DE69428700T2

DE69428700T2 - Diffraktionsvorrichtung mit mehreren abbildungen

Info

Publication number: DE69428700T2
Application number: DE69428700T
Authority: DE
Inventors: Arthur Lee
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2014-05-26
Also published as: EP0704066A1; EP0704066A4; DE69428700D1; WO1994028444A1; US6342969B1; EP0704066B1; US5909313A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Diffraktionsvorrichtungen sowie auf ihre Herstellung und findet insbesondere, obgleich nicht ausschließlich bei der Bereitstellung von optisch variablen Sicherheitsdiffraktionsvorrichtungen Anwendung, die zur Befestigung an oder Integration in z.B. Schatzanweisungen, Kreditkarten, Kundenkreditkarten, Aktienzertifikaten und dergleichen eingerichtet werden können.

Relevanter Stand der Technik

Die internationale Patentveröffentlichung WO91/03747 (Anmeldung PCT/AU90/00395) der gegenwärtigen Anmelderin schlägt eine Diffraktionsgitterstruktur vor, die aus einer Vielzahl von Pixeln besteht, die einzelne optische Diffraktionsgitter sind, so daß das Pixeldiffraktionsgitter bei einer Beleuchtung ein optisch variables Bild erzeugt. Die Gitterpixel mit geschwungenen bzw. gekrümmten Linien verwendenden Pixeldiffraktionsgitter der Anmelderin sind durch die Marke Pixelgram (Warenzeichen) bekannt geworden. Gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der in der internationalen Anmeldung offenbarten Anordnung umfaßt das jeweilige Diffraktionsgitter jedes Gitterpixels eine Vielzahl von reflektierenden oder durchlässigen Rillen oder Linien, die üblicherweise quer über ein Pixel geschwungen sind. Die Rillen- oder Linienkrümmung bestimmt sowohl die lokale Bildintensität, z.B. die Schattierung, als auch die lokale optische strukturelle Stabilität. Der Rillen- oder Linienabstand bei jedem Pixel bestimmt lokale Farbeigenschaften, wobei nicht-primäre Farben durch eine Pixelmischung erzeugt werden. Die durchschnittliche Rillen- oder Linienorientierung bestimmt Bewegungs- oder Farbeffekte, und die Anzahl von verschiedenen Werten der durchschnittlichen Krümmung und des durchschnittlichen Abstands kann durch eine Analogie zu der Sprache der Computergrafik als die Pixelgram-Palette definierend angesehen werden. Eine weitere Offenbarung einer Sicherheitsdiffraktionsgitterstruktur ist in der internationalen Patentveröffentlichung WO90/07133 (PCT/AU89/00542) zu finden.
Die internationale Patentveröffentlichung WO93/18419 (PCT/AU93/00102) der gegenwärtigen Anmelderin offenbart es, wie ausgewählte visuell beobachtbare Effekte bei dem optisch variablen Bild erzeugt werden können, indem die Pixel in Gruppen angeordnet werden, in denen die Pixel gemäß einer vorbestimmten Regel für das Pixeldiffraktionsgitter angeordnet werden. So können z.B. mehrere Sätze von unterschiedlichen Bildern oder von dem gleichen Bild, jedoch unterschiedlicher Schattierung oder Farbe, bei unterschiedlichen Blickwinkeln produziert werden.
Das Konzept der Bereitstellung mehrerer optisch variabler Bilder bei unterschiedlichen Blickwinkeln unter Verwendung einer Pixeldiffraktionsvorrichtung, bei der jedes Pixel ein Subpixel entsprechend jedem Bild umfaßt, ist ebenfalls in dem US-Patent 5,032,003 offenbart. In dem Fall ist jedes Diffraktionssubpixel ein Gitter mit geraden Linien. Dies ist ein Beispiel für eine allgemeinere Klasse von Pixeldiffraktionsstrukturen, die Pixel mit geradlinigem Gitter verwenden und durch die Marke Kinegram bekannt sind.
Die australische Patentanmeldung 10499/92 schlägt eine Pixeldiffraktionsgitterstruktur mit drei Kanälen vor, die Ansichten des gleichen Bilds aus unterschiedlichen Winkeln bilden, um ein stereoskopisches Bild zu erhalten. Die Gitter können krummlinige Gitter sein. Ein Vorgänger dieser Referenz ist das japanische Patent (Kokai) Veröffentlichung 2-72320.
Die europäische Patentveröffentlichung 467601 befaßt sich mit holographischen Diffraktionsgittermustern, die krummlinige Gitter umfassen können. Es sind überlagerte oder abwechselnde Kanäle zur Bereitstellung unterschiedlicher Bilder bei unterschiedlichen Winkeln vorgeschlagen. Die unterschiedlichen Bilder können numerische Informationen und Logos umfassen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der gegenwärtige Erfinder hat nun erkannt, daß die Konzepte der vorstehend angeführten Anmeldungen weiter ausgebaut werden können, um Diffraktionsvorrichtungen bereitzustellen, die ein optisch variables Bild oder mehrere optisch variable Bilder ergeben, indem die Pixel jedes Bilds in Subpixel zerbrochen werden und daraufhin die Subpixel neu angeordnet und verknüpft werden, so daß die Subpixel kooperativ Elemente der jeweiligen Bilder bereitstellen. Bei dem Vorschlag dieser weiteren Entwicklung hat der Erfinder erkannt, daß er einen Vorteil aus dem mathematischen Lehrsatz bei der Fourieranalyse, daß die Fouriertransformation jeder Diffraktionsfunktion translatorisch unveränderlich ist, ziehen kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Pixeldiffraktionsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Die Erfindung stellt in einer weiteren Ausgestaltung auch ein Verfahren zur Konstruktion einer Mehrkomponenten- Pixeldiffraktionsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 19 bereit.
Bei einigen früheren Referenzen ist der Ausdruck "Reliefstruktur" austauschbar mit oder statt "Diffraktionsgitter" oder "Diffraktionsoberflächenstruktur" verwendet. Der Ausdruck "Diffraktionsoberflächenstruktur" ist dabei verwendet, um eine Struktur anzugeben, die entweder reflektierend oder durchlässig ist. Ohne den Bereich der "Diffraktionsoberflächenstrukturen" auf irgendeine Weise zu beschränken sei es angemerkt, daß derartige Strukturen z.B. Linien- oder Rillendiffraktionsgitter, kleine Quadrate, Rechtecke oder Polygone umfassen können.
"Zumindest eine Darstellung" bedeutet, daß die jeweilige ganze Zahl tatsächlich erzeugt werden kann oder zumindest eine Darstellung erzeugt wird, falls dem nicht so ist. Die Darstellung kann ein Satz von Code oder Daten sein, der die jeweilige ganze Zahl z.B. in einer Computerspeichereinrichtung definiert. Die Konstruktionsschritte werden vorzugsweise in geeignet programmierten Computeroperationen ausgeführt. Das Verfahren kann vorteilhafterweise den Schritt der Verwendung der abgeleiteten Darstellung zur Ansteuerung eines geeigneten Geräts, z.B. eines Elektronenstrahllithografiegeräts, zur Erzeugung der tatsächlichen Diffraktionsvorrichtung umfassen.
Vorzugsweise sind zumindest zwei optisch variable Bilder vorhanden, die jeweils mit einer jeweiligen Gruppe von Diffraktionselementen verknüpft sind. Die Bilder können gleiche oder ähnliche Szenen sein, die aber unterschiedlich orientiert sind oder eine unterschiedliche Schattierung oder Farbe aufweisen. Eine weitere Gruppe oder mehrere weitere Gruppen von Subpixeln der Vorrichtung können kollektiv ein optisch invariables Bild erzeugen.
Es sind vorzugsweise zumindest vier Subpixel pro Pixel vorhanden, aber es wird noch mehr vorgezogen, daß zumindest 16 Subpixel in einer quadratischen 4 · 4- Anordnung von quadratischen Subpixeln vorhanden sind. Die Pixel sind vorzugsweise ausreichend klein, damit sie sich unterhalb der Auflösungsgrenze eines gesunden menschlichen Auges befinden, z.B. weniger als 125 Mikrometer an der Kante, und es wird noch mehr vorgezogen, daß es etwa 30 bis 80, z.B. etwa 60 Mikrometer, sind.
Die Diffraktionssubelemente sind vorzugsweise in jedem Pixel dispergiert bzw. verstreut, um einen vorbestimmten wahrnehmbaren Effekt bei dem entsprechenden optisch variablen Bild zu produzieren. Die Verstreuung der Diffraktionselemente kann aus einem vorbestimmten Satz von Auswahlen gewählt werden, der daher eine Abbildungspalette für die Diffraktionselementanordnung definiert, wieder durch eine Analogie zu der Sprache der Computergrafik. In einem Fall, in dem gemäß der internationalen Patentveröffentlichung WO91/03747 die die Pixel der Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur bildenden jeweiligen Diffraktionsoberflächenstrukturen z.B. in Beziehung zu vorbestimmten Variablen wie beispielsweise Rillen- oder Linienkrümmung, Rillen- oder Linienabstand und durchschnittlicher Rillen- oder Linienorientierung aus einer primären Palette erzeugt worden sind, bildet die vorstehend angeführte Abbildungspalette eine sekundäre Palette, und die Diffraktionsvorrichtung bringt aufeinanderfolgende Auswahlen aus sowohl den primären als auch den sekundären Paletten mit sich.
Die Diffraktionselemente in den Pixeln können Klassen von Miniaturdiffraktionsgittern mit geschwungenen und variabel beabstandeten Rillen oder alternativ Elementaranordnungen von polygonförmigen Reliefstrukturen (Pixel in Pixeln von Pixeln oder SQUOTS) mit Abmessungen in der Größenordnung von Mikrometerbruchteilen umfassen. Allgemein können die transformierten Darstellungen der Eingangsbilder Klassen von Gruppen von Diffraktionselementen umfassen. Eine Klasse von unterschiedlichen Gruppen von Diffraktionselementen ist als eine Komponentenpalette von Komponentenpixeltypen definiert. Da jedes Element einer Komponentenpalette selbst eine Gruppe von Diffraktionselementen ist, kann jedes Diffraktionselement als ein Teil einer Subpalette betrachtet werden, und folglich ist bei diesem Ausführungsbeispiel jede Komponentenpalette eine Palette von Subpaletten (Paletten in Paletten).
Die Erfindung stellt daher in einer weiteren Ausgestaltung auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Pixeldiffraktionsvorrichtung hinsichtlich einer Vielzahl von Diffraktionsgitterpixelpaletten bereit, die dadurch gekennzeichnet sind, daß jede Pixelpalette Diffraktionsgittergruppen umfaßt und jede Gruppe M selbst eine Subpixelpalette von N Subpixeldiffraktionselementen ist, wobei das Verfahren eine Definition der Vorrichtung durch eine Wiederholung der Diffraktionselemente jeder Gruppe M an vorbestimmten Orten in einer Anordnung von mehreren Wiederholungsgruppenorten umfaßt, wobei die Karte von Wiederholungsgruppenorten für die Diffraktionselemente jeder Gruppe M durch einen Satz von komplexen Abbildungsbeziehungen zwischen der Anordnung und einem Satz von invariablen Bildkomponentenkarten bestimmt wird, die unter der Steuerung der Abbildungsbeziehungen zur Definition der Diffraktionseigenschaften der dadurch auf der Anordnung erzeugten Diffraktionsvorrichtung kooperativ tätig sind, wobei die Diffraktionseigenschaften einen optischen Mehrkomponenten-Effekt verursachen, der eine beobachtbare Modifikation der durch jedes der Subpixeldiffraktionselemente erzeugten optischen Einzelkomponenten-Pixeleffekte ist.
Wie bereits angegeben können die durch die Diffraktionsvorrichtung erzeugten Bilder entweder optisch invariabel oder optisch variabel sein. Ein Bild wird dabei als "optisch variabel" beschrieben, wo es sich gemäß der Beobachtungsposition verändert, und als "optisch invariabel", wo es ohne Rücksicht auf die Beobachtungsposition im wesentlichen gleich bleibt. "Bild" bedeutet in dem Kontext dieser Beschreibung das optische Bild, das durch das auf die Diffraktionsvorrichtung fokussierte nackte Auge beobachtet wird, wenn sie durch eine beliebig erstreckte diffuse Quelle von endlicher Ausdehnung wie beispielsweise eine Fluoreszenzröhre beleuchtet wird. Der Ausdruck "Bild" wird dabei in seinem breitesten Sinne verwendet und ist nicht auf malerische oder schematische Bilder beschränkt, sondern erstreckt sich z.B. auf Figuren, Zahlen, Daten und Codes.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Diffraktionsvorrichtung nicht nur eine Mischung aus optisch variablen und optisch invariablen Bildern produzieren kann, sondern auch zwei oder mehr unterschiedliche Arten von optisch variablen Bildern produzieren kann. Beispielsweise können die optisch variablen Bilder von einem Pixelgram-Typ (d.h. jedes Pixel ist ein krummliniges Diffraktionsgitter), einem Kinegram-Typ (d.h. jedes Pixel ist ein geradliniges Diffraktionsgitter) oder ein mathematisches Hologramm sein. Für jeden Fall werden die Struktur der Komponentenabbildungspaletten durch die optischen Eigenschaften der Eingangsbilder bestimmt und die erforderlichen optischen Eigenschaften der komponentensichtbaren Bilder durch die Diffraktionsvorrichtung erzeugt.
Die Diffraktionsvorrichtung kann auf einem geeigneten Substrat bereitgestellt werden, z.B. einer Metallfolie, und/oder kann bei einem Träger befestigt oder erzeugt werden, z.B. einer Schatzanweisung, Kreditkarte, Bankkontenkarte oder ATM-Karte, Debetkarte, Versicherungskarte, Kundenkreditkarte oder vorausbezahlten Karte.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden grafischen Darstellungen lediglich beispielhaft weiter beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erzeugung eines Ausführungsbeispiels der Diffraktionsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, wobei die Diffraktionsvorrichtung zwei unterschiedliche optisch variable Bilder erzeugt und krummlinige Diffraktionsgitter des Pixelgram-Typs verwendet; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt; und
bei den Fig. 1 und 2 der aus leichten Unstetigkeiten oder Sprüngen in den Gitterlinien entstehende optische Effekt ein Druckerartefakt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 stellt ein Pixel 12,22 für jedes von zwei Pixeldiffraktionsgittern dar, die gemäß den in der internationalen Patentveröffentlichung WO91/03747 dargelegten Prinzipien konstruiert sind und bei einer Beleuchtung jeweilige unterschiedliche optisch variable Bilder produzieren sollen. Die zwei Pixel befinden sich vorzugsweise bei entsprechenden Koordinatenpositionen in den jeweiligen Gittern. Es ist selbstverständlich, daß jedes der Diffraktionsgitter in diesem Stadium nicht notwendigerweise physikalisch vorhanden ist und daß jedes der zwei veranschaulichten Pixel lediglich in einem Computersystem konstruiert worden und diese Konstruktion als eine Darstellung in der Form eines Satzes von gespeicherten Daten oder vorzugsweise als ein Code für eine Auswahl aus einer Pixelgram-Palette niedergelegt sein kann, wie es nachstehend weiter erörtert ist.
Wie es in der internationalen Patentveröffentlichung WO91/03747 erläutert ist, deren Inhalte hiermit in diese Anmeldung aufgenommen werden, werden die jeweiligen Pixeldiffraktionsgitter aus einem optisch invariablen Bild produziert, indem zuerst das Bild in quadratische Pixel (in diesem Fall Quadrate von 62,5 Mikrometern) aufgeteilt wird und der Graufaktor-, Farbart- oder Farbwert oder genauer der Graufaktor-, Farbart- oder Farbwert jedes Pixels der Reihe nach bewertet wird. Dieser Prozeß wird typischerweise ausgeführt, indem ein Bild einer mit einem geeigneten Computersystem gekoppelten Videokamera gezeigt wird, wobei der Graufaktor für jedes Pixel in dem Computerspeicher gespeichert wird. Die Rillen- oder Linienkrümmung quer über ein Pixel bestimmt sowohl die lokale Bildintensität, z.B. die Schattierung, als auch die lokale optische strukturelle Stabilität. Der Rillen- oder Linienabstand bei jedem Pixel bestimmt lokale Farbeigenschaften, wobei nicht-primäre Farben durch eine Pixelmischung erzeugt werden. Die durchschnittliche Rillen- oder Linienorientierung bestimmt Bewegungs- und Farbeffekte, und die Anzahl von verschiedenen Werten der durchschnittlichen Krümmung und des durchschnittlichen Abstands kann durch eine Analogie zu der Sprache der Computergrafik als die Pixelgram-Palette definierend angesehen werden. Die Linien werden aus einer Funktion Sij(x,y) abgeleitet, wie es in der internationalen Patentveröffentlichung WO91/03747 ausführlicher erläutert ist.
Es sei betont, daß die Diffraktionsgitterpixel 12,22 Pixel von anderen Formen von Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur sein können, z.B. Strukturen des Kinegram-Typs oder Hologramme.
Der nächste Schritt besteht darin, die jeweiligen Pixel 12,22 in mehrere Diffraktionselemente 13,23 zu zerbrechen oder zu teilen. Ein bevorzugtes Zerbrechen ist eine einfache quadratische n·n-Anordnung, die in Fig. 1 als eine Gitterrasterüberlagerung 15 dargestellt ist. Bei diesem Beispiel ist es eine 7·7-Anordnung 14,24 von quadratischen Diffraktionselementen 13,23 mit Seiten von beinahe 9 Mikrometern, insgesamt 49 Diffraktionselementen.
Der Satz von Diffraktionselementen wird daraufhin abgetastet und verschoben oder neu angeordnet, so daß annähernd die Hälfte der Diffraktionselemente jedes Satzes in einer gleichmäßigen, verteilten Anordnung 16,26 neu angeordnet werden. Es ist ersichtlich, daß die zwei Anordnungen 16,26 vorausgewählt sind, so daß bei jeder Anordnung die beibehaltenen Diffraktionselemente 13a, 23a einander ausschließende Positionen besetzen. Die zwei Anordnungen können daraufhin vereinigt oder verknüpft werden, um das kombinierte Pixel 30 zu produzieren, bei dem die Diffraktionselemente 13a, 23a einen vollständigen Satz von Subpixeln 31 definieren. In diesem einfachen Fall bestehen die Subpixel 31 aus den Diffraktionselementen 13a, 23a.
Dieser Prozeß kann daraufhin für alle entsprechenden Pixel der zwei konstruierten Gitter des Pixelgram-Typs wiederholt werden. Der sich ergebende Satz von Pixeldarstellungen wird in der Form von geeigneten Daten oder geeignetem Code an ein Elektronenstrahllithografiesystem (oder "E-Strahl"- Lithografiesystem) angelegt, um das echte Gitter zu produzieren. E-Strahl-Geräte sind besonders zum Herausätzen eines Diffraktionsgittermikrorillenmusters bei einem Substrat gemäß den zugeführten Daten oder Codes geeignet. Diese Ausgestaltung des Prozesses ist bereits bekannt und ist z.B. in der internationalen Patentveröffentlichung WO91/03747 beschrieben. Bei einer praktischen Anwendung wird durch das vorstehende Verfahren eine zur Erzeugung von kennzeichnenden Bildern konstruierte Originaldiffraktionsvorrichtung ausgebildet, und dieses Original wird anschließend zur Produktion von autorisierten Kopien verwendet. Das Gitter kann typischerweise als eine Anordnung von quadratisch geschnittenen, reflektierenden Rillen in eine metallisierte Oberfläche, z.B. auf ein chrombeschichtetes Glassubstrat schleuderbeschichtetes PMMA- Elektronenresist, geschrieben werden. Dieses Substrat kann daraufhin zur Produktion eines goldbeschichteten Nickeloriginals verarbeitet werden. Beispielsweise kann ein dauerhaftes Metalloriginal des optimierten Gitters durch eine Vakuumbeschichtung des Fotoresistoriginals mit Gold von 99,99% Reinheit in einer Dicke von 2000 Ångström (1 Ångström = 0,1 nm) und ein elektrochemisches Abscheiden einer dicken Schicht von Nickel, die als eine Auflage fungieren soll, erhalten werden. Nach der Trennung von dem Glasoriginal kann dieses goldbeschichtete Nickeloriginal mit einem Messingblock verbunden und als eine Form zum Heißpressen von autorisierten Kunststoffilm-/-folienkopiegittern verwendet werden.
Aus Fig. 1 ist es ersichtlich, daß die Konstruktion der Anordnungen 16,26 in einigen Fällen eine wesentliche Neuanordnung der relativen Positionen der Diffraktionselemente in dem Pixel mit sich bringt. Somit unterscheidet sich ihre relative räumliche Anordnung wesentlich von ihrer Anordnung in den ursprünglichen Pixeln 12,22, bei denen die Diffraktionselemente als eine zusammenhängende Oberflächenstruktur kooperieren. Beispielsweise sind die Diffraktionselemente nicht lediglich ausgebreitet, sondern besetzen unterschiedliche Koordinatenpositionen in der Anordnung. Einerseits beeinflußt dies aufgrund des vorstehend angeführten Lehrsatzes der Fourieranalyse nicht die Integrität des kombinierten Beitrags der Diffraktionselemente oder Subpixel zu dem entsprechenden einzelnen Element oder Pixel des betrachteten optisch variablen Bilds. Andererseits können durch bestimmte relative Neuanordnungen der Diffraktionselemente in einem Pixel beobachtbare Effekte bei dem betrachteten Bild produziert werden. Es ist ferner erforderlich, den Verlust der Hälfte der Diffraktionselemente zu berücksichtigen. So ist es z.B. erkannt worden, daß bei einem Diffraktionsgitterpixel wie beispielsweise 12 die am dichtesten beabstandeten Linien zu der linken Seite hin und zu der Unterseite hin die Komponenten einer positiven Ordnung des bei einer Beleuchtung des Gitters erzeugten Bilds steuern und der größer beabstandete Bereich zu der rechten Seite und der Oberseite hin mehr die Komponenten einer negativen Ordnung steuert. Falls die in der Anordnung 16 beibehaltenen Diffraktionselemente 13a mehr aus dem Bereich zu der unteren linken Ecke des Pixels 12 hin gewählt werden, ist somit eine starke positive Vorspannung bei dem Beitrag zu dem Pixel des Bilds vorhanden. Ein Satz von Auswahlen von unterschiedlichen Regeln zur Abtastung und Verschiebung der Diffraktionselemente 13,23 der zerbrochenen Anordnung 14,24 kann als eine sekundäre Palette für das System vorbestimmt werden.
Einige Beispiele für andere Effekte, die durch jeweilige Auswahlen aus der sekundären Palette produziert werden können, umfassen:
(i) eine "RGB"-Palette, die aus roten, grünen und blauen Subpaletten besteht, die zusammen zur Produktion eines echtfarbigen Bilds des Objekts bei einem Blickwinkel kooperativ tätig sind. Die roten, grünen und blauen Subpaletten weisen sich leicht voneinander unterscheidende Trägerfrequenzen, aber das gleiche Spektrum von Graufaktoren auf;
(ii) Transparenzeffekte, die durch ein optisch variables Bild des Pixelgram-Typs in einer Komponente mit einem allgemeinen Gitter als der zweiten Komponente produziert werden;
(iii) ein optisch invariables Bild in einer Komponente und ein optisch variables Bild als die zweite Komponente. Die Subpalette des optisch invariablen Bilds besteht aus einer Palette von diffus streuenden Pixeln mit unterschiedlichen Graustufen, die ein statisches Bild nullter Ordnung produzieren.
Es ist nun ersichtlich, daß der die primären und sekundären Paletten kombinierende allgemeine Fall als ein Satz von N Komponentenpaletten mit M1 Elementen in der ersten Komponentenpalette, M2 Elementen in der zweiten Palette ... und MN Elementen in der N-ten Komponentenpalette angesehen werden kann.
Es ist zu erkennen, daß die Schritte des Zerbrechens, Abtastens/Verschiebens und Neukombinierens gemäß der bevorzugten Praxis der Erfindung die Produktion von komplexen Mehrkomponenten-Diffraktionsvorrichtungen ermöglichen, für die die Bilder ein viel glatteres Aussehen aufweisen, da die effektive Bildauflösung verursacht durch die Verringerung der Gitterrastergröße auf die Größe eines Diffraktionselements oder Subpixels von 5 bis 15 Mikrometern statt eines vollen Pixels von z.B. etwa 60 Mikrometern erhöht werden kann. Die effektive Palettengröße ist durch das Verfahren des Zerbrechens und Abtastens ebenfalls erhöht worden, da es das Einmischen von zusätzlichen spezialisierten Subpixeln ermöglicht. Schließlich ermöglichen das Zerbrechen, Abtasten und Neukombinieren viel mehr Flexibilität bei der Zuweisung von Bildelementkennzeichen zu den mathematischen Eigenschaften der Subpixel.
Eine Anzahl von weiteren Ausführungsbeispielen ist in dem allgemeinen Konzept der Erfindung möglich. Beispielsweise kann der bei der Ableitung der Anordnung 16,26 aus dem zerbrochenen Pixel 14,24 eingeschlossene Abtastprozeß eine Wahl von lediglich (n·n/2)-M Diffraktionselementen aus jedem Pixel und eine Verknüpfung von nicht aus den hauptsächlichen zerbrochenen Pixeln gewählten 2M Subpixeln mit spezialisierten optischen Eigenschaften daraufhin zur Füllung der verbleibenden Bereiche der letztendlichen Anordnung umfassen. Diese zusätzlichen Subpixel können derart konstruiert werden, daß sie spezielle diffuse Lichteffekte, Diffraktionseffekte nullter Ordnung oder anwendungsspezifische Farbumschalteffekte zu dem endgültigen Bild beitragen.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel (Fig. 2), das vorstehend auch als sekundäre Palette (ii) angegeben ist, kann ein Pixeldiffraktionsgitter 40 des Pixelgram-Typs, das dabei als ein als Albert Einstein erkennbares, optisch variables Bild erzeugend gezeigt ist, mit einem allgemeinen Nicht-Pixeldiffraktionsgitter 42 kombiniert werden, das aus einem krummlinigen Rillenmuster mit variablen Abständen zwischen den Rillen besteht. Das Ergebnis besteht in einer Diffraktionsvorrichtung 45, die unter Beleuchtung ein optisch variables, halbtransparentes Bild oder mehrere optisch variable, halbtransparente Bilder produziert, die in ein Hintergrunddiffraktionsfeld eingebettet sind. Da das allgemeine Hintergrundgitter sich im Vergleich zu dem Pixelgittermuster eines sehr kleinen Umfangs relativ langsam verändert, produziert das Hintergrundgittermuster Talbot- oder Moiré-Randmuster eines relativ großen Umfangs, wenn die Diffraktionsvorrichtung unter Verwendung eines Kontaktkopierens einer holographischen Reflexion kopiert wird. Das Vorhandensein des starken Randmusters auf der Kopie stellt sicher, daß die Kopie sich deutlich von der ursprünglichen Version unterscheidet, und folglich weist dieser Typ von Diffraktionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine hohe Stufe von optischer Sicherheit auf.
Es ist zu erkennen, daß bei jedem dieser Ausführungsbeispiele jede aus einer Gruppe M von Miniaturdiffraktionsgittergruppen an vorbestimmten Orten in einer großen Anordnung von Wiederholungsgruppenorten wiederholt wird. Die Karte dieser Orte für jede Gruppe M wird durch einen Satz von komplexen Abbildungsbeziehungen zwischen der großen Anordnung und einem Satz von invariablen Bildkomponentenkarten bestimmt, die unter der Steuerung der Abbildungsbeziehungen zur Definition der Diffraktionseigenschaften der dadurch auf der großen Anordnung erzeugten Diffraktionsvorrichtung kooperativ tätig sind. Die zur Produktion des in dem vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Typs von Diffraktionsvorrichtung erforderliche Abbildungsbeziehung ähnelt der für die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung erforderlichen Abbildungsbeziehung außer, daß das allgemeine Gittermuster zuerst als ein Satz von n·m kleinen Gitterelementen mathematisch neu definiert werden muß, die als Gitterpixel interpretiert werden können, die mit den n·m Pixeln der eingegebenen Komponente des Pixelgram- Typs kombiniert werden können. Diese Neudefinition des allgemeinen Gitters kann erreicht werden, indem dem Gitter ein imaginäres n·m-Gitterraster überlagert wird und daraufhin der durchschnittliche Rillenabstand und Azimutwinkel oder Rillenorientierung in jedem Gitterrasterelement oder Pixel berechnet werden. Das allgemeine Gitter wird daraufhin ein Satz von n·m bekannten geradlinigen Gitterpixeln von unterschiedlichen Orientierungen, die zerbrochen, abgetastet, verschoben und mit entsprechenden Subpixeln der entsprechenden Gitterpixel des Pixelgram-Typs verknüpft werden können.
Sofern der Kontext nichts anderes erfordert, beziehen überall in dieser Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen das Wort "umfassen" oder Variationen wie beispielsweise "umfaßt" oder "umfassend" selbstverständlich den Einschluß einer angegebenen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen, aber nicht den Ausschluß einer anderen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen ein.

Claims

1. Pixeldiffraktionsgitter für ein optisch variables Bild, worin jedes Pixel (30) des Gitters eine Anordnung von Subpixeln (31) in Form von Diffraktionselementen (13a, 23a) umfasst, worin die Diffraktionselemente (13a, 23a) jedes Pixels (30) mindestens erste (13a) und zweite (23a) Gruppen von Diffraktionselementen umfassen, wobei die erste Gruppe von Diffraktionselementen (13a) von jedem Pixel (12) zusammen ein Diffraktionsgitter für ein erstes Bild definieren und die zweite Gruppe von Diffraktionselementen (23a) von jedem Pixel (22) zusammen ein Diffraktionsgitter für ein zweites Bild definieren, worin die Gruppen von Diffraktionselementen (13a, 23a) einander ausschliessende Positionen in jedem Pixel besetzen, und worin die ersten und zweiten Gruppen von Diffraktionselementen (13a, 23a) kooperativ zum Bild jedes Pixels (30) des Gitters beitragen und worin die Diffraktionselemente (13a, 23a) eine Grösse von 5 bis 15 Mikrometern aufweisen.

2. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl erste wie zweite Bilder optisch variabel sind.

3. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel so in jedem Pixel dispergiert sind, dass ihre relative räumliche Anordnung sich im wesentlichen von ihrer Anordnung im entsprechenden Einzelpixel unterscheidet, in dem die Subpixel als zusammenhängende Oberflächenstruktur kooperieren.

4. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch variablen Bilder gleiche oder ähnliche Szenen sind, die aber unterschiedlich orientiert sind oder unterschiedliche Schattierung oder Farbe aufweisen.

5. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere weitere Gruppen von Subpixeln der Vorrichtung bei Beleuchtung der Vorrichtung kooperativ ein optisch invariables Bild erzeugen.

6. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine oder mehrere Gruppen von diffus streuenden Subpixeln, die bei Beleuchtung ein optisch invariables Bild produzieren.

7. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 16 Subpixel pro Pixel in einer 4·4-Anordnung von quadratischen Subpixeln vorhanden sind.

8. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel weniger als 125 Mikrometer im Quadrat aufweisen.

9. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel entsprechende Miniaturdiffraktionsgitter mit geschwungenen und variabel beabstandeten Rillen umfassen.

10. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel polygonförmige Reliefstrukturen mit Abmessungen in der Grössenordnung von Mikrometerbruchteilen umfassen.

11. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend mindestens drei Subpixelgruppen, wobei jede Gruppe Diffraktionselemente einer einzigen Farbe aufweist, derart, dass die drei Gruppen kooperieren, um in einem bestimmten Blickwinkel ein echtfarbiges Bild zu produzieren.

12. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Farben in den drei Gruppen Rot, Grün und Blau sind.

13. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pixel der Vorrichtung zwei verknüpfte Subpixelgruppen enthält, wobei eine Gruppe einer Subdivision eines Pixels einer Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur entspricht, in der die Pixelgitterlinien geschwungen sind, und die andere Gruppe Subdivisionen von Elementargitterrasterbereichen eines allgemeinen Diffraktionsgitters von geschwungenen und variabel beabstandeten Linien entspricht, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass durch die Diffraktionsvorrichtung erzeugte unter einer bestimmten Lichtquelle sichtbare Bilder das Aussehen eines allgemeinen Diffraktionsgitters von geschwungenen und variabel beabstandeten Linien aufweist, derart, dass durch die Diffraktionsvorrichtung erzeugte sichtbare Bilder das Aussehen eines allgemeinen Diffraktionsgittermusters aufweist, gesehen durch ein transparentes oder halbtransparentes Diffraktionsbild erzeugt durch die Diffraktionsoberflächenstruktur, in der die Pixelgitterlinien geschwungen sind.

14. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das allgemeine Diffraktionsgittermuster ein relativ langsam sich veränderndes Rillenmuster ist, derart, dass ein versuchtes Kopieren der Diffraktionsvorrichtung, unter Verwendung des holographischen Kontaktkopierverfahrens, zu einem kopierten Bild mit überlagerten relativ grossen Talbot- oder Moire-Effekten ist, die in der Originaldiffraktionsvorrichtung nicht vorhanden sind.

15. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixelgruppen bei Beleuchtung ein optisch variables Bild produzieren.

16. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pixel der Vorrichtung zwei verknüpfte Subpixelgruppen enthält, deren eine der Subdivision der Pixel einer ersten Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur entspricht, in der die Pixelgitterlinien geschwungen sind, und deren andere der Subdivision der Pixel einer zweiten Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur entspricht, in der die Pixellinien gerade sind, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die unter einer Beleuchtungslichtquelle durch die Diffraktionsvorrichtung erzeugten sichtbaren Bilder optische Eigenschaften sowohl der ersten wie der zweiten Diffraktionsoberflächenstrukturen aufweisen.

17. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pixel der Vorrichtung zwei verknüpfte Subpixelgruppen enthält, deren eine der Subdivision der Pixel einer primären Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur entspricht, in der die Pixelgitterlinien geschwungen sind, und deren andere der Pixelsubdivision einer diffus streuenden Bildvorrichtung entspricht, die zahlreiche Stufen der Grauskaleninformation enthält, derart, dass von der Diffraktionsvorrichtung unter einer Beleuchtungslichtquelle erzeugte sichtbare Bilder sowohl optisch variable Bildinformation der primären Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur als auch optisch invariable Information nullter Ordnung der diffus streuenden Bildvorrichtung enthalten, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die optisch invariable Bildinformation der nullten Ordnung ähnliche Stufen der Grauskaleninformation enthält wie die in der diffus streuenden Originalbildvorrichtung vorhandenen Stufen.

18. Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Diffraktionselemente, die jedes Subpixel bilden, räumlich in der Gitterrasteranordnung an Orten angeordnet sind, die räumlich von ihren entsprechenden Orten im entsprechenden Pixel fern sind.

19. Verfahren zur Konstruktion einer Mehrkomponenten-Pixeldiffraktionsvorrichtung gebildet aus einer Vielzahl von Diffraktionspixeln (30), die jedes in Subpixel unterteilt sind, wobei das Verfahren umfasst:

(a) Konstruieren von zwei oder mehr Pixeldiffraktionsoberflächenstrukturen, die beim Beleuchten entsprechende Bilder erzeugen,

(b) Unterteilen jedes Pixels (12, 22) jeder der primären Strukturen in viele Diffraktionselemente (13, 23) mit einer Grösse von 5 bis 15 Mikrometern, und

(c) Konstruieren der Mehrkomponenten-Pixeldiffraktionsvorrichtung als sekundäre Multikomponenten-Pixeldiffraktionsvorrichtung durch Definieren jedes Pixels (30) darin als eine Vielzahl von Subpixelgruppen (13a, 23a), wobei jede Subpixelgruppe gebildet ist aus einer ersten Gruppe von Diffraktionselementen (13a) eines räumlich entsprechenden Pixels einer ersten primären Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur vermischt in einer Gitterrasteranordnung mit einer zweiten Gruppe von Diffraktionselementen (23a) eines räumlich entsprechenden Pixels einer zweiten primären Pixeldiffraktionsoberflächenstruktur, wobei die erste und zweite Gruppe von Diffraktionselementen (13a, 23a) kooperativ zum Bild jedes Pixels (30) der Multikomponentenvorrichtung beitragen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, worin die primären Strukturen optisch variable Bilder erzeugen.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, ferner umfassend die Nutzung der gewonnenen zweiten Konstruktion zum Betrieb einer Maschine, um die tatsächliche Diffraktionsvorrichtung auszubilden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Elektronenstrahllithographiemaschine ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel der zweiten Konstruktion so in jedem Pixel dispergiert sind, dass ihre relative räumliche Anordnung sich im wesentlichen von ihrer Anordnung im entsprechenden Einzelpixel unterscheidet, in dem die Subpixel als zusammenhängende Oberflächenstruktur kooperieren.

24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch variablen Bilder gleiche oder ähnliche Szenen aufweisen, aber unterschiedlich orientiert oder in unterschiedlicher Schattierung oder Farbe.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 16 Subpixel in einer 4·4-Anordnung von quadratischen Subpixeln vorhanden sind.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel weniger als 125 Mikrometer im Quadrat aufweisen.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel entsprechende Miniaturdiffraktionsgitter aus geschwungenen und variabel beabstandeten Rillen umfassen.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Subpixel polygonförmige Reliefstrukturen mit Abmessungen in der Grössenordnung von Mikrometerbruchteilen umfassen.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Konstruktion derart ist, dass die entsprechenden Gruppen Diffraktionselemente von drei einzelnen Farben aufweisen und diese Gruppen kooperieren, um bei einem bestimmten Blickwinkel ein echtfarbiges Bild zu produzieren.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Farbgruppen für Rot, Grün und Blau vorhanden sind.

31. Verfahren nach Anspruch 19, worin die Diffraktionsvorrichtung aus einer Vielzahl von Diffraktionsgitterpixelpaletten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pixelpalette Diffraktionsgittergruppen enthält und jede Gruppe M in sich eine Subpixelpalette von N Subpixeldiffraktionselementen ist, umfassend Definieren der Vorrichtung durch Wiederholen der Diffraktionselemente jeder Gruppe M an bestimmten Orten in einer Anordnung von zahlreichen Wiederholungsgruppenorten, wobei das Raster der Wiederholungsgruppenorte für die Diffraktionselemente jeder Gruppe M durch einen Satz komplexer Rasterbeziehungen zwischen der Anordnung und einem Satz invariabler Bildkomponentenraster bestimmt wird, die kooperativ unter dem Einfluss der Rasterbeziehungen wirken, um die Diffraktionseigenschaften der dadurch auf der Anordnung ausgebildeten Diffraktionsvorrichtung zu definieren, welche Diffraktionseigenschaften den mehrkomponentigen optischen Effekt bewirken.

32. Pixeldiffraktionsvorrichtung gebildet durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31.

33. Gespeicherter Datensatz, der eine Pixeldiffraktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 definiert.

34. Computerprogrammprodukt, das maschinenlesbare Instruktionen speichert, die, wenn sie in einem Computer mit einem geeigneten Betriebssystem und Speicher installiert sind, das Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31 ausführen.