оптически изменяемый элемент и его применение

Формула изобретения

1. Оптически изменяемый элемент, который, по меньшей мере, на участках поверхности содержит граничную поверхность, образующую оптически действующую структуру, выступающую пространственно вперед и/или назад относительно (мысленной) опорной поверхности, причем оптически действующая структура содержит, по меньшей мере, одну поверхность свободной формы, представляющуюся наблюдателю трехмерной, в форме буквенно-цифрового знака, геометрической фигуры или иного объекта, отличающийся тем, что поверхность свободной формы образована линзоподобным, т.е. кажущимся для наблюдателя пространственно выпуклым или сдвинутым назад относительно опорной поверхности подложки, образующим эффект увеличения, уменьшения или искажения, участком граничной поверхности (3), образующим элемент (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы с выпуклой поверхностью, причем поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы выполнена со структурой дифракционной решетки, линии которой, по существу, следуют очертаниям поверхности свободной формы.

2. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из слоев (1, 2), заключающих между собой граничную поверхность (3), окрашен.

3. Оптически изменяемый элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что структура дифракционной решетки имеет глубину (h) решетки, составляющую максимум 10 мкм, причем расстояние между линиями дифракционной решетки непрерывно изменяется от центральной зоны (6) поверхности (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы к ее краю.

4. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что структура дифракционной решетки элемента свободной формы выполнена таким образом, что соответственно одни боковые стороны (7) его канавок (5) решетки проходят параллельно друг другу и примерно параллельно перпендикуляру (S) к (мысленной) опорной поверхности (10), в то время как угол ( ) соответственно других боковых сторон (4) канавок (5) решетки относительно перпендикуляра (S) на опорную поверхность (10) в направлении поперек линий решетки изменяется по существу непрерывно от канавки (5) к канавке (5).

5. Оптически изменяемый элемент по п.4, отличающийся тем, что боковые стороны (4) канавок (5) дифракционной решетки, проходящие под углом ( ) к перпендикуляру (S) к опорной поверхности (10), выполнены со ступенчатым профилем, причем образованные ступеньками площадки по своему оптическому действию приближены к боковым сторонам (4).

6. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что дифракционная структура является бинарной структурой, которая имеет в сечении по существу прямоугольные канавки (8) решетки и перемычки (9) решетки.

7. Оптически изменяемый элемент по п.6, отличающийся тем, что глубина (h) канавок (8) решетки дифракционной структуры элементов свободной формы по всей поверхности (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы примерно одинакова.

8. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы образована голографически сформированным элементом свободной формы.

9. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы является частью полной оптически действующей структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, содержит участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты.

10. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что оптически действующая структура полностью или на участках комбинируется с тонкослойной структурой.

11. Оптически изменяемый элемент по п.1, отличающийся тем, что граничная поверхность (3), образующая оптически действующую структуру, по меньшей мере, на участках снабжена повышающим отражение покрытием.

12. Оптически изменяемый элемент по п.11, отличающийся тем, что повышающее отражение покрытие образовано металлическим слоем.

13. Оптически изменяемый элемент по п.11, отличающийся тем, что повышающее отражение покрытие образовано с приводкой к, по меньшей мере, одному элементу (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы.

14. Оптически изменяемый элемент по п.12, отличающийся тем, что повышающее отражение покрытие образовано с приводкой к, по меньшей мере, одному элементу (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы.

15. Оптически изменяемый элемент по п.14, отличающийся тем, что приводка выполнена путем удаления металлизации на участках граничной поверхности (3).

16. Оптически изменяемый элемент по п.4, отличающийся тем, что дифракционная структура является бинарной структурой, которая имеет в сечении по существу прямоугольные канавки (8) решетки и перемычки (9) решетки.

17. Оптически изменяемый элемент по п.5, отличающийся тем, что дифракционная структура является бинарной структурой, которая имеет в сечении по существу прямоугольные канавки (8) решетки и перемычки (9) решетки.

18. Оптически изменяемый элемент по п.3, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы является частью полной оптически действующей структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, содержит участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты.

19. Оптически изменяемый элемент по п.4, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы является частью полной оптически действующей структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, содержит участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты.

20. Оптически изменяемый элемент по п.5, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы является частью полной оптически действующей структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, содержит участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты.

21. Оптически изменяемый элемент по п.6, отличающийся тем, что поверхность (11, 12, 13, 14, 15) свободной формы является частью полной оптически действующей структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, содержит участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты.

22. Применение оптически изменяемого элемента по одному из предшествующих пунктов в качестве защитного элемента для защиты от подделки ценных документов или подлежащих защите предметов.

23. Применение по п.22, отличающееся тем, что оптически изменяемый элемент встроен в наносимую на подложку декоративную слоистую структуру переводной пленки, в частности, пленки горячего тиснения.

24. Применение по п.22, отличающееся тем, что оптически изменяемый элемент встроен в декоративную слоистую структуру ламинированной пленки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптически изменяемому элементу, который, по меньшей мере, на участках поверхности содержит встроенную предпочтительно между двумя слоями слоистой структуры граничную плоскость, образующую оптически действующую структуру, выступающую пространственно вперед и/или назад относительно (мысленной) опорной поверхности, причем оптически действующая структура содержит, по меньшей мере, одну поверхность свободной формы, представляющуюся наблюдателю трехмерной, в форме буквенно-цифрового знака, геометрической фигуры или иного объекта.

Оптически изменяемые элементы вышеописанного типа применяются, например в виде защитных элементов для аутентификации или идентификации ценных документов, например, банкнот, чеков и т.д., удостоверений, кредитных карт или иных подлежащих защите предметов. Такие оптически изменяемые элементы также применяются для декоративных целей, причем граница между применением в качестве защитного элемента и декоративного элемента часто является неопределенной. При этом, в частности, часто требуется, чтобы защитные элементы также имели определенное декоративное действие, что, например, имеет место в том случае, когда речь идет об обеспечении подлинности определенных изделий, например сигарет, ценных косметических препаратов и т.д., с помощью соответствующих элементов.

Для применения в качестве защитного или декоративного элемента наносятся известные оптически изменяемые элементы, чаще всего в форме переводных пленок, в частности пленок горячего тиснения, или в форме ламинированных пленок на соответствующую подложку, причем граничная поверхность, образующая оптически действующую структуру, предусматривается тогда между двумя соответствующими слоями лака. В случае переводных пленок эти слои лака являются частью переносимой с несущей пленки на подложку структуры декоративного слоя, причем вместо слоя лака может предусматриваться также клеящий слой или слой лака может иметь клеящие свойства. В случае ламинированных пленок граничная поверхность формируется принципиально тем же способом. Разницу между ламинированной и переводной пленками можно усмотреть прежде всего в том, что в случае ламинированных пленок служащие декоративным элементом слои лака и, в необходимом случае, клеящие слои остаются на несущей пленке, когда ламинированная пленка наносится на подложку. Наконец, также возможно упаковочные или декоративные пленки выполнять в принципе как ламинированные пленки, однако эти пленки, например, для целей упаковки применять как таковые, без нанесения их на подложку.

В этой связи также известно, что посредством соответствующего структурирования граничной поверхности между двумя слоями, в частности слоями лака или относительно воздуха, можно формировать трехмерные эффекты. Например, известны чековые и кредитные карты, в которых определенные объекты, в зависимости от угла наблюдения, появляются в различных позициях или перспективах, или у наблюдателя создается впечатление, как будто соответствующий объект в трехмерной форме выступает из поверхности носителя для оптически изменяемого элемента.

Эти трехмерные эффекты до сих пор формировались чаще всего голографическим способом, причем такой способ, с одной стороны, имеет недостаток, заключающийся в том, что для изготовления шаблонов, необходимых для получения копий в соответствующих слоях, требуются относительно большие аппаратные затраты. Кроме того, структуры, сформированные голографическим способом, имеют также существенные оптические недостатки. В частности, их светимость часто недостаточна. Кроме того, в общем случае нет возможности повысить привлекательность соответствующего оптически изменяемого элемента за счет того, что реализуются определенные цветовые эффекты.

Поэтому в основе изобретения лежит задача предложить оптически изменяемый элемент, который можно изготовить различными способами, известными применительно к изготовлению оптически действующих структур, который демонстрирует для наблюдателя неизвестные до сих пор эффекты и к тому же предоставляет разработчику множество возможностей варьирования форм конструктивной реализации.

Эта задача решается в соответствии с изобретением в отношении оптически изменяемого элемента указанного выше типа тем, что поверхность свободной формы формируется выполненным линзоподобным участком граничной поверхности, образующим элемент свободной формы, создающий эффект увеличения, уменьшения или искажения.

В то время как до сих пор трехмерные поверхности свободной формы, например, в виде птиц, комбинаций букв или знаков, изображений персон, гор и т.д., представлялись только таким образом, как будто они либо изменяли свою позицию при изменении угла наблюдения, либо казались висящими над поверхностью подложки, в соответствии с изобретением предложены совершенно иные оптические эффекты, а именно выполнение оптически изменяемого элемента таким образом, что зона, образующая поверхность свободной формы, например буквы, числа, а также какие-либо иные объекты, логотипы и т.д., представляется таким образом, как будто она образует выпуклость или сдвинута назад относительно поверхности подложки, т.е. таким образом, как будто в зоне поверхности свободной формы имеется выпуклая поверхность. Тем самым для наблюдателя возникает совершенно новый, до сих пор неизвестный эффект для оптически действующей структуры, а именно эффект известной пространственной глубины, причем дополнительно при соответствующем выполнении и размещении выполненного линзоподобным участка граничной поверхности можно реализовать особенно характерные оптические эффекты, которые значительно повышают узнаваемость и тем самым идентификационное действие соответствующих оптически изменяемых элементов.

Если размеры поверхности свободной формы очень малы, то есть речь идет, например, о буквенно-цифровом знаке с малой толщиной штриха, соответствующий изобретению эффект для оптически изменяемого элемента можно достичь уже тем, что поверхность свободной формы выполняется как преломляющая (рефракционная) линзовая структура. Однако следует принимать во внимание, что слои, между которыми размещена граничная поверхность, образующая оптически действующую структуру, обычно представляют собой слои лака, которые обычно могут иметь лишь очень ограниченную толщину. Чтобы и при наличии сравнительно тонких слоев лака или клеящих слоев иметь возможность достижения соответствующего изобретению целевого результата, целесообразно, если поверхность свободной формы выполнена как дифракционный элемент свободной формы со структурой дифракционной решетки, глубина которой составляет максимум 10 мкм, который имеет линии дифракционной решетки, по существу следующие очертаниям поверхности свободной формы, причем расстояние между линиями дифракционной решетки непрерывно изменяется от центральной зоны поверхности свободной формы к ее краю, то есть либо уменьшается, либо увеличивается.

В одной форме выполнения оптически изменяемого элемента согласно изобретению структура дифракционной решетки элемента свободной формы выполнена таким образом, что соответственно одни боковые стороны его канавок решетки проходят параллельно друг другу и примерно параллельно перпендикуляру к (мысленной) опорной поверхности, в то время как угол соответственно других боковых сторон канавок решетки относительно перпендикуляра на опорную поверхность в направлении поперек линий решетки изменяется по существу непрерывно от канавки к канавке, причем само собой получается, что канавки дорожки имеют сужающееся поперечное сечение.

Изготовление подобных структур дифракционной решетки осуществляется предпочтительно в ходе так называемого непосредственного формирования изображения лазерными установками или установками электронно-лучевой литографии, при применении которого можно простым способом изготавливать точно определенные структуры дифракционных решеток, то есть действительно точно получать требуемый оптический эффект для элемента свободной формы.

В общем случае также можно упомянутую дифракционную структуру с канавками решетки, у которых боковые стороны размещены под углом друг к другу, выполнять способом иным, чем непосредственное формирование изображения, а именно так, что боковые стороны канавок дифракционной решетки, проходящие под углом к перпендикуляру к опорной поверхности, выполняются со ступенчатым профилем, причем образованные ступеньками площадки по своему оптическому действию приближены к боковым сторонам, проходящим под углом к перпендикуляру к опорной поверхности. При подобном выполнении боковых сторон канавок решетки можно, например, использовать маски, причем точность разрешения ступенчатого профиля (скошенных) боковых сторон зависит от числа применяемых масок, т.е. от желаемого числа ступенек. При этом для большинства случаев применения уже достаточно разделения соответствующих боковых сторон на четыре или восемь ступенек. Но при высоких требованиях к качеству также можно предусмотреть, например, 64 ступеньки, и для их выполнения потребуется соответствующее количество процессов облучения с применением различных масок.

При определенных обстоятельствах очень постое изготовление структуры решетки элемента свободной формы обеспечивается в случае, когда структура решетки является бинарной структурой, которая имеет по существу прямоугольные канавки решетки и перемычки решетки, причем предпочтительно выполнение таково, что глубина канавок решетки дифракционной структуры элементов свободной формы по всей поверхности свободной формы примерно одинакова, т.е. изменение преломления (отклонения света в различных направлениях) достигается только тем, что ширина канавок решетки и/или перемычек решетки соответственно варьируется.

Особенность дифракционных элементов свободной формы, образованных структурами решетки, соответствующих изобретению, можно усмотреть в том, что подобные дифракционные линзовые структуры, в отличие от рефракционных линз, в зависимости от длины волны света, применяемого для подсветки или наблюдения объекта, формируют отличающееся визуальное представление, за счет чего могут быть реализованы особые эффекты внешнего представления или защитные эффекты.

Еще одна возможность формирования поверхностей свободной формы, представляющихся трехмерными, в соответствии с изобретением состоит в том, что поверхность свободного элемента образована голографически сформированным элементом свободной формы, причем выполненные голографическим методом линзы в общем случае имеют известные недостатки по сравнению с дифракционными линзовыми элементами. Например, голографическое изготовление линзовых элементов при сравнительно невысоких аппаратных затратах возможно только в том случае, если конструктивное оформление поверхности свободой формы является относительно простым. Кроме того, линзы, изготовленные голографическим методом, вследствие их синусоидальной структуры, представляются не слишком блестящими и часто имеют неоднородности, из-за чего визуальное представление, которое должно быть сформировано линзой, может быть существенно ухудшено. Также в линзовых элементах, изготовленных голографическим методом, невозможно реализовать определенные цветовые эффекты с относительно большой свободой конструктивного выполнения.

В принципе можно применить оптически изменяемый элемент, который имеет выполненную в соответствии с изобретением поверхность свободной формы, как защитный элемент или декоративный элемент. Однако предпочтительным образом поверхность свободной формы является частью оптически действующей полной структуры, которая, наряду с элементом свободной формы, включает в себя участки с оптически изменяемыми элементами, формирующими для наблюдателя различные оптические эффекты. Например, элемент свободной формы может комбинироваться с обычными известными структурами со свойствами оптической дифракции для реализации эффектов движения, поворотов, смены между двумя различными представлениями и т.д. Разумеется, также возможно в одном оптически изменяемом элементе скомбинировать несколько элементов свободной формы, например составить слово или число из соответственно образующих отдельный элемент свободной формы букв или цифр, за счет чего достигается такой эффект, что как-будто слово или число пластически выступает вперед над остальным оптически изменяемым элементом. Интересные эффекты возникают также, если несколько элементов свободной формы как бы вложены друг в друга, так что при различных направлениях подсветки или наблюдения соответственно просматриваются различные элементы свободной формы. В принципе здесь существует такое большое число возможностей комбинирования, например, с эффектами матирования, зеркальными поверхностями и т.д., что следует воздержаться от более детального описания.

Особенно интересная возможность состоит в том, чтобы оптически действующую структуру полностью или на участках скомбинировать с тонкослойной структурой, за счет чего в зависимости от угла наблюдения может быть реализована целенаправленная смена цветов. Дополнительные специальные эффекты могут быть реализованы применением полупроводниковых слоев.

Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено, что граничная поверхность, образующая оптически действующую структуру, снабжена, по меньшей мере на участках, покрытием, повышающим отражение, которое, если наблюдение соответствующих эффектов должно реально осуществляться только в падающем свете, т.е. при отражении, предпочтительно образовано металлическим слоем. Однако также возможно вместо металлического слоя в качестве повышающего отражение слоя предусмотреть также диэлектрический слой с показателем преломления, соответственно отличающимся от показателей преломления граничащих слоев, или также соответственно конфигурированные многослойные структуры или полупроводниковое покрытие.

Выделение элемента свободной формы в соответствии с изобретением можно простым способом реализовать за счет того, что предусмотрено повышающее отражение покрытие с приводкой к, по меньшей мере, одному элементу свободной формы, причем приводка может быть такой, что повышающее отражение покрытие имеется только в зоне элемента свободной формы, или такой, что как раз в зоне элемента свободной формы не имеется повышающего отражение покрытия, а оно имеется только в зоне, оптически изменяемого элемента, окружающей элемент свободной формы. Такое выполнение может быть предпочтительным особенно в том случае, когда вокруг элемента свободной формы предусмотрены элементы или структуры, которые вызывают очень четко распознаваемые эффекты только в отраженном свете, например эффекты движения, смены изображения и т.д.

Приводка повышающего отражение покрытия может быть просто реализована, если в качестве покрытия служит металлический слой, за счет применения известного способа выборочной деметаллизации граничного слоя.

Как следует из приведенного выше описания, оптически изменяемый элемент, соответствующий изобретению, может использоваться различными способами и для различных целей. Однако особенно предпочтительно применение оптически изменяемого элемента, соответствующего изобретению, в качестве защитного элемента для защиты от подделки ценных документов или для подлежащих защите предметов, прежде всего также потому, что предусмотренные в соответствии с изобретением линзоподобные элементы свободной формы предоставляют возможность вводить в защитный элемент дополнительные идентификационные или защитные признаки, которые по-новому выделяются в сравнении с известными признаками, применявшимися до сих пор для защитных элементов, и тем самым разительным образом отличаются для пользователя соответствующих ценных документов или подлежащих защите предметов.

Применение оптически изменяемых элементов согласно изобретению в качестве защитного элемента осуществляется предпочтительным образом так, что оптически изменяемый элемент встраивается в наносимую на подложку структуру декоративного слоя переводной пленки, в частности пленки горячего тиснения, или в структуру декоративного слоя ламинированной пленки, потому что таким образом упрощаются перенос на подложку или изготовление этикеток и т.д. в конструктивном выполнении, предусмотренном изобретением.

Другие признаки, особенности и преимущества изобретения поясняются в последующем описании предпочтительных примеров выполнения с помощью чертежей, на которых показано следующее:

Фиг.1 - схематичное представление в поперечном сечении:

а) рефракционной линзы,

b) дифракционной линзы, имеющей канавки решетки с поперечным сечением примерно треугольной формы,

с) линзы с дифракционной бинарной структурой,

Фиг.2а - перспективное представление волнообразной поверхности свободной формы,

Фиг.2b - схематичный и упрощенный вид в плане поверхности свободной формы по фиг.2а в качестве дифракционного элемента свободной формы со структурой решетки согласно фиг.1b,

Фиг.2с - вид в плане, соответствующий фиг.2b, однако с элементом свободной формы с дифракционной бинарной структурой согласно фиг.1с,

Фиг.3а - перспективное представление поверхности свободной формы в форме капли в рефракционном выполнении,

Фиг.3b - графическое представление изменения граничной плоскости для каплеобразной поверхности свободной формы согласно фиг.3а,

Фиг.4а и 4b - представления, соответствующие фиг.3а и 3b, но при выполнении каплеобразной поверхности свободной формы в виде дифракционного элемента свободной формы с канавками решетки с примерно треугольным сечением,

Фиг.5а и 5b - представления, соответствующие фиг.3а и 3b или фиг.4а и 4b, но при выполнении элемента свободной формы в виде дифракционной бинарной структуры,

Фиг.6а и 6b - представления, соответствующие фиг.3а и 3b, для кольцевой поверхности свободной формы,

Фиг.7а, 7b и 7с - представления для кольцевой поверхности свободной формы соответственно фиг.4а, 4b и 5b для каплеобразной поверхности свободной формы,

Фиг.8а и 8b - представления L-образной поверхности свободной формы соответственно фиг.3а и 3b или фиг.5а и 5b (капля и кольцо),

Фиг.9а, 9b и 9с - представления соответственно фиг.7а, 7b и 7с для L-образной поверхности свободной формы и

Фиг.10 - вид в плане оптически изменяемого элемента с образцом ткани, образующим поверхность свободной формы.

Сильно упрощенные и схематизированные представления на фиг.1а-1с показывают соответственно действующий подобно линзе участок оптически изменяемого элемента согласно изобретению, в котором между двумя слоями 1, 2, обычно слоями лака, образована граничная поверхность 3, которая чаще всего снабжена повышающим отражение, не показанным на чертеже покрытием, например металлизацией в форме напыленного в вакууме слоя металла. При этом по оси х на фиг.1а-1с показан размер соответствующего линзового элемента в соответствующем направлении, причем в случае единиц измерения для фиг.1а-1с речь идет о любых принятых единицах измерения, так как это не зависит от точной величины или точного диаметра линзовых элементов. В общем случае соответствующие размеры линзовых элементов или образованных линзовыми элементами элементов свободной формы находятся, однако, в пределах от 0,15 до 300 мм, предпочтительно от 3 до 50 мм.

По оси у на фиг.1а-1с показана толщина или высота соответствующих слоев 1, 2 или структуры или рефракционной поверхности, образованной граничной поверхностью 3, причем в случае приведенных значений речь идет о разности фаз в радианах. При применении определенной длины волны света (например, 500 нм для максимальной чувствительности глаза человека) из этой разности фаз можно известным способом (также с учетом соответствующих показателей преломления) рассчитать действительную геометрическую глубину.

Из сравнения фиг.1а с фиг.1b и 1с, очевидно, что толщина оптически изменяемого элемента по фиг.1а, по меньшей мере, в десять раз должна превышать толщину оптически изменяемого элемента по фиг.1b и даже примерно в 20 раз превышать толщину слоистой структуры по фиг.1с. Тот факт, что слоистые структуры, образующие оптически изменяемый элемент по фиг.1b и 1с, могут быть существенно более тонкими, чем слоистая структура по фиг.1а, основывается на меньшей общей высоте h структуры со свойствами линзы, определяемой граничным слоем 3, которая продолжается только на высоту h, которая в пересчете (для системы с n=1,5/n=1 в проходящем свете) в случае фиг.1b соответствует примерно удвоенной длине волны, а в случае фиг.1с даже примерно одной длине волны. Во всяком случае в дифракционных линзовых элементах по фиг.1b и 1с высота h, то есть глубина дифракционной решетки, не превышает 10 мкм.

Как уже отмечено, для слоев 1 и 2 в общем случае речь идет о слоях лака соответствующего состава, причем, по меньшей мере, слой лака, обращенный к наблюдателю (в данном случае слой 1) должен быть в значительной степени прозрачным, причем в общем случае также имеется возможность слои лака окрашивать в один цвет при сохранении в значительной степени прозрачности. Для определенных случаев применения один из слоев 1, 2 может быть клеящим слоем, или, по меньшей мере, одним соответствующим слоем лака с клеящим свойством.

Если граничный слой 3 снабжен металлизацией или иным сильно отражающим покрытием, то слой 2 может также быть прозрачным, а также просвечивающим или непрозрачным. Если, напротив, оптически изменяемый элемент согласно изобретению должен использоваться в проходящем свете, например, для покрытия имеющегося на подложке видимого признака, то слой 2 также должен быть прозрачным. В этом случае граничная поверхность 3 не снабжается в общем случае непрозрачной металлизацией. Вместо этого показатель преломления обоих прозрачных слоев 1 и 2 выбирают различающимся таким образом (причем разность показателей преломления предпочтительно должна составлять, по меньшей мере, 0,2), чтобы, несмотря на применение двух прозрачных слоев, формируемый граничной поверхностью 3 эффект был виден оптически достаточно отчетливо.

Если при этом возникают трудности в осуществлении достаточно высокого различия в показателях преломления слоев, в рамках изобретения также было бы возможно заполнить канавки решетки элементов свободной формы частично или в значительной степени прозрачным материалом, который имеет соответственно сильно отличающийся показатель преломления, перед нанесением сплошного обращенного к наблюдателю слоя.

Шаблон, необходимый для изготовления линзовых элементов согласно фиг.1а в принципе известным способом изготовления копированием, ввиду существенно больших размеров по сравнению со структурами линзовых элементов по фиг.1b и 1с, можно изготовить сравнительно просто с помощью механического способа прецизионного удаления материала.

Дифракционная структура решетки линзового элемента по фиг.1b обычно формируется так называемым способом непосредственного формирования изображения, т.е. способом, при котором либо посредством лазера материал удаляется в соответствии с желательным профилем, либо посредством лазера или устройства электронно-лучевой литографии облучается фоторезист согласно желательному профилю, и затем путем проявления фоторезиста формируется желательный профиль или соответствующий ему негативный профиль. Этот способ обеспечивает преимущество, состоящее в том, что могут быть сформированы различные структуры дифракционных решеток, в частности сечения решеток, например, для определенных случаев применения, так называемые концентрирующие дифракционные решетки, причем, в частности, может быть обеспечено, что угол между показанными на фиг.1b проходящими с наклоном боковыми сторонами 4 канавок 5 дифракционной решетки и перпендикуляром S к проходящей параллельно оси х мысленной опорной плоскости структуры решетки, образующей линзовый элемент, как это ясно видно из фиг.1b, постепенно изменяется от центральной зоны 6 параболической формы граничной поверхности 3, образующей линзовый элемент, к периферии, а именно так, что в показанном примере выполнения примерно параллельные перпендикуляру S боковые стороны 5 канавок дифракционной решетки представляются подобными местам разрыва непрерывности в линзовом профиле, являющемся в остальном по существу непрерывным и образованном следующими друг за другом скошенными боковыми сторонами 4 канавок 5 дифракционной решетки, а также центральным параболическим участком 6 граничной поверхности 3.

Подобные линзовые структуры, а также метод их расчета описаны в литературе, и поэтому нет необходимости останавливаться на них более подробно.

При этом можно также упомянуть возможность применения, вместо показанных на фиг.1b непрерывных по высоте h скошенных боковых сторон 4, ступенчатой структуры, в которой образующие ступеньки площадки по своему оптическому действию аппроксимируют боковые стороны 4. Подобные структуры дифракционных решеток могут формироваться как упомянутым методом непосредственного формирования изображения, так и подходящими методами с использованием масок, причем число ступенек может варьироваться в зависимости от требуемого результата. При этом для большинства случаев применения уже достаточно разделение на четыре или восемь ступенек. При высоких требованиях по качеству также можно предусмотреть 64 ступеньки или число ступенек, соответствующее более высокой степени числа 2.

На фиг.1с схематично представлен линзовый элемент, который образован так называемой бинарной структурой. Существенной характеристикой бинарной структуры согласно фиг.1с является то, что как канавки 8 дифракционной решетки, так и перемычки 9 дифракционной решетки в поперечном сечении являются по существу прямоугольными. Бинарные структуры согласно фиг.1с обычно изготавливаются с применением соответствующих масок, причем в этой связи предпочтительной является другая особенность структуры по фиг.1с, заключающаяся в том, что глубина h структуры дифракционной решетки по всему линзовому элементу является постоянной, так что при изготовлении соответствующих шаблонов не нужно предусматривать различные интервалы времени воздействия средства, удаляющего материал, и не требуется работать с различными интенсивностями средства, воздействующего через соответствующую маску на подложку.

Также существует возможность изготавливать подходящие линзовые структуры известным голографическим методом, причем тогда получают структуры с еще меньшей глубиной решетки и примерно синусоидальным характером изменения, что, в конечном счете, ведет к вышеупомянутым недостаткам.

Фиг.2а, 3а, 6а и 8а показывают несколько схематично и в сильно увеличенном масштабе, а также в перспективном изображении представление выполненной в качестве рефракционного линзового элемента поверхности свободной формы, то есть элемента свободной формы, причем на чертежах показан соответственно только один перспективный вид на граничную поверхность 3 элемента свободной формы, имеющуюся между обоими слоями 1, 2, для пояснения принципа изобретения.

Подобные рефракционные элементы свободной формы с достаточной оптической заметностью могут быть реализованы тем, что либо толщина граничной поверхности, заключенной между слоями 1, 2 достаточно велика, или если размеры поверхности свободной формы параллельно мысленной опорной поверхности, например, на фиг.2а основной поверхности 10, достаточно малы, потому что в случае рефракционных элементов свободной формы высота h линзового элемента, как можно ясно видеть на фиг.1а, непосредственно зависит от размеров поверхности свободной формы в направлении оси х.

На фиг.3а показан каплеобразный элемент 11 свободной формы, причем согласно представлению на фиг.3а, элемент 11 свободной формы, образующий каплеобразную поверхность свободной формы, выполнен таким образом, что поверхность свободной формы представляется выступающей вверх над в остальном плоской граничной поверхностью 3. Разумеется, можно было бы также осуществить изготовление таким образом, чтобы создать впечатление, как будто образованная элементом 11 свободной формы капля выступает назад (вниз) относительно окружающей граничной поверхности 3.

Фиг.6а показывает на представлении, подобном показанному на фиг.3а, кольцеобразный, рефракционный элемент 12 свободной формы, который, например, символизирует букву «О» или может иметь только декоративное действие.

Соответственно на фиг.8а приведено перспективное представление граничной плоскости 3, которое получается, когда посредством рефракционного элемента 13 свободной формы визуализируется буква «L».

Соответственно фиг.3а, 6а и 8а на фиг.3b, 6b и 13 в разрезе перпендикулярно мысленной опорной поверхности показано изменение граничной плоскости 3 для соответствующих элементов 11, 12 и 13 свободной формы, при этом размеры графических изображений на фиг.3b, 6b и 8b показаны вновь соответственно фиг.1а-1с, т.е. по оси х отображаются любые единицы измерения, в то время как по оси у представлена развертка перпендикулярно мысленной опорной поверхности. При этом профиль на фиг.3b проходит вдоль оси симметрии каплеобразного элемента 11 свободной формы на фиг.3а, а именно справа снизу на фиг.3а влево наверх, то есть от закругленной области вершины капли. Относительно фиг.8b, профиль левого плеча буквы «L» также нанесен справа снизу влево вверх, за счет чего, из-за отходящего справа снизу поперечного плеча буквы «L», получается преувеличение вертикального масштаба в левой части фиг.8b.

Интересным представляется сравнение дифракционных структур решеток, служащих в качестве элементов свободной формы, с рефракционными структурами на фиг.2а, 3а, 6а и 8а.

Фиг.2 показывает схематично и в сильно увеличенном масштабе вид в плане поверхности свободной формы по фиг.2а, а именно в направлении наблюдения примерно перпендикулярно к опорной поверхности 10, при выполнении поверхности свободной формы в качестве дифракционного элемента свободной формы со структурой дифракционной решетки с линиями решетки, по существу отслеживающими очертания поверхности свободной формы, причем расстояние между линиями решетки непрерывно изменяется от центральной зоны элемента свободной формы к его краю. Сравнение фиг.2а и 2b также позволяет понять, что термин «очертания поверхности свободной формы» в смысле изобретения не означает обязательного ограничения поверхности свободной формы. Напротив, важным является то, что структуры решеток проходят таким образом, что пространственное конструктивное оформление поверхности свободной формы, например, учитывает различное расстояние от поверхности свободной формы на фиг.2а от мысленной опорной поверхности 10.

На фиг.2с с помощью представления, соответствующего показанному на фиг.2b, иллюстрируется структура поверхности свободной формы по фиг.2а на виде в плане, когда линзовый элемент образован не согласно фиг.1b структурой решетки с непрерывно изменяющимися канавками решетки, а вместо этого структура дифракционной решетки является бинарной структурой, как показано на фиг.1с.

Фиг.4а, 7а и 9а вновь показывают принципиально соответствующие фиг.3а, 6а и 8а виды в плане каплеобразного элемента 11 свободной формы, кольцеобразного элемента 12 свободной формы и «L»-образного элемента 13 свободной формы, причем вновь элемент свободной формы выполнен соответственно не как рефракционная линза, а как дифракционная структура решетки, принцип выполнения которой показан на фиг.1b.

Соответствующие фиг.3b, 6b и 8b сечения и профили высоты показаны соответственно на фиг.4b, 7b и 9b.

В связи с каплеобразной формой поверхности свободной формы по фиг.3а или 4а, на фиг.5а еще представлен вид в плане при конструктивном выполнении элемента свободной формы в виде бинарной решетки, причем получаемый профиль высоты граничной поверхности 3 соответственно показан на фиг.5b. В отношении каплеобразной и L-образной поверхности свободной формы, помимо этого, представлено перспективное представление граничной поверхности 3 при выполнении элемента свободной формы в виде бинарной структуры. Соответствующие профили высоты показаны, однако, на фиг.7с и 9с (для каплеобразной и L-образной поверхности свободной формы).

Соответствующее сравнение фиг.3b, 6b и 8b с фиг.4b, 7b и 9b или 5b, 7c и 9c вновь показывает отчетливое уменьшение высоты структур при переходе от рефракционной структуры (фиг.3b, 6b, 8b) к дифракционной непрерывной структуре решетки (фиг.4b, 7b и 9b) или бинарной структуре (фиг.5b, 7c и 9c).

И, наконец, фиг.10 показывает пример комплексной структуры с поверхностями свободной формы, образованными элементами свободной формы. Речь идет о структуре ткани или решетки, в которой перекрещивающиеся нити 14 или 15 выделены за счет их выполнения в виде элементов свободной формы согласно изобретению.

В описанных примерах осуществления речь идет только о сравнительно простых формах выполнения, которые, например, как в случае фиг.3-9, включают в себя только один элемент свободной формы. Разумеется, возможно, посредством соответствующей комбинации различных элементов свободной формы сформировать оптически изменяемые элементы также с комплексными эффектами, причем, в частности, также возможно, дополнительно к соответствующим изобретению линзоподобным элементам свободной формы, также предусмотреть оптически активные структуры, в частности дифракционные структуры, которые формируют совершенно другие эффекты, например эффекты движения, повороты, смену изображения и т.д. Также возможно элементы свободной формы или иные дифракционные структуры комбинировать с последовательностью тонких слоев, специальными слоями (например, полупроводниковыми) или со специальными красками, например флюоресцирующими красками, чтобы таким способом реализовать совершенно особые цветовые эффекты (смены цветов). При этом, например, соответствующие изобретению элементы свободной формы, например, в смысле ЕР 0 375 833 В1, могут также комбинироваться, с другими оптически действующими структурами, или несколько поверхностей свободной формы могут комбинироваться между собой или быть вложенными одна в другую, так что для наблюдателя попеременно проявляются один или некоторый определенный линзоподобный элемент свободной формы, или одна или несколько иных оптически действующих структур, в зависимости от того, под каким углом наблюдается соответствующая подложка. Также возможна комбинация оптически изменяемых элементов, соответствующих изобретению, с печатными элементами, матовыми структурами или зеркальными поверхностями.

Особенно интересные конструктивные выполнения оптически изменяемых элементов согласно изобретению могут быть реализованы в том случае, если граничный слой 3, образующий оптически действующую структуру, снабжен только на участках повышающим отражение слоем, в частности металлизацией, причем в данном случае отсутствие металлизации может предусматриваться согласовано с элементами свободной формы. Например, можно было бы в формах выполнения по фиг.3а-9а соответственно только элемент свободной формы, т.е. каплеобразную поверхность 11 свободной формы (фиг.3а, 4а и 5а), кольцевой элемент 12 (фиг.6а и 7а) или L-образный элемент (фиг.8а и 9а) снабдить металлизацией в области граничной поверхности 3, но не на окружающей граничной поверхности между слоями 1 и 2. Тканеподобный оптически изменяемый элемент согласно фиг.10 мог бы за счет частичной металлизации тоже быть выполнен более интересным образом, причем могут быть металлизированы, например, только области поверхности граничного слоя 3, которые образуют нити 14, 15, при отсутствии металлизации в промежутках между нитями 14, 15 так, чтобы оптически изменяемый элемент был прозрачным.

Следует отметить, что граничная плоскость 3 не обязательно с обеих сторон должна быть ограничена слоем лака или клеящим слоем. В частности, при использовании оптически изменяемого элемента согласно изобретению в проходящем свете граничная поверхность 3 может также граничить с воздухом, за счет чего в конечном счете можно было бы простым образом реализовать требуемую в области граничной поверхности 3 разность показателей преломления слоев по обе стороны от граничной поверхности 3. Подобные варианты выполнения весьма подходят, например, в случае пленок, применяемых для упаковки или обертки, которые не прикрепляются к подложке.

Наконец, оптически изменяемый элемент, поскольку он является относительно плоским, может применяться и в комбинации с печатными элементами, например, выполненными печатью на отдельных участках.