Оптически изменяющийся орнамент

 

На носителе 4 выполнен тисненный элемент наборного орнамента, который разделен на М растровых полей 6. Каждое растровое поле 6 разделено на N ячеек поля 7, сопряженных каждая с участком одного из N изображений 3, и имеет соответственно дифракционный элемент 8, который содержит информационные данные о значении оптической плотности цвета, о градации значения яркости и о направлении наблюдения 15. N изображений 3 составлены из пучков рассеянного света и представляют собой, например, отдельные буквенно-цифровые знаки, части текста, виды объектов или лиц и т.д., которые видимы с N направлений наблюдения 15. Элементы наборного орнамента могут рассматриваться в отраженном или проходящем свете. Носитель 4 может быть выполнен в виде наклеивающейся этикетки. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оптически изменяющемуся элементу наборного орнамента с микроскопической рельефной структурой, пригодного, например, для повышения исключающей подделку надежности и особого обозначения предметов всевозможного типа, и могут использоваться, в частности, в ценных бумагах, удостоверениях личности, средствах платежа и аналогичных предохраняемых изделиях.

Тисненные рельефные структуры с оптически эффективным покрытием вызывают дифракцию падающего на структуру света. Дифракционные свойства этих рельефных структур опpеделяются среди прочего пространственной частотой, т.е. количеством линий на мм, формой профиля рельефной структуры и амплитудой или разницей в высоте в рельефной структуре, а также азимутальной ориентацией рельефной структуры на предохраняемом предмете.

Рельефные структуры имеют, например, формы поперечного сечения известных периодических функций с эффективными для дифракции видимого света пространственными частотами более 10 линий на мм. Обусловленные изготовлением границы определяют практически используемый диапазон примерно величиной 5000 линий/мм. Однако могут использоваться также формы поперечного сечения с апериодическими функциями, которые локально содержат смесь пространственной частоты из этого диапазона, как, например, матовые структуры. Различие по высоте этих рельефных структур достигает от 50 до 10000 нм.

Эти структуры могут, например, изготавливаться с небольшими затратами путем формования термопластичного слоя синтетического материала с помощью нагреваемого штампа для тиснения, который при этом имеет рельефный, сформованный гальванически из матовой структуры негатив защитного элемента.

С другой стороны известны голограммы для создания пространственного восприятия изображения. Оптическая, касающаяся каждой точки голографически зарегистрированного, диффузно отражающего объекта информация распределена по всей активной поверхности голограммы, так что уменьшение поверхности голограммы лишь незначительно уменьшает часть изображения, однако сокращает полезную зону угла зрения.

Способ получения рельефной структуры из голограммы описан в патенте США N 4094575. Эта рельефная структура может быть выдавлена в синтетической пленке и размножена. Такие структуры при освещении с помощью плоскостных светильников, как, например, флуоресцентные светильники, могут быть различимы лишь с трудом.

Целью изобретения является создание трудно копируемого, изменяющегося заранее определенным образом светопреобразующего элемента наборного орнамента по меньшей мере с двумя различными, графически оформленными изображениями, которые видимы под различными углами наблюдения, а неподдельность которого при нормальном освещении дневным или искусственным светом может быть оптически обнаружена даже неспециалистами.

Изобретение охарактеризовано в пункте 1 формулы изобретения. Усовершенствованные варианты изобретения вытекают из дополнительных пунктов формулы изобретения.

Ниже примеры выполнения изобретения более подробно поясняются с помощью чертежей. Фиг. 1 раскрывает элемент наборного орнамента с графическим изображением, которое разделено на частные поверхности и растровые поля; фиг. 2 структуру растрового поля в деталях и дифракцию падающего света на дифракционном элементе.

На фиг. 1 позицией 1 обозначен контур поверхности наборного орнамента, позицией 2 различные частные поверхности графически оформленного изображения, позициями 3, 4 носитель элемента наборного орнамента, позицией 5 предмет, который имеет элемент наборного орнамента в качестве не допускающего подделки элемента, позицией 6 несколько растровых полей, позицией 7 дифракционные ячейки растрового поля 6 и позицией 8 - дифракционный элемент.

В показанном в качестве примера исполнения изображен дом, состоящий из трех частных поверхностей 2, а именно крыши, стены и двери, а также с помощью четвертой частной поверхности 2 изображен фон. Каждая частная поверхность 2 разделена на растровые поля 6, причем границы между частными поверхностями 2 и контур 1 составлены из границ растровых полей 6. Предпочтительно все частные поверхности 2 имеют одинаковые по величине растровые поля 6.

Элемент наборного орнамента, например, может быть только частью более крупного, графически оформленного, изготовленного по другой технологии сюжета. Контур 1 по меньшей мере частично окружен этим сюжетом. Не относящиеся к элементу наборного орнамента части сюжета могут быть оформлены с помощью традиционного способа печати.

Весь элемент наборного орнамента составлен из М растровых полей 6, причем М по меньшей мере имеет значение два. Для получения графически выполненного элемента наборного орнамента, отвечающего самым высоким требованиям, ограниченное окаймлением поле должно быть разделено на большое количество растровых полей 6, чтобы растровые поля 6 невооруженным глазом не воспринимались в качестве помех примерно с расстояния наблюдения 30 см.

В примере все М растровых полей 6 одинаковы по величине. Они покрывают поверхность в пределах контура 1 и имеют форму круга или правильного многоугольника, причем диаметр или наибольшая диагональ составляет менее 0,3 мм. Поэтому квадратный чертеж с длиной сторон 12 мм имеет для величины М значения более 1600.

Каждое растровое поле 6 разделено по меньшей мере на две дифракционные ячейки 7 поля, которые на фиг. 2 обозначены позициями 7а 7f. Предпочтительно в качестве формы растровых полей 6 применим правильный многоугольник, так как эти многоугольники легко могут быть разделены на покрывающие поверхность правильные другие многоугольники ячеек 7 поля. Хорошо пригодны для этих целей треугольники, четырехугольники или шестиугольники.

Каждая ячейка 7 поля содержит оптически активный дифракционный элемент 8, который имеет рельефную структуру 9 с пространственной частотой более 100 линий на мм. Дифракционный элемент 8 отклоняет падающий свет 10 заранее определенным рельефной структурой 9 способом.

По соображениям выполнения чертежа на фиг. 2 в качестве плоскости обреза изображена одна из узких сторон центрального растрового поля 6, которое разделено на шесть ячеек 7а 7f поля, чтобы показать структуру носителя 4. Точно также для лучшего понимания растровые поля 6 обозначены двойной разделительной линией и разделение ячеек 7а-7f обозначено жирной линией. В действительности разделения определены только различными рельефными структурами 9.

Тиснение рельефных структур 9 элемента наборного орнамента осуществляется на носителе 4, который затем покрывается защитным слоем 11. Имеющийся между защитным слоем 11 и тисненой на носителе 4 рельефной структурой оптически эффективный промежуточный слой определяет способ рассмотрения элемента наборного орнамента.

Элемент наборного орнамента может рассматриваться на просвет, если защитный слой 11 и носитель 4 состоят из оптически прозрачных материалов, которые имеют различный показатель преломления. Имеющийся при переходе от защитного слоя 11 в носитель 4 скачок показателя преломления действует как оптически эффективный промежуточный слой.

Если оптически эффективным слоем является нанесенный до или после тиснения на носитель тонкий отражающий металлический слой, например, из алюминия, золота, никеля, серебра и т.д. тогда элемент наборного орнамента может рассматриваться в отражении через защитный слой 11. Дифракционные элементы 8 отражают падающий свет 10, который в результате дифракции был преобразован, с большой интенсивностью.

Носитель 4 может закрепляться также на непрозрачных предметах 5 и поэтому может использоваться разнообразно. Носитель 4, например, на нетисненной стороне может быть оснащен клеевым слоем 12 и наклеиваться в виде самоприклеивающейся этикетки на предохраняемый предмет 5. При попытке отделить носитель 4 от предмета 5 силы сцепления клеевого слоя 12 деформируют носитель 4 с рельефными структурами 9 и тем самым разрушают элемент наборного орнамента.

Элемент наборного орнамента имеет базовое направление 13 в плоскости носителя 4. Относительно базового направления 13 может быть определено направление ориентации 14 каждой рельефной структуры 9 с помощью азимутального угла Ф между обоими направлениями 13 и 14.

В проекте элемента наборного орнамента его общая поверхность разделена на М растровых полей 6, причем каждое растровое поле 6 в свою очередь имеет N ячеек 7а 7f поля. Оба числа М и N являются целыми и больше 1.

Элемент наборного орнамента содержит N изображений 3, причем одно из них показано на фиг. 1. Каждое из N изображений разделено на М растровых полей или иллюстраций в соответствии с делением растровых полей 6. Каждое из N изображений сопряжено с одной из N ячеек 7а 7f поля соответствующей растровому полю 6 иллюстрации. Каждая иллюстрация имеет в качестве параметра значение оптической плотности цвета и значение яркости поверхности.

Направление падающего на элемент наборного орнамента света 10 (фиг. 2) и предусмотренное для изображения 3 направление наблюдения 15, которое отнесено к направлению ориентации 14, и значение оптической плотности цвета иллюстрации определяют важные параметры рельефной структуры 9 сопряженного с соответствующей иллюстрацией дифракционного элемента 8.

Если рельефные структуры 9 являются простыми прямолинейными дифракционными решетками, в качестве параметров рельефных структур 9 достаточными являются пространственная частота, азимутальный угол Φ и рельефный профиль. Пространственная частота и длина волны света 10 определяют угол дифракции q.

Особенно предпочтительными являются асимметричные профили, так как при надлежащем выборе параметров профиля падающий с определенных направлений свет 10 на этих профилях или почти полностью дифрагируется в заранее определенном пространственном направлении 17, или может достигаться заранее определенное, отличающееся от 1:1 соотношение между интенсивностями дифрагированного в плюс первый или минус первый порядок дифракции света.

Пространственное напряжение 17 дифрагированного света 16 определено азимутальным углом F и углом дифракции q, причем азимутальный угол F имеет заранее определенное значение в диапазоне от 0 до 360^o. При симметричных профилях падающий вертикально свет 10 равномерно делится на два возможных пространственных направления 17 (Θ, Φ и Θ, Φ+180°). Симметричные профили могут быть распознаны по тому, что каждое изображение 3 видимо в двух различных направлениях 15 наблюдения. Напротив, при асимметричных профилях с соответственно выбранными параметрами каждое из изображений видимо только в одном единственном направлении 15 наблюдения. Хотя элемент наборного орнамента, который сочетает как симметричные, так и асимметричные профили, более дорогой в изготовлении, однако дает особенно бросающиеся в глаза оптические эффекты.

Пространственная частота в пределах дифракционного элемента 8 может быть модулирована с помощью заранее определенной амплитуды А пространственной частоты, так что рассеянный свет 16 делится в заранее определенном амплитудой А диапазоне угла Θ дифракции. Это особенно предпочтительно тогда, когда носитель очень тонкий, и предмет 5 не совсем плоский, так, например, бумага смятой банкноты. Несмотря на неровности, элемент наборного орнамента остается легко различимым, так как часть рассеянного света 16 в диапазоне угла q дифракции падает в направлении наблюдения 15 и таким образом компенсирует неровности носителя 4.

Представляемые при заранее определенном направлении падающего света 10 и направлении наблюдения 15 величины яркости сопряженных с растровой поверхностью 6 иллюстрацией определяют относительную величину ячеек 7a 7f или, если каждая из растровых поверхностей 6 постоянно разделена на N ячеек 7а 7f, поверхности рассеяния 18 дифракционного элемента 9 в каждой из ячеек 7a 7f.

Рассеянный под заранее определенным углом q свет 16 имеет интенсивность, которая, не считая условий освещения и наблюдения и формы профиля, зависит от эффективной поверхности рассеяния 18 дифракционного элемента 8 и дифракционной эффективности рельефной структуры 9.

Если, например, часть N поверхностей рассеяния 18 в растровом поле 6 определяется величиной яркости иллюстрации каждого изображения 3, рассматриваемые в заранее определенном направлении 15 растровые поля 6 имеют отличия в их относительной яркости.

В другом варианте исполнения N ячеек 7а 7f одинаковы по величине, однако рельефные структуры 9 заранее определяются с помощью связанной с величиной яркости иллюстрации дифракционной эффективности.

С каждым растровым полем 6 (фиг. 1) сопряжена заранее определенная иллюстрация каждого из N различных изображений 3. Поэтому каждое растровое поле 6 имеет в каждой из N частей поля 7 дифракционный элемент 8, который соответствует заранее определенной иллюстрации этих N изображений 3, и рельефная структура 9 которого и величина поверхности рассеяния 18 заранее определены параметрами иллюстрации. Поэтому каждое растровое поле 6 содержит всю информацию о соответствующей иллюстрации изображений.

Так как каждое из N изображений 3 имеет по меньшей мере одно сопряженное с ним направление наблюдения 15, наблюдатель элемента наборного орнамента при нерассеянном освещении видит в одном из N направлений наблюдения 15 только одно из N изображений 3. Благодаря наклонению или повороту носителя 4 для наблюдателя последовательно становятся видимыми все N изображений 3.

На фиг. 2, например, N 6, потому что элемент наборного орнамента содержит шесть изображений 3. Дифракционный элемент 8, который соответствует иллюстрации первого изображения 3, сопряжен с частью поля 7а. Ячейка 7b определена для иллюстрации второго изображения 3 и т.д. N ячеек 7а 7f одинаковы по величине. Соответствующая относительной яркости поверхность рассеяния 18 меньше или равна поверхности ячеек 7а 7f. На фиг. 2 поверхности рассеяния 18 воспроизведены заштрихованными. Незанятая дифракционным элементом 8 часть 19 поверхности ячеек поля 7а, 7с и 7d является совершенно гладкой и отражает падающий свет 10. Так как направление отраженного света определено законом отражения, его направление также заранее определено и не может совпадать ни с одним из направлений наблюдения 15, так как отражение мешает распознаванию изображения 3.

Можно на части 19 поверхности осуществить тиснение матовой структуры, которая рассеивает падающий свет 10 равномерно во всех направлениях и при рассмотрении одного из N изображений не мешает вследствие небольшой интенсивности.

N изображениями могут быть различные перспективы одного и того же объекта, причем, например, направления наблюдения соответствующих видов объекта могут совпадать с направлениями наблюдения 15. Путем изменения направления наблюдения 15, например, в результате поворота элемента наборного орнамента или движения головы получают в противоположность голограмме скачком изменяющийся вид объекта с соответствующего направления наблюдения 15. Если, например, объектом является человеческий облик, то изменяющийся объект особенно необычно действует на наблюдателя.

В другом варианте исполнения с N направлений наблюдения 15 изменяется только рельеф объекта при заранее определенной перспективе, причем возникает впечатление изменяющегося направления освещения объекта.

Особенно хорошо подходят для N изображений 3, которые соответствуют N направлениям наблюдения 15, также отдельные цифры, буквы, фирменные знаки, части текстов и т. д. которые в соответствии с направлением наблюдения 15 последовательно становятся видимыми для наблюдателя при повороте элемента наборного орнамента.

При использовании элемента наборного орнамента на банкноте иноязычной страны каждое из N изображений 3 может показывать, например, значение банкноты в цифрах или в словах на одном из языков страны.

Направления наблюдения 15 могут быть расположены парами таким образом, что при нормальном расстоянии наблюдения оба направления наблюдения 15 каждой пары как раз совпадают с продленными осями обоих направленных на элемент наборного орнамента глаз наблюдателя. Если видимые с обоих направлений 15 изображения 3 образуют стереоскопическую пару того же объекта, наблюдатель элемента наборного орнамента получает пространственное впечатление об объекте в направлении наблюдения, которое заранее определено для каждой из этих пар.

Наконец, N изображений 3, которые соответствуют направлениям наблюдения 15, могут содержать временную последовательность ситуаций. Наблюдатель при вращении элемента наборного орнамента видит происходящее во времени действие, причем для него последовательно видимо соответствующее направлению наблюдения 15 изображение 3.

В качестве графического изображения 3 предпочтительно служит растрированная черно-белая фотография объекта, причем отдельные иллюстрации имеют величину яркости по меньшей мере двух градаций.

N изображений 3 элемента наборного орнамента могут составляться также из приведенных выше примеров. При этом могут смешиваться также изображение и текст. Границы заданы только технически возможной разрешающей способностью в частях поверхности 7 при заранее заданной пространственной частоте.

Упомянутое выше направление падающего света 10 и упомянутые направления наблюдения 15 относятся к определенной элементом наборного орнамента системе координат, причем параметры рельефных структур 9 соответствующих иллюстраций выбираются соответственно для определенного направления падающего света 10 таким образом, что наблюдатель, который обводит взглядом пространственно зафиксированный элемент наборного орнамента, воспринимает описанные изменения.

В другом варианте исполнения заранее определенные параметры рельефных структур 9 способствуют тому, что N изображений 3 последовательно становятся видимыми также при пространственно зафиксированном направлении падающего света 10 и неподвижном положении наблюдателя, если плоскость элемента наборного орнамента перемещается в результате наклона вокруг своих осей. При этом одновременно изменяются направления падающего света 10 и направление наблюдения 15 относительно определенной элементом наборного орнамента системы координат.

Два особенно бросающихся в глаза следствия последовательно видимых N изображений 3 при наклонении вертикальной оси плоскости элемента наборного орнамента упомянуты в качестве примера: перспектива вида объекта не изменяется при наклонении, перспектива изменяется таким образом, как если бы объект поворачивался вместе с элементом наборного орнамента.

Изготовление элемента наборного орнамента осуществляется, например, описанными ниже ступенями.

Вначале N изображений 3, напримеp, с помощью оптических средств приводятся к заранее определенным размерам и делятся на равные по величине участки. Для каждого участка определяется значение оптической плотности цвета и градации значения яркости. Затем для каждого изображения 1 устанавливается предусмотренное направление наблюдения 15.

Эти информационные данные определяют параметры рельефной структуры 9, относительную величину дифракционного элемента 8 и тем самым величину части 19 поверхности для каждой части поля 7 в каждом растровом поле. Оба параметра рельефной структуры 9, пространственная частота и форма профиля определяют тип матрицы для формования поверхности рассеяния 18 на элементе поверхности термопластичного покровного слоя с помощью известной аппаратуры. Третий параметр определяет направление ориентации 14 или азимутальный угол Ф, на который матрица должна поворачиваться перед формованием. Выполняемые с помощью этой аппаратуры технологические операции с целью изготовления маточной структуры элемента наборного орнамента могут контролироваться с помощью цифровой системы управления.

Матовая структура частей 19 поверхности может формоваться матрицей как одна из рельефных структур 9 на покровном слое.

Эта работа выполняется предпочтительно с помощью компьютерной программы для оформления элемента наборного орнамента.

Можно также вначале сформовать матовую структуру на покровном слое, причем это осуществляется в традиционной аппаратуре или в процессе вышеупомянутой отдельной технологической операции с помощью валиков для тиснения. Затем осуществляется перетиснение поверхности покровного слоя для каждой поверхности 18 рассеяния с помощью соответствующей матрицы.

Из маточной структуры известным способом изготавливают созданные гальваническим путем негативы для штампов для тиснения, и осуществляются тиснение и отделка элементов наборного орнамента.

Формула изобретения

1. Оптически изменяющийся орнамент, выполненный тиснением на носителе из синтетического материала в виде образца поверхности с дифракционными решетками, сформированными растровыми полями с микрорельефной структурой в виде круга или правильного многоугольника с наибольшим размером менее 0,3 мм, причем дифракционные элементы решеток выполнены с пространственной частотой, превышающей 10 линий на 1 мм, отличающийся тем, что каждое растровое поле дополнительно разделено по меньшей мере на две дифракционные ячейки с одним дифракционным элементом в каждой из них, сопряженным с определенным элементом одного из изображений орнамента и выполненным с параметрами рельефной структуры, соответствующими характеристикам этого элемента, и заданными значениями пространственной ориентации дифракции для восприятия каждого элемента изображения под определенным направлением наблюдения.

2. Орнамент по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один рельефный профиль дифракционных элементов выполнен асимметричным под заданным углом азимута.

3. Орнамент по п. 1, отличающийся тем, что относительная величина поверхности рассеяния каждого дифракционного элемента в растровом поле соответствует заданной относительной яркости растрового поля для каждого участка изображения.

4. Орнамент по пп. 1 3, отличающийся тем, что в каждой части растрового поля не занятый дифракционным элементом участок поверхности имеет матовую структуру.

5. Орнамент по пп. 1 4, отличающийся тем, что носитель на нетисненной стороне орнамента имеет клеевой слой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2001

(73) Патентообладатель:Фирма "ОФД Кинеграм АГ (CH)

Договор № 11881 зарегистрирован 26.01.2001

Извещение опубликовано: 27.05.2001