СТРУКТУРНАЯ СИСТЕМА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1999 года по МПК B42D15/00 

Изобретение относится к структурной системе, состоящей из нескольких областей поверхности, имеющих вызывающую оптическую дифракцию рельефную структуру, в частности, для визуально идентифицируемых оптических элементов защиты ценных документов, например, банкнот, кредитных карточек, удостоверений и других подлежащих защите предметов.

С помощью применения таких структурных систем наблюдателю может передаваться визуально воспринимаемая информация за счет дифракции и/или преломления падающего окружающего света. В простейшем случае такая структурная система может быть реализована прямолинейной волновой структурой, предусмотренной на поверхности участка несущего элемента, от которого отражается окружающий свет с дифракцией и/или преломлением. При этом под понятием волновой структуры необязательно понимать структуру с непрерывной в сечении участка поверхности, в частности, синусоидальной линией, это могут быть также прямоугольные, ступенчатые и клинообразные поверхностные структуры.

Дифракция падающего или проходящего через структурную систему света на рельефных структурах участков поверхности и, таким образом, исходящая от нее информация в виде оптического дифракционного изображения определяется числом волновых линий или линий решетки на единицу участка поверхности, так называемой пространственной частотой, а также ориентацией и формой поперечного сечения рельефной структуры, которая, в частности, определяется перепадом высот в рельефной структуре, а именно различием высоты как между отдельными возвышениями, так и между возвышениями и углублениями, или долинами, рельефной структуры. Рельефные структуры участков поверхности могут быть выполнены так, что определенная информация передается в определенном диапазоне углов рассматривания и может восприниматься наблюдателем, в то время как в другом диапазоне углов рассматривания может восприниматься другая информация.

В виде отраженного или проходящего через структуру света наблюдателю может передаваться визуально воспринимаемая информация, соответствующая рельефным структурам участков поверхности и зависящая, среди прочего, от угла освещения или угла рассматривания, в частности, информация о подлинности защищенного предмета.

Путем применения самих по себе известных элементов защиты с дифракционными оптическими структурными системами для упомянутых выше подлежащих защите предметов возможно сделать видимой, даже для нетренированного неспециалиста, информацию о подлинности защищенного предмета и одновременно сделать невозможной или достаточно затруднить подделку, например, в виде копирования с учетом известных способов подделки, в частности оптических способов копирования.

Известно, например, предусматривать участки поверхности с рельефной структурой, определяемой одним из вышеуказанных параметров: пространственной частотой, ориентацией и формой поперечного сечения рельефной структуры, различиями по высоте в рельефной структуре, с такими размерами, что они могут восприниматься невооруженным глазом еще по отдельности. За счет соответствующего построения и ориентации отдельных рельефных структур участков поверхности возможно передавать наблюдателю в зависимости от направления освещения в определенном диапазоне углов рассматривания определенную оптическую информацию, исходящую от одного участка поверхности, в то время как от другого участка поверхности в том же диапазоне углов рассматривания исходит другая визуально воспринимаемая информация. За счет поворота несущего структурную систему элемента вокруг лежащей в плоскости носителя оси или вокруг перпендикулярной к плоскости носителя оси изменяется информация, исходящая от участка поверхности, рассматриваемого первым, в частности, этот участок поверхности может выглядеть темным, в то время как другой участок поверхности, который сперва выглядел темным, передает оптическую информацию, например, в виде цветного впечатления. Таким образом, за счет соответствующего выполнения, по меньшей мере частично, периодической рельефной структуры возможно почти всю мощность излучения, падающего из одного направления освещения на область поверхности, преломить в дифракцию первого и минус первого порядка, так что исходящую из этого участка поверхности оптическую информацию можно воспринимать только внутри двух узко ограниченных диапазонов углов рассматривания: первого и минус первого порядка дифракции, в то время как в других направлениях рассматривания частичная область выглядит темной.

В структурных системах с воспринимаемыми невооруженным глазом раздельно участками поверхности наблюдателю в зависимости от угла освещения и угла рассматривания может передаваться изменяющаяся информация, однако эти передающие информацию участки поверхности воспринимаются раздельно друг от друга. Таким образом, наблюдатель видит микроскопически раздельные, растрообразно вспыхивающие и изменяющиеся участки поверхности. Это невыгодно тогда, когда одна зона поверхности структурной системы, включающая несколько участков поверхности, должна создавать впечатление гомогенного изображения, т.е. если эта зона поверхности в первом диапазоне углов рассматривания должна выглядеть в равномерном по всей площади участка цветовом тоне, и напротив, в другом диапазоне углов рассматривания должна по всей площади зоны производить впечатление гомогенного изображения.

Структурные системы с участками поверхности с определенной рельефной структурой каждая, которые невооруженным глазом воспринимаются по отдельности, могут иметь также тот недостаток, что величина их порядков дифракции, т.е. соответствующий одному порядку дифракции диапазон углов рассматривания, является очень малым, поэтому определенная информация может быть видима только внутри очень малого диапазона углов рассматривания. В некоторых отдельных случаях это может быть нежелательным.

В EP 0330738 B1 предложено сокращать величину участков поверхности, а именно так, чтобы наибольший размер не превышал 0.3 мм. EP 0375833 также содержит указание предусматривать для структурных систем растровых полей наибольший размер менее 0.3 мм и применять несколько частей поля с различной структурой решетки. С помощью таким образом выполненных структурных систем большая зона поверхности в зависимости от угла рассматривания может передавать различную визуально воспринимаемую информацию очень гомогенно; однако для этого необходимо внутри самых малых участков поверхности предусмотреть различные рельефные структуры.

В основе данного изобретения лежит задача создать структурную систему вышеупомянутого вида, которая отвечает названным требованиям без необходимости предусматривать внутри участка поверхности размером менее 0.3 мм различные друг от друга рельефные структуры.

Эта задача решается в структурной системе названного вначале вида согласно изобретению тем, что предусмотрены участки поверхности, которые имеют, по меньшей мере два частичных участка с идентичной и сдвинутой по отношению друг к другу на часть периода решетки рельефной структурой. Рельефные структуры совпадают по названным вначале параметрам: пространственной частоте, поперечному сечению и ориентации рельефной структуры, различиям по высоте в рельефной структуре. Сдвиг рельефных структур может быть достигнут за счет смещения рельефных структур в плоскости участка поверхности или частичных участков. Возможно также, что рельефные структуры рельефных участков сдвинуты по отношению друг к другу перпендикулярно к плоскости рассматриваемого участка поверхности, т. е. поверхности частичных участков предусмотрены на различной "высоте". За счет того, что рельефная структура одного частичного участка сдвинута по отношению к идентичной структуре другого частичного участка, воспринимаемая наблюдателем яркость участка поверхности модулирована в соответствии с отношением сдвига δx к периоду решетки g. Если рассматривать один участок поверхности с двумя частичными участками одинаковой величины, минимальный размер которых уже не различается невооруженным глазом по отдельности, то яркость рассматриваемого участка поверхности создают оба частичных участка. В глазу наблюдателя происходит сложение излучаемых частичными участками волновых полей, которые математически могут быть описаны как образование суммы квадратов преломляемых в частичных участках амплитуд с относительной величиной 1 или Exp (i φ ), при этом фаза φ определяется как 2πδx/g. Таким образом, интенсивность равна:
I = (1+Exp(iφ))•(1+Exp(-iφ)) = 2+2cosφ.
Таким образом, за счет относительного сдвига или смещения рельефных структур одного частичного участка по отношению к рельефной структуре другого частичного участка можно регулировать яркость участка поверхности. Возможно также изменять яркость внутри выделяемого невооруженным глазом участка поверхности с помощью одной рельефной структуры, характеризуемой указанными вначале параметрами, а именно за счет разделения этого участка поверхности на два частичных участка с той же самой, но сдвинутой по отношению друг к другу рельефной структурой. В известных рельефных структурных системах это было возможно только за счет того, что внутри участка поверхности были предусмотрены различные рельефные структуры, которые для создания впечатления гомогенного изображения имели наибольший размер менее, например, 0.3 мм.

Оказалось особенно предпочтительным предусматривать внутри участка поверхности групп частичных участков с идентичными рельефными структурами с одинаковым фазовым положением. Понятие "фазовое положение" можно проще всего пояснить на примере линейно вытянутой рельефной структуры. Такие рельефные структуры имеют в вышеуказанном смысле одинаковое фазовое положение, если линейно проходящие возвышения находятся друг с другом на одной линии. Они имеют различное фазовое положение, если возвышения хотя и параллельны, но сдвинуты на часть периода решетки.

В предпочтительном варианте выполнения структурной системы принадлежащие к одной группе частичные участки расположены попеременно с принадлежащими к другой группе частичными участками. За счет сдвига рельефной структуры частичных участков одной группы по отношению к идентичной рельефной структуре частичных участков другой группы расщепляются порядки дифракции (не сдвинутой) рельефной структуры. Таким образом, рельефная структура действует как накладывающийся на (не сдвинутую) рельефную структуру разделитель излучения. Это означает, что в диапазоне углов рассматривания, соответствующим первому или минус первому порядку дифракции (не сдвинутой) рельефной структуры не воспринимается вообще или воспринимается лишь незначительная интенсивность. За счет изменения фазы между 0 и π можно изменять воспринимаемую относительную интенсивность между первоначальным диапазоном углов рассматривания и вызванными сдвигом фазы диапазонами углов рассматривания. Участки поверхности и частичные участки выполняются, предпочтительно, в виде полос, при этом участки поверхности имеют наибольший размер, предпочтительно, более 0.3 мм и частичные участки - наименьший размер менее 0.3 мм. Это позволяет внутри различаемого невооруженным глазом участка поверхности предусмотреть, по меньшей мере, в направлении наименьшего размера уже не различимые частичные участки. В особенно предпочтительных структурных системах частичные участки имеют наименьший размер менее 0.1 мм.

В качестве дальнейшего развития изобретения предлагается образовывать частичные участки с различными размерами. Это дает возможность регулировать яркость участка поверхности не только аз счет фазового сдвига, т.е. сдвигом внутри рельефной структуры, но также и за счет величины частичных участков. Так например, продолговатый полосообразный частичный участок вдоль своего продольного направления может иметь различную ширину. В структурной системе с фазовым сдвигом π, т.е. при сдвиге рельефной структуры соответствующих частичных участков на половину периода решетки, можно за счет соотношения частей поверхности частичных участков с одинаковой фазой изменять интенсивность рассматриваемого участка поверхности между 0 и 1.

Разумеется, что выполнение структурной системы согласно изобретению не ограничивается линейными рельефными структурами, но и различные изогнутые рельефные структуры могут располагаться описанным способом. Возможно также и может быть предпочтительным с точки зрения требуемой яркости изображения, если изогнутые решетчатые структуры выполнены полигонально, т.е. представлены прямыми, примыкающими друг к другу линиями решетки. В этом случае падающий свет преломляется только в дискретное число направлений, в которых однако воспринимается интенсивность больше, чем при линиях решетки с постоянным изгибом.

Далее оказалось предпочтительным, чтобы линии решетки сдвинутых по отношению друг к другу рельефных структур соседних частичных участков плавно переходили друг в друга.

Дальнейшие признаки, детали и преимущества изобретения вытекают из прилагаемого чертежа и последующего описания некоторых преимущественных примеров выполнения структурных систем согласно изобретению. На чертеже показывают:
фиг. 1 - элемент защиты ценного документа, который складывается из нескольких, обозначенных схематично участков поверхности;
фиг. 2 - участок поверхности структурной системы согласно изобретению;
фиг. 3 - участок поверхности структурной системы согласно изобретению, состоящий из двух групп частичных участков;
фиг. 4 - участок поверхности структурной системы согласно изобретению с частичными участками с варьируемыми размерами;
фиг. 5 - участок поверхности структурной системы согласно изобретению, состоящий из групп частичных участков с очень небольшими наименьшими размерами;
фиг. 6 - разрез участка поверхности структурной системы согласно изобретению с рельефной структурой, сдвинутой вертикально к поверхности участка поверхности.

Фиг. 1 показывает носитель ценного документа 2 с элементом защиты 4. Элемент защиты включает структурную систему, в которой записана визуально воспринимаемая информация в виде изображения 6. Элемент защиты 4 или структурная система включает в себя множество схематично указанных участков поверхности 8, имеющих не изображенную на фиг. 1 рельефную структуру.

Фиг.2 показывает участок поверхности 10 структурной системы, выполненной согласно изобретению. Участок поверхности 10 имеет наибольший различимый невооруженным глазом размер более 0.3 мм и состоит из двух частичных участков 12, 14 с идентичной рельефной структурой 16 или 18. Рельефные структуры 16, 18 имеют одинаковую пространственную частоту и совпадают по форме поперечного сечения и ориентации линий решетки. Рельефная структура 16, 18 изображена на фиг. 2 вертикальными линиями 20, 22, которые должны представлять собой линии решетки, т.е. возвышения рельефной структуры, при этом расстояние между линиями решетки изображено не в масштабе. Рельефная структура 16 частичного участка 12 сдвинута по отношению к рельефной структуре 18 частичного участка 14 на часть периода решетки g. Если рельефная структура 16, 18 представляет собой, например, симметричную решетку, то падающий перпендикулярно на рельефную структуру свет при определенной форме поперечного сечения решетки преломляется наполовину налево или наполовину направо, и может восприниматься в первом и в минус первом порядке дифракции (при некоторых обстоятельствах в более высоких порядках дифракции). За счет вышеописанного сдвига рельефной структуры 16 частичного участка 12 по отношению к рельефной структуре 18 частичного участка 14 на половину периода решетки g можно достичь расщепления порядков дифракции. Структурная система действует, таким образом, как делитель излучения. Падающий перпендикулярно на структурную систему свет не может восприниматься в первом или в минус первом порядке дифракции диапазона углов рассматривания, соответствующего несдвинутой решетке. Первый и минус первый порядок дифракции со своей стороны расщепляются, а именно перпендикулярно к первоначальному направлению дисперсии. В результате при сдвиге фазы на π ( δ x = g/2) из первого и минус первого порядка дифракции образуются четыре диапазона углов рассматривания, в которых можно воспринимать исходящую от участка поверхности 10 информацию.

Показанный на фиг. 3 участок поверхности 24 состоит из двух групп частичных участков 26 или 28 с идентичными рельефными структурами 30, 32 одинакового фазового положения внутри группы. Рельефные структуры 30, 32 частичных участков 26, 28 сдвинуты по отношению друг к другу, как описано в связи с фиг. 2.

Чем больше число расположенных на фиг. 3 чередующихся в вертикальном направлении частичных участков 26, 28, т.е. чем больше участок поверхности 24, тем ограниченнее становятся диапазоны углов рассматривания, в которых можно воспринимать исходящую от участка поверхности 24 информацию. Чем меньше ширина полосообразных частичных участков 26, 28 или чем больше частичных участков указанного вида расположено попеременно на участке поверхности 24, тем больше расщепление порядков дифракции.

Фиг. 4 показывает участок поверхности 34 другого примера выполнения структурной системы согласно изобретению. Эта область поверхности 34 включает частичные участки 36, 38 с идентичной и сдвинутой по отношению друг к другу рельефной структурой 40 и 42. Частичные участки 36 и 38 имеют различные размеры и различную ширину вдоль их продольного размещения. Если рельефная структура 40 сдвинута по отношению к рельефной структуре 42 на половину периода решетки g, т.е. рельефные структуры имеют фазовый сдвиг π, то можно относительную яркость различаемого невооруженным глазом участка поверхности 34 варьировать за счет величины площади, занимаемой частичными участками 36, 38. Зона участка поверхности 34, в котором частичные участки 36, 38 занимают одинаковую часть площади, выглядит поэтому темнее, в то время как другая зона участка поверхности 34, в котором величина частичного участка 36 превосходит величину площади частичного участка 38 (на фиг. 4 слева) выглядит светлым.

Участок поверхности 34 содержит далее частичные участки 44, 46 с идентичной рельефной структурой 48 или 50. Рельефные структуры 48 или 50 содержат при этом линии решетки для достижения соответствующих оптических эффектов, которые в случае необходимости могут быть аппроксимированы или заменены соответственно проходящими полигонально линиями. Рельефная структура 48 смещена по фазе описанным выше способом по отношению к рельефной структуре 50.

Фиг. 5 показывает участок поверхности 52 с двумя группами частичных участков 54 и 56. Частичные участки 54, 56 имеют размер в продольном направлении более 0.3 мм и в поперечном направлении 0.05 мм. С помощью такой структурной системы можно достичь большего расщепления порядков дифракции.

Фиг. 6 показывает, наконец, вид в разрезе структурной системы или участка поверхности 58 на несущем элементе 60. Участок поверхности 58 содержит частичные участки 62, 64 с идентичной, однако смещенной на часть периода решетки в направлении, в основном, перпендикулярном плоскости носителя рельефной структурой. Рельефная структура обозначена только условно, а сдвиг по высоте показан сильно преувеличенным.

Изобретение относится к структурной системе, состоящей из нескольких участков поверхности, имеющих вызывающую оптическую дифракцию рельефную структуру, в частности для визуально идентифицируемых оптических элементов защиты ценных документов, например банкнот, кредитных карточек, удостоверений и других подлежащих защите предметов. Структурная система выполнена с участками поверхности, имеющими по меньшей мере два частичных участка с идентичными и смещенными в различных частичных областях по отношению друг к другу на часть периода решетки рельефными структурами. Участки поверхности выполнены с наибольшим размером более 0,3 мм с рельефной структурой, согласующейся в отношении пространственной частоты, формы поперечного сечения или ориентации, а также перепадов высоты, при этом частичные участки имеют наименьший размер менее 0,3 мм. Изобретение позволяет модулировать яркость участка поверхности, не прибегая к применению отличных друг от друга рельефных структур. 7 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Структурная система, состоящая из нескольких участков поверхности, имеющих вызывающую дифракцию оптическую рельефную структуру, в частности для визуально идентифицируемых оптических элементов защиты ценных документов, например банкнот, кредитных карточек, удостоверений, или чековых документов, или других подлежащих защите документов, отличающаяся тем, что содержит участки поверхности (8, 10, 24, 34, 52) с наибольшим размером более 0,3 мм с рельефной структурой, согласующейся в отношении пространственной частоты, формы поперечного сечения или ориентации, а также перепадов высоты, которые разделены по меньшей мере на два частичных участка (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56) с идентичными на всех частичных участках (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56), однако в различных частичных областях (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56) сдвинутыми (сдвинутыми по фазе) по отношению друг к другу на часть периода решетки рельефными структурами (16, 18, 30, 32, 40, 42, 48, 50), при этом частичные участки (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56) имеют наименьший размер менее 0,3 мм. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что внутри одного участка поверхности (24, 34, 52) предусмотрено несколько групп частичных участков (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56), при этом рельефные структуры (30, 32, 40, 42, 48, 50) одной группы частичных участков (26, 28, 36, 38, 44, 46, 54, 56) имеют одинаковое фазовое положение. 3. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что частичные участки (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56) выполнены полосообразно. 4. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что частичные участки (12, 14; 26, 28; 36, 38; 48, 50; 54, 56) выполнены с наименьшим размером менее 0,1 мм. 5. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что частичные участки (36, 38) выполнены с различными размерами. 6. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что полосообразные частичные участки (36, 38) выполнены с изменяющейся вдоль их протяженности шириной. 7. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что рельефная структура (16) одного частичного участка (12) сдвинута по отношению к рельефной структуре (18) другого частичного участка (14) на половину периода решетки. 8. Система по одному или нескольким предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что линии решетки сдвинутых по отношению друг к другу рельефных структур соседних частичных участков выполнены переходящими друг в друга.