одном варианте выполнения первые элементы 27 поверхности в предпочтительном направлении 30 имеют снижающуюся от элемента 27 поверхности к элементу 27 поверхности степень покрытия поверхности дифракционной структуры 25, чего можно достичь с помощью введения большого числа участков 31 поверхности с размерами, по меньшей мере, менее 0,3 мм в первые элементы 27 поверхности. В участках 31 поверхности матрицирована дифракционная структура 25 второго элемента 28 поверхности. Малые участки 31 поверхности простым глазом неразличимы, однако эффективно снижают яркость поверхности первых элементов 27 поверхности. Подобный эффект достигается в другом варианте выполнения с помощью изменения асимметрии формы профиля дифракционной решетки 24 от элемента 27 поверхности к элементу 27 поверхности в предпочтительном направлении 30. Форма профиля дифракционной решетки 24 изменяется от первой, сильно асимметричной формы через симметричный профиль снова к зеркально-симметричной по отношению к первой асимметричной форме. Яркость первых элементов 27 поверхности снижается поэтому в предпочтительном направлении 30. Матовая структура, напротив, распространяется гомогенно по всему квазистационарному элементу узора. При повороте на 180° эталонного элемента в плоскости, определяемой координатами х и у, для наблюдателя поразительно изменяются контрасты между первыми элементами 27 поверхности и вторым элементом 28 поверхности.

В третьем, представленном на фиг. 12, примере квазистационарного элемента узора внутри элемента 27 поверхности расположен, по меньшей мере, один участок 31 поверхности. Первый элемент 27 поверхности и участки 31 поверхности различаются только свойствами рассеяния используемой для получения дифракционной структуры 25 (фиг.7) матовой структуры. В качестве примера в первом элементе 27 поверхности на асимметричную дифракционную решетку 24 (фиг.7) наложена матовая структура, обладающая сильной рассеивающей способностью, в то время как на участке 31 поверхности на асимметричную дифракционную решетку 24 наложена матовая структура с малым рассеянием. Пока наблюдатель при наклоне или повороте эталонного элемента или элемента 2 защиты (фиг.9) остается внутри меньшего из двух телесных углов 16 (фиг. 4), участки 31 поверхности на фоне первого элемента 27 поверхности четко различимы из-за своей более высокой яркости поверхности. Вне меньшего телесного угла 16 (фиг. 4), но все же внутри большего телесного угла 16 дифракционной структуры 25 в первом элементе 27 поверхности характер контрастности между участками 31 поверхности и первым элементом 27 поверхности меняется, так что участки 31 поверхности видятся темными на светлом фоне поверхности первого элемента 27 поверхности. Участки 31 поверхности могут образовывать росчерк, знак и т.д. и хорошо распознаваемы при высоте шрифта, по меньшей мере, 1,5 мм; это требует соответственно больших элементов 27, 28 поверхности. При пространственных частотах ниже 300 линий/мм контраст между первым элементом 27 поверхности и участками 31 поверхности вне большего телесного угла 16 дифракционной структуры 25 в первом элементе 27 поверхности исчезает; для наблюдателя первый элемент 27 поверхности и участки 31 поверхности равномерно темны, например, так же, как представлено на фиг. 13, после поворота элемента 2 защиты (фиг.1) в область азимутального угла примерно 180°. С преимуществом, как и в первом примере, первый элемент 27 поверхности примыкает ко второму элементу 28 поверхности, чтобы получить еще дополнительную смену контрастов между первым и вторым элементами 27, 28 поверхности, что наблюдателю облегчает нахождение информации, содержащейся в участках 31 поверхности.

На фиг. 14 элементы рельефа матовой структуры в дифракционной структуре 25 (фиг.7) имеют ориентированное на вектор 26 решетки с азимутом предпочтительное направление. Микроскопически тонкие структурные элементы рельефа матовой структуры перпендикулярны вектору 26 решетки асимметричной дифракционной решетки 24 (фиг.1). Падающий рассеянный свет 11 (фиг.6) имеет поэтому анизотропное распределение. В пространственном изображении Фурье согласно фиг. 14 заданные рассеивающей способностью матовой структуры телесные углы 32 и 33 обоих порядков 14 (фиг.3) дифракционного максимума (фиг.3) в форме эллипса вытянуты далеко друг от друга вдоль вектора 26 решетки. Главная ось эллипса телесных углов 32 и 33 поперек вектора 26 решетки очень мала, чтобы элемент 12 поверхности (фиг.2) был виден в рассеянном свете в большом диапазоне углов при наклоне вокруг оси поперек вектора 26 решетки и только в узком диапазоне в азимуте. Интенсивность I⁺ дифрагированных в телесном угле 32 положительного порядка 12 дифракционного максимума (фиг.3) лучей 21 (фиг.6) на коэффициент р больше, чем интенсивность I^- дифрагированных в телесном угле 33 отрицательного порядка 12 дифракционного максимума лучей 20 (фиг.6).

Применение этой дифракционной структуры 25 показано на фиг. 15. Большое число имеющих форму эллипса, замкнутых на себя узких полос 34 образует поверхностный узор элемента 2 защиты. Полосы 34 равномерно расположены в азимуте таким образом, что их центры тяжести 35 совпадают. Каждая полоса имеет заданный азимутальными углами главных осей азимут вектора 26 решетки, например полосы 34 образуют группу с азимутальными углами главных осей 0°, 45°, 90° и 135° и имеют тот же азимут вектора 26 решетки (фиг.14) с =0°. Четыре полосы 34 с одинаковым азимутом вектора 26 решетки одновременно видимы из одного и того же направления. Поверхность каждой из полос 34 образует описанный выше элемент узора и разделена на два элемента 27 (фиг.9), 28 (фиг.9) поверхности. Разделение на два покрытых дифракционными структурами 25 (фиг.7) элемента 27, 28 поверхности осуществляется в соответствии с контуром 36 в заданной форме, например, в виде знака, буквы, цифры и т.д., причем, например, для показанного на фиг. 15 контура 36 выбрана форма круга. Расположенная вне круга часть полосы 34 образована, например, в качестве первого элемента 27 поверхности, а часть полосы, лежащая внутри круга, в качестве второго элемента 28 поверхности. Направление векторов 26 решетки дифракционных структур 25 в первых элементах 27 поверхности и дифракционных структур 25 во вторых элементах 28 поверхности в каждой полосе 34, по существу, встречно-параллельное. Элементы рельефа матовых структур в каждой полосе 34 направлены поперек вектора 26 решетки. При повороте элемента 2 защиты для наблюдателя кратко проблескивают соответственно те группы полос 34, плоскость 17 дифракции которых (фиг.6) совпадает с направлением наблюдения наблюдателя, т.е. относительно направления наблюдения наблюдателя векторы 26 решетки видимых полос 34 имеют азимут 0-180°. Яркость расположенных внутри контура 36 частей полос, например, больше, чем те из частей полос, которые лежат вне контура 36. При наклоне изменяется контраст, но не различаемый наблюдателем смешанный цвет, поскольку направление взгляда наблюдателя остается внутри телесного угла 32 (фиг. 14) положительного порядка дифракционного максимума. Как только направление взгляда наблюдателя совпадет с направлениями внутри телесного угла 33 (фиг. 14) отрицательного порядка дифракционного максимума, характер контраста между лежащими внутри контура 36 частями полос изменится, т.е. части полос внутри контура 36 будут менее светлыми, чем лежащие вне (контура) части полос. Вне телесных углов 32 и 33 поверхности полос 34 одинаково темны или не наблюдаемы.

На фиг. 16 показан пятый пример. Большое число элементов 12 поверхности расположено внутри поверхностного узора элемента 2 защиты заданным образом вдоль предпочтительного направления 30, причем соседние элементы 12 поверхности выполнены на расстоянии друг от друга или с непосредственным примыканием. В каждом элементе 12 поверхности применяемая для дифракционной структуры 25 (фиг.7) дифракционная решетка 24 (фиг.1) имеет другой профиль, причем угол отблеска ξ₂ (фиг.7) более широкого фланга профиля изменяется от одного элемента 12 поверхности к соседнему элементу 12 поверхности между экстремальными значениями ±ξ_2макс ступенчато на одну из заданных ступеней угла отблеска ξ₂. К примеру, на чертеже фиг. 16 в среднем элементе 12 поверхности углы отблеска ξ₁ (фиг.7) и ξ₂ дифракционной структуры 25 равны нулю, т.е. дифракционная структура 25 в среднем элементе 12 поверхности является плоским зеркалом, покрытым матовой структурой. Дифракционные структуры 25 обоих внешних элементов 12 поверхности имеют угол отблеска +ξ_2макс или -ξ_2макс. Матовая структура является гомогенной во всех элементах 12 поверхности и анизотропной, как это описано на основе фиг. 5. Имеющие форму эллипса телесные углы 16 (фиг.5) каждого элемента 12 поверхности в пространственном изображении Фурье расположены вдоль координаты x (фиг. 5) соответственно углу отблеска ξ₂ дифракционной структуры 25 со сдвигом относительно друг друга. Векторы 26 (фиг.3), по существу, параллельны или встречно-параллельны предпочтительному направлению 30. При наклоне элемента 2 защиты вокруг направленной поперек предпочтительного направления 30 оси 37 для смотрящего в предпочтительном направлении 30 наблюдателя вспыхивают один за другим элементы 12 поверхности, так что наблюдатель видит светлую, перемещающуюся на элементе 2 защиты в предпочтительном направлении 30 полосу 38. При наклоне вокруг предпочтительной оси 30 полоса 38 остается видимой в большом, зависящем от телесного угла 16 угле наклона.

Вместо использованных в приведенных выше примерах изотропных матовых структур применимы также анизотропные матовые структуры. И наоборот, использованные в приведенных выше примерах анизотропные матовые структуры можно заменить изотропными матовыми структурами.

Реферат

Дифракционный элемент защиты, состоящий из пластмассового ламината с составленным в виде мозаики поверхностным узором, причем в элементах поверхности отражательный граничный слой между матрицированным слоем и защитным слоем пластмассового ламината покрывает структуры, оказывающие оптическое действие. Свет, падающий на пластмассовый ламинат, проникающий через покрывной слой пластмассового ламината и через матрицированный слой, отклоняется заданным образом с помощью структур, оказывающих оптическое действие. В поверхность, по меньшей мере, одного из элементов поверхности матрицируется дифракционная структура, полученная из наложения линейной асимметричной дифракционной решетки на матовую структуру. Линейная асимметричная дифракционная решетка имеет пространственную частоту в диапазоне 50 линий/мм - 2000 линий/мм. Матовая структура имеет среднеарифметическую высоту микронеровностей в диапазоне 20 нм-2000 нм и, по меньшей мере, в одном направлении имеет корреляционную длину 200-50000 нм. Предложенное изобретение обеспечивает создание недорогого дифракционного элемента защиты, который в дифрагированном свете показывает хорошо видимый статический поверхностный узор в большом диапазоне углов. 19 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Формула