Изобразительный элемент с расположенными на подложке оптическими элементами для создания подвешенного над или под подложкой изображения, состоящего из световых пятен

Изобразительный элемент с расположенными на подложке оптическими элементами для создания подвешенного над или под подложкой изображения, состоящего из световых пятен

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к изобразительному (изображающему) элементу, имеющему подложку с участком поверхности, на котором расположено множество оптических элементов. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления подобного изобразительного элемента и носителю данных с подобным изобразительным элементом.

Носители данных, такие как ценные документы или удостоверения личности, но также ценные предметы, такие как, например, фирменные изделия, для защиты часто оснащаются защитными элементами, которые позволяют произвести проверку подлинности носителя данных и одновременно служить защитой от воспроизводства без разрешения.

Особое внимание при этом в настоящее время уделяется защитным элементам с создающими трехмерный эффект изображениями, поскольку, с одной стороны, их может распознать и проверить даже неспециалист, а, с другой стороны, их нельзя воспроизвести в точном соответствии оригиналу обычными способами копирования.

При этом известно несколько технологий, посредством которых при рассмотрении двумя глазами плоских изображений можно создать трехмерный эффект изображения. Например, в случае анаглифических изображений друг на друга наложены два стереоскопических полуизображения. При рассмотрении с помощью вспомогательного средства, например, красно-зеленых очков или поляризационных очков оба полуизображения разделяются для обоих глаз.

Другая технология использует линзовые или зеркальные растровые изображения, которые состоят из многослойной структуры со слоем с мотивом и с расположенным на расстоянии от слоя с мотивом линзовым или же зеркальным слоем. Примером этой техники являются трехмерные муаровые линзы, как они описаны в документе WO 2009/000530 А2.

Еще один подход, как он описан, например, в документе WO 90/08338 А1 заключается в том, что мотив образуют как плоский рельеф, причем поверхность мотива имитируется и/или в виде отдельных элементов повторяется на поверхности изображении.

Наконец, для защитных элементов уже давно используются голограммы, голографические стереограммы и подобные голограммам изображения решеток, чтобы создать трехмерный эффект изображения. При этой технике дифракция света и интерференция играют решающую роль в голографических структурах и дифракционных решетках.

Исходя из этого, в основу изобретения положена задача создания изобразительного элемента названного в начале типа, который имеет привлекательный внешний вид. Для обеспечивающего защиту применения изобразительный элемент к тому же должен иметь высокую защиту от подделывания и, кроме того, обеспечивать возможность простой проверки подлинности также неспециалисту.

Эта задача решена в изобразительном элементе, способе его изготовления, носителе данных с подобным изобразительным элементом и способе изготовления объемной голограммы.

Предлагаемый в изобретении изобразительный (изображающий) элемент содержит подложку с участком поверхности, на котором расположено множество оптических элементов. При этом изобразительный элемент выполнен с возможностью создания, при освещении параллельным светом от источника света, изображения, состоящего из множества световых пятен, которые воспринимаются наблюдателем как подвешенные выше или ниже указанного участка поверхности, расположены в форме заданного мотива и представляют собой реальные или виртуальные изображения освещающего изобразительный элемент источника света, причем оптические элементы образованы рефракционными (преломляющими) и/или рефлективными (отражающими) оптическими элементами, с каждым световым пятном состоящего из световых пятен изображения соотнесен по меньшей мере один рефракционный и/или рефлективный оптический элемент, который при освещении изобразительного элемента способствует созданию соответствующего ему светового пятна, т.е. участвует в создании светового пятна, причем для каждого светового пятна и соотнесенного с ним оптического элемента действительно условие: f/d < 5, где f - высота висения светового пятна над или под участком поверхности, a d - диаметр способствующего созданию этого светового пятна оптического элемента.

Следовательно, изобретение основывается на идее задания трехмерного мотива, который состоит из световых пятен, подвешенных над или под изобразительным элементом. Для создания светового пятна при освещении изобразительный элемент имеет расположенные рядом или с последовательным чередованием части зеркал, линз или призм, которые выполнены таким образом, что они в пространстве изображения при подходящем освещении, т.е. освещении параллельным светом, создают подвешенные отражения света, которые вместе представляют собой заданный трехмерный мотив. Такие подвешенные (висящие) отражения света в физическом смысле являются реальными изображениями или виртуальными изображениями освещающего изобразительный элемент источника света, как это подробнее поясняется ниже. При этом освещение изобразительного элемента параллельным светом, например от расположенного далеко источника света, обеспечивает особенно хорошее визуальное впечатление.

Возникающее за счет освещения трехмерное состоящее из световых пятен изображение предлагает наблюдателю необычный и визуально привлекательный трехмерный эффект изображения, который придает изобразительному элементу высокую ценность с точки зрения привлечения внимания и распознавания. Наличие или отсутствие этого эффекта легко может определить любой пользователь, то есть изобразительный элемент можно просто верифицировать. Тем не менее, зеркальное или же линзовое устройство по причине необходимого ноу-хау и необходимой технологии потенциальному подделывателю настроить трудно.

Далее рефракционные и/или рефлективные оптические элементы для более краткого обозначения будут называться лишь как «оптические элементы». Однако понятно, что это обозначение в рамках изобретения всегда подразумевает рефракционные и/или рефлективные оптические элементы. Оптические элементы могут быть либо чисто рефракционными (преломляющими), например, такими как линза или микропризма, чисто рефлективными (отражающими), например, такими как зеркало или микрозеркало, либо и рефракционными, и рефлективными, например такими как линза с полупрозрачным покрытием или микропризма с полупрозрачным покрытием. В любом случае эффекты дифракции и интерференции в предлагаемых рефракционных и/или рефлективных оптических элементах не играют роли и ими всегда можно пренебречь.

Благодаря тому, что каждого светового пятна и соотнесенного с ним оптического элемента действительно условие: f/d < 5, где f - высота висения светового пятна над или под участком поверхности, a d - диаметр способствующего созданию этого светового пятна оптического элемента, световые пятна при обычном расстоянии рассмотрения в 30 см для обоих глаз наблюдателя находятся в пределах отверстия соответствующего оптического элемента.

Согласно предпочтительному варианту изобретения световые пятна состоящего из световых пятен изображения подвешены над или под участком поверхности на нескольких разных высотах, образуя трехмерный мотив. Согласно альтернативному, также предпочтительному варианту изобретения все расположенные в определенных областях световые пятна состоящего из световых пятен изображения подвешены над или под участком поверхности на

одной высоте, образуя кулисный мотив. С преимуществом на состоящем из световых пятен изображении трехмерный мотив также может быть скомбинирован с двухмерным мотивом, поскольку в этом случае также при плохих условиях освещения еще может быть распознано состоящее из световых пятен изображение и тем самым возможна проверка подлинности.

Целесообразно, если оптические элементы включают в себя изогнутые зеркала, прежде всего вогнутые зеркала или выпуклые зеркала. Изогнутые зеркала могут быть выполнены сферическими, эллиптическими, вращательно-симметричными асферическими, невращательно-симметричными асферическими или в форме желобков, причем в последнем случае желобки могут проходить по прямой или изогнуто. Эллиптические зеркала в направлении х и у имеют различный изгиб зеркала, в асферических зеркалах зеркальная поверхность отличается от шаровой формы. Асферические зеркала могут быть вращательно-симметричными или в самом общем случае также невращательно-симметричными. Прямолинейные зеркала в форме желобков могут в особом случае рассматриваться как эллиптические зеркала, в которых радиус изгиба в пространственном направлении бесконечно большой. Для осуществления малой структурной высоты изогнутые зеркала также могут быть образованы, по меньшей мере, частично зеркалами Френеля.

В качестве альтернативы или дополнительно, оптические элементы также могут включать в себя линзы, прежде всего сферические, эллиптические, вращательно-симметричные асферические, невращательно-симметричные асферические или цилиндрические линзы. Эллиптические линзы в направлении х и у имеют различный изгиб зеркала, в асферических линзах светопреломляющая поверхность линзы отличается от шаровой формы. Асферические линзы могут быть вращательно-симметричными или в самом общем случае также невращательно-симметричными. Цилиндрические линзы могут в особом случае рассматриваться как эллиптические линзы, в которых радиус изгиба в пространственном направлении бесконечно большой. Также линзы могут, по меньшей мере, частично быть образованы линзами Френеля, чтобы получить малую структурную высоту.

В предпочтительном варианте изобретения с каждым световым пятном состоящего из световых пятен изображения соотнесен ровно один оптический элемент.

Согласно альтернативному, также предпочтительному варианту изобретения с каждым световым пятном состоящего из световых пятен изображения соотнесен не только один оптический элемент, а множество оптических элементов. При этом соотнесение означает, что оптический элемент при освещении за счет зеркального отражения (рефлексии) и/или преломления света (рефракции) способствует созданию этого светового пятна. Оптические элементы предпочтительно распределены на удалении друг от друга по участку поверхности. Благодаря возникающим промежуточным пространствам между отдельными оптическими элементами в этом случае несколько групп оптических элементов, которые соответственно соотнесены с различными световыми пятнами, могут быть расположены на том же участке поверхности с последовательным чередованием. Таким образом можно достичь особо высокого пространственного расширения в состоящем из световых пятен изображении, как это будет более подробнее разъяснено ниже.

В качестве еще одного преимущества соотнесения множества оптических элементов с одним световым пятном было выявлено, что на основании возможных в этом случае меньших габаритов отдельных оптических элементов, могут использоваться элементы с плоскими пограничными поверхностями, которые проще рассчитать и изготовить, как один единственный изогнутый оптический элемент того же оптического действия.

Для создания состоящего из световых пятен изображения, в котором световые пятна имеют различную яркость, является предпочтительным с каждым световым пятном состоящего из световых пятен изображения соотносить такое количество оптических элементов, которое соответствует яркости светового пятна в рамках образованного световыми пятнами мотива. Если оптические элементы имеют различный размер, то также с каждым световым пятном может быть соотнесена такая общая площадь оптических элементов, которая соответствует яркости светового пятна в рамках образованного световыми пятнами мотива.

Особо предпочтительно оптические элементы образованы плоскими микрозеркалами или малыми микропризмами.

Предварительно заданный мотив также может быть переливающимся изображением, которое при рассмотрении с различных направлений показывает разные изображения. Конкретный пример создания такого переливающегося изображения будет описан ниже. Понятно, что понятие «переливающиеся изображения» также включает в себя такие изображения, в которых переливаются также только части изображений.

В переливающихся изображениях при изменении направления рассмотрения, прежде всего наклоне изображения, изображения или части изображений меняются; поэтому такие изображения также называют кинеграммами. Смена изображения может происходить при горизонтальном или вертикальном наклоне, или при наклоне в направлении, находящемся между горизонтальным и вертикальным.

Если смена содержания изображения происходит резко, то говорят о флип-изображениях. Если смена выполняется через промежуточные ступени, то говорят о морфинг-изображениях.

Кроме того, также и 2D-3D-изображения могут быть выполнены в виде состоящего из световых пятен изображения. При этом, наряду с участками с трехмерным эффектом (которые видны перед или за уровнем изобразительного элемента или которые, кажется, проникают через уровень изобразительного элемента), присутствуют также и участки с двухмерным эффектом в или рядом с уровнем изобразительного элемента (на высотной ступени 0 или рядом с высотной ступенью 0).

В случае 2D-3D-изображения 2D- и 3D-участки могут располагаться рядом друг с другом и/или при изменении направления рассмотрения попеременно появляться в одном и том же месте. В случае такого переливающегося 2D-3D-изображения, например, двухмерное содержание изображения (текст или логотип) в зависимости от направления может включаться или исключаться из 3D-изображения.

В предпочтительном варианте изобретения созданный изобразительной структурой предопределенный мотив является образованным световыми пятнами круглым телом.

Согласно одному усовершенствованию изобретения участок поверхности, на котором расположено множество оптических элементов, также может быть изогнутым, например цилиндрически или сферически изогнутым.

В еще одном варианте изобретения часть оптических элементов создает скрытую информацию в изображении, которую невозможно распознать без вспомогательных средств. Скрытая информация в изображении при этом является противоположностью описанной выше открытой информации в образованном световыми пятнами изображении, которую при обычном освещении невозможно распознать невооруженным взглядом без дополнительных вспомогательных средств. Напротив, скрытая информация в изображении при обычном освещении не может быть распознана невооруженным взглядом без помощи, а, например, видна только при направленном освещении лазерным лучом или требует особого приемного экрана.

В предпочтительном варианте изобретения оптические элементы включают в себя периодическое расположение (систему) микрозеркал, которые соответственно имеют расстояние до следующего элемента в 2 мм или менее, прежде всего в 1 мм или менее. В этом случае наблюдатель более не распознает отраженные зеркалами изображения, но видит по каждому зеркалу только одну световую точку, форма которой зависит от подсветки окружения. Если наблюдатель наклоняет изобразительный элемент, то световые точки зеркал смещаются немного в сторону, а именно в зависимости от выполнения зеркал в качестве выгнутых или выпуклых зеркал так, как если бы световые точки располагались перед или предпочтительно за уровнем изобразительного элемента. За счет периодического расположения микрозеркал наблюдатель тем самым видит правильную решетку из световых точек, которые при наклоне изобразительного элемента предпочтительно создают впечатление такого движения, как если бы они находились на еще один уровень дальше. Поэтому решетка световых точек может образовывать фон для еще одного мотива, например, для эффекта свода, описанного в также поданной немецкой патентной заявке DE 102009056934.0, или для пилообразного изображения с кинематическим эффектом, как, например, голограммные структуры документа ЕР 0868313 В1 (там абзац [0034] или же фиг. 8 с отражающими пилообразными структурами).

Чтобы, с одной стороны, защитить оптические элементы от загрязнений и износа, и чтобы, с другой стороны, эффективно предотвратить несанкционированную имитацию путем снятия оттисков со структуры поверхности, оптические элементы предпочтительно утапливают в окружающий слой или комбинацию окружающих слоев, прежде всего в защитный слой. Как правило, такое утапливание изменяет высоту висения световых пятен, поскольку разница показателя преломления между материалом утопления и воздухом или же материалом утопления и материалом линзы изменяет оптическое прохождение лучей. Однако такое изменение оптического прохождения лучей можно без проблем соответствующим образом учесть при выполнении оптических элементов, чтобы после утапливания осуществить желаемые высоты висения.

В предпочтительной форме выполнения оптические элементы выполнены в виде тисненых структур в слое лака для тиснения. Если изобразительный элемент, по меньшей мере, частично выполнен рефлектирующим, то тисненые структуры предпочтительно имеют усиливающее отражение покрытие. В качестве усиливающее отражение покрытия может использоваться, прежде всего, металлизация по всей поверхности или растровая, обеспечивающее сильное преломление покрытие, тонкослойный элемент с эффектом переливания цвета или холестерический жидкокристаллический слой.

Структурная высота тисненых структур предпочтительно ниже 100 мкм, предпочтительно ниже 20 мкм, особо предпочтительно ниже 5 мкм.

Предлагаемые изобразительные элементы могут быть скомбинированы с другими защитными признаками, например дифракционными структурами, с голограммными структурами во всех вариантах осуществления, с металлизацией или без металлизации, со структурами длин подволн, с металлизацией или без металлизации, с решетками длин подволн, со слоистыми системами, которые при наклоне проявляют смену цвета, полупрозрачными или непрозрачными, с дифракционными оптическими элементами, с рефракционными оптическими элементами, например, такими как формы призменных лучей, со специальными формами отверстий, с защитными признаками с целенаправленно установленной электрической проводимостью, с введенными веществами с магнитной кодировкой, с веществами с фосфоресцирующим, флуоресцентным или люминесцентным эффектом, с защитными признаками на основе жидких кристаллов, с матовыми структурами, с дополнительными элементами микрозеркал, с элементами с эффектом жалюзи или с пилообразными структурами. Другие защитные признаки, с которыми могут комбинироваться предлагаемые изобразительные элементы, указаны в документе WO 2005/052650 А2 на страницах 71-73; в этом отношении они включаются в данное описание.

Объектом изобретения является также способ изготовления предлагаемого в изобретении изобразительного элемента, выполненного с возможностью создания, при освещении параллельным светом от источника света, изображения, состоящего из множества световых пятен, которые воспринимаются наблюдателем как подвешенные выше или ниже участка поверхности, расположены в форме заданного мотива и представляют собой реальные или виртуальные изображения освещающего изобразительный элемент источника света. Предлагаемый в изобретении способ характеризуется тем, что на участке поверхности подложки располагают множество рефракционных и/или рефлективных оптических элементов, причем с каждым световым пятном состоящего из световых пятен изображения соотносят по меньшей мере один рефракционный и/или рефлективный оптический элемент, который при освещении изобразительного элемента способствует созданию соответствующего ему светового пятна, причем для каждого светового пятна и соотнесенного с ним оптического элемента действительно условие: f/d < 5, где f - высота висения светового пятна над или под участком поверхности, a d - диаметр способствующего созданию этого светового пятна оптического элемента.

Согласно предпочтительному варианту способа желаемый трехмерный мотив с точками P_j изображений и значениями Z_j высоты задают по ху-плоскости, причем точки изображения соответствуют возникающим при освещении световым пятнам, для каждой точки Р изображения назначают яркость I_j от 0% до 100%, с точками P_j изображения соотносят конусы раствора, которые имеют соотношение открытия >0,2, для каждой точки P_j изображения, путем пересечения исходящего из точки изображения конуса открытия с ху-плоскостью определяют диапазон E_j влияния, разделяют ху-плоскость на несколько крупных полей, и крупные поля соответственно разделяют на несколько мелких полей, для каждой точки P_j изображения на основе определенного значения Z_j высоты и определенного значения I_j яркости определяют количество заполняемых мелких полей, определенные для точки P_j заполняемые мелкие поля изображения распределяются по существу равномерно по крупным полям в диапазоне E_j влияния точки P_j изображения, и заполняемые мелкие поля заполняют рефракционными и/или рефлективными оптическими элементами, которые при освещении изобразительного элемента способствуют созданию светового пятна, соответствующего точке P_j изображения.

Согласно еще одному предпочтительному варианту способа круглое тело представляют подвешенными световыми точками. Предпочтительно, при этом исходят из блока данных, который описывает поверхность отображаемого тела точками в пространстве, угловыми точками многоугольников, векторами нормалей и характеристиками поглощения (цвет, яркость).

Такие блоки данных, подходящие форматы и способы обработки в принципе известны специалисту, примерами являются например: VRML (Virtual Reality Modeling Language), STL (Surface Tesselation Language; Standard Triangulation Language) или 3D-CAD (3D- Computer Aided Design).

Блоки данных, которые описывают поверхность тела, могут, например, создаваться при компьютерном техническом черчении или посредством лазерного 3D-сканирования настоящих трехмерных тел. В последнем способе при сканировании тела лазерными лучами регистрируют точки в пространстве, которые описывают тело. Эти точки могут быть сохранены, например, в так называемом формате Point-Cloud на компьютере.

Для создания 3D-состоящего из световых пятен изображения для круглого тела необходимо обработать такой блок данных, как описано в качестве примера далее на основании операций а) - в).

а) Концепция освещения

Чтобы сделать поверхность тела видимой, необходимы контрасты светлый-темный. Самое естественное впечатление производит тело, если эти контрасты светлый-темный создают посредством концепции освещения. Для этого считают приемлемым один или несколько расположенных вне тела источников света, и посредством закона косинусов Ламберта, закона рефлексии или других подходящих физических законов из направлений фиктивных источников света, нормальней к поверхности и характеристик поглощения определяют яркость поверхности во всех релевантных точках тела.

б) Создание световых точек

Как будет описано подробнее далее, с каждой релевантной точкой тела соотносят диапазоны влияния в структуре из микрозеркал или микропризм. Внутри диапазона влияния определенные участки поверхности заполняют

микрозеркалами или микропризмами описанным выше образом так, что точка тела светится с желаемой яркостью,

в) Расчет сокрытия

Наконец, круглое тело имеет с направления рассмотрения переднюю и заднюю сторону, поэтому некоторые части тела скрыты и невидимы. Поэтому для каждого микроэлемента (или же микрозеркала или микропризмы) следует следить за тем, чтобы он соотносился только с той точке поверхности тела, которая расположена ближе всего к нему или дальше всего от него на соединительной прямой точки поверхности микроэлемента, в зависимости от того, с какой стороны должно рассматриваться состоящее из световых пятен изображение. Эту точку поверхности тела определяют способом расчета сокрытия, который сам по себе известен из 3D-CAD, например, таким как способ построения лучей или способ буфера глубины изображения. Если также включить собственно скрытые точки в состоящее из световых пятен изображение то тело кажется прозрачным, что, однако, в исключительных случаях также может быть желаемым.

Наконец, изобретение также содержит носитель данных с изобразительным элементом описанного типа, причем элемент изображения может быть расположен, прежде всего, в виде отражающего защитного элемента в непрозрачной области носителя данных или в виде, по меньшей мере, частично прозрачного защитного элемента в или над прозрачной оконной областью или сквозным отверстием носителя данных. Прежде всего, носитель данных может быть ценным документом, например банкнотой, прежде всего бумажной банкнотой, полимерной банкнотой или банкнотой из комбинированной пленки, но также и удостоверением личности на основе пластиковой карты, например кредитной карты, банковской карты, карты для оплаты наличными, карты права доступа, удостоверением личности или страницей персонализации в паспорте.

Кроме того, изобретение содержит устройство индикации с управляющим устройством и изобразительным элементом описанного выше типа, причем пространственная направленность оптических элементов изобразительного элемента может настраиваться посредством управляющего устройства. Таким образом изобразительный элемент в зависимости от управления может показывать различные изображения, состоящие из световых пятен. Изменение пространственной направленности оптических элементов при этом может

выполняться очень быстро, благодаря чему у наблюдателя возникает впечатление непрерывной последовательности изображений. Устройство индикации может тем самым использоваться как 3D-дисплей для самых различных вариантов применения.

Наконец, изобретение содержит способ изготовления объемной голограммы, в котором на пластинке для записи, например фотополимерной пластинке, в качестве эталонной волны используются нерассеянные лазерные лучи, а в качестве объектной волны для интерференции используются отраженные или отклоненные от изобразительного элемента описанного выше типа лазерные лучи. При этом в изобразительных элементах с рефлективными оптическими элементами, например, такими как микрозеркала, отраженные лазерные лучи используются как объектная волна, в то время как в изобразительных элементах с рефракционными оптическими элементами, например, такими как микропризмы, в качестве объектной волны используют отклоненные лазерные лучи.

Другие примеры осуществления и преимущества изобретения далее разъясняются на примере фигур, при изображении которых отказались от воспроизведения с соблюдением масштаба и пропорций для увеличения наглядности.

Показано на чертежах:

Фиг. 1 - схематическое изображение банкноты с предлагаемым защитным элементом;

Фиг. 2 - схематически первый пример осуществления изобретения с вогнутыми зеркалами в качестве рефлективных оптических элементов,

Фиг. 3 - другой пример осуществления изобретения с выпуклыми зеркалами в качестве рефлективных оптических элементов,

Фиг. 4 - заданный мотив из световых пятен в форме трехмерной световой пирамиды,

Фиг. 5 (А) - выпуклое зеркало и (Б) - замененное зеркалом Френеля выпуклое зеркало на (А),

Фиг. 6 - вид сверху на множество изогнутых зеркал, (А) с зеркалами с квадратной основной поверхностью и (Б) с желобообразно выполненными зеркалами различной ориентации,

Фиг. 7 - еще один пример осуществления изобретения, в котором рефракционные оптические элементы образованы линзами,

Фиг. 8 на (А) - (Г) - четыре примера осуществления, в которых изогнутое вогнутое зеркало разложено на оптические микроэлементы с квадратной основной поверхностью и плоской зеркальной поверхностью,

Фиг. 9 - заполнение структуры в форме шахматной доски согласно фиг. 8(Б) с микрозеркалами, причем на (А) показан промежуточный шаг только с одной группой микрозеркал, а на (Б) - полное заполнение с двумя группами микрозеркал для двух соседних световых пятен,

Фиг. 10 наглядно показывает расчет плоских зеркальных поверхностей микрозеркал на фиг. 8 и фиг. 9,

Фиг. 11 наглядно показывает расчет микропризм, которые возникают при разложении одной собирательной линзы,

Фиг. 12 схематически показывает защитный элемент с утопленными микрозеркалами, и

Фиг. 13 показывает на (А) - (В) три варианта осуществления, в которых предлагаемое состоящее из световых пятен изображение служит в качестве оригинала для объемной голограммы.

Теперь изобретение будет объяснено на примере защитных элементов для банкнот. На фиг. 1 для этого показано схематическое изображение банкноты 10, которая оснащена предлагаемым защитным элементом 12. Защитный элемент 12 может быть выполнен в виде рефлектирующего защитного элемента, который присутствует в непрозрачной области банкноты 10, или может быть выполнен в виде прозрачного защитного элемента, который расположен, например, над прозрачной оконной областью банкнот 10.

При освещении, например, за счет солнечных лучей или потолочной лампы, защитный элемент 12 создает для наблюдателя трехмерное изображение, состоящее из множества световых пятен, воспринимаемых наблюдателем как подвешенные соответственно над или под уровнем защитного элемента 12. Различные световые пятна при этом имеют различную высоту висения, благодаря чему световые пятна вместе образуют трехмерный мотив, например выступающую из банкноты световую пирамиду.

Эти возникающие за счет освещения и выступающие из банкноты или отступающие в нее состоящие из световых пятен изображения предлагают наблюдателю необычный, визуально привлекательный трехмерный эффект изображения, который может легко проверить и запомнить также и неспециалист.

Для разъяснения принципа изобретения на фиг. 2 показан первый пример осуществления защитного элемента 20, в котором трехмерный мотив 30 изображен упрощенно тремя точками 32 изображения. Защитный элемент 20 содержит подложку 22, которая на одном участке поверхности содержит множество небольших вогнутых зеркал 24. Поскольку на фигуре упрощенно показаны только три точки 32 изображения мотива, соответственно также показаны только три вогнутых зеркала 24. Однако понятно, что защитный элемент 20 на практике обычно будет иметь большое количество, например несколько десятков, несколько сотен или даже несколько тысяч, рефракционных и/или рефлективных оптических элементов 24. Конкретные примеры защитных элементов с большим количеством оптических элементов описаны ниже по тексту.

Возвращаясь к изображению на фиг. 2, фокусное расстояние f расположенных на уровне подложки 22 вогнутых зеркал 24 соответственно выбрано так, что вогнутые зеркала 24 при освещении удаленным источником 34 света создают заданные точки изображения в виде световых пятен 32. Точнее сказать, световые пятна 32 представляют собой реальные изображения источника света, как показано в левой части изображения на фиг. 2 геометрическим прохождением лучей 36.

Трехмерный эффект изображения, то есть восприятие наблюдателем 40 того, что световые пятна 32 подвешены на определенной высоте над поверхностью подложки 22, возникает только при рассмотрении обоими глазами. Для этого за счет выполнения структуры вогнутых зеркал должно быть обеспечено, что реальные изображения 32 источника 34 света расположены соответственно для обоих глаз 42 внутри раскрытия основной оптической системы, в данном случае вогнутого зеркала 24.

Как проиллюстрировано на правой части изображения фиг. 2, световое пятно 32 именно тогда находится для обоих глаз 42 внутри открытия вогнутого зеркала 24, когда смотря от светового пятна 32 угол ω открытия вогнутого зеркала 24 больше, угла рассмотрения α наблюдателя 40. Угол ω открытия при этом задан соотношением диаметра d зеркала и фокусного расстояния, fω = d/f,

угол α рассмотрения - соотношением расстояния а между глазами и расстоянием b рассмотрения, т.е. α = a/b. Для типичного расстояния между глазами а ≈ 6,5 см и типичного расстояния рассмотрения b ≈ 30 см таким образом получают условие

f/d < b/a ≈ 5,

то есть то условие, что отношение высоты f висения светового пятна 32 к диаметру вогнутого зеркала 24, создающего световое пятно, должно быть меньше примерно 5. Если диаметр вогнутого зеркала 24, как в примере осуществления на фиг. 2, составляет, например d = 0,5 мм, то можно реализовать высоту висения до 2,5 мм с трехмерным эффектом изображения.

Рефракционные и/или рефлективные оптические элементы могут иметь габариты в несколько 100 мкм или даже несколько миллиметров, но также могут быть выполнены и существенно меньших размеров. Например, вогнутое зеркало можно разложить на множество микрозеркал и распределить их по определенному участку поверхности подложки 22, как будет подробнее описано ниже по тексту. Однако, в любом случае габарит использованного согласно изобретению оптического элемента существенно выше длины световой волны, благодаря чему эффектами преломления и интерференции можно пренебречь. Прежде всего, поэтому габариты оптических элементов, предпочтительно, больше 2 мкм, предпочтительно даже больше 5 мкм.

Световые пятна 32 заданного мотива 30 для наблюдателя 40 могут быть подвешены не только над, но также и под поверхностью 22 подложки. Со ссылкой на фиг. 3 для этого на участке поверхности подложки 22 расположено множество небольших выпуклых зеркал 26, фокусные расстояния которых выбраны так, что выпуклые зеркала 26 при освещении удаленным источником 34 света создают заданные точки изображения в качестве световых пятен 32. Точнее говоря, световые пятна 32 в этом случае представляют собой виртуальные изображения источника 34 света, которые для наблюдателя создают впечатление висения под поверхностью подложки, как намечено на правой части изображения на фиг. 3 геометрическим прохождением 38 лучей.

Как вогнутые, так и выпуклые зеркала могут быть предусмотрены в одном и том же защитном элементе, если части мотива выступают, то другие части должны отступать за поверхность подложки. Для иллюстрации на фиг. 4 показан заданный мотив в форме трехмерной световой пирамиды 50 из множества световых пятен 52, которые подвешены на различной высоте висения над или же под поверхностью подложки 22.

В примере осуществления на фиг. 4 все изогнутые зеркала выполнены с диаметром 0,5 мм. Фокусное расстояние f для вогнутых зеркал указывают положительным (высота висения над поверхностью подложки), для выпуклых зеркал - отрицательным (высота висения под поверхностью подложки). При таком условии световое пятно 52-1 острия пирамиды имеет высоту висения в f = +2 мм, в то время как световые пятна 52-2 и 52-3 кромок пирамиды подвешены на высоте f = +1,2 мм или же f = +0,4 мм. Световые пятна 52-1 - 52-3 с их положительной высотой висения создаются за счет вогнутых зеркал, как, в принципе, уже было разъяснено для фиг. 2.

Двигаясь по пирамиде 50 дальше наружу, световые пятна 52-4 и 52-5 имеют высоту висения в f = -0,4 мм или же f = -1,2 мм, то есть для наблюдателя подвешены под поверхностью 22 подложки. Наконец, основание пирамиды, образовано световыми пятнами 52-6, которые имеют высоту висения в f = -2 мм и тем самым расположены на 4 мм ниже острия 52-1 пирамиды.

Для всех световых пятен 52 выполнено условие |f| / d < 5, благодаря чему пирамида 50 для наблюдателя при обычном расстоянии рассмотрения кажется действительно трехмерной и кажется, что она пронизывает уровень подложки снизу вверх.

Высота висения световых пятен определяется радиусом изгиба изогнутых зеркал, как в качестве примера показано на фиг. 5(A) для выпуклого зеркала 60. При диаметре d и радиусе r изгиба выпуклое зеркало 60 имеет фокусное расстояние f = r/2. Например, при диаметре зеркала d = 0,5 мм для фокусного расстояния или же высоты висения в f = 2 мм необходим радиус изгиба r = 4 мм. Структурную высоту выпуклого зеркала в этом случае получают из отношения h*(2r-h)=(d/2)² к h = 7,8 мкм.

В зависимости от желаемой высоты висения, при этом могут возникать зеркальные структуры, высота h которых для желаемого применения слишком высока, например, потому что превышена максимально допустимая высота тиснения или глубина тиснен