Защитное устройство на основе микропризменной пленки и изделие с таким устройством

Защитное устройство имеет, по меньшей мере, две области, каждая из которых содержит поверхностную призменную структуру, формирующую массив, по существу, плоских граней. Каждая область образует отражатель за счет полного внутреннего отражения, по меньшей мере, для одного первого угла наблюдения и является прозрачной для, по меньшей мере, одного второго угла наблюдения. Указанный, по меньшей мере, один первый угол наблюдения одной области отличается от, по меньшей мере, одного первого угла наблюдения другой области. Предложенное защитное устройство обеспечивает аутентификацию различных подложек за счет его способности сложного переключения оптического изображения. 3 н. и 60 з.п. ф-лы, 40 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к усовершенствованным защитным устройствам, которые могут иметь различные формы и размеры и использоваться в различных применениях, связанных с аутентификацией или защитой. Более конкретно, изобретение относится к устройству, содержащему призменную пленку, которой придана способность отображать идентифицирующую информацию.

Уровень техники

Документы, требующие защиты, такие как банкноты, часто снабжают, в качестве средств защиты от копирования или подделки, устройствами с изменяющимися оптическими свойствами, например дифракционными решетками или оптическими голографическими микроструктурами. Этот процесс мотивируется прогрессом в областях компьютеризованных настольных издательских систем и сканеров, который делает традиционные защищенные технологии печати, включая глубокую и офсетную печать, более чувствительными к попыткам копирования и имитации. Примеры соответствующих голографических структур и методов их изготовления можно найти в патентных публикациях ЕР 0548142 и ЕР 0632767, принадлежащих фирме De La Rue Holographies Ltd.

В последние годы применение дифракционных решеток или голографических оптических микроструктур стало преобладающим. Как следствие, базовые технологии и научные знания, требующиеся для изготовления подобных компонентов, становятся все более доступными для потенциальных изготовителей поддельных изделий.

Устройства с изменяющимися оптическими свойствами могут быть изготовлены с использованием неголографической микрооптики. Одно из достоинств такого подхода состоит в том, что механическое копирование микрооптических компонентов, таких как микропризмы, имеющие обычно размер 1-50 мкм, очень трудно осуществить, поскольку любое отклонение в размерах или геометрическое искажение ведет к ослаблению или исчезновению требуемых оптических свойств.

Известно также использование призменных пленок для создания оптических защитных устройств. Примерами призменных структур, формируемых на подобных пленках, являются поверхность с нанесенными канавками (бороздками) и массивы тетраэдров, пирамид с квадратным основанием и уголковых призм, образованные методом нарезания. Существует много известных устройств, использующих ретрорефлекторные свойства призменных структур. Например, в ЕР 1047960 описано отражающее изделие со скрытым ретрорефлекторным паттерном, характерные элементы (знаки или символы) которого, по существу, неразличимы в случае наблюдения при нормальных условиях, но легко наблюдаются при ретрорефлекторном освещении. Применение подобных устройств ограничено, поскольку для обеспечения корректной верификации скрытого изображения необходим источник направленного светового пучка, обычно в форме ручного просмотрового устройства.

Альтернативное применение призменных структур в защитных оптических устройствах было описано в US 5591527. Согласно предпочтительному варианту к защищаемому документу прикрепляется пленка, обладающая, по существу, полным внутренним отражением, обеспеченным с помощью ряда параллельных линейных призм с плоскими гранями. Пленка, содержащая множество параллельных линейных призм, может быть использована для создания устройства с изменяющимися оптическими свойствами на базе явления полного внутреннего отражения (ПВО). Сечение призменной пленки, содержащей ряд параллельных линейных призм, иллюстрируется фиг.1. Рассмотрим сначала случай, когда пленка на фиг.1 наблюдается таким образом, что свет падает на гладкую поверхность, т.е. призменный массив находится по отношению к наблюдателю в конфигурации "призмы снизу". Когда угол между гранями равен 90°, свет, падающий на гладкую поверхность под углом θ₁ к нормали к гладкой поверхности (луч 1), будет испытывать полное внутреннее отражение на каждой грани призмы. Соответственно, данный луч будет выходить через гладкую поверхность после преломления на этой поверхности и падения на грани структурированной поверхности (в точках а и b) под углами α₁ и α₂ относительно нормали к грани призмы, превышающими критический угол (критический угол для материала в воздухе определяется, как арксинус числа, обратного по отношению к показателю преломления материала). Кроме того, значительная часть света, падающего на гладкую поверхность под углом θ₂ к ее нормали (луч 2) и затем, после преломления, падающего на структурированную поверхность, например, в точке с под углом β₁, меньшим критического угла, будет проходить сквозь призменную пленку. Остальная часть падающего света будет отражена гладкой поверхностью. Граничный угол (угол переключения) θ_spd для конфигурации "призмы снизу" - это наименьший угол падения на гладкую поверхность, при котором падающий свет не испытывает полного внутреннего отражения в призменной структуре. Призменная пленка, показанная на фиг.1, в конфигурации "призмы снизу" обнаруживает скачкообразное изменение ("переключение") оптических свойств, альтернативно являясь полностью отражающей (имеющей яркий "металлизированный" вид) при углах наблюдения, меньших граничного угла, или прозрачной при углах, превышающих данный угол. В полностью отражающем состоянии, как следствие своей высокой отражающей способности, призменная пленка имеет яркий "металлизированный" вид (т.е. обладает блеском, характерным для металлов), не требуя для этого физического металлического слоя, например слоя, нанесенного методом вакуумного испарения, или слоя металлизированной краски.

Чтобы обеспечить ПВО на плоской грани призмы типа призм, показанных на фиг.1, материал призмы должен иметь более высокий показатель преломления, чем материал, контактирующий с ее гранями. В US 5591527 отмечается, что изменение показателя преломления на границе с плоской гранью (см. фиг.1) должно составлять не менее 0,1, но предпочтительно не менее 0,7. В защищенном изделии согласно US 5591527 значительная разница показателей преломления обеспечивается использованием разделительного слоя между адгезивом и призменной пленкой для того, чтобы создать "воздушные карманы". В одном варианте разделительный слой выполнен в форме изображения для того, чтобы создать "переключение" изображения, которое является видимым, только когда угол наблюдения больше, чем критический угол.

Теперь рассмотрим случай, когда пленку на фиг.1 рассматривают таким образом, что свет падает на ее структурированную поверхность, т.е. призменный массив находится по отношению к наблюдателю в конфигурации "призмы сверху". Свет, падающий под углом θ₃ по отношению к нормали к гладкой поверхность (луч 3), преломляется поверхностью грани и падает на гладкую поверхность (в точке d) под углом β₂ к указанной нормали. Поскольку данный угол меньше, чем критический угол, значительная доля падающего света проходит сквозь призменную пленку. В отличие от этого свет, падающий в направлении, по существу, параллельном нормали к данной грани, под углом θ₄ по отношению к нормали к гладкой поверхности (луч 4), преломляется на данной грани и затем падает изнутри на гладкую поверхность (в точке е) с углом падения α₃. Данный угол больше, чем критический, так что свет испытывает ПВО и выходит из призменной пленки через грань призмы в точке f. Граничный угол θ_spu для конфигурации "призмы сверху" - это наименьший угол падения (измеряемый относительно нормали к гладкой поверхности), при котором падающий свет полностью отражается призменной структурой. Следует отметить, что для конфигурации "призмы сверху" ПВО имеет место только для ограниченного интервала углов, превышающих θ_spu. При этом для углов падения, превышающих этот интервал, пленка снова становится, по существу, прозрачной (данная ситуация будет более подробно рассмотрена далее со ссылкой на фиг.5). В конфигурации "призмы сверху" в призменной пленке, показанной на фиг.1, имеет место скачкообразное изменение оптических свойств: она, по существу, прозрачна при углах наблюдения, меньших граничного угла, и становится полностью отражающей (имеющей яркий "металлизированный" вид) при граничном угле и в ограниченном интервале углов, превышающих граничный угол, с возвратом к прозрачному виду при углах наблюдения, превышающих указанный интервал.

Устройство, аналогичное предложенному в US 5591527, описано в международных заявках WO 03/055692 и WO 04/062938. В этом случае на изделие или на документ накладывается светопропускающая пленка с высоким показателем преломления, на одной стороне которой имеется призменная структура. Пленка помещается под изображением в форме надписи, картинки или паттерна, так что при наблюдении по нормали к документу призменная пленка является непрозрачной и скрывает изображение. Когда же наблюдение происходит под большим углом, призменная пленка становится светопропускающей, что позволяет видеть изображение.

Защитные устройства, описанные в US 5591527, WO 03/055692 и WO 04/062938, демонстрируют скачкообразное изменение (переключение) свойств, наблюдаемое при естественном освещении. Следовательно, они обладают преимуществами перед ретрорефлекторными устройствами, которые обычно нуждаются в ручных просмотровых средствах. Вместе с тем, устройства, описанные в данных источниках, обеспечивают только простое "двоичное" переключение, т.е. зоны, содержащие призменные структуры, переключаются из полностью отражающего в прозрачное состояние при постоянном заданном угле наблюдения, что ограничивает возможности их адаптации к конкретным задачам. Данное ограничение является достоинством для лица, занимающегося подделыванием, которому достаточно создать типовую призменную пленку, которую можно будет использовать для подделки различных защитных устройств. В связи с этим настоящее изобретение обеспечивает создание защитного устройства с изменяющимися оптическими свойствами на базе призменной пленки, различные области которой обнаруживают различные изменяющиеся оптические эффекты, позволяя создать уникальную призменную пленку, адаптируемую для каждого конкретного применения.

Раскрытие изобретения

Защитное устройство согласно изобретению имеет, по меньшей мере, две области, каждая из которых содержит поверхностную призменную структуру, формирующую массив, по существу, плоских граней. Каждая область образует отражатель за счет полного внутреннего отражения, по меньшей мере, для одного первого угла наблюдения и является прозрачной для, по меньшей мере, одного второго угла наблюдения. При этом указанный, по меньшей мере, один первый угол наблюдения одной области отличается от, по меньшей мере, одного первого угла наблюдения другой области.

Угол наблюдения можно варьировать за счет наклона и/или разворота устройства. В одном примере защитное устройство содержит, по существу, прозрачный слой с находящейся на одной его стороне локальной поверхностной призменной структурой, состоящей из массива, по существу, плоских граней, и с находящейся на другой его стороне второй локальной поверхностной призменной структурой, состоящей из массива, по существу, плоских граней. Относительное положение призменных структур может быть таким, что их взаимное наложение отсутствует. Альтернативно могут иметься области взаимного наложения. При рассматривании устройства области с призменными структурами, расположенные на дальней стороне устройства, находятся в конфигурации "призмы снизу". При наклоне устройства относительно нормали эти области будут переключаться из полностью отражающего (яркого "металлизированного") состояния в прозрачное. Области с призменными структурами, расположенные на ближней стороне устройства, находятся в конфигурации "призмы сверху". При наклоне устройства относительно нормали эти области будут иметь обратный порядок переключения из прозрачного в полностью отражающее (яркое "металлизированное") состояние. Если призменный массив в конфигурации "призмы снизу" воспроизведен как идентифицирующее изображение, а призменный массив в конфигурации "призмы сверху" воспроизведен как фон, позитивное, высокоотражающее изображение, имеющее "металлизированный" вид, может быть переключено, за счет наклона устройства, в негативное изображение с фоном, который является высокоотражающим и имеющим "металлизированный" вид.

В альтернативном варианте призменные структуры на каждой стороне прозрачного слоя могут быть выполнены с взаимным наложением в некоторых областях устройства. В области наложения призменные структуры на ближней поверхности могут быть использованы для управления углом падения освещающего излучения, падающего на призменные структуры на дальней поверхности, и, следовательно, для изменения угла наблюдения, при котором призменные структуры, находящиеся на дальней поверхности, переключаются из полностью отражающего в прозрачное состояние. Такое решение позволяет создать устройство с более сложным переключением изображения.

Примеры призменных структур, пригодных для реализации данного первого аспекта изобретения, включают варианты (но не ограничиваются ими) использования рядов параллельных линейных призм с плоскими гранями, расположенными с образованием массива разделенных бороздками тетраэдров, пирамид с квадратным основанием, уголковых призм или уголковых отражателей с шестиугольными входными гранями.

Одной из предпочтительных призменных структур в контексте изобретения является массив параллельных линейных призм, поскольку он обладает очень высокой эффективностью отражения и поэтому имеет ярко выраженный "металлизированный" вид в пределах углового интервала, для которого выполняются условия ПВО. Для устройства, содержащего одномерную линейную призменную структуру, угол наблюдения, под которым имеет место ПВО, будет зависеть от угла разворота устройства в плоскости подложки. Двумерные призменные структуры, такие как пирамиды с квадратным основанием и уголковые отражатели, менее чувствительны к развороту подложки. Вместе с тем, они являются не столь эффективными отражателями, как массив параллельных линейных призм, поскольку не обеспечивают ПВО при падении света на некоторые участки их граней. Однако переключение из отражающего состояния в прозрачное при изменении угла наблюдения у этих двумерных призменных структур достаточно заметно, так что их можно использовать в устройстве с изменяющимися оптическими свойствами согласно первому аспекту изобретения.

В других примерах, соответствующих второму аспекту изобретения, защитное устройство содержит, по существу, прозрачный слой, имеющий локальную поверхностную призменную структуру, предпочтительно содержащую два или более массивов призменных структур. Отражательные свойства данных массивов зависят от угла разворота слоя, причем массивы взаимно развернуты в плоскости слоя. Предпочтительной призменной структурой для второго аспекта изобретения является ряд параллельных линейных призм. Переключение призменной пленки, содержащей массив параллельных линейных призм, из высокоотражающего в прозрачное состояние чувствительно к развороту пленки и зависит от угла между направлением наблюдения и ребрами линейных призм. Как видно из фиг.1, на которой представлена призменная пленка в сечении, при наблюдении по нормали в конфигурации "призмы снизу" пленка будет высокоотражающей и будет иметь "металлизированный" вид. На фиг.2 показана пленка, содержащая линейный призменный массив, представленный на фиг.1, в конфигурации "призмы снизу". Если наклонять пленку при наблюдении в направлении, перпендикулярном ребрам линейных призм (в направлении А), пленка переключится из высокоотражающего состояния в прозрачное, когда угол наблюдения превысит граничный угол (θ_spd) для ПВО. Однако если развернуть пленку таким образом, что направление наблюдения станет параллельным ребрам линейных призм (направлением В), пленка останется высокоотражающей и будет иметь "металлизированный" вид при всех углах наблюдения.

Это изменение свойств в зависимости от направления наблюдения может быть использовано для индивидуализации защитного устройства с помощью двух массивов, состоящих из параллельных линейных призм и взаимно развернутых, по существу, на 90° в плоскости подложки. Один из линейных призменных массивов может иметь форму идентифицирующего изображения, а второй массив будет образовывать фон. При наблюдении в условиях нормального падения устройство будет казаться однородным, поскольку и фон, и изображение будут иметь высокое отражение и "металлизированный" вид. Если теперь наклонить устройство при направлении наблюдения, перпендикулярном ребрам линейных призм, формирующих изображение, изображение переключится из высокоотражающего в прозрачное состояние, когда угол наблюдения превысит граничный угол (θ_spd) для ПВО. Фон же при этом будет оставаться "металлизированным" при всех углах наблюдения. Однако если одновременно наклонять и разворачивать устройство таким образом, что направление наблюдения станет параллельным ребрам линейных призм, формирующих изображение, изображение останется высокоотражающим и будет иметь "металлизированный" вид при всех углах наблюдения. Фон при этом переключится из высокоотражающего состояния в прозрачное, когда угол наблюдения превысит граничный угол (θ_spd) для ПВО. Благодаря этому защитное устройство сможет сделать видимым латентное негативное "металлизированное" изображение за счет наклона при одном угле разворота и латентное позитивное "металлизированное" изображение за счет наклона при втором угле разворота, соответствующем развороту, по существу, на 90°.

В альтернативном варианте реализации второго аспекта изобретения защитное устройство содержит несколько массивов параллельных линейных призм, причем эти массивы взаимно развернуты в плоскости подложки. Для массива параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу" при увеличении угла между направлением наблюдения и перпендикуляром к ребрам линейных призм граничный угол (θ_spd) также увеличивается. Данные массивы могут формировать отдельные изображения или части единого изображения. Способность каждого массива иметь свой граничный угол позволяет создать более сложные устройства с переключением изображения.

Следует отметить, что конфигурации по первому и второму аспектам изобретения можно комбинировать с целью создания новых вариантов устройств с переключением изображения.

Защитное устройство по изобретению можно использовать для аутентификации различных подложек. Однако оно особенно эффективно для использования с гибкими подложками, такими как бумага и полимерные пленки, и, прежде всего, с банкнотами. Защитное устройство можно изготавливать в форме сегментов, фольги, полос, отрезков или нитей для введения с помощью известных методов в пластиковые или бумажные подложки. Данное устройство может находиться полностью на поверхности документа (в случае полоски или сегмента) или может быть видимым на поверхности документа только частично (в случае ныряющей защитной нити). Еще в одном варианте устройство может быть встроено в документ таким образом, что его области можно наблюдать с обеих сторон документа. Методы встраивания защитного устройства с обеспечением возможности его наблюдения с обеих сторон документа описаны в ЕР 1141480 и WO 03/054297. Альтернативно защитное устройство по изобретению может быть введено в прозрачное окно полимерной банкноты.

Краткое описание чертежей

Некоторые примеры защитных устройств согласно изобретению и соответствующих методов будут далее описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 представлена призменная пленка в сечении.

На фиг.2 представлена пленка, содержащая линейный призменный массив.

На фиг.3 в сечении изображена типичная подложка для защитных или аутентификационных устройств согласно первому аспекту изобретения.

На фиг.4 приведен график в полярных координатах, иллюстрирующий отражательную способность типичной призменной пленки.

На фиг.5 приведен график, аналогичный графику по фиг.4, но построенный для альтернативной ориентации призм.

Фиг.6 иллюстрирует вид устройства по изобретению при наблюдении под различными углами.

На фиг.7 в сечении изображен второй пример осуществления изобретения.

На фиг.8 приведен пример защищенного документа, содержащего защитное устройство по изобретению.

На фиг.9 в сечении представлена модификация варианта по фиг.3.

На фиг.10 в сечении представлена модификация варианта по фиг.9.

На фиг.11 и 12 приведены графики, иллюстрирующие для варианта по фиг.9 изменение углового интервала, в котором имеет место ПВО, в зависимости от показателя преломления.

На фиг.13 представлен пример изобретения, встроенного в защитную нить.

На фиг.14 в сечении представлен пример защитного устройства для использования в варианте по фиг.13.

На фиг.15 представлен пример устройства с напечатанным слоем, встроенного в защитную нить.

Фиг.16 иллюстрирует пример последовательности переключений для "нити в окне" с конструкцией по фиг.15.

На фиг.17а и 17b показано защитное устройство, встроенное в документ с возможностью наблюдения его областей с обеих сторон документа.

На фиг.18 в сечении представлен другой пример защитного устройства для использования в схеме по фиг.17а.

На фиг.19 в сечении представлен еще один пример защитной нити, пригодной для наблюдения с любой стороны документа.

На фиг.20 показана последовательность переключений для варианта по фиг.19.

На фиг.21 показана последовательность переключений для устройства, объединяющего эффект переключения из прозрачного в "металлизированное" состояние и изображение, напечатанное на защищаемом документе.

На фиг.22 в сечении представлен еще один пример защитного устройства по изобретению.

На фиг.23 показан защищенный документ с устройством по фиг.22.

На фиг.24 в сечении представлен другой пример защитного устройства по изобретению.

Фиг.25 иллюстрирует эффект изменения оптических свойств, который может быть получен с помощью защитного устройства по фиг.24.

На фиг.26 приведен график в полярных координатах, иллюстрирующий зависимость ПВО от разворота массива линейных призм в конфигурации "призмы снизу".

На фиг.27 представлен пример массива уголковых отражателей с шестиугольной входной гранью.

На фиг.28 приведен график, показывающий, в каком угловом интервале имеет место ПВО в устройстве по фиг.27.

На фиг.29 показана асимметричная линейная призменная структура.

На фиг.30 приведены графики для неусеченной структуры.

Фиг.31 иллюстрирует усеченную асимметричную структуру.

На фиг.32 приведен график для структуры по фиг.31.

На фиг.33 в сечении представлен первый пример устройства, содержащего однородную призменную структуру и дополнительную управляющую структуру.

На фиг.34 приведены графики для примера по фиг.33.

На фиг.35 представлен еще один пример управляющей призменной структуры.

На фиг.36 приведены графики, позволяющие сопоставить угловые интервалы, в которых имеет место ПВО, для параллельного массива линейных призм в конфигурации "призмы снизу" с применением и без применения управляющей призменной структуры.

На фиг.37 в сечении представлен пример устройства, в котором для получения различных областей использованы локальные изменения показателя преломления.

На фиг.38 приведены графики для устройства по фиг.37.

На фиг.39 представлен пример последовательности переключений для устройства по фиг.37.

Осуществление изобретения

Примеры призменных структур для использования в изобретении включают как одномерные, так и двумерные структуры. Одномерная структура - это структура, имеющая постоянное сечение и высоту, изменяющуюся только в одном направлении. Примером одномерной призменной структуры является последовательность параллельных линейных призм с плоскими гранями, образующими структурированную поверхность с бороздками (канавками). В двумерной структуре высота поверхности изменяется в двух направлениях, а сечение не является постоянным. Примеры призменных структур включают (не ограничиваясь ими) массив тетраэдров, массив пирамид с квадратным основанием, массив уголковых призм и массив уголковых отражателей с шестиугольной входной гранью. Как уже упоминалось, названные структуры будут иметь высокое отражение за счет ПВО, если материал призм имеет больший показатель преломления, чем материал, контактирующий с гранями призм (в конфигурации "призмы снизу") или с гладкой поверхностью (в конфигурации "призмы сверху"), а угол падения на грани или на гладкую поверхность превышает критический угол. Разность показателей преломления материалов призм и контактирующих материалов предпочтительно превышает 0,4, а более предпочтительно 0,6. Чем больше разница показателей преломления, тем более эффективным становится отражение и тем больше угловой интервал, для которого имеет место ПВО.

На фиг.3 в сечении изображена подложка, типичная для конструкций согласно первому аспекту изобретения и предназначенная для защитных или аутентификационных устройств. Данная конструкция содержит, по существу, прозрачную полимерную пленку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) или подобного материала. Локальная поверхностная призменная структура, содержащая массив, по существу, плоских граней, сформирована на обеих сторонах полимерной пленки. При наблюдении сверху призменный массив 1 находится в конфигурации "призмы сверху", а призменный массив 2 - в конфигурации "призмы снизу".

Предпочтительной призменной структурой для настоящего изобретения является массив параллельных линейных призм, поскольку он обладает высокой эффективностью отражения и поэтому имеет ярко выраженный "металлизированный" вид в угловом интервале, для которого выполняется условие ПВО. Шаг призм предпочтительно составляет 1-100 мкм, а более предпочтительно 5-40 мкм, тогда как грани призм образуют с подложкой угол, примерно равный 45°, при угле между гранями, составляющем примерно 90°. Для устройства, содержащего массив параллельных линейных призм, угол наблюдения, при котором имеет место ПВО, будет зависеть от угла поворота подложки в своей плоскости. На фиг.4 в полярных координатах представлен график отражающей способности типичной пленки с линейной призменной структурой, на котором угол разворота пленки в плоскости пленки откладывается как угол с горизонтальной осью, а угол падения света (от 90° до -90°) откладывается по вертикальной и горизонтальной осям. Центр графика соответствует свету, проходящему внутрь пленки при нормальном падении. В представленном примере показатель преломления (n) призменной пленки равен 1,5, и призмы находятся в контакте с воздухом, имеющим показатель преломления ~1. В данном примере шаг и высота призм составляют 20 мкм и 10 мкм соответственно. Призменная пленка ориентирована таким образом, что грани призм удалены от наблюдателя (конфигурация "призмы снизу"). Если радиус определяется, как расстояние от центра графика, то каждый радиус соответствует отклонению конкретного угла падения от нормального падения. Угол разворота - это угол между направлением наклона и продольными осями (ребрами) линейных призм. Так, на фиг.4 дуга 1 иллюстрирует ситуацию, когда направление наклона параллельно ребрам линейных призм, а дуга 2 - ситуацию, когда направление наклона перпендикулярно указанным ребрам.

Горизонтальная шкала на графике соответствует углам падения вдоль дуги 2, а вертикальная - углам падения вдоль дуги 1. Для облегчения понимания шкалы для других направлений разворота не представлены. В полярных координатах значения в каждой точке соответствуют отражающей способности, которая лежит в интервале 0-1, где 0 и 1 соответствуют отражающей способности, равной 0% и 100% (отражающая способность в "металлизированном" состоянии). В контексте изобретения пленка будет рассматриваться полностью отражающей и обладающей "металлическим" блеском, если ее отражающая способность превышает 0,7 и предпочтительно превышает 0,8, а еще более предпочтительно 0,9. Чтобы упростить график, зоны, соответствующие угловым значениям, при которых отражающая способность больше 0,8, представлены светлыми. Другими словами, они примерно соответствуют областям углов, для которых имеет место ПВО. Темная область на фиг.4 соответствует угловому интервалу, в котором пленка, по существу, прозрачна, т.е. областям с отражающей способностью менее 0,4. Следует, однако, отметить, что между полностью отражающим и, по существу, прозрачным состояниями существует небольшая переходная область, не показанная на фиг.4 и на других графиках, построенных в полярных координатах. Размер данной переходной области таков, что на практике наблюдатель будет видеть резкий переход от полностью отражающего к, по существу, прозрачному состоянию. На фиг.4 показано, что когда направление наклона параллельно граням линейных призм (что соответствует дуге 1), ПВО имеет место при всех углах падения. Однако когда направление наклона перпендикулярно граням линейных призм, ПВО имеет место при нормальном падении и при углах падения с отклонением от нормального до 5°. Когда угол между направлением наклона и ребрами линейных призм изменяется от перпендикулярной ориентации к параллельной, угловой интервал, в котором имеет место ПВО, увеличивается, т.е. пленка остается полностью отражающей при возрастающих углах падения.

На фиг.5 представлен график, аналогичный графику по фиг.4 и построенный для той же призменной структуры и тех же показателей преломления, но для ориентации "призмы сверху". Из фиг.5 видно, что когда направление наклона перпендикулярно граням линейных призм (дуга 2), ПВО имеет место для углов падения в интервале примерно 40°-55°, а вне этого интервала пленка, по существу, прозрачна. Однако, когда направление наклона параллельно граням линейных призм, ПВО происходит при существенно больших углах падения, в интервале примерно 60°-65°.

Фиг.4 и 5 показывают, что когда наклон перпендикулярен граням линейных призм или равен ~45° относительно исходной нормали, граничный угол θ_spd, при котором конфигурация "призмы снизу" переходит из "металлизированного" в прозрачное состояние, существенно ближе к нормальному падению, чем угол θ_spu, при котором конфигурация "призмы сверху" переходит из прозрачного в "металлизированное" состояние. Поэтому при углах наклона, промежуточных между θ_spd и θ_spu, обе конфигурации ("призмы сверху" и "призмы снизу") будут прозрачными. Кроме того, для того же интервала углов наклона конфигурация "призмы сверху" обладает ПВО только в некотором угловом интервале (например, 40°-64° для системы по фиг.5), зависящем от направления наклона. Для углов падения, превышающих значения в данном интервале, конфигурации "призмы сверху" и "призмы снизу" будут, по существу, прозрачными.

Тот факт, что отражательные свойства массива линейных призм несимметричны, можно использовать для создания индивидуализированных устройств в рамках второго аспекта изобретения. Применительно к первому его аспекту возможность индивидуализации возникает благодаря различию отражательных свойств в конфигурациях "призмы сверху" и "призмы снизу". При этом устройство предпочтительно ориентируется так, что оптическое переключение происходит при предпочтительном угле наблюдения. Например, на защищенном документе, таком как банкнота, устройство по изобретению может быть ориентировано так, что ребра призм параллельны продольной оси банкноты. В этом случае оптическое переключение из полностью отражающего в прозрачное состояние легко наблюдается наклоном банкноты вокруг ее продольной оси.

Двумерные призменные структуры, такие как пирамиды с квадратным основанием, уголковые призмы и уголковые отражатели с шестиугольной входной гранью, менее чувствительны к развороту подложки. Однако эти структуры не являются столь эффективными отражателями, как массив параллельных линейных призм из-за отсутствия ПВО при падении света на некоторые участки граней. Несмотря на это переключение из отражающего в прозрачное состояние при изменении угла наблюдения остается достаточно заметным. Это позволяет использовать двумерные призменные структуры в устройстве с изменяющимися оптическими свойствами согласно первому аспекту изобретения. Грани двумерных призменных структур обычно имеют размеры 1-100 мкм, предпочтительно 5-40 мкм. У пирамид с квадратным основанием грани в типичном варианте расположены под углом ~45° к подложке, а угол между гранями примерно равен 90°. Для уголковых призм и уголковых отражателей с шестиугольной входной гранью угол между гранями и подложкой обычно составляет ~55°, а угол между гранями - ~90°. Одно преимущество уголковых призм и уголковых отражателей с шестиугольной входной гранью перед массивом параллельных линейных призм состоит в том, что для обеспечения ПВО достаточно меньшей разности показателей преломления материала призм и граничащего с ними материала. Например, при разности указанных показателей, равной 0,4, устройство с массивом уголковых отражателей будет обладать ПВО в большем интервале углов наблюдения, чем устройство с массивом параллельных линейных призм. Оптическое защитное устройство согласно первому аспекту изобретения может быть также реализовано с применением асимметричных призменных структур, примеры которых описаны в US 3817596, WO 04/061489 и ЕР 0269329.

Пленки, содержащие поверхностную призменную структуру, могут быть получены различными стандартными промышленными методами, включая литье с полимеризацией ультрафиолетовым (УФ) излучением (с УФ-полимеризацией), микротиснение и экструзию. Предпочтительными методами изготовления призменных пленок в соответствии с изобретением являются литье с УФ-полимеризацией и микротиснение.

Первая стадия процесса литья с УФ-полимеризацией состоит в формировании инструмента в виде матрицы. Негативный вариант требуемой призменной структуры формируется на инструменте с помощью хорошо известных технологий, таких как алмазное точение, гравирование, фотолитография по серой шкале и электроформование. Данный инструмент может иметь форму листа, цилиндра или рукава, натянутого на цилиндр. Предпочтительным методом получения описанного инструмента является алмазное точение. В этом методе очень острым алмазным инструментом вырезают негативную копию требуемой призменной структуры в металлическом материале, таком как медь, алюминий или никель.

Далее в данном процессе сматывают гибкую полимерную пленку с бобины и наносят на пленку-подложку полимер, отверждаемый УФ-излучением. Затем проводят операцию сушки для удаления растворителя из отверждаемой смолы. После этого пленку приводят в плотный контакт с инструментом в виде цилиндра для тиснения, так что призменная структура, сформированная на инструменте, репродуцируется в смоле, зафиксированной на пленке-подложке. На зону контакта воздействуют УФ-излучением, чтобы обеспечить отверждение смолы. На заключительной стадии рулон призменной пленки наматывают на бобину. Данный метод получения призменных структур описан, например, в US 3689346.

Материалы для гибких полимерных пленок, пригодных для литья с отверждением УФ-излучением (УФ-отверждением), включают полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиэтилен, полиамид, поликарбонат, поливинилхлорид (ПВХ), поливинилиденхлорид (ПВДХ), полиметилметакрилат (ПММА), полиэтиленнафталат (ПЭН) и полипропилен.

Для использования в процессе литья с УФ-полимеризацией пригодны отверждаемые УФ-излучением полимеры со свободнорадикальной или катионной УФ-полимеризацией. Примерами свободнорадикальных систем являются фотосшивающиеся акрилаты-метакрилаты или смолы на основе ароматических виниловых олигомеров. Примерами катионных систем являются циклоалифатические эпоксидные смолы. Могут быть использованы и гибридные полимерные системы, сочетающие свободнорадикальную и катионную УФ-полимеризацию. Другие примеры полимерных систем, пригодных для формирования призменных пленок литьем с УФ-полимеризацией, приведены в US 4576850 и US 5591527.

Альтернативным процессом получения пленок с поверхностными призменными структурами является микротиснение. Пригодные процессы микротиснения описаны в US 4601861 и US 6200399. В US 4601861 описан метод непрерывного тиснения структуры с уголковыми отражателями на листе термопластичного материала. Согласно этому методу непосредственно операция тиснения производится при температуре выше температуры, соответствующей стеклованию листового материала. Подходящие термопластичные материалы включают ПЭТФ, полиэтилен, полиамид, поликарбонат, ПВХ, ПВДХ, ПММА, ПЭН, полистирол, полисульфон и полипропилен.

Устройство по фиг.3 содержит призменные массивы 1 и 2, сформированные на противоположных поверхностях прозрачной полимерной пленки. Каждый призменный массив является массивом параллельных линейных призм, причем показатель преломления у материала призменного массива больше, чем у материала, контактирующего как с гранями призм, так и с гладкой поверхностью пленки. Призменный массив 1 по отношению к наблюдателю находится в конфигурации "призмы сверху". Ход лучей через структуру проиллюстрирован лучами 3 и 4 на фиг.1, если наблюдение ведется перпендикулярно ребрам линейных призм. Луч света, идущий по направлению С, падает на призменный массив 2 под углом, меньшим граничного угла θ_spu. Поэтому основная часть света после преломления проходит в пленку. Если теперь наклонить устройство так, чтобы свет падал на нее по направлению D, для которого угол падения превышает граничный угол θ_spu и которое соответствует угловому интервалу ПВО, весь свет будет отражаться призменным массивом 1. Призменный массив 2 находится по отношению к наблюдателю в конфигурации "призмы снизу", так что в этом случае ход лучей через структуру иллюстрируется лучами 1 и 2 на фиг.1 (если наблюдение ведется перпендикулярно ребрам линейных призм). Луч света, идущий по направлению С, падает на призменный массив 1 под углом, меньшим граничного угла θ_spd, так что свет отражается полностью. Если теперь наклонить устройство так, чтобы свет падал на него по направлению D, угол падения на призменный массив 2 будет превышать граничный угол θ_spd, так что основная часть света будет после преломления проходить в пленку. Для света, идущего по направлению Е, расположенному между направлениями С и D, угол наклона будет больше, чем θ_spd, но меньше, чем θ_spu, так что оба призменных массива 1 и 2 будут, по существу, прозрачными. Призменные массивы 1 и 2 будут также, по существу, прозрачными, когда устройство наблюдается по направлению F, при котором угол падения превосходит углы в интервале, для которого имеет место ПВО применительно к конфигурации "призмы сверху".

Различные оптические свойства призменных массивов 1 и 2 позволяют обеспечить эффект оптических переключений, состоящий в том, что при наблюдении устройства по фиг.3 со стороны над подложкой и по нормали к плоскости прозрачной полимерной пленки (по направлению С) призменный массив 1 кажется прозрачным, тогда как по контрасту призменный массив 2 является полностью отражающим и имеет "металлизированный" вид. Если теперь отклонить устройство от нормального положения при направлении наклона, перпендикулярном ребрам призм, то при промежуточном направлении Е наблюдения устройство покажется равномерно прозрачным. При увеличении наклона с переходом к наблюдению в направлении D вид устройства изменяется на обратный первоначально наблюдавшемуся при нормальном падении. Более конкретно, призменный массив 1 теперь является полностью отражающим и кажется "металлизированным", а призменный массив 2 кажется прозрачным. Если и дальше наклонять устройство, наблюдая его по направлению F, призменный массив 1 снова представляется прозрачным, тогда как призменный массив 2 остается прозрачным, так что пленка приобретает равномерно прозрачный вид.

В предпочтительном варианте призменные массивы 1 и 2, показанные на фиг.3, воспроизводятся на прозрачной полимерной пленке в форме идентифицирующих изображений. В одном примере, проиллюстрированном на фиг.6, призменный массив 1 воспроизведен в виде букв DLR, а призменный массив 2 согласован с массивом 1 по положению так, что оба массива не переналагаются. При наблюдении по нормали (в направлении С) призменный массив 1 в виде букв DLR, по существу, прозрачен, но буквы DLR видны как негативное изображение на "металлизированном", полностью отражающем фоне, создаваемом призменным массивом 2. При наклоне пленки и наблюдении в направлении Е фон "переключается" от полностью отражающего на, по существу, прозрачный, так что устройство становится полностью прозрачным. При дальнейшем наклоне пленки и наблюдении в направлении D перпендикулярно ребрам призм буквы DLR начинают казаться "металлизированными", поскольку призменный массив 1 теперь является полностью отражающим при, по существу, прозрачном фоне, создаваемом призменным массивом 2. Если наклонить устройство еще больше и наблюдать его в направлении F, буквы DLR, образуемые призменным массивом 1, снова становятся прозрачными на остающемся прозрачным фоне. В результате пленка является полностью прозрачной, так что нельзя наблюдать буквы DLR. В данном примере негативное "металлизированное" изображение переходит в позитивное "металлизированное" изображение при наклоне пленки с отклонением от нормального падения. Если призменные массивы в рассмотренном примере поменять местами так, чтобы изображение создавалось призменным массивом 2, а фон - призменным массивом 1, при наклоне пленки с отклонением от нормального падения переключение будет происходить в обратном порядке - от "металлизированного" изображения к негативному "металлизированному" изображению.

Альтернативная конструкция устройства по настоящему изобретению содержит ламинированную пленку. На фиг.7 представлен пример такой конструкции согласно первому аспекту изобретения. В данном варианте призменный массив 1 воспроизведен на поверхности первой прозрачной полимерной пленки, а призменный массив 2 - на поверхности второй прозрачной полимерной пленки. Неструктурированные поверхности прозрачных полимерных пленок соединяют посредством ламинирования. В этом процессе между неструктурированными поверхностями прозрачных полимерных пленок может вводиться слой соответствующего адгезива.

Описанное устройство может быть разрезано на сегменты, слои, полосы, отрезки или нити для введения в пластиковые или бумажные подложки в соответствии с известными методами.

В одном варианте устройство по изобретению может быть введено в защитный документ в качестве защитного сегмента или защитной полоски, как это показано на фиг.8. На фиг.9 защитный сегмент (защитная полоска) показан (показана) в сечении. Видно, что конструкция, представленная на фиг.3, была модифицирована нанесением прозрачного адгезива, чувствительного к нагреву или давлению, на наружную поверхность, включающую призменный массив 2. Призменные массивы 1 и 2 являются массивами параллельных линейных призм с шагом 20 мкм и высотой призм 10 мкм. Устройство по фиг.9 может быть перенесено на защищаемый документ различными известными методами, включая горячую штамповку, а также метод, описанный в US 5248544. Чтобы призменные массивы по фиг.9 обладали ПВО, материал призм должен иметь более высокий показатель преломления, чем слой адгезива. Альтернативно между слоем адгезива и призменными массивами можно нанести покрытие с низким показателем преломления, как это показано на фиг.10.

Приведенные на фиг.11 и 12 графики в полярных координатах иллюстрируют зависимость углового интервала, в котором имеет место ПВО, от разницы между показателями преломления призменной пленки и адгезива/покрытия для конструкции по фиг.9. На фиг.11 приведены графики для призменного массива 1 на фиг.9, т.е. массива параллельных линейных призм в конфигурации "призмы сверху". Принимается, что показатель преломления прозрачной полимерной пленки является постоянным и имеющим значение, промежуточное между показателями преломления материалов призм и адгезива. В примере 1 (см. фиг.11, а) материалы призм и адгезива/покрытия имеют показатели преломления, равные соответственно 1,9 и 1,3. Из графика видно, что пример 1 обеспечивает приемлемую конструкцию для первого аспекта изобретения, поскольку при направлении наклона, перпендикулярном ребрам линейных призм, ПВО имеет место для углов падения между примерно 45° и 55° (т.е. θ_spu=45°). В примере 2 показатель преломления адгезива имеет более реалистичное значение, равное 1,5, а материал призм имеет показатель преломления 2,2. График на фиг.11, b, показывает, что пример 2 также способен дать приемлемую конструкцию для первого аспекта изобретения, поскольку при направлении наклона, перпендикулярном ребрам линейных призм, ПВО имеет место для углов падения между примерно 40° и 55° (т.е. θ_spu=40°). Увеличение показателя преломления материала призм до 2,3 при его контакте с адгезивом/покрытием, имеющим показатель преломления 1,5, делает ПВО возможным для углов падения между примерно 30° и 55° (т.е. θ_spu=30°) при направлении наклона, перпендикулярном ребрам линейных призм, как это иллюстрируется примером 3 (см. фиг.11, с).

На фиг.12 приведены эквивалентные графики в полярных координатах для призменного массива 2 по фиг.9, т.е. массива параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу". В примере 1 (см. фиг.12, а) материалы призм и адгезива/покрытия имеют показатели преломления, равные соответственно 1,9 и 1,3. Из графика видно, что пример 1 обеспечивает приемлемую конструкцию для первого аспекта изобретения, поскольку при направлении наклона, перпендикулярном ребрам линейных призм, ПВО имеет место при нормальном падении и углах падения, составляющих примерно 2°-3° с нормалью (т.е. θ_spd=2°-3°). Аналогичный результат получен и для примера 2 (см. фиг.12, b), в котором показатель преломления адгезива имеет более реалистичное значение, равное 1,5, а материал призм имеет показатель преломления 2,2. В примере 3 (см. фиг.12, с) показатель преломления материала призм, находящегося в контакте с адгезивом/покрытием, имеющим показатель преломления 1,5, увеличен до 2,3. При этом ПВО имеет место при нормальном падении и углах падения, составляющих до 10° с нормалью (т.е. θ_spd=10°) при направлении наклона, перпендикулярном ребрам линейных призм.

Фиг.11 и 12 показывают, что углы θ_spu и θ_spd можно модифицировать для определенных ориентаций по развороту путем изменения показателя преломления. Например, граничный угол θ_spd в случае, когда направление наклона перпендикулярно ребрам линейных призм, увеличился примерно с 3° до 10° за счет увеличения показателя преломления материала призм с 2,2 до 2,3 при показателе преломления адгезива 1,5. Увеличение граничного угла для конфигурации "призмы снизу" является полезным, так как оно увеличивает угловой интервал, в котором материал является полностью отражающим и имеет "металлизированный" вид.

Чтобы обеспечить значения разности показателей преломления, соответствующие рассмотренным примерам, и получить работоспособное устройство согласно изобретению, требуется тщательный подбор материалов. Большинство органических полимерных материалов, включая адгезивы, чувствительные к нагреву или давлению, имеют показатели преломления в интервале 1,4-1,6. Однако покрытия и адгезивы на основе фторированных полимеров имеют меньшие показатели преломления. Например, материал Teflon® AF, производимый фирмой Dupont, имеет показатель преломления, близкий к 1,3, и может быть использован в качестве покрытия с низким показателем преломления для оптических устройств и, в частности, как слой промежуточного покрытия (см. фиг.10).

Выбор подходящего материала призм с высоким показателем преломления для использования в изобретении зависит от метода воспроизведения (репродуцирования) призм. Полимеры, отверждаемые УФ-излучением и способные к свободнорадикальной или катионной УФ-полимеризации, т.е. пригодные для литья с УФ-полимеризацией, обычно имеют показатель преломления в интервале 1,4-1,6. За счет использования УФ-отверждаемых мономеров/олигомеров с большой степенью конъюгации связей (имеющих кольцевую структуру), с замещением тяжелыми элементами (Br, I), с высокой функциональностью и большим молекулярным весом показатель преломления может быть увеличен примерно до 1,7. Однако примеры на фиг.11 и 12 показывают, что для получения функциональных устройств по изобретению показатель преломления материала призм должен быть увеличен, по меньшей мере, до 1,9, а предпочтительно до значения, превышающего 2,1. Материалы с показателем преломления, достаточным для реализации изобретения, включают неорганические-органические гибриды, в которых неорганические наночастицы с высоким показателем преломления, например частицы TiO₂, диспергированы в полимерной смоле, пригодной для литья с УФ-полимеризацией, с получением прозрачного покрытия, имеющего высокий показатель преломления. Среди полимерных смол следует выбирать пригодные для литья с УФ-полимеризацией, примерами которых являются фотосшивающиеся смолы на основе акрилатных или метакрилатных олигомеров. Примерами катионных систем являются циклоалифатические эпоксиды. Могут быть использованы также гибридные полимерные системы, сочетающие свободнорадикальную УФ-полимеризацию с катионной. Другие примеры полимерных систем, пригодных для формирования призменных пленок посредством литья с УФ-полимеризацией, приведены в US 4576850 и US 5591527. Методы диспергирования неорганических наночастиц в полимерных системах, пригодных для литья с УФ-полимеризацией, приведены в US 2002119304, US 6720072 и WO 02/058928.

По желанию на наружную поверхность, содержащую призменный массив 1 (см. фиг.9), можно нанести слой защитного покрытия/лака. Присутствие лака приведет к дополнительному увеличению граничного угла θ_spu для призменного массива 1, потому что граница раздела лак/призма будет характеризоваться меньшей разницей показателей преломления, чем граница воздух/призма.

Дальнейшие примеры, представленные на фиг.13-19, основаны на использовании линейного призменного массива с показателем преломления 2,2 и слоя адгезива/покрытия с показателем преломления 1,5. Линейные призмы выполнены с шагом 20 мкм и высотой 10 мкм. Они ориентированы таким образом, что их ребра перпендикулярны направлению наклона.

В одном из вариантов устройство по изобретению в своем первом аспекте может быть введено в защищаемую бумагу в виде нити, видимой в специальном окне. На фиг.13 показаны ныряющая защитная нить, образованная устройством согласно изобретению, а также окна, в которых видна данная нить, и участки, на которых нить находится внутри документа. Другие варианты внедрения в подложку более широких нитей описаны в ЕР 860298 и WO 03/095188. Широкие нити являются особенно удобными, поскольку увеличение площади открытых участков позволяет более эффективно использовать устройства с изменяющимися оптическими свойствами согласно изобретению.

Пример устройства в сечении показан на фиг.14. Он соответствует модификации конструкции по фиг.3 путем нанесения слоя прозрачного бесцветного адгезива на наружную поверхность, включающую призменный массив 1, и второго слоя прозрачного адгезива на наружную поверхность, включающую призменный массив 2. Материалы призм и прозрачного адгезива подобраны так, что материал призм имеет существенно более высокий показатель преломления, чем прозрачный адгезив. В альтернативном варианте между слоем адгезива и соответствующим призменным массивом может быть нанесено покрытие с низким показателем преломления.

В предпочтительном варианте призменные массивы 1 и 2 воспроизведены на прозрачной полимерной пленке в виде идентифицируемых изображений, например, подобных показанным на фиг.6. Идентифицируемое изображение повторяется вдоль защитной нити так, что один набор идентифицируемых изображений всегда виден в зоне окна банкноты. Введение защитной нити в бумагу может контролироваться таким образом, чтобы призменный массив 1 всегда находился на верхней поверхности в зоне окна банкноты. В этом случае защитное свойство будет проявляться в определенной последовательности переключений при наклоне, как это было описано со ссылкой на фиг.6. Альтернативно защитная нить может быть введена в бумагу таким образом, чтобы на верхней поверхности в зоне окна банкноты всегда находился призменный массив 2. В этом случае защитное свойство будет проявляться в последовательности, обратной описанной со ссылкой на фиг.6. Другими словами, изображение, наблюдаемое в варианте по фиг.6 при нормальном падении (в направлении С), будет наблюдаться при наклонном падении (в направлении D) и наоборот. Преимущество использования защитной нити по фиг.14 состоит в том, что отпадает необходимость контролировать вертикальную ориентацию нити, поскольку какой-то один вариант защитного изображения всегда виден в зоне окна банкноты. Тот факт, что защитное устройство наблюдается через верхний слой адгезива, а не воздуха, будет приводить к тому, что угол θ_spu для призменного массива 1 или 2 (в зависимости от вертикальной ориентации нити) будет смещен относительно направления нормального падения, поскольку граница раздела адгезив/призма будет характеризоваться меньшей разницей показателей преломления, чем граница воздух/призма. Если вертикальная ориентация ленты будет контролироваться, верхний слой адгезива может отсутствовать, с обеспечением тем самым границы раздела воздух/призма на верхней поверхности устройства.

В следующем варианте в защитную нить может быть введен слой печатной идентифицируемой информации, как это показано на фиг.15. При этом используется промежуточный слой с низким показателем преломления, чтобы создать условия для ПВО, так что свет будет проходить из материала призмы с более высоким показателем преломления в промежуточный слой с низким показателем преломления. Введение защитной нити в бумагу контролируется таким образом, что на открытой поверхности в зоне окна банкноты находится призменный массив 1. При наблюдении устройства по фиг.15 сверху и в направлении, нормальном по отношению к плоскости прозрачной полимерной пленки (в направлении С), призменный массив 1 представляется прозрачным, так что идентифицирующая информация 1, находящаяся непосредственно под призменным массивом 1, является наблюдаемой. В отличие от этого призменный массив 2 является полностью отражающим и имеет "металлизированный вид", так что идентифицирующая информация 2, находящаяся непосредственно под призменным массивом 2, скрыта. Если теперь наклонить устройство и наблюдать его не по нормали (т.е. в направлении D), вид устройства изменится на обратный: призменный массив 1 станет полностью отражающим, приобретет "металлизированный" вид и скроет находящуюся под ним идентифицирующую информацию 1, тогда как призменный массив 2 станет прозрачным и откроет находящуюся под ним идентифицирующую информацию 2. При наблюдении в направлении Е, расположенном между направлениями С и D, при котором угол наклона находится между углом θ_spu для призменного массива 1 и углом θ_spd для призменного массива 2, оба призменных массива 1, 2 являются, по существу, прозрачными, так что видна вся идентифицирующая информация. Призменные массивы могут быть согласованы по положению с идентифицирующей информацией так, что при различных углах наклона будут видны ее различные компоненты.

Фиг.16 иллюстрирует пример последовательности переключений для варианта "нити в окне" (ныряющей нити) по фиг.15. Здесь идентифицирующая информация 1 имеет вид букв DLR, а идентифицирующая информация 2 представлена в форме числа 100. При наблюдении по нормали (в направлении С) призменный массив 1, по существу, прозрачен и буквы DLR видны в окне. Однако призменный массив 2 является полностью отражающим и скрывает число 100. При наклоне пленки и наблюдении в направлении D призменный массив 2 становится, по существу, прозрачным, так что в окне видно число 100. Однако призменный массив 1 является полностью отражающим и скрывает буквы DLR. При наблюдении в промежуточном направлении Е оба призменных массива, по существу, прозрачны, и можно видеть как буквы DLR, так и число 100.

Согласно другому варианту защитное устройство по изобретению может быть введено в документ таким образом, что части устройства можно наблюдать с противоположных сторон документа. Один метод встраивания защитного устройства, позволяющий наблюдать его с обеих сторон документа, описан в ЕР 1141480. Защитная нить видна на селективных участках на одной стороне защищаемого документа и полностью открыта на второй стороне, чтобы сформировать прозрачную зону, как это показано на фиг.17а. Данный метод позволяет вводить в документы значительно более широкие защитные нити. На фиг.17b в сечении представлена защитная нить, которая могла бы быть введена по методу, описанному в ЕР 1141480. Призменный массив воспроизведен на стороне 1 прозрачной полимерной пленки, и на него нанесен слой адгезива, чтобы облегчить связывание нити с защищаемым документом. Используемый адгезив имеет существенно более низкий показатель преломления, чем материал призм. Защитная нить встраивается в документ таким образом, что ее сторона 2 полностью открыта для наблюдения на лицевой стороне документа, а сторона 1 открыта в прозрачной зоне, предусмотренной на оборотной стороне документа. Когда защитное устройство рассматривается с оборотной стороны документа (со стороны 1), призменный массив наблюдается в конфигурации "призмы сверху". Поэтому при нормальном падении пленка представляется прозрачной, так что можно наблюдать прозрачную зону. Если наклонить документ, продолжая рассматривать его с оборотной стороны, пленка станет полностью отражающей и приобретет "металлизированный" вид, так что наличие прозрачной зоны будет скрыто. Когда защитное устройство рассматривается с лицевой стороны документа (со стороны 2), призменный массив наблюдается в конфигурации "призмы снизу". Поэтому при нормальном падении пленка является полностью отражающей и кажется "металлизированной", т.е. наличие прозрачной зоны скрыто. Однако при ее наклоне пленка становится прозрачной и открывает прозрачную зону. Тот факт, что переключение из прозрачного в "металлизированное" состояние инвертируется при наблюдении с противоположных сторон документа, позволяет легко аутентифицировать печатное изображение или печатный документ с помощью имеющейся на них подобной прозрачной зоны. Изображение будет видимым через прозрачную зону при наблюдении по нормали с одной стороны документа, но при переворачивании документа (например, банкноты) изображение будет скрыто пленкой, которая кажется отражающей ("металлизированной").

Следующий вариант защитного устройства, содержащего призменный массив, который может наблюдаться с обеих сторон документа, показан на фиг.18. По своей конструкции данное устройство аналогично показанному на фиг.17b, но снабжено нанесенным на призменный массив дополнительным промежуточным слоем с низким показателем преломления. Затем на промежуточный слой помещается изображение, имеющее постоянный (не зависящий от угла наблюдения) "металлизированный" вид, так что цвет данного изображения соответствует цвету призменной пленки в состоянии полного отражения (в "металлизированном" состоянии). "Металлизированное" состояние может быть получено путем нанесения металлизированного слоя (например, из Al) методом испарения в вакууме или с помощью металлизированной краски. Другой метод получения слоя металла состоит в удалении некоторых участков из однородного слоя металла. Для удаления выбранных участков сплошного слоя может быть использовано нанесение посредством печати травильного раствора или защитного слоя с последующим удалением незащищенных участков с помощью травильного раствора. Наносится также промежуточный слой с низким показателем преломления, чтобы создать условия для ПВО, так что свет будет проходить из материала призм с высоким показателем преломления в промежуточное покрытие с низким показателем преломления. При рассматривании пленки со стороны 2 призменный массив наблюдается в конфигурации "призмы снизу", причем при нормальном падении этот массив будет полностью отражающим с ярко выраженным "металлизированным" видом, так что изображение будет скрыто. При наклоне пленки она становится прозрачной и открывает изображение в форме слоя металла. При рассматривании пленки со стороны 1 призменный массив наблюдается в конфигурации "призмы сверху", причем наблюдаемая картина инвертируется: при нормальном падении пленка будет прозрачной, а изображение видимым. Когда же пленка наклонена, она принимает яркий ("металлизированный") вид, соответствующий виду изображения в виде металлизированного слоя, так что изображение "растворяется" в фоне.

На фиг.19 в сечении представлен еще один вариант защитной нити, пригодной для наблюдения с любой стороны документа. Нить содержит, по существу, прозрачную полимерную пленку из ПЭТФ или аналогичного материала. Локальная поверхностная призменная структура, содержащая массив параллельных линейных призм, сформирована на обеих сторонах прозрачной полимерной пленки. На поверхность прозрачной полимерной пленки, включающую призменный массив 2, нанесен прозрачный адгезив. Защитная нить встроена в документ таким образом, что ее сторона 2 является полностью открытой на лицевой стороне документа, а сторона 1 открыта в прозрачной зоне, предусмотренной на оборотной стороне документа. Когда защитное устройство рассматривается с лицевой стороны документа (со стороны 2), призменный массив 1 наблюдается в конфигурации "призмы сверху", а призменный массив 2 - в конфигурации "призмы снизу". При рассмотрении документа с оборотной стороны призменные массивы наблюдаются в обратной конфигурации. Призменные массивы сформированы так, как это было описано со ссылкой на фиг.6, т.е. призменный массив 1 воспроизведен в виде букв DLR, а призменный массив 2 согласован с ним по положению таким образом, чтобы избежать взаимного наложения призменных структур. При наблюдении с лицевой стороны документа при постепенном наклоне с переходом от нормального к наклонному падению (т.е. при последовательном переходе от направления С к направлениям Е, D и F) на открытой поверхности полимерной пленки будет наблюдаться последовательность переключений, описанная со ссылкой на фиг.6 (см. фиг.20). В отличие от этого при наблюдении с оборотной стороны документа при постепенном наклоне с переходом от нормального к наклонному падению в прозрачной зоне наблюдается обратная последовательность переключений.

Согласно дополнительному варианту усиленный эффект оптических изменений создается комбинированием эффекта переключения из прозрачного в "металлизированное" состояние, обеспечиваемое описанными защитными устройствами, с изображением, напечатанным на защищаемом документе. Переход из "металлизированного" в прозрачное состояние можно использовать для того, чтобы скрывать и открывать напечатанную информацию и чтобы более наглядно ассоциировать защитное устройство с документом. В более сложном варианте переключаемое изображение может дополнять напечатанное изображение или располагаться внутри него. В одном примере напечатанная информация - это серийный номер документа. Защитное устройство с конструкцией, показанной на фиг.9, накладывается поверх серийного номера. Призменные массивы 1 и 2 воспроизводятся в форме блоков и пространственно согласовываются с серийным номером так, что призменный массив 1 находится над каждым вторым знаком (цифрой или буквой), тогда как призменный массив 2 располагается над знаками, не закрытыми призменным массивом 1. При нормальном падении блоки, входящие в призменный массив 2, представляются "металлизированными", так что половина знаков оказывается скрытой, как это показано на фиг.21. В то же время блоки, входящие в призменный массив 1, по существу, прозрачны, что позволяет наблюдать остальные знаки. При наклоне с уходом от нормального падения призменные массивы изменяют состояние, так что призменный массив 1 кажется "металлизированным", а призменный массив 2 является, по существу, прозрачным. Поэтому ранее скрытые знаки становятся видимыми и наоборот. При промежуточных наклонах оба призменных массива станут прозрачными, так что можно будет увидеть полный серийный номер.

На фиг.22 в сечении показана подложка, типичная по своей конструкции для второго аспекта изобретения и предназначенная для использования в защитных или аутентификационных устройствах. Данная конструкция содержит прозрачную полимерную пленку из ПЭТФ или аналогичного материала. На нижней поверхности пленки сформирована локальная поверхностная призменная структура, содержащая два массива параллельных линейных призм (призменные массивы 3, 4), причем данные массивы взаимно развернуты в плоскости подложки примерно на 90°. Линейные призмы имеют шаг 20 мкм и высоту 10 мкм. Устройство может быть адаптировано для применения в качестве защитного сегмента или полоски путем нанесения чувствительного к нагреву или давлению адгезива на наружную поверхность, включающую призменные массивы. Устройство, представленное на фиг.22, может быть перенесено на защищаемый документ различными известными методами, включая горячую штамповку, а также метод, описанный в US 5248544. При наблюдении устройства сверху призменные массивы 3, 4 находятся в конфигурации "призмы снизу".

Изобретение в своем втором аспекте основано на том, что отражательные свойства призменных структур изменяются при развороте призменного массива относительно направления наблюдения. Массив параллельных линейных призм представляется особенно удобным для осуществления изобретения в его втором аспекте, поскольку угловой интервал, в котором наблюдается ПВО, зависит от угла между направлением наклона и ребрами линейных призм. Соответствующее изменение отражательной способности иллюстрируется на фиг.12 графиками в полярных координатах, в частности, для конфигурации "призмы снизу" при использовании материалов призм и адгезива с различными показателями преломления. Из фиг.12 видно, что ПВО в основном имеет место, когда наклон параллелен ребрам линейных призм (т.е. происходит по дуге 1), причем если разность показателей преломления материалов призм и адгезива является значительной, ПВО наблюдается для всех углов падения. Значительной, как правило, является разность показателей преломления, превышающая 0,4 (если показатель преломления адгезива составляет 1,3-1,6). Показатель преломления призменной структуры, как правило, должен составлять не менее 1,7, предпочтительно не менее 1,9 и наиболее предпочтительно не менее 2,1. В отличие от рассмотренной ситуации, если направление наклона перпендикулярно ребрам линейных призм (т.е. он происходит по дуге 2), в устройстве со значительной разностью показателей преломления материалов призм и адгезива ПВО имеет место только при нормальном падении и при небольших углах наклона относительно нормального падения.

На фиг.23 представлен защищенный документ (например, банкнота), обнаруживающий изменяющийся оптический эффект, который может генерироваться защитным устройством по фиг.22. Призменный массив 3 воспроизведен в форме звезды на прозрачной полимерной пленке, а призменный массив 4 воспроизведен в активной зоне, не перекрытой призменным массивом 3, таким образом, что он образует область фона. Каждый из призменных массивов 3, 4 содержит ряд параллельных линейных призм, причем ребра линейных призм, образующих звезду (призм призменного массива 3), по существу, перпендикулярны ребрам призм, образующих фоновую область (призм призменного массива 4). Линии на фиг.23 схематично представляют ребра линейных призм. Ребра призм, образующих фоновую область, параллельны продольной оси документа, а ребра призм, образующих звезду, параллельны его короткой оси. В данном примере материал призм имеет показатель преломления 2,2, а адгезив - показатель преломления 1,5. Зависимость ПВО от угла разворота такая, как представленная на фиг.12, b. При наблюдении по нормали призменные массивы 3, 4 являются полностью отражающими, так что пленка имеет однородный "металлизированный" вид, а звезда не видна. При наклоне устройства на несколько градусов, например на 10°, и при его рассматривании в направлении короткой оси документа (в направлении А) фоновая область становится прозрачной, но звезда сохраняет "металлизированный вид" и поэтому становится различимой. Если устройство остается наклоненным и при этом разворачивается таким образом, что рассматривается под углом 45° к продольной оси документа (в направлении С), звезда становится, по существу, прозрачной при сохранении прозрачности фоновой области, так что изображение звезды оказывается скрытым. Если устройство, оставаясь наклоненным, разворачивается еще на 45° и рассматривается по продольной оси документа (в направлении В), изображение оказывается обратным по отношению к наблюдавшемуся по направлению А, т.е. звезда переключается из "металлизированного" состояния в прозрачное, а фоновая область из прозрачного в "металлизированное".

Защитное устройство типа показанного на фиг.23 обладает тремя свойствами защиты от подделки: четко идентифицируемым переключением из "металлизированного" состояния в прозрачное, "проявлением" латентного изображения при наклоне устройства с отходом от нормального падения и переключением изображения из позитивного в негативное при развороте в наклоненном состоянии. Таким образом, устройство обеспечивает удобную аутентификацию документа пользователями, но его очень трудно подделать из-за необходимости воспроизвести все три аспекта защиты.

На фиг.24 в сечении показана подложка, типичная по своей конструкции для второго аспекта изобретения и предназначенная для использования в защитных или аутентификационных устройствах. Ее конструкция аналогична представленной на фиг.22, но отличается от нее тем, что призменные массивы теперь сформированы на верхней поверхности прозрачной полимерной пленки. Таким образом, при наблюдении сверху оба призменных массива 5, 6 находятся в конфигурации "призмы сверху".

В некоторых случаях такая структура может быть сформирована на вспомогательной подложке, удаляемой после закрепления устройства на защищаемом элементе, так что призменная структура становится отдельной структурой.

На фиг.25 представлен защищенный документ, обнаруживающий изменяющийся оптический эффект, который может генерироваться защитным устройством по фиг.24. Призменные массивы 5, 6 формируют те же самые идентифицирующие изображения, что и призменные массивы 3, 4 соответственно (см. фиг.23). Каждый из призменных массивов 5, 6 содержит ряд параллельных линейных призм, причем они воспроизведены таким образом, что ребра линейных призм, образующих звезду (призм призменного массива 5), по существу, перпендикулярны ребрам призм, образующих фоновую область (призм призменного массива 6). Линии на фиг.25 схематично представляют ребра линейных призм. Ребра призм, образующих фоновую область, параллельны продольной оси документа, а ребра призм, образующих звезду, параллельны его короткой оси. В данном примере материал призм имеет показатель преломления 2,2, а адгезив - показатель преломления 1,5. Зависимость ПВО от угла разворота такая, как представленная на фиг.11, b. При наблюдении по нормали призменные массивы 5, 6 являются полностью прозрачными, так что пленка имеет однородный прозрачный вид и звезда не видна. При наклоне устройства примерно на 35°-45° и при его рассматривании в направлении короткой оси документа (в направлении А) фоновая область приобретает "металлизированный" вид, но звезда остается прозрачной и, следовательно, становится видимой. Если устройство, оставаясь наклоненным на угол 35°-45° (считая от нормали), разворачивается на 90° и рассматривается по продольной оси документа (в направлении В), изображение оказывается обратным по отношению к наблюдавшемуся по направлению А, т.е. фоновая область переключается из "металлизированного" состояния в прозрачное, а звезда из прозрачного в "металлизированное".

Конструкция по фиг.22 особенно подходит для использования в документе, который позволяет рассматривать ее с любой стороны документа, например в прозрачном вырезе, как это описано в ЕР 1141480, или в окне полимерной банкноты, как это описано в WO 83/00659. Призменные массивы воспроизводятся, как это было описано со ссылкой на фиг.23, и устройство встраивается в документ так, что при его наблюдении с лицевой стороны документа призменные массивы 3 и 4 находятся в конфигурации "призмы снизу", а при наблюдении с оборотной стороны документа - в конфигурации "призмы сверху". При наблюдении документа по нормали с лицевой стороны устройство представляется "металлизированным", а последовательность переключений при его наклоне соответствует проиллюстрированной на фиг.23. Однако при наблюдении с оборотной стороны документа устройство представляется прозрачным, а последовательность переключений соответствует представленной на фиг.25. Различные, но согласованные последовательности переключений для каждой стороны прозрачного выреза обеспечивают неожиданное и хорошо запоминающееся защитное свойство, легко распознаваемое обычными людьми.

В альтернативном варианте реализации второго аспекта изобретения защитное устройство содержит несколько массивов параллельных линейных призм, взаимно развернутых в плоскости подложки. На фиг.26 показаны угловые характеристики ПВО в зависимости от разворота массива линейных призм в конфигурации "призмы снизу", когда показатели преломления материалов призм и адгезива/покрытия равны соответственно 2,3 и 1,5. При наблюдении по нормали пленка является полностью отражающей и имеет "металлизированный" вид. При наклоне устройства в направлении, перпендикулярном ребрам линейных призм, по дуге 2, граничный угол θ_spd для перехода из полностью отражающего в прозрачное состояние равен 10°. При развороте пленки на 45° таким образом, что направление ее наклона соответствует дуге 3, θ_spd увеличивается до 15°. При дальнейшем развороте до 60° (так что направление наклона теперь соответствует дуге 4) угол θ_spd увеличивается до 22°. По мере возрастания угла между направлением наблюдения и перпендикуляром к ребрам линейных призм угол, соответствующий переходу от яркого отражения к прозрачности, увеличивается. Массивы призм могут формировать отдельные изображения или составные части единого изображения, и способность каждого массива иметь иной граничный угол позволяет создать устройства с более сложным характером переключения изображения.

В своем втором аспекте изобретение не ограничивается использованием призменных массивов, содержащих параллельные линейные призмы. Может быть использован любой призменный массив, отражательные свойства которого зависят от угла его разворота в плоскости массива. Примером альтернативной призменной структуры является массив уголковых отражателей с шестиугольной входной гранью, представленный на фиг.27 в конфигурации "призмы сверху". Уголковый отражатель с шестиугольной входной гранью соответствует обычному уголковому отражателю (с треугольными гранями), у которого углы треугольной передней грани срезаны с образованием шестиугольника. График в полярных координатах, представленный на фиг.28, иллюстрирует угловой интервал, в котором ПВО имеет место в массиве уголковых отражателей с шестиугольной передней гранью при высоте призм 8,2 мкм и сторонами шестиугольника, равными 6,7 мкм. В иллюстрируемом примере показатель преломления материала призм равен 1,5 и призмы находятся в контакте с воздухом (показатель преломления которого близок к 1). Призменная пленка ориентирована так, что ребра призм обращены от наблюдателя (т.е. реализуется конфигурация "призмы снизу"). На фиг.28 показано, что ПВО имеет место для углов падения в интервале от нормального падения до примерно 20° независимо от разворота массива. Однако при увеличении угла наклона массив переключается в, по существу, прозрачное состояние для всех направлений наблюдения и остается прозрачным, пока направление наблюдения не станет параллельным одной из канавок, образующих грани призм. В этом случае массив возвращается в полностью отражающее состояние. Такое переключение имеет место, когда массив наблюдается в направлении одной из указанных канавок и наклонен таким образом, что данная канавка удаляется от наблюдателя. Возвращаясь к фиг.28, если устройство наблюдается в направлении, параллельном канавке 1, задающей грани 1 и 2, и наклонено, как это показано, по дуге 1 так, что канавка удаляется от наблюдателя, массив будет казаться "металлизированным" при нормальном падении, становясь, по существу, прозрачным примерно при 25°, затем снова казаться "металлизированным" при наклоне примерно на 45° и оставаться в этом состоянии, пока угол наклона не превысит 70°. В отличие от этого, если устройство будет наклонено по дуге 1 так, что канавка будет ориентирована к наблюдателю, массив будет переключаться из "металлизированного" в, по существу, прозрачное состояние примерно у 25° и оставаться прозрачным.

Оптические свойства массива уголковых отражателей с шестиугольной передней гранью, проиллюстрированные на фиг.28, позволяют генерировать изменяющийся оптический эффект. В качестве примера, соответствующее устройство будет содержать два таких массива, взаимно развернутых на 90°, так что когда первый массив наблюдается вдоль дуги 1, второй массив наблюдается вдоль дуги 2 и наоборот. Один из двух массивов может быть в форме идентифицирующего изображения, а второй - в форме фона для этого изображения. Пленка будет казаться "металлизированной" при нормальном падении, причем позитивное "металлизированное" изображение будет появляться при наклоне пленки от наблюдателя по дуге 2 для призменного массива, формирующего изображение. Негативное "металлизированное" изображение будет появляться при развороте устройства на 90° и наклоне от наблюдателя по дуге 1 для призменного массива, формирующего изображение.

Альтернативно массивы могут быть взаимно развернуты на 60°, так что в структуре типа показанной на фиг.28 канавка 1 массива 1 будет параллельна канавке 2 массива 2. При наклоне устройства параллельно названным канавкам (т.е. по дуге 1 для массива 1) массив 1 будет полностью отражающим при наклоне от наблюдателя, тогда как массив 2 будет полностью отражающим при наклоне к наблюдателю. Достоинство разворота на 60° состоит в том, что он позволяет использовать мозаичную структуру, благодаря чему на границах двух массивов не будет неактивных зон.

Отражательные свойства массива призменных структур описанного типа применительно к изобретению могут быть модифицированы за счет использования призменной структуры, сечение которой не является симметричным. Рассмотрим, например, массив параллельных линейных призм, у которых грани образуют с подложкой углы, примерно равные 45°, а между собой угол, близкий к 90°. Если изменить эту структуру таким образом, что одна из граней образует с подложкой угол 35°, а другая угол 55°, как это показано на фиг.29, ребро призмы сместится с образованием асимметричной структуры, но угол между гранями останется равным 90°. Графики в полярных координатах на фиг.30 иллюстрируют изменение углового интервала, в котором имеет место ПВО при переходе к описанной асимметричной структуре, наблюдаемой в конфигурации "призмы снизу". В данном примере показатели преломления материала призм и контактирующего с ним адгезива равны соответственно 2,2 и 1,5. Для симметричной структуры в случае, когда направление наклона перпендикулярно ребрам линейных призм (т.е. соответствует дуге 2), ПВО имеет место при нормальном падении и до углов падения примерно 2°-3°. В отличие от этого для асимметричной структуры, когда направление наклона перпендикулярно ребрам линейных призм (т.е. соответствует дуге 2), угловой интервал, в котором имеет место ПВО, смещается и соответствует углам падения в интервале 20°-25° относительно нормали. Однако этот угловой интервал очень мал и не обеспечивает практического решения.

Асимметричная линейная призменная структура по фиг.29 имеет ограничения, поскольку свет, падающий на большую грань вблизи подложки, не выводится из призменной пленки за счет отражения, несмотря на то что он испытывает ПВО при падении на большую грань. Это поясняется на фиг.29. Световой луч 1 преломляется при входе в пленку в точке а и падает на большую грань под углом α относительно нормали, испытывая ПВО и на большей, и на меньшей гранях, и выходит из призмы через гладкую поверхность. Однако луч 2, преломляющийся при входе в пленку в точке b, падает на большую грань под тем же углом α, что и луч 1, но в точке, расположенной ближе к подложке. После отражения луч 2 падает на гладкую поверхность, а не на меньшую грань. Световой луч 2 испытывает ПВО на гладкой поверхности и не выходит из пленки, т.е. не отражается обратно. Луч 3 соответствует граничному случаю, поскольку он задает точку падения на большую грань, при падении ниже которой лучи не будут отражаться на меньшую грань, создавая тем самым неотражающую зону. Решение данной проблемы состоит в создании усеченной версии асимметричной структуры, как это показано на фиг.31. Здесь представлена структура, усеченная в граничной точке, задаваемой лучом 3 на фиг.29. Угол φ усечения равен 90° - χ, где χ - это угол между нормалью к гладкой поверхности и биссектрисой угла при вершине основания призмы (см. фиг.31). График в полярных координатах на фиг.32 показывает, что для усеченной структуры угловой интервал, в котором имеет место ПВО, значительно больше, чем для неусеченной структуры (см. фиг.30). Для усеченной структуры ПВО имеет место для углов падения между 18° и 26° относительно нормали при наблюдении перпендикулярно ребрам линейных призм (по дуге 2).

Использование усеченной асимметричной структуры позволяет управлять углом, при котором происходит переключение из "металлизированного" состояния в прозрачное, что затруднит подделку устройства и позволит реализовать варианты, в которых различные зоны пленки могут иметь различные граничные углы. В результате по мере наклона устройства его различные части будут поочередно переходить из одного состояния в другое.

Использование асимметричных призменных структур в равной мере применимо к уголковым призмам и к уголковым отражателям с шестиугольной входной гранью. Структуры на базе уголковых отражателей являются ретрорефлекторными; поэтому их "металлизированное" состояние лучше всего наблюдать, когда источник света расположен прямо позади наблюдателя. В большинстве практических ситуаций человек, рассматривающий устройство, будет находиться сбоку от источника света, так что ему будет затруднительно наблюдать высокоотражающее "металлизированное" состояние. Использование структур на базе асимметричных уголковых отражателей позволяет обеспечить ретрорефлекторные свойства для расходящегося пучка, так что "металлизированное" состояние можно наблюдать при расположении источника под углом к наблюдателю. Указанное свойство может быть обеспечено выполнением, по меньшей мере, одной грани уголкового отражателя с углом наклона, отличным от угла, который требуется для того, чтобы все двугранные углы в структуре уголковых отражателей были ортогональными. Например, одна из граней уголкового отражателя с шестиугольной входной гранью может быть расположена под углом 50° к подложке, а две другие грани - под углом 55° к подложке.

В предыдущих вариантах индивидуализация устройства достигалась локальным варьированием ориентации призменной структуры. В некоторых случаях это представляется нежелательным, поскольку увеличивает затраты на изготовление штампа для тиснения. Альтернативное решение состоит в применении однородной призменной структуры с дополнительными структурами для управления светом, расположенными на противоположных сторонах вспомогательной подложки и предназначенными для локального управления интенсивностью света, падающего на однородную призменную структуру и отражаемого ею. Управляющая структура может отклонять проходящий сквозь нее свет таким образом, что свет, отраженный призменной пленкой, будет виден под измененным углом наблюдения. Подходящими управляющими структурами являются отклоняющие призменные структуры и дифракционные решетки. Отклоняющие призменные структуры могут быть такими же, что и используемые для получения ПВО, но при разности их показателей преломления и показателя преломления контактирующего с ними материала, недостаточной для обеспечения ПВО. В случае применения дифракционных решеток их эффективность должна быть высока, если требуется поддерживать высокоотражающее "металлизированное" состояние. Индивидуализация устройства достигается путем удаления управляющей структуры или ее модификации на выбранных участках.

Пример конструкции такого устройства представлен на фиг.33. Оно содержит, по существу, прозрачную полимерную пленку из ПЭТФ или аналогичного материала. Массив параллельных линейных призм воспроизведен на дальней стороне полимерной пленки таким образом, что он покрывает всю активную область устройства и находится в конфигурации "призмы снизу". На ближней поверхности полимерной пленки локализована пилообразная призменная структура, которой придана форма изображения. Пилообразная структура подобрана таким образом, что она смещает угловой интервал, в котором в пленке наблюдается ПВО, придающее пленке "металлизированный" вид. Так, на фиг.33 наклонная грань пилообразной структуры расположена под углом примерно 26° к подложке, при этом шаг призм равен 20 мкм, а их высота равна 10 мкм. Графики на фиг.34 позволяют сопоставить угловые интервалы, в которых имеет место ПВО для областей устройства, снабженных пилообразной структурой и свободных от нее. В данном примере устройство содержит пилообразный массив с показателем преломления 1,5, прозрачную полимерную пленку с показателем преломления 1,5, массив параллельных линейных призм с показателем преломления 2,2 и адгезив с показателем преломления 1,5. Для областей без пилообразной структуры ПВО имеет место для углов падения в пределах 2°-3° от нормали при наблюдении перпендикулярно ребрам линейных призм (вдоль дуги 2). Пилообразная структура смещает угловой интервал, в котором имеет место ПВО, на 10°-20° от нормали при наблюдении перпендикулярно ребрам линейных призм (вдоль дуги 2).

Преимущество использования пилообразной структуры для локального управления светом, падающим на призменный массив, состоит в том, что требуемая точность воспроизведения этой структуры не столь высока, как для призменного массива, обеспечивающего ПВО. Поэтому для воспроизведения такой структуры можно использовать более простые технологии, например горячее тиснение. Еще в одном варианте вместо использования пилообразной структуры в виде локального паттерна она может быть сформирована по всей поверхности с нанесением поверх нее подходящего покрытия. При этом степень отклонения света пилообразной структурой можно варьировать изменением показателя преломления покрытия. Для покрытий с показателем преломления, меньшим, чем у пилообразной структуры, степень отклонения будет наибольшей для структур без покрытия. При этом отклонение будет уменьшаться по мере сближения показателей преломления покрытия и пилообразной структуры. Если покрытие имеет такой же показатель преломления, что и пилообразная структура, влияние пилообразной структуры будет сведено к нулю. Следовательно, можно индивидуализировать различные области путем локального нанесения покрытия или нанесения на согласованные области двух или более покрытий с различными показателями преломления.

На фиг.35 представлен еще один пример управляющей призменной структуры, пригодной для модифицирования углового интервала, в котором призменная структура обладает ПВО и благодаря этому имеет "металлизированный" вид. В данном варианте управляющей структурой является массив параллельных линейных призм в конфигурации "призмы сверху", а призменный массив представляет собой массив параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу". Два массива взаимно ориентированы таким образом, что их ребра развернуты на 90°. На призменный массив нанесен адгезив/покрытие. На графиках, приведенных на фиг.36, сопоставляются угловые интервалы, в которых имеет место ПВО в массиве параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу" при наличии и при отсутствии управляющей призменной структуры. Показатели преломления призменного массива и адгезива равны соответственно 1,9 и 1,5. График на фиг.36, а, иллюстрирует угловой интервал, в котором ПВО имеет место в отсутствие накладываемой на призменный массив управляющей призменной структуры. Можно видеть, что ПВО наблюдается только в небольшом интервале больших углов. График на фиг.36, b, иллюстрирует угловой интервал, в котором ПВО имеет место в массиве параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу" с наложенной на данный массив управляющей призменной структурой, как это показано на фиг.35. Можно видеть, что угловой интервал, в котором наблюдается ПВО, существенно увеличился и сместился в сторону нормального падения. Благодаря этому, чтобы наблюдать устройство в его "металлизированном" состоянии, больше не требуется рассматривать его под такими большими углами.

В любых рассмотренных вариантах на грани призменных структур, демонстрирующих ПВО, может быть наложена дифракционная структура. Лучи в нулевом порядке дифракции данной структуры не будут отклоняться и будут пропускаться или отражаться призменной пленкой в зависимости от их угла падения. Дифракционная решетка выполняется такой, что при освещении под определенными углами часть дифрагированных лучей пропускается, а часть отражается. Например, лучи в красно-оранжевом спектральном интервале могут отражаться, тогда как лучи в интервале от желтого до фиолетового могут пропускаться. Цвета отраженного и пропущенного излучения будут изменяться при изменении угла освещения. Данное устройство объединяет защитные свойства призменной пленки и дифракционного устройства. Если призменная пленка индивидуализирована за счет использования конкретного изображения, дифракционная структура может варьироваться по поверхности устройства, чтобы генерировать изображение, которое визуально связано с изображением, генерируемым призменной пленкой.

Альтернативный метод создания защитного устройства с изменяющимися оптическими свойствами на базе призменной пленки, различные области которой проявляют различные изменяющиеся оптические свойства, состоит в локальном варьировании разности показателей преломления между призменными структурами и смежными слоями адгезива/покрытия. На фиг.11 и 12 показано, что для обеих конфигураций "призмы снизу" и "призмы сверху" можно модифицировать граничные углы θ_spu и θ_spd для некоторых угловых положений изменением разности показателей преломления призм и слоя адгезива/покрытия. Требуемая разность может быть обеспечена варьированием показателя преломления материала призм и/или показателя преломления адгезива. Предпочтительный вариант состоит в варьировании показателя преломления слоя адгезива/покрытия. Пример соответствующего устройства представлен на фиг.37. Устройство содержит, по существу, прозрачную полимерную пленку из ПЭТФ или аналогичного материала. Массив параллельных линейных призм воспроизведен на дальней стороне полимерной пленки таким образом, что он покрывает всю активную область устройства. Первый адгезив (адгезив 1) наносится на массив параллельных линейных призм в форме идентифицирующего покрытия. Затем на области, где отсутствует изображение, наносится в качестве покрытия второй адгезив (адгезив 2) с образованием составного адгезивного слоя. В виде примера представлен массив параллельных линейных призм в конфигурации "призмы снизу" (при наблюдении сверху). Призмы имеют шаг 20 мкм и высоту 10 мкм. Показатели преломления материала призм, адгезива 1 и адгезива 2 равны соответственно 2,2, 1,3 и 1,5.

Графики на фиг.38 позволяют сопоставить угловые интервалы, в которых имеет место ПВО, для областей устройства, содержащих адгезив 1 и адгезив 2. Для областей, содержащих адгезив 1 (для которых разность показателей преломления материалов призм и адгезива равна 0,9), ПВО имеет место для углов падения между нормальным падением и 15°-17° относительно нормали в случае наблюдения перпендикулярно ребрам линейных призм (вдоль дуги 2). Для областей, содержащих адгезив 2 (для которых разность показателей преломления материалов призм и адгезива равна 0,7), ПВО имеет место для углов падения между нормальным падением и 2°-3° относительно нормали в случае наблюдения перпендикулярно ребрам линейных призм (вдоль дуги 2). На фиг.39 приведен пример последовательности переключений для случая, когда адгезив 1 был нанесен в форме звезды, а адгезив 2 был нанесен для формирования фона. При нормальном падении и звезда, и фон являются полностью отражающими, так что устройство имеет "металлизированный вид", а звезда скрыта. При наклоне устройства на несколько (примерно на 5) градусов и наблюдении перпендикулярно ребрам линейных призм фон становится, по существу, прозрачным, но звезда сохраняет "металлизированный" вид и может наблюдаться. При дальнейшем наклоне (примерно на 20°) звезда также становится, по существу, прозрачной и теряется на фоне прозрачной пленки.

1. Защитное устройство, имеющее, по меньшей мере, две области, каждая из которых содержит поверхностную призменную структуру, формирующую массив, по существу, плоских граней, причем каждая область образует отражатель за счет полного внутреннего отражения, по меньшей мере, для одного первого угла наблюдения и является прозрачной для, по меньшей мере, одного второго угла наблюдения, причем, по меньшей мере, один первый угол наблюдения одной области отличается от, по меньшей мере, одного первого угла наблюдения другой области.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные области расположены на противоположных сторонах, по существу, прозрачного слоя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что грани призм поверхностных призменных структур выполнены взаимно сближающимися при удалении от подложки.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные области взаимно смещены параллельно подложке таким образом, что, по меньшей мере, для одного угла наблюдения одна из областей создает отражающий фон для другой области.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что области расположены с частичным взаимным наложением.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подложка содержит ламинат, имеющий первый слой с первой поверхностной призменной структурой, второй слой со второй поверхностной призменной структурой и ламинирующий адгезив между указанными слоями.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что грани призм поверхностных призменных структур выполнены взаимно сближающимися в одном направлении.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что указанные области являются, по существу, копланарными, будучи сформированными на той же стороне, по существу, прозрачного слоя.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждая область образована массивом, по существу, параллельных линейных призменных структур, причем ребра призм одного массива развернуты относительно ребер призм другого массива.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ребра призм одного массива ортогональны ребрам призм другого массива.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на одной стороне, по существу, прозрачного слоя сформирован однородный призменный массив, а на противоположной стороне указанного слоя сформирована управляющая призменная структура, при этом указанные области соответствуют зонам изменения в управляющей призменной структуре или зонам, в которых она отсутствует.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каждая управляющая призменная структура содержит пилообразную структуру.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что одна или более управляющих призменных структур формирует изображение.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит управляющие призменные структуры, сформированные из соответствующих частей однородной призменной структуры, на которую селективно нанесено покрытие с заданным показателем преломления.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит управляющие призменные структуры, сформированные из соответствующих частей однородной призменной структуры, на которую селективно нанесено покрытие, имеющее тот же показатель преломления, что и у указанной структуры.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что поверхностные призменные структуры содержат регулярные массивы, по существу, плоских граней.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что, по меньшей мере, под одним углом наблюдения один или каждый массив, сформированный (сформированные) поверхностной (поверхностными) призменной (призменными) структурой (структурами) является (являются), по существу, прозрачным (прозрачными) или полностью отражающим (отражающими).

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что призменный массив снабжен покрытием, так что указанные области задаются варьированием показателя преломления покрытия или призменного массива.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один или более массивов образован (образованы) в виде линейного массива (линейных массивов), по существу, параллельных граней.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что шаг между параллельными гранями выбран в интервале 1-100 мкм, предпочтительно 5-40 мкм.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что грани расположены под углом 45° по отношению к подложке, а угол между смежными гранями составляет 90°.

22. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один или более массивов выполнены в виде двумерных призменных структур.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что двумерная призменная структура содержит массив тетраэдров или массив пирамид с квадратным основанием.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что стороны граней имеют длину 1-100 мкм, предпочтительно 5-40 мкм.

25. Устройство по п.23, отличающееся тем, что грани расположены под углом 45° по отношению к подложке, а угол между смежными гранями составляет 90°.

26. Устройство по п.22, отличающееся тем, что двумерная призменная структура содержит массив уголковых призм или массив уголковых отражателей с шестиугольной передней гранью.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что стороны граней имеют длину 1-100 мкм, предпочтительно 5-40 мкм.

28. Устройство по п.26, отличающееся тем, что грани расположены под углом 55° по отношению к подложке, а угол между смежными гранями составляет 90°.

29. Устройство по п.1, отличающееся тем, что грани призменных структур расположены симметрично относительно нормали к подложке.

30. Устройство по п.1, отличающееся тем, что грани призменных структур расположены асимметрично относительно нормали к подложке.

31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что грани выполнены усеченными.

32. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит прозрачное покрытие, например, на основе адгезива, покрывающее поверхностную призменную структуру на одной стороне устройства и обеспечивающее возможность закрепления устройства на изделии, при этом показатель преломления адгезива меньше, чем показатель преломления призменной структуры.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что показатель преломления покрытия имеет различные значения в различных зонах подложки.

34. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит покрытие, перекрывающее поверхностную призменную структуру на одной стороне подложки, при этом показатель преломления адгезива меньше, чем показатель преломления призменной структуры, и на покрытие нанесен прозрачный адгезив, обеспечивающий возможность закрепления устройства на изделии.

35. Устройство по любому из пп.32-34, отличающееся тем, что разность между показателями преломления призменной структуры и адгезива и/или покрытия равна, по меньшей мере, 0,4, и предпочтительно превышает 0,6.

36. Устройство по п.1, отличающееся тем, что показатель преломления призменной структуры равен, по меньшей мере, 1,7, предпочтительно, по меньшей мере, 1,9 и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 2,1.

37. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхностные призменные структуры сформированы из слоя полимера.

38. Устройство по п.37, отличающееся тем, что призменная структура сформирована методом литья с полимеризацией ультрафиолетовым (УФ) излучением.

39. Устройство по п.37, отличающееся тем, что призменная структура сформирована методом микротиснения.

40. Устройство по п.38, отличающееся тем, что полимер содержит фотосшивающиеся смолы на основе акрилатных, метакрилатных или ароматических винильных олигомеров.

41. Устройство по п.38, отличающееся тем, что поверхностная призменная структура выполнена из неорганического-органического гибрида, содержащего неорганические наночастицы с высоким показателем преломления, такие как TiO₂.

42. Устройство по п.39, отличающееся тем, что полимер выбран из группы, содержащей полиэтилентерефталат, полиэтилен, полиамид, поликарбонат, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиметилметакрилат, полиэтиленнафталат, полистирол, полисульфон и полипропилен.

43. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит защитное покрытие, нанесенное на открытую поверхность устройства.

44. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит символы/знаки, сформированные методом печати.

45. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из массивов формирует изображение или символы/знаки.

46. Устройство по п.45, отличающееся тем, что символы/знаки содержат буквенно-цифровые знаки.

47. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит дифракционную структуру, нанесенную на одну или более поверхностных призменных структур.

48. Ценное изделие, снабженное защитным устройством, выполненным в соответствии с любым из предыдущих пунктов.

49. Изделие по п.48, отличающееся тем, что представляет собой ценный документ, например банкноту.

50. Изделие по п.49, отличающееся тем, что защитное устройство встроено в документ в форме защитного сегмента, защитной полосы или защитной нити.

51. Изделие по п.50, отличающееся тем, что защитная нить представляет собой ныряющую защитную нить.

52. Изделие по п.49, отличающееся тем, что защитное устройство встроено в документ с возможностью его наблюдения с обеих сторон документа.

53. Изделие по п.51, отличающееся тем, что прозрачный адгезив имеется на обеих сторонах защитного устройства.

54. Изделие по любому из пп.50-53, отличающееся тем, что защитное устройство образует изображения, расположенные по длине защитной нити.

55. Изделие по п.48, отличающееся тем, что защитное устройство расположено над символами/знаками, имеющимися на документе, такими как его серийный номер.

56. Изделие по п.55, отличающееся тем, что в защитном устройстве сформированы блоки, соответствующие каждому массиву и обеспечивающие возможность селективного наблюдения расположенных под ними символов/знаков в зависимости от угла наблюдения.

57. Изделие по п.49, отличающееся тем, что один или более массивов образуют символы/знаки, связанные с символами/знаками на документе.

58. Изделие по п.57, отличающееся тем, что символы/знаки, образованные массивом или массивами, дублируют символы/знаки на документе.

59. Изделие по п.57, отличающееся тем, что символы/знаки, образованные массивом или массивами, выполнены с возможностью взаимодействия с символами/знаками на документе с образованием составного паттерна или изображения.

60. Изделие по п.48, отличающееся тем, что защитное устройство расположено в прозрачной зоне изделия.

61. Изделие, имеющее сквозную прозрачную зону, в которой расположено защитное устройство, содержащее асимметричную или усеченную поверхностную призменную структуру, формирующую массив, по существу, плоских граней, при этом указанная структура за счет полного внутреннего отражения для, по меньшей мере, одного первого угла наблюдения образует отражатель, а для, по меньшей мере, одного второго угла наблюдения с той же стороны изделия является прозрачной.

62. Изделие по п.61, отличающееся тем, что дополнительно содержит покрытие из прозрачного материала, нанесенное на поверхностную призменную структуру, причем показатель преломления покрытия меньше показателя преломления поверхностной призменной структуры.

63. Изделие по п.62, отличающееся тем, что дополнительно содержит металлизированное изображение, расположенное на покрытии.