CN104968503A - 安全装置 - Google Patents

Abstract

一种用以提高防止物品伪造的安全性的安全装置具有承载元件(10)。设置在承载元件(10)上侧的为大量的衍射表面元件(18)。这些表面元件(18)分别形成了大量的表面元件组，其表面结构以这样的方式制造为相互匹配：它们在整个观测球上显示出了要被表示的符号的点(28)。通过改变光线入射角和/或观察者的观察角度，观测球中符号的连续运动可由观察者察觉到。

Description

安全装置

本发明涉及安全装置，用以提高防止对值得保护的物品的伪造的安全性，特别是原始的物品像比如产品、标志、门卡以及文件，特别是高安全性的文件，像比如个人文件和支付方式。

大量的安全装置都针对高安全性的文件而提供，特别是个人文件，像护照、个人身份证、驾驶执照等等以及支付方式，如信用卡、钞票等等。这涉及到例如安全装置的提供，这些装置对于人眼来说是可见的，比如全息图。此外，还提供了一些安全装置是人眼不可见或仅能在特殊光线下可见、并比如通过彩色颜料引入到高安全性文件中而产生的。

WO2010/115936公开的安全装置，特别适于支付方式。其具有类似铝箔的反射层，在其顶侧设置有多个衍射表面元件。单独的表面元件具有正弦曲线表面结构，用以形成衍射光栅。那种情况下，单独的表面元件是这样的，即入射光如此衍射以致观察者会获得与自然星群相似的印象。因此观察者能识别出，比如说星形的符号，其绕着自身在图像平面中旋转。

尽管已经存在大量的安全装置，仍然需要安全装置的研发，其尽可能的防伪并且可以通过机器或者裸眼分辨出来。

本发明的目的在于提供这样的安全装置。

根据本发明，本发明的目的是通过根据权利要求1的提高防止物品伪造的安全性的安全装置而达到。

根据本发明的一个方面，该安全装置在承载元件上具有多个衍射表面元件。单独的表面元件具有不同的基体表面，像圆形、多边等等或其组合。在其顶侧、光线所衍射的地方提供的是表面结构。表面结构特别地是任意表面轮廓的衍射光栅，比如是正弦曲线、矩形或者三角形。那些衍射光栅在透明或者反射的承载元件上是透明的，或者它们自己本身也是反射的。

在本发明的一个方面，优选地在整个表面上设置分布的相应多个表面元件形成了表面元件组。这种组中各个表面元件的表面结构以这样的方式相互匹配：以规定角度入射的光线聚集在一个点上。那种情况下，各个表面元件的匹配可以在它们的表面结构和方向中实施。借助这种表面元件组的配置，点可以在观察空间中表现出。在优选配置之中的观察空间可以是观察球，如果点在整个观察空间或者整个观察球中表现的话这是特别有利的。本发明之后将通过观察球形式的观察空间实施方式来进行说明。

点的表现在比如借助于相同表面元件组的观察球中的光线/入射角和/或观察者的观察角度有变化时是起作用的。此处，在本发明的有利实施方式中，光线入射角和/或观察者观察角度的变化对于观察者来说，在观察球中提供了点的运动。观察者观察到了对应的运动。特别地，如果光线入射角和/或观察者观察角度的变化是均匀的变化，其对于观察者来说提供了点的连续变化。

为了表示一个符号，可以使用至少两个点，特别地多个点。因此，在本发明的一方面中，可以提供多个表面元件组，其中符号的点通过每一表面元件组来表示。所表示的符号可以为任意符号，特别地为几何形状的符号，像圆形、笑脸形或者单独的字母或者数字，也可以是复杂的标识或者这些符号的组合。

现在，观察者仅仅看见在他的方向上偏转的光线。因此，在组的大量的表面元件中，对于他是可见的仅仅是沿着他的观察方向从图像平面中的焦点投射到安全装置表面上的那些表面元件。所有组中表面元件的全体(可以从各个观察方向上看见的)据此对应于整个符号到那个表面的投射。由于投射方向对应于观看方向，可见符号的位置随着观察者相对于安全装置的位置而改变。基于光线入射角的改变以及基于观察者观察角度的改变两者，因此符号的运动被观察者觉察到。即便是承载元件在空间中移动(这种移动对应于光线入射角改变和观察角度改变的组合)的情况下都会发生。

特别地，光线入射角的改变和/或观察者观察角度的改变意味着相同组的更少和/或其他额外的表面元件可被观察者看到。因此观察球中的基于光线入射角的改变和/或观察者观察角度的改变的点，可通过相同组中更少和/或其他额外的表面元件来表示。这种情况下，观察者在观察空间中觉察到一个点的运动。这并不涉及明显的运动，其通过多个相似但不完全相同的图像叠加而产生。而是，在一个点的位置处以及相同所表示的点处可变的图像是通过一组表面元件来产生的。在那种情况下，符号本质上并不随着所有所代表的点的总和而变化，因此不能被修改。只有观察空间中的符号位置会通过光线入射角的改变和/或观察者观察角度的改变而变化。那种情况下，基于光线入射角的改变和/或较少表面元件的观察角的变化，相同的表面元件，特别是基于光线入射角的小改变和/或观察角度的小改变，相同组中的更多的表面元件或者部分或者完全是其他的表面元件对于观察者来说都是可见的。

对于观察者来说，符号有利地沿着路径移动。在特别有利的实施方式中路径是弯曲的。

由于每一组表面元件在安全装置的整个表面上有利地均匀分布，这提供了，在观察角的广泛范围之中从每一个观察方向上看符号仍然可见，且特别地基于那个范围之中的观察角特别均匀的变化而连续移动。

如果光线入射角改变，那么一组表面元件而形成的焦点位置也改变，同时所表示的符号的位置也会改变。那也给观察者连续移动的印象，特别是在光线入射角均匀变化的情况下。所觉察到的移动随光线入射角和观察角度的改变而造成的影响总和变化而发生。

此外，上述影响也可以相互组合起来实现，像比如基于承载元件的旋转和/或倾斜而产生。由于上述符号的运动，获得了绕着虚拟点的符号旋转或者沿着线的平移运动的印象。

衍射光栅的使用意味着，一般情况下，发生多个衍射级，其强度比通过表面结构的详细配置来确定。各种衍射级将不同图像平面之中的入射光线聚集，这样所代表的符号的多种变体可见，所述变体具有各种不同的运动图案。优选的实施方式相对于所有其他变体展示出对一个变体的着重强调来。这可以比如通过光栅结构的适宜不对称性而获得。

在另一个有利的实施方式中，示出了符号的两个基本上相同的亮度的变体，所述变体具有相反移动的图案。它们与偏转角的减少成一定比例地逐渐相互靠近。那种情况下，偏转角是在观察者方向和在直接传输或者反射(取决于元件的各个配置)情况下的光线传播所沿的方向之间的偏离。那可以比如通过较高衍射等级的抑制而实现，比如通过光栅轮廓的改变。

在本发明的另一个方面，所显示的符号在视角的广泛范围中可见，这个视角特别地大于60°并特别有利地大于90°。那限定出了观察球。那在表面结构的配置中需要较大范围的变化，特别地表面结构的朝向可以假定为在承载元件表面之中的任意所需角度。光栅常数中的广泛变化是同等重要的，特别是为了要求非常小和大的光栅常数的同时使用的目的。

有利地，同时使用的光栅常数的范围在≤500nm(≥2000条/毫米)以及≥1500nm(≤666条/毫米)之间，特别有利地在≤300nm(≥3333条/毫米)以及≥500nm(≤200条/毫米)之间。表面结构处最大与最小光栅常数的尺寸关系有利地在至少3∶1的比值中，特别有利地在至少10∶1的比值中。

表面元件进一步有利的是，使得符号分别通过提供在承载元件上的小于10％，特别地小于5％的表面元件而产生。

有利地，承载元件上构造的表面被表面元件覆盖至少10％，特别地至少30％，且特别有利地至少50％。通过借助关于具有表面元件的表面的这样的占空系数，能够利用适宜的亮度产生清晰的可见符号以使得符号可以让人眼独立地观察到是可能的。

根据本发明某些方面的安全装置可以是透明的，反射性或者半反射的，也即是说对光线来说是半透明的。特别是当要保护的物品其安全性检测受到透射可见检测的影响以及物品自身至少是部分地透明时，使用透明方案。

根据本发明某些方面的安全装置其一个或更多侧面可以为，它们反射碰到它们的光线。为了那个目的，比如，下侧和/或顶侧的承载元件和/或表面元件具有光反射层。比如，这可以分别涉及包含了金属，像比如，铝、银、铜、金或铬的层。显然金属合金和/或不同金属的组合也是适宜的。铝层的提供特别适宜。特别地，在至少两侧具有光反射层的配置中，那些层之中的至少一层是半透明的是有利的。反射层的提供特别地取决于安全装置使用的情况。因此特别地当待保护的物品的安全检测受到看着它进行视觉检测的影响以及入射光线未反射或者通过该物品不适当地反射时，特别需要安全装置的反射层。

为了形成表面元件，可以将清漆涂覆在承载元件上，并通过成形元件，形成各个表面元件，特别地形成表面元件的表面结构。清漆的硬化继而受到影响，有利地受到UV光线和/或热的影响。形成表面元件的操作之后，清漆层有利地为厚度在0.5到300微米，特别有利地从0.8到50微米，特别地从1到10微米。有利地，承载材料和/或表面元件具有聚合材料或者由聚合物制成。

表面元件的生产可以这样的方式受到影响：承载元件包括热塑材料或者具有热塑性材料，且各个表面元件的构造从成形元件转移到热塑性材料上。特别地这会受到浮雕方法的影响。

为了产生构成安全装置的衍射表面元件，首先，特别地信息要通过与多个表面元件上的三维表面结构的配置相关的数据处理程序而生成。那会受到程序的影响，如前参考安全装置而进行的描述，包含了多个表面元件的表面元件组被形成，且表面元件组的表面结构和朝向以这样的方式相互匹配：表面元件组形成了在观察空间中所要表示的符号点。另外，进一步生成信息，通过所述信息来改变多个表面元件组，它们分别产生了一个点的图像，借此表面元件组所表示的所有点的总和组成了要表示的符号。具有三维表面结构的多个衍射表面元件基于产生安全装置而生成的信息，而被设置在承载元件上。

对于根据本发明的安全装置来说，特别有利的是，将其提供到在支付方式，像钞票和类似物之上或者之中。其他高安全性文件，像信用卡、护照、个人身份证、驾驶执照、社保卡等，也可以提供根据了本发明某些方面的安全装置，用以简单检测这是原始的物品还是涉及到仿制物。特别有利的是，观察者可以看到，不需要特殊读取装置的辅助或者其他帮助。

根据本发明某些方面的安全装置的提供在文档上也是特别有利的，像比如股票、税印、门卡、许可证等。特别地它可以针对产品和品牌而应用，比如药品、酒、烟草产品、零部件、奢侈品等。

此外，结合一个或更多其他的安全特征是可能的，比如，结合全息和/或机读安全特征。

本发明将在下文中通过参考附图对优选实施方式作出详细的说明，其中：

图1显示了根据本发明的安全装置其实施方式的一部分的示意侧视图，

图2显示了根据本发明安全装置其另一实施方式的一部分的示意侧视图，

图3显示了示出根据本发明安全装置原理的示意平面图，

图4显示了示出根据本发明安全装置原理的示意平面图，其中为了清楚辨识起见表面元件组用数字表示，

图5显示了示出根据本发明安全装置的的原理的示意透视图，

图6显示了所选组的可见表面元件的示意图，

图7显示了观察者在不同角度觉察到的符号示意图。

在第一所示的实施方式中(图1)，根据本发明的安全装置具有反光元件10，其比如是金属膜或者比如聚合物承载元件，覆有金属层比如气相沉积铝的纸或类似物。反光元件10设置有，比如位于需要保护的产品如信用卡、钞票或类似物上的下侧12。如果需要保护的产品完全或者部分地透明，反光元件10的其他配置比如为，设置有向着产品侧的顶侧14。多个衍射表面元件18设置在反光元件的表面14上。各个表面元件18为衍射光栅的形式。各个表面元件可以比如在一个加工步骤中，通过将清漆覆在承载元件10的表面14而生成，并通过成形元件而构造成。有利地，这涉及清漆的使用，其可以通过UV辐射或者热效应下固化。那种情况下，表面元件18的成形之后，固化的清漆层有利地厚度为0.8到50微米。此外，各个表面元件可以比如在一个加工步骤中，通过使得光反射元件10包括有热塑承载元件而形成，表面元件18比如，通过浮雕方法、使用成形元件，直接构建在该光反射元件上。在最后所述的情况下，与图1中示意所示不同，反光元件10和表面元件18之间不必存在交接处14。

在由于穿过清漆层或者热塑性承载元件而衍射可能已经发生之后，入射光束24在反光元件10的表面14上反射。由于从表面元件发射，光束通过提供在各个反光元件的外表面上的衍射光栅而衍射，这样它们在共同点28处相遇。光束以简单方式示为线条，这样只有表面14处的反射被示出，而不是衍射在表面元件18之中或者之上发生的衍射。

特别地如下文中参考图3和4a作出的说明，点28由多个单独表面元件18的组表示。在空间中移动的点28的表示总是基于光线入射角和/或观察角度的改变而受到相同表面元件组的影响。因此符号的表示受到了多个点的表示的影响，这样多个表面元件组以与将要表示符号的多个点相对应的方式被安排在承载元件10上。

除了提供反射安全装置，借助透明的承载元件(图2)其还可以具有透明的特性。光束24因此穿过表面元件18和承载元件10，这种情况下，如参考图1作出的说明，点28在空间中通过表面元件18组来表示。

各个表面元件18具有衍射光栅，这些仅仅在图1和2中示意地示出。

在本发明的这个实施方式中，安全装置在反射或者透明承载元件上具有多个表面元件18。各个表面元件组由多个表面元件18组成，其不规则地分布在承载元件上。图3和4显示了作为示例的表面元件组的构成。图3显示了被示作方形的多个表面元件的示意平面图，其中不同的光栅结构示意性地用线条表示。各个表面元件所具有的光栅结构具有范围在≤500纳米到≥1500纳米的光栅常数，优选地从≤300纳米到≥5000纳米。在图3中，有些表面元件具有相同的结构。图4继而示出了一种示例，其中表面元件18被组合起来形成表面元件组。出于解释的目的，各个组通过数字1，2，3......来标识。这种情况下，表面元件18在由一个数字表示的每一个方形中设置。表面元件组的各个表面元件18特别地具有包括不同表面结构的表面元件18(图3)。表面结构特别地在其朝向或者方向变化。此外，表面结构在各个光栅的高度或振幅及其周期之中变化。

图5原理上显示了根据本发明的安全装置的配置。承载元件10提供有多个单独表面元件18，它们被表示为不同配置的点。所示出的表面元件中各个元件分别组合起来形成了组，如图4中显然可见。光线从光源40投射到承载元件10的后侧上，在这个实施方式中承载元件是透明的。为了检查安全元件或者检测这个实施方式中符号的移动，观察者42从位置30a移动到位置30b，然后移动到位置30c。表面元件的数量和布局被选择为，如线22所示，随着观察角度上的连续的变化，点28构成的符号连续移动。对于观察者来说，这种移动在图5所限定的观察球中在承载元件的上方发生。那种情况下，观察角度在所示的实施方式中从观察角30a、经由观察角30b变化到达观察角30c。对应的考虑可以应用到光线入射角连续改变或者光线入射角和观察角都同时连续变化的情况中。光线入射角和观察角的同时改变，比如受到了安全元件或承载元件10移动的影响。

图6通过示例显示了安全元件上的各个表面元件18组的示意图。基于图4，出于示例的目的，选择了包括7个表面元件的组’12’。这种情况下，表面元件仍然优选地不规则设置在表面元件10上，且也可以利用各个参数的调整(光栅周期和光栅矢量)与位于承载元件10上的其他表面元件(特别是也属于其他组的其他表面元件)都交换位置。出于表示的目的，表面元件以矩阵形式布置，其中相同的表面元件在所示出的三个单独矩阵中表示出来。三个矩阵显示了观察者位置的变化动作，比如，对应于图5中观察位置30a，30b和30c，其中在各个观察角都能被观察者看到的表面元件以阴影示出。组的所有表面元件的部分数量总是对正被表示的点28有所贡献。因此，在指定的观察角度上，并非指定组的所有观察元件都对点的表示有所贡献。如果观察者的位置以及由此观察角改变，对所述表示做出贡献的表面元件也改变。然而，在那种情况下，被表示的点28仍然由相同组中的表面元件来表示。由于观察角的变化，因此点28由相同表面元件组中部分不同或者完全不同的表面元件来表示。

图7显示了对于观看者来说符号是如何移动的简化图。在观察角30a处，观看者看到此处被表现为笑脸的两个符号。这种情况下，比如位于左上角的符号由+第一级衍射而生成，右下角的符号则由一第一级生成。当观察者移动到位置30b(图5)的时候，符号从左上角向着右边移动到中心，同时符号从右下角向着左边移动到中心。在位置30c，上方符号进一步向着右侧移动到右上角，下方符号进一步向着左侧移动到左角。观察者因此看到了两个符号的连续移动。

Claims (24)

1.一种安全装置，用于通过提供符号而提高了防止原始物品的伪造的安全性，包括：

多个衍射表面元件(18)，设置在承载元件(10)上，

其中每一单独的表面元件(18)具有三维表面结构，

其中多个表面元件(18)形成了表面元件组，其表面结构和朝向都是相互匹配的，由此在观察空间中，它们形成了将要被表示的符号(28)的点的图像，

其中提供多个表面元件组，其分别形成了点的图像，及

其中将要被表示的符号(28)由表面元件组所表示的所有点的总和构成。

2.根据权利要求1的安全装置，特征在于，通过入射光线角度和/或观察角度的均匀变化，对于观察者而言是连续的符号移动在观察空间中被察觉到。

3.根据权利要求2的安全装置，特征在于，基于入射光线角度和/或观察角度的恒定变化，所述符号在特定曲线路径(32)上移动。

4.根据权利要求1到3之一的安全装置，特征在于，仅仅是那些沿着观察者观看方向，从图像平面中的焦点投射到安全装置的表面中所产生的表面元件(18)是可见的。

5.根据权利要求1到4之一的安全装置，特征在于，通过入射光线角度和/或观察角度的变化，对于观察者来说，相同组中较少和/或其他额外的表面元件(18)变得可见。

6.根据权利要求1-5之一的安全装置，特征在于，表面元件(18)不规则地设置在承载元件(10)上。

7.根据权利要求1-6之一的安全装置，特征在于，表面元件(18)具有这样的配置和/或布置：可见符号(28)通过小于10％，特别地小于5％的表面元件来形成。

8.根据权利要求1-7之一的安全装置，特征在于，承载元件(10)的表面被表面元件(18)覆盖到至少10％，特别地至少30％，特别优选地至少50％。

9.根据权利要求1-8之一的安全装置，特征在于，表面元件(18)通过清漆涂覆在承载元件(10)的表面(14)上的步骤覆于承载元件(10)上，表面元件(18)通过成形元件而构造并继而固化。

10.根据权利要求9的安全装置，特征在于，在成形表面元件(18)的操作之后，固化的清漆层其厚度为0.5到300微米，优选地从0.8到50微米，特别优选地从1到10微米。

11.根据权利要求1到8之一的安全装置，特征在于，承载元件(10)包括热塑性材料和/或具有热塑像材料，通过成形元件，优选地通过浮雕方法在其中构造表面元件(18)。

12.根据权利要求1到11之一的安全装置，特征在于，其具有至少一个反光层，其中反光层优选地覆在表面元件(18)上或者承载元件(10)的底侧(12)上，反光层优选地具有金属，优选地为铝、银、铜、金或铬。

13.根据权利要求1到12之一的安全装置，特征在于，符号(28)的多个成像以这样的方式受到影响，符号(28)的图像选择对于观察者来说是可见的。

14.根据权利要求13的安全装置，特征在于，在符号(28)的多个可见图像的情况下，图像的选择，优选地，两个图像，特别地着重于其光强度，特别地着重于对于观察者来说产生透视效果的方式。

15.根据权利要求1到14之一的安全装置，特征在于，在符号(28)的多个可见图像的情况下，只有在一个图像特别地着重于其光的强度。

16.根据权利要求1到15之一的安全装置，特征在于，各个表面元件(18)的表面结构为衍射元件的形式，其中优选地其振幅和/或其光栅间隔和/或其朝向中是有差别的。

17.根据权利要求1到16之一的安全装置，特征在于，表面结构上同时采用的光栅常数优选地从≤500纳米至≥1500纳米，特别优选地从≤300纳米到≥5000纳米。

18.根据权利要求1到17之一的安全装置，特征在于，同时采用的表面结构的最大光栅常数和最小光栅常数的大小关系至少为3∶1，优选地至少为10∶1。

19.根据权利要求1到18之一的安全装置，特征在于，表面元件(18)和/或承载元件(10)包括了彩色、荧光和/或磷光颜料和/或适于机读。

20.根据权利要求1到19之一的安全装置，特征在于，其结合了其他安全特征，优选地，结合衍射、折射、反射、彩色、荧光和/或磷光特征。

21.根据权利要求20的安全装置，特征在于，其他衍射特征由根据权利要求1到19之一的安全装置，通过共同的成形元件来产生。

22.一种有价值文件(或者安全文档)，特别是钞票、具有根据前述权利要求之一的安全装置。

23.一种通过提供符号而生产安全装置的过程，包括步骤：

通过下述步骤在多个表面元件(18)上生成与三维表面结构的配置有关的数据信息：

形成包含了多个表面元件(18)的表面元件组，

表面结构和表面元件组的朝向以这样的方式相互匹配：在观察球中，它们形成了要被表示的符号(28)的点的图像，及

以这样的方式设定多个表面元件组：它们各自形成了点的图像，这样要被表示的符号(28)由表面元件组表示的所有点的总和构成；及

在承载元件(10)上设置具有三维表面结构的多个衍射表面元件(18)。

24.一种生产有价值文档或者安全文档的过程，包括：生产根据权利要求23的安全装置，并将所述安全装置布置在有价值文档或者安全文档上。