CN109562636A - 光学可变安全元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学可变安全元件(1)，该安全元件包含浮雕层(102)，该浮雕层(102)具有多个结构相同光学单个元素(2)，该单个元素(2)各自包含单个元素表面(6)，该单个元素表面(6)被分成具有不同定向反射率的子表面(61，62)，且将子表面(61，62)以下述方式分组，使得各组包括单个元素表面(6)的一个子表面(61，62)且各组编码依赖于观察角且肉眼可见的相关反射图案，且该浮雕层(102)还具有至少一个平面区(3)，该平面区(3)在光学单个元素(2)之间延伸且包括具有衍射光栅的子区域(31，32)，所述衍射光栅由于预定定向光而产生依赖于观察角且肉眼可见的至少一个衍射图案，且依赖于观察角的反射图案和至少一个依赖于观察角的衍射图案产生肉眼可见的总图案。

Description

光学可变安全元件

本发明涉及光学可变安全元件、以及涉及光学可变安全元件的生产方法。

光学可变安全元件是本领域公知的。例如，DE 10 2013 021 806 A1公开了展示至少一个光学可变信息条目的安全元件，其具有由光学有效元素的网格形成的反射层，该光学有效元素的网格由相同形状的压印元素形成。光学有效元素的网格包含至少一个光学可变信息条目，其无需借助于在定向照明下的反射即可看见。

此外，DE 10 2013 001 734 A1公开了用于产生价值文件的安全元件，其具有在其上形成微浮雕结构的较高面，该结构具有至少两个子区域，它们分别包括彼此相邻放置且沿纵向延伸的多个槽形或肋形反射结构元素或背向散射结构元素。

但是，上述安全元件的缺点是它们仅产生反射像。

因此，本发明的目的是提供除反射像之外还包含其它安全元素的改良的光学可变安全元件。另一方面，本发明的目的是提供根据本发明的光学可变安全元件的生产方法。

该目的由以上所述的具有权利要求1的技术特征的光学可变安全元件实现。

本发明利用分布在可变安全元件的光学有效区上的交错的两个安全特征的概念。为此，提供浮雕层，其沿安全元件的光学有效区延伸。浮雕层包括多个结构相同光学单个元素。每个单个元素包括分成具有不同定向反射率的子表面的单个元素表面，且将子表面以下述方式分组，使得各组包括单个元素表面的一个子表面且子表面的各组编码肉眼可见的相关观察角依赖性反射图案。多个光学单个元素形成基于反射像的信息的安全特征。

而且，至少一个平面区由浮雕层提供，该区域在光学单个元素之间延伸且设置有衍射光栅结构，该衍射光栅结构被施用于至少一个平面区上且由于预定定向照明而产生肉眼可见的观察角依赖性反射图案。

本发明因此利用在反射性单个元素之间提供衍射光栅结构的概念。在与作用在单个元素上的相同的定向照明下，衍射光栅结构形成观察角依赖性反射图案。根据本发明，观察角依赖性衍射图案和观察角依赖性反射图案形成肉眼同样可见的总图像。衍射图案和反射图案彼此交错。

之后公开的专利申DE 10 2015 202 106.8的公开内容全部并入本专利申请。

关于反射图案，将第一反射图案分解成第一子图案。向第一子图案分配编码反射图案的第一定向反射率。优选地，这些或是具有高反射率(优选完全反射)的子表面，或是具有极低反射率(优选完全吸收)的区域。

在这种情况中，在子图案的整个范围内，每个子图案优选分配有相等的反射率。但是，反射率也可以在一个或多个或全部子图案的范围内变化。

根据本发明，生产具有多个光学单个元素的浮雕层，每个光学单个元素具有单个元素表面。光学单个元素可以在浮雕层中按相同或不同的方式排布，或者在两个、三个或任何较大数目的组(分别具有相同元素)中排布。

优选地，将单个元素表面的每一个再分成分离的子表面。在这种情况中，优选将单个元素表面的每一个再均等地分成很多相同的子表面。形成子表面的组，子表面的组的数目有利地对应于编码反射图案的数目。但是，反射区的数目也可以大于编码图案的数目。

将向各种单个元素表面的第一组子表面分配第一反射图案，且将分配给第一反射图案的第一组子表面设置有第一定向反射率。这表示将分解成第一子图案的第一反射图案编码成第一组子表面。在这种情况中，优选规定使用由在白色背景上的黑颜色形成的反射图案，然后将黑白图案形成子图案，并使子图案各自形成全黑或全白。如果子图案之一仅由白色背景组成，则在其整个范围内对其分配极低的反射率。如果子图案仅由黑色形成，则在子图案的整个范围内对其分配高反射率。如果子图案意在由黑颜色和白色背景的区域组成，则将向子图案分配不同的第一定向反射率。

对于本发明最关键的是子表面设置有定向反射率，即反射是非漫射的。

对于光在界面处的反射，定向反射和漫反射之间是存在区别的。通常发生定向反射和漫反射的混合。定向反射特别在以下情况发生，当表面相对于光的波长足够光滑时，即，粗糙结构显著小于光的波长。曲面和定向反射并不相互排斥，这种情况可以给出的一个实例是望远镜的抛物面反射镜。定向反射根据“入射角等于反射角”表现，在这种情况下关于曲面法线(垂直于正切面)的角度是与曲面相关的角度。

反射率是指反射光强度和入射光强度之比。以下的定向反射率是指定向反射光强度与入射光强度之比。定向反射率也可以称为镜面反射率。对于用作光学可变安全元件，可见光波长(约400nm-700nm)中的以上所有定向反射率都是可用的。在这种情况中，金属例如铝、银、金、铜等具有特别高的反射率。这是特别有利的，因为薄且光滑的高反射层可以通过蒸气沉积、电镀或用金属颜料涂层印制制造。

根据本发明的光学可变安全元件基于不同的定向反射。因此对于根据本发明的光学可变安全元件的最大定向反射率而言特别有利的是，其特别高，优选至少在可见光波长范围内大于5％，优选大于10％，优选大于50％，最佳大于90％。

光学可变安全元件的照明优选非漫射地进行。

漫射是指均一地从所有方向撞击光学可变元件的照明，例如户外云量下的白天或扩展平面光源，或由大的照明表面产生的间接光线。非漫射是指从小且中心的立体角范围撞击光学可变元件的照明，例如点光源，聚光灯，白炽灯泡，发热灯，霓虹灯，窗户或阳光。

在这种情况中，应该注意的是，非漫射光源和漫射光源之间的区别是非常易变的，非漫射照明可以容易通过晴空下的阳光产生，漫射照明通过多云天气中的阳光产生。图案之间变化的根据本发明的光学可变行为是否发生也取决于反射区的尺寸，当入射光是较为非漫射的时，可以选择较小的尺寸。

本发明基于光在曲面上的定向反射。如果用非漫射光源照射定向反射曲面，则观察者可以看见光源在定向反射曲面上在表面上的下述位置处的反射，在所述位置处表面的曲面法线平行于从光源到表面上该位置处的直线和从观察者到表面该位置处的直线之间的角的角平分线。这符合反射定律“入射角等于反射角”，并且根据曲率可以在曲面上的多个位置处满足这一定律，由此观察者可以在不同位置观察到多个镜面反射。在不满足该条件、或不定向反射的位置，观察者无法观察到镜面反射。在曲面的情况下，观察到镜面反射的位置取决于光源的位置和观察者相对于曲面的位置。如果这些位置改变，则曲面上观察到镜面反射的位置也会改变。例如，不同的镜面反射可以从不同的观察位置观察到。

根据本发明，曲面和不同定向反射的子表面以下述方式彼此相配，所述方式使得观察者从不同观察角观测到不同的反射图案。这些反射图案由镜面反射组成。本发明的优点是，镜面光反射取决于反射率可以具有高亮度，并因此组合的反射表面也可以具有高亮度。表面的最大定向反射率越大，反射图案显现的越亮。

本发明相比于现有技术具有显著的优势。信息层直接邻接浮雕结构的常规光学可变元件是基于遮蔽。因此，为了能够表示彼此分开的两个不同图像而需要的角度范围必须非常大。为了通过遮蔽将两个图像完全彼此分开，必须将它们以彼此相差90°的角度排列在表面上。如果角度减小，遮蔽就不再完全。因此不可能在光学可变元件中编码极大数目的不同图案。例如，在四面棱锥的情况下，仅存在四种图案，在波纹片结构的情况下仅存在两种图案。

出乎意料地，根据本发明证明了遮蔽变得不再必要。观察者从一个特定观察角看见构成该观察角处反射图案的镜面反射。而且理论上，在该观察角也可以看见所有或一些其它子表面(未被遮蔽)，即，对于其它观察角提供的具有不同反射率的子表面的组。从这种程度上讲，实际上必将观察到多个反射图案的叠加。但是，扰动反射图案与镜面反射相比太暗，使得它们仅能作为均匀背景被观察到。此外，这种作为均匀背景的观察通过该结构的较小侧向尺寸增强，所述侧向尺寸优选小于人眼的分辨能力。

优选地，第一组子表面在单个元素表面上的位置如下确定：从预设的第一观察角确定光源在每一单个元素表面上的可见定向反射位置，和将分配给第一反射图案的第一组子表面安排在定向反射的反射位置周围。分配给第一反射图案的第一组子表面由此以下述方式分布在单个元素表面上，所述方式使得优选虚拟点光源的第一反射或真实非漫射光源的第一反射从预设的观察角以特定角度在光学可变元件上形成，然后其上分布第一反射图案的子图案的第一组子表面在第一反射周围形成。

根据本发明的光学可变安全元件优选在以下情况下形成：将至少一个其它图案分别分解成相应其它子图案，其中分别为所述其它子图案分配其它定向反射率且所述其它子图案分别编码其它反射图案，将单个元素表面再分成其它组子表面，分别将各种单个元素表面的其它组子表面分配给其它反射图案，且分配给至少一个其它反射图案的其它反射图案和其它组子表面设置有相应的其它定向反射率。在这种情况中，如下所述，其它反射图案意在表示多于单个其它图案，即，两个、三个或任何更大数目的图案。

在此情况下，不仅第一反射图案、而且至少一个其它反射图案在光学可变安全元件上编码，有利地，选择至少一个不同于第一观察角的其它观察角且确定光源在每一单个元素表面上的至少一个其它定向反射的至少一个其它位置，将分配给至少一个其它反射图案的其它组子表面在至少一个其它定向反射的至少一个其它位置周围排列。多个反射图案可以在二维浮雕层或一维浮雕层中形成，如下所述。

理论上，本发明可以包含具有不同定向反射率的区域的任何浮雕(即，曲面)起作用。也可以使用完全无规选择的自由形式的表面。在此情况下，其表面元素的计算涉及非常复杂的反射率，必须借助于3D程序和模拟来确定。也证实这样的元素的制造是非常复杂的。为此，优选下述浮雕，其包含至少在子区域中重复的单个结构。本质上，对于重复的单个结构，可以在二维单个结构和基本上一维的单个结构之间产生区别。

在重复的二维单个元素中，认为M个重复单个元素中的每一个是多图案点。多图案点的子表面的观察到的亮度取决于光源的具体地点和座落场所，安全元件的具体地点和座落场所和观察者的具体地点和座落场所，以及出现反射处的定向反射率。将M个多图案点分别再分成N个子表面，M个多图案点的N个子表面中的每一个对应于N个图案之一的M个子图案之一。根据图案的相应子图案的亮度调节M个多图案点的N个子表面的定向反射率。例如，如果相应子图案具有低亮度，则调节低定向反射率，反之亦然。然后观察者可以从镜面反射的不同观察角观察到N个图案中每一个。

有利地，二维结构在规则的二维网格中重复。这样的网格可以是矩形，六边形，或者其它方式的规则形状。单个元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，单个元素由半球、球形段、半椭球体、椭球体段、抛物线段、或与其略有偏差的结构组成，或者以其他方式拱起的单个元素。

基本上一维是指光学可变安全元件的长度远大于宽度、且其垂直于纵轴的横截面沿纵向方向的该轴基本上相同的单个元素。

在重复的基本上一维的单个元素中，认为K个重复元素中每一个都是图案线。将该图案线分成平行于一维结构的M个多图案点。多图案点的子表面的观察到的亮度取决于光源的具体地点和座落场所，单个元素的具体地点和座落场所和观察者的具体地点和座落场所，以及出现反射处的定向反射率。光源在此情况下应该具有对应于光学可变安全元件的尺寸的最小程度。将M个多图案点分别再分成N个反射区，M个多图案点的N个子表面各自对应于N个图案之一的M个子图案之一。M个多图案点的N个反射区的定向反射率根据该图案的相应多图案点的亮度调节。例如，如果相应多图案点具有低亮度，则调节低定向反射率，反之亦然。然后观察者可以从镜面反射的不同位置观察到N个图案中的每一个。

有利地，一维单个元素在规则网格中重复。单个元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，单个元素的横截面由半圆、圆形段、椭圆段、抛物线段、或与其略有偏差的结构组成，或者以其他方式拱起的结构。

有利地，第一组子表面在单个元素表面上的位置如下确定：从预设的第一观察者位置确定光源在每一单个元素表面上可见定向反射的第一反射的位置，并且将分配给第一图案的第一组子表面在定向反射的第一反射的位置周围排列。

在可以从不同观察者位置、和优选仅从精确的这些观察者位置观察到多个图案的情况中，选择不同于第一观察者位置的其它观察者位置，确定光源在每一单个元素表面上进一步定向反射的其它反射的位置，将分配给其它图案的其它反射区在其它定向反射的其它反射的位置周围排列。

发射非漫射光的光源在单个元素表面上产生反射。当反射率高时，反射亮，当反射率低时，反射暗。对于安全元件的预设位置和光源相对于安全元件的预设排列，反射在单个元素表面上的位置取决于观察者看向光学可变安全元件的观察者角度。根据观察者角度，反射沿单个元素表面移动。理论上按下述方式选择分配给反射图案的子表面组，所述方式使得分配给其它反射图案的其它反射不可从第一观察者位置观察到，且反之分配给第一反射图案的第一反射不可从其它观察者位置观察到。

此外，优选使反射区和其它反射区定向反射入射光。

有利地，以下述方式配置浮雕层，所述方式使得第一反射区和其它反射区在非漫射光入射的情况下从其它观察者位置或第一观察者位置分别不可见，且在漫射光入射下从第一观察者位置和从其它观察者位置都可看见第一反射图案和其它反射图案两者。

第一反射区和其它反射区有利地按下述方式排列，所述方式使得它们不会互相遮蔽，即，在优选的各观察者位置共同处于观察者的视野中。但是，在定向反射的情况下，仅当观察者处于第一观察者位置或其它观察者位置时，他才能看见反射。

与已知浮雕相比，根据本发明的浮雕层可以具有极低的浮雕高度，以便于实现所需的变化效果或倾斜效果。有利地，单个元素存在范围处于低于眼睛的分辨能力(其为80μm)的数量级。

已经制造出直径为40μm的单个元素，其在单个元素的球形截面形构造的情况下升至超出安全元件平面端2.5μm至3μm的高度。使用这种小高度的球形截面，除去安全元件的平面上0°的极端视角，几乎可以看见整个单个元素表面。

通过将仅包含金属的涂层印制到具有高反射率的反射区上，有利地将信息层施用于浮雕层上。在根据本发明的方法的另一种实施方式中，首先将第一浮雕层全金属化，然后通过将具有低反射率的反射区脱金属而形成信息层。脱金属可以优选使用激光蚀刻仪进行。使用的激光蚀刻仪以聚焦方式聚集到金属化层上。在实践实施方式中，聚焦激光束的直径为约8μm，由此可以将5个不同的子图案施用于直径为约40μm的单个元素。

在根据本发明的方法的另一种实施方式中，浮雕层在具有低反射率的反射区涂布有隔离涂层，然后浮雕层完全镜面化，并且接着将隔离涂层清洗掉。作为其备选实施方式，可以将浮雕层在具有高反射率的反射区涂布有结合涂层，然后浮雕层完全镜面化并且浮雕层可以在没有接合涂层的反射区中的镜面化被清洗掉。

根据本发明，将平面区布置在单个元素之间。这些平面区可以是连续的或不连续的。平面区包含衍射光栅结构。衍射光栅结构可以包括第一组衍射光栅的衍射光栅或多组衍射光栅的衍射光栅。一组衍射光栅由相同的衍射光栅类型限定，由此它们具有相同的衍射性质，即特别是一个或多个相同的光栅常数。衍射光栅可以是线条光栅或网格光栅。

可以设置一组或多组衍射光栅，各组衍射光栅的区别在于它们包含相同衍射光栅类型的不同光栅。

一组衍射光栅可以形成一个连续的衍射子光栅(diffraction subgrating)或多个衍射子光栅。各组衍射子光栅分别编码衍射图案。

衍射图案和反射图案都是肉眼可见的。关于衍射光栅结构和关于单个元素两者，光学可变安全元件都用相同的定向照明源照明且由肉眼从相同的观察角观察。

根据本发明，单个元素的几何形状和排布以及衍射光栅的几何形状和排布以下述方式互相适应，所述方式使得观察角依赖性反射图案和观察角依赖性反射图案产生肉眼可见的观察角依赖性总图案。由于单个元素和衍射光栅的交错或衍射光栅的交错，反射图案和衍射图案可以沿光学可变安全元件的相同光学有效区可见。它们可以直接彼此相邻、彼此交替和互补排布。

本申请广义地理解术语总图案。一方面，其意在表示包括在相同的观察角的至少一个颜色图案和至少一个反射图案的总图案。如果观察者从观察角看向光学可变安全元件，观察者同时观察到衍射图案和反射图案两者。在这种情况中，可以想到同时相互作用的不同实施方式。衍射图案和反射图案可以彼此相邻排布，且在这种情况中本身分别形成可读的图案；例如，衍射图案和反射图案都可以各自形成一个字母或一系列字母、一个数字或一系列数字、或者两者的组合等，且总图案是单词、安全码等，其由两种图案类型的单独的字母、字母系列、数字或数字系列组成。

另一种变型是，单独的字母或单独的数字本身部分由衍射图案组成且部分由反射图案组成。在这种情况中，反射图案和衍射图案本身分别不形成可读的图案。总图案仅通过两种图案类型的同时相互作用可读。

但是，术语总图案也包括衍射图案和反射图案的系列或序列。在这种情况下，序列通过改变观察角(例如通过使光学可变安全元件倾斜)来获得。时间系列的连续图案通过倾斜的持续时间形成。根据观察角，不同的图案(衍射图案或反射图案)变得可见，或上述图案组合之一以相同的观察角可见。在这种情况下，图案的序列作为总图案展示给观察者。在第一观察角，用户可见第一图案，在第二观察角，用户可见第二图案，以此类推。第一图案可以是反射图案，第二图案可以是衍射图案。可以想到几乎任何系列。也可想到，衍射图案和反射图案都以一定观察角胚布在系列内。

总图案因此意在表示静态总图案(其为首先描述的)和系列形式的动态总图案(如下所述的)两者。

衍射光栅结构布置在平面区中的单个元素之间。特别有利的是，平面区域和曲面区域交替布置，且因此交错。有利地，衍射光栅结构包含具有下述衍射性质的衍射光栅的组，在该组中它们的衍射性质相同但是彼此之间不同；在这种情况下，这些是衍射光栅的衍射角和单独的衍射角。这些由衍射光栅的衍射常数确定。

衍射性质取决于衍射光栅的微结构，其可以是矩形结构、锯齿结构或正弦结构。它们取决于是否涉及相或振幅光栅或其混合形式。它们取决于是否涉及线条光栅或交叉光栅。衍射光栅也可以是闪耀光栅，其基本上精确地具有一个衍射级。对于衍射性质尤其重要的是衍射常数，即，衍射微结构的重复率。衍射常数实质上确定衍射级发生的角度。

在优选的构造中，平面区包含具有相同衍射性质的衍射光栅的组。在这种情况中，平面区的各组衍射光栅形成衍射图案，其在衍射角可见，且因此是观察角依赖性的。在这种情况下，具有衍射光栅的区域对应于图案，即，当图案具有亮区域时，存在相关组的衍射光栅，当图像具有暗区域时，不存在衍射光栅。当图像具有中等亮度(如从印制技术已知的栅格法)时，可以将图像再分成亮区域和暗区域。由衍射光栅构成的图像在下文将称为衍射图像。

正如所知，因为衍射角取决于光的波长与衍射常数的比率，衍射光栅导致白光的颜色分离。当用白光照明时，衍射图像因此以闪烁的彩虹色显示。在这种情况下，观察到的颜色特别取决于照明或观察角。如果观察角相比于表面法线增大，则衍射图像首先观察为蓝色、然后是绿色、然后是橙色/黄色，最后是红色。

在浮雕结构的单个元素所位于的位置处，未提供衍射光栅，因此在这些位置未显示衍射图案。然而已经发现，衍射图案是观察者容易看见的，特别是当结构的单个元素的尺寸至少在一个维度上接近于或优选低于人眼的分辨极限时更是如此。

在另一种构造中，平面区包含N组具有N种衍射性质的衍射光栅。在这种情况中，具有相同衍射性质的平面区的分布分配给所述组的子区域形成衍射图案，所述衍射图案在相应的衍射较低是可见的，因此是观察角依赖性的，由此获得N个衍射图像的总数目。这N个衍射图案由此包含在平面区中，同时是交错或重叠的。

优选地，总图案的至少一个包括以一定观察角彼此相邻排布的完全反射图案和完全衍射图案。在该总图案中，完全反射图案(例如公司标识、数字、字母、单词)和完全衍射图案(同样为公司标识、数字、字母、单词)可以在观察角同时识别。

在其其它方面，该目的由上述光学可变安全元件之一的生产方法实现。

根据本发明，具有浮雕层的凹面的掩模最初用多个结构相同单个元素和单个元素之间的至少一个平面区制成。在这种情况下，浮雕层的结构、高度轮廓形成凹的掩模。这可以通过例如光刻技术或金刚石加工进行。随后，将浮雕层从掩模压印进载体基底中，例如通过热印模法或UV印模法进行。该方法优选为旋转印模法。之后，具有压印浮雕层的载体基底涂布有金属层。单个元素表面的子表面的不同反射率和具有衍射图案的子区域在激光蚀刻法中通过加工载体基底的金属层制备。具有低反射率的子区域是脱金属的。

优选地，具有衍射光栅的子区域通过待脱金属的衍射光栅的光栅之间的中间面产生。衍射光栅具有光栅或线条结构，它们在一个方向上具有相同的衍射常数。这些是载体层中的凸起或凹陷。光栅本身保持金属化，使得它们可以使入射光衍射，但是光栅之间的中间面是脱金属的。激光蚀刻法必须与压印的结构精确对齐，以便于获得所需效果。当想要生产一系列安全元件时，激光蚀刻法是特别有利的，其中每个单独的安全元件是个性化的或系列化的，即例如载有其本身的序列号，所述序列号是光学可变地展示的。

在一种特别优选的生产方法中，掩模在单个元素之间的平面区中已经包含在印模法中共同转移进材料中的衍射光栅。在这种情况中，具有衍射光栅的子区域通过在未提供衍射光栅的位置覆盖、破坏或脱金属化预压印的衍射光栅来产生。

在一种特别优选的生产方法中，压印滚筒直接通过金刚石车削原始滚筒来产生。在这种情况中，特别优选的是，结构是基本上一维的。在这种情况下，浮雕结构的单个元素的几何形状优选通过金刚石工具预先确定。平面区中的衍射光栅也可以直接通过金刚石车削原始滚筒来产生，例如通过用金刚石工具直接车削栅线来产生。在这种情况中，栅线和单个元素彼此平行排布。

脱金属优选使用激光蚀刻仪进行。使用的激光蚀刻仪以聚焦方式聚集到金属化层上。在实践实施方式中，聚焦激光束的直径为约1μm至20μm，由此可以将40个不同的子图案施用于直径为约40μm的单个元素。

与已知浮雕相比，根据本发明的具有其单个元素的浮雕层可以具有极低的浮雕高度，以便于实现所需的变化效果或倾斜效果。有利地，单个元素存在范围处于低于眼睛的分辨能力(其为约80μm)的数量级。

已经制造出直径为40μm的单个元素，其在单个元素的球形截面形构造的情况下升至超出光学可变安全元件平面端2.5μm至3μm的高度。使用这种小高度的球形截面，除去安全元件的光学可变平面上0°的极端视角，几乎可以看见整个单个元素表面。

以下将在14个附图中借助于一些示例性实施方式描述本发明，其中：

图1a显示根据本发明的光学可变安全元件的示意截面，

图1b显示具有相邻的平面子区域的单个元素的示意图，

图2显示9个图像，其展示两个反射图案与一个衍射图案在单个元素的二维网格中的交错，

图3显示5个图像，其展示两个衍射图案在单个元素的二维网格中平面区的两个子区域中的形成，

图4显示10个图像，其展示三个反射图案和一个衍射图案在单个元素的一维网格中的交错，

图5a显示具有排布在反射图案之外的两个衍射图案的图案序列的实例，

图5b显示具有排布在反射图案之内的两个衍射图案的图案序列的实例，

图5c显示具有排布在反射图案之内的一个衍射图案的图案序列的实例，

图6显示具有在相同的观察角可见的两个衍射和反射图案的图案序列的实例，

图7显示衍射图案和反射图案的组合的三个实例，

图8显示具有可以不同颜色看见的衍射图案和可在相同的观察角看见的反射图案的图案序列的一个实例，

图9显示具有可以不同颜色看见的衍射图案和可在相同的观察角看见的反射图案的图案序列的另一个实例，

图10显示光学可变安全元件的层结构，

图11显示衍射图案的光路和反射图案的光路的折射行为。

图1a示意性地显示根据本发明的光学可变安全元件1的截面图。图1a显示浮雕结构，其具有四个周期性重复的单个元素2，在这些单个元素之间布置有平面区3。

在图1b中示意性地展示单个元素2和相邻平面区3之一，以及在单个元素2上和在平面区3上都入射的定向光4。在单个元素2，光4如下以大的角范围反射：根据反射定律“入射角等于反射角”在单个元素表面6镜面反射，其中反射角在反射点的表面法线处测量。

在单个元素表面6的具有低反射率或甚至无反射的子表面，极少或没有光反射进相应的立体角。在单个元素表面6的具有高反射率的子表面，大量的光反射进相应的立体角。局部镜面反射单个元素表面6。在反射大量光的子表面提供高反射率，在反射极少光的子表面提供低反射率，即无镜面反射。

在平面区3中，存在具有衍射光栅的子区域，其使光4衍射进一个衍射级或多个衍射级。

图2显示具有两个反射图案(字母F和T)和一个衍射图案(字母L)的光学可变安全元件1的构造。两个反射图案和一个衍射图案展示在图2的第一行。两个反射图案F、T以在X和Y方向上周期性重复的单个元素2的子表面的不同反射率编码。在此情况下，单个元素2是圆顶形凸起或圆顶形凹陷。就本发明的重复的单个元素2展示在图2的第二行的最左边。平面区3布置在单个元素2之间。这些是单个元素2之间的连续区域，其在光学可变安全元件1的平面平行的横截面中是环形的。

第二行的第二图像显示将单个表面6分成具有不同反射率的子表面61，62的方式。将子表面分成第一组子表面61(其编码字母F)和第二组子表面62(其编码字母T)。将每一单个元素表面6不相连地分成第一组和第二组子表面61，62。黑色代表高反射率，白色代表极低反射率，即单个元素表面6的标记为黑色的子表面61，62是完全镜面反射的，而单个元素1的标记为白色的子表面61，62是未镜面反射的。这得到的效果是，当观察在网格中排布的多个单个元素2时，在第一观察角，字母F显现为反射图案，在第二观察角，字母T显现为反射图案。

根据本发明，衍射光栅另外布置在平面区3的子区域31中，其根据图2的第二行的第三图示按L的形状延伸，该衍射光栅由特定的衍射光栅类型限定。因此，使用由光4带来的相同定向照明，字母L可以在通过衍射光栅类型确定的衍射角看见。

图2的第三行显示其中字母F和T分别如下组合的方式：在相关子表面61，62上单独反射以形成反射图案，以及显示字母L，其在此处由平面区3的连续子区域31形成。如果单个元素2的尺寸小于人眼的分辨能力，即约小于50μm，则为观察者提供连续照明线条的效果，观察者不会再留下单个反射、或衍射图案中的孔洞的印象。

图2的图示展示根据本发明的光学可变安全元件1的生产的基本原理。对于真实光学可变安全元件1，可以不同地选择条件。例如，当单个元素例如在50μm的网格中重复时，待展示的数字尺寸将为5mm。在该实例中，数字由100x 100个单个元素2构成，由此其尺寸低于眼睛的分辨极限。在此情况下，人观察者不可能观察到彼此分开的单个图像点，由此观察者可以在以下两种情况下都获取到连续的单个图像-在反射图案F、T的情况下，和在衍射图案L的情况下。

图3显示图2的图示的延伸。在图3中，将第二衍射图案整合进光学可变安全元件1。这是字母H，其作为除字母L之外的第二衍射图案整合。为此，将平面区3再分成两组子区域31，32，如图3的第二图示显示。

与图2的子区域相反，第一组子区域31不再连续构造，相反，编码字母L的第一组子区域31由五个单个第一衍射光栅类型组成，如图3中第二行的右手边图示显示，它们在定向光入射下共同产生衍射图案中的字母L，而字母H在第二组子区域32中编码，将其编码成9种单个第二衍射光栅类型，如图3中第二行的第二图示显示。在这种情况中，第一组子区域31和第二组子区域32同样彼此交错，由此，根据观察角，当观察角在方向上对应于第一光栅类型的衍射级时，出现字母L，当观察角对应于第二光栅类型的衍射级时，出现字母H。

图4显示当单个元素2以沟槽或半圆柱或肋的形状构造时，光学可变安全元件1的构造。在这种情况中，单个元素2可以在光学可变安全元件1的整个长度L上延伸，而单个元素2沿宽度B以周期性的间隔重复。图4的第一行的左手边图示显示单个元素2的基本构造。将每一单个元素2沿其纵向方向再分成三行像素，每行为5个像素。在这种情况下，像素全部具有相等的长度范围，且沿单个元素2的宽度B具有相等但较窄的范围。将每一单个元素2再分成沿长度L的5个像素和沿宽度B的3个像素。

图4显示如下编码三个反射图案F、T和N：分别相应选择第一、第二和第三行像素的反射率、和衍射图案L的反射率。将衍射图案L编码进具有衍射光栅的第一组子区域31中的延长单个元素2之间的平面区3中，同时将三个反射图案分别在一组子表面中编码，第一组子表面包括上一行像素，第二组子表面包括中间像素，第三组子表面包括单个元素表面6的下面的像素。深色标记由此显示单个元素表面6沿其纵向方向镜面反射的程度。

图5a、5b和5c分别给出可能的图案序列的实例。在此情况下，标尺指示观察角。在该实例中，当观察者处于0级衍射光栅的方向时，给出观察角0。

在图5a中，反射图案构造为图像序列1-2-3-4-5，其在某一观察角范围可见，且衍射图像B在反射图案序列的观察角范围之外的观察角可见。

由于在该实例中涉及对称闪耀的衍射光栅，衍射图案B在至少两个观察角可见，所述至少两个观察角围绕观察角0对称排列。应该注意，对于反射图案序列并不存在该对称。因此，数字1-2-3-4-5和字母B分布代表图案的任何所需内容。内容可以是标识，文本，序列号，符号，照片等。特别地，图像序列1-2-3-4-5可以是动画，例如运动动画或变焦动画。在反射图案序列的观察角范围之外的观察角也可以存在其它衍射图案。

在图5b中，第一图像信息条目是图像序列1-2-3-4-5，其在除两个观察角之外的某一观察角范围是可见的，衍射图像B在两个排除的观察角可见。

图5c展示反射图案序列1-2-3-4-5-6，其在除一个观察角之外的某一观察角范围是可见的，衍射图像B在排除的观察角可见。因为该实例是不对称闪耀的衍射光栅，衍射图像B精确地在一个观察角可见。

在根据图6的实施方式中，反射图案在某些观察角范围作为图像序列1-2-3-4-5-6-7可见，衍射图像B在两个对称的衍射角可见。在该实施方式中，图像序列(图像3和图像5)和可见衍射图像B分别可见的图像在衍射角相互匹配。相应的图案可以是部分相同或部分分离的，或展示部分互补或互补的内容。

在图7中，在左手边图示中展示两个内容：作为反射图案的客户标识“BRAND^TM”作为衍射图案的和序列号“9 8 1 3 0”。客户标识显现为银色文本，同时序列号以彩虹色闪烁。两个图案在光学可变安全元件1的基本上相同的区域中和在相同的观察角延伸。为了进行指示，反射图案展示为填充物，衍射图案展示为轮廓。中间图示仅展示作为总图案的内容，该内容在反射图案和衍射图案之间被划分。序列号的头三个数字9 8 1作为反射图案展示，序列号的最后两个数字3 0展示为衍射图案。内容展示为图7的最后图示中的总图案，该内容在反射图案和衍射图案之间被划分。序列号9 8 1 3 0的上半部是反射图案，下半部展示衍射图案。

在图8中，反射图案展示为图案序列1，2，3，4，5，6，7，其分别在某些观察角范围可见，衍射图案此处展示为字母B。字母B在衍射角范围可见。由于在白光的光入射下单独颜色在相同的衍射光栅类型被衍射至不同程度，不同颜色的衍射角可以适应各种反射图案的观察角，由此当出现反射图案“3”时，观察到蓝色的字母B，当出现反射图案“4”时，观察到绿色的字母B，当出现反射图案“5”时，观察到红色的字母B。

图9显示类似的实例。在衍射图案(这里为序列号98130)给出蓝色效果的观察角，图像序列的与其匹配的反射图像内容(即图8中的第三图像)可见。在这种情况中，文本“蓝色”出现。在衍射信息条目给出绿色效果的观察角，图像序列的根据图8的第四图像的与其匹配的内容以文本“绿色”可见。在衍射信息给出红色效果的观察角，图像序列的根据图8的第五图像的与其匹配的内容以文本“红色”可见。

图10显示本发明的层结构的一个实例。在顶部是基本上透明的聚合物载体层100。下面是浮雕结构，其压印进邻接于载体层100的基本上透明的涂料层101。下面是金属化层102，该层中存在具有不同反射率的子表面和具有衍射光栅的子区域。下面是提供对比的层103，其同时用作粘合剂层。所有的层100、101、102、103在光学可变安全元件1的整个区域范围内延伸。

图11显示当在金属化层102上存在具有折射率n的介质时，穿过平面区3和单个元素2上的金属化层102的不同光路。

在左手边，入射光线以衍射光栅在平面区3中根据公式sin(α)＝λ/g衍射，其中α是衍射角，λ是介质的波长，g是衍射光栅的光栅常数。具有折射率n的涂料层101中的波长λ缩短因子1/n，相比于在空气中的波长。因此，介质的衍射角的正弦值同样减小因子1/n。当从与空气的界面处的介质出现时，光线根据折射定律sin(β)＝n*sin(α)经历折射。在这种情况下，假设载体层100的折射率和涂料层101的折射率相同。因此，衍射角的正弦值增加因子n，由此在涂料层101之外存在无介质时在衍射光栅中将会出现的衍射角。因此，对于光学可变安全元件1的衍射角，在衍射光栅上是否也存在具有折射率n的涂料层101是不重要的。

在右手边，入射光线根据反射定律“入射角等于反射角”反射，而不考虑涂料层101的折射率n。当从与空气的界面处的涂料层101出现时，角度的正弦值增加因子n。因此，当在反射结构上也存在具有折射率n的层时，镜面角度和因此的根据本发明的第一图像信息条目可见的角度显著增加。同样在这种情况下，为了解释反射行为，出于简便目的，将涂料层101和载体层100视为一个层，即作为涂料层101。在其它方面，载体层100是否具有与涂料层101不同的折射率是不重要的，因为载体层100的折射率在衍射图案中和在反射图案中都抵消了。

根据本发明，当生产光学可变安全元件1时，如下将置于浮雕结构之上的层101的折射率n考虑进去：补偿由于光学可变安全元件1的构造的折射率n带来的反射图案的角度增加。在这种情况下，补偿可以如下进行：或适应性地选择单个元素1的几何形状，几何形状的曲率通常减小以得到较大的折射率；或通过修改或替换不同反射区而使用相同的几何形状。

附图标记列表

1 光学可变安全元件

2 单个元素

3 平面区

4 光

6 单个元素表面

31 子区域

32 子区域

61 子表面

62 子表面

B 单个元素的宽度

L 单个元素的长度

100 载体膜

101 涂料层

102 浮雕层

103 提供对比的层

n 折射率

Claims (18)

1.一种光学可变安全元件(1)，所述光学可变安全元件(1)包含浮雕层(102)，所述浮雕层(102)具有多个结构相同光学单个元素(2)，

所述多个结构相同光学单个元素(2)分别包含单个元素表面(6)，所述单个元素表面(6)被分成具有不同定向反射率的子表面(61，62)，且将所述子表面(61，62)以下述方式分组，使得各组包括单个元素表面(6)的一个子表面(61，62)且各组编码肉眼可见的相关观察角依赖性反射图案，

且所述浮雕层(102)具有至少一个平面区(3)，所述平面区(3)在所述光学单个元素(2)之间延伸且包括具有衍射光栅的子区域(31，32)，所述衍射光栅由于预定定向照明而产生肉眼可见的至少一个观察角依赖性反射图案，且所述观察角依赖性反射图案和所述至少一个观察角依赖性反射图案产生肉眼可见的观察角依赖性总图案。

2.权利要求1所述的光学可变安全元件，其特征在于所述总图案的至少一个包括以观察角彼此相邻排布的完全反射图案和完全衍射图案。

3.权利要求1或2所述的光学可变安全元件，其特征在于所述总图案的至少一个由来自反射图案的一部分和来自衍射图案的另一部分构造。

4.权利要求1、2或3所述的光学可变安全元件，其特征在于反射图案和衍射图案以沿倾斜轴增加的观察角依次展示，且所述反射图案排布在所述衍射图案之间，或所述衍射图案排布在所述反射图案之间。

5.权利要求1至4中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于浮雕层(102)包括沿纵向重复的单个元素(2)。

6.权利要求1至5中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于浮雕层(102)包括沿横向重复的单个元素(2)。

7.权利要求1至6中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于所述单个元素(2)在网格中排布。

8.权利要求1至7中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于将子区域分组，为各组分配一个衍射光栅类型，各组编码一个相关衍射图案。

9.权利要求8所述的光学可变安全元件，其特征在于不同的衍射光栅类型包括不同的衍射性质。

10.权利要求1至9中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于所述单个元素(2)的最大直径为小于200μm、优选小于100μm、优选小于75μm、优选小于50μm。

11.权利要求1至10中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于所述平面区(3)所占的面积分数为所述光学可变安全元件(1)的光学有效总面积的20％至80％。

12.权利要求1至11中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于透明的载体层(100)沿浮雕层(102)的面朝所述定向照明的面在整个面上延伸。

13.权利要求1至12中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于提供对比的层(103)沿浮雕层(102)的背离所述定向照明的面在整个面上延伸。

14.权利要求1至13中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于粘合剂层沿所述光学可变安全元件(1)的较低面在整个面上延伸。

15.权利要求1至14中任一项所述的光学可变安全元件，其特征在于保护层(101)以折射率(n)直接排布浮雕层(102)上，其中衍射图案相对环境空气的衍射角与折射率(n)的值无关，且反射图案的折射角依赖于折射率(n)的值，且该依赖性共同确定衍射光栅的衍射性质和/或子表面(61，62)的位置。

16.权利要求1所述的光学可变安全元件(1)的生产方法，其中，

生产浮雕层(102)的凹面的掩模，所述浮雕层(102)具有多个结构相同的单个元素(2)并具有在所述单个元素(2)之间的至少一个平面区(3)，

将所述浮雕层(102)从掩模压印进载体基底，

向具有压印的浮雕层(102)的载体基底涂布金属层，

单个元素表面(6)的子表面(61，62)和具有衍射光栅的子区域的不同反射率在激光蚀刻方法中通过加工所述载体基底的金属层生产。

17.权利要求16所述的生产方法，其特征在于具有衍射光栅的子区域(31，32)通过待脱金属的衍射光栅的栅线或光栅点产生。

18.权利要求16或17所述的生产方法，其特征在于具有衍射光栅的子区域(31，32)如下产生：通过在所述掩模的平面区中经由压印转移进所述载体基底而在整个面上引入衍射光栅，并且对其中未提供衍射光栅的子区域进行脱金属。