EP2164713A2 - Sicherheitselement mit vergrössertem, dreidimensionalen moiré-bild - Google Patents

Sicherheitselement mit vergrössertem, dreidimensionalen moiré-bild

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EP2164713A2
EP2164713A2 EP08759342A EP08759342A EP2164713A2 EP 2164713 A2 EP2164713 A2 EP 2164713A2 EP 08759342 A EP08759342 A EP 08759342A EP 08759342 A EP08759342 A EP 08759342A EP 2164713 A2 EP2164713 A2 EP 2164713A2
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EP
European Patent Office
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image
motif
grid
moire
moiré
Prior art date
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EP08759342A
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English (en)
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Wittich Kaule
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Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
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Publication date
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    • B44F—SPECIAL DESIGNS OR PICTURES
    • B44F7/00—Designs imitating three-dimensional effects
    • B42D2035/20—

Definitions

  • the invention relates to a security element for security papers, value documents and the like with a micro-optical moire magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image.
  • Security elements for the purpose of security, which permit verification of the authenticity of the data carrier and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
  • the security elements can be embodied, for example, in the form of a security thread embedded in a banknote, a covering film for a banknote with a hole, an applied security strip or a self-supporting transfer element which is applied to a document of value after its manufacture.
  • Security elements with optically variable elements which give the viewer a different image impression under different viewing angles, play a special role, since they can not be reproduced even with high-quality color copying machines.
  • the security elements can be equipped with security features in the form of diffraction-optically effective microstructures or nanostructures, such as with conventional embossed holograms or other hologram-like diffraction structures, as described, for example, in the publications EP 0330 733 A1 or EP 0 064 067 A1.
  • EP 0 238 043 A2 describes a security thread made of a transparent material, on the surface of which a grid of several parallel cylindrical lenses is embossed.
  • the Thickness of the security thread is chosen so that it corresponds approximately to the focal length of the cylindrical lenses.
  • the print image is designed taking into account the optical properties of the cylindrical lenses. Due to the focusing effect of the cylindrical lenses and the position of the printed image in the focal plane different subregions of the printed image are visible depending on the viewing angle. By appropriate design of the printed image so that information can be introduced, which are visible only at certain angles. Although the image can be moved around an axis parallel to the cylindrical lenses, the subject moves only approximately continuously from one location on the security thread to another location.
  • US Pat. No. 5,712,731 A discloses the use of a moire magnification arrangement as a security feature.
  • the security device described therein has a regular array of substantially identical printed microimages of up to 250 ⁇ m in size and a regular two-dimensional array of substantially identical spherical microlenses.
  • the microlens arrangement has essentially the same pitch as the microimage arrangement. If the micro-image arrangement is viewed by the microlens array, then in the areas in which the two arrangements are substantially in register, one or more enlarged versions of the microimages are generated for the viewer.
  • moir ⁇ magnification thereafter refers to a phenomenon that occurs when viewing a raster of identical image objects through a lenticular of approximately the same pitch. As with every pair of similar rasters, this results in a moire pattern, which in this case appears as an enlarged and possibly rotated image of the repeated elements of the image raster.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and, in particular, to specify a security element with a micro-optical moire magnification arrangement for displaying three-dimensional moiré images with impressive optical effects.
  • the three-dimensional Moire images should be able to be viewed as far as possible without limiting the field of view and should be able to be modeled in all design variants using a computer.
  • a generic security element includes a micro-optical moire magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image, which contains image components to be displayed in at least two moire image planes spaced apart in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement
  • a focusing element grid arranged at a distance from the motif image for moire-magnified viewing of the motif image, which contains a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells, each with a microfocusing element,
  • the image components of the three-dimensional moiré image to be displayed can be formed by individual pixels, a group of pixels, lines or patches.
  • those lines or patches may also be selected as image components to be displayed and the determination the associated micromotif image components and their repeated arrangement in the motif plane for the line or the sheet as a whole are performed.
  • the three-dimensional moiré image by the parallax when tilting the security element for the viewer in a first height or depth above or below the plane of the security element floating and appears due to the eye distance in binocular vision in a second height or Depth above or below the level of the security element floating, wherein the first and second height or depth for almost all viewing directions differ.
  • the indication of a viewing direction also includes the direction of the eye distance of the observer.
  • the phrase that the first and second heights or depths differ for almost all viewing directions expresses that there may be certain excellent viewing directions in which the first and second heights and depths, respectively, coincide. In particular, these excellent viewing directions may be just the directions in which the tilt direction and Moire direction of movement coincide.
  • both the grid cell arrangements of the motif image and the grid cells of the focusing element grid are arranged periodically.
  • the periodicity length is preferably between 3 ⁇ m and 50 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, particularly preferably between about 10 ⁇ m and about 20 ⁇ m.
  • both the grid cell arrangements of the motif image and the grid cells of the focusing element grid are arranged locally periodically, the local period parameters changing only slowly in relation to the periodicity length.
  • the local period parameters may be periodically modulated over the extent of the security element, wherein the modulation period is preferably at least 20 times, preferably at least 50 times, more preferably at least 100 times greater than the local periodicity length.
  • the local periodicity length is preferably between 3 ⁇ m and 50 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, particularly preferably between about 10 ⁇ m and about 20 ⁇ m.
  • the grid cell arrangements of the motif image and the grid cells of the focusing element grid advantageously form, at least locally, respectively a two-dimensional Bravais grid, preferably a Bravais grid with low symmetry, such as a parallelogram grid.
  • the use of low symmetry bravoise gratings offers the advantage that moire magnification arrangements are difficult to imitate with such Bravais gratings since, for the formation of a correct image when viewed, the lowly analyzable low symmetry of the assembly is closely replicated must become.
  • the low symmetry provides a large freedom for differently selected grid parameters, which can thus be used as a hidden marking for products secured according to the invention, without this being readily apparent to a viewer on the moire-magnified image.
  • any attractive effects achievable with higher-symmetry moiré magnification arrangements can also be realized with the preferred low-symmetry moiré magnification arrangements.
  • the microfocusing elements are preferably formed by non-cylindrical microlenses, in particular by microlenses with a circular or polygonal limited base surface.
  • the microfocusing elements can also be formed by elongated cylindrical lenses, whose longitudinal extension is more than 250 ⁇ m, preferably more than 300 ⁇ m, particularly preferably more than 500 ⁇ m and in particular more than 1 mm.
  • the microfocusing elements are provided by pinhole apertures, slotted apertures, apertured apertured or slotted apertures, aspheric lenses, Fresnel lenses, GRIN lenses (Gradient Refraction Index), zone plates, holographic lenses, concave mirrors, Fresnel mirrors, zone mirrors or other elements focusing or blanking effect formed.
  • the total thickness of the security element is advantageously below 50 ⁇ m, preferably below 30 ⁇ m.
  • the moire image to be displayed preferably contains a three-dimensional representation of an alphanumeric string or a logo.
  • the micromotif image constituents can be present in particular in a printing layer.
  • the invention includes a generic security element with a micro-optical moiré magnification arrangement for displaying a three-dimensional moire image, which contains imaging components to be displayed in at least two moire image planes spaced apart in a direction perpendicular to the moire magnification arrangement
  • a motif image which contains two or more, arranged at different heights, periodic or at least locally periodic lattice cell arrangements which are each assigned to a moir ⁇ image plane and which contain micromotifimage components for representing the image constituent of the assigned moire image plane,
  • a focusing element grid arranged at a distance from the motif image for moire-magnified viewing of the motif image, which contains a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells, each with a microfocusing element,
  • the lattice cell arrangements of the motif image preferably have the same lattice periods and the same lattice orientations, so that different moire enlargements only result from the different height of the micromotif imaging components and thus a different distance between the micromotif image components and the focusing element grid ,
  • the micromotif image components are available in a stamping layer in different embossing heights.
  • the security element according to the invention advantageously has an opaque cover layer for covering the moire magnification arrangement in regions.
  • This cover layer is advantageously in the form of patterns, characters or codes before and / or has recesses in the form of patterns, characters or codes.
  • the motif image and the focusing element grid are preferably arranged on opposite surfaces of an optical spacer layer.
  • the spacer layer may comprise, for example, a plastic film and / or a lacquer layer.
  • the arrangement of microfocusing elements can moreover be provided with a protective layer whose refractive index preferably deviates by at least 0.3 from the refractive index of the microfocusing elements, if refractive lenses serve as microfocusing elements.
  • a protective layer whose refractive index preferably deviates by at least 0.3 from the refractive index of the microfocusing elements, if refractive lenses serve as microfocusing elements.
  • changes the focal length of the lenses through the protective layer which in the dimensioning of the lens radii of curvature and / or Thickness of the spacer layer must be considered.
  • a protective layer also prevents the microfocusing element arrangement from easily being molded for counterfeiting purposes.
  • the security element itself in both aspects of the invention preferably represents a security thread, a tear thread, a security tape, a security strip, a patch or a label for application to a security paper, document of value or the like.
  • the security element may comprise a transparent or recessed area of a data medium span. Different appearances can be realized on different sides of the data carrier.
  • the invention also includes a method for producing a security element having a micro-optical moire magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image which contains image components to be displayed in at least two moire image planes spaced apart in a direction perpendicular to the moire magnification arrangement
  • a motif image is generated which contains two or more periodic or at least locally periodic lattice cell arrangements with different lattice periods and / or different lattice orientations, each associated with a moire image plane, and those with micromotifimage components for representing the image constituent of the associated Moire image plane, a focusing element grid is generated for moire-magnified viewing of the motif image with a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells, each with a micro-focusing element, and arranged at a distance from the motif image,
  • the image components of the three-dimensional moiré image to be displayed can be formed by individual pixels, a group of pixels, lines or patches, with the use of individual pixels being presented as pictorial components, in particular for more complex moiré images.
  • a motif image with two or more arranged at different heights motif levels is generated, each containing a periodic or at least locally periodic grid cell arrangement, which is assigned to a moire image plane and the micromotiv Image components is provided to represent the image component of the associated Moire image plane,
  • a focusing element grid for moire-magnified viewing of the motif image with a periodic or at least locally periodic
  • Image components and the sierelementraster be coordinated so that the enlarged, three-dimensional Moire image moves when tilting the security element for almost all tilt directions in a direction different from the tilting Moire movement direction.
  • a security element having a micro-moire moire magnification arrangement for displaying a three-dimensional moiré image containing image components to be displayed in at least two moire image planes spaced in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement
  • a periodic or at least locally periodic arrangement of microfocusing elements is determined as focussing element grid
  • the micromotiv image components calculated for each image component to be displayed are assembled according to the associated grid cell arrangement to form a motif image to be arranged in the motif plane.
  • step d it is advantageous to start from individual pixels of the three-dimensional moiré image as image components to be displayed and, in step d), for each of these moiré pixels an associated micromotif pixel and a grid cell arrangement for repeated arrangement of the moire image To determine the micromotif pixel in the motif layer.
  • the distance of the associated moire image plane from the moiré magnification arrangement is simply given by the height of the moiré pixel above the magnification device.
  • step c) a tilting direction ⁇ in which the parallax is to be observed is further specified for a reference point of the three-dimensional moiré image, as well as a desired magnification and movement behavior for this reference point and the predetermined tilting direction.
  • the moire magnification factors in step d) for the other points of the three-dimensional moiré image are then related to the predetermined magnification factor for the reference point and the predetermined tilt direction.
  • the desired magnification and movement behavior for the reference point is preferably in the form of the matrix elements of a transformer.
  • step d) for further points (Xi, Yi, Z 1 ) of the three-dimensional moiré image, the magnification factors Vi and the associated magnifications Point coordinates in the motive plane (xi, yi) using the relationship
  • e denotes the effective distance of the focus element grid from the motif plane.
  • the focusing element grid is advantageously specified in step b) by a raster matrix W.
  • the points of the motif plane which belong to a magnification Vi are then advantageously combined to form a microphotographic image constituent and a motif raster Ui for the periodic or at least locally periodic arrangement of this micromotif image constituent is used for this microphotographic image constituent using the relationship
  • a 1 'de notes the reversing matrices.
  • the focusing element grid is in the form of a two-dimensional Bravais grid with the raster matrix
  • a cylindrical lens grid is moved through the raster matrix in step b)
  • the lattice parameters of the Bravais lattices may be location independent.
  • , Z (w, w 2) change according to the invention is slow in relation to the periodicity length. This ensures that the arrangements can always be meaningfully described locally by Bravais lattice.
  • a security paper for the production of security or value documents is preferably provided with a security element of the type described above.
  • the security paper may in particular comprise a carrier substrate made of paper or plastic.
  • the invention also includes a data carrier, in particular a brand article, a document of value, a decorative article, such as packaging, postcards or the like, with a security element of the type described above.
  • the security element can in particular in a window area, ie a transparent or recessed area of Data carrier be arranged.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a banknote with an embedded security thread and a glued transfer element
  • FIG. 7 shows in (a) a motif image constructed according to the invention and in (b) a schematic section of the three-dimensional moiré image resulting from viewing the motif image of (a) with a suitable hexagonal lenticular grid,
  • FIG. 8 shows in (a) a motif image with ortho-parallactic motion behavior constructed according to the invention, and in FIG. (B) a schematic section of the three-dimensional moire image resulting from viewing the motif image of (a) with a suitable rectangular lenticular grid.
  • 9 shows in (a) a motive image with oblique motion behavior constructed according to the invention and in (b) schematically a section of the three-dimensional moiré image resulting from viewing the motif image of (a) with a suitable rectangular lenticular image, and FIG
  • Magnification arrangement for illustrating the occurrence of different magnifications at motif levels at different depths di, d 2 .
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a banknote 10 which is provided with two security elements 12 and 16 according to exemplary embodiments of the invention.
  • the first security element represents a security thread 12 that emerges in certain window areas 14 on the surface of the banknote 10, while it is embedded in the intervening areas inside the banknote 10.
  • the second security element is formed by a glued transfer element 16 of any shape.
  • the security element 16 can also be designed in the form of a cover film, which is arranged over a window area or a through opening of the banknote.
  • the security element may be designed for viewing in supervision, review or viewing both in supervision and in review. Bilateral designs are also possible in which lenticular screens are arranged on both sides of a motif image.
  • Both the security thread 12 and the transfer element 16 may comprise a moire magnification arrangement according to an embodiment of the invention. included. The mode of operation and the production method according to the invention for such arrangements will be described in more detail below with reference to the transfer element 16.
  • Fig. 2 shows schematically the layer structure of the transfer element 16 in cross section, wherein only the parts of the layer structure required for the explanation of the functional principle are shown.
  • the transfer element 16 includes a carrier 20 in the form of a transparent plastic film, in the embodiment of an approximately 20 micron thick polyethylene terephthalate (PET) film.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the upper side of the carrier film 20 is provided with a grid-like arrangement of microlenses 22 which form on the surface of the carrier film a two-dimensional Bravais grid with a preselected symmetry.
  • the Bravais lattice may, for example, have a hexagonal lattice symmetry, but because of the higher security against forgery, preferred are lower symmetries and thus more general shapes, in particular the symmetry of a parallelogram lattice.
  • the spacing of adjacent microlenses 22 is preferably chosen as small as possible in order to ensure the highest possible area coverage and thus a high-contrast representation.
  • the spherically or aspherically configured microlenses 22 preferably have a diameter between 5 .mu.m and 50 .mu.m and in particular a diameter between only 10 .mu.m and 35 .mu.m and are therefore not visible to the naked eye. It is understood that in other designs, larger or smaller dimensions come into question.
  • the Moire magnifier structures for Moire magnifier structures may have a diameter of between 50 ⁇ m and 5 mm, while Moir® Magnifier structures can only be deciphered with a magnifying glass or a microscope should also dimensions below 5 microns can be used.
  • a motif layer 26 is arranged, which contains two or more likewise grid-shaped grid cell arrangements with different grating periods and / or different grating orientations.
  • the grid cell arrangements are each formed from a plurality of grid cells 24, wherein in FIG. 2, for the sake of clarity, only one of these grid cell arrangements is shown. Designs having multiple grid cell arrays are shown, for example, in Figs. 5, 7 (a), 8 (a) and 9 (a).
  • the moiré magnification arrangement of Figure 2 produces for the viewer a three-dimensional moiré image, that is, a moiré image containing image constituents in at least two moiré image planes spaced in a direction perpendicular to the moiré magnification arrangement ,
  • each of the grid cell arrangements of the motif layer 26 is assigned in each case to one of the moire image planes, and the grid cells 24 of this grid cell arrangement contain micromotif image components 28 for representing the image constituent of this moire image plane.
  • the motif lattices also form two-dimensional Bravais lattices with a preselected or calculated symmetry, again assuming a parallelogram lattice.
  • the Bravais grid of the grid cells 24 differs slightly in its symmetry and / or in the size of its grid parameters from the Bravais grid of the microlenses 22 in order to obtain the desired moiré magnification effect.
  • the grating period and the diameter of the grid cells 24 are in the same order of magnitude as those of the microlenses 22, that is preferably in the range of 5 microns to 50 microns and in particular in the range of 10 .mu.m to 35 .mu.m, so that even the micromotif image constituents 28 themselves unrecognizable to the naked eye.
  • the grid cells 24 are correspondingly larger or smaller.
  • the optical thickness of the carrier film 20 and the focal length of the microlenses 22 are coordinated so that the motif layer 26 is located approximately at a distance of the lens focal length.
  • the carrier foil 20 thus forms an optical spacer layer which ensures a desired, constant spacing of the microlenses 22 and the motif layer with the micromotif image constituents 28.
  • the observer sees a slightly different subarea of the micromotif image constituents 28 when viewed from above through the microlenses 22, so that the large number of microlenses 22 as a whole produces an enlarged image of the micromotives.
  • the resulting moire magnification depends on the relative difference of the lattice parameters of the Bravais lattice used. If, for example, the grating periods of two hexagonal grids differ by 1%, the result is a 100-fold moire magnification.
  • three-dimensional moiré images are shown which, when the moire magnification arrangement is tilted, move in a direction which differs from the tilting direction.
  • the visual spatial impression and the spatial experience due to the tilting movement are not in harmony with each other or even contradict each other, resulting in striking, sometimes dizzying effects with high attention and recognition value for the viewer ,
  • FIGS. 3 and 4 schematically show a moire magnification arrangement 30, not shown to scale, with a motif plane 32 in which the motif image with the micromotif image constituents is arranged, and with a lens plane 34 in which the microlens grid is located.
  • the moiré magnification assembly 30 generates two or more moiré image planes 36, 36 '(two are shown in FIG. 3) describing the magnified three-dimensional moiré image 40 (FIG. 4) perceived by the viewer 38.
  • the arrangement of the micromotif image constituents in the motif plane 32 is described by two or more two-dimensional Bravais lattices whose unit cells are represented by vectors w, and U 2 (with the components w,, W 21 and, respectively, 12 , w 22 ) can be. For the sake of clarity, one of these unit cells is picked out and shown in FIG.
  • the associated motif raster matrices are distinguished below by their indices Ui, U2,....
  • the arrangement of microlenses in the lens plane 34 is described by a two-dimensional Bravais lattice whose unit cell (u with the components w, w 21 and w n, w 22) by the vectors vP, and w 2 is specified.
  • the unit cell in one of the moire image planes 36, 36 ' is described.
  • the three-dimensional moiré images in order to fully describe a moiré pixel, in addition to the two-dimensional position of the dot in one of the image planes, it is also necessary to specify in which moire image plane a pixel lies. This is done in the context of this description by the indication of the Z component of the moire pixel, ie the perceived flying height of the pixel above or below the plane of the moiré magnification arrangement, as shown in FIGS. 3 and 4.
  • lenses 22 instead of lenses 22, it is also possible, for example, to use pinholes on the principle of the pinhole camera.
  • all other types of lenses and imaging systems such as aspherical lenses, cylindrical lenses, slit diaphragms, mirrored apertured or slit apertures, Fresnel lenses, GRIN lenses (Gradient Refraction Index), zone plates (diffractive lenses), holographic lenses, concave mirrors, Fresnel mirrors, Zone mirrors and other elements with focussing or even fading effect can be used as microfocusing elements in the focussing element grid.
  • elements with ausblendender effect can be used as Mikrofokussierimplantation in sierelementraster.
  • the viewer looks through the partially transparent in this case motif image on the mirror array behind it and sees the individual small mirror as light or dark spots from which builds the image to be displayed.
  • the motif image is generally so finely structured that it can only be seen as a veil.
  • the described formulas for the relationships between the moire image to be displayed and the motif image apply, even if this is not mentioned in detail, not only for lenticular but also for mirror images. gelraster. It is understood that in the inventive use of concave mirrors at the location of the lens focal length, the mirror focal length occurs.
  • FIG. 2 When using a mirror array according to the invention instead of a lens array, the viewing direction from below is to be considered in FIG. 2, and in FIG. 3 the planes 32 and 34 are interchanged with one another in the mirror array arrangement.
  • the further description of the invention is based on lens grids, which are representative of all other inventively used sierelementraster.
  • Each motif grid U that is to say each of the different grid cell arrangements of the motif plane 32, is assigned exactly one of the moire image planes 36, 36 '.
  • the moiré image grating f of this associated moire image plane 36 results from the grating vectors of the motif plane 32 and the lens plane 34
  • R W - (W -Uy 1 - (F - F 0 ) can be determined from the pixels of the motif plane 32.
  • the transformation matrix A W • (W - B) ⁇ ], which transforms the coordinates of the points of the motif plane 32 and the points of the moiré image plane 36 in one another,
  • the transformation matrix ⁇ describes both the moiré magnification and the resulting movement of the enlarged moiré image when the moire-forming arrangement 30 moves, as opposed to the movement of the motif plane 32 the lens plane 34 is derived.
  • the raster matrices T, U, W, the unit matrix I and the transformation matrix A are often subsequently also written without a double arrow, if it is clear from the context that these are matrices.
  • the three-dimensional extent of the depicted moiré image 40 is taken into account by the specification of an additional coordinate which indicates the distance in which a moiré pixel above or below the plane of the moire. Magnification arrangement seems to float. If v is the moire magnification and e is an effective distance of the lens plane 34 from the motive plane 32, in which not only the physical distance d but also the lens data and the refractive index of the medium between the lens raster and the motif raster are considered heuristically, then the Z is Component of a moire pixel given by
  • a three-dimensional Moire image 40 ie an image with different Z values, can now be generated in two different ways according to equation (1).
  • the former approach will be described in more detail below in connection with FIG. 10, the latter being based on the following description of FIGS. 3 to 9.
  • a moire magnification V 1 is realized for the image components in the image plane 36 (upper side 42 of the letter "P") by a suitably selected motif grid U 1 , and for the image components in the image plane 36 '(lower side 44 of the letter "P").
  • transformation matrices A which describe a pure magnification, ie no rotation or distortion.
  • FIG. 5 shows dashed arrows 50 in the motif plane 32 as first micromotif elements, which are arranged in a first motif grid U 1 with a grating period P 1 and which shows arrows 52 drawn through as second micromotif elements which are arranged at the same effective distance d from the lens plane 34 in a second motif grid U2 with a slightly larger grating period p2. Due to the different grating periods and the resulting different magnification factors V 1 and V 2 according to equation (1), the resulting enlarged moiré images 54 and 56 hover above the plane of the moiré, respectively, at different heights Zi, Z 2. magnifying arrangement.
  • the different magnification factors must also be taken into account when designing the micromotif elements 50, 52. If, for example, the enlarged arrow images 54 and 56 appear to be of equal length, the dashed arrows 50 in the motif plane 32 must be correspondingly reduced in comparison with the solid arrows 52 in order to compensate for the higher magnification factor in the moiré image.
  • the transformation matrices Ai contain a respective matching component A 1 , which describes twists and distortions, and the respective different magnification factors Vi for the image planes:
  • the parallel slices Z, in the moire motif corresponding motif pixels can be arranged in corresponding motif grids Ui to be created uniformly.
  • two effects contribute to a three-dimensional image effect for a viewer, which are referred to as “two-eyed vision” or “movement behavior”.
  • Magnifier is designed so that a lateral tilting of the arrangement leads to a lateral displacement of the pixels. Because of the lateral "tilt angle" of about 15 ° between the eyes at a normal viewing distance of about 25 cm, seen in the eyes since laterally displaced pixels are interpreted by the brain as if the pixels were before or after the direction of lateral displacement behind the actual substrate plane, more or less high or low depending on the size of the shift.
  • the columns of the transformation matrix A can be interpreted as vectors:
  • the vector 5, indicates in which direction the resulting moi- re-image moves, considering the arrangement of motif grid and lenticular
  • the vector a 2 indicates in which direction the resulting moire image moves when you place the arrangement of motif grid and lens raster tilts forward / backward.
  • the direction of movement is defined as follows:
  • Reference direction for example, the horizontal W, moves, if the arrangement does not move in one of the preferred directions laterally (0 °) or forward / backward (90 °), but in a general, indicated by an angle ⁇ to the reference direction W direction k is given by
  • the above explanations relate first to the relationships for a motif point, a motive point set or a motif part with a single depth component Z.
  • motif points or subject parts in different depths Zi, Z 2 ...., provided for different depths motivational points or parts in the motif plane according to the invention arranged in changed screen rulings with modified transformation matrix A 1 , A2 ....
  • the magnification factor Vi of the different parts of the subject can in each case be based on the magnification factor v in the tilting direction
  • Equation (3c) and the original transformation matrix A be obtained:
  • the transformation matrix A and a tilting direction ⁇ are provided, under which the parallax is to be observed.
  • a motif image is formed in one motif plane periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells with micromotif images generated parts and a sierele- mentraster for moire magnified viewing of the motif image with a periodic or at least locally periodic arrangement of a plurality of grid cells each with a Mikrofokussierelement and arranged spaced from the motif image.
  • micromotif image parts are in this case formed such that the micromotif image parts of a plurality of spaced grid cells of the motif image taken together form in each case a micromotif element that corresponds to one of the moire image elements of the enlarged moire image and whose extent is greater than a grid cell of the motif image.
  • Moire magnifier are described with cylindrical lens grid and / or with in any direction arbitrarily extended motifs. Moire magnifiers of this type can also be embodied as 3D Moir ⁇ magnifiers.
  • FIG. 6 (a) shows a simple three-dimensional motif 60 in the form of a letter "P" cut from a plate.
  • Fig. 6 (b) shows a representation of this motif through only two parallel image planes containing the top 62 and the bottom 64 of the three-dimensional letter motif
  • Fig. 6 (c) shows the illustration of the motif through five parallel slices and with five slices 66 of the letter motif.
  • Fig. 7 shows an embodiment for which a hexagonal lenticular grid W is given.
  • an O-shaped ring is selected which, as in FIG. 6 (b), is described in two image planes by a letter top and a letter bottom.
  • the motif grid for the motif grid is obtained using the relationships (6b) and (7) described above
  • FIG. 7 (a) shows the motif image 70 constructed in this way, in which the different screen widths of the two micromotif elements "ring top” and “ring bottom” can be clearly seen. If the motif image 70 of FIG. 7 (a) is viewed with the said hexagonal lenticular grid, a three-dimensional moiré image floating below the moiré magnification arrangement results, of which a section is shown schematically in FIG. 7 (b) ,
  • a plurality of juxtaposed rings 74, 76 can be seen. If you look at the arrangement from the front, you can see the middle ring 74 from the front and the surrounding rings 76 obliquely from the corresponding side. If you tilt the arrangement, you can see the middle ring 74 obliquely from the side, the adjacent rings 76 change according to their perspective.
  • Fig. 8 shows an embodiment with orthoparallaktischer movement, for which a rectangular lens grid W is selected.
  • the three-dimensional motif to be represented is a letter "P" cut from a plate, as shown in FIG.
  • transformation matrices Ai become the matrices given, in addition to a magnification by a factor Vi an orthopar- rallaktisches movement behavior when tilting the moire magnification arrangement describe.
  • Equation (6a) then arises in the form
  • the desired motif size (letter height) is 35 mm
  • the effective lens image size again e 4 mm
  • the lens spacing in the right-angled lenticular grid should be 5 mm.
  • the motif grid Ui for the top surfaces results to the motif grid U2 for the underside surfaces too
  • FIG. 8 (a) shows the motif image 80 thus constructed, in which the two different motif grids U 1 , U 2 of the two micromotif elements "letter top side” and “letter bottom side” can be clearly seen. If the motif image 80 of FIG. 8 (a) is viewed with said rectangular lenticular grid, the result is a three-dimensional moiré image 82 floating above the moiré magnification arrangement, of which a section is shown schematically in FIG. 8 (b).
  • the embodiment of FIG. 9 is based on a letter "P" cut from a plate as the three-dimensional motif to be displayed. This motif is intended to move obliquely in this embodiment when tilting the Moire magnification arrangement.
  • Equation (6a) then arises in the form
  • the desired motif size (letter height) should be 35 mm
  • the effective lens image width e 4 mm
  • FIG. 9 (a) shows the motif image 90 thus constructed, in which the two different motif grids U 1 , U 2 of the two micromotif elements "letter top” and “letter bottom” and the distortion of the motif elements can be clearly seen. If the motif image 90 of FIG. 9 (a) is viewed with said rectangular lenticular grid, a three-dimensional moire image 92 hovering below the moiré magnification arrangement results, of which a section is shown schematically in FIG. 9 (b).
  • Example 4 is a modification of Example 3, and its dimensions are such that it is particularly suitable for security threads of banknotes.
  • the Moire image used (letter "P") and the transformation matrices Ai correspond to those of Example 3.
  • E 0.04 mm is chosen as the effective lens image width and 0.04 mm as the lens pitch in the rectangular lenticular grid.
  • the motif grid U 1 for the top surfaces results to
  • the motif elements that are created in these grids are also compared to the desired target motif by the transformation
  • FIG. 10 shows two motif planes 32, 32 ', which are provided at different depths d i, d 2 of the moire magnification arrangement. Dashed arrows 50 are shown in the motif plane 32 as the first micromotif elements, and arrows 52 in the underlying motif plane 32 'are drawn through as second micromotif elements. Both the first and the second micromotif elements 50, 52 are arranged in the same motif grid U with grating period u.
  • the resulting enlarged moiré images 54 and 56 therefore appear to the viewer 38 due to the coincident grating periods with the same magnification factor v, so that the arrows 50, 52 are formed to be equally long for enlarged arrow images 54 and 56 of equal length.
  • the different flying height Z 1 , or Z 2 above the plane of the moire magnification arrangement results in this embodiment from the different distance di, ⁇ i and thus also a different effective distance ei, e2 between the lens plane 34 and the motif plane 32 and 32nd ':
  • Such a design can be realized with motif elements 50, 52 at different depths, for example by embossing the corresponding structures in a lacquer layer.
  • the effective distances ei, e 2 effective for the flying height Z can be determined in each case from the physical distances ⁇ ⁇ , ⁇ i, the refractive index of the optical distance layer and of the lens material and the lens focal length.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente mit einer mikrooptischen Moiré-Vergrößerungsanordnung (30) zur Darstellung eines dreidimensionalen Moiré-Bildes (40), das Bildbestandteile (42, 44) in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moiré-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moiré-Bildebenen enthält, mit einem Motivbild, das zwei oder mehr periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen-Anordnungen mit unterschiedlichen Gitterperioden und/oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält, die jeweils einer Moiré-Bildebene zugeordnet sind und die Mikromotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils (42, 44) der zugeordneten Moiré-Bildebene enthalten, - einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelementraster zur Moiré-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds, das eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement enthält, wobei sich das vergrößerte, dreidimensionale Moiré-Bild (40) beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen (Formel I) in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moiré-Bewegungsrichtung (Formel II) bewegt.

Description

Sicherheitselement
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wert- dokumente und dergleichen mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicher- heitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens oder eines selbsttra- genden Transferelements ausgebildet sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.
Eine besondere Rolle spielen dabei Sicherheitselemente mit optisch variablen Elementen, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln, da diese selbst mit hochwertigen Farbkopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente können dazu mit Sicherheitsmerkmalen in Form beugungsoptisch wirksamer Mikro- oder Nanostrukturen ausgestattet werden, wie etwa mit konventionellen Prägehologrammen oder anderen hologrammähnlichen Beugungsstrukturen, wie sie beispielsweise in den Druckschriften EP 0330 733 Al oder EP 0 064 067 Al beschrieben sind.
Es ist auch bekannt, Linsensysteme als Sicherheitsmerkmale einzusetzen. So ist beispielsweise in der Druckschrift EP 0 238 043 A2 ein Sicherheitsfaden aus einem transparenten Material beschrieben, auf dessen Oberfläche ein Raster aus mehreren parallel laufenden Zylinderlinsen eingeprägt ist. Die Dicke des Sicherheitsfadens ist dabei so gewählt, dass sie in etwa der Fokuslänge der Zylinderlinsen entspricht. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche ist ein Druckbild registergenau aufgebracht, wobei das Druckbild unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften der Zylinderlinsen gestaltet ist. Aufgrund der fokussierenden Wirkung der Zylinderlinsen und der Lage des Druckbilds in der Fokusebene sind je nach Betrachtungswinkel unterschiedliche Teilbereiche des Druckbilds sichtbar. Durch entsprechende Gestaltung des Druckbilds können damit Informationen eingebracht werden, die jedoch lediglich unter bestimmten Blickwinkeln sichtbar sind. Durch entsprechende Ausgestaltung des Druckbilds können zwar auch „bewegte" Bilder erzeugt werden. Das Motiv bewegt sich bei Drehung des Dokuments um eine zu den Zylinderlinsen parallel laufende Achse allerdings nur annähernd kontinuierlich von einem Ort auf dem Sicherheitsfaden zu einem anderen Ort.
Aus der Druckschrift US 5 712 731 A ist die Verwendung einer Moire- Vergrößerungsanordnung als Sicherheitsmerkmal bekannt. Die dort beschriebene Sicherheitsvorrichtung weist eine regelmäßige Anordnung von im Wesentlichen identischen gedruckten Mikrobildern mit einer Größe bis zu 250 μm auf sowie eine regelmäßige zweidimensionale Anordnung von im Wesentlichen identischen sphärischen Mikrolinsen. Die Mikrolinsenanord- nung weist dabei im Wesentlichen dieselbe Teilung wie die Mikrobildanordnung auf. Wird die Mikrobildanordnung durch die Mikrolinsenanord- nung betrachtet, so werden in den Bereichen, in denen die beiden Anordnungen im Wesentlichen im Register stehen, für den Betrachter eine oder mehrere vergrößerte Versionen der Mikrobilder erzeugt.
Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Moire- Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel „The moire magnifier", M.C. Hutley, R. Hunt, R.F. Stevens and P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133-142, beschrieben. Kurz gesagt, bezeichnet Moirέ- Vergrößerung danach ein Phänomen, das bei der Betrachtung eines Rasters aus identischen Bildobjekten durch ein Linsenraster mit annähernd demselben Rastermaß auftritt. Wie bei jedem Paar ähnlicher Raster ergibt sich dabei ein Moiremuster, das in diesem Fall als ver- größertes und gegebenenfalls gedrehtes Bild der wiederholten Elemente des Bildrasters erscheint.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Sicherheitsele- ment mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung dreidimensionaler Moire-Bilder mit eindrucksvollen optischen Effekten anzugeben. Die dreidimensionalen Moire-Bilder sollen möglichst ohne Gesichtfeldbeschränkung betrachtet werden können und sollen in allen Gestaltungsvarianten mithilfe eines Computers modelliert werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sicherheitselements, ein Sicherheitspapier sowie einen Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement sind in den nebengeordneten Ansprüchen angege- ben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach der Erfindung enthält ein gattungsgemäßes Sicherheitselement eine mikrooptische Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumin- dest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, mit
einem Motivbild, das zwei oder mehr periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnungen mit unterschiedlichen Gitterperioden und/ oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält, die jeweils einer Moire-Bildebene zugeordnet sind und die Mik- romotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene enthalten,
einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelement- raster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds, das eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement enthält,
wobei sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
Wie im Folgenden genauer erläutert, stehen bei derartigen Gestaltungen der visuelle räumliche Eindruck und die Raumerfahrung durch die Kippbewegung nicht im Einklang miteinander oder widersprechen sich sogar, so dass sich für den Betrachter frappierende, teilweise fast schwindelerregende Ef- fekte mit hohem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert ergeben.
Die darzustellenden Bildbestandteile des dreidimensionalen Moire-Bilds können dabei durch einzelne Bildpunkte, eine Gruppe von Bildpunkten, Linien oder Flächenstücken gebildet sein. Wie nachfolgend genauer erläutert, ist es insbesondere bei komplexeren Moire-Bildern in der Regel vorteilhaft, von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moire-Bilds als darzustellenden Bildbestandteilen auszugehen und für jeden dieser Moire-Bildpunkte einen zugehörigen Mikromotiv-Bildpunkt und eine Gitterzellenanordnung zur wiederholten Anordnung des Mikromotiv-Bildpunkts in der Motivebene zu bestimmen. Bei einfacheren Moirέ-Bildern, bei denen einfach zu beschreibende Linien oder sogar Flächenstücke in einer Moire-Bildebene liegen, wie etwa den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 bis 4, können jedoch auch diese Linien oder Flächenstücke als darzustellende Bildbestand- teile gewählt werden und die Bestimmung der zugehörigen Mikromotiv- Bildbestandteile und deren wiederholte Anordnung in der Motivebene für die Linie oder das Flächenstück als Ganzes durchgeführt werden.
Die Wendung, dass sich das Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitsele- ments für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt, trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass es bestimmte ausgezeichnete Richtungen geben kann, in denen Kipprichtung und Moire-Bewegungsrichtung zusammenfallen. Aus Symmetriegründen gibt es in der Regel gerade zwei solche Richtungen: Sind nämlich die Moire-Bewegungsrichtung v und die Kipprichtung k in der Ebene der Moire- Vergrößerungsanordnung über eine symmetrische Transformationsmatrix M miteinander verknüpft, v = M ■ k , so gelten für die beiden in diesem Fall existierenden Eigenvektoren der Transformationsmatrix £, ,jt2 die Beziehungen v, = mt - kt bzw. v2 = m2 ■ k2 , mit den Eigenwerten der Transformationsmatrix m? und mι. Bei einer Verkippung in Richtung eines der beiden Eigenvektoren sind Bewegungsrichtung und Kipprichtung daher parallel, während sie sich für alle anderen Kipprichtungen unterscheiden.
Mit besonderem Vorteil erscheint das dreidimensionale Moire-Bild durch die Parallaxe beim Kippen des Sicherheitselements für den Betrachter in einer ersten Höhe bzw. Tiefe oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Sicherheitselements schwebend, und erscheint aufgrund des Augenabstands bei beidäugigem Sehen in einer zweiten Höhe bzw. Tiefe oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Sicherheitselements schwebend, wobei sich die erste und zweite Höhe bzw. Tiefe für fast alle Betrachtungsrichtungen unterscheiden.
Die Angabe einer Betrachtungsrichtung umfasst dabei neben der Blickrich- tung auch die Richtung des Augenabstands des Betrachters. Auch hier drückt die Wendung, dass sich die erste und zweite Höhe bzw. Tiefe für fast alle Betrachtungsrichtungen unterscheiden, aus, dass es bestimmte ausgezeichnete Betrachtungsrichtungen geben kann, in denen die erste und zweite Höhe bzw. Tiefe übereinstimmen. Insbesondere können diese ausgezeichne- ten Betrachtungsrichtungen gerade die Richtungen sein, in denen Kipprichtung und Moire-Bewegungsrichtung zusammenfallen.
In einer vorteilhaften Erfindungsvariante sind sowohl die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds als auch die Gitterzellen des Fokussierele- mentrasters periodisch angeordnet. Die Periodizitätslänge liegt dabei vorzugsweise zwischen 3 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 30 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 μm und etwa 20 μm.
Nach einer anderen Erfindungsvariante sind sowohl die Gitterzellen- Anord- nungen des Motivbilds als auch die Gitterzellen des Fokussierelementrasters lokal periodisch angeordnet, wobei sich die lokalen Periodenparameter im Verhältnis zur Periodizitätslänge nur langsam ändern. Beispielsweise können die lokalen Periodenparameter über die Ausdehnung des Sicherheitselements periodisch moduliert sein, wobei die Modulationsperiode vor- zugsweise mindestens 20-mal, bevorzugt mindestens 50-mal, besonders bevorzugt mindestens 100-mal größer als die lokale Periodizitätslänge ist. Auch bei dieser Variante liegt die lokale Periodizitätslänge vorzugsweise zwischen 3 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 30 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 μm und etwa 20 μm. Die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds und die Gitterzellen des Fo- kussierelementrasters bilden mit Vorteil zumindest lokal jeweils ein zweidimensionales Bravais-Gitter, vorzugsweise ein Bravais-Gitter mit niedriger Symmetrie, wie etwa ein Parallelogramm-Gitter. Die Verwendung von Brav- ais-Gittern mit niedriger Symmetrie bietet den Vorteil, dass sich Moire- Vergrößerungsanordnungen mit solchen Bravais-Gittern nur schwer nachahmen lassen, da für die Entstehung eines korrekten Bilds bei der Betrachtung die nur schwer analysierbare niedrige Symmetrie der Anordnung genau nachgestellt werden muss. Darüber hinaus schafft die niedrige Symmet- rie einen großen Freiraum für unterschiedlich gewählte Gitterparameter, die somit als verborgene Kennzeichnung für erfindungsgemäß abgesicherte Produkte verwendet werden können, ohne dass dies für einen Betrachter am Moire-vergrößerten Bild ohne Weiteres erkennbar wäre. Auf der anderen Seite können alle mit Moire- Vergrößerungsanordnungen höherer Symmetrie realisierbaren attraktiven Effekte auch mit den bevorzugten niedrigsymmetrischen Moire- Vergrößerungsanordnungen verwirklicht werden.
Die Mikrofokussierelemente sind vorzugsweise durch nicht-zylindrische Mikrolinsen, insbesondere durch Mikrolinsen mit einer kreisförmigen oder polygonal begrenzten Basisfläche gebildet. In anderen Gestaltungen können die Mikrofokussierelemente auch durch lang gestreckte Zylinderlinsen gebildet sein, deren Ausdehnung in Längsrichtung mehr als 250 μm, bevorzugt mehr als 300 μm, besonders bevorzugt mehr als 500 μm und insbesondere mehr als 1 mm beträgt. In weiteren bevorzugten Gestaltungen sind die Mik- rofokussierelemente durch Lochblenden, Schlitzblenden, mit Spiegeln versehene Loch- oder Schlitzblenden, asphärische Linsen, Fresnellinsen, GRIN- Linsen (Gradient Refraction Index), Zonenplatten, holographische Linsen, Hohlspiegel, Fresnelspiegel, Zonenspiegel oder andere Elemente mit fokus- sierender oder auch ausblendender Wirkung gebildet. Die Gesamtdicke des Sicherheitselements liegt mit Vorteil unterhalb von 50 μm, bevorzugt unterhalb von 30 μm. Das darzustellende Moire-Bild enthält vorzugsweise eine dreidimensionale Darstellung einer alphanumerischen Zeichenfolge oder eines Logos. Die Mikromotiv-Bildbestandteile kön- nen erfindungsgemäß insbesondere in einer Druckschicht vorliegen.
In einem zweiten Aspekt enthält die Erfindung ein gattungsgemäßes Sicherheitselement mit einer mikrooptischen Moire-Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moirέ-Bildes, das darzustellende BiId- bestand teile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, mit
einem Motivbild, das zwei oder mehr, in unterschiedlicher Höhe angeordnete, periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnungen enthält, die jeweils einer Moirέ-Bildebene zugeordnet sind und die Mikromotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene enthalten,
einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelement- raster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds, das eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement enthält,
wobei sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt. Bei diesem Erfindungsaspekt weisen die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds vorzugsweise gleiche Gitterperioden und gleiche Gitterorientierungen auf, so dass unterschiedliche Moire- Vergrößerungen nur durch die unterschiedliche Höhe der Mikromotiv -Bildbestandteile und damit einen un- terschiedlichen Abstand der Mikromotiv-Bildbestandteile und des Fokus- sierelementrasters entstehen. Mit besonderem Vorteil liegen die Mikromotiv- Bildbestandteile dazu in einer Prägeschicht in unterschiedlichen Prägehöhen vor.
In beiden Aspekten weist das erfindungsgemäße Sicherheitselement vorteilhaft eine opake Abdeckschicht zur bereichsweisen Abdeckung der Moire- Vergrößerungsanordnung auf. Innerhalb des abgedeckten Bereichs tritt somit kein Moire- Vergrößerungseffekt auf, so dass der optisch variable Effekt mit herkömmlichen Informationen oder mit anderen Effekten kombiniert werden kann. Diese Abdeckschicht liegt mit Vorteil in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen vor und/ oder weist Aussparungen in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen auf.
In allen genannten Erfindungsvarianten sind das Motivbild und das Fokus- sierelementraster vorzugsweise an gegenüberliegenden Flächen einer optischen Abstandsschicht angeordnet. Die Abstandsschicht kann beispielsweise eine Kunststofffolie und/ oder eine Lackschicht umfassen.
Die Anordnung von Mikrofokussierelementen kann darüber hinaus mit ei- ner Schutzschicht versehen sein, deren Brechungsindex vorzugsweise um mindestens 0,3 von dem Brechungsindex der Mikrofokussierelemente abweicht, falls lichtbrechende Linsen als Mikrofokussierelemente dienen. In diesem Fall ändert sich durch die Schutzschicht die Brennweite der Linsen, was bei der Dimensionierung der Linsen-Krümmungsradien und /oder der Dicke der Abstandsschicht berücksichtigt werden muss. Neben dem Schutz vor Umwelteinflüssen verhindert eine derartige Schutzschicht auch, dass sich die Mikrofokussierelement- Anordnung zu Fälschungszwecken leicht abformen lässt.
Das Sicherheitselement selbst stellt in beiden Erfindungsaspekten bevorzugt einen Sicherheitsfaden, einen Aufreißfaden, ein Sicherheitsband, einen Sicherheitsstreifen, einen Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen dar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Sicherheitselement einen transparenten oder ausgesparten Bereich eines Datenträgers überspannen. Dabei können auf unterschiedlichen Seiten des Datenträgers unterschiedliche Erscheinungsbilder realisiert werden.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moirέ- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, bei dem
in einer Motivebene ein Motivbild erzeugt wird, das zwei oder mehr periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnungen mit unterschiedlichen Gitterperioden und/ oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält, die jeweils einer Moire-Bildebene zugeordnet sind und die mit Mikromotiv-Bildbestandteilen zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene versehen werden, ein Fokussierelementraster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikro- fokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet wird,
wobei die Gitterzellen- Anordnungen der Motivebene, die Mikromotiv-Bild- bestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kip- pen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
Die darzustellenden Bildbestandteile des dreidimensionalen Moire-Bilds können dabei durch einzelne Bildpunkte, eine Gruppe von Bildpunkten, Li- nien oder Flächenstücken gebildet sein, wobei sich insbesondere bei komplexeren Moire-Bildern die Verwendung einzelner Bildpunkte als darzustellende Bildbestandteile anbietet.
Nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, ist vorgesehen, dass
ein Motivbild mit zwei oder mehr in unterschiedlicher Höhe angeordneten Motivebenen erzeugt wird, die jeweils eine periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnung enthalten, die einer Moire-Bildebene zugeordnet ist und die mit Mikromotiv- Bildbestandteilen zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene versehen wird,
ein Fokussierelementraster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen
Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikro- fokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet wird,
wobei die Gitterzellen- Anordnungen der Motivebenen, die Mikromotiv-
Bildbestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
Konkreter ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungs- anordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, vorgesehen, dass
a) ein gewünschtes, bei Betrachtung zu sehendes dreidimensionales Moire-Bild als Sollmotiv festgelegt wird,
b) eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung von Mikrofokussierelementen als Fokussierelementraster festgelegt wird,
c) eine gewünschte Vergrößerung und eine gewünschte Bewegung des zu sehenden dreidimensionalen Moire-Bilds beim seitlichen Kippen und beim vor-/ rückwärtigen Kippen der Moire- Vergrößerungsanordnung festgelegt wird,
d) für jeden darzustellenden Bildbestandteil aus dem Abstand der zuge- hörigen Moire-Bildebene von der Moire- Vergrößerungsanordnung, dem festgelegten Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten und dem Fokussierelementraster der zugehörige Mikromotiv-Bildbestandteil zur Darstellung dieses Bildbestandteils des dreidimensionalen Moire- Bilds, sowie die zugehörige Gitterzellen- Anordnung für die Anord- nung der Mikromotiv-Bildbestand teile in der Motiv ebene berechnet werden, und
e) die für jeden darzustellenden Bildbestandteil berechneten Mikromo- tiv-Bildbestandteile entsprechend der zugehörigen Gitterzellen- Anordnung zu einem in der Motivebene anzuordnenden Motivbild zusammengesetzt werden.
Bei vielen, insbesondere bei komplexeren Moire-Bildern ist es vorteilhaft, von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moire-Bilds als darzustel- lenden Bildbestandteilen auszugehen und in Schritt d) für jeden dieser Moire-Bildpunkte einen zugehörigen Mikromotiv-Bildpunkt und eine Gitterzellenanordnung zur wiederholten Anordnung des Mikromotiv-Bildpunkts in der Motivebene zu bestimmen. Für einen einzelnen Moire-Bildpunkt ist der Abstand der zugehörigen Moire-Bildebene von der Moire- Vergrößerungs- anordnung einfach durch die Höhe des Moire-Bildpunkts über der Vergrößerungsanordnung gegeben. Selbst wenn mehrere oder sogar viele Moire- Bildpunkte auf derselben Höhe und damit in derselben Moire-Bildebene liegen, ist es für die Berechnung des Motivbilds in der Regel einfacher und günstiger, die Bestimmung nach Schritt d) für jeden dieser Moire-Bildpunkte separat durchzuführen und das Motivbild in Schritt e) dann aus den wiederholt angeordneten Mikromotiv-Bildpunkten zusammenzusetzen, als zunächst die in einer Moire-Bildebene liegenden Moire-Bildpunkte zusammenzufassen und die Bestimmung nach Schritt d) dann für die zusammengefass- te Bildpunktmenge durchzuführen.
Bevorzugt wird in Schritt c) weiter für einen Bezugspunkt des dreidimensionalen Moire-Bilds eine Kipprichtung γ vorgegeben, in der die Parallaxe beobachtet werden soll, sowie ein gewünschtes Vergrößerungs- und Bewe- gungsverhalten für diesen Bezugspunkt und die vorgegebene Kipprichtung. Die Moire- Vergrößerungsfaktoren in Schritt d) für die anderen Punkte des dreidimensionalen Moire-Bilds werden dann auf den vorgegebenen Vergrößerungsfaktor für den Bezugspunkt und die vorgegebene Kipprichtung bezogen.
Das gewünschte Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten für den Bezugspunkt wird vorzugsweise in Form der Matrixelemente einer Transformati-
vorgegeben und der Vergrößerungsfaktor für den
Bezugspunkt aus der Transformationsmatrix A und der Kipprichtung γ wird unter Verwendung der Beziehung
V = VV * 2 + v/ = v(aii cosr + a,2 sin7)2 + (a21 cos/ + a22 sinχ)2
berechnet.
Vorteilhaft werden in Schritt d) für weitere Punkte (Xi, Yi, Z1) des dreidimensionalen Moire-Bilds die Vergrößerungsfaktoren Vi und die zugehörigen Punktkoordinaten in der Motivebene (xi, yi) unter Verwendung der Beziehung
bzw. deren Umkehrung
berechnet, wobei e den effektiven Abstand des Fokussierelementrasters von der Motivebene bezeichnet.
Das Fokussierelementraster wird in Schritt b) zweckmäßig durch eine Rastermatrix W vorgegeben. In Schritt d) werden dann die zu einer Vergrößerung Vi gehörenden Punkte der Motivebene vorteilhaft jeweils zu einem Mik- romotiv -Bildbestandteil zusammengefasst und für diesen Mikromotiv- Bildbestandteil ein Motivraster Ui zur periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung dieses Mikromotiv-Bildbestandteils unter Verwendung der Beziehung
U1 = (I - A^ -1 -) -W
berechnet, wobei die Transformationsmatrizen Ai durch
gegeben sind, und A1 ' die Umkehrmatrizen bezeichnet.
In einer Verfahrensvariante wird in Schritt b) das Fokussierelementraster in Form eines zweidimensionalen Bravais-Gitters mit der Rastermatrix
W - I " W'2 vorgegeben, wobei wn, W2i die Komponenten der Gitterzel-
lenvektoren W1 , mit i=l,2 darstellen.
Nach einer anderen Verfahrensvariante zur Herstellung eines Zylinderlin- sen-3D-Moire-Magnifiers wird in Schritt b) ein Zylinderlinsenraster durch die Rastermatrix
w = { y→sinφ " csoisnφή ).f ^D O o °o) J bzw. W- J yV oD c ύonsφφλ)
vorgegeben, wobei D den Linsenabstand und φ die Orientierung der Zylinderlinsen bezeichnet.
Bei allen Erfindungsaspekten können die Gitterparameter der Bravais-Gitter ortsunabhängig sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Gittervektoren der
Motivraster-Gitterzellen w, und U2 (bzw. w,ωund w2 (/) bei mehreren Motivrastern Ui) und die Gittervektoren des Fokussierelementrasters w, und M>2 ortsabhängig zu modulieren, wobei sich die lokalen Periodenparameter |ϊ/, |, |M2|, Z(M, ,W2 ) bzw. 1^1 |, |vv2|, Z(w, , w2 ) im Verhältnis zur Periodizitäts- länge erfindungsgemäß nur langsam ändern. Dadurch ist sichergestellt, dass die Anordnungen lokal stets sinnvoll durch Bravais-Gitter beschrieben werden können.
Ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdoku- menten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder dergleichen, ist vorzugsweise mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet. Das Sicherheitspapier kann insbesondere ein Trägersubstrat aus Papier oder Kunststoff umfassen.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger, insbesondere einen Markenartikel, ein Wertdokument, einen dekorativen Artikel, wie eine Verpackung, Postkarten oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art. Das Sicherheitselement kann dabei insbesondere in einem Fensterbereich, also einem transparenten oder ausgesparten Bereich des Da- tenträgers angeordnet sein.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzich- tet.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem einge- betteten Sicherheitsfaden und einem aufgeklebten Transferelement,
Fig. 2 schematisch den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements im Querschnitt, Fig. 3 schematisch die Verhältnisse bei der Betrachtung einer Moire-
Vergrößerungsanordnung zur Definition der auftretenden Größen,
Fig. 4 weitere Definitionen auftretender Größen bei einer Moire-
Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines einfachen dreidimensionalen Moire-Bilds,
Fig. 5 schematisch die Verhältnisse bei der Betrachtung einer Moire- Vergrößerungsanordnung zur Veranschaulichung des Zustandekommens unterschiedlicher Vergrößerungen bei unterschiedlichen Motivrastern in der Motivebene,
Fig. 6 in (a) ein einfaches dreidimensionales Motiv in Form eines Buchstabens "P", in (b) eine Darstellung dieses Motivs durch nur zwei parallele Bildebenen, in (c) durch fünf parallele Bildebenen,
Fig. 7 in (a) ein erfindungsgemäß konstruiertes Motivbild und in (b) schematisch einen Ausschnitt des sich bei Betrachtung des Motivbilds von (a) mit einem passenden hexagonalen Linsenraster ergebenden dreidimensionalen Moire-Bilds,
Fig. 8 in (a) ein erfindungsgemäß konstruiertes Motivbild mit ortho- parallaktischem Bewegungsverhalten und in (b) schematisch einen Ausschnitt des sich bei Betrachtung des Motivbilds von (a) mit einem passenden rechtwinkligen Linsenraster ergebenden dreidimensionalen Moire-Bilds, Fig. 9 in (a) ein erfindungsgemäß konstruiertes Motivbild mit schrägem Bewegungsverhalten und in (b) schematisch einen Ausschnitt des sich bei Betrachtung des Motivbilds von (a) mit einem passenden rechtwinkligen Linsenraster ergebenden drei- dimensionalen Moire-Bilds, und
Fig. 10 schematisch die Verhältnisse bei der Betrachtung einer Moire-
Vergrößerungsanordnung zur Veranschaulichung des Zustandekommens unterschiedlicher Vergrößerungen bei Motivebe- nen in unterschiedlichen Tiefen di, d2.
Die Erfindung wird nun am Beispiel eines Sicherheitselements für eine Banknote erläutert. Fig. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit zwei Sicherheitselementen 12 und 16 nach Ausfüh- rungsbeispielen der Erfindung versehen ist. Das erste Sicherheitselement stellt einen Sicherheitsfaden 12 dar, der in bestimmten Fensterbereichen 14 an der Oberfläche der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist. Das zweite Sicherheitselement ist durch ein aufgeklebtes Transferelement 16 be- liebiger Form gebildet. Das Sicherheitselement 16 kann auch in Form einer Abdeckfolie ausgebildet sein, die über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung der Banknote angeordnet ist. Das Sicherheitselement kann für Betrachtung in Aufsicht, Durchsicht oder für Betrachtung sowohl in Aufsicht als auch in Durchsicht ausgelegt sein. Auch beidseitige Gestaltungen kommen infrage, bei denen beiderseits eines Motivbilds Linsenraster angeordnet sind.
Sowohl der Sicherheitsfaden 12 als auch das Transferelement 16 können eine Moire- Vergrößerungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Er- findung enthalten. Die Funktionsweise und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für derartige Anordnungen werden im Folgenden anhand des Transferelements 16 näher beschrieben.
Fig. 2 zeigt schematisch den Schichtaufbau des Transferelements 16 im Querschnitt, wobei nur die für die Erläuterung des Funktionsprinzips erforderlichen Teile des Schichtaufbaus dargestellt sind. Das Transferelement 16 enthält einen Träger 20 in Form einer transparenten Kunststofffolie, im Ausführungsbeispiel einer etwa 20 μm dicken Polyethylenterephthalat(PET)-Folie.
Die Oberseite der Trägerfolie 20 ist mit einer rasterförmigen Anordnung von Mikrolinsen 22 versehen, die auf der Oberfläche der Trägerfolie ein zweidimensionales Bravais-Gitter mit einer vorgewählten Symmetrie bilden. Das Bravais-Gitter kann beispielsweise eine hexagonale Gittersymmetrie aufwei- sen, bevorzugt sind wegen der höheren Fälschungssicherheit jedoch niedrigere Symmetrien und damit allgemeinere Formen, insbesondere die Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters.
Der Abstand benachbarter Mikrolinsen 22 ist vorzugsweise so gering wie möglich gewählt, um eine möglichst hohe Flächendeckung und damit eine kontrastreiche Darstellung zu gewährleisten. Die sphärisch oder asphärisch ausgestalteten Mikrolinsen 22 weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 μm und 50 μm und insbesondere einen Durchmesser zwischen lediglich 10 μm und 35 μm auf und sind daher mit bloßem Auge nicht zu erken- nen. Es versteht sich, dass bei anderen Gestaltungen auch größere oder kleinere Abmessungen infrage kommen. Beispielsweise können die Mikrolinsen bei Moire-Magnifier-Strukturen für Dekorationszwecke einen Durchmesser zwischen 50 μm und 5 mm aufweisen, während bei Moirέ-Magnifier-Struk- turen, die nur mit einer Lupe oder einem Mikroskop entschlüsselbar sein sollen, auch Abmessungen unterhalb von 5 μm zum Einsatz kommen können.
Auf der Unterseite der Trägerfolie 20 ist eine Motivschicht 26 angeordnet, die zwei oder mehr ebenfalls rasterförmige Gitterzellen- Anordnungen mit unterschiedlichen Gitterperioden und/ oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält. Die Gitterzellen- Anordnungen sind jeweils aus einer Mehrzahl von Gitterzellen 24 gebildet, wobei in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nur eine dieser Gitterzellen- Anordnungen dargestellt ist. Gestaltungen mit mehreren Gitterzellen- Anordnungen sind beispielsweise in Fig. 5, 7(a), 8(a) und 9(a) gezeigt.
Wie weiter unten genauer erläutert wird, erzeugt die Moire- Vergrößerungsanordnung der Fig. 2 für den Betrachter ein dreidimensionales Moire-Bild, also ein Moire-Bild, das Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire- Bildebenen enthält. Dazu ist jede der Gitterzellen- Anordnungen der Motivschicht 26 jeweils einer der Moire-Bildebenen zugeordnet und die Gitterzellen 24 dieser Gitterzellen- Anordnung enthalten Mikromotiv-Bildbestandteile 28 zur Darstellung des Bildbestandteils gerade dieser zugeordneten Moire- Bildebene.
Neben dem Linsenraster bilden auch die Motivgitter zweidimensionale Bravais-Gitter mit einer vorgewählten oder sich durch Berechnung ergeben- den Symmetrie, wobei zur Illustration wieder ein Parallelogramm-Gitter angenommen ist. Wie in Fig. 2 durch den Versatz der Gitterzellen 24 gegenüber den Mikrolinsen 22 angedeutet, unterscheidet sich das Bravais-Gitter der Gitterzellen 24 in seiner Symmetrie und/ oder in der Größe seiner Gitterparameter geringfügig von dem Bravais-Gitter der Mikrolinsen 22, um den gewünschten Moire- Vergrößerungseffekt zu erzeugen. Die Gitterperiode und der Durchmesser der Gitterzellen 24 liegen dabei in derselben Größenordnung wie die der Mikrolinsen 22, also vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 50 μm und insbesondere im Bereich von 10 μm bis 35 μm, so dass auch die Mikromotiv -Bildbestandteile 28 selbst mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Bei Gestaltungen mit den oben erwähnten größeren oder kleineren Mikrolinsen sind selbstverständlich auch die Gitterzellen 24 entsprechend größer oder kleiner ausgebildet.
Die optische Dicke der Trägerfolie 20 und die Brennweite der Mikrolinsen 22 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich die Motivschicht 26 etwa im Abstand der Linsenbrennweite befindet. Die Trägerfolie 20 bildet somit eine optische Abstandsschicht, die einen gewünschten, konstanten Abstand der Mikrolinsen 22 und der Motivschicht mit den Mikromotiv-Bildbestandteilen 28 gewährleistet.
Aufgrund der sich geringfügig unterscheidenden Gitterparameter sieht der Betrachter bei Betrachtung von oben durch die Mikrolinsen 22 hindurch jeweils einen etwas anderen Teilbereich der Mikromotiv-Bildbestandteile 28, so dass die Vielzahl der Mikrolinsen 22 insgesamt ein vergrößertes Bild der Mikromotive erzeugt. Die sich ergebende Moire- Vergrößerung hängt dabei von dem relativen Unterschied der Gitterparameter der verwendeten Bravais-Gitter ab. Unterscheiden sich beispielsweise die Gitterperioden zweier hexagonaler Gitter um 1%, so ergibt sich eine 100-fache Moire- Vergrößerung. Für eine ausführlichere Darstellung der Funktionsweise und für vorteilhafte Anordnungen der Motivraster und der Mikrolinsenraster wird auf die deutsche Patentanmeldung 10 2005 062 132.5 und die internationale Anmeldung PCT/EP2006/012374 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Die Moirέ- Vergrößerungsanordnungen der vorliegenden Anmeldung erzeugen für den Betrachter nun nicht nur ebene, vor oder hinter der Ebene der Anordnung schwebende Objekte, sondern erzeugen dreidimensionale Moire-Bilder mit einer sich in die Tiefe des Raumes erstreckenden Struktur. Diese Moire- Vergrößerungsanordnungen werden daher nachfolgend auch als 3D-Moire-Magnifier bezeichnet.
Insbesondere werden erfindungsgemäß dreidimensionale Moire-Bilder dargestellt, die sich beim Kippen der Moire- Vergrößerungsanordnung in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Richtung bewegen. Wie nachfolgend im Detail erläutert, stehen bei derartigen Gestaltungen der visuelle räumliche Eindruck und die Raumerfahrung durch die Kippbewegung nicht im Einklang miteinander oder widersprechen sich sogar, so dass sich für den Betrachter frappierende, teilweise fast schwindelerregende Effekte mit ho- hem Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert ergeben.
Darüber hinaus soll ein mathematischer Ansatz vorgestellt werden, mit dem sämtliche Varianten von 3D-Moire-Magnifiern beschrieben und für die Herstellung mithilfe eines Computers modelliert werden können. Auch sollen die von den 3D-Moire-Magnifiern erzeugten dreidimensionalen Moire- Bilder ohne Gesichtfeldbeschränkungen betrachtet werden können.
Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden daher zunächst mit Bezug auf Figuren 3 und 4 die benötigten Größen definiert und kurz beschrieben. Für eine genauere Darstellung wird ergänzend auf die bereits genannte deutsche Patentanmeldung 10 2005 062 132.5 und die internationale Anmeldung PCT/ EP2006/ 012374 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Figuren 3 und 4 zeigen schematisch eine nicht maßstäblich dargestellte Moire-Vergrößerungsanordnung 30 mit einer Motivebene 32, in der das Motivbild mit den Mikromotiv-Bildbestandteilen angeordnet ist, und mit einer Linsenebene 34, in der sich das Mikrolinsenraster befindet. Die Moire- Ver- größerungsanordnung 30 erzeugt zwei oder mehr Moirέ-Bildebenen 36, 36' (zwei sind in Fig. 3 gezeigt), in denen das vom Betrachter 38 wahrgenommene vergrößerte dreidimensionale Moirέ-Bild 40 (Fig. 4) beschrieben wird.
Die Anordnung der Mikromotiv-Bildbestandteile in der Motivebene 32 wird durch zwei oder mehr zweidimensionale Bravais-Gitter beschrieben, deren Einheitszellen jeweils durch Vektoren w, und U2 (mit den Komponenten w, , , W21 bzw. «12 , w22 ) dargestellt werden können. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 3 eine dieser Einheitszellen herausgegriffen und dargestellt.
In kompakter Schreibweise kann die Einheitszelle des Motivrasters auch in Matrixform durch eine Motivrastermatrix Ü (nachfolgend oft auch einfach Motivraster genannt) angegeben werden: .
Bei zwei oder mehr Motivrastern in der Motivebene werden die zugehörigen Motivrastermatrizen im Folgenden durch ihre Indizes Ui, U2, ... unterschieden.
Auch die Anordnung von Mikrolinsen in der Linsenebene 34 wird durch ein zweidimensionales Bravais-Gitter beschrieben, dessen Einheitszelle durch die Vektoren vP, und w2 (mit den Komponenten wu , w21 bzw. wn , w22 ) angegeben wird. Mit den Vektoren T^ und F2 (mit den Komponenten tu , t2x bzw. tn , t22) wird die Einheitszelle in einer der Moire-Bildebenen 36, 36' beschrieben. Bei den dreidimensionalen Moire-Bildern ist zur vollständigen Beschreibung eines Moire-Bildpunkts zusätzlich zur zweidimensionalen Lage des Punktes in einer der Bildebenen auch die Angabe erforderlich, in welcher Moire- Bildebene ein Bildpunkt liegt. Dies erfolgt im Rahmen dieser Beschreibung durch die Angabe der Z-Komponente des Moire-Bildpunkts, also der wahrgenommenen Schwebehöhe des Bildpunkts über oder unter der Ebene der Moire- Vergrößerungsanordnung, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt.
Mit r - \ ist nachfolgend ein allgemeiner Punkt der Motivebene 32 be-
zeichnet, mit R3D ein allgemeiner Moire-Bildpunkt in einer der Moire-
Bildebenen 36, 36'. Innerhalb jeder (zweidimensionalen) Moire-Bildebene 36 können die Bildpunkte durch die zweidimensionalen Koordinaten R = I
beschrieben werden.
Um neben senkrechter Betrachtung (Betrachtungsrichtung 35) auch nichtsenkrechte Betrachtungsrichtungen der Moire- Vergrößerungsanordnung beschreiben zu können, wie etwa die allgemeine Richtung 35', wird zusätz- lieh eine Verschiebung zwischen Linsenebene 34 und Motivebene 32 zuge¬
lassen, die durch einen Verschiebungsvektor F in der Motivebene 32 angegeben wird. Analog zur Motivrastermatrix werden zur kompakten Beschreibung des Linsenrasters und des Bildrasters die Matrizen W = " 12 (als Linsenrastermatrix oder einfach Linsenraster bezeichnet) w 21 W 22 ,
und f = \ " 12 verwendet.
J2. /22.
In der Linsenebene 34 können anstelle von Linsen 22 beispielsweise auch Lochblenden nach dem Prinzip der Lochkamera eingesetzt werden. Auch alle anderen Arten von Linsen und abbildenden Systemen, wie asphärische Linsen, Zylinderlinsen, Schlitzblenden, mit Spiegeln versehene Loch- oder Schlitzblenden Fresnellinsen, GRIN-Linsen (Gradient Refraction Index), Zonenplatten (Beugungslinsen), holographische Linsen, Hohlspiegel, Fres- nelspiegel, Zonenspiegel und andere Elemente mit fokussierender oder auch ausblendender Wirkung, können als Mikrofokussierelemente im Fokussier- elementraster eingesetzt werden.
Grundsätzlich können neben Elementen mit fokussierender Wirkung auch Elemente mit ausblendender Wirkung (Loch- oder Spaltblenden, auch Spiegelflächen hinter Loch- oder Spaltblenden) als Mikrofokussierelemente im Fokussierelementraster eingesetzt werden.
Bei Anwendung eines Hohlspiegelarray und bei anderen erfindungsgemäß eingesetzten spiegelnden Fokussierelementrastern blickt der Betrachter durch das in diesem Fall teildurchlässige Motivbild auf das dahinterliegende Spiegelarray und sieht die einzelnen kleinen Spiegel als helle oder dunkle Punkte, aus denen sich das darzustellende Bild aufbaut. Das Motivbild ist dabei im Allgemeinen so fein strukturiert, dass es nur als Schleier zu sehen ist. Die beschriebenen Formeln für die Zusammenhänge zwischen dem darzustellenden Moire-Bild und dem Motivbild gelten, auch wenn dies im Einzelnen nicht erwähnt wird, nicht nur für Linsenraster sondern auch für Spie- gelraster. Es versteht sich, dass bei erfindungsgemäßem Einsatz von Hohlspiegeln an die Stelle der Linsenbrennweite die Spiegelbrennweite tritt.
Bei erfindungsgemäßer Anwendung eines Spiegelarray anstelle eines Lin- senarray ist in Fig. 2 die Betrachtungsrichtung von unten zu denken, und in Fig. 3 sind bei der Spiegelarray-Anordnung die Ebenen 32 und 34 miteinander vertauscht. Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand von Linsenrastern, welche stellvertretend für alle anderen erfindungsgemäß eingesetzten Fokussierelementraster stehen.
Jedem Motivraster U , also jeder der verschiedenen Gitterzellen- Anordnungen der Motivebene 32 ist genau eine der Moire-Bildebenen 36, 36' zugeordnet. Das Moire-Bild-Gitter f dieser zugeordneten Moire-Bildebene 36 ergibt sich aus den Gittervektoren der Motivebene 32 und der Linsenebene 34 durch
T = W -(W -Uy* - Ü und die Bildpunkte innerhalb der Moire-Bildebene 36 können mithilfe der Beziehung
R = W - (W -Uy1 - (F - F0) aus den Bildpunkten der Motivebene 32 bestimmt werden. Umgekehrt ergeben sich die Gittervektoren der Motivebene 32 aus dem Linsenraster und dem gewünschten Moire-Bild-Gitter einer Motivebene 36 durch u = w -(f + wyλ -f und r = W - (f + Wy] - R + r0. Definiert man die Transformationsmatrix A = W • (W - Ü)~] , die die Koordinaten der Punkte der Motivebene 32 und der Punkte der Moirέ-Bildebene 36 ineinander überführt,
R = Ä ■ (F - F0 ) , bzw. F = Ä'] ■ R + F0 , so können aus jeweils zwei der vier Matrizen Ü, W, f, Ä die beiden anderen berechnet werden. Insbesondere gilt:
T = A -U = W - (W -Uy' -U = (A - I) - W (Ml)
U = W - (T + W)'1 - f = Ä'] - T = (I - ATχ ) - W (Ml) w = ü -(f -üyι - f = (Ä - 7yι - f = (Ä- lyι ■ Ä -ü (M3) Ä = w -(w -ϋyx = (f + w) - w~x = τ - ϋ-' (M4) wobei / die Einheitsmatrix bezeichnet.
Wie in der in Bezug genommenen deutschen Patentanmeldung
102005 062132.5 und der internationalen Anmeldung PCT/ EP2006/ 012374 ausführlich geschildert, beschreibt die Transformationsmatrix Ä sowohl die Moire- Vergrößerung als auch die resultierende Bewegung des vergrößerten Moire-Bildes bei Bewegung der Moire-bildenden Anordnung 30, die von der Verschiebung der Motivebene 32 gegen die Linsenebene 34 herrührt.
Die Rastermatrizen T, U, W, die Einheitsmatrix I und die Transformationsmatrix A werden nachfolgend oft auch ohne Doppelpfeil geschrieben, wenn aus dem Zusammenhang klar ist, dass es sich um Matrizen handelt.
Wie erwähnt, wird die dreidimensionale Ausdehnung des dargestellten Moirέ-Bilds 40 ergänzend zu diesen zweidimensionalen Beziehungen durch die Angabe einer zusätzliche Koordinate berücksichtigt, die den Abstand angibt, in der ein Moire-Bildpunkt über oder unter der Ebene der Moire- Vergrößerungsanordnung zu schweben scheint. Bezeichnet v die Moire- Vergrößerung und e einen effektiven Abstand der Linsenebene 34 von der Motivebene 32, in dem neben dem physikalischen Abstand d auch die Linsendaten und die Brechzahl des Mediums zwischen Linsenraster und Motiv - raster zumeist heuristisch berücksichtigt sind, so ist die Z-Komponente eines Moire-Bildpunkts gegeben durch
Z = v * e. (1)
Ein dreidimensionales Moire-Bild 40, also ein Bild mit unterschiedlichen Z- Werten, kann nach Gleichung (1) nun auf zwei verschiedene Weisen erzeugt werden. Man kann einerseits die Moire- Vergrößerung v konstant lassen und im Moire-Magnifier unterschiedliche Werte von e realisieren, oder man kann bei einheitlichem effektiven Abstand e durch unterschiedliche Motiv - raster unterschiedliche Moire- Vergrößerungen erzeugen. Der erstgenannte Ansatz wird weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 10 genauer beschrieben, der letztgenannte liegt der folgenden Beschreibung der Figuren 3 bis 9 zugrunde.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines einfachen dreidimensionalen Moire-Bilds 40 und seiner Zerlegung in Bildbestandteile 42, 44 in nur zwei beabstandeten Moire-Bildebenen 36, 36', die ausreicht, um die wesentlichen Gestaltungsmerkmale der Erfindung erläutern zu können. Insbesondere ist für die Bildbestandteile in der Bildebene 36 (Oberseite 42 des Buchstabens "P") durch ein geeignet gewähltes Motivraster U1 eine Moire- Vergrößerung V1 verwirklicht, und für die Bildbestandteile in der Bildebene 36' (Unterseite 44 des Buchstabens "P") durch ein geeignet gewähltes Motivraster U2 eine Moire- Vergrößerung V2 verwirklicht, so dass sich bei konstantem effektiven Abstand e zwei Bildebenen 36, 36' mit unterschiedlichen Z-Werten Z1 = V1 * e, Z2 = V2 * e, ergeben.
Zur Erläuterung des grundlegenden Effekts wird zunächst der Spezialfall von Transformationsmatrizen A betrachtet, die eine reine Vergrößerung, also keine Drehung oder Verzerrung beschreiben,
Bei vorgegebenem Linsenraster W erhält man damit für die Motivraster U1 und U2 mithilf e von Beziehung (M2):
und
Das Zustandekommen der unterschiedlichen Vergrößerungen ist in Fig. 5 veranschaulicht, die in der Motivebene 32 als erste Mikromotivelemente ge- strichelte Pfeile 50 zeigt, die in einem ersten Motivraster U1 mit einer Gitterperiode P1 angeordnet sind und die als zweite Mikromotivelemente durchgezogene Pfeile 52 zeigt, die im selben effektiven Abstand d von der Linsenebene 34 in einem zweiten Motivraster U2 mit einer etwas größeren Gitterperiode p2 angeordnet sind. Die entstehenden vergrößerten Moire-Bilder 54 bzw. 56 schweben für den Betrachter 38 aufgrund der unterschiedlichen Gitterperioden und der daraus resultierenden unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren V1 und V2 nach Gleichung (1) in verschiedenen Höhen Zi, Z2 über der Ebene der Moire- Ver- größerungsanordnung. Die unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren müssen natürlich auch bei der Auslegung der Mikromotivelemente 50, 52 berücksichtigt werden. Sollen die vergrößerten Pfeilbilder 54 und 56 beispielsweise gleich lang erscheinen, müssen die gestrichelten Pfeile 50 in der Motivebene 32 gegenüber den durchgezogenen Pfeilen 52 entsprechend ver- kleinert werden, um den höheren Vergrößerungsfaktor bei der Moire- Abbildung zu kompensieren.
Die Darstellung der Fig. 5, bei der die Moire-Bilder über der Vergrößerungsanordnung schweben, gilt für negative Vergrößerungsfaktoren, bei positiven Vergrößerungsfaktoren erscheinen die Moire-Bilder für den Betrachter entsprechend unterhalb der Ebene der Moire-Vergrößerungsanordnung zu schweben.
Allgemein enthalten die Transformationsmatrizen Ai bei einem 3D-Moire- Magnifier einen jeweils übereinstimmenden Anteil A1, der Verdrehungen und Verzerrungen beschreibt, sowie die für die Bildebenen jeweils verschiedenen Vergrößerungsfaktoren Vi:
Die grundlegenden Gleichungen des 3D-Moire-Magnifiers verbinden nun die Punkte R3D in den Moire-Bildebenen 36, 36' mit den Koordinaten r der Punkte der Motivebene 32 über
beziehungsweise umgekehrt
Der anfangs beschriebene Spezialfall einer reinen Vergrößerung ohne Verdrehung oder Verzerrung ergibt sich als Spezialfall von Gleichung (2a) zu
Ausgehend von dem darzustellenden dreidimensionalen Moire-Bildmotiv, das durch eine Punktemenge (X, Y, Z) gegeben ist, und einem gewünschten Bewegungsverhalten des Moire-Bilds, das in der weiter unten genauer beschriebenen Weise durch die Matrix A' angegeben wird, kann man mithilfe der Beziehung (2b) die zugehörigen Bildpunkte (x,y) in der Motivebene und den zugehörigen Vergrößerungsfaktor v berechnen. Das zugehörige Motivraster U wird nach Beziehung (J) bestimmt, wie weiter unten angegeben.
Dabei können die Punkte des darzustellenden dreidimensionalen Moirό- Bildmotivs, die auf der gleichen Höhe Z über oder unter der Vergrößerungsanordnung liegen sollen, zusammengefasst werden, da zu diesen Punkten wegen Z = v*e auch gleiche Vergrößerungsfaktoren v und damit gleiche Mo- tivrastermatrizen gehören. Mit anderen Worten können die parallelen Schnitten Z, im Moire-Bildmotiv entsprechenden Motivbildpunkte in entsprechenden einheitlich zu erstellenden Motivrastern Ui angeordnet werden.
Zu einer dreidimensionalen Bildwirkung für einen Betrachter tragen nun insbesondere zwei Effekte bei, die mit "beidäugigem Sehen" bzw. "Bewegungsverhalten" bezeichnet werden.
Nach dem Effekt des beidäugigen Sehens erscheint das vergrößerte Moire- Bild bei beidäugiger Betrachtung mit Tiefenwirkung, sofern der Moire-
Magnifier so angelegt ist, dass eine seitliche Verkippung der Anordnung zu einer seitlichen Verschiebung der Bildpunkte führt. Wegen des seitlichen "Kippwinkels" von etwa 15° zwischen den Augen bei einer normalen Betrachtungsentfernung von etwa 25 cm, werden in den Augen nämlich seit- lieh verschoben gesehene Bildpunkte vom Gehirn so interpretiert, als lägen die Bildpunkte je nach Richtung der seitlichen Verschiebung vor oder hinter der tatsächlichen Substratebene, und zwar je nach Größe der Verschiebung mehr oder weniger hoch bzw. tief.
Mit dem Effekt des "Bewegungsverhaltens" ist gemeint, dass beim Kippen eines Moire-Magnifiers, der so angelegt ist, dass eine seitliche Verkippung der Anordnung zu einer Verschiebung der Bildpunkte führt, vorher verdeckte hintere Partien des Motivs sichtbar werden können und damit das Motiv dreidimensional erfasst werden kann.
Ein konsistenter dreidimensionaler Bildeindruck ergibt sich dann, wenn die beiden Effekte gleichartig wirken, wie beim gewöhnlichen räumlichen Sehen. Bei den speziellen 3D-Moire-Magnifiern, deren Auslegung entsprechend dem Spezialfall der Gleichung (2c) erfolgt, wirken beide Effekte tatsächlich gleichartig, wie weiter unten gezeigt wird. Derartige 3D-Moire-Magnifier vermitteln dem Betrachter daher eine herkömmliche, konsistente dreidimen- sionale Bildwirkung.
Bei allgemeinen 3D-Moire-Magnifiern, die nicht nach dem Spezialfall (2c), sondern entsprechend den allgemeinen Gleichungen (2a) bzw. (2b) konstruiert sind, können die beide Effekte "beidäugiges Sehen" und "Bewe- gungsverhalten" jedoch zu unterschiedlichen oder sogar widersprüchlichen visuellen Eindrücken führen, womit sich frappierende und für den Betrachter fast schwindelerregende Effekte mit hohem Aufmerksamkeits- und Wie- dererkennungswert erzeugen lassen.
Um derartige visuelle Wirkungen zu erzielen, ist es wichtig, das Bewegungsverhalten des Moire-Bildes beim Kippen der Moirέ- Vergrößerungsanordnungen zu kennen und gezielt zu beeinflussen.
Die Spalten der Transformationsmatrix A lassen sich als Vektoren interpre- tieren:
Der Vektor 5, = gibt an, in welcher Richtung sich das entstehende Moi- re-Bild bewegt, wenn man die Anordnung aus Motivraster und Linsenraster
seitlich kippt. Der Vektor a2 = gibt an, in welcher Richtung sich das entstehende Moire-Bild bewegt, wenn man die Anordnung aus Motivraster und Linsenraster vor-/ rückwärts kippt. Dabei wird die Bewegungsrichtung folgendermaßen festgelegt:
Der Winkel ßi, in dem sich das Moire-Bild bezogen auf die Waagrechte be- wegt, wenn die Anordnung seitlich gekippt wird, ist gegeben durch a. tan/?, = _ "21
Der Winkel ß2 in dem sich das Moire-Bild bezogen auf die Waagrechte bewegt, wenn die Anordnung vor-/ rückwärts gekippt wird, ist gegeben durch
tan ß2 = ^- . a ι,12
Zurückkommend auf die Darstellung der Fig. 4 ist der Bewegungsvektor
V mit dem sich das dreidimensionale Moire-Bild 40 relativ zu einer
Bezugsrichtung, beispielsweise der Waagrechten W, bewegt, wenn die An- Ordnung nicht in einer der Vorzugsrichtungen seitlich (0°) oder vor-/ rückwärts (90°) bewegt, sondern in einer allgemeinen, durch einen Winkel γ zur Bezugsrichtung W angegebenen Richtung k gekippt wird, ist gegeben durch
- (O fau a12 "I fcospΛ fa,, COs^a12 sinjΛ
(3a) I v I [a21 a22) {smγj [a2] cosχ + a22 sin/J
Somit ist der Winkel ß3, in dem sich das Moire-Bild 40 bezogen auf die Bezugsrichtung W bewegt, wenn die Moirέ- Vergrößerungsanordnung in der allgemeinen Richtung γ gekippt wird, gegeben durch tan/?3 = a" cosy + aa SΪny . (3b) aπ cos/ + a,2 sin/
Der Abstand eines in Richtung γ in der Motivebene 32 liegenden Punktepaares erstreckt in der Moire-Bildebene 36 daher in Richtung ß3, vergrößert mit dem Faktor
V = VV * 2 + V/ = VCa1, cos/ + a12 sin/)2 + (a21 cos/ + a22 sin/)2 . (3c)
Nach Gleichung (1) scheint daher das dargestellte Moire-Bild 40 bei einem mit der Transformationsmatrix A konstruierten 3D-Moire-Magnifier mit dem effektiven Abstand e zwischen Motivebene 32 und Linsenebene 34 durch die Parallaxe beim Kippen der Anordnung in Richtung /in der Höhe bzw. Tiefe
Zmovement = v • e = e • 7(aπ cos/ + a12 sin/)2 + (a21 cos/ + a22 sin/)2 (4)
oberhalb bzw. unterhalb der Substratebene zu schweben ("Bewegungseffekt11).
Andererseits kommt bei beidäugiger Betrachtung mit einer Augenabstands- richtung, die nicht in Richtung / liegt, für die Moire- Vergrößerung nur die Komponente in der Richtung des Augenabstands zur Wirkung. Liegen die beiden Augen beispielsweise in x-Richtung nebeneinander, so entsteht ein Tiefeneindruck
Z b,nocular = Vx ■ β = β • (a„ COS/ + a,2 SUl/) . (5) Der Tiefeneindruck aufgrund des Bewegungseffekts, Zmovement und der Tiefeineindruck durch beidäugiges Sehen, Zbmocuiar, unterscheiden sich daher für fast alle Augenabstandsrichtungen. Das Moirέ-Bild 40 scheint daher beim Kippen in Richtung γ für die Augen in anderer Tiefe, nämlich in der Tiefe Zbinocuiar zu liegen, als der Tiefe Zmovement, die die Parallaxe beim Kippen nahelegt.
In dem oben genannten Spezialfall also an = a22 = v und a2i = a12 = 0 fallen die Werte für Zbinocuiar und Zmovement zusammen, so dass dort das beidäugige Sehen und die Parallaxe beim Kippen zum gleichem Tiefeneindruck und damit zu einer konsistenten dreidimensionalen Bildwahrnehmung führt.
Die vorstehenden Ausführungen betreffen zunächst die Beziehungen für einen Motivpunkt, eine Motivpunktmenge oder ein Motivteil mit einer einzigen Tiefenkomponente Z. Um Motivpunkte oder Motivteile in verschiedenen Tiefen Zi, Z2 .... zu verwirklichen, werden die für verschiedene Tiefen vorgesehenen Motivpunkte oder Motivteile in der Motivebene erfindungs- gemäß in veränderten Rasterweiten mit veränderter Transformationsmatrix A1, A2 ... angeordnet. Der Vergrößerungsfaktor Vi der verschiedenen Motivteile kann dabei jeweils auf den Vergrößerungsfaktor v in Kipprichtung nach
Gleichung (3c) und die ursprüngliche Transformationsmatrix A = bezogen werden:
wobei
Z1 = V1 - e , Z2 = v2 - e , &c.
Bei der oben bereits verwendeten Terminologie, Ai = Vi A', mit übereinstimmenden Anteil A' ist dann A' = A/v. Die Punkte in den Moire-Bildebenen 36, 36' und der Motivebene 32 sind analog zu Gleichungen (4a), (4b) verbunden über
bzw. über
Die jeweiligen Motivraster U1, U2, ... ergeben sich aus dem Linsenraster W und den Transformationsmatrizen A1, A2 ... mithilf e von Beziehung (M2) zu
Um ein Motivbild zu einem vorgegebenen dreidimensionalen Moire-Bild zu konstruieren, kann man daher erfindungsgemäß wie folgt vorgehen:
Neben dem Linsenraster W gibt man für einen Bezugspunkt X,Y,Z des gewünschten dreidimensionalen Moire-Bilds die Transformationsmatrix A und eine Kipprichtung γ vor, unter der die Parallaxe beobachtet werden soll.
Für diese Vorgaben berechnet man einen Vergrößerungsfaktor v mithilfe von Gleichung (3c). Für weitere Punkte des Moire-Bilds, beispielsweise einen allgemeinen Punkt Xi7Yi7Zi, bestimmt man dann nach Formel (6b) den Vergrößerungsfaktor Vi für die Z-Komponente Zi und die Punktkoordinaten in der Bildebene Xi, ylf und nach Formel (7) aus dem vorgegebenem Linsenraster W, der Transformationsmatrix A und dem Vergrößerungsfaktor Vi die zugehörige Gitteranordnung Ui.
Da hierbei je nach Position von X17Yi7Zi unterschiedliche Vergrößerungen v, auftreten, kann es vorkommen, dass Motivteile nicht in eine Gitterzelle des Motivrasters U1 passen. In diesem Fall wird nach der Lehre der gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Sicherheitselement", DE 10 2007029 203.3 vorgegangen, das die Aufteilung eines gegebenen Motivelements auf mehrere Gitterzellen betrifft.
Insbesondere wird dabei zur Erzeugung einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines Moire-Bildes mit einem oder mehreren Moire-Bildelementen, in einer Motivebene ein Motivbild mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit Mikromotivbildteilen erzeugt und ein Fokussierele- mentraster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet. Die Mikromotivbildteile werden dabei so ausgebildet, dass die Mikromotivbildteile mehrerer beabstandeter Gitterzellen des Motivbilds zusammengenommen jeweils ein Mikromotivelement bilden, das einem der Moire-Bildelemente des vergrößerten Moire-Bildes entspricht und dessen Ausdehnung größer als eine Gitterzelle des Motivbilds ist. Für weitere Details des Vorgehens wird auf die genannte deutsche Patentanmeldung verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
In der internationalen Anmeldung PCT/ EP2006/ 012374, deren Offenbarungsgehalt insoweit ebenfalls in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird, sind Moire-Magnifier mit Zylinderlinsenraster und/ oder mit in einer Richtung beliebig ausgedehnten Motiven beschrieben. Auch solche Moire- Magnifier können als 3D-Moirέ-Magnifier ausgeführt werden.
Entsprechend den Ausführungen in der PCT/EP2006/012374 gilt beim Zy- Iinderlinsen-3D-Moire-Magnifier für die Untermatrix (a^) in Formel (6a) die Beziehung:
φ ι2! φ) '
wobei D der Zylinderlinsenabstand und φ der Neigungswinkel der Zylinderlinsen und Ui, die Matrixelemente der Motivrastermatrix sind. Beim 3D-Moirέ-Magnifier mit ausgedehnten Motiven erhält die Untermatrix (ai,) in Formel (6a) die Form:
Un a,Λ _ l rDetW + U21W12 - U11W12 λ ^ ^ Jun 0
[a21 a22j Det(W - U) [ U21W22 DetW - U11W22J ™ [u2, 0,
wobei (un, U21) der Translationsvektor für das ausgedehnte Motiv ist.
Beispiele
Zur Illustration der erfindungsgemäßen Vorgehensweise werden nunmehr einige konkrete beispielhafte Gestaltungen beschrieben. Dazu zeigt Fig. 6(a) ein einfaches dreidimensionales Motiv 60 in Form eines aus einer Platte ausgesägten Buchstabens "P". Fig. 6(b) zeigt eine Darstellung dieses Motivs durch nur zwei parallele Bildebenen, die die Oberseite 62 und die Unterseite 64 des dreidimensionalen Buchstabenmotivs enthalten, Fig. 6(c) zeigt die Darstellung des Motivs durch fünf parallele Schnittebenen und mit fünf Schnittbildern 66 des Buchstabenmotivs.
Da sich bereits anhand eines in nur zwei Bildebenen dargestellten dreidi- mensionalen Motivs recht anschaulich alle wesentlichen erfindungsgemäßen Verfahrenschritte erläutern lassen, sind die folgenden Beispiele für solche Motive entsprechend Fig. 6(b) konzipiert. Für den Fachmann bietet es jedoch keine Schwierigkeiten, das Verfahren auch für eine größere Anzahl an Bildebenen, wie etwa nach Fig. 6(c) oder quasikontinuierlich nach Fig. 6(a) durchzuführen. Besonders bei komplexeren Moire-Bildern ist es zumeist vorteilhaft, nicht von Flächenstücken, sondern von einzelnen Bildpunkten des dreidimensionalen Moire-Bilds als den darzustellenden Bildbestandteilen auszugehen und, wie oben bei der Beschreibung der Gleichungen (6a), (6b) und (7) allgemein erläutert, für jeden dieser Moire-Bildpunkte einen zugehörigen Mikromotiv-Bildpunkt und eine Gitterzellenanordnung zur wiederholten Anordnung des Mikromotiv-Bildpunkts in der Motivebene zu bestimmen. In der Praxis wird sich die Zahl der verwendeten Bildebenen oder die Zahl der verwendeten darzustellenden Bildpunkte insbesondere auch nach der Komplexität des gewünschten dreidimensionalen Motivs richten.
Beispiel 1:
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, für das ein hexagonales Linsenraster W vorgegeben ist. Als darzustellendes dreidimensionales Motiv ist ein O-förmi- ger Ring gewählt, der wie in Fig. 6(b) in zwei Bildebenen durch eine Buch- staben-Oberseite und Buchstaben-Unterseite beschrieben wird.
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen
vorgegeben, die eine reine Vergrößerung beschreiben, wobei der Vergröße- rungsfaktor für die Oberseitenflächen V1 = 16 und der Vergrößerungsfaktor für die Unterseitenflächen V2 = 19 betragen soll.
Bei einer gewünschten Motivgröße von 50 mm, einer effektiven Linsenbild- weite von e = 4 mm und einem Linsenabstand von 5 mm im hexagonalen Linsenraster erhält man damit unter Verwendung der oben erläuterten Beziehungen (6b) und (7) für die Motivgröße im Motivraster für die Oberseitenflächen einen Wert von 50mm/ 16 = 3,1 mm und für die Unterseitenflächen einen Wert von 50mm/ 19 = 2,63 mm. Die Rasterabstände des Motivrasters betragen für die Oberseitenflächen (1 - 1/16) * 5 mm = 4,69 mm und für die Unterseitenflächen (1 -1/19) * 5 mm = 4,74 mm. Die wahrgenommene Dicke des dreidimensionalen Moire-Bilds beträgt (19 -16) * 4 mm = 12 mm.
Fig. 7(a) zeigt das so konstruierte Motivbild 70, bei dem die verschiedenen Rasterweiten der beiden Mikromotivelemente "Ringoberseite" und "Ringunterseite" deutlich zu erkennen sind. Wird das Motivbild 70 der Fig. 7(a) mit dem genannten hexagonalen Linsenraster betrachtet, so ergibt sich ein un- terhalb der Moire- Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moire-Bild 72, von dem in Fig. 7(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist.
In dem Moire-Bild 72 sind mehrere nebeneinanderliegende Ringe 74, 76 zu erkennen. Betrachtet man die Anordnung genau von vorne, so sieht man den mittleren Ring 74 von vorn und die umgebenden Ringe 76 schräg von der entsprechenden Seite. Kippt man die Anordnung, so kann man den mittleren Ring 74 schräg von der Seite sehen, die danebenliegenden Ringe 76 ändern entsprechend ihre Perspektive.
Beispiel 2:
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit orthoparallaktischer Bewegung, für das ein rechtwinkliges Linsenraster W gewählt ist. Als darzustellendes drei- dimensionales Motiv dient ein aus einer Platte ausgesägter Buchstabe "P", wie in Fig. 6 dargestellt.
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen vorgegeben, die neben einer Vergrößerung um einen Faktor Vi ein orthopa- rallaktisches Bewegungsverhalten beim Kippen der Moire- Vergrößerungsanordnung beschreiben.
Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form
dar, Gleichung (7) in der Form
In diesem Ausführungsbeispiel soll der Vergrößerungsfaktor für die Ober- Seitenflächen V1 = 8 und der Vergrößerungsfaktor für die Unterseitenflächen V2 = 10 betragen. Die gewünschte Motivgröße (Buchstabenhöhe) sei 35 mm, die effektive Linsenbildweite wiederum e = 4 mm und der Linsenabstand im rechtwinkligen Linsenraster soll 5 mm betragen.
Unter Verwendung der Beziehungen (6b) und (7) ergibt sich damit für die Motiv große im Motivraster für die Oberseitenflächen ein Wert von 35 mm/ 8 = 4,375 mm und für die Unterseitenflächen ein Wert von 35 mm/ 10 = 3,5 mm.
Das Motivraster Ui für die Oberseitenflächen ergibt sich zu das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu
Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv wie üblich durch die Transformation A"1 verdreht und gespiegelt. Die wahrgenommene Dicke des dreidimensionalen Moire-Bilds beträgt (10-8) * 4 mm = 8 mm.
Fig. 8(a) zeigt das so konstruierte Motivbild 80, bei dem die beiden unterschiedlichen Motivraster U1, U2 der beiden Mikromotivelemente "Buchstabenoberseite" und "Buchstabenunterseite" deutlich zu erkennen sind. Wird das Motivbild 80 der Fig. 8(a) mit dem genannten rechtwinkligen Linsenraster betrachtet, so ergibt sich ein über der Moire- Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moire-Bild 82, von dem in Fig. 8(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist.
Kippt man die Moire-Vergrößerungsanordnung waagrecht (Kipprichtung 84), so sieht man von oben oder von unten auf das Motiv, kippt man die An- Ordnung senkrecht (Kipprichtung 86), so sieht man seitlich auf das Motiv, so dass der Eindruck entsteht, das Motiv sei räumlich ausgedehnt und liege in der Tiefe.
Durch beidäugiges Sehen wird dieser Tiefeneindruck allerdings nicht bestä- tigt, da keine x-Komponente für seitliche Bewegung vorliegt, das Motiv bleibt in der Substratebene. Dieser Wahrnehmungswiderspruch ist äußerst frappierend und hat damit für den Betrachter einen hohen Aufmerksam- keits- und Wiedererkennungswert.
Beispiel 3:
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 geht wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 von einem aus einer Platte ausgesägten Buchstabe "P" als dem darzustellenden dreidimensionalen Motiv aus. Dieses Motiv soll sich bei diesem Ausführungsbeispiel beim Kippen der Moire- Vergrößerungsanordnung schräg bewegen.
Als Transformationsmatrizen Ai werden die Matrizen vorgegeben, die neben einer Vergrößerung um den Faktor V1 ein schräges Bewegungsverhalten beim Kippen der Moire-Vergrößerungsanordnung beschreiben.
Gleichung (6a) stellt sich dann in der Form
dar, Gleichung (7) in der Form
tu(l)2, u(l) 22j V ' [y/2l W2J
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel soll der Vergrößerungsfaktor für die Oberseitenflächen vi = 8 und der Vergrößerungsfaktor für die Unterseiten- flächen v2 = 10 betragen, die gewünschte Motivgröße (Buchstabenhöhe) soll 35 mm, die effektive Linsenbildweite e = 4 mm und der Linsenabstand im ebenfalls rechtwinkligen Linsenraster 5 mm betragen.
Unter Verwendung der Beziehungen (6b) und (7) ergibt sich damit für die Motivgröße im Motivraster für die Oberseitenflächen einen Wert von 35 mm/ 8 = 4,375 mm und für die Unterseitenflächen einen Wert von 35 mm/ 10 = 3,5 mm.
Das Motivraster Ui für die Oberseitenflächen ergibt sich zu
das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu
Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv wie üblich durch die Transformation
A "' = Die wahrgenommene Dicke des dreidimensiona- len Moire-Bilds beträgt (10-8) * 4 mm = 8 mm.
Fig. 9(a) zeigt das so konstruierte Motivbild 90, bei dem die beiden unterschiedlichen Motivraster U1, U2 der beiden Mikromotivelemente "Buchstabenoberseite" und "Buchstabenunterseite" und die Verzerrung der Motivelemente deutlich zu erkennen sind. Wird das Motivbild 90 der Fig. 9(a) mit dem genannten rechtwinkligen Linsenraster betrachtet, so ergibt sich ein unterhalb der Moire- Vergrößerungsanordnung schwebendes dreidimensionales Moire-Bild 92, von dem in Fig. 9(b) ein Ausschnitt schematisch gezeigt ist.
Kippt man die Moire- Vergrößerungsanordnung waagrecht, so sieht man schräg im Winkel 45° auf das Motiv. Kippt man die Anordnung senkrecht, so sieht man von oben oder unten auf das Motiv, so dass der Eindruck entsteht, das Motiv sei räumlich ausgedehnt und liege in der Tiefe. Durch beid- äugiges Sehen wird der Tiefeneindruck jedoch nicht voll bestätigt. Das Motiv liegt nach diesem Tiefeneindruck nicht so tief wie der Kippeffekt vortäuscht, weil für den Tiefeneindruck bei beidäugigem Sehen nur die x-Komponente der schrägen Bewegung wirkt.
Beispiel 4:
Beispiel 4 ist eine Abwandlung von Beispiel 3, und ist in seinen Abmessungen so ausgelegt, dass es sich insbesondere für Sicherheitsfäden von Bankno- ten eignet.
Das verwendete Moire-Bild (Buchstabe "P") und die Transformationsmatrizen Ai entsprechen denen von Beispiel 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollen die Vergrößerungsfaktoren für die Oberseitenflächen jedoch V1 = 80 und für die Unterseitenflächen V2 = 100 sein, die Motivgröße (Buchstabenhöhe) soll 3 mm betragen. Als effektive Linsenbildweite wird e = 0,04 mm gewählt und als Linsenabstand im rechtwinkligen Linsenraster ein Wert von 0,04 mm. Damit ergibt sich, wieder unter Verwendung der Beziehungen (6b) und (7), für die Motivgröße im Motivraster für die Oberseitenflächen ein Wert von 3 mm/ 80 = 0,0375 mm und für die Unterseitenflächen ein Wert von 3 mm/ 100 = 0,03 mm.
Das Motivraster U1 für die Oberseitenflächen ergibt sich zu
= f 0,0395 0 λ 1 [θ,OOO5 0,0395 J'
das Motivraster U2 für die Unterseitenflächen zu
Die Motivelemente, die in diesen Rastern angelegt werden, sind gegenüber dem gewünschten Sollmotiv ebenfalls durch die Transformation
A1 verzerrt.
Die wahrgenommene Dicke des dreidimensionalen Moire-Bilds beträgt (100-80) * 0,04 mm = 0,8 mm.
Kippt der Benutzer eine Banknote mit einem entsprechend ausgestattetem Sicherheitsfaden waagrecht, so sieht er schräg im Winkel 45° auf das Motiv. Kippt er die Anordnung senkrecht, so sieht er von oben oder unten auf das Motiv, so dass der Eindruck entsteht, das Motiv sei räumlich ausgedehnt und liege in der Tiefe. Durch beidäugiges Sehen wird der Tiefeneindruck jedoch nicht voll bestätigt. Das Motiv liegt nach diesem Tiefeneindruck nicht so tief wie der Kippeffekt vortäuscht, weil für den Tiefeneindruck bei beidäugigem Sehen nur die x-Komponente der schrägen Bewegung wirkt. Dieser Widerspruch der Tiefenwahrnehmung ist äußerst frappierend und hat damit für den Betrachter einen hohen Aufmerksamkeits- und Wiederer- kennungswert.
Wie bei der Beschreibung der Fig. 4 bereits erwähnt, können unterschiedliche Z- Werte bei einem dreidimensionalen Moire-Bild auch dadurch erreicht werden, dass bei konstanter Moire- Vergrößerung v unterschiedliche Werte für den effektiven Abstand e zwischen Linsenebene und Motivebene realisiert werden.
Das Zustandekommen unterschiedlicher Vergrößerungen ist dabei in Fig. 10 veranschaulicht, die zwei Motivebenen 32, 32' zeigt, die in unterschiedlichen Tiefen di, d2 der Moire- Vergrößerungsanordnung vorgesehen sind. Als erste Mikromotivelemente sind in der Motivebene 32 gestrichelte Pfeile 50 gezeigt, als zweite Mikromotivelemente durchgezogene Pfeile 52 in der tiefer liegenden Motiv ebene 32'. Sowohl die ersten als auch die zweiten Mikromotivelemente 50, 52 sind im selben Motivraster U mit Gitterperiode u angeordnet.
Die entstehenden vergrößerten Moire-Bilder 54 bzw. 56 erscheinen dem Be- trachter 38 daher aufgrund der übereinstimmenden Gitterperioden mit gleichem Vergrößerungsfaktor v, so dass die Pfeile 50, 52 für gleich lange vergrößerte Pfeilbilder 54 und 56 gleich lang ausgebildet werden.
Die unterschiedliche Schwebehöhe Z1, bzw. Z2 über der Ebene der Moire- Vergrößerungsanordnung ergibt sich bei dieser Ausgestaltung aus dem unterschiedlichen Abstand di, άi und damit auch einem unterschiedlichen effektiven Abstand ei, e2 zwischen der Linsenebene 34 und der Motivebene 32 bzw. 32':
Verwirklicht werden kann eine solche Gestaltung mit Motivelementen 50, 52 in unterschiedlichen Tiefen beispielsweise durch Prägen der entsprechenden Strukturen in eine Lackschicht. Die für die Schwebehöhe Z wirksamen, effektiven Abstände ei, e2 können dabei jeweils aus den physikalischen Abständen ά\, άi, dem Berechungsindex der optischen Abstandschicht und des Linsenmaterials und der Linsenbrennweite ermittelt werden.
Analog zur Fig. 5 gilt die Darstellung der Fig. 10, bei der die Moire-Bilder über der Vergrößerungsanordnung schweben, für negative Vergrößerungsfaktoren, bei positiven Vergrößerungsfaktoren erscheinen die Moire-Bilder für den Betrachter unterhalb der Ebene der Moire- Vergrößerungsanordnung zu schweben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, mit
einem Motivbild, das zwei oder mehr periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnungen mit unterschiedlichen
Gitterperioden und/ oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält, die jeweils einer Moire-Bildebene zugeordnet sind und die Mik- romotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moirό-Bildebene enthalten,
einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelement- raster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds, das eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement enthält,
wobei sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moirέ-Bewegungsrichrung bewegt.
2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Moire-Bild durch die Parallaxe beim Kippen des Sicherheitselements für den Betrachter in einer ersten Höhe bzw. Tiefe oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Sicherheitselements schwebend erscheint, und aufgrund des Augenabstands bei beidäugigem Sehen in einer zweiten Höhe bzw. Tiefe oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Sicherheitselements schwebend erscheint, wobei sich die erste und zweite Höhe bzw. Tiefe für fast alle Betrachtungsrichtungen unterscheiden.
3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds als auch die Gitterzellen des Fokussierelementrasters periodisch angeordnet sind.
4. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds als auch die Gitterzellen des Fokussierelementrasters lokal periodisch angeordnet sind, wobei sich die lokalen Periodenparameter im Verhältnis zur Periodizitätslänge nur langsam ändern.
5. Sicherheitselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizitätslänge bzw. die lokale Periodizitätslänge zwischen 3 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 30 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 μm und etwa 20 μm liegt.
6. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds und die Gitterzellen des Fokussierelementrasters zumindest lokal jeweils ein zweidimensionales Bravais-Gitter bilden.
7. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofokussierelemente durch nicht-zylindrische Mikrolinsen oder Mikrohohlspiegel, insbesondere durch Mikrolinsen oder Mikrohohlspiegel mit einer kreisförmigen oder polygonal begrenzten Basisfläche gebildet sind.
8. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofokussierelemente durch lang gestreckte Zylinderlinsen oder Zylinderhohlspiegel gebildet sind, deren Ausdehnung in Längsrichtung mehr als 250 μm, bevorzugt mehr als 300 μm, besonders bevorzugt mehr als 500 μm und insbesondere mehr als 1 mm beträgt.
9. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke des Sicherheitselements unterhalb von 50 μm, bevorzugt unterhalb von 30 μm liegt.
10. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Moire-Bild eine dreidimensionale Darstellung einer alphanumerischen Zeichenfolge oder eines Logos enthält.
11. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikromotiv-Bildbestandteile in einer
Druckschicht vorliegen.
12. Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, mit einem Motivbild, das zwei oder mehr, in unterschiedlicher Höhe angeordnete, periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnungen enthält, die jeweils einer Moire-Bildebene zugeordnet sind und die Mikromotiv-Bildbestandteile zur Darstellung des Bildbe- Standteils der zugeordneten Moire-Bildebene enthalten,
einem zum Motivbild beabstandet angeordneten Fokussierelement- raster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds, das eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikrofokussierelement enthält,
wobei sich das vergrößerte, dreidimensionale Moirέ-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipp- richtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
13. Sicherheitselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen- Anordnungen des Motivbilds gleiche Gitterperioden und gleiche Gitterorientierungen aufweisen.
14. Sicherheitselement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikromotiv-Bildbestandteile in einer Prägeschicht in unterschiedlichen Prägehöhen vorliegen.
15. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement eine opake Abdeckschicht zur bereichsweisen Abdeckung der Moire- Vergrößerungsanordnung aufweist.
16. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Motivbild und das Fokussierelementras- ter an gegenüberliegenden Flächen einer optischen Abstandsschicht angeordnet sind.
17. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelementraster mit einer Schutzschicht versehen ist, deren Brechungsindex vorzugsweise um mindestens 0,3 von dem Brechungsindex der Mikrofokussierelemente abweicht.
18. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement ein Sicherheitsfaden, ein Aufreißfaden, ein Sicherheitsband, ein Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen ist.
19. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidimensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, bei dem
in einer Motivebene ein Motivbild erzeugt wird, das zwei oder mehr periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anord- nungen mit unterschiedlichen Gitterperioden und/ oder unterschiedlichen Gitterorientierungen enthält, die jeweils einer Moire-Bildebene zugeordnet sind und die mit Mikromotiv-Bildbestandteilen zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene versehen werden, ein Fokussierelementraster zur Moire-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikro- fokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet wird,
wobei die Gitterzellen- Anordnungen der Motivebene, die Mikromotiv-Bild- bestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kip- pen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
20. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidi- mensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire- Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, bei dem
ein Motivbild mit zwei oder mehr in unterschiedlicher Höhe ange- ordneten Motivebenen erzeugt wird, die jeweils eine periodische oder zumindest lokal periodische Gitterzellen- Anordnung enthalten, die einer Moire-Bildebene zugeordnet ist und die mit Mikromotiv-Bild- bestandteilen zur Darstellung des Bildbestandteils der zugeordneten Moire-Bildebene versehen wird,
ein Fokussierelementraster zur Moirέ-vergrößerten Betrachtung des Motivbilds mit einer periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Mehrzahl von Gitterzellen mit jeweils einem Mikro- fokussierelement erzeugt und zum Motivbild beabstandet angeordnet wird,
wobei die Gitterzellen- Anordnungen der Motivebenen, die Mikromotiv- Bildbestandteile und das Fokussierelementraster so aufeinander abgestimmt werden, dass sich das vergrößerte, dreidimensionale Moire-Bild beim Kippen des Sicherheitselements für fast alle Kipprichtungen in eine sich von der Kipprichtung unterscheidende Moire-Bewegungsrichtung bewegt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen-Anordnungen der Motivebenen mit gleichen Gitterperioden und gleichen Gitterorientierungen erzeugt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Motivbild geprägt wird, um Mikromotiv-Bildbestandteile in unterschiedlichen Prägehöhen zu erzeugen.
23. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer mikrooptischen Moire- Vergrößerungsanordnung zur Darstellung eines dreidi- mensionalen Moire-Bildes, das darzustellende Bildbestandteile in zumindest zwei, in einer Richtung senkrecht zur Moire-Vergrößerungsanordnung beabstandeten Moire-Bildebenen enthält, bei dem
a) ein gewünschtes, bei Betrachtung zu sehendes dreidimensionales Moire-Bild als Sollmotiv festgelegt wird,
b) eine periodische oder zumindest lokal periodische Anordnung von Mikrofokussierelementen als Fokussierelementraster festgelegt wird, c) eine gewünschte Vergrößerung und eine gewünschte Bewegung des zu sehenden dreidimensionalen Moire-Bilds beim seitlichen Kippen und beim vor-/ rückwärtigen Kippen der Moire- Vergrößerungsanordnung festgelegt wird,
d) für jeden darzustellenden Bildbestandteil aus dem Abstand der zugehörigen Moire-Bildebene von der Moire- Vergrößerungsanordnung, dem festgelegten Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten und dem Fokussierelementraster der zugehörige Mikromotiv-Bildbestandteil zur Darstellung dieses Bildbestandteils des dreidimensionalen Moire-
Bilds, sowie die zugehörige Gitterzellen- Anordnung für die Anordnung der Mikromotiv-Bildbestandteile in der Motivebene berechnet werden, und
e) die für jeden darzustellenden Bildbestandteil berechneten Mikromotiv-Bildbestandteile entsprechend der zugehörigen Gitterzellen- Anordnung zu einem in der Motivebene anzuordnenden Motivbild zusammengesetzt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in
Schritt c) weiter für einen Bezugspunkt des dreidimensionalen Moire-Bilds eine Kipprichtung γ vorgegeben wird, in der die Parallaxe beobachtet werden soll, sowie ein gewünschtes Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten für diesen Bezugspunkt und die vorgegebene Kipprichtung, und dass die Moire- Vergrößerungsfaktoren in Schritt d) für die anderen Punkte des dreidimensionalen Moire-Bilds auf den vorgegebenen Vergrößerungsfaktor für den Bezugspunkt und die vorgegebene Kipprichtung bezogen werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte Vergrößerungs- und Bewegungsverhalten für den Bezugspunkt in
Form der Matrixelemente einer Transformationsmatrix A = vor- gegeben wird und der Vergrößerungsfaktor für den Bezugspunkt aus der Transformationsmatrix A und der Kipprichtung γ unter Verwendung der Beziehung
berechnet wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) für weitere Punkte (X1, Yi, Z1) des dreidimensionalen Moire-Bilds die Vergrößerungsfaktoren Vi und die zugehörigen Punktkoordinaten in der Motivebene (xi, Vi) unter Verwendung der Beziehung
bzw. deren Umkehrung
berechnet werden, wobei e den effektiven Abstand des Fokussierelementras- ters von der Motivebene bezeichnet.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelementraster in Schritt b) durch eine Rastermatrix W vorgegeben wird und in Schritt d) die zu einer Vergrößerung Vi gehörenden Punkte der Motiv ebene jeweils zu einem Mikromotiv-Bildbestandteil zusammengefasst werden und für diesen Mikromotiv-Bildbestandteil ein Motivraster Ui zur periodisch oder zumindest lokal periodischen Anordnung dieses Mikromo- tiv-Bildbestandteils unter Verwendung der Beziehung
U1 = (I - Ä,-ι ) - W
berechnet wird, wobei die Transformationsmatrizen Ai durch
gegeben sind, und A1 ' die Umkehrmatrizen bezeichnet.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelementraster in Schritt b) in Form eines zweidimensionalen Bravais-
Gitters mit der Rastermatrix ψ = vorgegeben wird, wobei W1,, j W2i die Komponenten der Gitterzellenvektoren W1 , mit i=l,2 darstellen.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Zylinderlinsen-3D-Moire-Magnifiers in Schritt b) ein Zylinderlinsenraster durch die Rastermatrix w Jcosφ -sinή 0λ zw ^1 Jy0 sinφλ ysinφ cosφ J cosφ) vorgegeben wird, wobei D den Linsenabstand und φ die Orientierung der Zylinderlinsen bezeichnet.
30. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivraster-Gitterzellen und die Fokussierele- mentraster-Gitterzellen durch Vektoren M1 und U2 (bzw. w,(()und M2 (/) bei mehreren Motivrastern Ui) und W1 und w2 beschrieben und diese ortsabhängig moduliert werden, wobei sich die lokalen Periodenparameter I«, |, |M2|, Z(M1 ,M2) bzw. |vP, |, |vv2|, Z(w, , w2 ) im Verhältnis zur Periodizitäts- länge nur langsam ändern.
31. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Motivbild und das Fokussierelementraster an ge- genüberliegenden Flächen einer optischen Abstandsschicht angeordnet werden.
32. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelementraster mit einer Schutzschicht versehen wird, deren Brechungsindex vorzugsweise um mindestens 0,3 von dem Brechungsindex der Mikrofokussierelemente abweicht.
33. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Motivbild auf ein Substrat gedruckt wird, wobei die aus den Mikromotivbildteilen gebildeten Mikromotivelemente Mikrozei- chen oder Mikromuster darstellen.
34. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement weiter mit einer opaken Abdeckschicht zur bereichsweisen Abdeckung der Moire- Vergrößerungsanordnung versehen wird.
35. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die darzustellenden Bildbestandteile des dreidimensionalen Moirέ-Bilds durch einzelne Bildpunkte, eine Gruppe von Bildpunkten, Linien oder Flächenstücken gebildet sind.
36. Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder dergleichen, das mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 35 ausgestattet ist.
37. Sicherheitspapier nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitspapier ein Trägersubstrat aus Papier oder Kunststoff umfasst.
38. Datenträger, insbesondere Markenartikel, Wertdokument, dekorativer Artikel oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 35.
39. Datenträger nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement in einem Fensterbereich des Datenträgers angeordnet ist.
40. Verwendung eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 35, eines Sicherheitspapiers nach Anspruch 36 oder 37, oder eines Datenträgers nach Anspruch 38 oder 39 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.
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