RU2596088C2

RU2596088C2 - Защитный элемент для защищенных от подделки документов, ценных документов или т.п.

Info

Publication number: RU2596088C2
Application number: RU2014129609/28A
Authority: RU
Inventors: Ханс ЛОХБИЛЕР
Original assignee: Гизеке Унд Девриент Гмбх
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2016-08-27
Also published as: WO2013091858A9; WO2013091858A1; US20140353959A1; EP2795376B1; DE102011121588A1; RU2014129609A; US9718297B2; CN104136944B; EP2795376A1; CN104136944A

Abstract

Защитный элемент для изготовления ценных документов, таких как банкноты, чеки, включает в себя верхнюю сторону, которая обеспечивает несколько микроизображений. Каждое микроизображение образовано посредством структуры микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей. Структура микрополостей является оптически отражающей или имеющей высокий показатель преломления. Для каждого микроизображения имеются микрополости первого и второго вида, которые отличаются в части соотношения параметров микрополостей, в результате чего каждое микроизображение структурировано посредством по меньшей мере двух различных видов микрополостей. Технический результат заключается в увеличении степени защиты от подделки за счет использования большего количества деталей. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

Description

Изобретение относится к защитному элементу для изготовления ценных документов, таких как банкноты, чеки или тому подобное, который имеет верхнюю сторону, которая обеспечивает несколько микроизображений. Изобретение также относится к ценному документу с таким защитным элементом.

Изобретение относится к способу изготовления защитного элемента для ценных документов, таких как банкноты, чеки или тому подобное, причем обеспечивается подложка, которая имеет верхнюю сторону, и на верхней стороне создают несколько микроизображений.

Такие микроизображения необходимы, прежде всего, для муаровых увеличительных структур. Там над микроизображениями для их увеличения выполнена линзовая структура, и с каждым микроизображением соотнесена одна линза. Микроизображения отображаются за счет находящихся над ними в определенном растре микролинз так, что смотрящий воспринимает микроизображение увеличенным через муаровый узор. Муаровые структуры, которые подходят в качестве защитных элементов, например, для банкнот, не должны наноситься заметно относительно толщины подложки, например банкнотной бумаги. Из этого следует ограничение максимального размера линз, которое опять же ограничивает размер расположенных под ними микроизображений. Практичная площадь каждого микроизображения составляет от 20×20 мкм² до 30×30 мкм². Нижний предел для диаметра линз и размера микроизображений задан природой волн света, поскольку с уменьшением размера структур для линз и микроизображений увеличивается рассеивание света, и свойства отображения ухудшаются. Также с уменьшением размера микроизображений увеличивается стоимость изготовления, если микроизображения не должны утрачивать точность деталей.

Но микроизображения также используются для, по возможности, незаметной маркировки ценных документов, в этом случае, конечно, без встроенной увеличительной структуры.

Создание микроизображений для муаровых увеличительных структур уже обсуждалось в уровне техники во многих аспектах.

ЕР 1434695 В1 описывает абсорбирующую структуру с периодом менее длины световой волны. Структура имеет форму пересекающейся двухмерной решетки с синусообразным профилем.

WO 2005/106601 А2 касается муаровых увеличительных структур с микроизображениями, которые состоят из противоотражающих участков и отчасти отражающих участков. Противоотражающая поверхность образуется наноструктурами с периодом менее 700 нм и глубиной от 150 до 350 нм.

В ЕР 1979768 А1 разъясненные многослойные тела со структурой микролинз, в которых микроизображения дополняются микроотверстиями или же участками с различной прозрачностью.

В ЕР 1182054 В1 с микролинзами соотнесены светоотражатели, чтобы минимизировать ошибку отображения муаровой структуры.

В WO 2011/029602 А2 предусмотрены выпуклые микроизображения, чтобы избежать ошибок отображения муаровых структур.

Структуризация микроизображений выполняется посредством дифракционных рельефных структур, таких как дифракционные решетки или голограммы, дифракционные структуры нулевого порядка, матовые структуры или структуры «глаз мотылька».

WO 2002/101669 А2 описывает микроизображения, которые образованы мелкими точками или перфорацией.

ЕР 1476317 А1 и US 7468842 В2 описывают вогнутые или же выпуклые поверхности, элементы изображения в качестве рельефных поверхностей, которые заполняются краской, и «светозахватывающие узоры» («light trap patterns» - англ.), образованные подструктурами длин волн, для создания микроизображений для муаровых увеличительных структур.

Наконец, в WO 2010/048015 А1 описан способ изготовления микроизображений для муаровых увеличительных структур, в котором чувствительный к облучению донорский слой отчасти снимается или же переносится, чтобы вызвать латеральное структурирование слоя.

Из DE 102008046128 А1 известна матовая структура для защитного элемента, которая имеет множество микроэлементов с соответственно одним латеральным габаритом менее 50 мкм, причем по меньшей мере один геометрический параметр микроэлементов варьируется случайно, чтобы создать матовый эффект. Геометрический параметр может иметь глубину микроэлементов.

В основу изобретения положена задача выполнить известные микроизображения, прежде всего для (увеличивающих) линзовых структур, так, чтобы повысить защиту от подделок, в результате чего становится возможным богатство деталей для микроизображения без увеличения затрат на изготовление дорогостоящими печатными способами и т.п.

Эта задача решена посредством защитного элемента названного в начале типа, в котором каждое микроизображение образуется за счет структуры микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей, причем микрополости имеют соответственно в расположенном параллельно верхней стороне пространственном направлении протяженность от 0,5 мкм до 3 мкм, структура микрополостей на ее поверхности является оптически отражающей или имеющей высокий показатель преломления, так что на поверхности, по меньшей мере, частично происходит отражение, и для каждого микроизображения сформирована информация об изображении за счет модулирования соотношения параметров микрополостей.

Эта задача также решена посредством способа изготовления названного в начале типа, в котором каждое микроизображение образуется за счет структуры из микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей, причем микрополости имеют соответственно в расположенном параллельно верхней стороне пространственном направлении протяженность от 0,5 мкм до 3 мкм, структура микрополостей на ее поверхности является оптически отражающей или имеющей высокий показатель преломления, так что на поверхности, по меньшей мере, частично происходит отражение, и для каждого микроизображения сформирована информация об изображении за счет модулирования соотношения параметров микрополостей.

Наконец, задача также решена посредством ценного документа, который имеет предлагаемый защитный элемент.

Согласно изобретению каждое микроизображение образуется посредством структуры микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей, которые на ее поверхности являются оптически отражающим. Информация об изображении кодируется за счет формы микрополостей и, прежде всего, за счет соотношения параметров микрополостей. Соотношение параметров сказывается на яркости, с которой каждая микрополость отражает свет.

Существенным для создания микроизображения является то, что защитный элемент обеспечивает микрополости первого и второго типа, которые отличаются по соотношению своих параметров. Микроизображение структурировано посредством этих типов микрополостей. То есть соотношения параметров микрополостей расположены согласно предопределенному распределению и, тем самым, детерминистически, чтобы создать микроизображение.

Микроизображения могут использоваться также без увеличивающих линзовых структур, поскольку они показывают большое богатство деталей или же высокое разрешение.

Оптические свойства микрополостей, ширина открытия которых расположена в диапазоне нескольких микрометров и более и, тем самым, порядок размеров больше, чем длина волн падающего света, могут быть описаны оптикой лучей. Такие микрополости могут при определенных геометриях иметь светоотражающие свойства. Однако, если диаметр отверстия находится в порядке длины волн света, то преломление света доминирует в полостях, в то время как законы геометрической оптики действительны только как приближение (сравн. Н. Ichikawa "Numerical analysis of microretroreflectors: transition from reflection to diffraction", J. Opt. A, Pure Appl. Opt. 6, стр. 121, 2004). Дифракционное поведение микрополостей с диаметром отверстия в микрометрическом диапазоне, как их использует изобретение, научно еще не полностью исследовано. Это касается, прежде всего, микрополостей, на которые нанесен многослойный фольгированный пластик.

Использованные в защитном элементе микрополости настолько велики, что преломление света (больше) не доминирует, а с другой стороны настолько малы, что отражение с точки зрения лучевой оптики (еще) не доминирует. Этот промежуточный диапазон показал себя как преимущественный для изготовления и защиты от подделывания защитного элемента. Поскольку к тому же размер микроизображения, как разъяснено выше, ограничен максимально допустимым размером линз, преимущественное богатство деталей для микроизображения может быть достигнуто в том случае, если микрополости по меньшей мере в одном пространственном направлении (смотря параллельно верхней стороне) не могут быть при рассмотрении через линзовую структуру представлены в разрешении. При габарите менее 2-3 мкм постепенно на структурах порядка длины волн возникает дифракция света, в результате чего доля рассеивания или же дифракции отраженного света увеличивается. Выше этого предела доля спекулярно отраженного света увеличивается. Тогда форма профиля микрополостей становится релевантней, что опять же повышает требования к изготовлению. Поэтому латеральный диаметр отверстия микрополости не более 3 мкм или же менее 2 мкм является благоприятным. Ниже 0,5 мкм доминирует дифракция света, что существенно осложнило бы простую передачу изображения. Тем самым в целом латеральная величина микрополостей по меньшей мере в одном пространственном направлении составляет от 0,5 мкм до 3 мкм, особо предпочтительным образом более/равна 0,7 мкм и/или менее 2 мкм.

Выбранный диапазон величин осуществляет хорошее оптическое действие микрополостей, которые, прежде всего, могут хорошо комбинироваться с микролинзами в отличие от светоотражающих полостей с шириной открытия 10 мкм или более. Удивительным образом полости большего размера увеличили бы затраты на изготовление, поскольку в этом случае стала бы релевантной точная форма профиля. Предлагаемые микрополости, прежде всего, не являются светоотражателями.

Поскольку одновременно каждую микрополость можно воспринимать как элемент изображения в форме пикселя, выбранный диапазон величин к тому же приводит к хорошей плотности пикселей при обычных размерах микроизображений.

За счет варьирования соотношения параметров микрополостей модулируется интенсивность, с которой отдельные микрополости диффузно отражают свет, и таким образом создает структуру изображения. Соотношение параметров и соотношение максимальной глубины к минимальной латеральной протяженности и варьируется согласно желаемой структуре изображения в защитном элементе. Поэтому затратные способы печати для предоставления небольших и, тем не менее, тонко структурированных микроизображений больше не требуются, вместо этого могут использоваться простые способы репликации для создания микрополостей. Информация об изображении может быть представлена уже за счет соответствующего распределения двух видов микрополостей в форме черно-белого изображения, если используются два вида соотношений параметров. Большее количество соотношений параметров или же непрерывное варьирование соотношения параметров, конечно же, возможно и приводит к изображению в оттенках серого.

С точки зрения изготовления примечательно, что покрытие поверхности для микрополостей не должно изменяться латерально, чтобы создать различные значения яркости. Они могут быть идентичными, и, тем не менее, достигается различное впечатление от яркости для микрополостей с различным соотношением параметров.

Микрополости для предоставления информации об изображении могут быть дополнительно дополнены подструктурами длин волн, например в форме структур «глаз мотылька», которые могут предоставлять элемент изображения или часть мотива микроизображения, прежде всего фон. Для этого может использоваться также известная из DE 102008046128 А1 матовая структура.

В другой предпочтительной форме осуществления микрополости для предоставления информации об изображении также могут быть дополнительно дополнены областями по существу с гладкой или же неструктурированной поверхностью, которые могут предоставлять элемент изображения или часть мотива микроизображения, прежде всего, фон.

Для повышения богатства деталей следует предпочесть выполнить микрополости, которые расположены в области контрастного перехода (граница светлого/темного) элемента мотива, асимметричными в том отношении, что расположенные на темной стороне мотива участки микрополости выполнены геометрически иначе, чем расположенные на светлой стороне отрезка. Это имеет значение, прежде всего, при осуществлении очень изящных мотивов, чтобы избежать здесь пикселирования за счет микрополостей.

Микрополости могут иметь в своем отверстии в принципе любую иную форму, например, квадратичные диаметры отверстий. Но также возможно выполнять микрополости так, что их кромки образуют пограничный участок элемента изображения или мотив микроизображения. За счет этого участки изображения внутри микроизображения резко отграничиваются друг от друга, поскольку края элементов изображения видны очень явно.

Несколько микроизображений обычно располагаются в узоре, например, подходящем расположенной над ними линзовой структуре. Предпочтительно, что микрополости образуют как мотивы микроизображений, так и фон мотива, причем различия осуществляются за счет четко заданной в последовательности создаваемого микроизображения вариации соотношения параметров микрополостей. В простом осуществлении также могут быть образованы только микроизображения за счет различных видов микрополостей, в то время как фон мотива образуется за счет участков с гладкой поверхностью.

Защитный элемент с микрополостями также может использоваться для создания микроизображений для представленных немасштабированными структур, которые также без использования муарового эффекта вызывают тяжело отображаемый оптический эффект. При этом речь идет о структурах, в которых по меньшей мере два различных изображения представляются с расположенной над ними линзовой структурой без масштабирования, то есть не увеличенной и не уменьшенной. В этом случае микроструктуры соответствуют немасштабированной выдержке соответственно представляемого изображения. Далее это называют «немасштабированное представление». В одном варианте изобретения предусмотрено, что микрополости расположены по меньшей мере на двух различных уровнях высоты внутри соотнесенного с соответствующим изображением микроизображения. Микрополости первого вида при этом располагаются на соответственно другом уровне, чем микрополости второго вида. Таким образом может быть создана, например, четко распознаваемая переливающаяся картинка, подвижное изображение, изображение с увеличивающимся/уменьшающимся рисунком, морфинговое изображение или стереограмма.

Геометрия микрополостей ни в коем случае не ограничивается ротационно-симметричными формами или формами, которые на виде сверху, то есть в своем отверстии, имеют контур в форме круга. Асферические поверхности или поверхности произвольной формы, как они известны, например, из отражателей лампы-вспышки, также могут использоваться. Кроме того, для микрополостей возможно не ротационно-симметричное отверстие, прежде всего, отверстие в форме желоба. Два вида в этом случае могут отличаться в отношении направления, вдоль которого проходят неротационно-симметричные микрополости. Прежде всего, также могут использоваться углубления в форме желобов, которые имеют, например, форму полуцилиндра, который изогнут только в одном направлении, однако, вытянут в другом.

Кроме того, также за счет неротационно-симметричных микрополостей могут осуществляться эффекты, которые создают у посредника трехмерное впечатление от объекта. Для этого информация по высоте или же дистанция передаваемого объекта до смотрящего может кодироваться за счет угла ориентации таких микрополостей. В этом случае смотрящий воспринимает латерально различный параллакс на ровной, структурированной микрополостями поверхности. Пространственное впечатление может быть усилено за счет того, что при изготовлении микрополостей дополнительно может варьироваться структурная глубина микрополостей как функция высоты или же отражающие свойства объекта. Пространственного впечатления также можно достичь, если профиль интенсивности мотива попиксельно преображается в такие микрополости с кодированным углом ориентации. Наконец, также сечение микрополостей в форме желобов не ограничивается симметричными геометриями. Ассиметричные геометрии могут создавать за счет эффекта «вспышки» фокусировку света в направлении смотрящего. За счет этого можно повысить воспринимаемую смотрящим светоотдачу.

Факультативно на микрополости может наноситься тонкопленочное покрытие для создания цветового впечатления. Если при этом выбирают так называемое покрытие «Colour-Fix», которое не изменяет цвет при опрокидывании защитного элемента, то есть варьировании угла рассмотрения, получают выраженный контраст светлого/темного на участках микрополостей с различным соотношением параметров. При этом участки, заполненные плоскими микрополостями, на которые нанесено покрытие «Colour-Fix», показывают густой насыщенный оттенок, в то время как участки глубоких микрополостей проявляются выраженно темными. В качестве открытия подходит последовательность слоев 10 нм Cr, 210 нм ZnS с 60 нм Аl в качестве расположенного под ней зеркального слоя. Но также может быть выбрана полупрозрачная структура слоев, например 15 нм Аl, 75 нм ZnS и 15 нм Аl.

Если используют так называемое цветопеременное покрытие или же надстройка интерференционного слоя, которое/которая вызывает зависящий от угла рассмотрения цветовой эффект (изменение цвета), то также и цветовой эффект зависит от соотношения параметров. Если подобные надстройки интерференционного слоя, которые показывают перемену цвета на гладких поверхностях при опрокидывании, нанесены на микрополости, то плоские микрополости проявляются примерно в том же оттенке, что и вертикально отраженный свет гладкой поверхности. Глубокие микрополости (соотношение параметров >0,4), напротив, принимают примерно оттенок гладкой поверхности в опрокинутом состоянии. Поэтому в случае микрополостей с подобным покрытием за счет выбора соотношения параметров можно варьировать не только яркость, но также и оттенок.

Цветовой эффект различает микрополости по их геометрической вариации. Поэтому не требуется структурировать покрытие, вызывающее цветовой эффект. Предпочтительным образом оно нанесено по всей поверхности на структуру микрополостей. Для черно-белого изображения или изображения в оттенках серого предпочтительным образом микрополости не имеют покрытия, которое имеет для создания цветового эффекта зависящую от угла падения дисперсию.

Для предлагаемого способа изготовления возможно использование, прежде всего, техник непосредственного экспонирования, например, с помощью лазерного записывающего устройства. Изготовление может выполняться аналогично известным способом изготовления для микролинз. Оригинал структуры микрополостей записывается посредством непосредственного экспонирования с помощью лазерного записывающего устройства в подложку, покрытую фотолаком, и затем экспонированная доля фотолака удаляется. С экспонированного оригинала затем можно гальванически снять форму и, тем самым, создать штамп для тиснения. Наконец, выполняется репликация структуры в ходе процесса тиснения, например, в УФ-лак на пленке или непосредственно (например, за счет горячего тиснения в поверхности пленки). В качестве альтернативы может использоваться способ наноимпринта. Более затратные способы изготовления оригинала, такие как способы экспонирования электронным лучом или «сфокусированным ионным пучком», позволяют выполнить геометрию микрополостей еще более точной. Эти способы изготовления предлагают много возможностей оформления при выборе геометрии микрополостей. Так без дополнительных затрат также могут осуществляться неротационно-симметричные или же несферические микрополости с более высокой точностью, чем при названном выше лазерном способе непосредственного экспонирования.

Затем выполняется покрытие поверхности, например, отражающим слоем и/или вызывающей цветовой эффект структурой, например структурой интерференционного слоя, и/или цветовым слоем, например покрытием «Colour-Fix». Здесь среди прочего возможны нанесение покрытия напылением с помощью электронного луча, ионное напыление или термическое испарение в вакууме. Покрытие может не потребоваться, если поверхность уже изначально отражающая. В завершение, на структуру предпочтительным образом для защиты наносят кашированием покрывной слой.

При постоянном диаметре отверстия микрополости с различными соотношениями параметров также могут создаваться только за счет варьирования глубины микрополостей, например, посредством соответствующего варьирования интенсивности экспонирования лазерного записывающего устройства. Такой подход предлагает преимущество существенно упрощенной обработки данных.

Защитный элемент может быть выполнен, прежде всего, как защитная нить, отрывная нить, защитная лента, защитная полоса, заплатка, пленочный элемент или этикетка. Прежде всего, защитный элемент может закрывать прозрачные участки или выемки и/или использоваться для защищенной от подделки карты или документа, удостоверяющего личность (например, заграничного паспорта).

Защищенный от подделки элемент может быть, прежде всего, еще не пригодной для обращения предварительной стадией ценного документа, которая, наряду с предлагаемым оптически варьируемым элементом, может иметь, например, также другие признаки подлинности (например, такие как предусмотренные в объеме люминесцентные вещества). Под ценным документом здесь понимают, с одной стороны, документы, имеющие защитный элемент. С другой стороны, ценные документы могут быть также иными документами и предметами, которые снабжаются предлагаемым защитным элементом, чтобы ценные документы имели не копируемые признаки подлинности, чтобы обеспечить возможность проверки подлинности и одновременно предотвратить нежелательное копирование. Чип-карты или защищенные от подделки карты, например банковские или кредитные карты, являются другими примерами ценного документа.

Предлагаемый способ изготовления может быть выполнен так, что изготавливаются описанные предпочтительные исполнения и формы осуществления защитного элемента.

Понятно, что вышеназванные признаки изобретения, а также те, которые еще будут разъяснены ниже, могут использоваться не только в указанной комбинации, но также и в других комбинациях или отдельно, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Прежде всего, можно отказаться от признака перфорации во всех разъясненных до сих пор в общем и еще разъясняемых далее подробнее формах осуществления.

Ниже изобретение будет еще более подробно разъяснено для примера на основании прилагаемых чертежей, которые также раскрывают существенные для изобретения признаки. На фигурах показано:

Фиг. 1 - схематическое изображение части защитного элемента, а именно структуры микрополостей и расположенной над ней линзы,

Фиг. 2- 6 - схематические изображения различных геометрий, которые возможны для структуры микрополостей согласно фиг. 1,

Фиг. 7 и 8 - виды сверху на микроизображение, как оно может быть создано в форме осуществления согласно фиг. 1,

Фиг. 9 - еще один вид сверху отличающейся конструкции,

Фиг. 10 и 11 - две различных формы осуществления узоров с микроизображениями,

Фиг. 12 - изображение по аналогии фиг. 1 для структуры микрополостей, которое дополнено подструктурами длин волн для создания черного фона,

Фиг. 13 и 14 - растровые электронные снимки микроизображения, которое имеет структуры согласно фиг. 12,

Фиг. 15 - вид сверху по аналогии фиг. 1 на отличающуюся конструкцию, и

Фиг. 16 - схематическое изображение по аналогии фиг. 1.

На фигурах далее описывается защитный элемент 10, который обеспечивает микроизображения, с которыми соответственно соотнесена расположенная над ними линза (для увеличения) микроизображений. Эта структура может быть известной муаровой увеличительной структурой, как она известна из уровня техники для защитных элементов ценных документов, например банкнот. Однако комбинация микроизображений с увеличивающими линзовыми структурами опциональна, и микроизображения, как они создаются за счет структуры, которая еще будет описана здесь, также могут использоваться с линзовой структурой для немасштабированного изображения или без линзовой структуры в защитном элементе 10.

Общим для описанных здесь защитных элементов является то, что микроизображение обеспечивается структурой микрополостей. Отдельные микрополости имеют такие размеры, прежде всего, в отношении своего минимального диаметра отверстия, что преобладающими механизмами при возврате падающих лучей являются не дифракция света или спекулярное отражение, а диффузное отражение. Информация об изображении создается не за счет печатного изображения с различными типографскими красками, а за счет микрополостей, которые отличаются в отношении своего соотношения параметров. В зависимости от этого отдельные микрополости возвращают падающие лучи с различной интенсивностью, в результате чего информация каждого микроизображения кодирована за счет соотношения параметров микрополостей.

За счет соотношения параметров микрополостей регулируется диффузное отражение света. То есть яркость при диффузном отражении лучей регулируется не только через отверстие микрополости. При этом соотношение параметров является соотношением минимального диаметра отверстия к максимальной глубине микрополости.

На фиг. 1 схематически изображен разрез отражающей структуры 1 микрополостей, которая образована в подложке 2. На своей верхней стороне эта подложка 2 имеет несколько вогнутых микрополостей 3, которые в показанном случае выполнены как сферические углубления. Углубления имеют отражающую поверхность, например, за счет подходящего покрытия. Микрополости 3 оказывают эффект диффузного отражения падающего света.

Над структурой 1 микрополостей расположена линза 6, которая отображает микроизображение 9 (увеличенным), которое образовано за счет структуры 1 микрополостей. Одна часть падающих лучей 4 при этом рассеивается на микрополостях 3 структуры 1 микрополостей в изображенном телесном угле (лучи 5) и направляется через линзу 6 в направлении смотрящего. В случае муаровой увеличивающей структуры смотрящий за счет взаимодействия множества периодически расположенных микроизображений 9 и линз 6 воспринимает увеличенное изображение. В случае не показанной здесь, изображенной без масштабирования структуры для производства, например, одного меняющегося изображения смотрящий при рассмотрении с двух или более различных направлений рассмотрения видит различные изображения, которые вызваны тем, что линзы с различных направлений рассмотрения отображают различные микроизображения, которые соотнесены с различными изображениями.

Микроизображение 9 создается за счет структуры 1 микрополостей, которая включает в себя расположенные друг рядом с другом микрополости 3, не все из которых имеют одинаковое соотношение параметров. В схематическом изображении согласно фиг. 1 можно распознать три участка 7а, 7b и 7с, в которых идентичные на фиг. 1 по своему отверстию микрополости выполнены с различной глубиной. За счет различной глубины изменяется яркость отраженных лучей 5, в результате чего участки 7а-с кажутся различно светлыми. Эта вариация геометрии модулирует содержания изображения микроизображения 9.

На фиг. 2-6 показаны примеры различных возможных микрополостей 3. На фиг. 1 в качестве примера показана структура 1 микрополостей, которая для наглядности имеет четыре микрополости 3, поверхности которых соответственно образованы геометрией конусного сечения. Отверстия, то есть виды сверху вдоль оптической оси OA согласно фиг. 1, одинаковы в двух латеральных пространственных направлениях, то есть поперек оптической оси OA. Однако глубина и, тем самым, соотношение параметров микрополостей 3 варьируется латерально. Поскольку диффузное отражение света сильно зависит от соотношения параметров, самая правая микрополость структуры микрополостей согласно фиг. 2 кажется темнее, чем ее соседняя левая и т.д. Чем меньше соотношение параметров (латеральная протяженность/глубина), то есть чем более плоская микрополость, тем светлее микрополость 3.

Отверстия микрополостей 3, конечно, не ограничены ротационно-симметричными и, конечно, также едиными для всех микрополостей формами. На фиг. 3 показано квадратичное отверстие для микрополостей 3, которые показывают соответственно одинаковый профиль глубины в плоскостях разреза, которые стоят вертикально друг другу и пересекаются на оптической оси.

Также возможны углубления, которые изогнуты только в одном направлении и не изогнуты в другом направлении. На фиг. 4 показана такая структура 1 микрополостей.

Общим для структур 1 микрополостей согласно фиг. 2-4 является то, что их отверстия - в качестве примера в форме квадрата или круга - не имеют ширины отверстия, которая существенно более 3 мкм. Однако для создания микроизображения 9 достаточно, если это ограничение соблюдается только в одном направлении параллельно поверхности. Соответствующие не ротационно-симметричные микрополости 3 в форме желобов показаны на фиг. 5. Микрополости изображенной там структуры 1 микрополостей проходят вдоль направления 8, при необходимости также на протяжении явно больше 3 мкм.

В целом вогнутый изгиб микрополостей 3 не ограничивается полуэллипсами или полукругами. Могут применяться асферические изгибы или также асимметричные формы, как они показаны, например, на фиг. 6. Здесь микрополости 6, хотя в целом все еще вогнутые, имеют нерегулярно изогнутые поверхности и отчасти также выпуклые участки.

Оптический эффект рассеивания света на микрополостях 3 таких структур 1 микрополостей практически не зависит от подробного изгиба поверхности, поскольку минимальные значения диаметра отверстий составляют от 0,5 мкм до 3 мкм. Поэтому при взаимодействии с падающим светом больше не действуют обязательно и только законы геометрической оптики, но также происходит взаимодействие электромагнитных волн. Поэтому модификации в изгибе микрополостей в диапазоне длин волн или поддиапазоне длин волн не имеют существенного воздействия на рассеивающие характеристики таких микрополостей 3. Это имеет то преимущество, что при изготовлении структуры 1 микрополостей микрополости 3, которые должны показывать различные характеристики отражения, должны варьироваться по существу только в одном параметре, а именно в соотношении параметров (минимальная латеральная протяженность к максимальной глубине). Это существенно облегчает изготовление, поскольку к форме профиля не предъявляются никакие повышенные требования по точности.

На фиг. 7 показано микроизображение 9 размера 23×23 мкм² с численным мотивом "25". Оно образовано микрополостями 3 размера 1×1 мкм². Каждая микрополость 3 является пикселем 11. Микрополости 3 расположены либо периодически в фиксированном узоре (фиг. 7), который не обязательно должен быть декартовым растром, или апериодически, или же квазистатически (фиг. 8). Представленные на фиг. 7 и 8 значения серого передают при этом соотношение параметров в отдельных микрополостях 3. Микрополости 3 внутри численного мотива примерно на 40% глубже, чем микрополости 3 фона. Если желательно комплементарное цветовое проявление микроизображения, то соотношения глубин микрополостей 3 также могут быть предусмотрены обратными. Микрополости 3 внутри фона в этом случае глубже, чем микрополости численного мотива.

Микрополости 3, которые расположены в пограничном участке мотива, предпочтительным образом на стороне мотива глубже, чем на стороне фона. Это имеет то преимущество, что, несмотря на относительно высокое пикселирование или же малое количество пикселей, за счет полостей 3 еще могут быть отображены относительно изящные узоры.

Формирование мотива в микроизображении 9 не ограничивается полостями с квадратичными или симметричными отверстиями, как показано на фиг. 9. Здесь видно микроизображение 9, которое имеет звезду в качестве мотива 12. Кромки отверстия пикселей 11, то есть микрополостей 3, выполнены так, что они совпадают с краем 13 мотива 12. Это вызывает то, что эти кромки отображаются рассеянным на пограничном участке изображении очень явно и край 13 мотива 12 можно распознать особенно хорошо и четко.

Формирование мотива за счет микроизображения не ограничивается выбором между периодическим узором и апериодическим узором для структуры микрополостей. Так можно непрерывно изменять расстояние между центрами микрополостей, то есть диаметр отверстий, согласно заданным функциям вдоль по меньшей мере одного направления. Такое исполнение показано в качестве примера на фиг. 15, на которой также видно микроизображение 9 с мотивом. В варианте формы осуществления согласно фиг. 7 варьируется отверстие, то есть диаметр микрополостей в одном направлении (чисто в качестве примера по горизонтали). Само собой разумеется, также возможна двухмерная вариация. Фоном для этой формы осуществления является то, что строго периодическая структура микрополостей может действовать как оптическая решетка и падающий свет может преломляться в отдельных дифракционных порядках. Поэтому смотрящий при наклонном угле рассмотрения воспринимает поверхность как последовательность спектрального разделения в более высоких дифракционных порядках. Дифракция избегается за счет варьирования расстояния между центрами микрополостей, то есть отверстий микрополостей. Поэтому мотив согласно фиг. 15 имеет микрополости различной глубины с прямоугольным отверстием, и диаметр отверстия, то есть расстояние между центрами соседних микрополостей, непрерывно изменяется по горизонтали. Предпочтительным образом он в примере составляет от 1 до 2 мкм. Уже при одномерном варьировании, но особенно эффективно при двухмерном варьировании можно уменьшить спектральное разделение или совсем подавить его. Если скомбинировать такую структуру микрополостей, то есть такое микроизображение 9, с линзами для осуществления муаровой увеличительной структуры, то увеличенное изображение представляется равномернее, чем в варианте с расположенными строго периодически микрополостями. Варьирование расстояния, само собой разумеется, должно быть не непрерывным или линейным (как на фиг. 15); достаточно, если нарушена равномерность структуры микрополостей.

Для описанной в качестве примера муаровой увеличительной структуры микроизображения 9 располагаются подходящими узору линз 6 по растру друг рядом с другом. На фиг. 10 показан фрагмент из множества микроизображений 9, которые здесь расположены в шестиугольном растре. Пиксели 11 при этом образуют как микроизображения 9, так и расположенный между микроизображениями 9 фон.

Такая реализация структуры микроизображений 9 не ограничена пикселями 11 или же микрополостями 3 с прямоугольным отверстием, как уже разъяснялось. На фиг. 11 показано использование микрополостей 3 в форме желобов, как это схематически изображено на фиг. 5. Однако, дополнительно относительно схематического изображения согласно фиг. 5, теперь также варьируют еще и направление 8 отдельных микрополостей 3 и длину желобков для структурирования микроизображения 9. За счет этого у смотрящего можно, как уже разъяснялось в общей части описания, создать пространственное впечатление от мотива 12.

Упомянутые структуры 1 микрополостей показывают оптическое действие за счет диффузного отражения. Предпочтительным образом оно увеличивается за счет того, что поверхность структуры 1 микрополостей покрыта металлическим слоем или слоем с высоким преломлением, в результате чего по меньшей мере частичное отражение происходит на поверхности структуры 1 микрополостей и, тем самым, микрополостей 3. Слой предпочтительным образом напыляется. Для способа напыления могут использоваться популярные материалы, такие как алюминий, серебро, золото, медь, цинк, хром и их сплавы. Слои с высоким преломлением могут быть созданы за счет сульфида цинка, диоксида титана или кремния. Подобные покрытия дают особенно хороший контраст светлого/темного микрополостей 3 с различным соотношением параметров. Как уже разъяснялось в общей части описания, покрытия могут исполняться также как уже известное для ровных поверхностей покрытие «Colour-Fix» или цветопеременное покрытие («Colour-Shift»).

На фиг. 12 показана еще одна возможность повышения контраста светлого/темного, заключающаяся в том, что в дополнение к структуре 1 микрополостей выполнена еще одна подструктура 14 длин волн на подложке 2. На фиг. 13 и 14 показаны возможные структуры в форме снимков REM микроизображения 9, которое имеет в качестве мотива 12 звезду. Звезда и участок в форме кольца, окружающий концы звезды, выполнен за счет подструктуры длин волн с периодом в 240 нм (фиг. 13) или же 400 нм (фиг. 14). Поверхность расположенного между ними участка содержит микрополости 3 в структуре 1 микрополостей, которая модулирует (даже если не показано) информацию об изображении за счет соотношения параметров.

В не показанном здесь простом осуществлении поверхность подложки 2, в дополнение к структуре 1 микрополостей, также содержит гладкий или же неструктурированный участок. Такой участок образует, например, отражающий фон, в то время как микроизображения 9 выполнены за счет микрополостей 3 в структуре 1 микрополостей, которая модулирует информацию об изображении за счет соотношения параметров.

Изготовление структур 1 микрополостей выполняется предпочтительным образом, как разъяснялось в общей части описания, за счет непосредственного лазерного экспонирования методом фотолитографии. Микрополости 3 с габаритами до одного минимального диаметра в 0,5 мкм могут записываться с помощью лазерного записывающего устройства непосредственно в фотолак. На основании нелинейной чувствительности популярных фотолаков при подходящем выборе интенсивности экспонирования могут создаваться структуры, которые явно тоньше, чем диаметр луча лазера. При этом также могут создаваться структуры с соотношением параметров более 1 (глубина больше ширины). Глубину можно варьировать очень просто за счет выбора интенсивности экспонирования. Для изготовления микрополостей с высокой точностью также факультативно могут использоваться способы экспонирования электронным лучом или же «сфокусированным ионным пучком». С экспонированного оригинала затем после проявления фотолака может быть гальванически снята форма и в ходе процесса тиснения выполнена репликация в УФ-лак на пленке или непосредственно в поверхности. В качестве альтернативы также могут использоваться способы наноимпринта. На последнем этапе выполняется нанесение покрытия на отражающую поверхность, например, за счет напыления. Металлизированные поверхности или же системы интерференционных слоев могут наноситься за счет напыления электронным лучом, ионного напыления или термического испарения в вакууме. В завершение, на напыленную сторону для защиты наносят кашированием покрывной слой.

При напылении на защитный элемент 10 муаровой увеличительной структуры или изображенной без масштабирования структуры тиснение микрополостей 3 выполняется предпочтительным образом на противоположной стороне пленки, на которую нанесены линзы 6.

Использованные покрытия дают особенно хороший контраст светлого/темного микрополостей 3 с различной глубиной или же различным соотношением параметров.

На фиг. 16 по аналогии с фиг. 1 схематически показано изображение отражающей структуры 1 микрополостей в разрезе. Элементы, которые структурно или функционально соответствуют элементам фиг. 1, снабжены теми же ссылочными обозначениями, и для описания этих элементов указывают на предшествующее описание фигур. Структура 1 микрополостей имеет три участка 7b-7d, в которых выполнены микрополости 3 с различной глубиной. На участке 7а не образована структура микрополостей; поверхность здесь гладкая. Микрополости 3 снабжены покрытием 15, которое здесь в качестве примера выполнено как цветопеременное покрытие. То есть оно включает в себя металлический зеркальный слой, диэлектрический распорный слой и полупрозрачный металлический слой, как это известно из уровня техники для таких покрытий. Оно также может включать в себя покрытие, показывающее цветовой эффект.

В качестве примера на фиг. 16 для наглядности намечены два различных световых пути. Первый световой путь с лучами 4.1 выходит под углом θ₁ относительно направления оптической оси OA, второй световой путь - под углом θ₂. Если теперь смотрящий находится в положении, в котором он имеет одно направление рассмотрения, которое ведет к прохождению лучей согласно падающим лучам 4.1 и выходящим лучам 5.1, то есть в соответствии углу θ₁, то он воспринимает информацию об изображении участка 7b. Если он опрокидывает структуру или же изменяет свой угол рассмотрения на разницу углов θ₁-θ₂, то он видит информацию об изображении участка 7с, поскольку лучи проходят согласно 4.2 и 5.2.

Схематическое изображение согласно фиг. 16 показывает наглядно, что посредством защитного элемента реализован опрокидывающий эффект, если поверхности под микролинзой 6 имеются микрополости 3 различных видов, то есть с различным соотношением параметров, которые отличаются по своим характеристикам отражения. Использование интерференционного слоя на микрополостях является возможным для этого средством, поскольку цветовой эффект, который имеют интерференционные слои, варьируется с соотношением параметров микрополостей 3. Микрополости 3 участков 7b-7d тем самым имеют иной цветовой эффект для смотрящего. Упомянутая смена угла рассмотрения тем самым приводит к изменению цвета. Эффект опрокидывания в результате является цветовым эффектом. По аналогии возможен эффект в оттенках серого, когда микрополости 3 различаются по своим отражающим характеристикам на основании своих различных соотношений параметров.

Для описанных цветовых эффектов или же цветных микроизображений 9 подходят покрытия, которые имеют дисперсию в зависимости от угла, как уже разъяснялось. Подобные надстройки интерференционного слоя обычно состоят из по меньшей мере трех слоев: полупрозрачного металлического слоя, металлического зеркального слоя и находящегося между ними диэлектрического распорного слоя. Различные цвета при вертикальном рассмотрении и для рассмотрения под углом менее 45° дает система слоев в 7 нм хрома и 340 нм диоксида кремния на 60 нм алюминия. Такая структура к тому же предпочтительным образом утоплена в ПЭТ-пленку с коэффициентом преломления n=1,6. Она получает при обоих углах рассмотрения либо желтый, либо синий цвет. Такое покрытие смотрящий видит в отражении зеленым, если оно находится над микрополостями с соотношением параметров более примерно 0,35. Тем самым цветовое впечатление зависит от соотношения параметров, что обеспечивает возможность соответствующего формирования мотива.

Полупрозрачные покрытия, такие как, например, система слоев 15 нм алюминия / 75 нм ZnS / 15 нм алюминия, особенно подходят, если, наряду с возможностью рассмотрения в отражении, также желаемо рассмотрение изображения в пропущенном свете. Такие формы осуществления применяются, прежде всего, в окнах прозрачности на банкнотах.

Микроизображения в качестве альтернативы использованию линз могут накладывать на ценный документ также скрытую информацию, например микрошрифт, серийные номера, символы и т.п., которые не могут быть обнаружены невооруженным глазом. Микроизображения преимущественным образом имеют структуры существенно меньшего размера в качестве известных лазерных гравировок.

Конечно же, описанные микроизображения могут использоваться также без намеченных на фигурах минилинз и увеличивающих структур. Использование микрополостей позволяет в этом случае очень тонкое структурирование изображений или мотивов, которые не возможны посредством обычных способов печати.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1	Структура микрополостей
2	Подложка
3	Микрополость
4, 4.1, 4.2	Лучи
5, 5.1, 5.2	Лучи
6	Линза
7а, b, с, d	Участок
8	Направление
9	Микроизображение
10	Защитный элемент
11	Пиксель
12	Мотив
13	Край
14	Подструктура длины волн
15	Покрытие
OA	Оптическая ось
θ₁, θ₂	Угол

Claims

1. Защитный элемент для изготовления ценных документов, таких как банкноты, чеки или тому подобное, который имеет верхнюю сторону, которая обеспечивает несколько микроизображений (9),
отличающийся тем, что
- каждое микроизображение (9) образовано посредством структуры (1) микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей (3), причем микрополости (3) имеют соответственно в расположенном параллельно верхней стороне пространственном направлении протяженность от 0,5 мкм до 3 мкм,
- структура (1) микрополостей на ее поверхности является оптически отражающей или имеющей высокий показатель преломления, так что на поверхности, по меньшей мере, частично происходит отражение, и
- для каждого микроизображения (9) имеются микрополости (3), по меньшей мере, первого и второго вида, которые отличаются в части соотношения параметров микрополостей (3), в результате чего каждое микроизображение (9) структурировано посредством по меньшей мере двух различных видов микрополостей (3).

2. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что соотношение параметров микрополостей (3) варьируется в структуре (1) микрополостей согласно определяющему микроизображение (9) предопределенному узору.

3. Защитный элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что микрополости (3) первого и второго вида отличаются по их характеру диффузного отражения.

4. Защитный элемент по п. 3, отличающийся тем, что рядом друг с другом расположены несколько микрополостей (3) первого вида для образования первого участка изображения микроизображения (9).

5. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что над микроизображениями (9) выполнена структура из линз (6) и что с каждым микроизображением (9) соотнесена одна линза (6).

6. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что для микроизображений (9) дополнительно предусмотрены подструктуры (14) длин волн, которые обеспечивают элемент изображения, прежде всего темный фон.

7. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что для микроизображений (9) дополнительно предусмотрены участки с неструктурированной или квазистатически структурированной поверхностью, которые обеспечивают элемент изображения, прежде всего отражающий фон.

8. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что ограничивающие микрополости (3) кромки также образуют кромки мотива (12) микроизображения (9).

9. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что микрополости (3) являются неротационно-симметричными, прежде всего желобообразными, и простираются соответственно вдоль направления (8), причем два вида также отличаются в отношении направления (8).

10. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что протяженность, которую микрополости (3) имеют в расположенном параллельно верхней стороне пространственном направлении, варьируется вдоль этого пространственного направления, предпочтительным образом согласно предопределенной функции.

11. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что микрополости (3) снабжены вызывающей цветовой эффект структурой (13), прежде всего структурой интерференционного слоя.

12. Ценный документ с защитным элементом (10) по одному из пп. 1-11.

13. Способ изготовления защитного элемента (10) для ценных документов, таких как банкноты, чеки или тому подобное, причем обеспечивают подложку (2), которая имеет верхнюю сторону, и на верхней стороне создают несколько микроизображений (9),
отличающийся тем, что
- каждое микроизображение (9) образуют посредством структуры (1) микрополостей, которая имеет множество расположенных друг рядом с другом микрополостей (3), причем
- микрополости (3) снабжают соответственно в расположенном параллельно верхней стороне пространственном направлении протяженностью от 0,5 мкм до 3 мкм,
- структуру (1) микрополостей на ее поверхности выполняют оптически отражающей или имеющей высокий показатель преломления, так что на поверхности, по меньшей мере, частично происходит отражение, и
- для каждого микроизображения (9) предусматривают микрополости (3) по меньшей мере одного первого и второго вида, которые отличаются в части соотношения параметров микрополостей (3), в результате чего каждое микроизображение (9) структурируется посредством по меньшей мере двух различных видов микрополостей (3).

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что микроизображение определяют за счет варьирования соотношения параметров микрополостей (3) в структуре (1) микрополостей согласно предопределенному узору.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что рядом друг с другом располагают несколько микрополостей (3) первого вида для образования первого участка изображения микроизображения (9).

16. Способ по п. 13, отличающийся тем, что над микроизображениями (9) для их увеличения выполняют структуру из линз (6), причем с каждым микроизображением (9) соотносят одну линзу (6).

17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что для микроизображений (9) дополнительно выполняют подструктуры (14) длин волн, которые обеспечивают элемент изображения, прежде всего темный фон.

18. Способ по п. 13, отличающийся тем, что для микроизображений (9) дополнительно выполняют участки с неструктурированной поверхностью, которые обеспечивают элемент изображения, прежде всего отражающий фон.

19. Способ по п. 13, отличающийся тем, что ограничивающие микрополости (3) кромки также образуют в виде кромок (13) мотива (12) микроизображения (9).

20. Способ по п. 13, отличающийся тем, что микрополости (3) выполняют неротационно-симметричными, прежде всего желобообразными, и они простираются соответственно вдоль направления (8), причем два вида также отличаются в отношении направления (8).

21. Способ по п. 13, отличающийся тем, что микрополости (3) снабжают вызывающей цветовой эффект структурой (13), прежде всего структурой интерференционного слоя.