ES2204589T3 - Superficie especializada. - Google Patents
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Abstract
Un método para determinar si un artículo está falsificado, que comprende; (a) crear de una superficie de capas múltiples texturizada (2); (b) determinar de las características de reflexión de la superficie (2), en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie; (c) comparar de estas con las características esperadas para determinar si la superficie (2) está falsificada.
Description
Superficie especializada.
Esta invención se refiere a una superficie
transparente, la cual absorbe, refleja y transmite, selectivamente,
diferentes longitudes de onda de una manera determinada. Tiene
aplicación especial, pero no exclusiva, en el campo de los
dispositivos contra la falsificación (seguridad).
En la lucha contra la falsificación, ha existido
siempre una presión creciente para desarrollar dispositivos de
seguridad y marcaje que sean difíciles de falsificar, es decir,
reproducir exactamente. Por otra parte, es necesario que tales
dispositivos contra la falsificación sean eficaces y sencillos de
usar sin la necesidad de equipo adicional y, a menudo, costoso.
EP-A-0194042
presenta una superficie que tiene elementos de relieve que definen
dos patrones o diseños. Estos elementos de relieve están
estructurados de tal modo que, al cambiar el punto de vista desde
el que se mira la superficie, cambia la peculiaridad relativa de
los dos diseños.
Esta invención incluye un método para determinar
si un artículo está falsificado que comprende:
- a)
- formar una superficie de capas múltiples texturizada;
- b)
- determinar las características de reflexión de la superficie, en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie;
- c)
- comparar éstas con las características esperadas para determinar si la superficie está falsificada.
Preferentemente, se trata se una superficie de
capas múltiples compuesta de un substrato transparente que tiene,
como mínimo, dos capas delgadas depositadas sobre una cara del
mismo y dichas capas tienen diferentes índices de refracción, de
modo que las longitudes de onda/colores seleccionados se transmitan
y/o reflejen.
Estas delgadas capas múltiples aplicadas a un
substrato transparente proporcionan efectos de interferencia
constructiva y destructiva, debido a las múltiples reflexiones en
las intercaras entre los materiales.
Preferentemente, las capas están fabricadas de
óxido metálico, sulfuro metálico o materiales polímeros. En
general, las capas individuales tendrán un espesor menor o igual a
la mitad de una longitud de onda si se compara con la radiación que
se vaya a utilizar (por ejemplo, para la luz visible cada capa
tendrá en general un espesor menor que 400 nanómetros)
Además, la superficie puede tener una capa
coloreada o sombreada aplicada al substrato sobre la cara opuesta a
la cara de las capas delgadas.
Dicha superficie puede emplearse como etiqueta de
seguridad contra la falsificación y el substrato será
preferentemente de un material plástico transparente.
Esta invención consta además de un método para
determinar si un artículo está falsificado, comprende:
- a)
- utilizar una superficie, tal como se ha indicado anteriormente;
- b)
- determinar las características de transmisión y absorción de frecuencias/colores;
- c)
- comparar éstas con las características esperadas, para determinar si la superficie está falsificada.
La etapa (b) puede incluir una comparación de los
espectros reflejados y/o transmitidos a diferentes ángulos de
incidencia y/o los estados de polarización lineal de la radiación
incidente.
Si las superficies están texturizadas la etapa
(b) puede incluir además la detección de los cambios en el estado
de polarización de la radiación reflejada.
La reivindicación independiente 4 muestra una
superficie texturizada.
La reivindicación independiente 10 muestra un
dispositivo de seguridad.
A continuación, de describe la invención por
medio de un ejemplo únicamente y con referencia a las siguientes
figuras, de las cuales:
La figura 1 muestra una superficie plana básica
de capas múltiples.
La figura 2 muestra una etiqueta contra la
falsificación incorporada a una superficie como la de la figura
1.
La figura 3a muestra una superficie de capas
múltiples picada. Las figuras 3b y 3c muestran secciones
transversales a las superficies picadas.
La figura 4 muestra una superficie de capas
múltiples con un perfil sinusoidal.
La figura 5 muestra el efecto del cambio de color
de una superficie de capas múltiples (como la figura 1),
dependiendo del ángulo de incidencia de la luz aplicada.
La figura 6 muestra el efecto de la polarización
lineal cuando se hace incidir la luz sobre una capa múltiple (o
porción de capa múltiple) a 45 grados.
La figura 1 muestra un substrato 1 que consta de
una placa de cristal sobre la cual se encuentra una capa múltiple 2
formada por capas intercaladas de ZnS y MgF_{2} identificadas con
los números de referencia 3 y 4. Estas se evaporan térmicamente
sobre la placa de cristal, en primer lugar la de ZnS que, teniendo
todas las capas (ocho en total), un espesor de 120 nm.
Otros métodos para proporcionar las capas son la
pulverización catódica, el depósito por haz de electrones o la
oxidación de metales con láser. Otros materiales muy conocidos por
los expertos en la técnica, como el TiO_{2} o los polímeros,
pueden emplearse alternativamente para las capas. Una pila de
múltiples capas proporcionará un perfil de reflectividad que puede
predecirse empleando las ecuaciones de Fresnel y se determina por
el espesor de las capas de óxido depositadas y el índice de
refracción. El perfil variará con el ángulo de incidencia y la
polarización lineal de la luz que lo ilumine.
En el ejemplo de la figura 1, cuando se hace
incidir perpendicularmente luz blanca sobre la superficie de capas
múltiples, la luz reflejada es de color azul, y el color
transmitido es naranja. Si la superficie se coloca sobre un fondo
negro, primero el substrato, únicamente se verá la luz azul (se
absorberá la luz naranja transmitida). Si el fondo es liso y con
una alta reflectividad (blanco brillo o metálico) toda la luz
naranja transmitida se volverá a reflejar a través de la película y
la superficie aparecerá blanca o ligeramente coloreada. Si se
coloca un fondo blanco y rugoso (es decir con dispersión difusa)
detrás (primero el substrato) de la superficie de capas múltiples,
la superficie aparecerá naranja porque el color transmitido será
dominante. Esto se debe a que la única luz azul que alcanza el ojo
proviene de las reflexiones especulares (es decir, como en un
espejo) de la capa múltiple, por cuanto toda la luz transmitida a
través de la capa se volverá a reflejar de forma difusa a través de
ella, cualquiera que sea el ángulo de incidencia (ver figura 3).
Por tanto, en todas las condiciones de iluminación, excepto en
aquellas altamente direccionales, dominará la luz
naranja.
naranja.
El espesor de las capas debe estar entre ¼ y 1
longitud de onda de la luz empleada en la aplicación. Para la luz
visible el espesor debe ser menor que
800 nm.
800 nm.
De acuerdo con esta invención, la capa múltiple
se puede emplear como un dispositivo contra la falsificación.
La superficie de capas múltiples se puede colocar
sobre un fondo adecuado (primero el substrato), como, por ejemplo,
un fondo codificado en blanco y negro y/o con tintas de colores. El
color observado se puede examinar en comparación con dos tintas
coloreadas pintadas sobre la superficie codificada junto a los
elementos en blanco y negro.
La figura 2 muestra una realización práctica de
una etiqueta de seguridad. La capa múltiple 2 está depositada sobre
una parte de una etiqueta flexible de plástico transparente 5; es
decir, que actúa como un substrato. La otra parte tiene cuadros en
negro y blanco (reflectante de forma difusa), 6 y 7,
respectivamente, impresos sobre ella. También aparecen impresos
sobre ella cuadrados entintados en color naranja 8 y azul 9 con
matices especiales. La etiqueta puede doblarse a lo largo del
pliegue A-A, de modo que los cuadrados queden por
debajo de la etiqueta de plástico. Si la reflexión azul que se
observa en la capa múltiple sobre el cuadrado negro no tiene el
mismo matiz que la tinta azul, y/o el color naranja transmitido
desde la capa múltiple sobre el cuadrado blanco no tiene el mismo
matiz que la tinta de color naranja, la superficie de múltiples
capas estará falsificada.
En una realización alternativa, una superficie
que contenga un fondo negro/blanco/coloreado se puede adherir
permanentemente al substrato por diferentes medios, es decir, si
tiene el color adecuado, el propio substrato se puede emplear como
parte del diseño.
En otra realización, la capa múltiple se sitúa
sobre un substrato blanco reflectante de forma difusa, y su
superficie se ilumina y observa con incidencia perpendicular (por
ejemplo con dos fibras paralelas, una de las cuales transmite la luz
mientras que la otra detecta la reflexión). Si únicamente se mide
la luz que incide perpendicularmente, entonces la luz naranja
transmitida se dispersará en el substrato y proporcionará una débil
señal de retorno en el receptor, y la reflexión azul será la
dominante. Por lo tanto, el dispositivo indicará que la superficie
es de color azul, mientras que el material aparecerá naranja a la
vista, debido a la luz ambiente.
Como se muestra en la figura 3, el ángulo con el
cual la luz incide sobre una capa múltiple influye en su perfil o
curva de reflectividad (y, como consecuencia, de transmisividad). De
acuerdo con el ejemplo anterior de la capa múltiple compuesta por
ocho capas intercaladas de ZnS y MgF_{2}, se observa que, cuando
el ángulo de la luz incidente aumenta, la luz reflejada desde la
superficie se torna de una longitud de onda mas corta y, por tanto,
el color cambia de azul a púrpura (mientras que la transmisión
oscila del naranja al amarillo).
Se propone que la dependencia angular del color
de una capa múltiple plana pueda emplearse por medio de un
dispositivo que obtenga simultáneamente los espectros de
reflectividad y transmisividad a diferentes ángulos, y compare estos
con los valores
esperados.
esperados.
Como se muestra en la figura 4, la polarización
de la luz tendrá influencia en los espectros de reflectividad (y,
como consecuencia, de transmisividad) de la capa múltiple. En el
diagrama, la radiación TM polarizada de forma lineal se considera
una radiación en la cual el vector eléctrico se encuentra en el
plano de incidencia de la radiación entrante, mientras que en la
radiación TE, el vector eléctrico se sitúa paralelo a la superficie
donde incide. Con incidencia perpendicular, las reflectividades TE y
TM son equivalentes, pero con cualquier otro ángulo sus espectros
diferirán.
Para distinguir mejor entre capas múltiples
diferentes, se propone que toda medida con incidencia no
perpendicular pueda discriminar entre polarizaciones diferentes.
Por ejemplo, esto puede conseguirse situando hojas de polarización
alineadas encima de la fuente de luz y del detector, para limitar
todas las medidas a una polarización lineal. Si se emplea radiación
infrarroja, entonces se podrán substituir los polarizadores por
polarizadores de rejilla de alambre.
En una disposición alternativa, la capa múltiple
está texturizada. Por ejemplo, la superficie de múltiples capas
puede presentarse con un perfil acanalado, picado u ondulado. De
esta forma, los efectos de la polarización o los debidos a la
variación del ángulo de incidencia de la luz pueden utilizarse
mediante mediciones de la incidencia perpendicular.
La figura 5a muestra una superficie con
depresiones y la 5b una sección transversal a través de la
superficie, respectivamente. La superficie de capas múltiples está
afectada con depresiones circulares de 5 micrones de diámetro (el
tamaño más pequeño preferible para la luz visible).
La figura 5c muestra una superficie con
depresiones en la que el propio substrato 1 está afectado de
depresiones.
Como alternativa, los costados de las depresiones
pueden ser perpendiculares y, en este caso, ello será equivalente a
un substrato con parches de capas múltiples.
La superficie texturizada puede ser de cualquier
forma adecuada; pueden tener forma de cuenco o plana, con costados
de 45 grados o de cualquier otro ángulo.
La figura 6 muestra una superficie de múltiples
capas texturizada de forma ondulada, que tiene crestas 11 y valles
12.
El diámetro de las depresiones (o la distancia
entre crestas en una superficie ondulada) es importante y no puede
ser demasiado pequeño. Si el diámetro fuera mucho menor que la
longitud de onda de la luz, las depresiones no podrían verse. Si
ambos valores fueran comparables, los efectos de difracción serían
complejos, y la luz se redirigiría en otras direcciones. Por este
motivo, es preferible un diámetro de cuatro o más longitudes de
onda para las dimensiones de
dichas depresiones.
dichas depresiones.
Cuando se ilumina directamente desde arriba, la
superficie texturizada presenta zonas de la capa múltiple con
incidencia normal (las crestas y los valles del perfil) y otras con
ángulos discretos de alrededor de 45 grados (las zonas de
pendiente). La luz incidente en las zonas de 45 grados se reflejará
hacia el elemento opuesto en pendiente, y, seguidamente, se
devolverá hacia la fuente de luz. Esto produce simultáneamente dos
componentes de luz de diferentes espectros de reflectividad y, por
lo tanto, dos colores.
Se propone que las superficies texturizadas como
estas puedan emplearse para producir reflexiones de dos colores, en
las cuales los elementos individuales son demasiado pequeños para
resolver a simple vista, a ojo desnudo. Entonces, los colores se
combinarían para producir una apariencia uniforme de color simple,
pero los elementos ocultos pueden verse con un microscopio.
También se propone que la dependencia de la
polarización, de la reflectividad, se pueda emplear para distinguir
mejor una estructura determinada, ya que los colores reflejados por
los elementos en pendiente mostrarán la misma dependencia de la
polarización.
Una realización más de la invención consiste en
el uso de parches planos de capas múltiples sobre un substrato
coloreado, como en la figura 3b. La reflexión de incidencia
perpendicular desde la capa múltiple puede compararse en color con
la del substrato, que no permite distinguir los parches del
substrato hasta que sean vistos con un ángulo tal que los parches
muestren un color diferente en apariencia. El efecto se puede
mejorar más adelante con el empleo adicional de diferencias de
polarización.
Un aspecto adicional de tener una superficie
texturizada es la posibilidad de girar completamente el ángulo de
polarización lineal 90 grados, como se muestra en las figuras 7a a
7c. La radiación TM gira 180 grados mientras que la TE no, pero en
ambos casos el plano de polarización permanece inalterable. No
obstante, si están presentes componentes iguales de TM y TE, el
efecto neto es que el plano global de polarización gira 90
grados.
Se puede tomar como ejemplo una cavidad circular,
en la que su circunferencia se etiqueta como la esfera de un reloj.
Suponiendo que la luz incida por el lado izquierdo (las 9 en
punto), con el vector eléctrico paralelo al lateral (es decir,
polarización TE). Si todos los fotones que inciden en la cavidad
tienen vectores eléctricos paralelos, la luz que rebote desde las
12 en punto hasta las 6 en punto deberá incidir en las paredes como
luz polarizada TM. Sin embargo, la luz que incida a mitad de camino
entre las 9 y las 12 tendrá una polarización mixta, una mitad TM y
la otra mitad TE.
Por lo tanto, se propone que la luz polarizada
linealmente se haga incidir sobre una capa múltiple texturizada con
un ángulo tal, que el plano global del vector eléctrico gire 90
grados y que esto se pueda detectar mediante la colocación de
polarizadores alineados ortogonalmente sobre la fuente de luz y el
detector. Sin esos polarizadores, se pueden observar los colores
habituales (como se ha descrito anteriormente), pero cuando los
polarizadores se encuentran en su lugar, la única luz que se puede
detectar es aquella que se haya convertido (por ejemplo, cuatro
puntos en el borde de una depresión en forma de cuenco o, en una
estructura con aristas, la señal se detectará únicamente cuando el
vector eléctrico incida en las aristas con un ángulo que no sea ni
paralelo ni perpendicular a las acanaladuras). Aún más, dado que el
espectro de reflexión de la luz incidente en los bordes es
diferente al que incide en el fondo de la depresión, la señal de
polarización-conversión será de un color diferente
al del caso sin polarización.
En la realización preferida, la capa múltiple
está provista de depresiones y estas tiene laterales planos a 45
grados, lo que maximiza la cantidad de luz que rebota de un lado a
otro y retorna a un observador con incidencia perpendicular, y por
lo tanto maximiza la señal de
polarización-conversión. Generalmente, las
depresiones se deben conformar de tal forma que parte de la luz
incidente perpendicularmente se devuelva a la fuente mediante
reflexión (es decir, se retrorrefleje). El diámetro de la depresión
debe tener un tamaño suficiente como para que la luz pueda
reflejarse especularmente (es decir, como en un espejo) y se
minimicen los efectos de difracción.
Cuando la capa múltiple pueda incluir una
superficie texturizada (es decir, una superficie no plana), se
pueden emplear varios métodos de fabricación. Una de las formas
posibles sería la deposición directa de las capas múltiples sobre un
substrato texturizado (por ejemplo, una red de difracción). Para
ello puede ser necesario hacer oscilar la red durante la deposición
para asegurar un espesor uniforme de la capa. Otro método consiste
en grabar por ataque químico en una capa múltiple gruesa para
obtener capas múltiples de diferentes espesores (por ejemplo una
estructura de diez capas que haya sido rebajada por ataque químico
hasta dos en algunas zonas). Un proceso alternativo adicional
consiste en el uso de características dieléctricas (por ejemplo,
aristas fotorresistentes endurecidas) sobre la superficie de una
capa múltiple plana para redirigir (refractar) la luz en ciertas
zonas y, por lo tanto, modificar el ángulo de incidencia y el color
observados.
A pesar de que la invención ha sido argumentada
predominantemente con relación a la transmisión de absorción de
longitudes de onda visibles (colores), debe observarse que no está
limitada al espectro visible y se puede emplear con radiación de
otras frecuencias, siempre que se seleccione la magnitud correcta
de las dimensiones.
Claims (10)
1. Un método para determinar si un artículo está
falsificado, que comprende;
- (a)
- crear de una superficie de capas múltiples texturizada (2);
- (b)
- determinar de las características de reflexión de la superficie (2), en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie;
- (c)
- comparar de estas con las características esperadas para determinar si la superficie (2) está falsificada.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la etapa (b) comprende determinar la dependencia de la
longitud de onda de las reflexiones.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2,
en el que la etapa (b) comprende observar el color reflejado en dos
ángulos de incidencia diferentes.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la etapa (b) comprende detectar los cambios en el estado
de polarización de la luz reflejada.
5. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la superficie texturizada
(2) contiene un substrato (1) transparente o absorbente que tiene
al menos dos capas (3,4) depositadas sobre una de las caras del
mismo, teniendo dichas capas diferentes índices de refracción, de
modo que las longitudes de onda/colores seleccionados se transmitan
y/o reflejen.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que dicho texturizado contiene depresiones o pozos (10) en
forma de onda sinusoidal.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que el diámetro de las depresiones o pozos (10) o la
distancia entre las crestas de dicha forma de onda es mayor que 4
longitudes de onda y menor que 200 longitudes de onda de la luz.
8. Una superficie (2) texturizada que contiene un
substrato (1) transparente que tiene al menos dos capas (3,4)
depositadas sobre una de las caras del mismo, teniendo dichas capas
diferentes índices de refracción y teniendo las capas o substrato un
texturizado tal que permite que se transmitan longitudes de
onda/colores seleccionados y en la que dicho texturizado comprende
depresiones o pozos (10), o una forma de onda
sinusoidal(11,12) y en la que el diámetro de las depresiones
o pozos o la distancia entre crestas de dicha forma de onda es
mayor que 4 longitudes de onda y menor que 200 longitudes de onda
de la luz.
9. Una superficie texturizada de acuerdo con la
reivindicación 8, en la que el diámetro de las depresiones o pozos,
o la distancia entre crestas de dicha forma de onda es menor que
200 longitudes de onda de la luz.
10. Un dispositivo de seguridad que contiene una
superficie de acuerdo con la reivindicación 9.
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