PL202810B1

PL202810B1 - Dyfrakcyjny element zabezpieczający

Info

Publication number: PL202810B1
Application number: PL370298A
Authority: PL
Inventors: Andreas Schilling; Wayne Robert Tompkin; René Staub
Original assignee: Ovd Kinegram Ag
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2009-07-31
Also published as: TW200302358A; RU2004125166A; US20050128590A1; EP1465780A1; RU2309048C2; KR20040083078A; CN1615224A; DE50212303D1; PL370298A1; WO2003059643A1; ATE396059T1; AU2002367080A1; US7102823B2; CN100519222C; TWI265319B; EP1465780B1; JP2005514672A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dyfrakcyjny element zabezpieczający.

Ze stanu techniki znane są dyfrakcyjne elementy zabezpieczające, podzielone na powierzchnie częściowe z czynną optycznie strukturą osadzoną na powierzchniach granicznych pomiędzy dwiema warstwami kompozytu warstwowego z tworzywa sztucznego, przy czym co najmniej oświetlana warstwa bazowa jest przezroczysta, zaś czynna optycznie struktura zawiera jako strukturę podstawową siatkę dyfrakcyjną zerowego rzędu o długości okresu, wynoszącej co najwyżej 500 nm.

Takie dyfrakcyjne elementy zabezpieczające stosuje się do uwierzytelniania przedmiotów, takich jak banknoty, dokumenty osobiste wszelkiego rodzaju, dokumenty wartościowe i inne, aby móc stwierdzić bez większych nakładów oryginalność przedmiotu. Dyfrakcyjny element zabezpieczający w postaci znaczka, wyciętego z cienkiego kompozytu warstwowego, łączy się na stałe z przedmiotem przy jego wydawaniu.

Dyfrakcyjne elementy zabezpieczające opisanego na wstępie rodzaju są znane z EP 0 105 099 A1 i EP 0 375 833 A1. Te elementy zabezpieczające mają wzór z rozmieszczonych mozaikowo elementów powierzchniowych, zawierających siatkę dyfrakcyjną. Siatki dyfrakcyjne są tak zorientowane, że przy ich obrocie wytwarzany przez ugięte światło, widoczny wzór wykonuje zadany ruch.

W US 4,856,857 opisana jest budowa przezroczystych elementów zabezpieczaj ą cych z przetłaczanymi mikroskopijnie drobnymi strukturami reliefowymi. Te dyfrakcyjne elementy zabezpieczające składają się, ogólnie rzecz biorąc, z fragmentu cienkiego kompozytu warstwowego z tworzywa sztucznego. Warstwa graniczna pomiędzy dwiema z warstw zawiera mikroskopijnie drobne reliefy z uginających światło struktur. Celem zwiększenia zdolności odbicia warstwa graniczna pomiędzy obiema warstwami jest pokryta najczęściej metalową warstwą odbijającą. Budowa cienkiego kompozytu warstwowego i stosowane do tego celu materiały są opisane na przykład w US 4,856,857 i WO 99/47983. Z DE 33 08 831 A1 znane jest rozwią zanie, polegają ce na nanoszeniu kompozytu warstwowego na przedmiot za pomocą folii nośnej.

Wadę znanych dyfrakcyjnych elementów zabezpieczających stanowi trudność wizualnego rozpoznawania skomplikowanych, zmiennych optycznie wzorów w wąskim kącie bryłowym i przy wyjątkowo dużej jasności powierzchni, pod którymi pokryty siatką dyfrakcyjną element powierzchniowy jest widoczny dla obserwatora. Duża jasność powierzchni może ponadto utrudniać rozpoznawanie kształtu elementu powierzchniowego.

Łatwy do rozpoznawania element zabezpieczający jest znany z WO 83/00395. Składa się on z dyfrakcyjnego subtraktywnego filtru barwnego, który przy oś wietleniu na przykł ad ś wiatł em dziennym w kierunku obserwacji odbija ś wiatł o czerwone, zaś po obrocie elementu zabezpieczają cego w jego płaszczyźnie o 90° odbija światło w innej barwie. Element zabezpieczający składa się z osadzonych w tworzywie sztucznym, drobnych pasków z przezroczystego dielektryka o współ czynniku zał amania, który jest o wiele wyższy niż współczynnik załamania tworzywa. Paski tworzą strukturę siatkową o częstości przestrzennej 2500 linii/mm i odbijają bardzo efektywnie w zerowym rzędzie ugięcia światło czerwone, gdy padające na strukturę paskową światło białe jest tak spolaryzowane, że wektor E światła padającego jest równoległy do pasków. Dla częstości przestrzennych 3100 linii/mm struktura paskowa odbija w zerowym rzędzie ugięcia światło zielone, dla jeszcze wyższych częstości przestrzennych odbijana barwa znajduje się w niebieskim zakresie spektrum. Według van Renesse, Optical Document Security, 2 wydanie, strony 274-277, ISBN 0-89006-982-4, takie struktury są trudne do wytwarzania w większych ilościach przy zachowaniu racjonalnych kosztów.

W US 4,426,130 opisane są przezroczyste, odbijające sinusoidalne fazowe struktury siatkowe. Fazowe struktury siatkowe są tak ukształtowane, że w jednym z obu pierwszych rzędów ugięcia wykazują jak największą efektywność ugięcia.

Dyfrakcyjny element zabezpieczający, podzielony na powierzchnie częściowe z czynną optycznie strukturą osadzoną na powierzchniach granicznych pomiędzy dwiema warstwami kompozytu warstwowego z tworzywa sztucznego, przy czym co najmniej oświetlana warstwa bazowa jest przezroczysta, zaś czynna optycznie struktura zawiera jako strukturę podstawową siatkę dyfrakcyjną zerowego rzędu o długości okresu, wynoszącej co najwyżej 500 nm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w co najmniej jednej z powierzchni częściowych pomiędzy warstwą bazową i warstwą kleju i/lub warstwą ochronną kompozytu warstwowego osadzony jest wbudowany falowód optyczny z przezroczystego dielektryka o grubości warstwy, przy czym głębokość profilu czynnej optycznie struktury pozostaje w zadanym stosunku do grubości warstwy.

PL 202 810 B1

Korzystnie w granicach tolerancji ±5% głębokość profilu jest równa grubości warstwy.

Korzystnie grubość warstwy ma wartości z przedziału od 65 do 85 nm, głębokość profilu ma wartości z przedziału od 60 do 90 nm, zaś dla długości okresu wybrana jest wartość z przedziału od

260 do 370 nm.

Korzystnie w granicach tolerancji ±5% głębokość profilu jest równa trzykrotnej grubości warstwy.

Korzystnie grubość warstwy ma wartość 60 nm, głębokość profilu ma wartość 150 nm, zaś długość okresu ma wartość 417 nm, przy czym dla każdej z tych wartości tolerancja wynosi 5%.

Korzystnie w granicach tolerancji ±5% grubość warstwy jest równa dwukrotnej głębokości profilu.

Korzystnie grubość warstwy wynosi 115 nm, głębokość profilu wynosi 65 nm, zaś długość okresu ma wartość 345 nm, przy czym dla każdej z tych wartości tolerancja wynosi 5%.

Korzystnie czynna optycznie struktura stanowi superpozycję siatki dyfrakcyjnej zerowego rzędu ze strukturą reliefową, której częstość przestrzenna jest mniejsza niż 220 linii/mm, zaś kąt błysku jest z przedział u od 1 do 15°.

Korzystnie wektor siatki dyfrakcyjnej zerowego rzędu i wektor struktury reliefowej tworzą różnicową współrzędną kątową, której wartość wynosi 0°, 45°, 90° i tak dalej.

Korzystnie dielektryk ma współczynnik załamania równy 2,3.

Korzystnie w powierzchniach częściowych umieszczone są pola ze strukturami siatkowymi o czę stoś ciach przestrzennych w zakresie od 300 do 1800 linii/mm i współ rzę dnych ką towych w zakresie od 0 do 360°.

Według wynalazku uzyskano zatem tani i łatwy do rozpoznawania, dyfrakcyjny element zabezpieczający, który w świetle dziennym można łatwo skontrolować wizualnie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dyfrakcyjny element zabezpieczający w przekroju, fig. 2 - płaszczyzny ugięcia i siatkę dyfrakcyjną, fig. 3 - fragment fig. 1 w powiększeniu, fig. 4 - inny dyfrakcyjny element zabezpieczający w przekroju, fig. 5 - wektory siatki czynnej optycznie struktury, fig. 6 - znaczek zabezpieczają cy w widoku z góry przy współrzędnej kątowej równej 0°, oraz fig. 7 - znaczek zabezpieczający w widoku z góry przy współrzędnej kątowej równej 90°.

Na fig. 1 odnośnik 1 oznacza kompozyt warstwowy, 2 - dyfrakcyjny element zabezpieczający, 3 - podłoże, 4 - warstwę bazową, 5 - falowód optyczny, 6 - warstwę ochronną, 7 - warstwę kleju, 8 - wskaźniki, zaś 9 - czynną optycznie strukturę na warstwie granicznej pomiędzy warstwą bazową 4 i falowodem 5. Kompozyt warstwowy 1 składa się z kilku warstw różnych, naniesionych kolejno na nie przedstawioną tutaj folię nośną, warstw dielektrycznych i zawiera w podanej kolejności co najmniej warstwę bazową 4, falowód 5, warstwę ochronną 6 i warstwę kleju 7. W przypadku wyjątkowo cienkich kompozytów warstwowych 1 warstwa ochronna 6 i warstwa kleju 7 są z tego samego materiału, na przykład kleju termoaktywnego. Folia nośna stanowi w przykładzie wykonania część warstwy bazowej 4 i tworzy warstwę stabilizacyjną 10 dla warstwy tłoczonej 11, umieszczonej na zwróconej ku falowodowi 5 powierzchni warstwy stabilizującej 10. Połączenie między warstwą stabilizującą 10 i warstwą tłoczoną 11 charakteryzuje się bardzo wysoką przyczepnością. W innym przykładzie wykonania pomiędzy warstwą bazową 4 i folią nośną umieszczona jest nie pokazana tutaj warstwa rozdzielcza, ponieważ folia nośna służy jedynie do aplikacji cienkiego kompozytu warstwowego 1 na podłoże 3, po czym jest usuwana z kompozytu warstwowego 1. Warstwę stabilizującą 10 stanowi przykładowo odporny na zarysowania lakier do ochrony bardziej miękkiej warstwy tłoczonej 11. Ta postać wykonania kompozytu warstwowego 1 jest opisana we wspomnianym na wstępie DE 33 08 831 A1. Warstwa bazowa 4, falowód 5, warstwa ochronna 6 i warstwa kleju 7 są przezroczyste co najmniej dla części spektrum widzialnego, korzystnie jednak wykazują przezroczystość szkła. Dlatego też wskaźniki 8, pokryte na podłożu kompozytem warstwowym 1, są przezeń widoczne.

W innym przykładzie wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego, w którym nie jest wymagana przezroczystość, warstwa ochronna 6 i/lub warstwa kleju 7 jest zabarwiona lub czarna. Inny przykład wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego zawiera tylko warstwę ochronną 6, o ile element ten nie jest przeznaczony do naklejania.

Kompozyt warstwowy 1 wytwarza się na przykład w postaci laminatu z tworzywa sztucznego w postaci długiej wstęgi foliowej z dużą liczbą umieszczonych obok siebie kopii dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2. Ze wstęgi folii przykładowo wycina się dyfrakcyjne elementy zabezpieczające 2, które łączy się następnie za pomocą warstwy kleju 7 z podłożem 3. Podłoże 3, najczęściej w postaci dokumentu, banknotu, karty bankowej, dowodu osobistego lub innego ważnego

PL 202 810 B1 względnie wartościowego przedmiotu, zaopatruje się w element zabezpieczający 2, aby uwierzytelnić jego oryginalność.

Aby falowód 5 był czynny optycznie, jest on wykonany z przezroczystego dielektryka, którego współczynnik załamania jest znacznie większy niż współczynnik załamania tworzyw sztucznych warstwy bazowej 4, warstwy ochronnej 6 i warstwy kleju 7. Odpowiednie materiały dielektryczne są podane na przykład w wymienionych na wstępie opisach WO 99/47983 i US 4,856,857, tabele 1 i 6. Korzystne dielektryki stanowi ZnS, TiO₂ i inne substancje, których współczynnik załamania n « 2,3.

Falowód 5 dostosowuje się do zawierającej czynną optycznie strukturę 9 powierzchni granicznej z warstwą tłoczoną 11, w związku z czym jest modulowany przez czynną optycznie strukturę 9. Czynna optycznie struktura 9 ma postać siatki dyfrakcyjnej o tak dużej częstości przestrzennej f, że światło 13, padające pod kątem padania α względem normalnej 12 do powierzchni elementu zabezpieczającego 2, jest uginane przez element zabezpieczający 2 jedynie w zerowym rzędzie ugięcia, zaś ugięte światło 14 jest odbijane pod kątem wyjścia β, przy czym kąt padania α = kąt wyjścia β. W ten sposób ustalana jest dla częstości przestrzennej f dolna granica wynosząca około 2200 linii/mm, względnie górna granica dla długości d okresu, równej 450 nm. Te siatki dyfrakcyjne zwane są „siatkami dyfrakcyjnymi zerowego rzędu i są objęte pojęciem „siatek dyfrakcyjnych. Siatka dyfrakcyjna na fig. 1 rysunku przykładowo profil sinusoidalny, można jednak stosować także inne znane profile.

Falowód 5 zaczyna pełnić swoją funkcję, to znaczy oddziaływać na odbite światło 14, gdy falowód 5 obejmuje co najmniej 10 do 20 okresów czynnej optycznie struktury 9, w związku z czym jego minimalna długość, zależna od długości okresu, wynosi L > 10d. Korzystnie dolna granica długości L falowodu 5 leży w obszarze 50 do 100 długości d okresu, aby falowód 5 wykazywał optymalną skuteczność.

Dyfrakcyjny element zabezpieczający 2 ma w jednym przykładzie wykonania na całej swej powierzchni jednolitą siatkę dyfrakcyjną dla czynnej optycznie struktury 9 i falowód 5 o jednakowej grubości s warstwy. W innym przykładzie wykonania mozaikowo rozmieszczone elementy powierzchniowe tworzą wzór łatwo rozpoznawalny optycznie. Aby część powierzchni mozaiki była w swych zarysach rozpoznawalna przez obserwatora gołym okiem, należy dobrać wymiary większe niż 0,3 mm, co oznacza, że falowód 5 w każdym przypadku będzie miał wystarczającą minimalną długość L.

Dyfrakcyjny element zabezpieczający 2, oświetlony białym rozproszonym padającym światłem 13, zmienia barwę odbitego ugiętego światła 14, jeżeli jego orientacja względem kierunku obserwacji zostanie zmieniona poprzez jego przechylenie lub obrócenie. Ruch obrotowy ma za oś obrotu normalną 12 do powierzchni, ruch uchylny odbywa się wokół osi obrotu, leżącej w płaszczyźnie elementu zabezpieczającego 2.

Siatki dyfrakcyjne zerowego rzędu wykazują zależne od współrzędnych kątowych siatki, charakterystyczne zachowanie w odniesieniu do spolaryzowanego światła 13. Na potrzeby opisu własności optycznych zdefiniowane są na fig. 2 płaszczyzny ugięcia 15, 16 równoległe i poprzeczne do linii siatki, przy czym płaszczyzny ugięcia 15, 16 zawierają ponadto normalną 12 do powierzchni elementu zabezpieczającego 2 (fig. 1). Oznaczenia promieni świetlnych B_p, B_n padającego światła 13 (fig. 1) i kierunków polaryzacji padającego światła 13 są dobrane następująco:

Dolny indeks „p oznacza promień świetlny B_p, padający równolegle do linii siatki, natomiast dolny indeks „n oznacza promień świetlny B_n, padający prostopadle do linii siatki.

Dolny indeks „TE przy promieniu świetlnym B_p, B_n oznacza polaryzację pola elektrycznego prostopadle do odpowiedniej płaszczyzny ugięcia 15 względnie 16, zaś dolny indeks „TM oznacza polaryzację pola elektrycznego w odpowiedniej płaszczyźnie ugięcia 15 względnie 16.

Przykładowo promień świetlny B_nTM pada w płaszczyźnie ugięcia 16 prostopadle na linie siatki elementu zabezpieczającego 2 przy polaryzacji pola elektrycznego w płaszczyźnie ugięcia 16.

Zależnie od parametrów czynnej optycznie struktury 9 i falowodu 5 (fig. 1) odpowiednie przykłady wykonania elementu zabezpieczającego 2 wykazują różne zachowania optyczne. Tego rodzaju przykłady wykonania są opisane poniżej, nie stanowią one jednak listy zamkniętej.

P r z y k ł a d 1: zmiana barwy przy obrocie

Na fig. 3 przedstawiony jest w powiększeniu przekrój falowodu 5. Warstwy tworzywa sztucznego, warstwa stabilizująca 10, warstwa tłoczona 11, warstwa ochronna 6 i warstwa kleju 7 (fig. 1) mają według US 4, 856, 857, tabela 6, współczynniki załamania n₁ w przedziale od 1,5 do 1,6. Na umieszczonej w warstwie tłoczonej 11, czynnej optycznie strukturze 9 osadzony jest równomiernie na grubość s przezroczysty dla światła widzialnego 13 (fig. 1) dielektryk o współczynniku załamania n₂,

PL 202 810 B1 w związku z czym na powierzchni granicznej od strony warstwy ochronnej 6 powierzchnia falowodu 5 ma także czynną optycznie strukturę 9. Dielektryk jest związkiem nieorganicznym, na przykład jednym z podanych w US 4,856,857, tabela 1, i w WO 99/47983, zaś jego współczynnik załamania ma wartość co najmniej n2 = 2.

W jednym z przykładów wykonania elementu zabezpieczającego 2 wartości głębokości t profilu czynnej optycznie struktury 9 i grubości s warstwy są w przybliżeniu jednakowe, to znaczy s « t, przy czym falowód 5 ma modulację o okresie d = 307 nm. Korzystnie grubość warstwy = t = 75 ± 3 nm. Jeżeli promień świetlny B_nTE pada w jednej płaszczyźnie ugięcia 16 (fig. 2) pod kątem padania α = 25° na element zabezpieczający 2, wówczas element zabezpieczający 2 odbija ugięte światło 14 (fig. 1) o zielonej barwie. Ze spolaryzowanego ortogonalnie promienia świetlnego B_nTM światło 14 jest odbijane jedynie w podczerwonym, niewidzialnym zakresie spektrum. Promień świetlny B_pTM, padający w drugiej płaszczyźnie ugięcia 15 pod tym samym kątem padania α = 25°, opuszcza element zabezpieczający 2 jako światło ugięte 14 o barwie czerwonej, natomiast wytwarzane przez promień świetlny B_pTE światło ugięte 14 ma pomarańczową barwę mieszaną o słabym natężeniu w porównaniu do odbitego światła 14 promienia świetlnego B_pTM. Barwa elementu zabezpieczającego 2 zmienia się dla obserwatora przy oświetleniu białym, niespolaryzowanym światłem padającym 13 z zielonej na czerwoną przy obrocie elementu zabezpieczającego 2 o 90°. Przechylanie elementu zabezpieczającego 2 w zakresie α = 25° ± 5° powoduje jedynie nieznaczną zmianę barwy; zmiana ta jest ledwo widoczna gołym okiem. W przedziale kąta obrotu 0° ± 20° widoczne jest tylko czerwone odbicie BpTM, zaś w przedziale kąta obrotu 90° ± 120° tylko zielone odbicie B_nTE. W obszarze pośrednim od 20 do 70° powstaje barwa mieszana z sąsiednich obszarów spektrum, z których jeden odpowiada za składową B_nTE, drugi zaś za składową B_pTM.

Takie zachowanie dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2 nie ulega znaczącej zmianie, poza lekkimi przesunięciami barwy, jeżeli grubość s warstwy falowodu 5 jest zmieniana pomiędzy 65 i 85 nm, zaś głębokość t profilu pomiędzy 60 i 90 nm.

Skrócenie długości d okresu do 260 nm w innych przykładach wykonania przesuwa barwę ugiętego światła 14 przy padającym promieniu świetlnym B_nTE z zieleni do czerwieni, zaś przy padającym promieniu świetlnym B_pTM z czerwieni do zieleni. Wytwarzana przez promień świetlny B_nTE barwa czerwona zmienia się przy przechylaniu elementu zabezpieczającego 2 w kierunku mniejszych kątów w zakresie α = 20° w pomarańczową.

P r z y k ł a d 2: farba niezmienna przy przechylaniu

Inny przykład wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2 polega na korzystnym zachowaniu optycznym, ponieważ przy oświetleniu białym niespolaryzowanym światłem 13 dla małych kątów przechylania, odpowiednio do kąta padania α pomiędzy 10 i 40°, barwa ugiętego światła 14 pozostaje praktycznie niezmieniona. Parametry falowodu 5, grubość s warstwy i głębokość t profilu są tutaj powiązane zależnością s « 2t. Przykładowo grubość warstwy s = 115 nm, zaś głębokość profilu t = 65 nm. Długość d okresu czynnej optycznie struktury 9 wynosi d = 345 nm. W podanym obszarze kąta przechylania przy oświetleniu białym niespolaryzowanym światłem 13 równolegle do linii siatki czynnej optycznie struktury 9 ugięte światło 14 ma czerwoną barwę, do której przyczyniają się głównie promienie świetlne B_pTM. Przy obrocie elementu zabezpieczającego 2 o kilka stopni we współrzędnej kątowej odbita barwa pozostaje czerwona, przy dalszym obrocie symetrycznie względem czerwieni odbijane są dwie barwy, z których barwa o mniejszej długości fali przesuwa się w kierunku ultrafioletu, zaś barwa o większej długości fali znika gwałtownie w zakresie podczerwieni. Przykładowo dla współrzędnej kątowej 30° barwę o krótszej fali stanowi barwa pomarańczowa; barwa o dłuższej fali jest niewidoczna dla obserwatora.

P r z y k ł a d 3: zmiana barwy przy przechylaniu

Jeżeli dyfrakcyjny element zabezpieczający 2 zostanie tak obrócony, że padające światło 13 będzie skierowane prostopadle do linii siatki, wówczas element zabezpieczający 2 z przykładu 2 przy przechylaniu wokół osi równoległej do linii siatki dyfrakcyjnej wykaże przesunięcie barw; przykładowo przy pionowym padaniu światła, to znaczy przy kącie padania α = 0°, obserwator zobaczy powierzchnię elementu zabezpieczającego 2 w barwie pomarańczowej, przy kącie padania α = 10° zobaczy barwę mieszaną, składającą się z około 67% zieleni i 33% czerwieni, zaś przy kącie padania α = 30° zobaczy prawie czysty spektralnie błękit.

P r z y k ł a d 4: niewrażliwa na obrót zmiana barwy przy przechylaniu

W innym przykładzie wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2 czynna optycznie struktura 9 składa się z co najmniej dwóch, krzyżujących się siatek dyfrakcyjnych. Siatki dyfrakcyjne

PL 202 810 B1 krzyżują się korzystnie pod kątem z przedziału od 10 do 30°. Każda siatka dyfrakcyjna charakteryzuje się na przykład głębokością profilu t = 150 nm i długością okresu d = 417 nm. Grubość warstwy falowodu 5 wynosi s = 60 nm, w związku z czym parametry s i t falowodu 5 spełniają zależność t « 3s. W warunkach oświetlenia białym, niespolaryzowanym padającym światłem 13 prostopadle do linii pierwszej siatki dyfrakcyjnej, przy przechylaniu wokół osi równoległej do linii pierwszej siatki dyfrakcyjnej następuje przesunięcie barw, na przykład z czerwieni do zieleni lub odwrotnie. Zachowanie to pozostaje niezmienione po obrocie o kąt krzyżowania się siatek, ponieważ teraz oś przechylania jest skierowana równolegle do linii drugiej siatki dyfrakcyjnej.

P r z y k ł a d 5: W kolejnym przykładzie wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2, ukazanym w przekroju na fig. 4, czynna optycznie struktura 9, zaopatrzona w asymetryczny profil reliefowy w kształcie zębów piły, stanowi superpozycję siatki dyfrakcyjnej zerowego rzędu o wektorze 19 (fig. 5) z mającym kształt zębów piły, asymetrycznym profilem reliefowym 17 o mniejszej częstości przestrzennej F < 200 linii/mm. Jest to korzystne dla obserwacji elementu zabezpieczającego 2, ponieważ dla wielu osób obserwacja opisanego powyżej elementu zabezpieczającego 2 pod kątem odbicia β (fig. 1) jest bardzo niewygodna. Największa dopuszczalna częstość przestrzenna F zależy od długości d okresu (fig. 3) czynnej optycznie struktury 9. Według wymienionych powyżej kryteriów dobrą efektywność zapewnia długość falowodu 5 w obrębie okresu profilu reliefowego 17, wynosząca co najmniej L = 10 do 20d, korzystnie jednak L = 50 do 100d. Przy największej długości okresu d = 450 nm przy L = 10d względnie 20d częstość przestrzenna F profilu reliefowego jest zatem mniejsza niż F = 1/L < 220 linii/mm względnie 110 linii/mm.

Odpowiednio do wysokości profilu reliefowego 17 względnie kąta błysku γ profilu w kształcie zębów piły, przy oświetleniu elementu zabezpieczającego 2 za pomocą światła 13, padającego pod mierzonym względem normalnej 12 do powierzchni elementu kątem padania α, ugięte światło 14 jest odbijane pod większym kątem wyjścia β₁. Padające światło 13 pada pod kątem γ + α do prostopadłej 18 na nachyloną z uwagi na profil reliefowy 17 płaszczyznę falowodu 5 i jest jako ugięte światło 14 odbijane pod tym samym kątem do prostopadłej 18. Odniesiony do normalnej 12 do powierzchni kąt wyjścia wynosi β₁ = 2γ + α. Zaletą tego układu jest łatwiejsza obserwacja efektu optycznego, wytwarzanego przez element zabezpieczający 2. Należy przy tym zauważyć, że na fig. 4 rysunku pominięta jest refrakcja w materiałach kompozytu warstwowego 1 (fig. 1). Przy uwzględnieniu refrakcji w kompozycie warstwowym 1 dla elementów zabezpieczających stosowane są długości okresów do wartości d = 500 nm, ponieważ przy tej długości okresu nawet niebieska część światła 14, ugiętego w pierwszych rzędach, nie może opuścić kompozytu warstwowego 1 (fig. 1) z uwagi na całkowite odbicie. Kąt błysku γ ma wartość z przedziału od 1 do 15°.

Na fig. 5 ukazana jest czynna optycznie struktura 9, która stanowi superpozycję siatki dyfrakcyjnej z asymetrycznym profilem reliefowym 17 w kształcie zębów piły. Orientacja siatki dyfrakcyjnej we współrzędnych kątowych jest wyznaczona za pomocą jej wektora 19. Struktura reliefowa 17 wykazuje orientację kątową, zadaną przez wektor 20. Czynna optycznie struktura 9 jest zdefiniowana przez następny parametr, mianowicie różnicową współrzędną kątową ψ, zawartą pomiędzy wektorem 19 siatki dyfrakcyjnej i wektorem 20 reliefu. Korzystne wartości różnicowej współrzędnej kątowej ψ wynoszą 0°, 45°, 90° i tak dalej .

Ogólnie rzecz biorąc, te dyfrakcyjne elementy zabezpieczające 2 (fig. 3) wykazują wysoką efektywność ugięcia, wynoszącą prawie 100%, co najmniej dla polaryzacji. Najważniejszy parametr elementu zabezpieczającego 2 w odniesieniu do zdolności przesunięcia barw stanowi długość d okresu (fig. 3). Grubość s warstwy (fig. 3) falowodu i głębokość t profilu (fig. 3) w przypadku takich dielektryków, jak ZnS i TiO₂ nie są tak krytyczne i oddziałują jedynie nieznacznie na efektywność ugięcia i dokładne położenie barwy w widzialnym spektrum, mają jednak wpływ na spektralną czystość odbitego ugiętego światła 14 (fig. 4).

Do tych dyfrakcyjnych elementów zabezpieczających 2 stosują się parametry z tabeli 1.

Parametr w postaci długości d okresu określa barwę światła 14, ugiętego z odbiciem w zerowym rzędzie. Zmiana grubości s warstwy falowodu 5 (fig. 4) wpływa głównie na spektralną czystość barwy ugiętego światła 14 i przesuwa położenie barwy w spektrum w niewielkim stopniu. Głębokość t profilu ma wpływ na modulację falowodu 5, a co za tym idzie, na jego sprawność. Oddziaływanie odchyleń do ± 5% w stosunku do podanych w przykładach wartości d, s, t i ψ na opisane efekty optyczne nie jest zauważalne gołym okiem. Ta duża tolerancja ułatwia w istotnym stopniu wytwarzanie elementów zabezpieczających 2.

PL 202 810 B1

T a b e l a 1:

Parametr (w nanometrach)	Zakres wartości granicznych	Zakres zalecany
Minimum	Maksimum	Minimum	Maksimum
długość d okresu	100	500	200	450
Głębokość t profilu	20	1000	50	500
Grubość s warstwy	5	500	10	100

Na fig. 6 i 7 ukazany jest przykład wykonania elementu zabezpieczającego 2 (fig. 3), na którego powierzchni umieszczona jest kombinacja dużej liczby powierzchni częściowych 21, 22. Powierzchnie częściowe 21, 22 zawierają falowód 5 (fig. 3) i różnią się optycznie czynną strukturą 9 (fig. 3) oraz kątową orientacją wektora 19 siatki dyfrakcyjnej (fig. 5). Technicznie trudne do realizacji są w kompozycie warstwowym 1 (fig. 1) różnice w grubości s warstwy falowodu 5; nie są one jednak tutaj wyraźnie wykluczone. Z kompozytu warstwowego 1 wycięty jest znaczek 23, naklejony na podłoże 3. W ukazanym przykładzie znaczek 23 ma dwie powierzchnie częściowe 21, 22. Dla zilustrowania na fig. 6 zastosowany jest element zabezpieczający 2 z opisanego powyżej przykładu 1, przy czym orientacja wektora 19 siatki dyfrakcyjnej (fig. 5) pierwszej powierzchni częściowej 21 jest ortogonalna względem wektora 19 siatki dyfrakcyjnej drugiej powierzchni częściowej 22. Kierunek obserwacji znajduje się w zawierającej normalną 12 do powierzchni płaszczyźnie, której ślad w płaszczyźnie rysunku na fig. 6 i 7 jest zaznaczony liniami przerywanymi 24. Dla pierwszej powierzchni częściowej 21 białe, niespolaryzowane, padające światło 13 (fig. 1) pada prostopadle do linii siatki, zaś dla drugiej powierzchni częściowej 22 padające światło 13 pada równolegle do linii siatki pod kątem padania α = 25°. Obserwator widzi zatem pierwszą powierzchnię częściową 21 w barwie zielonej, zaś drugą powierzchnię częściową 22 w barwie czerwonej. Ponieważ kompozyt warstwowy 1 (fig. 1) jest przezroczysty, wskaźniki 8 podłoża są widoczne pod znaczkiem 23.

Po obrocie podłoża 3 ze znaczkiem 23 o kąt 90°, jak pokazano na fig. 7, padające światło 13 (fig. 1) pada na pierwszą powierzchnię częściową 21 prostopadle do linii siatki dyfrakcyjnej, zaś na drugą powierzchnię częściową 22 równolegle do linii siatki, co zaznaczono w postaci kąta pomiędzy kreskowaniami powierzchni częściowych 21,22 i linią 24 na fig. 7 rysunku. W wyniku obrotu podłoża 3 o 90° następuje zamiana barw powierzchni częściowych 21, 22, to znaczy pierwsza powierzchnia częściowa 21 jest widoczna w czerwieni, zaś druga powierzchnia częściowa 22 w zieleni.

W innym przykładzie wykonania elementu zabezpieczającego 2 układ dużej liczby jednakowych powierzchni częściowych 21 na znaczku 23 tworzy pierścień kołowy, przy czym wektory 19 siatki dyfrakcyjnej są skierowane do środka pierścienia. Przy kierunku obserwacji wzdłuż średnicy pierścienia kołowego, niezależnie od współrzędnej kątowej podłoża 3, najdalsze (0° ± 20°) i najbliższe (180° ± 20°) obszary kołowego pierścienia są widziane w barwie zielonej, zaś obszary kołowego pierścienia, najbardziej oddalone od średnicy przy 90° ± 20° względnie 270° ± 20°, są widziane w barwie czerwonej. Obszary leżące pomiędzy nimi mają opisaną powyżej barwę mieszaną, złożoną z dwóch sąsiednich zakresów spektrum. Barwny wzór jest niezmienny przy obrocie podłoża 3 i wydaje się poruszać względem wskaźników 8 (fig. 1). Kołowy pierścień o zakrzywionych liniach siatki wytwarza ten sam efekt, jeżeli linie siatki są usytuowane współśrodkowo względem środka kołowego pierścienia.

W innej odmianie, ukazanej na fig. 7, powierzchnie częściowe 21,22 są umieszczone na tle 25. Powierzchnie częściowe 21 i 22 zawierają czynną optycznie strukturę 9 (fig. 4) z przykładu 5, przy czym wektor 20 reliefu (fig. 5) jednej powierzchni częściowej 21 jest przeciwny do wektora 20 drugiej powierzchni częściowej 22. Czynna optycznie struktura 9 tła 25 składa się tylko z siatki dyfrakcyjnej, która nie jest modulowana strukturą reliefową 17 (fig. 5). Wektor 19 siatki dyfrakcyjnej może być skierowany równolegle lub prostopadle do wektorów 20 reliefu; kąt γ (fig. 5) może przybierać także inne wartości.

Wszystkie opisane powyżej przykłady wykonania dyfrakcyjnych elementów zabezpieczających 2 można oczywiście bez ograniczeń łączyć we wzajemne kombinacje, ponieważ charakterystyczne efekty optyczne, zależne od współrzędnej kątowej względnie kąta przechylenia, są dzięki wzajemnemu oddziaływaniu bardziej wyraźne, a co za tym idzie, łatwiej rozpoznawalne.

Wreszcie inne przykłady wykonania dyfrakcyjnego elementu zabezpieczającego 2 zawierają także pola 26 (fig. 6) ze strukturami siatkowymi o częstościach przestrzennych w przedziale od 300 do 1800 linii/mm i współrzędnych kątowych w przedziale od 0 do 360°, które to pola znajdują zastoso8

PL 202 810 B1 wanie we wzorach powierzchniowych, opisanych we wspomnianych na wstępie EP 0 105 099 A1 i EP 0 375 833 A1. Pola 26 rozciągają się na elemencie zabezpieczającym 2 względnie na powierzchniach częściowych 21, 22, 25 i tworzą znany, zmienny optycznie wzór, który przy obrocie lub przechylaniu, niezależnie od optycznych efektów struktur falowodowych, zmienia się w zadany sposób przy jednakowych warunkach obserwacji. Zaleta tej kombinacji polega na tym, że wzory powierzchniowe zwiększają skuteczność działania elementu zabezpieczającego 2, mianowicie jego funkcję zabezpieczenia przed fałszerstwem.

Claims

1. Dyfrakcyjny element zabezpieczający, podzielony na powierzchnie częściowe z czynną optycznie strukturą osadzoną na powierzchniach granicznych pomiędzy dwiema warstwami kompozytu warstwowego z tworzywa sztucznego, przy czym co najmniej oświetlana warstwa bazowa jest przezroczysta, zaś czynna optycznie struktura zawiera jako strukturę podstawową siatkę dyfrakcyjną zerowego rzędu o długości okresu, wynoszącej co najwyżej 500 nm, znamienny tym, że w co najmniej jednej z powierzchni częściowych (21; 22; 25) pomiędzy warstwą bazową (4) i warstwą kleju (7) i/lub warstwą ochronną (6) kompozytu warstwowego (1) osadzony jest wbudowany falowód optyczny (5) z przezroczystego dielektryka o grubości (s) warstwy, przy czym głębokość (t) profilu czynnej optycznie struktury (9) pozostaje w zadanym stosunku do grubości (s) warstwy.

2. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że w granicach tolerancji ±5% głębokość (t) profilu jest równa grubości (s) warstwy.

3. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość (s) warstwy ma wartości z przedziału od 65 do 85 nm, głębokość (t) profilu ma wartości z przedziału od 60 do 90 nm, zaś dla długości (d) okresu wybrana jest wartość z przedziału od 260 do 370 nm.

4. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że w granicach tolerancji ±5% głębokość (t) profilu jest równa trzykrotnej grubości (s) warstwy.

5. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 4, znamienny tym, że grubość (s) warstwy ma wartość 60 nm, głębokość (t) profilu ma wartość 150 nm, zaś długość (d) okresu ma wartość 417 nm, przy czym dla każdej z tych wartości (d; s; t) tolerancja wynosi 5%.

6. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że w granicach tolerancji ±5% grubość (s) warstwy jest równa dwukrotnej głębokości (t) profilu.

7. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 6, znamienny tym, że grubość (s) warstwy wynosi 115 nm, głębokość (t) profilu wynosi 65 nm, zaś długość (d) okresu ma wartość 345 nm, przy czym dla każdej z tych wartości (d; s; t) tolerancja wynosi 5%.

8. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że czynna optycznie struktura (9) stanowi superpozycję siatki dyfrakcyjnej zerowego rzędu ze strukturą reliefową (17), której częstość przestrzenna (F) jest mniejsza niż 220 linii/mm, zaś kąt błysku (γ) jest z przedziału od 1 do 15°.

9. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 8, znamienny tym, że wektor (19) siatki dyfrakcyjnej zerowego rzędu i wektor (20) struktury reliefowej (17) tworzą różnicową współrzędną kątową (ψ), której wartość wynosi 0°, 45°, 90° i tak dalej.

10. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że dielektryk ma współczynnik załamania (n₂) równy 2,3.

11. Dyfrakcyjny element zabezpieczający według zastrz. 1, znamienny tym, że w powierzchniach częściowych (21; 22; 25) umieszczone są pola (26) ze strukturami siatkowymi o częstościach przestrzennych w zakresie od 300 do 1800 linii/mm i współrzędnych kątowych w zakresie od 0 do 360°.