特别适用于保护元件的结构 本发明涉及一种由多个具有产生光衍射的一凹凸结构的表面区组成的结构，特别适合作可目视鉴别的光学保护元件，用于纸币、信用卡、证件或支票等有价值的证卷文件，或用于其他需保护的物件。
使用这种结构，可通过外界入射光的衍射和(或)折射向观察者传递目视信息。在最简单的情况下，这样一种结构通过设置在载体元件一表面区表面上的直线波纹结构来实现，使外界的入射光在衍射和(或)折射情况下反射。这里，波纹结构这一概念不一定被理解为在表面区横截面内具有连续的、特别是正弦形的表面曲线的结构，而也可以是矩形、阶梯形或楔形表面结构。
入射光或透过结构的光在表面区凹凸结构上的衍射以及该处发送地光衍射图形式的信息决定于一表面区单位长度的波纹线数或栅线数，即所谓的空间频率，并决定于凹凸结构的取向及截面形状，后者尤其是由凹凸结构内的高度差来决定，即不仅由凹凸结构各凸起部的高度差来决定，而且也由其凸起部与凹陷部(即谷)之间的高度差来决定。这样来构成表面区的凹凸结构和排列表面区，使某一信息能在一定的观察角度范围内发射并能被观察者观察到，而在另一观察角度范围内会观察到另一信息。
可以以反射光或透过结构的光的形式向观察者传送与表面区凹凸结构相应的，尤其是取决于照明角度或观察角的可目视信息，特别是传送被保护物的真实性信息。
在本说明书开始部分所述需保护的物件上使用其结构产生光学衍射的已知保护元件，可使不熟练的外行也能看到被保护物件的真实性信息，同时，从已知的伪造方法来考虑，尤其是从光学复印方法来考虑，使复印等的伪造成为不可能，或增加了足够难度。
例如， 已知能提供凹凸结构分别取决于上述参数-凹凸结构的空间频率、取向及截面形状和凹凸结构内的高度差-之一的表面区，而凹凸结构的尺寸尚能由肉眼加以区分。通过表面区各自的凹凸结构的适当构成和取向，可以与照明方向相关地在某一观察角范围内向观察者传送从一个表面区发出的光信息，而在同一观察角范围内另一表面区则发出另一可目视信息。通过承载结构的载体元件绕载体平面上的一个轴偏转，或者绕垂直于载体平面的一个轴偏转，先观察到的表面区产生的信息便发生变化-特别是该表面区会是暗的-而原光暗的另一表面区发出一光信息，例如呈现为彩色印图的形式。因此，适当地形成一至少部分地呈周期性的凹凸结构，就能几乎使从一照明方向照射到一表面区上的全部辐射功率作一次和负一次衍射，以致只能在-一次和负一次衍射的一两个限制得很窄的观察角范围内看到这一表面区发出的光信息，而该表面区在其他观察方向上是暗的。
其表面区能用肉眼分辨开的结构组合可向观察者传送随照明角和观察角变化的信息，但可识别出发射这些信息的表面区是相分离的。因此，在观察者看来是宏观上分离的、作光栅状发光和变化的表面区。这一点例如在应由这种结构的包含多个表面区的较大表面部分传送一均匀的印图时，也就是说当这一表面部分应在一个观察角范围内显现整个部分均匀的色调，在另一观察角范围内应呈现整个部分均匀的另一印图时，是不利的。
其各有某一凹凸结构的表面区可用肉眼分辨开的结构之所以会是不利的，还在于其衍射级的大小，也就是说属于一衍射级的观察角范围很小，因此某一信息只能在一很小的观察角范围内被看到，这在特殊场合下不是所希望的。
EP 0330738 B1虽然提出了减小表面区尺寸，而且减小到最大尺寸小于0.3mm。亦可从EP 0375833 B1得知，结构的光栅区规定具有小于0.3mm的最大尺寸。并包含光栅结构各不相同的多个分区。这样构成的结构虽然有与观察角相关的较大表面部分能很均匀地传送不同可目视的信息，但要求在极小的表面区内设置不同的凹凸结构。
本发明的目的在于提供一种说明书开始部分所述的结构，它符合上述要求，但无需在尺寸小于0.3mm的一表面区内设置各不相同的凹凸结构。
根据本发明，这一目的在篇首所述那种结构上是这样来实现的，方法是设置的表面区至少有两个分区，它们具有相互错开几分之一光栅周期的相同凹凸结构。这些凹凸结构在篇首列出的参数-凹凸结构的空间频率，截面形状和取向，凹凸结构内的高度差-上是一致的。这时凹凸结构的位移可通过在表面区的或分区的平面上凹凸结构的移动来实现。但是，也可以考虑分区的凹凸结构在垂直于一被观察表面区的平面上互相移位，从而把分区的表面设在不同“高度”上。通过一分区的凹凸结构相对于另一分区的相同凹凸结构的移位，便根据位移δx与光栅周期g之比来调制观察者看到的一表面区的亮度。如果我们考察一表面区具有仅仅2个相同大小的分区，其最小尺寸不再能用肉眼加以分辨，则两个分区均对所考察表面区的亮度有贡献。在一观察者的眼中发生两分区发射的波场的相加，数学上可用相对值1或Exp(i)表示为分区上衍射振幅量的平方，其中相位由2πδx/g给出。因此，得出光强为
I＝(1+Exp(i))·(1+Exp(-i))＝2+2Cos所以，一分区的凹凸结构对另一分区的凹凸结构的相对位移或相移可用来调整一表面区的亮度。因此，能用肉眼分辨的一表面区内的亮度仅通过一种篇首所述参数表征的凹凸结构就能加以改变，确切地说是通过将该表面区分成具有相同结构但彼此错开的分区。要能在已知的结构上做到这一点，只有在一表面区内设置不同的凹凸结构，这些凹凸结构具有小于0.3mm的最大尺寸以产生均匀的印图。
特别有利的是在一表面区内设置具有相位位置各自相等的相同凹凸结构的分区组。“相位位置”一词最易以一线性扩展凹凸结构为例如以说明。如果凹凸结构的线性扩展凸起部相互排成一直线，则这些凹凸结构在上述意义上具有相同相位位置。如果凸起部虽然平行，但错开了几分之一光栅周期，则凹凸结构具有不同相位位置。
在一优选的结构中将属于一组的分区与属于另一组的分区交替排列。通过一组分区的凹凸结构相对另一组分区的凹凸结构的错位来分隔(无错位的)凹凸结构的衍射级。因此，所述结构起着叠加有(无错位的)凹凸结构的分束器的作用。这就是说，在(无错位)凹凸结构的与一次或负一次衍射相应的观察角范围内看不到光强或看到较小的光强。然而，使相位在零和π之间变化，使可在原先的观察角范围与相移造成的观察角范围之间改变可看到的相对光强。
表面区和分区最好构成条状，其中表面区的最大尺寸最好大于0.3mm，分区的最小尺寸最好小于0.3mm。这样便能在一肉眼能分辨的表面区内设置至少在最小尺寸方向上不再能分辨的多个分区。在特别优选的结构中，分区具有的最小尺寸小于0.1mm。
在本发明的进一步扩展中建议构成尺寸不同的分区。这样就有可能不仅通过相移，即凹凸结构内的错位，来控制一表面区的亮度，而且可通过分区的大小进行控制。因此，例如可构成纵向上宽度不同的伸长的条状分区。一结构具有相移为π时，也就是其各分区的凹凸结构的相移为二分之一光栅周期时，可通过各同相位分区所占表面积之比使所观察的表面区的光强在零和1之间变化。
显然，根据本发明构成的结构并非局限于直线状凹凸结构，而是可根据所述方式方法排列成任意的弯曲形凹凸结构。也可以设想和证实，以多边形形式构成弯曲的光栅结构，亦即呈现为直线状的相连光栅线对于所需图像亮度也是有利的。这时，入射光仅在离散数量的方向上衍射，但在这些方向上可看到的光强比连续弯曲光栅线情况下的大。
还证实相邻分区的相互错开的凹凸结构的光栅线之间连续地互相合并，是有利的。
本发明的其他特征、细节和优点见附图及下面对本发明结构组合的几个优选实施例的叙述。
附图所示为：
图1一有价证卷的保护元件，由图示多个表面区组成。
图2本发明一结构的一个表面区；
图3本发明一结构的由两组分区组成的一表面区；
图4本发明一结构的分区尺寸变化的一表面区；
图5本发明一结构的一表面区，由最小尺寸很小的分区组构成；
图6本发明一结构的一表面区的截面图，其凹凸结构在垂直于表面区的表面错位。
图1示出一有价证卷载体2及保护元件4。保护元件4有一结构，它以图形6所示形式存储一可视信息。保护元件4或结构有许多图中所示的表面区8，它们具有图1中不能示出的凹凸结构。
图2示出本发明构成的一结构的一个表面区10。表面区10具有肉眼能分辨的大于0.3mm的最大尺寸，并由2个具有相同凹凸结构16或18的分区12、14组成。凹凸结构16、18相应地具有相同的空间频率，而且在截面形状及光栅线的取向上相一致。凹凸结构16、18在图2中用垂线20、22表示，它们应是光栅线，即凹凸结构的凸起部，其中光栅线的距离并非按比例示出。分区12的凹凸结构16排列成与分区14的凹凸结构18错开几分之一光栅周期g。如果凹凸结构16、18上例如为对称光栅，则在一定的光栅截面形状时垂直照射到凹凸结构上的光向左和向右各衍射一半，并能在一次或负一次衍射中(或许在更高级衍射中)被看到。通过上述分区12的凹凸结构16与分区14的凹凸结构18相错二分之一光栅周期g，可实现衍射级的分隔。因此，该结构便起分束器的作用。垂直照射到该结构上的光不再能在与未相移光栅一次或负一次衍射相应的观察角范围内加以观察。亦即一次和负一次衍射本身被分隔，而且是垂直于原始衍射方向分隔。因此，在相移为π(δx＝g/2)时由一次和负一次衍射产生4个观察角范围可供观察表面区10发出的信息。
图3所示表面区24由两组分区26或28组成，它们具有在一个组内相位位置相同的同样的凹凸结构30、32。分区26、28的凹凸结构30、32如参照图2所作介绍那样是相互错开的。
图3中垂直方向上交替排列的分区26、28数量越大，亦即表面区24越大，则能看到表面区24发出的信息的观察角范围越有限。条形分区26、28的宽度越小，或者交替排列在表面区24上的上述类型分区越多，则衍射级的分隔程度越大。
图4示出本发明结构另一实施方式的表面区34。该表面区34包含具有相互错开的相同凹凸结构40或42的分区36、38。分区36和38具有不同尺寸和沿其纵向变化的宽度。若凹凸结构40对凹凸结构42错开二分之一光栅周期g，两者具有相移π，便可通过分区36、38的表面积比来改变肉眼可分辨的表面区34的相对亮度。因此，分区36、38具有相同表面积比的表面区34的一部分是暗的，分区36的大小超过分区38的大小的表面区34的另一部分(在图4左侧)是亮的。
表面区34包含具有相同凹凸结构48或50的其他分区44、46。这时为取得适当光学效果，凹凸结构48或50有弯曲的光栅线，它们有可能用相应地作多角延伸的线来逼近或替代。凹凸结构48便以上面所述方式相对凹凸结构50作相移。
图5示出具有两组分区54或56的一表面区52。分区54、56具有大于0.3mm的纵向长度和0.05mm的横向宽度。用这种结构可产生大的衍射级分隔。
最后，图6示出承载元件60上一结构或一表面区58的截面图。表面区58包括分区62和64，其凹凸结构相同，但在基本垂直于载体平面的一个方向上错开几分之一光栅周期。所示凹凸结构仅是说明性的，与实际情况相比大大加大了其高度变化量。