DE102016214407A1 - Optically variable security element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement (1) mit einer Reliefschicht (102) mit einer Vielzahl an baugleichen optischen Einzelelementen (2), die jeweils eine Einzelelementoberfläche (6) aufweisen, die in Teiloberflächen (61, 62) aufgeteilt ist, die verschiedene gerichtete Reflexionsgrade aufweisen, und die Teiloberflächen (61, 62) sind derart in Gruppen eingeteilt, dass jede Gruppe eine Teiloberfläche (61, 62) einer Einzelelementoberfläche (6) umfasst und jede Gruppe ein zugehöriges betrachtungswinkelabhängiges, mit bloßem Auge sichtbares Reflexionsmotiv kodiert, und mit wenigstens einem planaren Bereich (3), der sich zwischen den optischen Einzelelementen (2) erstreckt und der Teilbereiche (31, 32) mit Beugungsgittern umfasst, die durch die vorgegebene gerichtete Beleuchtung wenigstens ein betrachtungswinkelabhängiges Beugungsmotiv erzeugen, das mit bloßem Auge sichtbar ist, und die betrachtungswinkelabhängigen Reflexionsmotive und das wenigstens eine betrachtungswinkelabhängige Beugungsmotiv erzeugen betrachtungswinkelabhängige Gesamtmotive, die mit bloßem Auge sichtbar sind.The invention relates to an optically variable security element (1) having a relief layer (102) with a multiplicity of structurally identical individual optical elements (2), each having a single element surface (6) divided into partial surfaces (61, 62) facing different Have reflectivities, and the sub-surfaces (61, 62) are grouped such that each group includes a sub-surface (61, 62) of a single-element surface (6) and each group encodes an associated viewing-angle-dependent, naked-eye reflection motif, and at least a planar region (3) which extends between the individual optical elements (2) and which comprises diffraction gratings (31, 32) which produce at least one viewing angle dependent diffraction pattern visible to the naked eye through the predetermined directional illumination and viewing angle dependent reflection motifs and the at least one Viewing angle-dependent diffraction motifs generate viewing-angle-dependent overall motifs which are visible to the naked eye.
Description
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement und ein Herstellungsverfahren für ein optisch variables Sicherheitselement.The invention relates to an optically variable security element and a manufacturing method for an optically variable security element.
Optisch variable Sicherheitselemente sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise ist in der
Daneben ist aus der
Die genannten Sicherheitselemente weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie lediglich Reflexionsbilder erzeugen.However, the security elements mentioned have the disadvantage that they only produce reflection images.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes optisch variables Sicherheitselement zur Verfügung zu stellen, das neben Reflexionsbildern ein weiteres Sicherheitselement enthält. Es ist in einem anderen Aspekt Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes optisch variables Sicherheitselement zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to provide a further developed optically variable security element which, in addition to reflection images, contains a further security element. It is another object of the invention to provide a manufacturing method for an optically variable security element according to the invention.
Die Aufgabe wird durch ein eingangs genanntes optisch variables Sicherheitselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. The object is achieved by an initially mentioned optically variable security element having the features of
Die Erfindung macht von der Idee Gebrauch, zwei über eine optisch wirksame Fläche eines variablen Sicherheitselementes verteilte Sicherheitsmerkmale miteinander zu verkämmen. Dazu ist eine Reliefschicht vorgesehen, die sich entlang der optisch wirksamen Fläche des Sicherheitselementes erstreckt. Die Reliefschicht weist eine Vielzahl an baugleichen optischen Einzelelementen auf. Jedes Einzelelement weist eine Einzelelementoberfläche auf, die in Teiloberflächen aufgeteilt ist, die verschiedene gerichtete Reflexionsgrade aufweisen, und die Teiloberflächen sind derart in Gruppen eingeteilt, dass jede Gruppe eine Teiloberfläche einer Einzelelementoberfläche umfasst und jede Gruppe von Teiloberflächen ein zugehöriges betrachtungswinkelabhängiges, mit bloßem Auge sichtbares Reflexionsbild kodiert. Die Vielzahl an optischen Einzelelementen bildet ein Sicherheitsmerkmal aus, das auf der Ausbildung von Reflexionsbildern beruht. The invention makes use of the idea of combing together two security features distributed over an optically effective surface of a variable security element. For this purpose, a relief layer is provided, which extends along the optically active surface of the security element. The relief layer has a plurality of identical individual optical elements. Each individual element has a single element surface subdivided into sub-surfaces having different directional reflectivities, and the sub-surfaces are grouped such that each group comprises a sub-surface of a single-element surface, and each group of sub-surfaces is an associated viewing-angle-dependent, visible to the naked eye reflection image coded. The plurality of individual optical elements forms a security feature based on the formation of reflection images.
Zusätzlich ist in der Reliefschicht wenigstens ein planarer Bereich vorgesehen, der sich zwischen den optischen Einzelelementen erstreckt und mit einer über den wenigstens einen planaren Bereich aufgebrachten Beugungsgitterstruktur versehen ist, die durch die vorgegebene gerichtete Beleuchtung betrachtungswinkelabhängige Beugungsmotive erzeugt, die mit bloßem Auge sichtbar sind. In addition, at least one planar region is provided in the relief layer, which extends between the individual optical elements and is provided with a diffraction grating structure applied over the at least one planar region, which generates viewing angle-dependent diffraction motifs visible to the naked eye through the predetermined directional illumination.
Die Erfindung macht also von der Idee Gebrauch, zwischen den reflektierenden Einzelelementen eine Beugungsgitterstruktur vorzusehen. Bei derselben gerichteten Beleuchtung, die auch auf die Einzelelemente wirkt, bildet die Beugungsgitterstruktur betrachtungswinkelabhängige Beugungsmotive aus. Die betrachtungswinkelabhängigen Beugungsmotive und die betrachtungswinkelabhängigen Reflexionsmotive bilden erfindungsgemäß Gesamtbilder aus, die ebenfalls mit bloßem Auge sichtbar sind. Beugungsmotive und Reflexionsmotive sind miteinander verkämmt.The invention thus makes use of the idea to provide a diffraction grating structure between the reflective individual elements. In the case of the same directional illumination, which also acts on the individual elements, the diffraction grating structure forms viewing angle-dependent diffraction motifs. According to the invention, the viewing angle-dependent diffraction motifs and the viewing angle-dependent reflection motifs form overall images which are likewise visible to the naked eye. Diffraction motifs and reflection motifs are interlaced with each other.
Der Offenbarungsgehalt der nachveröffentlichten Patentanmeldung
Hinsichtlich der Reflexionsmotive wird ein erstes Reflexionsmotiv in erste Teilmotive zerlegt. Den ersten Teilmotiven werden erste gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet, die das Reflexionsmotiv kodieren. Vorzugsweise handelt es sich dabei entweder um Teiloberflächen mit einem hohen Reflexionsgrad, vorzugsweise vollständig reflektierend, oder um Bereiche mit einem sehr geringen Reflexionsgrad, vorzugsweise vollständig absorbierend. With regard to the reflection motifs, a first reflection motif is divided into first sub-motifs. The first partial motifs are assigned first directional reflectances, which encode the reflection motif. These are preferably either partial surfaces with a high degree of reflection, preferably completely reflecting, or areas with a very low degree of reflection, preferably completely absorbing.
Dabei wird vorzugsweise jedem Teilmotiv über die gesamte Ausdehnung des Teilmotivs jeweils ein gleicher Reflexionsgrad zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Reflexionsgrad sich über die Ausdehnung eines oder mehrerer oder aller Teilmotive verändert. In this case, preferably each sub-motif is assigned an equal degree of reflection over the entire extent of the sub-motif. However, it is also conceivable that the degree of reflection changes over the extent of one or more or all partial motifs.
Erfindungsgemäß wird eine Reliefschicht mit einer Vielzahl an optischen Einzelelementen mit jeweils einer Einzelelementoberfläche gefertigt. Die optischen Einzelelemente können gleichartig oder verschiedenartig oder in zwei, drei oder jeder höheren Anzahl an Gruppen jeweils gleichartiger Elemente in der Reliefschicht angeordnet sein. According to the invention, a relief layer is produced with a multiplicity of individual optical elements each having a single element surface. The individual optical elements may be arranged identically or differently or in two, three or any higher number of groups of similar elements in the relief layer.
Vorzugsweise wird jede der Einzelelementoberflächen in disjunkte Teiloberflächen unterteilt. Dabei wird vorzugsweise jede der Einzelelementoberflächen in identische und in gleich viele Teiloberflächen unterteilt. Es werden Gruppen von Teiloberflächen gebildet, und die Anzahl der Gruppen an Teiloberflächen entspricht günstigerweise der Anzahl der kodierten Reflexionsmotive. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Anzahl der Reflexionsbereiche größer ist als die Anzahl der kodierten Motive. Preferably, each of the single element surfaces is divided into disjoint sub-surfaces. In this case, preferably each of the Single element surfaces divided into identical and equally many sub-surfaces. Groups of sub-surfaces are formed, and the number of sub-surface groups suitably corresponds to the number of encoded reflection motifs. However, it is also conceivable that the number of reflection regions is greater than the number of coded motifs.
Eine erste Gruppe an Teiloberflächen verschiedener Einzelelementoberflächen wird dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet, und die dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen wird mit den ersten gerichteten Reflexionsgraden versehen. Das heißt, das in erste Teilmotive zerlegte erste Reflexionsmotiv wird in eine erste Gruppe Teiloberflächen kodiert. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, Reflexionsmotive zu verwenden, die aus schwarzer Farbe auf weißem Grund gebildet sind, und das schwarz-weiß Motiv dann in Teilmotive und jedes der Teilmotive entweder vollständig schwarz oder vollständig weiß auszubilden. Wenn eines der Teilmotive ausschließlich aus weißem Hintergrund besteht, wird diesem ein über seine gesamte Ausdehnung sehr geringer Reflexionsgrad zugeordnet. Wenn das Teilmotiv ausschließlich schwarz ausgebildet ist, wird dem Teilmotiv über seine gesamte Ausdehnung ein hoher Reflexionsgrad zugeordnet. Sollte ein Teilmotiv aus Bereichen schwarzer Farbe und weißem Hintergrund bestehen, so werden dem Teilmotiv unterschiedliche erste gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet.A first group of sub-surfaces of various single-element surfaces is assigned to the first reflection motif, and the first group of sub-surfaces associated with the first reflection motif is provided with the first directional reflectances. That is, the first reflection motif, which is divided into first sub-motifs, is coded into a first group of sub-surfaces. It is preferably provided to use reflection motifs, which are formed of black color on a white background, and then form the black and white motif in partial motifs and each of the partial motifs either completely black or completely white. If one of the sub-motifs consists exclusively of white background, it is assigned a very low degree of reflection over its entire extent. If the sub-motif is formed exclusively black, the sub-motif is assigned a high degree of reflection over its entire extent. If a sub-motif consists of areas of black color and white background, then the sub-motif is assigned different first directed reflectances.
Wesentlich an der Erfindung ist, dass die Teiloberflächen mit gerichteten Reflexionsgraden versehen werden, die Reflexion also nicht-diffus ist. Essential to the invention is that the sub-surfaces are provided with directional reflectances, the reflection is thus non-diffusive.
Bei Reflexion von Licht an Grenzflächen unterscheidet man zwischen gerichteter Reflexion und diffuser Reflexion. Meist tritt eine Mischung aus gerichteter und diffuser Reflexion auf. Gerichtete Reflexion tritt insbesondere auf, wenn die Oberfläche im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts hinreichend glatt ist, d. h. die Rauhigkeitsstrukturen wesentlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Gekrümmte Oberflächen und gerichtete Reflexion schließen sich nicht gegenseitig aus, als Beispiel sei hier ein Parabolspiegel eines Teleskops angegeben. Gerichtete Reflexion verhält sich gemäß „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel", wobei bei gekrümmten Flächen der Winkel zur Flächennormalen (Normale der Tangentialfläche) ausschlaggebend ist. When reflecting light at interfaces, a distinction is made between directional reflection and diffuse reflection. Mostly a mixture of directional and diffuse reflection occurs. Specular reflection occurs in particular when the surface is sufficiently smooth compared to the wavelength of the light, i. H. the roughness structures are substantially smaller than the wavelength of the light. Curved surfaces and directional reflection are not mutually exclusive, for example a parabolic mirror of a telescope is given here. Directional reflection behaves according to "angle of incidence equals angle of reflection", whereby in curved surfaces the angle to the surface normal (normal of the tangential surface) is decisive.
Als Reflexionsgrad bezeichnet man das Verhältnis der reflektierten zur einfallenden Lichtintensität. Als gerichteter Reflexionsgrad wird im Folgenden das Verhältnis der gerichtet reflektierten zur einfallenden Lichtintensität bezeichnet. Man kann den gerichteten Reflexionsgrad auch als Spiegelungsgrad bezeichnen. Für Anwendungen als optisch variables Sicherheitselement sind vor allem die gerichteten Reflexionsgrade im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts (ca. 400 nm–700 nm) von Interesse. Besonders hohe Reflexionsgrade haben hier Metalle, z. B. Aluminium, Silber, Gold, Kupfer usw. Dies ist besonders interessant, da durch Bedampfen, Galvanisieren oder durch Bedruckung mit einem Metallpigmentlack dünne und glatte hochreflektierende Schichten erzeugt werden können. Reflectance is the ratio of the reflected to the incident light intensity. The directional reflectance referred to below is the ratio of the directionally reflected to the incident light intensity. The directional reflectance can also be called the degree of reflection. For applications as an optically variable security element, the directional reflection levels in the visible wavelength range of the light (about 400 nm-700 nm) are of particular interest. Particularly high reflectivities here metals, z. As aluminum, silver, gold, copper, etc. This is particularly interesting because thin, smooth, highly reflective layers can be produced by vapor deposition, electroplating or by printing with a metal pigment paint.
Das erfindungsgemäße optische variable Sicherheitselement beruht auf unterschiedlicher gerichteter Reflexion. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der maximale gerichtete Reflexionsgrad eines erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselements besonders hoch ist, vorzugsweise zumindest in einem sichtbaren Wellenlängenbereich mehr als 5 %, vorzugsweise mehr als 10 %, vorzugsweise mehr als 50 % und in optimaler Weise mehr als 90 % beträgt.The optical variable security element according to the invention is based on different directional reflection. Therefore, it is particularly advantageous if the maximum directional reflectance of an optically variable security element according to the invention is particularly high, preferably at least in a visible wavelength range of more than 5%, preferably more than 10%, preferably more than 50% and optimally more than 90%. is.
Die Beleuchtung des optisch variablen Sicherheitselementes erfolgt vorzugsweise nicht-diffus. The illumination of the optically variable security element is preferably non-diffuse.
Als diffus wird eine Beleuchtung bezeichnet, die gleichmäßig aus allen Richtungen auf das optisch variable Sicherheitselement trifft, beispielsweise Tageslicht im Freien bei Bewölkung oder eine ausgedehnte Flächenlichtquelle oder indirektes Licht, welches durch eine große beleuchtete Fläche erzeugt wird. Als nicht-diffus wird eine Beleuchtung bezeichnet, die aus einem kleinen und mittleren Raumwinkelbereich auf das optisch variable Sicherheitselement trifft, beispielsweise eine Punktlichtquelle, ein Spotlicht, eine Glühbirne, eine Lampe, eine Neonröhre, ein Fenster oder Sonnenlicht.Diffusion is defined as illumination which impinges on the optically variable security element uniformly from all directions, for example outdoor daylight in the case of cloudy weather or an extensive surface light source or indirect light generated by a large illuminated surface. Non-diffuse lighting is referred to, which strikes the optically variable security element from a small and medium solid angle range, for example a point light source, a spotlight, a light bulb, a lamp, a neon tube, a window or sunlight.
Hierbei ist zu beachten, dass die Unterscheidung zwischen nicht-diffuser und diffuser Lichtquelle durchaus fließend verläuft und durchaus eine nicht-diffuse Beleuchtung durch einen wolkenlosen Himmel bei Sonnenschein und eine diffuse Beleuchtung bei einem bewölkten Himmel realisiert sein kann. Ob sich das erfindungsgemäße optisch variable Verhalten des Wechselns zwischen den Motiven einstellt, hängt auch von der Größe der Reflexionsbereiche ab, die kleiner gewählt werden können, je nicht-diffuser das einfallende Licht ist. It should be noted that the distinction between non-diffuse and diffuse light source is quite fluent and quite a non-diffused lighting can be realized by a cloudless sky in the sunshine and a diffuse lighting in a cloudy sky. Whether the optically variable behavior according to the invention of switching between the motifs sets in depends also on the size of the reflection regions, which can be chosen to be smaller the more non-diffuse the incident light is.
Die Erfindung beruht auf der gerichteten Reflexion von Licht auf gekrümmten Oberflächen. Wird eine gerichtet reflektierende gekrümmte Oberfläche von einer nicht-diffusen Lichtquelle beleuchtet, so kann ein Betrachter einen Reflex der Lichtquelle auf der gerichtet reflektierenden gekrümmten Oberfläche an einem Ort der Oberfläche erkennen, an dem die Flächennormale der Oberfläche parallel zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen einer Geraden von der Lichtquelle zum Ort auf der Oberfläche und einer Geraden vom Betrachter zum Ort auf der Oberfläche ist. Dies entspricht dem Reflexionsgesetz „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel" und kann je nach Krümmung an mehreren Orten auf einer gekrümmten Oberfläche erfüllt sein, so dass ein Betrachter mehrere spiegelnde Reflexe an unterschiedlichen Positionen wahrnehmen kann. An Orten, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist oder die nicht gerichtet reflektieren, kann der Betrachter keinen spiegelnden Reflex wahrnehmen. Die Orte, an denen spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden, sind bei einer gekrümmten Oberfläche abhängig von der Position der Lichtquelle und von der Position des Betrachters relativ zur gekrümmten Oberfläche. Werden diese Positionen geändert, so ändern sich auch die Orte an der Oberfläche, an denen ein spiegelnder Reflex wahrgenommen wird. So können z. B. von unterschiedlichen Betrachtungspositionen aus unterschiedliche spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden.The invention is based on the directed reflection of light on curved surfaces. When a directionally-reflective curved surface is illuminated by a non-diffuse light source, a viewer may recognize a reflection of the light source on the directionally-reflective curved surface at a location on the surface at which the surface normal to the surface is parallel to the bisector of the angle between a straight line of FIG the light source is the location on the surface and a line from the viewer to the location on the surface. This corresponds to the law of reflection " Angle of incidence is equal to the angle of incidence "and, depending on the curvature, can be fulfilled in several places on a curved surface, so that a viewer can perceive several specular reflections at different positions The places where reflective reflections are perceived depend on the position of the light source and the position of the viewer relative to the curved surface for a curved surface, and changing these locations will also change the locations the surface, where a specular reflex is perceived, so that, for example, different reflective reflections can be perceived from different viewing positions.
Erfindungsgemäß sind die gekrümmte Oberfläche und die unterschiedlich gerichtet reflektierenden Teiloberflächen so aufeinander abgestimmt, dass ein Betrachter aus verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedliche Reflexionsmotive wahrnimmt. Diese Reflexionsmotive sind aus spiegelnden Reflexen zusammengesetzt. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass ein spiegelnder Lichtreflex je nach Reflexionsgrad eine große Helligkeit besitzen kann und somit auch das zusammengesetzte Reflexionsmotiv. Je größer der maximale gerichtete Reflexionsgrad der Oberfläche ist, desto heller erscheint das Reflexionsmotiv.According to the invention, the curved surface and the differently directed reflecting sub-surfaces are coordinated so that a viewer perceives different reflection motifs from different viewing angles. These reflection motifs are composed of specular reflections. An advantage of the invention is that a specular reflection of light can have a high brightness depending on the degree of reflection, and thus also the composite reflection motif. The greater the maximum directional reflectance of the surface, the brighter the reflection motif appears.
Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf. Herkömmliche optisch variable Sicherheitselemente, bei denen die Informationsschicht direkt an die Reliefstruktur angrenzt, beruhen auf Abschattung. Dadurch muss der Winkelbereich, der benötigt wird, um zwei verschiedene Bilder getrennt voneinander darstellen zu können, sehr groß sein. Um zwei Bilder durch Abschattung vollständig voneinander zu trennen, müssen sie auf Flächen angeordnet sein, die einen Winkel von 90° zueinander haben. Wird der Winkel verkleinert, ist die Abschattung nicht mehr vollständig. Dadurch können in einem optisch variablen Sicherheitselement nicht sehr viele unterschiedliche Motive kodiert werden. Im Falle von vierseitigen Pyramiden sind dies z. B. nur vier, im Falle von Wellblechstrukturen nur zwei.The invention has significant advantages over the prior art. Conventional optically variable security elements, in which the information layer directly adjoins the relief structure, are based on shading. As a result, the angle range needed to represent two different images separately must be very large. To completely separate two images by shading, they must be placed on surfaces at 90 ° to each other. If the angle is reduced, the shading is no longer complete. As a result, not many different motifs can be coded in an optically variable security element. In the case of quadrilateral pyramids, these are z. B. only four, in the case of corrugated metal structures only two.
Eine Abschattung erweist sich gemäß der Erfindung überraschenderweise als nicht notwendig. Der Betrachter sieht aus einem bestimmten Betrachtungswinkel die spiegelnden Reflexe, aus denen das Reflexionsmotiv für diesen Betrachtungswinkel zusammengesetzt wird. Zusätzlich sind in diesem Betrachtungswinkel prinzipiell auch alle oder einige andere Teiloberflächen zu sehen (nicht abgeschattet), d. h. die Gruppen von Teiloberflächen unterschiedlichen Reflexionsgrades, die für andere Betrachtungswinkel vorgesehen sind. Insofern müsste eigentlich eine Überlagerung mehrerer Reflexionsmotive wahrgenommen werden. Die störenden Reflexionsmotive sind jedoch im Vergleich zu den spiegelnden Reflexen so dunkel, dass sie nur als homogener Hintergrund wahrgenommen werden. Diese Wahrnehmung als homogener Hintergrund wird weiterhin durch kleine laterale Größe der Strukturen verstärkt, die vorzugsweise kleiner ist als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges.A shadowing proves surprisingly not necessary according to the invention. The observer sees from a certain viewing angle the specular reflections from which the reflection motif is assembled for this viewing angle. In addition, in principle, all or some other sub-surfaces can also be seen in this viewing angle (not shaded), ie. H. the groups of sub-surfaces of different reflectance intended for different viewing angles. In this respect, a superimposition of several reflection motifs should actually be perceived. However, the disturbing reflection motifs are so dark in comparison to the specular reflections that they are only perceived as a homogeneous background. This perception as a homogeneous background is further enhanced by the small lateral size of the structures, which is preferably smaller than the resolving power of the human eye.
Vorzugsweise werden Positionen der ersten Gruppe von Teiloberflächen auf den Einzelelementoberflächen ermittelt, indem aus einem vorgegebenen ersten Betrachtungswinkel eine Position einer sichtbar gerichteten Reflexion einer Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt wird und um die Positionen der Reflexe der gerichteten Reflexionen herum die einem ersten Reflexionsmotiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird. Die erste Gruppe an Teiloberflächen, die einem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet wird, wird also derart auf den einzelnen Elementoberflächen verteilt, dass aus einem vorgegebenen Betrachtungswinkel in einem bestimmten Winkel auf das optisch variable Sicherheitselement erste Reflexe einer vorzugsweise virtuellen Punktlichtquelle oder einer realen nicht-diffusen Lichtquelle gebildet werden und um die ersten Reflexe die erste Gruppe an Teiloberflächen gebildet wird, auf die dann die Teilmotive des ersten Reflexionsmotives verteilt werden.Preferably, positions of the first group of sub-surfaces on the single-element surfaces are determined by determining a position of visible reflection of a light source on each of the single-element surfaces from a given first viewing angle and the first group associated with a first reflection motif around the positions of the reflexes of the directed reflections is arranged on sub-surfaces. The first group of sub-surfaces, which is assigned to a first reflection motif, is thus distributed on the individual element surfaces such that first reflections of a preferably virtual point light source or a real non-diffuse light source are formed from a given viewing angle at a certain angle to the optically variable security element and the first group of partial surfaces is formed around the first reflexes, to which the partial motifs of the first reflection motif are then distributed.
Das erfindungsgemäße optisch variable Sicherheitselement entsteht vorzugsweise, wenn wenigstens ein weiteres Motiv in jeweils weitere Teilmotive zerlegt wird, denen jeweils weitere gerichtete Reflexionsgrade zugeordnet werden, die jeweils das weitere Reflexionsmotiv kodieren, und die Einzelelementoberflächen in weitere Gruppen von Teiloberflächen unterteilt werden und weitere Gruppen von Teiloberflächen verschiedener Einzelelementoberflächen jeweils einem weiteren Reflexionsmotiv zugeordnet werden und die dem wenigstens einen weiteren Reflexionsmotiv zugeordneten weiteren Gruppen an Teiloberflächen mit den jeweils weiteren gerichteten Reflexionsgraden versehen werden. Unter einem weiteren Reflexionsmotiv ist hier wie auch im Weiteren mehr als ein einzelnes weiteres Motiv, nämlich auch zwei, drei oder jede noch höhere Anzahl an Motiven zu verstehen.The optically variable security element according to the invention is preferably formed when at least one further motif is divided into further sub-motifs, each of which is assigned further directed reflectances, which respectively encode the further reflection motif, and the individual element surfaces are subdivided into further groups of sub-surfaces and further groups of sub-surfaces different individual element surfaces are each assigned to a further reflection motif and the at least one further reflection motif associated further groups are provided on sub-surfaces with the respective other directional reflection degrees. Here, as in the following, more than a single further motif, namely also two, three or any even higher number of motifs, is to be understood as a further reflection motif.
Dabei wird nicht nur ein erstes Reflexionsmotiv, sondern auch wenigstens ein weiteres Reflexionsmotiv auf dem optisch variablen Sicherheitselement kodiert, wobei günstigerweise wenigstens ein von dem ersten Betrachtungswinkel abweichender weiterer Betrachtungswinkel gewählt wird und wenigstens eine weitere Position wenigstens einer weiteren gerichteten Reflexion der Lichtquelle auf jede der einzelnen Elementoberflächen ermittelt wird und um die wenigstens eine weitere Position der wenigstens einen weiteren gerichteten Reflexionen herum die dem wenigstens einen weiteren Reflexionsmotiv zugeordnete weitere Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird. Mehrere Reflexionsmotive können in einer zweidimensionalen Reliefschicht oder einer eindimensionalen Reliefschicht ausgebildet werden, wie im Folgenden ausgeführt wird. Not only a first reflection motif, but also at least one further reflection motif is coded on the optically variable security element, wherein at least one further viewing angle deviating from the first viewing angle is chosen and at least one further position of at least one further directed reflection of the light source on each of the individual Element surfaces is determined and the at least one further position of the at least one further directed reflections around which the at least one further reflection motif associated further group is arranged on sub-surfaces. Multiple reflection motifs can be formed in a two-dimensional relief layer or a one-dimensional relief layer, as will be explained below.
Prinzipiell funktioniert die Erfindung mit beliebigen Reliefs, also gekrümmten Oberflächen, die Bereiche unterschiedlicher gerichteter Reflexionsgrade enthalten. Auch komplett zufällig gewählte Freiformflächen sind möglich. In diesem Fall ist die Berechnung, welche Flächenelemente mit welchem Reflexionsgrad belegt werden, sehr komplex und muss mithilfe von 3D Programmen und Simulationen ermittelt werden. Auch die Herstellung solcher Elemente erweist sich als sehr komplex. Aus diesem Grund sind Reliefs zu bevorzugen, die zumindest in Teilbereichen sich wiederholende Einzelstrukturen aufweisen. Grundsätzlich kann man bei den sich wiederholenden Einzelstrukturen zwischen zweidimensionalen und im Wesentlichen eindimensionalen Einzelstrukturen unterscheiden.In principle, the invention works with arbitrary reliefs, ie curved surfaces containing areas of different directed reflectance. Even completely random freeform surfaces are possible. In this case, the calculation of which surface elements are covered by which reflectance is very complex and must be determined using 3D programs and simulations. The production of such elements also proves to be very complex. For this reason, reliefs are preferred which, at least in some areas, have repetitive individual structures. In principle, one can distinguish between two-dimensional and essentially one-dimensional individual structures in the repetitive individual structures.
Bei sich wiederholenden zweidimensionalen Einzelelementen wird jedes einzelne der M sich wiederholenden Einzelelemente als ein Mehrfachmotivpunkt aufgefasst. Die wahrgenommene Helligkeit einer Teiloberfläche der Mehrfachmotivpunkte ist abhängig von Position und Lage der Lichtquelle, des Sicherheitselements und des Betrachters sowie des gerichteten Reflexionsgrads an der Stelle, an der der Reflex erscheint. Die M Mehrfachmotivpunkte werden jeweils in N Teiloberflächen unterteilt, wobei jede der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte mit einem von M Teilmotiven eines von N Motiven korrespondiert. Der gerichtete Reflexionsgrad der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte wird entsprechend der Helligkeit des korrespondierenden Teilmotivs des Motivs eingestellt. Hat z. B. das korrespondierende Teilmotiv eine geringe Helligkeit, wird ein niedriger gerichteter Reflexionsgrad eingestellt und umgekehrt. Jedes der N Motive kann dann von einem Betrachter aus einem anderen Betrachtungswinkel durch spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden. In repetitive two-dimensional individual elements, each one of the M repeating individual elements is considered as a multiple motive point. The perceived brightness of a partial surface of the multiple motif points depends on the position and position of the light source, the security element and the observer as well as the directional reflectance at the point where the reflex appears. The M multiple motif points are each subdivided into N sub-surfaces, each of the N sub-surfaces of the M multiple-motif points corresponding to one of M sub-motives of one of N subjects. The directional reflectance of the N sub-surfaces of the M multiple-subject points is adjusted according to the brightness of the corresponding sub-motif of the subject. Has z. B. the corresponding sub-motif a low brightness, a lower-reflectance is set and vice versa. Each of the N subjects can then be perceived by a viewer from a different viewing angle through specular reflexes.
Vorteilhafterweise werden die zweidimensionalen Strukturen in einem regelmäßigen zweidimensionalen Raster wiederholt. Ein solches Raster kann orthogonal, hexagonal oder anderweitig regelmäßig sein. Die Einzelelemente können konkav, konvex oder konvex/konkav sein. Beispielsweise bestehen die Einzelelemente aus Halbkugeln, Kugelabschnitten, Halbellipsoiden, Ellipsoidenabschnitten, Parabolabschnitten oder Strukturen mit geringen Abweichungen davon oder anderweitig gewölbten Einzelelementen. Advantageously, the two-dimensional structures are repeated in a regular two-dimensional grid. Such a grid may be orthogonal, hexagonal or otherwise regular. The individual elements can be concave, convex or convex / concave. For example, the individual elements consist of hemispheres, spherical sections, semi-ellipsoids, ellipsoidal sections, parabolic sections or structures with slight deviations therefrom or otherwise arched individual elements.
Als im Wesentlichen eindimensional werden Einzelelemente des optisch variablen Sicherheitselementes bezeichnet, deren Länge deutlich größer als deren Breite ist und deren Schnittbild senkrecht zur langen Achse entlang dieser Achse in Längsrichtung im Wesentlichen gleich ist.Substantially one-dimensionally, individual elements of the optically variable security element are designated whose length is significantly greater than their width and whose sectional image is essentially the same perpendicular to the long axis along this axis in the longitudinal direction.
Bei sich wiederholenden, im Wesentlichen eindimensionalen Einzelelementen wird jedes einzelne der K sich wiederholenden Einzelelemente als eine Motivlinie aufgefasst. Diese Motivlinie ist parallel zur eindimensionalen Struktur in M Mehrfachmotivpunkte aufgeteilt. Die wahrgenommene Helligkeit einer Teiloberfläche des Mehrfachmotivpunktes ist abhängig von Position und Lage der Lichtquelle, des Einzelelements und des Betrachters sowie des gerichteten Reflexionsgrads an der Stelle, an der der Reflex erscheint. Die Lichtquelle sollte in diesem Fall eine Mindestausdehnung haben, die der Größe des optisch variablen Sicherheitselements entspricht. Die M Mehrfachmotivpunkte werden jeweils in N Reflexionsbereiche unterteilt, wobei jeder der N Teiloberflächen der M Mehrfachmotivpunkte zu einem von M Teilmotiven eines von N Motiven korrespondiert. Der gerichtete Reflexionsgrad der N Reflexionsbereiche der M Mehrfachmotivpunkte wird entsprechend der Helligkeit des korrespondierenden Mehrfachmotivpunkts des Motivs eingestellt. Hat z. B. der korrespondierende Mehrfachmotivpunkt eine geringe Helligkeit, wird ein niedriger gerichteter Reflexionsgrad eingestellt und umgekehrt. Jedes der N Motive kann dann von einem Betrachter aus einer anderen Position durch spiegelnde Reflexe wahrgenommen werden.In repetitive, essentially one-dimensional individual elements, each of the K repeating individual elements is regarded as a motif line. This motive line is divided into M multiple motive points parallel to the one-dimensional structure. The perceived brightness of a partial surface of the multiple motif point depends on the position and location of the light source, the individual element and the observer as well as the directional reflectance at the point where the reflex appears. The light source in this case should have a minimum extension that corresponds to the size of the optically variable security element. Each of the M sub-surfaces of the M multiple-subject points corresponds to one of M sub-motives of one of N subjects. The directional reflectance of the N reflection areas of the M multiple subject points is adjusted according to the brightness of the corresponding multiple subject point of the subject. Has z. For example, if the corresponding multiple subject point has a low brightness, a lower reflectance is set and vice versa. Each of the N motifs can then be perceived by a viewer from another position through reflective reflections.
Vorteilhafterweise werden die eindimensionalen Einzelelemente in einem regelmäßigen Raster wiederholt. Die Einzelelemente können konkav, konvex oder konvex/konkav sein. Beispielsweise bestehen die Schnittbilder der Einzelelemente aus Halbkreisen, Kreisabschnitten, Ellipsenabschnitten, Parabelabschnitten oder Strukturen mit geringen Abweichungen davon oder anderweitig gewölbten Strukturen. Advantageously, the one-dimensional individual elements are repeated in a regular grid. The individual elements can be concave, convex or convex / concave. For example, the sectional images of the individual elements consist of semicircles, circular sections, elliptical sections, parabolic sections or structures with slight deviations therefrom or otherwise arched structures.
Vorteilhafterweise werden Positionen der ersten Gruppe an Teiloberflächen auf den Einzelelementoberflächen ermittelt, indem aus einer vorgegebenen ersten Betrachterposition eine Position eines ersten Reflexes einer sichtbaren gerichteten Reflexion einer Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt wird und indem um die Positionen der ersten Reflexe der gerichteten Reflexionen herum die einem ersten Motiv zugeordnete erste Gruppe an Teiloberflächen angeordnet wird.Advantageously, positions of the first group of sub-surfaces on the single-element surfaces are determined by determining from a given first observer position a position of a first reflection of visible directional reflection of a light source on each of the single-element surfaces, and surrounding the positions of the first reflections of the directed reflections first group associated with the first motif is arranged on sub-surfaces.
Bei mehreren Motiven, die aus unterschiedlichen Betrachterpositionen und vorzugsweise nur aus genau diesen Betrachterpositionen wahrgenommen werden können, wird eine von der ersten Betrachterposition abweichende weitere Betrachterposition gewählt und eine Position eines weiteren Reflexes einer weiteren gerichteten Reflexion der Lichtquelle auf jeder der Einzelelementoberflächen ermittelt, und um die Positionen der weiteren Reflexe der weiteren gerichteten Reflexion herum werden die dem weiteren Motiv zugeordneten weiteren Reflexionsbereiche angeordnet.In the case of several motifs, which can be perceived from different observer positions and preferably only from exactly these observer positions, one of the first Viewer position selected different observer position and determines a position of a further reflection of a further directed reflection of the light source on each of the individual element surfaces, and around the positions of the further reflections of the further directed reflection around the further motif associated further reflection regions are arranged.
Eine nicht-diffuses Licht aussendende Lichtquelle erzeugt Reflexe auf den Einzelelementoberflächen. Die Reflexe sind hell, wenn der Reflexionsgrad hoch ist und gering, wenn der Reflexionsgrad niedrig ist. Die Position der Reflexe auf der Einzelelementoberfläche hängt von dem Betrachterwinkel ab, mit dem der Betrachter auf das optisch variable Sicherheitselement blickt bei einer vorgegebenen Lage des Sicherheitselementes und einer relativ zum Sicherheitselement vorgegebenen Anordnung der Lichtquelle. Je nach Betrachterwinkel wandern die Reflexe auf den Einzelelementoberflächen entlang. Die einem Reflexionsmotiv zugeordnete Gruppe an Teiloberflächen wird grundsätzlich so gewählt, dass weitere Reflexe, die einem weiteren Reflexionsmotiv zugeordnet sind, nicht aus der ersten Betrachterposition wahrgenommen werden können und umgekehrt erste Reflexe, die dem ersten Reflexionsmotiv zugeordnet sind, nicht aus einer weiteren Betrachterposition wahrgenommen werden können. A non-diffused light emitting light source generates reflections on the individual element surfaces. The reflections are bright when the reflectance is high and low when the reflectance is low. The position of the reflections on the single element surface depends on the observer angle with which the viewer looks at the optically variable security element at a predetermined position of the security element and a predetermined relative to the security element arrangement of the light source. Depending on the viewing angle, the reflections travel along the individual element surfaces. The group of partial surfaces assigned to a reflection motif is fundamentally chosen such that further reflections associated with a further reflection motif can not be perceived from the first viewer position and, conversely, first reflections associated with the first reflection motif can not be perceived from a further viewer position can.
Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Reflexionsbereiche und die weiteren Reflexionsbereiche einfallendes Licht gerichtet reflektieren.Furthermore, it is preferably provided that the reflection regions and the further reflection regions reflect incident light in a directed manner.
Günstigerweise ist die Profilschicht derart ausgebildet, dass die ersten und die weiteren Reflexionsbereiche bei nicht-diffusem Lichteinfall aus der weiteren Betrachterposition bzw. der ersten Betrachterposition nicht zu erkennen sind und bei diffusem Lichteinfall sowohl das erste als auch das weitere Reflexionsmotiv sowohl aus der ersten als auch aus der weiteren Betrachterposition zu erkennen sind.Conveniently, the profile layer is formed such that the first and the further reflection areas in non-diffuse light incidence from the other observer position or the first observer position are not visible and diffuse light incidence both the first and the further reflection motif both from the first and can be seen from the other observer position.
Die ersten und die weiteren Reflexionsbereiche sind günstigerweise so angeordnet, dass sie sich gegenseitig nicht abschatten, also gemeinsam im Blickbereich des Betrachters in vorzugsweise jeder der Betrachterpositionen liegen. Reflexe sind jedoch bei gerichteter Reflexion für den Betrachter nur dann zur erkennen, wenn er sich in der ersten oder in der weiteren Betrachterposition befindet. The first and the further reflection areas are favorably arranged so that they do not shade each other, ie lie together in the viewing area of the viewer in preferably each of the observer positions. Reflections, however, are only recognizable to the viewer in directed reflection when it is in the first or in the further observer position.
Gegenüber bekannten Reliefs kann die erfindungsgemäße Reliefschicht sehr geringe Reliefhöhen aufweisen, um den gewünschten Wechseleffekt oder Kippeffekt zu erzielen. Günstigerweise liegen die Ausdehnungen der Einzelelemente in einer Größenordnung unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges, das bei 80 µm liegt. Compared with known reliefs, the relief layer according to the invention can have very low relief heights in order to achieve the desired alternating effect or tilting effect. Conveniently, the dimensions of the individual elements are on the order of less than the resolution of the eye, which is 80 μm.
Gefertigt wurden bereits Einzelelemente mit einem Durchmesser von 40 µm, die sich bei einer kugelabschnittförmigen Gestalt der Einzelelemente in einer Höhe von 2,5 µm bis 3 µm über eine Ebene des Sicherheitselementes erheben. Bei einer derart geringen Höhe eines Kugelabschnitts kann, abgesehen von extremen Blickwinkeln von 0° über der Ebene des Sicherheitselementes, beinahe die gesamte Einzelelementoberfläche gesehen werden.Individual elements having a diameter of 40 μm have already been produced, which rise at a height of 2.5 μm to 3 μm over a plane of the security element in the case of a spherical-segment-shaped shape of the individual elements. With such a small height of a spherical section, apart from extreme angles of view of 0 ° above the plane of the security element, almost the entire single element surface can be seen.
Eine Informationsschicht wird günstigerweise auf die Reliefschicht aufgebracht, indem nur die Reflexionsbereiche mit hohem Reflexionsgrad mit einem metallhaltigen Lack bedruckt werden. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reliefschicht zunächst vollständig metallisiert und danach die Informationsschicht ausgebildet, indem Reflexionsbereiche mit niedrigem Reflexionsgrad entmetallisiert werden. Die Entmetallisierung kann vorzugsweise mit einem Laserlithographen erfolgen. Verwendete Laserlithographen werden fokussiert auf die metallisierte Schicht gebündelt. In praktischen Ausführungsformen weist ein Durchmesser des fokussierten Laserstrahls etwa 8 µm auf, so dass auf Einzelelemente mit einem Durchmesser von etwa 40 µm fünf verschiedene Teilmotive aufgebracht werden können. An information layer is desirably applied to the relief layer by printing only the reflective areas of high reflectance with a metal-containing resist. In another embodiment of the method according to the invention, the relief layer is first metallized completely and then the information layer is formed by demetallizing reflection regions with a low degree of reflection. The demetallization can preferably be carried out with a laser lithograph. Used laser lithographs are focused focused on the metallized layer. In practical embodiments, a diameter of the focused laser beam about 8 .mu.m, so that five different sub-motives can be applied to individual elements with a diameter of about 40 microns.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reliefschicht mit einem Releaselack in Reflexionsbereichen mit geringem Reflexionsgrad beschichtet, die Reliefschicht dann vollständig verspiegelt, und der Releaselack wird anschließend ausgewaschen. Alternativ dazu kann die Reliefschicht mit einem Haftvermittlungslack in den Reflexionsbereichen mit hohem Reflexionsgrad beschichtet werden, die Reliefschicht dann vollständig verspiegelt werden und die Verspiegelung der Reliefschicht in den Reflexionsbereichen ohne Haftvermittlungslack ausgewaschen werden.In another embodiment of the method according to the invention, the relief layer is coated with a release lacquer in reflection regions with a low degree of reflection, the relief layer is then completely mirrored, and the release lacquer is subsequently washed out. Alternatively, the relief layer can be coated with an adhesion-promoting lacquer in the areas of reflection having a high degree of reflection, the relief layer then being completely mirrored, and the mirroring of the relief layer in the reflection areas being washed out without an adhesion-promoting lacquer.
Erfindungsgemäß sind zwischen den Einzelelementen planare Bereiche vorgesehen. Diese planaren Bereiche können zusammenhängend oder nicht zusammenhängend sein. Die planaren Bereiche enthalten eine Beugungsgitterstruktur. Die Beugungsgitterstruktur kann Beugungsgitter einer ersten Gruppe an Beugungsgittern und Beugungsgitter mehrerer Gruppen an Beugungsgittern aufweisen. Eine Gruppe an Beugungsgittern wird durch denselben Beugungsgittertyp definiert, so dass sie die gleichen Beugungseigenschaften aufweisen, also insbesondere die gleiche Gitterkonstante bzw. die gleichen Gitterkonstanten aufweisen. Bei dem Beugungsgitter kann es sich um ein Liniengitter oder um ein Rastergitter handeln. According to the invention planar areas are provided between the individual elements. These planar regions may be contiguous or non-contiguous. The planar areas contain a diffraction grating structure. The diffraction grating structure may include diffraction gratings of a first group of diffraction gratings and diffraction gratings of plural groups of diffraction gratings. A group of diffraction gratings is defined by the same diffraction grating type, so that they have the same diffraction properties, ie in particular have the same lattice constant or the same lattice constants. The diffraction grating may be a line grid or a grid.
Es kann eine Gruppe oder es können mehrere Gruppen von Beugungsgittern vorgesehen sein, wobei sich jede Gruppe von Beugungsgittern dadurch auszeichnet, dass sie Beugungsgitter desselben Beugungsgittertyps aufweist.It may be one group or several groups of diffraction gratings, each group of diffraction gratings characterized in that it has diffraction gratings of the same diffraction grating type.
Die Beugungsgitter einer Gruppe können ein zusammenhängendes oder mehrere Teilbeugungsgitter ausbilden. Jede Gruppe der Teilbeugungsgitter kodiert jeweils ein Beugungsmotiv. The diffraction gratings of a group can form a continuous or multiple diffraction grating. Each group of partial diffraction gratings encodes a diffraction motif.
Sowohl die Beugungsmotive als auch die Reflexionsmotive sind mit bloßem Auge sichtbar. Das optisch variable Sicherheitselement wird sowohl hinsichtlich der Beugungsgitterstruktur als auch hinsichtlich der Einzelelemente mit derselben gerichteten Beleuchtungsquelle beleuchtet und aus demselben Betrachtungswinkel mit bloßem Auge betrachtet. Both the diffraction motifs and the reflection motifs are visible to the naked eye. The optically variable security element is illuminated both with respect to the diffraction grating structure and with respect to the individual elements with the same directional illumination source and viewed from the same viewing angle with the naked eye.
Erfindungsgemäß sind die Geometrie und die Anordnung der Einzelelemente sowie die Geometrie und Anordnung der Beugungsgitter so aufeinander abgestimmt, dass die betrachtungswinkelabhängigen Reflexionsmotive und die betrachtungswinkelabhängigen Beugungsmotive betrachtungswinkelabhängige Gesamtmotive erzeugen, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Durch die Verkämmung der Einzelelemente und des Beugungsgitters oder der Beugungsgitter sind die Reflexionsmotive und die Beugungsmotive entlang der gleichen optisch wirksamen Fläche des optisch variablen Sicherheitselementes erkennbar. Sie können direkt nebeneinander angeordnet sein, sich abwechseln und ergänzen. According to the geometry and the arrangement of the individual elements and the geometry and arrangement of the diffraction gratings are coordinated so that the viewing angle-dependent reflection motifs and the viewing angle-dependent diffraction motions generate viewing angle-dependent overall motifs that are visible to the naked eye. By concealing the individual elements and the diffraction grating or the diffraction grating, the reflection motifs and the diffraction motifs can be seen along the same optically active surface of the optically variable security element. They can be arranged directly next to each other, alternating and complementing each other.
Der Begriff des Gesamtmotivs ist hier breit zu verstehen. Zum einen sind darunter Gesamtmotive zu verstehen, die im selben Betrachtungswinkel wenigstens ein Beugungsmotiv und wenigstens ein Reflexionsmotiv umfassen. Wenn der Betrachter aus einem Betrachtungswinkel auf das optisch variable Sicherheitselement sieht, nimmt er gleichzeitig sowohl ein Beugungs- als auch ein Reflexionsmotiv wahr. Dabei sind unterschiedliche Ausprägungen des gleichzeitigen Zusammenwirkens denkbar. Das Beugungs- und das Reflexionsmotiv können nebeneinander angeordnet sein und dabei jeweils für sich lesbare Motive bilden; beispielsweise kann sowohl das Beugungs- als auch das Reflexionsmotiv jeweils einen Buchstaben oder eine Buchstabenabfolge, eine Zahl oder eine Zahlenfolge oder Mischungen aus beiden o. Ä. ausbilden, und das Gesamtmotiv ist ein Wort, ein Sicherheitscode o. Ä., das bzw. der sich aus den einzelnen Buchstaben, Buchstabenabfolgen, Zahlen oder den Zahlenfolgen beider Motivarten zusammensetzt.The concept of the overall motive is to be understood broadly here. On the one hand, these are to be understood as overall motifs which comprise at least one diffraction motif and at least one reflection motif in the same viewing angle. When the viewer sees from a viewing angle on the optically variable security element, he perceives both a diffraction and a reflection motif simultaneously. Different forms of simultaneous interaction are conceivable. The diffraction and the reflection motif can be arranged side by side and thereby form each readable motifs; For example, both the diffraction and the reflection motif each have a letter or a sequence of letters, a number or a sequence of numbers or mixtures of both o. Ä. and the overall motif is a word, a security code, or the like, made up of the individual letters, letter sequences, numbers, or the sequences of numbers of both types of motifs.
Eine andere Variante wäre, dass bereits der einzelne Buchstabe, die einzelne Zahl selbst teilweise aus einem Beugungsmotiv und teilweise aus einem Reflexionsmotiv besteht. Dabei bilden die Reflexionsmotive und Beugungsmotive jeweils keine für sich lesbaren Motive aus. Das Gesamtmotiv wird erst bei gleichzeitigem Zusammenwirken der beiden Motivarten lesbar.Another variant would be that even the single letter, the single number itself consists partly of a diffractive motive and partly of a reflection motif. The reflection motifs and diffraction motifs do not form any self-explanatory motifs. The overall motif becomes readable only when the two motifs interact simultaneously.
Der Begriff des Gesamtmotivs umfasst aber auch eine Folge oder Sequenz von Beugungs- und Reflexionsmotiven. Die Folge ergibt sich dabei durch Veränderung des Betrachtungswinkels, beispielsweise durch Kippen des optisch variablen Sicherheitselementes. Durch die zeitliche Dauer des Kippens entsteht eine zeitliche Folge aufeinanderfolgender Motive. Je nach Betrachtungswinkel wird ein anderes Motiv, entweder Beugungs- oder Reflexionsmotiv, sichtbar, oder es wird eine der oben beschriebenen Motivkombinationen bei gleichem Betrachtungswinkel sichtbar. Dem Betrachter stellt sich dabei als Gesamtmotiv eine Folge von Motiven dar. In einem ersten Betrachtungswinkel ist ein erstes Motiv, in einem zweiten Betrachtungswinkel ein zweites Motiv usw. für den Betrachter zu sehen. Das erste Motiv kann ein Reflexionsmotiv und das zweite Motiv ein Beugungsmotiv sein. Es sind beinahe beliebige Folgen denkbar. Es ist auch denkbar, dass innerhalb der Folge in einem Betrachtungswinkel sowohl ein Beugungs- als auch ein Reflexionsmotiv angeordnet sind.The concept of the overall motif also includes a sequence or sequence of diffraction and reflection motifs. The result is obtained by changing the viewing angle, for example by tilting the optically variable security element. The temporal duration of tilting creates a temporal sequence of successive motifs. Depending on the viewing angle, another subject, either a diffractive or a reflection motif, will be visible, or one of the combinations of motifs described above will be visible at the same viewing angle. The viewer is presented as a total motive a sequence of motifs. In a first viewing angle is a first subject to see in a second viewing angle, a second motif, etc. for the viewer. The first motif may be a reflection motif and the second motif may be a diffractive motif. There are almost any consequences conceivable. It is also conceivable that both a diffraction and a reflection motif are arranged within the sequence in a viewing angle.
Unter einem Gesamtmotiv ist daher sowohl ein statisches Gesamtmotiv, das zuerst beschrieben wurde, als auch ein dynamisches Gesamtmotiv in Form einer Folge zu verstehen, wie es danach beschrieben wurde. An overall motif is therefore to be understood as meaning both a static overall motif which was described first and a dynamic overall motif in the form of a sequence, as described below.
Die Beugungsgitterstruktur ist zwischen den einzelnen Elementen in planaren Bereichen vorgesehen. Von besonderem Vorteil ist es, dass die planaren und gekrümmten Bereiche abwechselnd vorgesehen sind und so miteinander verkämmt sind. Vorteilhafterweise enthält die Beugungsgitterstruktur Gruppen von Beugungsgittern mit in den Gruppen gleichen, aber untereinander unterschiedlichen Beugungseigenschaften; das sind hier die Beugungswinkel der Beugungsgitter und die einzelnen Beugungswinkel. Diese sind bestimmt durch die Gitterkonstante der Beugungsgitter. The diffraction grating structure is provided between the individual elements in planar areas. It is particularly advantageous that the planar and curved areas are provided alternately and are thus interlocked with each other. Advantageously, the diffraction grating structure contains groups of diffraction gratings with the diffraction properties which are the same in the groups but different from each other; these are the diffraction angles of the diffraction gratings and the individual diffraction angles. These are determined by the lattice constant of the diffraction gratings.
Die Beugungseigenschaften hängen von der Mikrostruktur eines Beugungsgitters ab, welche eine Rechteckstruktur, eine Sägezahnstruktur oder eine Sinusstruktur sein kann. Sie hängen davon ab, ob es sich um Phasen- oder Amplitudengitter oder eine Mischform davon handelt. Sie hängen davon ab, ob es sich um Liniengitter oder um Kreuzgitter handelt. Bei den Beugungsgittern kann es sich auch um geblazte Gitter handeln, die im Wesentlichen genau eine Beugungsordnung aufweisen. Wichtig für die Beugungseigenschaften ist vor allem die Gitterkonstante, d. h. die Wiederholrate der beugenden Mikrostrukturen. Die Gitterkonstante bestimmt wesentlich die Winkel, unter denen Beugungsordnungen auftreten.The diffraction characteristics depend on the microstructure of a diffraction grating, which may be a rectangular structure, a sawtooth structure or a sinusoidal structure. They depend on whether they are phase or amplitude gratings or a mixed form of them. They depend on whether they are line grids or cross gratings. The diffraction gratings may also be blazed gratings which have substantially exactly one diffraction order. Important for the diffraction properties is especially the lattice constant, d. H. the repetition rate of diffractive microstructures. The lattice constant essentially determines the angles at which diffraction orders occur.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthalten die planaren Bereiche Gruppen von Beugungsgittern der gleichen Beugungseigenschaft. In diesem Fall bildet jede der Gruppe an Beugungsgittern der planaren Bereiche ein Beugungsmotiv aus, das in den Beugungswinkeln und somit betrachtungswinkelabhängig sichtbar ist. Die Bereiche mit Beugungsgittern entsprechen dabei dem Motiv, d. h. dort, wo das Motiv helle Bereiche aufweist, befinden sich Beugungsgitter der zugehörigen Gruppe und dort, wo das Bild dunkle Bereiche aufweist, befinden sich keine Beugungsgitter. Dort, wo das Bild mittlere Helligkeit besitzt, kann durch ein Rasterungsverfahren, wie es aus der Drucktechnik bekannt ist, das Bild in helle und dunkle Bereiche unterteilt werden. Ein Bild, das aus Beugungsgittern zusammengesetzt ist, wird im Weiteren Beugungsbild genannt. In a preferred embodiment, the planar areas contain groups of diffraction gratings of the same diffraction property. In this case, each of the group of diffraction gratings of the planar regions forms a diffraction motif that is visible in the diffraction angles and thus viewing angle dependent. The areas with diffraction gratings correspond to the motif, ie where the subject has bright areas, there are diffraction gratings of the associated group and where the image has dark areas, there are no diffraction gratings. Where the image has medium brightness, the image can be divided into light and dark areas by a halftoning process, as is known in the art of printing. An image composed of diffraction gratings will be called a diffraction image hereinafter.
Bekanntermaßen bewirken Beugungsgitter eine Farbaufspaltung von weißem Licht, da der Beugungswinkel abhängig vom Verhältnis der Wellenlänge des Lichts zur Gitterkonstanten ist. Dadurch erscheinen Beugungsbilder bei Beleuchtung mit weißem Licht in Regenbogenfarben, sie schillern. Die wahrgenommene Farbe hängt dabei insbesondere vom Beleuchtungs- bzw. Betrachtungswinkel ab. Wird der Betrachtungswinkel im Vergleich zur Flächennormalen vergrößert, nimmt man das Beugungsbild zunächst in Blau wahr, dann in Grün, dann in Orange/Gelb und zuletzt in Rot.As is known, diffraction gratings cause a color splitting of white light, since the diffraction angle is dependent on the ratio of the wavelength of the light to the lattice constant. As a result, diffraction patterns appear when illuminated with white light in rainbow colors, they shimmer. The perceived color depends in particular on the illumination or viewing angle. If the viewing angle is increased in comparison to the surface normal, the diffraction pattern is first perceived in blue, then in green, then in orange / yellow and finally in red.
An den Stellen, an denen sich die Einzelelemente der Reliefstruktur befinden, sind keine Beugungsgitter vorgesehen, und somit sind an diesen Stellen keine Beugungsmotive vorhanden. Es hat sich herausgestellt, dass die Beugungsmotive dennoch für einen Betrachter sehr gut erkennbar sind, insbesondere wenn die Größe der Einzelelemente der Struktur zumindest in einer Dimension nahe oder vorzugsweise unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges ist.In the places where the individual elements of the relief structure are located, no diffraction gratings are provided, and thus there are no diffraction patterns at these locations. It has been found, however, that the diffraction motifs are nevertheless very clearly recognizable to a viewer, in particular if the size of the individual elements of the structure is close to or at least in one dimension, or preferably below the resolution limit of the human eye.
In einer weiteren Ausgestaltung enthalten die planaren Bereiche N Gruppen mit Beugungsgittern mit N verschiedenen Beugungseigenschaften. In diesem Fall bilden jeweils den Gruppen zugeordnete Unterbereiche der planaren Bereiche mit gleicher Beugungseigenschaft ein Beugungsmotiv aus, das in den jeweiligen Beugungswinkeln und somit betrachtungswinkelabhängig sichtbar ist, wodurch sich die Gesamtheit von N Beugungsbildern ergibt. Diese N Beugungsmotive wiederum sind untereinander verkämmt oder überlagert in den planaren Bereichen enthalten.In a further embodiment, the planar regions N include groups with diffraction gratings with N different diffraction properties. In this case, subareas of the planar regions having the same diffraction property assigned to the groups form a diffraction motif which is visible in the respective diffraction angles and thus viewing angle-dependent, resulting in the totality of N diffraction images. In turn, these N diffraction motifs are interlaced or superposed in the planar areas.
Vorzugsweise weist wenigstens eines der Gesamtmotive in einem Betrachtungswinkel nebeneinander angeordnet ein vollständiges Reflexionsmotiv und ein vollständiges Beugungsmotiv auf. Bei diesem Gesamtmotiv können in dem Betrachtungswinkel gleichzeitig ein vollständiges Reflexionsmotiv, beispielsweise ein Firmenlogo, eine Zahl, ein Buchstabe, ein Wort, und ein vollständiges Beugungsmotiv, ebenfalls ein Firmenlogo, eine Zahl, ein Buchstabe, ein Wort, erkannt werden. Preferably, at least one of the overall motifs arranged next to one another at a viewing angle has a complete reflection motif and a complete diffraction motif. In this overall motif, a complete reflection motif, for example a company logo, a number, a letter, a word, and a complete diffraction motif, likewise a company logo, a number, a letter, a word, can be recognized simultaneously in the viewing angle.
Die Aufgabe wird in ihrem anderen Aspekt durch ein Herstellungsverfahren eines der oben beschriebenen optisch variablen Sicherheitselemente gelöst.The object is achieved in its other aspect by a manufacturing method of one of the above-described optically variable security elements.
Erfindungsgemäß wird zunächst ein Master mit einem Negativ einer Reliefschicht mit einer Vielzahl an baugleichen Einzelelementen und mit wenigstens einem planaren Bereich zwischen den Einzelelementen hergestellt. Dabei wird in den Master die Struktur, das Höhenprofil der Reliefschicht, negativ eingeformt. Dies kann z. B. durch Lithographietechniken oder durch spanende Diamantbearbeitung geschehen. Anschließend wird die Reliefschicht von dem Master in ein Trägersubstrat abgeprägt, z. B. durch ein Heißprägeverfahren oder durch ein UV-Prägeverfahren. Bevorzugt handelt es sich um ein rotatives Prägeverfahren. Danach wird das Trägersubstrat mit der abgeprägten Reliefschicht mit einer Metallschicht überzogen. Die unterschiedlichen Reflexionsgrade von Teiloberflächen von Einzelelementoberflächen und Teilbereichen mit Beugungsgittern werden in einem Laserlithographieverfahren durch Bearbeitung der Metallschicht des Trägersubstrats hergestellt. Teilbereiche mit niedrigem Reflexionsgrad werden entmetallisiert.According to the invention, first a master is produced with a negative of a relief layer having a multiplicity of identically constructed individual elements and with at least one planar region between the individual elements. The structure, the height profile of the relief layer, is formed negatively in the master. This can be z. B. done by lithographic techniques or by machining diamond machining. Subsequently, the relief layer is embossed by the master into a carrier substrate, for. B. by a hot stamping process or by a UV embossing process. It is preferably a rotary embossing process. Thereafter, the carrier substrate is coated with the embossed relief layer with a metal layer. The different reflectivities of sub-surfaces of single-element surfaces and partial regions with diffraction gratings are produced in a laser lithography method by processing the metal layer of the carrier substrate. Parts with low reflectance are demetallised.
Vorzugsweise werden die Teilbereiche mit Beugungsgittern erzeugt, indem Zwischenflächen zwischen Gittern des Beugungsgitters entmetallisiert werden. Das Beugungsgitter weist eine Gitter- oder Linienstruktur mit in einer Richtung gleicher Gitterkonstanten auf. Das sind Erhebungen oder Absenkungen in der Trägerschicht. Die Gitter selbst verbleiben metallisiert, so dass sie das einfallende Licht beugen können, aber die Zwischenflächen zwischen den Gittern werden entmetallisiert. Der Laserlithographieprozess muss exakt zu den geprägten Strukturen ausgerichtet sein, um die gewünschten Effekte zu erhalten. Die Laserlithographie ist besonders vorteilhaft, wenn eine Serie von Sicherheitselementen hergestellt wird, bei der jedes einzelne Sicherheitselement individualisiert bzw. serialisiert ist, d. h. z. B. eine eigene Seriennummer trägt, die optisch variabel dargestellt ist.Preferably, the partial regions are produced with diffraction gratings by demetallizing intermediate surfaces between grids of the diffraction grating. The diffraction grating has a grid or line structure with equal lattice constants in one direction. These are elevations or subsidence in the carrier layer. The grids themselves remain metallized so that they can diffract the incident light, but the interfaces between the grids are demetallised. The laser lithography process must be aligned exactly with the embossed structures to obtain the desired effects. Laser lithography is particularly advantageous when producing a series of security elements in which each individual security element is individualized or serialized, i. H. z. B. carries its own serial number, which is shown optically variable.
In einem besonders bevorzugten Herstellungsverfahren enthält schon der Master in den planaren Bereichen zwischen den Einzelelementen Beugungsgitter, die in dem Prägeverfahren in das Material mitübertragen werden. In diesem Fall werden die Unterbereiche mit Beugungsgittern erzeugt durch Überdecken, Zerstören oder Demetallisieren der vorgeprägten Beugungsgitter an den Stellen, an denen kein Beugungsgitter vorgesehen ist. In a particularly preferred production process, the master already contains diffraction gratings in the planar regions between the individual elements, which are also transferred into the material in the embossing process. In this case, the subregions are provided with diffraction gratings by covering, destroying or demetallizing the pre-embossed diffraction gratings at the locations where no diffraction grating is provided.
In einem besonders bevorzugten Herstellungsverfahren wird ein Prägezylinder durch Diamantdrehen eines Rohzylinders direkt hergestellt. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Strukturen im Wesentlichen eindimensional sind. Die Geometrie der Einzelelemente der Reliefstruktur ist in diesem Fall bevorzugt von dem Diamantwerkzeug vorgegeben. Auch die Beugungsgitter in den planaren Bereichen können durch Diamantdrehen eines Rohzylinders direkt hergestellt werden, indem z. B. die Gitterlinien mit einem Diamantwerkzeug direkt eingedreht werden. In diesem Fall sind die Gitterlinien und die Einzelelemente parallel zueinander angeordnet.In a particularly preferred manufacturing process, an embossing cylinder is produced directly by diamond turning a raw cylinder. In this case, it is particularly preferred that the structures are essentially one-dimensional. The geometry of the individual elements of the relief structure is in this case preferably predetermined by the diamond tool. Also, the diffraction gratings in the planar areas can be made directly by turning a raw cylinder diamond by z. B. the grid lines are screwed directly with a diamond tool. In this case, the grid lines and the individual elements are arranged parallel to each other.
Die Entmetallisierung kann vorzugsweise mit einem Laserlithographen erfolgen. Verwendete Laserlithographen werden fokussiert auf die metallisierte Schicht gebündelt. In praktischen Ausführungsformen weist ein Durchmesser des fokussierten Laserstrahls etwa 1 µm bis 20 µm auf, so dass auf Einzelelemente mit einem Durchmesser von etwa 40 µm bis zu vierzig verschiedene Teilmotive aufgebracht werden können. The demetallization can preferably be carried out with a laser lithograph. Used laser lithographs are focused focused on the metallized layer. In practical embodiments, a diameter of the focused laser beam about 1 micron to 20 microns, so that up to forty different sub-motives can be applied to individual elements with a diameter of about 40 microns.
Gegenüber bekannten Reliefs kann die erfindungsgemäße Reliefschicht mit ihren Einzelelementen sehr geringe Reliefhöhen aufweisen, um den gewünschten Wechseleffekt oder Kippeffekt zu erzielen. Günstigerweise liegen die Ausdehnungen der Einzelelemente in einer Größenordnung unterhalb des Auflösungsvermögens des Auges, das bei etwa 80 µm liegt. Compared with known reliefs, the relief layer according to the invention with its individual elements can have very low relief heights in order to achieve the desired alternating effect or tilting effect. Conveniently, the dimensions of the individual elements are on the order of less than the resolution of the eye, which is about 80 μm.
Gefertigt wurden bereits Einzelelemente mit einem Durchmesser von 40 µm, die sich bei einer kugelabschnittförmigen Gestalt der Einzelelemente in einer Höhe von 2,5 µm bis 3 µm über eine Ebene des optisch variablen Sicherheitselementes erheben. Bei einer derart geringen Höhe eines Kugelabschnitts kann, abgesehen von extremen Blickwinkeln von 0° über der Ebene des optisch variablen Sicherheitselementes, beinahe die gesamte Einzelelementoberfläche gesehen werden.Individual elements with a diameter of 40 μm have already been produced, which rise at a height of 2.5 μm to 3 μm over a plane of the optically variable security element in the case of a spherical-segment-shaped shape of the individual elements. With such a small height of a spherical section, apart from extreme angles of view of 0 ° above the plane of the optically variable security element, almost the entire single element surface can be seen.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in 14 Figuren dargestellt. Dabei zeigen:The invention will be illustrated with reference to some embodiments in FIGS. Showing:
In der
An Teiloberflächen der Einzelelementoberflächen
In den planaren Bereichen
Das zweite Bild der zweiten Reihe zeigt, wie die Einzeloberflächen
Erfindungsgemäß ist nunmehr zusätzlich in dem Teilbereich
Die dritte Zeile der
Die schematischen Darstellungen der
Die erste Gruppe von Teilbereichen
In den
In
Da es sich in diesem Beispiel um ein symmetrisches, nicht geblaztes Beugungsgitter handelt, ist das Beugungsmotiv B unter mindestens zwei Betrachtungswinkeln sichtbar, die um den Betrachtungswinkel 0 herum symmetrisch angeordnet sind. Zu beachten ist, dass diese Symmetrie bei der Reflexionsmotivabfolge nicht gegeben ist. Hierbei stehen die Ziffern 1-2-3-4-5 und der Buchstabe B jeweils für beliebige Inhalte der Motive. Bei den Inhalten kann es sich um Logos, Texte, Seriennummern, Symbole, Fotos usw. handeln. Insbesondere kann es sich bei der Bildabfolge 1-2-3-4-5 um eine Animation handeln, z. B. eine Bewegungs- oder Zoomanimation. In dem Betrachtungswinkel außerhalb des Betrachtungswinkelbereichs der Reflexionsmotivabfolge können auch noch weitere Beugungsmotive vorhanden sein.Since, in this example, it is a symmetrical, non-blazed diffraction grating, the diffraction motif B is visible under at least two viewing angles that are symmetrical about the viewing angle.. It should be noted that this symmetry is not present in the reflection motif sequence. The numbers 1-2-3-4-5 and the letter B stand for any content of the motifs. The contents may be logos, texts, serial numbers, symbols, photos, etc. In particular, the image sequence 1-2-3-4-5 may be an animation, e.g. B. a motion or zoom animation. In the viewing angle outside the viewing angle range of the reflection motif sequence, other diffraction motifs may also be present.
In
In
In der Ausführungsform gemäß
In
In
Auf der linken Seite wird ein einfallender Lichtstrahl an einem Beugungsgitter in dem planaren Bereich
Auf der rechten Seite wird ein einfallender Lichtstrahl entsprechend dem Reflexionsgesetz „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel" reflektiert, unabhängig vom Brechungsindex n der Lackschicht
Erfindungsgemäß wird bei der Erzeugung des optisch variablen Sicherheitselements
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- optisch variables Sicherheitselement optically variable security element
- 22
- Einzelelement Single element
- 33
- planarer Bereich planar area
- 44
- Licht light
- 66
- Einzelelementoberfläche Single element surface
- 3131
- Teilbereich subregion
- 3232
- Teilbereich subregion
- 6161
- Teiloberfläche part surface
- 6262
- Teiloberfläche part surface
- BB
- Breite Einzelelement Wide single element
- LL
- Länge Einzelelement Length single element
- 100100
- Trägerfolie support film
- 101101
- Lackschicht paint layer
- 102102
- Reliefschicht relief layer
- 103103
- kontrastgebende Schicht contrasting layer
- nn
- Brechungsindex refractive index
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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