CN1265216C - 表面图案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被设计为视觉可见马赛克的图案(18)，包括多个表面单元(8；9；15；16；17)并埋藏在一叠层(1)中，叠层(1)至少包括一透明的外层(2)和一保护层(5)。表面单元(8；9；15；16；17)是透明的、散射或反射入射光(10)、或把入射光(10)衍射至反射层(3)覆盖的微观凹凸结构。与设有微观凹凸结构(4)的表面单元之一对应的区域(16)，具有轮廓高度h的ZOM结构(4′)，轮廓高度h可按预定方式缓慢地被调制，并可有空间频率f。可见光谱中预定的临界波长λG，与该空间频率f之积大于或等于1。

Description

表面图案
技术领域
本发明涉及一种具有视觉可见马赛克的表面图案，包括许多衍射表面部分，该衍射表面部分具有埋藏在一叠层内的微观凹凸结构。
该种表面图案具有微观上精细的凹凸结构，并且适合用作防伪单元，以增强有价票据或证券与债券、通行证、支付手段和其他有价契约对抗伪造的防伪能力。
背景技术
WO 87/07034描述了一种具有3个表面部分的表面图案，该3个表面部分具有光有效衍射结构。该种表面图案有三个表面部分，内有光学上有效的衍射结构。这些结构有空间频率f，能把可见光按波长λ衍射至不同的衍射角α。三种结构的凹槽的轮廓高度h，在每一表面部分是恒定的，但在每一表面部分，它是以不同方式建立的，使它对给定的观察者，第一种结构衍射蓝光，第二种结构衍射绿光，和第三种结构衍射红光，在每一种情况中，都存在一趋于零的或最小的衍射效率。当表面图案绕平行于该结构凹槽的轴倾斜时，第一表面部分将在第一观察角时变暗，第二表面部分将在第二观察角时变暗，和第三表面部分将在第三观察角时变暗，就是说，从观察者的角度看，当表面图案继续倾斜时，暗的表面部分的位置突然改变。空间频率f存在上限，因为这里说明的光学作用要能在第一衍射级中观察到。
WO 98/26373描述了一种表面图案，用有暗图案的衍射光栅，该暗的图案的伸延随观察角而改变。光栅的轮廓高度h，按照一调制函数变化。空间频率f的选择，至少能使第一衍射级出现。
EP 0 712 012 A1描述了一种表面图案，该表面图案包括覆有漆膜的衍射结构单元，空间频率f大于2000线/mm。必须指出，对该空间频率，因为在漆膜与空气界面上的全反射，衍射结构上衍射的可见光，即使是第一衍射级，也被局限在漆膜层内。衍射结构是通过掩模用各向异性蚀刻工艺制作的。轮廓的高度h依赖于掩模中开孔的大小，或透明表面与不透明表面的占空系数，并只能由蚀刻过程统计地建立。由于蚀刻过程中无法估计的影响，所以不能把预定的图案精确地转换为衍射结构。从外行人看来，全息复制的衍射结构具有与原来相同的衍射特性，原来的衍射特性-因为它是由自身不精确地定义的-少有与其复制品不同的。
另外，EP 0 105 099 B1，EP 0 330 738 B1，和EP 0 375 833 B1公开的表面图案，由组合为马赛克的表面部分构成，随着倾角和/或旋转角的变化，可以看见各种衍射结构，并且按顺序显示出各种图案或图像。这些具有光学衍射效应的表面图案，埋藏在透明的塑料材料层之间(瑞士专利说明书No 678 835)。
发明内容
本发明的目的是提供一种防伪造又防复制的衍射结构，该结构借助高的空间频率，使之具有清晰的可辨认的图案。
本目的是用下列技术方案实现的：至少在光衍射表面之一中，使用调制的零级微观结构作为具有空间频率f的微观凹凸结构，使之该空间频率f与可见光谱的紫色部分中的极限波长的乘积大于或等于1；并且使用起光学作用的零级微观结构的轮廓高度，在每一位置，该零级微观结构，被低频包络曲线表面以小于每毫米5个周期的频率调制。
附图说明
本文后面以举例的方式，参照附图，更详细地说明本发明的实施例，附图有：
图1是一叠层的剖面图，
图2用图解说明细分的表面图案，
图3画出简单的表面图案，
图4画出一种凹凸结构的轮廓，
图5画出有另一种包络曲线的轮廓，
图6画出具有恒定项K的包络曲线的轮廓，
图7画出在轮廓高度小的部位中的轮廓，
图8a画出在轮廓高度小的部位中的区域，
图8b画出从不同观察方向看到的区域，
图9画出各种包络曲线，
图10画出一棋盘图案的包络曲线表面，
图11画出各种对称的和非对称的轮廓，和
图12画出一种沿某方向变化的轮廓形状。
具体实施方式
图1中，参考符号1表示一叠层，2表示聚合物构成的透明的覆盖层，3表示反射层，4表示微观的凹凸结构，5表示聚合物构成的保护层，和6表示衬底。远离反射层3的保护层5，或是以粘合层7覆盖，或是保护层5自身具有粘合功能。适合用于粘合的有冷粘合或热熔化粘合，选择何种粘合，视如何使用而定。在覆盖层2内形成微观的凹凸结构4，并以反射层3覆盖，反射层3同时也覆盖没有结构的表面部分8和9，其中，表面部分8与反射层3一起作为镜反射表面8，或者，表面部分9不带反射层3，作为透明的窗9。保护层5或者能通过窗9辨认，或者，如果保护层5也是透明的，则可以看见叠层1下面的衬底6的记号。
微观凹凸结构4是光学上有效的光栅，有平行的直的或弯曲的凹槽，并且，至少局部地有周期的结构，该周期结构由其上的参数描述。最重要的参数是对某特定方向的方位角、空间频率f即每毫米的凹槽数、凹凸轮廓的形状、和轮廓高度h。不要把微观凹凸结构4内的几何轮廓高度hG与光学上的有效轮廓高度h混淆。如果用折射率n的材料作覆盖层2，填充凹凸结构4的凹槽，则几何轮廓高度hG与折射率n的积，成为光学上有效的轮廓高度h。本文此后说的轮廓高度h，常指光学上有效的轮廓高度。
人眼能看到的波长，覆盖从380nm(紫)至780nm(红)范围。
光束10以角度α入射于叠层1的微观凹凸结构4，在反射层3，该光束10部分被反射和部分被折射。因为覆盖层2典型的折射率为n＝1.5，所以入射光束10在碰上微观凹凸结构4之前被偏折，折向覆盖层2的垂直线11，然后被衍射。衍射光12按照衍射级离开微观凹凸结构4，反射光束14沿反射光方向13，按零衍射级离开叠层1。其他衍射级包括相对于反射光束14的附加角β，其中，这些附加角β由函数sinβ＝m·λ·f+(sinβIN)确定，这里m表示衍射级，λ表示入射光束10的波长，而f表示凹凸结构4的空间频率。只要衍射光束12射在覆盖层2的界面上时，相对于空气的角γ大于arcsin(1/n)，则衍射光12被全反射，只能经过多次反射之后，才能以无法确定的方向从叠层1射出。但是，只要一极限波长λG与空间频率f之积大于或等于1，则不再有衍射发生。该极限波长λG依赖于供观察的光源。如果在日光条件下观察，该极限波长λG最好选在可见光谱的紫色部分，例如λG＝380nm。由此确定的最小空间频率f是每毫米2′630。
相反的是，光在反射层3被很好地反射，在反射层3中，微观凹凸结构4内各高度差导致路径长度之差，从而在相邻点反射光束14之间产生相位差。具有相位差的反射光束14之间的干涉，使光的强度依赖于波长λ。因此，白光中某些给定波长λ的光被放大、减小、甚至消失。微观凹凸结构4中，只有零衍射级的干涉作用仍能观察到，此外不再有任何衍射，这种情形被称为“零级微观结构”或ZOM。本文此后称满足条件λ·f≥1的微观凹凸结构4为ZOM结构4′。由ZOM结构4′填满且涉及的轮廓高度h为恒定的表面，当用沿一个方向入射的光束10中的白光照明叠层1时，呈现的灰度值或彩色，由轮廓高度h和反射层3的材料决定。相反，当该表面绕该表面平面中某轴倾斜时，光学上有效的轮廓高度h发生变化，随之颜色、颜色的浓淡或灰度值也发生变化。在通常的漫射照明下，入射光10在叠层1以上整个半空间，入射在微观凹凸结构4之上，并以相同分布离开叠层，进入该半空间。在选择ZOM结构4′的情况下，观察者看到该表面所呈颜色，随着该倾斜角但不是方位角而变化。具有直角轮廓的ZOM结构4′，因其丰富的色彩而特别突出，并已从自然界熟知，该方面的一个例子，是彩色的Morphus族蝴蝶翅膀。
ZOM结构4′的线距1/f，小于可见光波长λ。用标量理论甚至不能定性地说明ZOM结构4′的衍射行为，只能用准确的电磁理论和精确的计算，例如见R.Petit主编的书‘Electromagnetic Theory ofGratings’，Springerverlag，Heidelberg 1980。按照该书，标量理论所以失败，是因为光的行为与按TE和TM偏振的行为完全不同。
在TE偏振的情形，其中的电场取向平行于ZOM结构4′表面的凹槽，在反射层3中的电流流动方式，使ZOM结构4′能像反射镜那样起作用，并把光沿反射光束14的方向反射回去。直观地说，TE场不能穿入ZOM结构，从而不受ZOM结构的作用。轮廓高度h在0到350nm或更大之间的金属ZOM结构4′，具有良好的恒定的反射能力，与轮廓高度h无关。
在TM偏振的情形，其中的电场取向垂直于ZOM结构4′表面的凹槽，电流不易在反射层3中产生。所以TM场能进入ZOM结构的深处，而只有在那里才出现反射。结果是，在轮廓高度h为0到约350nm的部位，金属的ZOM结构4′的反射率，基本上随轮廓高度h的增加而下降。
与λ·f＜1条件下通常的衍射结构相反，在给定观察条件下能够看到的ZOM结构4′的颜色，不能从衍射方程式导出。ZOM结构4′的颜色，依赖于材料、轮廓形状、轮廓高度h、和取向等等，且一般不是某一光谱颜色。当使用金属反射层3时，在用白光照明ZOM结构4′的情况下，出现灰度梯度或金属色的渐变。利用正交光栅，可以抑制表面电流的形成，此时，ZOM结构4′只反射很少量的光。具有这种金属反射层3的ZOM结构4′，从所有观察角度看都是黑的。介质反射层3的行为则不同。在绕垂直线11旋转时，具有介质反射层3的ZOM结构4′，呈现颜色浓淡效应或颜色随方位角变化。
λ·f≥1的ZOM结构4′的优点，是不论什么观察条件，观察者常常能看到彩色的或灰度渐变的表面，与用熟知的衍射光栅作表面部分马赛克组成的表面大为不同，后者在上述文献EP 0 105 099 B1、EP 0 330 738 B1、和EP 0 375 833 B1中已有说明。
如果微观凹凸结构4不具有周期性结构，但其尺度大于入射光波长λ，则不会出现衍射；而出现光的散射。利用适当的轮廓形状，可把光向某一优先方向散射。没有优先方向的散射表面部分，观察者看到的是灰的表面，与方位角无关；具有优先方向的散射表面部分，看到的是亮的或黑的表面，与观察方向有关。
图2画出分成多个表面部分8、9、15、16、17的表面图案18。各个光衍射表面15具有满足条件λ·f＜1的光栅结构，且至少在方位角和空间频率f方面不一样。相反，在由坐标x和y定义的区域16中的微观凹凸结构4，满足条件λ·f≥1。对观察者，当镜面反射表面8、窗9、光衍射表面15、ZOM结构4′(图1)的区域16、和散射表面部分17作倾斜和旋转运动时，由于完全不同的光学行为，使相互并列的表面部分8、9、15、16、17，产生强烈的相互作用。在表面图案18中，当散射表面部分17适合用于已注册的精确记号时，可以把区域16例如用作光衍射表面15的参照表面，或者反过来。
在表面图案18最简单的实施例即图3a中，至少包含散射表面部分17和区域16，该两者有利地成相互并列关系排列，有共同边界19。在区域16中的ZOM结构4′(图1)，是正弦函数，具有金属反射层3(图1)和轮廓高度h(图1)，该轮廓高度h在边界19的数毫米距离上，单调地变化，从h＝0到约h＝300nm。用漫射照明时，散射表面部分17还有一优先方向20，使表面图案18绕它的三个轴旋转和倾斜时，散射表面部分17能达到给定的灰度值，于是，在边界19的某一位置19′，ZOM结构4′与散射表面部分17，在该位置19′有相同的灰度值，反差消失。在旋转表面图案18的方位角之后，例如如图3b所示，两个表面部分16和17对观察者的灰度值或金属彩色的浓淡发生改变，使反差在边界的另一个位置19″消失。如果在区域16中存在局部缓慢变化的轮廓高度h，则能提供难以复制，但易于为观察者证实的特征。
图4画出一种ZOM结构4′(图1)的轮廓21S(z)。轮廓21以振幅为A的正弦光栅结构G(z)＝0.5·A·[1+sin(2πfz)]为基础。光栅结构的轮廓高度h，被函数H(z)调制。在区域16(图3)内，轮廓高度h沿特定方向z，例如按线性函数H(z)变化。该特定方向z，例如平行于光栅结构G(z)的光栅矢量。包络曲线22，即函数H(z)，例如是周期的锯齿形，由多个线性部分组成，其中函数H假定，轮廓高度h取值从h＝0nm到一最大值。因此，ZOM结构4′的轮廓21，是函数S(z)＝G(z)·H(z)。图上给出该函数的一种特殊情形，即在区域16中，从区域16的边缘部分到该区域16对边边缘部分的路径z上，假定函数只取单个周期值。
图5画出另一种ZOM结构4′(图1)的轮廓21，其中，正弦光栅结构G(z)＝0.5·A·[1+sin(2πfz)]被包络曲线22的函数H(z)＝sin2(2πFz)调制，这里F是包络曲线22的频率。轮廓21假定，函数取值为S(z)＝0.5·A·[1+sin(2πfz)]·sin2(2πFz)。
图6画出轮廓高度h的函数H(z)，它有恒定的附加项K。该图画出包络曲线22的函数H(z)＝sin2(2πFz)+200nm。ZOM结构4′(图1)的轮廓21在区域16(图3)中只能达到最小的轮廓高度K＝200nm。该最小轮廓高度K是从范围0＜K＜300nm中选取的。任何适于调制光栅结构G(z)的可能的函数，都可以有该附加项K。在该部位的最小轮廓高度K，至少50nm，最好是100nm到200nm，以防止出现没有合适轮廓的位置。没有合适轮廓的位置，把入射光的全部光谱都反射。具有该种ZOM结构4′的区域16，有对应于不同干涉条件的不同颜色的部位。在轮廓高度h＝K的部位，例如缺乏蓝色组分，随着轮廓高度h的增加，波长越来越长的光逐渐消失，例如在h≈250nm至300nm时，绿色消失，于是观察者看到紫色。
一般说来，为了使表面图案18(见图2)有良好的可观察性，轮廓高度h沿特定方向z的缓慢变化是必需的，就是说，要选择频率F远小于空间频率f，当需要的空间频率选择为大于f＝2400周期/mm时，要从F＜5周期/mm的范围选择频率F。图5至7所画的轮廓21和包络曲线22中，为便于说明，图上画出包络曲线22的一个周期，只包括ZOM结构4′轮廓21的少数几个周期。在这些例子中，轮廓高度h以微米为单位，而沿方向z的距离以毫米为单位。因此，轮廓21实际的空间频率f，大大高于包络曲线22的频率F，就是说，轮廓高度h除各个非均匀性外，随空间坐标(x，y)变化得非常缓慢。在有ZOM结构4′的区域16(图2)中，当用日光照明时，观察者看到的彩色或灰度值，是按包络曲线的局部值调节的。因此，由包络曲线22的周期性，产生了频率F的周期图案。所以该图案无需借助工具就能容易看到，包络曲线22的周期至少伸延0.2mm。包络曲线22的单个周期，沿特定方向z每距离一毫米所包含轮廓21的周期数，由空间频率f决定。
如上所述，ZOM结构4′有强烈的偏振作用。在偏振光中观察ZOM结构4′，或通过偏振光滤波器31(图1)观察并用非偏振光照明时，由变化的轮廓高度和/或轮廓形状所产生的区域16中的图案，通过旋转偏振滤波器31消除反射光中的TE组分，可以看到增强的反差或显著的彩色。例如，区域16内区域部分32(图2)的ZOM结构(4′)，与区域16其余用作背景表面的ZOM结构(4′)的差别，仅仅是不同的偏振本领。那么，如果区域部分32构成一信息携带码，例如条形码，则该码在非偏振模入射光10(图1)中是看不见的，因为在区域部分32与区域16的背景表面之间没有反差。只有用偏振光10照明时，才出现足够的反差来识别区域部分32的码。这些码适用于机器识别。代替码，可以用多个区域部分32形成的笔迹、图徽、或图像信息。在一个由精细的栅组成的区域部分32的实施例中，通过栅密度的适当逐渐变密而引入该区域16的信息，可以在其上重现图像各个均匀的灰度级。
如果在区域16的某部分中，轮廓高度h只达到0至80nm范围的某一值，则区域16该部分的轮廓21太低，不能产生显著的衍射效应。因此，区域16该部分随观察条件而反射入射光10。图7、8a、和8b通过简单的例子，说明用于表面图案18结构的轮廓高度h的低频调制。图7通过ZOM结构4′(图1)的剖面图，示意地画出从镜面反射过渡到有效干涉结构的过渡区的轮廓21。如图8a和8b对区域16的平面图所示，该过渡区垂直于特定方向z伸延。区域16以其边界19的一部分与另一表面部分连接，例如与光衍射表面15连接。如果图8a的观察者，在z＝0到z＝z1的距离上，基本上垂直于图面沿观察方向23观察ZOM结构4′(图1)，包络曲线22(图7)给出的轮廓高度h太小，不足以显著削弱TM偏振光。因此，在图8a中，区域16的子区域24和中间区域24′起镜面反射的作用，而区域16的部位25，对产生干涉彩色有足够高的轮廓高度h，并且如上所述，该区域25是彩色的或灰度渐变的或呈混合彩色。该区域在图8a和8b中用栅格状点线画出。部位25中的轮廓高度h，从边界26到中间区域24′，至少达到80至100nm，就是说，例如，从白光中消除了蓝色组分。如果观察者绕平行于轮廓21(图7)的凹槽的轴，倾斜ZOM结构4′(图1)的表面图案18(图2)，达到某一倾斜位置，他看到从镜面反射到干涉彩色的过渡区，由部位25向中间区域24′扩展，比如从z＝z1的边界26移至z＝z2的点线26′，到达子区域24。现在，观察者斜着沿观察方向27看轮廓21。在图7，这样的观察使轮廓高度h增加至有效轮廓高度hw，所以干涉效应也在中间区域24′内的z＝z2处出现(图8b)。这里画出的轮廓高度h模型，只是一个直观的模型；该模型不能准确再现与亚微观结构有关的真实环境。
上面举出的例子已在图8a和8b中说明。在中间区域24′，ZOM结构4′的轮廓高度h，从直线26′处的至多50nm，到部位25的边界26处，至少升高至80nm至100nm。在反射的子区域24，轮廓高度h＝50nm或更小。在部位25，轮廓高度h至少80nm至100nm或更大。在图8a，如果观察者沿箭头方向即观察方向23观察，因为中间区域24′的轮廓高度h太小，所以不仅子区域24反射，而且中间区域24′也反射。当倾斜表面图案18(图2)时，考虑到沿观察方向27的反射条件，光10(图1)更倾斜地入射在表面图案18(图2)上，从而例如在z3(图7)位置，把轮廓高度h增加至有效轮廓高度hw(图7)。在中间区域24′，轮廓高度h随倾斜运动而增加时，所产生的作用是，在中间区域24′的从镜面反射到彩色反射的过渡区，从边界26移向直线26′。观察者能看到的图案单元24、24′、25的大小，显然依赖于观察方向23、27；这些反射表面部分的图案24、24′和移动的镜面反射到色彩反射的过渡区，变成一组莫尔图形。当绕垂直线11(图1)旋转区域16时，与表面部分15的光衍射凹凸结构4(图1)相反，该莫尔图形仍旧能常常看到。
用作防伪特征的莫尔图形，构成额外的防止用全息方法制作具有该莫尔图形防伪特征的复制品。能够毫不困难地把该莫尔图形，集成在本说明书公开部分说明的该种已知表面图案18(图2)内。
例如，区域16可以有利地在例如反射表面部分24、24′的最大扩展位置上，附有一记号表面26′，以便易于识别边界26沿点线26′方向位移。记号表面26′填满衍射的、吸收的、或散射的结构，当在中间区域24′内，从镜面反射到彩色反射的过渡区出现在边界26和/或出现在点线26′的位置时，这些结构例如发亮或立刻可以看见。
不仅可以用前面用作例子的正弦函数，也可以使用其他三角函数，如sinb(2πfz)，其中b＝2，3，4，5，…，或其他周期函数，如圆形的、直角的函数或三角函数，都适于用作光栅结构G(z)。由这些函数形成的正交光栅值得特别说明。特别是对深的结构，函数sinb(z)(2πfz)是合适的，其中b(z)是分区恒定的函数。
轮廓21的调制包络曲线22，决定了区域16中可观察的图案。除了上述函数，还可以使用直的三角函数sinb(2πfz)，其中b＝2，4，…，以及画在图9a至9d的函数。图9a画出函数H(z)＝|sin(2πFz)|，图9b和9c画出线性的周期函数H(z)，而图9d画出非周期的双曲函数H(z)。轮廓高度h是随意选择的，因而图9的坐标是不成比例的。
在图4至7和9中，轮廓21与包络曲线22，垂直于图面在区域16的边界19间伸延。
在十分普遍的意义上说，ZOM结构4′的轮廓21，即S(x，y)，是用轮廓高度调制函数H(x，y)，调制高频光栅结构G(x，y)产生的，调制函数H(x，y)在光栅结构G(x，y)的数千个周期上，在一最大值和最小值之间变化：S(x，y)＝G(x，y)·H(x，y)，式中坐标x和y表示区域16中的位置。
作为例子，图10画出一包络曲线表面28，它的形状使我们想起存放鸡蛋的纸板。包络曲线表面28包含区域16中所有包络曲线22，并决定坐标x，y表示的每一位置的轮廓高度h。本例考虑的包络曲线22是函数H(x，y＝0)。包络曲线表面28由下面的函数表示：
      H(x，y)＝sin(2πFx)·sin(2πFy)+K(图6)
并调制例如光栅结构
              G(x，y)＝0.5·A·[1+sin(2πfx)]·[1+sin(2πfy)]
于是ZOM结构4′(图1)由函数表示：
         S(x，y)＝0.5·A·[1+sin(2πfx)]·[1+sin(2πfy)]·sin(2πFx)·sin(2πFy)+K
该ZOM结构4′包括精细地、规则地排列的针状体，针状体的长度由包络曲线表面28确定。在漫射光的照明下，可见一种棋盘状莫尔图形，图中各高峰29以相应的彩色和/或灰度值从谷底30突出。在本情况下，当把区域16倾斜而不是把区域16绕垂直线11旋转时，其彩色和灰度值还会改变。如果项K＜50nm，谷底30则反射。当把区域16倾斜时，在棋盘状莫尔图形的包络曲线表面28的倾斜部位中，也能观察到从镜面反射到色彩反射的过渡区的移动。
在另一个实施例中，ZOM结构4′的凹凸轮廓21(图4)按照的是函数S(x，y)，其中S(x，y)是两个周期函数G1(x，y)与G2(x，y)的加法叠加。函数G1(x，y)是正弦的，振幅为A，并确定ZOM结构4′的空间频率f。第二个函数G2(x，y，θ)是G1(x，y)的一次谐波，并有振幅A/2。函数G2(x，y，θ)相对于函数G1(x，y)移动相位θ。一般的形式是
    S(x，y)＝G1(x，y)+G2(x，y)
在特定的方向z上，ZOM结构4′的函数S可写成：
    S(z)＝A·{[1+sin(2πfz)]+0.5·[1+sin(4πfz+θ)]}，
图11a至11d和图12，画出作为方向z的函数的轮廓21(图7)，其中纵坐标h按任意单位画出。相移θ的值确定ZOM结构4′或者是对称的，如图11b和11d所示(分别对应于θ＝90°和θ＝270°)，或者是反对称的，如图11a和11c所示(分别对应于θ＝0°或180°)。函数G1(x，y)与G2(x，y)的光栅矢量是平行的，或夹角的绝对值小于10°。
在ZOM结构4′的另一个实施例中，相移θ是周期性的，或至少是区域16(图10)中位置的分区恒定的函数θ(x，y)。函数θ(x，y)沿方向z的变化，与空间频率f比较，是非常缓慢的，例如在90°/mm到720°/mm的范围。函数θ(x，y)调制ZOM结构4′的轮廓形状，从而效果与包络曲线22(图5)的功能相差不大。图12画出ZOM结构4′曲线形状中作为特定方向z的函数的局部变化。在θ(x，y)是周期函数的情况下，经过许多N个ZOM结构4′的空间频率f的周期，相移θ才改变360°。因此，照明ZOM结构4′时出现的图案，每隔N/fmm重复一次。
ZOM结构4′可达到的轮廓高度h的范围，与空间频率f有关，因为它是空间频率f不太多的倍数，就是说，ZOM结构4′在覆盖层2(图1)中的复制过程，空间频率f越高，变得越困难。目前能够制作的轮廓高度，在h＝0.5/f到4/f的范围。若空间频率f＝3000周期/mm，则轮廓高度h在150nm到1200nm的范围。空间频率f为3000周期/mm时，轮廓高度h的典型值在200nm到400nm之间。
如果绕表面图案18平面内某轴倾斜，或绕垂直线11(图1)旋转表面图案18(图2)时，观察者的观察条件会发生变化。同样，入射光的质量、颜色、偏振性等等，或者，通过偏振滤波器31(图1)观察表面图案18时，偏振滤波器31的旋转也会影响观察条件。

Claims (18)

1.一种具有视觉可见马赛克的表面图案(18)，包括埋藏在一叠层(1)内的许多表面部分(8；9；15；16；17)，叠层(1)至少有一透明覆盖层(2)和一保护层(5)，其中表面部分(8；9；15；16；17)之一取透明窗(9)的形式，而至少部分地被反射层(3)覆盖的其他表面部分(8；15；16；17)，则取镜面反射表面(8)、有微观凹凸结构(4；4′)的光衍射表面(15，16)、和散射入射光束(10)的表面部分(17)的形式，
特征在于
对可见光谱的紫色部分中的预定极限波长λG，至少在光衍射表面(15；16)之一的、由坐标x和y定义的区域(16)中，微观凹凸结构取零级微观结构(4′)的形式，并有空间频率f，使极限波长λG与空间频率f之积P大于或等于1，
在另外的光衍射表面(15)，是另一种微观凹凸结构(4)，其空间频率f满足条件积P小于1，和
在区域(16)中由坐标(x，y)定义的每一位置，有起光学作用的零级微观结构(4′)的轮廓高度h，其中该零级微观结构(4′)的光栅结构(G{x，y})，被低频包络曲线表面(28；H{x，y})以频率F调制，其中的频率F小于每毫米5个周期。
2.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，包络曲线表面(28；H{x，y})决定轮廓高度h的值为从0nm到一最大值的范围，该最大值在150nm与1200nm的范围，并且还在于具有零级微观结构(4′)的区域(16)，具有反射子区域(24；24′)。
3.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，包络曲线表面(28；H{x，y})的轮廓高度h的值，有一附加的恒定项K，其值在50nm到200nm的范围，又在于设定包络曲线表面(28；H{x，y})的轮廓高度h值从范围K到一最大值，该最大值大于150nm但小于1200nm，并且还在于具有零级微观结构(4′)的区域(16)不包含任何反射子区域(24；24′)。
4.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，包络曲线表面(28；H{x，y})是周期三角函数。
5.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，包络曲线表面(28；H{x，y})是由若干线性部分组成的周期函数。
6.按照权利要求1至5之一的表面图案(18)，特征在于，一种两维包络曲线表面(28；H{x，y})是沿特定方向(z)的一维函数(H{z})，使区域(16)在反射光(14)中成为带状彩色和/或灰度值的图案。
7.按照权利要求1至5之一的表面图案(18)，特征在于，一种两维包络曲线表面(28；H{x，y})，是只沿一个坐标(x)方向变化的子函数(H1)与只沿另一个坐标(y)方向变化的子函数(H2)之积，使区域(16)在反射光(14)中成为棋盘状的、规则的彩色和/或灰度值的图案。
8.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，图案的彩色和/或灰度值依赖于观察条件，并随绕区域(16)平面中某轴的倾斜而变化。
9.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，包络曲线表面(28；H{x，y})的周期，包括M个具有空间频率(f)的零级微观结构(4′)的周期，并且还在于图案以间距M/f mm重复。
10.按照权利要求1的表面图案(18)，特征在于，光栅结构(G{x，y})与函数sinb(z)(2πfz)成正比，其中b(z)在由坐标(x，y)定义的区域(16)中，至少沿特定方向(z)是分区恒定的函数。
11.一种具有视觉可见马赛克的表面图案(18)，包括埋藏在一叠层(1)内的许多表面部分(8；9；15；16；17)，叠层(1)至少有一透明覆盖层(2)和一保护层(5)，其中表面部分(8；9；15；16；17)之一取透明窗(9)的形式，而至少部分地被反射层(3)覆盖的其他表面部分(8；15；16；17)，则取镜面反射表面(8)、有微观凹凸结构(4；4′)的光衍射表面(15，16)、和散射入射光束(10)的表面部分(17)的形式，
特征在于
对光源的可见光谱中的是正好刚能看见的最短波长λ的预定极限波长λG，至少在光衍射表面(15；16)之一的、由坐标x和y定义的区域(16)中，微观凹凸结构取零级微观结构(4′)的形式，并有空间频率f，使极限波长λG与空间频率f之积P大于或等于1，
在另外的光衍射表面(15)，是另一种微观凹凸结构(4)，其空间频率f满足条件P＝λG·f小于1，和
在区域(16)中由坐标(x，y)定义的每一位置，有起光学作用的零级微观结构(4′)的轮廓高度h，该零级微观结构(4′)是第一周期函数(G1)与第二周期函数(G2)的加法叠加，其中振幅A的第一周期函数(G1)，决定零级微观结构(4′)的空间频率(f)，而第二函数(G2)，是一半振幅(A)的第一函数(G1)的一次谐波，又，其中第二函数(G2)相对于第一函数(G1)有相位(θ)的相移，并且还在于两个函数(G1；G2)连同相位(θ)，都是与坐标(x，y)有关的函数。
12.按照权利要求11的表面图案(18)，特征在于，相位(θ)是一周期函数(θ)，相位(θ)的一个周期包括N个具有空间频率(f)的零级微观结构(4′)的周期，并且零级微观结构(4′)的凹凸结构以间距N/f mm重复。
13.按照权利要求11的表面图案(18)，特征在于，在由坐标(x，y)定义的区域(16)中，相位(θ)沿特定方向(z)以每毫米90°至每毫米720°的速度变化。
14.按照权利要求11的表面图案(18)，特征在于，两个函数(G1，G2)的光栅矢量，夹角的绝对值小于10°。
15.按照权利要求11的表面图案(18)，特征在于，光源是日光，并且预定的极限波长λG，是380nm的正好刚能看见的最短波长。
16.按照权利要求1或11的表面图案(18)，特征在于，有零级微观结构(4′)的区域(16)，在一段距离上，与有光衍射效应的表面部分(15)之一有公共边界(19)。
17.按照权利要求1或11的表面图案(18)，特征在于，由区域(16)中各区域部分(32)构成信息，并且还在于区域部分(32)的零级微观结构(4′)，与区域(16)其余部分的零级微观结构(4′)的差别，仅仅是对入射光束(10)有不同的偏振本领。
18.按照权利要求1或11的表面图案(18)，特征在于，安排衍射或散射入射光束(10)的记号表面(26″)与区域(16)连接，使沿预定观察方向(23)，该记号表面(26″)能在有限的位置上做出标记，在该有限的位置中，零级微观结构(4′)的彩色和/或灰度值图案，从镜面反射变化为彩色反射，并且还在于，在其他观察条件下，从镜面反射到彩色反射的过渡区，相对于记号表面(26″)发生位移。
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10146508C2 (de) * 2001-09-21 2003-07-24 Ovd Kinegram Ag Zug Etikett mit einem diffraktiven Strichcode und Leseanordnung für solche Etiketten
DE10216562C1 (de) 2002-04-05 2003-12-11 Ovd Kinegram Ag Zug Sicherheitselement mit Mikro- und Makrostrukturen
DE10221491A1 (de) 2002-05-14 2003-12-04 Kurz Leonhard Fa Optisch variables Flächenmuster
DE60311484T2 (de) * 2002-08-23 2007-10-18 Tsumura Research Institute Co. Informationsanzeigegerät und optischer informationsleser
US6975765B2 (en) * 2003-05-06 2005-12-13 New Light Industries, Ltd. Optically variable form birefringent structure and method and system and method for reading same
DE10328759B4 (de) * 2003-06-25 2006-11-30 Ovd Kinegram Ag Optisches Sicherheitselement und System zur Visualisierung von versteckten Informationen
DE102004003984A1 (de) † 2004-01-26 2005-08-11 Giesecke & Devrient Gmbh Gitterbild mit einem oder mehreren Gitterfeldern
JP2005258053A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 透過型回折格子
JP2008524689A (ja) * 2004-12-17 2008-07-10 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 無作為に配向した部分面を有する光識別子
DE102005017170B4 (de) 2005-04-13 2010-07-01 Ovd Kinegram Ag Transferfolie, Verfahren zu deren Herstellung sowie Mehrschichtkörper und dessen Verwendung
DE602006021181D1 (de) * 2005-06-29 2011-05-19 Eidgenoess Tech Hochschule Eindeutige label für ein identifikations- oder sicherheitssystem
DE102006052413A1 (de) * 2006-11-07 2008-05-08 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitsfolie
US8542442B2 (en) * 2007-05-07 2013-09-24 Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA—Recherche et Developpement Isotropic zero-order diffractive filter
JP2009098775A (ja) * 2007-10-15 2009-05-07 Toppan Printing Co Ltd 情報読み取り装置及び情報読み取り方法
DE102008013166A1 (de) * 2008-03-07 2009-09-10 Iplas Innovative Plasma Systems Gmbh Verfahren zur Herstellung einer interferenzfarbenfreien Schutzschicht
JP2009294383A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Toppan Printing Co Ltd 表示体及び情報印刷物
JP5470794B2 (ja) * 2008-09-30 2014-04-16 凸版印刷株式会社 表示体、粘着ラベル、転写箔及びラベル付き物品
CN102282568B (zh) * 2009-01-19 2014-06-11 都市电气株式会社 信息图案载体及信息图案的光学读取方法
JP2010281946A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Toppan Printing Co Ltd 表示体
JP5504825B2 (ja) * 2009-10-29 2014-05-28 凸版印刷株式会社 表示体
DE102009056934A1 (de) 2009-12-04 2011-06-09 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement, Wertdokument mit einem solchen Sicherheitselement sowie Herstellungsverfahren eines Sicherheitselementes
DE102010047250A1 (de) 2009-12-04 2011-06-09 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement, Wertdokument mit einem solchen Sicherheitselement sowie Herstellungsverfahren eines Sicherheitselementes
DE102011108242A1 (de) 2011-07-21 2013-01-24 Giesecke & Devrient Gmbh Optisch variables Element, insbesondere Sicherheitselement
FR2982038B1 (fr) * 2011-10-28 2013-11-15 Hologram Ind Composant optique de securite a effet reflectif, fabrication d'un tel composant et document securise equipe d'un tel composant
GB2498383B (en) * 2012-01-13 2014-04-16 Andrew Richard Parker Security device
FR2989474B1 (fr) * 2012-04-13 2014-11-28 Hologram Ind Composant optique de securite, fabrication d'un tel composant et produit securise equipe d'un tel composant
US8690063B2 (en) * 2012-05-01 2014-04-08 Symbol Technologies, Inc. Apparatus for and method of electro-optically reading direct part marking indicia by image capture
DE102012110630A1 (de) 2012-11-06 2014-05-08 Ovd Kinegram Ag Mehrschichtkörper sowie Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements
DE102013001734A1 (de) * 2013-01-31 2014-07-31 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement mit rinnen- oder rippenförmigen Strukturelementen
JPWO2015049913A1 (ja) * 2013-10-04 2017-03-09 並木精密宝石株式会社 バルク体、腕時計用の外装部品かムーブメント、装身具、タグ、又はファスナー、及びこれらの製造方法
EP3151042A4 (en) * 2014-05-26 2018-01-17 Toppan Printing Co., Ltd. Counterfeit preventing structure and counterfeit preventing article
EP3320945B1 (en) * 2015-07-07 2019-09-18 Toppan Printing Co., Ltd. Percutaneous administration device
CN107850708B (zh) * 2015-07-15 2022-03-22 凸版印刷株式会社 显示体
US11021001B2 (en) 2015-10-08 2021-06-01 Universidad Politecnica De Madrid Optical device and method for achieving multiple latent images for document security
CN108454265B (zh) * 2017-02-20 2023-09-08 中钞特种防伪科技有限公司 防伪元件及光学防伪产品
CN115230364B (zh) * 2021-04-25 2024-03-29 中钞特种防伪科技有限公司 光学防伪元件及其设计方法、防伪产品、数据载体

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH659433A5 (de) 1982-10-04 1987-01-30 Landis & Gyr Ag Dokument mit einem beugungsoptischen sicherheitselement.
US4832445A (en) 1986-05-16 1989-05-23 American Bank Note Holographics, Inc. Security diffraction devices difficult to exactly duplicate
EP0330738B1 (de) 1988-03-03 1991-11-13 Landis & Gyr Betriebs AG Dokument
EP0375833B1 (de) 1988-12-12 1993-02-10 Landis & Gyr Technology Innovation AG Optisch variables Flächenmuster
CH678835A5 (zh) 1991-01-18 1991-11-15 Landis & Gyr Betriebs Ag
EP0712012A1 (en) 1994-11-09 1996-05-15 International Business Machines Corporation Authentication label and authenticating pattern incorporating diffracting structure and method of fabricating them
DE19516741C2 (de) 1995-05-06 1997-05-07 Kurz Leonhard Fa Beugungsoptisch wirksame Strukturanordnung
US5886798A (en) * 1995-08-21 1999-03-23 Landis & Gyr Technology Innovation Ag Information carriers with diffraction structures
AU1270397A (en) 1996-12-12 1998-07-03 Landis & Gyr Technology Innovation Ag Surface pattern
CH693427A5 (de) 1998-01-27 2003-07-31 Ovd Kinegram Ag Flächenmuster.
CH693316A5 (de) * 1998-01-27 2003-05-30 Ovd Kinegram Ag Flächenmuster mit überlagerten Beugungsgittern.

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003531404A (ja) 2003-10-21
AU2001231674B2 (en) 2005-10-20
US20040057113A1 (en) 2004-03-25
DE50112830D1 (de) 2007-09-20
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BR0110078B1 (pt) 2014-04-29
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CA2403588A1 (en) 2002-09-19
WO2001080175A1 (de) 2001-10-25
AU3167401A (en) 2001-10-30
US6870678B2 (en) 2005-03-22
RU2250500C2 (ru) 2005-04-20
EP1275084B1 (de) 2007-08-08

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