оптическое защитное устройство, создающее двумерное изображение

Формула изобретения

1. Дифракционный защитный элемент, содержащий дифракционную оптическую микроструктуру, состоящую из модулированной структуры дифракционного типа, которая при освещении рассеянным окружающим светом создает двумерное изображение, которое будет видимо наблюдателю при наклоне или вращении устройства, или путем изменения направления освещения, при этом дифракционная модулированная структура устройства состоит из различных заданных оптических элементов с наличием рельефов предварительно заданной формы, причем по меньшей мере одна из каждой формы рельефа, позиции, центра(ов) и толщины линии, описываются с помощью функций, описывающих эти зависимости, которые являются переменными относительно позиционной координаты оптического элемента.

2. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором оптическая микроструктура содержит микрорельефную структуру.

3. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором двумерное изображение содержит простой геометрический мотив, содержащий эффекты кажущегося движения или переключения.

4. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором заданные оптические элементы включают в себя дифракционные линзы.

5. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором заданные оптические элементы содержат аксиконы.

6. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором заданные оптические элементы включают в себя любую математически заданную структуру.

7. Дифракционный защитный элемент по п.1, который выдает однозначный и характеристический визуальный эффект при просмотре наблюдателем при окружающем освещении, где используется восприятие мотива двумерного изображения в соответствии с заданными оптическими элементами.

8. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором заданные оптические элементы содержат дифракционную линзу или линзы, аксиконы и их различные модификации в качестве мотивов, таким образом взаимно скрытых в одном дифракционном защитном элементе.

9. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором заданные оптические элементы содержат комбинацию дифракционных линз, которые имеют вид сферических, и/или эллиптических, и/или цилиндрических, и их взаимную комбинацию с аксиконами.

10. Дифракционный защитный элемент по п.1, который выполнен с возможностью предоставлять однозначное и характеристическое визуальное восприятие двумерного изображения в соответствии с заданными оптическими используемыми элементами.

11. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором любой из заданных оптических элементов частично перекрывается или объединяется.

12. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором два или большее количество заданных оптических элементов предстают в виде одного защитного элемента.

13. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором структура является тисненой или тисненой для ультрафиолетовой области спектра в отражательную и/или прозрачную фольгу.

14. Дифракционный защитный элемент по п.1, который является созданным или тисненым в металлические пластинки любой формы и размера.

15. Дифракционный защитный элемент по п.1, в котором оптический элемент содержит аксиконную решетку, имеющую период с шагом 50 нм.

16. Дифракционное защитное устройство, включающее в себя дифракционный защитный элемент по любому одному или нескольким пп.1-14, объединенный с дифракционным и/или голографическим элементом.

17. Способ создания двумерного изображения, в частности имитирующего простой геометрический мотив, которое создается микрорельефом, или иным образом модулированной структурой(ами) дифракционного типа; при этом дифракционный микрорельеф состоит из различных, заданных оптических элементов: дифракционных линз, и/или аксиконов, и/или любой математически заданной структуры с заданной формой рельефов, причем по меньшей мере одна из каждой формы рельефа, позиции, центра(ов) и толщины линии описываются с помощью функций, описывающих эти зависимости, которые являются переменными относительно позиционной координаты оптического элемента.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение в целом относится к дифракционному защитному элементу и к способу создания двумерного изображения для использования в таком элементе, в частности.

Аксиконы и дифракционные линзы использовались для дифракционных защитных элементов в течение многих лет, как известно из публикаций Rudolf L. van Renesee, "Optical Document Security" (Оптические способы защиты документов, второе издание), Second Edition, Artech House, 1998 и Jorge Ojeda-Castaneda, Carlos C. Gomez-Reino (Eds.), "Selected Papers on Zone Plates", MS128, SPIE, 1996 (Избранные статьи по зонным пластинкам).

Однако такие известные из уровня техники защитные элементы демонстрируют недостатки и ограничения.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение дифракционного защитного элемента и способа создания двумерного изображения, имеющих преимущества над известными из уровня техники подобными элементами и способами.

В частности, настоящее изобретение направлено на обеспечение дифракционного защитного элемента, который является простым для различения и относительно легким для наблюдения даже в условиях плохого освещения в противоположность традиционной голографии и дифракционным решеткам. Такой элемент может быть легко проконтролирован предпочтительно невооруженным глазом. Этот признак может основным образом имитировать (воспроизводить) разновидности линз и аксиконов, создавая, таким образом, образ (восприятия) редкой формы или разложение спектра белого цвета.

В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к способу создания двумерного изображения и его образу (знаку) изображения, дифракционному элементу и способу создания такового, и конкретно к защитному дифракционному элементу, предназначенному, например, для защиты банкнот, монет, кредитных карт, удостоверений личности, документов или других ценных предметов, изделий и т.д. Применение этой методики создания изображений находится, прежде всего, в области оптических защитных устройств, где она может использоваться самостоятельно или в комбинации с другими формами дифракционного или голографического защитного изображения.

Настоящая заявка относится, в частности, к конкретному образу двумерного изображения, состоящего из параметризованных особых оптических элементов, дифракционному элементу и способу создания такового и его применения в области оптических защитных устройств.

Настоящее изобретение направлено на введение нового, основанного на дифракционной оптике, визуального защитного элемента с наличием непосредственного общедоступного распознавания при широкоугольном обзоре, в противоположность традиционной голографии, даже при относительно плохом освещении.

Одна цель изобретения может достигаться согласно способу создания новой формы защитной дифракционной оптической микроструктуры, которая воспроизводит двумерное изображение, конкретно имитируя и/или изображая картинки, состоящие из многих геометрических объектов, таких как окружности, эллипсы, квадраты, треугольники, дополнительные буквы или цифры, или другие сложные графические мотивы (отличительные элементы) и их различные графические комбинации.

Соответственно настоящее изобретение может обеспечивать защитную дифракционную оптическую микроструктуру, причем создается структура, содержащая совокупность дифракционных зон. Отдельные дифракционные зоны заполняются конкретно параметризованными особыми оптическими элементами либо дифракционно образуемыми линзами, либо дифракционными аксиконами, либо их различными комбинациями. Организованные таким образом зоны, создающие полный образ, являются различимыми невооруженным глазом.

Обусловлено, что параметризованные особые оптические элементы являются дифракционными линзами с наличием параметризованных своих элементарных оптических параметров, таких как, например, фокус/фокусы, геометрическая форма (таким образом, контур), круговая, эллиптическая, или располагаемая в виде прямоугольного мотива или другая, с наличием другого обобщенно задаваемого контура. Порядок расположения и форма следующих друг за другом рельефов (штрихов), образующих таким образом линзу, могут искусственно изменяться, чтобы получать, в результате, (выдавать) весьма индивидуальные формы. Это даже может создавать плавный переход между различными особыми оптическими элементами. Другим параметризованным особым оптическим элементом, используемым при этом, является обычная аксиконная решетка. Аксиконные решетки имеют свой период, параметризованный с типовым шагом в 50 нм (нанометр), начиная со значений меньше длины волны. Другими параметрами являются пространственно модифицируемые базовые геометрические характеристики аксиконов, например, центры каждой группы, следующие конкретному заданному математическому предписанию. Наконец, аксиконы являются пространственно ограничиваемыми произвольной общей кривой. Все особые оптические элементы могут быть пространственно модулированы. Также может осуществляться комбинация с другими типовыми дифракционными элементами, такими как линейные, крестовидные и вращательные дифракционные решетки. Это предпочтительнее используется, чтобы различать контуры между соседними элементами. Особые элементы могут заполнять любую частичную составляющую мотива. При этом достигаются многочисленные комбинации.

Структура несет общий, простой, известный мотив, который является легким для различения (например, буква(ы) и/или цифра, или другой геометрический мотив), вмещенный («вшитый») в охватывающее обрамление. Мотив, а также обрамление могут содержать любую комбинацию параметризованных особых оптических элементов. При обзоре дифракционной структуры в целом, независимо от условий освещения, мотив виден как сопровождаемый спектром света в соответствии с параметрами каждого из особых оптических элементов. Различное оптическое/дифракционное поведение каждой зоны организовано таким образом, чтобы изображать требуемый мотив непосредственно.

Изобретение, только в качестве примера, описано дополнительно ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1-6 иллюстрируют разновидности 2D-изображения, образованного согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.7 иллюстрирует дополнительный пример устройства формирования изображения, реализующего настоящее изобретение.

Обращаясь сначала на Фиг.1, на ней иллюстрируется дифракционное защитное устройство 7, разделенное на несколько элементов на плоскости (далее плоскость задается в декартовых координатах x-y, как обычно). Это устройство состоит из граничного элемента 2 и его внутренней области 4 в виде его открытого варианта (представляющего самую основу). Область заполнена согласно обобщенным рельефам решеток, имеющим геометрические параметры, таким образом, точно определенные для дифракции света или связанных явлений волновой оптики. Дополнительно, устройство 7 может состоять из нескольких элементов подобного типа. Область 4, обозначенная посредством общей кривой 2, содержит другой элемент и/или элементы, определенные таким же образом в виде внутренней области 4 и граничного элемента 2. А именно области 3, 6, ограниченные посредством кривых 1, 5, и так далее. Формы этих кривых и, таким образом, границы полных областей, могут содержать произвольные формы, обычно задаваемые посредством простых или даже составных математически кривых, но не единственно (окружности, эллипсы, треугольники, звезды, простую контурную графику и многие другие). Каждый элемент, то есть области из конкретных элементов, создается посредством или дифракционной линзы (предпочтительно известной как зональная структура Френеля), или аксикона(ов), или элементарных дифракционных решеток, или недифракционных структур, или рассеивателей и любых взаимных разновидностей всех уже упомянутых дифракционных или квазидифракционных элементов и устройств. Все элементы считаются бинарными или концентрирующими (решетками). Все таковые дифракционные элементы могут иметь модифицированные произвольно или специально искаженные заданным способом любой из параметров, принципиально задающий макроскопическую форму (1), (2), (5) элементов, а также их микроскопические дифракционные характеристики, такие как радиусы, позиции начала координат, кривизна каждого конкретного рельефа/линии и их различные взаимные соотношения. Соотношения этих конкретных геометрических характеристик и параметров этих элементов основным образом задаются с помощью любых известных элементарных и специальных математических функций (непрерывных, дискретных), фракталов или даже произвольно выбранных форм (непрерывных, дискретных). При освещении белым падающим светом защитный элемент формирует, для невооруженного глаза, наблюдаемый эффект широкоугольный и независимый от уровня освещения, предоставляя возможность различения либо смешанных конкретных мотивов 1,5, либо обзора известных типовых дифракционных элементов и/или их различной модификации. Каждая область 4, 3, 6 и т.д. может, следовательно, при разложении белого света выдавать различный образ восприятия. Этот элемент может быть объединен с любым известным дифракционным и голографическим элементом, предусмотренным, в частности, в качестве защитной голограммы или связанного изделия.

На Фиг.2 показан простой пример области 4, заданной в виде произвольной кривой 4 и имеющей некоторую центральную точку P(x,y). Первый обобщенно задаваемый рельеф удовлетворяет условиям функции f₁ (x,y), и j-й рельеф аналогично удовлетворяет произвольной функции f_j(x,y) и т.д. до f_n(x,y). Однако нет необходимости, чтобы любая функция f_j(x,y) имела отношение к любой функции f_k(x,y), отличной от f_j(x,y). Пример А включает в себя f₁(x,y), задающую одновременно граничную линию этого элемента. Эта граничная линия может быть задана посредством другого набора функций f_i(x,y). Пример B показывает элемент, обозначенный посредством функции h(x,y), которая, в принципе, может быть абсолютно отличающейся и математически независимой от f_j(x,y).

На Фиг. 3, аналогично Фиг. 2, примеры А и B показывают произвольный характер формы соседних рельефов (в качестве примера содержащей также круговую и треугольную форму).

В варианте осуществления изобретения по Фиг.4 иллюстрируется кажущееся различие между позициями центров функции границы, то есть либо f_j(x,y) в случае А, или h(x,y) в случае B.

Кроме того, дополнительно на Фиг.5 показан вариант классической решетки, то есть постоянный период между соседними рельефами, которые, однако, имеют произвольную форму.

На Фиг. 6 показана структура, обозначенная посредством границы 2 и области (4), выполненные согласно структуре, подобной решетке, сформированной с помощью специально используемой синусоидальной функции, например, такой как C+Asin(ax+b), где C, A, a, b являются теоретически любыми действительными величинами.

В отношении примеров по Фиг. 7 структура несет общий, простой, хорошо известный мотив, простой для различения (например, букву(ы) и/или цифру, или другой геометрический мотив), вмещенный в обрамление. Мотив, а также обрамление могут быть любой комбинацией параметризованных особых оптических элементов. При близком обзоре дифракционной структуры, независимо от условий освещения, наблюдающий видит мотив, непосредственно сопровождаемый спектром света в соответствии с параметрами каждого из особых оптических элементов. Различное оптическое/дифракционное поведение каждой зоны организовано таким образом, чтобы изображать требуемый мотив непосредственно.

Следовательно, может быть оценено, что настоящее изобретение обеспечивает создание двумерного изображения, особо имитирующего простой геометрический мотив, из условия, чтобы создавался микрорельеф или иным образом модулированная структура дифракционного типа; при этом дифракционный микрорельеф может состоять из различных, в основном параметризованных особых оптических элементов: дифракционных линз и/или аксиконов.

Дополнительно, структура может обеспечивать весьма уникальный и характеристический визуальный объект восприятия изображенного мотива в соответствии с используемыми особыми оптическими элементами и примерами изобретения, проиллюстрированными на сопроводительных чертежах.