EP1492679B2 - Security element comprising micro- and macrostructures - Google Patents

Security element comprising micro- and macrostructures Download PDF

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EP1492679B2
EP1492679B2 EP03714917.6A EP03714917A EP1492679B2 EP 1492679 B2 EP1492679 B2 EP 1492679B2 EP 03714917 A EP03714917 A EP 03714917A EP 1492679 B2 EP1492679 B2 EP 1492679B2
Authority
EP
European Patent Office
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security element
function
diffraction structure
relief profile
diffraction
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP03714917.6A
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German (de)
French (fr)
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EP1492679B1 (en
EP1492679A2 (en
Inventor
René Staub
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OVD Kinegram AG
Original Assignee
OVD Kinegram AG
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Publication date
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Application filed by OVD Kinegram AG filed Critical OVD Kinegram AG
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Publication of EP1492679B1 publication Critical patent/EP1492679B1/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42DBOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a security element according to the preamble of claim 1.
  • Such security elements consist of a thin composite layer of plastic, wherein at least relief structures from the group of diffraction structures, light-scattering structures and planar mirror surfaces are embedded in the layer composite.
  • the cut from the thin layer composite security elements are glued to objects to authenticate the authenticity of the objects.
  • the structure of the thin layer composite and the materials used for this purpose are, for example, in US 4,856,857 described. From the GB 2 129 739 A is also known to apply the thin layer composite with the aid of a carrier film on the object.
  • An arrangement of the type mentioned is from the EP 0 429 782 B1 known.
  • the glued on a document security element has a example of the EP 0 105 099 A1 known, optically variable surface pattern of mosaic-like arranged surface parts with known diffraction structures. So that a forged document can not be provided with a counterfeit document cut out of a genuine document or detached from a genuine document in order to simulate an apparent authenticity, security profiles are embossed in the security element and in adjacent parts of the document.
  • the real document is distinguished by the security profiles that extend seamlessly from the security element to adjacent parts of the document. The impressing of the security profiles interferes with the recognition of the optically variable area pattern. In particular, the position of the die on the security element varies from copy to copy of the document.
  • the WO 01/80175 A1 describes a diffractive surface pattern formed as a visible mosaic composed of surface parts in a laminate of plastic. At least in one surface part, a "zero order microstructure" with a modulated lattice profile is formed whose spatial frequency f multiplied by a predetermined cutoff wavelength of the visible spectrum yields a product greater than or equal to one.
  • the invention has for its object to provide a cost-effective, novel security element, which has a high resistance to counterfeiting attempts, e.g. by means of a holographic copying method.
  • FIG. 1 3 denotes a layer composite, 2 a security element, 3 a substrate, 4 a cover layer, 5 an impression layer, 6 a protective layer, 7 an adhesive layer, 8 a reflective interface, 9 an optically active structure and 10 a transparent location in the reflective interface 8.
  • the composite layer 1 consists of several layers of different, successively applied to a carrier film not shown here plastic layers and comprises in the order typically the cover layer 4, the impression layer 5, the protective layer 6 and the adhesive layer 7.
  • the cover layer 4 and the impression layer 5 are transparent to incident light 11. If the protective layer 6 and the adhesive layer 7 are also transparent, indicia (not shown here, attached to the surface of the substrate 3) can be seen through the transparent location 10.
  • the common contact area between the impression layer 5 and the protective layer 6 is the interface 8.
  • the optically active structures 9 having a structure height H St of an optically variable pattern are formed in the impression layer 5. 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.
  • the interface 8 is provided with a metal coating, preferably from the elements of Table 5 of the aforementioned US 4,856,857 , in particular aluminum, silver, gold, copper, chromium, tantalum, etc., which separates the impression layer 5 and the protective layer 6 as a reflection layer.
  • the electrical conductivity of the metal coating causes a high reflectivity for visible incident light 11 at the interface 8.
  • one or more layers of one of the known, transparent inorganic dielectrics are suitable instead of Metallbelags US 4,856,857 or the reflective layer has a multi-layered interference layer, such as a two-layered metal-dielectric combination or a metal-dielectric-metal combination.
  • the reflection layer is structured in one embodiment, ie it covers the interface 8 only partially and in predetermined zones of the interface 8.
  • the composite layer 1 is produced as a plastic laminate in the form of a long film web with a multiplicity of juxtaposed copies of the optically variable pattern.
  • the security elements 2 are cut out of the film web and joined to a substrate 3 by means of the adhesive layer 7.
  • the substrate 3 usually in the form of a document, a banknote, a bank card, a passport or other important or valuable object, is provided with the security element 2 in order to authenticate the authenticity of the object.
  • FIG. 2 shows a section of the substrate 3 with the security element 2.
  • cover layer 4 FIG. Fig. 1
  • 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 of at least one surface part 13, 14, 15 easily recognizable in the contour with the naked eye, ie the dimensions of the surface part are greater than in at least one direction 0.4 mm.
  • the security feature 16 is in the drawing of FIG. 2 double framed for illustrative reasons.
  • the optically active structures 9 such as microscopically fine diffractive gratings, microscopically fine, light-scattering relief structures or even mirror surfaces in the interface 8 (FIG. Fig. 1 ) molded.
  • incident light 11 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. Fig. 1 ) and contains a surface normal 21, on the optically active structure 9 in the composite layer 1 a.
  • the incident light 11 is a parallel bundle of light rays and includes with the surface normal 21 the angle of incidence ⁇ .
  • the optically effective 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 ⁇ contained in the incident light 11 are deflected at the predetermined angles into the different diffraction orders 23 to 25.
  • the polychromatic incident light 11 is fanned out due to the diffraction at the grating in the light rays of the different wavelengths ⁇ of the incident light 11, ie the visible part of the spectrum extends in the region between the violet light beam (arrow 26 and 27 and 28) and the red light beam (arrow 29 or 30 or 31) in each diffraction order 23, 24 and 25, respectively.
  • the light diffracted into the zeroth diffraction order is the light 22 reflected by the angle of reflection ⁇ .
  • FIG. 4 shows a in the surface elements 17 ( Fig. 2 ) until 19 ( Fig. 2 ) shaped diffraction grating 32, the microscopically fine relief profile R (x, y), for example, has a sinusoidal, periodic profile cross section of constant profile height h and with the spatial frequency f.
  • 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 applied to the optically effective structure 9 (FIG. Fig. 1 ) of the diffraction grating 32 deflected.
  • the parallel diffracted light beams 34 of the wavelength ⁇ leave the security element 2 in the line of sight of an observer 35, who in the illumination of the surface pattern 12 (FIG. Fig. 2 ) with the parallel incident light 11, the colored, brightly radiating surface elements 17, 18, 19 sees.
  • FIG. 5 lies the diffraction plane 20 in the plane of the drawing.
  • a diffraction structure S (x, y) is formed, the central surface 33 of which is arched or inclined locally 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 parallel to the surface of the layer composite 1 (FIG. Fig. 2 ), in which the surface parts 13, 14 ( Fig. 2 ), 15 lie.
  • the relief profile R (x, y) generates the periodic diffraction grating 32 with the profile of one of the known sinusoidal, asymmetrical or symmetrical sawtooth or rectangular shapes.
  • the microscopically fine relief profile R (x, y) of the diffraction structure S (x, y) is a matte structure instead of the periodic diffraction grating 32.
  • the matte structure is a microscopically fine stochastic structure having a predetermined scattering characteristic for the incident light 11, wherein in an anisotropic matt structure instead of the grid vector, a preferred direction occurs.
  • the matte structures scatter the perpendicularly incident light into a scattering cone having an aperture angle predetermined by the scattering power of the matte structure and the direction of the reflected light 22 as the cone axis.
  • the intensity of the scattered light is e.g.
  • the cross section of the scattering cone perpendicular to the cone axis is rotationally symmetric in a matt structure referred to here as "isotropic".
  • the matte structure is here called "anisotropic".
  • the profile height h ( Fig. 4 ) of the relief profile R (x, y) in the region of the overlay function M (x, y) is not changed, ie the relief profile R (x; y) follows the overlay function M (x, y).
  • the uniquely defined superimposition function M (x, y) is at least piecewise differentiable and curved at least in partial areas, ie ⁇ M (x, y) ⁇ 0, periodic or aperiodic and is not a periodic triangular or rectangular function.
  • the periodic superposition functions M (x, y) have a spatial frequency F of at most 20 lines / mm.
  • links between two adjacent extreme values of the overlay functions M (x, y) are at least 0.025 mm long.
  • the preferred values for the spatial frequency F are limited to at most 10 lines / mm and the preferred values for the distance between adjacent extreme values are at least 0.05 mm.
  • the superimposition function M (x, y) thus varies as a macroscopic function in the continuous range slowly compared to the relief profile R (x, y).
  • the superimposition function M (x, y) has a gradient 38, grad (M (x, y)) at each point P (x, y) on the sections lying parallel to the track 36 with continuous sections.
  • the gradient 38 means the component of the degree (M (x, y)) in the diffraction plane 20, since the observer 35 defines the optically effective diffraction plane 20.
  • the diffraction grating 32 has, in each point of the surface part 13, 14, 15, a gradient ⁇ predetermined by the gradient 38 of the superposition function M (x, y).
  • the deformation of the central surface 33 causes a new, advantageous optical effect. This effect is explained by the diffraction behavior at transmission points A, B, C of the surface normal 21 and normal 21 ', 21 "to the central surface 33, eg along the track 36.
  • the refraction of the incident light 11, the reflected light 22 and the diffracted light Light rays 34 at the boundary surfaces of the layer composite 1 is the sake of simplicity in the drawing of FIG. 5 not shown and not included in the following calculations.
  • the inclination ⁇ is determined by the gradient 38.
  • the normals 21 'and 21 ", the grating vector of the diffraction grating 32 ( Fig.
  • the angle of incidence ⁇ ( Fig. 3 ), which are enclosed by the dashed lines 21, 21 ', 21 "and the white, parallel incident light 11.
  • This also changes the wavelength ⁇ of the diffracted light beams 34 deflected in a predetermined viewing direction 39 to the observer 35. If the normal 21' tilted away by the viewer 35, the wavelength ⁇ of the diffracted light beams 34 is greater than when the normal 21 "to the observer 35 is tilted.
  • the color bands of the spectrum can be seen by the observer 35 at a distance of 30 cm, at least 2 mm in length or more must be selected for the distance between the throughput points A and C.
  • the surface of the surface part 13, 14, 15 has a faint gray.
  • the angle of incidence ⁇ changes.
  • the visible color bands of the spectra shift continuously in the region of the overlay function M (x, y) along the track 36.
  • the color of the diffracted light beam 34 changes in the piercing point A ins Yellow-green, the color of the diffracted light beam 34 in the piercing point B to the blue and the color of the diffracted light beam 34 in the piercing point C in violet.
  • the observer 35 perceives the change in the colors of the diffracted light 34 as migration of the color bands in a continuous manner over the surface part 13, 14, 15.
  • the number of color bands of how many diffraction orders the observer sees on the surface part 13, 14, 15 simultaneously 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.
  • the observer 35 sees in the direction of the reflected light 22 only a bright, white-gray band instead of the ribbons.
  • the bright, whitish-gray band is visible to the observer 35 as a function of the scattering power of the matt structure, even if the color band is flat over the surface of the surface part 13, 14, 15 Viewing direction 39 is oblique to the diffraction plane 20.
  • strip 40 ( Fig. 6a ) meant both the color bands of a diffraction order 23, 24, 25 and the bright white-gray band produced by the matt structure.
  • Fig. 6a is the displacement of the strip from the observer 35 (FIG. Fig. 5 ) easier to recognize when a reference to the security feature 16 is present.
  • a reference to the security feature 16 Serve as a reference on the surface portion 13, 14, 15, for example, on the central surface portion 14, arranged identification marks 37 ( Fig. 2 ) and / or a predetermined boundary shape of the surface part 13, 14, 15.
  • the reference specifies a predetermined viewing condition, which is determined by tilting the layer composite 1 (FIG. Fig. 1 ) is adjustable so that the strip 40 is positioned predetermined against the reference.
  • the optically active structure 9 (FIG. Fig. 1 ) of the interface 8 ( Fig.
  • 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 produced by means of the structured reflection layer.
  • the security feature 16 serve the adjacent on both sides of the central surface portion 14, adjacent surface portions 13 and 15 as a mutual reference.
  • the adjacent surface parts 13 and 15 both have a diffraction structure S * (x, y).
  • 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.
  • the oval surface part 14 has the diffraction structure S (y) dependent only on the coordinate y, while the surface parts 13 and 15 with the diffraction structure S * (y) dependent only on the coordinate y on both sides of the oval surface part 14 along the coordinate y extend.
  • the gradient 38 ( Fig. 5 ) and the grating vector of the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) or the preferred direction of the "anisotropic" matt structure are aligned substantially parallel or anti-parallel to the direction of the coordinate y.
  • the azimuth ⁇ of the grating vector 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 azimuth ⁇ is not limited to the said preferred values.
  • the strip 40 is in the drawing of FIGS. 6a to 6c Narrow drawn to clearly show the movement effect.
  • the width of the strips 40 in the direction of the unsigned arrows depends on the diffraction structure S (y). Particularly in the case of the color bands, 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 wandering of a detail in the visible spectrum, for example the red color band.
  • FIG. 6b shows the security feature 16 after rotation about the tilting axis 41 in a predetermined tilt angle, below which the strips 40 of the two outer surface portions 13, 15 and the central surface portion 14 lie on a line parallel to the tilting axis 41.
  • This predetermined tilt angle is determined by the choice of the overlay structure M (x, y).
  • the security element 2 ( Fig. 2 ) is on the surface pattern 12 ( Fig. 2 ) to see a predetermined pattern only when in the security feature 16, the strip or strips 40 occupy a predetermined position, ie when the observer 35 views the security element 2 under the viewing conditions determined by the predetermined tilt angle.
  • FIG. 7 shows a cross section along the track 36 ( Fig. 2 ) through the layer composite 1, for example in the region of the surface part 14 (FIG. Fig. 2 ). So that the layer composite 1 is not too thick and thus difficult to manufacture or use, the structural height H St ( Fig. 1 ) of the diffraction structure S (x; y).
  • the overlay function M (y) 0.5 • y 2 • K left of the coordinate axis z, in which the height of the layer composite 1 expands, shown in section alone.
  • the superposition function M (y) on a discontinuity point at which on the side remote from the point P 0 the value of the overlay function M (y) is reduced by the value H to the height z 0 , that is in the diffraction structure
  • the function C (x; y) is limited in terms of amount to a range of values, for example to half the value of the structure height H ST .
  • the discontinuities of the function ⁇ M (x; y) + C (x; y) ⁇ modulo Hub H-C (x; y) generated for technical reasons are not to be counted as extreme values of the superposition function M (x; y).
  • the values for the hub H may be locally smaller.
  • the locally varying stroke H is determined by the distance between two consecutive points of discontinuity P n not exceeding a predetermined value in the range from 40 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the diffraction structure S (x, y) extends on both sides of the coordinate axis z and not only as in the drawing of FIG FIG. 7 is shown, to the right of the coordinate axis z.
  • the structure height H St is the sum of the stroke H and the profile height h (FIG. Fig. 4 ) and equal to the value of the diffraction structure S (x, y) at point P (x; y).
  • the structure height H St is advantageously less than 40 ⁇ m, preferred values of the structure height H St being ⁇ 5 ⁇ m.
  • M x ⁇ y 0 . 5 • x 2 + y 2 • K .
  • M x ⁇ y a • 1 + sin 2 ⁇ ⁇ F x • x • sin 2 ⁇ ⁇ F y • y .
  • the overlay functions M (x, y) are periodically composed of a predetermined section of another function and have one or more periods along the track 36.
  • the observer 35 detects in daylight according to the viewing direction 39 ( Fig. 5 ), a bright white-gray spot 42 against a dark gray background 43, wherein 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 are dependent on the viewing direction 39.
  • the extent of the stain 42 is determined by the scattering power of the matte structure and the curvature of the superposition function M (x, y).
  • the security element 2 ( Fig. 2 ) is, for example, by tilting about the tilting axis 41 (FIG. Fig. 5 ) and / or rotating about the surface normal 21 (FIG. Fig. 5 ) of the layer composite 1 ( Fig. 5 ) like in the FIG. 8b in such a way to align the predetermined viewing direction 39, that the spot 42 is located within the identification mark 37, which is arranged for example in the center of the circularly surrounded surface portion 14.
  • the FIG. 9 shows the diffractive effect of the diffraction structure S (x, y) ( Fig. 7 ) in the diffraction plane 20.
  • the relief structure R (x, y) ( Fig. 4 ) is the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) with an eg 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.
  • first beams 44 having the wavelength ⁇ 1 with the incident light 11 include the viewing angle ⁇ and second beams 45 having the wavelength ⁇ 2 include the viewing angle - ⁇ .
  • the observer 35 sees the surface portion 13, 14, 15 at the viewing angle ⁇ in the color with the wavelength ⁇ 1 .
  • the observer 35 sees the surface part 13, 14, 15 at the viewing angle - ⁇ in the color of the wavelength ⁇ 2 .
  • Equation (1) is easy to deduce for other atomic numbers m.
  • the ordinal numbers m and the viewing angle ⁇ for a particular observable color are determined by the spatial frequency f.
  • FIG. 10a and 10b is an example of an embodiment of the security feature 16, wherein in the FIG. 10a the security element 2 against the security element 2 in the FIG. 10b rotated in its plane by 180 °.
  • the diffraction plane 20 ( Fig. 9 ) is shown with its track 36.
  • a background field 46 adjoins at least one surface part 13, 14, 15 and has the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) with the same relief profile R (x, y) and the background field 46 own Spatialfrequenz f.
  • the grating vector of the relief profile R (x, y) is aligned parallel to the track 36 in the surface parts 13, 14, 15 and in the background field 46.
  • white light 11 shine in the security feature 16 in the orientation of the FIG. 10a under the viewing angle + ⁇
  • the surface parts 13, 14, 15 and the background field 46 in the same color
  • the observer 35 (FIG. Fig. 5 ) the security feature 16 appears to illuminate without contrast in a uniform color, for example, the deflected first beams 44 (FIG. Fig. 9 ) the wavelength ⁇ 1 , eg 680 nm (red), on.
  • the entire security feature 16 is observed under the viewing angle - ⁇ .
  • the middle surface 33 (FIG. Fig. 9 ) of the diffraction grating 32 ( Fig. 4 ) the inclination ⁇ ( Fig.
  • the advantage of this embodiment is the conspicuous optical behavior of the security feature 16, namely the color contrast visible under a single predetermined orientation of the security element 2 after a 180 ° rotation of the security element 2 around the surface normal 21 (FIG. Fig. 3 ) changes or disappears.
  • the security feature 16 thus serves to define a predetermined orientation of the security element 2 with the non-holographically copied security feature 16.
  • each surface part 13, 14, 15 has a section of the superimposition function M (x, y), so that the inclination ⁇ in the surface part 13, 14, 15 continuously changes in a predetermined direction and the wavelengths of the second rays 45 out an area on both sides of the wavelength ⁇ k originate.
  • the similarly limited surface portions 13, 14, 15 form a plurality of arranged on the background field 46 surface portions 13, 14, 15 a logo, a lettering, etc.
  • the eg rectangular surface part 13, 14 (FIG. Fig. 10 ), 15 ( Fig. 10 ) is aligned with its longitudinal side parallel to the coordinate x and divided into narrow sub-areas 47 of the width b, whose longitudinal sides are aligned parallel to the coordinate axis y.
  • Each period 1 / F x of the overlay structure M (x; y) extends over a number t of the partial surfaces 47, eg the number t is in the value range from 5 to 10.
  • the width b should not fall below 10 ⁇ m, since otherwise the diffraction structure S (x, y) is not defined enough on the partial surface 47.
  • the diffraction structures S (x, y) of the adjacent sub-areas 47 differ in the summands, the relief profile R (x, y) and the section of the superimposition function M (x, y) assigned to the subarea 47.
  • the relief profile R i (x, y) of the i-th partial surface 47 differs from the two relief profiles R i + 1 (x, y) and R i-1 (x, y) of the adjacent partial surfaces 47 by at least one lattice parameter, such as Azimuth, spatial frequency, profile 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. Fig.
  • the relief profile R (x, y) changes continuously as a function of the phase angle of the periodic overlay function M (x, y).
  • the in the FIG. 11 shown diffraction structures S (x, y) are in the embodiment of the in Figures 12 shown security feature 16 deployed, which unfolds a novel, optical effect in the illumination with white light 11 when the security feature 16 is tilted about the coordinate axis y parallel to the tilting axis 41.
  • the security feature 16 comprises the triangular first surface part 14, which is arranged in the rectangular second surface part 13.
  • 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 within each period of the superposition function M (x, y) is gradual or continuous a predetermined Spatialfrequenz- area changed ⁇ f, wherein the spatial frequency f i in the ith subarea 47 ( Fig. 7 ) is greater than the spatial frequency f i-1 in the preceding (i-1) -th sub-area 47.
  • the first sub-area 47 has the spatial frequency f with the value f A.
  • 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 within a period of the superimposition function M (x, y) of the one face 47 to the next stepwise or continuously reduced.
  • the grating vectors and the track 36 (FIG. Fig. 11 ) of the diffraction plane 20 ( Fig. 9 ) are aligned in two surface portions 13, 14 substantially parallel to the tilting axis 41.
  • the gradient 38 is substantially parallel to the plane spanned by the coordinate axes x and z.
  • the security feature 16 lies in the x - y plane spanned by the coordinate axes x and y, the viewing direction 39 (FIG. Fig. 5 ) forms a right angle with the coordinate axis x.
  • the partial areas 47 are illuminated in the region of the minima of the superposition function M (x, y). Since these partial surfaces 47 in both diffraction structures S (x, y), S ** (x, y) have the same relief profile R (x, y) and the same inclination ⁇ ⁇ 0 °, the two surface parts 13, 14 in the viewing direction 39 diffracted light beams 34 ( Fig.
  • FIG. 12c is the security feature 1 of the in the FIG. 12a shown tilted position about the tilting axis 41 to the right. Even when tilting to the right, the color contrast is clear, 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 in the direction Red shifts because the faces 47 ( Fig. 11 ), in which the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) of the diffraction structure S ** (x, y) decreases with respect to the value f M.
  • the relief profile R (x, y) in the sub-areas 47 of each period 1 / F x has the same spatial frequency f, but the relief profile R (x, y) differs from sub-area 47 to sub-area 47 by its azimuth angle ⁇ of the grid vector relative to the coordinate axis y.
  • the azimuth angle ⁇ is dependent on the local inclination ⁇ ( Fig.
  • the second surface part 13 (12a) in which the mirrored diffraction structure S ** (x, y) is formed is ejected only at a single predetermined tilt angle in the predetermined color, for example, in a mixed color generated from the green region. lights. At other angles of tilt, the second surface part 13 is dark gray.
  • the overlay function M (x, y) employed in the diffraction structure S (x, y) is an asymmetric function in the coordinate axis x direction.
  • the spatial frequency F x or F y is in the range of 2.5 lines / mm to and 10 lines / mm. Not shown are the points of discontinuity caused by Operation Modulo Hub H ( Fig. 7 ) arise.
  • FIGS. 12a to 12c For example, instead of a single triangular first surface part 14 on the second surface part 13, a plurality of the first surface parts 14 may be arranged, which form a logo, a lettering, etc.
  • relief images are also used as at least piecewise continuous superimposition function M (x, y) in the diffraction structure S (x, y), wherein advantageously the relief profile R (x, y) is an "isotropic" matte 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 rotating and tilting the security element 2, the brightness distribution in the image changes according to the expectation in a true relief image, but projecting elements do not cast a shadow.
  • all diffraction structures S are in their structural height to the value H St ( Fig. 1 ), as indicated by the FIG. 7 was explained.
  • the relief profiles R (x, y) and overlay functions M (x, y) used in the special embodiments described above can be combined as desired to form other diffraction structures S (x, y).
  • 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 holographically copy the security element 2.
  • the positional shifts or color shifts on the surface of the security feature 16 can be recognized only in a modified form.

Abstract

A security element which is difficult to copy includes a layer composite which has microscopically fine, optically effective structures of a surface pattern, which are embedded between two layers of the layer composite. In a plane of the surface pattern, which is defined by co-ordinate axes x and y, the optically effective structures are shaped into an interface between the layers in surface portions of a holographically non-copyable security feature. In at least one surface portion the optically effective structure (9) is a diffraction structure formed by additive superimposition of a macroscopic superimposition function (M) with a microscopically fine relief profile (R). Both the relief profile (R), the superimposition function (M) and also the diffraction structure are functions of the co-ordinates x and y. The relief profile (R) is a light-diffractive or light-scattering optically effective structure and, following the superimposition function (M), retains the predetermined profile height. The superimposition function (M) is at least portion-wise steady and is not a periodic triangular or rectangular function. In comparison with the relief profile (R) the superimposition function (M) changes slowly. Upon tilting and rotation of the layer composite the observer sees on the illuminated surface portions light, continuously moving strips which are dependent on the viewing direction.

Description

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 composite layer of plastic, wherein at least relief structures from the group of diffraction structures, light-scattering structures and planar mirror surfaces are embedded in the layer composite. The cut from the thin layer composite security elements 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 GB 2 129 739 A ist zudem bekannt, den dünnen Schichtverbund mit Hilfe einer Trägerfolie auf den Gegenstand aufzubringen.The structure of the thin layer composite and the materials used for this purpose are, for example, in US 4,856,857 described. From the GB 2 129 739 A is also known to apply the thin layer composite with the aid of a carrier film on the object.

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 is from the EP 0 429 782 B1 known. The glued on a document security element has a example of the EP 0 105 099 A1 known, optically variable surface pattern of mosaic-like arranged surface parts with known diffraction structures. So that a forged document can not be provided with a counterfeit document cut out of a genuine document or detached from a genuine document in order to simulate an apparent authenticity, security profiles are embossed in the security element and in adjacent parts of the document. The real document is distinguished by the security profiles that extend seamlessly from the security element to adjacent parts of the document. The impressing of the security profiles interferes with the recognition of the optically variable area pattern. In particular, the position of the die 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 verunmöglichen. Beispielsweise sind aus der EP 0 360 969 A1 und WO 99/38038 Anordnungen von asymmetrischen optischen Gittern beschrieben. Die Flächenelemente weisen 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 copying or copying with conventional holographic means difficult or even impossible. For example, are from the EP 0 360 969 A1 and WO 99/38038 Arrangements of asymmetric optical gratings are described. The surface elements have gratings which, used at different azimuth angles, form a brightness-modulated pattern in the surface pattern of the security element. In a holographic copy, the brightness-modulated pattern is not reproduced. Are, like in the WO 98/26373 described, the structures of the lattice smaller than the wavelength of the light used for copying, such submicroscopic structures are no longer detected and thus not reproduced in the copy in the same manner.

Die WO 01/80175 A1 beschreibt ein diffraktives Flächenmuster, das als ein aus Flächenteilen zusammengesetztes sichtbares Mosaik in einem Laminat aus Kunststoff ausgebildet ist. Wenigstens in einem Flächenteil ist eine "zero order microstructure" mit einem modulierten Gitterprofil abgeformt, dessen Spatialfrequenz f multipliziert mit einer vorbestimmten Grenzwellenlänge des sichtbaren Spektrums ein Produkt grösser oder gleich eins ergibt.The WO 01/80175 A1 describes a diffractive surface pattern formed as a visible mosaic composed of surface parts in a laminate of plastic. At least in one surface part, a "zero order microstructure" with a modulated lattice profile is formed whose spatial frequency f multiplied by a predetermined cutoff wavelength of the visible spectrum yields a product greater than or equal to one.

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 documents mentioned in the examples EP 0 360 969 A1 . WO 98/26373 and WO 99/38038 described protection device against the holographic copying is bought with production technical difficulties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, neuartiges Sicherheitselement zu schaffen, das eine hohe Resistenz gegen Fälschungsversuche, z.B. mittels eines holographischen Kopierverfahrens aufweisen soll.The invention has for its object to provide a cost-effective, novel security element, which has a high resistance to counterfeiting attempts, e.g. by means of a holographic copying method.

Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitselement nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a security element according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Es zeigen:

Figur 1
ein Sicherheitselement im Querschnitt,
Figur 2
das Sicherheitselement in Draufsicht,
Figur 3
Reflexion und Beugung an einem Gitter,
Figur 4
Beleuchtung und Beobachtung des Sicherheitselements,
Figur 5
Reflexion und Beugung an einer Beugungsstruktur,
Figuren 6
das Sicherheitsmerkmal unter verschiedenen Kippwinkeln,
Figur 7
eine Überlagerungsfunktion und die Beugungsstruktur im Querschnitt,
Figuren 8
das Ausrichten des Sicherheitselements mittels Kennmarken,
Figur 9
einen lokalen Neigungswinkel der Überlagerungsfunktion,
Figuren 10
das Ausrichten des Sicherheitselements mittels Farbkontrast im Sicherheitsmerkmal,
Figur 11
die Beugungsstruktur mit symmetrischer Überlagerungsfunktion,
Figuren 12
das Sicherheitsmerkmal mit Farbumschlag und
Figur 13
eine asymmetrische Überlagerungsfunktion.
Show it:
FIG. 1
a security element in cross section,
FIG. 2
the security element in plan view,
FIG. 3
Reflection and diffraction on a grid,
FIG. 4
Lighting and observation of the security element,
FIG. 5
Reflection and diffraction at a diffraction structure,
FIGS. 6
the security feature at different tilt angles,
FIG. 7
an overlay function and the diffraction structure in cross section,
FIGS. 8
the alignment of the security element by means of identification marks,
FIG. 9
a local tilt angle of the overlay function,
Figures 10
the alignment of the security element by means of color contrast in the security feature,
FIG. 11
the diffraction structure with symmetrical overlay function,
Figures 12
the security feature with color change and
FIG. 13
an asymmetric overlay function.

In der Figur 1 bedeutet 1 einen Schichtverbund, 2 ein Sicherheitselement, 3 ein 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, die 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.In the FIG. 1 3 denotes a layer composite, 2 a security element, 3 a substrate, 4 a cover layer, 5 an impression layer, 6 a protective layer, 7 an adhesive layer, 8 a reflective interface, 9 an optically active structure and 10 a transparent location in the reflective interface 8. The composite layer 1 consists of several layers of different, successively applied to a carrier film not shown here plastic layers and comprises in the order typically the cover layer 4, the impression layer 5, the protective layer 6 and the adhesive layer 7. The cover layer 4 and the impression layer 5 are transparent to incident light 11. If the protective layer 6 and the adhesive layer 7 are also transparent, indicia (not shown here, attached to the surface of the substrate 3) can be seen through the transparent location 10. The carrier film used in one embodiment, the cover layer 4 itself, in another embodiment, a carrier film is used to apply the thin layer composite 1 on the substrate 3 and is then removed from the layer composite 1, as for example in the aforementioned GB 2 129 739 A is described.

Die gemeinsame Berührungsfläche zwischen der Abformschicht 5 und der 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.The common contact area between the impression layer 5 and the protective layer 6 is the interface 8. The optically active structures 9 having a structure height H St of an optically variable pattern are formed in the impression layer 5. 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 efficiency of the optically active structures 9, the interface 8 is provided with a metal coating, preferably from the elements of Table 5 of the aforementioned US 4,856,857 , in particular aluminum, silver, gold, copper, chromium, tantalum, etc., which separates the impression layer 5 and the protective layer 6 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, one or more layers of one of the known, transparent inorganic dielectrics, for example, in Tables 1 and 4 of the above-mentioned are suitable instead of Metallbelags US 4,856,857 or the reflective layer has a multi-layered interference layer, such as a two-layered metal-dielectric combination or a metal-dielectric-metal combination. The reflection layer is structured in one embodiment, ie it covers the interface 8 only partially 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 Sicherheitselemente 2 beispielsweise ausgeschnitten und mittels der Kleberschicht 7 mit einem Substrat 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.The composite layer 1 is produced as a plastic laminate in the form of a long film web with a multiplicity of juxtaposed copies of the optically variable pattern. For example, the security elements 2 are cut out of the film web and joined to a substrate 3 by means of the adhesive layer 7. The substrate 3, usually in the form of a document, a banknote, a bank card, a passport or other 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.The FIG. 2 shows a section of the substrate 3 with the security element 2. By the cover layer 4 (FIG. Fig. 1 ) and the impression layer 5 ( Fig. 1 ) through a surface pattern 12 is visible. The surface pattern 12 lies in a plane spanned by the coordinate axes x, y and contains a security feature 16 of at least one surface part 13, 14, 15 easily recognizable in the contour with the naked eye, ie the dimensions of the surface part are greater than in at least one direction 0.4 mm. The security feature 16 is in the drawing of FIG. 2 double framed for illustrative reasons. In another embodiment, the security feature 16 of a mosaic of surface elements 17 to 19 of the above-mentioned EP 0 105 099 A1 surrounded mosaic described. In the surface parts 13 to 15 and optionally in the surface elements 17 to 19, the optically active structures 9 (FIG. Fig. 1 ), such as microscopically fine diffractive gratings, microscopically fine, light-scattering relief structures or even mirror surfaces in the interface 8 (FIG. Fig. 1 ) molded.

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 β, wobei β = -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 β reflektierte Licht 22.Based on FIG. 3 describes how this affects the interface 8 (FIG. Fig. 1 ) incident light 11 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. Fig. 1 ) and contains a surface normal 21, on the optically active structure 9 in the composite layer 1 a. The incident light 11 is a parallel bundle of light rays and includes with the surface normal 21 the angle of incidence α. If the optically active structure 9 is a plane 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 effective 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 at the predetermined angles into the different diffraction orders 23 to 25. 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 1 diffraction order 24 and as beam 28 into the minus 2 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. The polychromatic incident light 11 is fanned out due to the diffraction at the grating in the light rays of the different wavelengths λ of the incident light 11, ie the visible part of the spectrum extends in the region between the violet light beam (arrow 26 and 27 and 28) and the red light beam (arrow 29 or 30 or 31) in each diffraction order 23, 24 and 25, respectively. The light diffracted into the zeroth diffraction order is the light 22 reflected by 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.The FIG. 4 shows a in the surface elements 17 ( Fig. 2 ) until 19 ( Fig. 2 ) shaped diffraction grating 32, the microscopically fine relief profile R (x, y), for example, has a sinusoidal, periodic profile cross section of constant profile height h and with the spatial frequency f. 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 applied to the optically effective structure 9 (FIG. Fig. 1 ) of the diffraction grating 32 deflected. The parallel diffracted light beams 34 of the wavelength λ leave the security element 2 in the line of sight of an observer 35, who in the illumination of the surface pattern 12 (FIG. Fig. 2 ) with the parallel incident light 11, the colored, brightly radiating surface elements 17, 18, 19 sees.

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 the FIG. 5 lies the diffraction plane 20 in the plane of the drawing. In at least one of the surface parts 13 (FIG. Fig. 2 ) to 15 ( Fig. 2 ) of the security feature 16 ( Fig. 2 ), a diffraction structure S (x, y) is formed, the central surface 33 of which is arched or inclined locally 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 parallel to the surface of the layer composite 1 (FIG. Fig. 2 ), in which the surface parts 13, 14 ( Fig. 2 ), 15 lie. In each point P (x, y), the diffraction structure S (x, y) determines a distance z parallel to the surface normal 21 to the plane of the surface pattern 12. More generally, the diffraction structure S (x, y) is the sum of the relief profile R (x, y). x, y) ( Fig. 4 ) of the diffraction grating 32 ( Fig. 4 ) and a well-defined overlay function M (x, y), the midplane 33, where S (x, y) = R (x, y) + M (x, y). For example, the relief profile R (x, y) generates the periodic diffraction grating 32 with the profile of one of the known sinusoidal, asymmetrical or symmetrical sawtooth 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 der 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 another embodiment, the microscopically fine relief profile R (x, y) of the diffraction structure S (x, y) is a matte structure instead of the periodic diffraction grating 32. The matte structure is a microscopically fine stochastic structure having a predetermined scattering characteristic for the incident light 11, wherein in an anisotropic matt structure instead of the grid vector, a preferred direction occurs. The matte structures scatter the perpendicularly incident light into a scattering cone having an aperture angle predetermined by the scattering power of the matte structure and the direction of the reflected light 22 as the cone axis. The intensity of the scattered light is e.g. on the cone axis largest and decreases with increasing distance from the cone axis, wherein the deflected in the direction of the generatrices of the scattering cone light is barely visible to an observer. The cross section of the scattering cone perpendicular to the cone axis is rotationally symmetric in a matt structure referred to here as "isotropic". On the other hand, if the cross section in the preferred direction is compressed, i. elliptical deformed with the short major axis of the ellipse parallel to the preferred direction, the matte structure is here called "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) in the region of the overlay function M (x, y) is not changed, ie the relief profile R (x; y) follows the overlay function M (x, y). The uniquely defined superimposition function M (x, y) is at least piecewise differentiable and curved at least in partial areas, ie ΔM (x, y) ≠ 0, periodic or aperiodic and is not a periodic triangular or rectangular function. The periodic superposition functions M (x, y) have a spatial frequency F of at most 20 lines / mm. For good visibility, links between two adjacent extreme values of the overlay functions M (x, y) are at least 0.025 mm long. The preferred values for the spatial frequency F are limited to at most 10 lines / mm and the preferred values for the distance between adjacent extreme values are at least 0.05 mm. The superimposition function M (x, y) thus varies as a macroscopic function in the continuous range slowly 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 Überlagerungsfunktion M(x, y) vorbestimmte Neigung γ auf.One on the plane of the surface pattern 12 ( Fig. 2 ) projected intersection line of the diffraction plane 20 with the center plane 33 lays a track 36 (FIG. Fig. 2 ) firmly. The superimposition function M (x, y) has a gradient 38, grad (M (x, y)) at each point P (x, y) on the sections lying parallel to the track 36 with continuous sections. In general, the gradient 38 means the component of the degree (M (x, y)) in the diffraction plane 20, since the observer 35 defines the optically effective diffraction plane 20. The diffraction grating 32 has, in each point of the surface part 13, 14, 15, a gradient γ predetermined by the gradient 38 of the superposition function M (x, y).

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 den 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 α (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 gezeigten 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 α. 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 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.The deformation of the central surface 33 causes a new, advantageous optical effect. This effect is explained by the diffraction behavior at transmission points A, B, C of the surface normal 21 and normal 21 ', 21 "to the central surface 33, eg along the track 36. The refraction of the incident light 11, the reflected light 22 and the diffracted light Light rays 34 at the boundary surfaces of the layer composite 1 is the sake of simplicity in the drawing of FIG. 5 not shown and not included in the following calculations. In each piercing 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. In accordance with the angle of inclination γ, the angle of incidence α ( Fig. 3 ), which are enclosed by the dashed 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 to the observer 35. If the normal 21' tilted away by the viewer 35, the wavelength λ of the diffracted light beams 34 is greater than when the normal 21 "to the observer 35 is tilted. In the example shown by way of illustration, for the observer 35, the light beams 34 diffracted in the region of the piercing point A have a red color (λ = 700 nm). The diffracted in the region of the piercing point B light rays 34 are of yellow-green color (λ = 550 nm) and the diffracted in the region of the piercing point C light rays 34 have a blue color (λ = 400 nm). Since in the example shown, the inclination γ changes continuously over the curvature of the central surface 33, for the observer 35 along the track 36, the entire visible spectrum on the surface part 13, 14, 15 visible, whereby color bands of the spectrum on the surface part 13, 14, 15 extend perpendicular to the track 36. So that the color bands of the spectrum can be seen by the observer 35 at a distance of 30 cm, at least 2 mm in length or more must be selected for the distance between the throughput points A and C. Outside the visible spectrum, the surface of the surface part 13, 14, 15 has a faint gray. When tilting the layer composite 1 about a tilt axis 41 perpendicular to the plane of the FIG. 5 the angle of incidence α changes. The visible color bands of the spectra shift continuously in the region of the overlay function M (x, y) along the track 36. When tilting, for example in a clockwise direction about the tilting axis 41 of the layer composite 1, the color of the diffracted light beam 34 changes in the piercing point A ins Yellow-green, the color of the diffracted light beam 34 in the piercing point B to the blue and the color of the diffracted light beam 34 in the piercing point C in violet. The observer 35 perceives the change in the colors of the diffracted light 34 as migration of the color bands in a continuous manner 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 is true for any diffraction order. The number of color bands of how many diffraction orders the observer sees on the surface part 13, 14, 15 simultaneously 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, where one of the matte structures is substituted for the diffraction grating 32, the observer 35 sees in the direction of the reflected light 22 only a bright, white-gray band instead of the ribbons. In contrast to the color bands, the bright, whitish-gray band is visible to the observer 35 as a function of the scattering power of the matt structure, even if the color band is flat over the surface of the surface part 13, 14, 15 Viewing direction 39 is oblique to the diffraction plane 20. The following is therefore with "strip 40" ( Fig. 6a ) meant both the color bands of a diffraction order 23, 24, 25 and the bright 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 the Fig. 6a is the displacement of the strip from the observer 35 (FIG. Fig. 5 ) easier to recognize when a reference to the security feature 16 is present. Serve as a reference on the surface portion 13, 14, 15, for example, on the central surface portion 14, arranged identification marks 37 ( Fig. 2 ) and / or a predetermined boundary shape of the surface part 13, 14, 15. Advantageously, the reference specifies a predetermined viewing condition, which is determined by tilting the layer composite 1 (FIG. Fig. 1 ) is adjustable so that the strip 40 is positioned predetermined against the reference. In the region of the identification marks 37, the optically active structure 9 (FIG. Fig. 1 ) of the interface 8 ( Fig. 1 ) is advantageously embodied as an optically active structure 9, a diffractive structure, mirror surface or light-scattering relief structure, which is formed when the surface pattern 12 is replicated in register with 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 produced by means of the structured reflection layer.

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) die 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 gute 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.In a further embodiment of the security feature 16 according to the FIGS. 6 serve the adjacent on both sides of the central surface portion 14, adjacent surface portions 13 and 15 as a mutual reference. The adjacent surface parts 13 and 15 both have a diffraction structure S * (x, y). In contrast to the diffraction structure S (x, y), the diffraction structure S * (x, y) is the difference RM from the relief function R (x, y) and the superimposition function M (x, y), ie S * (x, y) = R (x, y) - M (x, y). The color bands produced by the diffraction structure S * (x, y) exhibit a reversed color gradient with respect to the color bands of the diffraction structure S (x, y), as shown in the drawing of FIGS FIG. 6a is indicated by a fat longitudinal boundary of the strip 40. For a good 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 execution of the security feature 16 according to the FIGS. 6a to 6c the oval surface part 14 has the diffraction structure S (y) dependent only on the coordinate y, while the surface parts 13 and 15 with the diffraction structure S * (y) dependent only on the coordinate y on both sides of the oval surface part 14 along the coordinate y extend. The superposition function is M (y) = 0.5 • y 2 • K, where K is the curvature of the center surface 33. The gradient 38 ( Fig. 5 ) and the grating vector of the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) or the preferred direction of the "anisotropic" matt structure are aligned substantially parallel or anti-parallel to the direction of the coordinate y.

Im allgemeinen ist der Azimut ϕ des Gittervektors 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.In general, the azimuth φ of the grating vector 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 °. In this case, deviations in the azimuth angle of the grating vector or the preferred direction of δφ = ± 20 ° to the preferred value are admissible in order to regard the grating vector or the preferred direction as being substantially parallel or perpendicular to the gradient plane in this region. As such, the azimuth φ is not limited to the said preferred values.

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.The smaller the curvature K, the higher the speed of movement of the strips 40 in the direction of that in the drawing FIGS. 6 a and 6c are not designated arrows per angular unit of rotation about the tilting axis 41. The strip 40 is in the drawing of FIGS. 6a to 6c Narrow drawn to clearly show the movement effect. The width of the strips 40 in the direction of the unsigned arrows depends on the diffraction structure S (y). Particularly in the case of the color bands, 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 wandering of a detail in the visible spectrum, for example the red color band.

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.The FIG. 6b shows the security feature 16 after rotation about the tilting axis 41 in a predetermined tilt angle, below which the strips 40 of the two outer surface portions 13, 15 and the central surface portion 14 lie on a line parallel to the tilting axis 41. This predetermined tilt angle is determined by the choice of the overlay structure M (x, y). In an embodiment of the security element 2 ( Fig. 2 ) is on the surface pattern 12 ( Fig. 2 ) to see a predetermined pattern only when in the security feature 16, the strip or strips 40 occupy a predetermined position, ie 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 the FIG. 6c are after a further rotation about the tilting axis 41, the strips 40 on the security feature 16 again diverge, as the non-designated arrows in the FIG. 6c suggest.

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, sufficient for the security feature 16 in another embodiment, an adjacent arrangement of the central surface portion 14 and one of the two surface portions 13, 15 from.

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 Überlagerungsfunktion 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 = z1 - z0 begrenzt. Sobald die Überlagerungsfunktion M(y) an einem der Punkte P1, P2, ..., Pn den Wert z1 = M(Pj) für j = 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 H u b H - C x y .

Figure imgb0001
The FIG. 7 shows a cross section along the track 36 ( Fig. 2 ) through the layer composite 1, for example in the region of the surface part 14 (FIG. Fig. 2 ). So that the layer composite 1 is not too thick and thus difficult to manufacture or use, the structural height H St ( Fig. 1 ) of the diffraction structure S (x; y). In the not to scale drawing of FIG. 7 is an example of the overlay function M (y) = 0.5 • y 2 • K left of the coordinate axis z, in which the height of the layer composite 1 expands, shown in section alone. In each point P (x, y) of the surface part 14, the value z = M (x, y) is limited to a predetermined stroke H = z 1 -z 0 . As soon as the superimposition function M (y) at one of the points P 1 , P 2 ,..., P n has reached the value z 1 = M (P j ) for j = 1, 2,..., N the superposition function M (y) on a discontinuity point at which on the side remote from the point P 0, the value of the overlay function M (y) is reduced by the value H to the height z 0 , that is in the diffraction structure S (x; y) value of the overlay function M (x; y) is the function value z = M x y + C x y modulo H u b H - C x y ,
Figure imgb0001

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 bestimmten 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.The function C (x; y) is limited in terms of amount to a range of values, for example to half the value of the structure height H ST . The discontinuities of the function {M (x; y) + C (x; y)} modulo Hub H-C (x; y) generated for technical reasons are not to be counted as extreme values of the superposition function M (x; y). Likewise, in certain implementations, the values for the hub H may be locally smaller. In one embodiment of the diffraction structure S (x; y), the locally varying stroke H is determined by the distance between two consecutive points of discontinuity P n not exceeding a predetermined value in the range from 40 μm to 300 μm.

In den Flächenteilen 13 (Fig. 2), 14, 15 (Fig. 2) erstreckt sich die 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 Ic 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 Ic zumindest in einer Richtung im Bereich von 300 nm bis 300 µm liegen, vorzugsweise zwischen Ic = 500 nm bis Ic = 100 µm. Bei den "isotropen" Mattstrukturen sind die statistischen Kenngrössen unabhängig von einer Vorzugsrichtung, während bei den "anisotropen" Mattstrukturen Reliefelemente mit der Korrelationslänge Ic 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.In the surface parts 13 ( Fig. 2 ), 14, 15 ( Fig. 2 ), the diffraction structure S (x, y) extends on both sides of the coordinate axis z and not only as in the drawing of FIG FIG. 7 is shown, to the right of the coordinate axis z. Because of the superposition, the structure height H St is the sum of the stroke H and the profile height h (FIG. Fig. 4 ) and equal to the value of the diffraction structure S (x, y) at point P (x; y). The structure height H St is advantageously less than 40 μm, preferred values of the structure height H St being <5 μm. The stroke H of the overlay 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. The matte structures have microscopic scale fine relief features that determine the scattering and can only be described with statistical parameters, such as average roughness R a , correlation length I c , etc., wherein the values for the average roughness R a in the range 200 nm to 5 microns with preferred values of R a = 150 nm to R a = 1.5 μm, while the correlation lengths I c are at least in one direction in the range of 300 nm to 300 μm, preferably between I c = 500 nm to I c = 100 μm. In the case of the "isotropic" matt structures, the statistical parameters are independent of a preferred direction, while in the case of the "anisotropic" matt structures, relief elements with the correlation length I c are aligned perpendicular to the preferred direction. The profile height h of the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) has a value from the range h = 0.05 μm to h = 5 μm, the preferred values being in the narrower range of 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 is 34 ( Fig. 5 ) only in the zeroth diffraction order, ie in the direction of the reflected light 22 (FIG. Fig. 5 ), observable.

Weitere Beispiele der Überlagerungsfunktion M(x, y) sind: M x y = 0 , 5 x 2 + y 2 K , M x y = a 1 + sin 2 πF x x sin 2 πF y y ,

Figure imgb0002
Further examples of the overlay function M (x, y) are: M x y = 0 . 5 x 2 + y 2 K . M x y = a 1 + sin 2 πF x x sin 2 πF y y .
Figure imgb0002

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) = 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 of the Overlay function M (x, y) in the direction of the coordinate axis x and y, respectively. In another embodiment of the security feature 16, the overlay functions M (x, y) are periodically composed of a predetermined section of another function and have 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.In the FIG. 8a form the superposition 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, the diffraction structure S (x , y) ( Fig. 7 ) in, for example, circularly bounded surface part 14. The observer 35 (FIG. Fig. 5 ) detects in daylight according to the viewing direction 39 ( Fig. 5 ), a bright white-gray spot 42 against a dark gray background 43, wherein 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 are dependent on the viewing direction 39. The extent of the stain 42 is determined by the scattering power of the matte structure and the curvature of the superposition function M (x, y). The security element 2 ( Fig. 2 ) is, for example, by tilting about the tilting axis 41 (FIG. Fig. 5 ) and / or rotating about the surface normal 21 (FIG. Fig. 5 ) of the layer composite 1 ( Fig. 5 ) like in the FIG. 8b in such a way to align the predetermined viewing direction 39, that the spot 42 is located within the identification mark 37, which is arranged for example in the center of the circularly surrounded surface portion 14.

Die Figur 9 zeigt die lichtbeugende Wirkung der Beugungsstruktur 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 λ1 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 λ1. Nach einer Drehung des Schichtverbunds 1 in seiner Ebene um 180° erscheint dem Beobachter 35 das Flächenteil 13, 14, 15 unter dem Betrachtungswinkel -ϑ in der Farbe der Wellenlänge λ2. Wenn die Mittelfläche 33 die lokale Neigung γ = 0° aufweist, unterscheiden sich die Wellenlängen λ1 und λ2 nicht. Für andere Werte der lokalen Neigung γ unterscheiden sich die Wellenlängen λ1 und λ2. Die gepunktet gezeichnete Normale 21' auf die geneigte Mittelfläche 33 schliesst mit dem einfallenden Strahl 11 den Winkel α ein, wobei α = -β = γ. Die ersten Strahlen 44 und die Normale 21' schliessen den Beugungswinkel ξ1 ein, die zweiten Strahlen 45 und die Normale 21' den Beugungswinkel ξ2.The FIG. 9 shows the diffractive effect of the diffraction structure S (x, y) ( Fig. 7 ) in the diffraction plane 20. The relief structure R (x, y) ( Fig. 4 ) is the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) with an eg 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 superposition function M (x, y) in the surface part 13 (FIG. Fig. 2 ), 14 ( Fig. 2 ), 15 ( Fig. 2 ) of the security feature 16 is determined by the effect of the diffraction structure S (x, y), wherein the light 11 incident perpendicularly on the layer composite 1 is deflected into the positive diffraction order 23 at a predetermined viewing angle + θ or -θ. Fig. 3 ) or in the negative diffraction order 24 ( Fig. 3 ) is distracted. In the diffraction plane 20, first beams 44 having the wavelength λ 1 with the incident light 11 include the viewing angle θ and second beams 45 having the wavelength λ 2 include the viewing angle -θ. The observer 35 (FIG. Fig. 5 ) sees the surface portion 13, 14, 15 at the viewing angle θ in the color with the wavelength λ 1 . After rotation of the layer composite 1 in its plane by 180 °, the observer 35 sees the surface part 13, 14, 15 at the viewing angle -θ in the color of the wavelength λ 2 . If the central surface 33 has the local inclination γ = 0 °, the wavelengths λ 1 and λ 2 do not differ. For other values of the local inclination γ, the wavelengths λ 1 and λ 2 differ. The dotted line normal 21 'on the inclined central surface 33 encloses the angle α with the incident beam 11, where α = -β = γ. The first beams 44 and the normal 21 'include the diffraction angle ξ 1 , the second beams 45 and the normal 21' the diffraction angle ξ 2 .

Wegen ξk = asin(sinα + mk•λk•f) und α = γ ergibt sich für die beiden ersten Beugungsordnungen 23, 24, d.h. für mk = ±1, die Beziehung f λ 1 + λ 2 = 2 sin ϑ cos γ

Figure imgb0003

woraus folgt, dass für vorbestimmte Werte des Betrachtungswinkels ϑ und der Spatialfrequenz f die Summe der beiden Wellenlängen λ1, 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 ξ k = asin (sin α + m k • λ k • f) and α = γ, the relationship for the two first diffraction orders 23, 24, ie for m k = ± 1, results f λ 1 + λ 2 = 2 sin θ cos γ
Figure imgb0003

From this it follows that for predetermined values of the viewing angle θ and the spatial frequency f, the sum of the two wavelengths λ 1 , λ 2 of the beams 44, 45 is proportional to the cosine of the local tilt angle γ. Equation (1) is easy to deduce for other atomic numbers m. The ordinal numbers m and the viewing angle θ for a particular 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 13, 14, 15 und im Hintergrundfeld 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 λ1, 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 λ1, 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.In the Figures 10a and 10b is an example of an embodiment of the security feature 16, wherein in the FIG. 10a the security element 2 against the security element 2 in the FIG. 10b rotated in its plane by 180 °. The diffraction plane 20 ( Fig. 9 ) is shown with its track 36. In the Figures 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), wherein in the three surface parts 13, 14, 15 the diffraction structures S (x, y) by means of the equation (1) determined 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) differ. A background field 46 adjoins at least one surface part 13, 14, 15 and has the diffraction grating 32 (FIG. Fig. 4 ) with the same relief profile R (x, y) and the background field 46 own Spatialfrequenz f. The grating vector of the relief profile R (x, y) is aligned parallel to the track 36 in the surface parts 13, 14, 15 and in the background field 46. With vertical illumination of the security element 2 with white light 11 ( Fig. 9 ) shine in the security feature 16 in the orientation of the FIG. 10a under the viewing angle + θ, the surface parts 13, 14, 15 and the background field 46 in the same color, and the observer 35 (FIG. Fig. 5 ) the security feature 16 appears to illuminate without contrast in a uniform color, for example, the deflected first beams 44 (FIG. Fig. 9 ) the wavelength λ 1 , eg 680 nm (red), on. In the in the 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 rays 45 (FIG. Fig. 9 ) of the wavelength λ 2 , for example λ 2 = 570 nm (yellow), the second surface portion 14 in the second beam 45 of the wavelength λ 3 , for example λ 3 = 510 nm (green) and the third surface portion 15 in the second beam 45 of Wavelength λ 4 , eg λ 4 = 400 nm (blue). In the background field 46, in which the middle surface 33 (FIG. Fig. 9 ) of the diffraction grating 32 ( Fig. 4 ) the inclination γ ( Fig. 9 ) with the value γ = 0, for symmetry reasons the second beams 45 are also of the wavelength λ 1 , ie the background area 46 again shines in the red color. The advantage of this embodiment is the conspicuous optical behavior of the security feature 16, namely the color contrast visible under a single predetermined orientation of the security element 2 after a 180 ° rotation of the security element 2 around the surface normal 21 (FIG. Fig. 3 ) changes or disappears. The security feature 16 thus serves to define a predetermined orientation of the security element 2 with the non-holographically copied security feature 16.

Nur der Einfachheit halber ist in jedem Flächenteil 13, 14, 15 eine einheitliche 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 λk 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.For the sake of simplicity only, a uniform color, ie a constant inclination γ, has been assumed in each surface part 13, 14, 15 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 continuously changes in a predetermined direction and the wavelengths of the second rays 45 out an area on both sides of the wavelength λ k originate. Instead of the similarly limited surface portions 13, 14, 15 form a plurality of arranged on the background field 46 surface portions 13, 14, 15 a logo, a lettering, etc.

In der Figur 11 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.In the FIG. 11 the diffraction structure S (x, y) is more complicated. The superimposition function M (x, y) is a symmetric, piecewise continuous, periodic function whose value varies along the coordinate axis x according to z = M (x, y), while M (x, y) along the coordinate axis y a constant value z having. The eg rectangular surface part 13, 14 (FIG. Fig. 10 ), 15 ( Fig. 10 ) is aligned with its longitudinal side parallel to the coordinate x and divided into narrow sub-areas 47 of the width b, whose longitudinal sides are aligned parallel to the coordinate axis y. Each period 1 / F x of the overlay structure M (x; y) extends over a number t of the partial surfaces 47, eg the number t is in the value range from 5 to 10. The width b should not fall below 10 μm, since otherwise the diffraction structure S (x, y) is not defined enough on the partial surface 47.

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 Ri(x, y) der i-ten Teilfläche 47 unterscheidet sich von den beiden Reliefprofilen Ri+1(x, y) und Ri-1(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 dem 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).The diffraction structures S (x, y) of the adjacent sub-areas 47 differ in the summands, the relief profile R (x, y) and the section of the superimposition function M (x, y) assigned to the subarea 47. The relief profile R i (x, y) of the i-th partial surface 47 differs from the two relief profiles R i + 1 (x, y) and R i-1 (x, y) of the adjacent partial surfaces 47 by at least one lattice parameter, such as Azimuth, spatial frequency, profile 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. Fig. 5 ) on the surface part 13, 14, 15 with the naked eye no subdivision by the periods of the superposition function M (x, y) recognize more. The subdivision and the occupation of the sub-areas 47 with the diffraction structure S (x, y) are repeated in each period of the superposition 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 fi in der i-ten Teilfläche 47 (Fig. 7) grösser ist als die Spatialfrequenz fi-1 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 < fM < fE, wobei δf = fE - fA. 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 in the FIG. 11 shown diffraction structures S (x, y) are in the embodiment of the in Figures 12 shown security feature 16 deployed, which unfolds a novel, optical effect in the illumination with white light 11 when the security feature 16 is tilted about the coordinate axis y parallel to the tilting axis 41. 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 within each period of the superposition function M (x, y) is gradual or continuous a predetermined Spatialfrequenz- area changed δf, wherein the spatial frequency f i in the ith subarea 47 ( Fig. 7 ) is greater than the spatial frequency f i-1 in the preceding (i-1) -th sub-area 47. Thus, in each period, the first sub-area 47 has the spatial frequency f with the value f A. For the sub-area 47 in the minimum of the period, the spatial frequency f = f M and for the end of the period sub-area 47 is the value of the spatial frequency f = f E , where f A <f M <f E , where δf = f E - f A. In the second surface part 13, 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 within a period of the superimposition function M (x, y) of the one face 47 to the next stepwise or continuously reduced. In one embodiment, by way of example, the diffraction structure S ** (x, y) = R (-x, y) + M (-x, y) of the second surface part 13 is the diffraction structure S mirrored at the plane spanned by the coordinate axes y, z (x, y) of the first surface part 14. The grating vectors and the track 36 (FIG. Fig. 11 ) of the diffraction plane 20 ( Fig. 9 ) are aligned in two surface portions 13, 14 substantially parallel to the tilting axis 41. The gradient 38 is substantially 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 fM 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 fM abnimmt.In the 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. Fig. 5 ) forms 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 superposition function M (x, y). Since these partial surfaces 47 in both diffraction structures S (x, y), S ** (x, y) have the same relief profile R (x, y) and the same inclination γ ≈ 0 °, 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, eg 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 tilting the security feature 16 about the tilt axis 41, the color contrast with increasing tilt angle occurs more clearly, as shown in the FIG. 12b is shown. When tilting to the left, the color of the first surface part 14 shifts in the direction of red, since the surface portions 47 (FIG. Fig. 11 ) with the relief profiles R (x, y), 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 f M. In the FIG. 12c is the security feature 1 of the in the FIG. 12a shown tilted position about the tilting axis 41 to the right. Even when tilting to the right, the color contrast is clear, 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 in the direction Red shifts because the faces 47 ( Fig. 11 ), in which the spatial frequency f of the relief profile R (x, y) of the diffraction structure S ** (x, y) decreases with respect to the value f M.

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) von 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.In another embodiment of the diffraction structure S (x, y) of the FIG. 11 For example, the relief profile R (x, y) in the sub-areas 47 of each period 1 / F x has the same spatial frequency f, but the relief profile R (x, y) differs from sub-area 47 to sub-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, for example, in the range δφ = ± 40 ° with φ ≈ 0 ° in the minimum of each period, stepwise or continuously. The azimuth angle φ is dependent on the local inclination γ ( Fig. 5 ) of the central surface 33 ( Fig. 5 ) is selected from the range δφ such that, on the one hand, the diffraction structure S (x, y) of the first surface part 14 (FIG. Fig. 12a ) at all tilt angles about the tilt axis 41 (FIG. Fig. 12b, c ) diffracted light beams 34 ( Fig. 5 ) of the color range predetermined by means of the spatial frequency f, for example from the green region, into the viewing direction 39 (FIG. Fig. 5 On the other hand, the second surface part 13 (12a) in which the mirrored diffraction structure S ** (x, y) is formed is ejected only at a single predetermined tilt angle in the predetermined color, for example, in a mixed color generated from the green region. lights. At other angles of tilt, the second surface part 13 is dark gray. For the azimuth angle range δφ = ± 20 ° given here by way of 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 11 (Fig. 9) erklärt. Liegt das Sicherheitsmerkmal 16 in der x - y - Ebene, wird das einfallende Licht 11 mit grosser Intensität von der 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 12b trifft das einfallende Licht 11 (Fig. 5) unter einem Einfallswinkel α auf das Sicherheitsmerkmal 16, das nach links um die Kippachse 41 gekippt ist. Nur noch im zweiten Flächenteil 13 wird das einfallende Licht 11 (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 the FIG. 13 For example, the overlay function M (x, y) employed in the diffraction structure S (x, y) is an asymmetric function in the coordinate axis x direction. The overlay function M (x, y) increases aperiodically within the period 1 / Fx from a minimum value to a maximum value, eg like the function y = const • x 1.5 . The spatial frequency F x or F y is in the range of 2.5 lines / mm to and 10 lines / mm. Not shown are the points of discontinuity caused by Operation Modulo Hub H ( Fig. 7 ) arise. The above-described "anisotropic" matt structure with the preferred direction substantially parallel to the coordinate axis x is used as a relief profile R (x, y). The incident light 11 ( Fig. 5 ) is therefore scattered mainly parallel to the coordinate axis y fanned out. In the first surface part 14 (FIG. Fig. 12a ) diffraction structure S (x, y) = R (x, y) + M (x, y) and in the second surface part 13 (FIG. Fig. 12a ), the diffraction structure S ** (x, y) = R (-x, y) + M (-x, y) is formed. Based on FIG. 12a is the optical effect of the security feature 16 with light 11 incident perpendicular to the x - y plane (FIG. Fig. 9 ) explained. If the security feature 16 lies in the x-y plane, the incident light 11 is scattered with great intensity by the matt structure in the region of the minima of the superposition function M (x, y), the scattering effect of the remaining 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. Fig. 5 ) and has in both surface parts 13, 14 the same surface brightness, so that no contrast between the two surface parts 13, 14 can be seen. In the FIG. 12b meets the incident light 11 ( Fig. 5 ) at an angle of incidence α on the security feature 16, which is tilted to the left about the tilting axis 41. Only in the second surface part 13 is the incident light 11 (FIG. Fig. 5 ). In this illumination condition, the surface brightness of the first surface part 14 is smaller by orders of magnitude than in 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 the FIG. 12c is the security feature 16 tilted away to the right, now the surface brightness of the two surface parts 13, 14 are reversed.

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.In the FIGS. 12a to 12c For example, instead of a single triangular first surface part 14 on the second surface part 13, a plurality of the first surface parts 14 may be arranged, which form a logo, a lettering, etc.

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 der 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.In a further embodiment, instead of the simple mathematical functions, relief images, as used on coins and medals, are also used as at least piecewise continuous superimposition function M (x, y) in the diffraction structure S (x, y), wherein advantageously the relief profile R (x, y) is an "isotropic" matte 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 rotating and tilting the security element 2, the brightness distribution in the image changes according to the expectation in a true relief image, but projecting elements do not cast a shadow.

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.Without deviating from the idea of the invention, all diffraction structures S are in their structural height to the value H St ( Fig. 1 ), as indicated by the FIG. 7 was explained. The relief profiles R (x, y) and overlay functions M (x, y) used in the special embodiments described above can be combined as desired to form 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 holographically copy the security element 2. In a holographic copy, the positional shifts or color shifts on the surface of the security feature 16 can be recognized only in a modified form.

Claims (15)

  1. Security element (2) from a layer composite (1) with microscopically fine, optically active structures (9) of an area pattern (12) which are embedded between transparent layers (4; 5; 6) of the layer composite (1), wherein the optically active structures (9) are moulded in subareas (13; 14; 15; 46) of a security feature (16) in a reflective boundary layer (8) between the layers (5; 6) on a plane of the area pattern (12) that is spanned by coordinate axes (x; y), characterized in that at least one subarea (13; 14; 15) with dimensions of greater than 0.4 mm has a diffraction structure (S; S*; S**) which is formed by additive or subtractive superposition of a superposition function (M), which describes a macroscopic structure, with a microscopically fine relief profile (R), with the superposition function (M), the relief profile (R) and the diffraction structure (S; S**; S**) being functions of the coordinates (x; y) and the relief profile (R) describing a light-diffusing optically active structure (9) which retains the predetermined relief profile (R) following the superposition function (M), and in that a middle surface (33), which is defined by the at least partially continuous superposition function (M), is curved at least in partial regions and has in each point a local inclination angle (γ), which is predetermined by the gradient of the superposition function (M), is not a periodic triangular or rectangular function and changes gradually in comparison with the relief profile (R).
  2. Security element (2) according to Claim 1, characterized in that the superposition function (M) is a partially continuous, periodic function with a spatial frequency (F) of at most 20 lines/mm.
  3. Security element (2) according to Claim 1, characterized in that the superposition function (M) is an asymmetric, partially continuous, periodic function with a spatial frequency (F) in the range of 2.5 lines/mm to 10 lines/mm.
  4. Security element (2) according to Claim 1, characterized in that, in the subarea (13; 14; 15), neighbouring extreme values of the superposition function (M) are spaced apart from each other by at least 0.025 mm.
  5. Security element (2) according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the relief profile (R) is an anisotropic matt structure having a preferential direction with an azimuth angle (ϕ).
  6. Security element (2) according to Claim 5, characterized in that the security feature (16; 16') has at least two neighbouring subareas (13; 14; 15), and in that the first diffraction structure (S) is moulded in the first subarea (14) and the second diffraction structure (S*, S**), which differs from the first diffraction structure (S), is moulded in the second subarea (13; 15), wherein the preferential direction of the first relief profile (R) in the first subarea (14) and the preferential direction of the second relief profile (R) in the second subarea (13; 15) are aligned substantially parallel.
  7. Security element (2) according to one of Claims 5 to 6, characterized in that, in the diffraction structure (S; S*; S**), the preferential direction of the relief profile (R) is substantially parallel to a gradient plane that is determined by the gradient (38) of the superposition function (M) and a surface normal (21) which is perpendicular to the surface of the layer composite (1).
  8. Security element (2) according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the first diffraction structure (S) is moulded in a first subarea (14), which first diffraction structure (S) is formed as a sum from the relief profile (R) and the superposition function (M), and in that the second diffraction structure (S*) is moulded in a second subarea (13; 15), which second diffraction structure is formed as a difference (R - M) from the same relief profile (R) and the same superposition function (M).
  9. Security element (2) according to one of Claims 5 to 8, characterized in that, in the diffraction structure (S; S*; S**), the preferential direction of the relief profile (R) is substantially perpendicular to a gradient plane which is determined by the gradient (38) of the superposition function (M) and a surface normal (21) which is perpendicular to the surface of the layer composite (1).
  10. Security element (2) according to Claim 5, characterized in that, in the first subarea (14), the first diffraction structure (S) is formed from the sum from the relief profile (R) and the superposition function (M), and in that, in the second subarea (13; 15), the diffraction structure (S**) is the first diffraction structure (S) which is mirrored at the plane of the area pattern (12
  11. Security element (2) according to Claim 1, characterized in that the relief profile (R) is an isotropic matt structure.
  12. Security element (2) according to Claim 11, characterized in that the superposition function (M) describes a relief image.
  13. Security element (2) according to Claim 11, characterized in that the superposition function (M) describes a spherical cap.
  14. Security element (2) according to one of Claims 1 to 13, characterized in that further area elements (17; 18; 19) with the optically active structures (9) are parts of the area pattern (12) and in that at least one of the area elements (17; 18; 19) adjoins the security feature (16).
  15. Security element (2) according to one of Claims 1 to 14, characterized in that at least one identifying mark (37) with an optically active structure (9) that differs from the diffraction structure (S; S*; S**) is arranged on at least one of the subareas (13; 14; 15) and in that the identifying mark (37), which can be used as a reference for aligning the layer composite (1), has one of the optically active structures (9) from the group of the diffractive or diffusing relief structures or a mirror surface.
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