具有光学衍射效应的结构制造技术

一种包括含有一个或多个具有光学衍射效应的结构的表面区域的结构，特别是用于有价证件，例如钞票，信用卡，存折或支票单据，或者其它需要安全保护的物品的视觉可识别的光学安全元件，其特征在于为了在给定的观察方向在结构的一个或多个表面区域（８，３０）中产生给定的光学信息内容，在所述表面区域上提供具有除光深结构参数外其余都相同的结构（１６，１８，２０；３６，３８）的子区（１０，１２，１４，３２，３４），并且结构（１６，２０；３６）的光深在子区（１０，１４；３２）的范围内恒定，但是不同于另一子区（１２；３４）的结构（１８；３８）的光深。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括含有一个或多个具有光学衍射效应的结构的表面区域的结构，特别是用于有价证件，例如钞票、信用卡、存折或支票单据，或者其它需要安全保护的物品的视觉可识别的光学安全元件。当采用这种结构时，视觉可感觉的信息通过入射环境光的衍射和/或折射传递给检察者。同样，采用适当的设备，机器也可以检测出这种类型的光学信息。最简单的情况下这种类型的结构由一特别的直线波形凸纹结构提供，该凸纹结构位于载体的表面区域的表面上，并且在该结构处入射环境光被反射，同时产生衍射和/或折射。在这方面术语波或凸纹结构并不限于具有对表面区域的横截面来说连续的表面外形，特别是正弦波形的结构，也可包括矩形，阶式的或楔形的表面结构。这些表面结构可以是周期性或非周期性形状。同样可以想到的是，具有光学衍射效应的结构并不仅仅由凸纹结构形成，结构形式中折射率的变化也可提供具有光学衍射效应的结构。入射光或通过结构的光在表面区域的结构处产生的衍射，及从该处以光学衍射影像的形式发出的信息由光栅或结构参数确定。在凸纹结构的情况下，结构参数指的是表面区域单位长度上波或光栅线的数目，所谓的空间频率，以及凸纹结构的取向和横截面的形状。横截面的形状由凸纹结构中高度方面的差别决定，更具体地说是由在凸纹结构各个凸起部分相对彼此之间的高度差别以及凸纹结构凸起部分和凹处或凹陷处之间的高度差别两方面来确定。在结构不是由凸纹结构形成而是由以结构化的方式安排的折射率的变化来形成的情况下，根据前述内容确定结构参数。此外还要考虑的是光学有效层或多层光学有效层的折射率。借助于结构的适当形状和布局，可以得到一结构。该结构以这样一种方式影响入射光的相关系，使得给定的光学信息内容可在一给定的观察角度范围内发出，从而由观察者发觉，而在另一观察角度范围内发出另一信息内容。依靠于结构的相位关系的变化，等于折射率和结构内部或结构上的几何波长的乘积。在波在位置x1(例如结构上的凸起部分)及在位置x2(例如结构上的凹陷处)衍射或反射的情况下，光相位差(0PD)为OPD(x1，x2)＝∫n(x1，z)dz-∫n(x2，z)dz.从该关系中可得出，不论反射凸纹光栅涂覆清漆，如当前实践中采用的一样，还是不涂覆清漆，都将产生一差异，因为该差异并不仅是相对于高度的差异，同时也是相对于涂覆层的折射率的差异，这是相关的。从而对应于表面区域的结构的，依赖于照明或观察角度的视觉上可感觉到的信息，特别是关于保护内容可靠性的信息，可以以反射光或透过结构的光的形式传递给检查者。通过使用本质上已知的带有具有光学衍射效应的结构的安全元件，对于在本说明书开头部分提及的需更安全保护的物品，关于保护的物品的可靠性信息内容甚至对没有经验的局外人也是明显可见的。同时，伪造，例如以复制的形式伪造，考虑到已知的伪造方法，特别是光学复制方法，是不可能或者非常困难的。例如已知这样的结构，在其中借助于前述的结构参数-空间频率，取向和凸纹结构的横截面形状，凸纹结构中高度或相位方面的差异-中的某一特定变量，检察者可在一定的照明方向和给定的观察角度范围内观察到，从一个表面区域产生的给定的视觉可感觉的光学信息内容，而在同样的观察角度范围内不能感觉到从结构的另一表面区域产生的其它光学信息内容。围绕载体平面内的一个轴或者垂直于载体平面的一个轴旋转载有结构的载体，可改变从第一次所观察的表面区域中产生的信息——特别是该表面区域可显现为黑色——而最初显现为黑色的另一表面区域发出光学信息，例如以一颜色印像的形式。本专利技术的目的是使伪造，特别是复制上述类型的结构更为困难，特别是增加用于在一观察角度范围内可感觉到的光学信息的编码可选方案的多样性。根据本专利技术，上述专利技术目的是这样实现的，为在结构的一个或多个表面区域内在给定方向产生给定光学信息内容，在所述表面区域上提供子区，各子区具有除光深结构参数不同外其余都相同的结构，并且结构的光深在一个子区范围内是恒定的，但是不同于另一个子区的结构的光深。在纯凸纹结构的情况下，光深取决于结构的几何深度；该光深对应于分别在凸纹结构的凸起部分或凹陷处被反射的两光束之间的光学波长差。在折射率局部变化的结构的情况下，决定在结构处衍射的光的相位关系的光深由不同的折射率以及涂层的不同厚度给出。结构的光深决定从几何反射方向衍射失去的光的数量，也即该结构的衍射率。两个除光深参数之外其余相同的结构在给定观察方向上传递的光学信息内容彼此不同。根据本专利技术的具有给定第一光深的结构和在给定观察角度范围内需要的波动光学信息内容的结合，以及具有第二或更多光深的至少一个或更多的结构和另一需要的信息内容的结合，可提供对于将被传递的与结构有关的图象印像的进一步的控制或编码选择方案。如果例如提供的子区具有除光深外其它方面相同的结构，并且该光深的尺寸肉眼不能分辨，那么从结构的同一区域可传递出不同的光学信息内容。这样，借助于具有本专利技术结构的子区的对应于所要求的图象印像的布局，由第一光深的结构产生的图象主题或图象单元可以以第一种颜色在第一观察方向显现，而在另一观察方向，由第二光深的结构的子区产生的图象主题或图象单元以另一种颜色显现。为了获得这样的效果，发现如将各个结构的光深和一给定的视觉可感觉的波长或波长范围相联系是有利的。结构的光深也可和可由机器设备检测出的波长或波长范围相联系。一般地说，当光深导致相位延迟为π时，通常的矩形光栅或正弦光栅的衍射率最大。由于波动是周期性的，对于这些具有相位延迟(2K-1)π，K＝1，……N的光深的对称光栅，该最大衍射率在一级近似上是重复的。几何学上就第一级(K＝1)反射光栅来说，该深度由公式δz＝R/4n计算，其中n表示的是覆层的折射率。就锯齿形红外光栅来说，最大衍射率在对应于相位延迟为2Kπ的深度上得到。更高级别的光栅(K＞1)具有K倍的深度，从而更难以产生。对各结构其光深位于所考虑波长的0到几倍，最好最高到10倍的范围内可得到最佳可控制性。特别地，当需要一均匀显现的图象主题或单元时，建议最好提供一组具有相同结构，肉眼不再能分辨的子区。在本专利技术的特定意义的改进中，提供了结构的子区，该子区包括除光深参数之外，其余参数都相同的结构，并且彼此互相移动几分之一光栅周期。在这种情况下，可通过在载体平面内将一个结构相对于其它结构移位来实现这种移动。也可将这些结构布置在垂直于载体平面的方向上，即在不同高度的水平面上。这种移动和将该结构与具有光学衍射效应并且其散射方向尤其是垂直于该结构的另一个结构叠加相同。这样就提供了防止全息复制的可能方法。全息图通常可以简单地从一个全息图复制得到。主要地，氩离子或氦镉激光被用作全息激光，因为这些激光在蓝-绿(488nm)，蓝(454，442nm)和紫外光(约350nm)频率范围内有强的谱线。大多数适用于全息表面凸纹的感光清漆在这些范围内易感光。相反在红光频率范围这些感光清漆几乎都不易感光。公认地，可用红色激光(例如氦氖激光)产生和复制全息图；当前，含银明胶乳剂(照相底片)用于此目的，但是含银明胶乳剂不能产生用于电铸或模压的恰当的表面凸纹。如果现在结构的光深使得蓝光的衍射率很低而红光的衍射率很高，那么当采用蓝色激光时该结构的复制是困难的。公认地，可以将全息图复制到对红光敏感的照相乳剂上并且随后再复制到对蓝光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：威尔贺姆·斯多克，
申请(专利权)人：雷恩哈德库兹有限公司，
类型：发明
国别省市：