JP3888690B2 - 特にセキュリティー要素のための構造物 - Google Patents

Description

本発明は、重要書類、例えば、紙幣、クレジットカード、旅券または小切手書類、もしくは他の保護すべき品物のための、特に、視覚によって確認できる光学的なセキュリティー要素（security element）のための光学回折効果のあるレリーフ構造を有する複数の表面領域からなる構造物に関するものである。
この種の構造物を使用する場合、入射する周囲光の回折および／または屈折により、情報の視覚によって知覚できる項目を観察者に伝達することができる。最も単純な場合、この種の構造物は、担体部材の表面領域の表面に設けられ、入射する周囲光が回折および／または屈折により反射する直線波または波形構造により構成できる。この点に関して、波または波形構造という用語は必ずしも、表面領域の断面に関して不変であり、特にシヌソイドである表面線を有する構造物を示すものではなく、これは、長方形、階段形またはくさび形の表面構造を含んでもよい。
入射光、または表面領域のレリーフ構造において構造物を通過し、それの有する情報が、光学回折像の形態でそこから放射される光の回折は、表面領域の単位長さ当たりの波または格子線の数、いわゆる空間周波数により、そして、レリーフ構造内の高さに関する差により、より詳しくは、互いに対する個々の隆起部の間の高さと、またレリーフ構造のトラフまたは凹部および隆起部の間の高さに関する差の両方により、特に決定されるレリーフ構造の断面形状および向きにより決定される。表面領域のレリーフ構造はそのような形状のものであって差支えなく、この表面領域は、情報の所定の項目が所定の観察角範囲内で放射され、したがって、観察者により知覚されるが、別の観察角範囲内においては、情報の別の項目が知覚できるように配置されていても差支えない。
表面領域のレリーフ構造に対応し、照明角または観察角に特に依存する視覚により知覚できる情報、特に保護される項目の真正に関する情報の項目は、反射光または構造物を通過する光の形態で観察者に伝達できる。
本明細書の冒頭で述べられているように保護すべき品目に関して、光学回折効果のある構造を有する、それ自体知られているセキュリティー要素を使用することにより、保護される品目に関する真正情報の項目を、経験のない素人にさえ認識させることができ、それと同時に、例えば、複製の形態にある、既知の偽造方法、特に光学複製方法に関する偽造を不可能にするか、または十分に困難にすることができる。
例えば、上述したパラメータ（レリーフ構造の空間周波数、向き（配向）および断面形状、並びにレリーフ構造内の高さに関する差）により決定されるそれぞれのレリーフ構造を有する表面領域を提供することが知られている。このレリーフ構造は、裸眼により互いから別々にまだ認識できる寸法のものである。表面領域のそれぞれのレリーフ構造の適切な形状および向きにより、ある表面領域から生じる光学情報の所定の項目を、所定の観察角範囲内において、照明方向に依存して観察者に伝達することができ、一方、視覚により知覚できる情報の別の項目は、同一の観察角範囲内において、別の表面領域から生じる。担体部材の平面にある軸の周りか、または担体部材の平面に対して垂直に延びる軸に周りに、構造物を担持する担体部材を回転させることにより、最初に観察される表面領域（特に、この表面領域は暗く見える）から生じる情報が変化し、一方で、最初は暗く見えた別の表面領域が、例えば、色効果の形態で光学情報を与える。このように、少なくとも部分的な様式で周期的であるレリーフ構造の適切な形状により、正面方向から表面領域に入射する全放射線力を実質的に、その表面領域から生じる光学情報の項目が２つの厳密に制限された観察角範囲（１次とマイナス１次の回折方向）内のみで認識できるように、１次とマイナス１次の回折方向に回折することができ、一方で、表面領域は他の観察方向では暗く見えるようにすることができる。
裸眼により別々に区別できる表面領域を有する構造物の場合には、観察者は、照明角および観察角に依存して変化する情報の項目を受け取ることができるが、それらの情報の項目を放射する表面領域は、互いから別々に認識される。したがって、格子状の形態で変化して光る肉眼的に別々の表面領域が観察者に見える。このことは、例えば、複数の表面領域からなる構造物の比較的大きな表面部分が、均質な像効果を伝達させることを意図した場合であって、表面部分が、第１の観察角範囲内において、この表面部分の範囲に亘って均一である色調に見えるが、表面部分の範囲に亘り均質である異なる像効果が別の観察角範囲内において認識できることを意図した場合に不利であることが分かっている。
裸眼により別々に区別される、各々が所定のレリーフ構造を有する表面領域を備えた構造物はまた、回折次数の大きさ、すなわち、回折次数に関する観察角範囲が非常に小さく、したがって、所定の情報の項目が非常に小さな観察角範囲内のみで見えるという事実により、不利な効果を有している。このことは、個々の場合においても望ましくないかもしれない。
ヨーロッパ特許第0 330 738 B1号には、表面領域のサイズを、特に詳しくは、0.3ｍｍ未満の最大寸法まで減少させることが提案されている。ヨーロッパ特許第0 375 833 B1号にも、構造物において、0.3ｍｍ未満の最大寸法を有し、各々が相互に異なる格子構造を有する複数の区域部分を含む格子パターン区域を設けることが開示されている。確かに、その種の構造物に関して、観察角に依存して、視覚により知覚できる情報の様々な項目を非常に均質な様式で伝達するために、比較的大きい表面部分を設けることができる。しかしながら、この目的のためには、非常に小さい表面領域内に異なるレリーフ構造を設けることが必要である。
本発明の目的は、0.3ｍｍ未満の寸法を有する表面領域内に設けるべき、互いとは異なるレリーフ構造を有さずに、上述した必要条件を満たす、本明細書の冒頭に述べた種類の構造物を提供することにある。
本発明によると、本明細書の冒頭の部分に記載した種類の構造物において、この目的は、格子周期の端数分互いにずれた同一のレリーフ構造を備えた少なくとも２種類の小領域を有する表面領域を設けることにより達成される。このレリーフ構造は、上述したパラメータ（レリーフ構造の空間周波数、断面形状および向き、並びにレリーフ構造内の高さに関する差）に関して同一である。この場合、表面領域または小領域の平面でレリーフ構造を移動させることによりレリーフ構造を位相ずれさせることができる。しかしながら、小領域のレリーフ構造を、観察される表面領域の平面に対して互いに垂直に位相ずれさせ、したがって、小領域の表面が異なる「高さ」にあるようにすることができる。ある小領域のレリーフ構造が別の小領域の同一のレリーフ構造に対して移動されるという事実によって、観察者が知覚できる表面領域の明るさは、格子周期ｇに対するずれδｘの関係により調節される。同一サイズであり、最小の寸法が裸眼によりもはや区別できないたった２種類の小領域を有する表面領域を考慮する場合、両方の小領域は、考慮される表面領域の明るさに寄与する。小領域により放出される波場（wavefield）の追加が観察者の目の内部で生じる。この追加は、位相φが２πδｘ／ｇにより与えられる、相対値１またはＥｘｐ（ｉφ）により、小領域で回折される振幅の定量的二乗として数学的に記載できる。したがって、強さは、以下のように示される：
Ｉ＝（１＋Ｅｘｐ（ｉφ））・（１＋Ｅｘｐ（−ｉφ））＝２＋２ｃｏｓφ
したがって、表面領域の明るさは、別の小領域のレリーフ構造に対するある小領域のレリーフ構造の相対的位相ずれすなわちシフトにより調節できる。したがって、上述したパラメータにより特徴付けられる、より詳しくは、互いに位相がずれた同一のレリーフ構造を備えた小領域に表面領域を分割することにより特徴付けられるたった１種類のレリーフ構造により、明るさを、裸眼により区別できる表面領域内で変化させることができる。既知の構造物の場合、このことは、表面領域内に異なるレリーフ構造を設けるという事実によってのみ可能となる。このレリーフ構造は、均質な像効果を作成するために、例えば、0.3ｍｍ未満の最大寸法を有する。
同一のそれぞれの位相位置を含む同一のレリーフ構造を備えた小領域の群が表面領域内に設けられていることが特に好ましいことが分かった。「位相位置」という表現は、線形に延在するレリーフ構造の例によって、最も容易に定義される。そのようなレリーフ構造は、それらの線形に延在する隆起部分が互いに整合されていれば、上述した意味で同一の相位置を有している。それらの構造は、隆起部分が平行であっても、格子周期の端数分位相がずれていれば、異なる位相位置を持つ。
好ましい構造物において、ある群に属する小領域が、別の群に属する小領域と交互に配置されている。（位相がずれていない）レリーフ構造の回折次数は、別の群の小領域の同一のレリーフ構造に対してある群の小領域のレリーフ構造の位相ずれにより分割される。したがって、構造物は、（位相ずれのない）レリーフ構造に重なるビームスプリッタとして機能する。すなわち、（位相ずれのない）レリーフ構造の観察角範囲内では、強さがまったく知覚されないか、または低レベルの強さしか知覚されない。この範囲は、１次またはマイナス１次の回折次数に対応する。しかしながら、ゼロとπとの間の相内の変動により、知覚可能な相対強さを、元の観察角範囲と、相シフトにより形成される観察角範囲との間として変更できる。
表面領域および小領域は好ましくはストリップ形状であり、ここで表面領域は好ましくは、0.3ｍｍより大きい最大寸法を有し、小領域は0.3ｍｍ未満の最大寸法を有している。この方法において、少なくとも最小寸法の方向において、もはや区別できない複数の小領域を、裸眼では区別できない表面領域内に設けることができる。特に好ましい構造物において、小領域は0.1ｍｍ未満の最小寸法を有している。
本発明のさらなる発展において、異なる寸法の小領域を設計するものとする。このことにより、位相シフトまたは位相ずれ、すなわち、レリーフ構造内の位相ずれによってだけでなく、小領域のサイズによっても、表面領域の明るさを制御することができる。このように、例えば、ストリップ形状の細長い小領域が、長さ方向に沿って、様々な幅であって差支えない。πの相シフトを有する、すなわち、半分の格子周期によりそれぞれの小領域のレリーフ構造がずれた構造物の場合において、考慮されている表面領域の強さは、同一相を含むそれぞれの小領域の表面区域の比率の関係により、ゼロと１の間で変化することができる。
本発明による構造物の形状は、直線のレリーフ構造に制限されず、湾曲したレリーフ構造も記載された方法で配置することができる。また、所望の像の明るさに関して、湾曲した格子構造が多角形の形状であること、すなわち、互いに隣接する直線の格子線により示されることが可能であり、好ましいことも分かった。この場合、入射光は、知覚できる強さが、着実に湾曲した格子線の場合よりも大きい飛び飛びの数の方向のみに回折される。
相互に隣接する小領域の相互に位相がずれたレリーフ構造の格子線が一方から他方に着実に合体することが好ましいことが分かった。
本発明のさらなる特徴、詳細および利点は、本発明による構造物のいくつかの好ましい実施の形態の以下の記載および添付した図面から明らかである。
第１図は、複数の図示された表面領域からなる重要書類のセキュリティー要素を示している。
第２図は、本発明による構造物の表面領域を示している。
第３図は、２つの群の小領域からなる本発明による構造物の表面領域を示している。
第４図は、様々な寸法の小領域を有する、本発明による構造物の表面領域を示している。
第５図は、非常に小さい最小寸法を有する小領域の群からなる、本発明による構造物の表面領域を示している。
第６図は、表面領域の表面に対して垂直に位相がずれたレリーフ構造を備えた、本発明による構造物の表面領域の断面図である。
第１図は、セキュリティー要素４を有する重要書類の担体２を示している。セキュリティー要素４は、視覚により知覚できる情報の項目が、像６の形態で記録されている構造物を含んでいる。セキュリティー要素４または構造物は、第１図には示すことのできないレリーフ構造を有する多数の図示した表面領域８を含んでいる。
第２図は、本発明により設計された構造物の表面領域10を示している。表面領域10は、裸眼により区別できる、0.3ｍｍより大きい最大寸法を有しており、それぞれ、同一のレリーフ構造16および18を有する２種類の小領域12,14からなる。したがって、レリーフ構造16,18は、同一の空間周波数を含み、格子線の向きおよび断面形状に関して同一である。レリーフ構造16,18は、第２図において、格子線、すなわち、レリーフ構造の隆起部分を示すことを意図した垂線20,22により示され、格子線の間の空間は、実際のとおりには一定の縮尺とはなっていない。小領域12のレリーフ構造16は、格子周期ｇの端数分だけ、小領域14のレリーフ構造18に対して位相ずれして配列されている。例えば、レリーフ構造16,18が対称的な格子を含み、格子が所定の断面形状のものである場合には、レリーフ構造上に垂直に入射する光は、半分が左側に、もう半分が右側に回折され、１次とマイナス１次の回折の次数で知覚され得る（おそらく、高次の回折の次数）。半分の格子周期ｇで、小領域14のレリーフ構造18に対して小領域12のレリーフ構造16を上述したように位相をずらすことにより、各々の回折次数の光を分離することができる。このように、この構造物は、ビームスプリッタとして機能する。構造物上に垂直に入射する光は、位相ずれされていない格子の１次およびマイナス１次の回折の次数に関連する観察角範囲ではもはや認識することができない。より詳しくは、１次およびマイナス１次の回折は、元の分散方向に対して特に垂直方向に分散される。したがって、π（δｘ＝ｇ／２）の位相シフトでは、１次およびマイナス１次の回折により、表面領域10から発生する情報の項目が認識できる４つの観察角範囲が得られる。
第３図に示した表面領域24は、群内に同一の位相位置を含む同一のレリーフ構造30,32をそれぞれ有する２種類の群の小領域26および28からなる。第２図に関して記載したように、小領域26,28のレリーフ構造30,32が互いに位相がずらされている。
第３図の垂直方向に交互に配置された小領域26,28の数が大きいほど、すなわち、表面領域24が大きいほど、表面領域から得られる情報の項目を知覚できる観察角範囲がより制限される。ストリップ状の小領域26,28の幅が狭いほど、または表面領域24上に交互に配置された上述した種類の小領域の数が大きいほど、回折次数の分割される程度が対応して大きくなる。
第４図は、本発明による構造物のさらなる実施の形態の表面領域34を示している。この表面領域34は、それぞれ、同一で交互に位相がずらされたレリーフ構造40および42を有する小領域36,38を含んでいる。小領域36および38は、異なる寸法のものであり、それらの長さに沿って異なる幅を有している。レリーフ構造40は、半分の格子周期ｇによりレリーフ構造42に対して位相ずれされており、したがって、レリーフ構造が相シフトπを含む場合には、裸眼により区別できる表面領域34の相対的な明るさは、小領域36,38の表面積の比率により異なる。したがって、小領域36,38が同一の表面積の比率のものである表面領域34の部分は暗く見え、小領域36のサイズが小領域38のサイズよりも大きい（第４図の左側）表面領域34の別の部分は明るく見える。
表面領域34は、それぞれ同一のレリーフ構造48および50を有する小領域44,46をさらに含んでいる。この場合、レリーフ構造48および50は、湾曲した格子線を含んで、適切な光学効果を達成している。この湾曲した格子線はおそらく、対応して多角的に延在する線により置換または近似できる。レリーフ構造48は、上述した様式でレリーフ構造50に対して位相シフトされている。
第５図は、それぞれ、２つの群の小領域54および56を有する表面領域52を示している。小領域54,56は、0.3ｍｍより大きい縦方向の長さおよび0.05ｍｍの横方向の長さを有している。このように構造物により、回折次数に関して、大きな分割効果を達成することができる。
最後に、第６図は、構造物または担体部材60上の表面領域58の断面図である。表面領域58は、同一であるが、格子周期の分画により、担体の平面に対して実質的に垂直な方向に位相がずらされたレリーフ構造を有する小領域62および64を含んでいる。レリーフ構造は表示のためのみに示されており、高さに対する位相ずれの大きさは、大幅に誇張して示されている。

Claims (8)

1. 光学回折効果を有するレリーフ構造を備えた複数の表面領域からなる構造物であって、各該表面領域（8,10,24,34,52）が、0.3ｍｍより大きい最大寸法を有すると共に、空間周波数、断面形状および向き並びに高さの差が互いに同一のレリーフ構造（16,18,30,32,40,42,48,50）を各々が有する少なくとも２つの0.3ｍｍ未満の最小寸法を有する小領域（12,14;26,28;36,38;48,50;54,56）に分割されており、それら少なくとも２つの小領域（12,14;26,28;36,38;48,50;54,56）の間のレリーフ構造同士は、格子周期が端数分だけ互いに位相ずれしていることを特徴とする構造物。
2. 前記表面領域内に、各々が同一のレリーフ構造および同一の位相位置を有する複数の小領域からなる群を複数有することを特徴とする請求項１記載の構造物。
3. 前記小領域（12,14,26,28,36,38,48,50,54,56）がストリップ状の形状を有することを特徴とする請求項１または２項記載の構造物。
4. 前記小領域（12,14,26,28,36,38,48,50,54,56）が0.1ｍｍ未満の最小寸法を有することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の構造物。
5. 前記小領域（36,38）が異なる寸法を有することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の構造物。
6. 小領域（36,38）が、それらの長さ方向に沿って異なる幅を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の構造物。
7. 一方の小領域（12）のレリーフ構造（16）が、半分の格子周期により、他方の小領域（14）のレリーフ構造（18）に対して位相ずれしていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の構造物。
8. 交互に隣接した小領域の交互に位相ずれしたレリーフ構造の格子線が配列されて互いに合体していることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の構造物。

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