ТОНКИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК B42D25/324 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области техники отражающих или преломляющих оптических защитных элементов, способных проецировать каустические узоры при приемлемом освещении, и способа изготовления таких оптических защитных элементов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует необходимость в защитных признаках на объектах, которые могут быть аутентифицированы так называемым «человеком на улице» с использованием общедоступных средств. Эти средства включают использование пяти чувств - в основном, зрение и осязание - плюс использование широко распространенных инструментов, таких как, например, мобильный телефон.

Некоторыми распространенными примерами защитных признаков являются экспертные волокна, нити или фольга (встроенные в подложку, например, в бумагу), водяные знаки, элементы глубокой печати или микропечати (возможно, печати на подложке оптически изменяющимися красками), которые можно обнаружить на банкнотах, кредитных картах, удостоверениях личности, билетах, сертификатах, документах, паспортах и т.д. Эти защитные признаки могут включать оптически изменяющиеся краски, невидимые краски или люминесцентные краски (флуоресцирующие или фосфоресцирующие при приемлемом освещении конкретным источником света возбуждения), голограммы и/или признаки, определяемые на ощупь. Основным аспектом защитного признака является то, что он обладает некоторым физическим свойством (оптическим эффектом, магнитным эффектом, структурой материала или химическим составом), которое очень трудно подделать, поэтому объект, маркированный таким защитным признаком, можно надежным образом признавать подлинным, если указанное свойство можно увидеть или обнаружить (визуально или с помощью конкретного устройства).

Однако, когда объект является прозрачным или частично прозрачным, данные признаки могут не быть подходящими. Фактически, прозрачные объекты зачастую требуют, чтобы защитный элемент, имеющий требуемые защитные свойства, не изменял свою прозрачность или внешний вид ни по эстетическим, ни по функциональным причинам. Известные примеры могут включать блистеры и флаконы для фармацевтических продуктов. Например, в последнее время в дизайн полимерных и гибридных банкнот включают прозрачное окно, создавая тем самым потребность в защитных признаках, которые совместимы с ним.

Большинство существующих защитных признаков защитных элементов для документов, банкнот, защищенных билетов, паспортов и т.д. не были специально разработаны для прозрачных объектов/областей и, как таковые, не подходят для такого применения. Другие признаки, например, полученные с помощью невидимых и флуоресцентных красок, требуют специальных инструментов для возбуждения и/или инструментов для обнаружения, которые могут быть недоступны «человеку на улице».

Известны полупрозрачные оптически изменяющиеся признаки (например, жидкокристаллические покрытия или скрытые изображения от поверхностных структур), которые могут обеспечивать такую функциональность. К сожалению, маркировку, включающую такие защитные признаки, как правило, можно увидеть на темном/однородном фоне, чтобы эффект был более заметным.

Другими известными признаками являются дифракционные оптические элементы, такие как неметаллизированные поверхностные голограммы. Недостатком этих признаков является то, что они показывают очень низкий контрастный визуальный эффект при непосредственном просмотре. Кроме того, при использовании в сочетании с источником монохроматического света для проецирования узора им, как правило, требуется лазер для получения удовлетворительного результата. Кроме того, для обеспечения четко видимого оптического эффекта требуется довольно точное относительное пространственное расположение источника света, дифракционного оптического элемента и глаз пользователя.

Например, гравированные лазером микротекст и/или микрокоды были использованы для, например, стеклянных флаконов. Тем не менее, они требуют дорогих инструментов для их реализации и специального увеличительного инструмента для их обнаружения.

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание оптического защитного элемента для прозрачных или частично прозрачных объектов (или подложек), который имеет защитные признаки, которые могут быть легко аутентифицированы визуально человеком, без использования дополнительных средств (т.е. невооруженным глазом) или с использованием общеизвестных и легкодоступных средств (например, простого увеличительного стекла). Еще одной целью настоящего изобретения является создание оптического защитного элемента, который легко изготавливать в больших количествах или который совместим с процессами серийного производства. Кроме того, освещение оптического защитного элемента также должно быть возможно с помощью легкодоступных средств (например, источника света, такого как светодиод мобильного телефона или солнце), и условия для хорошего визуального наблюдения пользователем не должны требовать слишком строгого относительного пространственного расположения источника света, оптического защитного элемента и глаз пользователя.

Кроме того, большинство объектов, перечисленных выше, имеют уменьшенный размер по меньшей мере в одном измерении (например, банкнота может иметь толщину менее 100 мкм). Следовательно, еще одной целью настоящего изобретения является создание тонкого оптического защитного элемента, который совместим с объектами уменьшенных размеров (например, толщиной менее 300 мкм).

Еще одной целью настоящего изобретения является создание эффективного способа изготовления очень тонкого оптического защитного элемента, способного обеспечивать при освещении визуальный эффект в соответствии с выбранным целевым визуальным эффектом. Кроме того, этот способ должен быть совместим с серийным производством такого тонкого оптического защитного элемента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к оптическому защитному элементу, содержащему отражающую перенаправляющую свет поверхность или преломляющую прозрачную или частично прозрачную перенаправляющую свет поверхность, рельефный узор которой способен перенаправлять падающий свет от источника света и формировать проецируемое изображение на проекционной поверхности, так что проецируемое изображение содержит каустический узор, воспроизводящий эталонный образ, который легко распознается человеком без использования дополнительных средств (т.е. невооруженным глазом) или с использованием общеизвестных и легкодоступных средств, так что объект, маркированный данным оптическим защитным элементом, можно считываемым образом аутентифицировать визуально человеком. Уменьшенная толщина рельефного узора оптического защитного элемента делает его особенно подходящим для маркировки объектов уменьшенных размеров, таких как, например, банкноты или защищаемые документы (например, удостоверения личности, паспорта, карты и т.д.). Согласно настоящему изобретению очень тонкий оптический защитный элемент, рельефный узор которого имеет механически обработанный профиль с неровными краями и малую глубину δ_f, получают путем управления процессом механической обработки с воспроизведением вычисленного рельефного профиля, имеющего разрывы. Действительно, многочисленные тесты подтвердили, что вычисленный рельефный профиль с разрывами совместим с проекцией изображения, имеющего вышеупомянутый распознаваемый каустический узор. Прозрачный аспект преломляющего оптического защитного элемента делает его особенно подходящим для маркировки по меньшей мере частично прозрачных подложек (например, стеклянных или пластиковых бутылок, крышек от бутылок, часовых стекол, ювелирных изделий, драгоценных камней и т.д.). Предпочтительно, преломляющий оптический защитный элемент является прозрачным (или частично прозрачным) для видимого света (т.е. для длин волн света от приблизительно 380 нм до приблизительно 740 нм).

Ввиду большой трудности определения эталонных образов, которые могут быть оптимально воспроизведены проецируемым каустическим узором на проекционной поверхности, чтобы быть визуально распознаваемыми человеком, в частности, когда рельефный узор оптического защитного элемента должен быть очень тонким (т.е. как правило, с глубиной рельефа δ_f менее 250 мкм), а также ввиду трудности вычисления соответствующего очень тонкого рельефного узора, подлежащего механической обработке на поверхности образца оптического материала для формирования подходящей перенаправляющей свет поверхности, другой аспект настоящего изобретения относится к способу эффективного изготовления рельефного узора перенаправляющей свет поверхности оптического защитного элемента путем:

- исходя из того, что исходный непрерывный (или кусочно-непрерывный) профиль модельной перенаправляющей свет поверхности имеет рельефной узор глубиной δ_i, превышающей δ_f, т.е. с ограничением по глубине, с которым гораздо легче справиться, с целью как оптимального воспроизведения целевого эталонного образа, так и определения соответствующего непрерывного профиля рельефного узора, но который обеспечил бы слишком толстый оптический защитный элемент ввиду целевой δ_f;

- преобразования указанного исходного профиля в рельефный профиль, имеющий разрывы, путем конкретного сжатия на плоскость исходного непрерывного (или кусочно-непрерывного) профиля при его утончении и сохранении его способности создавать механически обработанный рельефный узор, способный проецировать каустический узор на проекционной поверхности, который соответствует целевому эталонному образу и является визуально распознаваемым человеком.

Этот способ особенно эффективен для изготовления очень тонких рельефных узоров, оптимальных для визуальной аутентификации маркированных объектов (т.е. глубиной, которая не превышает или равна 250 мкм или даже не превышает или равна 30 мкм), и позволяет значительно ускорить операции процесса изготовления оптического защитного элемента, обеспечивая при этом большую гибкость в выборе целевого эталонного образа.

Таким образом, согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к оптическому защитному элементу, содержащему отражающую перенаправляющую свет поверхность или преломляющую прозрачную или частично прозрачную перенаправляющую свет поверхность, рельефный узор глубиной δ_f которой способен перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор на проекционной поверхности, при этом указанный каустический узор воспроизводит эталонный образ и является визуально распознаваемым, причем профиль рельефного узора имеет неровные края, сформированные путем механической обработки поверхности образца оптического материала в соответствии с вычисленным рельефным профилем, имеющим разрывы, при этом указанные механически обработанные неровные края соответствуют разрывам.

Предпочтительно, вычисленный профиль рельефного узора получают путем:

i) разрезания профиля исходного (возможно непрерывного) рельефного узора модельной перенаправляющей свет поверхности на меньшие смежные участки профиля, при этом указанный профиль исходного рельефного узора имеет глубину δ_i, превышающую δ_f, и способен воспроизводить путем моделирования оптического пути указанный каустический узор на проекционной поверхности при освещении точечным источником, при этом разрезание создает границу раздела между любыми двумя смежными участками профиля, которая проходит параллельно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности, и

ii) сжатия вдоль оптической оси каждого участка профиля, содержащегося между двумя смежными границами раздела, тем самым формируя вычисленный рельефный профиль, имеющий разрыв вдоль каждой границы раздела.

Согласно настоящему изобретению операцию сжатия участка профиля исходного рельефного узора, высоту которого измеряют относительно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности, и который проходит поверх основной плоскости, перпендикулярной указанной оптической оси, осуществляют путем перемещения участка профиля параллельно оптической оси и по направлению к основной плоскости на значение расстояния, соответствующее минимальной высоте, на которой его границы раздела пересекаются с указанным участком профиля, тем самым получая вычисленный рельефный профиль, имеющий рельефный узор уменьшенной глубины, не превышающей δ_i.

Таким образом, путем механической обработки можно получать более тонкий рельефный узор и можно формировать более тонкий оптический защитный элемент, который сохраняет способность проецировать каустический узор (на проекционной поверхности), воспроизводящий эталонный образ и визуально распознаваемый человеком, согласно исходному толстому рельефному узору.

С целью обеспечения очень тонких оптических защитных элементов значение глубины δ_f рельефного узора может не превышать или быть равно 250 мкм или даже не превышать или равно 30 мкм. Более того, оптический защитный элемент может дополнительно иметь свой рельефный узор, расположенный поверх плоской основной подложки, при этом вся толщина оптического защитного элемента не превышает или равна 100 мкм.

Предпочтительно, с целью обеспечения еще более легких операций аутентификации путем визуального распознавания эталонного образа из проецируемого каустического узора оптический защитный элемент может дополнительно иметь свой рельефный узор, способный перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, на расстоянии d_s от перенаправляющей свет поверхности и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности, на расстоянии d_i от перенаправляющей свет поверхности, при этом значение d_i не превышает или равно 30 см, а значение соотношения d_s/d_i превышает или равно 5. Более того, проекционная поверхность является предпочтительно плоской.

Оптический защитный элемент согласно настоящему изобретению может быть использован для маркировки многих различных типов объектов и, в частности, может маркировать объект, выбранный из группы, включающей: потребительские продукты, акцизные марки, удостоверения личности, паспорта, кредитные карты и банкноты.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу изготовления отражающей перенаправляющей свет поверхности или преломляющей прозрачной или частично прозрачной перенаправляющей свет поверхности, рельефный узор глубиной δ_f оптического защитного элемента которой способен перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности, при этом указанный каустический узор воспроизводит эталонный образ и является визуально распознаваемым, при этом способ включает этапы:

a) вычисления рельефного профиля, имеющего разрывы; и

b) механической обработки поверхности образца оптического материала согласно рельефному профилю, имеющему разрывы, вычисленному на этапе a), тем самым получая механически обработанный профиль рельефного узора с неровными краями, соответствующими разрывам рельефного профиля, вычисленного на этапе a).

Предпочтительно, на этапе a) способа изготовления перенаправляющей свет поверхности согласно настоящему изобретению вычисление профиля рельефного узора, имеющего разрывы, осуществляют посредством следующих дополнительных этапов:

- разрезания профиля исходного рельефного узора модельной перенаправляющей свет поверхности на меньшие смежные участки профиля, при этом указанный профиль исходного рельефного узора имеет глубину δ_i, превышающую δ_f, и способен воспроизводить путем моделирования оптического пути указанный каустический узор на проекционной поверхности при освещении точечным источником, при этом разрезание создает границу раздела между любыми двумя смежными участками профиля, которая проходит параллельно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности; и

- сжатия вдоль оптической оси каждого участка профиля, содержащегося между двумя смежными границами раздела, тем самым формируя вычисленный рельефный профиль, имеющий разрыв вдоль каждой границы раздела.

Более предпочтительно, в вышеупомянутом способе изготовления перенаправляющей свет поверхности согласно настоящему изобретению:

- на этапе a) дополнительный этап сжатия участка профиля исходного рельефного узора, высоту которого измеряют относительно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности, и который проходит поверх основной плоскости, перпендикулярной указанной оптической оси, осуществляют путем перемещения участка профиля параллельно оптической оси и по направлению к основной плоскости на значение расстояния, соответствующее минимальной высоте, на которой его границы раздела пересекаются с указанным участком профиля, тем самым получая вычисленный рельефный профиль, имеющий рельефный узор уменьшенной глубины, не превышающей δ_i; и

- на этапе b) механически обрабатывают поверхность образца оптического материала согласно вычисленному профилю рельефного узора уменьшенной глубины, не превышающей δ_i,

тем самым получая перенаправляющую свет поверхность оптического защитного элемента с рельефным узором уменьшенной глубины δ_f, не превышающей δ_i.

На этапе b) способа механическая обработка поверхности образца оптического материала может включать любую одну из ультраточной механической обработки (UPM), лазерной абляции и литографии.

Механически обработанная перенаправляющая свет поверхность согласно способу может представлять собой оригинальную перенаправляющую свет поверхность, подлежащую использованию для создания копии перенаправляющей свет поверхности путем технологии формования (или копий для серийного производства оптических защитных элементов), и может быть копирована на подложку (например, для формирования маркировки, наносимой на объект). Копирование механически обработанной перенаправляющей свет поверхности может включать любое из литья под воздействием УФ-излучения и тиснения (например, в процессе производства «с рулона на рулон» или «с фольги на фольгу»).

Далее настоящее изобретение будет описано более полно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые цифры представляют одинаковые элементы на разных фигурах и на которых проиллюстрированы основные аспекты и признаки настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация оптической конфигурации преломляющего оптического элемента для проецирования каустического узора согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2(A) проиллюстрирован вид в поперечном сечении профиля двухмерного исходного рельефного узора.

На фиг. 2(B) проиллюстрирован вид в поперечном сечении вычисленного двухмерного профиля рельефного узора, имеющего разрывы и полученного из исходного рельефного узора, изображенного на фиг. 2(A), согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 проиллюстрирован пример эталонного образа (при этом образ представляет собой число «100» на темном фоне).

На фиг. 4A представлен вид тонкого прозрачного преломляющего оптического защитного элемента, выполненного на подложке из фольги (передний план), вместе с соответствующим проецируемым каустическим узором (задний фон).

На фиг. 4B представлено фотографическое изображение каустического узора, проецируемого оптическим защитным элементом, показанным на переднем плане фиг. 4A.

На фиг. 5A представлен вид в перспективе рельефного узора с контурами, соответствующими разрывам вычисленного рельефного профиля для эталонного образа, изображенного на фиг. 3.

На фиг. 5B представлен вид проецируемого каустического узора, соответствующего рельефному узору, изображенному на фиг. 5A.

На фиг. 6A представлен вид в перспективе рельефного узора с контурами, соответствующими разрезам, сформированным разрезанием исходного рельефного узора с помощью эллиптических цилиндров.

На фиг. 6B представлен вид проецируемого каустического узора, соответствующего рельефному узору, изображенному на фиг. 6A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В оптике термин «каустика» относится к огибающей световых лучей, отраженных или преломленных одной или более поверхностями, по меньшей мере одна из которых изогнута, а также к проекции таких световых лучей на другую поверхность. Более конкретно, каустика представляет собой кривую или поверхность, касающуюся каждого светового луча, определяющую границу огибающей лучей как кривую концентрированного света. Например, световой узор, образованный солнечными лучами на дне бассейна, представляет собой каустическое «изображение» или узор, сформированный единственной преломляющей перенаправляющей свет поверхностью (волнистой поверхностью раздела воздух-вода), в свою очередь, свет, проходящий через изогнутую поверхность жидкого стекла, создает остроконечный узор на столе, на котором лежит жидкое стекло, при его пересечении двух или более поверхностей (например, воздух-стекло, стекло-вода, воздух-вода и т.д), которые перенаправляют его путь.

Далее в качестве примера будет использована наиболее распространенная конфигурация, в которой (преломляющий) оптический (защитный) элемент связан одной изогнутой поверхностью и одной плоской поверхностью, без ограничения более общих случаев. В данном документе ссылку будут делать на более общий термин «каустический узор» (или «каустическое изображение») в качестве светового узора, сформированного на экране (проекционной поверхности), когда оптическая поверхность подходящей формы (т.е. имеющая соответствующий рельефный узор) перенаправляет свет от источника, чтобы отвести его от некоторых областей экрана и сконцентрировать его на других областях экрана в предварительно определенном световом узоре (т.е., таким образом, формируя указанный «каустический узор»). Перенаправление относится к изменению пути световых лучей от источника при наличии оптического элемента по отношению к пути от источника к экрану в отсутствие оптического элемента. В свою очередь, под изогнутой оптической поверхностью будет подразумеваться «рельефный узор», а под оптическим элементом, связанным этой поверхностью, будет подразумеваться оптический защитный элемент. Следует отметить, что каустический узор может быть результатом перенаправления света более чем одной изогнутой поверхностью и более чем одним объектом, хотя, возможно, ценой повышенной сложности. Кроме того, рельефный узор для создания каустического узора не следует путать с дифракционным узором (как, например, в защитных голограммах).

Согласно настоящему изобретению обнаруживали, что эта концепция может, например, применяться к обычным объектам, таким как потребительские товары, удостоверения личности/кредитные карты, банкноты и так далее. Для этого требуется резкое сокращение размера оптического защитного элемента и, в частности, доведение глубины рельефа ниже допустимых значений. Однако, обнаруживали, что, хотя рельеф сильно ограничен по глубине, все же можно было достичь приближения выбранного (цифрового) изображения (представляющего эталонный образ) на проекционной поверхности достаточного качества, чтобы обеспечить визуальное распознавание выбранного изображения из визуально наблюдаемого каустического узора на проекционной поверхности (или экране). Такое распознавание эталонного образа непосредственно из простого видимого каустического узора на экране, проецируемого из оптического защитного элемента, изготовление и механическая обработка которого являются довольно сложными (и, таким образом, делают очень трудной подделку), представляет собой ценную проверку безопасности, обеспечивающую возможность надежной аутентификации объекта, маркированного данным оптическим защитным элементом.

В этом описании под термином «рельеф» следует понимать существование разности высот (измеряемой вдоль оптической оси оптического защитного элемента) между самой высокой точкой и самой низкой точкой поверхности, по аналогии с разностью абсолютной высоты между дном долины и вершиной горы (т.е. в масштабе «от вершины до долины»). Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения максимальная глубина рельефного узора оптического защитного элемента составляет ≤ 250 мкм или более предпочтительно ≤ 30 мкм, при этом она превышает предел, наложенный ультраточной механической обработкой (UPM) и процессом воспроизведения, т.е. приблизительно 0,2 мкм. Согласно этому описанию под разностью высот между самой высокой и самой низкой точкой в рельефном узоре на перенаправляющей свет поверхности подразумевается глубина рельефа δ.

В этом описании используются несколько терминов, которые определены далее ниже.

Под каустическим узором (изображением), формирующим приближение цифрового изображения, следует понимать световой узор, проецируемый оптическим защитным элементом, при освещении подходящим (предпочтительно, но необязательно точечным) источником. Как упомянуто выше, оптический (защитный) элемент следует понимать как пластину из преломляющего материала, ответственного за создание каустического изображения.

Перенаправляющая(-ие) свет поверхность(-и) представляет(представляют) собой поверхность (или поверхности) оптического защитного элемента, ответственного за перенаправление входящего света от источника на экран или (предварительно плоскую) проекционную поверхность, где формируется каустический узор.

Подложка из оптического материала, используемая для изготовления оптического (защитного) элемента, является подложкой из исходного материала, поверхность которой специально механически обработана так, чтобы иметь рельефный узор и, таким образом, формировать перенаправляющую свет поверхность. В случае отражающей перенаправляющей свет поверхности подложка из оптического материала необязательно является однородной или прозрачной. Например, материал может быть непрозрачным для видимого света (отражательную способность затем получают путем классической металлизации механически обработанной поверхности). В случае преломляющей перенаправляющей свет поверхности подложка из исходного материала является прозрачной (или частично прозрачной) и однородной с показателем преломления n (для фотонов спектра, видимого человеческому глазу), и под соответствующей перенаправляющей свет поверхностью подразумевается «преломляющая прозрачная или частично прозрачная перенаправляющая свет поверхность с показателем преломления n».

Оригинал согласно этому описанию является первой физической реализацией перенаправляющей свет поверхности из вычисленного профиля (в частности, из вычисленного рельефного узора). Он может быть скопирован в несколько копий (штампов), которые затем используются для серийного копирования.

Точечный источник, используемый в этом описании, является источником света, угловой размер которого (с точки зрения оптического защитного элемента) достаточно мал, чтобы можно было считать, что свет исходит из одной точки на расстоянии d_s от перенаправляющей свет поверхности. Опыт показывает, что это означает, что количество: (диаметра источника) x d_i/d_s, является меньше желаемого разрешения (например, 0,05-0,1 мм) целевого каустического узора на проецируемом изображении на проекционной поверхности на расстоянии d_i от перенаправляющей свет поверхности (см фиг. 1). Под экраном следует понимать поверхность, на которую проецируется каустический узор. Под расстоянием между источником и перенаправляющей свет поверхностью также подразумевается расстояние источника d_s, и под расстоянием между перенаправляющей свет поверхностью и экраном подразумевается расстояние изображения d_i.

Термин «штамп» (или штамп для копирования, когда необходимо устранить неоднозначность) в основном используется для обозначения физического объекта, несущего профиль перенаправляющей свет поверхности, которая используется для серийного копирования. Это может быть, например, создание копии оригинальной поверхности (исходный рельеф, воспроизводимый путем тиснения или впрыскивания из оригинала, несущего соответствующий перевернутый рельеф). Для инструмента, используемого для механической обработки рельефного узора перенаправляющей свет поверхности, используется термин «инструмент для механической обработки» для устранения неоднозначности.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрен оптический защитный элемент (1), имеющий отражающие или преломляющие поверхности, предназначенные для перенаправления света от точечного источника S и проецирования его на подходящий экран (3), который может быть любой (в основном плоской) поверхностью или (плоской частью) любого объекта и т.д., где формируется значимое изображение, как показано на фиг. 1. Специальная конструкция перенаправляющей свет поверхности может позволить проецировать (распознаваемый) каустический узор на изогнутой поверхности. Изображение может представлять собой, например, логотип, картинку, номер или любую другую информацию, которая может иметь отношение к конкретному контексту. Предпочтительно, экран представляет собой плоскую проекционную поверхность.

Конфигурация на фиг. 1 показывает, что свет от источника S перенаправляется оптической поверхностью подходящей формы, имеющей рельефный узор (2). Эта общая идея известна, например, из отражающих поверхностей для автомобильных фар, отражателей и линз для светодиодного освещения, оптических систем в лазерной оптике, проекторов и камер: однако, как правило, цель состоит в том, чтобы преобразовать неоднородное распределение света в однородное распределение. Напротив, целью настоящего изобретения является получение неоднородного светового узора, т. е. каустического узора, который (приблизительно) воспроизводит некоторые области относительной яркости эталонного образа (как представлено на (цифровом) эталонном изображении): если освещенный рельефный узор (2) оптического элемента позволяет образовывать каустический узор (4) на экране (3), воспроизводя с достаточным качеством (возможно, отличающимся общим коэффициентом масштабирования интенсивности) известный эталонный образ (5), то человек при визуальном наблюдении каустического узора на экране легко увидит, является ли оно действительным воспроизведением эталонного образа, и, если каустический узор достаточно похож на эталонный образ, считается, что объект, маркированный оптическим защитным элементом, является (скорее всего) подлинным.

Согласно варианту осуществления, изображенному на фиг. 1, световые лучи (6) от источника S света, который представляет собой точечный источник согласно данному примеру, распространяются на (преломляющий) оптический защитный элемент (1) на расстоянии источника d_s с перенаправляющей свет поверхностью, имеющей рельефный узор (2). Оптический защитный элемент в данном случае выполнен из прозрачного или частично прозрачного однородного материала с показателем преломления n. Так называемый каустический узор (4) проецируется на экране (3) на расстоянии изображения d_i от перенаправляющей свет поверхности оптического защитного элемента (1). Подлинность оптического защитного элемента (и, следовательно, объекта, маркированного данным защитным элементом) может быть оценена непосредственно путем визуальной проверки степени сходства между проецируемым каустическим узором и эталонным образом.

Предпочтительно, рельефный узор (2) сначала вычисляют исходя из конкретного целевого цифрового изображения эталонного образа. Способы таких вычислений описаны, например, в европейских заявках на патент EP 2711745 A2 и EP 2963464 A1. Из этого вычисленного рельефного узора можно создать соответствующий физический рельефный узор на поверхности подходящей подложки из оптического материала (например, прозрачного или частично прозрачного материала с показателем преломления n или отражающей поверхности из непрозрачного материала), с использованием ультраточной механической обработки (UPM). В случае механической обработки рельефа на поверхности подложки из непрозрачного оптического материала для формирования отражающей поверхности, хорошая отражательная способность будет получена посредством дополнительной традиционной операции нанесения тонкого слоя металла (металлизации) на рельеф. В UPM используют инструменты для механической обработки алмазов и нанотехнологии для достижения очень высокой точности, чтобы допуски могли достигать «субмикронного» уровня или даже «наномасштабного» уровня. В отличие от этого, «высокая точность» в традиционной механической обработке означает допуски в микронах в однозначных числах. Другими потенциально подходящими технологиями для создания физического рельефного узора на поверхности являются лазерная абляция и литография в оттенках серого. Как известно в области микропроизводства, каждая из этих технологий имеет свои сильные и слабые стороны с точки зрения стоимости, точности, скорости, разрешения и т.д. Как правило, вычисленный рельефный узор для создания каустического узора имеет гладкий профиль (т.е. без разрывов) с обычной глубиной по меньшей мере 2 мм для общего размера 10 см × 10 см.

Подходящая подложка из оптического материала для преломляющего перенаправляющего свет оптического элемента должна быть оптически прозрачной, прозрачной или по меньшей мере частично прозрачной и механически устойчивой. Для цели настоящего изобретения, т.е. обеспечения тонкого оптического защитного элемента, способного создавать визуально распознаваемый каустический узор, прозрачный или частично прозрачный материал фактически соответствует материалу с низкой мутностью (H) и высоким коэффициентом пропускания (T), так что диффузия света не ухудшает формирование визуально распознаваемого каустического узора. Как правило, коэффициент пропускания T ≥ 50% является предпочтительным, а T ≥ 90% является наиболее предпочтительным. Кроме того, можно использовать низкую мутность H ≤ 10%, но H ≤ 3% является предпочтительным, а H ≤ 1% является наиболее предпочтительным. Подходящая подложка из оптического материала также должна вести себя правильно во время процесса механической обработки, чтобы обеспечить гладкую и бездефектную поверхность. Примером подходящей подложки является оптически прозрачная пластина из PMMA (также известна под коммерческими названиями Plexiglas, Lucite, Perspex и т.д.). Для отражающих каустических перенаправляющих свет оптических элементов подходящая подложка из оптического материала должна быть механически устойчивой, и должна быть возможность придать ей зеркальную поверхность. Примером подходящей подложки является металл, такой как те, которые используются для изготовления оригиналов нарезных дифракционных решеток и лазерных зеркал, или неотражающая подложка, которая может быть дополнительно металлизирована.

Для крупномасштабного производства требуются дальнейшие этапы создания штампа и серийного копирования оптического защитного элемента на целевом объекте. Подходящим процессом для создания штампа из оригинала является, например, гальванопластика. Подходящими процессами для серийного копирования являются, например, горячее тиснение полимерной пленки или литье фотополимера под воздействием УФ-излучения. Обращаем внимание, что в целях серийного копирования ни оригинал, ни полученный из него штамп не должны быть оптически прозрачными, поэтому также можно использовать непрозрачные материалы (в частности, металлы), даже когда конечный продукт является преломляющим оптическим элементом. Тем не менее, в некоторых случаях может быть преимущественно, чтобы оригинал был прозрачным, поскольку он позволяет проверять качество каустического изображения, прежде чем приступить к тиснению и серийному копированию.

Критическим аспектом использования оптических элементов (с перенаправляющей свет поверхностью, имеющей рельефный узор) в качестве защитных признаков является их физический масштаб, который должен быть совместим с целевым объектом, и оптическая конфигурация, необходимая для проецирования каустического изображения.

Как правило, для этого вида использования максимальный боковой размер ограничен общим размером объекта и обычно может варьироваться от нескольких см до менее 1 см в менее благоприятных случаях. Для определенных применений, таких как, например, для банкнот, целевая общая толщина может быть чрезвычайно малой (порядка 100 мкм или менее). Кроме того, допустимые изменения толщины (рельеф) являются еще меньшими по ряду причин, включая механические ограничения (слабые места, связанные с более тонкими областями) и эксплуатационные соображения (например, при укладке банкнот в стопку, стопка будет выпуклой ввиду более толстой части бумажки, что усложняет обработку и хранение). Как правило, для банкноты общей толщиной приблизительно 100 мкм целевая толщина для рельефного узора оптического защитного элемента, который должен быть включен в эту банкноту, может составлять приблизительно 30 мкм. Для кредитной карты или удостоверения личности толщиной приблизительно 1 мм целевая толщина для рельефного узора оптического защитного элемента, который должен быть включен в эту кредитную карту/удостоверение личности, может составлять менее чем приблизительно 400 мкм и предпочтительно не более чем приблизительно 250 мкм.

Кроме того, расстояние между источником и изображением, как правило, ограничено удобством пользователя до нескольких десятков сантиметров. Заметными исключениями являются солнце или узконаправленный источник света, установленный на потолке, которые, однако, менее доступны при определенных обстоятельствах. Кроме того, соотношение d_s/d_i между двумя расстояниями, как правило, превышает 5-10, чтобы получить более четкое изображение (и с хорошей контрастностью), которое легче распознать. Кроме того, соотношение d_s/d_i ≥ 5 вместе с источником S света, который предпочтительно является точечным (например, осветительный светодиод обычного мобильного телефона), что позволяет считать, что источник света фактически приблизительно «бесконечно удален» и, таким образом, проекционная поверхность на только приблизительно фокусном расстоянии от оптического защитного элемента будет подходящей для четкого просмотра проецируемого каустического узора. Как следствие, условия хорошего визуального наблюдения пользователем не требуют слишком строгого относительного пространственного расположения источника света, оптического защитного элемента и глаз пользователя.

В общем, толщина и рельеф являются одними из наиболее важных параметров. Учитывая произвольное целевое изображение (эталонный образ) и конфигурацию оптической геометрии (т.е. геометрические условия освещения/наблюдения проецируемого каустического узора), нет гарантии, что вычисленная оптическая поверхность будет иметь рельефный узор ниже заданного предела. На самом деле, в общем случае, скорее всего, произойдет обратное: это особенно верно для жестких ограничений, наложенных на оптические защитные элементы, описанные выше. Учитывая, что численные моделирования для оптимизации оптических поверхностей являются дорогостоящими с точки зрения времени и ресурсов, чрезмерная методика проб и ошибок не является целесообразным вариантом, и крайне желательно гарантировать возможность получения полезного результата с первой попытки - или по меньшей мере с только небольшим количеством попыток. Также крайне желательно не ограничиваться в выборе целевого изображения, поскольку не все целевые изображения совместимы с гладкими рельефными узорами малой глубины.

Таким образом, ввиду большой трудности непосредственного вычисления рельефного узора очень малой глубины для управления механической обработкой соответствующего рельефного узора глубиной δ_f на поверхности образца оптического материала, чтобы получить перенаправляющую свет поверхность тонкого оптического защитного элемента (например, с рельефным узором глубиной менее 250 мкм), при дополнительном жестком ограничении, заключающемся в том, что полученный в результате оптический защитный элемент должен быть способен, при надлежащем освещении источником света (предпочтительно точечным источником) на определенном расстоянии d_s от перенаправляющей свет поверхности, перенаправлять падающий свет и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности (на определенном расстоянии d_i от перенаправляющей свет поверхности), при этом данный каустический узор воспроизводит указанный эталонный образ с достаточной точностью, чтобы быть визуально распознаваемым человеком, невооруженным глазом или, самое большее, общеизвестными и легкодоступными средствами (например, с помощью увеличительного стекла), предусмотрен новый способ вычисления такого рельефного узора.

Согласно настоящему изобретению наблюдали, что возможно использовать вычисленный профиль рельефного узора, имеющий разрывы, для управления (контроля) механической обработкой поверхности образца оптического материала для воспроизведения соответствующего рельефного узора и, таким образом, получения перенаправляющей свет поверхности, способной перенаправлять падающий свет и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности, при этом данный каустический узор воспроизводит указанный эталонный образ с достаточной точностью, чтобы быть визуально распознаваемым человеком. Многочисленные тесты подтвердили, что введенные разрывы на самом деле не сильно влияют на способность формирования распознаваемого каустического узора: из-за разрывов могут появиться только легкие тени, которые не влияют на остальную часть проецируемого каустического узора. Более того, тесты подтвердили, что рельефный профиль с разрывами дает гораздо больше свободы в выборе целевого эталонного образа. Результатом процесса механической обработки (например, UPM) является механически обработанный рельефный профиль с неровными краями, соответствующими разрывам вычисленного профиля, так как из-за ограниченной точности инструмента для механической обработки полученный профиль не может строго воспроизводить разрывы, которые являются, таким образом, несколько «сглаженными». Такой вид вычисленного профиля рельефного узора имеет большое преимущество, которое заключается в возможности формирования оптического защитного элемента уменьшенной толщины с помощью метода, известного со времен Френеля, для изготовления тонких линз (т.е. «линз Френеля») из исходного (толстого) профиля плоской выпуклой линзы, при этом приблизительно сохраняя оптические свойства, связанные с исходным профилем (т.е. таким образом, что коллимированный луч сходится к одной и той же фокусной точке). Согласно методу Френеля в профиле линзы формируются разрывы, которые являются строго круглыми концентрическими разрывами относительно оптической оси линзы, и оптический центр линзы, в результате чего образуются несколько круглых концентрических зон профиля, а затем участки профиля над зонами сжимаются вдоль концентрических разрывов, чтобы сформировать «эквивалентный профиль линзы», имеющий одинаковые оптические характеристики, т.е. одинаковую оптическую ось, одинаковый оптический центр, одинаковое фокусное расстояние и доставку (приблизительно) одинаковой однородности светового пучка, но уменьшенной толщины.

В отличие от классического метода Френеля, в котором пытаются поддерживать однородность светового пучка, доказали, что способ согласно настоящему изобретению позволяет поддерживать световые неоднородности, создавая каустические узоры. Кроме того, согласно настоящему изобретению большинство ограничений в методе Френеля не являются строгими: в частности, не учитывается оптический центр, и зоны, сформированные в профиле, не обязательно являются концентрическими (или даже круглыми) относительно оптической оси, таким образом, позволяя свободно разделять профиль рельефного узора на смежные области и механически обрабатывать соответствующие области на поверхности образца оптического материала, чтобы получить перенаправляющие свет поверхности. Такая степень свободы значительно упрощает адаптацию профиля рельефного узора для воспроизведения указанного эталонного образа, при этом позволяя его уменьшить толщину. В частности, этот подход адаптирован для модификации первоначально вычисленного (обычно непрерывного, т.е. гладкого) рельефного профиля глубиной δ_i, имеющего слишком большую толщину для создания оптического защитного элемента очень малой целевой глубины δ_f, но который тем не менее отвечает всем требованиям для получения перенаправляющей свет поверхности оптического элемента, способной формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, воспроизводящий заданный эталонный образ (визуально распознаваемый) на проекционной поверхности. Такой исходный рельефный профиль для механической обработки перенаправляющей свет поверхности показан на фиг. 2(А).

Согласно настоящему изобретению, как проиллюстрировано на фиг. 2(A), поперечное сечение (двухмерного) профиля (8) исходного рельефного узора, проходящего над основной плоскостью, представлено в системе координат (X, Y) с осью высоты Y (ордината), соответствующей оптической оси соответствующей перенаправляющей свет поверхности, и абсциссой X в основной плоскости. Поперечное сечение соответствует (одномерной) кривой (8), показывающей максимальную глубину δ_i исходного рельефного узора. Осуществляют разрезание профиля исходного рельефного узора: в данном случае разрезание соответствует плоскостям, перпендикулярным оптической оси Y, которые пересекают рельефный узор на заданных высотах h₁, h₂, h₃ и h₄ (возрастающих значений вдоль оси Y, и предпочтительно одинаково разнесенных), вдоль линий которых соответствующие линии в профиле (8) поперечного сечения определяют некоторые точки пересечения P₁, P’₁, P₂, P₂’, P₂’’, P₂’’’, P₃, P₃’, P₄ и P₄’. Точки P₀ и P₀’ соответствуют пересечениям с основной плоскостью. Возможны и другие срезы (в зависимости от выбора относительно расположения полученных в результате линий пересечения на профиле исходного рельефного узора), например, полученные путем пересечений цилиндрических поверхностей (т.е. топологически эквивалентные прямым круговым цилиндрам), имеющих ось вдоль Y, с профилем исходного рельефного узора.

Каждая плоскость среза определяет зоны, входящие в профиль (8) и между последующими плоскостями среза: в данном случае,

- зона на основной плоскости, т.е. на плоскости среза на высоте h₀ = 0, с точками пересечения P₀ и P₀’, которая имеет две части, соответствующие двум участкам кривой профиля (8), между основной плоскостью и (следующей) первой плоскостью среза (на высоте h₁), с точками пересечения P₁ и P₁’, т.е. первая часть соответствует первому участку кривой профиля (8) между точками P₀ и P₁, а вторая часть соответствует второму участку между точками P₀’ и P₁’;

- зона на первой плоскости среза, с точками пересечения P₁ и P₁’ на высоте h₁, которая имеет три части, соответствующие трем участкам кривой профиля (8), между первой плоскостью среза и (следующей) второй плоскостью среза (на высоте h₂), с точками пересечения P₂, P₂’, P₂’’ и P₂’’’, т.е. первая часть соответствует первому участку кривой профиля (8) между точками P₁ и P₂, вторая часть соответствует второму участку кривой профиля (8) между точками P₂’ и P₂’’, а третья часть соответствует третьему участку кривой профиля (8) между точками P₁’ и P₂’’’;

- зона на второй плоскости среза, с точками пересечения P₂, P₂’, P₂’’ и P₂’’’ на высоте h₂, которая имеет три части, соответствующие трем участкам кривой профиля (8), между второй плоскостью среза и (следующей) третьей плоскостью среза (на высоте h₃), с точками пересечения P₃ и P₃’, т.е. первая часть соответствует первому участку кривой профиля (8) между точками P₂ и P₂’, вторая часть соответствует второму участку кривой профиля (8) между точками P₂’’ и P₃, а третья часть соответствует третьему участку кривой профиля (8) между точками P₂’’’ и P₃’;

- зона на третьей плоскости среза, с точками пересечения P₃ и P₃’ на высоте h₃, которая имеет две части, соответствующие двум участкам кривой профиля (8), между третьей плоскостью среза и (следующей) четвертой плоскостью среза (на высоте h₄), с точками пересечения P₄ и P₄’, т.е. первая часть соответствует первому участку кривой профиля (8) между точками P₃ и P₄, а вторая часть соответствует второму участку между точками P₃’ и P₄’; и

- зона на четвертой плоскости среза, с точками пересечения P₄ и P₄’ на высоте h₄, которая имеет только одну часть, соответствующую только одному участку кривой профиля (8), над четвертой плоскостью среза, т.е. часть, соответствующую участку кривой профиля (8) между точками P₄ и P₄’.

Количество плоскостей среза и их различные высоты выбираются с учетом целевого уменьшения глубины δ_i профиля. Например, коэффициент уменьшения, такой как 10, может быть легко получен ввиду использования высокоточной механической обработки.

В случае разрезания, полученного в результате пересечений профиля рельефного узора с цилиндрическими поверхностями, каждая линия, соответствующая линии пересечения, явно не имеет постоянного значения высоты, и, таким образом, соответствующее значение высоты, которое используется для перемещения в основную плоскость, является самим низким вдоль линии.

Затем «сжатие» на основной плоскости реализуют путем перемещения (как единое целое и параллельно оптической оси Y) каждого участка кривой профиля (8), содержащегося над соответствующей частью зоны на плоскости среза на высоте h_i (i = 0,…,4), в направлении основной плоскости на расстояние значения h_i. Результатом является «сжатый» (или уменьшенный) профиль (9) рельефного узора уменьшенной глубины δ, как показано на фиг. 2(B), где:

- участки кривой профиля (8) между точками P₀ и P₁, соответственно, P₀’ и P₁’, над плоскостью среза на высоте h₀ = 0, перемещают на значение расстояния 0 для получения участков уменьшенного профиля (9), содержащегося между точками M₀ и M₁, соответственно, M₀’ и M₁’, с разрывами профиля на M₁ и M₁’, и с соответствующими линиями разрывов на основной плоскости на соответствующих точках N₁ и N₁’;

- участки кривой профиля (8) между точками P₁ и P₂, соответственно, P₂’ и P₂’’, P₁’ и P₂’’’, над плоскостью среза на высоте h₁, перемещают на значение расстояния h₁ для получения участков уменьшенного профиля (9), содержащегося между точками N₁ и M₂, соответственно, M₂’ и M₂’’, N₁’ и M₂’’’, с разрывами профиля на M₂, M₂’, M₂’’ и M₂’’’, и с соответствующими линиями на основной плоскости на соответствующих точках N₂, N₂’, N₂’’ и N₂’’’;

- участки кривой профиля (8) между точками P₂ и P₂’, соответственно, P₂’’ и P₃, P₂’’’ и P₃’, над плоскостью среза на высоте h₂, перемещают на значение расстояния h₂ для получения участков уменьшенного профиля (9), содержащегося между точками N₂ и N₂’, соответственно, N₂’’ и M₃, N₂’’’ и M₃’, с разрывами профиля на M₃ и M₃’, и с соответствующими линиями на основной плоскости на соответствующих точках N₃ и N₃’;

- участки кривой профиля (8) между точками P₃ и P₄, соответственно, P₃’ и P₄’, над плоскостью среза на высоте h₃, перемещают на значение расстояния h₃ для получения участков уменьшенного профиля (9), содержащегося между точками N₃ и M₄, соответственно, N₃’ и M₄’, с разрывами профиля на M₄ и M₄’, и с соответствующими линиями разрывов на основной плоскости на соответствующих точках N₄ и N₄’; и

- участок кривой профиля (8) между точками P₄ и P₄’ над плоскостью среза на высоте h₄ перемещают на значение расстояния h₄ для получения участка уменьшенного профиля (9), содержащегося между точками N₄ и N₄’.

Существуют ограничения, касающиеся количества плоскостей срезов, и их высоты в вышеупомянутом способе вычисления рельефного профиля относятся к соответствующим размерам различных участков профиля, содержащихся между точками M₀ и N₁, N₁ и N₂, N₂ и N₂’, N₂’ и N₂’’, N₂’’ и N₃, N₃ и N₄, N₄ и N₄’, N₄’ и N₃’, N₃’ и N₂’’’, N₂’’’ и N₁’, N₁’ и M₀ на основной плоскости: эти размеры должны быть выше предела дифракции (для видимого света), чтобы проецируемый каустический узор по-прежнему являлся визуально распознаваемым (т.е. не был испорчен, например, хроматическими аберрациями). Еще одно ограничение касается потерь при получении наброска на уровне разрывов из-за потери входящего света, вызванной падением на соответствующие грани получения наброска механически обработанного рельефного профиля.

В результате операции «разрезания и сжатия» вычисленный рельефный профиль (9) с разрывами имеет уменьшенную глубину δ рельефного узора, намного меньшую, чем δ_i, и, таким образом, соответственно механически обработанный рельефный узор также будет иметь уменьшенную глубину δ_f и покажет неровные края, соответствующие разрывам вычисленного рельефного профиля (9).

Таким образом, согласно настоящему изобретению значительно упрощаются операции изготовления рельефного узора очень малой глубины δ_f для формирования перенаправляющей свет поверхности на подложке из оптического материала, чтобы обеспечить оптический защитный элемент, способный удовлетворять вышеупомянутому критерию визуального распознавания (относительно заданного эталонного образа), поскольку возможно начинать процесс с толстым профилем исходного рельефного узора глубиной δi » δ_f, т.е. не соответствующим строгому требованию к толщине оптического защитного элемента, но иным образом способным создавать (посредством механической обработки поверхности оптического материала) визуально распознаваемую проекцию каустического узора и формировать соответствующий прерывистый профиль рельефного узора уменьшенной глубины и способным обеспечивать тонкий оптический защитный элемент (с заданной целевой глубиной), без необходимости осуществления некоторых тестов для верификации того, что механическая обработка оптического материала обеспечит подходящий оптический защитный элемент, и во избежание необходимости модифицировать (или даже отклонить) потенциальный эталонный образ так, чтобы соответственно вычисленный профиль рельефного узора действительно был совместим с визуально распознаваемой проекцией соответствующего каустического узора.

На фиг. 3 представлен пример эталонного образа, представляющего собой число 100 на темном фоне.

На фиг. 4А показано фотографическое изображение исполнения очень тонкого оптического защитного элемента согласно настоящему изобретению (т.е. прозрачной части самого переднего объекта на изображении), имеющего преломляющую перенаправляющую свет поверхность с рельефным узором глубиной δ = 30 мкм, который был отлит под воздействием УФ-излучения на прозрачном преломляющем материале из фольги согласно настоящему изобретению. Общая глубина оптического защитного элемента составляет 100 мкм, а площадь А составляет 1 см². Преломляющий материал из фольги имеет показатель преломления n приблизительно 1,5 и выполнен из сложного полиэфира. Показатель преломления смолы, используемой для формирования рельефного узора, также составляет приблизительно 1,5. Также показан (на заднем плане) проецируемый каустический узор (т.е. число 100) на экране (см. также фиг. 4B), с линиями тени, соответствующими неровным краям механически обработанного рельефного узора. Эталонный образ является таким же, как и образ, изображенный на фиг. 3.

На фиг. 4В представлено фотографическое изображение, на котором показаны детали каустического узора, проецируемого оптическим защитным элементом, изображенным на фиг. 4А. В данном случае точечный источник света представляет собой светодиод на расстоянии d_s = 30 см от перенаправляющей свет поверхности, а плоский экран, на который проецируется каустический узор, находится на расстоянии d_i = 40 мм. Каустический узор аккуратно воспроизводит образ числа 100 эталонного образа, изображенного на фиг. 3.

На фиг. 5А показан вид в перспективе рельефного узора с контурами, соответствующими выровненным срезам, выдерживая высоту 30 мкм, т.е. соответствующими разрывам вычисленного рельефного профиля для эталонного образа, изображенного на фиг. 3 (т.е. число 100).

На фиг. 5B представлен вид проецируемого каустического узора, соответствующего рельефному узору, изображенному на фиг. 5A: линии тени, соответствующие выровненным срезам, отчетливо видны вокруг числа 100.

На фиг. 6А представлен вид в перспективе рельефного узора с контурами, соответствующими разрезам, образованным разрезанием исходного рельефного узора эллиптическими цилиндрами, выдерживая высоту приблизительно 30 мкм, т.е. соответствующими разрывам рельефного профиля для эталонного образа, изображенного на фиг. 3 (т.е. число 100).

На фиг. 6B представлен вид проецируемого каустического узора, соответствующего рельефному узору, изображенному на фиг. 6А, и показаны линии тени, соответствующие эллиптическим срезам.

Вышеуказанный предмет изобретения следует считать иллюстративным, а не ограничивающим, и он служит для лучшего понимания настоящего изобретения, определяемого независимыми пунктами формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к тонкому оптическому защитному элементу, содержащему отражающую или преломляющую перенаправляющую свет поверхность, рельефный узор которой способен перенаправлять падающий свет от источника света и формировать проецируемое изображение на проекционной поверхности, при этом проецируемое изображение содержит каустический узор, который воспроизводит эталонный образ, который является легко визуально распознаваемым человеком. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления рельефного узора перенаправляющей свет поверхности тонкого оптического защитного элемента. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптический защитный элемент, содержащий отражающую перенаправляющую свет поверхность или преломляющую прозрачную или частично прозрачную перенаправляющую свет поверхность, рельефный узор глубиной δ_f, которой способен перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности, при этом указанный каустический узор воспроизводит эталонный образ и является визуально распознаваемым,

отличающийся тем, что:

профиль рельефного узора имеет неровные края, сформированные механической обработкой поверхности образца оптического материала согласно вычисленному профилю рельефного узора, имеющему разрывы, при этом указанные механически обработанные неровные края соответствуют разрывам,

при этом вычисленный профиль рельефного узора, имеющий разрывы, получен путем разрезания профиля исходного рельефного узора модельной перенаправляющей свет поверхности на меньшие смежные участки профиля, при этом указанный профиль исходного рельефного узора имеет глубину δ_i, превышающую δ_f, и способен воспроизводить путем моделирования оптического пути указанный каустический узор на проекционной поверхности при освещении точечным источником, при этом разрезание создает границу раздела между любыми двумя смежными участками профиля, которая проходит параллельно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности, и путем сжатия вдоль оптической оси каждого участка профиля, содержащегося между двумя смежными границами раздела, тем самым формируя вычисленный рельефный профиль, имеющий разрыв вдоль каждой границы раздела.

2. Оптический защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что операция сжатия участка профиля исходного рельефного узора, высота которого измерена относительно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности, и который проходит поверх основной плоскости, перпендикулярной указанной оптической оси, получена путем перемещения параллельно оптической оси и по направлению к основной плоскости участка профиля на значение расстояния, соответствующее минимальной высоте, на которой его границы раздела пересекаются с указанным участком профиля, тем самым получая вычисленный рельефный профиль, имеющий рельефный узор уменьшенной глубины, не превышающей δ_i.

3. Оптический защитный элемент по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что профиль рельефного узора имеет малую глубину δ_f, которая не превышает или равна 30 мкм.

4. Оптический защитный элемент по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что профиль рельефного узора имеет малую глубину δ_f, которая не превышает или равна 250 мкм.

5. Оптический защитный элемент по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что отражающая перенаправляющая свет поверхность или преломляющая прозрачная или частично прозрачная перенаправляющая свет поверхность расположена поверх плоской основной подложки, общая толщина оптического защитного элемента не превышает или равна 100 мкм.

6. Оптический защитный элемент по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что его рельефный узор способен перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, на расстоянии d_s от перенаправляющей свет поверхности и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности на расстоянии d_i от перенаправляющей свет поверхности, при этом значение d_i не превышает или равно 30 см, а значение соотношения d_s/d_i превышает или равно 5.

7. Оптический защитный элемент по любому из пп. 1-6 для маркировки объекта, выбранного из группы, включающей: потребительские продукты, акцизные марки, удостоверения личности, паспорта, кредитные карты и банкноты.

8. Способ изготовления отражающей перенаправляющей свет поверхности или преломляющей прозрачной или частично прозрачной перенаправляющей свет поверхности, рельефный узор глубиной δ_f оптического защитного элемента которой способен перенаправлять падающий свет, принятый от точечного источника, и формировать проецируемое изображение, содержащее каустический узор, на проекционной поверхности, при этом указанный каустический узор воспроизводит эталонный образ и является визуально распознаваемым,

отличающийся тем, что способ включает этапы:

a) вычисления профиля рельефного узора, имеющего разрывы; и

b) механической обработки поверхности образца оптического материала согласно профилю рельефного узора, имеющему разрывы, вычисленному на этапе a), тем самым получая механически обработанный профиль рельефного узора с неровными краями, соответствующими разрывам профиля рельефного узора, вычисленного на этапе a),

при этом на этапе a) вычисление профиля рельефного узора, имеющего разрывы, осуществляют посредством следующих дополнительных этапов:

разрезания профиля исходного рельефного узора модельной перенаправляющей свет поверхности на меньшие смежные участки профиля, при этом указанный профиль исходного рельефного узора имеет глубину δ_i, превышающую δ_f, и способен воспроизводить путем моделирования оптического пути указанный каустический узор на проекционной поверхности при освещении точечным источником, при этом разрезание создает границу раздела между любыми двумя смежными участками профиля, которая проходит параллельно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности; и

сжатия вдоль оптической оси каждого участка профиля, содержащегося между двумя смежными границами раздела, тем самым формируя вычисленный рельефный профиль, имеющий разрыв вдоль каждой границы раздела.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что:

на этапе a) дополнительный этап сжатия участка профиля исходного рельефного узора, высоту которого измеряют относительно оптической оси указанной модельной перенаправляющей свет поверхности и который проходит поверх основной плоскости, перпендикулярной указанной оптической оси, осуществляют путем перемещения участка профиля параллельно оптической оси и по направлению к основной плоскости на значение расстояния, соответствующее минимальной высоте, на которой его границы раздела пересекаются с указанным участком профиля, тем самым получая вычисленный рельефный профиль, имеющий рельефный узор уменьшенной глубины, не превышающей δ_i; и

на этапе b) поверхность образца оптического материала обрабатывают механическим образом согласно вычисленному профилю рельефного узора уменьшенной глубины менее δ_i,

тем самым получая перенаправляющую свет поверхность оптического защитного элемента с рельефным узором уменьшенной глубины δ_f, не превышающей δ_i.

10. Способ по любому из пп. 8 и 9, отличающийся тем, что механическая обработка поверхности образца оптического материала включает любую из ультраточной механической обработки, лазерной абляции и литографии.

11. Способ по любому из пп. 8-10, отличающийся тем, что способ дополнительно включает то, что механически обработанная перенаправляющая свет поверхность является оригинальной перенаправляющей свет поверхностью, используемой для создания копии перенаправляющей свет поверхности.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что способ дополнительно включает копирование механически обработанной перенаправляющей свет поверхности на подложку.

13. Способ по любому из пп. 11 и 12, отличающийся тем, что копирование включает одно из литья под воздействием УФ-излучения и тиснения.