EP1492679A2 - Security element comprising micro- and macrostructures - Google Patents

Security element comprising micro- and macrostructures

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EP1492679A2
EP1492679A2 EP03714917A EP03714917A EP1492679A2 EP 1492679 A2 EP1492679 A2 EP 1492679A2 EP 03714917 A EP03714917 A EP 03714917A EP 03714917 A EP03714917 A EP 03714917A EP 1492679 A2 EP1492679 A2 EP 1492679A2
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EP
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diffraction
security
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relief profile
overlay
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EP03714917A
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René Staub
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
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OVD Kinegram AG
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    • B42D25/00Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328Diffraction gratings; Holograms

Abstract

The invention relates to a difficult-to-copy security element (2) that comprises a composite structure (1) with microscopically fine, optically effective structures (9) of a pattern that are embedded between two layers (5; 6) of the composite structure (1). In a plane defined by coordinate axes x and y of the pattern, in a boundary layer (8) between the layers (5; 6), the optically effective structures (9) are molded into subareas of a holographically not copiable security feature. In at least one subarea, the optically effective structure (9) is a diffractive structure (S, S*, S**) produced by additive overlay of a macroscopic overlay function (M) with a microscopically fine relief profile (R). Both the relief profile (R), the overlay function (M) and the diffractive structure (S, S*, S**) are functions of the coordinates x and y. The relief profile (R) is a light-diffractive or light-scattering optically effective structure (9) and maintains, following the overlay function (M), the predetermined profile height. The overlay function (M) is at least partially continuous and no periodic delta function or boxcar function. As compared to the relief profile (R), the overlay function (M) progresses slowly. When the composite structure (1) is tilted and turned, the observer perceives in the highlighted subareas bright, continuously moving stripes that depend on the direction of observation.

Description

Sicherheitselement mit Mikro- und Makrostrukturen Security element with micro and macro structures
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitselement gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a security element according to the preamble of claim 1.
Solche Sicherheitselemente bestehen aus einem dünnen Schichtverbund aus Kunststoff, wobei in den Schichtverbund wenigstens Reliefstrukturen aus der Gruppe Beugungsstrukturen, Licht streuende Strukturen und ebene Spiegelflächen eingebettet sind. Die aus dem dünnen Schichtverbund geschnittenen Sicherheitselemente werden auf Gegenstände geklebt zum Beglaubigen der Echtheit der Gegenstände.Such security elements consist of a thin layer composite made of plastic, at least relief structures from the group of diffraction structures, light-scattering structures and flat mirror surfaces being embedded in the layer composite. The security elements cut from the thin layer composite are glued to objects to authenticate the authenticity of the objects.
Der Aufbau des dünnen Schichtverbunds und die dazu verwendbaren Materialien sind beispielsweise in der US 4,856,857 beschrieben. Aus der GBThe structure of the thin layer composite and the materials that can be used for this purpose are described, for example, in US Pat. No. 4,856,857. From the GB
2 129 739 A ist zudem bekannt, den dünnen Schichtverbund mit Hilfe einer Trägerfolie auf den Gegenstand aufzubringen.2 129 739 A is also known to apply the thin layer composite to the object with the aid of a carrier film.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 429 782 B1 bekannt. Das auf ein Dokument aufgeklebte Sicherheitselement weist ein z.B. aus der EP 0 105 099 A1 bekanntes, optisch variables Flächenmuster aus mosaikartig angeordneten Flächenteilen mit bekannten Beugungsstrukturen auf. Damit ein gefälschtes Dokument zum Vortäuschen einer scheinbaren Echtheit nicht ohne deutliche Spuren mit einem nachgemachten, aus einem echten Dokument ausgeschnittenen oder von einem echten Dokument abgelösten Sicherheitselement versehen werden kann, werden in das Sicherheitselement und in angrenzende Teile des Dokuments Sicherheitsprofile eingeprägt. Das echte Dokument unterscheidet sich durch die sich nahtlos vom Sicherheitselement in angrenzende Teile des Dokuments erstreckenden Sicherheitsprofile. Das Einprägen der Sicherheitsprofile stört das Erkennen des optisch variablen Flächenmusters. Insbesondere variiert die Position des Prägestempels auf dem Sicherheitselement von Exemplar zu Exemplar des Dokuments.An arrangement of the type mentioned at the outset is known from EP 0 429 782 B1. The security element glued onto a document has an optically variable surface pattern, known for example from EP 0 105 099 A1, made up of surface parts arranged in a mosaic manner with known diffraction structures. Security profiles are embossed in the security element and in adjacent parts of the document so that a counterfeit document to pretend an apparent authenticity cannot be provided with a counterfeit security element that has been cut out of a real document or detached from a real document without clear traces. The real document differs in that the security profiles extend seamlessly from the security element into adjacent parts of the document. Imprinting the Security profiles interfere with the recognition of the optically variable surface pattern. In particular, the position of the stamp on the security element varies from copy to copy of the document.
Es ist auch bekannt, die Sicherheitselemente mit Merkmalen auszurüsten, die ein Nachmachen bzw. ein Kopieren mit üblichen holographischen Mitteln erschweren oder gar unmöglich machen. Beispielsweise sind in der EP 0 360 969 A1 und WO 99/38038 Anordnungen von asymmetrischen optischen Gittern beschrieben. Die Flächenelemente weisen dort Gitter auf, die, unter verschiedenen Azimutwinkeln eingesetzt, ein in der Helligkeit moduliertes Muster im Flächenmuster des Sicherheitselements bilden. In einer holographischen Kopie wird das in der Helligkeit modulierte Muster nicht wiedergegeben. Sind, wie in der WO 98/26373 beschrieben, die Strukturen der Gitter kleiner als die Wellenlänge des zum Kopieren eingesetzten Lichts, werden solche submikroskopische Strukturen nicht mehr erfasst und somit in der Kopie nicht in der gleichen Art wiedergegeben.It is also known to equip the security elements with features that make it difficult or even impossible to imitate or copy them using conventional holographic means. For example, arrangements of asymmetrical optical gratings are described in EP 0 360 969 A1 and WO 99/38038. The surface elements there have gratings which, when used at different azimuth angles, form a pattern modulated in brightness in the surface pattern of the security element. The pattern modulated in brightness is not reproduced in a holographic copy. If, as described in WO 98/26373, the structures of the gratings are smaller than the wavelength of the light used for copying, such submicroscopic structures are no longer recorded and are therefore not reproduced in the same way in the copy.
Die in den beispielhaft genannten Dokumenten EP 0 360 969 A1 , WO 98/26373 und WO 99/38038 beschriebene Schutzvorrichtung gegen das holographische Kopieren wird mit produktionstechnischen Schwierigkeiten erkauft.The protective device against holographic copying described in the documents EP 0 360 969 A1, WO 98/26373 and WO 99/38038, which is mentioned by way of example, is purchased with production-technical difficulties.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, neuartiges Sicherheitselement zu schaffen, das eine hohe Resistenz gegenThe invention has for its object to provide an inexpensive, novel security element that is highly resistant to
Fälschungsversuche, z.B. mittels eines holographischen Kopieπterfahrens aufweisen soll.Attempts at forgery, e.g. by means of a holographic copying method.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitselement aus einem Schichtverbund mit zwischen Schichten des Schichtverbunds eingebetteten, mikroskopisch feinen optisch wirksamen Strukturen eines Flächenmusters gelöst, wobei die optisch wirksamen Strukturen in Flächenteilen eines Sicherheitsmerkmals in einer von Koordinatenachsen aufgespannten Ebene des Flächenmusters in eine reflektierende Grenzfläche zwischen den Schichten abgeformt sind und wenigstens ein Flächenteil mit Abmessungen grösser als 0,4 mm eine durch additive bzw. subtraktive Überlagerung einer eine makroskopische Struktur beschreibenden Überlagerungsfunktion mit einem mikroskopisch feinen Reliefprofil gebildete 'Beugungsstruktur aufweist, wobei die Überlagerungsfunktion, das Reliefprofil und die Beugungsstruktur Funktion der Koordinaten sind und das Reliefprofil eine lichtbeugende oder lichtstreuende optisch wirksame Struktur beschreibt, die der Überlagerungsfunktion folgend das vorbestimmte Reliefprofil beibehält, und die wenigstens stückweise stetige Überlagerungfunktion wenigstens in Teilbereichen gekrümmt ist, keine periodische Dreieck- oder Rechteckfunktion ist und sich im Vergleich zum Reliefprofil langsam ändert.This object is achieved by a security element made of a layer composite with microscopically fine optically effective structures of a surface pattern embedded between layers of the layer composite, the optically effective structures in surface parts of a security feature being formed in a plane of the surface pattern spanned by coordinate axes into a reflective interface between the layers are and at least one surface part having dimensions greater than 0.4 mm, a descriptive by additive or subtractive superposition of a superposition of a macroscopic structure function with a microscopically fine relief profile 'formed has diffractive structure, wherein the superposition function, The relief profile and the diffraction structure are function of the coordinates and the relief profile describes a light-diffractive or light-scattering optically effective structure which, following the overlay function, maintains the predetermined relief profile and which is at least partially continuous overlay function, is curved at least in partial areas, is not a periodic triangular or rectangular function and is slowly changes compared to the relief profile.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims. Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Sicherheitselement im Querschnitt,1 shows a security element in cross section,
Figur 2 das Sicherheitselement in Draufsicht, Figur 3 Reflexion und Beugung an einem Gitter,2 shows the security element in plan view, FIG. 3 reflection and diffraction on a grating,
Figur 4 Beleuchtung und Beobachtung des Sicherheitselements,FIG. 4 lighting and observation of the security element,
Figur 5 Reflexion und Beugung an einer Beugungsstruktur,FIG. 5 reflection and diffraction on a diffraction structure,
Figuren 6 das Sicherheitsmerkmal unter verschiedenen Kippwinkeln,6 shows the security feature at different tilt angles,
Figur 7 eine Überlagerungsfunktion und die Beugungsstruktur im Querschnitt,FIG. 7 shows an overlay function and the diffraction structure in cross section,
Figuren 8 das Ausrichten des Sicherheitselements mittels Kennmarken,8 shows the alignment of the security element by means of identification marks,
Figur 9 einen lokalen Neigungswinkel der Überlagerungsfunktion,FIG. 9 shows a local angle of inclination of the overlay function,
Figuren 10 das Ausrichten des Sicherheitselements mittels Farbkontrast im Sicherheitsmerkmal, Figur 1 1 die Beugungsstruktur mit symmetrischer10 shows the alignment of the security element by means of color contrast in the security feature, FIG. 11 shows the diffraction structure with a symmetrical one
Überlagerungsfunktion,Overlay function,
Figuren 12 das Sicherheitsmerkmal mit Farbumschlag und12 shows the security feature with color change and
Figur 13 eine asymmetrische Überlagerungsfunktion.Figure 13 shows an asymmetrical overlay function.
In der Figur 1 bedeutet 1 einen Schichtverbund, 2 ein Sicherheitselement, 3 in Substrat, 4 eine Deckschicht, 5 eine Abformschicht, 6 eine Schutzschicht, 7 eine Kleberschicht, 8 eine reflektierende Grenzfläche, 9 eine optisch wirksame Struktur und 10 eine transparente Stelle in der reflektierenden Grenzfläche 8. Der Schichtverbund 1 besteht aus mehreren Lagen von verschiedenen, nacheinander auf eine hier nicht gezeigte Trägerfolie aufgebrachten Kunststoffschichten und umfasst in der angegebenen Reihenfolge typisch die Deckschicht 4, dieIn FIG. 1, 1 means a layer composite, 2 a security element, 3 in substrate, 4 a cover layer, 5 an impression layer, 6 a protective layer, 7 an adhesive layer, 8 a reflective interface, 9 an optically effective structure and 10 a transparent location in the reflective interface 8. The layer composite 1 consists of several layers of different plastic layers applied one after the other to a carrier film (not shown here) and typically comprises in the order given the top layer 4, the
Abformschicht 5, die Schutzschicht 6 und die Kleberschicht 7. Die Deckschicht 4 und die Abformschicht 5 sind für einfallendes Licht 11 transparent. Falls auch die Schutzschicht 6 und die Kleberschicht 7 transparent sind, werden hier nicht gezeigte, auf der Oberfläche des Substrats 3 angebrachte Indicia durch die transparente Stelle 10 erkennbar. Als Trägerfolie dient in einer Ausführung die Deckschicht 4 selbst, in einer anderen Ausführung dient eine Trägerfolie zum Applizieren des dünnen Schichtverbunds 1 auf das Substrat 3 und wird danach vom Schichtverbund 1 entfernt, wie dies z.B. in der eingangs erwähnten GB 2 129 739 A beschrieben ist. Die gemeinsame Berührungsfläche zwischen der Abformschicht 5 und derImpression layer 5, protective layer 6 and adhesive layer 7. Cover layer 4 and impression layer 5 are transparent to incident light 11. If the protective layer 6 and the adhesive layer 7 are also transparent, indicia which are not shown here and are attached to the surface of the substrate 3 can be recognized by the transparent location 10. In one embodiment, the cover layer 4 itself serves as the carrier film; in another embodiment, a carrier film serves to apply the thin layer composite 1 to the substrate 3 and is then removed from the layer composite 1, as is e.g. is described in the aforementioned GB 2 129 739 A. The common contact surface between the impression layer 5 and the
Schutzschicht 6 ist die Grenzfläche 8. In die Abformschicht 5 sind die optisch wirksamen Strukturen 9 mit einer Strukturhöhe Hst eines optisch variablen Musters abgeformt. Da die Schutzschicht 6 die Täler der optisch wirksamen Strukturen 9 verfüllt, weist die Grenzfläche 8 die Form der optisch wirksamen Strukturen 9 auf. Um eine hohe Wirksamkeit der optisch wirksamen Strukturen 9 zu erhalten, ist die Grenzfläche 8 mit einem Metallbelag versehen, vorzugsweise aus den Elementen der Tabelle 5 der eingangs erwähnten US 4,856,857, insbesondere Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Chrom, Tantal usw., der als Reflexionsschicht die Abformschicht 5 und die Schutzschicht 6 trennt. Die elektrische Leitfähigkeit des Metallbelags bewirkt ein hohes Reflektionsvermögen für sichtbares einfallendes Licht 11 an der Grenzfläche 8. Jedoch eignen sich anstelle des Metallbelags auch eine oder mehrere Schichten eines der bekannten, transparenten, anorganischen Dielektrika, die z.B. in der Tabellen 1 und 4 der eingangs erwähnten US 4,856,857 aufgeführt sind, oder die Reflexionsschicht weist eine mehrschichtige Interferenzschicht auf, wie z.B. eine zweischichtige Metall- Dielektrikum- Kombination oder eine Metall- Dielektrikum- Metall- Kombination . Die Reflexionsschicht ist in einer Ausführung strukturiert, d.h. sie bedeckt die Grenzfläche 8 nur teilweise und in vorbestimmten Zonen der Grenzfläche 8.Protective layer 6 is the interface 8. The optically active structures 9 are molded into the impression layer 5 with a structure height Hs t of an optically variable pattern. Since the protective layer 6 fills the valleys of the optically active structures 9, the interface 8 has the shape of the optically active structures 9. In order to obtain a high effectiveness of the optically effective structures 9, the interface 8 is provided with a metal covering, preferably from the elements of table 5 of the above-mentioned US 4,856,857, in particular aluminum, silver, gold, copper, chromium, tantalum, etc., which the impression layer 5 and the protective layer 6 separate as a reflection layer. The electrical conductivity of the metal coating causes a high reflectivity for visible incident light 11 at the interface 8. However, instead of the metal coating, one or more layers of one of the known, transparent, inorganic dielectrics are suitable, which are mentioned, for example, in Tables 1 and 4 of the introduction No. 4,856,857 are listed, or the reflection layer has a multilayer interference layer, such as, for example, a two-layer metal-dielectric combination or a metal-dielectric-metal combination. The In one embodiment, the reflection layer is structured, ie it only partially covers the interface 8 and in predetermined zones of the interface 8.
Der Schichtverbund 1 wird als Kunststofflaminat in Form einer langen Folienbahn mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Kopien des optisch variablen Musters hergestellt. Aus der Folienbahn werden die SicherheitselementeThe layer composite 1 is produced as a plastic laminate in the form of a long film web with a large number of copies of the optically variable pattern arranged next to one another. The security elements are made from the film web
2 beispielsweise ausgeschnitten und mittels der Kleberschicht 7 mit einem Substrat2 cut out, for example, and by means of the adhesive layer 7 with a substrate
3 verbunden. Das Substrat 3, meist in Form eines Dokuments, einer Banknote, einer Bankkarte, eines Ausweises oder eines anderen wichtigen bzw. wertvollen Gegenstandes, wird mit dem Sicherheitselement 2 versehen, um die Echtheit des Gegenstandes zu beglaubigen.3 connected. The substrate 3, usually in the form of a document, a bank note, a bank card, an ID card or another important or valuable object, is provided with the security element 2 in order to authenticate the authenticity of the object.
Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des Substrats 3 mit dem Sicherheitselement 2. Durch die Deckschicht 4 (Fig. 1) und die Abformschicht 5 (Fig. 1) hindurch ist ein Flächenmuster 12 sichtbar. Das Flächenmuster 12 liegt in einer von den Koordinatenachsen x, y aufgespannten Ebene und enthält ein Sicherheitsmerkmal 16 aus wenigstens einem mit dem blossen Auge in der Kontur gut erkennbaren Flächenteil 13, 14, 15, d.h. die Abmessungen des Flächenteils sind zumindest in einer Richtung grösser als 0.4 mm. Das Sicherheitsmerkmal 16 ist in der Zeichnung der Figur 2 aus darstellerischen Gründen doppelt umrahmt. In einer anderen Ausführung ist das Sicherheitsmerkmal 16 von einem Mosaik aus Flächenelementen 17 bis 19 des in der eingangs erwähnten EP 0 105 099 A1 beschriebenen Mosaiks umgeben. In den Flächenteilen 13 bis 15 und gegebenenfalls in den Flächenelementen 17 bis 19 sind die optisch wirksamen Strukturen 9 (Fig. 1), wie mikroskopisch feine diffraktive Gitter, mikroskopisch feine, lichtstreuende Reliefstrukturen oder ebene Spiegelflächen in die Grenzfläche 8 (Fig. 1) abgeformt.FIG. 2 shows a section of the substrate 3 with the security element 2. A surface pattern 12 is visible through the cover layer 4 (FIG. 1) and the impression layer 5 (FIG. 1). The surface pattern 12 lies in a plane spanned by the coordinate axes x, y and contains a security feature 16 from at least one surface part 13, 14, 15, which is clearly recognizable in the contour with the naked eye, i.e. the dimensions of the flat part are greater than 0.4 mm at least in one direction. The security feature 16 is double-framed in the drawing in FIG. 2 for illustrative reasons. In another embodiment, the security feature 16 is surrounded by a mosaic of surface elements 17 to 19 of the mosaic described in the aforementioned EP 0 105 099 A1. The optically effective structures 9 (FIG. 1), such as microscopically fine diffractive gratings, microscopically fine, light-scattering relief structures or flat mirror surfaces, are molded into the interface 8 (FIG. 1) in the surface parts 13 to 15 and, if appropriate, in the surface elements 17 to 19 ,
Anhand der Figur 3 wird beschrieben, wie das auf die Grenzfläche 8 (Fig. 1) einfallende Licht 11 durch die optisch wirksame Struktur 9 reflektiert und vorbestimmt abgelenkt wird. Das einfallende Licht 11 fällt in der Beugungsebene 20, die senkrecht auf der Oberfläche des Schichtverbunds 1 mit dem Sicherheitselement 2 (Fig. 1) steht und eine Flächennormale 21 enthält, auf die optisch wirksame Struktur 9 im Schichtverbund 1 ein. Das einfallende Licht 11 ist ein paralleles Bündel von Lichtstrahlen und schliesst mit der Flächennormalen 21 den Einfallswinkel α ein. Ist die optisch wirksame Struktur 9 eine ebene Spiegelfläche parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 , bilden die Flächennormale 21 und die Richtung des reflektierten Lichts 22 die Schenkel des Reflexionswinkels ß, wobei ß = -α. Falls die optisch wirksame Struktur 9 eines der bekannten Gitter ist, lenkt das Gitter das einfallende Licht 11 in verschiedene, durch die Spatialfrequenz f des Gitters bestimmte Beugungsordnungen 23 bis 25 ab, wobei vorausgesetzt ist, dass der das Gitter beschreibende Gittervektor in der Beugungsebene 20 liegt. Die im einfallenden Licht 11 enthaltenen Wellenlängen λ werden unter den vorbestimmten Winkeln in die verschiedenen Beugungsordnungen 23 bis 25 abgelenkt. Beispielsweise lenkt das Gitter violettes Licht (λ = 380 nm) gleichzeitig als Strahl 26 in die plus 1. Beugungsordnung 23 als Strahl 27, in die minus 1. Beugungsordnung 24 und als Strahl 28 in die minus 2. Beugungsordnung 25 ab. Lichtanteile mit längeren Wellenlängen λ des einfallenden Lichts 11 werden in Richtungen mit grösseren Beugungswinkeln zur Flächennormalen 21 austreten, beispielsweise rotes Licht (λ = 700 nm) in die mit den Pfeilen 29, 30, 31 bezeichneten Richtungen. Das polychromatische einfallende Licht 11 wird infolge der Beugung am Gitter in die Lichtstrahlen der verschiedenen Wellenlängen λ des einfallenden Lichts 11 aufgefächert, d.h. der sichtbare Teil des Spektrums erstreckt sich im Bereich zwischen dem violetten Lichtstrahl (Pfeil 26 bzw. 27 bzw. 28) und dem roten Lichtstrahl (Pfeil 29 bzw. 30 bzw. 31) in jeder Beugungsordnung 23 bzw. 24 bzw. 25. Das in die nullte Beugungsordnung gebeugte Licht ist das unter dem Ausfallwinkel ß reflektierte Licht 22.Using FIG. 3, it is described how the light 11 incident on the interface 8 (FIG. 1) is reflected by the optically active structure 9 and deflected in a predetermined manner. The incident light 11 falls in the diffraction plane 20, which is perpendicular to the surface of the layer composite 1 with the security element 2 (FIG. 1) and contains a surface normal 21, on the optically active structure 9 in the layer composite 1. The incident light 11 is a parallel bundle of light beams and closes with the surface normal 21 the angle of incidence α. If the optically active structure 9 is a flat mirror surface parallel to the surface of the layer composite 1, the surface normal 21 and the direction of the reflected light 22 form the legs of the reflection angle β, where β = -α. If the optically active structure 9 is one of the known grids, the grating deflects the incident light 11 into different diffraction orders 23 to 25, determined by the spatial frequency f of the grating, provided that the grating vector describing the grating lies in the diffraction plane 20 , The wavelengths λ contained in the incident light 11 are deflected into the different diffraction orders 23 to 25 at the predetermined angles. For example, the grating simultaneously deflects violet light (λ = 380 nm) as beam 26 into the plus 1st diffraction order 23 as beam 27, into the minus 1st diffraction order 24 and as beam 28 into the minus 2nd diffraction order 25. Light components with longer wavelengths λ of the incident light 11 will emerge in directions with larger diffraction angles to the surface normal 21, for example red light (λ = 700 nm) in the directions indicated by the arrows 29, 30, 31. As a result of the diffraction at the grating, the polychromatic incident light 11 is fanned out into the light beams of the different wavelengths λ of the incident light 11, ie the visible part of the spectrum extends in the area between the violet light beam (arrow 26 or 27 or 28) and the red light beam (arrow 29 or 30 or 31) in each diffraction order 23 or 24 or 25. The light diffracted into the zeroth diffraction order is the light 22 reflected under the angle of reflection β.
Die Figur 4 zeigt ein in den Flächenelementen 17 (Fig. 2) bis 19 (Fig. 2) abgeformtes Beugungsgitter 32, dessen mikroskopisch feines Reliefprofil R(x, y) beispielsweise einen sinusförmigen, periodischen Profilquerschnitt von konstanter Profilhöhe h und mit der Spatialfrequenz f aufweist. Das ausgemittelte Relief des Beugungsgitters 32 legt eine parallel zur Deckschicht 4 angeordnete Mittelfläche 33 fest. Das parallel einfallende Licht 11 durchdringt die Deckschicht 4 und die Abformschicht 5 und wird an der optisch wirksamen Struktur 9 (Fig. 1) des Beugungsgitters 32 abgelenkt. Die parallelen gebeugten Lichtstrahlen 34 der Wellenlänge λ verlassen das Sicherheitselement 2 in die Blickrichtung eines Beobachters 35, der bei der Beleuchtung des Flächenmusters 12 (Fig. 2) mit dem parallel einfallenden Licht 11 die farbigen, hell erstrahlenden Flächenelemente 17, 18, 19 erblickt.FIG. 4 shows a diffraction grating 32 molded in the surface elements 17 (FIG. 2) to 19 (FIG. 2), the microscopically fine relief profile R (x, y) of which, for example, has a sinusoidal, periodic profile cross section of constant profile height h and with the spatial frequency f having. The averaged relief of the diffraction grating 32 defines a central surface 33 arranged parallel to the cover layer 4. The parallel incident light 11 penetrates the cover layer 4 and the impression layer 5 and is deflected on the optically active structure 9 (FIG. 1) of the diffraction grating 32. The parallel diffracted light beams 34 of the wavelength λ leave the security element 2 in the direction of view of an observer 35, who with the illumination of the surface pattern 12 (FIG. 2) parallel light 11 sees the colored, brightly radiating surface elements 17, 18, 19.
In der Figur 5 liegt die Beugungsebene 20 in der Zeichnungsebene. In wenigstens einem der Flächenteile 13 (Fig. 2) bis 15 (Fig. 2) des Sicherheitsmerkmals 16 (Fig. 2) ist eine Beugungsstruktur S(x, y) abgeformt, deren Mittelfläche 33 gewölbt oder lokal zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 geneigt ist. Die Beugungsstruktur S(x, y) ist eine Funktion der Koordinaten x und y in der zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 parallelen Ebene des Flächenmusters 12 (Fig. 2), in der die Flächenteile 13, 14 (Fig. 2), 15 liegen. In jedem Punkt P(x, y) bestimmt die Beugungsstruktur S(x, y) einen zur Flächennormalen 21 parallelen Abstand z zur Ebene des Flächenmusters 12. Allgemeiner beschrieben, ist die Beugungsstruktur S(x, y) die Summe aus dem Reliefprofil R(x, y) (Fig. 4) des Beugungsgitters 32 (Fig. 4) und einer eindeutig definierten Überlagerungsfunktion M(x, y), der Mittelfläche 33, wobei S(x, y) = R(x, y) + M(x, y). Beispielsweise erzeugt das Reliefprofil R(x, y) das periodische Beugungsgitter 32 mit dem Profil einer der bekannten sinusförmigen, asymmetrisch bzw. symmetrisch sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Formen.In FIG. 5, the diffraction plane 20 lies in the plane of the drawing. A diffraction structure S (x, y) is shaped in at least one of the surface parts 13 (FIG. 2) to 15 (FIG. 2) of the security feature 16 (FIG. 2), the central surface 33 of which is curved or locally inclined to the surface of the layer composite 1 , The diffraction structure S (x, y) is a function of the coordinates x and y in the plane of the surface pattern 12 (FIG. 2) parallel to the surface of the layer composite 1, in which the surface parts 13, 14 (FIG. 2), 15 lie. At each point P (x, y) the diffraction structure S (x, y) determines a distance z to the plane of the surface pattern 12 parallel to the surface normal 21. More generally described, the diffraction structure S (x, y) is the sum of the relief profile R ( x, y) (FIG. 4) of the diffraction grating 32 (FIG. 4) and a clearly defined overlay function M (x, y), the central surface 33, where S (x, y) = R (x, y) + M ( x, y). For example, the relief profile R (x, y) produces the periodic diffraction grating 32 with the profile of one of the known sinusoidal, asymmetrical or symmetrical sawtooth-shaped or rectangular shapes.
In einer anderen Ausführung ist das mikroskopisch feine Reliefprofil R(x, y) der Beugungsstruktur S(x, y) eine Mattstruktur anstelle des periodischen Beugungsgitters 32. Die Mattstruktur ist eine mikroskopisch feine, stochastische Struktur mit einer vorbestimmten Streucharakteristik für das einfallende Licht 11 , wobei bei einer anisotropen Mattstruktur anstelle des Gittervektors eine Vorzugsrichtung tritt. Die Mattstrukturen streuen das senkrecht einfallende Licht in einen Streukegel mit einem durch das Streuvermögen der Mattstruktur vorbestimmten Öffnungswinkel und mit der Richtung des reflektierten Lichts 22 als Kegelachse. Die Intensität des Streulichts ist z.B. auf der Kegelachse am grössten und nimmt mit zunehmendem Abstand zur Kegelachse ab, wobei das in Richtung der Mantellinien des Streukegels abgelenkte Licht für einen Beobachter gerade noch erkennbar ist. Der Querschnitt des Streukegels senkrecht zur Kegelachse ist rotationssymmetrisch bei einer hier "isotrop" genannten Mattstruktur. Ist derIn another embodiment, the microscopically fine relief profile R (x, y) of the diffraction structure S (x, y) is a matt structure instead of the periodic diffraction grating 32. The matt structure is a microscopic, stochastic structure with a predetermined scattering characteristic for the incident light 11, in the case of an anisotropic matt structure, a preferred direction occurs instead of the lattice vector. The matt structures scatter the perpendicularly incident light into a scattering cone with an opening angle predetermined by the scattering capacity of the matt structure and with the direction of the reflected light 22 as the cone axis. The intensity of the scattered light is e.g. largest on the cone axis and decreases with increasing distance from the cone axis, the light deflected in the direction of the generatrices of the scattering cone being just discernible for an observer. The cross section of the scattering cone perpendicular to the cone axis is rotationally symmetrical in the case of a matt structure called "isotropic" here. Is the
Querschnitt in der Vorzugsrichtung hingegen gestaucht d.h. elliptisch verformt mit der kurzen Hauptachse der Ellipse parallel zur Vorzugsrichtung, wird die Mattstruktur hier mit "anisotrop" bezeichnet.In contrast, the cross section in the preferred direction is compressed, ie, is deformed elliptically the short main axis of the ellipse parallel to the preferred direction, the matt structure is referred to here as "anisotropic".
Wegen der additiven bzw. subtraktiven Überlagerung wird die Profilhöhe h (Fig. 4) des Reliefprofils R(x, y) im Bereich der Überlagerungsfunktion M(x, y) nicht verändert, d.h. das Reliefprofil R(x; y) folgt der Überlagerungsfunktion M(x, y). Die eindeutig definierte Überlagerungsfunktion M(x, y) ist wenigstens stückweise differenzierbar und wenigstens in Teilbereichen gekrümmt, d.h. ΔM(x, y) ≠ 0, periodisch oder aperiodisch und ist keine periodische Dreieck- oder Rechteckfunktion. Die periodischen Überlagerungsfunktionen M(x, y) weisen eine Raumfrequenz F von höchstens 20 Linien/mm auf. Für eine gute Sichtbarkeit sind Verbindungsstrecken zwischen zwei benachbarten Extremwerten der Überlagerungsfunktionen M(x, y) wenigstens 0.025 mm lang. Die Vorzugswerte für die Raumfrequenz F sind auf höchstens 10 Linien/mm begrenzt und die Vorzugswerte für den Abstand benachbarter Extremwerte betragen wenigstens 0.05 mm. Die Überlagerungsfunktion M(x, y) variiert somit als makroskopische Funktion im stetigen Bereich langsam im Vergleich zum Reliefprofil R(x, y).Because of the additive or subtractive overlay, the profile height h (FIG. 4) of the relief profile R (x, y) is not changed in the area of the overlay function M (x, y), i.e. the relief profile R (x; y) follows the overlay function M (x, y). The clearly defined overlay function M (x, y) can be differentiated at least piece by piece and is curved at least in partial areas, i.e. ΔM (x, y) ≠ 0, periodic or aperiodic and is not a periodic triangular or rectangular function. The periodic overlay functions M (x, y) have a spatial frequency F of at most 20 lines / mm. For good visibility, links between two neighboring extreme values of the superposition functions M (x, y) are at least 0.025 mm long. The preferred values for the spatial frequency F are limited to a maximum of 10 lines / mm and the preferred values for the distance between adjacent extreme values are at least 0.05 mm. The overlay function M (x, y) thus varies slowly as a macroscopic function in the steady range compared to the relief profile R (x, y).
Eine auf die Ebene des Flächenmusters 12 (Fig. 2) projizierte Schnittlinie der Beugungsebene 20 mit der Mittelebene 33 legt eine Spur 36 (Fig. 2) fest. Die Überlagerungsfunktion M(x, y) weist in jedem Punkt P(x, y) auf den parallel zur Spur 36 liegenden Verbindungsstrecken mit stetigen Abschnitten einen Gradienten 38, grad(M(x, y)), auf. Allgemein ist mit dem Gradient 38 die Komponente des grad(M(x, y)) in der Beugungsebene 20 gemeint, da der Beobachter 35 die optisch wirksame Beugungsebene 20 festlegt. Das Beugungsgitter 32 weist in jedem Punkt des Flächenteils 13, 14, 15 eine durch den Gradienten 38 der Überlagerungs- funktion M(x, y) vorbestimmte Neigung γ auf.A line of intersection of the diffraction plane 20 with the central plane 33 projected onto the plane of the surface pattern 12 (FIG. 2) defines a track 36 (FIG. 2). The overlay function M (x, y) has a gradient 38, degrees (M (x, y)) at each point P (x, y) on the connecting sections lying parallel to the track 36 with continuous sections. In general, the gradient 38 means the component of the grad (M (x, y)) in the diffraction plane 20, since the observer 35 defines the optically effective diffraction plane 20. The diffraction grating 32 has an inclination γ predetermined by the gradient 38 of the superimposition function M (x, y) at each point of the surface part 13, 14, 15.
Die Deformation der Mittelfläche 33 bewirkt eine neue, vorteilhafte optische Wirkung. Diese Wirkung wird anhand des Beugungsverhaltens in Durchstosspunkten A, B, C der Flächennormale 21 und Normalen 21', 21" auf die Mittelfläche 33, z.B. längs der Spur 36, erklärt. Die Brechung des einfallenden Lichts 11 , des reflektieren Lichts 22 und der gebeugten Lichtstrahlen 34 an denThe deformation of the central surface 33 brings about a new, advantageous optical effect. This effect is explained on the basis of the diffraction behavior at intersection points A, B, C of the surface normal 21 and normal 21 ', 21 "on the central surface 33, for example along the track 36. The refraction of the incident light 11, the reflected light 22 and the diffracted ones Rays of light 34 to the
Grenzflächen des Schichtverbunds 1 ist der Einfachheit halber in der Zeichnung der Figur 5 nicht dargestellt und in den nachfolgenden Rechnungen nicht berücksichtigt. In jedem Durchstosspunkt A, B, C ist die Neigung γ durch den Gradienten 38 bestimmt. Die Normalen 21' und 21", der Gittervektor des Beugungsgitters 32 (Fig. 4) und eine Betrachtungsrichtung 39 des Beobachters 35 liegen in der Beugungsebene 20. Entsprechend dem Neigungswinkel γ ändert sich der Einfallswinkel (Fig. 3), den die gestrichelt gezeichneten Normalen 21, 21', 21" und das weisse, parallel einfallende Licht 11 einschliessen. Damit ändert sich auch die Wellenlänge λ der in einer vorbestimmten Betrachtungsrichtung 39 zum Beobachter 35 abgelenkten gebeugten Lichtstrahlen 34. Ist die Normale 21 ' vom Betrachter 35 weggeneigt, ist die Wellenlänge λ der gebeugten Lichtstrahlen 34 grösser, als wenn sich die Normale 21" zum Beobachter 35 hinneigt. In dem zur Illustration gezeigten Beispiel weisen für den Betrachter 35 die im Bereich des Durchstosspunktes A gebeugten Lichtstrahlen 34 eine rote Farbe (λ = 700 nm) auf. Die im Bereich des Durchstosspunktes B gebeugten Lichtstrahlen 34 sind von gelbgrüner Farbe (λ = 550 nm) und die im Bereich des Durchstosspunktes C gebeugten Lichtstrahlen 34 haben eine blaue Farbe (λ = 400 nm). Da sich im gezeigtenFor the sake of simplicity, interfaces of the layer composite 1 are not shown in the drawing in FIG. 5 and not in the subsequent calculations considered. At each intersection point A, B, C, the inclination γ is determined by the gradient 38. The normals 21 'and 21 ", the grating vector of the diffraction grating 32 (FIG. 4) and a viewing direction 39 of the observer 35 lie in the diffraction plane 20. According to the angle of inclination γ, the angle of incidence (FIG. 3) changes, which is shown by the normals drawn in broken lines 21, 21 ', 21 "and the white, parallel incident light 11. This also changes the wavelength λ of the diffracted light beams 34 deflected in a predetermined viewing direction 39 towards the observer 35. If the normal 21 ′ is inclined away from the viewer 35, the wavelength λ of the diffracted light beams 34 is greater than if the normal 21 ″ turned towards the observer 35. In the example shown for illustration, the light beams 34 diffracted in the area of the intersection point A have a red color (λ = 700 nm) for the viewer 35. The light beams 34 diffracted in the area of the intersection point B are yellow-green in color (λ = 550 nm) and the light beams 34 diffracted in the area of the intersection point C have a blue color (λ = 400 nm)
Beispiel die Neigung γ kontinuierlich über die Wölbung der Mittelfläche 33 ändert, ist für den Beobachter 35 längs der Spur 36 das ganze sichtbare Spektrum auf dem Flächenteil 13, 14, 15 sichtbar, wobei sich Farbbänder des Spektrums auf dem Flächenteil 13, 14, 15 senkrecht zur Spur 36 erstrecken. Damit die Farbbänder des Spektrums für den Beobachter 35 in 30 cm Entfernung erkennbar sind, ist für den Abstand zwischen den Durchstosspunkten A und C wenigstens 2 mm Länge oder mehr zu wählen. Ausserhalb des sichtbaren Spektrums, weist die Oberfläche des Flächenteils 13, 14, 15 ein lichtschwaches Grau auf. Beim Kippen des Schichtverbunds 1 um eine Kippachse 41 senkrecht zur Zeichenebene der Figur 5 verändert sich der Einfallswinkel . Die sichtbaren Farbbänder der Spektren verschieben sich im Bereich der Überlagerungsfunktion M(x, y) kontinuierlich längs der Spur 36. Bei einem Kippen, z.B. im Uhrzeigersinn um die Kippachse 41 , des Schichtverbunds 1 ändert sich die Farbe des gebeugten Lichtstrahls 34 im Durchstosspunkt A ins Gelbgrüne, die Farbe des gebeugten Lichtstrahls 34 im Durchstosspunkt B ins Blaue und die Farbe des gebeugten Lichtstrahls 34 imExample, the inclination γ changes continuously over the curvature of the central surface 33, the entire visible spectrum on the surface part 13, 14, 15 is visible to the observer 35 along the track 36, with color bands of the spectrum on the surface part 13, 14, 15 being perpendicular extend to lane 36. In order for the color bands of the spectrum to be visible to the observer 35 at a distance of 30 cm, the distance between the intersection points A and C should be at least 2 mm long or more. Outside the visible spectrum, the surface of the surface part 13, 14, 15 has a faint gray. When the layer composite 1 is tilted about a tilt axis 41 perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 5, the angle of incidence changes. The visible color bands of the spectra shift continuously along the track 36 in the area of the overlay function M (x, y). When tilted, e.g. clockwise around the tilt axis 41 of the layer composite 1, the color of the diffracted light beam 34 at the intersection point A changes to yellow-green, the color of the diffracted light beam 34 at the intersection point B changes to blue and the color of the diffracted light beam 34 im
Durchstosspunkt C ins Violette. Die Veränderung der Farben des gebeugten Lichts 34 empfindet der Beobachter 35 als Wandern der Farbbänder in kontinuierlichen Weise über den Flächenteil 13, 14, 15.Penetration point C into violet. The change in the colors of the diffracted light 34 the observer 35 perceives that the ink ribbons move continuously over the surface part 13, 14, 15.
Diese Überlegung ist für jede Beugungsordnung zutreffend. Wie viele Farbbänder von wie vielen Beugungsordnungen der Beobachter auf dem Flächenteil 13, 14, 15 gleichzeitig erblickt, hängt von der Spatialfrequenz des Beugungsgitters 32 und der Anzahl Perioden und der Amplitude der Überlagerungsfunktion M(x, y) innerhalb des Flächenteils 13, 14, 15 ab.This consideration applies to every diffraction order. How many color bands of how many diffraction orders the observer sees on the surface part 13, 14, 15 at the same time depends on the spatial frequency of the diffraction grating 32 and the number of periods and the amplitude of the superposition function M (x, y) within the surface part 13, 14, 15 from.
In einer anderen Ausführung, bei der eine der Mattstrukturen anstelle des Beugungsgitters 32 eingesetzt ist, erblickt der Beobachter 35 in der Richtung des reflektierten Lichts 22 nur ein helles, weissgraues Band anstelle der Farbbänder. Das helle, weissgraue Band wandert beim Kippen wie die Farbbänder kontinuierlich über die Fläche des Flächenteils 13, 14, 15. Im Gegensatz zu den Farbbänder ist das helle, weissgraue Band für den Beobachter 35 in Abhängigkeit vom Streuvermögen der Mattstruktur auch dann sichtbar, wenn seine Betrachtungsrichtung 39 schief zur Beugungsebene 20 ist. Nachstehend ist daher mit "Streifen 40" (Fig. 6a) sowohl die Farbbänder einer Beugungsordnung 23, 24, 25 als auch das durch die Mattstruktur erzeugte helle weissgraue Band gemeint.In another embodiment, in which one of the matt structures is used instead of the diffraction grating 32, the observer 35 sees only a light, white-gray band instead of the color bands in the direction of the reflected light 22. When tilted, the light, white-gray band, like the color bands, moves continuously over the surface of the surface part 13, 14, 15. In contrast to the color bands, the bright, white-gray band is visible to the observer 35, depending on the scattering capacity of the matt structure, even if his Viewing direction 39 is oblique to the diffraction plane 20. In the following, "stripe 40" (FIG. 6a) means both the color bands of a diffraction order 23, 24, 25 and the light white-gray band produced by the matt structure.
In der Fig. 6a ist die Verschiebung des Streifens vom Beobachter 35 (Fig. 5) leichter erkennbar, wenn eine Referenz auf dem Sicherheitsmerkmal 16 vorhanden ist. Als Referenz dienen auf dem Flächenteil 13, 14, 15, beispielsweise auf dem mittleren Flächenteil 14, angeordnete Kennmarken 37 (Fig. 2) und/oder eine vorbestimmte Begrenzungsform des Flächenteils 13, 14, 15. Mit Vorteil legt die Referenz eine vorbestimmte Betrachtungsbedingung fest, die mittels Kippen des Schichtverbunds 1 (Fig. 1) so einstellbar ist, dass der Streifen 40 vorbestimmt gegenüber der Referenz positioniert ist. Im Bereich der Kennmarken 37 ist die optisch wirksame Struktur 9 (Fig. 1) der Grenzfläche 8 (Fig. 1) mit Vorteil als eine optisch wirksame Struktur 9, eine diffraktive Struktur, Spiegelfläche oder lichtstreuende Reliefstruktur, ausgeführt, die beim Replizieren des Flächenmusters 12 im Register zu den Flächenteilen 13, 14, 15 abgeformt wird. Aber auch ein lichtabsorbierender Aufdruck auf das Sicherheitsmerkmal 16 ist als Referenz für die Bewegung des Streifens 40 verwendbar oder die Kennmarke 37 ist mittels der strukturierten Reflexionsschicht erzeugt. In einer weiteren Ausführung des Sicherheitsmerkmals 16 nach den Figuren 6 dienen die beiderseits an das mittlere Flächenteil 14 anschliessenden, benachbarten Flächenteile 13 und 15 als gegenseitige Referenz. Die benachbarten Flächenteile 13 und 15 weisen beide eine Beugungsstruktur S*(x, y) auf. Die Beugungsstruktur S*(x, y) ist im Gegensatz zur Beugungsstruktur S(x, y) dieIn FIG. 6 a, the displacement of the strip can be recognized more easily by the observer 35 (FIG. 5) if there is a reference on the security feature 16. Reference marks 37 (FIG. 2) arranged on the surface part 13, 14, 15, for example on the middle surface part 14, and / or a predetermined delimitation form of the surface part 13, 14, 15 serve as a reference. The reference advantageously defines a predetermined viewing condition , which can be adjusted by tilting the layer composite 1 (FIG. 1) such that the strip 40 is positioned relative to the reference in a predetermined manner. In the area of the identification marks 37, the optically active structure 9 (FIG. 1) of the interface 8 (FIG. 1) is advantageously designed as an optically active structure 9, a diffractive structure, mirror surface or light-scattering relief structure, which is used when the surface pattern 12 is replicated is molded in the register for the surface parts 13, 14, 15. However, a light-absorbing imprint on the security feature 16 can also be used as a reference for the movement of the strip 40, or the identification mark 37 is generated by means of the structured reflection layer. In a further embodiment of the security feature 16 according to FIGS. 6, the adjacent surface parts 13 and 15, which adjoin the central surface part 14 on both sides, serve as a mutual reference. The adjacent surface parts 13 and 15 both have a diffraction structure S * (x, y). The diffraction structure S * (x, y) is in contrast to the diffraction structure S (x, y)
Differenz R-M aus der Relieffunktion R(x, y) und der Überlagerungsfunktion M(x, y), also S*(x, y) = R(x, y) - M(x, y). Die durch die Beugungsstruktur S*(x, y) erzeugten Farbbänder weisen einen umgekehrten Farbverlauf gegenüber den Farbbändern der Beugungsstruktur S(x, y) auf, wie dies in der Zeichnung der Figur 6a mittels einer fetten Längsberandung des Streifens 40 angedeutet ist. Für eine guteDifference R-M from the relief function R (x, y) and the overlay function M (x, y), i.e. S * (x, y) = R (x, y) - M (x, y). The color bands produced by the diffraction structure S * (x, y) have an inverse color gradient compared to the color bands of the diffraction structure S (x, y), as is indicated in the drawing in FIG. 6 a by means of a bold longitudinal edge of the strip 40. For a good
Sichtbarkeit der optischen Wirkung ohne Hilfsmittel weist das Sicherheitsmerkmal 16 längs der Koordinatenachse y bzw. der Spur 36 eine Abmessung von wenigstens 5 mm, vorzugsweise mehr als 10 mm auf. Die Abmessungen längs der Koordinatenachse x betragen mehr als 0.25 mm, vorzugsweise aber wenigstens 1 mm.Visibility of the optical effect without aids, the security feature 16 along the coordinate axis y or the track 36 has a dimension of at least 5 mm, preferably more than 10 mm. The dimensions along the coordinate axis x are more than 0.25 mm, but preferably at least 1 mm.
In der Ausführung des Sicherheitsmerkmals 16 gemäss den Figuren 6a bis 6c weist das ovale Flächenteil 14 die nur von der Koordinate y abhängige Beugungsstruktur S(y) auf, während sich die Flächenteile 13 und 15 mit der nur von der Koordinate y abhängigen Beugungsstruktur S*(y) auf beiden Seiten des ovalen Flächenteils 14 längs der Koordinate y erstrecken. Die Überlagerungsfunktion ist M(y) = 0.5«y2»K, wobei K die Krümmung der Mittelfläche 33 ist. Der Gradient 38 (Fig. 5) und der Gittervektor des Beugungsgitters 32 (Fig. 4) bzw. die Vorzugsrichtung der "anisotropen" Mattstruktur sind im wesentlichen parallel bzw. antiparallel auf die Richtung der Koordinate y ausgerichtet.In the embodiment of the security feature 16 according to FIGS. 6a to 6c, the oval surface part 14 has the diffraction structure S (y) which is only dependent on the coordinate y, while the surface parts 13 and 15 have the diffraction structure S * (which is only dependent on the coordinate y). y) extend on both sides of the oval surface part 14 along the coordinate y. The overlay function is M (y) = 0.5 "y 2 " K, where K is the curvature of the central surface 33. The gradient 38 (FIG. 5) and the grating vector of the diffraction grating 32 (FIG. 4) or the preferred direction of the “anisotropic” matt structure are oriented essentially parallel or antiparallel to the direction of the coordinate y.
Im allgemeinen ist der Azimut φ des Gitten/ektors bzw. der Vorzugsrichtung der Mattstruktur auf eine Gradientenebene bezogen, die durch den Gradienten 38 und die Flächennormale 21 bestimmt ist. Die Vorzugswerte des Azimuts φ sind 0° und 90°. Dabei sind Abweichungen im Azimutwinkel des Gittervektors bzw. der Vorzugsrichtung von δφ = ±20° auf den Vorzugswert zulässig, um in diesem Bereich den Gittervektor bzw. die Vorzugsrichtung als im wesentlichen parallel bzw. senkrecht zur Gradientenebene zu betrachten. An sich ist der Azimut φ nicht auf die genannten Vorzugswerte beschränkt. Je kleiner die Krümmung K ist, desto höher ist die Geschwindigkeit der Bewegung der Streifen 40 in Richtung der in der Zeichnung der Figuren 6 a und 6c nicht bezeichneten Pfeile pro Winkeleinheit der Drehung um die Kippachse 41. Der Streifen 40 ist in der Zeichnung der Figuren 6a bis 6c schmal gezeichnet, um den Bewegungseffekt deutlich darzustellen. Die Breite der Streifen 40 in Richtung der nicht bezeichneten Pfeile ist von der Beugungsstruktur S(y) abhängig. Insbesondere bei den Farbbändern erstreckt sich der spektrale Farbverlauf über einen grösseren Teil des Flächenteils 13, 14, 15, so dass die Bewegung der Streifen 40 anhand des Wanderns eines Ausschnitts im sichtbaren Spektrum, z.B. des Farbbands Rot, zu beobachten ist.In general, the azimuth φ of the grid / ector or the preferred direction of the matt structure is related to a gradient plane which is determined by the gradient 38 and the surface normal 21. The preferred values of the azimuth φ are 0 ° and 90 °. Deviations in the azimuth angle of the grating vector or the preferred direction from δφ = ± 20 ° to the preferred value are permissible in order to consider the grating vector or the preferred direction in this area as essentially parallel or perpendicular to the gradient plane. As such, the azimuth φ is not limited to the preferred values mentioned. The smaller the curvature K, the higher the speed of the movement of the strips 40 in the direction of the arrows, not shown in the drawing of FIGS. 6 a and 6 c, per angular unit of rotation about the tilt axis 41. The strip 40 is in the drawing of the figures 6a to 6c drawn narrowly to clearly show the movement effect. The width of the strips 40 in the direction of the arrows, which are not designated, depends on the diffraction structure S (y). In the case of the color bands in particular, the spectral color gradient extends over a larger part of the surface part 13, 14, 15, so that the movement of the strips 40 can be observed on the basis of the migration of a section in the visible spectrum, for example the color band red.
Die Figur 6b zeigt das Sicherheitsmerkmal 16 nach einer Drehung um die Kippachse 41 in einen vorbestimmten Kippwinkel, unter dem die Streifen 40 der beiden äusseren Flächenteilen 13, 15 und des mittleren Flächenteils 14 auf einer Linie parallel zur Kippachse 41 liegen. Dieser vorbestimmte Kippwinkel ist durch die Wahl der Überlagerungsstruktur M(x, y) bestimmt. In einer Ausführung des Sicherheitselements 2 (Fig. 2) ist auf dem Flächenmuster 12 (Fig. 2) ein vorbestimmtes Muster nur zu sehen, wenn im Sicherheitsmerkmal 16 der oder die Streifen 40 eine vorbestimmte Lage einnehmen, d.h. wenn der Beobachter 35 das Sicherheitselement 2 unter den durch den vorbestimmten Kippwinkel bestimmten Betrachtungsbedingungen betrachtet.FIG. 6 b shows the security feature 16 after a rotation about the tilt axis 41 at a predetermined tilt angle, under which the strips 40 of the two outer surface parts 13, 15 and the central surface part 14 lie on a line parallel to the tilt axis 41. This predetermined tilt angle is determined by the choice of the overlay structure M (x, y). In one embodiment of the security element 2 (FIG. 2), a predetermined pattern can only be seen on the surface pattern 12 (FIG. 2) if, in the security feature 16, the strip or strips 40 assume a predetermined position, i.e. when the observer 35 views the security element 2 under the viewing conditions determined by the predetermined tilt angle.
In der Figur 6c sind nach einer weiteren Drehung um die Kippachse 41 die Streifen 40 auf dem Sicherheitsmerkmal 16 wieder auseinandergewandert, wie dies die nicht bezeichneten Pfeile in der Figur 6c andeuten.In FIG. 6c, after a further rotation about the tilt axis 41, the strips 40 on the security feature 16 have moved apart again, as indicated by the arrows in FIG. 6c which are not designated.
Selbstverständlich reichen für das Sicherheitsmerkmal 16 in einer anderen Ausführung eine benachbarte Anordnung aus dem mittleren Flächenteil 14 und einem der beiden Flächenteile 13, 15 aus.Of course, in another embodiment, an adjacent arrangement of the central surface part 14 and one of the two surface parts 13, 15 is sufficient for the security feature 16.
Die Figur 7 zeigt einen Querschnitt längs der Spur 36 (Fig. 2) durch den Schichtverbund 1 z.B. im Bereich des Flächenteils 14 (Fig. 2). Damit der Schichtverbund 1 nicht zu dick und damit schlecht herstellbar bzw. verwendbar wird, ist die Strukturhöhe HSt (Fig. 1) der Beugungsstruktur S(x; y) beschränkt. In der nicht massstäblichen Zeichnung der Figur 7 ist beispielhaft die Überlagerungs- funktion M(y) = 0.5»y2*K links von der Koordinatenachse z, in der sich die Höhe des Schichtverbunds 1 ausdehnt, im Schnitt allein dargestellt. In jedem Punkt P(x, y) des Flächenteils 14 ist der Wert z = M(x, y) auf einen vorbestimmten Hub H = Zi - z0 begrenzt. Sobald die Überlagerungsfunktion M(y) an einem der Punkte Pi, P2, ... , Pn den Wert z-j = M(Pj) fürj = 1 , 2, ... , n erreicht hat, tritt in der Überlagerungsfunktion M(y) eine Unstetigkeitsstelle auf, an der auf der vom Punkt P0 abgewandten Seite der Wert der Überlagerungsfunktion M(y) jeweils um den Wert H auf die Höhe z0 reduziert ist, d.h. der in der Beugungsstruktur S(x; y) eingesetzte Wert der Überlagerungsfunktion M(x; y) ist der Funktionswert z = {M(x; y) + C(x; y)} modulo Hub H - C(x; y).FIG. 7 shows a cross section along the track 36 (FIG. 2) through the layer composite 1, for example in the area of the surface part 14 (FIG. 2). The structure height H St (FIG. 1) of the diffraction structure S (x; y) is limited so that the layer composite 1 is not too thick and therefore difficult to manufacture or use. In the non-scale drawing of FIG. 7, the overlay Function M (y) = 0.5 »y 2 * K to the left of the coordinate axis z, in which the height of the layer composite 1 extends, shown in section alone. At each point P (x, y) of the surface part 14, the value z = M (x, y) is limited to a predetermined stroke H = Zi - z 0 . As soon as the overlay function M (y) has reached the value zj = M (P j ) for j = 1, 2, ..., n at one of the points Pi, P 2 , ..., P n , the overlay function M occurs (y) has a point of discontinuity at which on the side facing away from point P 0 the value of the superimposition function M (y) is reduced by the value H to the height z 0 , ie the one used in the diffraction structure S (x; y) The value of the overlay function M (x; y) is the function value z = {M (x; y) + C (x; y)} modulo stroke H - C (x; y).
Die Funktion C(x; y) ist dabei betragsmässig auf einen Wertebereich beschränkt, beispielsweise auf den halben Wert der Strukturhöhe HST- Die aus technischen Gründen erzeugten Unstetigkeitsstellen der Funktion {M(x; y) + C(x; y)} modulo Hub H - C(x; y) sind nicht als Extremwerte der Überlagerungsfunktion M(x; y) zu zählen. Ebenso können in bestimmtenThe amount of the function C (x; y) is limited to a range of values, for example to half the value of the structure height HST. The discontinuities of the function {M (x; y) + C (x; y)} modulo stroke created for technical reasons H - C (x; y) are not to be counted as extreme values of the overlay function M (x; y). Likewise, in certain
Ausführungen die Werte für den Hub H lokal kleiner sein. In einer Ausführung der Beugungsstruktur S(x; y) ist der lokal variierende Hub H dadurch bestimmt, dass der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unstetigkeitsstellen Pn einen vorbestimmten Wert aus dem Bereich von 40 μm bis 300 μm nicht überschreitet. In den Flächenteilen 13 (Fig. 2), 14, 15 (Fig. 2) erstreckt sich dieVersions, the values for the stroke H may be smaller locally. In an embodiment of the diffraction structure S (x; y), the locally varying stroke H is determined in that the distance between two successive discontinuities P n does not exceed a predetermined value in the range from 40 μm to 300 μm. In the surface parts 13 (Fig. 2), 14, 15 (Fig. 2) extends the
Beugungsstruktur S(x, y) auf beiden Seiten der Koordinatenachse z und nicht nur, wie in der Zeichnung der Figur 7 gezeigt ist, rechts von der Koordinatenachse z. Wegen der Überlagerung ist die Strukturhöhe HSt die Summe aus dem Hub H und der Profilhöhe h (Fig. 4) und gleich dem Wert der Beugungsstruktur S(x, y) im Punkt P(x; y). Die Strukturhöhe HSt ist mit Vorteil kleiner als 40 μm, wobei bevorzugte Werte der Strukturhöhe HSt < 5 μm sind. Der Hub H der Überlagerungsfunktion M(x, y) beschränkt sich auf weniger als 30 μm und liegt vorzugsweise im Bereich H = 0.5 μm bis H = 4 μm. Die Mattstrukturen besitzen im mikroskopischen Massstab feine Reliefstrukturelemente, die das Streuvermögen bestimmen und nur mit statistischen Kenngrössen beschrieben werden können, wie z.B. Mittenrauhwert Ra, Korrelationslänge lc usw., wobei die Werte für den Mittenrauhwert Ra im Bereich 200 nm bis 5 μm liegen mit Vorzugswerten von Ra = 150 nm bis Ra = 1 ,5 μm, während die Korrelationslängen lc zumindest in einer Richtung im Bereich von 300 nm bis 300 μm liegen, vorzugsweise zwischen lc = 500 nm bis lc = 100 μm. Bei den "isotropen" Mattstrukturen sind die statistischen Kenngrössen unabhängig von einer Vorzugsrichtung, während bei den "anisotropen" Mattstrukturen Reliefelemente mit der Korrelationslänge lc senkrecht zur Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Die Profilhöhe h des Beugungsgitters 32 (Fig. 4) weist einen Wert aus dem Bereich h = 0,05 μm bis h = 5 μm auf, wobei die Vorzugswerte im engeren Bereich von h = 0,6 + 0,5 μm liegen. Die Spatialfrequenz f des Beugungsgitters 32 ist aus dem Bereich f = 300 Linien/mm bis 3300 Linien/mm gewählt. Ab etwa F = 2400 Linien/mm ist das gebeugte Licht 34 (Fig. 5) nur noch in der nullten Beugungsordnung, d.h. in Richtung des reflektierten Lichts 22 (Fig. 5), beobachtbar.Diffraction structure S (x, y) on both sides of the coordinate axis z and not only, as shown in the drawing of FIG. 7, to the right of the coordinate axis z. Because of the superposition, the structure height H S t is the sum of the stroke H and the profile height h (FIG. 4) and is equal to the value of the diffraction structure S (x, y) at point P (x; y). The structure height H S t is advantageously less than 40 μm, preferred values of the structure height H S t being <5 μm. The stroke H of the superimposition function M (x, y) is limited to less than 30 μm and is preferably in the range H = 0.5 μm to H = 4 μm. On a microscopic scale, the matt structures have fine relief structure elements that determine the scattering power and can only be described with statistical parameters, such as mean roughness R a , correlation length l c etc., the values for the mean roughness R a being in the range 200 nm to 5 μm with preferred values of R a = 150 nm to R a = 1.5 μm, while the correlation lengths l c are at least in one direction in the range from 300 nm to 300 μm, preferably between l c = 500 nm to l c = 100 μm. In the "isotropic" matt structures, the statistical parameters are independent of a preferred direction, while in the "anisotropic" matt structures relief elements with the correlation length l c are oriented perpendicular to the preferred direction. The profile height h of the diffraction grating 32 (FIG. 4) has a value from the range h = 0.05 μm to h = 5 μm, the preferred values being in the narrower range from h = 0.6 + 0.5 μm. The spatial frequency f of the diffraction grating 32 is selected from the range f = 300 lines / mm to 3300 lines / mm. From about F = 2400 lines / mm, the diffracted light 34 (FIG. 5) can only be observed in the zeroth diffraction order, ie in the direction of the reflected light 22 (FIG. 5).
Weitere Beispiele der Überlagerungsfunktion M(x, y) sind:Further examples of the overlay function M (x, y) are:
M(x, y) = 0,5«(x2 +y2)»K, M(x, y) = a»{1 + sin(2πFx«x) •sin(2πFy»y)}, M(x, y) = a«x1'5 + b»x, M(x, y) = a»{1 + sin(2πFy«y)}, wobei Fx bzw. Fy die Raumfrequenz F der Überlagerungsfunktion M(x, y) in Richtung der Koordinatenachse x bzw. y ist. In einer anderen Ausführung des Sicherheitsmerkmals 16 ist die Überlagerungsfunktionen M(x, y) aus einem vorbestimmten Ausschnitt einer anderen Funktion periodisch zusammengesetzt und weist eine oder mehrere Perioden längs der Spur 36 auf.M (x, y) = 0.5 «(x 2 + y 2 )» K, M (x, y) = a »{1 + sin (2πF x « x) • sin (2πF y »y)}, M (x, y) = a «x 1 ' 5 + b» x, M (x, y) = a »{1 + sin (2πF y « y)}, where F x or F y is the spatial frequency F Superposition function M (x, y) in the direction of the coordinate axis x or y. In another embodiment of the security feature 16, the overlay function M (x, y) is periodically composed of a predetermined section of another function and has one or more periods along the track 36.
In der Figur 8a bilden die Überlagerungsfunktion M(x, y) = 0,5»(x2 +y2)«K, d.h. eine Kugelkalotte, und die Reliefstruktur R(x, y), d.h. eine "isotrope" Mattstruktur, die Beugungsstruktur S(x, y) (Fig. 7) im z.B. kreisförmig berandeten Flächenteil 14. Der Beobachter 35 (Fig. 5) erkennt bei Tageslicht entsprechend der Betrachtungsrichtung 39 (Fig. 5) einen hellen, weissgrauen Fleck 42 vor einem dunkelgrauen Hintergrund 43, wobei die Position des Flecks 42 im Flächenteil 14 in Bezug auf die Kennmarke 37 und der Kontrast zwischen Fleck 42 und Hintergrund 43 von der Betrachtungsrichtung 39 abhängig sind. Die Ausdehnung des Flecks 42 wird durch das Streuvermögen der Mattstruktur und der Krümmung der Überlagerungsfunktion M(x, y) bestimmt. Das Sicherheitselement 2 (Fig. 2) ist beispielsweise durch Kippen um die Kippachse 41 (Fig. 5) und/oder Drehen um die Flächennormale 21 (Fig. 5) des Schichtverbunds 1 (Fig. 5) wie in der Figur 8b derart auf die vorbestimmte Betrachtungsrichtung 39 auszurichten, dass sich der Fleck 42 innerhalb der Kennmarke 37 befindet, die beispielsweise in der Mitte des kreisförmig berandeten Flächenteils 14 angeordnet ist. Die Figur 9 zeigt die lichtbeugende Wirkung der Beugungsstruktur S(x, y)In FIG. 8a, the overlay function M (x, y) = 0.5 »(x 2 + y 2 )« K, ie a spherical cap, and the relief structure R (x, y), ie an "isotropic" matt structure, form the Diffraction structure S (x, y) (FIG. 7) in the area part 14, for example with a circular border. The observer 35 (FIG. 5) recognizes a bright, white-gray spot 42 against a dark gray background 43 in daylight in accordance with the viewing direction 39 (FIG. 5) , the position of the spot 42 in the surface part 14 with respect to the identification mark 37 and the contrast between the spot 42 and the background 43 being dependent on the viewing direction 39. The extent of the spot 42 is determined by the scattering capacity of the matt structure and the curvature of the overlay function M (x, y). The security element 2 (FIG. 2) is, for example, tilted about the tilt axis 41 (FIG. 5) and / or rotated about the Surface normals 21 (FIG. 5) of the layer composite 1 (FIG. 5), as in FIG. 8b, must be aligned with the predetermined viewing direction 39 in such a way that the spot 42 is located within the identification mark 37, which is arranged, for example, in the middle of the circularly bordered surface part 14 is. FIG. 9 shows the diffraction effect of the diffraction structure S (x, y)
(Fig. 7) in der Beugungsebene 20. Die Reliefstruktur R(x, y) (Fig. 4) ist das Beugungsgitter 32 (Fig. 4) mit einem z.B. sinusförmigen Profil und mit einer Spatialfrequenz f kleiner als 2400 Linien/mm. Der Gittervektor der Reliefstruktur R(x, y) liegt in der Beugungsebene 20. Die Überlagerungsfunktion M(x, y) im Flächenteil 13 (Fig. 2), 14 (Fig. 2), 15 (Fig. 2) des Sicherheitsmerkmals 16 ist durch die Wirkung der Beugungsstruktur S(x, y) bestimmt, wobei das senkrecht auf den Schichtverbund 1 einfallende Licht 11 unter einem vorbestimmten Betrachtungswinkel +θ bzw. - θ in die positive Beugungsordnung 23 (Fig. 3) bzw. in die negative Beugungsordnung 24 (Fig. 3) abgelenkt wird. In der Beugungsebene 20 schliessen erste Strahlen 44 mit der Wellenlänge λi mit dem einfallenden Licht 11 den Betrachtungswinkel θ ein und zweite Strahlen 45 mit der Wellenlänge λ2 den Betrachtungswinkel -θ. Der Beobachter 35 (Fig. 5) erblickt das Flächenteil 13, 14, 15 unter dem Betrachtungswinkel θ in der Farbe mit der Wellenlänge λ . Nach einer Drehung des Schichtverbunds 1 in seiner Ebene um 180° erscheint dem Beobachter 35 das Flächenteil 13, 14, 15 unter dem Betrachtungswinkel ~9 in der Farbe der Wellenlänge λ2. Wenn die Mittelfläche 33 die lokale Neigung γ = 0° aufweist, unterscheiden sich die Wellenlängen λi und λ2 nicht. Für andere Werte der lokalen Neigung γ unterscheiden sich die Wellenlängen λi und λ2. Die gepunktet gezeichnete Normale 21' auf die geneigte Mittelfläche 33 schliesst mit dem einfallenden Strahl 11 den Winkel α ein, wobei α = -ß = γ. Die ersten Strahlen(FIG. 7) in the diffraction plane 20. The relief structure R (x, y) (FIG. 4) is the diffraction grating 32 (FIG. 4) with, for example, a sinusoidal profile and with a spatial frequency f less than 2400 lines / mm. The grating vector of the relief structure R (x, y) lies in the diffraction plane 20. The overlay function M (x, y) is in the surface part 13 (FIG. 2), 14 (FIG. 2), 15 (FIG. 2) of the security feature 16 determined by the effect of the diffraction structure S (x, y), the light 11 incident perpendicularly on the layer composite 1 at a predetermined viewing angle + θ or - θ in the positive diffraction order 23 (FIG. 3) or in the negative diffraction order 24 (Fig. 3) is distracted. In the diffraction plane 20, first rays 44 with the wavelength λi with the incident light 11 enclose the viewing angle θ and second rays 45 with the wavelength λ 2 include the viewing angle -θ. The observer 35 (FIG. 5) sees the surface part 13, 14, 15 under the viewing angle θ in the color with the wavelength λ. After rotating the layer composite 1 in its plane by 180 °, the surface part 13, 14, 15 appears to the observer 35 under the viewing angle 99 in the color of the wavelength λ 2 . If the central surface 33 has the local inclination γ = 0 °, the wavelengths λi and λ 2 do not differ. The wavelengths λi and λ 2 differ for other values of the local inclination γ. The normal 21 'shown in dotted lines on the inclined central surface 33 encloses the angle α with the incident beam 11, where α = -ß = γ. The first rays
44 und die Normale 21' schliessen den Beugungswinkel ξi ein, die zweiten Strahlen44 and the normal 21 'include the diffraction angle ξi, the second rays
45 und die Normale 21' den Beugungswinkel ξ2.45 and the normal 21 'the diffraction angle ξ 2 .
Wegen ξk = asin(sinα + m k«λk»f) und α = γ ergibt sich für die beiden ersten Beugungsordnungen 23, 24, d.h. für m k = ±1 , die Beziehung f»(λ-ι+λ2) = 2«sin(θ)«cos(γ) (1), woraus folgt, dass für vorbestimmte Werte des Betrachtungswinkels θ und der Spatialfrequenz f die Summe der beiden Wellenlängen λi, λ2 der Strahlen 44, 45 proportional zum Kosinus des lokalen Neigungswinkels γ ist. Die Gleichung (1) ist für andere Ordnungszahlen m leicht herzuleiten. Die Ordnungszahlen m und der Betrachtungswinkel θ für eine bestimmte, beobachtbare Farbe sind durch die Spatialfrequenz f bestimmt.Because of ξ k = asin (sinα + mk «λ k » f) and α = γ, the relationship f »(λ-ι + λ 2 ) results for the first two diffraction orders 23, 24, ie for m k = ± 1 = 2 «sin (θ)« cos (γ) (1), from which it follows that for predetermined values of the viewing angle θ and the Spatial frequency f is the sum of the two wavelengths λi, λ 2 of the beams 44, 45 is proportional to the cosine of the local angle of inclination γ. Equation (1) can easily be derived for other atomic numbers m. The ordinal numbers m and the viewing angle θ for a specific, observable color are determined by the spatial frequency f.
In den Figuren 10a und 10b ist als Beispiel eine Ausführung des Sicherheitsmerkmals 16 dargestellt, wobei in der Figur 10a das Sicherheitselement 2 gegenüber dem Sicherheitselement 2 in der Figur 10b in seiner Ebene um 180° gedreht ist. Die Beugungsebene 20 (Fig. 9) ist mit ihrer Spur 36 dargestellt. In den Figuren 10a und 10b umfasst das Sicherheitsmerkmal 16 die drei Flächenteile 13, 14, 15 mit der Beugungsstruktur S(x, y) = R(x, y) + M(x, y), wobei sich in den drei Flächenteilen 13, 14, 15 die Beugungsstrukturen S(x, y) durch die mit Hilfe der Gleichung (1) bestimmten Werte der lokalen Neigungen γ der Überlagerungsfunktion M(x, y) und der Spatialfrequenz f der Reliefprofile R(x, y) unterscheiden. Ein Hintergrundfeld 46 grenzt an wenigstens ein Flächenteil 13, 14, 15 und weist das Beugungsgitter 32 (Fig. 4) mit dem gleichen Reliefprofil R(x, y) und der dem Hintergrundfeld 46 eigenen Spatialfrequenz f auf. Der Gittervektor des Reliefprofils R(x, y) ist in den Flächenteilen 1.3, 14, 15 und im Hintergruridfeld 46 parallel zur Spur 36 ausgerichtet. Bei senkrechter Beleuchtung des Sicherheitselements 2 mit weissem Licht 11 (Fig. 9) erstrahlen im Sicherheitsmerkmal 16 in der Ausrichtung der Figur 10a unter dem Betrachtungswinkel +θ die Flächenteile 13, 14, 15 und das Hintergrundfeld 46 in der gleichen Farbe, und dem Beobachter 35 (Fig. 5) scheint das Sicherheitsmerkmal 16 ohne Kontrast in einer einheitlichen Farbe zu leuchten, beispielsweise weisen die abgelenkten ersten Strahlen 44 (Fig. 9) die Wellenlänge λi, z.B. 680 nm (rot), auf. In der in der Figur 10b gezeigten Ausrichtung wird das ganze Sicherheitsmerkmal 16 unter dem Betrachtungswinkel -θ beobachtet. Beispielsweise leuchtet das erste Flächenteil 13 in den zweiten Strahlen 45 (Fig. 9) der Wellenlänge λ2, z.B. λ2 = 570 nm (gelb), das zweite Flächenteil 14 in den zweiten Strahlen 45 der Wellenlänge λ3, z.B. λ3 = 510 nm (grün) und das dritte Flächenteil 15 in den zweiten Strahlen 45 der Wellenlänge λ4, z.B. λ4 = 400 nm (blau). Im Hintergrundfeld 46, in dem die Mittelfläche 33 (Fig. 9) des Beugungsgitters 32 (Fig. 4) die Neigung γ (Fig. 9) mit dem Wert γ = 0 aufweist, sind aus Symmetriegründen auch die zweiten Strahlen 45 von der Wellenlänge λ-i, d.h. die Hintergrundfläche 46 erstrahlt wiederum in der roten Farbe. Der Vorteil dieser Ausführung ist das auffällige optische Verhalten des Sicherheitsmerkmals 16, nämlich der unter einer einzigen vorbestimmten Orientierung des Sicherheitselements 2 sichtbare Farbkontrast der nach einer 180°- Drehung des Sicherheitselements 2 um die Flächennormale 21 (Fig. 3) sich ändert bzw. verschwindet. Das Sicherheitsmerkmal 16 dient somit zum Festlegen einer vorbestimmten Orientierung des Sicherheitselements 2 mit dem nicht holographisch kopierbaren Sicherheitsmerkmal 16. Nur der Einfachheit halber ist in jedem Flächenteil 13, 14, 15 eine einheitlicheAn embodiment of the security feature 16 is shown as an example in FIGS. 10a and 10b, the security element 2 in FIG. 10a being rotated in its plane by 180 ° with respect to the security element 2 in FIG. 10b. The diffraction plane 20 (FIG. 9) is shown with its track 36. In FIGS. 10a and 10b, the security feature 16 comprises the three surface parts 13, 14, 15 with the diffraction structure S (x, y) = R (x, y) + M (x, y), the three surface parts 13, 14, 15 differentiate the diffraction structures S (x, y) by means of the values of the local inclinations γ of the superposition function M (x, y) and the spatial frequency f of the relief profiles R (x, y) determined with the aid of equation (1). A background field 46 borders at least one surface part 13, 14, 15 and has the diffraction grating 32 (FIG. 4) with the same relief profile R (x, y) and the spatial frequency f inherent in the background field 46. The grating vector of the relief profile R (x, y) is aligned in the surface parts 1.3, 14, 15 and in the backgrid field 46 parallel to the track 36. When the security element 2 is illuminated vertically with white light 11 (FIG. 9), the surface parts 13, 14, 15 and the background field 46 shine in the security feature 16 in the orientation of FIG. 10a under the viewing angle + θ and the observer 35 (FIG. 5) the security feature 16 appears to shine in a uniform color without contrast, for example the deflected first rays 44 (FIG. 9) have the wavelength λi, for example 680 nm (red). In the orientation shown in FIG. 10b, the entire security feature 16 is observed under the viewing angle -θ. For example, the first surface part 13 shines in the second beams 45 (FIG. 9) of the wavelength λ 2 , for example λ 2 = 570 nm (yellow), the second surface part 14 in the second beams 45 of the wavelength λ 3 , for example λ 3 = 510 nm (green) and the third surface part 15 in the second rays 45 of the wavelength λ 4 , for example λ 4 = 400 nm (blue). In the background field 46, in which the central surface 33 (FIG. 9) of the diffraction grating 32 (FIG. 4) has the inclination γ (FIG. 9) with the value γ = 0 for reasons of symmetry also the second rays 45 with the wavelength λ-i, ie the background area 46 again shines in the red color. The advantage of this embodiment is the striking optical behavior of the security feature 16, namely the color contrast visible under a single predetermined orientation of the security element 2, which changes or disappears after the security element 2 has been rotated through 180 ° about the surface normal 21 (FIG. 3). The security feature 16 thus serves to determine a predetermined orientation of the security element 2 with the security feature 16 that cannot be copied holographically. Only for the sake of simplicity is there a uniform one in each surface part 13, 14, 15
Farbe, d.h. eine konstante Neigung γ, als Beispiel angenommen worden. Im allgemeinen weist das Flächenteil 13, 14, 15 einen Ausschnitt aus der Überlagerungsfunktion M(x, y) auf, so dass sich die Neigung γ im Flächenteil 13, 14, 15 in einer vorbestimmten Richtung kontinuierlich ändert und die Wellenlängen der zweiten Strahlen 45 aus einem Bereich beiderseits der Wellenlänge λ stammen. Anstelle der gleichartig begrenzten Flächenteile 13, 14, 15 bilden eine Vielzahl der auf dem Hintergrundfeld 46 angeordneten Flächenteile 13, 14, 15 ein Logo, einen Schriftzug usw.Color, i.e. a constant slope γ, taken as an example. In general, the surface part 13, 14, 15 has a section of the superimposition function M (x, y), so that the inclination γ in the surface part 13, 14, 15 changes continuously in a predetermined direction and the wavelengths of the second beams 45 extend a region on either side of the wavelength λ. Instead of the similarly delimited surface parts 13, 14, 15, a multiplicity of the surface parts 13, 14, 15 arranged on the background field 46 form a logo, a lettering, etc.
In der Figur 1 1 ist die Beugungsstruktur S(x, y) komplizierter aufgebaut. Die Überlagerungsfunktion M(x, y) ist eine symmetrische, stückweise stetige, periodische Funktion, deren Wert längs der Koordinatenachse x gemäss z = M(x, y) variiert, während M(x, y) längs der Koordinatenachse y einen konstanten Wert z aufweist. Das z.B. rechteckige Flächenteil 13, 14 (Fig. 10), 15 (Fig. 10) ist mit seiner Längsseite parallel zur Koordinate x ausgerichtet und in schmale Teilflächen 47 von der Breite b unterteilt, deren Längsseiten parallel zur Koordinatenachse y ausgerichtet sind. Jede Periode 1/FX der Überlagerungsstruktur M(x; y) erstreckt sich über eine Anzahl t der Teilflächen 47, z.B. ist die Anzahl t im Wertebereich von 5 bis 10. Die Breite b soll 10 μm nicht unterschreiten, da sonst die Beugungsstruktur S(x, y) auf der Teilfläche 47 zuwenig definiert ist. Die Beugungsstrukturen S(x, y) der benachbarten Teilflächen 47 unterscheiden sich in den Summanden, dem Reliefprofil R(x, y) und dem der Teilfläche 47 zugeordneten Ausschnitt der Überlagerungsfunktion M(x, y). Das Reliefprofil Rj(x, y) der i-ten Teilfläche 47 unterscheidet sich von den beiden Reliefprofilen Ri+ι(x, y) und R (X, y) der benachbarten Teilflächen 47 um wenigstens einen Gitterparameter, wie Azimut, Spatialfrequenz, Profilhöhe h (Fig. 4) usw. Beträgt die Raumfrequenz Fx bzw. Fy höchstens 10 Linien/mm aber nicht weniger als 2,5 Linien/mm, kann der Beobachter 35 (Fig. 5) auf demIn FIG. 1 1, the diffraction structure S (x, y) has a more complicated structure. The overlay function M (x, y) is a symmetrical, piecewise continuous, periodic function, the value of which varies along the coordinate axis x according to z = M (x, y), while M (x, y) along the coordinate axis y is a constant value z having. The rectangular surface part 13, 14 (FIG. 10), 15 (FIG. 10), for example, is oriented with its long side parallel to the coordinate x and divided into narrow partial areas 47 of width b, the long sides of which are aligned parallel to the coordinate axis y. Each period 1 / F X of the superimposition structure M (x; y) extends over a number t of the partial areas 47, for example the number t is in the value range from 5 to 10. The width b should not be less than 10 μm, since otherwise the diffraction structure S (x, y) is too little defined on the partial surface 47. The diffraction structures S (x, y) of the adjacent partial areas 47 differ in the summands, the relief profile R (x, y) and the section of the superposition function M (x, y) assigned to the partial area 47. The Relief profile Rj (x, y) of the i-th sub-area 47 differs from the two relief profiles Ri + ι (x, y) and R (X, y) of the adjacent sub-areas 47 by at least one lattice parameter, such as azimuth, spatial frequency, profile height h (Fig. 4) etc. If the spatial frequency F x or F y is at most 10 lines / mm but not less than 2.5 lines / mm, the observer 35 (Fig. 5) can on the
Flächenteil 13, 14, 15 mit dem blossen Auge keine Unterteilung durch die Perioden der Überlagerungsfunktion M(x, y) mehr erkennen. Die Unterteilung und die Belegung der Teilflächen 47 mit der Beugungsstruktur S(x, y) wiederholt sich in jeder Periode der Überlagerungsfunktion M(x, y). In einer anderen Ausführung des Sicherheitsmerkmals 16 verändert sich das Reliefprofil R(x, y) kontinuierlich als Funktion des Phasenwinkels der periodischen Überlagerungsfunktion M(x, y).Flat part 13, 14, 15 can no longer be seen with the naked eye by the periods of the overlay function M (x, y). The subdivision and the occupation of the partial areas 47 with the diffraction structure S (x, y) is repeated in each period of the overlay function M (x, y). In another embodiment of the security feature 16, the relief profile R (x, y) changes continuously as a function of the phase angle of the periodic overlay function M (x, y).
Die in der Figur 11 dargestellten Beugungsstrukturen S(x, y) sind in der Ausführung des in den Figuren 12 dargestellten Sicherheitsmerkmals 16 eingesetzt, das eine neuartige, optische Wirkung bei der Beleuchtung mit weissem Licht 11 entfaltet, wenn das Sicherheitsmerkmal 16 um die zur Koordinatenachse y parallele Kippachse 41 gekippt wird. Das Sicherheitsmerkmal 16 umfasst das dreieckförmige erste Flächenteil 14, das im rechteckigen zweiten Flächenteil 13 angeordnet ist. Im ersten Flächenteil 14 zeichnet sich die Beugungsstruktur S(x, y) dadurch aus, dass sich die Spatialfrequenz f des Reliefprofils R(x, y) in Richtung der Koordinatenachse x innerhalb jeder Periode der Überlagerungsfunktion M(x, y) schrittweise oder kontinuierlich in einem vorbestimmten Spatialfrequenz- Bereich δf verändert, wobei die Spatialfrequenz fj in der i-ten Teilfläche 47 (Fig. 7) grösser ist als die Spatialfrequenz fμι in der vorhergehenden (i-1)-ten Teilfläche 47. In jeder Periode weist somit die erste Teilfläche 47 die Spatialfrequenz f mit dem Wert fA auf. Für die Teilfläche 47 im Minimum der Periode ist die Spatialfrequenz f = fM und für die am Ende der Periode gelegenen Teilfläche 47 ist der Wert der Spatialfrequenz f = fE, wobei fA < fwi < fε, wobei δf = - A- Im zweiten Flächenteil 13 zeichnet sich die Beugungsstruktur S(x, y) dadurch aus, dass sich die Spatialfrequenz f des Reliefprofils R(x, y) in Richtung der Koordinatenachse x innerhalb einer Periode der Überlagerungsfunktion M(x, y) von der einen Teilfläche 47 zur nächsten schrittweise oder kontinuierlich verkleinert. In einer Ausführung ist als Beispiel die Beugungsstruktur S**(x, y) = R(-x, y) + M(-x, y) des zweiten Flächenteils 13 die an der von den Koordinatenachsen y, z aufgespannten Ebene gespiegelte Beugungsstruktur S(x, y) des ersten Flächenteils 14. Die Gittervektoren und die Spur 36 (Fig. 11) der Beugungsebene 20 (Fig. 9) sind in beiden Flächenteilen 13, 14 im wesentlichen parallel zur Kippachse 41 ausgerichtet. Der Gradient 38 liegt im wesentlichen parallel zu der von den Koordinatenachsen x und z aufgespannten Ebene.The diffraction structures S (x, y) shown in FIG. 11 are used in the embodiment of the security feature 16 shown in FIG. 12, which has a novel optical effect when illuminated with white light 11 when the security feature 16 is about the coordinate axis y parallel tilt axis 41 is tilted. The security feature 16 comprises the triangular first surface part 14, which is arranged in the rectangular second surface part 13. In the first surface part 14, the diffraction structure S (x, y) is characterized in that the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) in the direction of the coordinate axis x gradually or continuously in each period of the superposition function M (x, y) a predetermined spatial frequency range δf changed, the spatial frequency fj in the i-th sub-area 47 (FIG. 7) being greater than the spatial frequency fμι in the previous (i-1) -th sub-area 47. The first thus points in each period Partial area 47 has the spatial frequency f with the value f A. For the partial area 47 in the minimum of the period, the spatial frequency f = f M and for the partial area 47 located at the end of the period, the value of the spatial frequency f = f E , where f A <fwi <fε, where δf = - A - Im The second surface part 13 is characterized by the diffraction structure S (x, y) in that the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) in the direction of the coordinate axis x within a period of the superposition function M (x, y) from the one partial surface 47 to the next gradually or continuously reduced. In one embodiment, the diffraction structure is S ** (x, y) = R (-x, y) + M (-x, y) of the second Surface part 13 is the diffraction structure S (x, y) of the first surface part 14 that is mirrored on the plane spanned by the coordinate axes y, z. The grating vectors and the track 36 (FIG. 11) of the diffraction plane 20 (FIG. 9) are in both surface parts 13 , 14 aligned substantially parallel to the tilt axis 41. The gradient 38 lies essentially parallel to the plane spanned by the coordinate axes x and z.
In der Figur 12a liegt das Sicherheitsmerkmal 16 in der von den Koordinatenachsen x und y aufgespannten x - y - Ebene, wobei die Betrachtungsrichtung 39 (Fig. 5) mit der Koordinatenachse x einen rechten Winkel bildet. Bei senkrecht einfallendem weissen Licht 11 (Fig. 1) werden die Teilflächen 47 im Bereich der Minima der Überlagerungsfunktion M(x, y) beleuchtet. Da diese Teilflächen 47 bei beiden Beugungsstrukturen S(x, y), S**(x, y) das gleiche Reliefprofil R(x, y) und dieselbe Neigung γ « 0° aufweisen, stammen die an den beiden Flächenteilen 13, 14 in die Betrachtungsrichtung 39 gebeugten Lichtstrahlen 34 (Fig. 5) aus dem gleichen Bereich des sichtbaren Spektrums, z.B. grün, so dass der Farbkontrast auf dem Sicherheitsmerkmal 16 zwischen dem ersten Flächenteil 14 und dem zweiten Flächenteil 13 verschwindet. Beim Kippen des Sicherheitsmerkmals 16 um die Kippachse 41 tritt der Farbkontrast mit zunehmendem Kippwinkel deutlicher hervor, wie dies in der Figur 12b gezeigt ist. Beim Kippen nach links verschiebt sich die Farbe des ersten Flächenteils 14 in Richtung Rot, da die Teilflächen 47 (Fig. 11) mit den Reliefprofilen R(x, y) wirksam werden, bei denen die Spatialfrequenz f kleiner als fM ist. Die Farbe des zweiten Flächenteils 13 verschiebt sich in Richtung Blau, da die Teilflächen 47 wirksam werden, bei denen die Spatialfrequenz f des Reliefprofils R(x, y) grösser als fwi ist. In der Figur 12c ist das Sicherheitsmerkmal 1 von der in der Figur 12a gezeigten Lage um die Kippachse 41 nach rechts gekippt. Auch beim Kippen nach rechts tritt der Farbkontrast deutlich hervor, jedoch mit vertauschten Farben. Die Farbe des ersten Flächenteils 14 verschiebt sich in Richtung Blau, da die Teilflächen 47 wirksam werden, bei denen die Spatialfrequenz f des Reliefprofils R(x, y) grösser als der Wert fM ist, während sich die Farbe des zweiten Flächenteils 13 in Richtung Rot verschiebt, da die Teilflächen 47 (Fig. 11) wirksam werden, bei denen die Spatialfrequenz f des Reliefprofils R(x, y) der Beugungsstruktur S**(x, y) gegenüber dem Wert fwi abnimmt.In FIG. 12a, the security feature 16 lies in the x-y plane spanned by the coordinate axes x and y, the viewing direction 39 (FIG. 5) forming a right angle with the coordinate axis x. In the case of perpendicular white light 11 (FIG. 1), the partial areas 47 are illuminated in the region of the minima of the superimposition function M (x, y). Since these partial surfaces 47 have the same relief profile R (x, y) and the same inclination γ «0 ° in both diffraction structures S (x, y), S ** (x, y), they originate on the two surface parts 13, 14 in the viewing direction 39 diffracted light beams 34 (FIG. 5) from the same region of the visible spectrum, for example green, so that the color contrast on the security feature 16 between the first surface part 14 and the second surface part 13 disappears. When the security feature 16 is tilted about the tilt axis 41, the color contrast becomes clearer with increasing tilt angle, as is shown in FIG. 12b. When tilting to the left, the color of the first surface part 14 shifts in the direction of red, since the part surfaces 47 (FIG. 11) with the relief profiles R (x, y) become effective, in which the spatial frequency f is less than f M. The color of the second surface part 13 shifts in the direction of blue, since the partial surfaces 47 become effective in which the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) is greater than fwi. In FIG. 12c, security feature 1 is tilted to the right about the tilt axis 41 from the position shown in FIG. 12a. The color contrast also stands out clearly when tilted to the right, but with reversed colors. The color of the first surface part 14 shifts in the direction of blue, since the partial surfaces 47 become effective in which the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) is greater than the value f M , while the color of the second surface part 13 changes in the direction Shifts red because the partial areas 47 (FIG. 11) take effect, in which the Spatial frequency f of the relief profile R (x, y) of the diffraction structure S ** (x, y) decreases compared to the value fwi.
In einer anderen Ausführung der Beugungsstruktur S(x, y) der Figur 11 weist das Reliefprofil R(x, y) in den Teilflächen 47 jeder Periode 1/FX dieselbe Spatialfrequenz f auf, jedoch unterscheidet sich das Reliefprofil R(x, y) vonIn another embodiment of the diffraction structure S (x, y) in FIG. 11, the relief profile R (x, y) has the same spatial frequency f in the partial areas 47 of each period 1 / F X , but the relief profile R (x, y) differs. of
Teilfläche 47 zu Teilfläche 47 durch seinen Azimutwinkel φ des Gittervektors relativ zur Koordinatenachse y. Innerhalb einer Periode 1/FX ändert sich der Azimutwinkel φ beispielsweise im Bereich δφ = +40° mit φ « 0° im Minimum jeder Periode schrittweise oder kontinuierlich. Der Azimutwinkel φ ist in Abhängigkeit von der lokalen Neigung γ (Fig. 5) der Mittelfläche 33 (Fig. 5) so aus dem Bereich δφ gewählt, dass einerseits die Beugungsstruktur S(x, y) des ersten Flächenteils 14 (Fig. 12a) bei allen Kippwinkeln um die Kippachse 41 (Fig. 12b, c) gebeugte Lichtstrahlen 34 (Fig. 5) des mittels der Spatialfrequenz f vorbestimmten Farbbereichs, z.B. aus dem Grün - Bereich, in die Betrachtungsrichtung 39 (Fig. 5) aussendet und andererseits der zweite Flächenteil 13 (12a), in dem die gespiegelte Beugungsstruktur S**(x, y) abgeformt ist, nur unter einem einzigen vorbestimmten Kippwinkel in der vorbestimmten Farbe, z.B. in einer aus dem Grün - Bereich erzeugten Mischfarbe, aufleuchtet. Bei anderen Kippwinkeln ist das zweite Flächenteil 13 dunkelgrau. Für den hier beispielhaft angeführten Azimutwinkelbereich δφ = ±20° erstreckt sich der Grün - Bereich von der Wellenlänge λ = 530 nm (φ « 0°) bis zur Wellenlänge λ = 564 nm.Partial area 47 to partial area 47 by its azimuth angle φ of the grid vector relative to the coordinate axis y. Within a period 1 / F X , the azimuth angle φ changes step by step or continuously, for example in the range δφ = + 40 ° with φ «0 ° in the minimum of each period. The azimuth angle φ is selected as a function of the local inclination γ (FIG. 5) of the central surface 33 (FIG. 5) from the region δφ such that on the one hand the diffraction structure S (x, y) of the first surface part 14 (FIG. 12a) at all tilt angles around the tilt axis 41 (FIG. 12b, c), light rays 34 (FIG. 5) of the color range predetermined by the spatial frequency f, for example from the green area, emit in the viewing direction 39 (FIG. 5) and on the other hand the second surface part 13 (12a), in which the mirrored diffraction structure S ** (x, y) is formed, only lights up at a single predetermined tilt angle in the predetermined color, for example in a mixed color generated from the green area. At other tilt angles, the second surface part 13 is dark gray. For the azimuth angle range δφ = ± 20 ° given here as an example, the green range extends from the wavelength λ = 530 nm (φ «0 °) to the wavelength λ = 564 nm.
In der Figur 13 ist die in der Beugungsstruktur S(x, y) eingesetzte Überlagerungsfunktion M(x, y) eine asymmetrische Funktion in Richtung der Koordinatenachse x. Die Überlagerungsfunktion M(x, y) steigt innerhalb der Periode 1/Fx aperiodisch von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert an, z.B. wie die Funktion y = const«x1'5. Die Raumfrequenz FX bzw. Fy liegt im Bereich von 2,5 Linien/mm bis und mit 10 Linien/mm. Nicht gezeigt sind die Unstetigkeitsstellen, die durch die Operation Modulo Hub H (Fig. 7) entstehen. Die oben beschriebene "anisotrope" Mattstruktur mit der Vorzugsrichtung im wesentlichen parallel zur Koordinatenachse x ist als Reliefprofil R(x, y) eingesetzt. Das einfallende Licht 11 (Fig. 5) wird daher hauptsächlich parallel zur Koordinatenachse y aufgefächert gestreut. Im ersten Flächenteil 14 (Fig. 12a) ist die Beugungsstruktur S(x, y) = R(x, y) + M(x, y) und im zweiten Flächenteil 13 (Fig. 12a) ist die Beugungsstruktur S**(x, y) = R(-x, y) + M(-x, y) abgeformt. Anhand der Figur 12a ist die optische Wirkung des Sicherheitsmerkmals 16 bei senkrecht auf die x - y - Ebene einfallendem Licht 1 1 (Fig. 9) erklärt. Liegt das Sicherheitsmerkmal 16 in der x - y - Ebene, wird das einfallende Licht 1 1 mit grösser Intensität von derIn FIG. 13, the overlay function M (x, y) used in the diffraction structure S (x, y) is an asymmetrical function in the direction of the coordinate axis x. The superposition function M (x, y) increases aperiodically from a minimum value to a maximum value within the period 1 / Fx, for example like the function y = const «x 1 ' 5 . The spatial frequency F X or F y is in the range from 2.5 lines / mm to 10 lines / mm. The points of discontinuity caused by the operation modulo hub H (FIG. 7) are not shown. The "anisotropic" matt structure described above with the preferred direction essentially parallel to the coordinate axis x is used as the relief profile R (x, y). The incident light 11 (FIG. 5) is therefore mainly fanned out parallel to the coordinate axis y. The diffraction structure is in the first surface part 14 (FIG. 12a) S (x, y) = R (x, y) + M (x, y) and in the second surface part 13 (FIG. 12a) the diffraction structure is S ** (x, y) = R (-x, y) + M (-x, y) molded. The optical effect of the security feature 16 in the case of light 11 (perpendicular to the x-y plane) (FIG. 9) is explained on the basis of FIG. 12a. If the security feature 16 lies in the x - y plane, the incident light 1 1 becomes more intense from the
Mattstruktur im Bereich der Minima der Überlagerungsfunktion M(x, y) gestreut, die Streuwirkung der übrigen Flächenteile 47 der Beugungsstrukturen S(x, y), S**(x, y) ist zu vernachlässigen. Das von den Flächenteilen 13, 14 rückgestreute Licht weist die Farbe des einfallenden Lichts 11 (Fig. 5) auf und hat in beiden Flächenteilen 13, 14 die gleiche Flächenhelligkeit, so dass kein Kontrast zwischen den beiden Flächenteilen 13, 14 erkennbar ist. In der Figur 12 b trifft das einfallende Licht 1 1 (Fig. 5) unter einem Einfallswinkel auf das Sicherheitsmerkmal 16, das nach links um die Kippachse 41 gekippt ist. Nur noch im zweiten Flächenteil 13 wird das einfallende Licht 1 1 (Fig. 5) gestreut. Bei dieser Beleuchtungsbedingung ist die Flächenhelligkeit des ersten Flächenteils 14 um Grössenordnungen kleiner als beim zweiten Flächenteil 13, so dass sich das erste Flächenteil 14 als dunkle Fläche gegen das helle zweite Flächenteil 13 abhebt. In der Figur 12c ist das Sicherheitsmerkmal 16 nach rechts weggekippt, wobei nun die Flächenhelligkeiten der beiden Flächenteile 13, 14 vertauscht sind. In den Figuren 12a bis 12c könnten anstelle eines einzigen dreieckförmigen ersten Flächenteils 14 auf dem zweiten Flächenteil 13 eine Vielzahl der ersten Flächenteile 14 angeordnet sein, die ein Logo, einen Schriftzug usw. bilden.Matt structure scattered in the area of the minima of the superimposition function M (x, y), the scattering effect of the other surface parts 47 of the diffraction structures S (x, y), S ** (x, y) is negligible. The light backscattered by the surface parts 13, 14 has the color of the incident light 11 (FIG. 5) and has the same surface brightness in both surface parts 13, 14, so that no contrast between the two surface parts 13, 14 can be seen. In FIG. 12 b, the incident light 11 (FIG. 5) strikes the security feature 16 at an angle of incidence, which is tilted to the left about the tilt axis 41. Only in the second surface part 13 is the incident light 1 1 (FIG. 5) scattered. In this lighting condition, the surface brightness of the first surface part 14 is orders of magnitude smaller than that of the second surface part 13, so that the first surface part 14 stands out as a dark surface against the bright second surface part 13. In FIG. 12c, the security feature 16 is tilted to the right, the surface brightnesses of the two surface parts 13, 14 now being interchanged. In FIGS. 12a to 12c, instead of a single triangular first surface part 14, a plurality of the first surface parts 14, which form a logo, a lettering, etc., could be arranged on the second surface part 13.
In einer weiteren Ausführung finden anstelle der einfachen mathematischen Funktionen auch Reliefbilder, wie sie auf Münzen und Medaillen verwendet werden, als wenigstens stückweise stetige Überlagerungsfunktion M(x, y) in derIn a further embodiment, instead of the simple mathematical functions, relief images, such as those used on coins and medals, are also found as a continuous overlay function M (x, y) in the at least piecewise
Beugungsstruktur S(x, y) Verwendung, wobei mit Vorteil das Reliefprofil R(x, y) eine "isotrope" Mattstruktur ist. Der Beobachter des Sicherheitselements 2 in dieser Ausführung erhält den Eindruck eines dreidimensionalen Bildes mit einer charakteristischen Oberflächenstruktur. Beim Drehen und Kippen des Sicherheitselements 2 verändert sich die Helligkeitsverteilung im Bild entsprechend der Erwartung bei einem echten Reliefbild, jedoch werfen vorragende Elemente keinen Schatten. Ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen, sind alle Beugungsstrukturen S in ihrer Strukturhöhe auf den Wert HSt (Fig. 1) beschränkt, wie dies anhand der Figur 7 erläutert wurde. Die in den oben beschriebenen, speziellen Ausführungen verwendeten Reliefprofile R(x, y) und Überlagerungsfunktionen M(x, y) sind beliebig zu anderen Beugungsstrukturen S(x, y) kombinierbar.Diffraction structure S (x, y) is used, the relief profile R (x, y) advantageously being an "isotropic" matt structure. The observer of the security element 2 in this embodiment receives the impression of a three-dimensional image with a characteristic surface structure. When the security element 2 is rotated and tilted, the brightness distribution in the image changes in accordance with the expectation of a real relief image, but protruding elements do not cast a shadow. Without deviating from the idea of the invention, all diffraction structures S are limited in their structure height to the value H S t (FIG. 1), as was explained with reference to FIG. 7. The relief profiles R (x, y) and overlay functions M (x, y) used in the special designs described above can be combined as desired with other diffraction structures S (x, y).
Die Verwendung der oben beschriebenen Sicherheitsmerkmale 16 im Sicherheitselement 2 weist den Vorteil auf, dass das Sicherheitsmerkmal 16 eine wirksame Barriere gegen Versuche bildet, das Sicherheitselement 2 holographisch zu kopieren. In einer holographischen Kopie sind die Lageverschiebungen bzw. Farbverschiebungen auf der Fläche des Sicherheitsmerkmals 16 nur in veränderter Form zu erkennen. The use of the security features 16 described above in the security element 2 has the advantage that the security feature 16 forms an effective barrier against attempts to copy the security element 2 holographically. In a holographic copy, the position shifts or color shifts on the surface of the security feature 16 can only be seen in a changed form.

Claims

Patentansprüche : 1. Sicherheitselement (2) aus einem Schichtverbund (1) mit zwischen Schichten (5 ; 6) des Schichtverbunds (1) eingebetteten, mikroskopisch feinen optisch wirksamen Strukturen (9) eines Flächenmusters (12), wobei die optisch wirksamen Strukturen (9) in Flächenteilen (13 ; 14 ; 15) eines Sicherheitsmerkmals (16) in einer von Koordinatenachsen (x ; y) aufgespannten Ebene des Flächenmusters (12) in eine reflektierende Grenzfläche (8) zwischen den Schichten (5 ; 6) abgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Flächenteil (13 ; 14 ; 15) mit Abmessungen grösser ais 0,4 mm eine durch additive bzw. subtraktive Überlagerung einer eine makroskopische Struktur beschreibenden Überlagerungsfunktion (M) mit einem mikroskopisch feinen Reliefprofil (R) gebildete Beugungsstruktur (S ; S* ; Claims: 1. Security element (2) made of a layer composite (1) with microscopically fine optically effective structures (9) of a surface pattern (12) embedded between layers (5; 6) of the layer composite (1), the optically active structures (9 ) in surface parts (13; 14; 15) one Security feature (16) in one spanned by coordinate axes (x; y) The plane of the surface pattern (12) is molded into a reflecting interface (8) between the layers (5; 6), characterized in that at least one surface part (13; 14; 15) with dimensions larger than 0.4 mm a diffraction structure (S; S *; formed by additive or subtractive superposition of a superposition function (M) describing a macroscopic structure) with a microscopic relief profile (R);
S**) aufweist, wobei die Überlagerungsfunktion (M), das Reliefprofil (R) und die Beugungsstruktur (S ; S* ; S**) Funktionen der Koordinaten (x ; y) sind und das Reliefprofil (R) eine lichtbeugende oder lichtstreuende optisch wirksame Struktur (9) beschreibt, die der Überlagerungsfunktion (M) folgend das vorbestimmte Reliefprofil (R) beibehält, und dass die wenigstens stückweise stetige Überiagerungsfunktion (M) wenigstens in Teilbereichen gekrümmt ist, keine periodische Dreieck-oder Rechteckfunktion ist und sich im Vergleich zum Reliefprofil (R) langsam ändert. <Desc/Clms Page number 24>  S **), the overlay function (M), the relief profile (R) and the Diffraction structure (S; S *; S **) are functions of the coordinates (x; y) and that Relief profile (R) a light diffractive or light scattering optically effective Structure (9) describes which, following the overlay function (M), maintains the predetermined relief profile (R), and that the at least piecewise continuous overlay function (M) is curved at least in partial areas, is not a periodic triangular or rectangular function and is in comparison to the Relief profile (R) changes slowly.  <Desc / Clms Page number 24>  
2. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmerkmal (16 ; 16') wenigstens zwei benachbarte Flächenteile (13 ; 14 ; 15) aufweist, und dass im ersten Flächenteil (14) die erste Beugungsstruktur (S) und im zweiten Flächenteil (13 ; 15) die sich von der ersten Beugungsstruktur (S) unterscheidende zweite Beugungsstruktur (S* ; S**) abgeformt sind, wobei der Gittervektor bzw. die Vorzugsrichtung des ersten Reliefprofils (R) im ersten Flächenteil (14) und der Gittervektor bzw. die Vorzugsrichtung des zweiten Reliefprofils (R) im zweiten Flächenteil (13 ; 15) im wesentlichen parallel gerichtet sind. 2. Security element (2) according to claim 1, characterized in that the security feature (16; 16 ') at least two neighboring ones Has surface parts (13; 14; 15), and that in the first surface part (14) the first diffraction structure (S) and in the second surface part (13; 15) the second diffraction structure (S *; S. Differs from the first diffraction structure (S) **) are molded, the lattice vector or the preferred direction of the first relief profile (R) in the first surface part (14) and the lattice vector or the preferred direction of the second relief profile (R) in the second surface part (13; 15) being directed essentially parallel are.
3. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (M) eine asymmetrische, stückweise stetige, periodische Funktion mit der Raumfrequenz (F) von höchstens 5 Linien/mm ist. 3. Security element (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the overlay function (M) is an asymmetrical, piecewise continuous, periodic function with the spatial frequency (F) of at most 5 lines / mm.
4. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsfunktion (M) ein Reliefbild beschreibt. 4. Security element (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the overlay function (M) describes a relief image.
5. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beugungsstruktur (S ; S* ; S**) der Gittervektor bzw. die Vorzugsrichtung des Reliefprofils (R) im wesentlichen parallel zu einer Gradientenebene liegt, die durch den Gradienten (38) der Überlagerungs- funktion (M) und eine senkrecht auf der Oberfläche des Schichtverbunds (1) stehende Flächennormale (21) bestimmt ist. 5. Security element (2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the diffraction structure (S; S *; S **) the grating vector or the Preferred direction of the relief profile (R) substantially parallel to one Gradient plane lies, which is determined by the gradient (38) of the superimposition function (M) and a surface normal (21) perpendicular to the surface of the layer composite (1).
6. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Flächenteil (14) die erste Beugungsstruktur (S) aus der Summe aus dem Reliefprofil (R) und der Überlagerungsfunktion (M) gebildet <Desc/Clms Page number 25> ist, und dass in einem zweiten Flächenteil (13 ; 15) die Beugungsstruktur (S*) die Differenz (R-M) aus dem gleichen Reliefprofil (R) und der gleichen Überlagerungsfunktion (M) ist. 6. Security element (2) according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a first surface part (14) the first diffraction structure (S) from the Sum of the relief profile (R) and the overlay function (M) formed  <Desc / Clms Page number 25>  and that in a second surface part (13; 15) the diffraction structure (S *) is the difference (R-M) from the same relief profile (R) and the same overlay function (M).
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beugungsstruktur (S ; S* ; S**) der Gittervektor bzw. die Vorzugsrichtung des Reliefprofils (R) im wesentlichen senkrecht zu einer Gradientenebene liegt, die durch den Gradienten (38) der Überlagerungs- funktion (M) und eine senkrecht auf der Oberfläche des Schichtverbunds (1) stehende Flächennormale (21) bestimmt ist. Security element (2) according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the diffraction structure (S; S *; S **) the grating vector or the preferred direction of the relief profile (R) is substantially perpendicular to a gradient plane through the gradient (38) of the superimposition function (M) and a surface normal (21) perpendicular to the surface of the layer composite (1) is determined.
Sicherheitselement (2) nach Anspruch 2 oder 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Flächenteil (14) die erste Beugungsstruktur (S) aus der Summe aus dem Reliefprofil (R) und der Überlagerungsfunktion (M) gebildet ist, und dass im zweiten Flächenteil (13 ; 15) die Beugungsstruktur (S**) die gespiegelte erste Beugungsstruktur (S) ist. Security element (2) according to claim 2 or 3 or 7, characterized in that in the first surface part (14) the first diffraction structure (S) is formed from the sum of the relief profile (R) and the overlay function (M), and that in the second Flat part (13; 15) the diffraction structure (S **) is the mirrored first diffraction structure (S).
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einem der Flächenteile (13 ; 14 ; 15) wenigstens eine Kennmarke (37) angeordnet ist, und dass die Kennmarke (37) eine vorbestimmte Betrachtungsrichtung (39) festlegt, wobei wenigstens ein durch gebeugtes Licht (34) erhellter, mittels Kippen und Drehen des Sicherheitsmerkmals (16) auf dem beleuchteten Flächenteil (13 ; 14 ; 15) verschiebbarer Streifen (40) bzw. Fleck (42) auf die Kennmarke (37) ausgerichtet ist. Security element (2) according to one of Claims 1 to 8, characterized in that at least one identification mark (37) is arranged on at least one of the surface parts (13; 14; 15), and in that the identification mark (37) has a predetermined viewing direction (39) defines, at least one strip (40) or spot (42) on the identification mark (37), which is illuminated by diffracted light (34) and can be displaced by tilting and rotating the security feature (16) on the illuminated surface part (13; 14; 15) is aligned.
Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Flächenteil (13 ; 14 ; 15) die Beugungsstruktur (S) die <Desc/Clms Page number 26> Summe der Überlagerungsfunktion (M) und einer mittels des Reliefprofils (R) beschriebenen Beugungsstruktur (32) mit einer Spatialfrequenz (f) ist und die Oberlagerungsfunktion (M) eine lokale Neigung (y) aufweist, dass bei senkrechter Beleuchtung mit weissem Licht (11) am Flächenteil (13 ; 14 ; Security element (2) according to one of claims 1 to 9, characterized in that in at least one surface part (13; 14; 15) the diffraction structure (S)  <Desc / Clms Page number 26>   Sum of the superimposition function (M) and a diffraction structure (32) with a spatial frequency (f) described by means of the relief profile (R) and the superimposition function (M) has a local inclination (y) that with vertical illumination with white light (11) on the surface part (13; 14;
15) gebeugtes Licht (34) unter zum einfallenden Licht (11) vorbestimmten, symmetrischen Betrachtungswinkeln (+S) abgelenkt ist, dass das gebeugte Licht (34) unter dem einen Betrachtungswinkel (+) erste Strahlen (44) einer ersten Wellenlänge (2, 1) und unter dem anderen Betrachtungswinkel (--, 9) zweite Strahlen (45) einer zweiten Wellenlänge (X2) umfasst, wobei für den vorbestimmten Betrachtungswinkel (, 9) und die vorbestimmte Spatialfrequenz (f) die Summe der beiden Wellenlängen (R 2) der Strahlen (44 ; 45) proportional zum Kosinus der lokalen Neigung (y) ist.  15) diffracted light (34) is deflected under symmetrical viewing angles (+ S) predetermined to the incident light (11) that the diffracted Light (34) under one viewing angle (+) first rays (44) of a first wavelength (2, 1) and under the other viewing angle (-, 9) second Beams (45) of a second wavelength (X2) comprises, for the predetermined viewing angle (9, 9) and the predetermined spatial frequency (f) the sum of the two wavelengths (R 2) of the beams (44; 45) proportional to the cosine of the local inclination (y) is.
11. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenteil (13 ; 14 ; 15) an ein Hintergrundfeld (46) des Sicherheitsmerkmals (16) grenzt, dass das Beugungsgitter (32) mit dem Reliefprofil (R) in das Hintergrundfeld (46) abgeformt ist, und dass die Spatialfrequenz (f) des Beugungsgitters (32) so bemessen ist, dass unter den Betrachtungswinkeln (+ ;-) die ersten Strahlen (44) und die zweiten Strahlen (45) die erste Wellenlänge (X1) aufweisen. 11. Security element (2) according to claim 10, characterized in that the surface part (13; 14; 15) to a background field (46) of the Security feature (16) limits that the diffraction grating (32) with the Relief profile (R) is molded into the background field (46), and that the The spatial frequency (f) of the diffraction grating (32) is dimensioned such that under the Viewing angles (+ ;-) the first rays (44) and the second rays (45) have the first wavelength (X1).
12. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Periode der Überlagerungsfunktion (M) die Azimutwinkel ((p) und/oder die Spatialfrequenzen (f) des Reliefprofils (R) entsprechend der lokalen Neigung (y) der Oberlagerungsfunktion (M) schrittweise in Teilflächen (46) oder kontinuierlich in einem vorbestimmten Azimutwinkelbereich (â (p) bzw. in einem vorbestimmten Spatialfrequenz-Bereich (8f) verändert sind. <Desc/Clms Page number 27> 12. Security element (2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in each period of the overlay function (M) the azimuth angle ((p) and / or the spatial frequencies (f) of the relief profile (R) corresponding to the local inclination ( y) the overlay function (M) are changed step by step in partial areas (46) or continuously in a predetermined azimuth angle range (â (p) or in a predetermined spatial frequency range (8f).  <Desc / Clms Page number 27>  
13. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reliefprofil (R) ein Beugungsgitter (32) mit einer Spatialfrequenz (f) grösser als 300 Linien/mm ist. 13. Security element (2) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the relief profile (R) is a diffraction grating (32) with a spatial frequency (f) greater than 300 lines / mm.
14. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reliefprofil (R) eine Mattstruktur ist. 14. Security element (2) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the relief profile (R) is a matt structure.
15. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Flächenteil (13,14, 15) benachbarte Extremwerte der Überlagerungsfunktion (M) um wenigstens 0.025 mm von einander entfernt sind. 15. Security element (2) according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the surface part (13, 14, 15) adjacent extreme values of the overlay function (M) are at least 0.025 mm apart.
16. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungsstruktur (S ; S* ; S**) auf eine Strukturhöhe (HST) von weniger als 40 um und die Überlagerungsfunktion (M) auf einen Hub (H) von weniger als 30 lim beschränkt sind, wobei der in der Beugungsstruktur (S ; S* ; S**) eingesetzte Wert z der Überlagerungsfunktion (M) gleich {(M) + C (x ; y)} modulo Hub (H) -C (x ; y) ist, wobei die Funktion C (x ; y) betragsmässig auf die halbe Strukturhöhe (HST) beschränkt ist. 16. Security element (2) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the diffraction structure (S; S *; S **) to a structure height (HST) of less than 40 µm and the overlay function (M) on one stroke (H) of less than 30 lim, the value z of the superposition function (M) used in the diffraction structure (S; S *; S **) being equal to {(M) + C (x; y)} modulo stroke ( H) -C (x; y), where the function C (x; y) is half the amount Structure height (HST) is limited.
17. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Flächenelemente (17 ; 18 ; 19) mit den optisch wirksamen Strukturen (9) Teile des Flächenmusters (12) sind, und dass wenigstens eines der Flächenelemente (17 ; 18 ; 19) an das Sicherheitsmerkmal (16) angrenzt.   17. Security element (2) according to one of claims 1 to 16, characterized in that surface elements (17; 18; 19) with the optically active structures (9) Parts of the surface pattern (12), and that at least one of the Surface elements (17; 18; 19) adjoin the security feature (16).
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