Защитный элемент с микро- и макроструктурами

Защитный элемент с микро- и макроструктурами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Подобные защитные элементы состоят из тонкой многослойной структуры из пластика, причем в многослойную структуру встроены, по меньшей мере, рельефные структуры из группы дифракционных структур, рассеивающие свет структуры и плоские отражающие поверхности. Вырезанные из тонкой многослойной структуры защитные элементы наклеиваются на предметы для удостоверения подлинности предметов.

Строение тонкой многослойной структуры и применяемые для этого материалы описаны, например, в US 4856857. Из GB 2129739 А известно нанесение тонкой многослойной структуры на предмет с помощью несущей пленки.

Структура вышеназванного типа известна из ЕР 0429782 В1. Наклеиваемый на документ защитный элемент имеет, например, известный из ЕР 0105099 А1 оптически изменяемый поверхностный образец из мозаично размещенных поверхностных элементов с известными дифракционным структурами. Для того чтобы фальшивый документ для имитации кажущейся истинности нельзя было снабдить без заметных следов подделки вырезанным из истинного документа или отделенным от истинного документа защитным элементом, в защитный элемент и смежные с ним части документа наносится тиснением защитный профиль. Истинный документ отличается наличием защитного профиля, плавно переходящего от защитного элемента на смежные части документа. Тиснение защитного профиля мешает распознаванию оптически изменяющегося поверхностного образца. В частности, положение штампа для тиснения на защитном элементе варьируется от экземпляра к экземпляру документа.

Также известно снабжение защитных элементов признаками, которые затрудняют или делают вообще невозможными имитацию или копирование обычными голографическими средствами. Например, в ЕР 0360969 А1 и WO 99/38038 описаны структуры асимметричных оптических решеток. Поверхностные элементы имеют там решетки, которые при использовании под различными азимутальными углами образуют в поверхностном образце защитного элемента модулированный по яркости узор. В голографической копии модулированный по яркости узор не воспроизводится. Если, как описано в WO 98/26373, структуры решетки меньше, чем длина волны используемого для копирования света, то такие субмикроскопические структуры не определяются и тем самым в том же самом виде не воспроизводятся в копии.

Описанное в названных в качестве примера документах ЕР 0360969 А1, WO 98/26373 и WO 99/38038 устройство защиты от голографического копирования реализуется с производственно-техническими сложностями.

В основе изобретения лежит задача создать экономичный новый защитный элемент, который должен обладать высокой устойчивостью по отношению к попыткам подделок, например, посредством способа голографического копирования.

Эта задача решается посредством защитного элемента из многослойной структуры с помещенными между слоями многослойной структуры микроскопически тонкими оптически действующими структурами поверхностного образца, причем оптически действующие структуры сформированы на поверхностных элементах защитного знака в образованной осями координат плоскости поверхностного образца в отражающей граничной плоскости между слоями, и, по меньшей мере, один поверхностный элемент с размерами более 0,4 мм имеет дифракционную структуру, образованную аддитивной или субтрактивной суперпозицией описывающей макроскопическую структуру функции суперпозиции с микроскопически тонким рельефным профилем, при этом функция суперпозиции, рельефный профиль и дифракционная структура являются функцией координат, и рельефный профиль описывает оптически действующую структуру, обеспечивающую дифракцию света или рассеяние света, сохраняющую соответственно функции суперпозиции, предварительно определенный рельефный профиль, и, по меньшей мере, кусочно-непрерывная функция суперпозиции, по меньшей мере, на участках изгибается, не является периодической треугольной или прямоугольной функцией и по сравнению с рельефным профилем является медленно изменяющейся.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Примеры выполнения изобретения изображены на чертежах, которые описаны ниже более подробно. На чертежах показано следующее:

Фиг. 1 - защитный элемент в поперечном сечении,

Фиг. 2 - защитный элемент на виде сверху,

Фиг. 3 - отражение и дифракция на решетке,

Фиг. 4 - освещение и наблюдение защитного элемента,

Фиг. 5 - отражение и дифракция на дифракционной структуре,

Фиг. 6 - защитный знак под различными углами наклона,

Фиг. 7 - функция суперпозиции и дифракционная структура в поперечном сечении,

Фиг. 8 - центрирование защитного элемента посредством метки,

Фиг. 9 - локальный угол наклона функции суперпозиции,

Фиг. 10 - центрирование защитного элемента посредством цветового контраста в защитном знаке,

Фиг. 11 - дифракционная структура с симметричной функцией суперпозиции,

Фиг. 12 - защитный знак с изменением цвета,

Фиг. 13 - асимметричная функция суперпозиции.

На фиг. 1 обозначено: 1 - многослойная структура, 2 - защитный элемент, 3 - подложка, 4 - покрывающий слой, 5 - слой формования (оттиска), 6 - защитный слой, 7 - клеящий слой, 8 - отражающая граничная поверхность, 9 - оптически действующая структура и 10 - прозрачный участок в отражающей граничной поверхности 8. Многослойная структура 1 состоит из нескольких пластов различных, нанесенных друг за другом на не показанную на чертеже несущую пленку слоев синтетического материала (пластика) и включает в себя в типовом случае в приведенной последовательности покрывающий слой 4, слой 5 формования, защитный слой 6 и клеящий слой 7. Покрывающий слой 4 и слой 5 формования являются прозрачными для падающего света 11. В случае, если также защитный слой 6 и клеящий слой 7 выполнены прозрачными, через прозрачный участок 10 становятся различимыми не показанные на чертеже нанесенные на поверхность подложки 3 знаки. В качестве несущей пленки в одном варианте выполнения служит сам покрывающий слой 4, в другом варианте выполнения несущая пленка служит для наклеивания тонкой многослойной структуры 1 на подложку 3 и затем удаляется с многослойной структуры 1, как это описано, например, в упомянутом выше документе GB 2129739 А.

Общая плоскость контакта между слоем 5 формования и защитным слоем 6 соответствует граничной поверхности 8. В слое 5 формования отформованы (оттиском) оптически действующие структуры 9 с высотой H_St структуры оптически изменяемого образца. Так как защитный слой 6 заполняет впадины оптически действующей структуры 9, граничная поверхность 8 имеет форму оптически действующих структур 9. Чтобы получить высокую эффективность оптически действующих структур 9, граничная поверхность 8 снабжена металлическим слоем, предпочтительно из материалов, приведенных в таблице 5 вышеупомянутого документа US 4856857, в частности алюминия, серебра, золота, меди, хрома, титана и т.д., который в качестве отражающего слоя разделяет слой 5 формования и защитный слой 6. Электропроводность металлического слоя обуславливает высокую отражательную способность для падающего света 11 видимого диапазона на граничной поверхности 8. Однако вместо металлического слоя также пригодны один или несколько слоев из известных прозрачных неорганических диэлектриков, которые приведены, например, в таблице 1 вышеупомянутого документа US 4856857, или отражающий слой имеет многослойное интерференционное покрытие, например, в виде двухслойной комбинации из металла и диэлектрика или комбинации металл-диэлектрик-металл. Отражающий слой в одном варианте выполнения структурирован, то есть покрывает граничную поверхность 8 лишь частично в предварительно определенных зонах граничной поверхности 8.

Многослойный материал 1 изготавливается в виде слоистого пластика в форме длинной полосы пленки с множеством расположенных рядом друг с другом копий оптически изменяемых образцов. Защитные элементы 2, например, вырезаются из полосы пленки и посредством клеящего слоя 7 связываются с подложкой 3. Подложка 3, чаще всего в форме документа, банкноты, банковской карточки, удостоверения или иного важного или представляющего ценность предмета, снабжается защитным элементом 2, чтобы удостоверить истинность данного предмета.

На фиг. 2 показан фрагмент подложки 3 с защитным элементом 2. Через покрывающий слой 4 (фиг. 1) и слой 5 формования (фиг. 1) виден поверхностный образец 12. Поверхностный образец 12 расположен в плоскости осей координат х, у и содержит защитный знак 16 из распознаваемого невооруженным глазом в контуре, по меньшей мере, одного поверхностного элемента 13, 14, 15, то есть размеры поверхностного элемента, по меньшей мере, в одном направлении превышают 0,4 мм. Защитный знак 16 на фиг. 2 для наглядности изображен обрамленным двойной рамкой. В другом варианте выполнения защитный знак 16 окружен мозаикой из поверхностных элементов 17-19, как описано в вышеупомянутом документе ЕР 0105099 А1. На поверхностных элементах 13-15 и в необходимом случае на поверхностных элементах 17-19 в граничной плоскости 8 сформированы оптически действующие структуры 9 (фиг.1), например микроскопически тонкие дифракционные решетки, микроскопически тонкие рассеивающие свет рельефные структуры или плоские зеркальные участки.

С помощью фиг. 3 ниже описано, каким образом падающий на граничную поверхность 8 (фиг.1) свет 11 отражается и предварительно определенным образом отклоняется посредством оптически действующей структуры 9. Падающий свет 11 падает в плоскости 20 дифракции, расположенной перпендикулярно поверхности многослойной структуры 1 с защитным элементом 2 (фиг. 1) и содержащей нормаль 21 к поверхности, на оптически действующую структуру 9 в многослойной структуре 1. Падающий свет 11 представляет собой параллельный пучок лучей и составляет с нормалью 21 к поверхности угол падения α. Если оптически действующая структура 9 является плоской зеркальной поверхностью, параллельной поверхности многослойной структуры, то нормаль 21 к поверхности и направление отраженного света 22 образуют стороны угла отражения β, причем β=-α. Если оптически действующая структура 9 является одной из известных решеток, то такая решетка отклоняет падающий свет 11 согласно различным порядкам дифракции 23-25, определяемым пространственной частотой f решетки, причем при условии, что описывающий решетку вектор решетки лежит в плоскости 20 дифракции. Содержащиеся в падающем свете 11 длины волн λ отклоняются под предварительно определенными углами согласно различным порядкам дифракции 23-25. Например, решетка отклоняет фиолетовый свет (λ=380 нм) одновременно как луч 26 соответственно плюс первому порядку дифракции 23, как луч 27 соответственно минус первому порядку дифракции 24 и как луч 28 соответственно минус второму порядку дифракции 25. Составляющие света с большими длинами волн λ падающего света 11 выходят в направлениях с увеличенными углами дифракции относительно нормали 21 к поверхности, например красный свет (λ= 700 нм) в направлениях, обозначенных стрелками 29, 30, 31. Полихроматический падающий свет 11 вследствие дифракции на решетке разветвляется на световые лучи различных длин волн λ падающего света 11, то есть видимая часть спектра простирается в диапазоне от фиолетового светового луча (стрелка 26, или 27, или 28) до красного светового луча (стрелка 29, или 30, или 31) в каждом порядке дифракции 23, или 24, или 25. Свет, дифрагированный согласно нулевому порядку дифракции, представляет собой свет 22, отраженный под углом отражения β.

На фиг. 4 показана дифракционная решетка 32, сформированная на поверхностных элементах 17-19 (фиг. 2), микроскопически тонкий рельефный профиль R(x,y) которой имеет, например, синусообразное периодическое сечение профиля с постоянной высотой h профиля и пространственной частотой f. Исследованный рельеф дифракционной решетки 32 определяет среднюю плоскость 33, расположенную параллельно покрывающему слою 4. Параллельно падающий свет 11 проникает через покрывающий слой 4 и слой 5 формования и отклоняется на оптически действующей структуре 9 (фиг. 1) дифракционной решетки 32. Параллельные дифрагированные световые лучи 34 длины волны λ выходят из защитного элемента 2 в направлении наблюдения наблюдателя 35, который при освещении поверхностного образца 12 (фиг. 2) параллельно падающим светом 11 наблюдает цветные, ярко светящиеся поверхностные элементы 17, 18, 19.

На фиг. 5 плоскость 20 дифракции лежит в плоскости чертежа. По меньшей мере, на одном из поверхностных элементов 13-15 (фиг. 2) защитного знака 16 (фиг. 2) сформирована дифракционная структура S(x,y), средняя плоскость 33 которой выполнена выпуклой или локально наклоненной к поверхности многослойной структуры 1. Дифракционная структура S(x,y) является функцией координат х и у в плоскости поверхностного образца 12 (фиг. 2), параллельной поверхности многослойной структуры 1, в которой лежат поверхностные элементы 13, 14, (фиг. 2) 15. В каждой точке Р(х,у) дифракционная структура S(x,y) определяет расстояние z до плоскости поверхностного образца 12, параллельное нормали 21 к поверхности. В целом, дифракционная структура S(x,y) является суммой, состоящей из рельефного профиля R(x,y) (фиг. 4) дифракционной решетки 32 (фиг. 4) и однозначно определенной функции суперпозиции М(х,у), со средней плоскостью 33, причем S(x,y)=R(x,y)+M(x,y). Например, рельефный профиль R(x,y) образует периодическую дифракционную решетку 32 с профилем одной из известных синусоидальных, асимметричных или симметричных пилообразных или прямоугольных форм.

В другом варианте выполнения микроскопически тонкий рельеф R(x,y) дифракционной структуры S(x,y) представляет собой матовую структуру вместо периодической дифракционной решетки 32. Матовая структура представляет собой микроскопически тонкую стохастическую структуру с заданной характеристикой рассеяния для падающего света 11, причем при анизотропной матовой структуре вместо вектора решетки имеется предпочтительное направление. Матовые структуры рассеивают перпендикулярно падающий свет в конусе рассеяния с углом раскрытия, определяемым рассеивающей способностью матовой структуры, и с направлением отраженного света 22 в качестве оси конуса. Интенсивность рассеянного света, например, на оси конуса наибольшая и убывает с увеличением расстояния от оси конуса, причем свет, отклоненный в направлении образующих конуса рассеяния, для наблюдателя является невидимым. Поперечное сечение конуса рассеяния, перпендикулярное оси конуса, имеет симметрию вращения в случае матовой структуры, называемой здесь «изотропной». Если поперечное сечение в предпочтительном направлении в противоположность этому сплющено, т.е. эллиптически деформировано, причем короткая главная ось эллипса параллельна предпочтительному направлению, то матовая структура определяется здесь как «анизотропная».

Ввиду аддитивной или субтрактивной суперпозиции высота h (фиг. 4) рельефного профиля R(x,y) в области функции суперпозиции М(х,у) не изменяется, то есть рельефный профиль R(x,y) следует функции суперпозиции М(х,у). Однозначно определенная функция суперпозиции М(х,у) является, по меньшей мере, кусочно-дифференцируемой и, по меньшей мере, на участках изогнута, т.е. ΔМ(х,у)≠0, периодической или апериодической и не является треугольной или прямоугольной функцией. Периодические функции суперпозиции М(х,у) имеют пространственную частоту F, равную максимально 20 линий/мм. Для хорошей видимости соединительные участки между двумя соседними экстремальными значениями функции суперпозиции М(х,у) имеют длину, по меньшей мере, 0,025 мм. Предпочтительные значения для пространственной частоты F ограничены максимальным значением 10 линий/мм, а предпочтительные значения для расстояния между соседними экстремальными значениями составляют, по меньшей мере, 0,05 мм. Функция суперпозиции М(х,у) изменяется таким образом как макроскопическая функция в непрерывной области медленно по сравнению с рельефным профилем R(x,y).

Спроецированная на плоскость поверхностного образца 12 (фиг. 2) линия пересечения плоскости 20 дифракции со средней плоскостью 33 определяет след 36 (фиг.2). Функция суперпозиции М(х,у) имеет в каждой точке Р(х,у) на лежащих параллельно следу 36 соединительных участках с постоянными отрезками градиент 38 grad(M(x,y)). Обычно под градиентом 38 понимается составляющая grad(M(x,y)) в плоскости 20 дифракции, так как наблюдатель 35 определяет оптически действующую плоскость 20 дифракции. Дифракционная решетка 32 в каждой точке поверхностных элементов 13, 14, 15 имеет наклон γ, заданный градиентом 38 функции суперпозиции М(х,у).

Деформация средней плоскости 33 обуславливает новое предпочтительное оптическое действие. Это действие поясняется на основе поведения дифракции в точках пересечения А, В, С нормали 21 к поверхности и нормалей 21', 21" к средней плоскости 33, например вдоль следа 36. Преломление падающего света 11, отраженного света 22 и дифрагированных световых лучей 34 на граничных плоскостях многослойной структуры 1 для наглядности не показано на фиг. 5 и в последующих расчетах не учитывается. В каждой точке А, В, С пересечения наклон γ определяется градиентом 38. Нормали 21' и 21", вектор дифракционной решетки 32 (фиг. 4) и направление 39 наблюдения наблюдателя 35 лежат в плоскости 20 дифракции. Соответственно углу наклона γ изменяется угол падения α (фиг. 3), образованный показанными штриховыми линиями нормалями 21, 21', 21" и белым параллельно падающим светом 11. Тем самым изменяется и длина волны λ отклоненных в заданном направлении 39 наблюдения к наблюдателю дифрагированных световых лучей 34. Если нормаль 21' отклоняется от наблюдателя 35, то длина волны λ дифрагированных световых лучей 34 больше, чем в случае, когда нормаль 21" наклоняется к наблюдателю 35. В показанном для иллюстрации примере световые лучи 34, дифрагированные в области точки пересечения А, для наблюдателя 35 имеют красный цвет (λ=700 нм). Световые лучи 34, дифрагированные в области точки пересечения В, имеют желто-зеленый цвет (λ=550 нм), и световые лучи 34, дифрагированные в области точки пересечения С, имеют синий цвет (λ=400 нм). Так как в показанном примере наклон γ непрерывно изменяется по выпуклости средней плоскости 33, для наблюдателя 35 вдоль следа 36 видимым является весь видимый спектр на поверхностном элементе 13, 14, 15, причем цветные полосы спектра на поверхностном элементе 13, 14, 15 проходят перпендикулярно следу 36. Для того чтобы цветные полосы спектра для наблюдателя 35 были видимыми на расстоянии 30 см, расстояние между точками пересечения А и С должно быть выбрано равным, по меньшей мере, 2 мм или более. Вне видимого спектра поверхность поверхностных элементов 13, 14, 15 имеет серый цвет с малой светосилой. При наклоне многослойной структуры 1 относительно оси 41 наклона перпендикулярно плоскости знака на фиг. 5 изменяется угол падения α. Наблюдаемые цветные полосы спектров сдвигаются в область функции суперпозиции М(х,у) непрерывно вдоль следа 36. При наклоне, например, по часовой стрелке относительно оси 41 наклона многослойной структуры 1 цвет дифрагированного светового луча 34 в точке пересечения А изменяется на желто-зеленый, цвет дифрагированного луча 34 в точке пересечения изменяется на синий и цвет дифрагированного светового луча 34 в точке С пересечения изменяется на фиолетовый. Изменение цветов дифрагированного света 34 воспринимается наблюдателем 35 как непрерывное перемещение цветных полос по поверхностному элементу 13, 14, 15.

Это рассмотрение справедливо для любого порядка дифракции. То, каким образом множество цветных полос и какое количество порядков дифракции одновременно наблюдаются наблюдателем на поверхностном элементе 13, 14, 15, зависит от пространственной частоты дифракционной решетки 32 и числа периодов и амплитуды функции суперпозиции М(х,у) в пределах поверхностного элемента 13, 14, 15.

В другом варианте выполнения при использовании матовых структур вместо дифракционной решетки 32 наблюдатель 35 наблюдает в направлении отраженного света 22 только светлую бело-серую полосу вместо цветных полос. Эта светлая бело-серая полоса непрерывно перемещается при наклоне подобно цветным полосам по плоскости поверхностного элемента 13, 14, 15. В противоположность цветным полосам светлая бело-серая полоса для наблюдателя 35 в зависимости от рассеивающей способности матовой структуры является видимой и тогда, когда ее направление 39 наблюдения скошено относительно плоскости 20 дифракции. Далее под «полосами 40» (фиг. 6а) понимаются как цветные полосы порядка дифракции 23, 24, 25, так и сформированная матовой структурой светлая бело-серая полоса.

На фиг. 6а легко видеть смещение полосы от наблюдателя 35 (фиг. 5), если на защитном знаке 16 имеется опорный элемент. В качестве опорного элемента на поверхностном элементе 13, 14, 15 служат, например, размещенные на среднем поверхностном элементе 14 маркеры 37 (фиг. 2) и/или предварительно определенная ограничивающая форма поверхностного элемента 13, 14, 15. Предпочтительно опорный элемент устанавливает заданное условие наблюдения, которое посредством наклона многослойной структуры 1 (фиг. 1) устанавливается таким образом, что полоса 40 позиционируется относительно опорного элемента заданным образом. В области маркера 37 оптически действующая структура 9 (фиг. 1) граничной поверхности 8 (фиг. 1) предпочтительно выполнена как оптически действующая структура 9, дифракционная структура, зеркальная поверхность или рассеивающая свет рельефная структура, которая формируется путем реплицирования поверхностного образца 12 приводкой к поверхностным элементам 13, 14, 15. Светопоглощающий оттиск на защитном знаке 16 также может использоваться как опорный элемент для перемещения полосы 40 или маркер 37 формируется посредством структурированного отражающего слоя.

В другом варианте выполнения защитного знака 16 согласно фиг. 6 в качестве взаимных опорных элементов служат примыкающие по обе стороны к среднему поверхностному элементу 14 поверхностные элементы 13 и 15. Смежные поверхностные элементы 13 и 15 имеют оба дифракционную структуру S*(x,y). Дифракционная структура S*(x,y) в противоположность дифракционной структуре S(x,y) является разностью R-M, образованной из функции R(x,y) рельефа и функции суперпозиции М(х,у), то есть S*(x,y)=R(x,y)-М(х,у). Сформированные дифракционной структурой S*(x,y) цветные полосы чередуются в обратном порядке по сравнению с цветными полосами дифракционной структуры S(x,y), как это обозначено на фиг. 6а продольным обрамлением жирной линией полосы 40. Для обеспечения возможности наблюдения оптического действия без вспомогательного средства защитный знак 16 имеет размер вдоль оси координат у или следа 36, равный, по меньшей мере, 5 мм, предпочтительно более 10 мм. Размеры вдоль оси координат х составляют более 0,25 мм, но предпочтительно, по меньшей мере, 1 мм.

В примере выполнения защитного знака 16 согласно фиг. 6а-6с овальный поверхностный элемент 14 имеет дифракционную структуру S(x,y), зависимую только от координаты у, в то время как поверхностные элементы 13 и 15 с дифракционной структурой S*(x,y), зависимой только от координаты у на обеих сторонах овального поверхностного элемента 14, простираются вдоль координаты у. Функция суперпозиции М(у)=0,5·у²·К, причем К представляет кривизну средней плоскости 33. Градиент 38 (фиг. 5) и вектор решетки дифракционной решетки 32 (фиг. 4) или предпочтительное направление «анизотропной» матовой структуры ориентированы по существу параллельно или антипараллельно направлению координаты у.

В общем случае азимут ϕ вектора решетки или предпочтительное направление «анизотропной» матовой структуры определяются относительно плоскости градиента, которая определяется градиентом 38 и нормалью 21 к поверхности. Предпочтительные значения азимута ϕ равны 0° и 90°. При этом допустимы отклонения азимутального угла вектора решетки или предпочтительного направления δϕ=±20° относительно предпочтительного значения, чтобы в этой области вектор решетки или предпочтительное направление рассматривать как по существу параллельное или перпендикулярное к плоскости градиента. Сам по себе азимут ϕ не ограничивается названными предпочтительными значениями.

Чем меньше кривизна К, тем выше скорость перемещения полос 40 в направлении не обозначенной на фиг. 6а и 6с стрелки на единичное значение угла поворота вокруг оси 41 наклона. Полоса 40 показана на фиг. 6а-6с узкой, чтобы ясно показать эффект перемещения. Ширина полос 40 в направлении непоказанной стрелки зависит от дифракционной структуры S(y). В частности, в случае цветных полос спектральное цветовое представление простирается по большей части поверхностных элементов 13, 14, 15, так что перемещение полос 40 можно наблюдать посредством наблюдения перемещения сегментов в видимом спектре, например, полосы красного цвета.

Фиг. 6b показывает защитный знак 16 после поворота относительно оси 41 наклона на заданный угол наклона, под которым полосы 40 обоих внешних поверхностных элементов 13, 15 и среднего поверхностного элемента 14 лежат на линии, параллельной оси 41 наклона. Этот заданный угол наклона определяется выбором структуры М(Х,у) суперпозиции. В одном варианте выполнения защитного элемента 2 (фиг. 2) на поверхностном образце 12 (фиг. 2) можно видеть только заданный образец, когда в защитном знаке 16 полоса или полосы 40 занимают предварительно определенное положение, т.е. когда наблюдатель 35 рассматривает защитный элемент 2 в условиях наблюдения, определяемых заданным углом наклона.

На фиг. 6с после дальнейшего поворота относительно оси 41 наклона полосы 40 на защитном знаке 16 снова расходятся друг от друга, как на это указывают изображенные на фиг. 6с стрелки.

Разумеется, в другом варианте осуществления для защитного признака 16 может быть достаточным использование средней части 14 поверхности и одного из обоих поверхностных элементов 13, 15.

На фиг. 7 представлено сечение многослойной структуры 1 вдоль следа 36 (фиг. 2), например в области поверхностного элемента 14 (фиг. 2). Для того чтобы многослойная структура 1 не была слишком толстой и тем самым не вызывала бы трудности в изготовлении или применении, высота H_St (фиг. 1) дифракционной структуры S(x,y) ограничена. На приведенном не в масштабе чертеже по фиг. 7 в сечении отдельно изображена функция суперпозиции М(у)=0,5·у²·К слева от координатной оси z, по которой ориентирована высота многослойной структуры 1. В каждой точке Р(х,у) поверхностного элемента 14 значение z=M(x,y) ограничено заданным размахом (Hub) H=z₁-z₀. Как только функция суперпозиции М(у) в одной из точек Р₁, Р₂,...Р_n достигает значение z₁=M(P_j), где j=1,2,...,n, в функции суперпозиции М(у) возникает место разрыва (неоднородность), в котором на обращенной от точки P₀ стороне значение функции суперпозиции М(у) снижается на величину Н до высоты z₀, т.е. использованное в дифракционной структуре S(x,y) значение функции суперпозиции М(х,у) равно значению функции

Z={M(x;y)+C(x;y)} modulo Hub H -C(x;y).

Функция С(х; у) при этом по абсолютной величине ограничена некоторым диапазоном значений, например половиной значения высоты H_St структуры. Сформированные по техническим причинам разрывы непрерывности функции Z={M(x;y)+C(x;y)} modulo Hub H-C(x;y) не следует относить к экстремальным значениям функции суперпозиции М(х,у). Также в некоторых вариантах выполнения значения для размаха H могут иметь локально меньшие значения. В одном варианте выполнения дифракционной структуры S(x;y) локально изменяющийся размах H определяется тем, что расстояние между двумя последовательными точками разрывов непрерывности P_n не превосходит заданное значение в диапазоне от 40 до 300 мкм.

В поверхностных элементах 13 (фиг. 2), 14, 15 (фиг. 2) дифракционная структура S(x;y) простирается в обе стороны от оси координат z, а не только, как показано на фиг. 7, вправо от оси координат z. Ввиду суперпозиции высота H_St структуры равна сумме, образованной из Hub H и высоты h профиля, и равна значению дифракционной структуры S(x;y) в точке Р(х; у). Высота H_St структуры предпочтительно меньше чем 40 мкм, причем предпочтительное значение высоты H_St структуры меньше 5 мкм. Размах H функции суперпозиции М(х,у) ограничен значением менее 30 мкм и находится предпочтительно в диапазоне от Н=0,5 мкм до Н=4 мкм. Матовые структуры имеют тонкие структурные элементы рельефа микроскопического масштаба, которые определяют рассеивающую способность и могут быть описаны только статистическими характеристиками, такими как, например, среднее значение R_a, радиус корреляции l_c и т.д., причем значения для R_a находятся в диапазоне от 200 нм до 5 мкм с предпочтительными значениями от R_a=150 нм до R_a=1,5 мкм, в то время как радиусы корреляции l_c по меньшей мере, в одном направлении лежат в диапазоне от 300 нм до 300 мкм, предпочтительно от l_c=500 нм до l_c=100 мкм. В случае «изотропных» матовых структур статистические характеристики не зависят от предпочтительного направления, в то время как в случае «анизотропных» матовых структур элементы рельефа с радиусом корреляции l_c ориентированы перпендикулярно предпочтительному направлению. Высота h профиля дифракционной решетки 32 (фиг. 4) имеет значение в диапазоне от h=0,05 мкм до h = 5 мкм, причем предпочтительные значения лежат в более узком диапазоне h=0,6 ± 0,5 мкм. Пространственная частота f дифракционной решетки 32 выбрана в диапазоне от f=300 линий/мм до 3300 линий/мм. Начиная с частоты примерно F=2400 линий/мм, дифрагированный свет 34 (фиг. 5) наблюдается только в нулевом порядке дифракции, т.е. в направлении отраженного света 22 (фиг. 5).

Другими примерами функции суперпозиции М(х,у) являются следующие:

М(x,у)=0,5·(x² + у²)·К, M(x,y)=a·{1+sin(2πF_x·x)·sin(2πF_y·e)},

М(x,у)=a·x^1,5 +b·x, M(x,y)=a·{1+sin(2πF_y·y)}, где F_x, F_y представляет собой пространственную частоту F функции суперпозиции М(х,у) в направлении оси координат х или у. В другом варианте выполнения защитного знака 16 функция суперпозиции М(х,у) составляется периодически из заданного сегмента другой функции и имеет один или несколько периодов вдоль следа 36.

На фиг. 8а функция суперпозиции М(х,у) = 0,5·(x² + у²)·К, то есть полусфера, и структура рельефа R(x,y), то есть «изотропная» матовая структура, образует дифракционную структуру S(x,y) (фиг.7) в обрамленном окружностью поверхностном элементе 14. Наблюдатель 35 (фиг. 5) распознает при дневном свете соответственно направлению наблюдения 39 (фиг. 5) светлое бледно-серое пятно 42 на темно-сером фоне 43, причем положение пятна 42 на поверхностном элементе 14 относительно маркера 37 и контраст между пятном 42 и фоном 43 зависят от направления 39 наблюдения. Протяженность пятна 42 определяется рассеивающей способностью матовой структуры и кривизной функции суперпозиции М(х,у). Защитный элемент 2 (фиг. 2) необходимо ориентировать, например, путем наклона относительно оси 41 наклона (фиг. 5) и/или поворота относительно нормали 21 к поверхности (фиг. 5) многослойной структуры 1 (фиг. 5) подобно показанному на фиг. 8b относительно заданного направления 39 наблюдения таким образом, чтобы пятно 42 находилось внутри маркера 37, который размещается, например, в центре поверхностного элемента 14 круговой формы.

Фиг. 9 иллюстрирует действие дифракции света на дифракционной структуре S(x,y) (фиг. 7) в плоскости 20 дифракции. Структура R(x,y) рельефа (фиг. 4) представляет собой дифракционную решетку 32 (фиг. 4) с синусоидальным профилем и с пространственной частотой f меньше чем 2400 линий/мм. Вектор решетки структуры R(x,y) рельефа лежит в плоскости 20 дифракции. Функция М(х,у) суперпозиции в поверхностном элементе 13 (фиг. 2), 14 (фиг. 2), 15 (фиг. 2) защитного знака 16 определяется действием дифракционной структуры S(x,y), причем свет 11, падающий перпендикулярно на многослойную структуру 1, отклоняется под определенным углом наблюдения ϑ+ или -ϑ соответственно положительному порядку 23 дифракции (фиг. 3) или отрицательному порядку 24 дифракции (фиг. 3). В плоскости 20 дифракции первые лучи 44 с длиной волны λ₁ образуют с падающим светом 11 угол ϑ наблюдения, а вторые лучи 45 с длиной волны λ₂ образуют угол наблюдения -ϑ. Наблюдатель 35 (фиг. 5) видит поверхностный элемент 13, 14, 15 под углом наблюдения ϑ в цвете с длиной волны λ₁. После поворота многослойной структуры 1 в ее плоскости на 180° поверхностный участок 13, 14, 15 представляется наблюдателю 35 под углом наблюдения -ϑ в цвете с длиной волны λ₂. Если средняя плоскость 33 имеет локальный наклон γ = 0°, то длины волн λ₁ и λ₂ не отличаются. Для других значений локального наклона γ длины волн λ₁ и λ₂ отличаются. Показанная пунктиром нормаль 21' к наклоненной средней плоскости 33 образует с падающим светом 11 угол α, причем α=-β=γ. Первые лучи 44 и нормаль 21' образуют угол ξ₁ дифракции, вторые лучи 45 и нормаль 21' образуют угол ξ₂ дифракции.

Ввиду ξ_k asin(sinα +m_k · λ_k · f) и α=γ для обоих первых порядков 23, 24 дифракции, то есть для m_k=±1, справедливо соотношение:

f· (λ₁ + λ₂ )=2·sin(ϑ)· cos(γ) (1),

откуда следует, что для определенных значений угла ϑ наблюдения и пространственной частоты f сумма обеих длин волн λ_1, λ₂ лучей 44, 45 пропорциональна косинусу локального угла наклона γ. Уравнение (1) легко вывести для других порядковых чисел m. Порядковые числа m и угол ϑ наблюдения для определенного наблюдаемого цвета определяются пространственной частотой f.

На фиг. 10а и 10b в качестве примера представлено выполнение защитного знака 16, причем на фиг. 10а защитный элемент 2 по отношению к защитному элементу 2 на фиг. 10b повернут в своей плоскости на 180°. Плоскость 20 дифракции (фиг.9) изображена со своим следом 36. На фиг. 10а, 10b защитный знак 16 охватывает три поверхностных участка 13, 14, 15 с дифракционной структурой S(x,y)=R(x,y)+ M(x,y), причем на трех поверхностных участках 13, 14, 15 дифракционные структуры S(x,y) различаются определенными с помощью уравнения (1) значениями локальных наклонов γ функции суперпозиции M(x,y) и пространственной частотой f рельефного профиля R(x,y). Поле 46 фона примыкает, по меньшей мере, к одному поверхностному участку 13, 14, 15 и имеет дифракционную решетку 32 (фиг. 4) с тем же рельефным профилем R(x,y) и с собственной пространственной частотой f поля 46 фона. Вектор решетки рельефного профиля R(x,y) ориентирован на поверхностном участке 13, 14, 15 и в поле 46 фона параллельно следу 36. При перпендикулярном освещении защитного элемента 2 белым светом 11 (фиг. 9) поверхностные участки 13, 14, 15 и поле 46 фона в защитном знаке 16 в случае ориентации согласно фиг. 10а под углом наблюдения +ϑ светятся одинаковым цветом и наблюдателю 35 (фиг. 5) защитный знак 16 представляется светящимся без контраста в едином цвете, например, дифрагированные первые лучи 44 (фиг. 9) имеют длину волны λ₁, например 680 нм (красный). В ориентации, показанной на фиг. 10b, весь защитный знак 16 наблюдается под углом наблюдения -ϑ. Например, первый поверхностный элемент 13 светится во вторых лучах 45 (фиг. 9) с длиной волны λ₂, например λ₂ =570 нм (желтый), второй поверхностный элемент 14 светится во вторых лучах 45 с длиной волны λ₃, например λ₃ =510 нм (зеленый), и третий поверхностный элемент 15 светится во вторых лучах 45 с длиной волны λ₄, например λ₄ =400 нм (синий). В поле 46 фона, в котором средняя плоскость 33 (фиг. 9) дифракционной решетки 32 (фиг. 4) имеет наклон γ (фиг. 9) со значением γ=0 по причине симметрии и вторые лучи 45 имеют длину волны λ₁, то есть поле 46 фона светится вновь в красном цвете. Преимуществом этого варианта выполнения является необычное оптическое поведение защитного знака 16, а именно наблюдаемый при одной единственной ориентации защитного элемента 2 цветовой контраст, который после поворота на 180° защитного элемента 2 вокруг нормали 21 к поверхности (фиг. 3) изменяется или исчезает. Защитный знак 16 служит таким образом для установления предварительно определенной ориентации защитного элемента 2 с голографически некопируемым