оптически изменяемый плоский образец

Формула изобретения

1. Оптически изменяемый плоский образец (1) из частичных элементов (6; 7; 8) с дифракционными отражающими структурами и зеркально отражающих частичных элементов (26) для формирования двух или более изображений (2; 3; 4), которые при освещении светом, падающим перпендикулярно на плоский образец (1), могут восприниматься по отдельности наблюдателем с расстояния наблюдения, равного 30 см, под различными углами зрения, отличающийся тем, что частичные элементы (6; 7; 8) содержат ахроматически дифрагирующие пилообразные рельефные структуры (9,1; 9,2; 9,3) с углами наклона ( ; ; ) зубца пилы относительно плоскости плоского образца (1), рельефные структуры (9,1; 9,2; 9,3 ), соотнесенные с различными изображениями (2; 3; 4), имеют различные углы наклона ( ; ; ) и значение наибольшего угла наклона ( ; ; ) составляет максимально 25°, так что разность углов для отраженных от рельефных структур (9,1; 9,2; 9,3) световых лучей (22; 23; 24) по меньшей мере двух из изображений (2; 3; 4) меньше, чем определяемая фотодатчиком (20) копировального устройства (13) разность углов, равная 30°, за счет чего изготавливаемая с помощью копировального устройства копия воспроизводит с наложением друг на друга по меньшей мере два изображения (2; 3; 4).

2. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что дифракционные отражающие структуры представляют собой микроскопически мелкие рельефные структуры (9,1; 9,2; 9,3) и имеют длину периода (L), равную по меньшей мере 5 мкм.

3. Плоский образец (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что разность между углами наклона ( ; ; ) двух изображений составляет по меньшей мере 0,5°.

4. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что разность между наибольшим и наименьшим углами наклона ( ; ; ) максимально составляет 20°.

5. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что при наличии третьего изображения средний угол наклона ( ; ; ) имеет значение 15°.

6. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что разности ( - ; - ) последовательных углов наклона ( ; ; ) равны по величине.

7. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что рельефные структуры (9.1; 9.2; 9.3) имеют симметричную форму профиля.

8. Оптически изменяемый плоский образец (1) из частичных элементов (6; 7; 8) с дифракционными отражающими структурами и зеркально отражающих частичных элементов (26) для формирования двух или более изображений (2; 3; 4), которые при освещении светом, падающим перпендикулярно на плоский образец (1), могут восприниматься по отдельности наблюдателем с расстояния наблюдения, равного 30 см, под различными углами зрения, отличающийся тем, что частичные элементы (6; 7; 8) содержат ахроматически дифрагирующие синусоидальные рельефные структуры (9) с длиной периода (L), равной по меньшей мере 5 мкм, таким образом, что соотнесенные с различными изображениями (2; 3; 4) рельефные структуры отличаются по длине периода (L) и/или глубине структуры, так что разность углов для отраженных от рельефных структур световых лучей (22; 23; 24) по меньшей мере двух из изображений (2; 3; 4) меньше, чем определяемая фотодатчиком (20) копировального устройства (13) разность углов, равная 30°, за счет чего изготавливаемая с помощью копировального устройства копия воспроизводит с наложением друг на друга по меньшей мере два изображения (2; 3; 4).

9. Плоский образец (1) по одному из п.1 или 8, отличающийся тем, что штрихи рельефных структур (9,1; 9,2; 9,3) являются волнистыми, круговыми или многоугольными с приближением к кругу.

10. Плоский образец (1) по одному из п.1 или 8, отличающийся тем, что штрихи рельефных структур (9,1; 9,2; 9,3) являются прямыми и штрихи различных рельефных структур (9,1; 9,2; 9,3) являются приближенно параллельными.

11. Плоский образец (1) по одному из п.1 или 8, отличающийся тем, что зеркально отражающие частичные элементы (26) имеют дифракционную двумерную решетку по меньшей мере с 3000 линиями на миллиметр.

12. Плоский образец (1) по п.1, отличающийся тем, что дифракционные отражающие структуры реализованы в форме объемной голограммы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптически изменяемому плоскому образцу (узору) типа, указанного в родовом понятии пункта 1 формулы изобретения.

Такие плоские образцы имеют структуры, чаще всего в форме микроскопически мелких рельефных структур, которые отклоняют (дифрагируют) падающий свет. Эти дифракционные структуры предназначены для использования, например, в качестве элемента подлинности и обеспечения защиты для повышения надежности защиты от подделки. Они предназначены, в особенности, для защиты ценных бумаг, банкнот, платежных средств, идентификационных карт, паспортов и т.п.

Функционирование в качестве элемента подлинности состоит в том, чтобы придать приемнику предмета, снабженного этим элементом, например банкноты, свойство восприятия того, что данный предмет является подлинным, а не фальшивкой. Функционирование в качестве элемента обеспечения защиты состоит в том, чтобы воспрепятствовать или по меньшей мере существенным образом затруднить несанкционированное воспроизведение изделия.

Подобные плоские образцы известны из множества источников информации; в качестве примеров можно назвать ЕР 0105099 В1, ЕР 0330738 В1, ЕР 0375833 В1. Они отличаются блеском образца и эффектом движения в образце, помещаются в тонкую пленку из синтетического материала и наносятся или соответственно наклеиваются в форме метки на документы, такие как банкноты, ценные бумаги, удостоверения личности, паспорта, визы, идентификационные карты и т.д. Материалы, применяемые для изготовления элементов обеспечения защиты, раскрыты в ЕР 0201323 В1.

Пиксельно-ориентированный оптически изменяемый плоский образец известен из европейского патента ЕР 0375833 В1. Такой плоский образец содержит предварительно заданное число N различных изображений. Плоский образец разделен на пикселы (элементы изображения). Каждый пиксел разделен на N суб-пикселов, причем с каждым из N суб-пикселов данного пиксела соотнесена точка изображения из N изображений. Каждый суб-пиксел содержит дифракционную структуру в форме микроскопически мелкого рельефа, который содержит информацию о значении цвета, о ступени градации значений яркости и о направлении наблюдения. Наблюдателю плоского образца всегда представляется только одно единственное изображение, причем соответственно наблюдаемое изображение может изменяться путем наклона или поворота плоского образца или путем изменения угла зрения наблюдателя.

Другой оптически изменяемый плоский образец известен из патента США 6157487. В этом плоском образце микроскопически мелкие рельефные структуры содержат сравнительно небольшое число линий на миллиметр, так что падающий свет дифрагирует почти ахроматически.

Известна также идея, основывающаяся на различиях в спектральной чувствительности человеческого глаза и цветокопировального устройства, состоящая в том, чтобы снабжать документы цветным фоном и отпечатывать на заднем фоне информацию в другом цвете, причем информация и задний фон имеют контраст, воспринимаемый человеческим глазом, но который не может воспроизводиться цветокопировальным устройством.

В основе изобретения лежит задача обеспечения оптически изменяемого плоского образца, отличающегося улучшенной защитой от копирования.

Указанная задача решается в соответствии с изобретением совокупностью признаков пункта 1 формулы изобретения. Плоский (двумерный) образец, обуславливающий дифракцию света, включает в себя по меньшей мере два изображения, которые размещены на плоском образце один на другом в шахматном порядке. Изображения содержат отклоняющие свет (дифрагирующие), отражающие структуры, которые осуществляют отклонение падающего света при обычных условиях освещения в различных направлениях, так что наблюдатель всегда может видеть только одно из изображений. Путем поворота и/или наклона плоского образца или за счет изменения угла зрения наблюдатель может сделать видимым то или другое изображение. Таким образом, изобретение базируется на идее, заключающейся в том, чтобы сделать различия в направлениях отклонения (дифракции) настолько малыми, что изображения, с одной стороны, воспринимаются наблюдателем с типового расстояния наблюдения порядка 30 см, а с другой стороны, при копировании цветокопировальным устройством, либо копируются все изображения, так что на копии возникает картина, соответствующая наложению всех изображений, либо не копируется ни одно изображение.

В качестве дифракционных структур предпочтительно применяют симметричные или асимметричные пилообразные рельефные структуры, которые по отношению к длине волны видимого света имеют относительно большую длину периода, но различные углы наклона. Длина периода может быть одинаковой для рельефных структур всех изображений, но она может быть и различной величины. Длина L периода составляет в типовом случае 5 мкм или более. Чем больше длина периода, тем в большей степени рельефная структура действует как наклоненное зеркало, на котором падающий свет отражается, и едва ли уже сможет дифрагировать. То есть, рельефная структура отклоняет свет во все увеличивающейся степени ахроматически, и угол дифракции определяется законом отражения и дифракции и составляет для перпендикулярно падающего света по меньшей мере величину двойного угла наклона.

В качестве дифракционных структур могут применяться ахроматические дифракционные решетки с длиной L периода более 5 мкм и с синусоподобным профилем рельефа, например с профилем рельефа синусоидальной формы. Рельефные структуры различных изображений отличаются длиной L периода и/или глубиной структуры профиля рельефа, чтобы изображения могли восприниматься наблюдателем по отдельности.

Дифракционные структуры могут быть реализованы также в форме объемной голограммы.

Соответствующий изобретению плоский образец может также характеризоваться тем, что различные изображения при освещении перпендикулярно падающим на плоский образец светом могут восприниматься наблюдателем под различными углами зрения и что различие угла зрения по меньшей мере для двух изображений настолько мало, что изготовленная с помощью копировального устройства копия воспроизводит по меньшей мере два изображения с наложением одно на другое.

Направления дифракции при заданном направлении наблюдения зависят от ориентации плоского образца. Для того чтобы при копировании посредством цветокопировального устройства независимо от ориентации плоского образца все изображения копировались на получаемую копию, в каждом изображении может находиться несколько изображений одинакового содержания, которые образованы линейными, но повернутыми относительно друг друга структурами решеток. Другое решение состоит в том, чтобы в качестве решетки применять круговую решетку.

Ниже более подробно описаны примеры выполнения изобретения со ссылками на чертежи.

фиг.1 - структура пиксельно-ориентированного плоского образца, вид сверху;

фиг.2 - графические изображения;

фиг.3 - плоский образец в поперечном сечении;

фиг.4 - цветокопировальное устройство;

фиг.5, 6 - схема прохождения оптического луча в процессе копирования;

фиг.7 - решетка с круговыми штрихами;

фиг.8 - структура рельефа с симметричной формой профиля и

фиг.9 - непиксельно-ориеннтированный плоский образец.

На фиг.1 показана в плане структура пиксельно-ориентированного плоского образца 1 для первого примера выполнения, причем плоский образец содержит, например, k=3 представления разного содержания, которые могут по отдельности восприниматься наблюдателем под разными углами зрения. Эти представления разного содержания далее называются графическими изображениями 2, 3 и 4 (фиг.2). Плоский образец 1 разделен на массив из n·m пикселов или полей 5. Каждое поле 5 подразделено на k=3 частичных площадок (элементов) 6, 7 и 8. Совокупность частичных элементов 6 содержит первое графическое изображение 2, совокупность частичных элементов 7 содержит второе графическое изображение 3, и совокупность частичных элементов 8 содержит третье графическое изображение 4. Размеры поля 5 составляют в типовом случае менее 0,3 мм х 0,3 мм, так что отдельные поля 5 человеческим глазом не разрешаются с расстояния наблюдения 30 см.

На фиг.2 показаны три изображения 2, 3 и 4, которые представляют, например, последовательность печатных знаков "100", "EUR" и Эта последовательность печатных знаков выполнена светлой на темном фоне (на чертеже это показано наоборот). Изображения 2, 3 и 4 также разделены на массив из n·m растровых полей 2,1, 3,1 и 4,1 соответственно, которые являются либо светлыми, либо темными. По причине наглядности чертежа растровые поля 2,1, 3,1, 4,1 изображены слишком большими по сравнению с печатными знаками, и к тому же показаны только несколько растровых полей 2,1, 3,1, 4,1. С каждым растровым полем 2,1 первого изображения 2 соотнесен частичный элемент 6 (фиг.1). Аналогичным образом, с каждым растровым полем 3,1 второго изображения 3 соотнесен частичный элемент 7 (фиг.1), и с каждым растровым полем 4,1 третьего изображения 4 соотнесен частичный элемент 8 (фиг.1). В случае если одно из растровых полей 2,1 первого изображения 2 является темным, то соотнесенный с ним частичный элемент 6 содержит зеркало или дифракционную (двумерную) решетку по меньшей мере с 3000 линиями на миллиметр, за счет чего падающий свет отражается, поглощается или рассевается в большом угле. Если одно из растровых полей 2,1 является светлым, то соотнесенный с ним частичный элемент 6, как показано на фиг.3, содержит пилообразную рельефную структуру 9,1. Рельефная структура 9,1 имеет относительно большую длину L периода по сравнению с длиной волны видимого света, составляющую в типовом случае 5 мкм или более. Первое изображение 2 (фиг.2) проявляется, таким образом, при освещении белым светом, и когда наблюдатель устанавливает свой угол зрения соответственно условиям отражения геометрической оптики, как изображение из светлых и темных точек, которые, как правило, имеют цвет применяемого для покрытия рельефной структуры 9,1 отражающего слоя 11 и/или покрывающего слоя 12.

Оба других изображений 3 (фиг.2) и 4 (фиг.2) реализуются с помощью пилообразной рельефной структуры 9,2 или соответственно 9,3, подобной рельефной структуре 9,1 первого изображения 2. Углы наклона , и зубцов пилы трех рельефных структур 9,1, 9,2 и 9,3 соответственно относительно плоскости плоского образца 1 выбираются таким образом, что

а) наблюдатель, который рассматривает плоский образец с типового расстояния 30 см, видит соответственно только одно из трех изображений 2, 3 или 4, и

b) при копировании посредством цветокопировального устройства совместно копируются либо по меньшей мере два изображения, либо вообще не копируется ни одно из изображений 2, 3 и 4.

Штрихи (канавки, образующие штрихи дифракционной решетки) различных рельефных структур 9,1, 9,2 и 9,3 проходят примерно параллельно, то есть максимальная разность углов, которые штрихи образуют относительно любой оси в плоскости плоского образца 1, так называемых азимутальных углов, должна составлять менее чем примерно 10°, чтобы для преобладающих при копировании условий освещения на копию переносились либо все три, либо вообще ни одно из изображений 2, 3 и 4. К тому же штрихи проходят предпочтительно параллельно к боковой кромке предмета, защищаемого с помощью плоского образца, чтобы штрихи были ориентированы по возможности параллельно сканеру цветокопировального аппарата.

Плоский образец 1 предпочтительно выполнен, как показано на фиг.3 в поперечном сечении, как слоистая структура. Слоистая структура образована слоем 10 лака, отражающим слоем 11 и вторым слоем лака, образующим покрывающий слой 12. Слой 10 лака преимущественно является клеящим слоем, так что слоистая структура может наклеиваться непосредственно на подложку. Под подложкой понимается, например, ценная бумага, банкнота, идентификационная карта, кредитная карта, паспорт или в общем случае соответствующий защищаемый объект. Покрывающий слой 12 предпочтительно покрывает полностью рельефные структуры. К тому же он предпочтительно имеет в видимом диапазоне оптический показатель преломления, равный по меньшей мере 1,5, чтобы геометрическая высота h профиля давала максимально большую оптически эффективную высоту профиля. Кроме того, покрывающий слой 12 служит в качестве защитного слоя, защищающего от царапин. Для простоты описания влияние рефракции на границе между воздухом (коэффициент преломления=1) и покрывающим слоем 12 с коэффициентом преломления около 1,5 не учитывается.

Фиг.3 показывает рядом друг с другом пилообразные рельефные структуры 9,1, 9,2 и 9,3, соотнесенные со светлыми точками трех изображений 2, 3 и 4 на фиг.2, имеющиеся в соответствующих частичных плоскостях (элементах) 6, 7 и 8 полей 5. При рассмотрении с расстояния 30 см и при диаметре зрачка 5 мм человеческий глаз воспринимает изображения 2, 3 и 4 раздельно, если различие в углах наклона между каждыми двумя соседними изображениями составляет примерно 0,5°-5°. Углы наклона составляют, например =12,5°, =15° и =17,5°. Значение для наибольшего угла наклона, в данном случае для угла наклона , должно составлять максимально 25°, чтобы, с одной стороны, рельефные структуры 9 не становились слишком глубокими, и чтобы, с другой стороны, все три изображения 2, 3 и 4 при копировании переносились копировальным устройством на копию.

На фиг.4 схематично показаны геометрические соотношения при копировании посредством цветокопировального устройства 13. Цветокопировальное устройство 13 содержит стеклянную пластину 14, на которую помещается копируемый документ 15, например банкнота, и перемещаемую в направлении координаты х каретку 16, которая содержит источник 17 света, отклоняющее зеркало 18 и детектор 19 с фотодатчиками 20. При копировании свет, излучаемый источником 17 света, падает косо под определенным углом на документ 15 и тем самым падает косо на имеющийся на документе 15 плоский образец 1 с наклоненными различным образом рельефными структурами 9,1, 9,2 и 9,3 (фиг.3). Часть падающего света отражается назад примерно перпендикулярно к стеклянной пластине 14, падает на отклоняющее зеркало 18 и отображается на фотодатчики 20 цветокопировального устройства 13.

Углы наклона , и выбираются таким образом, чтобы рельефные структуры 9,1, 9,2 и 9,3 при правильной ориентации на стеклянную пластину 14 светокопировального устройства отражали свет, излученный от источника 17 света, на отклоняющее зеркало 18. Фиг.5 иллюстрирует эту ситуацию. Из каждого из изображений 2, 3 и 4 в сильно увеличенном масштабе представлено по одному соответствующему частичному элементу 6, 7 и 8 соответственно, причем этим частичным элементам соответствует светлая точка изображения. Свет, отраженный от рельефной структуры 9,1, обозначен ссылочной позицией 22, свет, отраженный от рельефной структуры 9,2, обозначен ссылочной позицией 23, и свет, отраженный от рельефной структуры 9,3, обозначен ссылочной позицией 24. Световые лучи 22, 23 и 24, отраженные от этих трех показанных частичных элементов 6, 7 и 8, встречаются, как показано на фиг.6, почти рядом друг с другом на отклоняющем зеркале 18 и отклоняются им в направлении фотодатчиков 20. Хотя световые лучи 22, 23 и 24 падают на отклоняющее зеркало 18 под разными углами, они отображаются на фотодатчиках 20, так как различия в углах достаточно малы. В обычном цветокопировальном устройстве учитываются разности углов в типовом случае до 30°. Границы охватываемого цветокопировальным устройством диапазона углов обозначены пунктирными линиями 25. В рассматриваемом примере при =12,5°, =15° и =17,5° максимальная разность углов между лучами 22, 23 и 24 составляет всего лишь 10°.

Средний угол наклона со значением 15° согласован с типовым значением угла 30°, под которым световой луч 21, излученный источником 17 света цветокопировального устройства 13, падает на копируемый документ. Это означает, что затем дифрагированный на соответствующей рельефной структуре свет отклоняется примерно перпендикулярно вниз к отклоняющему зеркалу 18.

Для того чтобы изображения воспринимались наблюдателем раздельно при обычных условиях освещения и при расстоянии наблюдения 30 см, поверхность плоского образца 1 наблюдаемого документа должна иметь относительно гладкую поверхность, так как иначе вследствие шероховатости изображения будут смазанными, так что они не будут видимыми раздельно. Поэтому для документов с относительно шероховатой поверхностью, которая характерна, например, для банкнот, применяются увеличенные углы наклона, равные =10°, =15° и =20°, и даже равные =5°, =15° и =25°. И в этом случае не все дифрагированные лучи света 22, 23 и 24 попадают на фотодатчики 20 цветокопировального устройства 13. Разность между наибольшим и наименьшим углами наклона должна составлять максимально 20°, чтобы при копировании копировались все изображения.

Таким образом, при копировании на копию переносятся либо все, либо ни одно из трех изображений. Поэтому накопленная в изображениях плоского образца 1 информация становится несчитываемой, либо полностью исчезает.

В приведенных выше числовых примерах разности между последовательными углами наклона, то есть разности - и - имеют одинаковую величину. Однако разности между последовательными углами наклона могут иметь и разную величину.

Для уменьшения до минимума или вообще исключения зависимости влияния ориентации плоского образца на цветокопировальное устройство рельефные структуры 9,1, 9,2 и 9,3 представляют собой не линейные решетки с прямыми штрихами (канавками), а решетки с волнообразно искривленными штрихами, то есть решетки с штрихами изменяющейся кривизны или решетки с круговыми или близкими к круговым многоугольными штрихами. Рельефная структура с круговыми штрихами показана на фиг.7. Расстояние между каждыми двумя круговыми линиям соответствует длине L периода.

Вместо асимметричных рельефных структур 9,1, 9,2, 9,3 могут также применяться рельефные структуры с симметричной формой профиля, которые отражают падающий свет по существу не в одном единственном направлении, а в двух направлениях. Такой пример приведен на фиг.8, где показан угол , который обозначает наклон рельефных структур 9 относительно горизонталей.

Выполнение изобретения не ограничивается пиксельно-ориентированными плоскими образцами. На фиг.10 фрагментарно представлен пример не являющегося пиксельно-ориентированным плоского образца с двумя изображениями 2 и 3, которые не перекрываются. Занимаемая плоским образцом 1 площадь разделена на три частичные плоскости (элемента) 6, 7 и 26. Частичный элемент 26 служит в качестве общего фона для обоих изображений 2 и 3. Частичный элемент 6 содержит пилообразные рельефные структуры, которые имеют первый угол наклона и которые формируют светлые точки первого изображения 2. Частичный элемент 7 содержит пилообразные рельефные структуры, которые имеют второй угол наклона, отличающийся от первого угла наклона, и которые формируют светлые точки второго изображения 3. Частичный элемент 26 служит для формирования темного или невидимого фона. Он выполнен, например, как зеркало или как двумерная решетка по меньшей мере с 3000 линиями на миллиметр или является прозрачным, так что на этом месте подложка, на которую наклеен плоский образец, является видимой.

Таким образом, оба изображения 2 и 3 воспринимаются наблюдателем по отдельности при предварительно заданном направлении наблюдения, поскольку они могут наблюдаться под различными углами зрения. В общем случае углы наклона пилообразных рельефных структур выбираются настолько малыми, чтобы при копировании с помощью копировального аппарата оба изображения 2 и 3 отображались на копию. Поэтому на копии видны оба изображения без необходимости изменения угла зрения наблюдателя или направления подсветки.

Если оба изображения частично перекрываются, то изобретение можно реализовать либо согласно первому примеру реализации изобретения как пиксельно-ориентированный плоский образец, либо согласно приведенному выше примеру выполнения как плоский образец, не являющийся пиксельно-ориентированным, причем тогда перекрывающиеся области соотносятся либо с первым, либо со вторым изображением. Плоский образец также можно реализовать как комбинацию обоих примеров выполнения, причем перекрывающиеся области выполняются как в случае пиксельно-ориентированного плоского образца.