ES2905119T3 - Elemento de seguridad óptico - Google Patents

Abstract

Elemento de seguridad óptico (1) que comprende una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie refractiva transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, que tiene un patrón en relieve (2) de profundidad δ adaptado para reorientar la luz incidente recibida desde una fuente puntual, a una distancia ds desde la superficie de reorientación de la luz, y formar una imagen proyectada que contiene un patrón cáustico sobre una superficie de proyección dispuesta a una distancia di desde la superficie de reorientación de la luz, reproduciendo dicho patrón cáustico un patrón de referencia, caracterizado porque: tras la iluminación por la fuente de luz de un área de valor A del patrón en relieve y la emisión de un valor de iluminancia EA por el elemento de seguridad óptico a la superficie de proyección, un valor de iluminancia promedio Eα1 sobre un área circular de valor α1 seleccionada dentro de un área de la imagen proyectada sobre la superficie de proyección cumple el siguiente criterio de proyección Eα1 <= EA (1/2 + α0/α1 + √(1/4 + α0/α1)), con un parámetro de escalado de área α0 = 4π di δ para la superficie reflectante de reorientación de la luz, o α0 = 2π (n-1) di δ para la superficie refractiva de reorientación de la luz, y α1 es menor que el valor de área A.

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento de seguridad óptico

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al campo técnico de los elementos de seguridad ópticos, reflectantes o refractivos, operables para proyectar patrones cáusticos con una iluminación apropiada, y a un método para diseñar tales elementos de seguridad ópticos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Existe la necesidad de características de seguridad en objetos, que puedan ser autenticados por la llamada "persona de a pie", utilizando medios comúnmente accesibles. Estos medios incluyen el uso de los cinco sentidos, principalmente, la vista y el tacto, además de utilizar herramientas de uso muy extendido como, por ejemplo, un teléfono móvil.

Algunos ejemplos comunes de características de seguridad son fibras, hilos o láminas testigo (incorporados en un sustrato como, por ejemplo, el papel), marcas de agua, impresiones calcográficas o microimpresiones (posiblemente impresas en un sustrato con tintas ópticamente variables) que se pueden encontrar en billetes de banco, tarjetas de crédito, documentos de identidad, entradas, certificados, documentos, pasaportes, etc. Estas características de seguridad pueden incluir tintas ópticamente variables, tintas invisibles o tintas luminiscentes (fluorescentes o fosforescentes bajo una iluminación apropiada con una luz de excitación específica), hologramas y/o características táctiles. Un aspecto principal de una característica de seguridad es que tiene alguna propiedad física (efecto óptico, efecto magnético, estructura material o composición química) que es muy difícil de falsificar, de modo que un objeto marcado con dicha característica de seguridad puede considerarse auténtico con fiabilidad si la propiedad se puede observar o revelar (visualmente o por medio de un aparato específico).

Sin embargo, cuando el objeto es transparente, o parcialmente transparente, estas características pueden no ser apropiadas. De hecho, los objetos transparentes a menudo requieren que el elemento de seguridad que tiene las características de seguridad requeridas no cambie su transparencia o su apariencia, ya sea por razones estéticas o funcionales. Ejemplos destacables pueden incluir ampollas y viales para productos farmacéuticos. Recientemente, por ejemplo, los billetes de polímero e híbridos han incorporado en su diseño una ventana transparente, generando así el deseo de características de seguridad que sean compatibles con la misma.

La mayoría de las características de seguridad existentes de elementos de seguridad para documentos, billetes de banco, entradas garantizadas, pasaportes, etc. no se han desarrollado específicamente para objetos/zonas transparentes y, como tal, no son muy adecuadas para tal aplicación. Otras características, por ejemplo, las obtenidas con tintas invisibles y fluorescentes requieren herramientas específicas de excitación y/o herramientas de detección, que pueden no ser fácilmente accesibles para "las personas de a pie".

Se conocen características ópticamente variables semitransparentes (por ejemplo, recubrimientos de cristal líquido o imágenes latentes de estructuras de superficie) que pueden proporcionar este tipo de funcionalidad. Lamentablemente, la marca que incorpora tales características de seguridad por lo general se debe observar contra un fondo oscuro/uniforme para que el efecto sea bien visible.

Otras características conocidas son elementos ópticos difrangentes, tales como hologramas de superficie no metalizados. Una desventaja de estas características es que muestran un efecto visual con muy bajo contraste cuando se miran directamente. Por otra parte, cuando se usan en combinación con una fuente de luz monocromática para proyectar un patrón, normalmente, se necesita un láser para obtener un resultado satisfactorio. Asimismo, es necesario una disposición espacial relativa bastante precisa de la fuente de luz, el elemento óptico difrangente y los ojos del usuario para proporcionar un efecto óptico claramente visible.

Se han utilizado micro-textos y/o microcódigos grabados con láser, por ejemplo, para viales de vidrio. Sin embargo, se precisan herramientas costosas para su implementación y una herramienta de aumento específica para su detección.

El documento WO 99/37488 revela un elemento de seguridad óptico según el preámbulo de la reivindicación 1. Por lo tanto, un objetivo de la invención consiste en proporcionar un elemento de seguridad óptico para objetos (o sustratos) transparentes o parcialmente transparentes, que tenga características de seguridad que una persona pueda autenticar visualmente con facilidad, bien sin utilizar ningún medio adicional (es decir, a simple vista) o bien unos medios común y fácilmente accesibles (por ejemplo, una simple lente de aumento). Otro objetivo de la invención consiste en proporcionar un elemento de seguridad óptico fácil de fabricar en grandes cantidades o compatible con los procesos de fabricación en serie. Asimismo, la iluminación del elemento de seguridad óptico también debería ser posible con medios fácilmente accesibles (por ejemplo, una fuente de luz como un LED de un teléfono móvil o el sol) y las condiciones para una buena observación visual por parte de un usuario no deberían requerir una disposición espacial relativa demasiado estricta de la fuente de luz, del elemento de seguridad óptico y de los ojos del usuario.

Además, la mayoría de los objetos enumerados anteriormente tienen un tamaño reducido, al menos en una dimensión (por ejemplo, un billete de banco puede tener algo menos de 100 |jm de grosor). Por lo tanto, un objetivo adicional de esta invención consiste en proporcionar un elemento de seguridad óptico que sea compatible con objetos de dimensiones reducidas (por ejemplo, un grosor inferior a 300 jm).

Un objetivo adicional de esta invención consiste en proporcionar un método eficiente para seleccionar un efecto visual objetivo que sea compatible con el o los reducidos tamaños mencionados anteriormente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un aspecto, la invención se refiere a un elemento de seguridad óptico que comprende una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie refractiva transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz, que tiene un patrón en relieve operable para reorientar la luz incidente desde una fuente de luz y formar una imagen proyectada sobre una superficie de proyección, cumpliendo los parámetros ópticos de este elemento de seguridad óptico un criterio de proyección específico de manera que la imagen proyectada comprenda un patrón cáustico que reproduce un patrón de referencia que sea fácilmente reconocible por una persona, sin utilizar otros medios adicionales (es decir, a simple vista) o medios comunes y fácilmente accesibles, para que un objeto marcado con este elemento de seguridad óptico pueda rápidamente ser autenticado visualmente por una persona. Un grosor reducido del patrón en relieve del elemento de seguridad óptico lo hace particularmente adecuado para marcar objetos de dimensiones reducidas como, por ejemplo, billetes de banco o documentos de seguridad (por ejemplo, documentos de identidad, pasaportes, tarjetas, etc.) por ejemplo. El aspecto transparente del elemento de seguridad óptico refractivo lo hace particularmente adecuado para marcar sustratos al menos parcialmente transparentes (por ejemplo, botellas de vidrio o plástico, tapones de botellas, cristales de relojes, joyería, gemas, etc.)

En vista de la gran dificultad para determinar patrones de referencia que puedan reproducirse convenientemente mediante un patrón cáustico proyectado sobre una superficie de proyección para que una persona pueda reconocerlo visualmente, en particular, cuando el patrón en relieve del elemento de seguridad óptico es muy fino (es decir, habitualmente con una profundidad de relieve inferior a 250 jm), otro aspecto de la invención se refiere a un método para diseñar eficientemente un patrón en relieve de una superficie de reorientación de la luz de un elemento de seguridad óptico basado en una selección de una imagen digital candidata de un patrón de referencia para ser reproducida por un patrón cáustico proyectado de acuerdo con un prueba de selección de imagen digital específica: en caso de que la imagen digital candidata cumpla con los requisitos de la prueba, es posible calcular un patrón en relieve correspondiente que tenga una profundidad especificada y luego mecanizar una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción específico, para reproducir el patrón en relieve calculado y llegar a un elemento de seguridad óptico que cumpla con el criterio de proyección mencionado anteriormente, obteniendo de este modo un elemento de seguridad óptico que proporcionará, con una iluminación apropiada, un patrón cáustico proyectado que reproduce el patrón de referencia de la imagen digital seleccionada que visualmente sea fácilmente reconocible por una persona. Este método es particularmente eficiente para diseñar patrones en relieve muy finos, convenientes para la autenticación visual de objetos marcados (es decir, de profundidad inferior o igual a 250 jm, o incluso inferior o igual a 30 jm ) y permite acelerar significativamente las operaciones del proceso de diseño.

Por lo tanto, de acuerdo con un aspecto, la invención se refiere a un elemento de seguridad óptico que comprende una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, que tiene un patrón en relieve de profundidad 5 adaptado para reorientar la luz incidente recibida desde una fuente puntual, a una distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz, y formar una imagen proyectada que contiene un patrón cáustico sobre una superficie de proyección dispuesta a una distancia dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz, reproduciendo dicho patrón cáustico un patrón de referencia, siendo el elemento de seguridad óptico tal que, tras la iluminación por la fuente de luz de un área de valor A del patrón en relieve y la emisión de un valor (promedio) de iluminancia E^a por el elemento de seguridad óptico a la superficie de proyección, un valor de iluminancia promedio E^{a i} sobre un área circular de valor aⁱ seleccionada dentro de un área de la imagen proyectada sobre la superficie de proyección cumple el siguiente criterio de proyección E^{a i} á E^a (1/2 a⁰/a ⁱ + \í(1/4 a⁰/a ⁱ )), con un parámetro de escalado de área a⁰ = 4n dⁱ 5 para la superficie reflectante de reorientación de la luz, o a⁰ = 2n (n-1) dⁱ 5 para la superficie refractiva de reorientación de la luz, y aⁱ es menor que el valor de área A.

Preferentemente, para facilitar aún más la operación de autenticación mediante un reconocimiento visual del patrón de referencia a partir del patrón cáustico proyectado, un valor de dⁱ debería ser inferior o igual a 30 cm y un valor de la relación d^s/d ⁱ debería ser superior o igual a al menos 5. También preferentemente, la superficie de proyección es plana.

Para proporcionar elementos de seguridad ópticos muy finos, el valor de profundidad 5 del patrón en relieve puede ser inferior o igual a 250 |jm, o incluso inferior o igual a 30 |jm. Asimismo, el elemento de seguridad óptico además puede tener su patrón en relieve dispuesto sobre un sustrato de material óptico de base plana, siendo un grosor total del elemento de seguridad óptico inferior o igual a 100 jm.

De acuerdo con otro aspecto, la invención se refiere a un método para diseñar un patrón en relieve de profundidad inferior o igual a un valor 5 de una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, adaptado para reorientar la luz incidente recibida desde una fuente puntual, a una distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz, y formar una imagen proyectada que contiene un patrón cáustico sobre una superficie de proyección dispuesta a una distancia dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz, de modo que tras la iluminación por la fuente de luz de un área de valor A del patrón en relieve y la emisión de un valor de iluminancia E^a por el elemento de seguridad óptico a la superficie de proyección, un valor de iluminancia promedio E^{a i} sobre un área circular de valor aⁱ seleccionada dentro de un área de la imagen proyectada sobre la superficie de proyección cumple el siguiente criterio de proyección E^{a i} < E^a (1/2 a^c/a ⁱ + V(1/4 a^ü/aⁱ )), con un parámetro de escalado de área a⁰ = 4n dⁱ 5 para la superficie reflectante de reorientación de la luz, o a⁰ = 2n (n-1) dⁱ 5 para la superficie refractiva de reorientación de la luz, y aⁱ es menor que el valor de área A, comprendiendo dicho método las etapas de:

a) seleccionar una imagen digital de un patrón de referencia para ser reproducido por el patrón cáustico en la superficie de proyección, comprendiendo la imagen digital un número total de píxeles N^a y siendo una suma de todos los valores de píxel sobre la imagen digital I^a , comprobando que cada área circular de N píxeles dentro de la imagen digital, siendo N un número entero y 1 < N < N^a , un valor I(N) de una suma de cada valor de píxel de los N píxeles en el área circular es inferior a un valor I^máx(N) = N (I^a /N^a ) (1/2 N⁰/N V(1/4 N⁰/N)), en donde N⁰ es un número de píxeles dado por N^A(a⁰/A) dentro de la imagen digital;

b) calcular un patrón en relieve de profundidad inferior o igual a 5 correspondiente al patrón de referencia en la imagen digital seleccionada en la etapa a); y

c) mecanizar una superficie de un sustrato de material óptico para formar una superficie de reorientación de la luz que reproduzca el patrón en relieve calculado en la etapa b), obteniendo de este modo un elemento de seguridad óptico que comprende dicha superficie mecanizada de reorientación de la luz.

Preferentemente, el método también comprende la etapa de modificar una imagen digital candidata que no cumple o solo cumple parcialmente (es decir, cumple solo para algunas áreas circulares de N píxeles) la prueba (o criterio de selección) de que I(N)<I^máx(N), adaptando los valores de píxel cuando sea necesario, para cumplir completamente la prueba para cualquier N, siendo 1 < N < N^a . Por lo tanto, la etapa a) de seleccionar una imagen digital de un patrón de referencia puede comprender una etapa preliminar de modificación de una imagen digital candidata del patrón de referencia del que una parte no cumple el criterio de selección de que I(N) es inferior a I^máx(N), adaptando los valores de píxel dentro de dicha parte de la imagen digital candidata, haciendo que dicha parte de la imagen digital candidata con valores de píxel adaptados cumpla el criterio de selección para cualquier N, siendo 1 < N < N^a , proporcionando de ese modo una imagen digital candidata modificada para ser seleccionada. La adaptación de los valores de píxel también puede ser el resultado de una operación de filtrado. Por lo tanto, los valores de píxel de la imagen digital candidata pueden adaptarse filtrando con un filtro la imagen candidata para reducir el contraste de la imagen (por ejemplo, un filtro de paso alto), correspondiendo los parámetros (por ejemplo, la frecuencia de corte del filtro de paso alto) del filtro al criterio de selección.

Por lo tanto, de acuerdo con esta variante de la invención, es posible transformar un patrón objetivo inadecuado, tal como se ha representado en una imagen digital, en uno adecuado con respecto al criterio de selección de imagen digital de la invención, que se puede seleccionar en la subsiguiente etapa a).

En la etapa c) del método, el mecanizado de la superficie del sustrato de material óptico puede comprender uno cualquiera de entre un mecanizado de ultra-precisión (UPM), una ablación láser y una litografía.

La superficie mecanizada de reorientación de la luz según el método puede ser una superficie maestra de reorientación de la luz que se utilizará para construir una réplica mediante una técnica de moldeo (o réplicas para la producción en masa de elementos de seguridad ópticos), y puede replicarse en un sustrato (por ejemplo, para formar una marca aplicable en un objeto). La replicación de la superficie mecanizada de reorientación de la luz puede comprender uno cualquiera de entre moldeado UV y estampado (por ejemplo, en un proceso de producción rollo a rollo o lámina a lámina).

De acuerdo con un aspecto adicional, la invención se refiere a un método para autenticar visualmente un objeto, marcado con un elemento de seguridad óptico según la invención, por un usuario, que comprende las etapas de: - iluminar la superficie de reorientación de la luz del elemento de seguridad óptico con una fuente de luz puntual (aproximadamente) a una distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz;

- observar visualmente en el patrón cáustico tal y como se ha proyectado sobre la superficie de proyección a una distancia dⁱ del elemento de seguridad óptico; y

- decidir que el objeto es auténtico tras una evaluación por parte del usuario de que el patrón cáustico proyectado es visualmente similar al patrón de referencia.

La presente invención se describirá con más detalle a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos en los que números similares representan elementos similares en las diferentes figuras, y en los que se ilustran aspectos y características relevantes de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1 es una ilustración esquemática de una configuración óptica de un elemento óptico refractivo para proyectar un patrón cáustico de acuerdo con una realización preferida de la invención.

La Fig. 2 ilustra un patrón de referencia en una imagen digital candidata que representa el número 100.

Las Fig. 2A-2E ilustran una selección de una imagen digital del patrón de referencia de la Fig. 2 según la invención, y muestran los resultados del escaneo de la imagen digital candidata de la Fig. 2 con diferentes ventanas de escaneo.

La Fig. 3 es un ejemplo de patrón de referencia.

Las Fig. 3A-3E son una ilustración adicional de una selección de una imagen digital del patrón de referencia de la Fig. 3 según la invención, y muestran los resultados del escaneo de la imagen digital candidata de la Fig. 3 con diferentes ventanas de escaneo.

La Fig. 4A es una vista de un fino elemento de seguridad óptico refractivo y transparente moldeado sobre un sustrato de lámina (primer plano) junto con un patrón cáustico proyectado correspondiente (fondo).

La Fig. 4B es una fotografía del patrón cáustico proyectado por el elemento de seguridad óptico que se muestra en el primer plano de la Fig. 4A.

La Fig. 5 es una vista de un patrón cáustico proyectado que corresponde a un patrón de referencia que muestra un retrato de George Washington.

Descripción detallada

En óptica, el término "cáustico" se refiere a una envolvente de rayos de luz reflejados o refractados por una o más superficies, de las cuales al menos una está curvada, así como a la proyección de dichos rayos de luz sobre otra superficie. De manera más específica, una cáustica es la curva o superficie tangente a cada rayo de luz, que define un límite de una envolvente de rayos como una curva de luz concentrada. Por ejemplo, el patrón de luz formado por los rayos solares en el fondo de una piscina es una "imagen" o patrón cáustico formado por una sola superficie de reorientación de luz (la interfaz ondulada de aire-agua), mientras que la luz que pasa a través de la superficie curva de un vaso de agua crea un patrón en forma de cúspide sobre una mesa en la que el vaso de agua descansa cuando cruza dos o más superficies (por ejemplo, aire-vidrio, vidrio-agua, aire-agua...) lo que reorienta su trayectoria. En lo sucesivo, se usará como ejemplo la configuración más habitual en la que el elemento (de seguridad) óptico (refractivo) está limitado por una superficie curva y una superficie plana, sin restringir los casos más generales. En el presente documento nos referiremos a un "patrón cáustico" más general (o "imagen cáustica") como el patrón de luz formado sobre una pantalla (superficie de proyección) cuando una superficie óptica con una forma adecuada (es decir, que tiene un patrón en relieve apropiado) reorienta la luz desde una fuente para desviarla de algunas regiones de la pantalla y concentrarla en otras regiones de la pantalla en un patrón de luz predeterminado (es decir, formando así dicho "patrón cáustico"). La reorientación se refiere al cambio de trayectoria de los rayos de luz desde la fuente en presencia del elemento óptico con respecto a la trayectoria desde la fuente hasta la pantalla en ausencia del elemento óptico. A su vez, la superficie óptica curva se denominará "patrón en relieve", y el elemento óptico que está limitado por esta superficie se denominará elemento de seguridad óptico. Cabe señalar que, el patrón cáustico puede ser el resultado de la reorientación de la luz por más de una superficie curva y más de un objeto, aunque posiblemente a cambio de una mayor complejidad. Asimismo, un patrón en relieve para generar un patrón cáustico no debe confundirse con un patrón difrangente (como, por ejemplo, en hologramas de seguridad).

De acuerdo con la invención, se ha descubierto que este concepto puede aplicarse, por ejemplo, a objetos comunes, tales como productos de consumo, documentos de identidad/ tarjetas de crédito, billetes de banco y así sucesivamente. Para hacerlo, es necesario reducir drásticamente el tamaño de un elemento de seguridad óptico y, en particular, llevar la profundidad del relieve por debajo de los valores aceptables. Asombrosamente, se ha descubierto que, aunque el relieve estaba muy limitado en cuanto a profundidad, todavía era posible lograr una aproximación de una imagen (digital) seleccionada (que representa un patrón de referencia) en una superficie de proyección con suficiente calidad como para permitir el reconocimiento visual de la imagen seleccionada a partir del patrón cáustico visualmente observado en la superficie de proyección (o pantalla). Tal reconocimiento de un patrón de referencia directamente a partir de un mero patrón cáustico visible en una pantalla, tal y como se proyecta desde un elemento de seguridad óptico cuyo diseño y mecanizado suponen un reto (y, por lo tanto, resultan muy difíciles de falsificar), constituye una valiosa prueba de seguridad que permite una autenticación fiable de un objeto marcado con este elemento de seguridad óptico.

En esta descripción por "relieve" se debe entender la existencia de una diferencia de altura (medida a lo largo de un eje óptico del elemento de seguridad óptico) entre el punto más alto y el punto más bajo de una superficie, por analogía con la diferencia de altitud entre el fondo de un valle y la cima de una montaña (es decir, como una escala de "pico a valle"). De acuerdo con una realización preferida de la invención, la profundidad máxima del patrón en relieve del elemento de seguridad óptico es < 250 |jm o más preferentemente < 30 |jm, estando por encima del límite impuesto por el mecanizado de ultra-precisión (UPM) y el proceso de reproducción, es decir, aproximadamente 0,2 jm. De acuerdo con esta descripción, la diferencia de altura entre el punto más alto y el más bajo del patrón en relieve en la superficie de reorientación de la luz se denomina profundidad del relieve 5.

En esta descripción se usan varios términos, que se definen con más detalle a continuación.

Un patrón (imagen) cáustico, que forma una aproximación de una imagen digital, debe entenderse como un patrón de luz proyectado por un elemento de seguridad óptico, cuando está iluminado por una fuente adecuada (preferentemente, pero no necesariamente, una fuente puntual). Tal y como se ha mencionado anteriormente, el elemento (de seguridad) óptico debe entenderse como la placa de material refractivo responsable de crear la imagen cáustica.

Una(s) superficie(s) de reorientación de la luz es(son) la superficie (o superficies) del elemento de seguridad óptico responsable de reorientar la luz entrante desde una fuente sobre una pantalla o superficie de proyección (preferentemente plana), donde se forma el patrón cáustico.

Un sustrato de material óptico, usado para hacer un elemento (de seguridad) óptico, es un sustrato de materia prima a partir del cual se mecaniza una superficie específicamente para tener un patrón en relieve y formar así una superficie de reorientación de la luz. En el caso de una superficie reflectante de reorientación de la luz, el sustrato de material óptico no es necesariamente homogéneo o transparente. Por ejemplo, el material puede ser opaco a la luz visible (la reflectividad se obtiene entonces mediante una metalización clásica de la superficie mecanizada). En el caso de una superficie refractiva de reorientación de la luz, el sustrato de materia prima es transparente (o parcialmente transparente) y homogéneo con un índice de refracción n (para fotones del espectro visible para un ojo humano), y la superficie de reorientación de la luz correspondiente se conoce como "superficie refractiva transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n".

Una superficie maestra de acuerdo con esta descripción es la primera realización física de una superficie de reorientación de la luz a partir de un perfil calculado (en particular, a partir de un patrón en relieve calculado). Esta se puede replicar en varias copias (herramientas) que luego se utilizan para la replicación masiva.

Una fuente puntual tal y como se usa en esta descripción es una fuente de luz cuyo tamaño angular (desde el punto de vista del elemento de seguridad óptico), es lo suficientemente pequeño como para considerar que la luz surge de un único punto a una distancia d^s de la superficie de reorientación de la luz. Como norma general, esto significa que la cantidad: (diámetro de la fuente) x dⁱ/d^s, es menor que la resolución deseada (por ejemplo, 0,05-0,1 mm) del patrón cáustico objetivo en una imagen proyectada sobre la superficie de proyección a una distancia dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz (véase la Fig. 1). Se debe entender que la pantalla es la superficie sobre la que se proyecta el patrón cáustico. La distancia entre la fuente y la superficie de reorientación de la luz también se denomina distancia de la fuente d^s y la distancia entre la superficie de reorientación de la luz y la pantalla se denomina distancia de la imagen dⁱ.

El término herramienta (o herramienta de replicación, cuando es necesario evitar ambigüedades) se usa principalmente para el objeto físico que tiene el perfil de una superficie de reorientación de la luz que se usa para la replicación en masa. Puede ser, por ejemplo, para producir una copia de una superficie maestra (reproduciéndose el relieve original, por estampación o inyección, a partir de la superficie maestra que tiene el relieve correspondiente invertido). Para la herramienta utilizada para mecanizar el patrón en relieve de la superficie de reorientación de la luz, se utiliza el término herramienta de mecanizado para evitar ambigüedades.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, se proporciona un elemento de seguridad óptico (1) que tiene superficies reflectantes o refractivas, para reorientar la luz desde una fuente puntual S y proyectarla sobre una pantalla (3) adecuada, que podría ser cualquier superficie (en su mayoría plana) o (una parte plana de) cualquier objeto, etc., donde se forma una imagen significativa, como se muestra en la Figura 1. Un diseño especial de la superficie de reorientación de la luz puede permitir proyectar un patrón cáustico (reconocible) sobre una superficie curva. La imagen podría ser, por ejemplo, un logotipo, una foto, un número o cualquier otra información que pueda ser relevante en un contexto específico. Preferentemente, la pantalla es una superficie de proyección plana.

La configuración de la Fig. 1 muestra que la luz de una fuente S es reorientada por una superficie óptica con una forma adecuada que tiene un patrón en relieve (2). Esta idea general se conoce, por ejemplo, a partir de superficies reflectantes para faros de automóvil, reflectores y lentes para iluminación LED, sistemas ópticos en ópticas láser, proyectores y cámaras: sin embargo, habitualmente, el objetivo es transformar una distribución no homogénea de la luz en una homogénea. En contraste, un objetivo de la invención es obtener un patrón de luz no homogéneo, es decir, un patrón cáustico, que (aproximadamente) reproduzca algunas regiones de brillo relativo de un patrón de referencia (tal y como se representa en una imagen de referencia (digital)): si el patrón iluminado en relieve (2) del elemento óptico permite formar un patrón cáustico (4) en la pantalla (3) reproducir con suficiente calidad (posiblemente difiriendo por un factor de escala de intensidad global) un patrón de referencia conocido (5), entonces, una persona observando visualmente el patrón cáustico en la pantalla verá fácilmente si constituye o no una reproducción válida del patrón de referencia y, en caso de que el patrón cáustico sea lo suficientemente similar al patrón de referencia, considerará que el objeto marcado con el elemento de seguridad óptico es (muy probablemente) auténtico.

De acuerdo con la realización de la Fig. 1, los rayos de luz (6) de una fuente de luz S, que es una fuente puntual de acuerdo con este ejemplo, se propagan a un elemento de seguridad óptico (1) (refractivo) a una distancia de la fuente d^s con una superficie de reorientación de la luz que tiene un dibujo en relieve (2). El elemento de seguridad óptico está hecho en este caso de un material homogéneo transparente o parcialmente transparente con un índice de refracción n. El así llamado patrón cáustico (4) se proyecta sobre una pantalla (3) a una distancia de la imagen dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz del elemento de seguridad óptico (1). La autenticidad del elemento de seguridad óptico (y, por lo tanto, la del objeto marcado con este elemento de seguridad) puede evaluarse directamente verificando visualmente un cierto grado de semejanza entre el patrón cáustico proyectado y el patrón de referencia.

Preferentemente, el patrón en relieve (2) se calcula primero a partir de una imagen digital objetivo especificada. Los métodos para tales cálculos se describen, por ejemplo, en las solicitudes de patente europea EP 2711 745 A2, y EP 2963464 A1. A partir de ese patrón en relieve calculado, se puede crear un patrón físico en relieve correspondiente en una superficie de sustrato de material óptico adecuado (por ejemplo, un material transparente o parcialmente transparente con un índice de refracción n o una superficie reflectante de un material opaco), utilizando un mecanizado de ultra-precisión (UPM). En caso de mecanizar un relieve en una superficie de un sustrato de material óptico opaco para formar una superficie reflectante, se obtendrá una buena reflectividad mediante una operación convencional adicional de deposición de una fina capa de metal (metalización) sobre el relieve. El UPM utiliza herramientas de mecanizado de diamante y herramientas de nanotecnología para lograr una precisión muy alta de modo que las tolerancias puedan alcanzar un nivel "submicrónico" o incluso un nivel de nanoescala. Como contrapartida a esto, la "alta precisión" en el mecanizado tradicional se refiere a tolerancias de micrómetros en los dígitos individuales. Otras técnicas potencialmente adecuadas para crear un patrón físico en relieve en una superficie son la ablación con láser y la litografía en escala de grises. Tal y como se conoce en el campo de la microfabricación, cada una de estas técnicas tiene diferentes puntos fuertes y limitaciones, en términos de costes, precisión, velocidad, resolución, etc. Generalmente, un patrón en relieve calculado para generar un patrón cáustico tiene un perfil suave (es decir, sin discontinuidades) con una profundidad típica de al menos 2 mm, para un tamaño total de 10 cm x 10 cm.

Un sustrato de material óptico adecuado para un elemento óptico refractivo de reorientación de la luz debería ser ópticamente claro, transparente o al menos parcialmente transparente, y mecánicamente estable. Normalmente, se prefiere una transmitancia T > 50 %, siendo T > 90 % lo que más se prefiere. También, se puede usar una turbidez baja H < 10 %, aunque se prefiere H < 3 %, siendo H < 1% lo que más se prefiere. El material óptico también debería comportarse correctamente durante el proceso de mecanizado, para obtener una superficie lisa y sin defectos. Un ejemplo de sustrato adecuado es una plancha ópticamente transparente de PMMA (también conocida por los nombres comerciales de Plexiglas, Lucite, Perspex, etc.). Para elementos ópticos, reflectantes, cáusticos de reorientación de la luz, un sustrato de material óptico adecuado debería ser mecánicamente estable y debería ser posible darle un acabado de tipo espejo. Un ejemplo de sustrato adecuado es un metal, como los utilizados para estándares maestros de rejillas graduadas y espejos láser, o un sustrato no reflectante que pueda metalizarse adicionalmente.

Para una producción a gran escala, se requieren etapas adicionales para la creación de herramientas y la replicación masiva del elemento de seguridad óptico en un objeto de destino. Un proceso adecuado para la creación de herramientas a partir de un estándar maestro es, por ejemplo, la electroformación. Los procesos adecuados para la replicación en masa son, por ejemplo, el estampado en caliente de una película de polímero o el moldeado UV de un fotopolímero. Cabe destacar que, a efectos de la replicación en masa, no es necesario que ni el estándar maestro ni la herramienta derivada a partir del mismo sean ópticamente transparentes, por lo que también se pueden usar materiales opacos (en concreto, metales) incluso cuando el producto final es un elemento óptico refractivo. No obstante, en algunos casos podría ser ventajoso que el estándar maestro sea transparente, ya que permite verificar la calidad de la imagen cáustica antes de proceder con el utillaje y la replicación masiva.

Un aspecto crítico para el uso de elementos ópticos (con una superficie de reorientación de la luz que tiene un patrón en relieve) como características de seguridad es su escala física, que debe ser compatible con el objeto de destino y la configuración óptica requerida para proyectar la imagen cáustica.

En general, para este tipo de uso, el tamaño lateral máximo está limitado por el tamaño total del objeto y normalmente puede variar de unos pocos cm a menos de 1 cm en casos menos favorables. Para ciertos usos, como por ejemplo, para billetes de banco, el grosor total deseado puede ser extremadamente pequeño (del orden de 100 |jm o menos). Por otra parte, las variaciones admisibles de grosor (relieve) son incluso menores, por una variedad de razones, incluyendo las restricciones mecánicas (puntos débiles asociados con las áreas más finas) y consideraciones operativas (por ejemplo, cuando se apilan billetes, la pila se abombará por la parte correspondiente a la porción más gruesa del billete, lo que complica su manipulación y almacenamiento). Normalmente, para un billete con un grosor total de aproximadamente l0o jm, un grosor objetivo para el patrón en relieve de un elemento de seguridad óptico que se incluirá en este billete puede ser de aproximadamente 30 jm. Para una tarjeta de crédito o un documento de identificación de aproximadamente 1 mm de grosor, un grosor objetivo para el patrón en relieve de un elemento de seguridad óptico que se incluirá en esta tarjeta de crédito/documento de identificación será inferior a aproximadamente 400 jm y preferentemente no superior a aproximadamente 250 jm.

Por otra parte, las distancias a la fuente y la imagen generalmente están limitadas por comodidad del usuario a unas pocas decenas de centímetros. Excepciones notables son el sol o un punto de luz montado en el techo, que sin embargo son menos accesibles en ciertas circunstancias. También, la relación d^s/dⁱ entre las dos distancias es típicamente superior a 5 sobre 10, para obtener una imagen más nítida (y con un buen contraste) que sea más fácil de reconocer. Asimismo, la relación d^s/d ⁱ > 5 junto con una fuente de luz S, que preferentemente es puntual, (por ejemplo, una iluminación LED de un teléfono móvil convencional) permite considerar que la fuente de luz está de hecho aproximadamente "en el infinito" y, por lo tanto, una superficie de proyección que esté aproximadamente solo a la distancia focal del elemento de seguridad óptico será adecuada para una visualización clara de un patrón cáustico proyectado. Como consecuencia, las condiciones de buena observación visual por parte de un usuario no requieren una disposición espacial relativa demasiado estricta de la fuente de luz, del elemento de seguridad óptico y de los ojos del usuario.

En general, el grosor y el relieve se encuentran entre los parámetros más críticos. Dada una imagen objetivo, arbitraria, (patrón de referencia) y una configuración de geometría óptica (es decir, condiciones geométricas de iluminación/observación del patrón cáustico proyectado), no hay garantía de que la superficie óptica calculada vaya a tener un patrón en relieve por debajo de un límite prescrito. De hecho, por regla general, es probable que ocurra lo contrario: esto es particularmente cierto con las severas restricciones impuestas para los elementos de seguridad ópticos descritos anteriormente. Dado que las simulaciones numéricas para optimizar las superficies ópticas son caras en términos de tiempo y recursos, una práctica excesiva de prueba y error no es una opción viable, y es altamente deseable asegurarse de que se pueda obtener un resultado útil al primer intento o al menos solo con un pequeño número de intentos. También es altamente deseable no estar limitado en la elección de una imagen objetivo, ya que no todas las imágenes objetivo son compatibles con patrones en relieve suaves de poca profundidad.

Se ha descubierto, después de numerosas pruebas, que esto se puede lograr con una elección cuidadosa de la configuración de la geometría óptica y, especialmente, del patrón cáustico objetivo, en vista de la restricción de profundidad. Dados los siguientes parámetros (véase la Fig. 1):

- la distancia de la imagen: dⁱ

- la distancia de la fuente: d^s

- el área de la superficie de reorientación de la luz (área en sección transversal): A

- la iluminancia emitida por la superficie de reorientación de la luz a la superficie de proyección, tras la iluminación del elemento de seguridad óptico por la fuente S: E^a ; esto significa que la iluminancia emitida a la superficie de proyección, cuando se promedia sobre un área correspondiente a la proyección de la sección transversal de la superficie de reorientación de la luz (es decir, su sombra geométrica), tiene un valor promedio igual a E^a

- la profundidad (máxima) del patrón en relieve objetivo: 5

- el índice de refracción del elemento de seguridad óptico: n (en el caso de una superficie refractiva de reorientación de la luz), la elección optimizada de la imagen cáustica objetivo (que permitirá proporcionar un elemento de seguridad óptico conveniente con una superficie de reorientación de la luz que tenga un patrón en relieve correspondiente dentro de la profundidad 5) es tal que para una fuente puntual situada en "el infinito" (es decir, en la práctica para d^s » dⁱ, siendo al menos d^s > 5 dⁱ), con un parámetro de área de escalado a⁰ definido por la relación a⁰ = 2n (n-1) dⁱ 5 en el caso de un elemento óptico refractivo con un índice de refracción n, o a⁰ = 4n dⁱ 5 en el caso de una superficie reflectante de un elemento óptico, para cualquier área circular a¹ de la imagen cáustica sobre la superficie de proyección (3) (siendo a¹ < A), una cantidad E^a1, correspondiente a una iluminancia promediada sobre el área circular a¹ en la superficie de proyección (3) (preferentemente dispuesta en un plano focal del elemento de seguridad óptico), debería satisfacer el siguiente criterio de proyección:

E^a1 < E^a (1/2 a⁰/a¹ + (1/4 a⁰/a¹)^1/2).

En la práctica, con un valor dado de a¹ (que está al menos por encima de un área de resolución cuando se observa el patrón cáustico en la pantalla, sabiendo que una longitud de resolución típica en el espectro visible para un ojo humano es de aproximadamente 80 jm), es suficiente escanear el área de la imagen proyectada con una ventana de visualización del área a¹ y comprobar que la iluminancia correspondiente E^a1 satisface efectivamente el criterio de proyección anterior. Asimismo, incluso no es obligatorio realizar de manera efectiva un patrón en relieve candidato (objetivo) mecanizando un perfil de una superficie de reorientación de la luz, llevar a cabo la iluminación del elemento óptico y luego escanear la imagen proyectada sobre la pantalla con la ventana de visualización del área a ⁱ para verificar si efectivamente el criterio de proyección se cumple: una mera simulación (por ejemplo, mediante el trazado de rayos) de la operación de escaneo con el área de prueba aⁱ a través de la distribución de los rayos ópticos en la superficie de proyección, correspondiente a los parámetros dados (d^s , dⁱ, A, n (en el caso de un elemento de seguridad óptico refractivo de reorientación de la luz), 5, E^a ) y dado el perfil objetivo del patrón en relieve, proporcionará una verificación fiable con respecto al criterio de proyección. Asimismo, en caso de que el criterio de proyección se incumpla únicamente en alguna subárea particular de la imagen proyectada, es bastante fácil adaptar localmente una parte correspondiente del perfil objetivo para corregir esta deficiencia (esto es equivalente a modificar ligeramente el patrón de referencia correspondiente).

Sin embargo, incluso tal fase de simulación-adaptación (aunque ya mucho menos costosa que el método convencional) puede evitarse. Precisamente, de acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método que permite seleccionar un perfil del patrón en relieve objetivo directamente de una imagen digital de un patrón de referencia, a partir de la cual se puede obtener fácilmente un elemento de seguridad óptico, físico, (con una superficie de reorientación de la luz que tenga un patrón en relieve correspondiente con una profundidad dada) que cumple el criterio de proyección. Este método de diseño de un patrón en relieve de profundidad 5 de una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie refractiva transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, para proporcionar un elemento de seguridad óptico que cumpla el criterio de proyección mencionado anteriormente, se basa en un criterio de prueba específico de la imagen digital, que se ha probado y ha demostrado ser muy efectivo, y que se implementa meramente en la imagen digital del patrón de referencia que debería reproducir un patrón cáustico correspondiente generado por el elemento de seguridad óptico (tras una iluminación/proyección adecuada sobre una pantalla).

Precisamente, se ha observado que si una imagen digital de un patrón de referencia candidato que debe reproducirse mediante un patrón cáustico en la superficie de proyección, tal y como lo genera un elemento de seguridad óptico que cumple el criterio de proyección (y, por lo tanto, con los parámetros dados d^s , dⁱ, n (en el caso de un elemento de seguridad óptico refractivo), 5, a^o , A y E^a ), tiene un número total de píxeles N^a y una suma de cada valor de píxel sobre la imagen digital tiene un valor I^a , entonces, si para cada área sustancialmente circular compuesta de N píxeles dentro de la imagen digital (N entero y 1 < N < N^a ) un valor I(N) de la suma de cada valor de píxel de los N píxeles en el área circular es inferior a un valor I^máx(N) = N (I^a/N^a ) (1/2 N^o/N V(1/4 N^o/N)), en donde N^o es un número de píxeles dado por N^A(a^o/A) dentro de la imagen digital, el patrón de referencia candidato será conveniente para diseñar eficazmente un elemento de seguridad óptico capaz de cumplir el criterio de proyección.

La prueba de selección anterior de escanear una imagen digital candidata de un patrón de referencia con una ventana de visualización de tamaño variable de N píxeles (N variando hasta N^a ) y comprobar que una "intensidad de ventana" I(N) es inferior a cierto valor máximo I^máx(N) para un conjunto de N píxeles, es bastante fácil de implementar en un procesador (en cuya memoria se almacena la imagen digital candidata) y la ejecución correspondiente del procesamiento de la imagen digital da una respuesta rápida para el escaneo completo de la imagen digital, simplificando y acelerando así considerablemente las operaciones de diseño de un elemento de seguridad óptico que cumple el criterio de proyección, lo que permite que una persona que observa el patrón cáustico generado por este elemento de seguridad óptico decida fácilmente si un objeto marcado con este elemento de seguridad óptico es auténtico o no.

Asimismo, una ventaja adicional del método anterior es que es bastante fácil modificar una parte específica de una imagen digital candidata de un patrón de referencia que no cumple la prueba de selección (para algún o algunos valores de N) I(N) < I^máx(N): basta con cambiar los valores de los píxeles del conjunto de N píxeles dentro de dicha parte específica de la imagen digital para que la intensidad modificada en consecuencia I'(N) (es decir, la suma de los valores de píxel modificados dentro de la ventana de escaneo de N píxeles) pase la prueba de selección. Esta modificación también es fácil de implementar en un procesador que tenga la imagen digital candidata inicial almacenada en su memoria. Por lo tanto, la invención permite adaptar fácilmente un patrón de referencia digital candidato dado para proporcionar un patrón de referencia digital transformado que cumpla con los requisitos relativos a la prueba de selección I(N) < I^máx(N) para al menos algunos valores de N entre 1 y N^{a .} Por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 2A-2E y las Figuras 3A-3E con los siguientes valores de parámetros: A = 1 cm x 1 cm, d^s = 3o cm, dⁱ = 4 cm, (profundidad máxima) 5 = 3o |jm y n = 1,5, las ventanas de escaneo utilizadas para probar la imagen digital pueden comprender, respectivamente, algunos múltiplos de n^o (que pueden estar relacionados, por ejemplo, con la resolución de la imagen, y pueden corresponder a una fracción del número de píxeles dado por N^A(a^o/A)= o,o38 N^a dentro de la imagen digital, correspondientes a un área (sustancialmente) circular, en píxeles, correspondientes al parámetro a^o relativo al elemento de seguridad óptico objetivo). Para extender el escaneo al borde de la imagen, se pueden imponer condiciones límite apropiadas, tales como, por ejemplo, condiciones límite de reflexión, donde la imagen se extiende más allá del borde imponiendo la simetría especular de la extensión con respecto al borde. La Figura 2 ilustra un patrón de referencia en una imagen digital candidata que representa el número 1oo (sobre un fondo oscuro) y que tiene N^a = 1o24 x 1o24 píxeles. Las Figuras 2A, 2^b , 2C, 2D y 2E muestran los resultados del escaneo de la imagen digital candidata con las ventanas de escaneo (circulares) W1, W2, W3, W4 y W5 de N = n^o , 4n^o , 16n^o, 64n^o y 256n^o píxeles, respectivamente, siendo n^o = 314 (en este caso, N^o = 3,9 10⁴) estando cada imagen escaneada representada en una escala de grises normalizada de 0 a I^máx(N) (se muestra una barra de escala de grises a la derecha de la Fig. 2A-E, con valores de píxel cero para el negro, correspondiente a I(N) = 0, de 255 para el blanco, correspondiente a I(N) = I^máx(N)). El tamaño de la imagen física (proyectada) es de 10 mm x 10 mm, un tamaño de píxel que corresponde aproximadamente a 0,0098 mm. Está claro que la imagen escaneada de la Fig. 2D apenas pasa y que la de la Fig. 2^e no cumple la prueba de selección I(N) < I^máx(N), como en las zonas correspondientes a cada una de las figuras del número 100 de la Fig. 2D con los respectivos perímetros definidos representados por contornos discontinuos, y en toda una parte central de la Fig. 2E con el perímetro definido que se muestra con un contorno discontinuo, los valores de I(N) alcanzan I^máx(N) (aparecen como zonas blancas). Por lo tanto, la imagen candidata de la Fig. 2 no es adecuada para obtener un elemento de seguridad óptico con bajo relieve (en este caso 5 = 30 |jm).

En contraste, el patrón de referencia en una imagen digital candidata que representa el número 100, pero con líneas adicionales dibujadas en el fondo (es decir, un patrón de líneas guilloqueado en calcografía), como se muestra en la Fig. 3 (con los mismos valores de los parámetros que en la Fig. 2) logra cumplir la prueba de selección I(N) < I^máx(N), como se desprende de las Figuras 3A, 3B, 3C, 3D y 3E que muestran los resultados del escaneo de la imagen digital candidata con ventanas de escaneo (circulares) de N = n^o , 4n^o, 16n^o , 64n^o y 256n^o píxeles, respectivamente, estando cada imagen escaneada representada en una escala de grises normalizada de 0 a I^máx(N) (se muestra una barra de escala de grises a la derecha de la Fig. 3D, con valores de píxel cero para el negro y de 255 para el blanco): no hay ninguna zona en donde I(N) alcance el valor I^máx(N) (no hay parte de las imágenes que tenga un perímetro definido que rodee una zona blanca).

De acuerdo con una variante preferida de la invención, se ha probado con éxito que, en lugar de modificar los valores de píxel dentro de una parte específica de una imagen digital candidata de un patrón de referencia que no cumple la prueba de selección, se aplica una operación de filtrado globalmente a la imagen candidata para reducir el contraste de la imagen, donde los parámetros del filtro se adaptan al criterio de proyección (por ejemplo, con un filtro de paso alto con la frecuencia de corte que se adapta al patrón de referencia).

El nuevo método anterior permite así seleccionar eficientemente un patrón de referencia conveniente, escaneando una imagen digital de este patrón de referencia de acuerdo con un criterio de selección específico que relaciona los valores de píxel de la imagen, o modifica un patrón de referencia candidato inadecuado para llegar a uno apropiado, para calcular un patrón en relieve correspondiente que se reproducirá con el consiguiente mecanizado de un perfil de una superficie de un sustrato de material óptico para formar una superficie de reorientación de la luz de un elemento óptico, y llegar a un elemento de seguridad óptico que, a pesar de tener una profundidad de relieve muy baja y un tamaño reducido, todavía puede cumplir el criterio de proyección.

Por lo tanto, de acuerdo con la invención, las operaciones de diseño de un patrón en relieve con una profundidad (muy baja) dada para formar una superficie de reorientación de la luz sobre un sustrato de material óptico, de manera que se proporcione un elemento de seguridad óptico capaz de cumplir el criterio de proyección mencionado anteriormente (correspondiente a un conjunto de valores de los parámetros d^s , dⁱ, (profundidad máxima) 5, A, E^a , n (en el caso de un elemento de seguridad óptico refractivo) comprende las etapas de:

i) seleccionar un patrón de referencia conveniente escaneando una imagen digital de ese patrón de referencia de acuerdo con el criterio de selección específico I(N) < I^máx(N) (1 < N < N^a ), con I ^máx (N) = N (I^a/N^a ) (1/2 N^o/N V(1/4 N^o/N)), siendo N^o un número de píxeles dado por N^A(a^o/A) dentro de la imagen digital;

ii) calcular un patrón en relieve de profundidad inferior o igual a 5 que corresponde al patrón de referencia seleccionado en la etapa i); y

iii) mecanizar una superficie del sustrato de material óptico para formar una superficie de reorientación de la luz que tenga el patrón en relieve con el valor de profundidad calculado en la etapa ii). El elemento de seguridad óptico resultante se puede utilizar entonces para fines de autenticación visual.

La Fig. 4A muestra una fotografía de una realización de un elemento de seguridad óptico muy fino (es decir, la parte transparente de la imagen frontal) que tiene una superficie refractiva de reorientación de la luz con un patrón en relieve de profundidad 5 = 30 jm que ha sido moldeada por UV sobre un material de lámina refractiva transparente según la invención. La profundidad total del elemento de seguridad óptico es de 100 jm, siendo su área A de 1 cm² El material refractivo de la lámina tiene un índice de refracción n de aproximadamente 1,5 y está hecho de poliéster. El índice de refracción de la resina utilizada para formar el patrón en relieve también es de aproximadamente 1,5. También se muestra (imagen posterior) el patrón cáustico proyectado en una pantalla (véase también la Fig. 4B). El patrón de referencia es el de la Fig. 3.

La Fig. 4B es una fotografía del patrón cáustico proyectado por el elemento de seguridad óptico de la Fig. 4A. En este caso, la fuente de luz puntual es un LED a una distancia d^s = 30 cm de la superficie de reorientación de la luz, y la pantalla plana en la que se proyecta el patrón cáustico está a una distancia dⁱ = 40 mm. El patrón cáustico reproduce con nitidez el patrón del número 100 con el patrón de calcografía del patrón de referencia de la Fig. 3.

La Fig. 5 es una vista de un patrón cáustico proyectado que corresponde a un patrón de referencia que muestra un retrato de George Washington, a partir de un patrón en relieve que tiene una profundidad de 30 |jm, que cumple el criterio de proyección de la invención e ilustra las capacidades para proyectar detalles visibles muy finos con un buen contraste.

La materia objeto divulgada anteriormente se debe considerar a efectos ilustrativos y no restrictivos, y que sirve para proporcionar una mejor comprensión de la invención definida por las reivindicaciones independientes.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Elemento de seguridad óptico (1) que comprende una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie refractiva transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, que tiene un patrón en relieve (2) de profundidad 5 adaptado para reorientar la luz incidente recibida desde una fuente puntual, a una distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz, y formar una imagen proyectada que contiene un patrón cáustico sobre una superficie de proyección dispuesta a una distancia dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz, reproduciendo dicho patrón cáustico un patrón de referencia, caracterizado porque: tras la iluminación por la fuente de luz de un área de valor A del patrón en relieve y la emisión de un valor de iluminancia E^a por el elemento de seguridad óptico a la superficie de proyección, un valor de iluminancia promedio E^{a i} sobre un área circular de valor aⁱ seleccionada dentro de un área de la imagen proyectada sobre la superficie de proyección cumple el siguiente criterio de proyección E^{a i} á E^a (1/2 a^o/aⁱ + V(1/4 a^o/a ⁱ )), con un parámetro de escalado de área a^o = 4n dⁱ 5 para la superficie reflectante de reorientación de la luz, o a^o = 2n (n-1) dⁱ 5 para la superficie refractiva de reorientación de la luz, y aⁱ es menor que el valor de área A.

2. El elemento de seguridad óptico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un valor de dⁱ es inferior o igual a 30 cm y un valor de la relación d^s/d ⁱ es superior o igual a al menos 5.

3. El elemento de seguridad óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde un valor de profundidad 5 del patrón en relieve es inferior o igual a 30 |jm.

4. El elemento de seguridad óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde un valor de profundidad 5 del patrón en relieve es inferior o igual a 250 jm.

5. El elemento de seguridad óptico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el patrón en relieve está dispuesto sobre una base plana, siendo un grosor total del elemento de seguridad óptico inferior o igual a 100 jm.

6. Método para diseñar un patrón en relieve de profundidad inferior o igual a un valor 5 de una superficie reflectante de reorientación de la luz, o una superficie transparente o parcialmente transparente de reorientación de la luz con un índice de refracción n, adaptado para reorientar la luz incidente recibida desde una fuente puntual, a una distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz, y formar una imagen proyectada que contiene un patrón cáustico sobre una superficie de proyección plana dispuesta a una distancia dⁱ desde la superficie de reorientación de la luz, de modo que tras la iluminación por la fuente de luz de un área de valor A del patrón en relieve y la emisión de un valor de iluminancia E^a por el elemento de seguridad óptico a la superficie de proyección, un valor de iluminancia promedio E^{a i} sobre un área circular de valor aⁱ seleccionada dentro de un área de la imagen proyectada sobre la superficie de proyección cumple el siguiente criterio de proyección E^{a i} á E^a (1/2 a⁰/a ⁱ + V(1/4 a⁰/a ⁱ )), con un parámetro de escalado de área a⁰ = 4n dⁱ 5 para la superficie reflectante de reorientación de la luz, o a⁰ = 2n (n-1) dⁱ 5 para la superficie refractiva de reorientación de la luz, y aⁱ es menor que el valor de área A, estando dicho método caracterizado por comprender las etapas de:

a) seleccionar una imagen digital de un patrón de referencia para ser reproducido por el patrón cáustico en la superficie de proyección, comprendiendo la imagen digital un número total de píxeles N^a y siendo una suma de todos los valores de píxel sobre la imagen digital I^a , comprobando que para cada área circular de N píxeles dentro de la imagen digital, siendo N un número entero y 1 á N á N^a , un valor I(N) de una suma de cada valor de píxel de los N píxeles en el área circular es inferior a un valor I^máx(N) = N (I^a /N^a ) (1/2 N⁰/N V(1/4 N⁰/N)), en donde N⁰ es un número de píxeles dado por N^A(a⁰/A) dentro de la imagen digital;

b) calcular un patrón en relieve de profundidad inferior o igual a 5 correspondiente al patrón de referencia en la imagen digital seleccionada en la etapa a); y

c) mecanizar una superficie de un sustrato de material óptico para formar una superficie de reorientación de la luz que reproduzca el patrón en relieve calculado en la etapa b), obteniendo de este modo un elemento de seguridad óptico que comprende dicha superficie mecanizada de reorientación de la luz.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la etapa a) de seleccionar una imagen digital de un patrón de referencia comprende una etapa adicional de modificación de una imagen digital candidata del patrón de referencia del que una parte no cumple el criterio de selección de que I(N) es inferior a I^máx(N), adaptando los valores de píxel dentro de dicha parte de la imagen digital candidata, haciendo que dicha parte de la imagen digital candidata con valores de píxel adaptados cumpla el criterio de selección para cualquier N, siendo 1 á n á N^a , proporcionando de ese modo una imagen digital candidata modificada para ser seleccionada.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde los valores de píxel de la imagen digital candidata se adaptan filtrando con un filtro la imagen candidata para reducir el contraste de la imagen.

9. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde el mecanizado de la superficie del sustrato de material óptico comprende uno cualquiera de entre un mecanizado de ultra-precisión, una ablación láser y una litografía.

10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, que además comprende que la superficie mecanizada de reorientación de la luz es una superficie maestra de reorientación de la luz que se utilizará para construir una réplica.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, que además comprende replicar la superficie mecanizada de reorientación de la luz en un sustrato.

12. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, en donde la replicación comprende uno de entre moldeado UV y estampado.

13. Método para autenticar visualmente un objeto, marcado con un elemento de seguridad óptico de acuerdo con la reivindicación 1, por un usuario, que comprende las etapas de:

iluminar la superficie de reorientación de la luz del elemento de seguridad óptico con una fuente de luz puntual a la distancia d^s desde la superficie de reorientación de la luz;

observar visualmente en el patrón cáustico tal y como se ha proyectado sobre la superficie de proyección a una distancia dⁱ del elemento de seguridad óptico; y

decidir que el objeto es auténtico tras una evaluación por parte del usuario de que el patrón cáustico proyectado es visualmente similar al patrón de referencia.