衍射防伪单元.pdf

一种由层合塑料(1)构成的防伪单元(2)，带有至少由表面单元嵌镶式组成的表面图案，其中，在表面单元内，层合塑料(1)的模型层(5)和保护层(6)之间的反射分界层(8)覆盖光学作用的结构(9)。射到层合塑料(1)上，穿过层合塑料(1)的覆盖层(4)并穿过模型层(5)的光线(11)借助于光学作用结构(9)预先规定偏转。在至少一个表面单元的表面内，成型由叠加线性不对称散射光栅(24)利用无光泽结构产生的衍射结构。线性不对称散射光栅(24)具有取值范围50线/mm－2000线/mm的空间密度。无光泽结构具有范围20nm－2000nm的轮廓平均算术偏差和200nm－50000nm的相关长度。

1.  一种由层合塑料(1)构成的衍射防伪单元(2)，带有至少由表面单元(12；27；28)嵌镶式组成的表面图案，其中，在表面单元(12；27；28)内，层合塑料(1)的模型层(5)和保护层(6)之间的反射分界层(8)构成光学作用的结构(9)，射到层合塑料(1)上，穿过层合塑料(1)的覆盖层(4)并穿过模型层(5)的光线(11)借助于光学作用结构(9)预先规定偏转，其特征在于，在至少一个表面单元(12；27；28)的表面内，成型由叠加线性不对称散射光栅(24)利用无光泽结构产生的衍射结构(25)；线性不对称散射光栅(24)具有取值范围50线/mm-2000线/mm的空间密度；无光泽结构具有范围20nm-2000nm的轮廓平均算术偏差，并至少在一个方向上具有200nm-50000nm的相关长度。

2.  按权利要求1所述的防伪单元(2)，其特征在于，第二表面单元(28)与第一表面单元(27)邻接；在第二表面单元(28)的表面内成型衍射结构(25)；第一表面单元(27)内线性不对称散射光栅(24)的光栅矢量(26)基本上反向对准第二表面单元(28)内线性不对称散射光栅(24)的光栅矢量(26)。

3.  按权利要求1或2所述的防伪单元(2)，其特征在于，在表面单元(12，27)内设置带有散射光栅(25)的分表面(31)，其中，分表面(31)的衍射结构(25)与表面单元(12，27)的衍射结构(25)仅由于无光泽结构的散射能力而不同。

4.  按权利要求3所述的防伪单元(2)，其特征在于，分表面(31)构成标识或者编号顺序方式的信息。

5.  按权利要求2所述的防伪单元(2)，其特征在于，多个第一表面单元(27)设置在第二表面单元(28)的表面上；一个光栅内的第一表面单元(27)含有多个带有在至少一个小于0.3mm的量纲上最大尺寸的分表面(31)；在分表面(31)内成型第二表面单元(28)的衍射结构(25)；沿优选方向(30)，第一表面单元(27)衍射结构(25)的表面覆盖率从表面单元(27)到表面单元(27)变化。

6.  按权利要求2所述的防伪单元(2)，其特征在于，多个第一表面单元(27)设置在第二表面单元(28)的表面上；沿优选方向(30)，在第一表面单元(12)内用于衍射结构(25)的散射光栅(24)的不对称从表面单元(27)到表面单元(27)变化。

7.  按权利要求1或2所述的防伪单元(2)，其特征在于，多个表面单元(12)并排设置在表面图案的表面上；沿优选方向(30)，在第一表面单元(12)内用于衍射结构(25)的不对称散射光栅(24)的闪烁角(ε₂)从一个表面单元(12)到另一个表面单元(12)变化一预先确定的闪烁角梯度(Δε)。

8.  按权利要求1-8之一所述的防伪单元(2)，其特征在于，无光泽结构各向同性。

9.  按权利要求1-8之一所述的防伪单元(2)，其特征在于，无光泽结构各向异性。

10.  按权利要求1-9之一所述的防伪单元(2)，其特征在于，散射光栅(24)消色差并具有50线/mm和300线/mm之间的空间密度。

11.  按前述权利要求之一所述的防伪单元(2)，其特征在于，分界层(8)为由铝，银，金，铬或者钽组的一种金属构成的层。

衍射防伪单元
技术领域
本发明涉及权利要求1前序部分所述的衍射防伪单元。
背景技术
这种衍射防伪单元用于校验如钞票，各类证件，有价证券等物品，以便能够花费不高地确认物品的真实性。衍射防伪单元在输出物品时，以由薄复合层切成的标记的方式与该物品固定连接。
上述类型的衍射防伪单元由EP 0 105 099 A1和EP 0 375 833 A1有所公开。这些防伪单元包括由嵌镶式设置的表面单元构成的图案，表面单元具有散射光栅。散射光栅在方位上这样预先确定设置，转向时使通过散射光产生的可见图案发生光学变化。
EP 0 360 969 A1介绍了一种衍射防伪单元，其中，表面单元具有不对称的散射光栅。分别在带有一个共用界线的两个表面单元中成对和镜像对称设置不对称的散射光栅。如产生斜置镜子效果的特殊不对称散射光栅在WO 97/19821中有所介绍。
散射光栅的衍射特性可以借助傅里叶空间图通过图形说明。傅里叶空间图在一个圆圈内借助于一个点表示散射光束的方向，其中，光束垂直射到圆心内的散射光栅上。圆心相当于衍射角β＝0°，圆周相当于衍射角β＝90°，而半径相当于处于圆圈内的一个点，该点表示在散射光栅上衍射的光束的衍射角β。傅里叶空间图中不同点的偏振角反映散射光栅的方位定向。
衍射防伪单元通常由塑料薄复合层单元构成。两个层之间的分界层具有光衍射结构的显微精密浮雕。为提高反射性，将两层之间的分界层涂覆一个反射层。薄复合层的结构和为此使用的材料例如在US 4.856.857和WO 99/47983中有所介绍。DE 33 08 831 A1公开了利用载体膜将薄复合层涂覆在物品上。
这种衍射防伪单元的缺点在于很窄的立体角和非常高的表面亮度，在这种情况下观察者可以看到带有散射光栅的表面单元。高的表面亮度由此使表面单元形状的辨认变得困难。
EP 0 712 012 A1公开了在正弦形超显微精密散射光栅上这样叠加一种显微精密随机的粗糙度，使散射光栅可以随机调整。显微精密随机的粗糙度没有进一步介绍，并通过不可复制的各向异性的过程步骤在制造主体时产生。超显微精密散射光栅本身在对准光线情况下只有在反射角下才能看到。叠加散射光栅的粗糙度的作用，是将在超显微精密散射光栅上衍射的光线散射到散射光栅上的半空间内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉的衍射防伪单元，它在散射光线下在大角度范围内显示出清晰可见的静止的表面图案。
该目的依据本发明通过权利要求1所述特征得以实现。本发明具有优点的构成来自从属权利要求。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例作详细说明。其中：
图1示出防伪单元的横截面；
图2示出防伪单元的顶视图；
图3示出线性散射光栅的傅里叶空间图；
图4示出各向同性无光泽结构的傅里叶空间图；
图5示出各向异性无光泽结构的傅里叶空间图；
图6示出光学作用结构的偏转特性曲线；
图7示出复合层内的衍射结构；
图8示出衍射结构的傅里叶空间图；
图9示出带有图案单元防伪单元的顶视图；
图10示出按图9转向180°的防伪单元；
图11示出图案单元的第二实施方式；
图12示出图案单元的第三实施方式；
图13示出转向180°的图案单元的第三实施方式；
图14示出另一衍射结构的傅里叶空间图；
图15示出作为第四实施方式的表面图案；
图16示出图案单元的第五实施方式。
具体实施方式
在图1中，1为复合层，2为防伪单元，3为基质，4为覆盖层，5为模型层，6为保护层，7为胶粘剂层，8为反射分界层，9为光学作用结构，10为反射分界层8内的透明部位。复合层1由多层不同的，依次涂覆在这里没有示出的载体膜上的塑料层组成，并在所示的顺序上典型地包括覆盖层4，模型层5，保护层6和胶粘剂层7。载体膜在一实施方式中为覆盖层4本身，在另一实施方式中，载体膜的作用是在基质3上使用薄复合层1，然后与复合层1分离，这一点正如上面提到的DE 33 08 831 A1中所介绍的那样。
分界层8构成模型层5和保护层6之间共同地接触面。在模型层5内成型光学可变图案的光学作用结构9。由于保护层6填充光学作用结构9的凹处，所以分界层8具有光学作用结构9的形状。为获得光学作用结构9的高反射性，要求分界层8在折射率上跃变。产生这种折射率上跃变的例如是金属层，最好由铝，银，金，铜，铬，钽等构成，作为分界层8将模型层5和保护层6分开。由于其导电性，金属层对分界层8上的可见光产生很高的反射能力。有利的是，也可以由无机介电材料取代金属层产生折射率上的跃变，此外介电层是透明的。适用的介电材料例如在前面提到的文献US 4.856.857表1和WO 99/47983中有所介绍。
复合层1可以由层合塑料构成，以带有多个并排设置复制的光学可变图案的长薄膜带的方式制造。由薄膜带例如切成防伪单元2，并借助于胶粘剂层7与基质3连接。大多以证券，钞票，银行卡，证件或者其他重要或有价物品形式的基质3具有防伪单元2，以便验证该物品的真实性。
至少覆盖层4和模型层5对射到防伪单元2上的可见光11是透明的。在分界层8上反射入射光线11，并通过光学作用结构9预先确定偏转。光学作用结构9为衍射结构，光散射的浮雕结构，平面的反射面等。
图2示出叠置在基质3上的防伪单元2的顶视图。表面单元12在防伪单元2的平面上构成嵌镶式的表面图案。每个表面单元12加入一个光学作用结构9(图1)。在防伪单元2的一实施方式中，反射金属层中断的透明部位10放入分界层8(图1)，从而处于防伪单元2下面的基质3上面的标记13透过防伪单元2可以识别。在防伪单元2的另一实施方式中，分界层8具有透明的介电层，从而仍可以看到防伪单元2下面的标记13。不言而喻，在这种透明的结构中，保护层6(图1)和胶粘剂层7(图1)也是透明的。对复合层1(图1)特别薄的实施方式取消保护层6。然后将胶粘剂层7直接涂覆在光学作用结构9上。具有优点的是，胶粘剂是一种只有温度在100℃时才发挥其粘附性的热胶粘剂。在上面提到的US 4.856.857中提到了不同实施方式的复合层1并将为此可使用的材料列表。
散射光栅24(图1)通过其参数空间密度，方位角，断面形状，断面高度h(图1)等确定。下面介绍的实施例中提到的线性不对称散射光栅24具有50线/mm-2000线/mm范围内的空间密度，其中，优选100线/mm-约1500线/mm的范围。几何形状的断面高度h为50nm-5000nm范围的数值，其中，优选值在100nm至2000nm之间。由于散射光栅24在模型层5(图1)内成型几何形状断面高度h，对于大于空间密度倒数值的来说在技术上很难，所以几何形状断面高度h的大数值只有在空间密度的低数值情况下才有意义。
图3借助上述傅里叶空间图利用第一和第二衍射级14，15示出线性散射光栅24(图1)的衍射特性，其中，散射光栅24的光栅矢量26与方向x平行。设置在圆心内表面单元12的散射光栅24把垂直射到图平面上光线11分成光谱色(图1)。不同衍射级14，15的散射光的辐射处于通过入射光线11和光栅矢量26确定的，在这里没有示出的同一衍射平面上，因此很强地定向。波长λ＝380nm(紫色)的波长较短的光线，在每个衍射级14，15上都具有比波长λ＝700nm(红色)的波长较长的光线距圆心更短的距离。传播的衍射级14，15的数量取决于散射光栅24的空间密度。在低于空间密度约300线/mm的范围内，更高的衍射级重叠，从而在那里衍射的光线是消色差的。在将线性散射光栅24的方位角以小角度角θ转向后，对于从x-坐标的方向上观察散射光栅24的观察者来说，看不到加入散射光栅24的表面单元12，因为光栅矢量26以及利用散射光线辐射的衍射平面不再指向x-坐标的方向。
无光泽结构在显微比例上具有精密的浮雕结构单元，它们确定散射能力并只能利用统计上的特征值加以说明，例如像轮廓平均算术偏差R_a，相关长度l_c等，其中，轮廓平均算术偏差R_a的数值处于20nm-2000nm的范围内，优选数值为50nm-500nm，而相关长度l_c在至少一个方向上数值处于200nm-50000nm的范围内，优选处于500nm-10000nm之间。
图4示出垂直入射光线11(图1)情况下，具有各向同性无光泽结构表面单元12(图3)的傅里叶空间图。各向同性无光泽结构的显微精密的浮雕结构单元不具有方位角的优选方向，因此散射光强度大于例如通过目测可识别性预先规定而预先确定的极限值，在通过无光泽结构的散射能力预先确定的空间角16上，均匀分布在所有方位角的方向上，而且表面单元12在日光下由白变灰。表面单元12在其他所有方向上为黑色。强散射无光泽结构在大于弱散射无光泽结构的空间角16上分配散射光。
在图5中，无光泽结构的浮雕单元具有与坐标x平行的显微精密浮雕结构单元的优选方向。散射光因此具有各向异性的分布。在图5中，通过无光泽结构的散射能力预先确定的空间角16在坐标y的方向上彼此拉成椭圆形。
图6以横截面示出了这种状况。防伪单元2具有加入光学作用结构9(图1)表面单元12的图案。平面反射面将以与平面垂线17夹α的射入角的光线11作为反射射线18以反射角α`反射，其中α＝α`。入射光线11的方向，平面垂线17和反射射线18共同展开一个衍射平面19，它在图6中与图平面平行设置。光学作用结构9具有线性衍射光栅24(图1)的形状，其光栅矢量26(图3)平行对准坐标x。入射光线11根据其波长λ，以衍射角β₁，β₂作为散射光线20，21在每个衍射级14(图3)，15(图3)中从反射射线18的方向上偏转。如果光学作用结构9是无光泽结构，回射光线强度矢量的端点就形成波瓣状的表面。波瓣状表面例如在截面曲线22，23与衍射平面19相切。如果无光泽结构的浮雕结构单元不具有优选方向，那么光射线几乎集中在反射射线18的方向散射。带有截面曲线22的无光泽结构更强地并在像带有截面曲线23的无光泽结构那样更大的空间角16(图4)内散射入射光线11。由于更强的散射，散射到反射射线18方向上的光线强度减弱，这一点正如与截面曲线23相比截面曲线22所表现出来的那样。如果浮雕结构单元基本上对准一优选方向，在这里垂直对准衍射平面19，那么相同强度的位置处于这里没有示出的展平的波瓣状表面上，与反射射线18垂直的截面平面具有椭圆形的横截面，其中，在该截面平面上，横截面的平面矩心与反射射线18的极点重合，椭圆形横截面的纵轴线垂直对准衍射平面19。散射光线的分布因此是各向异性的。与衍射结构相反，无光泽结构不会将入射光线11分成光谱色。
当入射光线11衍射到图1中示出的不对称线性衍射光栅24上时，散射射线20(图6)的强度|^-在负衍射级14(图3)，15(图3)中和散射射线21(图6)的强度|⁺在正衍射顺序14，15中是不同的。散射射线21的强度|⁺超过散射射线20的强度|^-至少一个因数p＝3，最好p＝10或者更大，即|⁺＝p·|^-。因数p基本上取决于衍射光栅24的锯齿状断面构成，断面高度h和空间密度。在低于约300线/mm的空间密度情况下，不对称衍射光栅24产生如同倾斜镜子的影响，也就是说，散射射线21的强度|⁺在正衍射级中几乎达到入射光线11的强度，而散射射线20的强度|^-在负衍射顺序中实际消失得很小。因数p达到100或者更高的数值。入射光线11不再分成光谱色，因此这种衍射光栅24的特性是附加“消色差的”。更多内容参阅上面提到的文献WO97/19821。
图7以示意图示出嵌入模型层5和保护层6内的光学作用结构9(图1)，它是一种通过加法叠加从线性不对称衍射光栅24(图1)和无光泽结构中产生的衍射结构25。无光泽结构出于图示的原因采用与断面高度h相比小的轮廓平均算术偏差R_a和比正常大的方式标注。线性不对称衍射光栅24的断面作为其他参数具有闪烁角ε₁和ε₂，不对称衍射光栅24的两个断面表面包括防伪单元2(图6)的平面。
图8示出衍射结构25(图7)的傅里叶空间，其中，无光泽结构为各向同性。借助于衍射光栅24(图1)很强定向衍射的射线20(图6)，21(图6)通过无光泽结构扩展。它产生的优点是，衍射射线20，21反射到大的空间角16内，对于观察者来说，带有衍射结构25的表面单元12在整个空间角16内即使表面亮度降低也很容易识别。无光泽结构散射越强，可在其下面识别表面单元12的空间角16就越大，对观察者来说表面单元12的表面亮度也越小。为此，衍射到正第一衍射级14内的射线20的强度|⁺比衍射到负第一衍射级14`内的射线21的强度|^-大因数p。这一点在图7中通过空间角16内不同密度的点形光栅示出。
对于衍射光栅24高于300线/mm的空间密度来说，入射光线11(图5)分成光谱色。在日光下，无光泽结构将纯光谱色变成淡色直至与衍射光栅24的空间密度无关的实际上白色散射光。随着衍射光栅24的空间密度下降，淡色具有越来越高的白色成分。如果空间密度低于约300线/mm的数值，入射光线11没有产生明显的分裂，也就是说，表面单元12在入射光线11的颜色上是可见的。
该傅里叶空间图表明，在表面单元12中，无论是环绕处于由坐标x和y展开的平面上的轴线翻转时，还是环绕平面垂线17(图6)转向时，从衍射结构25偏转的光线在例如从范围±20°-±60°的大角度范围上对观察者来说仍然是可见的，与依据上面提到的EP 0 105 099 A1所述的衍射光栅相反，它只能在小角度梯度的很窄角度范围内可见，并因此在翻转和转向防伪单元2(图2)时闪光。带有衍射结构25表面单元12的优点是，表面单元12在防伪单元2的表面图案中形成在一定程度上静止的图案单元。
图9示出一简单的实施例，在防伪单元2上由两个表面单元27，28构成在一定程度上静止的图案单元。带有第一衍射结构25(图7)的第一表面单元27与带有第二衍射结构25的第二表面单元28邻接。第一表面单元27和第二表面单元28连同加入表面图案中的另一光学作用结构的区域29设置在防伪单元2上。第一和第二衍射结构25仅由于其光栅矢量26(图3)的方向而不同，并具有图8中示出的衍射特性。光栅矢量26在图9中的表面单元27，28内基本上是反向的，也就是说，第二衍射结构25(图7)的方位角等于第一衍射结构25的方位角和从取值范围120°-240°附加的方位角θ(图3)之和，其中，优选数值方位角θ＝180°。第一衍射结构25的衍射矢量26与坐标x同向。无光泽结构均匀地在两个表面单元27，28的整个表面延伸。观察者向坐标x的方向望去，看到第一表面单元27的表面亮度较小，而第二表面单元28的表面亮度较高，这一点正如图9和10中使用点形光栅表示的那样。如果现在将防伪单元2在其平面上转向180°，如图10所示那样，逆坐标x的方向观察防伪单元2。两个表面单元27，28的表面亮度然后互换，也就是说，两个表面单元27，28之间的对比度与图9所示相比相反。
在下列实施例中，无论是不对称衍射光栅24(图1)的参数还是不同无光泽结构的参数，在取决于在表面单元12内部的位置或者表面单元12，27，28的情况下，均可转变为不取决于依据表1彼此或者相互联系的其他参数，以便取得一定程度上静止图案单元易于观察的，不同的，显著的光学效果。
表1：实施例(概览)