CN106255905A - 具有反射效果的光学安全部件、该部件的生产及配备该部件的安全文件 - Google Patents

Abstract

根据一方面，本发明涉及通过直接反射进行观察的光学安全部件。该部件包括：被雕刻在具有折射率n₂的材料层上的结构；具有不同于n₂的折射率n₁的电介质材料的薄层，其沉积在所述结构上；具有不同于n₁的折射率n₀的材料层，其封装覆盖了所述薄层的所述结构。所述结构具有第一图案，第一图案经第二图案调制使得：在至少一个第一区域(61，86)中，第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为使得生成至少一个第一下凹或凸起的筒状反射元件，且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅；在至少一个第二区域(62，86)中，第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为使得生成至少一个下凹或凸起的筒状反射元件(64)，且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为与所述第一波长相减滤色器不同的第二波长相减滤色器的第二子波长光栅。每个子波长光栅可以是零阶衍射光栅如DID。

Description

具有反射效果的光学安全部件、该部件的生产及配备该部件 的安全文件

技术领域

本说明书涉及安全标记领域。更具体地，其关于用于验证文件真实性的具有反射效果的光学安全部件，关于该部件的制作方法，以及关于配备该部件的安全文件。

背景技术

已知有众多技术用于文件或产品的认证，特别是用于有价值的文件(例如纸币、护照或其它身份文件)等的文件的保护。这些技术旨在制作光学安全部件，其由观察参数(相对于观察轴线的定向、光源的位置和尺度等等)决定的光学效果呈现出非常有特点且可验证的构型。这些光学部件的总体目标是基于难以复制的物理构型而提供新的、有区别的光学效果。

在这些部件当中，产生通常被称为“全息图”的衍射可变图像的光学部件被称为DOVID(衍射光学可变图像设备)。这些部件通常以反射方式进行观察。在这些部件当中，一些表现出在零阶(即以直接反射方式)可观察到的光学效果，允许未被教授过光栅光学的公众进行更简单的认证。例如对于“DID”部件(代表术语“衍射识别装置”的缩写，例如在申请FR 2509873中予以描述并作为波长相减滤色器)即是这种情况。

已知可生成附加效果，其包括光学效果的动态变化，其例如为在亮区和/或彩色区的给定方向上偏移的形式，有时被称为“滚动条”，即由分量倾角的变化导致的偏移。于是观察者在其转动该部件时能够观察到沿着图像移动的亮区和/或彩色区，从而构成附加的认证检查。

因此，例如在公开的申请US 20050106367中，描述了用于通过利用磁体而根据可变角度进行定向以形成动态光学效果的磁“片”来保护纸币的过程。更准确而言，如图1A和图1B所示，薄片101在第一区(R₁)中能够以凸起方式定向且在第二区(R₂)中以下凹方式定向。当该部件被固定光源照射时所得的光学效果是一对亮条(102，图1B)，当该部件进行倾动式转动时，每个亮条给出沿相反方向(在图1B中以箭头标示)运动的印象。

例如这些表现出“滚动条”的动态光学效果在专利US 7002746和公开的专利申请US 20120319395中也进行了描述。在这些文献中，描述了宏观结构，其包括根据给定的角度进行定向以形成反射效果的小面，使得当部件进行倾动式转动时可以产生亮条偏移的视觉效果。因此，图2示出具有通过在互补区域(231，232，233)中使所述小面进行不同地定向而获得如前文中的双滚动条效果的示例性实施方式。

在这些文献中，根据变型例描述了如何进一步可以通过特定盖层(例如干涉层)产生除了动态效果之外的倾动式可变彩色效果。

本发明提出了展现出“双滚动条”型动态光学效果的光学安全部件，其认证通过强烈且方位角式可变彩色效果(与动态光学效果耦合)而得到加强。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种光学安全部件，其旨在通过直接反射以位于380nm与780nm之间的频带根据观察面进行观察，包括：

-被雕刻在具有折射率n₂的材料层上的结构；

-具有不同于n₂的折射率n₁的电介质材料的薄层，其沉积在所述结构上；

-不同于n₁的折射率n₀的材料层，其封装覆盖了所述薄层的所述结构，

所述结构具有第一图案，该第一图案经第二图案以如下方式进行调制：

-在至少一个第一区域中，第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第一主方向的至少一个第一筒状反射元件，并且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅；

-在至少一个第二区域中，第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第二主方向的至少一个第二筒状反射元件，并且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为第二波长相减滤色器(与所述第一波长相减滤色器不同)的第二子波长光栅。

这样的光学安全部件在关于与第一和第二主方向之一平行的轴线进行倾动式旋转时具有“行进中的亮带”的动态视觉效果，其更加明显，因为如此形成的各个第一和第二反射元件由于对其进行调制的子波长光栅而呈现不同的“颜色”。

在本说明书中，具有圆柱体的至少一部分的元件被称为筒状反射元件，其中该圆柱体的生成器定义了该元件的主方向。

根据一个或多个实施方式，如此形成的筒状反射元件，不论下凹的或凸起的，具有关于平行于主方向的纵轴的对称性；根据另一个实施方式，筒状反射元件可以仅由例如这种的对称性反射元件的第一半构成，且可被称为“筒状反射半元件”。

根据一个或多个实施方式，根据被布置于与所述部件的平面平行的平面中且特征分别在于垂直方向的第一光栅矢量和第二光栅矢量的两个一维平面光栅在第一组小面和第二组小面中的每个上的投影，定义第一子波长光栅和第二子波长光栅，光栅矢量之一的方向平行于第一主方向和第二主方向之一。

该构造使得对于第一和第二反射元件中的每个而言能够在观察所述部件的倾动式动态效果期间获得两种非常强烈的互补“颜色”，而且当光学安全部件进行90°方位角旋转时这两种颜色反转，因此提供附加的认证手段。

根据一个或多个实施方式，其方向与第一主方向和第二主方向之一平行的光栅矢量的范数以使得投影在对应的一组小面上的光栅具有基本固定的间隔的方式可变。利用光栅的固定间隔(而不管小面如何倾斜)，在各个筒状反射元件上获得稳定的颜色。

根据一个或多个实施方式，第一组小面和第二组小面构成分别沿第一主方向和第二主方向定向并且相对于所述部件的平面以连续可变方式分别向第一和第二基本平坦的中央小面倾斜的平坦表面(例如具有矩形形状)的集合。

在垂直于主方向的方向上具有指定宽度的平坦中央小面的存在使得可以更大或更小程度地加宽当所述部件的平面被定向在镜面反射的可视平面中时可看到的亮带，从而使得可以提示负责检查的人员本能地“调整”所述部件以具有最大的可能有效表面积。有利的是，该“调整”角度有利于观察文件上同样也通过直接反射可见的其它安全元件。

中央小面的宽度至少等于在相同方向上测量的、相应反射元件的长度的5％。

在具有与主方向平行的纵轴的筒状反射元件的情况下，所述纵轴位于中央小面的中心。

在“半个筒状反射元件”的情况下，中央小面能够形成对应的一组小面的端部。

根据一个或多个实施方式，在靠近第一组小面和第二组小面的中央小面的第三区域中，所述结构的第一图案由与第一和第二中央小面平行的平坦表面构成，且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为一个或多个波长相减滤色器的一个或多个子波长光栅。根据一实施方式，子波长光栅形成一个或多个可识别图案。根据一实施方式，涉及两个子波长光栅，以90°布置且形成互补图案。

该构造呈现出对于观察者而言明显的视觉效果，原因在于：当负责检查的人员以使得(对于每个第一和第二筒状反射元件)在中央小面处出现亮带的方式按倾动方式“调整”了所述部件时，在第三区域中通过反射在零阶可见的颜色以强烈的方式呈现。

因此，例如在关于纵轴对称的筒状反射元件的情况下，当亮带以纵轴为中心时，会在第三区域中出现颜色(有利的是具有“亮起来”的可识别图案的形式)。

如果两个筒状反射元件具有垂直的主方向，则能够相对于两个轴线来完成对所述部件进行倾动式“调整”以实现在第三区域中出现颜色。

根据另一个示例，在布置多个筒状反射半元件(其平坦中央小面形成端部)的情况下，可以将这些筒状反射半元件布置成使得：每组小面的平坦中央小面在第三区域处组在一起从而形成“中央高台”。于是，例如在所有的筒状反射半元件为下凹的情况下，通过使一组亮带朝向中央高台行进，能够实现对光学安全部件的倾动式“调制”。

根据一个或多个实施方式，可以通过改变两个连续小面之间的角度变化，在亮带的行进中形成虚构的阶段(fictitious stages)。

根据依照本说明书的光学安全部件的一个或多个实施方式，第一和第二主方向可以平行。因此，当所述部件关于同一个轴线以倾动式转动时，两个筒状反射元件的亮带行进。

在这种情况下，可以具有下凹的筒状反射元件和凸起的筒状反射元件，以使得观察者看到一种“颜色”沿一个方向行进同时另一种颜色沿相反方向行进，允许对所述部件进行特别直接的认证。

因此，在根据本说明书的光学部件的特定示例性实施方式中，在第一区域中，浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成根据第一线路布置的一个或多个下凹的筒状反射元件，并且在第二区域中，浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成根据与所述第一线路平行的第二线路布置的一个或多个凸起的筒状反射元件。

光学安全部件可以应用于保护众多产品、身份文件或信托产品如纸币。

因此，根据一个或多个实施方式，根据本说明书的光学安全部件适用于保护文件或产品，并且在与观察面相对的一面上包括用于将所述部件转移到所述文件或产品上的层。

其在观察面这侧还包括：在所述部件被转移到文件或产品上之后要剥离的支撑膜。

根据一个或多个实施方式，根据本说明书的光学安全部件适用于制造用于保护纸币的安全细线，且在观察面这侧以及与观察面相对的一面包括保护层或膜。

根据所述实施方式中的一个或其他实施方式，所述部件还可以在与观察面相对的一面包括彩色对比层，有利的是不透明的彩色对比层。

根据第二方面，本说明书涉及包括如上所述的至少一个第一光学安全部件的纸币，所述第一光学安全部件形成被部分插入纸币的基材中的安全细线。

根据一个或多个实施方式，所述纸币还包括第二光学安全部件，其位于纸币的一面上，并形成与第一光学安全部件的第一和第二波长相减滤色器相似的两个波长相减滤色器。

根据第三方面，本说明书涉及用于制作根据第一方面的光学安全部件的方法。

因此，本发明涉及用于制作旨在通过直接反射以位于380nm与780nm之间的频带进行观察的光学安全部件的方法，该方法包括：

-在支撑膜上沉积具有折射率n₀的材料的第一层；

-在所述第一层上形成至少一个雕刻结构，

所述结构(S)具有第一图案，该第一图案经第二图案以如下方式进行调制：

-在至少一个第一区域中，第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为使得生成当从观察面观察时为下凹或凸起的、具有第一主方向的至少一个第一筒状反射元件，并且第二图案在沉积薄层和封装所述结构之后，形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅；

-在至少一个第二区域中，第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为使得生成当从观察面观察时为下凹或凸起的、具有第二主方向的至少一个第二筒状反射元件，并且第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为与所述第一波长相减滤色器不同的第二波长相减滤色器的第二子波长光栅；

所述方法还包括：

-在雕刻结构上沉积具有不同于n₀的折射率n₁的电介质材料的薄层；

-通过不同于n₁的折射率n₂的材料层封装覆盖有所述薄层的所述结构。

根据本说明书的部件因此适用于根据全息类型部件的制造方法而大批量制造。

根据本说明书，上述纸币可以包括：

-以如上所述方式制作第一光学安全部件；

-将第一光学安全部件集成到纸币的基材中；以及

-将第二光学安全部件固定安装在所述基材的表面。

附图说明

在阅读下面利用附图阐述的说明书后将会明白本发明的其它特征和优势。在附图中：

图1A和图1B已进行了描述，示出了根据现有技术的双滚动条的示例；

图2已进行了描述，示出了根据现有技术的双滚动条的另一示例；

图3A和图3B是根据本说明书的部件的示例性实施方式的截面图；

图4A至图4F是示出通过根据本说明书的部件示例中的结构元件实现的滚动条效果的图；

图5A至图5C是根据一示例示出确定根据本说明书的部件的光学结构的图；

图6A和图6B是模拟根据两个倾动式观察角、通过根据本说明书的部件的示例性实施方式获得的视觉效果(斜视图)的图；

图7A和图7B是模拟根据两个方位观察角、通过与图6A和图6B中相同的部件获得的视觉效果(俯视图)的图；

图8A和图8B是模拟通过根据本说明书的部件的其它示例获得的视觉效果(俯视图)的图；

图9是集成了根据本说明书的各个部件的示例性纸币；

图10是集成了线状部形式的本说明书中的部件和提供与本发明不同的效果的补片形式部件的示例性纸币。

具体实施方式

图3A和图3B根据(部分)截面图示出根据本说明书的光学安全部件的两个示例。

图3A中所示的部件30示出了旨在被转移至文件或产品上的示例性光学安全部件，以实现其安全目的。根据一实施方式，其包括：支撑膜11，例如聚合物材料膜，例如数十微米(代表地，20μm至50μm)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；以及剥离层12，例如由天然蜡或合成蜡制成。剥离层使得可以在将光学部件固定在要保护的产品或文件上之后去除聚合物支撑膜11。光学安全部件30还包括：用于执行部件的光学功能的一组层13-15(其会在后续进行更详细的描述)，以及(可选的)不透明的彩色对比层16和粘合剂层17，例如为热活化粘合剂层，用于将光学安全部件固定在产品或文件上。注意，对比层16也可以并入粘合剂层17中或并入形成所述部件的光学功能的一组层当中距离所述部件的观察面100最远的层(图3A中的层15)中。在实际中(如后续所述)，通过将所述层堆叠在支撑膜11上从而制作光学安全部件，然后将该部件通过粘合剂层17固定在要确保安全的文件/产品上。然后，例如通过剥离层12剥离支撑膜11。

图3B示出用于保护纸币安全可靠的光学安全部件31；其需要例如旨在纸币制作过程中集成到纸张中的安全线状部的一部分。在该示例中，与之前类似，部件31包括支撑膜11(12μm至25μm)，用于执行该安全部件的光学功能的一组层13-15，(可选的)不透明的彩色对比层16和保护层17’，例如膜或漆。与前一示例中类似，可以通过将所述层堆叠在支撑膜11上从而进行所述制作。然后沉积保护层17’以使安全线状部具有必要的牢固性。

在图3A和图3B的示例中，所述一组层13-15包括：具有折射率n₂的材料层15，其刻有结构S；由沉积在结构S上并具有不同于n₂的折射率n₁的电介质材料制成的薄层14；以及由不同于n₁的折射率n₀的材料制成的层13，封装覆盖了所述薄层的结构。“不同”的折射率表示折射率之间相差至少0.3，优选为至少0.5。根据一实施方式，所述薄层是所谓的“高指数”(即“高折射率”，HRI)材料层，表现出1.8与2.9之间的折射率，优选在2.0与2.4之间，而在高指数层两侧的层13和15是所谓的“低指数”层，表现出1.3与1.8之间的折射率，优选在1.4与1.7之间。布置在观察面侧的层13在观察频带上是透明的。

从图3A和图3B中明白，结构S表现出利用第二图案调制的第一图案。在第一区域中(在图3A和图3B中单独可见)，第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为当从观察面100观察时产生至少一个下凹或凸起的反射元件(图3A的示例中为凸起元件，而在图3B的示例中为下凹)，并且第二图案形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅。在第二区域中(在图3A、图3B中不可见)，第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为当从观察面100观察时也产生至少一个下凹或凸起的反射元件，并且第二图案形成作为第二波长相减滤色器的第二子波长光栅，其与第一波长相减滤色器不同，以获得随后将更具体描述的视觉效果。

用于制作根据本说明书的光学安全部件的方法有利地包括以下步骤。

由经第二图案调制的第一图案形成的光学结构S通过电子束光刻工艺而记录在光敏基材(称作“光致抗蚀剂”)上(如下文中具体所述)。电铸法步骤使得可以将光学结构转印到例如基于镍的抗性材料中，以产生包括旨在形成经第二图案调制的第一图案的光学结构S的金属模版或“母版”。光学安全部件的制作于是包括对由折射率n₀的电介质材料制成的层13(例如，低指数层，通常为数微米厚的压印漆)进行压印。该层13有利地由支撑层11支撑，该支撑层11例如为由聚合物材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET)制成的12μm至50μm的膜。所述压印可以通过电介质材料的热印(热压纹)或通过模制成型然后UV交联(“UV浇铸”)来实现。通过UV交联进行复制使得特别是可以复制具有大的深度幅度的结构，且使得可以在复制中获得更好的可靠性。通常，在复制步骤中可以使用现有技术中已知的任何高分辨率复制过程。在此之后，在层上进行沉积，因此例如通过真空蒸发对具有不同于n₀的折射率n₁的层14进行雕纹。层14例如为高指数层，例如折射率为2.2的硫化锌(ZnS)，或折射率为2.5的氧化钛(TiO₂)，或光学指数高的聚合物材料，并且其厚度在40nm和200nm之间。然后，涂覆具有不同于n₁的折射率n₂的层15(例如本质上与层13相同的层)至数微米厚，然后(可选地)沉积不透明的彩色对比层16，最终通过例如涂覆法或UV可交联的漆沉积胶或漆类型的层(17，17’)。

记录所述结构S用于设计所述模版有利地包括以下步骤。

首先进行确定旨在定义第一和第二图案的结构S的步骤。

在至少一个第一区域和至少一个第二区域中，所述结构的第一图案包括：分别具有第一组小面和第二组小面的浅浮雕，所述第一组小面和第二组小面的形状被确定为使得产生至少一个凸起的或下凹的反射元件。为了确定第一图案的形状，可以参考用于形成菲涅尔透镜的过程，如通过图4A至图4F所示(对于凸起元件的情况)。

有利的是，期望用形成第一图案的浅浮雕复制的反射元件是筒状反射元件CL或CL’(例如如图4A和图4B中所示)，即，其生成器限定了主方向的筒状部的一段所形成的元件。在图4A和图4D的示例中，所示出的反射元件(在此是凸起的)还关于与筒状部的主方向平行的纵轴(由Δ₁表示)对称。根据一实施方式，其可以是“筒状半元件”，即，限于仅从纵轴Δ₁的一侧延伸的部分的元件。例如这些的筒状反射元件使得实际上可以将点状或准点状源反射为亮线或“带”，分别如图4C和图4F中的41和41’所示。有利的是，如下文中更详细所述，期望进行复制的反射元件将能够具有“高台”，即，以纵轴为中心的、宽度更大或更小的平坦区。这样的高台的作用是能够在反射中使亮带变宽，如图4F中可见到的那样(带41’)。

图4B和图4E分别示出来自图4A和图4D中的反射元件CL和CL’的浅浮雕。每个浅浮雕包括一组小面(F_i，F’_i)，其被确定以产生所寻求的凸起或下凹的反射元件。在图4B的示例中，其中期望获得细的反射型亮带(见图4C中的标号41)，以纵轴为中心的中央小面F₀实质上是凸起的。在图4E的示例中，其中期望获得宽的反射型亮带(见图4E中的标号41’)，以纵轴为中心的中央小面F’₀是平坦的，且其在垂直于纵轴的方向上的宽度l₀大小适合所寻求的效果。

能够通过已知的方式(如本申请人名义的申请WO2011138394中所述)确定小面的形状以获得所寻求的凸起或下凹的反射元件。

根据第一实施方式，例如可以将反射元件(例如CL或CL’)以固定间隔进行接合。可以定义反射元件的支撑平面∏，如图4A至图4F中所示。在具有纵轴的反射元件情况下的接合优选是根据垂直于平面∏且平行于纵轴并等距的一组基本平面P_i进行。于是通过在每个接合单元中转印反射元件的基本表面能够获得第一图案的形状，以获得厚度减小的浅浮雕形式的第一图案(其小面复制基本表面的形状)。

根据第二实施方式，可以确定第一图案的形状以将第一图案的厚度限于预定值。于是以切片形式按固定水平进行接合，如图4B和图4E中的示例那样。在这种情况下，反射元件的接合使得可以调节通过在彼此平行且与反射元件的支撑平面∏平行的接合平面Q_i之间设置固定且等距的间隔而获得的第一图案的厚度。因此，第一所得图案的厚度可以固定。与之前一样，通过转印反射元件的基本表面能够获得第一图案的形状，以获得厚度减小的浅浮雕形式的第一图案，其小面F_i、F’_i复制基本表面的形状。在通过雕刻进行复制的框架下，这种实施方式是有利的，因为其限制了第一所得图案的厚度变化。

无论在用于确定第一图案的上述第一或第二实施方式的情况下，可以将小面视为倾斜平面。在这种情况下，每个小面未必都复制反射元件的相应基本平面的形状，而是由其方程尽可能接近相应基本表面的倾斜表面形成。小面的倾角连续可变，且从位于反射元件端部的小面向中央小面减小(绝对值方面)。

实际上，第一图案的小面的高度h一般在0.5微米和7微米之间。每个小面F_i可以被视为矩形且具有大维度L_i和小维度l_i。大维度L_i对应于筒状反射元件的宽度，其沿平行于纵轴的方向测量且通常为1毫米至数毫米(L_i≥0.5mm)。沿垂直于大维度L_i的方向在小面上测量的小维度l_i必须足够大，以通过子波长光栅的足够数量的周期进行调制。因此，l_i通常在2μm至20μm之间，优选在4μm至10μm之间。因此，通常根据本说明书的对称的筒状反射元件具有5mm和20mm之间(例如为大约10mm)的总长度和数毫米的宽度。中央小面具有的宽度有利地大于总长度的0.5％，即，通常为几分之一毫米，例如大约0.5mm。在中央小面的任一侧具有数百至数千个小面以形成浅浮雕，使其可以模拟筒状反射单元。

根据本说明书，形成凸起的或下凹的反射元件的每组小面还被通过第二图案进行调制，该第二图案形成(在沉积薄层和结构封装之后)作为第一波长相减滤色器的子波长光栅。

这样的波长相减滤色器的原理是已知的，例如在申请FR 2509873中进行了描述。这样的部件(根据术语“衍射识别装置”的缩写而被称为DID)表现为结构化波导，使得可以根据极化而在不同的波长激发导模谐振。在反射中，这样的部件因此表现为带通滤色器，形成颜色随观察方向而变的彩色镜。换句话说，通过观察面100(见图3A、图3B)观察该部件的观察者会根据第一定向而看到第一颜色的彩色效果并根据第二定向(其通过部件的方位角旋转获得)而看到第二颜色的彩色效果。每个“第一”和“第二”颜色对应于位于380nm和780nm之间的所感兴趣的频带，以通过子波长光栅的周期和槽深、高指数层的厚度、和高指数层与低指数层之间的指数差而定义的波长为中心。通常，所寻求的中心波长为大约500nm和630nm，使得可以在直接反射中分别生成绿色和红色。光栅的周期根据所关心的中心波长进行选择，并且位于100nm和600nm之间，优选位于200nm和500nm之间。

根据本说明书，定义了对第一组小面(其形状被确定为使得形成至少一个凸起的或下凹的筒状反射元件)进行调制的至少一个第一子波长光栅和对第二组小面(其形状被确定为使得形成至少一个凸起的或下凹的筒状反射元件)进行调制的至少一个第二子波长光栅。有利的是，根据布置于与部件的平面平行的平面(∏)中且特征分别在于垂直方向的第一光栅矢量和第二光栅矢量的两个一维平面光栅在第一组小面和第二组小面中的每个上的投影来定义第一子波长光栅和第二子波长光栅，光栅矢量之一的方向平行于第一主方向和第二主方向之一。注意，一维光栅的光栅矢量k_g具有与光栅的线的方向垂直的方向以及根据表达式k_g＝2π/d与光栅周期成反比的范数，其中d是光栅周期。

因此，图5A至图5C示出通过第二图案(“第一光栅”)对包括一组小面F_i(如上文所定义，见图5B)的第一图案进行调制，其中第二图案由子波长光栅(以G表示，见图5A)的投影定义并限定在与所述部件的平面平行(因此平行于观察面100)的平面∏中。如图5A中所示，光栅G的特征在于间隔d和光栅矢量k_g。在图5C中，从利用第一光栅对包括一组小面的第一图案进行调制得到的结构S包括一组小面M_i，其各自支撑一维光栅。由于寻求通过第一图案生成的筒状反射元件的凹陷或凸起，小面F_i各自相对于与部件的平面平行的平面∏具有角度γ_i，该角度γ_i根据该小面相对于中央小面F₀的位置而变化。具有固定间隔d且光栅矢量具有与筒状元件的主方向垂直的方向的光栅G在每个小面Fi上的投影可以形成具有可变间隔(在图5C中由d_Mi表示)的投影光栅。当实现小面F_i的大倾角时(通常角度γ_i大于15°)，可能有利的是在投影之前改变光栅G的间隔(图5A)，使得不会在反射中产生取决于小面的颜色变化。另一方面，其光栅矢量具有与筒状元件的主方向平行的方向的光栅G在一组小面上的投影没有影响。因此，当确定了分别对形成凸起和/或下凹的筒状反射元件的第一和第二组小面进行调制的第一和第二子波长光栅时，可有利地采用校正器因子用于投影之前在部件平面中定义的光栅之一的间隔的选择。

在以上示例中，子波长光栅具有正方形轮廓。可以明白，光栅可以同样良好地具有正弦曲线或准正弦曲线轮廓。

一旦利用第一图案和第二图案的定义确定了结构S，所述记录方法包括定向步骤，其包括创立原始副本，也称为光学母版。光学母版例如为光学支座，在其上形成所述结构。光学母版可以由现有技术中已知的电子或光学刻蚀过程形成。

例如，根据第一实施方式，通过利用电子束对电子敏感树脂进行雕刻而形成光学母版。因此，通过直接改变要进行压印的区域上的电子束通量，能够在电子敏感树脂上获得浮雕。在该示例性实施方式中，根据批处理方法，能够在单个步骤中雕刻具有经第二图案调制的第一图案的结构。

根据另一个实施方式，能够使用光学刻蚀(或光刻)工艺。在本示例中，光学母版是光敏树脂板，且通过利用掩模的投影、相位掩模型投影和/或幅度掩模型投影对该光敏树脂板进行一次或多次照射而执行起始步骤，接着在适当的化学溶液中进行显影。例如，通过幅度掩模(调节其透射系数使得在显影后形成与第一图案对应的浮雕)的投影执行首次照射。此后，使用相位掩模型的第二掩模执行第二次全局照射。根据本领域技术人员已知的过程，能够预先计算该掩模的相位变化，以在显影后形成与第二图案对应的浮雕。形成图案的顺序是任意的且可以改变。接着，执行显影步骤。通过这种方式，在显影后获得了光学母版，其包括将第一图案和第二图案叠置而得到的结构。

将第一图案和第二图案叠置而得到的光学母版在显影后包括纳米浮雕，以能够产生叠置在微型浮雕(其形成所寻求的凸起或下凹的反射元件)上的彩色镜效果(其颜色根据观察方向而变)。

最后，可以例如通过电铸法(如上文所述)进行光学母版的金属性拷贝步骤，以获得金属模版或“母版”。根据一实施方式，可以执行金属模版的矩阵复制步骤，以获得适合以工业数量复制所述结构的大型生产工具。

此后，如尤其参考图3A和图3B所述，能够通过如此获得的矩阵大量制作光学安全部件。

图6至图9示出光学安全部件的特定示例或通过根据本说明书的光学安全部件而变得安全的文件的特定示例以及所实现的视觉效果。

图6和图7示出第一示例，其中，在第一区域(由61表示)中，浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成一个或多个下凹的筒状反射元件63(其根据第一线路布置)，并且在第二区域(由62表示)中，浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成一个或多个凸起的筒状反射元件64(其根据与第一线路平行的第二线路布置)。在附图中，以及为了不使附图变得复杂，直接示出筒状反射元件，而不是包括每组小面(其被确定为形成每个筒状反射元件)的浅浮雕。

更具体而言，在该示例中，筒状反射元件是对称的且具有与筒状元件的主方向平行的纵轴(Δ₁，Δ₂)，下凹元件63的纵轴Δ₁彼此平行且平行于凸起元件64的纵轴Δ₂，其也彼此平行。

而且，在该示例中，在第一区域61中，利用第一子波长光栅对第一图案进行调制，而在区域62中，用第二子波长光栅对第一图案进行调制使得根据特征分别在于方向垂直的第一和第二光栅矢量的两个一维平面光栅的投影来定义第一和第二光栅，其中所述光栅矢量之一的方向平行于第一和第二主方向之一。因此在附图中，第一区域61呈现出与第一颜色(例如红色)对应的第一纹理，而第二区域62呈现出与第二颜色(例如绿色)对应的第二纹理，当然，颜色取决于对光栅间隔的选择。

例如，在图6和图7的示例中，元件63为筒状反射元件，具有大约12mm的总长度和2mm的宽度。在下凹的(区域61)反射元件和凸起的(区域62)反射元件上，子波长光栅是一维的且具有垂直方向，间隔为大约380μm，使得可以以直接反射、以零阶分别在这两个区域生成强红色和强绿色。

在此，视觉效果显著，原因在于：当使得所述部件进行倾动式旋转时(例如参见从图6A途经至图6B)，不仅观察到亮线65(区域61)和亮线66(区域62)沿相反方向(以箭头表示)移动，而且该动态效果伴有颜色视觉效果(因为观察者会看到“红色减少”而同时“绿色增加”)。而且，当使用者使得所述部件进行方位角旋转(例如在图7A和图7B之间旋转)时，会观察到在这两个区域之间颜色反转。

图8A和图8B示出根据本说明书的、具有显著视觉效果的光学安全部件的两个其它示例。

图8A中所示的光学安全部件在第一区域81中包括第一组小面，其形成具有第一纵轴(Δ₁，在图8A中以水平示出)的第一下凹或凸起的筒状反射元件。换句话说，如上文中所述，该第一组小面中的小面由沿第一纵向方向(Δ₁)定向并在第一实质平坦的中央小面(在图8A中以亮带表示)的两侧以连续可变方式相对于所述部件的平面倾斜的平面形成。而且，利用第一子波长光栅对该第一组小面进行调制以形成波长相减滤色器，从而形成指定颜色，例如红色。

图8A中所示的光学安全部件在第二区域82中包括第二组小面，其形成同样为下凹或凸起的、具有第二纵轴(Δ₂，其在该示例中垂直于第一纵轴Δ₁，在图8A中为竖直)的第二筒状反射元件。因此，该第二组小面中的小面由沿第二纵向方向(Δ₂)定向并在第二实质平坦的中央小面(在图8A中以亮带表示)的两侧以连续可变方式相对于所述部件的平面倾斜的平面形成。而且，利用第二子波长光栅(其具有与第一子波长光栅相同的间隔但是以垂直方式定向)对该第二组小面进行调制以形成波长相减滤色器，其以互补颜色(在该示例中为绿色)为中心。

在图8A的示例中，筒状反射元件81和82以使得每个中央小面为设置在中央区域83的边缘的、相反布置的标记的方式包围中央区域83，这些标记例如对应于所述边缘的中间。有利的是，在第三区域83中，所述结构的第一图案由平坦表面形成，且第二图案形成一个或多个子波长光栅(84,85)，其在沉积薄层和封装所述结构之后作为一个或多个波长相减滤色器。

因此，在图8A的示例中，因为筒状反射元件的纵轴是垂直的，所以当使用者相对于轴线Δ₁或相对于轴线Δ₂倾动式移动所述部件时，他会自然地将所述部件置于与面向区域83中的标记的中央小面的定位对应的均衡位置。在该位置，将能够以直接反射轻松地观察中央区域。换而言之，当观察者通过参考反射元件81和82的红色线和绿色线的位置而发现所述部件的适当倾动定向角时，他会自然地相对于所述部件自动良好定位，以观察第三区域上的DID结构。例如，如图8A中可见，他会能够看见相对于红色背景84突显的绿色“OK”85。而且，通过以方位角方式旋转所述部件，他会观察到颜色反转。

图8B示出根据本说明书的另一个示例性部件，实现了筒状反射半元件86，即，由位于纵轴的一侧的部分对称筒状反射元件形成的筒状反射元件。在该示例中，围绕中央区域87布置5个筒状反射半元件(其有利的是下凹的)，如上文，该中央区域87包括由经过形成例如互补图案(与图8A的示例中类似)的两个子波长光栅88和89调制的平坦表面形成的第一图案。筒状反射半元件86具有在区域87处会合的中央小面。它们在图8B中由指向中央区域87的箭头来符号表示。

同样，在该示例中，使用者会自然地以使得筒状反射半元件86的彩色亮带沿箭头方向行进并在中央区域87处会合的方式来定向所述光学安全部件。在该位置处，所述部件会被完美定向，以通过反射、以零阶展现DID结构88和89。

图9示出通过根据本说明书的光学安全部件来保护的纸币90的示例。

例如，该纸币包括分别由具有平行主方向的两个筒状反射元件形成的两个数字“5”和“0”，且在所述两个筒状反射元件上形成子波长光栅使得数字“5”以第一颜色出现而数字“0”以第二互补颜色出现，通过对纸币进行90°方位角旋转，这些颜色反转。同样，在这里，关于主方向对纸币进行倾动式旋转会使一种颜色的亮带在第一个数字上移动且另一种颜色的亮带在第二个数字上移动。筒状反射元件可以都是下凹的，都是凸起的，或者一个下凹一个凸起。有利的是，数字的形状是在利用适当成形的标记工具、通过热印而转印到纸币上的期间获得的。

在该同一张纸币上，还具有安全细线91，其包括平行筒状反射元件的两条线，例如图6A和图6B中示出的那两条线。在将安全细线插入到纸浆当中期间，该细线被部分埋入纸张中或纸张下方，从而形成其中无法看见所述效果的区域92。

在图10中所示的示例中，纸币100包括第一光学安全部件120和第二光学安全部件130。

第一光学安全部件120是根据本说明书的部件。其采用安全细线的形式，如图9所示示例中描述的类型。安全细线120包括平行筒状反射元件121和122的两条线，例如图6A和图6B中所示的线。在纸币纸张的制作期间，安全细线120被部分插入纸币的纸张110中。更准确而言，安全细线120在纸币纸张的制作期间被插入纸浆中，使得所述安全细线120被部分埋入形成纸币基材的纸张中或其下方。因此在纸币100的正面上，安全细线120是部分可见的，该纸币100的同一正面还包括其中看不见该安全细线的区域123。

如上所述，第一光学安全部件120具有动态视觉效果，在该动态视觉效果中，观察者看见亮线沿相反方向(由箭头表示)移动。该动态视觉效果伴有颜色视觉效果，其中观察者看见第一颜色(例如红色)减少而同时第二颜色(例如绿色)增加。

在图10的示例中，第二光学安全部件130具有与第一光学安全部件120具有的动态视觉效果不同的视觉效果，但是与所述第一部件的颜色视觉效果相关。

第二光学安全部件130的视觉效果可以是通过所述结构的第一图案(其由平坦表面形成)及其第二图案(其形成一个或多个子波长光栅，在沉积薄层和封装所述结构后用作一个或多个波长相减滤色器)获得。观察第二光学安全部件130的观察者会看到第一颜色(例如绿色)的彩色效果，且在基本90°方位角旋转(即，在同一个平面中旋转)的作用下，观察者会看到第二颜色(例如红色)的彩色效果。

当纸币100处于位置P1时，区域132(例如字母A)可以以第一颜色(例如绿色)显现，而周围区域131以第二颜色(例如红色)显现。在方位角旋转90°后，当纸币处于位置P2时，字母A 132会以红色显现，而周围区域131会以绿色显现。

类似地，当纸币位于位置P1时，安全细线120的线121可以以一种颜色(例如红色)显现，而线122以另一种颜色(例如绿色)显现。在方位角旋转90°后，观察者会看到颜色反转，即，线121会以绿色显现，而线122会以红色显现。

因此，第二光学安全部件130的颜色视觉效果通过颜色(例如红色和绿色)与第一光学安全部件120的颜色视觉效果相关。实际上，假如对于第二光学安全部件130和第一光学安全部件120而言第一和第二子波长光栅相同或准相同，则观察者会看到第一光学安全部件120的视觉效果和第二光学安全部件130的视觉效果之间的颜色一致性。

在图10的另一个示例中，第二光学安全部件130的视觉效果可以是例如如上所述与由包括浅浮雕(其经过诸如在专利FR 2 959 830中描述的一维或二维周期性光栅调制)的结构生成的浮雕效果相关的颜色视觉效果。

在该示例的一个实施方式中，当纸币100处于位置P1时，区域132中的字母A可以呈现一种颜色(例如绿色)，且相对于呈现另一种颜色(例如红色)且没有浮雕的周围区域131呈现浮雕。在方位角旋转90°后，当纸币处于位置P2时，区域132对于观察者而言会呈现浮雕并为红色，而周围区域131会呈现绿色且没有浮雕。相反，在位置P1时，周围区域131会呈现一种颜色(例如红色)且有浮雕，而区域132呈现另一种颜色(例如绿色)且没有浮雕。在这种情况下，在方位角旋转90°后，当纸币处于位置P2时，周围区域131对于观察者会呈现绿色且有浮雕，而区域132会呈现红色且没有浮雕。

在该示例的另一个实施方式中，当纸币100处于位置P1时，区域132中的字母A可以呈现一种颜色(例如绿色)，且相对于呈现另一种颜色(例如红色)且具有第二浮雕的周围区域131呈现第一浮雕，其中第二浮雕不同于第一浮雕。在方位角旋转90°后，当纸币处于位置P2时，区域132对于观察者而言会呈现第一浮雕并为红色，而周围区域131会呈现绿色且具有第二浮雕。

因此，第二光学安全部件130的颜色视觉效果通过颜色(例如红色和绿色)与第一光学安全部件120的颜色视觉效果相关。第一光学安全部件120和第二光学安全部件130因此具有共同的视觉效果，即，相同的颜色(其在纸币进行方位角旋转期间同时反转)和由第一光学安全部件的动态效果导致的不同视觉效果。

图10中示出的纸币100可以通过以下方式制作：首先以上述方式制作第一光学安全部件120。其随后被集成到旨在形成纸币基材的纸浆中。一旦形成了纸币基材，例如通过将所述第二光学安全部件中含有的热活化粘合剂层加热将第二光学安全部件130固定安装在所述基材的正面。

根据该方法，在制作所述纸币时的不同步骤中在不同的地点将纸币的安全元件(第一光学安全部件和第二光学安全部件)固定安装在纸币中：在纸币基材的制造商(例如造纸厂)的场所将第一光学安全部件插入，而在纸币印刷商的场所将第二光学安全部件130固定，从而使得纸币制作方法变得安全。

虽然通过一定数量的示例性实施方式进行了描述，但是根据本发明的光学安全部件和所述部件的制作方法包括不同的实施方式、修改和改进，这些对于本领域技术人员容易明白，可以理解：这些不同的实施方式、修改和改进构成由所附权利要求定义的本发明范围的一部分。

Claims (19)

1.一种光学安全部件(30,31)，旨在通过直接反射以位于380nm与780nm之间的频带根据观察面(100)进行观察，包括：

结构(S)，其雕刻在具有折射率n₂的材料层(15)上；

具有不同于n₂的折射率n₁的电介质材料的薄层(14)，其沉积在所述结构上；

不同于n₁的折射率n₀的材料层(13)，其封装覆盖了所述薄层的所述结构，

所述结构具有第一图案，所述第一图案经第二图案以如下方式进行调制：

-在至少一个第一区域(61)中，所述第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第一主方向的至少一个第一筒状反射元件(63)，并且所述第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅；

-在至少一个第二区域(62)中，所述第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第二主方向的至少一个第二筒状反射元件(64)，并且所述第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为与所述第一波长相减滤色器不同的第二波长相减滤色器的第二子波长光栅。

2.根据权利要求1所述的光学安全部件，其中，根据布置于与所述部件的平面平行的平面(∏)中、且特征分别在于垂直方向的第一光栅矢量和第二光栅矢量的两个一维平面光栅在所述第一组小面和第二组小面中的每个上的投影，定义所述第一子波长光栅和所述第二子波长光栅，所述光栅矢量之一的方向平行于所述第一主方向和第二主方向之一。

3.根据权利要求2所述的光学安全部件，其中，方向与所述第一主方向和第二主方向之一平行的光栅矢量的范数以使得投影在对应的一组小面上的光栅具有基本固定的间隔的方式可变。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的光学安全部件，其中，所述第一组小面和第二组小面构成平坦表面(F_i)的集合，所述平坦表面(F_i)的集合分别沿所述第一主方向和第二主方向定向并且相对于所述部件的平面以连续可变方式分别向第一和第二基本平坦的中央小面(F₀)倾斜。

5.根据权利要求4所述的光学安全部件，其中，在垂直于所述主方向的方向上测量的、一组小面的中央小面的宽度至少等于在相同方向上测量的、相应反射元件的长度的5％。

6.根据权利要求4和5中的任一项所述的光学安全部件，其中，所述第一组小面和第二组小面中的至少一个具有与相应反射元件的主方向平行且位于所述中央小面的中心的纵轴(Δ₁)。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的光学安全部件，其中，所述第一中央小面和第二中央小面中的至少一个形成对应的一组小面的端部。

8.根据权利要求4至7中的任一项所述的光学安全部件，其中，在靠近所述第一组小面和第二组小面的中央小面的第三区域(83,87)中，所述结构的第一图案由与所述第一和第二中央小面平行的平坦表面构成，且所述第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为一个或多个波长相减滤色器(84,85,88,89)的一个或多个子波长光栅。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的光学安全部件，其中，所述第一主方向和所述第二主方向平行。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的光学安全部件，其中，在所述第一区域中，所述浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成根据第一线路布置的一个或多个下凹的筒状反射元件，并且在所述第二区域中，所述浅浮雕包括一组小面，其形状被确定为使得生成根据与所述第一线路平行的第二线路布置的一个或多个凸起的筒状反射元件。

11.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学安全部件，其中，所述第一主方向和所述第二主方向不平行。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的光学安全部件，适用于保护文件或产品，并且在与所述观察面相对的一面上包括用于将所述部件转移到所述文件或产品上的层(17)。

13.根据权利要求12所述的光学安全部件，在所述观察面这侧还包括：在所述部件被转移到所述文件或产品上之后要剥离的支撑膜(11)。

14.根据权利要求1至11中的任一项所述的光学安全部件，适用于制造用于保护纸币的安全细线，且在所述观察面这侧以及与所述观察面相对的一面包括保护层(11,17’)。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的光学安全部件，在与所述观察面相对的一面还包括彩色对比层(16)。

16.一种包括至少一个如权利要求14或15所述的第一光学安全部件(120)的纸币，所述第一光学安全部件形成被部分插入所述纸币的基材(110)中的安全细线(120)。

17.根据权利要求16所述的纸币，还包括第二光学安全部件(130)，其位于所述纸币(100)的一面上，并形成与所述第一光学安全部件(120)的所述第一和第二波长相减滤色器相似的两个波长相减滤色器。

18.一种用于制作旨在通过直接反射以位于380nm与780nm之间的频带进行观察的光学安全部件的方法，该方法包括：

-在支撑膜(11)上沉积具有折射率n₀的材料的第一层(13)；

-在所述第一层(13)上形成至少一个雕刻结构(S)，所述结构(S)具有第一图案，所述第一图案经第二图案以如下方式进行调制：

-在至少一个第一区域中，所述第一图案包括具有第一组小面的浅浮雕，该第一组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第一主方向的至少一个第一筒状反射元件，并且所述第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为第一波长相减滤色器的第一子波长光栅；

-在至少一个第二区域中，所述第一图案包括具有第二组小面的浅浮雕，该第二组小面的形状被确定为使得生成当从所述观察面观察时为下凹或凸起的、具有第二主方向的至少一个第二筒状反射元件，并且所述第二图案在沉积所述薄层和封装所述结构之后，形成作为与所述第一波长相减滤色器不同的第二波长相减滤色器的第二子波长光栅；

所述方法还包括：

-在所述雕刻结构(S)上沉积具有不同于n₀的折射率n₁的电介质材料的薄层(14)；

-通过不同于n₁的折射率n₂的材料层(15)封装覆盖有所述薄层(14)的所述结构(S)。

19.用于制作根据权利要求17所述的纸币的方法，包括：

-根据权利要求18所述制作第一光学安全部件；

-将所述第一光学安全部件集成到所述纸币的基材中；以及

-将第二光学安全部件固定安装在所述基材的表面。