CN100343076C - 可随光变化的表面图案 - Google Patents

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Abstract

一种可随光变化的表面图案(1)包括凹凸结构(9.1、9.2、9.3)，用以产生至少两个图象(2、3、4)。凹凸结构(9.1、9.2、9.3)具有至少5微米的周期长度(L)并且是锯齿形的。为不同的图象(2、3、4)配置的凹凸结构(9.1、9.2、9.3)具有不同的倾斜角(α、β、γ)。倾斜角选择成使图象(2、3、4)一方面由一观察者是可分开觉察的而另一方面在借助于彩色复印机制造一复制品时可将其全部传到复制品上。

Description

可随光变化的表面图案
技术领域
本发明涉及一种可随光变化的表面图案，它具有光衍射的、反射的结构的结构，用以产生两个或更多个图象，这些图象在以垂直于表面图案入射的光线照射时由观察人以不同的视角是可分开觉察的。
背景技术
这样的表面图案包括至少以微观的精细的凹凸结构形式的结构，其使入射的光线衍射。这种衍射的图案适于例如用作真实性与安全性特征以提高防伪造的安全性。它特别适用于保护有价证券、钞票、支付介质、身份识别卡和护照等。
作为真实性特征的功能在于，其给设有这种特征的物体如钞票的接收器传达这样的感觉，即该物体是真实的而不是伪造品。作为安全性特征的功能在于，防止或至少极难违法地伪造。
这样的表面图案由四个来源是已知的，其中EP 0 105 099 B1、EP 0 330 738 B1、EP 0 375 833 B1被认为是有代表性的。它们的特征在于图案的亮度和图案的运动效应，其埋入一塑料薄层内并且以标志的形式设置在例如粘结在证件如钞票、有价证券、身份证、护照、签证、身份识别卡等上。为了制造安全性元件，EP 0 201 323 B1中拟定了可应用的材料。
一种象素定向的可随光变化的表面图案由欧洲专利EP 0 375 833B1是已知的。这样的表面图案包含一预定数量N的不同的图像。表面图案分成象素。每一象素再分成N个子象素，其中为一个象素的N个子象素中的每一个配置N个图象之一的象点。每一子象素包含一微观的精细的凹凸形式的衍射结构，其包含关于颜色含量、亮度值的等级和观察方向的信息。对表面图案的一个观察者总是只显示一个唯一的图象，其中各可见的图象可以通过倾斜或转动表面图象或通过改变观察者的视角加以改变。
由专利US 6 157 487已知另一种可随光变化的表面图案。在该表面图案中微观的精细的凹凸结构具有每毫米较少数量的线条，从而入射的光线几乎是消色差地衍射。
还已知基于人的眼睛对光谱灵敏度方面的区别和彩色复印机的思想，证件配备一带色的背景并且在背景上印刷另一颜色的信息，其中信息和背景具有一由人的眼睛可觉察的反差，但其不可能由彩色复印机复制。
发明内容
本发明的目的在于，建议一种可随光变化的表面图案，其改进了对复制的防护。
所述目的按照本发明通过开头所述类型的表面图案来达到，一种可随光变化的表面图案，它包括具有光衍射的、反射的结构的分面积和反射的分面积，用以产生两个或更多个图象，这些图象在以垂直于表面图案入射的光线照射时由一观察人在30cm的目视距离处以不同的视角是可分开觉察的；其特征在于，分面积包括消色差的、光衍射的锯齿形凹凸结构，所述凹凸结构关于表面图案的平面具有锯齿的倾斜角；为不同的图象配置的凹凸结构具有不同的倾斜角，并且最大的倾斜角的数值至多为25°，从而由至少两个图象在凹凸结构上反射的光束的角度之差小于由一个复印机的光电传感器测得的30°角度差，由此一个借助于复印机制成的复制品相叠重现至少两个图象。
一衍射光学上有效的表面图案包括至少两个图象，其相互套叠地设置在表面图案上。各图象包含光衍射的、反射的结构，入射光线在通常的照射条件下向不同的方向衍射，从而观察者总是只能看到一个图象。通过转动和/或倾斜表面图案或通过改变视角，观察者可以使一个或另一个图象成为可见的图象。本发明现在基于这种思想，使在各观察方向的区别是如此之小，各图象一方面由观察者离开30cm的典型距离是可分开觉察的而另一方面在借助于彩色复印机复制时或者复制全部的图象，从而在复制品上形成一相当于全部图象重叠的图象，或复制不出图象。
作为衍射结构优选采用对称的或不对称的锯齿形凹凸结构，其相对于可见光的波长具有较大的周期长度，但不同的倾斜角。周期长度对于全部图象的凹凸结构可以是相同的；但其也可以是不同大小的。周期长度L典型地为5μm，或更大。周期长度越大，凹凸结构象一倾斜的镜子的作用越大，入射的光线在该镜子上反射或几乎不衍射得更多。亦即凹凸结构增大消色差地衍射并且衍射角由反射定理和衍射定理确定而且对于垂直入射的光线至少为倾斜角的两倍。
作为衍射结构也可以采用消色差的衍射光栅，其具有大于5μm的周期长度和正弦似的凹凸形状，例如正弦形的凹凸形状。不同的图象的凹凸结构的区别在于周期长度L和/或凹凸形状的结构深度，以便各图象由观察者是可分开觉察的。
然而也可以以体积全息图的形式实现衍射结构。
本发明的表面图案的特征因此可以在于，不同的图象在以垂直于表面图案入射的光线照射时由一观察人在不同的视角下是可分开觉察的，并且至少两个图象的视角差值是如此之小，使得一个借助于复印机制成的复制品相叠重现至少两个图象。
在预定的照射方向下衍射方向取决于表面图案的定向。为了在借助于彩色复印机复制时将全部的图象复印在复制品上而与表面图案的定向无关，多个图象的每一个图象可以具有相同的内容，其通过直线的但相对转动的光栅结构构成。另一解决方案在于，采用圆形光栅作为光栅。
附图说明
以下借助于附图更详细地说明本发明的各实施例。其中：
图1象素定向的表面图案结构的俯视图；
图2图解的图象；
图3表面图案的横剖面；
图4一彩色复印机；
图5、6复印过程中的光照条件；
图7具有圆形沟槽的光栅；
图8具有对称的轮廓形状的凹凸结构；以及
图9一非象素定向的表面图案。
具体实施方式
图1示出象素定向的表面图案1的结构的第一实施例的俯视图，其包含例如k＝3个图象主题(Bildmotive)，它们由一观察人以不同的视角是可分开觉察的。各图象意向以下称为图解的图象2、3和4(图2)。表面图案1矩阵式分成n×m个象素或域5。每一域5又分成k＝3个分面积6、7和8。分面积6的总体包括第一图解的图象2，分面积7的总体包括第二图解的图象3和分面积8的总体包括第三图解的图象4。一个域5的尺寸典型地为小于0.3mm×0.3mm，从而由人的眼睛在30cm的目视距离处不能分出单个的域5。
图2示出三个图象2、3和4，其例如构成信息组(Schriftzug)“100”、“EUR”和“∈∈∈”。信息组在暗色的背景(其在图中是相反的)上是明亮的。图象2、3和4同样矩阵式分成n×m个网目域(Rasterfeld)2.1、3.1或4.1，它们或是明亮的或是暗色的。由于图解的原因，网目域2.1、3.1和4.1以比信息组大很多示出而且分别只示出几个网目域2.1、3.1和4.1。为第一图象2的每一网目域2.1配置一分面积6(图1)。按同样的方式为第二图象3的每一网目域3.1配置一分面积7(图1)而为第三图象4的每一网目域配置一分面积8(图1)。
如果第一图象2的一个网目域2.1是暗色的，则配置的分面积6包括一镜子或一具有每毫米至少3000条线的十字光栅，借此反射、吸收或以很大角度散射入射的光线。如果一个网目域2.1是明亮的，则配置的分面积6，如图3中所示，包括一锯齿形凹凸结构9.1。凹凸结构9.1具有一与可见光的波长相比较大的周期长度L，其典型地为5μm或更大。因此在以白光照射时显示出第一图象2(图2)，并且当观察者根据几何光学的反射条件采取其视角时表现为由明亮点和暗色点组成的图象，这些点一般具有用于覆盖凹凸结构9.1所用的反射层11和/或覆盖层12的颜色。
两个其他的图象3(图2)和4(图3)用如第一图象2的凹凸结构9.1类似的锯齿形凹凸结构9.2或9.3来实现。三个凹凸结构9.1、9.2或9.3的锯齿的倾斜角α、β和γ关于表面图案1的平面这样选择，即
a)一观察者离开30cm的典型距离观察表面图案，总是只可看到三个图象2、3或4中之一个，以及
b)在借助于彩色复印机复制时或至少两个或完全没有图象2、3和4被共同复制。
不同的凹凸结构9.1、9.2和9.3的各沟槽近似平行地延伸，亦即各沟槽关于表面图案1的平面内的任何轴线占有的角度，所谓方位角之间的最大差值应该为小于约10°，以便在复印控制的照射条件下或全部三个或完全没有图象2、3和4被传到复制品上。并且各沟槽优选平行于具有为保护物体的表面图案的侧边缘延伸，以便尽可能平行于彩色复印机的扫描器定位各沟槽。
表面图案1，如图3中以横剖面所示，有利地构成为层状结合。层状结合由一第一漆层10、一反射层11和第二漆层即覆盖层12构成。漆层10有利地是一粘合层，从而层状结合可直接粘结在一基片上。基片的含义指的是例如有价证券、钞票、身份识别卡、信用卡、护照或完全一般地说是应保护的物体。覆盖层12有利地完全覆盖凹凸结构。并且该覆盖层12在可见的区域内优选具有一至少1.5的光折射指数，以便几何轮廓高度h产生一尽可能大的光学上有效的轮廓高度。另外，覆盖层12用作为耐刮伤的保护层。为了描述简单，忽略折射在空气(折射指数＝1)与折射指数约为1.5的覆盖层12之间的边界上的影响。
图3并列示出为图2的三个图象2、3和4的明亮的象点配置的锯齿形凹凸结构9.1、9.2和9.3，它们存在于域5的相应的分面积6、7或8中。当离开30cm的距离观察时和当瞳孔直径为5mm时人的眼睛可分开觉察到图象2、3和4，只要在各两相邻的图象之间的倾斜角的差值约为0.5°-5°。倾斜角例如为α＝12.5°，β＝1 5°和γ＝17.5°。对于最大的倾斜角值，亦即在这里对于倾斜角γ应该至多为25°，以便一方面使凹凸结构9不变得过深而另一方面使全部三个图象2、3和4在借助于复印机复制时传到复制品上。
图4示意地示出借助于彩色复印机13复制时的几何关系。彩色复印机13具有一玻璃板14，其上放置待复制的证件15，例如一钞票；和一可沿X方向移动的滑座16，其包括一光源17、一平面转向镜18和一具有光电传感器20的探测器19。复印时由光源17发射的光线21在一确定的角度下倾斜落在证件15上并从而倾斜落在在证件15上设有的、具有不同的倾斜的凹凸结构9.1、9.2和9.3的表面图案1上(图3)。入射光线的一部分沿大致垂直于玻璃板14反射，射到平面转向镜18上并这样被反映在彩色复印机13的光电传感器20上。
倾斜角α、β和γ选择成使凹凸结构9.1、9.2和9.3在正确地定位在彩色复印机13的玻璃板14上时由光源17发射的光线在平面转向镜18上反射。图5示出这样的情况。由图象2、3和4的每一个以大大放大的比例示出各一个所属的分面积6、7或8，其中为这些分面积配置一个图象明亮点。在凹凸结构9.1上反射的光束以标记22表示，在凹凸结构9.2上反射的光束以标记23表示而在凹凸结构9.3上反射的光束以标记24表示。在该三个所示的分面积6、7或8上反射的光束22、23和24，如图6中所示，几乎并列射到平面转向镜18上并从那里转向光电传感器20的方向。虽然光束22、23和24以不同的角度射到平面转向镜18上，但它们均被反映到光电传感器20上，因为其角度差是足够小的。在一传统的彩色复印机中包括典型30°的角度差。由彩色复印机包括的区域的边界以各虚线25标明。在具有倾斜角α＝12.5°、β＝15°和γ＝17.5°的该实例中在光束22、23和24之间的最大角度差只有10°。
平均的倾斜角为15°并且适应典型的角度30°，以该角度由光源17发射的彩色复印机13的光线21落在待复制的证件上。这意味着在这种情况下在所属的凹凸结构上衍射的光线大致垂直向下向平面转向镜18的方向衍射。
为了在通常的照射条件下和在30cm的目视距离处由一观察人可分开觉察各图象，容纳表面图案1的证件表面必须具有较光滑的表面，因为否则由于粗糙度使各图象模糊，以致它们是不可分开看到的。为了应用于具有较粗糙的表面的证件，如钞票具有的表面，为此规定较大的倾斜角α＝10°、β＝15°和γ＝20°或甚至α＝5°、β＝15°和γ＝25°。同样在这种情况下全部衍射的光束22、23和24仍达到彩色复印机13的光电传感器20上。最大与最小倾斜角之间的差值应该至多为20°，以便在复制时可复制全部的图象。
复制时三个图象中或全部的或没有传到复制品上。在表面图案1的各图象中存储的信息因此是不易读的或完全消失。
在上述的数字实例中，在相继的倾斜角之间的差值，亦即差值β-α和差值γ-β是相同大小的。但相继的倾斜角之间的差值也可以是不同大小的。
为了保持表面图案的定向效应的依赖性在彩色复印机上尽可能的小或甚至消除，凹凸结构9.1、9.2和9.3有利地不是具有直沟槽的直线光栅，而是具有蛇形线式波纹状的沟槽的光栅，亦即具有包括变换的曲率的沟槽的光栅，或具有圆形的或近似圆的多角形沟槽的光栅。图7中示出具有圆形沟槽的凹凸结构。各两条圆形线之间的距离相当于周期长度L。
代替不对称的凹凸结构9.1、9.2、9.3也可以采用具有对称的轮廓形状的凹凸结构，其基本上不是沿一唯一的方向而是沿两个方向反射入射的光线。图8中示出这样的实例。还标明角度α，其标明凹凸结构9相对于水平线的倾角。
本发明的实施并不限于象素定向的表面图案。图9部分地示出一非象素定向的表面图案，其具有不重叠的两个图象2和3。由表面图案1覆盖的面积分成三个分面积6、7和26。分面积26用作为两个图象2和3的共同的背景。分面积6包括锯齿形的凹凸结构，其具有第一倾斜角并且产生第一图象2的明亮点。分面积7包括锯齿形凹凸结构，其具有不同于第一倾斜角的第二倾斜角并且产生第二图象3的明亮点。分面积26用于产生暗色的或不显眼的背景。分面积26例如构成为镜子或构成为具有每毫米至少3000条线的十字光栅或是透明的，以便基片在该位置是可见的，表面图案粘结在基片上。
两图象2和3因此由一观察人在预定的照射方向下是可分开觉察的，因为它们在不同的视角下是可见的。不过锯齿形凹凸结构的倾斜角选成如此之小，使得在借助于复印机复制时两图象2和3均反映到复制品上。因此两图象2和3在复制品上是可见的，而观察者不必改变视角或照射方向。
如果两图象部分地重叠，本发明可以或按照第一实施例作为象素定向的表面图案实现，或按照上述实施例作为非象素定向的表面图案实现，其中在这种情况下或为第一或为第二图象配置重叠的区域。表面图案也可以作为两实施例的组合来实现，其中如在象素定向的表面图案中那样实施重叠的区域。

Claims (13)

1.可随光变化的表面图案(1)，它包括具有光衍射的、反射的结构的分面积(6、7、8)和反射的分面积(26)，用以产生两个或更多个图象(2、3、4)，这些图象在以垂直于表面图案(1)入射的光线照射时由一观察人在30cm的目视距离处以不同的视角是可分开觉察的；其特征在于，分面积(6、7、8)包括消色差的、光衍射的锯齿形凹凸结构(9.1、9.2、9.3)，所述凹凸结构关于表面图案(1)的平面具有锯齿的倾斜角(α、β、γ)；为不同的图象(2、3、4)配置的凹凸结构(9.1、9.2、9.3)具有不同的倾斜角(α、β、γ)，并且最大的倾斜角(α、β、γ)的数值至多为25°，从而由至少两个图象(2、3、4)在凹凸结构(9.1、9.2、9.3)上反射的光束(22、23、24)的角度之差小于由一个复印机(13)的光电传感器(20)测得的30°角度差，由此一个借助于复印机制成的复制品相叠重现至少两个图象(2、3、4)。
2.按照权利要求1所述的表面图案(1)，其特征在于，光衍射的、反射的结构是微观的精细的凹凸结构(9.1、9.2、9.3)并且具有至少5微米的周期长度(L)。
3.按照权利要求2所述的表面图案(1)，其特征在于，两图象的倾斜角(α、β、γ)之间的差值至少为0.5°。
4.按照权利要求2所述的表面图案(1)，其特征在于，最大与最小倾斜角(α、β、γ)之间的差值至多为20°。
5.按照权利要求2所述的表面图案(1)，其特征在于，两图象的倾斜角(α、β、γ)之间的差值至少为0.5°，并且最大与最小倾斜角(α、β、γ)之间的差值至多为20°。
6.按照权利要求2至5之一项所述的表面图案(1)，其特征在于，在存在三个图像时，平均的倾斜角(α、β、γ)具有15°的值。
7.按照权利要求2至5之一项所述的表面图案(1)，其特征在于，相继的倾斜角(α、β、γ)的差值(β-α、γ-β)是相同大小的。
8.可随光变化的表面图案(1)，它包括具有光衍射的、反射的结构的分面积(6、7、8)和反射的分面积(26)，用以产生两个或更多个图象(2、3、4)，这些图象在以垂直于表面图案(1)入射的光线照射时由一观察人在30cm的目视距离处以不同的视角是可分开觉察的；其特征在于，分面积(6、7、8)包括消色差的光衍射的、正弦似的凹凸结构(9)，所述凹凸结构具有至少5μm的周期长度(L)，其中，为不同的图象(2、3、4)配置的凹凸结构在周期长度和/或结构深度方面是不同的，从而由至少两个图象(2、3、4)在凹凸结构上反射的光束(22、23、24)的角度之差小于由一个复印机(13)的光电传感器(20)测得的30°角度差，由此一个借助于复印机制成的复制品相叠重现至少两个图象(2、3、4)。
9.按照权利要求1或8所述的表面图案(1)，其特征在于，凹凸结构(9.1、9.2、9.3)具有对称的轮廓形状。
10.按照权利要求1、2或8所述的表面图案(1)，其特征在于，凹凸结构(9.1、9.2、9.3)的沟槽是波纹式的、圆形的或接近圆形的多角形的。
11.按照权利要求1、2或8所述的表面图案(1)，其特征在于，凹凸结构(9.1、9.2、9.3)的沟槽是直的并且不同的凹凸结构(9.1、9.2、9.3)的沟槽是近似平行的。
12.按照权利要求1、2或8所述的表面图案(1)，其特征在于，反射的分面积(26)具有包括每毫米至少3000条线的十字光栅。
13.按照权利要求1或8所述的表面图案(1)，其特征在于，以体积全息图的形式实现光衍射的、反射的结构。
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