Защитный оптический компонент с эффектом пропускания, изготовление такого компонента и защищенный документ, оснащенный таким компонентом

Защитный оптический компонент с эффектом пропускания, изготовление такого компонента и защищенный документ, оснащенный таким компонентом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области защитной маркировки. В частности, оно касается защитного оптического компонента с эффектом пропускания для проверки подлинности документа, способа изготовления такого компонента и защищенного документа, оснащенного таким компонентом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны самые разные технологии аутентификации документов или товаров, в частности, для защиты документов, таких как ценные документы типа банкнот, паспортов или других идентификационных документов. Эти технологии предусматривают выполнение защитных оптических компонентов, оптические эффекты которых в зависимости от параметров наблюдения (расположение относительно оси наблюдения, положение и размеры источника света и т.д.) принимают исключительно характеристические и проверяемые конфигурации. Основной целью этих оптических компонентов является создание новых и дифференцированных эффектов на основании трудно воспроизводимых физических конфигураций.

Среди этих компонентов можно указать DOVID от “Diffractive Optical Variable Image Device”, то есть оптические компоненты, дающие дифракционные и меняющиеся изображения, обычно называемые голограммами. Как правило, эти компоненты наблюдаются при отражении.

В настоящей заявке речь идет о защитных оптических компонентах, которые можно контролировать при пропускании.

Среди таких компонентов в патенте US 6428051 описан ценный документ типа банкноты, содержащий отверстие, образующее окно, покрытое защитной пленкой, при этом защитная пленка закреплена при помощи адгезива на контуре окна, выполненного в документе, и содержит определенное число аутентификационных знаков.

В статье I. Aubrecht et al. (“Polarization-sensitive multilayer diffractive structures for document security”, Proceedings of SPIE Vol. 7358, 2009) описана многослойная структура, обладающая эффектами резонансного пропускания, основанного на возбуждении плазмонных мод на границах раздела между структурированным металлическим слоем и двумя диэлектрическими слоями, инкапсулирующими металлический слой. В этой статье показана поляризационная зависимость эффекта и предложена система контроля аутентичности выполненного таким образом компонента, основанная на анализе поляризации пропускаемой волны.

В патентной заявке US2010/0307705 в целом представлен защищенный документ с зоной, содержащей нанометрические металлические рисунки для возбуждения объемных или поверхностных плазмонов и создания резонансных эффектов.

Хотя описанные в вышеуказанных документах структуры и обладают примечательными эффектами при пропускании или при отражении, вместе с тем, их трудно аутентифицировать невооруженным глазом не обладающему соответствующим опытом пользователю, в частности, при аутентификации при пропускании.

Настоящим изобретением предложен защитный оптический компонент с плазмонным эффектом, который можно легко и безопасно контролировать при пропускании невооруженным глазом, который обеспечивает неопытному пользователю максимум комфорта и высокую надежность при аутентификации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первым объектом изобретения является защитный оптический компонент с плазмонным эффектом, предназначенный для наблюдения при пропускании, при этом упомянутый оптический компонент содержит два слоя из прозрачного диэлектрического материала и металлический слой, расположенный между упомянутыми слоями из диэлектрического материала с образованием двух диэлектрических границ раздела диэлектрик-металл и структурированный для образования, по меньшей мере, на части его поверхности волнообразных элементов, выполненных с возможностью связывания поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых упомянутыми границами раздела диэлектрик-металл, с падающей световой волной. Волнообразные элементы выполнены в первой зоне связывания в первом главном направлении и, по меньшей мере, во второй зоне связывания, отличной от упомянутой первой зоны связывания, во втором главном направлении, по существу перпендикулярном к первому главному направлению, при этом упомянутый металлический слой является сплошным в каждой из упомянутых зон связывания.

Такой компонент обладает исключительным эффектом пропускания в спектральной полосе, центрованной по так называемой центровочной длине волны, определяемой характеристиками волнообразных элементов зон связывания и, для наблюдателя, - эффектами изменения цвета при угле наблюдения компонента, меняющемся в зависимости от зон связывания, что позволяет легко и надежно производить аутентификацию защитного компонента.

В частности, поскольку, по меньшей мере, две из упомянутых зон связывания содержат волнообразные элементы в двух по существу перпендикулярных главных направлениях, компонент обеспечивает при наблюдении при пропускании четко выраженный визуальный контраст между первой зоной со стабильным цветом с углом наблюдения компонента и сильно меняющейся второй зоной.

Согласно варианту эти зоны связывания образуют взаимодополняющие рисунки, еще больше облегчающие аутентификацию пользователем, поскольку рисунки позволяют пользователю совершать более интуитивные движения, приводящие к эффекту сильного изменения цвета.

Согласно варианту, по меньшей мере, часть волнообразных элементов расположена концентрично или радиально, что придает компоненту осевую симметрию. Таким образом, наблюдение не зависит от азимута.

Согласно варианту металлический слой дополнительно содержит неструктурированную зону. Эта зона, имеющая высокую оптическую плотность, позволяет еще лучше выделить зоны связывания, обладающие в данном спектральном диапазоне исключительным пропусканием, связанным с плазмонным эффектом.

Предпочтительно волнообразные элементы в зонах связывания имеют шаг, составляющий от 100 нм до 600 нм, и глубину, составляющую от 10% до 30% шага. Шаг в разных зонах связывания может быть одинаковым, чтобы представлять сходные цвета наблюдателю, или, наоборот, разные в зависимости от искомого визуального эффекта.

В рассматриваемой спектральной полосе, предпочтительно в видимой области, разность показателей преломления упомянутых прозрачных диэлектрических материалов, образующих каждый из упомянутых слоев, меньше 0,1, что обеспечивает оптимальный эффект пропускания на упомянутой центровочной длине волны.

Согласно варианту, по меньшей мере, часть металлического слоя выполнена из серебра, и ее толщина по существу составляет от 20 до 60 нм.

Согласно варианту, по меньшей мере, часть металлического слоя выполнена из алюминия, и ее толщина по существу составляет от 10 до 30 нм.

Согласно примеру выполнения металлический слой может быть выполнен из одного металла. В этом случае слой имеет по существу постоянную толщину.

Согласно другому примеру выполнения металлический слой содержит, по меньшей мере, две части, каждая из которых выполнена из разного металла. Это может обеспечивать разные визуальные эффекты как при отражении, так и при пропускании в спектральной полосе плазмонного эффекта.

Вторым объектом изобретения является защитный оптический элемент, предназначенный для защиты документа и содержащий, по меньшей мере, один защитный оптический компонент, являющийся первым объектом изобретения. Защитный элемент может содержать другие защитные компоненты, например голографические компоненты.

Согласно варианту защитный элемент содержит другие слои в зависимости от потребностей конечного применения; например, защитный элемент может содержать, кроме активных слоев для плазмонного эффекта, пленку-подложку, несущую один из упомянутых слоев из диэлектрического материала, и/или адгезивную пленку, расположенную на одном из упомянутых слоев из прозрачного диэлектрического материала. Эти пленки являются нейтральными для плазмонного эффекта, так как они не меняют или не влияют на границу раздела диэлектрик-металл. Они облегчают приклеивание на защищаемом документе и/или промышленное внедрение.

Третьим объектом изобретения является защищенный документ, содержащий подложку и защитный оптический элемент, являющийся вторым объектом изобретения, при этом защитный оптический элемент закреплен на упомянутой подложке, при этом упомянутая подложка содержит прозрачную зону, на уровне которой расположен упомянутый защитный оптический компонент с плазмонным эффектом.

Благодаря защитному оптическому компоненту с плазмонным эффектом, можно легко контролировать при пропускании защищенный документ, например ценный документ типа банкноты или удостоверяющий документ типа удостоверения личности, и применяемая технология обеспечивает его высокую стойкость к подделке.

Согласно варианту защитный оптический компонент, являющийся первым объектом изобретения, или защитный оптический элемент, являющийся вторым объектом изобретения, инкапсулирован в подложку защищенного документа. С двух сторон от защитного оптического компонента предусмотрены прозрачные зоны, что позволяет производить контроль пропусканием.

Четвертым объектом изобретения является способ изготовления защитного оптического компонента с плазмонным эффектом, включающий в себя:

- нанесение металлического слоя на первый слой из прозрачного диэлектрического материала,

- инкапсуляцию упомянутого металлического слоя вторым слоем диэлектрического материала для формирования двух границ раздела диэлектрик-металл, при этом металлический слой структурируют для формирования, по меньшей мере, на части его поверхности волнообразных элементов, выполненных с возможностью связывания поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых упомянутыми границами раздела диэлектрик-металл, с падающей световой волной, при этом волнообразные элементы выполнены в первой зоне связывания в первом главном направлении и, по меньшей мере, во второй зоне связывания, отличной от упомянутой первой зоны связывания, во втором главном направлении, по существу перпендикулярном к первому главному направлению, при этом упомянутый металлический слой является сплошным в каждой из упомянутых зон связывания.

Согласно варианту упомянутый первый слой из диэлектрического материала структурируют для формирования упомянутых волнообразных элементов, и металлический слой наносят по существу с постоянной толщиной на упомянутый структурированный таким образом первый слой.

Согласно варианту нанесение металлического слоя включает в себя нанесение первого слоя, содержащего первый металл, на первую часть поверхности упомянутого первого слоя из диэлектрического материала и нанесение, по меньшей мере, второго слоя, содержащего второй металл, на вторую часть поверхности упомянутого первого слоя из диэлектрического материала.

Согласно варианту нанесение металлического слоя производят селективно, что позволяет получить макроскопические рисунки, видимые невооруженным глазом при просвечивании. Эти рисунки соответствуют деметаллизированным зонам, которые будут обладать прозрачностью в видимой области, которые можно использовать для усиления стойкости к подделке компонента и которые факультативно позволяют лучше считывать дизайн лицу, отвечающему за контроль, обходя, например, цветные зоны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на фигуры, на которых:

Фиг. 1А и 1В - частичный вид оптического компонента в соответствии с изобретением, соответственно в разрезе и сверху.

Фиг. 2А и 2В - цифровые модели, показывающие изменение интенсивности пропускаемой волны в зависимости от длины волны и от угла падения в компоненте, показанном на фиг. 1А, соответственно в режиме ТМ и ТЕ с азимутом 0° и 90°.

Фиг. 3А-3D иллюстрируют эффект, получаемый при наблюдении с пропусканием в разных конфигурациях.

Фиг. 4 - пример выполнения компонента, содержащего две структурированные зоны с ортогональными векторами решетки.

Фиг. 5А и 5В - цифровые модели, показывающие изменение интенсивности пропускаемой волны в зависимости от длины волны и от наклона в двух зонах компонента, показанного на фиг. 4.

Фиг. 6А и 6В - кривые пропускания компонента, показанного на фиг. 4, в зависимости от длины волны для двух углов падения.

Фиг. 7А-7D - схемы, иллюстрирующие различные конфигурации примера защитного компонента в соответствии с изобретением.

Фиг. 8А-8С - другие примеры защитного компонента в соответствии с изобретением.

Фиг. 9А и 9В - другой пример защитного компонента в соответствии с изобретением.

Фиг. 10 - вид в разрезе варианта выполнения защитного компонента в соответствии с изобретением.

Фиг. 11А-11С - пример защищенного документа, содержащего защитный компонент в соответствии с изобретением, соответственно вид сверху, снизу и в разрезе.

Фиг. 12А и 12В - вид в разрезе двух вариантов примера защищенного документа, содержащего защитный компонент в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг. 1А и 1В частично показан защитный компонент 10 согласно примеру выполнения изобретения, соответственно вид в разрезе и вид сверху.

Защитный компонент в соответствии с изобретением содержит сплошной металлический слой 102 по существу постоянной толщины t, как правило, от нескольких десятков до 80 нанометров, расположенный между двумя слоями 101, 103 из прозрачного диэлектрического материала, образуя две границы раздела диэлектрик-металл 105, 106. Металлом может быть любой металл, который может поддерживать плазмонный резонанс, и предпочтительно серебро, алюминий, золото, хром, медь. Диэлектрическим материалом может быть любой материал, обеспечивающий «не деструктивное объединение» с металлом, то есть не вызывающий физико-химической реакции, например, типа окисления, которая могла бы ухудшить контролируемый эффект. Диэлектрические материалы, используемые для слоев 101, 103, имеют по существу идентичные показатели преломления, как правило, около 1,5, при этом разность показателей предпочтительно меньше 0,1. Например, слой 101 из диэлектрического материала и с показателем преломления n₁ является слоем полимерного материала, предназначенным для тиснения, и слой 103 является инкапсуляционным слоем диэлектрического материала типа полимера с показателем преломления n₂, по существу равным n₁. Слои 101, 103 являются прозрачными в области видимого спектра. Известно, что на границе раздела между проводящим материалом, например металлом, и диэлектрическим материалом может распространяться поверхностная электромагнитная волна, связанная с коллективным колебанием электронов на поверхности, называемая поверхностным плазмоном. Это явление описано, например, в базовом труде H. Raeter (“Surface plasmons”, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg). Связывания падающей световой волны с плазмонной модой можно достигать разными способами, в частности, посредством структурирования границы раздела для образования решетки связывания.

Этот базовый принцип применен в заявленном защитном компоненте для получения ярко выраженных эффектов при пропускании.

В защитном компоненте 10 металлический слой 102 структурируют таким образом, чтобы получить, по меньшей мере, две разные зоны связывания с падающей световой волной. Каждая зона связывания содержит набор по существу прямолинейных и параллельных волнообразных элементов, при этом волнообразные элементы разных зон имеют непараллельные направления. В каждой зоне связывания металлический слой является сплошным и деформирован таким образом, чтобы образовать упомянутые волнообразные элементы. На фиг. 1А и 1В схематично показан набор волнообразных элементов 104 одной из зон связывания. Каждый набор волнообразных элементов характеризуется своим шагом А, амплитудой h волнообразного элемента (высота между пиком и впадиной) и толщиной t металлического слоя на уровне зоны связывания. Как правило, шаг решетки составляет от 100 нм до 600 нм, предпочтительно от 200 нм до 500 нм, и высота составляет от 10% до 45% шага решетки, предпочтительно от 10% до 30%. Под волнообразным элементом следует понимать непрерывно меняющуюся деформацию металлического слоя, который остается сплошным по всей зоне связывания. Предпочтительно профиль волнообразных элементов является синусоидальным или почти синусоидальным, при этом заявитель установил, что деформация синусоидального профиля допустима с поддерживаемым циклическим отношением от 40% до 60%. Толщина t металлического слоя может быть достаточно малой, чтобы делать возможным возбуждение и связывание поверхностных плазмонных мод с двумя границами раздела металл/диэлектрик, что обеспечивает эффект резонансного пропускания, что будет описано более подробно ниже.

Рассмотрим поляризационную падающую волну ТМ (поперечная магнитная волна, то есть волна, при которой магнитное поле Н является перпендикулярным к плоскости падения xz, которая является плоскостью фигуры на фиг. 1А), которая падает на решетку с азимутом 0° по отношению к вектору решетки k_g и с углом падения θ в слое 103 по отношению к оси у, нормальной к плоскости решетки, образованной волнообразными элементами 104. Вектор k_g, показанный на фиг. 1В, является вектором с направлением, перпендикулярным к линиям решетки, и с нормой, определяемой формулой k g = 2 π / Λ , где Λ является шагом решетки.

Чтобы произошло связывание, то есть переход энергии между падающей волной в диэлектрической среде, имеющей относительную проницаемость εd, и плазмонной модой, необходимо, чтобы было соблюдено следующее равенство (см. вышеуказанный документ H.Raether):

k_sp=n₁k₀sinθ±k_g (1)

где k₀ является волновым числом, определяемым как k 0 = 2 π / λ ;

k_sp определяется как k s p = n s p k 0 , где n_sp является реальным индексом плазмона, определяемым как

n s p = ε m ε d / ( ε m + ε d ) (2)

в случае металлического слоя бесконечной толщины, где εm и εd обозначают проницаемость соответственно металла и диэлектрического материала.

Таким образом, можно определить центровочную длину волны λ₀, то есть длину волны, при которой связывание обеспечено при нормальном угле падения (θ=0°). Центровочную длину волны определяют следующим образом:

λ 0 = Λ / n s p (3)

Таким образом, шаг решетки выбирают в зависимости от искомой центровочной длины волны.

При фиксированном шаге решетки изменение длины волны связывания λ при не равном нулю угле падения и при нулевом азимуте относительно вектора решетки выражают уравнением (1), которое можно развернуть в виде двух уравнений:

λ = ( n s p − n 1 sin θ ) × Λ (4)

λ = ( n s p + n 1 sin θ ) × Λ (5)

Таким образом, существуют две длины волны, при которых возможно связывание падающей волны с поверхностным плазмоном, что соответствует распространению плазмона соответственно в режиме распространения в одном направлении и в противоположных направлениях.

Если металлический слой имеет конечную толщину и, кроме того, его толщина примерно соответствует величине глубины проникновения электромагнитного поля плазмонной моды в металл (которая примерно равна 1/(k₀(n_sp ²+Re(|ε_m|))^1/2)), электромагнитное поле плазмонной моды на верхней границе раздела металлического слоя «видит» также нижнюю границу раздела и, следовательно, должно также соблюдать условия на границах полей на этой нижней границе раздела. Отсюда следует, что существуют две плазмонные моды, которые могут распространяться вдоль металлического слоя, которые имеют, каждая, максимум поля на верхней и нижней границах раздела металлического слоя: плазмонная мода, поперечное магнитное поле Н которой является четным (следовательно, продольное электрическое поле, ответственное за продольное колебание электронов, является нечетным с переходом через ноль в металлическом слое), называемая плазмонной модой “long range”, и плазмонная мода, поле Н которой является нечетным и сильнее поглощается металлом, называемая плазмонной модой “short range”. Их реальные показатели являются близкими, если толщина металлического слоя не является слишком малой (например, превышает 15 нм), и обе эти моды связаны в присутствии решетки, если падающая волна исходит от источника света, мало когерентного в пространстве и во времени, такого как осветительная лампа или естественный солнечный свет. Таким образом, если условие связывания соблюдено, поле двух связанных (или «возбужденных») плазмонных мод имеет максимум также на нижней границе раздела металлического слоя и, следовательно, благодаря присутствию решетки, может излучать в пропускающей среде (слой 103) и позволяет световой энергии проходить через сплошной металлический слой и производить пик пропускания, откуда термин «резонансное пропускание».

На фиг. 2А показано пропускание, вычисленное в компоненте, показанном на фиг. 1А, в режиме ТМ с азимутом 0° относительно вектора решетки в зависимости от угла падения θ и от длины падающей волны λ. Угол падения θ является углом падения в среде слоя 103, определяемым по отношению к нормали к решетке. Для этих вычислений используют программу вычисления распространения электромагнитных волн, например, программу Gsolver© (разработанную компанией Grating Solver Development Company, см. по адресу http://www.gsolver.com/). Волнообразные элементы имеют синусоидальный профиль с шагом 300 нм и глубину 60 нм. Металлический слой выполнен из серебра и имеет толщину 40 нм. Он охвачен двумя слоями из диэлектрического материала типа полистирола. Центровочная длина волны равна 560 нм. В полосе спектра (как правило, 50-100 нм), центрованной по этой длине волны, пропускание при нормальном угле падения (θ=0°) является максимальным. Если угол падения увеличивается, наблюдается изменение длины волны связывания, то есть длины волны, при которой появляется эффект резонансного пропускания компонентом. Отмечается осевая симметрия относительно оси у вокруг угла падения 0°. Таким образом, получаемый визуальный эффект будет одинаковым, если образец поворачивать в одном или в другом направлении.

Такое же вычисление в режиме ТЕ (электрическая поперечная волна, то есть волна, при которой магнитное поле Е является перпендикулярным к плоскости падения xz, которая является плоскостью фиг. 1А) показывает почти нулевое пропускание компонента.

В зависимости от различных параметров компонента были осуществлены различные моделирования для измерения их влияния. В частности, можно показать, что для максимального эффекта связывания предпочтительно следует ограничивать глубину волнообразных элементов (параметр h на фиг. 1А) значением от 10% до 20% шага.

Были также произведены моделирования с разными типами металлов и с изменением толщины. Как правило, эти вычисления показывают расширение полосы спектра связывания, когда толщина металлического слоя уменьшается, и уменьшение амплитуды резонансного пропускания, когда толщина металлического слоя увеличивается, при этом полоса спектра связывания сужается, но теряет в интенсивности. Таким образом, можно вычислить оптимальную толщину металлического слоя для получения значительного визуального эффекта с достаточной спектральной полосой связывания. Например, заявитель показал, что предпочтительным является металлический слой из серебра при толщине от 35 нм до 50 нм. Были протестированы и другие металлы. Например, для получения заявленного компонента с плазмонным эффектом можно также использовать алюминий. Поскольку алюминий обладает очень сильным свойством поглощения в видимой области, металлический слой должен быть более тонким, чем слой, выполненный из серебра, как правило, от 16 до 25 нм. Тем не менее по сравнению с серебром моделирование структуры с металлическим слоем из алюминия имеет спектральную полосу связывания, смещенную в сторону более коротких длин волны, и меньшую амплитуду резонансного пропускания по причине более значительных джоулевых потерь плазмонных мод в этом металле.

Заявитель рассмотрел также влияние деформации синусоидального профиля волнообразных элементов на эффективность связывания. Отмечается, что изменение профиля синусоиды в сторону профиля волнистости с неуравновешенным циклическим отношением приводит к резкому ослаблению сигнала пропускания. Предпочтительно циклическое отношение составляет от 40% до 60%.

На фиг. 2В показано моделирование пропускания компонента 10 в условиях, идентичных с условиями вычисления, показанными на фиг. 2А, но в данном случае образец повернули по азимуту вокруг оси х на 90° и выбрали поляризацию ТЕ. При нормальном угле падения по-прежнему наблюдается резонансное пропускание при центровочной длине волны λ₀. С другой стороны, на этой кривой отмечается стабильность длины волны связывания в зависимости от угла падения. Иначе говоря, в этой конфигурации компонент является мало чувствительным к повороту образца вокруг оси у, которая в данном случае является параллельной вектору решетки.

На фиг. 3А-3D в трех конфигурациях наблюдения защитного компонента 10, показанного на фиг. 1, показано влияние азимута ϕ и угла падения θ на визуальное восприятие наблюдателя. Для сравнения на фиг. 3А показано наблюдение защитного компонента, металлический слой которого не подвергался структурированию.

На фиг. 3А компонент 10, содержащий неструктурированный металлический слой 102, находящийся между двумя диэлектрическими слоями 101, 103, освещен световым источником 30, например источником белого света, спектр которого схематично представлен набором цветов, обозначенных разными линиями в рамке 301. Например, речь идет о спектре, охватывающем весь свет видимой области. Если наблюдатель 20 смотрит на свет через этот компонент, он не видит никакой визуальной информации. Действительно, не происходит никакого связывания с плазмонной волной, и металлический слой ведет себя как отражатель. Компонент не пропускает падающий световой поток.

В конфигурациях, показанных на фиг. 3В-3D, рассмотрен защитный компонент 10 с металлическим слоем 102, структурированным таким образом, чтобы получить зону 104 связывания с волнообразными элементами, описанную выше со ссылками на фиг. 1А и 1В.

В примере, показанном на фиг. 3В, наблюдение производят при азимуте 0° и при нормальном угле падения. Волнообразные элементы 104 образуют решетку связывания падающей волны с поверхностными плазмонами на границах раздела металл - диэлектрики 105 и 106, оптимизированную при нормальном угле падения для данной длины волны при помощи уравнения (3). При этой длине волны структура хорошо пропускает составляющую ТМ падающей электромагнитной волны, и наблюдатель 20 наблюдает цветовую визуальную информацию, соответствующую узкой спектральной полосе вокруг этой длины волны. На спектре, схематично показанном в рамке 302 на фиг. 3В, наблюдатель видит только световую составляющую 303, соответствующую этой полосе спектра.

Если наблюдатель продолжает наблюдать этот компонент с азимутом 0°, но меняя угол падения, он наблюдает значительное изменение цвета, как показано на фиг. 3С. Действительно, как было указано выше, угол падения θ (или наклон), не равный нулю вокруг оси у, перпендикулярной к вектору решетки, приводит к сильному изменению длины волны связывания одновременно в сторону большей длины волны и в сторону длины волны, более короткой, чем для волны связывания при нормальном угле падения. Применяя к компоненту наклон, наблюдатель видит цвет, резко меняющийся вместе с изменением угла наклона. В примере, показанном на фиг. 3С, цифрами 304, 305 обозначены полосы спектра 302, которые видит наблюдатель.

В примере, показанном на фиг. 3D, наблюдаемый компонент поворачивают не вокруг оси у, перпендикулярной к вектору решетки, а вокруг оси z, параллельной вектору решетки. В этом случае наблюдается слабое изменение длины волны, показанное спектральными полосами 304, 305 пропускаемого спектра. Действительно, эта конфигурация эквивалентна конфигурации, представленной на фиг.2В, на которой компонент поворачивают вокруг оси, параллельной вектору решетки.

Таким образом, установлено, что в зависимости от азимута и наклона поведение пропускающей решетки полностью меняется, и именно этот эффект применил заявитель для получения защитного компонента, контролируемого при пропускании.

Наконец, отмечается, что наблюдатель может наблюдать выполненный таким образом компонент с одной или с другой стороны, то есть, в примере, представленном на фиг. 3В-3D, обращая к источнику света 30 слой 101 или слой 103, и получать одинаковые эффекты. Действительно, структура диэлектрик - металла - диэлектрик, содержащая диэлектрические материалы с аналогичными или близкими показателями преломления, является симметричной, и слои, которые можно добавлять с двух сторон с целью использования, являются нейтральными, что будет описано ниже.

На фиг. 4 показан защитный оптический компонент согласно примеру выполнения изобретения. Он показан в разрезе на уровне металлического слоя, при этом показан только один из слоев диэлектрического материала. На фиг. 5А, 5В, с одной стороны, и на фиг. 6А, 6В, с другой стороны, показаны кривые, отображающие вычисленное пропускание компонента, показанного на фиг. 4, в зависимости от различных параметров.

Компонент 40 содержит две зоны 41, 42 связывания, каждая из которых содержит набор волнообразных элементов 410, 420, представленных на фиг. 4 в виде полос, заштрихованных пунктирными линиями. В этом примере волнообразные элементы каждой зоны связывания ориентированы в главном направлении, определяя для каждой зоны связывания вектор решетки, соответственно kg₁ и kg₂, имеющий направление, перпендикулярное к главному направлению волнообразных элементов, и норму, определяемую как k g i = 2 π / Λ i , где Λ_i является шагом волнообразных элементов в каждой из зон. В этом примере векторы решетки каждой зоны связывания являются по существу ортогональными. В ортонормированной системе координат x, y, z, показанной на фиг. 4, волнообразные элементы 410 зоны 41 связывания ориентированы по оси z (вектор решетки по оси у), волнообразные элементы 420 зоны 42 связывания ориентированы по оси y (вектор решетки по оси z), при этом ось х является осью, перпендикулярной к поверхности компонента, которая является также плоскостью фигуры. В этом примере наборы волнообразных элементов 410, 420 имеют по существу идентичные характеристики (в частности, шаг и природа металла), поэтому центровочная длина волны является по существу одинаковой для обеих зон связывания. В альтернативном варианте один из параметров можно изменить, например, шаг волнообразных элементов или природу металла и толщину слоя, чтобы получить другую центровочную длину волны и, следовательно, другой «цвет» с нормальным углом падения для наблюдателя.

Фиг. 5А и 5В иллюстрируют вычисленное пропускание соответственно в зонах 41 и 42 связывания в зависимости от угла падения, измеренного вокруг оси z, и от длины волны, когда наблюдатель наблюдает компонент 40 с азимутом 0° в белом свете. Для этих вычислений используют ту же программу вычисления распространения электромагнитных волн, что и в предыдущем случае, и условия являются идентичными условиям, применяемым для моделирований, показанных на фиг. 2А и 2В.

В зоне 41 связывания компонента угол падения меняют вокруг оси, перпендикулярной к вектору решетки. При этом наблюдают очень сильное изменение длины волны связывания в зависимости от угла падения (фиг. 5А). Моделирование осуществляют в режиме ТМ, влияние которого, как установил заявитель, является доминирующим по сравнению с влиянием режима ТЕ и, следовательно, отображает то, что наблюдатель увидит в неполяризованном свете. Заявитель показал, что изменение угла на 1° дает смещение на 7 нм при поляризации ТМ, тогда как смещение является почти нулевым в режиме ТЕ. Таким образом, при нормальном угле падения наблюдатель увидит при пропускании зеленый цвет, соответствующий спектральной полосе, центрованной примерно на 560 нм. Поворачивая компонент вокруг оси z, он увидит, что зона 41 очень быстро примет оттенок, в основном содержащий красный цвет и немного синего, что соответствует двум длинам волны связывания, связанным с режимами распространения в одном направлении и в противоположных направлениях. В зоне 42 связывания поворот компонента вокруг оси z соответствует повороту вокруг оси, параллельной вектору решетки. На фиг. 5В показано изменение пропускания в зависимости от угла падения и от вычисленной длины волны в режиме ТЕ, влияние которого в этой конфигурации является доминирующим по сравнению с режимом ТМ. Изменение цвета, наблюдаемое на фиг. 5В, является более слабым, и зона 42 останется для наблюдателя в зеленых оттенках.

На фиг. 6А и 6В для угла падения вокруг оси z (фиг. 4), соответственно равного 0° (кривая 602) и 15° (кривая 601), показано пропускание в зависимости от длины волны соответственно в зонах 42 (фиг. 6А) и 41 (фиг. 6В), вычисленное при тех же параметрах, что и в предыдущем случае. Эти кривые подтверждают слабое изменение пропускания в зависимости от длины волны, наблюдаемое в зоне 42, по сравнению с очень сильным изменением длины волны, наблюдаемым в зоне 41. Так, центральная длина волны пропускаемой спектральной полосы переходит от 615 нм при нормальном угле падения к 601 нм при угле 15° в зоне 42, тогда как она переходит от 615 нм при нормальном угле падения к 508 нм при угле 15° в зоне 41.

С другой стороны, этот же наблюдатель, если он повернет компонент вокруг оси у (фиг. 4), увидит очень сильное изменение цвета в зоне 42 связывания, аналогичное изменению, показанному на фиг. 5А, вычисленному в режиме ТМ, и слабое изменение цвета в зоне 41 связывания, как на фиг. 5В, вычисленное в режиме ТЕ.

Таким образом, меняя угол падения компонента относительно одной или другой из осей, наблюдатель увидит очень быстрое изменение цвета в одной из зон, тогда как цвет в другой зоне останется достаточно стабильным.

Предпочтительно ортогональность решеток связывания, образованных наборами волнообразных элементов 410 и 420, соблюдается с допуском ±5°. Действительно, заявитель установил, что в этом диапазоне изменения угла между двумя наборами волнообразных элементов продолжает отмечаться устойчивая стабильность цвета зоны связывания, вектор решетки которой является параллельным оси поворота компонента, и настолько же эффективное изменение длины волны связывания в зоне связывания, вектор решетки которой является перпендикулярным к оси поворота компонента. Если ортогональность двух наборов волнообразных элементов отклоняется сверх порога ±5°, эффект становится все менее ощущаемым, так как контраст между зоной связывания со стабильным цветом и зоной связывания с быстрым изменением цвета будет меньшим.

Предпочтительно зонам 41, 42, показанным на фиг. 4, можно придать взаимно дополняющие и характеристические формы, как показано, например, на фиг. 7А-7D. На фиг. 7А представлен вид в разрезе защитного компонента 70 на уровне металлического слоя 102. Фиг. 7В-7D иллюстр