Патент на изобретение №2309048

(54) ДИФРАКЦИОННЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ВСТРОЕННЫМ ОПТИЧЕСКИМ ВОЛНОВОДОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к дифракционным защитным элементам. Дифракционный защитный элемент содержит оптический волновод из прозрачного диэлектрика, интегрированный в слоистую структуру и размещенный между освещаемым прозрачным слоем и защитным слоем. В волноводе прозрачный диэлектрик имеет равномерную толщину слоя и по показателю преломления отличается от показателей преломления указанных прилегающих слоев из пластика. Волновод на участках прилегает к оптически активной структуре, которая в качестве основной структуры содержит дифракционную решетку нулевого порядка с вектором, длиной периода в диапазоне от 100 нм до 500 нм и глубиной профиля в диапазоне от 20 нм до 1 мкм. Волновод имеет минимальную длину, по меньшей мере, 10-20 длин периода дифракционной решетки. Глубина профиля оптически активной структуры и толщина слоя прозрачного диэлектрика находятся в заданном соотношении. Защитный элемент при освещении белым падающим светом формирует дифрагированный свет нулевого порядка дифракции с высокой интенсивностью цвета. 14 з.п. ф-лы, 7 ил. 1 табл.

Изобретение относится к дифракционному защитном элементу согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.

Подобные защитные элементы применяются для удостоверения подлинности таких предметов, как банкноты, удостоверения разного рода, ценные бумаги и т.д., чтобы иметь возможность установления истинности предмета без высоких затрат. Дифракционный защитный элемент в форме маркера, вырезанного из тонкого слоистого материала, жестко связывается с предметом.

Дифракционные защитные элементы вышеуказанного типа известны из патентных документов ЕР 0105099 А1 и ЕР 0375833 А1. Эти защитные элементы включают в себя образец из мозаично упорядоченных поверхностных элементов, которые образуют дифракционную решетку. Дифракционная решетка упорядочена по азимуту таким предварительно определенным образом, что при повороте сформированный дифрагированным светом видимый образец выполняет предварительно определенный процесс движения.

В патентном документе US 4856857 описана конструкция прозрачных защитных элементов с тиснеными микроскопическими мелкими рельефными структурами. Эти дифракционные защитные элементы состоят в общем случае из фрагмента тонкого слоистого пластика. Граничный слой между двумя слоями содержит микроскопический тонкий рельеф с дифракционными структурами. Для повышения эффективности отражения граничный слой между обоими слоями покрыт чаще всего металлическим отражающим слоем. Строение тонкого слоистого материала и применяемые для этого материалы описаны, например, в патентных документах US 4856857 и WO 99/47983. Из патентного документа DE 3308831 А1 известно нанесение тонкого слоистого материала на предмет с помощью несущей пленки.

Недостатком известных из уровня техники дифракционных элементов является трудность визуального распознавания сложных оптически изменяющихся образцов в условиях узкого пространственного угла и чрезвычайно высокой яркости поверхности, при которых снабженный дифракционной решеткой элемент поверхности предоставляется для визуального восприятия наблюдателю. Высокая яркость поверхности может также затруднить распознавание формы элемента поверхности.

Простой для распознавания защитный элемент известен из патентного документа WO 83/00395. Он состоит из дифракционного субтрактивного цветового фильтра, который при облучении, например, дневным светом, в направлении наблюдения отражает красный свет, а после поворота защитного элемента в его плоскости на 90^о отражает свет другого цвета. Защитный элемент состоит из погруженных в пластик тонких пластинок из прозрачного диэлектрика с коэффициентом преломления, который намного больше, чем коэффициент преломления пластика. Пластинки образуют дифракционную решетку с пространственной частотой 2500 линий на мм и отражают в нулевом порядке дифракции красный свет с очень высокой эффективностью, если падающий на структуру пластинок белый свет поляризован таким образом, что вектор Е падающего света ориентирован параллельно пластинкам. Для пространственной частоты 3100 линий/мм структура из пластинок отражает в нулевом порядке дифракции зеленый свет, для еще более высоких пространственных частот отраженный цвет в спектре переходит в синюю область. Согласно работе van Renesse, Optical Document Security, 2^nd Ed., pp.274-277, ISBN 0-89006-982-4, подобные структуры трудно изготавливать в больших количествах с приемлемым уровнем затрат.

В патентном документе US 4426130 описаны прозрачные отражающие синусоидальные структуры фазовых решеток. Структуры фазовых решеток выполняются таким образом, что они в одном из обоих первых порядков дифракции проявляют максимально большие различия в дифракции.

В основе изобретения лежит задача создать экономичный и простой для распознавания дифракционный защитный элемент, который можно легко проверять визуально на дневном свету.

Указанная задача в соответствии с изобретением решается совокупностью признаков, изложенных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Примеры выполнения изобретения представлены на чертежах и описаны ниже более подробно.

На чертежах показано:

Фиг. 1 – защитный элемент в поперечном сечении;

Фиг. 2 – плоскости дифракции и дифракционная решетка;

Фиг. 3 – фрагмент фиг. 1 в увеличенном масштабе;

Фиг. 4 – другой защитный элемент в поперечном сечении;

Фиг. 5 – векторы решетки оптически активной структуры;

Фиг. 6 – защитный маркер на виде сверху при азимутальном угле 0^о;

Фиг. 7 – защитный маркер на виде сверху при азимутальном угле 90°.

На фиг. 1 показаны слоистая структура 1, защитный элемент 2, подложка 3, основной слой 4, оптический волновод 5, защитный слой 6, адгезивный слой 7, символ 8 и оптически активная структура 9 на граничном слое между основным слоем 4 и волноводом 5. Слоистая структура 1 состоит из нескольких пластов из различных диэлектрических слоев, нанесенных один за другим на не показанную несущую пленку, и включает в себя в указанном порядке следования, по меньшей мере, основной слой 4, волновод 5, защитный слой 6 и адгезивный слой 7. В случае особенно тонких слоистых структур 1 защитный слой 6 и адгезивный слой 7 состоят из одного и того же материала, например из адгезива горячего отверждения. Несущая пленка в одном варианте выполнения представляет собой часть основного слоя 4 и образует стабилизирующий слой 10 для слепочного слоя 11, размещенного на обращенной к волноводу 5 поверхности стабилизирующего слоя 10. Соединение между стабилизирующим слоем 10 и слепочным слоем 11 характеризуется высокой адгезионной прочностью. В другом варианте выполнения между основным слоем 4 и несущей пленкой расположен не показанный здесь разделительный слой, так как несущая пленка служит только для приложения тонкой слоистой структуры 1 на подложку 3 и затем удаляется со слоистой структуры 1. Стабилизирующий слой 10 представляет собой, например, прочный лак для защиты более мягкого слепочного слоя 11. Такое выполнение слоистой структуры 1 описано в вышеупомянутом документе DE 3308831 А1. Основной слой 4, волновод 5, защитный слой 6 и адгезивный слой 7 прозрачны, по меньшей мере, для части видимого спектра, однако предпочтительно прозрачны, как стекло. Поэтому символы 8 на подложке, покрытые слоистой структурой 1, видны через эту слоистую структуру 1.

В другом варианте выполнения защитного элемента, при котором прозрачность не требуется, защитный слой 6 и/или адгезивный слой 7 выполнены окрашенными или черного цвета. Еще одно выполнение защитного элемента предусматривает только защитный слой 6 в случае, если данный вариант выполнения не предназначается для применения путем приклеивания.

Слоистая структура 1 изготавливается, например, как слоистый пластик в форме длинного пленочного полотна с множеством расположенных рядом друг с другом копий защитного элемента 2. Защитные элементы 2, например, вырезаются из пленочного полотна и связываются с подложкой 3 посредством адгезивного слоя 7. Подложка 3, чаще всего в форме документа, банкноты, банковской карты, удостоверения или иного представляющего важность или ценность предмета, снабжается защитным элементом 2, чтобы удостоверить подлинность предмета.

Чтобы волновод 5 был оптически действующим, указанный волновод 5 выполняется из прозрачного диэлектрика, показатель преломления которого значительно выше, чем показатели преломления материала, из которого изготовлены основной слой 4, защитный слой 6 и адгезивный слой 7. Соответствующие диэлектрические материалы приведены, например, в вышеупомянутых патентных документах WO 99/47983 и US 4 856 857, в таблицах 1. Предпочтительными диэлектриками являются ZnO, TiO₂ и т.д. с показателями преломления n 2,3.

Волновод 5 прилегает к имеющей оптически активную структуру 9 поверхности, граничащей со слепочным слоем 11, и благодаря этому модулируется оптически активной структурой 9. Оптически активная структура 9 представляет собой дифракционную решетку с настолько высокой пространственной частотой f, что свет 13, падающий под углом падения к нормали 12 к поверхности защитного элемента 2, дифрагирует на защитном элементе 2 только в соответствии с нулевым порядком дифракции, и дифрагированный свет 14 отражается под углом отражения , причем имеет силу равенство: угол падения = угол отражения . Для этого для пространственной частоты f установлено нижнее предельное значение 2200 линий/мм или верхнее предельное значение 450 нм для длины d периода. Такие дифракционные решетки называются дифракционными решетками нулевого порядка. На фиг. 1 в качестве примера показана дифракционная решетка с синусоидальным профилем, но могут использоваться и другие известные профили.

Волновод 5 начинает выполнять свою функцию, то есть оказывать влияние на отраженный свет 14, когда волновод 5 охватывает, по меньшей мере, от 10 до 20 периодов оптически активной структуры 9 и поэтому имеет минимальную длину L, зависящую от длины d периода, определяемую как L>10d. Предпочтительно нижнее предельное значение длины L волновода 5 находится в диапазоне от 50 до 100 длин d периода, чтобы тем самым волновод 5 проявлял свое оптимальное действие.

Защитный элемент 2 имеет в одном варианте выполнения на всей своей поверхности равномерную дифракционную решетку для оптически активной структуры 9 и волновод 5 с одинаковой толщиной s слоя. В другой форме выполнения мозаично упорядоченные части поверхности образуют оптически легко распознаваемую структуру. Для того чтобы часть мозаики в своих очертаниях была распознаваемой для наблюдателя невооруженным глазом, размеры следует выбрать больше, чем 0,3 мм, то есть волновод 5 в каждом случае имеет достаточную минимальную длину L.

Облучаемый белым диффузно падающим светом 13 защитный элемент 2 изменяет цвет отраженного дифрагированного цвета 14, когда его ориентация относительно направления наблюдения за счет наклонного или поворотного перемещения изменяется. Поворотное перемещение имеет в качестве оси поворота нормаль 12 к поверхности, а наклонное перемещение происходит относительно оси наклона, лежащей в плоскости защитного элемента 2.

Дифракционные решетки нулевого порядка проявляют явно выраженное, зависящее от азимутальной ориентации дифракционной решетки свойство по отношению к поляризованному свету 13. Для описания оптических свойств на фиг. 2 плоскости 15, 16 дифракции определены параллельно и поперечно к линиям решетки, причем плоскости 15, 16 дифракции к тому же содержат нормаль 12 к плоскости к защитному элементу 2 (фиг. 1). Обозначения лучей B_p и B_n падающего света 13 (фиг. 1) и направлений поляризации падающего света 13 установлены следующим образом:

– нижний индекс “р” обозначает луч B_p, падающий параллельно линиям решетки, а нижний индекс “n” обозначает луч B_n, падающий перпендикулярно линиям решетки;

– нижний индекс “ТЕ” в обозначениях лучей B_p и B_n обозначает поляризацию электрического поля, перпендикулярную соответствующей плоскости 15 или 16 дифракции, а нижний индекс “ТМ” в обозначениях лучей B_p и B_n обозначает поляризацию электрического поля в соответствующей плоскости 15 или 16 дифракции.

Например, луч B_pTM падает в плоскости 16 дифракции перпендикулярно линиям решетки защитного элемента 2 с поляризацией электрического поля в плоскости 16 дифракции.

В зависимости от параметров оптически активной структуры 9 и волновода 5 (фиг.1) соответствующие варианты выполнения защитного элемента 2 проявляют различные оптические свойства. Подобные формы выполнения описаны в следующих, не являющихся ограничительными примерах.

Пример 1: смена цвета при повороте

На фиг. 3 волновод 5 изображен в поперечном сечении в увеличенном масштабе. Слои пластика, стабилизирующий слой 10, слепочный слой 11, защитный слой 6 и адгезионный слой 7 (фиг.1) согласно таблице 6 из US 4856857, имеют показатели преломления n₁ в диапазоне от 1,5 до 1,6. На размещенную в слепочном слое 11 оптически активную структуру 9 осажден прозрачный для видимого света 13 (фиг. 1) диэлектрик с показателем преломления n₂ с толщиной слоя s, так что на поверхности, граничащей с защитным слоем 6, поверхность волновода 5 также образует оптически активную структуру 9. Диэлектрик является неорганическим соединением, как указано в таблице 1 в US 4 856 857 и WO 99/47983, и имеет значение показателя преломления n₂, по меньшей мере, n₂ = 2.

В варианте выполнения защитного элемента 2 значения для глубины профиля t оптически активной структуры 9 и толщины слоя s примерно равны, то есть st, причем волновод 5 модулирован с периодом d=370 нм. Предпочтительно толщина слоя st=75±3 нм. Если падающий в плоскости 16 дифракции световой луч B_nTM падает на защитный элемент 2 под углом падения =25°, то защитный элемент 2 отражает дифрагированный свет 14 (фиг. 1) в зеленом цвете. Из ортогонально поляризованного светового луча B_nTM свет 14 отражается только в инфракрасной, невидимой части спектра. Падающий в другой плоскости 15 дифракции под тем же углом падения =25° световой луч B_pTM отражается от защитного элемента 2 как дифрагированный свет 14 в красном цвете, в то время как сформированный из светового луча B_pTE дифрагированный свет 14 имеет оранжевый смешанный цвет и слабую интенсивность по сравнению с отраженным светом 14 светового луча B_pTM. Цвет защитного элемента 2 меняется для наблюдателя при освещении белым неполяризованным падающим светом 13 с зеленого на красный при повороте защитного элемента 2 на 90°. Наклон защитного элемента 2 в диапазоне =25°±5° изменяет цвет лишь несущественно; изменение для невооруженного глаза едва ли различимо. В диапазоне углов поворота 0°±20° наблюдается только отражение B_pTM в красном цвете, а в диапазоне углов поворота 90^о±20^о наблюдается только отражение B_nTE в зеленом цвете. В промежуточном диапазоне углов поворота от 20° до 70° имеется смешанный цвет из двух смежных спектральных диапазонов, один для составляющей B_nTE, а другой – для составляющей B_pTM.

Данное поведение защитного элемента 2 изменяется до незначительных сдвигов цвета, если толщина s слоя волновода 5 м изменяется от 65 нм до 85 нм, а глубина t профиля изменяется от 60 до 90 нм.

Сокращение длины d периода до 260 нм в других формах выполнения сдвигает цвет дифрагированного света 14 при падающем световом луче B_nTE с зеленого на красный, а при падающем световом луче B_pTM с красного на зеленый. Сформированный из светового луча B_nTE красный цвет изменяется при наклоне защитного элемента 2 в направлении меньших углов в диапазоне =20° на оранжевый цвет.

Пример 2: инвариантный к наклону цвет

Другая форма выполнения защитного элемента 2 демонстрирует предпочтительное оптическое свойство, так как при освещении белым неполяризованным светом 13 для малых углов наклона, соответствующих углу падения между =10° и =40°, цвет дифрагированного света остается практически неизменным. Параметры волновода 5, т.е. толщина s слоя и глубина t профиля связаны в данном случае соотношением s2t. Например, если толщина слоя s=115 нм, а глубина профиля t=65 нм. Длина d периода оптически активной структуры 9 составляет d=345 нм. В указанном диапазоне угла наклона при освещении белым неполяризованным светом 13 параллельно линиям решетки оптически активной структуры 9 дифрагированный свет 14 имеет красный цвет, который образован преимущественно световыми лучами B_pTM. При повороте защитного элемента 2 на несколько угловых градусов по азимуту, отраженный цвет остается красным, а при дальнейшем увеличении угла поворота симметрично относительно лучей красного цвета отражаются лучи двух цветов, из которых цвет с меньшей длиной волны смещен в сторону ультрафиолетового диапазона, а цвет с большей длиной волны быстро исчезает в инфракрасном диапазоне. Например, при азимутальном угле 30° более коротковолновому цвету соответствует оранжевый, а более длинноволновый цвет для наблюдателя является невидимым.

Пример 3: изменение цвета при наклоне

Если защитный элемент повернуть так, что падающий свет 13 направлен перпендикулярно линиям дифракционной решетки, то защитный элемент 2, соответствующий примеру 2, при наклоне относительно оси, параллельной линиям дифракционной решетки, характеризуется изменением цвета: например, наблюдатель видит поверхность защитного элемента 2 при перпендикулярном падении света, то есть под углом падения =0°, в оранжевом цвете, при угле падения =10° – в смешанном цвете, состоящем примерно из 67% зеленого и 33% красного, и при угле падения =30° – почти спектрально чистый синий цвет.

Пример 4: инвариантная к повороту смена цветов при наклоне

В другом варианте выполнения защитного элемента 2 оптически активная структура 9 состоит, по меньшей мере, из двух перекрещивающихся дифракционных решеток. Дифракционные решетки перекрещиваются предпочтительно под углом в диапазоне от 10° до 30°. Каждая дифракционная решетка определяется, например, посредством глубины профиля t=150 нм и длины периода d=417 нм. Толщина слоя волновода составляет s=60 нм, так что параметры s и t волновода связаны соотношением t3s. При освещении белым неполяризованным светом 13 перпендикулярно линиям первой дифракционной решетки при наклоне относительно оси, параллельной линиям первой дифракционной решетки, имеет место изменение цвета, например, с красного на зеленый или наоборот. Это поведение сохраняется после поворота на угол перекрещивания, так как теперь ось наклона ориентирована параллельно линиям второй дифракционной решетки.

Пример 5: с асимметричным пилообразным профилем рельефа

В показанной на фиг. 4 форме выполнения защитного элемента 2 оптически активная структура 9 представляет собой комбинацию дифракционной решетки нулевого порядка с вектором 19 дифракционной решетки (фиг. 5) и с асимметричным пилообразным профилем 17 рельефа низкой пространственной частоты F200 линий/мм. Это имеет преимущества для наблюдения вышеописанных защитных элементов 2, так как для многих людей наблюдение вышеописанных защитных элементов 2 под углом отражения (фиг. 1) является весьма непривычным. Наивысшая допустимая пространственная частота F зависит от длины d периода (фиг. 3) оптически активной структуры 9. Согласно вышеназванным критериям для высокой эффективности длина L волновода 5 на периоде профиля 17 рельефа равна, по меньшей мере, от L=10d до 20d, предпочтительно от L=50d до 100d. При наибольшей длине периода d=450 нм, при L=10d или 20d, пространственную частоту F профиля 17 рельефа соответственно этому следует выбирать меньшей, чем F=1/L<220 линий/мм или 110 линий/мм.

В соответствии с высотой профиля 17 рельефа или углом блеска пилообразного профиля при освещении защитного элемента 2 посредством света 13, падающего под углом падения, измеренным относительно нормали 12 к поверхности, дифрагированный свет 14 отражается под большим углом ₁ отражения. Падающий свет 13 падает под углом + к перпендикуляру 18 к плоскости волновода 5, наклоненной из-за профиля 17 рельефа, и отражается как дифрагированный свет 14 под тем же углом к перпендикуляру 18. Измеренный относительно нормали 12 к плоскости угол отражения составляет ₁=2 +. Преимущество данного варианта выполнения состоит в упрощении рассмотрения оптического эффекта, созданного защитным элементом 2. Здесь следует отметить, что на чертеже, представленном на фиг. 4, не учитывается преломление в материалах слоистой структуры 1 (фиг. 1). С учетом эффектов преломления в слоистой структуре 1 для защитного элемента 2 применимы длины d периода примерно до d=500 нм, так как при этой длине периода даже синие составляющие света 14 дифракции первых порядков из-за полного отражения не могут выйти из слоистой структуры 1 (фиг. 1). Угол блеска имеет значение в пределах диапазона от =1° до =15°.

Фиг. 5 показывает оптически активную структуру 9, которая представляет собой комбинацию дифракционной решетки с асимметричным пилообразным профилем 17 рельефа. Азимутальная ориентация дифракционной решетки задается посредством вектора 19 дифракционной решетки. Структура 17 рельефа имеет азимутальную ориентацию, указываемую вектором 20 рельефа. Оптически активная структура 9 определяется еще одним параметром – углом , заключенным между вектором 19 дифракционной решетки и вектором 20 рельефа. Предпочтительные значения для азимутального разностного угла равны =0°, 45°, 90° и т.д.

В общем случае этим защитным элементам 2 (фиг.3) свойственна высокая эффективность дифракции примерно около 100%, по меньшей мере, для одной поляризации. Важнейшим параметром защитного элемента 2 для реализации свойства сдвига цвета является длина периода (фиг. 3). Толщина s слоя (фиг. 3) волновода и глубина t профиля (фиг. 3) для диэлектриков ZnS и TiO₂ не так критичны и оказывают лишь незначительное влияние на точное расположение цвета в видимом спектре, однако влияют на спектральную чистоту дифрагированного света 14 (фиг. 4).

Для этих защитных элементов 2 применимы параметры согласно таблице 1.

Параметр длина d периода определяет цвет дифрагированного света 14, отраженного в соответствии с нулевым порядком. Изменение параметра толщины s слоя волновода (фиг. 4) оказывает влияние главным образом на спектральную чистоту цвета дифрагированного света 14 и смещает местоположение цвета в спектре в незначительной мере. Глубина t профиля оказывает влияние на модуляцию волновода 5 и тем самым на его коэффициент полезного действия. Отклонения ±5% от значений, указанных в примерах, для d, s, t и незначительно влияют на описываемые оптические эффекты при наблюдении невооруженным глазом. Этот большой допуск в значительной степени облегчает изготовление защитного элемента 2.

На фиг.6 и 7 представлен пример выполнения защитного элемента 2 (фиг.3), на поверхности которого размещена комбинация множества участков 21, 22. Участки 21, 22 содержат волноводы 5 (фиг.3) и отличаются оптически активной структурой 9 (фиг.3) и азимутальной ориентацией вектора 19 дифракционной решетки 19 (фиг.5). Технически трудно реализовать в слоистой структуре 1 (фиг.1) различия в толщине s слоя волновода 5; они здесь особым образом не исключаются. Из слоистой структуры 1 вырезается маркер 23 и наклеивается на подложку 3. В показанном примере маркер 23 имеет два участка 21, 22. Для иллюстрации на фиг.6 использован защитный элемент 2 из ранее описанного примера 1, причем ориентация вектора 19 дифракционной решетки (фиг.5) первого участка 21 ортогональна вектору 19 дифракционной решетки второго участка 22. Направление наблюдения указано в плоскости, содержащей нормаль 12 к поверхности, след которой в плоскости чертежа на фиг. 6 и 7 обозначен пунктирной линией 24. В первом участке 21 белый неполяризованный падающий свет 13 (фиг. 1) падает перпендикулярно линиям решетки, а во втором участке 22 падающий свет 13 падает параллельно линиям решетки под углом падения =25°. Наблюдатель видит первый участок 21 в зеленом цвете, а второй участок 22 – в красном цвете. Так как слоистая структура 1 (фиг. 1) прозрачна, символы 8 на подложке распознаются под маркером 23.

После поворота подложки 3 с маркером 23 на угол 90°, как показано на фиг. 7, падающий свет 13 (фиг. 1) падает на первый участок 21 перпендикулярно линиям дифракционной решетки, а на второй участок 22 – параллельно линиям решетки, как это указано на фиг. 7 посредством угла между штриховками участков 21, 22 и линией 24. За счет поворота подложки на 90° цвета участков 21 и 22 меняются, то есть первый участок 21 светится красным цветом, а второй участок – зеленым.

В другой форме выполнения защитного элемента 2 совокупность множества одинаковых участков 21 может образовывать на маркере 23 круговое кольцо, причем векторы 19 дифракционной решетки направлены на центр кругового кольца. При направлении наблюдения вдоль диаметра кругового кольца, независимо от азимутального положения подложки 3, более удаленные (0°±20°) и смежные с ними (180°±20°) участки кругового кольца светятся в зеленом цвете, а самые удаленные от диаметра области соответственно (90°±20°) или (270°±20°) кругового кольца святятся в красном цвете. Лежащие между ними участки характеризуются вышеописанным смешанным цветом из двух смежных спектральных диапазонов. Цветовой шаблон инвариантен к повороту подложки 3 и кажется перемещающимся относительно символов 8 (фиг. 1). Круговое кольцо с изогнутыми линиями решетки формирует тот же эффект, если линии решетки расположены концентрично центру кругового кольца.

В другом варианте выполнения по фиг. 7 участки 21, 22 размещены, например, на фоне 25. Участки 21, 22 содержат оптически активную структуру 9 (фиг. 4) согласно примеру 5, причем вектор 20 рельефа (фиг. 5) одного участка 21 направлен противоположно вектору 20 рельефа другого участка 22. Оптически активная структура 9 фона 25 состоит только из дифракционной решетки, которая не модулирована структурой 17 рельефа (фиг. 5). Вектор 19 дифракционной решетки может быть ориентирован параллельно или перпендикулярно векторам 20 рельефа; угол (фиг. 5) может также иметь совершенно другие значения.

Разумеется, без какого-либо ограничения все вышеописанные формы выполнения защитных элементов 2 могут предпочтительным образом комбинироваться, так как конкретные, зависящие от азимута или от угла наклона оптические эффекты за счет взаимного соотнесения становятся значительно боле заметными и поэтому легко распознаваемыми.

Наконец, другие варианты выполнения защитных элементов 2 имеют также участки 26 поля (фиг. 6) со структурами решетки с пространственными частотами в диапазоне от 300 линий/мм до 1800 линий/мм и азимутальными углами в диапазоне от 0° до 360°, которые применяются в поверхностных образцах, описанных в вышеупомянутых патентных документах ЕР 0105099 А1 и ЕР 0375833 А1. Участки 26 поля простираются по защитному элементу 2 или по участкам 21, 22, 25 и образуют известный оптически изменяющийся образец, который при повороте или наклоне изменяется предварительно определенным образом при одинаковых условиях наблюдения, независимо от оптических эффектов волноводной структуры. Преимущество этой комбинации состоит в том, что поверхностные образцы повышают защищенность от подделки защитного элемента 2.

Формула изобретения

1. Дифракционный защитный элемент (2), содержащий оптический волновод (5) из прозрачного диэлектрика, интегрированный в слоистую структуру (1) и размещенный между освещаемым прозрачным основным слоем (4) и защитным слоем (6), причем диэлектрик по показателю преломления отличается от показателя преломления пластика, из которого выполнены указанные прилегающие слои (4; 6) и на участках (21; 22; 25) прилегает к оптически активной структуре (9), граничащей с основным слоем (4) поверхности, отличающийся тем, что в волноводе (5) прозрачный диэлектрик имеет равномерную толщину (s) слоя и значение показателя преломления, по меньшей мере, 2, волновод модулирован посредством оптически активных структур (9) и оптически активная структура (9) в качестве основной структуры содержит дифракционную решетку нулевого порядка с вектором (19), длиной (d) периода в диапазоне от 100 нм до 500 нм и глубиной (t) профиля в диапазоне от 20 нм до 1 мкм, волновод (5) имеет минимальную длину (L), по меньшей мере, 10-20 длин (d) периода дифракционной решетки нулевого порядка, при этом, по меньшей мере, на одном из участков (21; 22; 25) глубина (t) профиля и толщина (s) слоя для модуляции волновода (5) находятся в заданном соотношении t3s, или st, или s2t.

2. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1, отличающийся тем, что значения длины (d) периода, глубины (t) профиля и (s) слоя имеют допуск ±5%.

3. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина (s) слоя имеет значения в диапазоне от 65 до 85 нм, а глубина (t) профиля имеет значения в диапазоне от 60 до 90 нм, при этом для длины (d) периода выбрано значение в диапазоне от 260 до 370 нм.

4. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина (s) слоя составляет 115 нм, глубина (t) профиля – 65 нм, а длина (d) периода – 345 нм.

5. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина (s) слоя имеет значение 60 нм, глубина (t) профиля – значение 150 нм, а длина (d) периода – значение 417 нм.

6. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1, отличающийся тем, что основная структура оптически активной структуры (9) представляет собой дифракционную решетку, состоящую из двух пересекающихся дифракционных решеток нулевого порядка.

7. Дифракционный защитный элемент (2) по п.6, отличающийся тем, что угол пересечения дифракционных решеток нулевого порядка лежит в диапазоне от 10 до 30°.

8. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1, отличающийся тем, что оптически активная структура (9) представляет собой наложение основной структуры с пилообразной рельефной структурой (17) на вектор (20) рельефа, при этом рельефная структура (17) имеет пространственную частоту (F), которая меньше обратного значения минимальной длины (L) волновода (5).

9. Дифракционный защитный элемент (2) по п.8, отличающийся тем, что пилообразная рельефная структура (17) выполнена асимметричной с углом (у) блеска, имеющим значение в диапазоне от 1 до 15°.

10. Дифракционный защитный элемент (2) по п.8 или 9, отличающийся тем, что вектор (19) дифракционной решетки и вектор (20) рельефа образуют азимутальный разностный угол (), равный одному из значений ряда 0°, 45°, 90° и т.д.

11. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве диэлектрика волновода используется ZnS или TiO₂.

12. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1, отличающийся тем, что волновод (5) содержит участки (21; 22), причем волноводы (5) на участках (21; 22) отличаются друг от друга по оптически активной структуре (9).

13. Дифракционный защитный элемент (2) по п.12, отличающийся тем, что волновод (5) на одном участке (21; 22) отличается от волновода (5) на другом участке (21; 22) по азимутальной ориентации векторов (19) дифракционных решеток.

14. Дифракционный защитный элемент (2) по п.12 или 13, отличающийся тем, что вектор (19) дифракционной решетки одного участка (21) ориентирован ортогонально вектору (19) дифракционной решетки одного из других участков (22;25).

15. Дифракционный защитный элемент (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что на участках (21, 22, 25) расположены участки (26) полей со структурами решеток с пространственной частотой в диапазоне от 300 линий/мм до 1800 линий/мм и азимутальными углами в диапазоне от 0 до 360°.

РИСУНКИ