BR112020003582A2 - elemento de segurança óptico fino e método para projetar o mesmo - Google Patents

Abstract

  A invenção diz respeito a um elemento de segurança óptico fino compreendendo uma superfície de redirecionamento de luz refletiva ou refrativa com um padrão de relevo operável para redirecionar a luz incidente a partir de uma fonte de luz e formar uma imagem projetada em uma superfície de projeção, a imagem projetada compreendendo um padrão cáustico que reproduz um padrão de referência que é facilmente reconhecível visualmente por uma pessoa. A invenção também diz respeito a um método para projetar um padrão de relevo de um elemento de segurança óptico fino.

Description

ELEMENTO DE SEGURANÇA ÓPTICO FINO E MÉTODO PARA PROJETAR O MESMO CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção diz respeito ao campo técnico de elementos de segurança ópticos refletivos ou refrativos operáveis para projetar padrões cáusticos mediante iluminação apropriada e método para projetar tais elementos de segurança ópticos.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Há uma necessidade de recursos de segurança nos objetos, que possam ser autenticados pela chamada "pessoa na rua", usando os meios geralmente disponíveis. Esses meios incluem o uso dos cinco sentidos - principalmente a visão e o toque - e o uso de ferramentas comuns, tais como, por exemplo, um telefone celular.

[0003] Alguns exemplos comuns de recursos de segurança são fibras, filetes ou folhas (incorporadas a um substrato como papel, por exemplo), marcas d’água, impressão como calcogravura ou microimpressão (possivelmente impressos em um substrato com tintas opticamente variáveis) que podem ser encontrados em cédulas, cartões de crédito, identificações, bilhetes, certificados, documentos, passaportes etc. Esses recursos de segurança podem incluir tintas opticamente variáveis, tintas invisíveis ou tintas luminescentes (fluorescentes ou fosforescentes sob iluminação apropriada com luz de excitação específica), hologramas e/ou recursos táteis. Um aspecto principal de um recurso de segurança é que ele possui algumas propriedades físicas (efeito óptico, efeito magnético, estrutura do material ou composição química) que são muito difíceis de falsificar, de modo que um objeto marcado com tal recurso de segurança pode ser considerado confiavelmente como autêntico se a propriedade pode ser observada ou revelada (visualmente ou por meio de um aparelho específico).

[0004] No entanto, quando o objeto é transparente ou parcialmente transparente, esses recursos podem não ser apropriados. De fato, objetos transparentes geralmente exigem que o elemento de segurança com os recursos de segurança necessários não altere sua transparência ou aparência, seja por razões estéticas ou funcionais. Exemplos notáveis podem incluir blisters e frascos para produtos farmacêuticos. Recentemente, por exemplo, as cédulas de polímero e híbridas incorporaram em seu projeto uma janela transparente, gerando assim o anseio por recursos de segurança compatíveis com ela.

[0005] A maioria dos recursos de segurança existentes de elementos de segurança para documentos, cédulas, bilhetes assegurados, passaportes etc. não foram especificamente desenvolvidos para objetos/áreas transparentes e, como tal, não são adequados para tal aplicação. Outros recursos, por exemplo, aqueles obtidos com tintas invisíveis e fluorescentes requerem ferramentas de excitação e/ou ferramentas de detecção específicas, que podem não estar prontamente disponíveis para "a pessoa na rua".

[0006] Recursos opticamente variáveis semitransparentes (por exemplo, revestimentos de cristais líquidos ou imagens latentes a partir de estruturas de superfície) são conhecidos e podem fornecer esse tipo de funcionalidade. Infelizmente, a marcação que incorpora esses recursos de segurança geralmente deve ser observada em um segundo plano escuro/uniforme para que o efeito seja bem visível.

[0007] Outros recursos conhecidos são elementos ópticos difrativos, como hologramas de superfície não metalizados. Uma desvantagem desses recursos é que eles mostram um efeito visual de contraste muito baixo quando vistos diretamente. Adicionalmente, quando usados em combinação com uma fonte de luz monocromática para projetar um padrão, eles normalmente requerem um laser para fornecer um resultado satisfatório. Além disso, é necessário uma disposição espacial relativa muito precisa da fonte de luz, do elemento óptico difrativo e dos olhos do usuário para fornecer um efeito óptico claramente visível.

[0008] Microtexto gravado a laser e/ou microcódigos foram utilizados para, por exemplo, frascos de vidro. No entanto, eles exigem ferramentas caras para sua implementação e uma ferramenta de ampliação específica para sua detecção.

[0009] É, portanto, um objetivo da invenção fornecer um elemento de segurança óptico para objetos (ou substratos) transparentes ou parcialmente transparentes, que possuam recursos de segurança que possam ser facilmente autenticados visualmente por uma pessoa, usando outros meios (por exemplo, a olho nu) ou meios comum e facilmente disponíveis (por exemplo, meras lentes de aumento). Outro objetivo da invenção é fornecer um elemento de segurança óptico fácil de fabricar em grandes números ou compatível com os processos de fabricação de produção em massa. Além disso, a iluminação do elemento de segurança óptico também deve ser possível com meios facilmente disponíveis (por exemplo, uma fonte de luz como um LED de um telefone celular, ou o sol), e as condições para uma boa observação visual por um usuário não devem exigir uma disposição espacial relativa muito restrita da fonte de luz, do elemento de segurança óptico e dos olhos do usuário.

[0010] Adicionalmente, a maioria dos objetos listados acima tem um tamanho reduzido, pelo menos em uma dimensão (por exemplo, uma cédula pode ter apenas menos de 100 μm de espessura). Portanto, é outro objetivo desta invenção fornecer um elemento de segurança óptico que seja compatível com objetos de dimensões reduzidas (por exemplo, espessura abaixo de 300 µm).

[0011] É outro objetivo desta invenção fornecer um método eficiente para projetar um elemento de segurança óptico fino operável para prover, sob iluminação, um efeito visual alvo de acordo com um efeito visual alvo selecionado. Ademais, este método deve ser compatível com produção em massa de tal elemento de segurança óptico fino.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0012] De acordo com um aspecto, a invenção diz respeito a um elemento de segurança óptico compreendendo uma superfície de redirecionamento de luz refletiva ou superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente, ou parcialmente transparente, tendo um padrão de relevo operável para redirecionar a luz incidente de uma fonte de luz e formar uma imagem projetada em uma superfície de projeção, de tal modo que a imagem projetada compreenda um padrão cáustico que reproduza um padrão de referência que é facilmente reconhecível por uma pessoa, sem usar outros meios (por exemplo, a olho nu) ou meios comuns e facilmente disponíveis, para que um objeto marcado com esse elemento de segurança óptico possa ser facilmente autenticado visualmente pela pessoa. Uma espessura reduzida do padrão de relevo do elemento de segurança óptico o torna particularmente adequado para marcar objetos de dimensões reduzidas, como cédulas ou documentos de segurança (por exemplo, documentos de identidade, passaportes, cartões, etc.), por exemplo. De acordo com a invenção, um elemento de segurança óptico muito fino com padrão de relevo com perfil usinado com variações bruscas e de baixa profundidade δf é obtido por controle do processo de usinagem de modo a reproduzir um perfil de relevo calculado tendo descontinuidades. De fato, vários testes confirmaram que um perfil de relevo calculado com descontinuidades é compatível com uma projeção de uma imagem tendo o padrão cáustico reconhecível acima mencionado. O aspecto transparente do elemento de segurança óptico refrativo o torna particularmente adequado para marcar pelo menos parcialmente substratos transparentes (por exemplo, garrafas de vidro ou plástico, tampas de garrafa, vidros de relógio, joias, pedras preciosas, etc.). Preferencialmente, o elemento de segurança óptico refrativo é transparente (ou parcialmente transparente)

para a luz visível (ou seja, para comprimentos de onda de luz de cerca de 380 nm a cerca de 740 nm).

[0013] Tendo em vista a grande dificuldade de determinar padrões de referência que possam ser convenientemente reproduzidos por um padrão cáustico projetado em uma superfície de projeção, de modo a serem reconhecidos visualmente por uma pessoa, particularmente quando o padrão de relevo do elemento de segurança óptico deve ser muito fino (ou seja, tipicamente com profundidade de relevo δf abaixo de 250 µm), a também a dificuldade de calcular um padrão de relevo muito fino correspondente a ser usinado em uma superfície de uma peça de material óptico para formar uma superfície de redirecionamento de luz adequada, outro aspecto da invenção diz respeito a um método para projetar de maneira eficaz um padrão de relevo de uma superfície de redirecionamento de luz de um elemento de segurança óptico através de: - partir de um perfil inicial contínuo (ou contínuo por partes) de uma superfície modelo de redirecionamento de luz com um padrão de relevo de profundidade δi maior que δf, ou seja, tendo uma restrição de profundidade muito mais fácil de lidar, para permitir a reprodução conveniente de um padrão de referência alvo e determinar um perfil contínuo de padrão de relevo correspondente, mas que forneceria um elemento de segurança óptico espesso demais em vista do alvo δf; - transformar dito perfil inicial em um perfil de relevo com descontinuidades ao colapsar especificamente em um plano o perfil contínuo (ou contínuo por partes) inicial enquanto o afina e preserva sua capacidade de fornecer um padrão de relevo usinado capaz de projetar um padrão cáustico em uma superfície de projeção correspondente ao padrão de referência alvo e sendo visualmente reconhecível por uma pessoa.

[0014] Este método é particularmente eficiente para projetar padrões de relevo muito finos, convenientes para a autenticação visual de objetos marcados (ou seja, com profundidade menor ou igual a 250 µm ou mesmo menor ou igual a 30 µm) e permite acelerar significativamente as operações do processo de projeto de um elemento de segurança óptico, ao mesmo tempo em que permite mais flexibilidade na escolha de um padrão de referência alvo.

[0015] Desta forma, de acordo com um aspecto, a invenção diz respeito a um elemento de segurança óptico compreendendo uma superfície de redirecionamento de luz refletiva ou uma superfície de redirecionamento de luz transparente ou parcialmente transparente do índice refrativo n, tendo um padrão de relevo de profundidade δf adaptado para redirecionar a luz incidente recebida a partir de uma fonte pontual e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção, dito padrão cáustico reproduzindo um padrão de referência e sendo visualmente reconhecível, em que um perfil do padrão de relevo tem variações bruscas formadas pela usinagem de uma superfície de uma peça de material óptico de acordo com um perfil de relevo calculado com descontinuidades, ditas variações bruscas usinadas correspondentes às descontinuidades.

[0016] Preferencialmente, o perfil do padrão de relevo calculado é obtido por: i) fatiamento de um perfil de padrão de relevo inicial de uma superfície modelo de redirecionamento de luz em porções de perfil contíguas menores, dito perfil de padrão de relevo inicial tendo uma profundidade δi maior que δf e sendo operável para reproduzir por simulação de percurso óptico dito padrão cáustico na superfície de projeção sob iluminação pela fonte pontual, o fatiamento gerando uma superfície de delimitação entre quaisquer duas porções de perfil contíguas que se estendem paralelas a um eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz, e ii) colapso, ao longo do eixo óptico, de cada porção de perfil compreendia entre duas superfícies de delimitação consecutivas, formando,

assim, o perfil de relevo calculado com uma descontinuidade ao longo de cada superfície de delimitação.

[0017] De acordo com a invenção, a operação de colapso de uma porção de perfil do perfil de padrão de relevo inicial, cuja altura é medida em relação ao eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz e que se estende acima de um plano de base perpendicular ao referido eixo óptico, é obtida por conversão, paralela ao eixo óptico e em direção ao plano base, da porção do perfil por um valor de distância correspondente a uma altura mínima na qual suas superfícies de delimitação cruzam a referida porção do perfil, obtendo assim o perfil de relevo calculado tendo um padrão de relevo de profundidade reduzida menor que δi.

[0018] Assim, um padrão de relevo mais fino pode ser usinado e um elemento óptico de segurança mais fino pode ser formado, preservando a capacidade de projetar um padrão cáustico (em uma superfície de projeção) reproduzindo o padrão de referência e sendo visualmente reconhecível por uma pessoa, de acordo com o padrão de relevo espesso inicial.

[0019] Para fornecer elementos de segurança ópticos muito finos, o valor da profundidade δf do padrão de relevo pode ser menor que ou igual a 250 µm ou menor que ou igual a 30 µm. Além disso, o elemento de segurança óptico pode ainda ter seu padrão de relevo disposto sobre uma base plana de um substrato de material óptico, sendo uma espessura total do elemento de segurança óptico menor que ou igual a 100 µm.

[0020] Preferencialmente, para facilitar ainda mais as operações de autenticação pelo reconhecimento visual do padrão de referência do padrão cáustico projetado, o elemento de segurança óptico pode ainda ter seu padrão de relevo adaptado para redirecionar a luz incidente recebida da fonte pontual, a uma distância ds da superfície de redirecionamento da luz e formar a imagem projetada que contém o padrão cáustico na superfície de projeção a uma distância di da superfície de redirecionamento da luz, com um valor de di menor ou igual a 30 cm e um valor da razão ds/di maior que ou igual a 5. Ademais, a superfície de projeção é preferencialmente plana.

[0021] O elemento óptico de segurança, de acordo com a invenção, pode ser usado para marcar muitos tipos diferentes de objetos e, particularmente, pode marcar um objeto selecionado a partir do grupo que compreende: produtos de consumo, selos de imposto, cartões de identificação, passaportes, cartões de crédito e cédulas.

[0022] De acordo com outro aspecto, a invenção diz respeito a um método para projetar uma superfície de redirecionamento de luz refletiva, ou uma superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente ou parcialmente transparente, com um padrão de relevo de profundidade δf, de um elemento de segurança óptico adaptado para redirecionar luz incidente recebida a partir de uma fonte pontual e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção, dito padrão cáustico reproduzindo um padrão de referência e sendo visualmente reconhecível, compreendendo as etapas de: a) cálculo de um perfil de padrão de relevo com descontinuidades; e b) usinagem de uma superfície de uma peça de material óptico de acordo com o perfil de padrão de relevo calculado com descontinuidades na etapa a), tendo assim um perfil usinado do padrão de relevo com variações bruscas correspondendo às descontinuidades do perfil de padrão de relevo calculado na etapa a).

[0023] Preferencialmente, na etapa a) do método de projetar a superfície de redirecionamento da luz de acordo com a invenção, o cálculo do perfil do padrão de relevo com descontinuidades é realizado pelas seguintes etapas adicionais de: - fatiamento de um perfil de padrão de relevo inicial de uma superfície modelo de redirecionamento de luz em porções de perfil contíguas menores, dito perfil de padrão de relevo inicial tendo uma profundidade δi maior que δf e sendo operável para reproduzir por simulação de percurso óptico dito padrão cáustico na superfície de projeção sob iluminação pela fonte pontual, o fatiamento gerando uma superfície de delimitação entre quaisquer duas porções de perfil contíguas que se estendem paralelas a um eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz, e - colapso, ao longo do eixo óptico. de cada porção de perfil compreendia entre duas superfícies de delimitação consecutivas, formando, assim, o perfil de relevo calculado com uma descontinuidade ao longo de cada superfície de delimitação.

[0024] Mais preferencialmente, no método acima de projetar a superfície de redirecionamento de luz de acordo com a invenção: - na etapa a), a etapa adicional de colapso de uma porção de perfil do perfil de padrão de relevo inicial, cuja altura é medida em relação ao eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz e que se estende acima de um plano de base perpendicular ao dito eixo óptico, é realizada por translação, paralela ao eixo óptico e em direção ao plano base, da porção de perfil por um valor de distância correspondente a uma altura mínima na qual suas superfícies de delimitação cruzam a dita porção de perfil, obtendo assim o perfil de relevo calculado tendo um padrão de relevo de profundidade reduzida menor que δi; e - na etapa b), a superfície da peça de material óptico é usinada de acordo com o perfil de padrão de relevo calculado de profundidade reduzida menor que δi, obtendo assim a superfície de redirecionamento de luz do elemento de segurança óptico com o padrão de relevo de profundidade reduzida δf inferior a δi.

[0025] Na etapa b) do método, a usinagem da superfície do substrato de material óptico compreende qualquer uma usinagem dentre ultraprecisão (UPM), ablação a laser e litografia.

[0026] A superfície de redirecionamento de luz usinada de acordo com o método pode ser uma superfície de redirecionamento de luz matriz a ser usada para construir uma réplica da superfície de redirecionamento de luz pela técnica de moldagem (ou réplicas para produção em massa de elementos de segurança ópticos) e pode ser replicada em um substrato (por exemplo, para formar uma marcação aplicável a um objeto). A replicação da superfície de redirecionamento de luz usinada pode compreender qualquer peça de fundição e gravação por UV (por exemplo, em um processo de produção de rolo a rolo ou folha a folha).

[0027] A presente invenção será descrita mais detalhadamente daqui em diante com referência aos desenhos anexos, nos quais números similares representam elementos similares nas diferentes figuras e nos quais aspectos e recursos proeminentes da invenção são ilustrados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de uma configuração óptica de um elemento óptico refrativo para projetar um padrão cáustico de acordo com uma modalidade preferencial da invenção.

[0029] A Fig. 2 (A) ilustra uma vista em seção transversal de um perfil bidimensional de padrão de relevo inicial.

[0030] A Fig. 2 (B) ilustra uma vista em corte transversal de um perfil de padrão de relevo bidimensional calculado com descontinuidades e obtido a partir do padrão de relevo inicial da Fig. 2 (A), de acordo com a invenção.

[0031] A Fig. 3 é um exemplo de padrão de referência representando o número 100 em um segundo plano escuro.

[0032] A Fig. 4A é uma vista de um elemento óptico de segurança refrativo transparente fino projetado em um substrato de folha metálica (primeiro plano) junto com um padrão cáustico projetado correspondente (segundo plano).

[0033] A Fig. 4B é uma fotografia do padrão cáustico projetado pelo elemento de segurança óptico mostrado no primeiro plano da Fig. 4A.

[0034] A Fig. 5A é uma visão em perspectiva de um padrão de relevo com contornos correspondentes a descontinuidades de um perfil de relevo calculado para o padrão de referência da Fig. 3.

[0035] A Fig. 5B é uma visão do padrão cáustico projetado correspondente ao padrão de relevo da Fig. 5A.

[0036] A Fig. 6A é uma vista em perspectiva de um padrão de relevo com contornos correspondentes a cortes formados pelo corte de um padrão de relevo inicial com cilindros elípticos.

[0037] A Fig. 6B é uma vista do padrão cáustico projetado correspondente ao padrão de relevo da Fig. 6A.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0038] Em óptica, o termo "cáustico" refere-se a um envelope de raios de luz refletidos ou refratados por uma ou mais superfícies, pelo menos uma das quais é curva, bem como a projeção de tais raios de luz em outra superfície. Mais especificamente, um cáustico é a curva ou superfície tangente a cada raio de luz, definindo uma delimitação de um envelope de raios como uma curva de luz concentrada. Por exemplo, o padrão de luz formado pelos raios solares no fundo de uma piscina é uma “imagem” ou padrão cáustico formado por uma única superfície de redirecionamento de luz refrativa (a interface ondulada ar-água), enquanto a luz que passa através da superfície curva de um copo d’água cria um padrão cúspide em uma mesa em que o copo d’água repousa quando cruza duas ou mais superfícies (por exemplo, ar-vidro, vidro-água, ar-água...), o que redireciona seu percurso.

[0039] A seguir, a configuração mais comum em que o elemento (de segurança) óptico (refrativo) é delimitado por uma superfície curva e uma superfície plana será usada como exemplo, sem restringir os casos mais gerais. Vamos nos referir aqui a um "padrão cáustico" mais geral (ou

"imagem cáustica") como o padrão de luz formado em uma tela (superfície de projeção) quando uma superfície óptica de formato adequado (por exemplo, com um padrão de relevo apropriado) redireciona a luz a partir de uma fonte para desviá-la de algumas regiões da tela e concentrá-la em outras regiões da tela em um padrão de luz predeterminado (ou seja, formando, assim, o dito “padrão cáustico”). Redirecionamento refere-se à mudança do percurso dos raios de luz a partir da fonte na presença do elemento óptico em relação ao percurso da fonte para a tela na ausência do elemento óptico. Por sua vez, a superfície óptica curvada será referida como "padrão de relevo" e o elemento óptico que é delimitado por esta superfície será referido como elemento de segurança óptico. Deve-se notar que o padrão cáustico pode ser o resultado do redirecionamento da luz por mais de uma superfície curva e mais de um objeto, embora possivelmente à custa de maior complexidade. Além disso, um padrão de relevo para gerar um padrão cáustico não deve ser confundido com um padrão difrativo (como, por exemplo, em hologramas de segurança).

[0040] De acordo com a invenção, verificou-se que este conceito pode ser aplicado, por exemplo, a objetos comuns, como produtos de consumo, cartões de identificação/crédito, cédulas, etc. Para fazer isso, é necessário diminuir drasticamente o tamanho de um elemento de segurança óptico e, em particular, reduzir a profundidade do relevo abaixo dos valores aceitáveis. No entanto, verificou-se que, embora o relevo tenha sido amplamente limitado em profundidade, ainda era possível obter uma aproximação de uma imagem selecionada (digital) (representando um padrão de referência) em uma superfície de projeção de qualidade suficiente para permitir o reconhecimento visual da imagem selecionada a partir do padrão cáustico observado visualmente na superfície de projeção (ou tela). Esse reconhecimento de um padrão de referência diretamente a partir de um mero padrão cáustico visível em uma tela, como projetado a partir de um elemento de segurança óptico cujo projeto e usinagem são bastante desafiadores (e, portanto, dificultam a falsificação), constituem um valioso teste de segurança que permite confiabilidade autenticação de um objeto marcado com esse elemento de segurança óptico.

[0041] Neste relatório descritivo, "relevo" deve ser entendido como a existência de uma diferença de altura (medida ao longo de um eixo óptico do elemento de segurança óptico) entre o ponto mais alto e o ponto mais baixo de uma superfície, em analogia com a diferença de altitude entre o fundo de um vale e o topo de uma montanha (ou seja, na escala “picos e vales”). De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, a profundidade máxima do padrão de relevo do elemento de segurança óptico é ≤ 250 µm ou, mais preferencialmente, ≤ 30 µm, estando acima do limite imposto pelo processo de reprodução e usinagem de ultra precisão (UPM), ou seja, cerca de 0,2 µm. De acordo com este relatório descritivo, a diferença de altura entre o ponto mais alto e o mais baixo no padrão de relevo na superfície de redirecionamento de luz é referida como profundidade δ de relevo.

[0042] Neste relatório descritivo são utilizados vários termos, que são definidos mais adiante.

[0043] Um padrão cáustico (imagem), formando uma aproximação de uma imagem digital, deve ser entendido como um padrão de luz projetado por um elemento de segurança óptico, quando iluminado por uma fonte adequada (preferencialmente, mas não necessariamente, pontual). Como mencionado acima, o elemento (de segurança) óptico deve ser entendido como a lâmina de material refrativo responsável pela criação da imagem cáustica.

[0044] Superfície(s) de redirecionamento de luz é(são) a superfície(ou superfícies) do elemento de segurança óptico responsável por redirecionar a luz recebida a partir de uma fonte para uma tela ou superfície de projeção (preferencialmente, plana), onde o padrão cáustico é formado.

[0045] Um substrato de material óptico, usado para fazer um elemento óptico (de segurança), é um substrato de matéria-prima do qual uma superfície é usinada especificamente para ter um padrão de relevo e formar, assim, uma superfície de redirecionamento de luz. No caso de uma superfície de redirecionamento de luz refletora, o substrato do material óptico não é necessariamente homogêneo ou transparente. Por exemplo, o material pode ser opaco à luz visível (a refletividade é então obtida pela metalização clássica da superfície usinada). No caso de uma superfície de redirecionamento de luz refrativa, o substrato da matéria-prima é transparente (ou parcialmente transparente) e homogêneo com um índice refrativo n (para fótons do espectro visível ao olho humano), e a superfície de redirecionamento de luz correspondente é denominada “Superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente ou parcialmente transparente do índice refrativo n”.

[0046] Uma matriz, de acordo com este relatório descritivo, é a primeira realização física de uma superfície de redirecionamento de luz a partir de um perfil calculado (particularmente, a partir de um padrão de relevo calculado). Ela pode ser replicada em várias cópias (ferramentas) que são usadas para replicação em massa.

[0047] Uma fonte pontual, conforme usada neste relatório descritivo, é uma fonte de luz cujo tamanho angular (do ponto de vista do elemento óptico de segurança) é suficientemente pequeno para que se considere que a luz surge a partir de um único ponto a uma distância ds da superfície de redirecionamento de luz. Como regra geral, isso significa que a quantidade: (diâmetro da fonte) x di/ds é menor que a resolução desejada (por exemplo, 0,05-0,1 mm) do padrão cáustico alvo em uma imagem projetada na superfície de projeção à distância di da superfície de redirecionamento de luz (veja a Fig.1). A tela deve ser entendida como a superfície na qual o padrão cáustico é projetado. A distância entre a fonte e a superfície de redirecionamento de luz também é denominada como distância da fonte ds e a distância entre a superfície de redirecionamento de luz e a tela é denominada como distância da imagem di.

[0048] O termo ferramenta (ou ferramenta de replicação, quando é necessário remover a ambiguidade) é usado principalmente para o objeto físico que porta o perfil de uma superfície de redirecionamento de luz usada para replicação em massa. Pode ser, por exemplo, produzir uma cópia de uma superfície de matriz (o relevo original sendo reproduzido, por gravação ou injeção, a partir da matriz que porta o relevo invertido correspondente). Para a ferramenta usada para usinar o padrão de relevo da superfície de redirecionamento de luz, o termo ferramenta de usinagem é usado para remover a ambiguidade.

[0049] De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, é fornecido um elemento de segurança óptico (1) com superfícies refletivas ou refrativas, para redirecionar a luz a partir de uma fonte pontual S e projetá-la em uma tela adequada (3), que poderia ser qualquer superfície (predominantemente plana) ou (parte plana de) qualquer objeto etc. onde uma imagem significativa é formada, como mostra a Figura 1. Um projeto especial da superfície de redirecionamento de luz pode permitir projetar um padrão cáustico (reconhecível) em uma superfície curva. A imagem pode ser, por exemplo, um logotipo, uma figura, um número ou qualquer outra informação que possa ser relevante em um contexto específico. Preferencialmente, a tela é uma superfície de projeção plana.

[0050] A configuração da Fig. 1 mostra que a luz de uma fonte S é redirecionada por uma superfície óptica de formato adequado, com um padrão de relevo (2). Essa ideia geral é conhecida, por exemplo, a partir de superfícies refletivas para faróis de automóveis, refletores e lentes para iluminação em LED, sistemas ópticos em laser óptico, projetores e câmeras: no entanto, geralmente, o objetivo é transformar uma distribuição de luz não homogênea em homogênea. Por outro lado, um objetivo da invenção é obter um padrão de luz não homogêneo, ou seja, um padrão cáustico, que reproduz (aproximadamente) algumas regiões de brilho relativo de um padrão de referência (como representado em uma imagem de referência (digital): se o padrão de relevo iluminado (2) do elemento óptico permite formar um padrão cáustico (4) na tela (3) reproduzindo com qualidade suficiente (possivelmente diferindo por um fator de escala de intensidade geral) um padrão de referência conhecido (5), então uma pessoa que observa visualmente o padrão cáustico na tela verá facilmente se constitui ou não uma reprodução válida do padrão de referência e, caso o padrão cáustico seja semelhante o suficiente ao padrão de referência, considerará que o objeto marcado com o elemento de segurança óptico é (muito provavelmente) genuíno.

[0051] De acordo com a modalidade da Fig. 1, os raios de luz (6) de uma fonte de luz S, que é uma fonte pontual de acordo com este exemplo, propagam-se para um elemento de segurança óptico (refrativo) (1) a uma distância da fonte ds com uma superfície de redirecionamento de luz com um padrão de relevo (2). O elemento de segurança óptico é, neste documento, feito de um material homogêneo transparente ou parcialmente transparente de índice refrativo n. Um chamado padrão cáustico (4) é projetado em uma tela (3) a uma distância da imagem di da superfície de redirecionamento de luz do elemento de segurança óptico (1). A autenticidade do elemento de segurança óptico (e, portanto, o do objeto marcado com esse elemento de segurança) pode ser avaliada diretamente, verificando visualmente um grau de semelhança entre o padrão cáustico projetado e o padrão de referência.

[0052] Preferencialmente, o padrão de relevo (2) é primeiro calculado a partir de uma imagem digital alvo especificada de um padrão de referência. Os métodos para tais cálculos são descritos, por exemplo, nos pedidos de patente europeia EP 2 711 745 A2 e EP 2 963 464 A1. A partir desse padrão de relevo calculado, um padrão de relevo físico correspondente pode ser criado em uma superfície de substrato de material óptico adequado (por exemplo, um material transparente ou parcialmente transparente de índice refrativo n, ou uma superfície refletora de material opaco), usando Usinagem de Ultra Precisão (UPM). No caso de usinar um relevo em uma superfície de um substrato de material óptico opaco para formar uma superfície refletiva, uma boa refletividade será obtida por uma operação convencional adicional de depósito de uma fina camada de metal (metalização) no relevo. A UPM usa ferramentas de usinagem de diamante e ferramentas de nanotecnologia para obter uma precisão muito alta, de modo que as tolerâncias possam atingir o nível "submícron" ou até a escala nanométrica. Em contraste com isso, “Alta Precisão” na usinagem tradicional refere-se às tolerâncias de mícrons nos dígitos únicos. Outras técnicas potencialmente adequadas para criar um padrão de relevo físico em uma superfície são a ablação a laser e a litografia em escala de cinza. Como é conhecido no domínio da microfabricação, cada uma dessas técnicas tem diferentes pontos fortes e limitações, em se tratando de custo, precisão, velocidade, resolução, etc. Geralmente, um padrão de relevo calculado para gerar um padrão cáustico tem um perfil uniforme (isto é, sem descontinuidades) com uma profundidade típica de pelo menos 2 mm, para um tamanho total de 10 cm x 10 cm.

[0053] Um substrato de material óptico adequado para um elemento óptico de redirecionamento de luz refrativo deve ser opticamente claro, transparente ou pelo menos parcialmente transparente e mecanicamente estável. Para os fins da invenção, ou seja, fornecer um elemento óptico de segurança fino capaz de gerar um padrão cáustico visualmente reconhecível, um material transparente ou parcialmente transparente corresponde, de fato, a um material de baixa neblina (H) e alta transmitância (T), de modo que a difusão de luz não prejudica a formação de um padrão cáustico visualmente reconhecível. Tipicamente, uma transmitância T ≥ 50% é preferencial, e T ≥ 90% é mais preferencial. Além disso, uma baixa neblina H ≤ 10% pode ser usada, mas H ≤ 3% é preferencial e H ≤ 1% é mais preferencial. Um substrato de material óptico adequado também deve se comportar corretamente durante o processo de usinagem, de modo a proporcionar uma superfície uniforme e sem defeitos. Um exemplo de um substrato adequado é uma lâmina opticamente transparente de PMMA (também conhecida sob os nomes comerciais de Plexiglas, Lucite, Perspex, etc.). Para elementos ópticos de redirecionamento de luz cáustica refletiva, um substrato de material óptico adequado deve ser mecanicamente estável e deve ser possível obter um acabamento semelhante a um espelho. Um exemplo de um substrato adequado é um metal, tal como aqueles usados para matrizes de grades reguladas e espelhos a laser, ou um substrato não refletivo que pode ser posteriormente metalizado.

[0054] Para produção em larga escala, são necessárias etapas adicionais de criação de ferramenta e replicação em massa do elemento de segurança óptico em um objeto alvo. Um processo adequado para a criação de ferramentas a partir de uma matriz é, por exemplo, eletroformação. Processos adequados para replicação em massa são, por exemplo, gravação a quente de uma película de polímero ou fundição por UV de um foto-polímero. Observe que, para fins de replicação em massa, nem a matriz nem a ferramenta derivada dela precisam ser opticamente transparentes, portanto, materiais opacos (principalmente metais) também podem ser usados mesmo quando o produto final é um elemento óptico refrativo. No entanto, em alguns casos, pode ser vantajoso que a matriz seja transparente, pois permite verificar a qualidade da imagem cáustica antes de prosseguir com as ferramentas e a replicação em massa.

[0055] Um aspecto crítico para o uso de elementos ópticos (com superfície de redirecionamento de luz com padrão de relevo) como recursos de segurança é sua escala física, que deve ser compatível com o objeto alvo, e a configuração óptica necessária para projetar a imagem cáustica.

[0056] Em geral, para esse tipo de uso, o tamanho lateral máximo é delimitado pelo tamanho geral do objeto e geralmente pode variar de alguns cm a menos de 1 cm em casos menos favoráveis. Para certos usos, como, por exemplo, nas cédulas, a espessura geral desejada pode ser extremamente pequena (da ordem de 100 µm ou menos). Adicionalmente, as variações admissíveis de espessura (relevo) são ainda menores, por uma variedade de razões, incluindo restrições mecânicas (pontos fracos associados às áreas mais finas) e considerações operacionais (por exemplo, ao empilhar cédulas, a pilha aumentará de acordo com a porção mais espessa da nota, o que complica o manuseio e o armazenamento). Normalmente, para uma cédula com uma espessura total de cerca de 100 µm, uma espessura alvo para o padrão de relevo de um elemento de segurança óptico a ser incluído nesta cédula pode ser de cerca de 30 µm. Para um cartão de crédito ou cartão de identificação com cerca de 1 mm de espessura, uma espessura alvo para o padrão de relevo de um elemento de segurança óptico a ser incluído neste cartão de crédito/identificação pode ser inferior a cerca de 400 µm e, preferencialmente, não superior a 250 µm.

[0057] Adicionalmente, a distância da fonte e da imagem é geralmente limitada pelo conforto do usuário a algumas dezenas de centímetros. Exceções notáveis são o sol ou uma luz pontual montada no teto, que, no entanto, estão menos disponíveis em determinadas circunstâncias. Além disso, a razão de ds/di entre as duas distâncias é geralmente maior que 5 a 10, de modo a obter uma imagem mais nítida (e com bom contraste) mais fácil de reconhecer. Além disso, a razão ds/di ≥ 5, juntamente com uma fonte de luz S, preferencialmente pontual (por exemplo, LED de iluminação de um telefone celular convencional) permite considerar que a fonte de luz está de fato aproximadamente "no infinito" e assim, uma superfície de projeção a apenas aproximadamente a distância focal do elemento de segurança óptico será adequada para uma visualização clara de um padrão cáustico projetado. Como consequência, as condições de uma boa observação visual por um usuário não exigem uma disposição espacial relativa muito estrita da fonte de luz, do elemento de segurança óptico e dos olhos do usuário.

[0058] Em geral, espessura e relevo estão entre os parâmetros mais críticos. Dada uma imagem alvo arbitrária (padrão de referência) e configuração da geometria óptica (ou seja, condições geométricas para iluminação/observação do padrão cáustico projetado), não há garantia de que a superfície óptica calculada tenha um padrão de relevo abaixo de um limite prescrito. De fato, no caso geral, é provável que ocorra o contrário: isso é particularmente verdade com as severas restrições impostas aos elementos de segurança ópticos descritos acima. Dado que simulações numéricas para otimizar superfícies ópticas são caras em termos de tempo e recursos, a tentativa e erro excessivos não são uma opção viável e é altamente desejável garantir que se possa obter um resultado útil na primeira tentativa - ou pelo menos somente com um pequeno número de tentativas. Também é altamente desejável não se limitar à escolha de uma imagem alvo, pois nem todas as imagens alvo são compatíveis com padrões de relevo uniformes de profundidade baixa.

[0059] Portanto, uma nova maneira de cálculo de tal padrão de relevo é proposta, tendo em vista a grande dificuldade de calcular diretamente um padrão de relevo de profundidade muito fina para controlar a usinagem de um padrão de relevo correspondente de profundidade δf em uma superfície de uma peça de material óptico para chegar a uma superfície de redirecionamento de luz de um elemento de segurança óptico fino (por exemplo, com profundidade do padrão de relevo abaixo de 250 µm), sob a restrição adicional de que o elemento de segurança óptico resultante deve ser capaz de, sob iluminação adequada por uma fonte de luz (preferencialmente pontual) a uma certa distância ds da superfície de redirecionamento de luz, redirecionar a luz incidente e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção (a uma certa distância di da superfície de redirecionamento da luz), com esse padrão cáustico reproduzindo um determinado padrão de referência com precisão suficiente para ser reconhecível visualmente por uma pessoa, seja a mero olho nu ou, no máximo, com meios comuns e facilmente disponíveis (por exemplo, com uma lente de aumento).

[0060] De acordo com a invenção, observou-se que é possível usar um perfil de padrão de relevo calculado com descontinuidades para controlar (guiar) a usinagem de uma superfície de uma peça de material óptico para reproduzir um padrão de relevo correspondente e, assim, chegar a uma superfície de redirecionamento de luz capaz de redirecionar uma luz incidente e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção, com este padrão cáustico reproduzindo um determinado padrão de referência com precisão suficiente para ser visualmente reconhecível por uma pessoa. Numerosos testes confirmaram que as descontinuidades introduzidas não afetam fortemente a capacidade de formar um padrão cáustico reconhecível: apenas pequenas sombras podem aparecer devido às descontinuidades que não afetam o restante do padrão cáustico projetado. Além disso, os testes confirmaram que um perfil de relevo com descontinuidades oferece muito mais liberdade com relação à escolha de um padrão de referência alvo. O resultado do processo de usinagem (por exemplo, UPM) é um perfil de relevo usinado com variações bruscas correspondentes às descontinuidades daquele calculado, pois, devido à precisão limitada da ferramenta de usinagem, o perfil obtido não pode reproduzir estritamente as descontinuidades, que são assim um pouco "uniformizadas". Esse tipo de perfil de padrão de relevo calculado tem a grande vantagem de permitir a formação de um elemento óptico de segurança de espessura reduzida, adaptando um método conhecido desde Fresnel para produzir lentes finas (isto é, "lentes Fresnel") a partir de um perfil inicial de lentes convexas planas (espessas), enquanto preserva aproximadamente as propriedades ópticas associadas ao perfil inicial (ou seja, de modo que um feixe colimado seja convirja para o mesmo ponto focal). De acordo com o método de Fresnel, descontinuidades estritamente concêntricas circulares em relação ao eixo óptico da lente e o centro óptico da lente são formadas no perfil da lente, resultando em várias zonas concêntricas circulares do perfil, e as partes do perfil acima das zonas são recolhidas ao longo das descontinuidades concêntricas para formar um “perfil de lente equivalente” com as mesmas características ópticas, ou seja, mesmo eixo óptico, mesmo centro óptico, mesma distância focal e fornecendo (aproximadamente) a mesma homogeneidade do feixe de luz, mas com espessura reduzida.

[0061] Em contraste com o método clássico de Fresnel, que tenta manter a homogeneidade do feixe de luz, foi testado que o método de acordo com a invenção permite manter as não homogeneidades da luz produzindo os padrões cáusticos. Além disso, de acordo com a invenção, a maioria das restrições no método de Fresnel é relaxada: particularmente, não há consideração de um centro óptico e as zonas formadas no perfil não são necessariamente concêntricas (nem mesmo circulares) em relação ao eixo óptico, permitindo, assim, dividir livremente um perfil de padrão de relevo em regiões adjacentes e usinar regiões correspondentes em uma superfície de uma peça de material óptico para fornecer superfícies de redirecionamento de luz. Esse grau de liberdade facilita muito a adaptação de um perfil de padrão de relevo, a fim de reproduzir um determinado padrão de referência, enquanto ainda permite a redução da espessura. Particularmente, essa abordagem é adaptada para modificar um perfil de relevo inicialmente calculado (geralmente contínuo, ou seja, uniforme) com uma profundidade δi espessa demais para produzir um elemento de segurança óptico de profundidade δf alvo muito baixa, mas que, no entanto, atende a todos os requisitos para fornecer uma superfície de redirecionamento de luz de um elemento óptico capaz de formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico que reproduz um determinado padrão de referência (visualmente reconhecível) em uma superfície de projeção. Esse perfil de relevo inicial para usinagem de uma superfície de redirecionamento de luz é ilustrado na Fig.2 (A).

[0062] De acordo com a invenção, como ilustrado na Fig.2 (A), uma seção transversal de um perfil de padrão de relevo inicial (bidimensional) (8) que se estende sobre um plano base é representada no sistema de coordenadas (X, Y) com eixo de altura Y (ordenado) correspondente a um eixo óptico da superfície de redirecionamento de luz correspondente e abcissa X no plano base. A seção transversal corresponde a uma curva (unidimensional) (8), mostrando a profundidade δi máxima do padrão de relevo inicial. Um fatiamento do perfil do padrão de relevo inicial é realizado: aqui, o fatiamento corresponde a planos perpendiculares ao eixo óptico Y, que cruzam o padrão de relevo em determinadas alturas h1, h2, h3 e h4 (de valores crescentes ao longo do eixo Y, preferencialmente, igualmente espaçados) ao longo de linhas cujos traços respectivos no perfil de seção transversal (8) determinam alguns pontos de interseção P1, P1’, P2, P2’, P2’’, P2’’’, P3, P3’, P4 e P4’. Os pontos P0 e P0’ correspondem a interseções com o plano base. Outros fatiamentos são possíveis (dependendo das escolhas relativas à localização das linhas de interseção resultantes no perfil do padrão de relevo inicial), como o obtido pelas interseções de superfícies cilíndricas (ou seja, topologicamente equivalente a cilindros circulares retos), tendo eixo ao longo de Y, com o perfil inicial do padrão de relevo.

[0063] Cada plano de fatiamento define zonas compreendidas sob o perfil (8) e entre os planos de fatiamento subsequentes: aqui, - uma zona no plano base, ou seja, no plano de fatiamento na altura h0 = 0, com pontos de interseção P0 e P0’, que possui duas partes correspondentes às duas porções da curva do perfil (8) entre o plano base e o (próximo) primeiro plano de fatiamento (na altura h1), com pontos de interseção P1 e P1’, ou seja, a primeira parte corresponde à primeira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P0 e P1, e a segunda parte corresponde à segunda porção entre os pontos P0’ e P1’; - uma zona no primeiro plano de fatiamento, com pontos de interseção P1 e P1’ na altura h1, que possui três partes correspondentes às três porções da curva do perfil (8) entre o primeiro plano de fatiamento e o (próximo) segundo plano de fatiamento (na altura h2), com pontos de interseção P2, P2’, P2’’ e P2’’’, ou seja, a primeira parte corresponde à primeira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P1 e P2, a segunda parte corresponde à segunda porção da curva do perfil (8) entre os pontos P2’ e P2’’, e a terceira parte corresponde à terceira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P1’ e P2’’’; - uma zona no segundo plano de fatiamento, com pontos de interseção P2, P2’, P2’’ e P2’’’ na altura h2, que possui três partes correspondentes às três porções da curva do perfil (8) entre o segundo plano de fatiamento e o (próximo) terceiro plano de corte (na altura h3), com pontos de interseção P3 e P3’, ou seja, a primeira parte corresponde à primeira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P2 e P2’, a segunda parte corresponde à segunda porção da curva do perfil (8) entre os pontos P2’’ e P3, e a terceira parte corresponde à terceira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P2’’’ e P3’; - uma zona no terceiro plano de fatiamento, com pontos de interseção P3 e P3’ na altura h3, que tem duas partes correspondentes às duas porções da curva do perfil (8) entre o terceiro plano de fatiamento e o (próximo) quarto plano de fatiamento (na altura h4), com pontos de interseção P4 e P4’, ou seja, a primeira parte corresponde à primeira porção da curva do perfil (8) entre os pontos P3 e P4 e a segunda parte corresponde à segunda porção entre os pontos P3’ e P4’; e - uma zona no quarto plano de fatiamento, com pontos de interseção P4 e P4’ na altura h4, que possui apenas uma parte correspondente à única porção da curva do perfil (8) acima do quarto plano de fatiamento, ou seja, a parte correspondente à porção da curva do perfil (8) entre os pontos P4 e P4’.

[0064] O número de planos de fatiamento e suas diferentes alturas são escolhidos em vista da redução alvo da profundidade δi do perfil. Por exemplo, um fator de redução tal como 10 pode ser facilmente obtido em vista do uso de usinagem de alta precisão.

[0065] No caso de um fatiamento resultante de interseções do perfil do padrão de relevo com superfícies cilíndricas, cada linha correspondente a um traço de uma interseção não está, claramente, a um valor de altura constante e, portanto, o valor de altura correspondente a ser considerado para conversão para o plano base é o mais baixo ao longo da linha.

[0066] Então, um "colapso" no plano base é realizado pela conversão (como uma única unidade e paralela ao eixo óptico Y) de cada porção da curva do perfil (8) compreendida acima de uma parte correspondente de uma zona em um plano de fatiamento em altura hi (i = 0,…, 4), em direção ao plano base por uma distância do valor hi. O resultado é um perfil de padrão de relevo "colapsado" (ou reduzido) (9) de profundidade δ reduzida, como mostrado na Fig.2 (B), em que: - as porções da curva do perfil (8) entre os pontos P0 e P1, respectivamente P0’ e P1’, acima do plano de fatiamento na altura h0=0, são convertidas por um valor de distância 0 para obter as porções do perfil reduzido (9) compreendido entre os pontos M0 e M1, respectivamente M0’ e M1’, com descontinuidades de perfil em M1 e M1’ e com traços de descontinuidade correspondentes no plano base nos respectivos pontos N1 e N1’; - as porções da curva do perfil (8) entre os pontos P1 e P2, respectivamente P2’ e P2’’, P1’ e P2’’’, acima do plano de fatiamento na altura h1, são convertidas por um valor de distância h1 para obter as porções do perfil reduzido (9) compreendidas entre os pontos N1 e M2, respectivamente M2’ e M2’’, N1’ e M2’’’, com descontinuidades de perfil em M2 e M2’, M2’’ e M2’’’, e com traços de descontinuidade correspondentes no plano base nos respectivos pontos N2, N2’, N2’’ e N2’’’; - as porções da curva do perfil (8) entre os pontos P2 e P2’, respectivamente P2’’ e P3, P2’’’ e P3’, acima do plano de fatiamento na altura h2, são convertidas por um valor de distância h2 para obter as porções do perfil reduzido (9) compreendido entre os pontos N2 e N2’, respectivamente N2’’ e M3, N2’’ e M3’, com descontinuidades de perfil em M3 e M3’ e com traços de descontinuidade correspondentes no plano base nos respectivos pontos N3 e N3’; - as porções da curva do perfil (8) entre os pontos P3 e P4, respectivamente P3’ e P4’, acima do plano de fatiamento na altura h3, são convertidas por um valor de distância h3 para obter as porções do perfil reduzido (9) compreendido entre os pontos N3 e M4, respectivamente N3’ e M4’, com descontinuidades de perfil em M4 e M4’ e com traços de descontinuidade correspondentes no plano base nos respectivos pontos N4 e N4’; e - a porção da curva do perfil (8) entre os pontos P4 e P4’, acima do plano de fatiamento na altura h4, é convertida por um valor de distância h4 para obter a porção do perfil reduzido (9) compreendida entre os pontos N4 e N4’.

[0067] Existem limitações em relação ao número de planos de fatiamento e suas alturas no método acima para calcular um perfil de relevo em relação aos respectivos tamanhos das diferentes partes do perfil compreendidas entre os pontos M0 e N1, N1 e N2, N2 e N2’, N2’ e N2’’, N2’’ e N3, N3 e N4, N4 e N4’, N4’ e N3’, N3’ e N2’’’, N2’’’ e N1’, N1’ e M0 no plano base: esses tamanhos devem estar acima do limite de difração (para luz visível), de modo que o padrão cáustico projetado ainda seja visualmente reconhecível (ou seja, não seja estragado, por exemplo, por aberrações cromáticas). Uma limitação adicional refere-se a perdas de ângulo no nível das descontinuidades devido à perda de luz recebida, causada pela incidência nas facetas de ângulo correspondentes do perfil de relevo usinado.

[0068] Como resultado da operação de “corte e colapso”, o perfil de relevo (9) calculado com descontinuidades tem uma profundidade δ de padrão de relevo reduzida muito menor que δi, e, portanto, o padrão de relevo usinado de forma correspondente também terá uma profundidade reduzida δf e mostrará variações bruscas correspondentes às descontinuidades do perfil de relevo calculado (9).

[0069] Assim, de acordo com a invenção, as operações de projetar um padrão de relevo de profundidade muito baixa δf para formar uma superfície de redirecionamento de luz em um substrato de material óptico, de modo a fornecer um elemento de segurança óptico capaz de atender ao critério de reconhecimento visual acima mencionado (em relação a um determinado padrão de referência), são muito facilitadas, pois é possível iniciar o processo com um perfil de padrão de relevo inicial espesso com δi » δf, ou seja, não cumprindo com o requisito severo de espessura para uma elemento de segurança óptico, mas, por outro lado, capaz de gerar (através da usinagem de uma superfície de um material óptico) uma projeção visualmente reconhecível de um padrão cáustico, e formar um perfil de padrão de relevo descontínuo correspondente de profundidade reduzida e capaz de fornecer um elemento de segurança óptico fino (de determinada profundidade alvo), sem precisar realizar alguns testes para verificar se a usinagem de um material óptico fornecerá um elemento de segurança óptico adequado, e evitando ter que modificar (ou mesmo rejeitar) um pretenso padrão de referência para que um perfil de padrão de relevo calculado de fato seja de fato compatível com uma projeção visualmente reconhecível de um padrão cáustico correspondente.

[0070] A Fig. 3 é um exemplo de padrão de referência representando o número 100 em um segundo plano escuro.

[0071] A Fig. 4A mostra uma fotografia de uma realização de um elemento de segurança óptico muito fino de acordo com a invenção (ou seja, a parte transparente do objeto mais frontal da imagem) tendo uma superfície de redirecionamento de luz refrativa com um padrão de relevo de profundidade δ = 30 μm que foi fundido por UV em um material de folha refrativo transparente, de acordo com a invenção. A profundidade total do elemento de segurança óptico é de 100 µm, a sua área A sendo de 1 cm2. O material refrativo da folha tem um índice refrativo n cerca de 1,5 e é feito de poliéster. O índice refrativo da resina usada para formar o padrão de relevo também é de cerca de 1,5. Também é mostrado (em segundo plano) o padrão cáustico projetado (ou seja, o número 100) em uma tela (veja também a Fig. 4B), com linhas de sombra correspondentes às variações bruscas do padrão de relevo usinado. O padrão de referência é o da Fig. 3.

[0072] A Fig. 4B é uma fotografia mostrando detalhes do padrão cáustico projetado pelo elemento de segurança óptico da Fig. 4A. Aqui, a fonte de luz pontual é um LED a uma distância ds = 30 cm a partir da superfície de redirecionamento de luz, e a tela plana na qual o padrão cáustico é projetado está a uma distância di = 40 mm. O padrão cáustico reproduz ordenadamente o padrão do número 100 do padrão de referência da Fig. 3.

[0073] A Fig. 5A é uma visão em perspectiva de um padrão de relevo com contornos correspondentes a cortes nivelados mantendo 30 μm de altura, ou seja, correspondentes a descontinuidades de um perfil de relevo calculado para o padrão de referência da Fig. 3 (ou seja, o número 100).

[0074] A Fig. 5B é uma visão do padrão cáustico projetado correspondente ao padrão de relevo da Fig. 5A: linhas de sombra correspondentes a cortes nivelados são claramente visíveis em torno do número 100.

[0075] A Fig. 6A é uma visão em perspectiva de um padrão de relevo com contornos correspondentes a cortes formados pelo fatiamento de um padrão inicial de relevo com cilindros elípticos mantendo aproximadamente 30 μm de altura, ou seja, correspondentes a descontinuidades de um perfil de relevo para o padrão de referência da Fig. 3 (ou seja, o número 100).

[0076] A Fig. 6B é uma visão do padrão cáustico projetado correspondente ao padrão de relevo da Fig.6A e que mostra linhas de sombra correspondentes aos cortes elípticos.

[0077] A matéria divulgada acima deve ser considerada ilustrativa e não restritiva e serve para proporcionar uma melhor compreensão da invenção definida pelas reivindicações independentes.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento de segurança óptico compreendendo uma superfície de redirecionamento de luz refletiva, ou uma superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente ou parcialmente transparente, com um padrão de relevo de profundidade δf adaptado para redirecionar luz incidente recebida a partir de uma fonte pontual e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção, dito padrão cáustico reproduzindo um padrão de referência e sendo visualmente reconhecível, caracterizado pelo fato de que: um perfil do padrão de relevo tem variações bruscas formadas pela usinagem de uma superfície de uma peça de material óptico de acordo com um perfil de padrão de relevo calculado com descontinuidades, ditas variações bruscas usinadas correspondendo às descontinuidades.

2. Elemento de segurança óptico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o perfil de padrão de relevo calculado com descontinuidades é obtido pelo fatiamento de um perfil de padrão de relevo inicial de uma superfície modelo de redirecionamento de luz em porções de perfil contíguas menores, dito perfil de padrão de relevo inicial tendo uma profundidade δi maior que δf e sendo operável para reproduzir por simulação de percurso óptico o dito padrão cáustico na superfície de projeção sob iluminação pela fonte pontual, o fatiamento gerando uma superfície de delimitação entre quaisquer duas porções de perfil contíguas que se estendem paralelamente a um eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz, e pelo colapso, ao longo do eixo óptico, de cada porção de perfil compreendida entre duas superfícies de delimitação consecutivas, formando assim o perfil de relevo calculado com uma descontinuidade ao longo de cada superfície de delimitação.

3. Elemento de segurança óptico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a operação de colapso de uma porção de perfil do perfil de padrão de relevo inicial, cuja altura é medida em relação ao eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz e que se estende acima de um plano de base perpendicular ao dito eixo óptico, é obtido por conversão, paralela ao eixo óptico e em direção ao plano base, da porção do perfil por um valor de distância correspondente a uma altura mínima na qual suas superfícies de delimitação cruzam a dita porção do perfil, obtendo, assim, o perfil de relevo calculado com um padrão de relevo de profundidade reduzida menor que δi.

4. Elemento de segurança óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o perfil do padrão de relevo tem uma profundidade δf menor que ou igual a 30 µm.

5. Elemento de segurança óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o perfil do padrão de relevo tem uma profundidade δf menor que ou igual a 250 µm.

6. Elemento de segurança óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a superfície de redirecionamento de luz refletora, ou uma superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente ou parcialmente transparente, é disposta sobre um substrato de base plana, uma espessura total do elemento de segurança óptico sendo menor que ou igual a 100 µm.

7. Elemento de segurança óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que seu padrão de relevo é adaptado para redirecionar a luz incidente recebida a partir da fonte pontual, a uma distância ds da superfície de redirecionamento de luz e formar a imagem projetada que contém o padrão cáustico na superfície de projeção a uma distância di da superfície de redirecionamento de luz, com um valor di menor que ou igual a 30 cm e um valor da razão ds/di maior ou igual a 5.

8. Elemento de segurança óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que marca um objeto selecionado a partir do grupo que compreende: produtos de consumo, selos fiscais, cartões de identificação, passaportes, cartões de crédito e cédulas.

9. Método para projetar uma superfície de redirecionamento de luz refletiva, ou uma superfície de redirecionamento de luz refrativa transparente ou parcialmente transparente, com um padrão de relevo de profundidade δf, de um elemento de segurança óptico adaptado para redirecionar luz incidente recebida a partir de uma fonte pontual e formar uma imagem projetada contendo um padrão cáustico em uma superfície de projeção, dito padrão cáustico reproduzindo um padrão de referência e sendo visualmente reconhecível, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) calcular um perfil de padrão de relevo com descontinuidades; e b) usinar uma superfície de uma peça de material óptico de acordo com o perfil de padrão de relevo calculado com descontinuidades na etapa a), tendo assim um perfil usinado do padrão de relevo com variações bruscas correspondentes às descontinuidades do perfil de padrão de relevo calculado na etapa a).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, na etapa a), o cálculo do perfil do padrão de relevo com descontinuidades é realizado pelas seguintes etapas adicionais de: fatiamento de um perfil de padrão de relevo inicial de uma superfície modelo de redirecionamento de luz em porções de perfil contíguas menores, dito perfil de padrão de relevo inicial tendo uma profundidade δi maior que δf e sendo operável para reproduzir por simulação de percurso óptico dito padrão cáustico na superfície de projeção sob iluminação pela fonte pontual, o fatiamento gerando uma superfície de delimitação entre quaisquer duas porções de perfil contíguas que se estendem paralelas a um eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz, e colapso, ao longo do eixo óptico, de cada porção de perfil compreendida entre duas superfícies de delimitação consecutivas, formando, assim, o perfil de relevo calculado com uma descontinuidade ao longo de cada superfície de delimitação.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: na etapa a), a etapa adicional de colapso de uma porção de perfil do perfil de padrão de relevo inicial, cuja altura é medida em relação ao eixo óptico de dita superfície modelo de redirecionamento de luz e que se estende acima de um plano de base perpendicular ao dito eixo óptico, é realizada por conversão, paralela ao eixo óptico e em direção ao plano base, da porção de perfil por um valor de distância correspondente a uma altura mínima na qual suas superfícies de delimitação cruzam a dita porção de perfil, obtendo, assim, o perfil de relevo calculado tendo um padrão de relevo de profundidade reduzida menor que δi; e na etapa b), a superfície da peça de material óptico é usinada de acordo com o perfil de padrão de relevo calculado de profundidade reduzida menor que δi, obtendo assim a superfície de redirecionamento de luz do elemento de segurança óptico com o padrão de relevo de profundidade reduzida δf menor que δi.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que a usinagem da superfície da peça de material óptico compreende qualquer um dentre usinagem de ultraprecisão, ablação a laser e litografia.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente que a superfície de redirecionamento de luz usinada é uma superfície de redirecionamento de luz matriz a ser usada para construir uma réplica da superfície de redirecionamento de luz.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a replicação da superfície de redirecionamento de luz usinada em um substrato.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14, caracterizado pelo fato de que a replicação compreende uma de fundição por UV e gravação.